JPH0359253B2

JPH0359253B2 -

Info

Publication number: JPH0359253B2
Application number: JP57032071A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Sugino; Kenichi Sasaki; Yoshio Iwasa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-03-01
Publication date: 1991-09-10
Also published as: JPS58150051A; US4538569A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、エンジンの圧縮比制御装置、詳細
にはエンジンの燃焼室に吸入された混合気等を吸
気路に還流させることにより実質的なエンジンの
圧縮比を制御する装置に関する。

従来のエンジンの圧縮比制御装置としては、例
えば実開昭52−19503号公報や特開昭56−46163号
公報に記載されたものが知られている。

まず、実開昭52−19503号公報に記載されたも
のについて説明すると、クランクシヤフトの回転
をカムシヤフトに伝達するスプロケツトホイール
が中心部材と外周部材とに分割され、これらの両
部材の間にバルブタイミング調整用のリングが軸
方向に移動可能に挿入されている。このリングは
軸線に平行な内周突起とこの内周突起と交叉する
外周突起を有しており、リングの内周突起が前記
中心部材の溝に嵌合し、外周突起が前記外周部材
の溝に嵌合している。中心部材には揺動可能な操
作レバーを有した操作機構が取付けられており、
操作レバーの一端にはフライウエイトが設けられ
他端はリンクに当接している。この操作機構は、
操作レバーのフライウエイトに遠心力が作用する
と、操作レバーの他端がリングを移動する。した
がつて、この圧縮比制御装置はスプロケツトホイ
ールの回転に対応してフライウエイトに作用する
遠心力によりリングを移動させ、リングの移動に
より外周部材が回転方向にずらされてバルブタイ
ミングを調整している。すなわち、この圧縮比制
御装置はエンジンの回転速度に応じて自動的にバ
ルブタイミングを調整して吸気量を調整すること
により実質的な圧縮比を変化させている。

次に、特開昭56−46163号公報に記載されたも
のについて説明すると、ピストンの上部を互に嵌
子にした外方部と内方部に分割し、外方部と内方
部との間に油室を画成するとともに外方部を内方
部に対し摺動可能としている。この油室内への油
の供給はピストンの下降時にコンロツドからの給
油圧により行なわれ、油室内からの油の放出はピ
ストンの上昇時における燃焼室内の圧力と油室内
圧力との圧力関係で制御弁を作動させることによ
り行われる。したがつて、ピストンの外方部はピ
ストンの下降時最大値まで上昇し、ピストンの上
昇時、燃焼室内圧力に基づいて外方部の下降量が
決定される。その結果、この圧縮比制御装置は外
方部の移動量により、すなわちピストン頂部の高
さを変えることにより、エンジンの圧縮比を変化
させている。

しかしながら、このような従来の圧縮比制御装
置は、前者にあつては、カム軸のスプロケツトホ
イールを２分割しその間に挿入されたリングを回
転の遠心力を利用した操作機構で移動させること
によりバルブタイミングを調整して実質的な圧縮
比を制御していたため、回転不釣り合いが生じ易
く有効な圧縮比制御装置が困難であり、また、摺
動部分の摩耗が生じやすく耐久性に欠けるととも
に、カム軸全体を駆動するのに強力な駆動装置が
必要となる等の問題点があつた。また、後者にあ
つては、ピストンの上部を２分割して油室を形成
し、油室内の油の放出を制御弁で制御してピスト
ン頂部の高さを変えることによりエンジンの圧縮
比を制御していたため、構造が複雑で、また油の
気密上の問題からコストが高くなるという問題点
があつた。

この発明は、燃焼室と吸気路とを連通するバイ
パス路と、該バイパス路を開閉する径小の制御弁
と、エンジンの運転状態を検出する検出センサ
と、エンジンのピストン位置に関連するパラメー
タを検出するセンサと、エンジンの運転状態に応
じて前記制御弁の開弁期間を演算する制御回路
と、該制御回路の出力信号に基づいて前記制御弁
をピストンの下死点近傍の位置に対応すると共
に、前記運転状態に応じて増減する所定期間に開
作動させる制御手段と、を備え、燃焼室内空気を
前記径小の制御弁を介して前記吸気路へ還流する
一方、該還流吸気を前記吸気路に設けた径大の吸
気弁を介して燃焼室へ再吸入することにより、上
記問題点を解決することを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１〜４図は、この発明の一実施例を示す図で
ある。

まず、構成を説明すると、第１図において、１
はピストン２が摺動自在に収納されたシリンダブ
ロツクであり、シリンダブロツク１の上端にはシ
リンダヘツド３が取付けられている。これらのシ
リンダブロツク１、ピストン２及びシリンダヘツ
ド３は燃焼室４を画成しており、シリンダヘツド
３には燃焼室４とインテークマニホールド５とを
連通する吸気路６が形成されると共に図示しない
エキゾーストマニホールドに連通する排気路７が
形成されている。これら吸気路６及び排気路７
は、第２図に示すように形成され、吸気弁８はロ
ツカアーム１０の揺動に連動して作動し、公知の
ように吸気路６を介して吸気を燃焼室４へ吸入す
る。ロツカアーム１０はカム１１の回転により揺
動させる。シリンダヘツド３にはその先端が燃焼
室４に突出する点火プラグ１２が取付けられてお
り、更に、シリンダヘツド３には燃焼室４とシリ
ンダヘツド３外部とを連通する孔１３が形成され
ており、孔１３内にはガイド筒１４が固設されて
いる。ガイド筒１４の燃焼室４側一端にはシート
面１５が形成されており、ガイド筒１４の他端に
はスプリングシート１６が形成されている。ガイ
ド筒１４にはシート面１５からガイド筒１４中間
部に渡る大径の連通孔１７が形成されており、連
通孔１７はガイド筒１４に形成された貫通孔１８
によりシリンダヘツド３に形成された継路１９に
連通されている。継路１９は図示しない絞り弁よ
りも下流の前記吸気路６に連通しており、これら
連通孔１７、貫通孔１８および継路１９は燃焼室
４と吸気路６とを連通するバイアス路２０を構成
している。前記ガイド筒１４内にはバルブ２１が
摺動自在に挿入されており、バルブ２１は、その
先端に前記シート面１５に着座してバイパス路２
０を閉止するバルブヘツド２１ａを有している。
またバルブ２１のステムエンドにはスプリングリ
テーナ２２が固設されており、スプリングリテー
ナ２２と前記スプリングシート１６の間にはバル
ブ２１をバルブヘツド２１ａがシート面１５に着
座する方向に付勢するバルブスプリング２３が介
装されている。これらのバルブ２１およびバルブ
スプリング２３はバイパス路２０を開閉する制御
弁２４を構成する。バルブ２１のステムエンドに
対向する位置には電磁アクチユエータ２５がホル
ダ２６を介してシリンダヘツド３に固設されてお
り、電磁アクチユエータ２５は、第３図に詳示す
るように構成されている。第３図において、２７
はホルダ２６を介してシリンダヘツド３に固定さ
れた電磁アクチユエータ２５のケースであり、ケ
ース２７内にはその一端がケース２７外に突出し
たプランジヤ２８がバルブ２１の軸線延長線上に
摺動自在に挿入されている。ブランジヤ２８の一
端はバルブ２１のステムエンドに対向し、その他
端にはスプリングリテーナが形成されている。こ
のスプリングリテーナとケース２７との間にはプ
ランジヤ２８をそれがバルブ２１と離隔する方向
へ常に付勢するスプリング２９が介装されてい
る。ケース２７内にはプランジヤ２８を囲むよう
にソレノイド３０が収納されており、ソレノイド
３０は、通電されると、プランジヤ２８をバルブ
２１方向に移動させる。ソレノイド３０は出力回
路３１に接続されており、出力回路３１は制御回
路３２からの信号によりソレノイド３０へ通電す
る。制御回路３２は入力回路３３からの信号とあ
らかじめ入力されたデータに基づいてソレノイド
３０への通電を制御する信号を出力し、入力回路
３３には車両の運転状態を検知する検知センサと
して冷却水温センサ３４、スタータスイツチ３
５、吸気量センサ３６、エンジン回転数センサ３
７、クランク角センサ３８からの信号が入力され
ている。冷却水温センサ３４は冷却水温を検出し
ており、冷却水温度に比例した電圧信号を出力す
る。スタータスイツチ３５はイグニツシヨンスイ
ツチのスタート位置を検出しており、イグニツシ
ヨンキーがスタート位置にあるときにスタータス
イツチ３５はON信号を出力する。出力する。吸
気量センサ３６はエンジンの燃焼室４内に吸入さ
れる吸入空気流量を検出しており、吸入空気流量
に比例した信号を出力する。エンジン回転数セン
サ３７はエンジンの単位時間当りの回転数を検出
しており、エンジンの回転数に比例した信号、例
えばパルス信号、を出力する。クランク角センサ
３８はクランク角の180ば信号およびクランク角
の720゜信号を検出しており、これらの信号によ
り、ピストンの位置を表示する信号を出力すると
ともに、複数の気筒中いずれの信号がいずれの気
筒の信号であるかを判別する信号を出力する。

これらの回路は、第４図のように示され、入力
回路３３は前記各センサからの信号をデイジタル
変換するとともに波形整形して制御回路３２に出
力する。３９は制御回路３２の判別回路であり、
入力回路３３からの冷却水温信号が基準値を超え
ているか否かを判別するとともに、スタータスイ
ツチ３５からの信号がON信号であるか、OFF信
号であるかを判別している。また、この判別回路
３９は、冷却水温信号が基準値を超えている場合
にはその大きさに比例した信号を、またスタータ
スイツチ３５からの信号がON信号である場合に
は、〔１〕の信号を演算回路４０に出力し、入力
回路３３からの吸気量信号とエンジン回転数信号
はそのまま演算回路４０に出力する。演算回路４
０は判別回路３９からの信号とあらかじめメモリ
４１に入力されているデータをもとに制御弁２４
の開弁時間Ｔを演算して記憶回路４２に出力す
る。すなわち、演算回路４０は、判別回路３９か
らスタータスイツチ３５のON信号を示す〔１〕
の信号が入力されると、あらかじめメモリ４１に
入力されている開弁時間T₁を記憶回路４２に出
力し、判別回路３９から冷却水温信号が入力され
ると、その大きさとあらかじめメモリ４１に記憶
されたデータから開弁時間T₂を演算して記憶回
路４２に出力する。また、判別回路３９から冷却
水温信号が入力されず、判別回路３９からエンジ
ンの負荷の大きさを表わす指数である吸気量信号
とエンジン回転数信号だけが入力されると、それ
らの大きさとあらかじめメモリ４１に記憶された
データからマツプとして開弁時間T₃を演算して
記憶回路４２に出力する。このとき、さらに判別
回路３９から冷却水温信号も入力されると、これ
ら３要因とメモリ４１のデータからマツプとして
開弁時間T₄演算して記憶回路４２に出力する。
記憶回路４２は演算回路４０からの各開弁時間
T₁，T₂，T₃，T₄を記憶しており、記憶回路４２
はカウンタ４３に接続されている。カウンタ４３
は入力回路３３に接続され、入力回路３３からク
ランク角センサ３８からの信号である気筒判別信
号およびピストン位置信号が入力されている。カ
ウンタ４３は入力回路３３からの各信号に基づい
て所定開弁時期、例えばピストンの下死点（以下
BDCという）時に開弁指令信号を出力するとと
もに記憶回路４２に記憶された開弁時間Ｔをカウ
ントする。この開弁時間Ｔは、記憶回路４２にス
タート時の開弁時間T₁が入力されていると、こ
のT₁が他の開弁時間を排してカウンタ４３がカ
ウントする開弁時間Ｔを支配する。この開弁時間
Ｔをカウントすると、カウンタ４３は出力回路３
１への開弁指令信号の出力を停止する。出力回路
３１はカウンタ４３から開弁指令信号が入力され
ている時間だけ、電磁アクチユエータ２５のソレ
ノイド３０に通電する。上述の判別回路３９演算
回路４０、メモリ４１、記憶回路４２およびカウ
ンタ４３は全体として、エンジンの運転状態に応
じて制御弁２４の開弁期間を演算する制御回路３
２を構成しており、また、電磁アクチユエータ２
５、出力回路３１、制御回路３２および入力回路
３３は、制御回路３２の出力信号に基づいて制御
弁２４をピストンの下死点近傍の位置に対応する
所定期間に開作動させる制御手段４４を構成して
いる。

次に作用を説明する。

まず、エンジンを始動する場合、イグニツシヨ
ンキーをスタート位置に回すが、このとき、スタ
ータスイツチ３５がON信号を入力回路３３に出
力する。入力回路３３は、スタータスイツチ３５
からON信号が入力されると、〔１〕の信号を制
御回路３２に出力し、制御回路３２は所定の開弁
時期（例えばBDC）から開弁時間T₁、すなわち、
ピストン位置に対応する所定期間だけ開弁指令信
号を出力回路３１に出力する。出力回路３１は、
開弁指令信号が入力されている時だけ、電磁アク
チユエータ２５のソレノイド３０に通電し、ソレ
ノイド３０に通電されるとプランジヤ２８がバル
ブ２１方向に吸引されてバルブ２１のステムエン
ドを押す。したがつて、バルブヘツド２１ａがシ
ート面１５から離間してバイパス路２０が開き、
ソレノイド３０への通電が遮断されると、スプリ
ング２９に付勢されてプランジヤ２８がバルブ２
１のステムエンドから離れ、これに応じてバルブ
２１がバルブスプリング２３に付勢されて移動し
バルブヘツド２１ａがシート面１５に着座する。
一方、開弁時期において、ピストン２は下死点に
あり、燃焼室４内に吸気が充満している。バイパ
ス路２０はこの下死点からT₁時間だけ開いてお
り、燃焼室４内の吸気はバイパス路２０から吸気
路６へ還流される。したがつて、燃焼室４の吸気
量が減少し、実質的な圧縮比が小さくなる。これ
らの様子を示したのが第５図と第６図で、第５図
は制御弁２４がBDCからＴ時間（クランク角で
は0゜〜22゜）だけ開いた状態を示したものであり、
このときの燃焼室４内の圧力とクランク角との関
係を示したものが第６図である。第６図におい
て、実線および破線で表示したものがモータリン
グ運転時の圧力変化を示し、実線が制御弁２４が
作動していないとき、すなわち圧縮比割のときの
圧力変化で、破線が制御弁２４が作動し圧縮比が
８割のときの圧力変化である。また、一点鎖線お
よび二点鎖線で表示したものが発火運転時の圧力
変化を示し、一点鎖線が圧縮比10割のときの圧力
変化で、二点鎖線が圧縮比８割のときの圧力変化
である。このように制御弁２４が電磁アクチユエ
ータ２５により作動されてバイパス路２０を開
き、燃焼室４室内の吸気がバイパス路２０を通し
て絞り弁下流の吸気路６に還流されることによ
り、エンジンの実質的な圧縮比を簡単な構造で、
かつ、精度よく下げることができる。したがつ
て、エンジンの始動時、始動負荷が低減でき、バ
ツテリの消費が改善されるとともに始動性が良く
なる。さらに、混合気により絞り弁やその部品を
劣化させることなく吸気を還流できる。

つぎに、エンジンが始動され低負荷運転時で冷
却水温センサ３４からの信号が基準値以下の場合
には、制御回路３２の演算回路４０が算出する開
弁時間T₂は零である。したがつて、制御手段４
４は制御弁２４を作動せず、10割の圧縮比となる
ためエンジンは低燃費で、かつ、高出力を出す。
冷却水温センサ３４からの信号が基準値を超えて
いるときは、前述のように制御手段４４開弁時間
T₂だけ制御弁２４を作動させバイパス路２０を
開く。したがつて、エンジンは低圧縮比となり、
ピストンの焼損やノツキング等を防止することが
できる。

さらに、高負荷運転の場合は、制御手段４４は
開弁時間T₃あるいは開弁時間T₄だけ制御弁２４
を作動させる。すなわち、冷却水温センサ３４か
らの信号が基準値を超えていないときには、演算
回路４０には判別回路３９から冷却水温信号が入
力されず、開弁時間Ｔを決定する要因はエンジン
の吸気量信号と回転数信号だけである。したがつ
て、演算回路４０はこれら２つの要因からあらか
じめメモリ４１に入力されたデータに基づいてマ
ツプとして開弁時間T₃を演算して記憶回路４２
に出力する。そのため、制御手段４４は、前述の
ように、所定の開弁時期から上記開弁時間T₃だ
け、制御弁２４を作動させバイパス路２０を開
き、燃焼室４内の吸気がバイパス路２０を通して
吸気路６に還流される。また、冷却水温センサ３
４からの信号が基準値を超えているときは、演算
回路４０には判別回路３９から冷却水温信号が入
力され、開弁時間Ｔを決定する要因は冷却水温信
号と吸気量信号および回転数信号の３要因であ
る。したがつて、演算回路４０はこれら３つの要
因からあらかじめメモリ４１に入力されたデータ
に基づいてマツプとして開弁時間T₄を演算して
記憶回路４２に出力する。そのため、制御手段４
４は、前述のように、所定の開弁時期から上記開
弁時間T₄だけ制御弁２４を作動させバイパス路
２０を開き、燃焼室４内の吸気がバイパス路２０
を通して吸気路６に還流される。以上の結果、高
負荷時において、エンジンの実質的な圧縮比が低
減され、エンジンに焼損やノツキングの発生を止
することができる。

なお上記実施例にあつては負荷をエンジンの吸
気量と回転数により決定するものとしたが、これ
に限るものではない。例えば、絞り弁開度、吸気
路負圧、トルク等により負荷を決定することもで
きる。トルクを用いる場合には、例えば第７図に
示すようにトルクの小さい低負荷時に圧縮比を大
きくし、トルクの大きな高負荷時に圧縮比を小さ
くすればよい。

以上説明してきたように、この発明によれば、
エンジンの圧縮比制御装置において、その構成
を、燃焼室と吸気路とを連通するバイパス路と、
該バイパス路を開閉する径小の制御弁と、エンジ
ンの運転状態を検知する検知センサと、エンジン
のピストン位置に関連するパラメータを検出する
センサと、エンジンの運転状態に応じて前記制御
弁の開弁期間を演算する制御回路と、該制御回路
の出力信号に基づいて前記制御弁をピストンの下
死点近傍の位置に対応すると共に、前記運転状態
応じて増逆する所定期間に開作動させる制御手段
と、を備え、燃焼室内空気を前記径小の制御弁を
介して前記吸気路へ還流する一方、該還流吸気を
前記吸気路に設けた径大の吸気弁を介して該燃焼
室へ再吸入するような構成としたため、エンジン
の実質的な圧縮比を確実で、かつ、精度よく制御
することができる。したがつて、低負荷運転時に
は圧縮比を高めて燃費の節減と高出力を得ること
ができ、高負荷運転時には圧縮比を低下してエン
ジンの焼損やノツキング等の発生を確実に防止す
ることができるという効果が得られる。

また、エンジンの運転状態に応じて制御弁の開
弁期間を演算するので、水温、吸気量、回転数な
どに応じて開弁期間を増減制御することができ、
圧縮比の制御を精度よくできる。また、制御弁を
ピストンの下死点近傍の位置に対応して開弁する
と共に、運転状態に応じて増減する所定期間に開
弁するので、エンジンの圧縮行程初期、すなわち
大気圧近傍で燃焼室内吸気を吸気路へ所定量還流
でき、開弁期間と制御弁による吸気の計量精度を
向上することができる。また、燃焼室内吸気を前
記径小の制御弁を介して前記吸気路へ還流する一
方、該還流吸気を前記吸気路に設けた径大の制御
弁を介して該燃焼室へ再吸入するようにしたの
で、通路断面積の小さい制御弁によつて開弁期間
を増減できると共に、運転状態に応じて圧縮比を
精度よく制御することができる効果が得られ、さ
らに、還流吸気を通路断面積の大きい吸気弁を介
して再吸入することにより、制御弁内部における
還流吸気の滞留を抑制でき、還流吸気中のゴミや
堆積物等による制御弁内部の摩耗、固着などを防
止できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明のエンジンの圧縮比
制御装置であり、第１図はそれをエンジンに取り
付けた状態を示す断面図、第２図はシリンダブロ
ツク側からシリンダヘツド下端を見た図、第３図
はその部分拡大断面図、第４図はその回路図、第
５図はこの発明のエンジンの圧縮比制御装置の制
御弁の開弁時期と開弁時間をクランク角との関係
で表わした図、第６図はこの発明のエンジンの圧
縮比制御装置の燃焼室内圧とクランク角との関係
を示す図、第７図はこの発明のエンジンの圧縮比
制御装置の制御要因であるエンジンの負荷をトル
クで表示した場合の圧縮比とトルクとの関係を示
す図である。４……燃焼室、６……吸気路、２０……パイパ
ス路、２４……制御弁、３２……制御回路、３４
……冷却水温センサ、３５……スタータスイツ
チ、３６，３７……負荷センサ、３８……クラン
ク角センサ、４４……制御手段。

Claims

【特許請求の範囲】

１燃料室と吸気路とを連通するバイパス路と、
該バイパス路を開閉する径小の制御弁と、エンジ
ンの運転状態を検知する検知センサと、エンジン
のピストン位置に関連するパラメータを検出する
センサと、エンジンの運転状態に応じて前記制御
弁の開弁期間を演算する制御回路と、該制御回路
の出力信号に基づいて前記制御弁をピストンの下
死点近傍の位置に対応すると共に、前記運転状態
に応じて増減する所定期間に開作動させる制御手
段と、を備え、燃焼室内空気を前記径小の制御弁
を介して前記吸気路へ還流する一方、該還流吸気
を前記吸気路に設けた径大の吸気弁を介して該燃
焼室へ再吸入するように構成したことを特徴とす
るエンジンの圧縮比制御装置。