JP6402566B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを複数のリンクにより連係し、かつこれら複数のリンクの１つとクランクシャフト下方に配置されたコントロールシャフトと、をコントロールリンクにより連結した複リンク式ピストンクランク機構が従来から広く知られている。

例えば、特許文献１、２には、このような複リンク式ピストンクランク機構において、コントロールリンクのシャフト側端部の下側をバッフルカップで覆い、制御シャフトの制御偏心軸部に揺動可能に取り付けられる上記コントロールリンクのシャフト側端部がオイルパン内のエンジンオイルと干渉しないようにした構成が開示されている。

特開２０１１−２４１７９５号公報 特開２０１１−２４１７９６号公報

エンジンオイルの油量は、許容範囲内となるように管理されるが、許容範囲内であっても油量が多くなる場合がある。その場合、オイルパン内の油面は相対的に上昇することになり、上記コントロールリンクがエンジンオイルと干渉してフリクションが増加してしまう虞がある。

そこで、本発明は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結されたロアリンクと、該ロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、上記クランクシャフトよりも下方に配置されたコントロールシャフトと、上記コントロールシャフトの偏心軸部と上記ロアリンクとを連結するコントロールリンクと、を有し、コントロールシャフトの回転位置に応じて内燃機関の圧縮比を連続的に変化させることが可能な可変圧縮比機構を備え、上記可変圧縮比機構が、シリンダブロックと当該シリンダブロックの下面に取り付けられたオイルパンとによって画成されたクランク室内に配置された内燃機関の制御装置において、上記オイルパン内の油量を検知する油量センサを有し、上記オイルパン内の油量が所定量以上となった場合には、上記偏心軸部が上方に位置するように上記コントロールシャフトを回転させることを特徴としている。

本発明によれば、エンジンオイルの油量が多い場合であっても、コントロールリンクに対してオイルパン内のエンジンオイルが干渉しにくくなり、エンジンオイルによるコントロールリンクのフリクション増加を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置を模式的に示した説明図。 高圧縮比及び低圧縮比のときのコントロールシャフトの偏心軸部の位置関係を模式的に示した説明図。 圧縮比制御の一例を示すフローチャート。 油面補正値算出マップ。 基準圧縮比算出マップ。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置を模式的に示した説明図である。

内燃機関１０は、例えば、自動車等の車両に搭載されるものであって、シリンダブロック１１のシリンダ１２内を往復動するピストン１３の上死点位置を変更することで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構１４を有している。

可変圧縮比機構１４は、ピストン１３とクランクシャフト１５のクランクピン１６とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクピン１６に回転可能に装着されたロアリンク１７と、このロアリンク１７とピストン１３とを連結するアッパリンク１８と、偏心軸部２０が設けられたコントロールシャフト１９と、偏心軸部２０とロアリンク１７とを連結するコントロールリンク２１と、を有している。

クランクシャフト１５は、第１軸受ブラケット２２によってシリンダブロック１１に回転可能に支持されている。このクランクシャフト１５は、図１に示すように、ピストン１３の下方に配置されている。ここで、「ピストン１３の下方」の「下方」とは、機関上下方向に沿う方向での下方を意味している。「機関上下方向」とは、直列式内燃機関ではシリンダ中心軸線Ｌ（図１を参照）に沿う方向であり、Ｖ型内燃機関ではバンク角を２等分するバンク中心線に沿う方向である。シリンダ中心軸線Ｌに沿う方向とは、ピストン往復運動方向である。

ロアリンク１７は、ピストン１３の下方に位置しているとともに、クランクピン軸受部１７ａの両側に、アッパリンク１８の他端と、コントロールリンク２１の他端とが、それぞれ回転可能に連結されている。すなわち、ロアリンク１７は、一端側にアッパリンク１８が回転可能に連結され、他端側にコントロールリンク２１が回転可能に連結され、アッパリンク１８との連結部分とコントロールリンク２１との連結部分との間の位置にクランクピン軸受部１７ａが位置している。クランクピン軸受部１７ａには、クランクピン１６が回転可能に連結されている。

アッパリンク１８は、一端がピストンピン２３に回転可能に連結され、他端が第１連結ピン２４によりロアリンク１７の一端側に回転可能に連結されている。

コントロールリンク２１は、ロアリンク１７の運動を制限するものであって、一端がコントロールシャフト１９の偏心軸部２０に回転可能に連結され、他端が第２連結ピン２５によりロアリンク１７の他端側に回転可能に連結されている。

コントロールシャフト１９は、クランクシャフト１５の下方に位置し、クランクシャフト１５と平行に配置され、かつシリンダブロック１１に回転可能に支持されている。詳述すると、コントロールシャフト１９は、第１軸受ブラケット２２と第２軸受ブラケット２６との間に回転可能に支持されている。コントロールシャフト１９に設けられた偏心軸部２０は、コントロールシャフト１９の回転中心に対して偏心している。

そして、このコントロールシャフト１９は、歯車機構２７を介して電動モータからなるアクチュエータ２８によって回転駆動され、その回転位置が制御されている。アクチュエータ２８は、コントロールユニット２９からの指令に基づき制御される。なお、コントロールシャフト１９を油圧アクチュエータによって回転駆動するようにしてもよい。

アクチュエータ２８によりコントロールシャフト１９の回転位置を変更することで、コントロールリンク２１の揺動支点となる偏心軸部２０の位置が変化する。これにより、コントロールリンク２１によるロアリンク１７の姿勢が変化し、ピストン１３のピストンモーション（ストローク特性）、すなわちピストン１３の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、圧縮比が連続的に変更される。

なお、この可変圧縮比機構１４は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１下面に取り付けられたオイルパン３０と、によって画成されたクランク室３１に配置されている。

オイルパン３０は、筒状のアッパオイルパン３０ａと皿形状のロアオイルパン３０ｂからなり、シリンダブロック１１下面にアッパオイルパン３０ａが取り付けられ、アッパオイルパン３０ａの下面にロアオイルパン３０ｂが取り付けられている。なお、図１中の３２は、オイルパン３０内に滞留しているエンジンオイルである。また、図１中の３３は、オイルパン３０内の油面の高さからオイルパン３０内のエンジンオイル３２の油量を検知する油量センサである。オイルパン３０内の油面の高さとは、例えば、オイルパン３０内の所定位置における鉛直方向に沿ったオイルパン３０底面から油面までの距離である。

コントロールユニット２９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータであり、例えば、クランクシャフト１５のクランク角度と共に機関回転数を検出可能なクランク角センサ３６、運転者によるアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を検知するアクセルペダルセンサ３７、コントロールシャフト１９の回転位置（回転角）を検出する角度位置センサ３８、上述した油量センサ３３等の各種センサ類からの信号が入力されている。

そして、コントロールユニット２９は、これら各種センサ類等から入力される信号等に基づいて、燃料噴射弁（図示せず）、点火プラグ（図示せず）、可変圧縮比機構１４のアクチュエータ２８等へ制御信号を出力して、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、機関回転数、圧縮比等を統括的に制御する。

エンジンオイル３２の油量は、所定の許容範囲内となるように管理されるが、所定の許容範囲内であっても油量が多くなる場合がある。エンジンオイル３２の油量が多い場合、オイルパン３０内の油面は相対的に上昇することになる。従って、クランクシャフト１５の下方にコントロールシャフト１９が配置された構成の可変圧縮比機構１４では、オイルパン３０内のエンジンオイル３２の油量が増加すると、コントロールシャフト１９に連結されたコントロールリンク２１に対してエンジンオイル３２が相対的に干渉しやすくなり、フリクションが増加する虞がある。

そこで、油量センサ３３の検出値が予め設定された所定値以上になった場合、コントロールリンク２１とオイルパン３０内のエンジンオイル３２との干渉を抑制するために、コントロールリンク２１が連結される偏心軸部２０が上方に位置するように、コントロールシャフト１９を回転させる。

これによって、エンジンオイル３２の油量が多い場合であっても、コントロールリンク２１に対してオイルパン３０内のエンジンオイル３２が干渉しにくくなり、エンジンオイル３２によるコントロールリンク２１のフリクション増加を抑制することができる。

また、可変圧縮比機構１４は、図２に示すように、コントロールシャフト１９の偏心軸部２０が、上方に移動すると圧縮比が相対的に低圧縮比となるように設定されている。なお、図２は、コントロールシャフト１９周辺を模式的に示した説明図であり、図２における上下方向は、図１の上下方向と一致している。

そのため、コントロールリンク２１とエンジンオイル３２との干渉を抑制するべく偏心軸部２０が上方に位置するようにコントロールシャフト１９を回転させると、圧縮比が低下することになり、熱効率が相対的に低下して燃料消費量が相対的に増加することになる。

しかしながら、本願の発明者は、フリクション低減による燃費の悪化抑制と、圧縮比低下による燃費の悪化とを比較した場合、フリクション低減のために圧縮比を低下させても、結果的にフリクション低減による燃費の悪化抑制の効果が、圧縮比低下による燃費の悪化を補って余りあるという知見を得た。

従って、オイルパン３０内のエンジンオイル３２の油面が高く、コントロールリンク２１に対してエンジンオイル３２が干渉するような場合には、偏心軸部２０が上方に位置するようにコントロールシャフト１９を回転させることで、総じて燃費の悪化を抑制することができる。

図３は、エンジンオイル３２の油量に応じた圧縮比制御の一例を示すフローチャートである。

Ｓ１では、エンジンオイル３２の油量、機関回転数、負荷（アクセル開度）を読み込む。

Ｓ２では、エンジンオイル３２の油量が所定値以上であるか否かを判定する。すなわち、オイルパン３０内のエンジンオイル３２の油面の高さが所定値以上であるか否かを判定する。エンジンオイル３２の油量が所定値以上であればＳ３へ進み、エンジンオイル３２の油量が所定値以上でなければＳ４へ進む。

Ｓ３では、エンジンオイル３２の油量に応じた圧縮比の補正量である油面補正値を算出する。油面補正値は、例えば、予めコントロールユニット２９内に記憶させておいた油面補正値算出マップを用いて算出される。油面補正値算出マップは、例えば、図４に示すように、エンジンオイル３２の油量が多くなるほど算出される油面補正値が大きくなるように設定されている。Ｓ４では、油面補正値をゼロとする。なお、油面補正値算出マップは、エンジンオイル３２の油量ではなく、オイルパン３０内のエンジンオイル３２の油面の高さから油面補正値を算出するようにしてもよい。

Ｓ５では、運転状態によって決まる基準圧縮比から油面補正値を減じることで目標圧縮比を算出する。ここで、基準圧縮比は、例えば、予めコントロールユニット２９内に記憶させておいた基準圧縮比算出マップを用いて算出される。基準圧縮比算出マップは、例えば、図５に示すように、負荷と機関回転数に応じて基準圧縮比を算出する。

Ｓ６では、内燃機関１０の圧縮比がＳ５で算出された目標圧縮比となるように、アクチュエータ２８を回転駆動する。

なお、オイルパン３０内のエンジンオイル３２の油面が高い場合、機関回転数が高くなるほど、コントロールリンク２１とエンジンオイル３２との干渉によるフリクションは相対的に増加することになる。そこで、オイルパン３０内のエンジンオイル３２の油面が高い場合には、機関回転数が高くなるほど、偏心軸部２０が上方に位置するようにコントロールシャフト１９を回転させるようにしてもよい。

これによって、オイルパン３０内のエンジンオイル３２の油面が高く、機関回転数が高い場合に、燃費の悪化を一層抑制することができる。

１０…内燃機関
１３…ピストン
１４…可変圧縮比機構
１５…クランクシャフト
１６…クランクピン
１７…ロアリンク
１８…アッパリンク
１９…コントロールシャフト
２０…偏心軸部
２１…コントロールリンク
２７…歯車機構
２８…アクチュエータ
２９…コントロールユニット
３１…クランク室
３２…エンジンオイル
３３…油量センサ

Claims (3)

1. クランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結されたロアリンクと、該ロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、上記クランクシャフトよりも下方に配置されたコントロールシャフトと、上記コントロールシャフトの偏心軸部と上記ロアリンクとを連結するコントロールリンクと、を有し、コントロールシャフトの回転位置に応じて内燃機関の圧縮比を連続的に変化させることが可能な可変圧縮比機構を備え、
   上記可変圧縮比機構が、シリンダブロックと当該シリンダブロックの下面に取り付けられたオイルパンとによって画成されたクランク室内に配置された内燃機関の制御装置において、
   上記オイルパン内の油量を検知する油量センサを有し、
   上記オイルパン内の油量が所定量以上となった場合には、上記偏心軸部が上方に位置するように上記コントロールシャフトを回転させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記可変圧縮比機構は、上記偏心軸部が上方に位置するほど圧縮比が低くなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 機関回転数が高くなるほど、上記偏心軸部が上方に位置するよう上記コントロールシャフトを回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

Images