JP5136698B2 - 圧縮比可変ｖ型内燃機関 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮比可変Ｖ型内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱効率を高めるためには、機械圧縮比（（上死点シリンダ容積＋行程容積）／上死点シリンダ容積）を高くして膨張比を高くすることが有効である。しかしながら、機関高負荷時において機械圧縮比を高めることにより点火時期の気筒内の温度及び圧力が高くなるとノッキングが発生し易くなる。それにより、ノッキングが発生し難い機関低負荷時にだけ機械圧縮比を高めることが好ましく、そのために、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させてシリンダブロックとクランク軸との間の距離を変化させることにより機械圧縮比を可変とすることが公知である。
Ｖ型内燃機関においては、二つの気筒群のそれぞれのシリンダブロック部分を別々に、各気筒群の気筒中心線に沿ってクランクケースに対して相対移動させることが提案されているが、各シリンダブロック部分を一つのリンク機構（又はカム機構）により相対移動させることは困難であり、シリンダブロック部分毎に一対のリンク機構（又はカム機構）が必要となるために全体として二対のリンク機構が必要となってしまう。
リンク機構の数を低減するために、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化し、こうして一体化させたシリンダブロックを一対のリンク機構によりクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】
特開２００５−１１３７４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一体化させた二つの気筒群のシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させて、両方の気筒群の機械圧縮比を変化させると、両方の気筒群の間には、上死点の気筒内の温度差及び圧力差が発生することがあり、これらの温度差及び圧力差が大きいと、両方の気筒群の間には燃焼状態の違いにより大きな出力差が発生する。ここで、実際には、上死点前に気筒内の混合気は着火燃焼を開始させられるが、本明細書において、上死点の気筒内の温度及び圧力とは、気筒内の混合気が着火燃焼せずにピストンにより単に圧縮された場合の推定値であり、燃焼状態の指標となる値である。
従って、本発明の目的は、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、シリンダブロックの各相対移動位置において二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関であって、シリンダブロックの各相対移動位置において上死点の気筒内の温度又は圧力を実圧縮比に基づき推定可能とするパラメータを気筒群毎に測定し、シリンダブロックの各相対移動位置において前記一方の気筒群の前記パラメータを使用して前記一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された前記一方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力と、前記他方の気筒群の前記パラメータを使用して前記他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された前記他方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することを特徴とする。
本発明による請求項３に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であることを特徴とする。
本発明による請求項４に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であることを特徴とする。
本発明による請求項５に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であることを特徴とする。
本発明による請求項６に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような点火時期制御を実施することを特徴とする。
本発明による請求項７に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような燃料噴射時期制御を実施することを特徴とする。
発明の効果
本発明による請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関であって、シリンダブロックの各相対移動位置において上死点の気筒内の温度又は圧力を実圧縮比に基づき推定可能とするパラメータを気筒群毎に測定し、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群のパラメータを使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力と、他方の気筒群のパラメータを使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減するようにしている。
本発明による請求項３に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一方の気筒群のパラメータは、一方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であり、他方の気筒群のパラメータは、他方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であり、こうして、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群の実際の吸入空気量を使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力と、他方の気筒群の実際の吸入空気量を使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することができる。
本発明による請求項４に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一方の気筒群のパラメータは、一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であり、他方の気筒群のパラメータは、他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であり、こうして、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の温度を使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の温度と、他方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の温度を使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の温度とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することができる。
本発明による請求項５に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一方の気筒群のパラメータは、一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であり、他方の気筒群のパラメータは、他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であり、こうして、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の圧力を使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の圧力と、他方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の圧力を使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することができる。
本発明による請求項６に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような点火時期制御を実施するようになっており、それにより、二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減しても、いずれかの気筒群においてノッキングが発生する場合においては、点火時期制御によってノッキングの持続を防止することができる。
本発明による請求項７に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような燃料噴射時期制御を実施するようになっており、それにより、二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減しても、いずれかの気筒群においてノッキングが発生する場合においては、燃料噴射時期制御によってノッキングの持続を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
図１ 本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックの相対移動機構を説明する図である。
図２ 本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックのもう一つの相対移動機構を説明する図である。
【図３】図１の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。
【図４】図２の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。
【図５】本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関における制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックの相対移動機構を説明する図である。同図において、１０はシリンダブロックである。シリンダブロック１０は、第一気筒群側部分１０ａと第二気筒群側部分１０ｂとが一体的に形成されている。
本Ｖ型内燃機関は、火花点火式であり、シリンダブロック１０の第一気筒群側部分１０ａ及び第二気筒群側部分１０ｂにはそれぞれシリンダヘッドが取り付けられ、各シリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグが取り付けられる。各シリンダヘッドには、吸気ポート及び排気ポートが形成され、各吸気ポートは吸気弁を介して各気筒に連通し、各排気ポートは排気弁を介して各気筒に連通している。シリンダヘッド毎に、吸気マニホルド及び排気マニホルドが接続され、各吸気マニホルドは互いに独立して又は合流してエアクリーナを介して大気へ開放し、各排気マニホルドも互いに独立して又は合流して触媒装置を介して大気へ開放している。第一気筒群の各気筒への吸入空気量を測定するために第一気筒群の吸気系には第一エアフローメータが配置され、第二気筒群の各気筒への吸入空気量を測定するために第二気筒群の吸気系には第二エアフローメータが配置されている。本Ｖ型内燃機関はディーゼルエンジンでも良い。
一般的に、機関負荷が低いほど熱効率が悪化するために、機関低負荷時の機械圧縮比を高くして膨張比を高くすれば、膨張行程においてピストンの仕事期間が長くなるために熱効率を改善することができる。機械圧縮比は、上死点クランク角度におけるシリンダ容積Ｖ１に対する上死点クランク角度におけるシリンダ容積Ｖ１と行程容積Ｖ２との和（Ｖ１＋Ｖ２）／Ｖ１であり、膨張行程の膨張比と等しい。それにより、本Ｖ型内燃機関は、シリンダブロック１０をクランクケース（図示せず）に対して相対移動させ、シリンダブロック１０と機関クランク軸（図示せず）との間の距離を変化させることにより、第一気筒群及び第二気筒群の機械圧縮比を可変とし、例えば、機関負荷が低いほど機械圧縮比を高めるように機械圧縮比が制御される。また、機械圧縮比を高めるとノッキングが発生し易くなるために、ノッキングが発生し難い機関低負荷時の機械圧縮比を機関高負荷時に比較して高めるようにしても良い。
図１に示すように、シリンダブロック１０には、第一気筒群側部分１０ａの側面下部には第一サポート２０ａが設けられ、第二気筒群側部分１０ｂの側面下部には第二サポート２０ｂが設けられている。第一サポート２０ａは、偏心穴を有する第一ボス２１ａを機関クランク軸と平行な方向に延在する回転軸回りに回転可能に支持し、第二サポート２０ｂも、偏心穴を有する第二ボス２１ｂを機関クランク軸と平行な方向に延在する回転軸回りに回動可能に支持する。第一ボス２１ａと第二ボス２１ｂとは同一形状である。
機関クランク軸と直交する方向に延在する駆動軸２２には第一ウォームギヤ２３ａと第二ウォームギヤ２３ｂとが配置され、第一ウォームギヤ２３ａには第一ギヤ２４ａが噛合し、第二ウォームギヤ２３ｂには第二ギヤ２４ｂが噛合している。第一ギヤ２４ａには第一クランク軸が固定され、第一クランク軸のクランク部２５ａが第一ボス２１ａの偏心穴内に配置される。また、第二ギヤ２４ｂには第二クランク軸が固定され、第二クランク軸のクランク部２５ｂが第二ボス２１ｂの偏心穴内に配置される。
駆動軸２２を回転することにより、第一ウォームギヤ２３ａ及び第二ウォームギヤ２３ｂは、それぞれ、第一ギヤ２４ａ及び第二ギヤ２４ｂを逆方向に回動させる。それにより、第一クランク軸及び第二クランク軸を介して、第一ボス２１ａ及び第二ボス２１ｂを逆方向に回動させ、こうして、矢印で示すように、シリンダブロック１０をシリンダブロックの中心軸線Ｃに沿って上下方向にクランクケースに対して相対移動させることができ、駆動軸２２の回転回数を制御することにより、シリンダブロックを各相対移動位置とすることができる。
図２は本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックのもう一つの相対移動機構を説明する図である。同図に示すように、シリンダブロック１０には、第一気筒群側部分１０ａの側面下部には第一サポート３０ａが設けられ、第二気筒群側部分１０ｂの側面下部には第二サポート３０ｂが設けられている。第一サポート３０ａは、第一連結軸３６ａを介して、第一ギヤ３１ａの回転軸３２ａに固定された第一アーム３３ａに連結され、第二サポート３０ｂは、第二連結軸３６ｂを介して、第二ギヤ３１ｂの回転軸３２ｂに固定された第二アーム３３ｂに連結される。
機関クランク軸と直交する方向に延在する駆動軸３４には第一ウォームギヤ３５ａと第二ウォームギヤ３５ｂとが配置され、第一ウォームギヤ３５ａには第一ギヤ３１ａが噛合し、第二ウォームギヤ３５ｂには第二ギヤ３１ｂが噛合している。
駆動軸３４を回転することにより、第一ウォームギヤ３５ａ及び第二ウォームギヤ３５ｂは、それぞれ、第一ギヤ３１ａ及び第二ギヤ３１ｂを同一方向（図１において反時計方向）に回動させる。それにより、回転軸３２ａ及び３２ｂを介して、第一アーム３３ａ及び第二アーム３３ｂを同一方向に回動させ、こうして、矢印で示すように、シリンダブロック１０を第一連結軸３６ａ及び第二連結軸３６ｂの移動軌道に沿って水平方向に移動しながら上下方向にクランクケースに対して相対移動させることができ、駆動軸３４の回転回数を制御することにより、シリンダブロックを各相対移動位置とすることができる。
図３は、図１の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。同図において、ＣＣは機関クランク軸中心であり、ＴＤＣ１及びＢＤＣ１は、シリンダブロックの最下位置における第一気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置であり、ＴＤＣ２及びＢＤＣ２は、シリンダブロックの最下位置における第二気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置である。本実施形態では、第一気筒群の気筒中心線と第二気筒群の気筒中心線との正面視交点ＢＣは、シリンダブロックの最下位置において、機関クランク軸中心ＣＣに一致している。図１の相対移動機構によって、シリンダブロックが上方向に距離Ｌだけ移動させられると、正面視交点はＢＣ’となり、第一気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置は、それぞれ、ＴＤＣ１’及びＢＤＣ１’となり、第二気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置は、それぞれ、ＴＤＣ２’及びＢＤＣ２’となる。ＴＤＣ１”は、機関クランク軸もシリンダブロックと共に移動した場合の第一気筒群の気筒のピストンピンの仮想上死点位置であり、ＴＤＣ２”は、機関クランク軸もシリンダブロックと共に移動した場合の第二気筒群の気筒のピストンピンの仮想上死点位置である。
このように、シリンダブロックの上方向への移動によって、第一気筒群及び第二気筒群において、上死点のピストンピンの位置は、ＴＤＣ１”及びＴＤＣ２”からそれぞれＴＤＣ１’及びＴＤＣ２’へ下がり、上死点クランク角度のシリンダ容積が大きくなるために、機械圧縮比は小さくなる。
図４は、図２の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。同図において、符号は図３と同じものを示している。図２の相対移動機構は、シリンダブロックを上方向に距離Ｌだけ移動させると同時に右方向に距離Ｄだけ移動させる。このようなシリンダブロックの移動によって、第一気筒群及び第二気筒群において、上死点のピストンピンの位置は、ＴＤＣ１”及びＴＤＣ２”からそれぞれＴＤＣ１’及びＴＤＣ２’へ下がり、上死点クランク角度のシリンダ容積が大きくなるために、機械圧縮比は小さくなる。ここで、シリンダブロックの第二気筒群方向への水平方向の移動によって、図４に示すように、第二気筒群における上死点のピストンピン位置は、第一気筒群における上死点のピストンピン位置よりさらに下がり、第二気筒群の機械圧縮比は、第一気筒群の機械圧縮比より小さくなる。
ところで、吸入空気量を考慮した厳密な圧縮比は、機械圧縮比より吸気弁閉弁時のシリンダ容積Ｖ３と上死点クランク角度におけるシリンダ容積Ｖ１との比（Ｖ３／Ｖ１）に近い。この比を実圧縮比と称する。シリンダブロックの各相対移動位置において、第一気筒群及び第二気筒群の実圧縮比を等しくして、第一気筒群と第二気筒群との間において上死点の気筒内の温度及び圧力（気筒内の混合気が着火燃焼していない場合の推定値であり、燃焼状態の指標となる）に差が発生しないようにし、一方の気筒群においてだけノッキングが発生したり、二つの気筒群の間での出力差が発生したりしないようにすることが好ましい。
図４において、説明したように、図２に示す相対移動機構によりシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させると、第一気筒群の機械圧縮比と第二気筒群の機械圧縮比は等しくならず、そのままでは実圧縮比も等しくならない。また、図１に示す相対移動機構によりシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させた場合においても、図３に示すように、シリンダブロックの上方向への移動後において、第一気筒群では、上死点クランク角度が移動前に比較してクランク角度ａだけ遅角され、第二気筒群では、上死点クランク角度が移動前に比較してクランク角度ａだけ進角され、このように、第一気筒群においては全体的に遅角傾向があり、第二気筒群においては全体的に進角傾向があるために、やはり、そのままでは、第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とは等しくならない。このような第一気筒群の全体的な遅角傾向及び第二気筒群の全体的な進角傾向は、図４から分かるように、図２に示す相対移動機構によりシリンダブロックを相対移動させる場合にも存在する。
本実施形態の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、少なくとも吸気弁の閉弁時期を可変とバルブタイミング機構を有し、図５に示すフローチャートの制御によって、第一気筒群と第二気筒群との間において上死点の気筒内の温度差及び圧力差を小さくしている。バルブタイミング機構として、吸気弁の閉弁時期を可変する任意のバルブタイミング機構が使用可能であり、例えば、カムシャフトの位相を可変とする機構、カムシャフトを軸線方向に移動させることにより吸気弁を開閉するカム形状が変化する機構、又は、油圧式等のアクチュエータにより吸気弁を開閉する機構等とすることができる。
先ず、ステップ１０１において、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量Ｓをアクセルペダルセンサ等により検出し、機関回転数Ｎを回転センサにより検出する。ステップ１０２では、機関負荷Ｓと機関回転数Ｎとに基づく現在の機関運転状態に対する最適な機械圧縮比を実現するシリンダブロックの位置Ｐが予め定められたマップ等を使用して決定され、シリンダブロックをこの位置Ｐとするための現在位置からの移動距離ΔＬがゼロであるか否かが判断される。
この判断が否定される時、すなわち、シリンダブロックを移動させる時には、ステップ１０３において、シロンダブロックをΔＬだけ移動させた新たなシリンダブロックの位置において第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とが等しくなるように、第一気筒群における吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１と第二気筒群における吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ２とが決定される。
図１に示す相対移動機構によりシリンダブロックが移動させられる場合において、例えば、図３に示すように、最下位置から距離Ｌだけ上方向に移動した位置が最適な機械圧縮比を実現する位置Ｐである時には、第一気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１は、第二気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ２より遅角側とされる。こうして、第一気筒群及び第二気筒群の実圧縮比を現在の機関運転状態に対して最適な実圧縮比とする。
また、図２に示す相対移動機構によりシリンダブロックが移動させられる場合において、例えば、図４に示すように、最下位置から距離Ｌだけ上方向に移動した位置が最適な機械圧縮比を実現する位置Ｐである時には、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１Ｐは第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２Ｐより小さくなるために、実圧縮比を等しくするためには、第一気筒群の吸気弁閉弁時のシリンダ容積Ｖ３１Ｐを第二気筒群の吸気弁閉弁時のシリンダ容積Ｖ３２Ｐより小さくして、Ｖ３１Ｐ／Ｖ１１Ｐ＝Ｖ３２Ｐ／Ｖ１２Ｐとなるように、第一気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１は第二気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ２より遅角側とされる。こうして、第一気筒群及び第二気筒群の実圧縮比を現在の機関運転状態に対して最適な実圧縮比とする。
次いで、ステップ１０４において、現在の機関運転状態に対して第一気筒群及び第二気筒群のそれぞれの最適点火時期ＩＧ１及びＩＧ２（例えば、ＭＢＴ）を予め定められたマップ等を使用して決定する。ここで、ＩＧ１及びＩＧ２は各気筒群において圧縮上死点前クランク角度では同じ値となる。次いで、ステップ１０５において、現在の機関運転状態に対して第一気筒群及び第二気筒群のそれぞれの最適燃料噴射時期ＦＩ１及びＦＩ２を予め定められたマップ等を使用して決定する。ここで、ＦＩ１及びＦＩ２は各気筒群において吸気上死点後クランク角度では同じ値となる。内燃機関が、筒内噴射式火花点火内燃機関又は吸気同期ポート噴射式火花点火内燃機関である場合には、吸気行程燃料噴射において、燃料噴射時期を進角するほど噴射燃料は点火までに気化し易くなって良好な燃焼状態を実現するのに有利であり、また、燃料噴射時期を遅角するほど燃料気化潜熱によって筒内温度を低下させることができ、ノッキング抑制に有利である。次いで、ステップ１０６において第一気筒群の吸入空気量Ｑ１と第二気筒群の吸入空気量Ｑ２とが測定される。
こうして、それぞれの最適燃料噴射時期ＦＩ１及びＦＩ２において第一気筒群及び第二気筒群の燃料噴射が実施され、吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１において第一気筒群の吸気弁が閉弁され、吸気弁閉弁時期ＩＶＣ２において第二気筒群の吸気弁が閉弁され、それぞれの最適点火時期ＩＧ１及びＩＧ２において第一気筒群及び第二気筒群の点火が実施される。
それにより、第一気筒群及び第二気筒群において、同じ実圧縮比での燃焼が実現され、第一気筒群及び第二気筒群の間の上死点の気筒内の温度差及び圧力差は小さくされ、第一気筒群の燃焼状態と第二気筒群の燃焼状態とをほぼ等しくすることができる。
次いで、ステップ１０７において、ステップ１０６において測定された第一気筒群及び第二気筒群の吸入空気量Ｑ１及びＱ２と、第一気筒群の実圧縮比及び第二気筒群の実圧縮比とに基づき、第一気筒群及び第二気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ１及びＴＴ２を、例えば予め定められたマップを使用することにより推定する。上死点の筒内温度は、吸入空気量が多いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
次いで、ステップ１０８において、第一気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ１と第二気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ２とがほぼ等しいか否かが判断され、この判断が肯定される時には、ステップ１０３において決定された第一気筒群の吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１及び第二気筒群の吸気弁閉弁時期ＩＶＣ２とを変更する必要はなくそのまま終了する。しかしながら、ステップ１０８の判断が否定される時には、第一気筒群の燃焼状態と第二気筒群の燃焼状態とをさらに近づけるために、低い方の気筒群の筒内温度を高い方の気筒群の筒内温度に一致させるようにするために必要な第一気筒群の新たな吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１’又は第二気筒群の新たな吸気弁閉弁時期ＩＶＣ２’を算出し、次回のサイクルにおいて、算出された新たな吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１’又はＩＶＣ２’において、第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁を閉弁するようにする。ここで、好ましくは、吸気弁閉弁時期の変更により実圧縮比も変化することも考慮される。
ここで、図１及び３に示す相対移動機構を有する内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１と第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２とは等しいために、ステップ１０３の吸気弁閉弁時期の決定により、第一気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３１と第二気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３２とは等しくされ、こうして、第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とは等しくされる。それにも係わらずに、ステップ１０８の判断が否定される場合は、低い筒内温度が推定された気筒群においては、吸入空気量が意図するより少ないと考えられる。それにより、この気筒群の吸気弁の閉弁時期を変化させて吸入空気量を増量することとなる。吸気弁の閉弁時期は、遅角により吸入空気量を増量させる場合と、進角により吸入空気量を増量させる場合とが存在する。本内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１は第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２と等しいために、各機関運転状態において、第一気筒群の意図する吸入空気量は、第二気筒群の意図する吸入空気量と同じである。
また、図２及び４に示す相対移動機構を有する内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１は第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２より小さいために、ステップ１０３の吸気弁閉弁時期の決定により、第一気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３１は第二気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３２より小さくされ、こうして、第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とは等しくされる。それにも係わらずに、ステップ１０８の判断が否定される場合は、低い筒内温度が推定された気筒群においては、吸入空気量が意図するより少ないと考えられる。それにより、この気筒群の吸気弁の閉弁時期を変化させて吸入空気量を増量することとなる。本内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１が第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２より小さい時には、各機関運転状態において、第二気筒群の意図する吸入空気量は、第一気筒群の意図する吸入空気量より多くなる。
こうして、第一気筒群及び第二気筒群の間の上死点の気筒内の温度差及び圧力差はさらに小さくすることができ、第一気筒群の燃焼状態と第二気筒群の燃焼状態とをさらに近づけることができる。
定常時には、ステップ１０２の判断が肯定されると共に、このような機関運転が繰り返される。もし、ノッキングセンサ等によって一方の気筒群においてノッキングが検出されると、ステップ１１０の判断が肯定され、ステップ１１１において、ノッキングが発生している第一気筒群又は第二気筒群の点火時期ＩＧ１又はＩＧ２を遅角側の新たな点火時期ＩＧ１’又はＩＧ２’に変更してノッキングの持続を抑制し、また、ステップ１１２において、ノッキングが発生している第一気筒群又は第二気筒群の燃料噴射時期ＦＩ１又はＦＩ２を遅角側の新たな燃料噴射時期ＦＩ’又はＦＩ２’に変更してノッキングの持続を抑制する。
本フローチャートにおいて、ステップ１０７では、第一気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ１及び第二気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ２を推定して、ステップ１０８において、これらの筒内温度ＴＴ１及びＴＴ２を比較するようにしたが、上死点の筒内圧力も燃焼状態の指標となるために、ステップ１０７において、第一気筒群の吸入空気量Ｑ１及び第一気筒群の実圧縮比に基づき予め定められたマップ等を使用して第一気筒群の上死点の筒内圧力ＴＰ１を推定すると共に、第二気筒群の吸入空気量Ｑ２及び第二気筒群の実圧縮比に基づき予め定められたマップ等を使用して第二気筒群の上死点の筒内圧力ＴＰ２を推定し、ステップ１０８において、第一気筒群の推定筒内圧力ＴＰ１と第二気筒群の推定筒内圧力ＴＰ２とが等しくなるように第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁閉弁時期を変更するようにしても良い。上死点の筒内圧力も、吸入空気量が多いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
また、本フローチャートでは、シリンダブロックの各相対移動位置において燃焼状態の指標としての上死点の気筒内の温度又は圧力を実圧縮比に基づき推定可能とするパラメータとして、第一気筒群及び第二気筒群の吸入空気量Ｑ１及びＱ２を測定するようにした。しかしながら、パラメータとして吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度で測定された気筒内の温度を使用することもできる。すなわち、ステップ１０６では、第一気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度における第一気筒群の気筒内の温度を測定すると共に、第二気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度（第一気筒群の気筒内の温度測定時のクランク角度と同じとすることが好ましい）における第二気筒群の気筒内の温度を測定し、ステップ１０７では、第一気筒群の気筒内の測定温度と、測定時クランク角度と、第一気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第一気筒群の上死点の気筒内の温度ＴＴ１を推定すると共に、第二気筒群の気筒内の測定温度と、測定時クランク角度と、第二気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第二気筒群の上死点の気筒内の温度ＴＴ２を推定するようにすれば、ステップ１０９において、第一気筒群の上死点の推定筒内温度ＴＴ１と第二気筒群の上死点の推定筒内温度ＴＴ２とが等しくなるように第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁閉弁時期を変更することができる。上死点の筒内温度は、測定温度が高いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
また、パラメータとして吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度で測定された気筒内の圧力を使用することもできる。すなわち、ステップ１０６では、第一気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度における第一気筒群の気筒内の圧力を測定すると共に、第二気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度（第一気筒群の気筒内の圧力測定時のクランク角度と同じとすることが好ましい）における第二気筒群の気筒内の圧力を測定し、ステップ１０７では、第一気筒群の気筒内の測定圧力と、測定時クランク角度と、第一気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第一気筒群の上死点の気筒内の圧力ＴＰ１を推定すると共に、第二気筒群の気筒内の測定圧力と、測定時クランク角度と、第二気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第二気筒群の上死点の気筒内の圧力ＴＰ２を推定するようにすれば、ステップ１０９において、第一気筒群の上死点の推定筒内圧力ＴＰ１と第二気筒群の上死点の推定筒内圧力ＴＰ２とが等しくなるように第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁閉弁時期を変更することができる。上死点の筒内圧力は、測定圧力が高いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
【符号の説明】
【０００９】
１０ シリンダブロック
１０ａ 第一気筒群側部分
１０ｂ 第二気筒群側部分
【０００１】
本発明は、圧縮比可変Ｖ型内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱効率を高めるためには、機械圧縮比（（上死点シリンダ容積＋行程容積）／上死点シリンダ容積）を高くして膨張比を高くすることが有効である。しかしながら、機関高負荷時において機械圧縮比を高めることにより点火時期の気筒内の温度及び圧力が高くなるとノッキングが発生し易くなる。それにより、ノッキングが発生し難い機関低負荷時にだけ機械圧縮比を高めることが好ましく、そのために、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させてシリンダブロックとクランク軸との間の距離を変化させることにより機械圧縮比を可変とすることが公知である。
Ｖ型内燃機関においては、二つの気筒群のそれぞれのシリンダブロック部分を別々に、各気筒群の気筒中心線に沿ってクランクケースに対して相対移動させることが提案されているが、各シリンダブロック部分を一つのリンク機構（又はカム機構）により相対移動させることは困難であり、シリンダブロック部分毎に一対のリンク機構（又はカム機構）が必要となるために全体として二対のリンク機構が必要となってしまう。
リンク機構の数を低減するために、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化し、こうして一体化させたシリンダブロックを一対のリンク機構によりクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】
特開２００５−１１３７４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一体化させた二つの気筒群のシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させて、両方の気筒群の機械圧縮比を変化させると、両方の気筒群の間には、上死点の気筒内の温度差及び圧力差が発生することがあり、これらの温度差及び圧力差が大きいと、両方の気筒群の間には燃焼状態の違いにより大きな出力差が発生する。ここで、実際には、上死点前に気筒内の混合気は着火燃焼を開始させられるが、本明細書において、上死点の気筒内の温度及び圧力とは、気筒内の混合気が着火燃焼せずにピストンにより単に圧縮された場合の推定値であり、燃焼状態の指標となる値である。
従って、本発明の目的は、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、シリンダブロックの各相対移動位置において二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関であって、シリンダブロックの各相対移動位置において上死点の気筒内の温度又は圧力を実圧縮比に基づき推定可能とするパラメータを気筒群毎に測定し、シリンダブロックの各相対移動位置において前記一方の気筒群の前記パラメータを使用して前記一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された前記一方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力と、前記他方の気筒群の前記パラメータを使用して前記他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された前記他方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することを特徴とする。
本発明による請求項３に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であることを特徴とする。
本発明による請求項４に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であることを特徴とする。
本発明による請求項５に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であることを特徴とする。
本発明による請求項６に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような点火時期制御を実施することを特徴とする。
本発明による請求項７に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような燃料噴射時期制御を実施することを特徴とする。
発明の効果
本発明による請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関であって、シリンダブロックの各相対移動位置において上死点の気筒内の温度又は圧力を実圧縮比に基づき推定可能とするパラメータを気筒群毎に測定し、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群のパラメータを使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力と、他方の気筒群のパラメータを使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減するようにしている。
本発明による請求項３に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一方の気筒群のパラメータは、一方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であり、他方の気筒群のパラメータは、他方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であり、こうして、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群の実際の吸入空気量を使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力と、他方の気筒群の実際の吸入空気量を使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することができる。
本発明による請求項４に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一方の気筒群のパラメータは、一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であり、他方の気筒群のパラメータは、他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であり、こうして、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の温度を使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の温度と、他方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の温度を使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の温度とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することができる。
本発明による請求項５に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、一方の気筒群のパラメータは、一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であり、他方の気筒群のパラメータは、他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であり、こうして、シリンダブロックの各相対移動位置において一方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の圧力を使用して一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された一方の気筒群の上死点の気筒内の圧力と、他方の気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の実際の気筒内の圧力を使用して他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された他方の気筒群の上死点の気筒内の圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することにより、二つの気筒群の実圧縮比の不一致を解消しても依然として発生する二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減することができる。
本発明による請求項６に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関によれば、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような点火時期制御を実施するようになっており、それにより、二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減しても、いずれかの気筒群においてノッキングが発生する場合においては、点火時期制御によってノッキングの持続を防止することができる。
本発明による請求項７に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関において、気筒群毎にノッキングが持続しないような燃料噴射時期制御を実施するようになっており、それにより、二つの気筒群の間における上死点の気筒内の温度差及び圧力差を低減しても、いずれかの気筒群においてノッキングが発生する場合においては、燃料噴射時期制御によってノッキングの持続を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
図１ 本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックの相対移動機構を説明する図である。
図２ 本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックのもう一つの相対移動機構を説明する図である。
【図３】図１の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。
【図４】図２の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。
【図５】本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関における制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックの相対移動機構を説明する図である。同図において、１０はシリンダブロックである。シリンダブロック１０は、第一気筒群側部分１０ａと第二気筒群側部分１０ｂとが一体的に形成されている。
本Ｖ型内燃機関は、火花点火式であり、シリンダブロック１０の第一気筒群側部分１０ａ及び第二気筒群側部分１０ｂにはそれぞれシリンダヘッドが取り付けられ、各シリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグが取り付けられる。各シリンダヘッドには、吸気ポート及び排気ポートが形成され、各吸気ポートは吸気弁を介して各気筒に連通し、各排気ポートは排気弁を介して各気筒に連通している。シリンダヘッド毎に、吸気マニホルド及び排気マニホルドが接続され、各吸気マニホルドは互いに独立して又は合流してエアクリーナを介して大気へ開放し、各排気マニホルドも互いに独立して又は合流して触媒装置を介して大気へ開放している。第一気筒群の各気筒への吸入空気量を測定するために第一気筒群の吸気系には第一エアフローメータが配置され、第二気筒群の各気筒への吸入空気量を測定するために第二気筒群の吸気系には第二エアフローメータが配置されている。本Ｖ型内燃機関はディーゼルエンジンでも良い。
一般的に、機関負荷が低いほど熱効率が悪化するために、機関低負荷時の機械圧縮比を高くして膨張比を高くすれば、膨張行程においてピストンの仕事期間が長くなるために熱効率を改善することができる。機械圧縮比は、上死点クランク角度におけるシリンダ容積Ｖ１に対する上死点クランク角度におけるシリンダ容積Ｖ１と行程容積Ｖ２との和（Ｖ１＋Ｖ２）／Ｖ１であり、膨張行程の膨張比と等しい。それにより、本Ｖ型内燃機関は、シリンダブロック１０をクランクケース（図示せず）に対して相対移動させ、シリンダブロック１０と機関クランク軸（図示せず）との間の距離を変化させることにより、第一気筒群及び第二気筒群の機械圧縮比を可変とし、例えば、機関負荷が低いほど機械圧縮比を高めるように機械圧縮比が制御される。また、機械圧縮比を高めるとノッキングが発生し易くなるために、ノッキングが発生し難い機関低負荷時の機械圧縮比を機関高負荷時に比較して高めるようにしても良い。
図１に示すように、シリンダブロック１０には、第一気筒群側部分１０ａの側面下部には第一サポート２０ａが設けられ、第二気筒群側部分１０ｂの側面下部には第二サポート２０ｂが設けられている。第一サポート２０ａは、偏心穴を有する第一ボス２１ａを機関クランク軸と平行な方向に延在する回転軸回りに回転可能に支持し、第二サポート２０ｂも、偏心穴を有する第二ボス２１ｂを機関クランク軸と平行な方向に延在する回転軸回りに回動可能に支持する。第一ボス２１ａと第二ボス２１ｂとは同一形状である。
機関クランク軸と直交する方向に延在する駆動軸２２には第一ウォームギヤ２３ａと第二ウォームギヤ２３ｂとが配置され、第一ウォームギヤ２３ａには第一ギヤ２４ａが噛合し、第二ウォームギヤ２３ｂには第二ギヤ２４ｂが噛合している。第一ギヤ２４ａには第一クランク軸が固定され、第一クランク軸のクランク部２５ａが第一ボス２１ａの偏心穴内に配置される。また、第二ギヤ２４ｂには第二クランク軸が固定され、第二クランク軸のクランク部２５ｂが第二ボス２１ｂの偏心穴内に配置される。
駆動軸２２を回転することにより、第一ウォームギヤ２３ａ及び第二ウォームギヤ２３ｂは、それぞれ、第一ギヤ２４ａ及び第二ギヤ２４ｂを逆方向に回動させる。それにより、第一クランク軸及び第二クランク軸を介して、第一ボス２１ａ及び第二ボス２１ｂを逆方向に回動させ、こうして、矢印で示すように、シリンダブロック１０をシリンダブロックの中心軸線Ｃに沿って上下方向にクランクケースに対して相対移動させることができ、駆動軸２２の回転回数を制御することにより、シリンダブロックを各相対移動位置とすることができる。
図２は本発明による圧縮比可変Ｖ型内燃機関のシリンダブロックのもう一つの相対移動機構を説明する図である。同図に示すように、シリンダブロック１０には、第一気筒群側部分１０ａの側面下部には第一サポート３０ａが設けられ、第二気筒群側部分１０ｂの側面下部には第二サポート３０ｂが設けられている。第一サポート３０ａは、第一連結軸３６ａを介して、第一ギヤ３１ａの回転軸３２ａに固定された第一アーム３３ａに連結され、第二サポート３０ｂは、第二連結軸３６ｂを介して、第二ギヤ３１ｂの回転軸３２ｂに固定された第二アーム３３ｂに連結される。
機関クランク軸と直交する方向に延在する駆動軸３４には第一ウォームギヤ３５ａと第二ウォームギヤ３５ｂとが配置され、第一ウォームギヤ３５ａには第一ギヤ３１ａが噛合し、第二ウォームギヤ３５ｂには第二ギヤ３１ｂが噛合している。
駆動軸３４を回転することにより、第一ウォームギヤ３５ａ及び第二ウォームギヤ３５ｂは、それぞれ、第一ギヤ３１ａ及び第二ギヤ３１ｂを同一方向（図１において反時計方向）に回動させる。それにより、回転軸３２ａ及び３２ｂを介して、第一アーム３３ａ及び第二アーム３３ｂを同一方向に回動させ、こうして、矢印で示すように、シリンダブロック１０を第一連結軸３６ａ及び第二連結軸３６ｂの移動軌道に沿って水平方向に移動しながら上下方向にクランクケースに対して相対移動させることができ、駆動軸３４の回転回数を制御することにより、シリンダブロックを各相対移動位置とすることができる。
図３は、図１の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。同図において、ＣＣは機関クランク軸中心であり、ＴＤＣ１及びＢＤＣ１は、シリンダブロックの最下位置における第一気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置であり、ＴＤＣ２及びＢＤＣ２は、シリンダブロックの最下位置における第二気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置である。本実施形態では、第一気筒群の気筒中心線と第二気筒群の気筒中心線との正面視交点ＢＣは、シリンダブロックの最下位置において、機関クランク軸中心ＣＣに一致している。図１の相対移動機構によって、シリンダブロックが上方向に距離Ｌだけ移動させられると、正面視交点はＢＣ’となり、第一気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置は、それぞれ、ＴＤＣ１’及びＢＤＣ１’となり、第二気筒群の気筒のピストンピンの上死点位置及び下死点位置は、それぞれ、ＴＤＣ２’及びＢＤＣ２’となる。ＴＤＣ１”は、機関クランク軸もシリンダブロックと共に移動した場合の第一気筒群の気筒のピストンピンの仮想上死点位置であり、ＴＤＣ２”は、機関クランク軸もシリンダブロックと共に移動した場合の第二気筒群の気筒のピストンピンの仮想上死点位置である。
このように、シリンダブロックの上方向への移動によって、第一気筒群及び第二気筒群において、上死点のピストンピンの位置は、ＴＤＣ１”及びＴＤＣ２”からそれぞれＴＤＣ１’及びＴＤＣ２’へ下がり、上死点クランク角度のシリンダ容積が大きくなるために、機械圧縮比は小さくなる。
図４は、図２の相対移動機構における機械圧縮比の変更を説明する図である。同図において、符号は図３と同じものを示している。図２の相対移動機構は、シリンダブロックを上方向に距離Ｌだけ移動させると同時に右方向に距離Ｄだけ移動させる。このようなシリンダブロックの移動によって、第一気筒群及び第二気筒群において、上死点のピストンピンの位置は、ＴＤＣ１”及びＴＤＣ２”からそれぞれＴＤＣ１’及びＴＤＣ２’へ下がり、上死点クランク角度のシリンダ容積が大きくなるために、機械圧縮比は小さくなる。ここで、シリンダブロックの第二気筒群方向への水平方向の移動によって、図４に示すように、第二気筒群における上死点のピストンピン位置は、第一気筒群における上死点のピストンピン位置よりさらに下がり、第二気筒群の機械圧縮比は、第一気筒群の機械圧縮比より小さくなる。
ところで、吸入空気量を考慮した厳密な圧縮比は、機械圧縮比より吸気弁閉弁時のシリンダ容積Ｖ３と上死点クランク角度におけるシリンダ容積Ｖ１との比（Ｖ３／Ｖ１）に近い。この比を実圧縮比と称する。シリンダブロックの各相対移動位置において、第一気筒群及び第二気筒群の実圧縮比を等しくして、第一気筒群と第二気筒群との間において上死点の気筒内の温度及び圧力（気筒内の混合気が着火燃焼していない場合の推定値であり、燃焼状態の指標となる）に差が発生しないようにし、一方の気筒群においてだけノッキングが発生したり、二つの気筒群の間での出力差が発生したりしないようにすることが好ましい。
図４において、説明したように、図２に示す相対移動機構によりシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させると、第一気筒群の機械圧縮比と第二気筒群の機械圧縮比は等しくならず、そのままでは実圧縮比も等しくならない。また、図１に示す相対移動機構によりシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させた場合においても、図３に示すように、シリンダブロックの上方向への移動後において、第一気筒群では、上死点クランク角度が移動前に比較してクランク角度ａだけ遅角され、第二気筒群では、上死点クランク角度が移動前に比較してクランク角度ａだけ進角され、このように、第一気筒群においては全体的に遅角傾向があり、第二気筒群においては全体的に進角傾向があるために、やはり、そのままでは、第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とは等しくならない。このような第一気筒群の全体的な遅角傾向及び第二気筒群の全体的な進角傾向は、図４から分かるように、図２に示す相対移動機構によりシリンダブロックを相対移動させる場合にも存在する。
本実施形態の圧縮比可変Ｖ型内燃機関は、少なくとも吸気弁の閉弁時期を可変とバルブタイミング機構を有し、図５に示すフローチャートの制御によって、第一気筒群と第二気筒群との間において上死点の気筒内の温度差及び圧力差を小さくしている。バルブタイミング機構として、吸気弁の閉弁時期を可変する任意のバルブタイミング機構が使用可能であり、例えば、カムシャフトの位相を可変とする機構、カムシャフトを軸線方向に移動させることにより吸気弁を開閉するカム形状が変化する機構、又は、油圧式等のアクチュエータにより吸気弁を開閉する機構等とすることができる。
先ず、ステップ１０１において、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量Ｓをアクセルペダルセンサ等により検出し、機関回転数Ｎを回転センサにより検出する。ステップ１０２では、機関負荷Ｓと機関回転数Ｎとに基づく現在の機関運転状態に対する最適な機械圧縮比を実現するシリンダブロックの位置Ｐが予め定められたマップ等を使用して決定され、シリンダブロックをこの位置Ｐとするための現在位置からの移動距離ΔＬがゼロであるか否かが判断される。
この判断が否定される時、すなわち、シリンダブロックを移動させる時には、ステップ１０３において、シロンダブロックをΔＬだけ移動させた新たなシリンダブロックの位置において第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とが等しくなるように、第一気筒群における吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１と第二気筒群における吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ２とが決定される。
図１に示す相対移動機構によりシリンダブロックが移動させられる場合において、例えば、図３に示すように、最下位置から距離Ｌだけ上方向に移動した位置が最適な機械圧縮比を実現する位置Ｐである時には、第一気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１は、第二気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ２より遅角側とされる。こうして、第一気筒群及び第二気筒群の実圧縮比を現在の機関運転状態に対して最適な実圧縮比とする。
また、図２に示す相対移動機構によりシリンダブロックが移動させられる場合において、例えば、図４に示すように、最下位置から距離Ｌだけ上方向に移動した位置が最適な機械圧縮比を実現する位置Ｐである時には、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１Ｐは第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２Ｐより小さくなるために、実圧縮比を等しくするためには、第一気筒群の吸気弁閉弁時のシリンダ容積Ｖ３１Ｐを第二気筒群の吸気弁閉弁時のシリンダ容積Ｖ３２Ｐより小さくして、Ｖ３１Ｐ／Ｖ１１Ｐ＝Ｖ３２Ｐ／Ｖ１２Ｐとなるように、第一気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１は第二気筒群の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ２より遅角側とされる。こうして、第一気筒群及び第二気筒群の実圧縮比を現在の機関運転状態に対して最適な実圧縮比とする。
次いで、ステップ１０４において、現在の機関運転状態に対して第一気筒群及び第二気筒群のそれぞれの最適点火時期ＩＧ１及びＩＧ２（例えば、ＭＢＴ）を予め定められたマップ等を使用して決定する。ここで、ＩＧ１及びＩＧ２は各気筒群において圧縮上死点前クランク角度では同じ値となる。次いで、ステップ１０５において、現在の機関運転状態に対して第一気筒群及び第二気筒群のそれぞれの最適燃料噴射時期ＦＩ１及びＦＩ２を予め定められたマップ等を使用して決定する。ここで、ＦＩ１及びＦＩ２は各気筒群において吸気上死点後クランク角度では同じ値となる。内燃機関が、筒内噴射式火花点火内燃機関又は吸気同期ポート噴射式火花点火内燃機関である場合には、吸気行程燃料噴射において、燃料噴射時期を進角するほど噴射燃料は点火までに気化し易くなって良好な燃焼状態を実現するのに有利であり、また、燃料噴射時期を遅角するほど燃料気化潜熱によって筒内温度を低下させることができ、ノッキング抑制に有利である。次いで、ステップ１０６において第一気筒群の吸入空気量Ｑ１と第二気筒群の吸入空気量Ｑ２とが測定される。
こうして、それぞれの最適燃料噴射時期ＦＩ１及びＦＩ２において第一気筒群及び第二気筒群の燃料噴射が実施され、吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１において第一気筒群の吸気弁が閉弁され、吸気弁閉弁時期ＩＶＣ２において第二気筒群の吸気弁が閉弁され、それぞれの最適点火時期ＩＧ１及びＩＧ２において第一気筒群及び第二気筒群の点火が実施される。
それにより、第一気筒群及び第二気筒群において、同じ実圧縮比での燃焼が実現され、第一気筒群及び第二気筒群の間の上死点の気筒内の温度差及び圧力差は小さくされ、第一気筒群の燃焼状態と第二気筒群の燃焼状態とをほぼ等しくすることができる。
次いで、ステップ１０７において、ステップ１０６において測定された第一気筒群及び第二気筒群の吸入空気量Ｑ１及びＱ２と、第一気筒群の実圧縮比及び第二気筒群の実圧縮比とに基づき、第一気筒群及び第二気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ１及びＴＴ２を、例えば予め定められたマップを使用することにより推定する。上死点の筒内温度は、吸入空気量が多いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
次いで、ステップ１０８において、第一気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ１と第二気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ２とがほぼ等しいか否かが判断され、この判断が肯定される時には、ステップ１０３において決定された第一気筒群の吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１及び第二気筒群の吸気弁閉弁時期ＩＶＣ２とを変更する必要はなくそのまま終了する。しかしながら、ステップ１０８の判断が否定される時には、第一気筒群の燃焼状態と第二気筒群の燃焼状態とをさらに近づけるために、低い方の気筒群の筒内温度を高い方の気筒群の筒内温度に一致させるようにするために必要な第一気筒群の新たな吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１’又は第二気筒群の新たな吸気弁閉弁時期ＩＶＣ２’を算出し、次回のサイクルにおいて、算出された新たな吸気弁閉弁時期ＩＶＣ１’又はＩＶＣ２’において、第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁を閉弁するようにする。ここで、好ましくは、吸気弁閉弁時期の変更により実圧縮比も変化することも考慮される。
ここで、図１及び３に示す相対移動機構を有する内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１と第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２とは等しいために、ステップ１０３の吸気弁閉弁時期の決定により、第一気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３１と第二気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３２とは等しくされ、こうして、第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とは等しくされる。それにも係わらずに、ステップ１０８の判断が否定される場合は、低い筒内温度が推定された気筒群においては、吸入空気量が意図するより少ないと考えられる。それにより、この気筒群の吸気弁の閉弁時期を変化させて吸入空気量を増量することとなる。吸気弁の閉弁時期は、遅角により吸入空気量を増量させる場合と、進角により吸入空気量を増量させる場合とが存在する。本内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１は第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２と等しいために、各機関運転状態において、第一気筒群の意図する吸入空気量は、第二気筒群の意図する吸入空気量と同じである。
また、図２及び４に示す相対移動機構を有する内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１は第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２より小さいために、ステップ１０３の吸気弁閉弁時期の決定により、第一気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３１は第二気筒群の吸気弁閉弁クランク角度のシリンダ容積Ｖ３２より小さくされ、こうして、第一気筒群の実圧縮比と第二気筒群の実圧縮比とは等しくされる。それにも係わらずに、ステップ１０８の判断が否定される場合は、低い筒内温度が推定された気筒群においては、吸入空気量が意図するより少ないと考えられる。それにより、この気筒群の吸気弁の閉弁時期を変化させて吸入空気量を増量することとなる。本内燃機関において、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１１が第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積Ｖ１２より小さい時には、各機関運転状態において、第二気筒群の意図する吸入空気量は、第一気筒群の意図する吸入空気量より多くなる。
こうして、第一気筒群及び第二気筒群の間の上死点の気筒内の温度差及び圧力差はさらに小さくすることができ、第一気筒群の燃焼状態と第二気筒群の燃焼状態とをさらに近づけることができる。
定常時には、ステップ１０２の判断が肯定されると共に、このような機関運転が繰り返される。もし、ノッキングセンサ等によって一方の気筒群においてノッキングが検出されると、ステップ１１０の判断が肯定され、ステップ１１１において、ノッキングが発生している第一気筒群又は第二気筒群の点火時期ＩＧ１又はＩＧ２を遅角側の新たな点火時期ＩＧ１’又はＩＧ２’に変更してノッキングの持続を抑制し、また、ステップ１１２において、ノッキングが発生している第一気筒群又は第二気筒群の燃料噴射時期ＦＩ１又はＦＩ２を遅角側の新たな燃料噴射時期ＦＩ’又はＦＩ２’に変更してノッキングの持続を抑制する。
本フローチャートにおいて、ステップ１０７では、第一気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ１及び第二気筒群の上死点の筒内温度ＴＴ２を推定して、ステップ１０８において、これらの筒内温度ＴＴ１及びＴＴ２を比較するようにしたが、上死点の筒内圧力も燃焼状態の指標となるために、ステップ１０７において、第一気筒群の吸入空気量Ｑ１及び第一気筒群の実圧縮比に基づき予め定められたマップ等を使用して第一気筒群の上死点の筒内圧力ＴＰ１を推定すると共に、第二気筒群の吸入空気量Ｑ２及び第二気筒群の実圧縮比に基づき予め定められたマップ等を使用して第二気筒群の上死点の筒内圧力ＴＰ２を推定し、ステップ１０８において、第一気筒群の推定筒内圧力ＴＰ１と第二気筒群の推定筒内圧力ＴＰ２とが等しくなるように第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁閉弁時期を変更するようにしても良い。上死点の筒内圧力も、吸入空気量が多いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
また、本フローチャートでは、シリンダブロックの各相対移動位置において燃焼状態の指標としての上死点の気筒内の温度又は圧力を実圧縮比に基づき推定可能とするパラメータとして、第一気筒群及び第二気筒群の吸入空気量Ｑ１及びＱ２を測定するようにした。しかしながら、パラメータとして吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度で測定された気筒内の温度を使用することもできる。すなわち、ステップ１０６では、第一気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度における第一気筒群の気筒内の温度を測定すると共に、第二気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度（第一気筒群の気筒内の温度測定時のクランク角度と同じとすることが好ましい）における第二気筒群の気筒内の温度を測定し、ステップ１０７では、第一気筒群の気筒内の測定温度と、測定時クランク角度と、第一気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第一気筒群の上死点の気筒内の温度ＴＴ１を推定すると共に、第二気筒群の気筒内の測定温度と、測定時クランク角度と、第二気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第二気筒群の上死点の気筒内の温度ＴＴ２を推定するようにすれば、ステップ１０９において、第一気筒群の上死点の推定筒内温度ＴＴ１と第二気筒群の上死点の推定筒内温度ＴＴ２とが等しくなるように第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁閉弁時期を変更することができる。上死点の筒内温度は、測定温度が高いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
また、パラメータとして吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度で測定された気筒内の圧力を使用することもできる。すなわち、ステップ１０６では、第一気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度における第一気筒群の気筒内の圧力を測定すると共に、第二気筒群の吸気弁閉弁から点火時期までの間の任意のクランク角度（第一気筒群の気筒内の圧力測定時のクランク角度と同じとすることが好ましい）における第二気筒群の気筒内の圧力を測定し、ステップ１０７では、第一気筒群の気筒内の測定圧力と、測定時クランク角度と、第一気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第一気筒群の上死点の気筒内の圧力ＴＰ１を推定すると共に、第二気筒群の気筒内の測定圧力と、測定時クランク角度と、第二気筒群の実圧縮比とに基づき、予め定められたマップ等を使用して第二気筒群の上死点の気筒内の圧力ＴＰ２を推定するようにすれば、ステップ１０９において、第一気筒群の上死点の推定筒内圧力ＴＰ１と第二気筒群の上死点の推定筒内圧力ＴＰ２とが等しくなるように第一気筒群又は第二気筒群の吸気弁閉弁時期を変更することができる。上死点の筒内圧力は、測定圧力が高いほど高くなり、実圧縮比が大きいほど高くなる。
【符号の説明】
【０００９】
１０ シリンダブロック
１０ａ 第一気筒群側部分
１０ｂ 第二気筒群側部分
Claims (6)
- 二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変Ｖ型内燃機関であって、シリンダブロックの各相対移動位置において上死点の気筒内の温度又は圧力を実圧縮比に基づき推定可能とするパラメータを気筒群毎に測定し、シリンダブロックの各相対移動位置において前記一方の気筒群の前記パラメータを使用して前記一方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された前記一方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力と、前記他方の気筒群の前記パラメータを使用して前記他方の気筒群の実圧縮比に基づき推定された前記他方の気筒群の上死点の気筒内の温度又は圧力とが等しくなるように各気筒の吸気弁閉弁時期を制御することを特徴とする圧縮比可変Ｖ型内燃機関。
- 前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群の吸気系において測定された吸入空気量であることを特徴とする請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関。
- 前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の温度であることを特徴とする請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関。
- 前記一方の気筒群のパラメータは、前記一方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であり、前記他方の気筒群のパラメータは、前記他方の気筒群において吸気弁閉弁から点火時期までの間で測定された気筒内の圧力であることを特徴とする請求項２に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関。
- 気筒群毎にノッキングが持続しないような点火時期制御を実施することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関。
- 気筒群毎にノッキングが持続しないような燃料噴射時期制御を実施することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の圧縮比可変Ｖ型内燃機関。
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