(57)【要約】  内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える。排気部品の温度を推定もしくは検出し（Ｂ１１）、この排気部品の温度に基づいて目標排気温度を設定する（Ｂ１２）。混合比・圧縮比設定部（Ｂ１３）では、目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が最小となるように、燃料混合比と機関圧縮比とを設定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備える可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
排気部品の温度を検出もしくは推定する排気部品温度取得手段と、
上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する目標排気温度設定手段と、
上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が小さくなるように、少なくとも上記目標排気温度に基づいて、燃料と空気の燃料混合比と、上記機関圧縮比と、を設定する混合比・圧縮比設定手段と、
を有する可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記目標排気温度設定手段は、上記排気部品の温度が所定の制限値以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が上記制限値よりも低い場合には、上記排気部品の温度が低いほど、上記目標排気温度を高く設定する請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記目標排気温度設定手段は、上記排気部品の温度が所定の制限値以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が上記制限値よりも低い場合には、上記目標排気温度を上記排気部品の温度よりも高く設定する請求項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】
上記目標排気温度設定手段は、上記排気部品の温度が所定の制限値以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が上記制限値よりも低い場合には、上記目標排気温度を上記制限値よりも高く設定する請求項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】
上記混合比・圧縮比設定手段は、上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、機関負荷に応じたエネルギー損失が最小となるように、上記目標排気温度と上記機関負荷とに基づいて、上記燃料混合比と上記機関圧縮比との組み合わせ設定する請求項１〜４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６】
上記可変圧縮比装置は、アクチュエータにより駆動される制御部材の位置に応じて機関圧縮比を変更するものであり、
かつ、機関圧縮比が中間圧縮比のときに、機関圧縮比が上記中間圧縮比よりも高い高圧縮比及び機関圧縮比が上記中間圧縮比よりも低い低圧縮比のときに比して、上記アクチュエータの消費エネルギーが大きくなるように設定されている請求項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】
上記混合比・圧縮比設定手段は、上記アクチュエータの運転状態に応じて、上記燃料混合比と上記機関圧縮比とを補正する請求項１〜６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８】
上記排気部品である排気管に取り付けられて、排気の空燃比を検出する空燃比センサを有し、
上記排気部品温度取得手段は、この空燃比センサに内蔵されるヒータの消費電力に基づいて、上記排気部品の温度を推定する請求項１〜７のいずれか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】
本発明は、内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備えた内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の高回転高負荷域等では、触媒や排気管等の排気部品の温度が制限値を超えて過度に高くなることを未然に防止するために、燃料の増量等が行われる。このような排気部品の過昇温を防止する技術として、特許文献１に記載のものでは、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、機関圧縮比に応じて燃料の増量値を設定しており、具体的には機関圧縮比が高くなるほど熱効率が向上して排気ガスの温度が低下するために、機関圧縮比が高くなるほど燃料の増量値を小さく設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８５６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、機関負荷や機関回転速度などから定まる機関運転状態に応じて排気部品の保護のための燃料増量を行うと、実際には排気部品の温度が低いにもかかわらず燃料増量が行われて、燃費の悪化や排気の悪化を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排気部品の温度を推定もしくは検出し、この排気部品の温度に基づいて目標排気温度を設定し、上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が小さくなるように、上記目標排気温度に基づいて、燃料増量に関連する燃料混合比と、機関圧縮比と、を設定している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、排気部品の温度を検出もしくは推定し、この排気部品の温度に基づいて燃料混合比と機関圧縮比とを設定しているために、実際の排気部品の温度が低いにもかかわらず燃料増量が過剰に行われることがなく、エネルギー損失が小さくなる適切な燃料混合比と機関圧縮比との組み合わせに設定することで、燃費性能及び排気性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。
【図２】上記実施例の可変圧縮比機構を示す構成図。
【図３】上記可変圧縮比機構の高圧縮比位置（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】上記可変圧縮比機構の高圧縮比位置（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】本実施例の燃料混合比及び機関圧縮比の設定処理の流れを示す制御ブロック図。
【図６】排気部品温度と目標排気温度との関係を示す特性図。
【図７】低・中間・高圧縮比のそれぞれの設定状態における機関負荷に応じた熱損失等の変化を示す説明図。
【図８】低・中間・高圧縮比のそれぞれの設定状態における機関負荷に応じたエネルギー損失の合計の変化を示す説明図。
【図９】ノック限界を考慮した低・中間・高圧縮比のそれぞれの設定状態における機関負荷に応じたエネルギー損失の合計の変化を示す説明図。
【図１０】機関負荷毎の機関圧縮比及び空燃比（混合比）に対するエネルギー損失を示す特性図。
【図１１】所定の機関負荷における、目標排気温度を考慮した機関圧縮比及び空燃比（混合比）に対するエネルギー損失を示す特性図。
【図１２】図１１とは異なる機関負荷における、目標排気温度を考慮した機関圧縮比及び空燃比（混合比）に対するエネルギー損失を示す特性図。
【図１３】本実施例の燃料混合比及び機関圧縮比の設定処理の流れを示すフローチャート。
【図１４】図１３の排気温度制御領域判定のサブルーチンを示すフローチャート。
【図１５】図１３の排気温度制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【図１６】本実施例の燃料混合比及び機関圧縮比の設定処理の流れを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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、内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置としての可変圧縮比機構２０を備えている。なお、このようなポート噴射型の内燃機関に限らず、燃焼室４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関に本発明を適用することも可能である。
【０００９】
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、車両運転状態を表す後述のセンサ類から得られる信号等に基づいて、燃料噴射弁１０，点火プラグ９，スロットル１５，及び可変圧縮比機構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。
【００１０】
車両運転状態を検出する各種のセンサ類として、排気通路に設けられて排気の空燃比を検出する空燃比センサ１６、内燃機関の吸入空気量を検出するエアフロメータ１８、排気部品の一つである排気マニホールド１９に取り付けられ、この排気マニホールド１９の温度、つまりは排気部品温度を検出する温度センサ（排気部品温度検出手段）１９Ａの他、ノッキングの有無を検出するノックセンサ４１、機関水温を検出する水温センサ４２、及び内燃機関の回転速度を検出するクランク角センサ４３、等が設けられている。これらセンサ信号の他、バッテリ１７から供給される電力により可変圧縮比機構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が制御部１１に入力されている。
【００１１】
図２及び図３を参照して、可変圧縮比機構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。
【００１２】
電動機２１により制御部材である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あるいは段階的に変更・制御される。
【００１３】
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機構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の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式のピストン−クランク機構（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。
【００１４】
図５は、上記の制御部１１により記憶及び実行される制御処理を機能ブロックとして示す制御ブロック図である。排気部品温度取得部（排気部品温度取得手段）Ｂ１１では、排気マニホールド１９や触媒等の排気部品の温度を検出もしくは推定する。排気部品の温度は、例えば排気マニホールド１９に設けられた上記の温度センサ１９Ａにより直接的に検出される。
【００１５】
目標排気温度設定部（目標排気温度設定手段）Ｂ１２では、上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する。混合比・圧縮比設定部（混合比・圧縮比設定手段）Ｂ１３では、上記目標排気温度に基づいて、機関圧縮比及び燃料混合比を設定する。
【００１６】
次に、図６〜図１２を参照して、機関圧縮比と、燃料と空気の燃料混合比に対応するパラメータとしての空燃比（Ａ／Ｆ）の設定について更に説明する。図６を参照して、排気部品温度の制限値痾は、予め設定される排気部品の限界温度に相当し、この制限値痾以下となるように制御が行われる。そして本実施例では、図６に示すように、排気部品の保護のために排気部品温度を制限値痾以下に制限する高回転高負荷域等の運転域でありながら、排気部品温度が制限値痾よりも低い場合には、排気部品温度が低くなるほど、目標排気温度が高くなるように設定されている。つまり、排気部品温度が制限値痾へ向けて上昇するに従って、目標排気温度が制限値痾へ向けて低下するように、目標排気温度が設定されている。
【００１７】
また、図６の破線Ｌ１は、排気温度と排気部品温度とが等しい値（排気温度／排気部品温度＝１）となるラインを示している。同図に示すように、排気部品温度が所定の制限値痾よりも低い場合、目標排気温度が、このラインＬ１よりも上側、つまり排気部品温度よりも高い値に設定されており、かつ、制限値痾よりも更に高い値に設定されている。
【００１８】
機関圧縮比は、基本的には機関負荷や機関回転速度から定まる機関運転状態に応じて設定され、部分負荷域を含む常用運転域である低負荷側の領域では、効率向上のために高圧縮比蛩ｈｉｇｈとされる。この高圧縮比蛩ｈｉｇｈの設定のときには、燃焼圧が高くなり、反力が増加することから、中圧縮比蛩ｍｉｄの設定のときに比して、アクチュエータである電動機２１の消費電力（消費エネルギー）が小さくなるように、可変圧縮比機構２０のリンクジオメトリ等が設定されている。また、高負荷側の領域ではノッキングの発生や排気温度低下のために低圧縮比蛩ｌｏｗとされる。このように使用頻度の高い低圧縮比蛩ｌｏｗの設定のときに、アクチュエータである電動機２１の消費電力（消費エネルギー）が最も小さくなるように、可変圧縮比機構２０のリンクジオメトリ等が設定されている。
【００１９】
この結果、図７（Ａ）に示すように、この可変圧縮比機構２０においては、機関圧縮比が中圧縮比蛩ｍｉｄのときに、高圧縮比蛩ｈｉｇｈや低圧縮比蛩ｌｏｗのときに比して、アクチュエータである電動機２１の消費電力が大きくなる。なお、中圧縮比蛩ｍｉｄは、高圧縮比蛩ｈｉｇｈよりも低く、低圧縮比蛩ｌｏｗよりも高い機関圧縮比である。
【００２０】
一方、図７（Ｂ）に示すように、燃料増量に伴うエネルギー損失については、機関圧縮比が低くなるほど高くなる。また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、機関圧縮比の設定にかかわらず、機関負荷が高くなるほど、アクチュエータの消費電力及び燃料増量によるエネルギー損失は大きくなる。
【００２１】
これらのことから、図７（Ｃ）に示すように、アクチュエータの消費電力と燃料増量による損失とを合わせたエネルギー損失が最小となる機関圧縮比は、機関負荷に応じて変化し、低負荷側では低圧縮比蛩ｌｏｗのときに上記エネルギー損失が最小となり、高負荷側では高圧縮比蛩ｈｉｇｈの設定のときに上記エネルギー損失が最小となる。
【００２２】
また、図７（Ｄ）に示すように、排気系に消費される熱損失は、機関圧縮比が低いほど大きく、また、機関負荷が低いほど大きい。従って、図８に示すように、アクチュエータである電動機２１の消費電力と燃料増量による損失と排気系に消費される熱損失とを合わせたエネルギー損失の合計は、機関圧縮比の設定及び機関負荷に応じて複雑に変化する。
【００２３】
実際には、機関圧縮比の設定に応じてノッキングが発生するノック限界も変化するために、ノック限界を考慮した場合、図９に示すように、機関負荷に応じて設定可能な機関圧縮比が制限される。
【００２４】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、所定の３つの機関負荷点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（図９参照）における、機関圧縮比と空燃比（Ａ／Ｆ）との組み合わせに対するエネルギー損失の合計の関係を表すマップである。この図１０において、実線Ｌ２は上記エネルギー損失の合計（図８，図９参照）が等しいラインであり、図１０（Ａ），（Ｃ）では右上に向かうほどエネルギー損失の合計が低くなり、図１０（Ｂ）では左上に向かうほどエネルギー損失の合計が低くなる。つまり、機関負荷に応じてエネルギー損失の合計が小さくなる方向が異なるものとなっている。また、図中の左下の領域は失火領域、右上の領域はノック又はリーン限界の領域を示しており、これらの両領域に挟まれた中間の領域（図でハッチングが施されていない領域）内で設定が行われる。
【００２５】
図１１は、図１０（Ａ），（Ｃ）と同様、上記の機関負荷点Ｐ１，Ｐ３に相当するマップの一部を拡大して示すものであり、図中の破線Ｌ３は上記目標排気温度に基づいて設定される機関圧縮比と空燃比（Ａ／Ｆ）の設定ラインを表している。つまり、このラインＬ３よりも右下の領域が、排気温度が目標排気温度を超えることのない範囲竈に相当する。なお、図１１の（Ａ）と（Ｂ）では、目標排気温度が異なるものとなっている。同図に示すように、目標排気温度を超えることのない範囲竈で、エネルギー損失の合計が最も小さくなり、燃料消費率（所定距離を走行するのに必要な燃料の量）が最小（つまり、燃費が最良）となるように、機関圧縮比と空燃比（Ａ／Ｆ）との組み合わせＫが設定される。
【００２６】
図１２は、図１０（Ｂ）と同様、上記の機関負荷点Ｐ２に相当するマップの一部を拡大して示すものであり、図１１の場合と同様に、目標排気温度を超えることのない範囲竈で、燃料消費率が最小（燃費が最良）となるように、空燃比と機関圧縮比との組み合わせＫが設定される。
【００２７】
図１３は、このような空燃比と機関圧縮比との設定処理の流れを示すフローチャートであり、このルーチンは上記の制御部１１により記憶及び実行される。ステップＳ１１では、図１４に示す排気温度制御領域判定のサブルーチンが実行される。続くステップＳ１２では、この排気温度制御領域判定の結果に基づいて、図１５に示す排気温度制御のサブルーチンを実行する。
【００２８】
図１４は上記ステップＳ１１の排気温度制御領域判定の処理内容を示している。ステップＳ２１では、機関回転速度が読み込まれる。ステップＳ２２では、機関負荷が読み込まれる。そして、ステップＳ２３では、機関回転速度と機関負荷とに基づいて、排気温度制御領域のマップを検索し、排気温度制御フラグを設定する。つまり、排気温度制御を実施する運転領域、具体的には図６に示すように、排気部品の保護のために、排気部品の温度を制限値痾以下に制限すべき運転領域である場合には、排気温度制御フラグを「１」に設定し、排気温度制御を実施する運転領域でない場合には、排気温度制御フラグを「０」に設定する。
【００２９】
図１５は上記ステップＳ１２の排気温度制御処理の処理内容を示している。ステップＳ３１では、上記の排気温度制御フラグが「１」であるか、つまり排気温度制御を実施する運転領域であるかを判定する。排気温度制御フラグが「１」でない場合にはこのルーチンを終了し、排気温度制御フラグが「１」である場合にはステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、排気部品温度を検出もしくは推定する。ステップＳ３３では、排気部品温度に基づいて、目標排気温度を設定する。そして、ステップＳ３４では、目標排気温度と機関負荷と機関回転速度とに基づいて、機関圧縮比と空燃比（燃料混合比）とを設定する。
【００３０】
このような空燃比と機関圧縮比との設定処理について、図１６を用いて更に説明する。基本分配マップ設定部Ｂ２１では、図１１及び図１２に示すような空燃比及び機関圧縮比の設定用の複数の基本分配マップが、複数の機関負荷（Ｍ１）及び複数の目標排気温度（Ｍ２）にそれぞれ対応させた形で予め記憶されており、入力される機関負荷及び目標排気温度に基づいて、設定に用いる基本分配マップが検索される。そして、検索された基本分配マップを参照することによって、図１１及び図１２を用いて上述したように、目標排気温度を超えることのない範囲竈内で、エネルギー損失の合計が最小となる空燃比（目標Ａ／Ｆ）と機関圧縮比（目標蛩）との組み合わせが設定される。
【００３１】
なお、この実施例では目標排気温度を複数の値として段階的に設定するように構成しているが、目標排気温度を連続的な値として設定するように構成しても良い。
【００３２】
また、分解回転補正部Ｂ２２では、機関回転速度に基づいて、空燃比と機関圧縮比とを補正している。具体的には、機関回転速度が高くなるほど、排気温度の上昇を抑制するように、空燃比（Ａ／Ｆ）を小さくし、機関圧縮比を大きくしている。
【００３３】
以上のような図示実施例から把握し得る特徴的な構成及びその作用効果について、以下に列記する。
【００３４】
［１］内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構２０を備え、排気部品の温度を検出もしくは推定し、この排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定し、この目標排気温度を超えることのない範囲竈内で、エネルギー損失が可能な限り小さくなるように、燃料と空気の燃料混合比（空燃比）と、機関圧縮比と、を設定している。このように実際の排気部品の温度に基づいて燃料混合比と機関圧縮比とを設定しているために、実際の排気部品の温度が低いにもかかわらず燃料増量が過剰に行われることを抑制し、エネルギー損失が小さくなる適切な燃料混合比と機関圧縮比との組み合わせに設定することができることから、燃費性能及び排気性能が向上する。
【００３５】
［２］排気部品の保護のために排気部品の温度が所定の制限値痾以下に制限される運転域でありながら、排気部品の温度が制限値痾よりも低い場合には、図６に示すように、排気部品の温度が低いほど、目標排気温度を高く設定している。言い換えると、排気部品の温度が制限値痾へ向けて上昇するに従って、目標排気温度が制限値竈へ向けて低下するように、目標排気温度を設定している。つまり、実際の排気部品の温度が制限値痾よりも低い場合には、仮に排気温度が制限値痾より高くなっても、即座に排気部品の温度が制限値痾を超えることがないために、排気部品の温度が低いほど、言い換えると排気部品の温度が制限値痾に上昇するまでの余裕代が大きいほど、目標排気温度を高く設定している。これによって、実際の排気部品の温度を制限値痾以下に抑制しつつ、目標排気温度を超えることのない範囲竈を拡大して、燃料混合比と機関圧縮比との設定の自由度を拡大し、更なる燃費性能及び排気性能の向上を図ることができる。
【００３６】
［３］具体的には、排気部品の温度が所定の制限値痾以下に制限される運転域で、かつ、排気部品の温度が制限値痾よりも低い場合には、図６に示すように、目標排気温度を排気部品の温度よりも高く設定している。
【００３７】
［４］また、排気部品の温度が所定の制限値痾以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が制限値痾よりも低い場合には、図６に示すように、目標排気温度を制限値痾よりも高く設定している。
【００３８】
［５］更に具体的には、目標排気温度を超えることのない範囲竈内で、機関負荷に応じたエネルギー損失が最小となるように、機関負荷に応じて燃料混合比と機関圧縮比との組み合わせを設定している。これによって、機関負荷に応じた形で更に適切に燃料混合比と機関圧縮比とを設定することができる。
【００３９】
［６］可変圧縮比装置としての可変圧縮比機構２０は、アクチュエータとしての電動機２１により駆動される制御部材としてのコントロールシャフト２７の回転位置に応じて機関圧縮比を変更するものであり、機関圧縮比が中間圧縮比蛩ｍｉｄのときに、高圧縮比蛩ｈｉｇｈ及び低圧縮比蛩ｌｏｗのときに比して、アクチュエータの消費エネルギーが大きくなるように設定されている。つまり、常用域である低負荷側の運転域で用いられる高圧縮比蛩ｈｉｇｈ及び高負荷域で用いられる低圧縮比蛩ｌｏｗの設定では相対的にアクチュエータの消費エネルギーを小さくすることで、消費エネルギーを低減して燃費向上やアクチュエータの小型化を図ることができる。
【００４０】
但し、このように中間圧縮比蛩ｍｉｄでアクチュエータの消費エネルギーが大きくなるような構成とした場合、アクチュエータの消費エネルギー等を含めたエネルギー損失の合計と、機関圧縮比と燃料混合比の設定と、の関係が単純なものとはならず、図８及び図９に示すように、例えばエネルギー損失の合計が最小となる機関圧縮比が機関負荷に応じて変化するものとのなる。このようなことから、機関負荷毎に最適な混合比と機関圧縮比との組み合わせを設定している。
【００４１】
［７］アクチュエータとしての電動機２１の温度が低くなるほど、消費電力が大きくなることなどから、好ましくは、アクチュエータ温度等のアクチュエータの運転状態に応じて、燃料混合比と機関圧縮比とを補正する。これによって、アクチュエータの運転状態を考慮した形でより精度よく消費エネルギーを見積もることができ、エネルギー損失の合計が最小となる混合比と機関圧縮比との組み合わせの設定精度が向上する。
【００４２】
［８］なお、上記の実施例では専用の温度センサ１９Ａを用いて排気部品の温度を検出しているが、構成の簡素化を図るために、空燃比センサ１６に内蔵されるヒータ（排気部品温度取得手段）の消費電力に基づいて、排気部品の温度を推定するように構成しても良い。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月18日(2013.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備える可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
排気部品の温度を検出もしくは推定する排気部品温度取得手段と、
上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する目標排気温度設定手段と、
上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が小さくなるように、少なくとも上記目標排気温度に基づいて、燃料と空気の燃料混合比と、上記機関圧縮比と、を設定する混合比・圧縮比設定手段と、を有し、
上記目標排気温度設定手段は、上記排気部品の温度が所定の制限値以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が上記制限値よりも低い場合には、上記排気部品の温度が低いほど、上記目標排気温度を高く設定する可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備える可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
排気部品の温度を検出もしくは推定する排気部品温度取得手段と、
上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する目標排気温度設定手段と、
上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が小さくなるように、少なくとも上記目標排気温度に基づいて、燃料と空気の燃料混合比と、上記機関圧縮比と、を設定する混合比・圧縮比設定手段と、を有し、
上記目標排気温度設定手段は、上記排気部品の温度が所定の制限値以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が上記制限値よりも低い場合には、上記目標排気温度を上記排気部品の温度よりも高く設定する可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備える可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
排気部品の温度を検出もしくは推定する排気部品温度取得手段と、
上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する目標排気温度設定手段と、
上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が小さくなるように、少なくとも上記目標排気温度に基づいて、燃料と空気の燃料混合比と、上記機関圧縮比と、を設定する混合比・圧縮比設定手段と、を有し、
上記目標排気温度設定手段は、上記排気部品の温度が所定の制限値以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が上記制限値よりも低い場合には、上記目標排気温度を上記制限値よりも高く設定する可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備える可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
排気部品の温度を検出もしくは推定する排気部品温度取得手段と、
上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する目標排気温度設定手段と、
上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が小さくなるように、少なくとも上記目標排気温度に基づいて、燃料と空気の燃料混合比と、上記機関圧縮比と、を設定する混合比・圧縮比設定手段と、を有し、
上記混合比・圧縮比設定手段は、上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、機関負荷に応じたエネルギー損失が最小となるように、上記目標排気温度と上記機関負荷とに基づいて、上記燃料混合比と上記機関圧縮比との組み合わせ設定する可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置を備える可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
排気部品の温度を検出もしくは推定する排気部品温度取得手段と、
上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する目標排気温度設定手段と、
上記目標排気温度を超えることのない範囲内で、エネルギー損失が小さくなるように、少なくとも上記目標排気温度に基づいて、燃料と空気の燃料混合比と、上記機関圧縮比と、を設定する混合比・圧縮比設定手段と、を有し、
上記可変圧縮比装置は、アクチュエータにより駆動される制御部材の位置に応じて機関圧縮比を変更するものであり、
かつ、機関圧縮比が中間圧縮比のときに、機関圧縮比が上記中間圧縮比よりも高い高圧縮比及び機関圧縮比が上記中間圧縮比よりも低い低圧縮比のときに比して、上記アクチュエータの消費エネルギーが大きくなるように設定されている可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記混合比・圧縮比設定手段は、上記アクチュエータの運転状態に応じて、上記燃料混合比と上記機関圧縮比とを補正する請求項６に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【請求項８】
上記排気部品である排気管に取り付けられて、排気の空燃比を検出する空燃比センサを有し、
上記排気部品温度取得手段は、この空燃比センサに内蔵されるヒータの消費電力に基づいて、上記排気部品の温度を推定する請求項２〜７のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
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の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式のピストン−クランク機構（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。
［００１４］
図５は、上記の制御部１１により記憶及び実行される制御処理を機能ブロックとして示す制御ブロック図である。排気部品温度取得部（排気部品温度取得手段）Ｂ１１では、排気マニホールド１９や触媒等の排気部品の温度を検出もしくは推定する。排気部品の温度は、例えば排気マニホールド１９に設けられた上記の温度センサ１９Ａにより直接的に検出される。
［００１５］
目標排気温度設定部（目標排気温度設定手段）Ｂ１２では、上記排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定する。混合比・圧縮比設定部（混合比・圧縮比設定手段）Ｂ１３では、上記目標排気温度に基づいて、機関圧縮比及び燃料混合比を設定する。
［００１６］
次に、図６〜図１２を参照して、機関圧縮比と、燃料と空気の燃料混合比に対応するパラメータとしての空燃比（Ａ／Ｆ）の設定について更に説明する。図６を参照して、排気部品温度の制限値αは、予め設定される排気部品の限界温度に相当し、この制限値α以下となるように制御が行われる。そして本実施例では、図６に示すように、排気部品の保護のために排気部品温度を制限値α以下に制限する高回転高負荷域等の運転域でありながら、排気部品温度が制限値αよりも低い場合には、排気部品温度が低くなるほど、目標排気温度が高くなるように設定されている。つまり、排気部品温度が制限値
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
αへ向けて上昇するに従って、目標排気温度が制限値αへ向けて低下するように、目標排気温度が設定されている。
［００１７］
また、図６の破線Ｌ１は、排気温度と排気部品温度とが等しい値（排気温度／排気部品温度＝１）となるラインを示している。同図に示すように、排気部品温度が所定の制限値αよりも低い場合、目標排気温度が、このラインＬ１よりも上側、つまり排気部品温度よりも高い値に設定されており、かつ、制限値αよりも更に高い値に設定されている。
［００１８］
機関圧縮比は、基本的には機関負荷や機関回転速度から定まる機関運転状態に応じて設定され、部分負荷域を含む常用運転域である低負荷側の領域では、効率向上のために高圧縮比εｈｉｇｈとされる。この高圧縮比εｈｉｇｈの設定のときには、燃焼圧が高くなり、反力が増加することから、中圧縮比εｍｉｄの設定のときに比して、アクチュエータである電動機２１の消費電力（消費エネルギー）が小さくなるように、可変圧縮比機構２０のリンクジオメトリ等が設定されている。また、高負荷側の領域ではノッキングの発生や排気温度低下のために低圧縮比εｌｏｗとされる。このように使用頻度の高い低圧縮比εｌｏｗの設定のときに、アクチュエータである電動機２１の消費電力（消費エネルギー）が最も小さくなるように、可変圧縮比機構２０のリンクジオメトリ等が設定されている。
［００１９］
この結果、図７（Ａ）に示すように、この可変圧縮比機構２０においては、機関圧縮比が中圧縮比εｍｉｄのときに、高圧縮比εｈｉｇｈや低圧縮比εｌｏｗのときに比して、アクチュエータである電動機２１の消費電力が大きくなる。なお、中圧縮比εｍｉｄは、高圧縮比εｈｉｇｈよりも低く、低圧縮比εｌｏｗよりも高い機関圧縮比である。
［００２０］
一方、図７（Ｂ）に示すように、燃料増量に伴うエネルギー損失については、機関圧縮比が低くなるほど高くなる。また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、機関圧縮比の設定にかかわらず、機関負荷が高くなるほど、アクチュエータの消費電力及び燃料増量によるエネルギー損失は大きくなる。
［００２１］
これらのことから、図７（Ｃ）に示すように、アクチュエータの消費電力
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
と燃料増量による損失とを合わせたエネルギー損失が最小となる機関圧縮比は、機関負荷に応じて変化し、低負荷側では低圧縮比εｌｏｗのときに上記エネルギー損失が最小となり、高負荷側では高圧縮比εｈｉｇｈの設定のときに上記エネルギー損失が最小となる。
［００２２］
また、図７（Ｄ）に示すように、排気系に消費される熱損失は、機関圧縮比が低いほど大きく、また、機関負荷が低いほど大きい。従って、図８に示すように、アクチュエータである電動機２１の消費電力と燃料増量による損失と排気系に消費される熱損失とを合わせたエネルギー損失の合計は、機関圧縮比の設定及び機関負荷に応じて複雑に変化する。
［００２３］
実際には、機関圧縮比の設定に応じてノッキングが発生するノック限界も変化するために、ノック限界を考慮した場合、図９に示すように、機関負荷に応じて設定可能な機関圧縮比が制限される。
［００２４］
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、所定の３つの機関負荷点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（図９参照）における、機関圧縮比と空燃比（Ａ／Ｆ）との組み合わせに対するエネルギー損失の合計の関係を表すマップである。この図１０において、実線Ｌ２は上記エネルギー損失の合計（図８，図９参照）が等しいラインであり、図１０（Ａ），（Ｃ）では右上に向かうほどエネルギー損失の合計が低くなり、図１０（Ｂ）では左上に向かうほどエネルギー損失の合計が低くなる。つまり、機関負荷に応じてエネルギー損失の合計が小さくなる方向が異なるものとなっている。また、図中の左下の領域は失火領域、右上の領域はノック又はリーン限界の領域を示しており、これらの両領域に挟まれた中間の領域（図でハッチングが施されていない領域）内で設定が行われる。
［００２５］
図１１は、図１０（Ａ），（Ｃ）と同様、上記の機関負荷点Ｐ１，Ｐ３に相当するマップの一部を拡大して示すものであり、図中の破線Ｌ３は上記目標排気温度に基づいて設定される機関圧縮比と空燃比（Ａ／Ｆ）の設定ラインを表している。つまり、このラインＬ３よりも右下の領域が、排気温度が目標排気温度を超えることのない範囲βに相当する。なお、図１１の（Ａ）と（Ｂ）では、目標排気温度が異なるものとなっている。同図に示すように
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
、目標排気温度を超えることのない範囲βで、エネルギー損失の合計が最も小さくなり、燃料消費率（所定距離を走行するのに必要な燃料の量）が最小（つまり、燃費が最良）となるように、機関圧縮比と空燃比（Ａ／Ｆ）との組み合わせＫが設定される。
［００２６］
図１２は、図１０（Ｂ）と同様、上記の機関負荷点Ｐ２に相当するマップの一部を拡大して示すものであり、図１１の場合と同様に、目標排気温度を超えることのない範囲βで、燃料消費率が最小（燃費が最良）となるように、空燃比と機関圧縮比との組み合わせＫが設定される。
［００２７］
図１３は、このような空燃比と機関圧縮比との設定処理の流れを示すフローチャートであり、このルーチンは上記の制御部１１により記憶及び実行される。ステップＳ１１では、図１４に示す排気温度制御領域判定のサブルーチンが実行される。続くステップＳ１２では、この排気温度制御領域判定の結果に基づいて、図１５に示す排気温度制御のサブルーチンを実行する。
［００２８］
図１４は上記ステップＳ１１の排気温度制御領域判定の処理内容を示している。ステップＳ２１では、機関回転速度が読み込まれる。ステップＳ２２では、機関負荷が読み込まれる。そして、ステップＳ２３では、機関回転速度と機関負荷とに基づいて、排気温度制御領域のマップを検索し、排気温度制御フラグを設定する。つまり、排気温度制御を実施する運転領域、具体的には図６に示すように、排気部品の保護のために、排気部品の温度を制限値α以下に制限すべき運転領域である場合には、排気温度制御フラグを「１」に設定し、排気温度制御を実施する運転領域でない場合には、排気温度制御フラグを「０」に設定する。
［００２９］
図１５は上記ステップＳ１２の排気温度制御処理の処理内容を示している。ステップＳ３１では、上記の排気温度制御フラグが「１」であるか、つまり排気温度制御を実施する運転領域であるかを判定する。排気温度制御フラグが「１」でない場合にはこのルーチンを終了し、排気温度制御フラグが「１」である場合にはステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、排気部品温度を検出もしくは推定する。ステップＳ３３では、排気部品温度に基づい
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
て、目標排気温度を設定する。そして、ステップＳ３４では、目標排気温度と機関負荷と機関回転速度とに基づいて、機関圧縮比と空燃比（燃料混合比）とを設定する。
［００３０］
このような空燃比と機関圧縮比との設定処理について、図１６を用いて更に説明する。基本分配マップ設定部Ｂ２１では、図１１及び図１２に示すような空燃比及び機関圧縮比の設定用の複数の基本分配マップが、複数の機関負荷（Ｍ１）及び複数の目標排気温度（Ｍ２）にそれぞれ対応させた形で予め記憶されており、入力される機関負荷及び目標排気温度に基づいて、設定に用いる基本分配マップが検索される。そして、検索された基本分配マップを参照することによって、図１１及び図１２を用いて上述したように、目標排気温度を超えることのない範囲β内で、エネルギー損失の合計が最小となる空燃比（目標Ａ／Ｆ）と機関圧縮比（目標ε）との組み合わせが設定される。
［００３１］
なお、この実施例では目標排気温度を複数の値として段階的に設定するように構成しているが、目標排気温度を連続的な値として設定するように構成しても良い。
［００３２］
また、分解回転補正部Ｂ２２では、機関回転速度に基づいて、空燃比と機関圧縮比とを補正している。具体的には、機関回転速度が高くなるほど、排気温度の上昇を抑制するように、空燃比（Ａ／Ｆ）を小さくし、機関圧縮比を大きくしている。
［００３３］
以上のような図示実施例から把握し得る特徴的な構成及びその作用効果について、以下に列記する。
［００３４］
［１］内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構２０を備え、排気部品の温度を検出もしくは推定し、この排気部品の温度に基づいて、目標排気温度を設定し、この目標排気温度を超えることのない範囲β内で、エネルギー損失が可能な限り小さくなるように、燃料と空気の燃料混合比（空燃比）と、機関圧縮比と、を設定している。このように実際の排気部品の温度に基づいて燃料混合比と機関圧縮比とを設定しているために、実際の排気部
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
品の温度が低いにもかかわらず燃料増量が過剰に行われることを抑制し、エネルギー損失が小さくなる適切な燃料混合比と機関圧縮比との組み合わせに設定することができることから、燃費性能及び排気性能が向上する。
［００３５］
［２］排気部品の保護のために排気部品の温度が所定の制限値α以下に制限される運転域でありながら、排気部品の温度が制限値αよりも低い場合には、図６に示すように、排気部品の温度が低いほど、目標排気温度を高く設定している。言い換えると、排気部品の温度が制限値αへ向けて上昇するに従って、目標排気温度が制限値βへ向けて低下するように、目標排気温度を設定している。つまり、実際の排気部品の温度が制限値αよりも低い場合には、仮に排気温度が制限値αより高くなっても、即座に排気部品の温度が制限値αを超えることがないために、排気部品の温度が低いほど、言い換えると排気部品の温度が制限値αに上昇するまでの余裕代が大きいほど、目標排気温度を高く設定している。これによって、実際の排気部品の温度を制限値α以下に抑制しつつ、目標排気温度を超えることのない範囲βを拡大して、燃料混合比と機関圧縮比との設定の自由度を拡大し、更なる燃費性能及び排気性能の向上を図ることができる。
［００３６］
［３］具体的には、排気部品の温度が所定の制限値α以下に制限される運転域で、かつ、排気部品の温度が制限値αよりも低い場合には、図６に示すように、目標排気温度を排気部品の温度よりも高く設定している。
［００３７］
［４］また、排気部品の温度が所定の制限値α以下に制限される運転域で、かつ、上記排気部品の温度が制限値αよりも低い場合には、図６に示すように、目標排気温度を制限値αよりも高く設定している。
［００３８］
［５］更に具体的には、目標排気温度を超えることのない範囲β内で、機関負荷に応じたエネルギー損失が最小となるように、機関負荷に応じて燃料混合比と機関圧縮比との組み合わせを設定している。これによって、機関負荷に応じた形で更に適切に燃料混合比と機関圧縮比とを設定することができる。
［００３９］
［６］可変圧縮比装置としての可変圧縮比機構２０は、アクチュエータと
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
しての電動機２１により駆動される制御部材としてのコントロールシャフト２７の回転位置に応じて機関圧縮比を変更するものであり、機関圧縮比が中間圧縮比εｍｉｄのときに、高圧縮比εｈｉｇｈ及び低圧縮比εｌｏｗのときに比して、アクチュエータの消費エネルギーが大きくなるように設定されている。つまり、常用域である低負荷側の運転域で用いられる高圧縮比εｈｉｇｈ及び高負荷域で用いられる低圧縮比εｌｏｗの設定では相対的にアクチュエータの消費エネルギーを小さくすることで、消費エネルギーを低減して燃費向上やアクチュエータの小型化を図ることができる。
［００４０］
但し、このように中間圧縮比εｍｉｄでアクチュエータの消費エネルギーが大きくなるような構成とした場合、アクチュエータの消費エネルギー等を含めたエネルギー損失の合計と、機関圧縮比と燃料混合比の設定と、の関係が単純なものとはならず、図８及び図９に示すように、例えばエネルギー損失の合計が最小となる機関圧縮比が機関負荷に応じて変化するものとのなる。このようなことから、機関負荷毎に最適な混合比と機関圧縮比との組み合わせを設定している。
［００４１］
［７］アクチュエータとしての電動機２１の温度が低くなるほど、消費電力が大きくなることなどから、好ましくは、アクチュエータ温度等のアクチュエータの運転状態に応じて、燃料混合比と機関圧縮比とを補正する。これによって、アクチュエータの運転状態を考慮した形でより精度よく消費エネルギーを見積もることができ、エネルギー損失の合計が最小となる混合比と機関圧縮比との組み合わせの設定精度が向上する。
［００４２］
［８］なお、上記の実施例では専用の温度センサ１９Ａを用いて排気部品の温度を検出しているが、構成の簡素化を図るために、空燃比センサ１６に内蔵されるヒータ（排気部品温度取得手段）の消費電力に基づいて、排気部品の温度を推定するように構成しても良い。
【国際調査報告】
2013172108.tif 000019
2013172108.tif 000020
2013172108.tif 000021
2013172108.tif 000022
2013172108.tif 000023
2013172108.tif 000024