(57)【要約】【課題】可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、減速時にノッキングの発生を抑制する。【解決手段】減速時に可変圧縮比機構の目標圧縮比が閾値ＰＲＳＬ以上であると判定されたときに、排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする通路に介装されたエアバイパス弁を開弁し、スロットル弁上流（コンプレッサとスロットル弁との間）の吸入空気をコンプレッサ上流に戻すことにより、スロットル弁上流の吸気圧を減少し、筒内圧縮圧力を減少させてノッキングの発生を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気スロットル弁と、圧縮比を可変な可変圧縮比機構とを備えた内燃機関であって、
機関を減速運転するときに前記可変圧縮比機構が動作しているとき、前記吸気スロットル弁上流の吸気圧を減少させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記吸気圧の減少は、前記可変圧縮比機構が圧縮比を高める方向に動作するとき実施するとき実施することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記吸気圧の減少は、圧縮比が高いときほど大きく減少することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃費改善のため、圧縮比を可変とする可変圧縮比機構が開発されている。可変圧縮比機構を備えた内燃機関では、高負荷領域では低圧縮比とすることでノッキングやプレイグニッション（ノッキング等）を回避し、低負荷領域では高圧縮比とすることで、燃費向上を図る使用形態が一般的である。
【０００３】
ここで、高負荷状態から低負荷状態に移行する減速運転するときには、吸入空気量減少の応答遅れに比較し、可変圧縮比機構による圧縮比変更の応答遅れの方が小さいため、吸入空気の高圧縮状態かつ吸入空気量過多状態となりノッキング等が発生しやすくなる。
【０００４】
この対策として、特許文献１には、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、アクセル開度が低下する機関減速運転中に、要求トルク低下量に応じて目標圧縮比又は目標スロットル開度の少なくとも一方を一時的に低下側へ補正してノッキングの抑制を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭２００５−１５５５０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧縮比を低下すると、可変圧縮比機構による燃費向上効果が損なわれてしまう。
また、スロットル開度を一時的に目標開度より低下すると、吸入空気量が要求値より減少し、必要以上に減速が強められてしまうことがあった。また、スロットル開度を低下してもタービンの慣性回転により過給が行われるため、目標開度を復帰したときに、高圧縮比となり、ノッキングを発生することが懸念される。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、減速運転するときに燃費や減速性能を確保しつつノッキング等を抑制できるようにした制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、
吸気スロットル弁と、圧縮比を可変な可変圧縮比機構とを備えた内燃機関であって、
機関を減速運転するときに可変圧縮比機構が動作しているとき、吸気スロットル弁上流の吸気圧を減少させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
機関を減速運転するときに吸気スロットル弁上流の吸気圧を減少させることにより、可変圧縮比機構が動作しても筒内空気の圧縮圧力の上昇が抑制され、ノッキングを抑制できる。また、可変圧縮比機構の動作により良好な燃費を確保でき、吸入空気量の過度の減少も抑制できるので減速性能も確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエンジンシステムを示す構成図
【図２】第１の実施形態の制御のフローチャート
【図３】同上制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャート
【図４】本発明の第１の実施形態に係るエンジンシステムを示す構成図
【図５】第２の実施形態の制御のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。
図１は、第１の実施形態に係るエンジンシステムの概要を示す。
エンジン（内燃機関）１の吸気通路２には、上流側から、エアクリーナ３、排気ターボ過給機２１のコンプレッサ２２、吸入空気量を調節する電子制御式のスロットル弁４が介装され、吸気ポート２ａ部分に燃料噴射弁５が装着されている。
【００１２】
排気通路６には、上流側から、排気ターボ過給機２１のタービン２３、排気を浄化する排気浄化触媒７、マフラー８、が介装されている。
エンジン１と排気浄化触媒７との間の排気通路６と、スロットル弁４下流の吸気通路２とを結ぶＥＧＲ通路９が配設され、該ＥＧＲ通路９には、ＥＧＲ量を調節するＥＧＲ制御バルブ１０が介装されている。
【００１３】
吸気通路２の、コンプレッサ２２をバイパスする通路に所定の条件で開弁するエアバイパス弁１１が介装され、排気通路６のタービン２３をバイパスする通路に所定の条件で開弁するウエストゲート弁１２が介装されている。
【００１４】
エンジン１は、以下のように、クランク機構が複数のリンクによって、ピストンの下死点位置を変更することによって、圧縮比を変更する可変圧縮比機構３１を備える。
エンジン１の運転状態を検出する各種センサとして、アクセル開度を検出するアクセルセンサ１３、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ１４、排気中の空燃比を検出する空燃比センサ１５、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６、スロットル弁４開度を検出するスロットルセンサ１７等が配設され、これらセンサ類からの検出信号は、ＥＣＵ（エンジン制御装置）４１に入力される。
【００１５】
ＥＣＵ４１は、各種信号に基づいて演算を行い、スロットル弁４、ＥＧＲ制御バルブ１０、可変圧縮比機構３１及び燃料噴射弁５などを制御する。
可変圧縮比機構３１は、以下のように構成されている。
【００１６】
クランク軸６１は、複数のジャーナル部６２とクランクピン部６３とカウンタウエィト部６４とを備えており、エンジン本体となる図示しないシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部６２が回転自在に支持されている。前記クランクピン部６３は、ジャーナル部６２から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアリンク６５が回転自在に連結されている。
【００１７】
前記ロアリンク６５は、略Ｔ字形をなすもので、その本体６５ａとキャップ６５ｂとから分割可能に構成された略中央の連結孔に前記クランクピン部６３が嵌合している。
第１リンクとなるアッパリンク６６は、下端側が連結ピン６７によりロアリンク６５の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン６８によりピストン６９に回動可能に連結されている。前記ピストン６９は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ７０内を往復動する。
【００１８】
第３リンクとなる制御リンク７１は、上端側が連結ピン７２によりロアリンク６５の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸７３を介してエンジン本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸７３は、小径部７３ｂを中心として回転するようにエンジン本体に支持されており、この小径部４２ｂに対し偏心している大径部７３ａに、前記制御リンク７１下端部が回転可能に嵌合している。
【００１９】
前記小径部７３ｂは、圧縮比制御アクチュエータ５１によって回動位置が制御される。小径部７３ｂが回動すると小径部７３ｂに対して偏心している大径部７３ａの軸中心位置、特に、エンジン本体に対する相対位置が変化する。これにより、制御リンク７１の下端の揺動支持位置が変化する。
【００２０】
そして、前記制御リンク７１の揺動支持位置が変化すると、ピストン６９の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン６９の位置が上下する。
これにより、エンジン圧縮比を変えることが可能となる。前記圧縮比制御アクチュエータ５１は、制御リンク７１から加わる反力に抗して、任意の回動位置で小径部７３ｂを保持することができるようになっている。圧縮比制御アクチュエータ７１としては、油圧ベーン式アクチュエータ、電動アクチュエータ等を用いる。
【００２１】
次に、上記のように構成された可変圧縮比機構３１の制御について説明する。
基本的には、エンジン４の運転条件であるエンジン回転数と、エンジン負荷（アクセルアクセル開度、スロットル開度、吸入空気量等）とに基づいて、可変圧縮比機構３１の目標圧縮比をマップからの検索等によって算出する。これにより、制御リンク４０の他端（小径部７３ｂ）の位置をエンジン本体に対して変位させ、圧縮比を目標値に変更する。
【００２２】
ここで、目標圧縮比は、高負荷領域ではノッキング等を回避するため低圧縮比、低負荷領域では燃費向上のため高圧縮比に設定される。
しかし、アクセル開度を低下する減速運転を行うときには、一時的にスロットル弁４上流の吸気圧が上昇し、引き続きシリンダに供給される吸入空気の圧力、吸入空気量が一時的に増大する。このため、減速運転する低負荷領域で可変圧縮比機構３１により高圧縮比に設定されると、筒内圧縮圧力が増大し、ノッキング等の発生傾向が増大する。特に、本実施形態のように、過給機２１を備えたエンジンでは、減速運転するときにスロットル弁４上流の吸気圧（過給圧）が一時的に大きく増大するため、ノッキング等の発生傾向が増大する。
【００２３】
そこで、本実施形態では、減速運転するときに可変圧縮比機構３１が動作して高圧縮比に変更されるときに、スロットル弁４上流の吸気圧を減少する制御を行い、筒内圧縮圧力の上昇を抑制してノッキング等を抑制する。
【００２４】
図２は、ＥＣＵ４１による上記制御のフローチャートを示す。
ステップＳ１では、エンジン１が減速運転中であるか否かを判定する。例えば、スロットルセンサ１７で検出されるスロットル開度ＴＶＯの減少率ΔＴＶＯが閾値ΔＴＶＯ１以上であることを減速判定の成立条件とする。あるいは、この条件に加えてエンジン回転速度ＮＥ又は車速が所定値以上であることを、成立条件としてもよい。
【００２５】
ステップＳ１で減速運転中と判定されたときは、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、可変圧縮比機構３１の目標圧縮比が閾値ＰＲＳＬ以上であるかを判定する。
【００２６】
なお、減速運転のときは、減速運転の前より負荷が減少して目標圧縮比は増加するので、閾値ＰＲＳＬ未満の状態から閾値ＰＲＳＬ以上に増加するように可変圧縮比機構３１が動作することを示す。
【００２７】
そして、ステップＳ２の判定がＹＥＳのとき、つまり、減速運転するときに可変圧縮比機構３１が動作しているときには、ステップＳ３へ進み、エアバイパス弁１１を開弁する。該エアバイパス弁１１の開弁により、コンプレッサ２２とスロットル弁４との間の過給された吸入空気の一部がコンプレッサ２２上流側に戻され、スロットル弁４上流（コンプレッサ２２とスロットル弁４との間）の吸気圧（過給圧）が減少する。
【００２８】
ステップＳ４では、スロットル開度ＴＶＯの減少率ΔＴＶＯが閾値ΔＴＶＯ２以下に低下したかを判定する。
ステップＳ４で、スロットル開度ＴＶＯの減少率ΔＴＶＯが閾値ΔＴＶＯ２以下に低下したと判定されたときは、ステップＳ５へ進む。
【００２９】
ステップＳ５では、閾値ΔＴＶＯ１以下に低下してからの時間ｔが所定時間ｔ１を経過したかを判定し、経過したと判定したときに、エアバイパス弁１１を閉弁する。即ち、減速操作を終了した後、タービン２３の慣性回転が収まり、エアバイパス弁１１を閉弁してもスロットル弁４上流の吸気圧の上昇が抑制されるように設定された所定時間ｔ１の経過後にエアバイパス弁１１を閉弁する。
【００３０】
このようにすれば、減速運転するときに、スロットル開度の減少によってスロットル弁４上流の吸気圧（過給圧）が上昇しても、この部分の吸入空気が、開弁されたエアバイパス弁１１を介してコンプレッサ２２上流側へ戻される。
【００３１】
これにより、スロットル弁４上流の吸気圧（過給圧）の上昇が抑制され、シリンダへの吸入圧力及び吸入空気量の増大を抑制できる。このため、図３に示すように、減速運転するときに可変圧縮比機構３１の目標圧縮比の増加により圧縮比が増加しても、筒内空気の圧縮圧力の上昇が抑制されノッキング等の発生を抑制できる。
【００３２】
また、可変圧縮比機構３１は通常通り動作させることにより良好な燃費を確保できる。また、スロットル開度も目標開度以上減少させることもないため、吸入空気量の過度の減少も抑制でき減速性能も確保される。
【００３３】
なお、エアバイパス弁１１は、通常制御としても減速運転するときにスロットル弁４上流圧の過度の上昇による部品等への影響を抑制するため開弁されるが、該通常制御では可変圧縮比機構３１による圧縮比増加に伴うノッキング等の抑制、減速性能の確保等を考慮したものではない。したがって、通常制御における開弁の条件は、スロットル開度の減少率の他、エンジン回転速度等であり、可変圧縮比機構３１の動作は含まれていない。
【００３４】
上記実施形態では、通常制御ではエアバイパス弁１１を開弁しない場合でも、可変圧縮比機構が動作して圧縮比が高められる条件で、エアバイパス弁１１を開弁させて燃費、減速性能を確保しつつノッキング等を抑制することができる。
【００３５】
ステップＳ２では、目標圧縮比の増加量が閾値以上であるかを判定するようにしてもよい。なお、実圧縮比（又はその増加量）が閾値以上であるかを判定してもよいが、目標圧縮比（又はその増加量）を用いることで、より速やかに可変圧縮比機構３１の動作を判定して、より速やかにスロットル弁上流の吸気圧を減少してノッキング回避効果を高めることができる。
【００３６】
また、ステップＳ３では、エアバイパス弁１１の代わりにウエストゲート弁１２を開弁してタービン２３の回転数を減少させることにより、スロットル弁４上流の吸気圧を減少させるようにしてもよいが、エアバイパス弁１１の開弁によって、スロットル弁上流の吸気圧を直接的に減少させて、より応答よくノッキング等を回避できる。また、エアバイパス弁１１の開弁とウエストゲート弁１２の開弁とを併用してもよく、例えば、目標圧縮比（実圧縮比）が第１の閾値以上でエアバイパス弁１１を開弁し、第１の閾値より大きい第２の閾値以上となったときにウエストゲート弁１２も開弁させるようにしてもよい。
【００３７】
なお、ウエストゲート弁１２は、通常制御でインテークマニホールド内の吸気圧を減少させる要求が発生したときに開弁されるが、エアバイパス弁１１の通常制御と同様、可変圧縮比機構３１の動作を開弁の条件としていない。したがって、通常制御では開弁しない場合でも可変圧縮比機構３１が動作して圧縮比が高められる条件で、ウエストゲート弁１２を開弁させて減速性能を確保しつつノッキング等を抑制することができる。
【００３８】
上記第１の実施形態のように過給機付エンジンに適用した場合は、減速運転するときのスロットル上流の過給圧の上昇を抑制することで、より高いノッキング抑制効果を得られる。ただし、過給機を備えないものでも減速運転するときに吸気圧の上昇を抑制できる手段を備えたものに適用することでノッキング抑制効果は得られる。
【００３９】
例えば、慣性過給（又は共鳴過給、以下慣性過給で代表する）によって、低負荷時に高い正の圧力波（脈動圧）を有した空気を筒内に吸入させることにより高充填効率とするエンジンにおいて、可変圧縮比機構を備えて圧縮比を可変制御する場合、低負荷である減速運転するときに圧縮比の増加と吸入空気量の増加が重なってノッキング発生傾向が増大する。
【００４０】
そこで、この種のエンジンで、減速運転するときに慣性過給を停止することにより、吸気圧の増加を抑制してノッキング抑制効果を得ることができる。
以下、慣性過給を行うと共に、可変圧縮比機構を備えたエンジンに適用した第２の実施形態について説明する。
【００４１】
図２は、該第２の実施形態に係るエンジンシステムの概要を示す。第１の実施形態と共通な構成については説明を省略する。
エンジン１００は、吸気通路１０１に慣性過給機構１１０を備える。
【００４２】
吸気通路１０１は、エアクリーナ１０２からスロットル弁１０３を経て吸気コレクタ１０４に至り、該吸気コレクタ１０４から吸気ポート１０５に至る部分に、慣性過給機構１１０を備える。
【００４３】
慣性過給機構１１０は、吸気コレクタ１０４から吸気ポート１０５に至る吸気通路を通路長の長い第１通路１１１と、通路長の短い第２通路１１２とを並列に接続し、第１通路１１１と第２通路１１２の上流側分岐点に、第１通路１１１と第２通路１１２とを選択的に開通させるように切換制御される通路切換弁１１３を備えて構成される。
【００４４】
通常制御においては、ＥＣＵ１２０からの指令により、通路切換弁１１３によって、エンジンの低速・低負荷域では、該低速・低負荷域に同調した慣性過給が行われるように通路長の長い第１通路１１１が開通される。また、高速・高負荷域では、該高速・高負荷域に同調した慣性過給が行われ、または、慣性過給を利用しない通常の吸気が行われるように通路長の短い第２通路が開通される。
【００４５】
ここで、低負荷である減速運転のときであっても、可変圧縮比機構が動作して圧縮比が高められるときには、通路切換弁１１３によって通路長の短い第２通路１１２を開通させる。
【００４６】
図６は、本第２の実施形態の制御のフローチャートを示す。
ステップＳ１１，Ｓ１２は、第１の実施形態のステップＳ１，Ｓ２と同様であり、減速運転中で可変圧縮比機構３１の目標圧縮比が閾値ＰＲＳＬ以上であると判定されたときは、ステップＳ１３へ進み、通路切換弁１１３によって第２通路１１２を選択して開通させる。
【００４７】
ステップＳ１４で、第１の実施形態のステップＳ４同様、スロットル開度ＴＶＯの減少率ΔＴＶＯが閾値ΔＴＶＯ２以下に低下したと判定されたときに、ステップＳ１５へ進む。
ステップＳ１５では、通路切換弁１１３によって低負荷時に対応した第１通路１１１を選択して開通させる。
【００４８】
このようにすれば、減速運転のときに可変圧縮比機構３１が動作して圧縮比が増加したときには、第２通路１１２の選択によって低負荷域に対応した慣性過給を停止することにより、吸入空気量を減少し、筒内圧縮圧力の増加を抑制してノッキング等を抑制することができる。また、可変圧縮比機構３１を動作させて良好な燃費を確保でき、慣性過給の停止によって吸入空気量が過度に減少することもないので、要求に応じた減速性能を確保することができる。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００４９】
（イ）請求項１〜３に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関は、排気ターボ過給機を備え、前記吸気スロットル弁上流の吸気圧の減少は、前記過給機のコンプレッサをバイパスする通路に介装されたエアバイパス弁を開弁することにより行うことを特徴とする。
このようにすれば、エアバイパス弁の開弁により、スロットル弁上流の吸気圧を直接的に減少させて、より応答よくノッキング等を回避できる。
【００５０】
（ロ）請求項１〜３又は上記（イ）に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関は、排気ターボ過給機を備え、前記吸気スロットル弁上流の吸気圧の減少は、前記過給機のタービンをバイパスする通路に介装されたウエストゲート弁を開弁することにより行うことを特徴とする。
このようにすれば、ウエストゲート弁の開弁により、タービン回転数を減少させることによりスロットル弁上流の吸気圧を減少させて、ノッキング等を回避できる。
【００５１】
（ハ）請求項１〜３又は上記（イ）に記載の内燃機関の制御装置において、減速運転するときに可変圧縮比機構の目標圧縮比又は目標圧縮比の減少率が閾値以上のときに、スロットル弁上流の吸気圧を減少させることを特徴とする。
このようにすれば、より速やかに可変圧縮比機構の動作を判定して、より速やかにスロットル弁上流の吸気圧を減少してノッキング回避効果を高めることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１，１００  エンジン
２，１０１  吸気通路
４  スロットル弁
１７  スロットルセンサ
２１  排気ターボ過給機
３１  可変圧縮比機構
４１  ＥＣＵ（エンジン制御装置）
５１  圧縮比制御アクチュエータ
１１０  慣性過給機構
１１１  第１通路
１１２  第２通路
１１３  通路切換弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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