(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備え、機関負荷と機関回転速度から定まる運転条件に対して目標圧縮比を設定し、この目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を可変制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
基準となる運転条件のときに用いられる基準圧縮比を算出する基準圧縮比算出手段と、
所定の運転条件から上記基準となる運転条件までの運転条件の変化に対し、機関圧縮比の変化が追従するように、機関圧縮比の変化速度を考慮して、上記所定の運転条件における上記基準圧縮比から高圧縮比側へ許容し得る圧縮比許可幅を算出する圧縮比許可幅算出手段と、
上記圧縮比許可幅内に収まるように、上記所定の運転条件における目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、
を有することを特徴とする可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記機関圧縮比の変化速度を考慮して算出した目標圧縮比を運転条件に関連づけて記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記目標圧縮比算出手段は、
上記基準圧縮比に圧縮比許可幅を加算して許可圧縮比を求め、
要求負荷と機関回転速度とに基づいて定常の目標圧縮比を求め、
これら許可圧縮比と定常の目標圧縮比のうち、小さい値の方を目標圧縮比として選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記圧縮比許可幅算出手段は、機関圧縮比の変化速度が低いときには変化速度が高いときに比して圧縮比許可幅が小さくなるように、上記機関圧縮比の変化速度に対応するパラメータに応じて圧縮比許可幅を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記機関圧縮比の変化速度に対応するパラメータが、上記可変圧縮比装置を駆動する電動機へ電力を供給するバッテリの電圧であることを特徴とする請求項４に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記基準圧縮比算出手段は、機関温度が高いときには機関温度が低いときよりも基準圧縮比が低くなるように、機関温度に応じて基準圧縮比を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記可変圧縮比装置を駆動するアクチュエータを備え、
上記目標圧縮比と実圧縮比の偏差に基づいて、上記圧縮比許可幅を補正する圧縮比許可幅補正手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項８】
上記可変圧縮比装置を駆動するアクチュエータを備え、
上記目標圧縮比と実圧縮比の偏差に基づく補正値により、上記アクチュエータをフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記フィードバック制御の補正値に基づいて、上記圧縮比許可幅を補正する圧縮比許可幅補正手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項９】
上記可変圧縮比装置を駆動するアクチュエータを備え、
上記目標圧縮比に対応する目標値と、機関圧縮比に対応する上記アクチュエータの出力値と、の偏差に基づいて、上記アクチュエータへの入力値をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記入力値と上記出力値とに基づいてフィードバック制御に対する補正値を算出し、このフィードバック制御に対する補正値に基づいて、上記フィードバック制御を補正するフィードバック補正手段と、
上記フィードバック制御に対する補正値に基づいて、上記圧縮比許可幅を補正する圧縮比許可幅補正手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関圧縮比を変更可能な内燃機関として、例えば特許文献１に記載のように、複リンク式のピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比装置を備えたものが知られている。この種の可変圧縮比内燃機関の制御においては、一般的に、低負荷域では圧縮比を高くして燃費の向上を図り、高負荷域では圧縮比を低くすることでノッキングやプレイグニッションの発生を抑制・回避する。但し、圧縮比の変化には、圧縮比を変化させる機構やそのアクチュエータの作動速度に依存して、不可避的に応答遅れを伴うため、上記の特許文献１では、圧縮比の応答遅れを考慮した位相進み処理により過渡時の目標圧縮比を補正する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば低負荷域から全開出力へ向けた急加速時などでは、機関負荷（吸入空気量）の増加に対して圧縮比の低下が遅れると、過渡的にノッキングやプレイグニッション等（以下、「ノッキング等」という）の発生を招くおそれがある。そこで、このような急加速時にはノッキング等を回避するために、例えばスロットルの開きを遅らせることにより機関負荷の増加を意図的に遅らせることが考えられるが、この場合、急加速時のように高い加速性能が要求されるシーンであるにもかかわらず、全開出力へ到達するまでに時間がかかり、加速性能に劣る車両である、との印象を与えるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本発明は、急加速時などの過渡時にも、加速性能を犠牲にすることなく、ノッキング等の発生を抑制・回避することのできる新規な可変圧縮比内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
すなわち本発明は、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備え、機関負荷と機関回転速度から定まる運転条件に対して目標圧縮比を設定し、この目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を可変制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、基準となる運転条件のときに用いられる基準圧縮比を算出する基準圧縮比算出手段と、所定の運転条件から上記基準となる運転条件までの運転条件の変化に対し、機関圧縮比の変化が追従するように、機関圧縮比の変化速度を考慮して、上記所定の運転条件における上記基準圧縮比から高圧縮比側へ許容し得る圧縮比許可幅を算出する圧縮比許可幅算出手段と、この圧縮比許可幅内に収まるように、上記所定の運転条件における目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
このように、所定の運転条件からノッキング等を生じ易い「基準となる運転条件」へ運転条件が変化する場合に、機関負荷（吸入空気量）の変化に対して機関圧縮比の変化が追従し得る圧縮比許可幅を予め算出しておき、この圧縮比許可幅の範囲内に収まるように目標圧縮比を設定する。つまり、急加速時などの過渡時にその都度補正を行うのではなく、過渡時の応答遅れを見越した形で、基準圧縮比へ向けた圧縮比の変更時間が許容範囲内に収まるように、目標圧縮比の設定範囲を圧縮比許可幅内に制限している。従って、ノッキング等の発生を抑制・回避しつつ、運転条件の移行に要する時間を許容時間内に収めることで、その応答性を確保することができる。
【０００８】
ここで、「基準となる運転条件」とは、ノッキング等を最も生じ易い運転条件であり、例えば火花点火式内燃機関の場合には、スロットルを全開とする全開（最大）出力時である。なお、過給機付き内燃機関の場合には、過給遅れの影響が大きく、吸入空気量の増加に対して機関圧縮比の低下が遅れる可能性が低いため、非過給域での最大出力時に相当する。従って、「基準圧縮比」は、このような最大出力時にもノッキング等を生じることのない低い値であり、典型的には、制御で使用する圧縮比範囲の中で最も低い最低圧縮比での値ある。従って、運転状況からは予測し難い急加速時などの状況であっても、基準圧縮比への変更時間を圧縮比許可幅に対応する許可範囲内に確実に抑制することができ、加速性能を犠牲にすることがない。
【０００９】
特に、本発明の一つの態様では、予め機関圧縮比の変化速度を考慮して求めた目標圧縮比を例えば目標圧縮比マップのような形で運転条件に関連づけて記憶しておき、この目標圧縮比マップを参照して要求負荷と機関回転速度に応じて目標圧縮比を設定することで、演算負荷を軽減しつつ、簡易かつ速やかに目標圧縮比を設定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、急加速時などにおいても、加速性能を犠牲にすることなく、ノッキング等の発生を抑制・回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置の一実施例を示すシステム図。
【図２】上記実施例の可変圧縮比装置を示す断面対応図。
【図３】上記可変圧縮比装置の高圧縮比位置（Ａ）及び低圧縮比位置（Ｂ）におけるリンク姿勢を示す説明図。
【図４】上記可変圧縮比装置による高圧縮比位置（Ａ）及び低圧縮比位置（Ｂ）におけるピストンモーションを示す特性図。
【図５】本実施例に係る目標圧縮比の算出制御を簡略的に示すブロック図。
【図６】上記目標圧縮比設定マップの設定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】図６の基準圧縮比の算出処理を示すサブルーチン。
【図８】図６の圧縮比許可幅の算出処理を示すサブルーチン。
【図９】図６の圧縮比設定マップの補正処理を示すサブルーチン。
【図１０】本実施例に係る目標圧縮比の算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】基準圧縮比の設定マップを示す特性図。
【図１２】圧縮比許可幅の設定マップを示す特性図。
【図１３】定常圧縮比マップの一例を示す特性図。
【図１４】補正後の目標圧縮比設定マップの一例を示す特性図。
【図１５】補正用圧縮比マップの一例を示す特性図。
【図１６】図１５のものに対して機関温度が高い条件下での補正用圧縮比マップの他の例を示す特性図。
【図１７】図１５のものに対してバッテリ電圧が低い条件下での補正用圧縮比マップの他の例を示す特性図。
【図１８】図１５のものに対して機関温度が高く、かつバッテリ電圧が低い条件下での補正用圧縮比マップの他の例を示す特性図。
【図１９】比較例（ａ）及び本実施例（ｂ）に係る急加速時における吸入空気量，スロットル開度及び機関圧縮比の変化を示すタイミングチャート。
【図２０】本発明の第２の実施例に係る制御内容を簡略的に示す制御ブロック図。
【図２１】図２０の実施例を適用した場合の圧縮比等の変化を示すタイミングチャート。
【図２２】上記第２の実施例における禁止幅の算出例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１を参照して、この内燃機関は、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とにより大略構成されており、かつ、ピストン３の上方に画成される燃焼室４内の混合気を火花点火する点火プラグ９を備えたガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関である。この内燃機関は、周知のように、吸気カム１２により駆動されて吸気ポート７を開閉する吸気弁５と、排気カム１３により駆動されて排気ポート８を開閉する排気弁６と、吸気ポート７に燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、吸気コレクタ１４の上流側を開閉して吸入空気量を調整するスロットル１５と、を有し、かつ、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置２０を備えている。
【００１３】
制御部１１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、排気の空燃比を検出する空燃比センサ１６からの空燃比センサ信号，スロットル開度を検出するスロットルセンサ信号、機関水温を検出する水温センサからの水温センサ信号，機関回転速度を検出するクランク角センサからのクランク角センサ信号，ノッキングの有無を検出するノックセンサからのノックセンサ信号，バッテリ１７から供給される電力により可変圧縮比装置２０のコントロールシャフト２７を駆動する電動機２１からの回転角センサ信号や負荷センサ信号等の各種信号に基づいて、燃料噴射弁１０，点火プラグ９，スロットル１５，及び可変圧縮比装置２０の電動機２１等の各種アクチュエータ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，スロットル開度，及び機関圧縮比等を統括的に制御する。
【００１４】
図２及び図３を参照して、可変圧縮比装置２０は、ピストン３とクランシャフト２２のクランクピン２３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２３に回転可能に装着されたロアリンク２４と、このロアリンク２４とピストン３とを連結するアッパリンク２５と、偏心軸部２８が設けられたコントロールシャフト２７と、偏心軸部２８とロアリンク２４とを連結するコントロールリンク２６と、を有している。アッパリンク２５は、一端がピストンピン３０に回転可能に取り付けられ、他端が第１連結ピン３１によりロアリンク２４と回転可能に連結されている。コントロールリンク２６は、一端が第２連結ピン３２によりロアリンク２４と回転可能に連結されており、他端が偏心軸部２８に回転可能に取り付けられている。
【００１５】
電動機２１によりコントロールシャフト２７の回転位置を変更することにより、図３にも示すように、コントロールリンク２６によるロアリンク２４の姿勢が変化し、ピストン３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３の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比が連続的に変更・制御される。
【００１６】
このような複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比装置２０によれば、機関運転状態に応じて機関圧縮比を適正化することで燃費や出力向上を図れることに加え、ピストンとクランクピンとを一本のリンクで連結した単リンク機構に比して、ピストンストローク特性（図４参照）そのものを例えば単振動に近い特性に適正化することができる。また、単リンク機構に比して、クランクスローに対するピストンストロークを長くとることができ、機関全高の短縮化や高圧縮比化を図ることができる。更に、アッパリンク２５の傾きを適正化することで、ピストン３やシリンダに作用するスラスト荷重を低減・適正化し、ピストン３やシリンダの軽量化を図ることができる。なお、アクチュエータとしては図示の電動機２１に限らず、例えば油圧制御弁を用いた油圧式の駆動装置であっても良い。
【００１７】
次に、図５のブロック図を参照して、本実施例の要部をなす目標圧縮比の算出制御の概要について説明する。なお、以下に説明する制御処理は上記の制御部１１により記憶及び実行される。
【００１８】
基準圧縮比算出部（基準圧縮比算出手段）４１では、基準となる運転条件で用いられる基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴを算出する。ここで、基準となる運転条件とは、ノッキング等を最も生じ易い運転条件であり、具体的には、ドライバの要求負荷・機関負荷に対応する充填効率ηｃが最大となるスロットル全開の最大出力時である。従って、このときの基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴは、全開出力時であってもノッキング等を回避し得る圧縮比であり、典型的には、制御で使用する圧縮比の中で最も低い最低圧縮比又はその近傍の値となる。なお、過給機付き内燃機関の場合、例えば急加速時などでは圧縮比変化の応答遅れよりも過給遅れの影響が大きいことから、基準圧縮比は非過給域での最大出力時における圧縮比とすればよい。
【００１９】
圧縮比許可幅算出部（圧縮比許可幅算出手段）４２では、機関負荷と機関回転速度とを含む所定の運転条件から上記基準となる運転条件までの運転条件の変化に対し、ノッキング等を生じることなく機関圧縮比の変化が追従するように、機関圧縮比の変化速度を考慮して、基準圧縮比から高圧縮比側へ許容し得る圧縮比許可幅Δεを算出する。つまり圧縮比許可幅Δεは、所定の運転条件から基準圧縮比を用いる運転条件まで運転条件が変化するときに、ノッキング等を生じることなく、機関圧縮比の変更に要する時間が（運転性や応答性に基づく）許容時間内に収まるように、機関圧縮比の変化速度を勘案して算出されるものである。別な言い方をすると、許容される時間内に、所定の運転条件から基準圧縮比を用いる運転条件まで運転条件を変化させる際、実現可能な機関圧縮比の変化速度（最高速度）で変化する圧縮比が、その途中の運転条件で設定される目標圧縮比からノッキングを生じるほど離れてしまったり、あるいは基準圧縮比を用いる運転条件に到達したときにノッキングを生じるほど基準圧縮比から離れてしまったりすることが無いように、圧縮比許可幅Δεを求める。これにより、所定の運転条件から上記基準となる運転条件までの運転条件の変化に対し、ノッキングやプレイグニッションを生じることなく、機関圧縮比の変化が追従するように、機関圧縮比の変化速度を考慮して、上記所定の運転条件における上記基準圧縮比から高圧縮比側へ許容し得る圧縮比許可幅が算出される。
【００２０】
圧縮比設定マップ補正部４３では、上記の基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴと、この基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴに圧縮比許可幅Δεを加算して得られる許可圧縮比ε２と、を用いて、目標圧縮比が圧縮比許可幅Δε内に収まるように、圧縮比設定マップを補正する。そして、目標圧縮比算出部（目標圧縮比算出手段）４４では、圧縮比許可幅Δε内に収まるように、機関運転条件に応じて目標圧縮比を算出する。具体的には、要求負荷（充填効率）ηｃと機関回転速度とに基づいて、目標圧縮比が圧縮比許可幅Δε内に収まるように補正された圧縮比設定マップを参照して、目標圧縮比を算出する。
【００２１】
このように本実施例では、例えば急加速時などの最大出力点へ移行する際の圧縮比許可幅Δεを見越した形で、目標圧縮比を算出するものであり、これによって、このような急加速時にもノッキング等を生じることなく、かつ、加速性能（運転性や応答性）を犠牲にする（圧縮比変化の遅れに応じて運転条件を速やかに変化させられない）ことがない。
【００２２】
次に、上記の圧縮比設定マップの補正処理並びに目標圧縮比の算出処理について、図６〜図１０を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図６を参照して、ステップＳ１１では基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴを算出し、ステップＳ１２では圧縮比許可幅Δεを算出し、ステップＳ１３では基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴに圧縮比許可幅Δεを加算して許可圧縮比ε２を算出し、ステップＳ１４では圧縮比設定マップを補正する。この補正された圧縮比設定マップを用いて目標圧縮比が算出されることとなる。具体的には、図１０に示すように、ステップＳ５１でエンジン（機関）回転速度と要求負荷と上記の補正された圧縮比設定マップとを読み込み、ステップＳ５２において、エンジン回転速度と要求負荷とを用いて、上記の補正された圧縮比設定マップを検索し、エンジン回転速度と要求負荷から定まる運転条件に応じた目標圧縮比を算出する。
【００２４】
なお、図１０のルーチンによる目標圧縮比の算出処理は、時々刻々と変化するドライバのアクセル操作による要求負荷や機関回転速度の変化に適合・追従するように極短い短期間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に行う必要があるが、図６の目標圧縮比マップの設定・補正については、機関温度やバッテリ電圧等の条件が変わなければ基本的には変化しないので、上記の目標圧縮比の算出処理ほど頻繁に行う必要はなく、機関温度やバッテリ１７の状態の変化に応じた適宜な間隔、例えば１００〜数１００ｍｓ毎に行えば良い。
【００２５】
図７は、ステップＳ１１の基準圧縮比算出処理の内容を示すサブルーチンである。ステップＳ２１では、基準となる運転条件である全開出力時（ＮＡ−ＷＯＴ）での要求負荷ηｃを読み込むとともに、機関温度として吸気温や機関油水温を読み込む。
【００２６】
ステップＳ２２では、図１１に示す基準圧縮比マップを参照して、エンジン回転数と機関温度とに基づいて、この全開出力時における基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴを求める。上述したように、この基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴは、全開出力時であってもノッキング等を回避し得る低圧縮比側の値であり、図１１に示すように、機関温度が高くなるほど、ノッキング等が生じ易くなることから、基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴを低下させる。
【００２７】
図８は、ステップＳ１２の圧縮比許可幅Δεの算出処理のサブルーチンである。ステップＳ３１では、圧縮比の変化速度（応答速度）に関連するパラメータとしてのバッテリ１７の電圧Ｖｂや、吸気の応答遅れに関連するパラメータとしての機関回転速度Ｎｅを読み込む。そして、ステップＳ３２では、上記のバッテリ１７の電圧と機関回転速度とに基づいて、図１２に示すような予め設定された圧縮比許可幅マップを検索して、圧縮比許可幅Δεを求める。図１２の圧縮比許可幅マップには、許容される時間内に、所定の運転条件から基準圧縮比を用いる運転条件まで運転条件を変化させる際、実現可能な機関圧縮比の変化速度（最高速度）で変化する圧縮比が、その途中の運転条件で設定される目標圧縮比からノッキングを生じるほど離れてしまったり、あるいは基準圧縮比を用いる運転条件に到達したときにノッキングを生じるほど基準圧縮比から離れてしまったりすることが無いように、実現可能な機関圧縮比の変化速度（最高速度）に相関するパラメータに応じた、圧縮比許可幅Δεが設定されている。図１２に示すように、バッテリ１７の電圧が低くなるほど、圧縮比を変更する電動機２１の応答性が低下し、機関圧縮比の変化速度が低下することから、圧縮比許可幅Δεを小さくする。また、エンジン回転速度Ｎｅが所定の回転速度域（３０００ｒｐｍ付近）よりも高い高回転域では、吸気速度が速くなり、急加速時に吸入空気量が増大するまでの実時間が短くなり、このような吸入空気量の増加に対する圧縮比の低下が相対的に遅れ易くなることから、圧縮比許可幅Δεを大幅に縮小する。一方、エンジン回転速度Ｎｅが所定の回転速度域（３０００ｒｐｍ付近）よりも低い低回転域では、吸気の応答遅れが大きく、吸入空気量の増加に対する機関圧縮比の低下の遅れが相対的に表れ難いことから、機関回転速度に対する圧縮比許可幅Δεの感度は低く、圧縮比許可幅Δεはほぼ一定となる。
【００２８】
図９は、ステップＳ１４の圧縮比設定マップの補正処理を示すサブルーチンである。ステップＳ４１では、要求負荷（ｊ）とエンジン回転速度（ｉ）とをパラメータとする許可圧縮比ε２をプロットした補正用圧縮比マップを作成する。各運転点毎の許可圧縮比ε２は、例えば上記のステップＳ１１〜Ｓ１３の処理を各運転点毎に行うことで求められる。図１５〜図１８に、このような補正用圧縮比マップの例を、基準圧縮比に影響を与えるパラメータ（機関温度）と圧縮比の変化速度に影響を与えるパラメータ（バッテリ電圧）が異なる場合に分けて示している。
【００２９】
一方、要求負荷とエンジン回転速度とに応じた定常の目標圧縮比ε１の値が、図１３に示すような定常圧縮比マップ（ｉ，ｊ）として設定されている。この定常の目標圧縮比ε１は、充填効率に対応する要求負荷（ｊ）とエンジン回転速度（ｉ）とで定まる運転条件に対し、所謂定常状態における燃費性能や出力性能を考慮して設定される値であり、上記の許可圧縮比ε２とは異なり、圧縮比の変化速度は考慮されていない。この定常の目標圧縮比ε１は、低回転低負荷側では熱効率向上を図るために高圧縮比側の値とされ、高回転高負荷側ではノッキング等を回避するために低圧縮比側の値とされる。
【００３０】
ステップＳ４２では、各運転点毎に、この定常圧縮比マップ（ｉ，ｊ）から求められる定常圧縮比ε１と、上記の補正用圧縮比マップ（ｉ，ｊ）から求められる許可圧縮比ε２と、を比較し、小さい方の値を目標圧縮比マップの値ε３として選択する。つまり、許可圧縮比ε２の方が小さければ、ステップＳ４３へ進み、この補正用圧縮比マップ（ｉ，ｊ）から求めた許可圧縮比ε２を、目標圧縮比設定マップの対応する運転点の値ε３として選択する。一方、定常圧縮比ε１が許可圧縮比ε２以下であれば、定常圧縮比マップ（ｉ，ｊ）から求められる定常圧縮比ε１を、目標圧縮比設定マップの対応する運転点の値ε３として選択する。このようなステップＳ４２〜Ｓ４４の処理が繰り返されて、目標圧縮比設定マップの全ての運転点の選択・判定が終了すると、ステップＳ４５からステップＳ４６へ進み、目標圧縮比設定マップ（図１４参照）を更新つまり記憶・保存して、本ルーチンを終了する。
【００３１】
図１３〜図１５は、吸気温、油水温、バッテリ１７の電圧などが同一条件下でのマップを示しており、図１３が定常圧縮比マップ、図１４が最終的に得られる補正後の目標圧縮比マップで、図１５が補正用圧縮比マップである。図中の例えば「ε＝１２」は圧縮比が１２であることを表している。これらの図１３〜図１５に示すように、最終的な目標圧縮比マップ（図１４）では、その一部の領域が定常圧縮比マップ（図１３）よりも低い補正用圧縮比マップ（図１５）の値である許可圧縮比ε２が用いられている。具体的には、急加速時における圧縮比の変更幅が大きい低回転低負荷側の領域では、目標圧縮比（最高圧縮比）が定常圧縮比よりも低く制限されている。また、機関回転速度が所定回転域（３０００ｒｐｍ付近）を上回る高回転側の一部の領域（図のε＝１３の付近参照）では、上述したように吸気の応答遅れ（実時間）が短くなって、吸入空気量の変化に対して機関圧縮比の変化が追従できなくなることから、目標圧縮比が図１５の許可圧縮比ε２の値に制限されている。
【００３２】
また、上述したように、許可圧縮比ε２と定常の目標圧縮比ε１のうち、小さい値の方を目標圧縮比ε３として選択することで、定常の目標圧縮比ε１が許可圧縮比ε２よりも低い場合には、この定常の目標圧縮比ε１が最終の目標圧縮比ε３として選択されることとなり、簡素な制御でありながら、目標圧縮比が、機関出力や燃費性能を考慮して設定された定常の目標圧縮比ε１よりも不必要に高くなることを防止することができる。
【００３３】
図１５〜図１８は、いずれも補正用圧縮比マップであるが、図１５のものに対し、図１６は機関温度、具体的には吸気温度と機関油水温とが高い条件の場合、図１７は圧縮比の応答速度に対応するバッテリ１７の電圧が低い条件の場合、図１８は機関温度が高く、かつバッテリ１７の電圧が低い条件の場合のものを示している。
【００３４】
図１６に示すように機関温度が高い場合には、図１５のものに比して、上述したように基準圧縮比低下側へ補正されるために（図１６のε＝１０に相当）、補正用圧縮比における許可圧縮比の値が全体的に低くなる。これに対し、図１７に示すように機関圧縮比の変化速度に対応するバッテリ１７の電圧が低い場合には、図１５のものに比して、圧縮比許可幅Δεが縮小されるので、全開出力時に対応する基準圧縮比（ε＝１２に相当）の値は変わらず、この基準圧縮比からの偏差が小さくなる。図１８に示すように、機関温度が高く、バッテリ電圧も低い場合には、これらの変更があわされたものとなり、基準圧縮比を含めた許可圧縮比の値が全体的に低くなり、かつ、基準圧縮比からの偏差も小さくなる。
【００３５】
図１９は低負荷域から全開域への急加速時における吸入空気量，スロットル開度ＴＶＯ及び機関圧縮比（実圧縮比）と目標圧縮比の変化を示すタイミングチャートである。（ａ）に示すように、低負荷域での目標圧縮比を機関負荷と機関回転速度に基づいて求められた定常の目標圧縮比ε１とした場合、急加速時には吸入空気量の増加に機関圧縮比の変化が追従することができないため、ノッキング等を招くことのないように、破線の特性で示す比較例では、スロットル開度ＴＶＯの開きを遅らせる補正を行い、吸入空気量の増加速度を意図的に抑制している。この場合、全開域へ到達するまでの時間ΔＴ０が長くかかり、加速性能に劣るとの印象を与えるおそれがある。
【００３６】
これに対して本実施例（ｂ）では、低負荷域における目標圧縮比ε３が、基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴに対する圧縮比許可幅Δεの範囲内に制限されており、定常の目標圧縮比ε１に対して所定量Δαだけ予め低く制限された値となるために、予期せぬ急加速時であっても、スロットル開度ＴＶＯによる吸入空気量の増加に対して圧縮比の低下が遅れることがないために、ノッキング等を招くことがなく、また、スロットル開度ＴＶＯを何ら制限することなく増大させることができるために、全開域へ到達するまでの時間ΔＴ１が許容時間内に抑えられ、所期の加速性能を確保することができる。
【００３７】
次に、図２０〜２２を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。この実施例では、フィードバック制御に関するパラメータを利用して、圧縮比許可幅Δεを逐次更新する。より具体的には圧縮比許可幅Δεよりも高圧縮比側の禁止幅Δｒを逐次更新することにより、実質的に圧縮比許可幅Δεを逐次更新するものである。フィードバック制御に関するパラメータとしては、フィードバック補正値（制御補正量）、アクチュエータの目標値と実際値の偏差、あるいは、フィードバック制御に対する補正値（後述）などを採用することができる。
【００３８】
図２０（ａ）は、フィードバック補正値（制御補正量）ｆ（ｅ）に基づき、あるいは、アクチュエータの目標値ｙｍと実際値ｙの偏差ｅに基づき、禁止幅Δｒを逐次更新する場合における、上記の制御部１１により記憶及び実行される制御内容を簡略的に示す制御ブロック図である。目標圧縮比算出部５１では、機関回転速度や吸気量等に基づいて、目標圧縮比ｒ’を算出する。後述するように、この目標圧縮比算出部５１から出力される目標圧縮比ｒ’が圧縮比許可幅補正部５５により補正後の目標圧縮比ｒに補正される。なお、圧縮比許可幅補正部５５により補正が行われない場合には、ｒ’＝ｒとなる。
【００３９】
目標値算出部５２では、目標圧縮比ｒに対応するアクチュエータの制御目標値ｙｍを算出する。具体的には、ｙｍはアクチュエータとしての電動機２１により駆動されるコントロールシャフト２７の回転角であり、電動機２１の駆動能力（定格出力など）や応答性を考慮した規範モデルＧｍを用いて、アクチュエータの応答性等を考慮した目標値ｙｍ、所謂過渡的な目標値を求める。ｙｍは、ｙｍ＝Ｇｍ×ｒにより求められる。
【００４０】
フィードバック制御部５３では、上記の目標値ｙｍと、電動機２１から出力される出力値ｙと、の偏差ｅ（＝ｙｍ−ｙ）に基づいて、電動機２１への入力値ｕ（目標電流値）を制御する、いわゆるフィードバック制御が行われる。このフィードバック制御には、例えば周知のＰＩＤ制御が用いられる。入力値ｕ（電流値）は、圧縮比を一定保持するための制御量ｕｍに、アクチュエータの目標値ｙｍと実際値ｙの偏差ｅに基づくｆ（ｅ）を加算して求めることができる。電動機２１の出力値ｙは、例えばこの電動機２１により駆動されるコントロールシャフト２７の回転角センサ信号を用いて検出することができる。
【００４１】
そして、本実施例の要部をなす圧縮比許可幅補正部５５では、このようなフィードバック制御におけるフィードバック補正値（制御補正量）ｆ（ｅ）、あるいは、アクチュエータの目標値ｙｍと実際値ｙの偏差ｅに基づき、上述した圧縮比許可幅Δεを補正・更新する。圧縮比許可幅補正部５５では、出力値ｙに対応させつつ、フォードバック制御に対するフィードバック補正値（制御補正量）ｆ（ｅ）の最大値、あるいは、アクチュエータの目標値ｙｍと実際値ｙの偏差ｅの最大値である、ｆ（ｅ）ｍａｘあるいはｅｍａｘを逐次更新・記憶している。この最大値を用いてノッキングやプレイグニッションを生じることのないように上記禁止幅Δｒを求め、すなわち、最大値が大きくなるほど、禁止幅Δｒを大きく設定する。
【００４２】
なお、この実施例においては、目標圧縮比ｒが圧縮比許可幅Δε内に収まるように、目標圧縮比ｒとして設定できない禁止幅（つまり、圧縮比許可幅Δεよりも高圧縮比側の領域）Δｒを求めており、最大目標圧縮比ｒｍａｘからこの禁止幅Δｒの間を避けるように目標圧縮比を補正している。なお、この禁止幅Δｒに代えて、圧縮比許可幅Δεを直接的に補正するようにしても良い。
【００４３】
このように、フィードバック制御に関するパラメータを採用することにより、実際の機関圧縮比の変加速度から圧縮比許可幅の補正を行なうことができるので、温度やバッテリ電圧に基づき機関圧縮比の変加速度を推定して補正する場合に比べて制御精度がさらに向上する。
【００４４】
図２０（ｂ）は、フィードバック制御に対する補正値ｑに基づき、禁止幅Δｒを逐次更新する場合における、上記の制御部１１により記憶及び実行される制御内容を簡略的に示す制御ブロック図である。目標圧縮比算出部５１、目標値算出部５２、フィードバック制御部５３は、図２０（ａ）の場合と実質的に同じである。一方、フィードバック補正部５４では、電動機２１への入力値ｕと出力値ｙとに基づいて、フィードバック制御に対する補正値ｑを求める。図２１にも示すように、このフィードバック制御に対する補正値ｑは、目標値ｙｍ（コントロールシャフトの目標回転角）に対応する目標圧縮比ｍＴと、出力値ｙ（コントロールシャフトの実角度）に対応する実際の機関圧縮比である実圧縮比ｒＴとの偏差に相当する（基づく）値であり、この偏差が大きくなるほど補正値ｑが大きくなる関係にある。この補正値ｑは、例えば、入力値ｕと出力値ｙの互いの外乱要因を推定して得られた値の偏差をゲイン補正して得ることができる。上記のフィードバック制御部５３では、このフィードバック制御に対する補正値ｑを用いて、入力値ｕを補正する。これによって、例えば電動機２１の劣化や異常などに起因して、目標値ｍＴと実圧縮比ｒＴとの間に乖離が生じても、このフィードバック制御に対する補正値ｑによる補正によってこの乖離分を相殺・吸収することで、制御の発散等を招くことなくフィードバック制御を適切に継続することができる。
【００４５】
そして、本実施例の要部をなす圧縮比許可幅補正部５５では、このようなフィードバック制御に対する補正値ｑと上記の出力値ｙを用いて、上述した圧縮比許可幅Δεを補正・更新している。なお、この実施例においては、目標圧縮比ｒが圧縮比許可幅Δε内に収まるように、目標圧縮比ｒとして設定できない禁止幅（つまり、圧縮比許可幅Δεよりも高圧縮比側の領域）Δｒを求めており、最大目標圧縮比ｒｍａｘからこの禁止幅Δｒの間を避けるように目標圧縮比を補正している。なお、この禁止幅Δｒに代えて、圧縮比許可幅Δεを直接的に補正するようにしても良い。
【００４６】
この圧縮比許可幅補正部５５では、出力値ｙに対応させつつ、フォードバック制御に対する補正値ｑの最大値ｑｍａｘ（図２１参照）を逐次更新・記憶しており、この最大値ｑｍａｘを用いて、ノッキングやプレイグニッションを生じることのないように上記の禁止幅Δｒを求めており、最大値ｑｍａｘが大きくなるほど、禁止幅Δｒも大きくなる。図２２に、具体的な禁止幅Δｒの算出例を示している。同図において、「Ｘ」は上記のフィードバック制御部５３で用いられる係数であり、「Ｇｍ」は上記の目標値算出部５２で用いられる規範モデルの係数であり、「ｑ」はフィードバック制御に対する補正値の最大値ｑｍａｘを意味している。
【００４７】
図２１は、このような本実施例を適用した場合における、圧縮比，電動機の電流値及びフィードバック制御に対する補正値ｑの変化を示すタイミングチャートである。同図の符号Ａに示すように、電動機２１の劣化や異常などに起因して、急加速時などで実圧縮比ｒＴが目標値ｍＴに対して追従できなくなって、両者ｍＴ，ｒＴの乖離が大きくなると、フィードバック制御に対する補正値ｑが大きく与えられて入力値ｕが補正されるために、フィードバック制御により実圧縮比ｒＴを目標値ｍＴに収束させていくことができる。但し、実圧縮比がノッキングを回避し得る基準圧縮比εＮＡ−ＷＯＴまで低下するのに要する時間Δｔ１が長くなるために、ノッキング等の発生を招くおそれがあり、次回以降の急加速時にも、同様にノッキング等の発生を招くおそれがある。
【００４８】
本実施例においては、このようにフィードバック制御に対する補正値ｑが大きくなる状況を経験すると、禁止幅Δｒ（圧縮比許可幅Δε）が更新され、その後に設定される目標圧縮比ｒが、禁止幅Δｒよりも低い値、つまり許可圧縮比Δε内に収まるように予め低く制限される。この結果、符号Ｂに示すように、急加速などにより目標圧縮比を迅速に低下させる状況であっても、目標値ｍＴと実圧縮比ｒＴとの乖離が抑えられ、実圧縮比ｒＴが基準圧縮比まで低下する時間Δｔ２を、上記の時間Δｔ１よりも短い所定の許容時間内に収めることができる。従って、ノッキング等の発生を抑制・回避しつつ、圧縮比変化の遅れを招くことがなく、圧縮比変化の遅れを考慮して負荷の増加などを制限する必要がないので、加速性能が損なわれることがない。
【００４９】
そして、フィードバック制御の補正に用いられるフィードバック制御に対する補正値ｑを流用して圧縮比許可幅Δε（禁止幅Δｒ）を補正しているために、その適用が容易であるとともに、演算負荷や使用メモリを軽減することができることに加え、アクチュエータの劣化や異常などの諸条件の影響が織り込まれた形で精度の高い補正を行うことができる。図２１の電流値に示されるように、電動機２１の制御可能範囲内に制御電流の値を抑えるように、フィードバック補正値（制御補正量）ｆ（ｅ）に対してリミッタを設ける場合、フィードバック補正値（制御補正量）ｆ（ｅ）に基づく圧縮比許可幅の補正が困難となる可能性があるが、フィードバック制御に対する補正値ｑを利用すれば、フィードバック制御に関するパラメータを採用した圧縮比許可幅の補正が行なえる。その結果、実際の機関圧縮比の変加速度から圧縮比許可幅の補正が行われることになるので、温度やバッテリ電圧に基づき機関圧縮比の変加速度を推定して補正する場合に比べて制御精度が向上する。
【符号の説明】
【００５０】
１１…制御部
１５…スロットル
１７…バッテリ
２０…可変圧縮比装置
２１…電動機
【図１】
0005471875.tif 000002
【図２】
0005471875.tif 000003
【図３】
0005471875.tif 000004
【図４】
0005471875.tif 000005
【図５】
0005471875.tif 000006
【図６】
0005471875.tif 000007
【図７】
0005471875.tif 000008
【図８】
0005471875.tif 000009
【図９】
0005471875.tif 000010
【図１０】
0005471875.tif 000011
【図１１】
0005471875.tif 000012
【図１２】
0005471875.tif 000013
【図１３】
0005471875.tif 000014
【図１４】
0005471875.tif 000015
【図１５】
0005471875.tif 000016
【図１６】
0005471875.tif 000017
【図１７】
0005471875.tif 000018
【図１８】
0005471875.tif 000019
【図１９】
0005471875.tif 000020
【図２０】
0005471875.tif 000021
【図２１】
0005471875.tif 000022
【図２２】
0005471875.tif 000023