(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、
内燃機関の運転状態に基づく目標機械圧縮比および目標吸気弁閉弁時期を記憶する記憶装置とを備え、
今回の燃焼サイクルにて燃焼室に封入される気体には、前回の燃焼サイクルにて排出されずに残留する残留ガスが含まれており、
燃焼室において混合気が燃焼したときの異常燃焼の発生を検出し、目標機械圧縮比および目標吸入新気量のうち少なくとも一方の目標値を更新する学習制御を行うように形成されており、
学習制御において異常燃焼が生じたときに目標機械圧縮比を小さく更新すると共に、目標機械圧縮比を小さくしたときの残留ガスの収縮量を推定し、残留ガスの収縮量に基づいて目標吸入新気量を減少する更新を行うことを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
燃焼室に封入される全体の気体量に対する残留ガスの量の比である内部ＥＧＲ率が、更新前の目標機械圧縮比および目標吸入新気量における内部ＥＧＲ率と同一になるように、目標吸入新気量の減少量を定めることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
学習制御において、機械圧縮比を増加している期間中に予め定められた間隔で異常燃焼の発生を検出し、目標吸入新気量の減少量に基づいた機械圧縮比の増加量を算出し、異常燃焼を検出した直前の機械圧縮比に前記増加量を加算した機械圧縮比を更新後の目標機械圧縮比に設定することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備え、
学習制御において異常燃焼が生じたときに、目標吸入新気量の減少量に対応するように目標吸気弁閉弁時期を変更することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室においては、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、出力されるトルクおよび燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更することができる圧縮比可変機構を備える内燃機関が知られている。また、圧縮比可変機構に加えて、吸気弁の開閉時期を変更可能に形成された可変バルブタイミング機構を備える内燃機関が知られている。
【０００３】
特開２００７−２３１８２４号公報には、可変圧縮比機構を備える内燃機関において、定常運転状態では目標点火時期を基本目標点火時期よりも進角側の最適点火時期に向けて操作するとともに、目標圧縮比を基本目標圧縮比よりも高圧縮比側に操作する内燃機関の制御装置が開示されている。この内燃機関の制御装置においては、基本目標圧縮比よりも目標圧縮比を高圧縮比側に操作中にノッキングを検出すると、ノッキング発生直前の操作量を学習値として記憶し、次回以降の基本目標点火時期および基本目標圧縮比の設定に反映させることが開示されている。
【０００４】
特開平５−２１５００４号公報においては、機関排気系から機関吸気系への排気還流通路と、開度が制御されるＥＧＲ制御弁とを備える内燃機関において、筒内圧力センサからの信号に基づいて筒内圧力最大時期を検出し、目標値との差を算出し、これに応じて外部ＥＧＲのＥＧＲ率補正量を増減設定し、ＥＧＲ率を補正する内燃機関の燃焼制御装置が開示されている。
【０００５】
特開２００３−１８４５８８号公報においては、軸方向で変化するカムプロフィールを有する３次元吸気カムにより吸気弁が開閉駆動される内燃機関が開示されている。この公報においては、３次元吸気カムのプロフィールにより吸気バルブの開閉タイミングの進角量を無段階で調整して内部排気再循環を実行することが開示されている。この公報においては、内部ＥＧＲ率が現在のエンジン運転状態から求められる目標ＥＧＲ率に一致しているか否かが判定され、内部ＥＧＲ率が目標内部ＥＧＲ率よりも小さい場合には、吸気カムのスライド量を変更することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３１８２４号公報
【特許文献２】特開平５−２１５００４号公報
【特許文献３】特開２００３−１８４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内燃機関は、所定の時期の一つの運転状態においてノッキング等の異常燃焼が発現しない場合であっても使用を継続すると経年変化が生じる。この結果、同一の運転状態であっても、使用を継続すると異常燃焼が発現する場合がある。圧縮比可変機構を備える内燃機関においては、運転状態の変更中にノッキング等の異常燃焼が発生した場合には、点火時期を変更する他に、圧縮比を変更することにより、異常燃焼の発生を抑制することができる。たとえば、異常燃焼が回避できる圧縮比まで目標圧縮比を低下させることにより異常燃焼の発生を抑制することができる。また、算出した目標圧縮比を、従前の目標圧縮比と置き換える更新を行うことにより、後に同一の運転状態になった場合にも異常燃焼の発生を抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、圧縮比可変機構を備える内燃機関において、目標圧縮比を更新した場合には、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積が変化する。たとえば目標圧縮比を小さくした場合には、燃焼室の容積が大きくなる。低圧縮比の時の燃焼室の容積は、高圧縮比の時の燃焼室の容積よりも大きくなる。この結果、燃料が燃焼した時の燃焼温度が変化して、燃焼室から排出されるＮＯＸ量が増加するという問題があった。このように、目標圧縮比を変更した場合に燃焼室から流出する排気性状が悪化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、圧縮比可変機構を備える内燃機関において、運転状態に基づく目標機械圧縮比を変更する場合に排気性状の悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、内燃機関の運転状態に基づく目標機械圧縮比および目標吸気弁閉弁時期を記憶する記憶装置とを備える。今回の燃焼サイクルにて燃焼室に封入される気体には、前回の燃焼サイクルにて排出されずに残留する残留ガスが含まれている。燃焼室において混合気が燃焼したときの異常燃焼の発生を検出し、目標機械圧縮比および目標吸入新気量のうち少なくとも一方の目標値を更新する学習制御を行うように形成されている。学習制御において異常燃焼が生じたときに目標機械圧縮比を小さく更新すると共に、目標機械圧縮比を小さくしたときの残留ガスの収縮量を推定し、残留ガスの収縮量に基づいて目標吸入新気量を減少する更新を行う。
【００１１】
上記発明においては、燃焼室に封入される全体の気体量に対する残留ガスの量の比である内部ＥＧＲ率が、更新前の目標機械圧縮比および目標吸入新気量における内部ＥＧＲ率と同一になるように、目標吸入新気量の減少量を定めることが好ましい。
【００１２】
上記発明においては、学習制御において、機械圧縮比を増加している期間中に予め定められた間隔で異常燃焼の発生を検出し、目標吸入新気量の減少量に基づいた機械圧縮比の増加量を算出し、異常燃焼を検出した直前の機械圧縮比に上記増加量を加算した機械圧縮比を更新後の目標機械圧縮比に設定することが好ましい。
【００１３】
上記発明においては、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備え、学習制御において異常燃焼が生じたときに、目標吸入新気量の減少量に対応するように目標吸気弁閉弁時期を変更することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮比可変機構を備える内燃機関において、運転状態に基づく目標機械圧縮比を変更する場合に排気性状の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における圧縮比可変機構の概略分解斜視図である。
【図３】実施の形態の内燃機関において、機械圧縮比が高圧縮比の時のシリンダブロックおよびクランクケースの部分の概略断面図である。
【図４】実施の形態の内燃機関において、機械圧縮比が低圧縮比の時のシリンダブロックおよびクランクケースの部分の概略断面図である。
【図５】（ａ）は、比較例において機械圧縮比が高圧縮比である場合に、燃焼室における新気と残留ガスとの割合を説明する概略図であり、（ｂ）は、この場合の吸気弁の閉弁時期を説明する概略図である。
【図６】（ａ）は、比較例において機械圧縮比が低圧縮比である場合に、燃焼室における新気と残留ガスとの割合を説明する概略図であり、（ｂ）は、この場合の吸気弁の閉弁時期を説明する概略図である。
【図７】（ａ）は、実施の形態における学習制御を行なった後の燃焼室における新気と残留ガスとの割合を説明する概略図であり、（ｂ）は、学習制御を行った後の閉弁時期を説明する概略図である。
【図８】実施の形態における学習制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１から図８を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の穴部で往復運動する。
【００１８】
本実施の形態においては、ピストン３が圧縮上死点に到達した時のピストン３およびシリンダブロック２の穴部およびシリンダヘッド４に囲まれる空間を燃焼室５と称する。燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気を燃焼室５から排出するための通路である。
【００１９】
シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。
【００２０】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
【００２１】
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。
【００２２】
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト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。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ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。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、排気処理装置２１に連結されている。本実施の形態における排気処理装置２１は、三元触媒２０を含む。排気処理装置２１は、排気管２２に接続されている。
【００２３】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
【００２４】
エアフローメータ１６の出力信号は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。負荷センサ４１の出力により要求負荷を検出することができる。
【００２５】
クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、クランク角度を検出することができる。機関排気通路において、排気処理装置２１の下流には、排気処理装置２１の温度を検出する温度検出器としての温度センサ４３が配置されている。温度センサ４３の出力は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２６】
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７および燃料ポンプ２９に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００２７】
吸気弁６は、吸気カム５１が回転することにより開閉するように形成されている。排気弁８は、排気カム５２が回転するようことにより開閉するように形成されている。本実施の形態における内燃機関は、可変動弁機構を備える。可変動弁機構は、吸気弁６の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置５３を含む。本実施の形態における可変バルブタイミング装置５３は、吸気カム５１の回転軸に接続されている。可変バルブタイミング装置５３は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００２８】
本実施の形態における可変バルブタイミング装置は、弁が開き始めてから閉じ終わるまでの作動角がほぼ一定で、作動角の中心の位相を変更可能に形成されている。可変バルブタイミング装置としては、この形態に限られず、作動角が可変に形成されていても構わない。また、吸気弁または排気弁の開閉時期を変更可能に形成されている任意の可変バルブタイミング装置を採用することができる。
【００２９】
本実施の形態における内燃機関は、圧縮比可変機構を備える。内燃機関の圧縮比は、ピストンが圧縮上死点に達したときの燃焼室の容積等に依存して定まる。本実施の形態における圧縮比可変機構は、燃焼室の容積を変更することにより圧縮比を変更するように形成されている。燃焼室における実際の圧縮比である実圧縮比は、（実圧縮比）＝（燃焼室の容積＋吸気弁が閉じている期間のピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示される。
【００３０】
図２は、本実施の形態における内燃機関の圧縮比可変機構の分解斜視図である。図３は、内燃機関の燃焼室の部分の第１の概略断面図である。図３は、圧縮比可変機構により高圧縮比になったときの概略図である。本実施の形態における内燃機関は、クランクケースを含む下部構造物と、下部構造物の上側に配置されているシリンダブロックとが互いに相対移動する。本実施の形態における下部構造物は、圧縮比可変機構を介してシリンダブロックを支持している。また、本実施の形態における下部構造物は、クランクシャフトを支持している。
【００３１】
図２および図３を参照して、シリンダブロック２の両側の側壁の下方には複数個の突出部８０が形成されている。突出部８０には、断面形状が円形のカム挿入孔８１が形成されている。クランクケース７９の上壁には、複数個の突出部８２が形成されている。突出部８２には、断面形状が円形のカム挿入孔８３が形成されている。クランクケース７９の突出部８２は、シリンダブロック２の突出部８０同士の間に嵌合する。
【００３２】
本実施の形態における圧縮比可変機構は、シリンダブロックの支持軸としての一対のカムシャフト８４，８５を含む。カムシャフト８４，８５には、それぞれのカム挿入孔８３内に回転可能に挿入される円形カム８８が固定されている。円形カム８８は各カムシャフト８４，８５の回転軸線と同軸状に配置されている。一方で、それぞれの円形カム８８の両側には、カムシャフト８４，８５の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸８７が延びている。この偏心軸８７上には、別の円形カム８６が偏心して回転可能に取付けられている。これらの円形カム８６は円形カム８８の両側に配置されている。円形カム８６は対応するカム挿入孔８１内に回転可能に挿入されている。
【００３３】
圧縮比可変機構は、モータ８９を含む。モータ８９の回転軸９０には、螺旋方向が互いに逆向きの２つのウォーム９１，９２が取付けられている。それぞれのカムシャフト８４，８５の端部には、ウォームホイール９３，９４が固定されている。ウォームホイール９３，９４は、ウォーム９１，９２と噛み合うように配置されている。モータ８９が回転軸９０を回転させることにより、カムシャフト８４，８５を、互いに反対方向に回転させることができる。
【００３４】
図３を参照して、それぞれのカムシャフト８４，８５上に配置された円形カム８８を、矢印９７に示すように互いに反対方向に回転させると、偏心軸８７が円形カム８８の上端に向けて移動する。円形カム８６は、カム挿入孔８１内において、矢印９６に示すように円形カム８８と反対方向に回転する。
【００３５】
図４に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の第２の概略断面図を示す。図４は、圧縮比可変機構により低圧縮比になったときの概略図である。図４に示されるように偏心軸８７が円形カム８８の上端まで移動すると、円形カム８８の中心軸が偏心軸８７よりも下方に移動する。図３および図４を参照して、クランクケース７９とシリンダブロック２との相対位置は、円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離によって定まる。円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース７９から離れる。矢印９８に示すようにシリンダブロック２がクランクケース７９から離れるほど、ピストン３が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が大きくなる。
【００３６】
本実施の形態における圧縮比可変機構は、クランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動することにより、燃焼室の容積が可変に形成されている。本実施の形態においては、下死点から上死点までのピストンの行程容積と燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比と言う。図３では燃焼室５の容積が小さくなっており、吸入空気量が常時一定の場合には圧縮比が高くなる。この状態は、機械圧縮比が高い状態である。これに対して、図４では燃焼室５の容積が大きくなっており、吸入空気量が常時一定の場合には圧縮比が低くなる。この状態は、機械圧縮比が低い状態である。このように、本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に圧縮比を変更することができる。たとえば、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮比可変機構により圧縮比を変更することができる。
【００３７】
図３を参照して、クランクケース７９とシリンダブロック２との境界部分には、クランクケース７９とシリンダブロック２との相対位置を検出するための相対位置センサ９５が取付けられている。相対位置センサ９５により、クランクケース７９とシリンダブロック２との相対位置を検出し、機械圧縮比を検出することができる。相対位置センサ９５の出力信号は、電子制御ユニットに入力される。
【００３８】
本実施の形態における圧縮比可変機構は、回転軸を偏心させた円形カムを回転させることにより、クランクケースに対してシリンダブロックを相対的に移動させているが、この形態に限られず、機械圧縮比を変更できる任意の圧縮比可変機構を採用することができる。
【００３９】
図１を参照して、本実施の形態の内燃機関においては、機関吸気通路の吸気ダクト１５の内部に、吸入空気の温度を検出するための温度センサ５５が配置されている。また、シリンダブロック２には、ピストン３が配置されている穴部の周りに、機関冷却水流路５４が形成されている。機関冷却水流路５４には機関冷却水を供給可能に形成されている。機関冷却水流路５４に機関冷却水が流通することにより、機関本体１を冷却することができる。本実施の形態においては、機関冷却水の温度を検出する温度センサ５６が配置されている。更に、本実施の形態においては、燃焼室５内の温度を検出するための筒内温度センサ（図示せず）が配置されている。これらの温度センサ５５，５６および筒内温度センサの出力は、電子制御ユニット３１に入力されている。
【００４０】
ところで、本実施の形態における内燃機関は、運転状態を検出し、検出した運転状態に基づいて機械圧縮比および吸入新気量を制御するように形成されている。本実施の形態においては、吸気弁の閉弁時期を変更することにより吸入新気量を調整可能に形成されている。吸気弁の閉弁時期を変更することにより機関吸気通路を通して気筒内に流入する新たな混合気（新気）の量を調整することができる。
【００４１】
例えば、機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期を定めるための運転状態として、機関回転数および要求負荷を選定することができる。この場合には、機関回転数および要求負荷を関数にする目標機械圧縮比のマップおよび目標吸気弁閉弁時期のマップを予め作成し、電子制御ユニットに記憶させることができる。通常の運転期間中においては、機関回転数および要求負荷を検出し、記憶したマップから目標機械圧縮比および目標吸気弁閉弁時期を読み込む。読み込んだ目標機械圧縮比および目標吸気弁閉弁時期にて内燃機関を制御することができる。
【００４２】
ところで、内燃機関においては、１つの運転状態において異常燃焼が発生しない場合であっても、使用を継続すると経年劣化が生じる場合がある。経年劣化が生じると同一の運転状態であっても異常燃焼が発生する場合がある。
【００４３】
本実施の形態における内燃機関の制御装置は、異常燃焼が発生したときに、異常燃焼が回避できる目標機械圧縮比および目標吸気弁閉弁時期を求めて、これらの目標値を更新する学習制御を行うように形成されている。本実施の形態においては、異常燃焼が発生する運転状態を検出し、検出した運転状態に基づいて目標機械圧縮比および目標吸入新気量を更新している。
【００４４】
気筒内では、ピストンが上死点に到達した場合においても燃焼室としての空間が残存する。燃焼サイクルの排気行程においてピストンが上死点に到達しても、燃焼室には所定量の排気ガスが残存する。または、吸気弁および排気弁の開閉時期に依存して、前サイクルの排気ガスが残存する。すなわち、前回の燃焼サイクルにおいて生じた排気ガスが、今回の燃焼サイクルにおいても残留している。本実施の形態においては、燃焼室に残存する排気ガスを残留ガスとする。残留ガスには、燃焼した気体と未燃の混合気とが含まれる。
【００４５】
このように内燃機関においては、内部排気再循環（内部ＥＧＲ）が生じる。残留ガスの比率を示す内部ＥＧＲ率は、燃焼室に封入される全体の気体量に対する残留ガスの量の比と定義することができる。例えば、内部ＥＧＲ率は、（内部ＥＧＲ率）＝（前回の燃焼サイクルからの残留ガス量）／（（今回の燃焼サイクルにおける新気量）＋（前回の燃焼サイクルからの残留ガス量））で表すことができる。
【００４６】
学習制御においては、所定の目標機械圧縮比に向かって機械圧縮比を増加している期間中にノッキングが発生した場合には、たとえば、目標機械圧縮比を小さく更新する制御を行なうことができる。しかしながら、目標機械圧縮比を小さくすると燃焼室の容積が大きくなる。このために、機械圧縮比が高い状態よりも機械圧縮比が低い状態の方が、吸入新気量が多くなる。気筒内に新気が吸入される時には、残留ガスが冷却されて、残留ガスの収縮が生じる。この結果、吸入される新気の量が多くなる。このため、燃焼室において混合気が燃焼する時の燃焼温度が高くなり、ＮＯＸの発生量が増加する問題が生じる。
【００４７】
このように、目標機械圧縮比を変化させた場合に内部ＥＧＲ率が変化して燃焼温度が変化し、排気性状が変化するという問題があった。特に、目標機械圧縮比を小さく更新した場合には燃焼温度が高くなってＮＯＸ量が増加し、排気性状が悪化するという問題があった。
【００４８】
図５に、比較例としての機械圧縮比が高圧縮比であるときの残留ガスの割合と、吸気弁の閉弁時期とを説明する概略図を示す。図５（ａ）は、比較例における高圧縮比の時の新気と残留ガスとの割合を説明する概略図である。図５（ｂ）は、吸気弁の閉弁時期を説明する概略図である。図５は、一つの運転状態において目標値の更新前の機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とに対応する。
【００４９】
図５（ａ）を参照して、ピストン３はクランクシャフト５８に支持されている。ピストン３が圧縮行程の上死点に到達している。燃焼室に含まれる気体には、前回の燃焼サイクルから残留する残留ガス（ＥＧＲガス）６４と、吸気行程において機関吸気通路から流入した新しい混合気である新気６３とが含まれる。低圧縮比においては、吸入される新気６３の量が少ないために、残留ガス６４の収縮量は小さくなる。また、図５（ｂ）を参照して、本実施の形態における吸気弁は、矢印１０１に示すように吸気弁を開いた状態を維持し、ピストンが下死点を超えた閉弁時期６５に到達したときに閉止する。
【００５０】
図６に、比較例としての内燃機関の機械圧縮比が低圧縮比であるときの残留ガスの割合と、吸気弁の閉弁時期とを説明する概略図を示す。図６（ａ）は、比較例における低圧縮比の時の新気と残留ガスとの割合を説明する概略図である。図６（ｂ）は、吸気弁の閉弁時期を説明する概略図である。図６は、比較例の学習制御を行なって、目標値を更新した後の同じ運転状態において機械圧縮比と吸気弁の閉弁時期に対応している。
【００５１】
図６（ｂ）および図５（ｂ）を参照して、比較例においては機械圧縮比が低圧縮比になった場合においても、吸気弁の閉弁時期６５は、高圧縮比の場合の吸気弁の閉弁時期６５と同様である。比較例の学習制御を行った場合においても、吸気弁の閉弁時期は高圧縮比の場合と同様である。
【００５２】
図６（ａ）および図５（ａ）を参照して、機械圧縮比が低圧縮比の場合には、高圧縮比の場合に比べて、燃焼室の容積が大きくなる。燃焼室に流入する新気６３の量が多くなる。残留ガス６４は、新気６３により冷却されて収縮し、収縮部分６４ａが大きくなる。残留ガス６４の容積が小さくなる。機械圧縮比が低い状態に移行することにより、残留ガス６４の収縮率が大きくなることが分かる。このため、内部ＥＧＲ率が低くなることが分る。このように、目標機械圧縮比を変更した場合には内部ＥＧＲ率が変化する。特に、内部ＥＧＲ率が低下すると、排気ガスに含まれるＮＯＸ量が大きくなり、排気性状が悪化する。
【００５３】
図７に、本実施の形態における学習制御を行なった後の概略図を示す。図７（ａ）は、本実施の形態における学習制御を行なって、目標機械圧縮比が低くなったときの燃焼室における新気と残留ガスとの割合を説明する概略図である。図７（ｂ）は、本実施の形態における学習制御を行なって、目標機械圧縮比が低くなったときの吸気弁の閉弁時期を説明する概略図である。
【００５４】
本実施の形態においては、学習制御の期間中にノッキングを検出した場合には、目標機械圧縮比を低下させて更新するとともに、目標吸気弁閉弁時期を遅角して更新する制御を行う。図７（ｂ）を参照して、矢印１０２に示すように、吸気弁の閉弁時期を閉弁時期６５から閉弁時期６６に遅角する。この制御を行うことにより、吸気行程において気筒内に吸入する新気６３の量を少なくすることができる。
【００５５】
本実施の形態においては、吸気弁の閉弁時期を変更して、新気６３の量を少なくすることにより、内部ＥＧＲ率を更新前とほぼ同一にする制御を行っている。たとえば、図５（ａ）に示す状態の内部ＥＧＲ率と図７（ａ）に示す状態の内部ＥＧＲ率とが略同じになるように、目標吸気弁閉弁時期を更新している。この制御により、学習制御を行なった後に排気性状が悪化することを抑制できる。
【００５６】
図８に、本実施の形態におけるノッキングを抑制するための学習制御のフローチャートの例を示す。本実施の形態における学習制御は、通常運転の期間中に行なうことができる。また、図８に示す学習制御は、例えば、予め定められた時間間隔ごとに繰り返して行なうことができる。
【００５７】
ステップ１１１においては、内燃機関の運転において、学習制御を行うためのノッキング学習条件が成立しているか否かを判別する。すなわち、内燃機関がノッキング抑制のための学習制御を行なうことができる運転状態か否かを判別する。ノッキング学習条件としては、機関回転数が予め定められた範囲内であり、充填効率が予め定められた範囲内であり、機関冷却水の温度が予め定められた温度以上であることを例示することができる。更に、スロットル弁の開度が、予め定められた範囲内でほぼ一定であることを例示することができる。
【００５８】
ステップ１１１において、ノッキング学習条件が成立していない場合には、この制御を終了する。ステップ１１１において、ノッキング学習条件が成立している場合には、ステップ１１２に移行する。
【００５９】
ステップ１１２においては、要求される内燃機関の運転状態が変化したときに、そのときの目標機械圧縮比εｔおよび目標吸気閉弁時期ξｔを読み込む。たとえば、内燃機関の機関回転数および要求負荷が変化した場合に、この時の目標機械圧縮比εｔおよび目標吸気弁閉弁時期ξｔを読み込む。
【００６０】
次に、ステップ１１３において、目標機械圧縮比εｔおよび目標吸気弁閉弁時期ξｔに向けて、機械圧縮比εおよび吸気弁閉弁時期ξの変更を開始する。
【００６１】
次に、ステップ１１４において、予め定められた時間が経過するごとに、実際の機械圧縮比および実際の吸気弁の閉弁時期を検出して記憶する。実際の機械圧縮比は、相対位置センサ９５により検出することができる。また、実際の吸気弁の閉弁時期は、可変バルブタイミング装置５３の駆動状態により検出することができる。
【００６２】
次に、ステップ１１５において、ノッキングが検出されたか否かを判別する。本実施の形態においては、機関本体１に取り付けられたノッキングセンサ５７により、ノッキングが発生しているか否かを判別することができる。ステップ１１５において、ノッキングが検出されない場合には、ステップ１１６に移行する。
【００６３】
ステップ１１６においては、実際の機械圧縮比が目標機械圧縮比εｔに到達しているか否かを判別する。また、吸気弁の閉弁時期が目標吸気弁閉弁時期ξｔに到達しているか否かを判別する。機械圧縮比および吸気弁閉弁時期のうち少なくとも一方が、目標値に到達していない場合には、ステップ１１４に戻る。
【００６４】
ステップ１１６において、実際の機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達し、更に吸気弁の閉弁時期が目標吸気弁閉弁時期に到達している場合には、この制御を終了する。この場合には、機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期を変更してもノッキングが生じておらず、今回の学習制御の範囲では経年劣化が生じていないと判別することができる。
【００６５】
ステップ１１５において、ノッキングを検出した場合にはステップ１１７に移行する。ステップ１１７においては、ノッキングを検出した時の内燃機関の運転状態を検出する。本実施の形態においては、ノッキングを検出したときに、吸入空気温度（Ｔａ）を機関吸気通路に配置されている温度センサ５５により検出する。また、機関冷却水温度（Ｔｃ）を機関本体１に取り付けられている温度センサ５６により検出する。また、ピストンが圧縮上死点に到達したときの燃焼室の圧縮端温度（Ｔｐ）を検出する。圧縮端温度（Ｔｐ）は、燃焼室に取り付けられた筒内温度センサにより検出することができる。または、運転状態に基づいて圧縮端温度（Ｔｐ）を推定しても構わない。また、ノッキングが発生したときの内部ＥＧＲ率（ＲＥＧＲ）を推定する。内部ＥＧＲ率は、内燃機関の運転状態に基づいて任意の方法により推定することができる。
【００６６】
さらに、ステップ１１７においては、ステップ１１４において記憶した機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期のうち、ノッキングが発生する直前の実際の機械圧縮比および実際の吸気弁の閉弁時期を読み込む。
【００６７】
次に、ステップ１１８においては、ステップ１１７において検出した運転状態の変数を用いて、目標機械圧縮比を低下させたときの残留ガスが収縮した後の内部ＥＧＲ率を推定する。残留ガスが収縮した後の推定内部ＥＧＲ率は、例えば、次の式（１）にて推定することができる。本実施の形態においては、ノッキングが発生する直前の運転状態の変数を用いている。
【数１】
0005516503.tif 000002
【００６８】
ここで、変数ＳＥＧＲは、残留ガスが収縮した後の推定内部ＥＧＲ率であり、項目（Ｔｐ−Ｔa）は、圧縮端温度と吸入空気温度との温度差であり、この温度差が大きくなるほど残留ガスの収縮量が多くなる。また、項目（Ｔｐ−Ｔｃ）は、圧縮端温度と機関冷却水との温度差であり、この温度差が大きくなるほど、残留ガスの収縮量が多くなる。また、定数Ｋ１および定数Ｋ２は、予め適合された係数である。
【００６９】
次に、ステップ１１９においては、補正後の目標機械圧縮比および補正後の目標吸気弁閉弁時期を算出する。補正後の目標機械圧縮比は、例えば、次の式（２）で算出することができる。また、補正後の目標吸気弁閉弁時期は、例えば、次の式（３）で算出することができる。
【数２】
0005516503.tif 000003
【数３】
0005516503.tif 000004
【００７０】
ここで、変数（ＳＥＧＲ／ＲＥＧＲ）は、残留ガスの収縮率に関する変数である。添え字ｉは、ノッキングが発生した時を示し、添え字（ｉ−１）は、ノッキングが発生する直前を示している。また、添え字（ｉ＋１）は、補正後の値であることを示している。本実施の形態においては、後述するように、目標機械圧縮比εｔについても、残留ガスの収縮率を考慮して補正を行っている。また、式（３）においては、プラスの符号が進角側を示し、マイナスの符号が遅角側を示している。
【００７１】
次に、ステップ１２０においては、目標機械圧縮比および目標吸気弁閉弁時期を更新する。ステップ１１９において算出した補正後の目標機械圧縮比および補正後の目標吸気弁閉弁時期の値を、更新後の目標機械圧縮比および更新後の目標吸気弁閉弁時期に設定する。本実施の形態においては、電子制御ユニットに記憶されている目標機械圧縮比のマップの値を更新する。また、電子制御ユニットに記憶されている目標吸気弁閉弁時期のマップを更新する。
【００７２】
本実施の形態における学習制御を行った後に、今回と同じ機関回転数および要求負荷になった場合にも、目標機械圧縮比および目標吸気弁閉弁時期が更新されているために、ノッキングを抑制できると共に、排気性状の悪化を抑制しながら運転を行なうことができる。
【００７３】
本実施の形態の学習制御においては、更新前の目標機械圧縮比および更新前の目標吸入新気量における内部ＥＧＲ率とほぼ同一になる様に、目標吸入新気量を定めている。この制御を行うことにより、内部ＥＧＲ率を更新前後で、ほぼ同じにすることができて、排気性状が悪化することを抑制することができる。学習制御においては、この形態に限られず、目標機械圧縮比を小さくしたときの残留ガスの収縮量に基づいて目標吸入新気量を小さく更新する制御を行うことができる。
【００７４】
また、上記の式（２）を参照して、本実施の形態の学習制御においては、目標吸入新気量の減少量に基づいた機械圧縮比の増加量を算出し、異常燃焼を検出した直前の機械圧縮比に増加量を加算した機械圧縮比を算出している。この加算した機械圧縮比を更新後の目標機械圧縮比に設定する制御を行っている。吸気弁の閉弁時期を遅角することにより、新気の量が減少する。このために、実際に圧縮されたときの実圧縮比が低下する。本実施の形態においては、実圧縮比の低下分を補うことができるように、目標機械圧縮比を大きい側に補正する制御を行なっている。この結果、たとえば、目標機械圧縮比の更新前と更新後において、実圧縮比をほぼ同じにすることができる。吸入新気量が少なくなると実圧縮比が低下して出力が小さくなるが、本実施の形態の学習制御においては、実圧縮比の低下を抑制して、出力が小さくなることを抑制できる。このように、本実施の形態の学習制御では、ノッキングの発生を回避する目標機械圧縮比に更に補正を行っているが、この形態に限られず、この補正を行わなくても構わない。
【００７５】
本実施の形態においては、吸気弁の閉じる時期を遅角することにより、吸入新気量を減少する制御を行なっている。すなわち、目標吸入新気量の減少量に対応するように目標吸気弁閉弁時期を変更している。この制御を行うことにより、容易に吸入新気量を減少させることができる。吸入新気量を減少する制御としては、この形態に限られず、吸入新気量を減少させる任意の制御を行なうことができる。例えば、ピストンが下死点に到達する前に吸気弁を閉弁する制御を行なっている場合には、吸入新気量を減少させるために、吸気弁の閉弁時期を進角する（早くする）ことにより吸入新気量を減少させる制御を行うことができる。または、スロットル弁の開度を調整することにより吸入新気量を調整しても構わない。
【００７６】
本実施の形態においては、異常燃焼としてノッキングを例示して説明しているが、この形態に限られず、所望の燃焼状態以外の異常な燃焼に本発明を適用することができる。異常燃焼には、ノッキングの他に、デトネーションおよびプレイグニッション等を例示することができる。
【００７７】
本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、任意の内燃機関に本発明を適用することができる。
【００７８】
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【００７９】
２    シリンダブロック
３    ピストン
５    燃焼室
６    吸気弁
２１    排気処理装置
３１    電子制御ユニット
４０    アクセルペダル
４１    負荷センサ
５３    可変バルブタイミング装置
５４    機関冷却水流路
５５    温度センサ
５６    温度センサ
５７    ノッキングセンサ
６３    新気
６４    残留ガス（ＥＧＲガス）
６４ａ    収縮部分
６５，６６    閉弁時期
７９    クランクケース
８４，８５    カムシャフト
８６    円形カム
８７    偏心軸
８８    円形カム
８９    モータ
９５    相対位置センサ
【図１】
0005516503.tif 000005
【図２】
0005516503.tif 000006
【図３】
0005516503.tif 000007
【図４】
0005516503.tif 000008
【図５】
0005516503.tif 000009
【図６】
0005516503.tif 000010
【図７】
0005516503.tif 000011
【図８】
0005516503.tif 000012