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JP6424882B2 - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

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Description

本発明は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。
従来から、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関が知られている。このような可変圧縮比機構としては様々なものが提案されているが、そのうちの一つとして内燃機関で用いられるコンロッドの有効長さを変化させるものが挙げられる(例えば、特許文献1)。ここで、コンロッドの有効長さとは、クランクピンを受容するクランク受容開口の中心とピストンピンを受容するピストンピン受容開口の中心との間の距離を意味する。したがって、コンロッドの有効長さが長くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が小さくなり、よって機械圧縮比が増大する。一方、コンロッドの有効長さが短くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が大きくなり、よって機械圧縮比が低下する。
有効長さを変更可能な可変長コンロッドとしては、コンロッド本体の小径端部に、コンロッド本体に対して回動可能な偏心部材(偏心アームや偏心スリーブ)を設けたものが知られている(例えば、特許文献1)。偏心部材はピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有し、このピストンピン受容開口は偏心部材の回動軸線に対して偏心して設けられる。このような可変長コンロッドでは、偏心部材の回動位置を変更すると、これに伴ってコンロッドの有効長さを変化させることができる。
具体的には、偏心部材は、ピストンの往復動によってピストンピンに作用する上向きの慣性力によって一方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを長くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して上昇し、機械圧縮比は低圧縮比から高圧縮比に切替えられる。一方、偏心部材は、ピストンの往復動によってピストンピンに作用する下向きの慣性力と、混合気の燃焼によってピストンピンに作用する下向きの爆発力とによって他方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを短くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して下降し、機械圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。したがって、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。
特開2016−142137号公報
ところで、慣性力は爆発力よりもはるかに小さい。このため、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を得ることが困難である。また、慣性力は、内燃機関の機関回転数の二乗に比例するため、内燃機関の低回転域では、十分な慣性力が得られず、応答性がさらに悪化する。
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を高くするときの応答性を向上させることにある。
本開示の要旨は以下のとおりである。
(1)機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、各気筒における排気行程後の筒内残留ガスを低減可能な排気促進機構と、前記可変圧縮比機構によって機械圧縮比を制御すると共に前記排気促進機構の作動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、機械圧縮比を高くするように要求されたときから機械圧縮比の変更が完了するときまでの期間の少なくとも一部の期間において前記排気促進機構を作動させる、可変圧縮比内燃機関。
(2)前記可変圧縮比機構は、クランクピンを受容するクランク受容開口が設けられたコンロッド本体と、ピストンピンを受容するピストンピン受容開口が設けられると共に、該ピストンピン受容開口の中心と前記クランク受容開口の中心との間の長さを変化させるように前記コンロッド本体に移動可能に取り付けられた有効長さ変更部材とを備えた可変長コンロッドである、上記(1)に記載の可変圧縮比内燃機関。
(3)前記制御装置は、機関回転数が予め定められた基準回転数以上のときには前記排気促進機構を作動させない、上記(2)に記載の内燃機関の可変圧縮比内燃機関。
(4)前記制御装置は、機関負荷が予め定められた閾値以下のときには前記排気促進機構を作動させない、上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の可変圧縮比内燃機関。
(5)機械圧縮比の変更の完了を検出する検出器を更に備え、前記制御装置は、機械圧縮比を高くするように要求されたときから前記検出器によって機械圧縮比の変更の完了が検出されるときまで前記排気促進機構を作動させる、上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の可変圧縮比内燃機関。
本発明によれば、可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を高くするときの応答性を向上させることができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係る可変圧縮比内燃機関を概略的に示す図である。 図2は、可変長コンロッドの概略的な断面図である。 図3は、内燃機関に設けられた各部材と制御装置との関係を示すブロック図である。 図4は、本発明の第一実施形態における内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図5は、機関回転数及び機関負荷に対する機械圧縮比の設定の一例を示すグラフである。 図6は、本発明の第二実施形態における内燃機関1の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図7は、本発明の第三実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の一部を概略的に示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
<第一実施形態>
以下、図1〜図4を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
<可変圧縮比内燃機関の構成>
図1は、本発明の第一実施形態に係る可変圧縮比内燃機関1を概略的に示す図である。本実施形態における可変圧縮比内燃機関1(以下、単に「内燃機関1」という)は、火花点火式内燃機関であり、車両に搭載される。内燃機関1は、クランクケース2、シリンダブロック3及びシリンダヘッド4を備える。シリンダブロック3の内部には、シリンダブロック3の内部で往復運動するピストン5が配置されている。内燃機関1は複数の気筒45を有する。
燃焼室7が、各気筒45において、ピストン5とシリンダヘッド4との間に形成されている。シリンダヘッド4には、吸気ポート11及び排気ポート14が形成されている。吸気ポート11及び排気ポート14は燃焼室7に接続されている。吸気弁9が、吸気ポート11の端部に配置され、吸気ポート11を開閉可能に形成されている。排気弁12が、排気ポート14の端部に配置され、排気ポート14を開閉可能に形成されている。また、内燃機関1は、吸気弁9の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Aと、排気弁12の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Bとを備える。
内燃機関1は、燃焼室7に燃料を供給するための燃料噴射弁10と、燃焼室7において混合気を点火するための点火プラグ8とを備える。点火プラグ8はシリンダヘッド4に固定されている。燃料噴射弁10は、燃焼室7内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド4の内壁面周辺部に配置されている。すなわち、燃料噴射弁10は筒内燃料噴射弁である。なお、燃料噴射弁10は、吸気ポート11内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁であってもよい。また、内燃機関1は、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンを用いる。しかしながら、内燃機関1は他の燃料を用いてもよい。
内燃機関1は、過給機であるターボチャージャ50を備える。ターボチャージャ50は、排気通路に配置されたタービン51と、吸気通路に配置されたコンプレッサ52と、タービン51とコンプレッサ52とを接続する回転軸53と、回転軸53に設けられたモータ54とを含む。
排気の流れによってタービン51が回転すると、コンプレッサ52も回転して吸入空気の圧力を高める。したがって、ターボチャージャ50は、排気エネルギーを用いて、吸入空気を圧縮して吸入空気量を増大させることができる。また、モータ54を駆動することによって回転軸53を介してタービン51及びコンプレッサ52を強制的に回転させることができる。このため、ターボチャージャ50では、排気エネルギーが低いときにも吸入空気量を迅速に増大することができるため、ターボラグ(ドライバがアクセルペダルを踏んでからターボチャージャ50によって出力トルクが増大するまでの時間遅れ)を低減することができる。ターボチャージャ50はいわゆる電動アシストターボチャージャである。
また、モータ54が駆動されると、タービン51の回転数が増大するため、各気筒45からの排気が促進されて、各気筒45における排気行程後の筒内残留ガスが低減される。したがって、ターボチャージャ50は、各気筒45における排気行程後の筒内残留ガスを低減可能な排気促進機構として機能することができる。
内燃機関1において、ターボチャージャ50のモータ54を駆動することによって、排気促進機構が作動される。モータ54は、例えばオイルネータ(図示せず)によって発電された電力によって駆動される。また、モータ54は排気エネルギーによって発電可能な電動発電機(モータジェネレータ)であってもよい。この場合、モータ54は、排気エネルギーによって発電された電力によって駆動されてもよい。
各気筒45の吸気ポート11は、それぞれ、対応する吸気枝管13を介してサージタンク62に連結されている。サージタンク62は、吸気管15を介してターボチャージャ50のコンプレッサ52の出口部に連結されている。サージタンク62とコンプレッサ52との間の吸気管15の内部には、DCモータのようなスロットル弁駆動アクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置されている。スロットル弁18は、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。また、コンプレッサ52とスロットル弁18との間の吸気管15には、ターボチャージャ50によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラ60が配置されている。
コンプレッサ52の入口部は、吸気管15を介してエアクリーナ61に連結されている。エアクリーナ61とコンプレッサ52との間の吸気管15の内部には、吸入空気量を検出するエアフローメータ16が配置されている。吸気ポート11、吸気枝管13、吸気管15等が、空気を燃焼室7に導く吸気通路を形成する。
一方、各気筒の排気ポート14は排気マニホルド19に連結されている。排気マニホルド19は、各排気ポート14に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを含む。排気マニホルド19の集合部はターボチャージャ50のタービン51の入口部に連結されている。タービン51の出口部は排気管22を介してケーシング21に連結されている。ケーシング21は排気浄化触媒20を内蔵する。排気ポート14、排気マニホルド19、排気管22等が、混合気の燃焼によって生じた排気ガスを燃焼室7から排出する排気通路を形成する。
<可変圧縮比機構>
内燃機関1は機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を更に備える。本実施形態では、可変長コンロッド6が可変圧縮比機構に相当する。可変長コンロッド6は各気筒45に設けられる。可変長コンロッド6は、その小径端部においてピストンピン42を介してピストン5に連結されると共に、その大径端部においてクランクシャフトのクランクピン43に連結される。
可変長コンロッド6は、特開2016−118181号公報等に記載されているような公知技術である。このため、可変長コンロッド6の構成及び動作について以下に簡潔に説明する。
図2は、可変長コンロッド6の概略的な断面図である。可変長コンロッド6では、クランクピン43を受容するクランク受容開口41の中心とピストンピン42を受容するピストンピン受容開口32dの中心との間の長さ、すなわち可変長コンロッド6の有効長さを変更することによって機械圧縮比を変更する。可変長コンロッド6は、コンロッド本体31と、コンロッド本体31に回動可能に取り付けられた偏心部材32と、コンロッド本体31に設けられた第1ピストン機構33及び第2ピストン機構34と、ピストン機構33、34への作動油の流れの切換を行う流れ方向切換機構35とを備える。本実施形態では、偏心部材32が、可変長コンロッドの有効長さを変更するように移動可能にコンロッド本体に取り付けられた有効長さ変更部材に相当する。
流れ方向切換機構35は、コンロッド本体31の外部の油供給装置によって作動され、第一状態と第二状態との間で切換可能である。流れ方向切換機構35は、第一状態において、第1ピストン機構33の第1シリンダ33aから第2ピストン機構34の第2シリンダ34aへの作動油の流れを禁止し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを許可する。流れ方向切換機構35は、第二状態において、第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを許可し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを禁止する。
流れ方向切換機構35が第二状態から第一状態に切り換えられると、内燃機関1の気筒45内でのピストン5の往復動によってピストンピン42に作用する慣性力によって偏心部材32が一方の方向(図2(A)における矢印の方向)に回動する。このため、第2ピストン機構34の第2ピストン34bが第2シリンダ34a内に押し込まれ、第2シリンダ34a内の作動油が第1シリンダ33aに移動する。この結果、図2(A)に示されるように、可変長コンロッド6の有効長さが長くなり(L1になり)、図1に実線で示したようにピストン5が上死点にあるときの燃焼室7の容積が小さくなる。一方、可変長コンロッド6の有効長さが変化しても、ピストン5が気筒45内を往復動するストローク長さは変化しない。したがって、このとき、内燃機関1における機械圧縮比が高くなる。
一方、流れ方向切換機構35が第一状態から第二状態に切り換えられると、内燃機関1の気筒45内でのピストン5の往復動によってピストンピン42に作用する慣性力と、燃焼室7内での混合気の燃焼によってピストン5に作用する爆発力とによって偏心部材32が他方の方向(図2(B)における矢印の方向)に回動する。このため、第1ピストン機構33の第1ピストン33bが第1シリンダ33a内に押し込まれ、第1シリンダ33a内の作動油が第2シリンダ34aに移動する。この結果、図2(B)に示すように、可変長コンロッド6の有効長さが短くなり(L2になり)、図1に破線で示したようにピストン5が上死点にあるときの燃焼室7内の容積が大きくなる。一方、上述したように、ピストン5のストローク長さは一定である。したがって、このとき、内燃機関1における機械圧縮比が低くなる。
上記のように、可変長コンロッド6は内燃機関1における機械圧縮比を高圧縮比及び低圧縮比の二段階に変更することができる。なお、可変圧縮比機構は、機械圧縮比を三段階に変更可能な可変長コンロッドであってもよい(特開2016−118180号公報等参照)。また、可変圧縮比機構は、可変長コンロッドの有効長さを変更するように直線移動可能にコンロッド本体に取り付けられた有効長さ変更部材を備えた直動型の可変長コンロッドであってもよい(特開2015−527518号公報等参照)。
また、可変圧縮比機構は、機械圧縮比を変更可能であれば、任意の構成を有することができる。例えば、可変圧縮比機構は、マルチリンク機構を用いてピストンの上死点位置を変更するマルチリンク式ピストンストローク機構であってもよい(特開2005−69027号公報、特開2001−227367号公報等参照)。また、可変圧縮比機構は、シリンダブロックとクランクケースとの距離を変更することによって燃焼室の容積を変更する可動ブロック機構であってもよい(国際公開第2009/060979号、特開2013−238117号公報等参照)。
また、内燃機関1は、機械圧縮比の変更の完了を検出する検出器を更に備える。本実施形態では、ギャップセンサ90が検出器に相当する。ギャップセンサ90は、各気筒45に配置され、シリンダブロック3の壁に固定される。ギャップセンサ90は非接触式の測距センサである。ギャップセンサ90はギャップセンサ90からピストン5までの距離を検出し、検出される距離の最小値が下死点におけるピストン5までの距離に相当する。下死点におけるピストン5の位置は、可変長コンロッド6の有効長さが短いほど、すなわち機械圧縮比が低いほど、ギャップセンサ90に近くなる。したがって、ギャップセンサ90からピストン5までの距離の最小値を検出することによって、各気筒45における機械圧縮比を検出することができる。このため、ギャップセンサ90は、可変長コンロッド6によって機械圧縮比が高圧縮比から低圧縮比に又は低圧縮比から高圧縮比に変更されるとき、各気筒45において機械圧縮比の変更が完了したことを検出することができる。
なお、検出器は、機械圧縮比の変更の完了を検出可能であれば、任意の構成を有することができる。例えば、検出器は、燃焼室内の燃焼圧に基づいて機械圧縮比を検出する燃焼圧センサであってもよい。
<可変圧縮比内燃機関の制御装置>
図3は、内燃機関1に設けられた各部材と制御装置との関係を示すブロック図である。内燃機関1は電子制御ユニット(ECU)80を更に備える。内燃機関1の各種制御はECU80によって実行される。したがって、ECU80は内燃機関1の制御装置として機能する。ECU80はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス81によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)82、RAM(ランダムアクセスメモリ)83、CPU(マイクロプロセッサ)84、入力ポート85及び出力ポート86を備える。エアフローメータ16、ギャップセンサ90及び負荷センサ101の出力が、対応するAD変換器87を介して入力ポート85に入力される。
図1に示されるように、エアフローメータ16は、吸気通路においてエアクリーナ61とコンプレッサ52との間に配置され、吸気管15内を流れる空気流量を検出する。負荷センサ101は、アクセルペダル120の踏込み量に比例した出力電圧を発生させ、内燃機関1の機関負荷を検出する。
さらに、入力ポート85には、クランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生させるクランク角センサ108が接続される。クランク角センサ108は内燃機関1の機関回転数を検出する。
一方、出力ポート86は、対応する駆動回路88を介して、点火プラグ8、燃料噴射弁10、スロットル弁駆動アクチュエータ17、可変バルブタイミング機構A、B、モータ54及び油供給装置70に接続されている。ECU80は、点火プラグ8の点火時期、燃料噴射弁10から噴射される燃料の噴射タイミング及び噴射時間、スロットル弁18の開度、吸気弁9の開弁時期及び閉弁時期、排気弁12の開弁時期及び閉弁時期並びにモータ54の作動を制御することができる。また、ECU80は、コンロッド本体31の外部の油供給装置70によって可変長コンロッド6の作動を制御し、ひいては内燃機関1における機械圧縮比を制御することができる。
<機械圧縮比を高めるときの内燃機関の制御>
上述したように、可変圧縮比機構として可変長コンロッド6を備える場合、機械圧縮比は、ピストンピン42に作用する慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に変更され、一方、ピストンピンに42作用する慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に変更される。慣性力は爆発力よりもはるかに小さい。このため、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更するときに十分な応答性を得ることが困難である。
ところで、各気筒45における吸気行程では、スロットル弁18の開度等に応じて筒内圧力が大気圧よりも低下し、筒内に負圧が生成される。この結果、筒内圧力がクランクケース2内の圧力よりも低くなるため、ピストン5をシリンダヘッド4側に引っ張る引張力が発生する。この引張力は、機械圧縮比を高くするための動作、すなわち偏心部材32を回動させてピストン5をクランクピン43から離間させる動作を補助することができる。また、各気筒45における排気行程後の筒内残留ガスを低減することによって、排気による筒内の圧力低下量を大きくすることができ、ひいては吸気行程における筒内の負圧を増大させることができる。
上記事実に着目し、本実施形態では、機械圧縮比を高くするときの応答性を向上させるべく以下の制御が実行される。本実施形態では、ECU80は、機械圧縮比を高くするように要求されたときから機械圧縮比の変更が完了するときまでの期間の少なくとも一部の期間において排気促進機構を作動させる。このことによって、吸気行程における筒内の負圧を増大させ、負圧による引張力を増大させることができる。この結果、機械圧縮比を高くするときの応答性を向上させることができる。
なお、可変長コンロッド以外の可変圧縮比機構が用いられる場合にも、負圧による引張力は、機械圧縮比を高くすべく燃焼室の容積を小さくするための動作を補助する。したがって、上述した制御によれば、任意の構成の可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、機械圧縮比を高くするときの応答性が向上する。
<フローチャートを用いた制御の説明>
以下、図4のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図4は、本発明の第一実施形態における内燃機関1の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
最初に、ステップS101において、機械圧縮比を高くする要求が有るか否かが判定される。機械圧縮比の変更は内燃機関1の運転状態に応じて要求される。例えば、内燃機関1の機関負荷が所定値以下になったときに、機械圧縮比が高圧縮比から低圧縮比に変更されるように要求される。この要求は、機械圧縮比の変更が完了したと判定されるまで維持される。
ステップS101において機械圧縮比を高くする要求が無いと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS101において機械圧縮比を高くする要求が有ると判定された場合、本制御ルーチンはステップS102に進む。ステップS102では、排気促進機構が作動される。本実施形態では、ターボチャージャ50のモータ54が駆動される。この結果、各気筒45からの排気が促進され、筒内の負圧が増大される。
次いで、ステップS103において、機械圧縮比が高くされる。本実施形態では、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更すべく、油供給装置70によって可変長コンロッド6の有効長さが長くされる。
次いで、ステップS104において、機械圧縮比の変更が完了したか否かが判定される。機械圧縮比の変更の完了は、例えば、機械圧縮比の変更の完了を検出する検出器によって検出される。本実施形態では、ギャップセンサ90が機械圧縮比の変更の完了を検出する。なお、機械圧縮比を高くするための制御が開始されてからの経過時間が所定時間以上になったときに、機械圧縮比の変更が完了したと判定してもよい。この場合、ギャップセンサ90のような検出器は不要である。所定時間は、実験、計算等によって予め定められる。
ステップS104において機械圧縮比の変更が完了していないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS104において機械圧縮比の変更が完了したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS105に進む。ステップS105では、排気促進機構が停止される。本実施形態では、ターボチャージャ50のモータ54が停止される。ステップS105の後、本制御ルーチンは終了する。
なお、排気促進機構による負圧の増大に時間を要する場合、排気促進機構を作動させてから所定時間経過後に機械圧縮比を高くするための制御が開始されてもよい。また、機械圧縮比を高くするように要求されたときから機械圧縮比の変更が完了するときまでの期間の一部の期間において、排気促進機構を作動させてもよい。例えば、機械圧縮比を高くするように要求されてから所定時間だけ排気促進機構を作動させてもよい。また、機械圧縮比を高くするための制御が開始された後に排気促進機構を作動させてもよい。
<第二実施形態>
第二実施形態に係る可変圧縮比内燃機関は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る可変圧縮比内燃機関と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
内燃機関1の気筒45内でのピストン5の往復動によってピストンピン42に作用する慣性力は内燃機関1の機関回転数の二乗に比例する。このため、内燃機関1の低回転域では、十分な慣性力が得られず、機械圧縮比を高めるときの応答性が大きく低下する。
そこで、第二実施形態では、ECU80は、機械圧縮比を高くするように要求されているときであっても、機関回転数が予め定められた基準回転数以上のときには排気促進機構を作動させない。言い換えれば、ECU80は、機械圧縮比を高くするように要求されたときから機械圧縮比の変更が完了するときまでの期間の少なくとも一部の期間において、機関回転数が予め定められた基準回転数未満のときに排気促進機構を作動させる。このことによって、所要の応答性を確保しつつ、モータ54の駆動によって消費される電力を低減することができる。
また、通常、内燃機関1の機関負荷が低いほど、スロットル弁18の開度が小さくされ、吸気行程における筒内の負圧は大きくなる。このため、内燃機関1の機関負荷が比較的低い場合には、負圧による引張力は比較的大きくなる。また、内燃機関1の機関負荷が比較的低い場合には、筒内の負圧が既に大きい。このため、排気促進機構を作動させたとしても、筒内の負圧をほとんど増大させることができない。
そこで、第二実施形態では、ECU80は、機械圧縮比を高くするように要求されているときであっても、機関負荷が予め定められた閾値以下のときには排気促進機構を作動させない。言い換えれば、ECU80は、機械圧縮比を高くするように要求されたときから機械圧縮比の変更が完了するときまでの期間の少なくとも一部の期間において、機関負荷が予め定められた閾値よりも大きいときに排気促進機構を作動させる。このことによって、所要の応答性を確保しつつ、モータ54の駆動によって消費される電力を低減することができる。
図5は、機関回転数及び機関負荷に対する機械圧縮比の設定の一例を示すグラフである。図示した例では、機関負荷が基準値Tref以上の領域では機械圧縮比が低圧縮比に設定され、機関負荷が基準値Tref未満の領域では機械圧縮比が高圧縮比に設定されている。また、図中、機械圧縮比を高くするように要求されているときに排気促進機構の作動が禁止される領域が斜線で示されている。図示した例では、機関負荷が閾値Tth以下であり又は機関回転数NEが基準回転数NEref以上である領域において、排気促進機構の作動が禁止される。なお、機械圧縮比が低圧縮比に設定された状態で内燃機関1が停止され、内燃機関1の再始動時に機械圧縮比が高圧縮比に変更されるような場合には、機関負荷が閾値Tth以下のときに機械圧縮比の高圧縮比への変更が要求されうる。
<フローチャートを用いた制御の説明>
以下、図6のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図6は、本発明の第二実施形態における内燃機関1の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
最初に、ステップS201において、図4のステップS101と同様に、機械圧縮比を高くする要求が有るか否かが判定される。機械圧縮比を高くする要求が無いと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、機械圧縮比を高くする要求が有ると判定された場合、本制御ルーチンはステップS202に進む。
ステップS202では、機関回転数が基準回転数以上であるか否かが判定される。機関回転数はクランク角センサ108によって検出される。基準回転数は、実験、計算等によって予め定められる。ステップS202において機関回転数が基準回転数未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS203に進む。
ステップS203では、機関負荷が閾値以下であるか否かが判定される。機関負荷は負荷センサ101によって検出される。閾値は、実験、計算等によって予め定められる。ステップS203において機関負荷が閾値よりも大きいと判定された場合、本制御ルーチンはステップS204に進む。
ステップS204では、排気促進機構が作動される。本実施形態では、ターボチャージャ50のモータ54が駆動される。次いで、ステップS205において、機械圧縮比が高くされる。本実施形態では、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更すべく、油供給装置70によって可変長コンロッド6の有効長さが長くされる。
次いで、ステップS206において、図4のステップS104と同様に、機械圧縮比の変更が完了したか否かが判定される。機械圧縮比の変更が完了していないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、機械圧縮比の変更が完了したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS207に進む。
ステップS207では、排気促進機構が停止される。本実施形態では、ターボチャージャ50のモータ54が停止される。ステップS207の後、本制御ルーチンは終了する。
また、ステップS202において機関回転数が基準回転数以上であると判定された場合、又はステップS203において機関負荷が閾値以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS207に進む。例えば、内燃機関1において燃料カット制御が実行されているときには、機関負荷が閾値以下であると判定される。燃料カット制御は、アクセルペダル120の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ(すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ)であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実行される。
ステップS207では排気促進機構が停止され、ステップS207の後、本制御ルーチンは終了する。したがって、機械圧縮比を高くするように要求されているときであっても、機関回転数が基準回転数以上であるとき又は機関負荷が予め定められた閾値以下のときには排気促進機構は作動されない。なお、ステップS202及びステップS203のいずれか一方は省略されてもよい。
<第三実施形態>
第三実施形態では、各気筒45における排気行程後の筒内残留ガスを低減可能な排気促進機構として、ターボチャージャ50の代わりに電動タービン55が用いられる。なお、第三実施形態の可変圧縮比内燃機関では、第一実施形態又は第二実施形態と同様の制御が行われる。
図7は、本発明の第三実施形態に係る可変圧縮比内燃機関1’(以下、単に「内燃機関1’」という)の一部を概略的に示す図である。内燃機関1’は電動タービン55を備える。
電動タービン55は、排気通路に配置されたタービン51’と、タービン51’に接続されたモータ54’とを含む。排気の流れによってタービン51’が回転すると、モータ54’が発電される。したがって、モータ54’は排気エネルギーによって発電可能な電動発電機(モータジェネレータ)である。
また、モータ54’が駆動されると、タービン51’の回転数が増大するため、各気筒45からの排気が促進されて、各気筒45における排気行程後の筒内残留ガスが低減される。したがって、電動タービン55は、各気筒45における排気行程後の筒内残留ガスを低減可能な排気促進機構として機能することができる。
内燃機関1’において、電動タービン55のモータ54’を駆動することによって、排気促進機構が作動される。モータ54’は、例えば、オイルネータ(図示せず)によって発電された電力又は排気エネルギーによって発電された電力によって駆動される。
<その他の態様>
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
例えば、排気促進機構による負圧の増大に時間を要する場合、図4又は図6の制御ルーチンにおいて、排気促進機構を作動させてから所定時間経過後に機械圧縮比を高くするための制御が開始されてもよい。また、機械圧縮比を高くするように要求されたときから機械圧縮比の変更が完了するときまでの期間の一部の期間のみ、排気促進機構を作動させてもよい。例えば、機械圧縮比を高くするように要求されてから所定時間だけ排気促進機構を作動させてもよい。また、機械圧縮比を高くするための制御が開始された後に排気促進機構を作動させてもよい。
1、1’ 可変圧縮比内燃機関
6 可変長コンロッド(可変圧縮比機構)
50 ターボチャージャ
55 電動タービン
80 電子制御ユニット(ECU)

Claims (5)

  1. 機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
    各気筒における排気行程後の筒内残留ガスを低減可能な排気促進機構と、
    前記可変圧縮比機構によって機械圧縮比を制御すると共に前記排気促進機構の作動を制御する制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、機械圧縮比を高くするように要求されたときから機械圧縮比の変更が完了するときまでの期間の少なくとも一部の期間において前記排気促進機構を作動させる、可変圧縮比内燃機関。
  2. 前記可変圧縮比機構は
    ランクピンを受容するクランク受容開口が設けられたコンロッド本体と、
    ピストンピンを受容するピストンピン受容開口が設けられると共に、該ピストンピン受容開口の中心と前記クランク受容開口の中心との間の長さを変化させるように前記コンロッド本体に移動可能に取り付けられた有効長さ変更部材と
    を備えた可変長コンロッドである、請求項1に記載の可変圧縮比内燃機関。
  3. 前記制御装置は、機関回転数が予め定められた基準回転数以上のときには前記排気促進機構を作動させない、請求項2に記載の可変圧縮比内燃機関。
  4. 前記制御装置は、機関負荷が予め定められた閾値以下のときには前記排気促進機構を作動させない、請求項1から3のいずれか1項に記載の可変圧縮比内燃機関。
  5. 機械圧縮比の変更の完了を検出する検出器を更に備え、
    前記制御装置は、機械圧縮比を高くするように要求されたときから前記検出器によって機械圧縮比の変更の完了が検出されるときまで前記排気促進機構を作動させる、請求項1から4のいずれか1項に記載の可変圧縮比内燃機関。
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