JP2010247727A

JP2010247727A - 可変圧縮比機構を備えた内燃機関

Info

Publication number: JP2010247727A
Application number: JP2009100560A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Sato; 信彦佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: JP5434220B2

Abstract

【課題】可変圧縮比機構を備えた内燃機関において振動を抑制する。
【解決手段】クランクケース５とシリンダブロック４との相対距離を変化させて隙間容積を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構１０を備えた内燃機関において、内燃機関１と車体１１との間に介在するエンジンマウント５２と、内燃機関１の圧縮比を検知する検知手段１６と、エンジンマウント５２のばね特性を検知手段１６により検知される圧縮比に応じて変化させる変更手段３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関に関する。

シリンダブロックとクランクケースとをシリンダの軸線方向に相対移動させることにより圧縮比を変更し、内燃機関の熱効率等を向上させることができる。

そして、可変圧縮比機構を備えた内燃機関のエンジンマウントにおいて、慣性主軸上で内燃機関の前面側のマウントをクランクケース側に設ける技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、可変圧縮比機構により圧縮比を変更すると、内燃機関の重心位置が変化する。このため、エンジンマウントに要求される特性も変化する。ここで、上記可変圧縮比機構を備えた内燃機関では、圧縮比を変化させるためにシリンダブロックが移動するが、このシリンダブロックは内燃機関の上方に位置し且つ質量が比較的大きい。したがって、シリンダブロックの移動量が小さくても重心位置へ与える影響が大きいため、内燃機関自身が発する振動モーメントの中心、及び走行中の車両側からの入力による振動モーメントの中心が変化する。そうすると、圧縮比の変化に伴い振動が発生する虞がある。

ＷＯ２００５／１１０７９２号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において振動を抑制する技術の提供を目的とする。

上記課題を達成するために本発明による可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、
クランクケースと、
前記クランクケースと相対移動するシリンダブロックと、
前記クランクケースと前記シリンダブロックとの相対距離を変化させて隙間容積を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、を備えた内燃機関において、
前記内燃機関と車体との間に介在するエンジンマウントと、
前記内燃機関の圧縮比を検知する検知手段と、
前記エンジンマウントのばね特性を前記検知手段により検知される圧縮比に応じて変化させる変更手段と、
を備えることを特徴とする。

エンジンマウントは、クランクケース側に取り付けても良く、シリンダブロック側に取り付けても良い。

ここで、クランクケースとシリンダブロックとの相対距離の変化量に応じて圧縮比及び重心位置が変化するため、圧縮比と重心位置とには相関関係がある。このため、エンジンマウントのばね特性を圧縮比に応じて変化させれば、重心位置に応じてばね特性を変化さ
せることもできる。つまり、共振点を慣性質量の変化に対応させることができるため、振動を抑制することができる。なお、ばね特性はばね定数としても良い。

また、検知手段は、圧縮比と関連のある部材間の距離を測定することにより圧縮比を検知しても良い。

さらに、本発明においては、前記クランクケースとシリンダブロックとの相対距離は、アクチュエータにより変化され、前記検知手段は制御装置からアクチュエータへ送られる制御信号に基づいて前記内燃機関の圧縮比を検知しても良い。つまり、アクチュエータへの制御信号によれば、クランクケースとシリンダブロックとの相対距離がどれだけ変化するのか分かるため、圧縮比がどれだけ変化するのかも分かる。これに基づいて、エンジンマウントのばね特性を変化させることで、応答性を高めることができる。これにより、振動をより抑制することができる。

本発明によれば、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において振動を抑制することができる。

圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関の概略構成を表す図である。圧縮比と内燃機関の共振周波数との関係を示した図である。実施例に係るエンジンマウントの制御フローを示したブロック図である。実施例に係るエンジンマウントの制御フローを示したフローチャートである。最適圧縮比εｔと目標ばね定数ｋとの関係を示した図である。ばね定数の変更時期を図４に示したフローよりも早くした場合のフローチャートである。可変圧縮比機構の制御結果の確認と、エンジンマウントのばね定数の制御結果の確認と、を交互に行う場合のフローを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、４つのシリンダ２を有している。

内燃機関１は、シリンダヘッド３、シリンダブロック４、およびクランクケース５を備えて構成されている。そして、各シリンダ２には、夫々ピストン６が備えられている。

そして、本実施例による内燃機関１は、例えば、特開２００３−２０６７７１号公報に記載されているような、クランクケース５に対してシリンダブロック４をシリンダ軸方向（以下、上下方向ともいう。）へ進退自在に取り付けるとともに両者の連結部に二重偏心軸を設け、該二重偏心軸を揺動回転させることによりシリンダブロック４を進退駆動させる可変圧縮比機構１０を備えている。

この可変圧縮比機構１０によれば、シリンダブロック４と共にシリンダヘッド３を、シ
リンダ２の軸線方向にクランクケース５に対して相対移動させる。これによって、シリンダブロック４、シリンダヘッド３およびピストン６によって構成される燃焼室の容積（隙間容積）が変更される。その結果、内燃機関１の圧縮比が可変制御される。例えば、シリンダブロック４がクランクケース５から遠ざかる方向に相対移動されると、燃焼室容積が増えて圧縮比が低下する。なお、シリンダブロック４は、アクチュエータ１２により移動される。

そして、本実施例では、クランクケース５がブラケット５１及びエンジンマウント５２を介して車体１１に固定されている。ブラケット５１は金属からなりクランクケース５とエンジンマウント５２とを連結している。また、エンジンマウント５２は、例えば液体を封入した電子制御式のエンジンマウントである。このエンジンマウント５２によれば、液体の粘性抵抗をコントロールすることでばね特性（ばね定数）を変更することができる。

また、アクチュエータ１２には、シリンダブロック４とクランクケース５との相対距離を検知するリフトセンサ１６が取り付けられている。このリフトセンサ１６は、アクチュエータ１２の回転角度に基づいてシリンダブロック４とクランクケース５との相対距離の変化量を検知する。なお、シリンダブロック４とクランクケース５との相対距離の変化量は、シリンダブロック４の移動量を直接測定することにより得ても良い。さらに、アクチュエータ１２を作動させるために該アクチュエータ１２へ送られる信号に基づいて相対距離の変化量を検知しても良い。なお、相対距離の変化量に代えて、慣性質量の変化量を検知しても良い。さらに、シリンダブロック４とクランクケース５との相対距離の変化量から圧縮比を得ても良い。なお、本実施例においてはリフトセンサ１６が、本発明における検知手段に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ３０が併設されている。このＥＣＵ３０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

また、ＥＣＵ３０には、リフトセンサ１６の他、運転者がアクセルペダル１３を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１４、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１５が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ３０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ３０には、エンジンマウント５２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ３０はエンジンマウント５２のばね特性を変更することができる。

ここで、図２は、圧縮比と内燃機関１の共振周波数との関係を示した図である。実線は圧縮比が比較的小さいとき、破線は圧縮比が比較的大きいとき、一点鎖線は圧縮比が中程度のときである。なお、一点鎖線で示す圧縮比が中程度の場合は、可変圧縮比機構１０を備えていない場合としても良い。図２において横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。

このように、共振点が圧縮比によって変化する。つまり、エンジンマウント５２のばね特性を一定とすると、圧縮比によっては内燃機関１の振動が大きくなる虞がある。そこで本実施例では、圧縮比に応じてエンジンマウント５２のばね特性を変化させる。なお、本実施例では、圧縮比と相関関係にあるリフトセンサ１６の出力信号に基づいてエンジンマウント５２のばね特性を変化させる。

図３は、本実施例に係るエンジンマウント５２の制御フローを示したブロック図である。

ＥＣＵ３０により内燃機関１が運転され、その間、ドライバからの要求により内燃機関１の圧縮比が変更される。すなわち、この要求により、アクチュエータ１２が作動することで、内燃機関１の圧縮比が変更される。つまり、シリンダブロック４とクランクケース５とが相対移動する。そして、リフトセンサ１６により相対距離の変化量が検知され、その検知結果がＥＣＵ３０に入力される。

ＥＣＵ３０は、リフトセンサ１６により得られた相対距離の変化量に応じてエンジンマウント５２を制御する。例えば、相対距離の変化量とエンジンマウント５２の制御量との関係を予めマップ化しておき、該マップに基づいて制御を行う。また例えば、慣性質量の変化量とエンジンマウント５２の制御量との関係を予めマップ化しておき、該マップに基づいて制御を行なっても良い。さらに、慣性質量の変化ΔＩに対し、ΔＩ／Ｉ＝Δｋ／ｋとなるように制御しても良い。但し、ｋはエンジンマウント５２のばね定数である。

図４は、本実施例に係るエンジンマウント５２の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ３０により実行される。

ステップＳ１０１では、内燃機関１の運転状態が検知される。これは、最適圧縮比を算出するために検知するのであって、例えば機関回転数、機関負荷（トルク）、スロットル開度、変速機の変速段、トルクコンバータロックアップ状態、車速、現時点での圧縮比、等が検知される。

ステップＳ１０２では、最適圧縮比εｔが算出される。最適圧縮比εｔとは、そのときの運転状態で最も適した圧縮比である。ステップＳ１０１で検知されるパラメータと、最適圧縮比εｔとの関係を予め求めてマップ化しておき、該マップから最適圧縮比εｔを得る。

ステップＳ１０３では、目標ばね定数ｋが算出される。目標ばね定数ｋとは、最適圧縮比εｔのときに内燃機関１の振動を抑制し得るばね定数である。ここで、図５は、最適圧縮比εｔと目標ばね定数ｋとの関係を示した図である。最適圧縮比εｔが大きくなるほど、目標ばね定数ｋも大きくなる。この図５に従って目標ばね定数ｋを得る。

ステップＳ１０４では、最適圧縮比εｔと現時点での圧縮比（現圧縮比）εｇとの差Δεを算出する。

ステップＳ１０５では、圧縮比の差Δεの絶対値が所定値ε０よりも大きいか否か判定される。この所定値ε０は、最適圧縮比εｔと現圧縮比εｇとの差の許容値の上限値であり、最適圧縮比εｔと現圧縮比εｇとが略等しいとすることのできる値である。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０６では、圧縮比の差Δεが０よりも大きいか否か判定される。つまり、最適圧縮比εｔのほうが現圧縮比εｇよりも大きいか否か判定される。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０７では、圧縮比がより大きくなるようにアクチュエータ１２を制御する。その後、ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０８では、圧縮比がより小さくなるようにアクチュエータ１２を制御する
。その後、ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０９では、目標ばね定数ｋとなるようにエンジンマウント５２が制御される。なお、本実施例ではステップＳ１０９を処理するＥＣＵ３０が、本発明における変更手段に相当する。

このように、目標ばね定数ｋと最適圧縮比εｔとの関係を予めマップ化しておくことで、エンジンマウント５２のばね定数を最適化することができる。

なお、図４に示したフローでばね定数を変更する時期よりも早い時期にばね定数を変更しても良い。

例えば図６は、ばね定数の変更時期を図４に示したフローよりも早くした場合のフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ３０により実行される。また、図４に示したフローと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０３にて目標ばね定数ｋが算出された後、すぐにステップＳ１０９へ移行して目標ばね定数ｋとなるようにエンジンマウント５２のばね定数が目標ばね定数ｋとなるように制御される。その後、ステップＳ１０４へ進む。このようにすることで、エンジンマウント５２のばね定数を変更するときの応答性が悪い場合であっても、早い時期から振動を抑制することができる。また、各装置に要求される性能が低くても良いため、コストを削減することができる。

また、可変圧縮比機構１０の制御結果の確認と、エンジンマウント５２のばね定数の制御結果の確認と、を交互に行っても良い。この場合、アクチュエータ１２等の性能等に応じて所定の間隔で交互に行なっても良い。これにより、制御の安定性を確保することができる。

図７は、可変圧縮比機構１０の制御結果の確認と、エンジンマウント５２のばね定数の制御結果の確認と、を交互に行う場合のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ３０により実行される。また、図４に示したフローと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ２０１では、Ｎが３の倍数であるか否か判定される。このＮは本ルーチンの繰り返し回数を示しており、初期値として０が代入される。そして、本ルーチンの繰り返し回数が３の倍数のときにばね定数を変化させている。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ２０２では、Ｎの数に１を加えた数を新たにＮに代入する。

このようにすることで、Ｎが３の倍数のときにはエンジンマウント５２のばね定数が変化され、それ以外では、圧縮比が制御される。これにより、制御の安定性を確保することができる。

１内燃機関
２シリンダ
３シリンダヘッド
４シリンダブロック
５クランクケース
６ピストン
１０可変圧縮比機構
１１車体
１２アクチュエータ
１３アクセルペダル
１４アクセル開度センサ
１５クランクポジションセンサ
１６リフトセンサ
３０ＥＣＵ
５１ブラケット
５２エンジンマウント

Claims

クランクケースと、
前記クランクケースと相対移動するシリンダブロックと、
前記クランクケースと前記シリンダブロックとの相対距離を変化させて隙間容積を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、を備えた内燃機関において、
前記内燃機関と車体との間に介在するエンジンマウントと、
前記内燃機関の圧縮比を検知する検知手段と、
前記エンジンマウントのばね特性を前記検知手段により検知される圧縮比に応じて変化させる変更手段と、
を備えることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
前記クランクケースとシリンダブロックとの相対距離は、アクチュエータにより変化され、前記検知手段は制御装置からアクチュエータへ送られる制御信号に基づいて前記内燃機関の圧縮比を検知することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。