(57)【要約】【課題】機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることで所望の燃費向上効果を得ることができるようにする。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００が、機械圧縮比を目標圧縮比に制御する圧縮比制御部を備える。圧縮比制御部は、機関運転状態に基づいて、当該機関運転状態での最適圧縮比を算出する最適圧縮比算出部と、最適圧縮比が目標圧縮比よりも高いときに、モータを駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる変更許可圧縮比を算出する変更許可圧縮比算出部と、最適圧縮比が目標圧縮比よりも高い場合は、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上となったときに、目標圧縮比を当該変更許可圧縮比に変更する目標圧縮比変更部と、を備えるように構成されている。【選択図】図１
2018013091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
モータを駆動することによって前記機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記機械圧縮比を目標圧縮比に制御する圧縮比制御部を備え、
前記圧縮比制御部は、
機関運転状態に基づいて、当該機関運転状態での最適圧縮比を算出する最適圧縮比算出部と、
前記最適圧縮比が前記目標圧縮比よりも高いときに、前記モータを駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる前記目標圧縮比よりも高い変更許可圧縮比を算出する変更許可圧縮比算出部と、
前記最適圧縮比が前記目標圧縮比よりも高い場合は、前記最適圧縮比が前記変更許可圧縮比以上となったときに、前記目標圧縮比を当該変更許可圧縮比に変更する目標圧縮比変更部と、
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記変更許可圧縮比算出部は、
前記目標圧縮比に加算して前記変更許可圧縮比を算出するための加算値を算出する加算値算出部を備え、
前記加算値算出部は、
前記目標圧縮比が低いときに比べて高いときほど、前記加算値を大きくするように構成される、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記加算値算出部は、
機関回転速度が低いときに比べて高いときほど、前記加算値を大きくするようにさらに構成される、
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記変更許可圧縮比算出部は、
前記目標圧縮比に加算して前記変更許可圧縮比を算出するための加算値を算出する加算値算出部を備え、
前記加算値算出部は、
機関回転速度が低いときに比べて高いときほど、前記加算値を大きくするように構成される、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記変更許可圧縮比算出部は、
前記機械圧縮比を前記最適圧縮比に制御して前記機関本体を運転させた場合と比較して、前記機械圧縮比を前記変更許可圧縮比に制御して前記機関本体を運転させた場合に余分に消費される損失燃料量を算出する損失燃料量算出部と、
前記機械圧縮比を前記目標圧縮比から前記最適圧縮比に変更したときに、前記モータを駆動することによって消費される圧縮比変更燃料量を算出する圧縮比変更燃料量算出部と、
前記損失燃料量が前記圧縮比変更燃料量以上となったときに、前記加算値を小さくする学習を行う加算値学習部と、
をさらに備える請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記モータの回転速度を制御するモータ制御部をさらに備え、
前記モータ制御部は、
前記機械圧縮比を前記目標圧縮比に向けて高くする場合において、前記機械圧縮比が当該目標圧縮比よりも低い速度切替圧縮比まで高くなった後は、前記機械圧縮比が当該速度切替圧縮比まで高くなる前と比べて前記モータの回転速度を遅くするように構成される、
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記モータ制御部は、
前記目標圧縮比から減算して前記速度切替圧縮比を算出するための減算値を算出する減算値算出部を備え、
前記減算値算出部は、
前記目標圧縮比が低いときに比べて高いときほど、前記減算値を大きくするように構成される、
請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記減算値算出部は、
機関回転速度が低いときに比べて高いときほど、前記減算値を大きくするようにさらに構成される、
請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記モータ制御部は、
前記目標圧縮比から減算して前記速度切替圧縮比を算出するための減算値を算出する減算値算出部を備え、
前記減算値算出部は、
機関回転速度が低いときに比べて高いときほど、前記減算値を大きくするように構成される、
請求項６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】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータを駆動することによって機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構を備える内燃機関が開示されている。そして特許文献１には、この従来の内燃機関の制御装置として、機械圧縮比を高圧縮比側に変化させるときには、最適圧縮比（要求圧縮比）に向けて機械圧縮比を制御する際の目標となる目標圧縮比を、最適圧縮比に向かって意図的に遅らせて変化させるように構成されたものが開示されている。これにより、最適圧縮比が頻繁に変化したとしても、目標圧縮比の変化を抑制することができるので、圧縮比の変更操作に伴うモータ駆動損失に起因する燃費悪化を抑制することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５２６９７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、前述した従来の内燃機関の制御装置では、目標圧縮比を最適圧縮比に向かって意図的に遅らせて変化させているだけなので、最適圧縮比がわずかに増加した場合であっても、結局は最適圧縮比が目標圧縮比となり、機械圧縮比を最適圧縮比に向けて変更するためにモータが駆動されることになる。そのため、機械圧縮比を最適圧縮比に変更したことによって得られる燃費向上効果が、モータを駆動することによって消費される燃料量（モータ駆動損失）に見合わない場合であっても、機械圧縮比を最適圧縮比に向けて変更するためにモータが駆動されることになる。したがって、機械圧縮比を高圧縮比側に変化させても所望の燃費向上効果を得ることができないおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることによって所望の燃費向上効果を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、モータを駆動することによって機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、機械圧縮比を目標圧縮比に制御する圧縮比制御部を備える。そして圧縮比制御部は、機関運転状態に基づいて、当該機関運転状態での最適圧縮比を算出する最適圧縮比算出部と、最適圧縮比が目標圧縮比よりも高いときに、モータを駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる目標圧縮比よりも高い変更許可圧縮比を算出する変更許可圧縮比算出部と、最適圧縮比が目標圧縮比よりも高い場合は、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上となったときに、目標圧縮比を当該変更許可圧縮比に変更する目標圧縮比変更部と、を備えるように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、モータを駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる場合に限り、目標圧縮比を変更して機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることができる。そのため、機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることで所望の燃費向上効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、可変圧縮比機構の分解斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。
【図４】図４は、可変バルブタイミング機構の概略構成図である。
【図５】図５は、可変バルブタイミング機構の動作について説明する図である。
【図６Ａ】図６Ａは、機械圧縮比について説明する図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実圧縮比について説明する図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、膨張比について説明する図である。
【図７】図７は、理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。
【図８】図８は、機関本体の運転領域を示す図である。
【図９】図９は、機関回転速度を一定とした場合の機関負荷に応じた吸入空気量、吸気弁閉時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比、及びスロットル開度の各変化を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態による圧縮比制御について説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態による変更許可圧縮比算出処理の内容について説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は、機関回転速度と現状目標圧縮比とに基づいて、加算値を算出するための加算値マップを示す図である。
【図１３】図１３は、フラグＦ１の設定制御について説明するフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第１実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図１５】図１５は、図１４において破線で囲まれた部分の拡大図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態によるモータ制御について説明するフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第２実施形態による速度切替圧縮比算出処理の内容について説明するフローチャートである。
【図１８】図１８は、機関回転速度と現状目標圧縮比とに基づいて、減算値を算出するための減算値マップを示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第２実施形態によるモータ制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の第１実施形態で実施される圧縮比制御の問題点について説明する図である。
【図２１】図２１は、本発明の第３実施形態による変更許可圧縮比算出処理の内容について説明するフローチャートである。
【図２２】図２２は、単位燃料消費量マップを示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の第３実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。
【００１１】
図１に示すように、内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に取り付けられたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に取り付けられたクランクケース４と、クランクケース４の下部に取り付けられたオイルパン５と、を備える。
【００１３】
シリンダブロック２には、複数のシリンダ（気筒）６が形成される。シリンダ６の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ６の内部を往復運動するピストン７が収められる。ピストン７は、コンロッド８を介してクランクケース４内に回転可能に支持されたクランクシャフト９と連結されており、クランクシャフト９によってピストン７の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３、シリンダ６及びピストン７によって区画された空間が燃焼室１０となる。
【００１４】
シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面（図中右側）に開口すると共に燃焼室１０に開口する吸気ポート１１と、シリンダヘッド３の他方の側面（図中左側）に開口すると共に燃焼室１０に開口する排気ポート１２と、が形成される。
【００１５】
またシリンダヘッド３には、後述する吸気マニホールド２３の各吸気枝管２３ｂに取り付けられた燃料噴射弁１７から噴射された燃料と、空気と、の混合気を燃焼室１０内で点火するための点火プラグ１８が、燃焼室１０に臨むように取り付けられる。なお、燃料噴射弁１７は、燃焼室１０内に直接燃料を噴射することができるようにシリンダヘッド３に取り付けてもよい。
【００１６】
またシリンダヘッド３には、燃焼室１０と吸気ポート１１との開口を開閉するための吸気弁１３と、吸気弁１３を開閉駆動するための吸気動弁装置４０と、が設けられる。吸気動弁装置４０は、気筒列方向に延びる吸気カムシャフト４１と、吸気カムシャフト４１に固定された吸気カム４２と、吸気カム４２と接触して吸気弁を押し下げるタペット４３と、吸気カムシャフト４１の一端部に設けられて吸気弁１３の閉弁時期（以下「吸気弁閉時期」という。）を変更することができる可変バルブタイミング機構Ｂと、を備える。可変バルブタイミング機構Ｂの詳細については、図５及び図６を参照して後述する。
【００１７】
さらにシリンダヘッドには、燃焼室１０と排気ポート１２との開口を開閉するための排気弁１４と、排気弁１４を開閉駆動するための排気動弁装置９０と、が設けられる。排気動弁装置９０は、気筒列方向に延びる排気カムシャフト９１と、排気カムシャフト９１に固定された排気カム９２と、排気カム９２と接触して吸気弁を押し下げるタペット９３と、を備える。
【００１８】
また本実施形態による機関本体１は、シリンダブロック２とクランクケース４との連結部に可変圧縮比機構Ａを備える。本実施形態による可変圧縮比機構Ａは、シリンダブロック２とクランクケース４とのシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を変更するものである。シリンダブロック２とクランクケース４との連結部には、シリンダブロック２とクランクケース４との相対位置関係を検出するための相対位置センサ２１１が取り付けられており、この相対位置センサ２１１からはシリンダブロック２とクランクケース４との間隔の変化を示す出力信号が出力される。相対位置センサ２１１の出力信号は、対応するＡＤ変換器２０７を介して電子制御ユニット２００に入力されている。電子制御ユニット２００は、相対位置センサ２１１の出力信号に基づいて、機関本体１の機械圧縮比を検出する。可変圧縮比機構Ａの詳細については、図２及び図３を参照して後述する。
【００１９】
吸気装置２０は、吸気ポート１１を介してシリンダ６内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、吸気マニホールド２３と、電子制御式のスロットル弁２４と、スロットルセンサ２１２と、エアフローメータ２１３と、吸気圧センサ２１４と、を備える。
【００２０】
エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
【００２１】
吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに連結される。
【００２２】
吸気マニホールド２３は、サージタンク２３ａと、サージタンク２３ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート１１の開口に連結される複数の吸気枝管２３ｂと、を備える。サージタンク２３ａに導かれた空気は、吸気枝管２３ｂを介して各シリンダ６内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２３及び吸気ポート１１が、各シリンダ６内に空気を導くための吸気通路を形成する。
【００２３】
スロットル弁２４は、吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２４は、スロットルアクチュエータ（図示せず）によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータによってスロットル弁２４の開度（以下「スロットル開度」という。）を調整することで、各シリンダ６内に吸入される空気の流量を調整することができる。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。
【００２４】
エアフローメータ２１３は、スロットル弁２４よりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１３は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸入吸気量」という。）を検出する。
【００２５】
吸気圧センサ２１４は、サージタンク２３ａ内に設けられる。吸気圧センサ２１４は、サージタンク２３ａ内の圧力を検出する。
【００２６】
排気装置３０は、燃焼室１０内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気後処理装置３２と、排気管３３と、空燃比センサ２１５と、を備える。
【００２７】
排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート１２の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて１本にまとめた集合管と、を備える。
【００２８】
排気後処理装置３２は、排気マニホールド３１の集合管に連結される。排気後処理装置３２は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の触媒（例えば三元触媒）を担体に担持させたものである。
【００２９】
排気管３３は、一端が排気後処理装置３２に連結され、他端が開口端となっている。各シリンダ６から排気ポート１２を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気後処理装置３２及び排気管３３を流れて外気に排出される。
【００３０】
空燃比センサ２１５は、排気マニホールド３１の集合管に設けられ、排気の空燃比を検出する。
【００３１】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３２】
入力ポート２０５には、前述した相対位置センサ２１１やスロットルセンサ２１２、エアフローメータ２１３、吸気圧センサ２１４、空燃比センサ２１５などの出力信号の他、機関本体１を冷却する冷却水の温度を検出するための水温センサ２１６などからの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフト９が例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。さらに入力ポート２０５には、吸気カムシャフトの回転角度を表す信号を発生するカムポジションセンサ２１９の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００３３】
出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁１７や点火プラグ１８、可変圧縮比機構Ａ、可変バルブタイミング機構Ｂなどの各制御部品が電気的に接続される。
【００３４】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。
【００３５】
図２は、本実施形態による可変圧縮比機構Ａの分解斜視図である。
【００３６】
図２に示すように、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０には断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース４の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合する複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。
【００３７】
また可変圧縮比機構Ａは、一対のカムシャフト５４，５５を備えており、各カムシャフト５４，５５上には、所定の間隔を空けて各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が固定されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７（図３Ａ〜図３Ｃ参照）が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示されるようにこれら円形カム５６は各円形カム５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。
【００３８】
各カムシャフト５４，５５の一端部には、制御軸６０に設けられた一対のウォーム６１，６２とそれぞれ噛み合うウォームホイール６３，６４が取り付けられている。一対のウォーム６１，６２は、各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることができるように、螺旋方向が逆向きとなっている。制御軸６０は、モータ６５によって回転させられ、モータ６５を回転させて各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることで、図３Ａから図３Ｃに示すように、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が変更させられる。カムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ２２１が取付けられており、カム回転角度センサ２２１の出力信号は対応するＡＤ変換器２０７を介して電子制御ユニット２００に入力されている。以下、図３Ａから図３Ｃを参照して可変圧縮比機構Ａの動作について説明する。
【００３９】
図３Ａから図３Ｃは、可変圧縮比機構Ａの動作について説明する図である。
【００４０】
図３Ａは、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最大にされている状態、すなわち機械圧縮比が最小にされている状態の図である。図３Ｂは、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最大と最少との間にされている状態、すなわち機械圧縮比が最小と最大との間にされている状態の図である。図３Ｃは、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最少にされている状態、すなわち機械圧縮比が最大にされている状態の図である。
【００４１】
図３Ａに示す状態から各カムシャフト５４，５５上に固定された円形カム５８を、図３Ａにおいて矢印で示されるように互いに反対方向に回転させると、偏心軸５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転する。これにより図３Ｂに示すように、偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印で示される方向に回転させると、図３（Ｃ）に示すように偏心軸５７は最も低い位置となる。
【００４２】
なお図３Ａから図３Ｃには、それぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。
【００４３】
図３Ａから図３Ｃを比較するとわかるように、クランクケース４とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃ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４から離間側に移動する。すなわち、本実施形態による可変圧縮比機構Ａは、回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース４とシリンダブロック２間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２がクランクケース４から離れるとピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積は増大する。このように、各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を変更することができる。
【００４４】
なお、図１及び図２に示す可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであって、例えば前述した従来の内燃機関（特開２００６−５２６９７号公報に記載された内燃機関）のように、一端がピストンピンを介してピストンに連結されるアッパリンクと、アッパリンクの他端及びクランクシャフトのクランクピンに連結されるロアリンクと、クランクシャフトと略平行に配置した制御軸と、一端が制御軸に揺動可能に連結されるとともに、他端がロアリンクに連結されるコントロールリンクと、を備え、制御軸をモータによって回転させることでピストン上死点位置を変化させ、機械圧縮比を変更することができるような構成としても良い。
【００４５】
図４は、吸気カムシャフト４１の一端部に設けられている本実施形態による可変バルブタイミング機構Ｂの概略構成図である。
【００４６】
図４に示すように、可変バルブタイミング機構Ｂは、クランクシャフト９によってタイミングベルトを介して矢印方向に回転させられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、吸気カムシャフト４１と一緒に回転し、かつ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５と、を備える。各ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。
【００４７】
各油圧室７６，７７への作動油の供給制御は、電子制御ユニット２００によって駆動される作動油供給制御弁７８によって行われる。作動油供給制御弁７８は、各油圧室７６，７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９，８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３，８４と、各ポート７９，８０，８２，８３，８４間の連通遮断制御を行うスプール弁８５と、を備える。
【００４８】
吸気カムシャフト４１の吸気カム４２の位相を進角すべきときは、図４においてスプール弁８５が右方に移動させられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用油圧室７６に供給されると共に、遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印方向に相対回転させられる。
【００４９】
これに対し、吸気カムシャフト４１の吸気カム４２の位相を遅角すべきときは、図４においてスプール弁８５が左方に移動させられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に、進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転させられる。
【００５０】
回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転させられているときにスプール弁８５が図４に示される中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止させられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。このようにして、可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気カムシャフト４１の吸気カム４２の位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。
【００５１】
図５は、可変バルブタイミング機構Ｂの動作について説明する図である。
【００５２】
図５の実線は、可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気カムシャフト４１の吸気カム４２の位相が最も進角されているときのリフトカーブを示しており、図４の破線は、吸気カムシャフト４１の吸気カム４２の位相が最も遅角されているときのリフトカーブを示している。従って吸気弁１３の開弁期間は図４において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、吸気弁閉時期も図４において矢印Ｃで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。
【００５３】
すなわち可変バルブタイミグ機構Ｂによって、吸気弁閉時期を、吸気カムシャフト４１の吸気カム４２の位相が最も進角されているときの閉弁時期（以下「進角側限界閉時期」という。）から吸気カムシャフト４１の吸気カム４２の位相が最も遅角されているときの閉弁時期（以下「遅角側限界閉時期」という。）までの任意の時期に変更することができる。
【００５４】
なお、図１及び図４に示す可変バルブタイミング機構Ｂは一例を示すものであって、例えば吸気弁開時期を一定に維持したまま吸気弁閉時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。
【００５５】
次に図６Ａから図６Ｃを参照して、本明細書で使用する機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比という各用語の意味について説明する。なお、図６Ａから図６Ｃには、各用語の説明のために燃焼室容積が５０ｍｌでピストン７の行程容積が５００ｍｌである機関本体１が示されており、これら図６Ａから図６Ｃにおいて燃焼室容積とはピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を表している。
【００５６】
図６Ａは機械圧縮比について説明する図である。
【００５７】
機械圧縮比は、圧縮行程時のピストン７の行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６Ａに示される例では、機械圧縮比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。
【００５８】
図６Ｂは実圧縮比について説明する図である。
【００５９】
実圧縮比は、実際に圧縮作用が開始されたときからピストン７が上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であって、（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。すなわち図６Ｂに示すように、圧縮行程においてピストン７が上昇を開始しても吸気弁１３が開弁している間は、圧縮作用は行われず、吸気弁１３が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の通り表される。図６Ｂに示される例では、実圧縮比は（５０ｍｌ＋４５０ｍｌ）／５０ｍｌ＝１０となる。
【００６０】
図６Ｃは膨張比について説明する図である。
【００６１】
膨張比は、膨張行程時のピストン７の行程容積と燃焼室容積から定まる値であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６Ｃに示される例では、膨張比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。
【００６２】
図７は、理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。
【００６３】
図７における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。したがって、通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比はある程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。
【００６４】
一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果、理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比が与える影響は比較的小さいことがわかった。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが、圧縮に必要なエネルギが大きくなり、結果として実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならないことがわかった。
【００６５】
これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストン７に対し押下げ力が作用する期間が長くなり、ピストン７がクランクシャフト９に回転力を与えている期間が長くなる。したがって、膨張比を大きくするほど理論熱効率が高くなる。図７の破線ε＝１０は実圧縮比を１０に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図７に実線で示す実圧縮比が膨張比と共に増大していく場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。
【００６６】
このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、従って実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大幅に高めることができる。そして一般的に、内燃機関は機関負荷が低いときほど熱効率が悪くなる傾向にあるので、機関運転時における熱効率を向上させて燃費を向上させるためには、機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが有効である。
【００６７】
以下、図８及び図９を参照して、本実施形態による可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂの基本的な制御について説明する。
【００６８】
図８は、機関本体１の運転領域を示す図である。以下では便宜上、機関本体１の運転領域を第１負荷ラインと第２負荷ラインとによって三等分したときの第１負荷ライン以下の領域を低負荷領域という。第２負荷ライン以下の領域であって低負荷領域を除く領域を中負荷領域という。第２負荷ラインよりも機関負荷の高い領域を高負荷領域という。図９は、図８において機関回転速度を一定とした場合の機関負荷に応じた吸入空気量、吸気弁閉時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比、及びスロットル開度の各変化を示す図である。
【００６９】
電子制御ユニット２００は、機関回転速度と機関負荷とに基づいて定まる機関運転状態が、図８に示す中負荷領域内のやや第１負荷ライン側に存在する負荷ラインＬ１以下の領域にあるときは、図９に示すように吸気弁閉時期を吸気下死点から最も遅角させた遅角側限界閉時期に固定し、スロットル弁２４によって吸入空気量を制御すると共に、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定する。なお上限機械圧縮比とは、燃焼室容積が最少にされているとき（図３Ｃの状態）の機械圧縮比である。
【００７０】
このように電子制御ユニット２００は、機関運転状態が負荷ラインＬ１以下の領域にあるときは、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定することで膨張比を最大膨張比に維持し、吸気弁閉時期を遅角側限界閉時期に固定することで実圧縮比をノッキングやプレイグニッションが発生しない所定の基準圧縮比（本実施形態では１１）に維持する。
【００７１】
図６Ａから図６Ｃに示した機関本体１に適用した場合、吸気弁閉時期を遅角側限界閉時期に固定することで、例えば実際のピストン行程容積が５００ｍｌから２００ｍｌになっており、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定することで、例えば燃焼室容積が５０ｍｌから２０ｍｌになっている。したがって、図６Ａから図６Ｃに示した機関本体１では、機関運転状態が低負荷領域にあるときは、実圧縮比が（２０ｍｌ＋２００ｍｌ）／２０ｍｌ＝１１となっており、膨張比が（２０ｍｌ＋５００ｍｌ）／２０ｍｌ＝２６となっている。
【００７２】
これにより負荷ラインＬ１以下の領域内においては、実圧縮比をノッキングが発生しない基準圧縮比に維持しつつ、膨張比を最大膨張比に維持することができるので、ノッキングの発生を抑制しつつ理論熱効率を大幅に高めることができる。
【００７３】
そして電子制御ユニット２００は、機関運転状態が負荷ラインＬ１以下の領域にあるときは、吸入空気量が機関負荷に応じた目標吸入空気量となるようにスロットル弁２４を制御している。具体的には図９に示すように、機関回転速度が一定であるとすると、機関負荷が図８に示す負荷ラインＬ１上のＡ点に存在するときにスロットル弁２４が全開となるように、機関負荷が高くなるほどスロットル開度を大きくしている。そのため、機関負荷が負荷ラインＬ１よりも高くなると、もはやスロットル弁２４で吸入空気量を制御できなくなる。そこで機関負荷が負荷ラインＬ１よりも高くなったときは、吸気弁閉時期を遅角側限界閉時期から吸気下死点側に進角させることで、吸入空気量を増大させる。
【００７４】
すなわち電子制御ユニット２００は、機関運転状態が負荷ラインＬ１よりも高い領域にあるときは、スロットル弁２４を全開に固定し、可変バルブタイミング機構Ｂによって吸入空気量を制御すると共に、実圧縮比が基準圧縮比に維持されるように機械圧縮比を上限機械圧縮比から低下させる。
【００７５】
具体的には、図９に示すように電子制御ユニット２００は、機関回転速度が一定であるとすると、機関負荷が図８に示す全負荷ライン上のＢ点に存在するときに吸気弁閉時期が進角側限界閉時期となるように、機関負荷が高くなるほど吸気弁閉時期を遅角側限界閉時期から吸気下死点側に進角させることで吸入空気量を増大させる。そして電子制御ユニット２００は、実圧縮比が基準圧縮比に維持されるように、機関負荷が高くなるほど機械圧縮比を上限機械圧縮比から低下させる。
【００７６】
図６Ａから図６Ｃに示した機関本体１において、吸気弁閉時期を遅角側限界閉時期から吸気下死点側に進角させることで、例えば実際のピストン行程容積が５００ｍｌから４００ｍｌになったとすると、実圧縮比を所定の基準圧縮比（本実施形態では１１）に維持するために、電子制御ユニット２００は燃焼室容積が４０ｍｌとなるように機械圧縮比を低下させる。
【００７７】
このように、負荷ラインＬ１よりも高い領域内においては、吸気弁閉時期が進角側限界閉時期に向けて制御され、吸気弁閉時期に応じて変化する実圧縮比を基準圧縮比に維持するために、機械圧縮比が上限機械圧縮比よりも小さくされる。そのため、負荷ラインＬ１よりも高い領域内においても、膨張比が最大膨張比よりも小さくなるものの、引き続き膨張比を実圧縮比よりも高い値に維持した状態で機関本体１を運転させることができる。よって、負荷ラインＬ１よりも高い領域内においても、ノッキングの発生を抑制しつつ理論熱効率を高めることができる。また、負荷ラインＬ１よりも高い領域ではスロットル弁２４が全開に固定されているので、ポンピング損失をほぼゼロにすることができる。
【００７８】
このように本実施形態では、機関運転状態に基づいて可変圧縮比機構Ａと可変バルブタイミング機構Ｂとを協調的に制御することで、全運転領域で実圧縮比をノッキングが発生しない基準圧縮比に維持しつつ、実圧縮比よりも膨張比を高めた状態で機関本体１を運転させている。
【００７９】
続いて、本実施形態による可変圧縮比機構Ａの詳細な制御について説明する。
【００８０】
可変圧縮比機構Ａを備える内燃機関１００の場合、ノッキングの発生を抑制しつつ、理論熱効率を最も高めた状態で機関本体１を運転させることができる機械圧縮比（以下「最適圧縮比」という。）が、機関運転状態ごとに存在する。この最適圧縮比は、換言すれば、或る機関運転状態において、燃費が最も良くなると考えられる機械圧縮比である。
【００８１】
ここで電子制御ユニット２００は、機械圧縮比が目標圧縮比となるように、可変圧縮比機構Ａを制御している。したがって、目標圧縮比を最適圧縮比に設定して、機械圧縮比が機関運転状態に応じた最適圧縮比となるように可変圧縮比機構Ａを制御するのが望ましいとも考えられる。
【００８２】
しかしながら、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比を変更するためには、モータ６５を駆動して制御軸６０を回転させる必要があり、その際にはモータ６５を駆動するための電力が消費される。このモータ６５を駆動するときに消費される電力は、機関本体１の動力によって発電されてバッテリに蓄えられた電力である。したがってモータ６５を駆動したときは、その際に消費される電力を発電するために必要な動力分の燃料が消費されたということができる。
【００８３】
機関運転状態の変化に伴って最適圧縮比が高圧縮比側に変化した場合において、最適圧縮比の変化量（増加量）が少ないときは、機械圧縮比を最適圧縮比に制御して理論熱効率を高めたとしても理論熱効率の上昇量は小さく、したがって理論熱効率を高めたことによって得られる燃費向上効果も小さい。そのため、最適圧縮比の増加量が少ないときは、機械圧縮比を最適圧縮比に制御して理論熱効率を高めたとしても、理論熱効率を高めたことによって得られる燃費向上効果が、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量に見合わないことがある。すなわち、最適圧縮比の変化量が少ないにもかかわらず、そのたびに機械圧縮比を最適圧縮比に制御すると、例えば最適圧縮比が頻繁に上下動したときなどは、機械圧縮比を最適圧縮比に制御して理論熱効率を高めたとしても、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量の影響が大きくなってかえって燃費が悪化し、所望の燃費向上効果を得られないことがある。
【００８４】
そこで本実施形態では、機関運転状態の変化に伴って最適圧縮比が高圧縮比側に変化した場合には、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる場合に限り、目標圧縮比を変更して機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることとした。
【００８５】
以下、図１０から図１３を参照して、この本実施形態による圧縮比制御の内容について説明する。
【００８６】
図１０は、本実施形態による圧縮比制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期Δｔ（例えば１０[ｍｓ]）で繰り返し実行する。
【００８７】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【００８８】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップ等を参照し、機関運転状態に基づいて最適圧縮比を算出する。本実施形態では、機関運転状態が図８の負荷ラインＬ１以下の運転領域内にあるときは、上限機械圧縮比が最適圧縮比とされる。また機関運転状態が図８の負荷ラインＬ１より高い運転領域内にあるときは、上限機械圧縮比よりも低い機械圧縮比が最適圧縮比とされる。
【００８９】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、本ルーチンとは別途に機関運転中に随時設定しているフラグＦ１の値を読み込み、フラグＦ１が１に設定されているか否かを判定する。フラグＦ１は、初期値が０に設定されているフラグであって、機関運転状態の変化に伴って最適圧縮比が増加し始めたときに１に設定され、最適圧縮比が減少し始めたときに０に戻される。電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が１に設定されていれば、ステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が０に設定されていれば、ステップＳ９の処理に進む。なお、フラグＦ１の設定制御については、図１３を参照して後述する。
【００９０】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、変更許可圧縮比算出処理を実施する。変更許可圧縮比算出処理は、目標圧縮比を現在の目標圧縮比（以下「現状目標圧縮比」という。）よりも高い目標圧縮比に変更する場合において、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる、現状目標圧縮比よりも高圧縮比側の機械圧縮比（以下「変更許可圧縮比」という。）を算出するための処理である。変更許可圧縮比算出処理の詳細な内容については、図１１を参照して後述する。
【００９１】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上であれば、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られると判断してステップＳ６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が変更許可圧縮比未満であれば、機械圧縮比を最適圧縮比に制御しても所期の燃費向上効果が得られないと判断してステップＳ７の処理に進む。
【００９２】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、目標圧縮比を変更許可圧縮比に設定する。
【００９３】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、目標圧縮比を変化させず、目標圧縮比を現状目標圧縮比のままとする。
【００９４】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、機械圧縮比が目標圧縮比となるように、可変圧縮比機構Ａを制御する。このとき本実施形態では、モータ６５の回転速度（以下「モータ回転速度」という。）が最高回転速度となるようにモータ６５を制御している。これにより、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られると判断された場合には、機械圧縮比を目標圧縮比に向けて素早く制御することができるので、理論熱効率を高めることによる燃費向上効果を素早く得ることができる。
【００９５】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が現状目標圧縮比未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が現状目標圧縮比未満であれば、ステップＳ１０の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が現状目標圧縮比よりも高ければ、ステップＳ１１の処理に進む。
【００９６】
ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、目標圧縮比を最適圧縮比に設定する。
【００９７】
ステップＳ１１において電子制御ユニット２００は、目標圧縮比を変化させず、目標圧縮比を現状目標圧縮比のままとする。
【００９８】
図１１は、本実施形態による変更許可圧縮比算出処理の内容について説明するフローチャートである。
【００９９】
ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、図１２の加算値マップを参照し、機関回転速度と、現状目標圧縮比と、に基づいて、現状目標圧縮比に加算して変更許可圧縮比を算出するための加算値Ａを算出する。
【０１００】
加算値マップは、機関回転速度が同じであれば、現状目標圧縮比が高いときほど加算値Ａが大きくなるように構成されている。すなわち加算値マップは、現状目標圧縮比が高いときほど、目標圧縮比の変更が行われ難くなるように構成されている。
【０１０１】
これは、仮に機械圧縮比を高圧縮比側に変化させる際の変化量が同じであるとすると、機械圧縮比が相対的に低い状態から機械圧縮比を高圧縮比側に変化させた際の理論熱効率の上昇量に対して、機械圧縮比が相対的に高い状態から機械圧縮比を高圧縮比側に変化させた際の理論熱効率の上昇量は小さくなるためである。すなわち、現状目標圧縮比から高圧縮比側に目標圧縮比を変更する場合には、現状目標圧縮比が高いときほど、現状目標圧縮比から高圧縮比側に大きく圧縮比を変化させなければ、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量に見合う燃費向上効果を得ることができないためである。
【０１０２】
また加算値マップは、現状目標圧縮比が同じであれば、機関回転速度が高いときほど加算値Ａが大きくなるように構成されている。すなわち加算値マップは、機関回転速度が高いときほど、目標圧縮比の変更が行われ難くなるように構成されている。
【０１０３】
これは、機関回転速度が高い状態のまま機関本体１の運転が行われる時間は短い場合が多く、機関回転速度が高くなったために機械圧縮比を高圧縮比側に変更したときは、短時間で機械圧縮比を低圧縮比側に変更しなければならない場合が多いためである。すなわち、機械圧縮比を高圧縮比に維持して機関本体１の運転を行う時間が短いと、機械圧縮比を一時的に高くして理論熱効率を高めたとしても、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量に見合う燃費向上効果を得ることができないためである。
【０１０４】
なお本実施形態では、機関回転速度と現状目標圧縮比とに基づいて加算値Ａを算出しているが、機関回転速度及び現状目標圧縮比の一方に基づいて加算値Ａを算出するようにしても良い。
【０１０５】
ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、現状目標圧縮比に加算値Ａを加算して変更許可圧縮比を算出する。
【０１０６】
図１３は、フラグＦ１の設定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期Δｔ（例えば１０[ｍｓ]）で繰り返し実行する。
【０１０７】
ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【０１０８】
ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、前述した図１０のステップＳ２と同様に、予め実験等によって作成されたマップ等を参照し、機関運転状態に基づいて最適圧縮比を算出する。
【０１０９】
ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が０に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が０に設定されていれば、ステップＳ３４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が１に設定されていれば、ステップＳ３６の処理に進む。
【０１１０】
ステップＳ３４において、電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が増加し始めたか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、今回の処理で算出された最適圧縮比が、前回の処理で算出された最適圧縮比よりも高くなっていれば、最適圧縮比が増加し始めたと判定する。電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が増加し始めていればステップＳ３５の処理に進む。電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が増加し始めていなければ今回の処理を終了する。
【０１１１】
ステップＳ３５において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ１を１に設定する。
【０１１２】
ステップＳ３６において、電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が低下し始めたか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、今回の処理で算出された最適圧縮比が、前回の処理で算出された最適圧縮比よりも低くなっていれば、最適圧縮比が低下し始めたと判定する。電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が低下し始めていればステップＳ３７の処理に進む。電子制御ユニット２００は、最適圧縮比が低下し始めていなければ今回の処理を終了する。
【０１１３】
ステップＳ３７において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ１を０に戻す。
【０１１４】
以下、図１４及び図１５を参照して、この本実施形態による圧縮比制御の動作について説明する。図１４は、本実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートである。図１５は、図１４において破線で囲まれた部分の拡大図である。
【０１１５】
図１４において、時刻ｔ１以前は、機関本体１を始動させた後のアイドル運転状態であるものとする。なお本実施形態では、機関本体１の停止時に機械圧縮比が上限機械圧縮比となるように可変圧縮機構Ａを制御しており、機関本体１を始動するときには目標圧縮比を上限機械圧縮比に設定して機関本体１を始動させている。
【０１１６】
図１４に示すように、時刻ｔ１でアクセルペダルが踏み込まれた後は、アクセル踏込量に応じて機関運転状態が変化し、機関運転状態に応じて最適圧縮比が変化する。
【０１１７】
具体的には、時刻ｔ２までは、アクセル踏込量が少なく（機関負荷が低く）、機関運転状態が図８の負荷ラインＬ１以下の領域にあるため、最適圧縮比は上限機械圧縮比となる。時刻ｔ２以降、機関運転状態が負荷ラインＬ１よりも高い領域に入ると、時刻ｔ３でアクセル踏込量が一定となって機関運転状態が一定となるまで、アクセル踏込量の増加（機関負荷の増加）に伴って、最適圧縮比が上限機械圧縮比から低下していく。
【０１１８】
このとき、機関本体１を始動してから最適圧縮比が増加し始める時刻ｔ４までは、フラグＦ１は初期値の０に設定されている。フラグＦ１が０に設定されているときは、最適圧縮比が現状目標圧縮比よりも高くなっているとき以外は、最適圧縮比が目標圧縮比となる。そのため、図１４に示すように時刻ｔ４までは、実際の機械圧縮比（以下「実機械圧縮比」という。）が最適圧縮比に一致するように可変圧縮比機構Ａが制御される。
【０１１９】
時刻ｔ４以降、アクセル踏込量が減少すると、機関負荷の低下に伴って最適圧縮比が増加していく。これにより、フラグＦ１が１に設定される。
【０１２０】
フラグＦ１が１に設定されると、図１５に示すように、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上となるまで、目標圧縮比が現状目標圧縮比に維持される。
【０１２１】
すなわち、図１５において、時刻ｔ４で最適圧縮比が増加し始めてフラグＦ１が１に設定されると、現状目標圧縮比ｔε１等に基づいて加算値Ａ１が算出される。そして、最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε１に加算値Ａ１を加算した変更許可圧縮比εｌｉｍ１以上になるまで、目標圧縮比が現状目標圧縮比ｔε１に維持される。
【０１２２】
時刻ｔ４１で、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１に変更され、実機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。
【０１２３】
また時刻ｔ４１で、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１に変更されると、時刻ｔ４１以降は、現状目標圧縮比ｔε２（＝εｌｉｍ１）等に基づいて加算値Ａ２が算出される。そして、最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε２に加算値Ａ２を加算した変更許可圧縮比εｌｉｍ２以上になるまで、目標圧縮比が現状目標圧縮比ｔε２に維持される。
【０１２４】
時刻ｔ４２で、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２に変更され、実機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。なお、現状目標圧縮比ｔε２は現状目標圧縮比ｔε１よりも高いので、加算値Ａ２は基本的に加算値Ａ１よりも大きい値となる。
【０１２５】
また時刻ｔ４２で、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２に変更されると、時刻ｔ４２以降は、現状目標圧縮比ｔε３（＝εｌｉｍ２）等に基づいて加算値Ａ３が算出される。そして、最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε３に加算値Ａ３を加算した変更許可圧縮比εｌｉｍ３以上になるまで、目標圧縮比が現状目標圧縮比ｔε３に維持される。
【０１２６】
時刻ｔ４３で、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３に変更され、実機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。なお、現状目標圧縮比ｔε３は現状目標圧縮比ｔε２よりも高いので、加算値Ａ３は基本的に加算値Ａ２よりも大きい値となる。
【０１２７】
時刻ｔ４３で、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３に変更されると、現状目標圧縮比ｔε４（＝εｌｉｍ３）等に基づいて加算値Ａ４が算出される。そして、最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε４に加算値Ａ４を加算した変更許可圧縮比εｌｉｍ４以上になるまで、目標圧縮比が現状目標圧縮比ｔε４に維持される。
【０１２８】
このとき図１４及び図１５に示す例では、時刻ｔ５で、アクセル踏込量が一定となって機関運転状態が一定となる。そのため、時刻ｔ５で最適圧縮比の増加が止まり、最適圧縮比が一定となる。その結果、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ４以上とならないので、目標圧縮比は現状目標圧縮比ｔε４（＝εｌｉｍ３）に維持されたままとなる。
【０１２９】
このように、本実施形態による圧縮比制御では、機関運転状態の変化に伴って最適圧縮比が高圧縮比側に変化したときは、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上となったときに限り目標圧縮比が変更許可圧縮比に変更される。これにより、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる場合に限り、目標圧縮比を変更して実機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることができる。
【０１３０】
時刻ｔ６以降、アクセル踏込量が増加すると、機関負荷の増加に伴って最適圧縮比が低下していく。これにより、フラグＦ１が０に戻される。
【０１３１】
これにより、時刻ｔ６以降は、時刻ｔ６１において最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε４に低下するまでは、目標圧縮比は現状目標圧縮比ｔε４に維持される。そして、時刻ｔ６１以降は、最適圧縮比が目標圧縮比となり、実機械圧縮比が最適圧縮比に一致するように可変圧縮比機構Ａが制御される。
【０１３２】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、モータ６５を駆動することによって機関本体１の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構Ａと、を備える内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、機械圧縮比を目標圧縮比に制御する圧縮比制御部を備える。そして圧縮比制御部は、機関運転状態に基づいて、当該機関運転状態での最適圧縮比を算出する最適圧縮比算出部と、最適圧縮比が目標圧縮比よりも高いときに、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる目標圧縮比よりも高い変更許可圧縮比を算出する変更許可圧縮比算出部と、最適圧縮比が目標圧縮比よりも高い場合は、最適圧縮比が前記変更許可圧縮比以上となったときに、目標圧縮比を当該変更許可圧縮比に変更する目標圧縮比変更部と、を備えるように構成されている。
【０１３３】
これにより、機関運転状態の変化に伴って最適圧縮比が高圧縮比側に変化したときは、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上となったときに限り目標圧縮比が変更許可圧縮比に変更される。そのため、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を考慮しても燃費向上効果が得られる場合に限り、目標圧縮比を変更して機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることができる。そのため、機械圧縮比を高圧縮比側に変化させることで所望の燃費向上効果を得ることができる。また、モータ６５が頻繁に駆動されることによって生じるモータ６５の劣化も抑制することができる。
【０１３４】
また本実施形態では、変更許可圧縮比算出部が、目標圧縮比に加算して変更許可圧縮比を算出するための加算値Ａを算出する加算値算出部を備えるように構成されている。そして加算値算出部が、目標圧縮比が低いときに比べて高いときほど加算値Ａを大きくするように構成されている。
【０１３５】
現状目標圧縮比から高圧縮比側に目標圧縮比を変更する場合には、現状目標圧縮比が高いときほど、現状目標圧縮比から高圧縮比側に大きく圧縮比を変化させなければ、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量に見合う燃費向上効果を得ることができない。すなわち、現状目標圧縮比が高いときほど、現状目標圧縮比対して変更許可圧縮比が高くなる傾向にある。したがって、本実施形態のように目標圧縮比に加算値Ａを加算した変更許可圧縮比を算出するにあたって、目標圧縮比が低いときに比べて高いときほど加算値を大きくすることで、このような傾向に合わせた適切な変更許可圧縮比を算出することができる。したがって、目標圧縮比を変更許可圧縮比に変更することで、燃費向上効果を確実に得ることができる。
【０１３６】
また本実施形態では、加算値算出部が、機関回転速度が低いときに比べて高いときほど、加算値Ａを大きくするようにさらに構成されている。
【０１３７】
機関回転速度が高い状態のまま機関本体１の運転が行われる時間は短い場合が多く、機関回転速度の上昇に伴って最適圧縮比が高圧縮比側に変化したとしても、短時間で最適圧縮比が低圧縮比側に変化する場合が多い。機械圧縮比を高圧縮比に維持して機関本体１の運転を行う時間が短いと、機械圧縮比を一時的に高くして理論熱効率を高めたとしても、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量に見合う燃費向上効果を得ることができない場合がある。したがって、本実施形態のように目標圧縮比に加算値Ａを加算した変更許可圧縮比を算出するにあたって、機関回転速度が低いときに比べて高いときほど加算値Ａを大きくすることで、機関回転速度が高いときには目標圧縮比の変更が行われ難くすることができる。そのため、機関回転速度の一時的な上昇によって目標圧縮比が変更されるのを抑制できるので、燃費の悪化を抑制することができる。
【０１３８】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、機械圧縮比を高圧縮比側に変更するときのモータ６５の回転速度（モータ回転速度）を、機械圧縮比が目標圧縮比にある程度まで近づいたら低下させる点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１３９】
前述した第１実施形態では、目標圧縮比が高圧縮比側に変更されて、機械圧縮比を高圧縮比側に変更するときは、モータ回転速度を最高回転速度として、機械圧縮比を目標圧縮比（変更許可圧縮比）に向けて制御していた。
【０１４０】
しかしながら、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上となったときに目標圧縮比を変更許可圧縮比に変更するようにすると、図１５に示されるように目標圧縮比が段階的に変更される場合がある。そのため、機械圧縮比を高圧縮比側に変更する際のモータ回転速度を最高回転速度とすると、機械圧縮比が最終的な目標圧縮比に制御される前の段階において、駆動モータの停止、及び再駆動が繰り返される場合がある。図１５に示した例では、機械圧縮比が最終的な目標圧縮比（＝変更許可圧縮比εｌｉｍ３）に制御される前の段階において、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１、及び変更許可圧縮比εｌｉｍ２に一旦制御され、モータ６５の停止、及び再駆動が繰り返されている。
【０１４１】
ここで、駆動中のモータ６５を完全に停止させるモータ停止時や、停止中のモータ６５を駆動させるモータ再駆動時には、一時的に多量の電力が消費される。そのため、機械圧縮比を最終的な目標圧縮比に制御する前の段階において、モータ６５の停止、及び再駆動が繰り返されることは、燃費向上及びモータ６５の劣化抑制の観点から可能な限り回避することが望ましい。
【０１４２】
そこで本実施形態では、機械圧縮比を高圧縮比側に変更する際には、機械圧縮比が目標圧縮比にある程度近づくまではモータ回転速度を最高回転速度とし、機械圧縮比が目標圧縮比にある程度まで近づいた後はモータ回転速度を最高回転速度よりも低い所定の低回転速度まで低下させることとした。以下、この本実施形態によるモータ制御について説明する。
【０１４３】
図１６は、本実施形態によるモータ制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期Δｔ（例えば１０[ｍｓ]）で繰り返し実行する。
【０１４４】
ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ１を読み込み、フラグＦ１が１に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が１に設定されていればステップＳ４２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が０に設定されていれば今回の処理を終了する。
【０１４５】
ステップＳ４２において、電子制御ユニット２００は、速度切替圧縮比算出処理を実施する。速度切替圧縮比算出処理は、機械圧縮比を高圧縮比側に変更する際にモータ回転速度を最高回転速度から低回転速度に切り替える圧縮比（以下「速度切替圧縮比」という。）を算出するための処理である。速度切替圧縮比算出処理の詳細な内容については、図１７を参照して後述する。
【０１４６】
ステップＳ４３において、電子制御ユニット２００は、目標圧縮比と実機械圧縮比とが一致しているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、目標圧縮比を実機械圧縮比とが一致していればステップＳ４４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、目標圧縮比と実機械圧縮比とが一致していなければステップＳ４５の処理に進む。
【０１４７】
ステップＳ４４において、電子制御ユニット２００は、モータ６５を停止させる。
【０１４８】
ステップＳ４５において、電子制御ユニット２００は、実機械圧縮比が速度切替圧縮比未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、実機械圧縮比が速度切替圧縮比未満であればステップＳ４６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、実機械圧縮比が速度切替圧縮比以上であればステップＳ４７の処理に進む。
【０１４９】
ステップＳ４６において、電子制御ユニット２００は、モータ回転速度が最高回転速度となるように、モータ６５を制御する。
【０１５０】
ステップＳ４７において、電子制御ユニット２００は、モータ回転速度を低回転速度となるように、モータ６５を制御する。
【０１５１】
図１７は、速度切替圧縮比算出処理の内容について説明するフローチャートである。
【０１５２】
ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、図１８の減算値マップを参照し、機関回転速度と、現状目標圧縮比と、に基づいて、現状目標圧縮比から減算して速度切替圧縮比を算出するための減算値Ｂを算出する。
【０１５３】
図１８の減算値マップは、加算値マップと同様に、機関回転速度が同じであれば、現状目標圧縮比が高くなるほど減算値Ｂが大きくなるように構成されている。逆を言えば、現状目標圧縮比が低いときほど、減算値Ｂが小さくなるように構成されている。
【０１５４】
これは、前述した通り、機械圧縮比が相対的に高い状態から機械圧縮比を高圧縮比側に変化させた際の理論熱効率の上昇量に対して、機械圧縮比が相対的に低い状態から機械圧縮比を高圧縮比側に変化させた際の理論熱効率の上昇量は大きくなる。そのため、現状目標圧縮比が低いときほど減算値Ｂを小さくして機械圧縮比を素早く目標圧縮比に近づけた方が、燃費向上効果が高くなるためである。
【０１５５】
また図１８の減算値マップは、加算値マップと同様に、現状目標圧縮比が同じであれば、機関回転速度が高くなるほど減算値Ｂが大きくなるように構成されている。
【０１５６】
これは前述したように機関回転速度が高い状態のまま機関本体１の運転が行われる時間は短い場合が多く、機関回転速度が高くなったために機械圧縮比を高圧縮比側に変更したときは、短時間で機械圧縮比を低圧縮比側に変更しなければならない場合が多い。そのため、機関回転速度が高いときに機械圧縮比を素早く高圧縮比側の目標圧縮比に到達させても、機械圧縮比をすぐに低圧縮比側に変化させなければならなくなるおそれがある。そうすると、モータ６５の停止、及び再駆動を行う必要があり、燃費が悪化してしまう。
【０１５７】
これに対し、機関回転速度が高いときには所定値Ｂを大きくして、機械圧縮比が目標圧縮比に到達するまでの時間を長くすることで、機械圧縮比が高圧縮比側の目標圧縮比に到達してモータ６５を停止させる前に、機械圧縮比を低圧縮比側に変化させることができる場合がある。この場合には、モータ６５の停止、及び再駆動を行う必要がなくなるので、燃費の悪化を防止できる。そこで本実施形態では、現状目標圧縮比が同じであれば、機関回転速度が高くなるほど減算値Ｂが大きくなるように減算値マップを構成しているのである。
【０１５８】
なお本実施形態では、機関回転速度と現状目標圧縮比とに基づいて減算値Ｂを算出しているが、機関回転速度及び現状目標圧縮比の一方に基づいて減算値Ｂを算出するようにしても良い。
【０１５９】
ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、現状目標圧縮比から減算値Ｂを減算して速度切替圧縮比を算出する。
【０１６０】
図１９は、本実施形態によるモータ制御の動作について説明するタイムチャートである。
【０１６１】
図１５を参照して前述した第１実施形態のときと同様に、図１９において、時刻ｔ４で最適圧縮比が増加し始めてフラグＦ１が１に設定されると、最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε１に加算値Ａ１を加算した変更許可圧縮比εｌｉｍ１以上になるまで、目標圧縮比が現状目標圧縮比ｔε１に維持される。
【０１６２】
時刻ｔ４１で、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１に変更され、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。
【０１６３】
また時刻ｔ４１で目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１に変更されると、変更後の目標圧縮比、すなわち現状目標圧縮比ｔε２（＝εｌｉｍ１）等に基づいて減算値Ｂ１が算出され、現状目標圧縮比ｔε２から所定値Ｂ１を減算した速度切替圧縮比εｓｗ１が算出される。
【０１６４】
そして時刻ｔ４１以降、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１となるように可変圧縮比機構Ａを制御する際には、時刻ｔ４２で実機械圧縮比が速度切替圧縮比εｓｗ１以上となるまでは、モータ回転速度が最高回転速度となるようにモータ６５が制御される。そして、時刻ｔ４２で実機械圧縮比が速度切替圧縮比εｓｗ１以上になった後は、モータ回転速度が所定の低回転速度となるようにモータ６５が制御される。
【０１６５】
時刻ｔ４３で、最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε２に加算値Ａ２を加算した変更許可圧縮比εｌｉｍ２以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２に変更され、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。
【０１６６】
また時刻ｔ４３で目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２に変更されると、変更後の目標圧縮比、すなわち現状目標圧縮比ｔε３（＝εｌｉｍ２）等に基づいて減算値Ｂ２が算出され、現状目標圧縮比ｔε３から所定値Ｂ２を減算した速度切替圧縮比εｓｗ２が算出される。
【０１６７】
そして時刻ｔ４３以降、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２となるように可変圧縮比機構Ａを制御する際には、時刻ｔ４４で実機械圧縮比が速度切替圧縮比εｓｗ２以上となるまでは、モータ回転速度が最高回転速度となるようにモータ６５が制御される。そして、時刻ｔ４４で実機械圧縮比が速度切替圧縮比εｓｗ２以上になった後は、モータ回転速度が所定の低回転速度となるようにモータ６５が制御される。
【０１６８】
時刻ｔ４５で、最適圧縮比が現状目標圧縮比ｔε３に加算値Ａ３を加算した変更許可圧縮比εｌｉｍ３以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３に変更され、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。
【０１６９】
また時刻ｔ４５で目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３に変更されると、変更後の目標圧縮比、すなわち現状目標圧縮比ｔε４（＝εｌｉｍ３）等に基づいて減算値Ｂ３が算出され、現状目標圧縮比ｔε４から所定値Ｂ３を減算した速度切替圧縮比εｓｗ３が算出される。
【０１７０】
そして時刻ｔ４５以降、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３となるように可変圧縮比機構Ａを制御する際には、時刻ｔ５１で実機械圧縮比が速度切替圧縮比εｓｗ３以上となるまでは、モータ回転速度が最高回転速度となるようにモータ６５が制御される。そして、時刻ｔ５１で実機械圧縮比が速度切替圧縮比εｓｗ３以上になった後は、モータ回転速度が所定の低回転速度となるようにモータ６５が制御される。
【０１７１】
時刻ｔ５２で、目標圧縮比と実機械圧縮比とが一致すると、モータ６５が停止される。
【０１７２】
以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００（制御装置）は、前述した圧縮比制御部に加え、モータ６５の回転速度を制御するモータ制御部をさらに備える。そしてモータ制御部は、機械圧縮比を目標圧縮比に向けて高くする場合において、機械圧縮比が当該目標圧縮比よりも低い速度切替圧縮比まで高くなった後は、機械圧縮比が当該速度切替圧縮比まで高くなる前と比べてモータ６５の回転速度を遅くするように構成されている。
【０１７３】
これにより、目標圧縮比が段階的に変更されたとしても、機械圧縮比が最終的な目標圧縮比に制御される前の段階において、モータ６５の停止、及び再駆動が繰り返されることを抑制できる。そのため、モータ６５の停止、及び再駆動が繰り返されることによる燃費の悪化、及び駆動モータ自体の劣化を抑制できる。
【０１７４】
また本実施形態では、モータ制御部が、目標圧縮比から減算して速度切替圧縮比を算出するための減算値Ｂを算出する減算値算出部を備えるように構成されている。そして減算値算出部が、目標圧縮比が低いときに比べて高いときほど、減算値Ｂを大きくするように構成されている。
【０１７５】
機械圧縮比が相対的に高い状態から機械圧縮比を高圧縮比側に変化させた際の理論熱効率の上昇量に対して、機械圧縮比が相対的に低い状態から機械圧縮比を高圧縮比側に変化させた際の理論熱効率の上昇量は大きくなる。したがって、本実施形態のように目標圧縮比が低いときほど減算値Ｂを小さくして機械圧縮比を素早く目標圧縮比に近づけることで、効果的に燃費向上効果を得ることができる。
【０１７６】
また本実施形態では、減算値算出部が、機関回転速度が低いときに比べて高いときほど、減算値Ｂを大きくするようにさらに構成されている。
【０１７７】
これにより、機関回転速度が高いときには、機械圧縮比が目標圧縮比に到達するまでの時間を長くして、機械圧縮比が高圧縮比側の目標圧縮比に到達してモータ６５を停止させる前に、機械圧縮比を低圧縮比側に変化させることができる場合がある。この場合には、モータ６５の停止、及び再駆動を行う必要がなくなるので、燃費の悪化を防止できる。
【０１７８】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、変更許可圧縮比算出処理の内容が第１実施形態及び第２実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１７９】
図２０は、前述した第１実施形態による圧縮比制御の問題点について説明する図である。
【０１８０】
前述した第１実施形態による圧縮比制御では、最適圧縮比が現状目標圧縮比に加算値Ａを加算した変更許可圧縮比以上にならないと目標圧縮比が変更されないため、例えば図２０に示すように、時刻ｔ４３で最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３よりもやや低い圧縮比で一定になってしまうと、最適圧縮比と現状目標圧縮比ｔε３との差分が比較的大きい状態で機関本体１の運転が長時間行われる可能性がある。そうすると、相対的に理論熱効率の低い状態で機関本体１の運転が長時間行われることになるため、燃費が悪化する。
【０１８１】
そこで本実施形態では、最適圧縮比と現状目標圧縮比との差分が大きい状態で機関本体１の運転が長時間行われるのを抑制するために、加算値Ａを適切な値に修正していくことができるようにした。
【０１８２】
図２１は、本実施形態による変更許可圧縮比算出処理の内容について説明するフローチャートである。なお、本実施形態による圧縮比制御の内容は第１実施形態と同様であり、図１０のフローチャートと同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１８３】
ステップＳ６１において、電子制御ユニット２００は、目標圧縮比が変更されたか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、目標圧縮比が変更されていればステップＳ６２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、目標圧縮比が変更されていなければステップＳ６３の処理に進む。
【０１８４】
ステップＳ６２において、電子制御ユニット２００は、後述する損失燃料量Ｑ１及び圧縮比変更燃料量Ｑ２をゼロに戻す。
【０１８５】
ステップＳ６３において、電子制御ユニット２００は、最適圧縮比で機関本体１を運転させた場合における現在の機関運転状態での単位燃料消費量（以下「最適燃料消費量」という。）Ｑｘ[ｇ／ｓ]を算出する。本実施形態では、図２２に示すような単位燃料消費量マップが圧縮比ごとに用意されており、電子制御ユニット２００は、最適圧縮比に対応する圧縮比の単位燃料消費量マップを読み込み、読み込んだ単位燃料消費量マップを参照して、機関運転状態に基づき最適燃料消費量を算出する。
【０１８６】
ステップＳ６４において、電子制御ユニット２００は、現状目標圧縮比で機関本体１を運転させた場合における現在の機関運転状態での単位燃料消費量（以下「現状燃料消費量」という。）Ｑｙを算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、現状目標圧縮比に対応する圧縮比の単位燃料消費量マップを読み込み、読み込んだ単位燃料消費量マップを参照して、機関運転状態に基づき現状燃料消費量を算出する。
【０１８７】
ステップＳ６５において、電子制御ユニット２００は、最適圧縮比で機関本体１を運転させた場合と比較して、現状目標圧縮比で機関本体１を運転させたことで余分に消費される燃料量（以下「損失燃料量」という。）Ｑ１を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、以下の（１）式に基づいて、損失燃料量を算出する。なお（１）式において、Ｑ１ｚは損失燃料量の前回値であり、Δｔは本ルーチンの演算周期である。
Ｑ１＝Ｑ１ｚ＋（Ｑｙ−Ｑｘ）×Δｔ  …（１）
【０１８８】
ステップＳ６６において、電子制御ユニット２００は、機械圧縮比を現状目標圧縮比から最適圧縮比に変更したときに、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量に係数Ｋ（例えば１．５〜２．５程度）を掛けた圧縮比変更燃料量Ｑ２を算出する。なお、係機械圧縮比を現状目標圧縮比から最適圧縮比に変更したときに、モータ６５を駆動することによって消費される燃料量を圧縮比変更燃料量Ｑ２としても良い。すなわち必ずしも係数Ｋを掛ける必要はない。
【０１８９】
本実施形態では電子制御ユニット２００は、まず予め実験等によって作成された圧縮比の変化量とモータ６５の駆動電力とを関連付けたマップ等を参照し、機械圧縮比を現状目標圧縮比から最適圧縮比に変更するために必要なモータ６５の駆動電力を算出する。そして電子制御ユニット２００は、次に予め実験等によって作成されたモータ６５の駆動電力と、駆動電力を発電するために必要な燃料量と、を関連付けたマップ等を参照し、算出したモータ６５の駆動電力に基づいて、当該駆動電力を発電するために必要な燃料量を算出する。そして電子制御ユニット２００は、最後にこの算出した燃料量に係数Ｋを掛けることで、圧縮比変更燃料量Ｑ２を算出する。
【０１９０】
ステップＳ６７において、電子制御ユニット２００は、損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料量Ｑ２以上となったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料量Ｑ２以上となっていればステップＳ６８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料量Ｑ２未満であればステップＳ７０の処理に進む。
【０１９１】
ステップＳ６８において、電子制御ユニット２００は、図１２の加算値マップを更新する。具体的には、図１２のマップにおいて、現在の機関回転速度及び現状目標圧縮比に対応する加算値Ａの値を小さくしたものを、これまでの加算値マップに替えた新しい加算値マップとする。これにより、機関運転中に損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料量Ｑ２以上となるたびに、現在の機関回転速度及び現状目標圧縮比に対応する加算値Ａの値を適切な値に修正していくことができる。換言すれば、現在の機関回転速度及び現状目標圧縮比に対応する加算値Ａの値として適切な値を、機関運転中に学習していくことができる。
【０１９２】
なお、現在の機関回転速度及び現状目標圧縮比に対応する加算値Ａの値を小さく方法としては、加算値Ａから所定値を減算する方法や、加算値Ａを所定割合だけ小さくする方法などが挙げられる。また本実施形態では、加算値Ａに下限値を設定しており、その下限値より小さくならないようにしている。
【０１９３】
ステップＳ６９において、電子制御ユニット２００は、損失燃料量Ｑ１及び圧縮比変更燃料量Ｑ２をゼロに戻す。
【０１９４】
ステップＳ７０において、電子制御ユニット２００は、加算値マップを参照し、機関回転速度と、現状目標圧縮比と、に基づいて、加算値Ａを算出する。本ステップで参照される加算値マップは、ステップＳ６８で加算値マップの更新が行われていた場合は、更新後の加算値マップとなる。
【０１９５】
ステップＳ７１において、電子制御ユニット２００は、現状目標圧縮比に加算値Ａを加算して変更許可圧縮比を算出する。
【０１９６】
図２３は、本実施形態による圧縮比制御の動作について説明するタイムチャートである。
【０１９７】
図１５を参照して前述した第１実施形態のときと同様に、図２３において、時刻ｔ４で最適圧縮比が増加し始めてフラグＦ１が１に設定されると、本実施形態では、損失燃料量Ｑ１及び圧縮比変更燃料量Ｑ２の算出が開始される。そして、損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料Ｑ２未満の間は、現状目標圧縮比に現在の加算値マップに基づいて算出された加算値を加算して変更許可圧縮比が算出され、最適圧縮比が変更許可圧縮比以上になるまで目標圧縮比が現状目標圧縮比に維持される。
【０１９８】
図２３に示す例では、時刻ｔ４以降、最適圧縮比と現状目標圧縮比ｔε１との差分が大きくなるに従って、損失燃料量Ｑ１及び圧縮比変更燃料量Ｑ２が徐々に増加していくが、損失燃料量Ｑ１は圧縮比変更燃料Ｑ２未満なので、図１５を参照して前述した第１実施形態のときと同様に、現状目標圧縮比ｔε１に現在の加算値マップに基づいて算出された加算値Ａ１を加算して変更許可圧縮比εｌｉｍ１が算出され、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１以上になるまで目標圧縮比が現状目標圧縮比ｔε１に維持される。
【０１９９】
時刻ｔ４１で、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１に変更され、現状目標圧縮比ｔε２（＝εｌｉｍ１）に現在の加算値マップに基づいて算出された加算値Ａ２を加算して変更許可圧縮比εｌｉｍ２が算出される。また本実施形態では、時刻ｔ４１で目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ１に変更されると、損失燃料量Ｑ１及び圧縮比変更燃料量Ｑ２が一旦ゼロに戻される。
【０２００】
時刻ｔ４１以降、最適圧縮比と現状目標圧縮比ｔε２との差分が大きくなるのに従って、損失燃料量Ｑ１及び圧縮比変更燃料量Ｑ２が再び徐々に増加していくが、損失燃料量Ｑ１は圧縮比変更燃料Ｑ２未満なので、加算値マップの修正が行われることなく、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２以上になるまで目標圧縮比が現状目標圧縮比ｔε２に維持される。
【０２０１】
時刻ｔ４２で、最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２以上になると、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２に変更され、現状目標圧縮比ｔε３（＝εｌｉｍ２）に現在の加算値マップに基づいて算出された加算値Ａ３を加算して変更許可圧縮比εｌｉｍ３が算出される。また本実施形態では、時刻ｔ４２で目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ２に変更されると、損失燃料量Ｑ及び圧縮比変更燃料量が一旦ゼロに戻される。
【０２０２】
時刻ｔ４２以降、最適圧縮比と現状目標圧縮比との差分が大きくなるのに従って、損失燃料量Ｑ１及び圧縮比変更燃料量Ｑ２が再び徐々に増加していく。そして時刻ｔ５で、最適圧縮比の増加が止まると、圧縮比変更燃料量Ｑ２の増加も止まり、時刻ｔ５以降、圧縮比変更燃料量Ｑ２は一定となる。
【０２０３】
その結果、時刻ｔ５１で、損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料量Ｑ２以上になると、加算値マップの修正が行われ、現状目標圧縮比ｔε３に対して、修正された加算値マップに基づいて算出された加算値Ａ３’を加算したものが変更許可圧縮比εｌｉｍ３’として新たに設定される。これにより、図２３に示す例では最適圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３’以上となり、目標圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３’に変更され、機械圧縮比が変更許可圧縮比εｌｉｍ３’となるように可変圧縮比機構Ａが制御される。
【０２０４】
以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）の圧縮比制御部は、前述した最適圧縮比算出部、変更許可圧縮比算出、及び目標圧縮比変更部を備えるように構成されている。そして本実施形態では、変更許可圧縮比算出部が、機械圧縮比を最適圧縮比に制御して機関本体１を運転させた場合と比較して、機械圧縮比を変更許可圧縮比に制御して機関本体１を運転させた場合に余分に消費される損失燃料量Ｑ１を算出する損失燃料量算出部と、機械圧縮比を目標圧縮比から最適圧縮比に変更したときに、モータ６５を駆動することによって消費される圧縮比変更燃料量Ｑ２を算出する圧縮比変更燃料量算出部と、損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料量Ｑ２以上となったときに、加算値を小さくする学習を行う加算値学習部と、を備えるように構成されている。
【０２０５】
これにより、機関運転中に損失燃料量Ｑ１が圧縮比変更燃料量Ｑ２以上となるたびに、現在の機関回転速度及び現状目標圧縮比に対応する加算値Ａの値を適切な値に修正していくことができる。換言すれば、現在の機関回転速度及び現状目標圧縮比に対応する加算値Ａの値として適切な値を、機関運転中に学習していくことができる。そのため、最適圧縮比と現状目標圧縮比との差分が大きい状態で機関本体１の運転が長時間行われるのを抑制することができるので、燃費の悪化を抑制することができる。
【０２０６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【０２０７】
１    機関本体
６５    モータ
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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