JP4600074B2 - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents
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Description
前記可変圧縮比装置は、ピストンに揺動可能に連結されるコンロッドを含む複数のリンクを備えた複リンク式の可変機構を備え、制御シャフトをアクチュエータで回転駆動することで制御リンクの揺動支点を変化させ、これによってピストン行程を変化させる構成である。
しかし、従来では、制御シャフトの制御基準位置が規定されていなかったため、種々のばらつき要因によって圧縮比の検出精度が低下し、これによって機関の圧縮比が目標よりも高く制御されてノッキングが発生したり、逆に、機関の圧縮比が目標よりも低く制御されて燃費性能が低下したりする可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、可変圧縮比装置における制御基準位置を規定し、以って、圧縮比センサのばらつき補正を行える内燃機関の可変圧縮比装置を提供することを目的とする。
また、本発明に係る内燃機関の可変圧縮比装置では、圧縮比の変更に伴って変位する機構部材が最高圧縮比側の基準位置に位置することをON・OFF的に検出する基準位置検出手段を備える構成とした。
従って、前記基準制御位置を基準に機構部材を変位させて、圧縮比を調整させることが可能になり、特にノッキング・燃費への影響が大きな高圧縮比側で精度良く圧縮比を調整させることができるようになる。
図1は、実施形態における可変圧縮比機構及びその制御システムを示す図である。
図1において、内燃機関1のクランク軸31は、複数のジャーナル部32とクランクピン部33とカウンタウェイト部31aとを備えており、シリンダブロックの主軸受(図示省略)に、前記ジャーナル部32が回転自在に支持されている。
上記ロアーリンク34は、略中央の連結孔に上記クランクピン部33が嵌合している。
アッパーリンク35は、下端側が連結ピン36によりロアーリンク34の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン37によりピストン38に回動可能に連結されている。
制御リンク40は、上端側が連結ピン41によりロアーリンク34の他端に回動可能に連結される。
また、制御軸42が機関本体に対して回転可能に支持されており、この制御軸42の軸心からずれた位置に、上記制御リンク40下端部が揺動可能に支持されている。
そして、上記制御リンク40の揺動支持位置が変化すると、ピストン38の行程が変化し、ピストン上死点(TDC)におけるピストン38の位置が高くなったり低くなったりすることで、圧縮比が可変とされる。
尚、前記アクチュエータ43としては、油圧シリンダ,モータ,電磁ソレノイドなどを用いることができる。
前記目標圧縮比は、例えば機関回転速度と機関負荷とに応じて設定され、基本的に、低負荷時には、圧縮比を高く設定して燃費向上を図り、高負荷時には、圧縮比を低く設定してノッキングの発生を回避するようにしてある(図2参照)。
一方、前記制御軸42の回転角を例えばポテンショメータにより検出することで圧縮比を検出する圧縮比センサ104が設けられており、前記ECU101は、前記圧縮比センサ104で検出される圧縮比と前記目標圧縮比との偏差に応じたフィードバック制御信号を演算し、該フィードバック制御信号に基づいて前記アクチュエータ43を駆動制御することで、圧縮比を目標圧縮比に調整する。
後述するように、前記ストッパで規制される制御軸42の位置を基準として圧縮比を検出させることで、圧縮比センサ104のばらつきの影響を排除し、圧縮比を精度良く制御できる。
上記のように、1番ジャーナル部32の機関フロント側にストッパを配置する構成であれば、制御軸42の中間にストッパ用のスペースを設ける必要がなく、制御軸42の軸受け幅,偏心カム幅,カウンタウェイト幅に影響を与えず、軸受け性能を低下させることがない。
尚、図3に示すように、本体側ストッパ部材62をピンで構成する場合において、最低圧縮比側の回転を規制するためのピンを追加し、最高圧縮比側と最低圧縮比側との双方で、制御軸42の回転を規制する構成とすることができる。
本実施形態の可変圧縮比機構においては、燃焼圧による荷重が制御軸42を低圧縮比側に回動させる方向に作用し、制御軸42を高圧縮比側へ回動させるアクチュエータ43のトルクが途絶えると、制御軸42は低圧縮比側に回動するようになっている。
図5は、図4に示したように、最高圧縮比側と最低圧縮比側との双方で制御軸42の回転をストッパで規制する場合における、前記ストッパで規制される制御軸42の回動可能範囲と、目標圧縮比の設定範囲に対応する制御軸42の回動制御範囲(通常制御範囲)との相関を示すものである。
従って、通常の圧縮比制御時において、ストッパ部材の当接により衝突音が発生することがなく、また、通常の圧縮比制御時には、ストッパ部材が当接することがないので、ストッパ部材の摩耗の進行を抑止することができる。
図6は、燃焼室容積の変化と圧縮比の変化との関係を示し、図中の太線は、高圧縮比側における相関を示し、図中の細線は、低圧縮比側における相関を示す。
燃焼室容積は高圧縮比側で小さく、同一の燃焼室容積変化量が燃焼室容積に占める割合は高圧縮比側でより大きくなるから、前記図6に示すように、同一の燃焼室容積変化量に対して、高圧縮比側の方が圧縮比のばらつき量が大きくなる。
また、図7は、本実施形態の可変圧縮比機構における制御軸42の角度と圧縮比との相関を示す。
従って、初期基準位置とする高圧縮比側で高い分解能で圧縮比を検出させることができる。
図8は、前記ECU101による、最高圧縮比側のストッパ位置を基準とした圧縮比センサ104の補正制御を示すフローチャートである。
前記設定アイドル状態とは、例えば、アイドル運転時,クランキング時,キースイッチのOFF直前などの低負荷・低回転運転状態であり、燃焼圧,主運動慣性力が小さくピストン位置の変形を無視でき、精度の良い初期位置検出が可能な運転条件である。
具体的には、制御軸42の回転角が高圧縮比側のストッパ位置を越えるような高圧縮比側に向かう回転駆動力をアクチュエータ43で発生させ、前記圧縮比センサ104による検出角度の変化が停止した時点で、ストッパ部材が突き当たっているものと判断する。
ステップS4では、前記圧縮比センサ104の検出出力と圧縮比との基準相関(基準センサ出力特性)上で高圧縮比側のストッパ位置に対応するセンサ出力(基準出力)と、前記ステップS3で読み取った実際のセンサ出力との差から、ストッパ突き当て状態でのセンサ出力を前記基準出力に補正するセンサ出力補正値(オフセット補正値)を学習する(図9参照)。
これにより、センサ出力特性のばらつきが吸収され、圧縮比の検出精度を維持できる。
尚、センサ出力補正値を記憶させる代わりに、ストッパ位置におけるセンサ出力(基準センサ出力)を記憶させ、ストッパ位置でのセンサ出力と前記基準出力とから圧縮比の検出特性をその都度補正させても良い。
また、圧縮比センサ104の出力ばらつきは、高圧縮比側でより大きな圧縮比誤差を発生させるから、高圧縮比側のストッパ位置でのセンサ出力に基づいてセンサ出力の補正値を学習させ、高圧縮比側でより高い精度の補正を行うことで、圧縮比の制御誤差を効果的に抑制することができる。
ここで、前記補正値の絶対値が閾値を超えるようになったときにはフェイル判定(異常判定信号の出力)を行い、該フェイル判定(異常判定信号)の記憶,圧縮比を所定値以下に制限するフェイルセーフ処理,車両の運転席付近に設けた警告装置の作動(警告ランプの点灯)を実行させる。
ところで、上記実施形態では、高圧縮比側の初期基準角度をストッパ位置で規定する構成としたが、ストッパを設ける代わりに、図10に示すように、制御軸42が高圧縮比側の初期基準角度になっていることをオン・オフ的に検出するマイクロスイッチ,近接スイッチなどの基準位置検出手段110を設けて、前記圧縮比センサ104の補正制御を行わせることができる。
制御軸42の初期基準角度をストッパで規定する場合、ストッパの摩耗・変形により、図11に示すように、制御軸42の回転がストッパで規制されて停止する位置がより高圧縮比側にずれた場合、このときのセンサ出力を基準出力に合わせるようにセンサ出力補正値を誤学習してしまう。
そこで、図12のフローチャートに示すようにして、ストッパの摩耗・変形に対する補償制御を行う。
図12のフローチャートにおけるステップS11〜ステップS14の処理は、前記図8のフローチャートのステップS1〜ステップS4と同様に行われる。
そして、最高目標圧縮比に制御されているときには、ステップS16へ進み、現在の運転条件が予め設定されたノッキング検出領域内であるか否かを判別する。
目標圧縮比のうちの最高目標圧縮比に制御されていて、かつ、所定のノッキング検出領域内であるときには、ステップS17へ進み、最高圧縮比側のストッパを突き当てるべく高圧縮比側に制御軸42を回転駆動させる。
ステップS19では、前記ステップS18で検出されたノッキング強度が運転状態から予測されるノッキング強度よりも強い場合は、検出圧縮比をより高く補正する圧縮比補正値を設定する(図11参照)。
ストッパ位置の高圧縮比側へのずれが発生すると、センサ補正値で補正されたセンサ出力に基づく検出圧縮比が実際よりも小さくなり、圧縮比が目標よりも高く制御されることになってしまうので、ストッパ位置の高圧縮比側へのずれに対応すべく検出圧縮比を補正するための圧縮比補正値を、ストッパ位置の高圧縮比側へのずれ量を示すノッキング強度に応じて設定する。
ここで、図7に示すように、制御軸42の単位角度当たりの圧縮比変化量が高圧縮比側ほど大きくなる特性であるから、前記圧縮比補正値の要求量は、高圧縮比側ほど大きくなり、低圧縮比側では小さくなるので、ストッパ突き当て状態における検出圧縮比の増大補正値を基準に、検出圧縮比毎に予め設定された特性で低圧縮比側の圧縮比補正値を設定する。
ここで、前記圧縮比補正値が所定以上になって、前記ストッパ位置の摩耗・変形によるずれが所定以上に大きくなっていると推定されるときに、フェイル判定(異常判定信号の出力)を行い、該フェイル判定(異常判定信号)の記憶,圧縮比を所定値以下に制限するフェイルセーフ処理,車両の運転席付近に設けた警告装置の作動(警告ランプの点灯)を実行させる。
Claims (16)
- 内燃機関の燃焼室容積を変更して圧縮比を可変とする可変圧縮比装置であって、
前記圧縮比の変更に伴う機構部材の変位を規制するストッパを、少なくとも最高圧縮比側に備えるとともに、
圧縮比を検出する圧縮比センサを備え、
前記ストッパにより前記機構部材が停止した状態での前記圧縮比センサの出力値を、基準センサ出力として記憶し、前記基準センサ出力に基づいて前記圧縮比センサの検出特性を補正することを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。 - 内燃機関の燃焼室容積を変更して圧縮比を可変とする可変圧縮比装置であって、
前記圧縮比の変更に伴う機構部材の変位を規制するストッパを、少なくとも最高圧縮比側に備えるとともに、
圧縮比を検出する圧縮比センサを備え、
前記ストッパにより前記機構部材が停止した状態での前記圧縮比センサの出力値が閾値を超えたときに異常判定信号を出力することを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。 - 内燃機関の燃焼室容積を変更して圧縮比を可変とする可変圧縮比装置であって、
前記圧縮比の変更に伴う機構部材の変位を規制するストッパを、少なくとも最高圧縮比側に備えるとともに、
圧縮比を検出する圧縮比センサを備え、
前記ストッパにより前記機構部材が停止した状態における前記圧縮比センサの出力値に基づいて、前記圧縮比センサによる圧縮比の検出結果を補正するためのセンサ出力補正値を学習することを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。 - 内燃機関の燃焼室容積を変更して圧縮比を可変とする可変圧縮比装置であって、
前記圧縮比の変更に伴う機構部材の変位を規制するストッパを、少なくとも最高圧縮比側に備えるとともに、
圧縮比を検出する圧縮比センサを備え、
前記ストッパにより前記機構部材が停止した状態において筒内圧及び/又はノッキング強度を検出し、前記筒内圧及び/又はノッキング強度に基づいて、前記圧縮比センサによる圧縮比の検出結果を補正するための圧縮比補正値を学習することを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。 - 前記圧縮比補正値が閾値以上になったときに異常判定信号を出力することを特徴とする請求項4記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
- 前記内燃機関の低回転・低負荷運転状態において、前記機構部材を前記ストッパで規制される位置に強制的に変位させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
- 前記ストッパにより前記機構部材が停止する位置が、圧縮比の要求変更範囲外に設定されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
- 前記ストッパを、1番ジャーナル部の機関フロント側に配置したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
- 内燃機関の燃焼室容積を変更して圧縮比を可変とする可変圧縮比装置であって、
前記圧縮比の変更に伴って変位する機構部材が最高圧縮比側の基準位置に位置することをON・OFF的に検出する基準位置検出手段を備えたことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。 - 圧縮比を検出する圧縮比センサを備え、
前記基準位置検出手段で前記機構部材が前記基準位置に位置することが検出されたときの前記圧縮比センサの出力値が閾値を超えたときに、異常判定信号を出力することを特徴とする請求項9記載の内燃機関の可変圧縮比装置。 - 圧縮比を検出する圧縮比センサを備え、
前記基準位置検出手段で前記機構部材が前記基準位置に位置することが検出されたときの前記圧縮比センサの出力値に基づいて、前記圧縮比センサによる圧縮比の検出結果を補正するためのセンサ出力補正値を学習することを特徴とする請求項9記載の内燃機関の可変圧縮比装置。 - 前記可変圧縮比装置が、アクチュエータで回転駆動される制御軸の回転位置に応じて圧縮比が変化する構成であって、前記圧縮比センサが前記機構部材としての制御軸の回転角を検出する構成であり、
前記制御軸の単位角度当たりの圧縮比変化量が、低圧縮比側に比べて高圧縮比側で大きくなるように設定されることを特徴とする請求項1〜8,10,11のいずれか1つに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。 - 前記異常判定信号を記憶する手段を備えたことを特徴とする請求項2,5又は10のいずれか1つに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
- 前記内燃機関が車両用機関であって、前記異常判定信号に基づいて警告を発する警告装置を運転席付近に設けたことを特徴とする請求項2,5又は10のいずれか1つに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
- 前記可変圧縮比装置が、ピストンに揺動可能に連結されるコンロッドと、前記コンロッドとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、一端が機関本体に揺動可能に支持されると共に他端が前記コンロッド又は前記ロアーリンクに連結される制御リンクと、該制御リンクの機関本体に対する揺動支持位置を変更する制御リンク支持位置変更機構とを有することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1つに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
- 前記制御リンク支持位置変更機構が、機関本体に対して回転可能に支持されると共に、前記制御リンクの一端が偏心して揺動可能に支持される制御軸と、該制御軸を回転駆動するアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項15記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
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