(57)【要約】【課題】内燃機関の燃料カット時のみならず、また、吸気量や吸気温度の影響を受けずに、内燃機関の圧縮比を推定することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】筒内体積変化率dV/dθ/Vが極値をとるタイミング、ないし、吸気弁１０９が閉じてから気筒内の混合気への着火が開始するまでのタイミングにおけるクランク角θに対する筒内圧Pの変化に基づき圧縮比εを算出する。【選択図】図１０
2018189058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに連結されたクランク軸の回転に同期して吸気弁及び排気弁が開閉する気筒を有する内燃機関の圧縮比を推定する制御装置において、
前記吸気弁が閉じてから前記気筒内の混合気への着火が開始されるまでのタイミングにおけるクランク角に対する筒内圧の変化に基づき前記圧縮比を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
クランク角に対する筒内圧の変化を筒内圧で正規化した筒内圧変化率に基づき前記圧縮比を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
予め求められた前記筒内圧変化率と前記圧縮比の関係から前記圧縮比を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
クランク角に対する筒内体積の変化を筒内体積で正規化した筒内体積変化率が極値をとるタイミングにおけるクランク角に対する筒内圧の変化に基づき前記圧縮比を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関には、前記圧縮比を可変とする可変圧縮比機構が備えられており、
前記制御装置は、算出された圧縮比が予め設定された目標圧縮比と異なる場合に、前記算出された圧縮比と前記目標圧縮比の差に基づき前記可変圧縮比機構を可変制御するための圧縮比制御の指令値を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御装置は、前記算出された圧縮比と前記目標圧縮比の差を予め求められた制御特性の傾きで除した値に基づき前記圧縮比制御の指令値を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関には、前記圧縮比を可変とする可変圧縮比機構が備えられており、
前記制御装置は、算出された圧縮比が前記内燃機関の運転状態によって定まる目標値に追従するように前記可変圧縮比機構を可変制御するための圧縮比制御の指令値を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において
算出された圧縮比が予め設定された目標圧縮比より大きい場合に、前記気筒内の混合気の点火タイミングを遅くするように点火タイミング制御の指令値を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
ピストンに連結されたクランク軸の回転に同期して吸気弁及び排気弁が開閉する気筒を有する内燃機関の圧縮比を推定する制御装置において、
前記クランク軸のクランク角を算出するクランク角算出部と、
前記気筒の筒内圧を算出する筒内圧算出部と、
前記クランク角算出部で算出したクランク角から、前記吸気弁が閉じてから前記気筒内の混合気への着火が開始されるまでのタイミングを判定する断熱変化タイミング判定部と、
前記クランク角算出部で算出したクランク角に対して前記筒内圧算出部で算出した筒内圧を微分して筒内圧微分値を算出する筒内圧微分部と、
前記断熱変化タイミング判定部で判定したタイミングで、前記筒内圧微分値を筒内圧で正規化して筒内圧変化率を算出する筒内圧変化率算出部と、
前記筒内圧変化率算出部で算出した筒内圧変化率に基づいて前記圧縮比を算出する圧縮比算出部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記圧縮比算出部で算出した圧縮比に基づいて、前記圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を可変制御するための圧縮比制御の指令値を演算する圧縮比制御指令値演算部、及び／又は、前記圧縮比算出部で算出した圧縮比に基づいて、前記気筒内の混合気の点火タイミングを制御するための点火タイミング制御の指令値を演算する点火タイミング制御指令値演算部を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
ピストンに連結されたクランク軸の回転に同期して吸気弁及び排気弁が開閉する気筒を有する内燃機関の圧縮比を推定する制御装置において、
前記クランク軸のクランク角を算出するクランク角算出部と、
前記気筒の筒内圧を算出する筒内圧算出部と、
前記クランク角算出部で算出したクランク角から、クランク角に対する筒内体積の変化を筒内体積で正規化した筒内体積変化率が極値をとるタイミングを判定する極値タイミング判定部と、
前記クランク角算出部で算出したクランク角に対して前記筒内圧算出部で算出した筒内圧を微分して筒内圧微分値を算出する筒内圧微分部と、
前記極値タイミング判定部で判定したタイミングで、前記筒内圧微分値を筒内圧で正規化して筒内圧変化率を算出する筒内圧変化率算出部と、
前記筒内圧変化率算出部で算出した筒内圧変化率に基づいて前記圧縮比を算出する圧縮比算出部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記圧縮比算出部で算出した圧縮比に基づいて、前記圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を可変制御するための圧縮比制御の指令値を演算する圧縮比制御指令値演算部、及び／又は、前記圧縮比算出部で算出した圧縮比に基づいて、前記気筒内の混合気の点火タイミングを制御するための点火タイミング制御の指令値を演算する点火タイミング制御指令値演算部を更に備えることを特徴とする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、内燃機関の圧縮比を推定する制御装置に係り、特に、圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関(可変圧縮比内燃機関)の圧縮比を推定する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、例えば特許文献1には、内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを有し、このコントロールリンクの基端がコントロールシャフトの偏心軸に揺動可能に連結され、このコントロールシャフトの回転位置に応じて圧縮比が変化する可変圧縮比内燃機関において、内燃機関の燃料カット中に、上記コントロールシャフトの所定圧縮比状態での保持に必要なトルクのサイクル中のピーク値を求め、このピークトルクから実圧縮比を推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７４７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献1に所載のように、トルクのサイクル中のピーク値(ピークトルク)から圧縮比を推定する方法では、トルクのピーク値は燃焼により発生する熱量の影響を受けるので、内燃機関の燃料カットの場合に限定する必要がある。また、トルクのピーク値は吸気量や吸気温度の影響を受けるので、吸気量や吸気温度を正確に計測するか、あるいは、一定の条件に制約する必要があるという問題がある。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内燃機関の燃料カット時のみならず、また、吸気量や吸気温度の影響を受けずに、内燃機関の圧縮比を推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【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、本発明に係る内燃機関の制御装置は、ピストンに連結されたクランク軸の回転に同期して吸気弁及び排気弁が開閉する気筒を有する内燃機関の圧縮比を推定する制御装置において、前記吸気弁が閉じてから前記気筒内の混合気への着火が開始されるまでのタイミングにおけるクランク角に対する筒内圧の変化に基づき前記圧縮比を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の燃料カット時のみならず、また、吸気量や吸気温度の影響を受けずに、内燃機関の圧縮比を推定することができる。
【０００８】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による制御装置が適用される内燃機関の一例を示す図。
【図２】クランク角と筒内体積の関係の一例を示す図。
【図３】圧縮比に応じた、クランク角と筒内体積の関係の一例を示す図。
【図４】クランク角と筒内圧の関係の一例を示す図。
【図５】筒内体積をクランク角で微分した筒内体積微分値の一例を示す図。
【図６】筒内体積微分値を筒内体積で正規化した筒内体積変化率の一例を示す図。
【図７】筒内体積変化率と圧縮比の関係の一例を示す図。
【図８】筒内圧をクランク角で微分した筒内圧微分値を筒内圧で正規化した筒内圧変化率と圧縮比の関係の一例を示す図。
【図９】上段から、筒内圧、筒内圧微分値、筒内圧変化率の一例を示す図。
【図１０】本発明による制御装置の一実施形態の内部構成を示すブロック図。
【図１１】指令値と実圧縮比の関係の一例を示す図。
【図１２】目標圧縮比と実圧縮比の一例を示す図。
【図１３】図10に示す制御装置の他例の内部構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明による制御装置が適用される内燃機関(可変圧縮比内燃機関)(以下、エンジンや可変圧縮比エンジンということもある)を図1に示す。
【００１２】
図示実施形態の内燃機関１００では、クランク軸１０３の回転と同期してシリンダ(気筒)１０１に設けられた吸気弁１０９、排気弁１１０が開閉することで、シリンダ１０１内(筒内もしくは燃焼室内)に空気(吸気)が取り込まれる。取り込んだ空気の中に、インジェクタ１０６から燃料が噴射され、シリンダ１０１内に燃料と空気の混合気が生成される。この混合気に点火プラグ１０８から点火(着火)すると、爆発エネルギーによりピストン１０２が押し下げられ、このピストン１０２への押し下げ力がコネクティングロッド１１１及びリンク機構１０５を通してクランク軸１０３に伝えられて、クランク軸１０３が回転する。クランク軸１０３の回転は、例えば、不図示のミッションを経てタイヤの回転になり、内燃機関１００が搭載された自動車等の推進力となる。
【００１３】
このような内燃機関１００において、クランク軸１０３のクランク角θ(クランク角センサ１０４により計測されるクランク角θ)と、シリンダ１０１とピストン１０２とで囲まれた燃焼室１１２内の体積(筒内体積）Vとの関係は、図2に示すようになる。すなわち、ピストン１０２の位置が最も高くなる上死点TDC(Top Dead Center)において体積Vは最小値Vminをとり、ピストン１０２の位置が最も低くなる下死点BDC(Bottom Dead Center)において体積Vは最大値Vmaxをとる。この最小値Vminと最大値Vmaxの比Vmax/Vminを圧縮比εとよぶ。一般に、圧縮比εが大きいほど、エンジン１００は効率が良くなるが、高負荷域で圧縮比εを大きくすると、ノックが発生し、エンジン１００の破損につながる。可変圧縮比エンジン１００はこのような背景から開発されたもので、低負荷域では圧縮比εを大きくし、高負荷域では圧縮比εを小さくすることで、当該内燃機関１００の効率を向上させている。前述のような圧縮比εを可変とする機構(可変圧縮比機構)は、その構成自体はよく知られたものであるが、本実施形態の内燃機関１００では、圧縮比コントローラ１０６により前記リンク機構１０５を制御することで、コネクティングロッド１１１とリンク機構１０５の結合点１１３とクランク軸１０３との距離が変化し、前述のクランク角θと体積Vの関係が変化し、これにより、圧縮比εが機械的に可変制御される。当該可変圧縮比エンジン１００での、クランク角θと体積Vの関係は、例えば図3に示すようになり、異なる圧縮比ε1、ε2、ε3のそれぞれに対して、クランク角θと体積Vの関係が与えられる。なお、圧縮比εは必ずしも離散ではなく、連続的に変化することもある。
【００１４】
ところで、このような内燃機関１００では、リンク機構１０５の製造ばらつき等の理由により、当該内燃機関１００の運転状態を制御する制御装置２００(後述する図10、13参照)が指令した圧縮比と、実際に制御された結果の圧縮比とが異なることがあるため、この実際の圧縮比(実圧縮比)εを推定する必要がある。
【００１５】
ここで、内燃機関１００の高効率化のためには、当該内燃機関１００の燃焼状態を計測して、フィードバックすることが望ましく、最近では、筒内圧センサ１０７をシリンダ１０１に取り付けてシリンダ１０１内の圧力(筒内圧)Pを計測することが検討されている。燃料カット時の筒内圧Pは図4の破線のようになり、燃焼しているときの筒内圧Pは図4の実線のようになる。シリンダ１０１内の吸気量nと吸気温度Tがわかっていて、筒内圧Pが計測できれば、体積Vは、気体の状態方程式から以下の(式1)で求められる。ただし、Rは空気と燃料の混合気の気体定数である。
【００１６】
【数１】
2018189058.tif 000003
【００１７】
そして、筒内圧Pを計測したタイミングでのクランク角θと体積Vから、図3に示す圧縮比ごとのクランク角θと体積Vの関係を参照して、圧縮比εを特定できる。
【００１８】
ところで、前述の圧縮比εの特定方法は、吸気量nと吸気温度Tがわかっていることが前提であるが、実際のエンジン１００で、気筒内の温度を計測するのは困難である。また、吸気量を計測するエアフローセンサが付設されているが、エアフローセンサを通過した空気がどのようにエンジン１００の各気筒に入っていくのかを推定することも困難である。そこで、本実施形態では、吸気量nや吸気温度Tがわからなくても、圧縮比εを推定する方法を提案する。
【００１９】
シリンダ１０１に備えられた吸気弁１０９を閉じてから混合気が着火して燃焼が始まるまでは、シリンダ１０１内は熱の出入りがない断熱過程と考えることができる。このとき、体積(筒内体積)Vと圧力(筒内圧)Pとの間には、熱力学の分野で広く知られた以下の(式2)で示す関係が成り立つ。
【００２０】
【数２】
2018189058.tif 000004
【００２１】
(式2)を、クランク軸１０３のクランク角θで微分すると、以下の(式3)となる。
【００２２】
【数３】
2018189058.tif 000005
【００２３】
(式3)の両辺をP・Vγで割ると、以下の(式4)となる。
【００２４】
【数４】
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【００２５】
図3に示すように、可変圧縮比エンジン１００の体積Vとクランク角θの関係は、圧縮比εによってV軸方向に平行移動すると近似できるので、図5に示すdV/dθ(筒内体積(燃焼室内体積)Vをクランク角θで微分した筒内体積微分値)は圧縮比εに依存しない。
【００２６】
一方で、圧縮比ごとのdV/dθ/V(図5に示す筒内体積微分値を筒内体積で正規化した筒内体積変化率)は図6に示すようになり、dV/dθ/Vは、上死点TDCの30°ほど前のθpeakで極値をとり、このときに圧縮比εによる違いが最も大きくなることがわかる。前述のθpeakにおけるdV/dθ/Vと圧縮比εの関係は例えば図7に示すようになる。
【００２７】
ここで、式4より、dP/dθ/P(筒内圧Pをクランク角θで微分した筒内圧微分値を筒内圧Pで正規化した筒内圧変化率)とdV/dθ/Vは比例するので、圧縮比εとdP/dθ/Pとの間には図8の実線に示す関係がある。したがって、図9に示すように、θpeak付近で筒内圧Pを計測し(図9の上段の図)、筒内圧Pをクランク角θで微分して筒内圧微分値dP/dθを算出し(図9の中段の図)、この筒内圧微分値dP/dθを筒内圧Pで正規化して筒内圧変化率dP/dθ/Pを求める(図9の下段の図)。そして、事前に取得しておいた図8に示すような筒内圧変化率dP/dθ/Pと圧縮比εの関係に基づき、実際の圧縮比(実圧縮比)εを推定する。
【００２８】
なお、式4に着目すると、この式4は筒内圧Pと体積Vと比熱比γだけの式である。比熱比γは、気体の成分が決まれば一意に決まる。燃料の成分比が変化しても、この比熱比γはほぼ1.3程度の値なので、式4は運転条件によらず成り立つと考えられる。
【００２９】
また、図9の下段の図(筒内圧変化率dP/dθ/Pを示す図)を注意深く観察すると、dP/dθ/Pは、θpeakのタイミングだけではなく、その前後でも、圧縮比εに依存して変化することがわかる。θpeakの前後Δにおいて、dP/dθ/Pと圧縮比εの関係をプロットすると、例えば図８の破線や一点破線に示すようになる。この関係を用いても、dP/dθ/Pから圧縮比(実圧縮比)εを推定できることがわかる。
【００３０】
ここで、θpeakの前後どこまでの範囲のdP/dθ/Pが圧縮比εと相関をもつかが問題となるが、式4が成り立つ範囲、すなわち、式2〜4の導出の前提とした燃焼室１１２内が断熱変化している範囲、より詳細には、吸気弁１０９の閉弁タイミングIVC(Intake Valve Close)から、燃焼室１１２内の空気と燃料の混合気が着火して熱発生が始まるまでの範囲である(図6及び図9参照)。
【００３１】
なお、上記説明では、筒内圧変化率dP/dθ/Pと筒内体積変化率dV/dθ/Vとが比例するという関係から、筒内圧変化率dP/dθ/Pを求めて実圧縮比εを推定するものとしているが、筒内圧Pと筒内体積Vとの関係が予め取得されていれば、筒内圧Pをクランク角θで微分した筒内圧微分値(つまり、クランク角θに対する筒内圧Pの変化)dP/dθから実圧縮比εを推定(算出)できることは詳述するまでも無い。
【００３２】
上述のように、本実施形態の制御装置２００は、吸気弁１０９が閉じてからシリンダ(気筒)１０１内の混合気への着火が開始されるまでのタイミングにおけるクランク角θに対する筒内圧Pの変化dP/dθに基づき圧縮比εを算出する。より具体的には、制御装置２００は、クランク角θに対する筒内圧Pの変化dP/dθを筒内圧Pで正規化した筒内圧変化率dP/dθ/Pに基づき圧縮比を算出する。これにより、内燃機関１００の実際の圧縮比εを推定することができる。
【００３３】
図10は、上述した圧縮比推定を実現する、本発明による制御装置の一実施形態の内部構成を示したものである。
【００３４】
図10に示す制御装置２００は、基本的に、入出力ポート、RAM、ROM、CPU等を含むマイクロコンピュータで構成されており、主に、クランク角算出部２０１と、筒内圧算出部２０２と、断熱変化タイミング判定部２０３と、筒内圧微分部２０４と、筒内圧変化率算出部２０５と、圧縮比算出部２０６とを備える。
【００３５】
クランク角算出部２０１では、クランク軸１０３に設けられたクランク角センサ１０４の信号を取得してクランク軸１０３のクランク角θを算出する。
【００３６】
筒内圧算出部２０２では、シリンダ１０１に設けられた筒内圧センサ１０７の信号を取得してシリンダ１０１内の圧力(筒内圧)Pを算出する。
【００３７】
断熱変化タイミング判定部２０３では、前記クランク角算出部２０１で算出したクランク角θが、燃焼室１１２内(筒内)が断熱変化するタイミングか否か(すなわち、吸気弁１０９が閉じてからシリンダ１０１内の混合気への着火が開始されるまでのタイミングか否か)を判定する。
【００３８】
筒内圧微分部２０４では、前記クランク角算出部２０１で算出したクランク角θに対して前記筒内圧算出部２０２で算出した筒内圧P(異なる圧縮比に対応した３つの例を図9の上段の図に示す)を微分して筒内圧微分値dP/dθ(図9の上段の図に示される3つの筒内圧Pを微分した結果を図9の中段の図に示す)を算出する。
【００３９】
筒内圧変化率算出部２０５では、前記断熱変化タイミング判定部２０３で燃焼室１１２内が断熱変化していると判定したタイミングで、前記筒内圧微分部２０４で算出した筒内圧微分値dP/dθを筒内圧Pで正規化して筒内圧変化率dP/dθ/P(図9の中段の図に示される3つの筒内圧微分値dP/dθを正規化した結果を図9の下段の図に示す)を算出する。なお、図9では、筒内圧Pから算出した筒内圧変化率dP/dθ/Pを示しているが、この全ての範囲の筒内圧変化率dP/dθ/Pを計算する必要はなく、θpeakもしくはその付近での筒内圧変化率dP/dθ/Pを計算できればよい。
【００４０】
圧縮比算出部２０６では、前記筒内圧変化率算出部２０５で算出した筒内圧変化率dP/dθ/Pと、図8に示すような予め求められた筒内圧変化率dP/dθ/Pと圧縮比εとの関係から、圧縮比(実圧縮比)εを算出する。
【００４１】
これにより、内燃機関１００の燃料カット時に限定せず、また、吸気量や吸気温度の影響を受けずに、内燃機関１００の実際の圧縮比εを推定することができる。
【００４２】
また、本実施形態の制御装置２００には、前記圧縮比算出部２０６で算出(推定)した圧縮比εに基づいてフィードバック制御を行うための構成として、前記圧縮比算出部２０６で算出した圧縮比εに基づいて、可変圧縮比機構を可変制御するための圧縮比制御の指令値を演算する圧縮比制御指令値演算部２０７や、前記圧縮比算出部２０６で算出した圧縮比εに基づいて、前記点火プラグ１０８によるシリンダ１０１内の混合気の点火タイミングを制御するための点火タイミング制御の指令値を演算する点火タイミング制御指令値演算部２０８等が更に備えられている。
【００４３】
前述のように、可変圧縮比エンジン１００では、リンク機構１０５の製造ばらつき等の理由により、制御装置２００が指令した圧縮比(目標圧縮比)と、実際に制御された結果の圧縮比(実圧縮比)が異なることがある。例えば、予め制御装置２００に与えられた指令値と実圧縮比の関係が図11の実線で示す関係であるとする。ところが、リンク機構１０５の製造誤差により点線で示す特性に変化していたとすると、目標圧縮比εtargetを実現するために可変圧縮比機構(を構成するリンク機構１０５を制御する圧縮比コントローラ１０６)に指令値εcを入力しても、実際の圧縮比はεrになってしまう。
【００４４】
そこで、圧縮比制御指令値演算部２０７では、前記圧縮比算出部２０６で算出した圧縮比εrと目標圧縮比εtargetとの差Δε＝εtarget−εrを算出し、図11の実線や点線で示す予め求められた制御特性の傾きKでΔεを除した値Δε/Kに基づき指令値εcを補正することで、目標圧縮比εtargetを実現する。すなわち、本実施形態の制御装置２００は、圧縮比算出部２０６で算出された圧縮比εrが予め設定された目標圧縮比εtargetと異なる場合に、算出された圧縮比εrと目標圧縮比εtargetの差Δεに基づき可変圧縮比機構を可変制御するための圧縮比制御の指令値εcを補正する。より具体的には、本実施形態の制御装置２００は、圧縮比算出部２０６で算出された圧縮比εrと目標圧縮比εtargetとの差Δεを予め求められた制御特性の傾きKで除した値Δε/Kに基づき、可変圧縮比機構を可変制御するための圧縮比制御の指令値εcを補正する。この構成により、目標圧縮比εtargetを実現することができる。
【００４５】
また、目標圧縮比εtargetは一定ではなく、回転数・負荷等の内燃機関１００の運転状態によっても変化する。例えば、図12の実線で示すように目標圧縮比εtargetが与えられていて、前記圧縮比算出部２０６で実際の圧縮比εが推定されたら、圧縮比制御指令値演算部２０７では、その圧縮比εが目標圧縮比εtarget(内燃機関１００の運転状態によって定まる目標値)をトレース(追従)するように圧縮比制御の指令値を制御することで、目標圧縮比εtargetを実現することもできる。
【００４６】
また、前記圧縮比算出部２０６で算出した圧縮比の推定値は、目標圧縮比εtargetを実現する以外の応用もある。
【００４７】
例えば、リンク機構１０５の製造ばらつき以外に、圧縮比εの変化要因としては、すす等の堆積物の付着も考えられる。前記のような可変圧縮比機構があれば、これを制御して、堆積物の付着分の圧縮比変化を補正すればよいが、可変圧縮比機構がない場合もあり得る。このような場合には、変化した圧縮比を制御する代わりに、点火タイミング、空燃比、あるいはターボチャージャがついたエンジンなら過給圧等を制御することで、エンジン１００を安定に且つ効率的に制御することができる。
【００４８】
例えば、すす等の堆積物によって圧縮比εが上昇してしまったとすると、その圧縮比εの上昇は、前述の構成にて検出できる。
【００４９】
通常のエンジンでは、効率を良くするために、シリンダ１０１内の混合気の点火タイミングをノック限界まで進角させている。進角させた状態で、堆積物により圧縮比εが上昇して予め設定された目標圧縮比εtargetより大きくなってしまったらノックが発生してしまう。そこで、前記点火タイミング制御指令値演算部２０８では、圧縮比εの上昇を検知したときに、これに応じて点火タイミングを遅角するように前記点火プラグ１０８への点火タイミング制御の指令値を制御することで、ノックを回避することができる。
【００５０】
このように、本実施形態の制御装置２００は、吸気弁１０９が閉じてからシリンダ(気筒)１０１内の混合気への着火が開始されるまでのタイミングにおけるクランク角θに対する筒内圧Pの変化dP/dθに基づき圧縮比εを算出する。より具体的には、制御装置２００は、クランク角θに対する筒内圧Pの変化dP/dθを筒内圧Pで正規化した筒内圧変化率dP/dθ/Pに基づき圧縮比εを算出する。これにより、内燃機関１００の燃料カット時のみならず、また、吸気量や吸気温度の影響を受けずに、内燃機関１００の実際の圧縮比εを推定することができる。
【００５１】
図13は、図10に示す制御装置２００の他例の内部構成を示したものである。
【００５２】
図13に示す制御装置２１０は、図10に示す制御装置２００の断熱変化タイミング判定部２０３を、クランク角算出部２０１で算出したクランク角θから、予め入力した筒内体積変化率dV/dθ/V(クランク角θに対する筒内体積Vの変化dV/dθを筒内体積Vで正規化した値)が極値をとるタイミングθpeak(図6及び図9参照)を判定する極値タイミング判定部２１１に置き換えたものである。なお、制御装置２１０における極値タイミング判定部２１１以外の構成は、上記図10に示す制御装置２００の各構成とほぼ同じである。
【００５３】
詳しくは、制御装置２１０のクランク角算出部２０１では、クランク軸１０３に設けられたクランク角センサ１０４の信号を取得してクランク軸１０３のクランク角θを算出する。
【００５４】
筒内圧算出部２０２では、シリンダ１０１に設けられた筒内圧センサ１０７の信号を取得してシリンダ１０１内の圧力(筒内圧)Pを算出する。
【００５５】
極値タイミング判定部２１１では、前記クランク角算出部２０１で算出したクランク角θが、予め入力した筒内体積変化率dV/dθ/Vが極値をとるタイミングθpeakと一致するか否かを判定する。
【００５６】
筒内圧微分部２０４では、前記クランク角算出部２０１で算出したクランク角θに対して前記筒内圧算出部２０２で算出した筒内圧P(異なる圧縮比に対応した３つの例を図9の上段の図に示す)を微分して筒内圧微分値dP/dθ(図9の上段の図に示される3つの筒内圧Pを微分した結果を図9の中段の図に示す)を算出する。
【００５７】
筒内圧変化率算出部２０５では、前記極値タイミング判定部２１１で判定した筒内体積変化率dV/dθ/Vが極値となるタイミングで、前記筒内圧微分部２０４で算出した筒内圧微分値dP/dθを筒内圧Pで正規化して筒内圧変化率dP/dθ/P(図9の中段の図に示される3つの筒内圧微分値dP/dθを正規化した結果を図9の下段の図に示す)を算出する。なお、図9では、筒内圧Pから算出した筒内圧変化率dP/dθ/Pを示しているが、この全ての範囲の筒内圧変化率dP/dθ/Pを計算する必要はなく、θpeakでの筒内圧変化率dP/dθ/Pを計算できればよい。
【００５８】
圧縮比算出部２０６では、前記筒内圧変化率算出部２０５で算出した筒内圧変化率dP/dθ/Pと、図8に示すような予め求められた筒内圧変化率dP/dθ/Pと圧縮比εとの関係から、圧縮比(実圧縮比)εを算出する。
【００５９】
これにより、図10に示す例と同様、内燃機関１００の燃料カット時に限定せず、また、吸気量や吸気温度の影響を受けずに、内燃機関１００の実際の圧縮比εを推定することができる。
【００６０】
このように、本実施形態の制御装置２１０は、筒内体積変化率dV/dθ/Vが極値をとるタイミングにおけるクランク角θに対する筒内圧Pの変化dP/dθに基づき圧縮比εを算出する。より具体的には、制御装置２１０は、クランク角θに対する筒内圧Pの変化dP/dθを筒内圧Pで正規化した筒内圧変化率dP/dθ/Pに基づき圧縮比εを算出する。これにより、内燃機関１００の燃料カット時のみならず、また、吸気量や吸気温度の影響を受けずに、内燃機関１００の実際の圧縮比εを推定できるとともに、圧縮比εの推定精度を高めることができる。
【００６１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００６２】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００６３】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１００…内燃機関
１０１…シリンダ
１０１…ピストン
１０３…クランク軸
１０４…クランク角センサ
１０５…リンク機構
１０６…インジェクタ
１０７…筒内圧センサ
１０８…点火プラグ
１０９…吸気弁
１１０…排気弁
１１１…コネクティングロッド
１１２…燃焼室
１１３…結合点
２００、２１０…制御装置
２０１…クランク角算出部
２０２…筒内圧算出部
２０３…断熱変化タイミング判定部
２０４…筒内圧微分部
２０５…筒内圧変化率算出部
２０６…圧縮比算出部
２０７…圧縮比制御指令値演算部
２０８…点火タイミング制御指令値演算部
２１１…極値タイミング判定部
【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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