JPS60230526A

JPS60230526A - 圧縮比可変式エンジン

Info

Publication number: JPS60230526A
Application number: JP8536984A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Tawara; 田原　良隆; Toshiharu Masuda; 益田　俊治; Akira Kageyama; 明陰山
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-11-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、燃焼室の容積を変化させることにより、エン
ジンの圧縮比を変え得るようになった圧ｉ比可変式エン
ジンに関し、特にエンジンの運転状態に応じて圧縮比が
変化するようになった圧縮比可変式エンジンに関する。

（従来の技術）内燃機関において、出力の向上を図り、燃費を低減する
ためには、圧縮比を高めると熱効率が向上するので有効
−であるが、圧縮比を高めることによって高負荷、低回
転領域などでノッキングが発生するという問題が生じる
。この問題を解決するために、機関の回転数及び負荷に
応じて、燃焼室容積を変化させることにより、圧縮比を
変化させるようにしたエンジンは公知である。さらに、
このような圧縮比可変式エンジンにおいて、燃焼室容積
可変用のピストンめ背面側に、油圧室を形成して、油圧
シリンダの機能を併有させることにより油圧機構を簡素
化し、装置の小型化を達成した改良型が、特開昭５８−
１９７４３９号公報に記載されている。しかし、これら
の従来の装置においては、例えば減速時に圧縮比が小か
ら大に変更されるような場合には、圧縮比制御系の作動
遅れによって、出力不足やエンストなくの問題が生じる
。

（本発明の目的）従って、本発明の目的は、減速時に圧縮比が変更される
ような場合においても、エンジンの出力不足、エンスト
などの発生を有効に防止することができる圧縮比可変式
エンジンを提供することである。

（本発明の構成）本発明は、上記目的を達成するため以下のように構成さ
れる。すなわち、本発明の圧縮比可変式エンジンは、エ
ンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エン
ジンの燃焼室容積を変化させる圧縮比可変手段と、前記
運転状態検出手段からの信号を入力として圧縮比が目標
圧縮比となるように前記圧縮比可変手段に制御信号を出
力する圧縮比制御手段と、減速時に圧縮比が高められる
場合には該圧縮比の変更に応じて所定時間空燃比をリッ
チにする空燃比補正とを備えたことを特徴とする。本発
明においては、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷
、エンジン温度、空燃比、変速機ギヤポジション、加減
速状態、吸気温度等がエンジン運転状態検出手段によっ
て検出される。

（本発明の効果）本発明によれば、減速時に圧縮比が高められるような場
合には、混合気がリッチ化するように空燃比が補正され
る。このため、リッチな混合気による燃焼によって高出
力が得られ、上述のような圧縮比制御系の作動遅れに起
因する出力低下を有効に防止することができる。従って
、エンスト等の問題も生じることはない。

（実施例の説明）第１図及び第２図を参照すれば、本発明が適用されるエ
ンジンＥは、内部をピストン１が往復動するシリンダボ
ア２を備えており、該シリンダ２は、シリンダブロック
３及びシリンダヘッド４から形成される。シリンダボア
２の上部には燃焼室５が形成されており、該燃焼室５に
は吸気ポート６が開口している。この吸気ポート６には
、吸気弁７が組合わせられるとともに、燃焼室５の吸気
ボート６の対向側には点火プラグ１４が臨ませられてい
る。吸気ボート６には吸気通路８が接続されており、こ
の吸気通路８には、エアクリーナ９、エアフローメータ
１０、スロットル弁１１が設けられ吸気系を構成してい
る。また、吸気通路８の吸気ポート６付近には、燃料イ
ンジェクタ１２が配置されている。さらに、燃焼室５に
は通常の方法で排気ポート（図示せず）が開口しており
、該排気ポートには排気通路１３が接続されて排気系を
構成している。また、吸気弁７には、液弁７を作動させ
るためのカム１５を備えた動弁系が係合するようになっ
ている。なお、吸気通路８には、スロットル弁１１をバ
イパスするバイパス通路１６が接続されるとともに、バ
イパス通路１６を開閉制御するエアバイパスコントロー
、ル弁１７が設けられる。さらに、燃焼室５には、その
上部に、上方に向って突出した副シリンダ１８が連続し
て形成されており、該副シリンダ１８には、その内部を
摺動する、副ピストン１９が配設されている。

ピストン１９のステム１９ａは、副シリンダ１８の外方
に突出し、その先端はカム２０の周面に当接している。

ステム１９ａの先端部付近には、円板２１が取付けられ
ており、この円板２１には、バネ２２が当接しており、
これによって、ピストン１９は図において、上方に付勢
されている。カム２０のカム軸２３は、駆動モータ２４
によって回動させられるようになっており、これによっ
てピストン１９が上下動させられ、燃焼室５の容積すな
わち、圧縮比が変化するようになっており、これによっ
て圧縮比可変手段が構成されている。

また、点火プラグ１４のリード線１４ａはディストリビ
ュータ２５の１つの端子に接続されており、イグニッシ
ョンコイル２６からの電圧信号が所定のタイミングで点
火プラグ１４に与えられるようになっている。本例の装
置は、燃焼性を支配する要因を制御するためにマイクロ
コンピュータ（以下マイコンという）２７を備えている
。マイコン２７には運転状態を表わす種々の情報が入力
される。吸気温センサ２８は、エアクリーナ９に取付け
られており、吸気温を検出してマイコン２７に信号を送
る。マイコン２７には、エアフローメータ１０からの信
号も人力される。また、フロ・ノトル弁１１の開度はス
ロットル開度センサ２９によって検出され、同様にマイ
コン２７に入力される。

さらに、エアバイパスコントロール弁１７にｌｔ該液弁
７の開度を検出するエアバイパスコントロー）’ｖ　弁
開度センサ３０が、エンジンＥのウォータジャケット３
ａには、冷却水温センサ３１が、さらに、カム２０近傍
には、ピストン１９の位置を検出する圧縮比可変手段と
しての圧縮比ポジションセンサ３２が、クランク軸には
クランク角度を検出するクランク角センサ３３が、変速
機３４には該変速機の変速段すなわち、ギヤ位置を検出
するギヤポジションセンサ３５が、さらに、大気圧を検
出する大気圧センサ３８がそれぞれ設けられており、こ
れらのセンサからの信号はすべてマイコン２７に入力さ
れる。また、マイコン２７には、イグニッションスイッ
チ３６からの信号も入力される。マイコン２７は、これ
らの運転状態を表わす入力された情報に所定の演算を施
し、ＥＧＲ弁３７、インジェクタ１２、イグニッション
コイル２６、エアバイパスコントロールソレノイド１７
ａ、圧縮比制御用の駆動モータ２４及び変速機制御用モ
ータ３４ａに対して所定の命令信号を出力するようにな
っている。変速機としては、例えば■ベルト式無段変速
機を用いることができ、この制御用モータ３４ａとして
は、特開昭５７−１６１３４６号公報に記載されるよう
な通常の形式のものを用いることができる。

また、第３図に示されるように、クランク角センサ３３
からの信号は波形整形回路３９に通され、波形整形され
て中央演算処理装置（以下ＣＰＵという）４０に送られ
る。その他の各種センサからの信号はＡ／Ｄ変換器４１
によりデジタル信号に変換されてＣＰ　Ｕ　４’０に入
力される。

マイコン２７には、イグニッションスイッチ３６からの
信号Ｓｉも人力されるようになっておりスイッチ３６が
ＯＮのとき、信号Ｓｉは１となり、ＯＦＦのとき０とな
る。マイコン２７は、所定の定数が書き込まれたＲＯＭ
４１と、各センサからの運転状態を表わす情報、演算結
果等の書き込み、読み出し等を行うＲＡＭ４２を備えて
しする。

また、マイコン２７は、時刻を常時カウントするカウン
タ１（４３）を備えており、必要に応じて、時刻を情報
として使用することができる。ＣＰＵ４０は、各種人力
情報に基づき、Ｅ、Ｃ，Ｒ制御を７１なうべきか否かを
判別してＥＧＲ信号Ｓｅを出力する。ＥＧＲ信号Ｓｅは
ソレノイド駆動回路４４を介して、ＥＧＲ弁３７のソレ
ノイドに送られ、液弁を開閉制御するようになっており
、信号Ｓｅが１のとき、ＥＧＲ制御が行なわれ、信号Ｓ
ｅ力（０のときＥＧＲ制御は停止される。マイコン２７
は、燃料噴射タイミング及び噴射時間を制御するための
カウンタ２（４５）を備えており、噴射（言号Ｔｉは、
該カウンタ２（４５）を介してインジェクタ駆動回路４
６に人力されインジェクタ１２を作動させる。さらに、
マイコン２７は、点火時期を制御するためのカウンタ３
（，４７）を備えており、点火時期信号Ｔｓは、カウン
タ３（４７）に送られこれによって、点火回路４８、イ
グニッションコイル２６及びディストリビュータ２５を
介して所定のタイミングで点火プラグ１４に点火信号が
発生するようになっている。ＣＰＵ４０は、また、スロ
ットル弁１１をバイノマスするエアを供給するかどうか
の判断を行うようになっており、その制御信号Ｐｂは、
ソレノイド駆動回路４９に人力されるようになっている
。ソレノイド駆動回路４９は、制御信号Ｐｂに応じてエ
アノくイノマスコントロール弁１７のソレノイド１７ａ
に対し弁の開閉命令信号を出力する。この場合、信号ｐ
ｂが１のとき、バイパスエアは増大し、０のとき減少す
る。また、マイコン２７は、圧縮比制御用の駆動モータ
２４の作動を制御するためにモータ駆動回路５０を備え
ており、このモータ駆動回路５０は二つの制御信号Ｍ１
、Ｍ２によって、制御されるようになっている。信号、
Ｍｌ、Ｍ２の値と、その制御内容は第１表の通りである
。

第　１　表また変速機３４の変速比制御用モータ３４ａは、モータ
駆動回路５１によって作動させられるようになっており
、このモータ駆動回路５１は、制御信号Ｍ３、Ｍ４によ
って、制御されるようになっている。信号Ｍ３、Ｍ４の
値とギヤ比との関係は第２表に示すとおりである。

第　２　表また、制御信号Ｓｐがコントローラすなわち、このマイ
コン２７の電源回路５２に人力されるようになっており
、これによって、コントローラは、イグニッションスイ
ッチ３６からの信号Ｓ１が１め゛ときＯＮとなるが、信
号ＳｐをＯにしない限りＯＦＦにはならないようになっ
ている。

以上の構成の圧縮比制御装置において、圧縮比制御の１
例について説明する。

第３Ａ図から第３Ｅ図のフローチャートで示されるプロ
グラムは、イグニッションスイッチ３６がＯＮでかつエ
ンジンが完爆状態にあるとき、すなわち、通常のエンジ
ン作動状態では、通常反復して実行される基本プログラ
ムであり、このプログラムによって、圧縮比の変更制御
を行うとともに、点火時期、燃料噴射タイミング及び噴
射量の補正量、変速機ギヤ比偏差、バイパスエア弁開度
偏差を演算し、さらに、変速機ギヤ比、バイパス弁開度
及びＥＧＲ弁開度変更のための命令信号を発生する。第
５図のフローチャートに示されるプログラムは、クラン
ク角がＴＤＣに到達する毎に上記基本プログラムに割込
んで実行されるインクラブドルーチンでありエンジンの
ＴＤＣ周期を演算するとともに燃料噴射及び点火の命令
信号を発生する。

なお、図中、下記の符号を定数又は変数を表示するため
に用いる。

基本プログラムにおいては、インクラブドルーチンにお
いて演算されたＴＤＣ周期Ｔ、ｆｌｒ（ＳＳ’２）から
エンジンの回転数Ｎｅが計算される（Ｓ４）。

そして、運転状態を表わす各種のデータが読み込まれる
（３５〜Ｓ９）。次に、エンジン回転数Ｎｅ　と吸入空
気量Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅ　との比Ｑａ／Ｎｅ　
との関係で作成されたマツプから、当該運転状態に対応
する圧縮比及びその他の燃焼性支配因子の基本量がそれ
ぞれ読み出される（８１０〜５１２）。このマツプは、
例えば、基本圧縮比を与えるピストン１９のポジション
値ＰＣ［ｌについては、第５図に示されるようになって
いる。このマツプによれば、出力特性曲線ａの下側の領
域は、複数の小さな領域に分けられ、それぞれの領域に
応じた上記基本圧縮比ポジション値Ｐ　ＣＢの値が設定
されている。この値Ｐ。Ｂは、基本的には、回転数が高
くなる程大きく、負荷が大きくなる程小さくなるように
設定される。図中！で示す領域は値Ｐ。Ｂが比較的小さ
く、ｈで示される領域は比較的大きくｍで示される領域
は中間的な値に設定されている。同様なマツプが基本燃
料噴射量Ｔｊ８及び基本点火時期Ｔ　Ｓ　Ｈについて用
意されており、それらに基づいて、これらの基本量が設
定される。次に、上記のマツプにより設定された基本圧
縮比ポジション値Ｐｃｎに対する補正操作が行なわれた
後（８１３〜５２３）、目標の圧縮比を与えるピストン
１９のポジション値Ｐｃｏが計算される（Ｓ２４）。補
正は、エンジン冷却水温Ｔｗ、ＥＧＲ信号Ｓｅにより表
わされるＥＧＲ制御の有無、大気圧Ｐｔ、吸気空気温Ｔ
ａに応じて、異なる補正係数を与えることによって行な
われる。

この場合、エンジン温度補正係数Ｃｐｃｗ　は、エンジ
ン冷却水温Ｔｗとの関係で第６図に示されるような特性
で変化する。同様に、高度補正係数Ｃｐｃｐは、大気圧
Ｐｔとの関係で第７図に示すように、また、吸気温度補
正係数Ｃｐｃａ　は吸入空気温度Ｔａとの関係において
第８図に示すような特性でそれぞれ与えられる。従って
、吸気温度Ｔａすなわち、外気温が高いときには、及び
冷却水温度Ｔｗが高いときには、値Ｐｃｏは小さくなり
、大気圧Ｐｔが下がる程、すなわち、高地になる程値Ｐ
ｃｏは大きくなる。また、ＥＧＲが行なわれるときには
、目標圧縮比ポジション値Ｐｃｏの値は小さくなる。本
例においては目標圧縮比ポジション値Ｐｃｏは、計算値
の大きさに応じて３つの異なる値、Ｐ　ｃｌ、Ｐ　ｃ２
、Ｐ　ｃ３のいずれかに設定される。さらに、エンジン
回転数Ｎｅと、吸入吸気量Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅ
との比Ｑａ／Ｎｅとに基づく予め用意されたマツプから
当該運転状態におけるエアバイパスコントロール弁１７
の基本的な開度すなわち基本エアバイパス弁ポジション
値Ｐａｎが計算される（Ｓ３１）。さらに、同様のマツ
プを用いて変速機３４のギヤポジションを設定するため
の基本的な値、すなわち、基本Ｔ／Ｍギヤポジション値
Ｐ　ｇｎが計算される（Ｓ３２）。次に、実際の圧縮比
を与えるピストン１９の位置、すなわち、実圧縮比ポジ
ション値Ｐｃと目標圧縮比ポジション値Ｐｃｏとの偏差
△Ｐｃが計算される（Ｓ３３）。この偏差△Ｐｃの値に
応じて、圧縮比の変更制御信号Ｍ１、Ｍ２が所定値にさ
れて、出力される（Ｓ３５．５４１）。目標圧縮比ポジ
ション値Ｐｃｏが正の場合、すなわち、圧縮比を増大さ
せる場合には、制御信号はＭ１＝１、Ｍ２＝１にされる
とともに、点火時期は進み側になるように補正値が与え
られ（Ｓ３６）、バイパスエアは増大するように補正値
が与えられる（Ｓ３’ｉ’）。

さらに、燃料噴射量が増大するように補正値が与えられ
る（３３８）。一方、目標圧縮比ポジション値Ｐｃｏが
負の場合には、制御信号はＭｌ−１、Ｍ２−０とされ、
圧縮比を増大させる場合と異なり、点火時期は遅れ側に
なるように補正値が与えられるとともに、バイパスエア
は減少するように補正値が与えられる（５４３）。そし
て、燃料噴射量が増大する補正値が与えられる。変速機
ギヤのポジションが低速側にセットされる（Ｓ４５）。

次に、このような補正命令信号を考慮して、変速機３４
の目標ポジション値Ｐｇｏが計算され（３９８）、バイ
パスエア弁目標ポジション値Ｐａｏが計算される（Ｓ９
９）。さらに、点火時期Ｔｓ、噴射量Ｔｉの計算がそれ
ぞれ行なわれる（Ｓ１００，５ＩＯＩ）　。

なお、この場合は、圧縮比変更の制御信号Ｍ１、Ｍ２が
駆モータ駆動回路５０に対して出力されてはいるが圧縮
比は未だ目標圧縮比に到達していない過渡的な状態であ
る。

次に、変速機３４のギヤ１ヒの目標値との偏差が計算さ
れる（５１０２）。この結果に基づいて、ギヤ比の修正
が行なわれる（３１０３〜Ｓ１０．６．）。

そして、スロットル弁１１をバイパスさせるエア量を決
定するエアバイパスコントロール弁１７の開度について
、目標開度ＰａＯと、実際開度Ｐａととの偏差が計算さ
れ（Ｓ１０７）、その結果に基づき、開度の修正が行な
われる（３１０８〜５Ｌｉｏ）。

そして、実際圧縮比が目標圧縮比に一致したとき、すな
わち、圧縮比の変更が完了すると、圧縮比が減少したか
、増大したかに応じて燃焼性支配要因、すなわち点火時
期、燃料噴射量、バイパスエア量に対して一定時間所定
の補正値が与えられる。すなわち、圧縮比が増大した場
合には、点火時期が進む側にずらされ、バイパスエア量
が減少させられ、噴射量が減少させられるような補正量
が与えられる（８５６〜５５８）。また圧縮比が減少し
た場合には、これを逆の補正量が与えられる（８５９〜
５６１）。

これらの、補正値は、時間の経過とともに減衰するよう
になっている（８４６〜８５６）。

さらに、加減速状態において、圧縮比の変更が生じた場
合には、一定の運転領域で、一定時間だけ燃焼性支配要
因に対して補正が行なわれれる（８６３〜５８４）、加
速状態にあるときには、バイパスエアを減少し、燃料噴
射量を増大し、点火時期を遅れ側にずらすような補正が
与えられる。さらに、変速機のギヤポジションを低速側
に変更するような補正量が与えられる。これに対し、減
速時には、バイパスエア及び燃料噴射量を増大し、点火
時期を進み側に変更するような補正量が与えられる。

最終的に、燃焼性支配要因は、マツプからの基本量、圧
縮比変更による補正量、加減速による補正量を総合的に
勘案して決定される（Ｓ１００〜５１０２）。

そして、このように決定された点火時期信号ＴＳ及び燃
料噴射信号Ｔ１は、インクラブドルーチンが実行される
とき、点火プラグ１４及びインジェクタ１２に対する命
令信号となる。

そして、イグニッションスイッチ３６がＯＦＦになった
ら、目標圧縮比ポジションを始動時の低い圧縮比ポジシ
ョンにセットしく５ｉｌｌ）、１目標値に達するまで圧
縮比を下げる操作が行なわれ（Ｓ１０〜５１０２）、圧
縮比が始動時ポジションまで低下したとき、圧縮比制御
用モータが停止され（Ｓ１１５）、コントローラ電源、
すなわち、制御システムの電源がＯＦＦにされる（Ｓ１
１６）。

本例によれば、既述のように、減速時に風霜比の変更が
生じた場合には、燃料噴射量を増大するような補正が施
される。これによって混合気はリッチ化し、その燃料に
よって高出力を得ることができ、従って、上述のような
場合において、すなわち圧縮比制御系に作動遅れが生じ
ても出力不足を解消することができる。これによって、
エンスト等の問題も併わせで解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用したエンジンの概略図、第２図
は、本発明の実施例に係るマイコン説明図、第３Ａ図、
第３Ｂ図、第３Ｃ図、第３Ｄ図、第３Ｅ図及び第４図は
、本発明の１実施例に係る制御の内容を示すフローチャ
ート、第５図は、エンジン負荷とエンジン回転数に対す
る目標を圧縮比との関係を示すグラフ、第６図は冷却水
温と圧縮比ポジションエンジン温度補正係数との関係を
示すグラフ、第７図は、大気圧と圧縮比ポジション高度
補正係数との関係を示すグラフ、第８図は、吸入空気温
と圧縮比ポジション吸気温補正係数との関係を示すグラ
フである。 ■・・・・・・ピストン、３・・・・・・シリンダブロ
ック、４・・・・・・シリンダヘッド、　５・・・・・
・燃焼室、８・・・・・・吸気通路、１０・・・・・・
エアフローメータ、１８・・・・・・副シリンダ、　１
９・・・・・・副ピストン、２７・・・・・・マイコン
、３３・・・・・・クランク角センサ、４０・・・・・
・ＣＰＵ、　４１・・・・・・Ａ／Ｄ変換器。第３Ｅ図第４図第５図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エ
ンジンの燃焼室容積を変化させる圧縮比可変手段と、前
記運転状態検出手段からの信号を人力として圧縮比が目
標圧縮比となるように前記圧縮比可変手段に制御信号を
出力する圧縮比制御手段と、減速時に圧縮比が高められ
る場合には該圧縮比の変更に応じて所定時間混合気をリ
ッ゛チにする空燃比補正手段とを備えたことを特徴とす
る圧縮比可変式エンジン。