(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトを支持する支持構造物と、
ピストンが配置される穴部を含むシリンダブロックと、
支持構造物に対してシリンダブロックが相対移動するように形成され、機械圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、
シリンダブロックの穴部とピストンとの間から流出するブローバイガスを機関吸気通路に戻すブローバイガス還元手段と、
ブローバイガスを含む気体の脈動を検出する脈動検出手段とを備え、
脈動検出手段によりブローバイガスを含む気体に脈動が発生していると判別される場合には、機械圧縮比を変更することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
脈動検出手段は、ブローバイガスを含む気体の圧力の脈動の大きさを検出し、ブローバイガスを含む気体の圧力の脈動の大きさが予め定められた判定値よりも大きい場合に機械圧縮比を変更する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
ブローバイガスを含む気体に脈動が発生していると判別される場合に、機械圧縮比を増大させると共に点火時期を遅角する、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
出力の変動による衝撃を検出する衝撃検出手段を備え、
ブローバイガスを含む気体に脈動が発生していると判別される場合に、機械圧縮比を変更すると共に点火時期を変更する制御を行うように形成されており、
機械圧縮比を変更すると共に点火時期を変更した場合に、出力の変動による衝撃を検出した時には、次回の機械圧縮比を変更する速度および点火時期を変更する速度を今回の機械圧縮比を変更する速度および点火時期を変更する速度よりも遅くする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
ブローバイガスを含む気体の脈動が生じる可能性を有する脈動準備領域が予め設定されており、
内燃機関の運転状態が脈動準備領域内である場合には、点火時期を遅角するとともに充填効率を増大し、点火時期の遅角および充填効率の増大の後に機械圧縮比を変更する、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
支持構造物は、クランクシャフトを内部に収容するクランクケースを含み、
脈動検出手段は、クランクケースの内部の圧力を検出する圧力センサを含む、請求項１から５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燃焼する。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。
【０００３】
内燃機関は運転を行なうと、シリンダブロックの穴部とピストンとの間から気筒内の気体がクランクケースの内部に向かって漏れることが知られている。気筒内からクランクケースの内部に漏れるブローバイガスは、燃焼せずに残留している未燃ガスや燃焼した既燃ガスを含んでいる。ブローバイガスは、機関本体の各部位を潤滑するオイルを劣化させるために、クランクケースの内部に流出したブローバイガスを機関吸気通路に戻して、再び燃焼室に供給することが知られている。
【０００４】
特開２０１１−１４９２８０号公報においては、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより圧縮比を変化させる内燃機関が開示されている。内燃機関は、吸気通路を流れる新気の一部をクランクケースの内部に導く導入通路と、クランクケースの内部に存在するガスを吸気通路に導く排出通路とを備えるブローバイガスを掃気する装置を備える。ブローバイガスを掃気する装置は、機関吸気通路の新気をシリンダヘッドカバーに供給し、更に、シリンダヘッドの内部とシリンダブロックの内部を通ってクランクケースの内部に新気を供給することが開示されている。また、導入通路は、シリンダブロックとクランクケースとの隙間を経由してクランクケースの内部に連通することが開示されている。更に、クランクケースとシリンダヘッドとの間には、シール材が配置され、このシール材に向けて新気を供給することが開示されている。
【０００５】
特開２０１０−０２４９６３号公報においては、内燃機関のトルクを制御するときに、要求トルクに対して予め余裕値（リザーブトルク）を加算しておいて、加算後のトルクに応じてスロットルバルブの開度を設定することが開示されている。また、この設定により過剰となる分のトルクは点火時期の遅角によって相殺し、トルクの増大要求が急に生じた場合には、点火時期の進角により対応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２０１１−１４９２８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２４９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリンダブロックの穴部とピストンとの間から流出したブローバイガスは、ブローバイガス還元装置によって機関吸気通路に戻すことができる。シリンダブロックの穴部とピストンとの間から流出したブローバイガスは、クランクケースの内部に流出する。クランクケースの内部に貯留するブローバイガスを含む気体は、ＰＣＶ弁およびクランクケースの内部と機関吸気通路と接続する流路を通って機関吸気通路に供給される。
【０００８】
ところで、所定の内燃機関の運転状態においては、クランクケースの内部のブローバイガスを含む気体が脈動する場合がある。たとえば、ブローバイガスがシリンダブロックの穴部とピストンとの間から流出してＰＣＶ弁に到達するまでの経路の長さと、ブローバイガスを含む気体の固有振動数等に依存して圧力の脈動が生じる場合がある。
【０００９】
ブローバイガスを含む気体が脈動することにより、例えば、ＰＣＶ弁を介して機関吸気通路に導入されるブローバイガスの流量が変動する。このために、気筒内に流入する吸入空気量が不安定になる。または、ブローバイガスには未燃燃料が含まれており、燃焼室に供給されるブローバイガスに含まれる未燃ガス量に誤差が生じる。この結果、燃焼室において、最適の点火時期にて点火を行なうことができずに、排気性状が悪化する場合がある。または、燃料消費量が増大する場合が生じる。
【００１０】
また、ブローバイガスを含む気体が脈動すると、ピストンを圧縮上死点に向かって押圧する力が振動する。すなわち、クランクケースの内部の気体の圧力が振動するために、ピストンを上方に押圧する力が振動する。このために、内燃機関から出力されるトルクに振動が生じて、運転の安定性が悪化したり、内燃機関に生じる振動が大きくなったりする場合がある。さらに、ブローバイガスを含む気体がピストンを押圧する圧力が変動するために、ピストンにより機関吸気通路の気体または機関排気通路の気体に加わる力が脈動する。この結果、機関吸気通路や機関排気通路における気体の脈動を誘発する虞がある。
【００１１】
特に、過給機を備える内燃機関においては、ピストンが上死点に到達した時の燃焼室の圧力が高くなるために、ブローバイガスを含む気体の圧力も高くなる。空気密度が高いほど脈動が生じやすいために、ブローバイガスを含む気体の脈動も発生しやすくなる。このために、過給機を備える内燃機関ではブローバイガスを含む気体の脈動を抑制することが望ましい。
【００１２】
本発明は、ブローバイガスを含む気体の脈動を抑制する内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の内燃機関は、クランクシャフトを支持する支持構造物と、ピストンが配置される穴部を含むシリンダブロックと、支持構造物に対してシリンダブロックが相対移動するように形成され、機械圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、シリンダブロックの穴部とピストンとの間から流出するブローバイガスを機関吸気通路に戻すブローバイガス還元手段と、ブローバイガスを含む気体の脈動を検出する脈動検出手段とを備える。脈動検出手段によりブローバイガスを含む気体に脈動が発生していると判別される場合には、機械圧縮比を変更する。
【００１４】
上記発明においては、脈動検出手段は、ブローバイガスを含む気体の圧力の脈動の大きさを検出し、ブローバイガスを含む気体の圧力の脈動の大きさが予め定められた判定値よりも大きい場合に機械圧縮比を変更することができる。
【００１５】
上記発明においては、ブローバイガスを含む気体に脈動が発生していると判別される場合に、機械圧縮比を増大させると共に点火時期を遅角することができる。
【００１６】
上記発明においては、出力の変動による衝撃を検出する衝撃検出手段を備え、ブローバイガスを含む気体に脈動が発生していると判別される場合に、機械圧縮比を変更すると共に点火時期を変更する制御を行うように形成されており、機械圧縮比を変更すると共に点火時期を変更した場合に、出力の変動による衝撃を検出した時には、次回の機械圧縮比を変更する速度および点火時期を変更する速度を今回の機械圧縮比を変更する速度および点火時期を変更する速度よりも遅くすることができる。
【００１７】
上記発明においては、ブローバイガスを含む気体の脈動が生じる可能性を有する脈動準備領域が予め設定されており、内燃機関の運転状態が脈動準備領域内である場合には、点火時期を遅角するとともに充填効率を増大し、点火時期の遅角および充填効率の増大の後に機械圧縮比を変更することができる。
【００１８】
上記発明においては、支持構造物は、クランクシャフトを内部に収容するクランクケースを含み、脈動検出手段は、クランクケースの内部の圧力を検出する圧力センサを含むことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ブローバイガスの圧力の脈動を抑制する内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略断面図である。
【図２】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３】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４】実施の形態におけるブローバイガス還元装置を説明する内燃機関の概略断面図である。
【図５】実施の形態における第１の運転制御のタイムチャートである。
【図６】実施の形態における第１の運転制御のフローチャートである。
【図７】ブローバイガスを含む気体が脈動しているときのクランクケース内の圧力を説明するグラフである。
【図８】実施の形態における第２の運転制御のタイムチャートである。
【図９】実施の形態における第２の運転制御のフローチャートである。
【図１０】実施の形態における第３の運転制御のタイムチャートである。
【図１１】実施の形態における第３の運転制御のフローチャートである。
【図１２】実施の形態の第３の運転制御において、脈動領域と脈動準備領域とを説明するグラフである。
【図１３】実施の形態の第３の運転制御において、脈動領域を学習する制御のフローチャートである。
【図１４】実施の形態の第３の運転制御において、脈動準備領域を学習する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】
【００２１】
図１から図１４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。
【００２２】
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の内部で往復運動する。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。
【００２３】
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。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。内燃機関の圧縮比は、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。
【００３３】
図２に、本実施の形態における内燃機関の圧縮比可変機構の第１の概略断面図を示す。図２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。図３に、本実施の形態における内燃機関の圧縮比可変機構の第２の概略断面図を示す。図３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。
【００３４】
図１から図３を参照して、本実施の形態における内燃機関は、クランクケース７９を含む支持構造物と、支持構造物の上側に配置されているシリンダブロック２とが互いに相対移動する。本実施の形態における支持構造物は、圧縮比可変機構を介してシリンダブロック２を支持している。また、本実施の形態における支持構造物は、クランクシャフト２４を１つの回転軸にて回転可能に支持している。
【００３５】
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が形成されており、カム挿入穴の内部には円形カム８６が回転可能に配置されている。クランクケース７９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が形成されており、カム挿入穴の内部には円形カム８８が回転可能に配置されている。シリンダブロック２の突出部８０は、クランクケース７９の突出部８２同士の間に嵌合する。
【００３６】
シリンダブロック２の突出部８０に挿入されている円形カム８６と、クランクケース７９の突出部８２に挿入されている円形カム８８とは、偏心軸８７を介して互いに連結されている。複数の円形カム８６と複数の円形カム８８とが、偏心軸８７を介して連結されることにより、カムシャフト８４，８５が構成されている。本実施の形態においては、一対のカムシャフト８４，８５が形成されている。本実施の形態における圧縮比可変機構は、一対のカムシャフト８４，８５を互いに反対方向に回転させる回転装置を含む。円形カム８８は、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。円形カム８６は、カムシャフト８４，８５の回転軸線に対して偏心している。また、偏心軸８７は、カムシャフト８４，８５の回転軸線に対して偏心している。
【００３７】
図２を参照して、それぞれのカムシャフト８４，８５上に配置されている円形カム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。シリンダブロック２を支持している円形カム８６は、カム挿入孔の内部において、矢印９６に示すように円形カム８８と反対方向に回転する。シリンダブロック２は、矢印９８に示すように、クランクケース７９から離れる向きに移動する。
【００３８】
図３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２および図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から離れる向きに移動する。シリンダブロック２がクランクケース７９から離れる向きに移動するほど、燃焼室５の容積が大きくなる。
【００３９】
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７９に対してシリンダブロック２が相対的に移動することにより、燃焼室５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。機械圧縮比は、吸気弁の閉弁時期に依存せずに、（機械圧縮比）＝（燃焼室の容積＋ピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）にて示される。
【００４０】
図２に示す状態では、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３に示す状態では、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。
【００４１】
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、クランクシャフトを支持する支持構造物に対してシリンダブロックを相対的に移動させる任意の機構を採用することができる。
【００４２】
図２および図３を参照して、本実施の形態における内燃機関は、クランクケース７９とシリンダブロック２とが互いに接触して摺動する部分を有する。本実施の形態におけるクランクケース７９は、クランクケース７９の突出部８２およびシリンダブロック２の突出部８０を覆うように形成されている覆い部７２を含む。覆い部７２は、シリンダブロック２の一部を側方から覆うように形成されている。覆い部７２は、シリンダブロック２の側面を取り囲むように形成されている。覆い部７２は、シリンダブロック２の側面に接触している。
【００４３】
本実施の形態における内燃機関では、圧縮比が変化するとクランクケース７９の覆い部７２とシリンダブロック２とが摺動する。クランクケース７９とシリンダブロック２との間を密閉するために、シール部材としてブーツシール７３が配置されている。ブーツシール７３は、両側の端部が覆い部７２の端部とシリンダブロック２の側面とに固定されている。クランクケース７９を含む支持構造物とシリンダブロック２との間にブーツシール７３を配置することにより、クランクケース７９の内部の気体が内燃機関の外部に流出することを抑制できる。
【００４４】
本実施の形態におけるブーツシール７３は、シリンダブロック２の側面を取り囲むように環状に形成されている。ブーツシール７３は、機械圧縮比の変更に伴って変形する。ブーツシール７３は、機械圧縮比の変化に伴って変形可能な材質にて形成されている。たとえば、ブーツシール７３は、ゴムまたは樹脂にて形成されている。シール部材としては、この形態に限られず、封止機能を有する任意の部材を採用することができる。
【００４５】
図４に、本実施の形態における内燃機関のブローバイガス還元装置を説明する概略断面図を示す。本実施の形態における機関本体１は、クランクシャフト２４を支持する支持構造物を備える。本実施の形態における支持構造物は、クランクケース７９とオイルパン７０とを含む。ピストン３は、コネクティングロッド２３を介してクランクシャフト２４に支持されている。クランクケース７９は、クランクシャフト２４を内部に収容する。オイルパン７０は、クランクケース７９の下部に配置されている。オイルパン７０の底部には、機関本体１の各部品を潤滑するオイル７１が貯留されている。本実施の形態においてはオイルパン７０の底部にオイル７１が貯留されている。オイル７１は、たとえば、オイルポンプにより機関本体１の各部分に供給される。
【００４６】
シリンダヘッド４の内部には、オイルが流通するオイル通路６１が形成されている。シリンダヘッド４に配置されている各部品を潤滑したオイルは、オイル通路６１に集まる。シリンダブロック２の内部には、オイル通路６２が形成されている。オイル通路６２は、オイル通路６１と連通している。クランクケース７９には、オイル通路６３が形成されている。オイル通路６３は、オイル通路６２から覆い部７２の内部に流出したオイルが流入するように形成されている。シリンダヘッド４に配置されている各部品を潤滑したオイルは、オイル通路６１，６２，６３を通って、オイルパン７０の底部に戻される。
【００４７】
本実施の形態における内燃機関は、シリンダブロック２の穴部とピストン３との間から流出するブローバイガスを機関吸気通路に戻すブローバイガス還元手段としてのブローバイガス還元装置を備える。クランクケース７９の内部の空間には、燃焼室５を含む気筒の内部からブローバイガスが流出する。ブローバイガス還元装置は、クランクケース７９の内部を換気する。シリンダヘッド４は、シリンダヘッドカバー５７に覆われている。シリンダヘッドカバー５７は、シリンダヘッド４に固定されている。
【００４８】
本実施の形態におけるブローバイガス還元装置は、機関吸気通路から新気を供給する空気流通管６５を含む。空気流通管６５は、シリンダヘッドカバー５７の内部の空間に接続されている。本実施の形態において、空気流通管６５は、吸気ダクト１５において、スロットル弁１８よりも上流側に接続されている。
【００４９】
本実施の形態におけるブローバイガス還元装置は、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）弁６４と、ブローバイガスを含む気体を機関吸気通路に戻す戻し管６６とを含む。本実施の形態における戻し管６６は、ＰＣＶ弁６４を介して、シリンダヘッドカバー５７の内部の空間に接続されている。戻し管６６は、機関吸気通路に接続されている。戻し管６６は、スロットル弁１８よりも下流側に接続されている。本実施の形態における戻し管６６は、サージタンク１４よりも下流に接続されている。ＰＣＶ弁６４は、例えばクランクケース７９の内部の圧力と吸気ダクト１５の内部の圧力との差が、予め定められた圧力差よりも大きくなったときに開弁するように形成されている。
【００５０】
クランクケース７９には、クランクケース７９の内部のブローバイガスを含む気体を流通させるブローバイガス通路９１が形成されている。シリンダブロック２には、ブローバイガスを含む気体を流通させるブローバイガス通路９２が形成され、シリンダヘッド４には、ブローバイガス通路９３が形成されている。それぞれのブローバイガス通路９１，９２，９３は、クランクケース７９の内部の気体を戻し管６６に供給する。
【００５１】
内燃機関が駆動するとスロットル弁１８よりも下流の機関吸気通路では、圧力が大気圧よりも小さくなる。このために、クランクケース７９の内部の気体を、戻し管６６を介して機関吸気通路に吸引することができる。本実施の形態において、クランクケース７９の内部のブローバイガスを含む気体は、矢印６７に示すように、ブローバイガス通路９１に流入する。さらに、ブローバイガスを含む気体は、覆い部７２の内部の空間およびブローバイガス通路９２，９３を通って、シリンダヘッドカバー５７の内部に供給される。ブローバイガスを含む気体は、矢印６８に示すように、ＰＣＶ弁６４および戻し管６６を通って機関吸気通路に吸引される。ＰＣＶ弁６４は、機関吸気通路に戻されるブローバイガスを含む気体の流量を調整する。機関吸気通路に供給された気体は、機関吸気通路を通って再び燃焼室５に供給される。燃焼室５においては、ブローバイガスに含まれる未燃ガスを燃焼させることができる。
【００５２】
クランクケース７９の内部の空気が機関吸気通路に吸引されると、クランクケース７９の内部が負圧になる。クランクケース７９の内部の圧力が低下することにより、空気流通管６５、およびオイル通路６１，６２，６３を通って、クランクケース７９の内部に未燃ガスおよび既燃ガスを含まない空気が供給される。すなわち、ブローバイガスを含まない新気が、矢印６９に示されるように、クランクケース７９の内部の空間に供給される。
【００５３】
このように、内燃機関が駆動すると、クランクケース７９の内部のブローバイガスを含む気体が、ブローバイガス通路９１，９２，９３および戻し管６６を通って機関吸気通路に供給される。一方で、新気が空気流通管６５、オイル通路６１，６２，６３を通ってクランクケース７９の内部に供給され、クランクケース７９の内部の空間を換気することができる。
【００５４】
本実施の形態における内燃機関は、ブローバイガスを含む気体の脈動を検出する脈動検出手段を備える。本実施の形態における脈動検出手段は、クランクケース７９の内部の圧力を検出する圧力センサ７５を含む。圧力センサ７５の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。圧力センサ７５により、クランクケース７９の内部のブローバイガスを含む気体の圧力の脈動を検出することができる。脈動検出手段としては、この形態に限られず、ブローバイガスを含む気体の脈動を検出する任意の装置を採用することができる。
【００５５】
次に、本実施の形態における内燃機関の運転制御について説明する。本実施の形態の運転制御は、内燃機関の運転期間中にブローバイガスを含む気体の脈動を抑制する制御を行う。本実施の形態における内燃機関は、ブローバイガスを含む気体の脈動を検出した場合に、機械圧縮比を変更することにより脈動を抑制する。
【００５６】
図５に、本実施の形態における第１の運転制御のタイムチャートを示す。時刻ｔ０まで、クランクケース７９の内部の圧力Ｐｃｃが徐々に上昇している。時刻ｔ０において、クランクケース７９の内部の圧力の脈動が生じている。すなわち、ブローバイガスを含む気体の圧力が脈動している。
【００５７】
内燃機関は、ブローバイガスを含む気体の脈動を検出し、時刻ｔ１において機械圧縮比εを変更する制御を行なっている。図５に示す例においては、機械圧縮比εを増大する制御を行っている。機械圧縮比εの変更においては、機械圧縮比を低下させる制御を行なっても構わない。また、機械圧縮比εを増大する場合には、ノッキングが発生する虞があるために点火時期を遅角する制御を行うことができる。
【００５８】
図５に示す例においては、機械圧縮比を変化量Δεにて上昇させている。また、点火時期を遅角量ΔＳＡ１にて遅角している。機械圧縮比を変更することにより、クランクケース７９の内部の空間の形状および容積を変化させることができて、クランクケース７９の内部のブローバイガスを含む気体の脈動を抑制することができる。
【００５９】
ところで、機械圧縮比を増大する方向に変化させると、ピストンが移動する方向における燃焼室５の内部（気筒内）の圧力伝播により、ノッキングを誘発する場合がある。また、たとえば、点火時期の遅角が遅れるとノッキングが発生する場合がある。一度ノッキングが発生すると、ピストン等の温度が上昇し、点火時期の遅角量を所定の遅角量にしてもノッキングが継続する場合がある。
【００６０】
このために、本実施の形態の第１の運転制御においては、機械圧縮比を増大させる方向に変更した時に、一時的に点火時期を更に過剰に遅角している。すなわち点火時期をアンダーシュートさせている。機械圧縮比を変更するときに、点火時期を過剰に遅角することにより、ノッキングの発生をより確実に抑制することができる。本実施の形態においては遅角量ΔＳＡ２の過剰の遅角を行って、ピストン温度を下げる制御を行っている。本実施の形態においては、一時的に遅角量ΔＳＡ１に遅角量ΔＳＡ２を加えた遅角量にて点火する制御を行なっている。
【００６１】
機械圧縮比の変化量Δεおよび点火時期の遅角量ΔＳＡ１および過剰な遅角のための遅角量ΔＳＡ２は、予め設定された値を採用することができる。点火時期を過剰に遅角させた後には遅角量ΔＳＡ２を進角させて、遅角量ΔＳＡ１にて遅角させた点火時期に設定することができる。
【００６２】
図６に、本実施の形態における第１の運転制御のフローチャートを示す。図６に示す運転制御は、例えば、予め定められた時間間隔毎に行なうことができる。
【００６３】
ステップ１０１においては、所定の期間における複数個のクランクケース７９の内部の圧力Ｐｃｃを検出する。クランクケース７９の内部の圧力Ｐｃｃは、圧力センサ７５により検出することができる。
【００６４】
図７に、クランクケースの内部の気体の圧力のグラフを示す。横軸は時刻を示し、縦軸は、クランクケースの内部の圧力Ｐｃｃを示している。本実施の形態においては、予め定められた時間間隔ごとに圧力Ｐｃｃの検出を行なっている。検出した圧力Ｐｃｃは、電子制御ユニット３１に記憶させることができる。
【００６５】
本実施の形態においては、現在の時刻ｔｘのｋ番目の圧力Ｐｃｃから過去の時刻ｔｙにおける（ｋ−ｊ）番目の圧力Ｐｃｃを用いている。このときの時刻ｔｙから時刻ｔｘまでの時間長さ又は計算に用いる圧力Ｐｃｃの個数等は予め定めておくことができる。圧力Ｐｃｃを検出する時間間隔は、クランクケース７９の内部の圧力の振動の１周期よりも十分に短い時間であることが好ましい。このような時間間隔を採用することにより、クランクケース７９の内部の圧力の振幅をより正確に算出することができる。
【００６６】
図６および図７を参照して、次に、ステップ１０２からステップ１０４において、ブローバイガスを含む気体に脈動が生じているか否かを判別する。本実施の形態においては、クランクケース７９の内部の気体の圧力の脈動の大きさを検出し、気体の圧力の脈動の大きさが予め定められた判定値よりも大きい場合には、機械圧縮比を変更する制御を行なっている。
【００６７】
ステップ１０２においては、クランクケース７９内の圧力Ｐｃｃの最大値を算出する。クランクケース７９内の圧力の最大値Ｐｃｃ，ｍａｘは、検出した複数個の圧力Ｐｃｃ（ｋ−ｊ）、Ｐｃｃ（ｋ−ｊ＋１）、…、Ｐｃｃ（ｋ）のうち最大のものを選定することができる。
【００６８】
次に、ステップ１０３においては、クランクケース７９内の圧力Ｐｃｃの最小値を算出する。クランクケース７９内の圧力の最小値Ｐｃｃ，ｍｉｍは、検出した複数個の圧力Ｐｃｃ（ｋ−ｊ）、Ｐｃｃ（ｋ−ｊ＋１）、…、Ｐｃｃ（ｋ）のうち最小のものを選定することができる。
【００６９】
次に、ステップ１０４においては、クランクケース内の圧力Ｐｃｃの脈動の振幅を推定し、推定した脈動の振幅が予め定められた判定値δｐｃｃよりも大きいか否かを判別する。すなわち、ブローバイガスの圧力の脈動の大きさが、予め定められた判定値よりも大きいか否かを判別している。変数（｜Ｐｃｃ，ｍａｘ−Ｐｃｃ，ｍｉｍ｜／２）は、実際に計測したクランクケース内の圧力の最大値と最小値との差の２分の１を算出している。すなわち、実際に計測されている圧力に基づいて圧力Ｐｃｃの振幅の最大値を算出している。判定値δｐｃｃは、脈動が大きいと判別する時の圧力の振幅に対応する。
【００７０】
ステップ１０４において、圧力Ｐｃｃの振幅の最大値が、予め定められた判定値δｐｃｃ以下の場合には、この制御を終了する。この場合には、ブローバイガスを含む気体の圧力の脈動が小さいと判別することができる。本実施の形態における機械圧縮比を増大させる制御を行わずに、この制御を終了する。
【００７１】
ステップ１０４において、クランクケース内の圧力Ｐｃｃの振幅の最大値が、予め定められた判定値δｐｃｃよりも大きい場合には、ステップ１０５に移行する。この場合には、ブローバイガスを含む気体の圧力の脈動が大きいと判別することができる。
【００７２】
ステップ１０５においては、現在の機械圧縮比が高圧縮比側の領域内または低圧縮比側の領域内にあるかを判別する。ブローバイガスを含む気体の脈動は、機械圧縮比を低下させても増大させても抑制することができる。本実施の形態の制御においては、機械圧縮比の変化可能な幅が大きい側に機械圧縮比を変化させる。現在の機械圧縮比が、高圧縮比側の領域内である場合には、機械圧縮比を低下させる制御を行っている。現在の機械圧縮比が、低圧縮比側の領域内である場合には、機械圧縮比を増大させる制御を行っている。
【００７３】
ステップ１０５においては、機械圧縮比を変更可能な領域において、最大の機械圧縮比εｍａｘと最小の機械圧縮比εｍｉｍとの中間値を算出する。現在の機械圧縮比εが算出した中間値よりも大きいか否かを判別する。現在の機械圧縮比εが、機械圧縮比の中間値よりも大きい場合には、ステップ１０６に移行する。この場合には、機械圧縮比が小さくなる側に機械圧縮比を変更する制御を行う。
【００７４】
ステップ１０６においては、目標の機械圧縮比を設定する。現在の機械圧縮比から予め定められた機械圧縮比の変化量Δεを減算して目標の機械圧縮比εを算出する。機械圧縮比の変化量Δεは、予め設定した値を採用することができる。次に、ステップ１０７においては、目標の機械圧縮比εに機械圧縮比を変更する制御を行う。機械圧縮比を低下させる場合には、内燃機関がノッキングの生じにくい状態に移行する。このために点火時期の変更は行わなくても構わない。
【００７５】
次に、ステップ１０５において、現在の機械圧縮比εが機械圧縮比の中間値以下の場合には、ステップ１０８に移行する。この場合には、機械圧縮比を増大させる方向に変更する。ステップ１０８においては、現在の機械圧縮比εに機械圧縮比の変化量Δεを加算して、目標の機械圧縮比εを設定する。機械圧縮比の変化量Δεは、予め設定した値を採用することができる。
【００７６】
次に、ステップ１０９においては、ノッキングの発生する領域内であるか否かを判別する。すなわち、機械圧縮比を増大する制御を行うことによりノッキングが発生するか否かを判別する。図６に示す制御例においては、ノッキングが発生すると判別される場合には、点火時期の遅角を過剰に行う制御を採用し、ノッキングが発生しないと判別される場合には、点火時期の過剰な遅角を行わない制御を採用している。
【００７７】
ノッキングが発生する領域であるか否かは、例えば、充填効率ＫＬと機関回転数ＮＥとに基づいて判別することができる。充填効率ＫＬは、たとえば、スロットル弁の開度に基づいてマップ等により算出することができる。内燃機関は、充填効率が高くなるほどノッキングが発生し易くなり、機関回転数が高くなるほどノッキングが発生しにくくなる。このために、たとえば、充填効率が高く機関回転数が低い場合には、ノッキングが発生する領域であると判別することができる。ステップ１０９において、ノッキングが発生する領域であると判別される場合には、ステップ１１０に移行する。
【００７８】
ステップ１１０においては、現在の点火時期ＳＡから点火時期の遅角量ΔＳＡ１および過剰の遅角量ΔＳＡ２を遅角した点火時期ＳＡを算出する。すなわち、過剰に遅角した目標の点火時期ＳＡを設定する。
【００７９】
次に、ステップ１１１においては、機械圧縮比をステップ１０８において設定した機械圧縮比εに変更する。また、点火時期をステップ１１０において設定した点火時期ＳＡに変更する。ここでは、点火時期をアンダーシュートさせる制御を行っている。
【００８０】
次に、ステップ１１２において、現在の点火時期ＳＡに過剰分の遅角量ΔＳＡ２を加算して、基準となる点火時期ＳＡから遅角量ΔＳＡ１を遅角した点火時期ＳＡを算出する。すなわち、アンダーシュートを行わない場合の点火時期ＳＡを算出する。
【００８１】
次に、ステップ１１３においては、点火時期をステップ１１２において算出した点火時期ＳＡに変更する。ステップ１１３においては、ステップ１１１における機械圧縮比と点火時期の変更から予め定められた時間の経過後に点火時期を変更することができる。この制御により、機械圧縮比を変更するときに生じるノッキングを抑制しながら機械圧縮比を変更することができる。
【００８２】
ステップ１０９において、内燃機関の運転状態がノッキングの発生する領域ではないと判別される場合には、ステップ１１４に移行する。この場合には、過剰な遅角を行わずに点火時期を遅角する。ステップ１１４においては、現在の点火時期から遅角量ΔＳＡ１を遅角した目標の点火時期ＳＡを設定する。
【００８３】
次に、ステップ１１５においては、機械圧縮比をステップ１０８において設定した機械圧縮比εに変更する。点火時期をステップ１１４において設定した点火時期ＳＡに変更する。この場合には、内燃機関の運転状態がノッキングの発生する領域から外れているために、点火時期をアンダーシュートさせずに遅角している。
【００８４】
このように、ブローバイガスを含む気体の脈動が大きい場合には、脈動を抑制するために機械圧縮比を変更することができる。第１の運転制御においては、ブローバイガスを含む気体の脈動の大きさが予め定められた判定値よりも大きい場合に、機械圧縮比を変更する制御を行っているが、この形態に限られず、ブローバイガスを含む気体に脈動が発生していると判別される場合に、機械圧縮比を変更する制御を行うことができる。
【００８５】
本実施の形態における機械圧縮比の変化量Δεや、点火時期の遅角量ΔＳＡ１，ΔＳＡ２は予め定められた値を採用しているが、この形態に限られず、変動値を採用することができる。例えば、検出された脈動の大きさに応じて、機械圧縮比の変化量Δεおよび点火時期の遅角量ΔＳＡ１，ΔＳＡ２を設定する制御を行なっても構わない。ブローバイガスを含む気体の脈動が大きいほど、機械圧縮比の変化量および点火時期の遅角量を大きくする制御を行なうことができる。
【００８６】
ところで、過給機を備える内燃機関においては、加圧された空気が燃焼室に供給され、ピストンが圧縮上死点に到達した時の燃焼室の圧力が高くなる。このために、クランクケースの内部のブローバイガスを含む気体の圧力も高くなる。脈動は、気体の密度が高いほど生じやすいために、ブローバイガスを含む気体の脈動も発生しやすくなる。したがって、本実施の形態の脈動を抑制する制御は、過給機を備える内燃機関に特に好適である。
【００８７】
次に、図８および図９を参照して、本実施の形態の第２の運転制御について説明する。図５を参照して、第１の運転制御においては、時刻ｔ１において機械圧縮比を変更するとともに点火時期を遅角させる。この時に、点火時期を遅角させるために出力変動による衝撃が生じる場合がある。特に、運転者は、意図しない衝撃、すなわち、トルクショックを感じる場合がある。たとえば、時刻ｔ１においては、出力されるトルクが点火時期の変化に合わせて減少する。このときのトルクの変化が大きい場合に、運転者がトルクショックを感じる場合がある。
【００８８】
図８に、本実施の形態の第２の運転制御のタイムチャートを示す。本実施の形態の第２の運転制御においては、出力の変動による衝撃を検出した時には、次回の機械圧縮比を変更する速度および点火時期を変更する速度を、今回の速度よりも遅くする制御を行う。
【００８９】
本実施の形態の内燃機関は、出力の変動による衝撃を検出する衝撃検出手段を備える。本実施の形態における衝撃検出手段は、運転者の操作に基づいて衝撃が生じているか否かを検出する。トルクショックが生じた場合には、運転者の操作に影響を及ぼす場合がある。たとえば、運転者がトルクショックを感じた場合には、アクセルペダルの踏込み量が一時的に小さくなる。本実施の形態の衝撃検出手段は、アクセルペダルの踏込み量、ブレーキペダルの踏込み量、およびステアリングの操舵量を検出し、これらの出力信号のうち少なくとも１つの量が大きければ、出力の変動による衝撃が生じていると判別している。図８においては、アクセルペダルの踏込み量が例示されている。
【００９０】
時刻ｔ１において、機械圧縮比εを変化量Δεにて増大すると共に、点火時期を遅角量ΔＳＡ１にて遅角している。また、図８に示す例では、点火時期の遅角を遅角量ΔＳＡ２にてアンダーシュートさせている。時刻ｔ１において、アクセルペダルの踏込み量が一時的に小さくなった後に上昇している。本実施の形態においては、アクセルペダルの踏込み量の変化率を検出し、踏込み量の変化率が予め定められた判定値よりも大きい場合に、出力の変動による衝撃が発生していると判別している。
【００９１】
この後に、内燃機関の運転を継続して、再びブローバイガスを含む気体の脈動が生じており、時刻ｔ２において機械圧縮比εを増大するとともに点火時期ＳＡを遅角している。この時の機械圧縮比の変化量Δεは、時刻ｔ１における機械圧縮比の変化量Δεと同一である。また、点火時期の遅角量についても同様に、時刻ｔ１における点火時期の遅角量ΔＳＡ１と同一である。
【００９２】
ここで、時刻ｔ１の制御において出力の変動による衝撃が発生したために、時刻ｔ２の制御においては、機械圧縮比を変更する速度および点火時期を変更する速度を、前回の時刻ｔ１における速度よりも遅くしている。前回の時刻ｔ１の制御においては、時間長さＴＬ１の期間に機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更している。今回の時刻ｔ２の制御においては、時間長さＴＬ１よりも長い時間長さＴＬ２の期間に機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更している。機械圧縮比の変化量Δεおよび点火時期の遅角量ΔＳＡ１は同一であるが、機械圧縮比εを変更している時間および点火時期ＳＡを変更している時間をそれぞれ長くしている。機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを徐々に変更する制御を行なっている。
【００９３】
図８に示すように、時刻ｔ２において機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更したときのアクセルペダルの踏込み量の変化率は、前回の時刻ｔ１における踏込み量の変化率よりも小さくなっている。このように、機械圧縮比と点火時期を徐々に変更する制御を行うことにより、運転者が感じる不快なトルクショックが小さくなったことが分かる。
【００９４】
図８に示す運転制御例においては、時刻ｔ２における機械圧縮比および点火時期の変更時にも、アクセルペダルの踏込み量が一時的に小さくなっており、運転者がトルクショックを感じていると判別することができる。すなわち、出力の変動による衝撃が発生していると判別することができる。このために、次回の時刻ｔ３の機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡの変更においては、機械圧縮比を変更する速度および点火時期を変更する速度を更に遅くしている。すなわち、機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更する時間長さＴＬ３を、時刻ｔ２における制御の時間長さＴＬ２よりも長くする制御を行っている。この制御を行なうことにより、さらに出力の変動による衝撃を抑制することができる。
【００９５】
時刻ｔ３においては、機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更したときのアクセルペダルの踏込み量に変化がなく、出力の変動による衝撃が生じていないと判別することができる。なお、時刻ｔ３以降において機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更する場合には、時間長さＴＬ３により機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更することができる。
【００９６】
このように、今回の機械圧縮比および点火時期の変更において、出力の変動による衝撃が生じていると判別される場合には、次回の制御において機械圧縮比および点火時期の変更速度を遅くすることができる。
【００９７】
本実施の形態においては、複数回にかけて機械圧縮比および点火時期の変更を行っている。機械圧縮比および点火時期を一度に大きく変更することにより、出力の変動による衝撃を確実に抑制することができる。しかしながら、機械圧縮比および点火時期を一度に大きく変更すると、機械圧縮比および点火時期を変更するための期間が長くなり、ブローバイガスを含む気体の脈動が生じている時間が長くなる。本実施の形態のように、機械圧縮比および点火時期を複数回にかけて少量ずつ変更することにより、機械圧縮比および点火時期の変更の期間が必要以上に長くなることを回避できる。
【００９８】
図８に示す運転制御例では、アクセルペダルの踏込み量に基づいて、出力の変動による衝撃が発生しているか否かを判別しているが、この形態に限られず、例えばブレーキペダルの踏込み量、ブレーキペダルのオフからオンへの切替えの検出によって、出力の変動による衝撃が生じているか否かを判別することができる。例えば、ブレーキペダルの踏込み量の変化率が予め定められた判定値よりも大きく変化した場合や、ブレーキペダルを踏込んでいない状態からブレーキペダルを踏込んだ状態に変化した場合に、出力の変動による衝撃が生じていると判別することができる。
【００９９】
または、ステアリングの操舵角に基づいて、出力の変動による衝撃が発生しているか否かを検出しても構わない。例えば、機械圧縮比を変更する場合に、ステアリングの操舵角の変化率が予め定められた判定値よりも大きく変化した場合には、出力の変動による衝撃が生じていると判別することができる。
【０１００】
図９に、本実施の形態の第２の運転制御のフローチャートを示す。図９に示す例においては、ステアリングの操舵角θｓｔｒ、アクセルペダルの踏込み量Ｘａｃｃ、およびブレーキペダルの踏込み量Ｘｂｒｋに基づいて、出力の変動による衝撃が生じているか否かを判別している。
【０１０１】
ステップ１２１においては、機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡが変更されたことを検出する。たとえば、第１の運転制御において、機械圧縮比εが増大され、点火時期ＳＡが遅角されたことを検出する。
【０１０２】
次に、ステップ１２２においては、時間幅Δｔにおけるステアリングの操舵角θｓｔｒの変化量が予め定められた判定値δｓｔｒよりも大きいか否かを判別する。すなわち、運転者が予め定められた判定値よりも大きくステアリングを操作しているか否かを判別する。時刻ｔは、機械圧縮比を変更した時刻を採用することができる。時刻ｔにおけるステアリングの操舵角θｓｔｒ（ｔ）と、時間幅Δｔ経過後のステアリングの操舵角θｓｔｒ（ｔ＋Δｔ）との差を算出する。この差が、判定値δｓｔｒよりも大きいか否かを判別する。時間幅Δｔにおけるステアリングの操舵角の変化量が、予め定められた判定値δｓｔｒよりも大きい場合には、出力の変動による衝撃が生じていると判別することができる。この場合には、ステップ１２６に移行する。
【０１０３】
ステップ１２６においては、次回の機械圧縮比の変更速度および次回の点火時期の変更速度を低下させる制御を行う。本実施の形態においては、機械圧縮比および点火時期の変更速度を低下させるフラグを「１」に設定する。このフラグの初期値は「０」に設定されている。次回の機械圧縮比εおよび点火時期ＳＡを変更する場合には、このフラグを読み込む。このフラグが１の場合には、機械圧縮比εの変更速度および点火時期ＳＡの変更速度を前回よりも遅くすることができる。たとえば、機械圧縮比を増大している時間および点火時期を遅角している時間を前回よりも予め定められた量にて長くすることができる。一方で、このフラグが０の場合には、機械圧縮比εの変更速度および点火時期ＳＡの変更速度を前回と同一にすることができる。
【０１０４】
ステップ１２２において、時間幅Δｔにおけるステアリングの操舵角θｓｔｒの変化量が、予め定められたが判定値δｓｔｒ以下の場合には、ステップ１２３に移行する。
【０１０５】
ステップ１２３においては、時間幅Δｔにおけるアクセルペダル４０の踏込み量Ｘａｃｃが、判定値δａｃｃよりも大きいか否かを判別する。時刻ｔにおけるアクセルペダル４０の踏込み量Ｘａｃｃ（ｔ）と、時間幅Δｔの経過後のアクセルペダル４０の踏込み量Ｘａｃｃ（ｔ＋Δｔ）との差を算出し、この差が予め定められた判定値δａｃｃよりも大きいか否かを判別している。時間幅Δｔにおけるアクセルペダルの踏込み量の変化量が、予め定められた判定値δａｃｃよりも大きい場合には、出力の変動による衝撃が生じていると判別することができる。この場合には、ステップ１２６に移行し、次回の機械圧縮比および点火時期の変更時に変更速度を遅くする制御を行う。
【０１０６】
ステップ１２３において、時間幅Δｔにおけるアクセルペダルの踏込み量の変化量が、予め定められた判定値δａｃｃ以下の場合には、ステップ１２４に移行する。
【０１０７】
ステップ１２４においては、ステップ１２３のアクセルペダルの踏込み量と同様に、時間幅Δｔにおけるブレーキペダルの踏込み量Ｘｂｒｋの変化量を検出する。ブレーキペダルの踏込み量の変化量が、予め定められた判定値δｂｒｋよりも大きい場合は、出力の変動による衝撃が生じていると判別することができる。この場合には、ステップ１２６に移行し、次回の機械圧縮比および点火時期の変更時に変更速度を遅くする制御を行う。
【０１０８】
ステップ１２４において、時間幅Δｔにおけるブレーキペダルの踏込み量の変化量が、予め定められた判定値δｂｒｋ以下の場合にはステップ１２５に移行する。この場合には、今回の制御において機械圧縮比を変更した時に出力の変動による衝撃が生じていないと判別することができる。このために、次回の機械圧縮比の変更および点火時期の変更においても、今回の制御と同様の変更速度により機械圧縮比および点火時期を変更することができる。ステップ１２５においては、次回の機械圧縮比εの変更速度および点火時期ＳＡの変更速度を低下させるフラグを「０」に設定する。
【０１０９】
本実施の形態のステップ１２４においては、ブレーキペダルの踏込み量の変化量を検出しているが、この形態に限られず、ブレーキペダルが踏込まれていない状態から踏込まれている状態への切り替えを判別しても構わない。すなわち、ステップ１２４において、ブレーキペダルが踏込まれていない状態から踏込まれた状態に移行した場合には、出力の変動による衝撃が生じている判別することができる。この場合には、ステップ１２６に移行することができる。
【０１１０】
このように、本実施の形態の衝撃検出手段は、アクセルペダルの出力信号、ブレーキペダルの出力信号、およびステアリングの出力信号のうち、少なくとも一つの信号に基づいて、衝撃が生じているか否かを判別している。衝撃検出手段としては、この形態に限られず、出力の変動による衝撃を検出可能な任意の装置を採用することができる。例えば、衝撃検出手段は、機関本体に配置された振動センサを含み、機械圧縮比および点火時期を変更した場合に生じる振動の大きさが予め定められた振動の判定値よりも大きくなったときに、トルクショックが生じていると判別しても構わない。
【０１１１】
本実施の形態の第２の運転制御においては、機械圧縮比を上昇させて点火時期を遅角する制御を例示して説明を行ったが、この形態に限られず、機械圧縮比を低下させる制御を行う場合にも同様の制御を行うことができる。すなわち、機械圧縮比を低下させる制御を行うと共に点火時期を変更した場合に、出力の変動による衝撃が生じていると判別される時には、次回の制御において機械圧縮比の変更速度を低下させる制御を行うことができる。また、点火時期の変更速度を低下させる制御を行うことができる。
【０１１２】
次に、本実施の形態の第３の運転制御について説明する。図５を参照して、本実施の形態の第１の運転制御において、機械圧縮比εを増大するとともに点火時期ＳＡを遅角すると、出力されるトルクが減少する。このため、運転者が意図しない車両の減速が生じる場合がある。第３の運転制御においては、機械圧縮比を変更するときに生じるトルクの低下を抑制する制御を行う。第３の運転制御は、出力されるトルクを維持するいわゆるトルクリザーブ制御を含む。
【０１１３】
図１０に、本実施の形態における第３の運転制御のタイムチャートを示す。図１０においては、破線にて本実施の形態の第１の運転制御を示しており、実線にて本実施の形態の第３の運転制御を示している。本実施の形態の内燃機関は、内燃機関の運転状態がブローバイガスを含む気体の脈動が生じる可能性を有する運転領域内であることを検出する運転領域検出手段を備える。内燃機関の運転状態が、ブローバイガスを含む気体の脈動が生じる可能性を有する運転領域内である場合には、トルクリザーブ制御を行なう。
【０１１４】
本実施の形態においては、現在のブローバイガスを含む気体の圧力が、脈動領域内または脈動領域の近傍の脈動準備領域内である場合にトルクリザーブ制御を行う。トルクリザーブ制御においては、点火時期を遅角すると共に充填効率を増加させる。
【０１１５】
図１０に示す運転例においては、機械圧縮比を変更する時刻ｔ１よりも前の時刻ｔ０において、クランクケース内の圧力が脈動の発生する圧力に到達している。このため、時刻ｔ０においてトルクリザーブ制御を開始している。すなわち、時刻ｔ０において点火時期を遅角するとともに充填効率を増大させている。本実施の形態においては、充填効率を増大させるためにスロットル弁の開度を増大させる制御を行なっている。また、本実施の形態においては、時刻ｔ０において、点火時期および充填効率を瞬間的に変更せずに徐々に変更している。
【０１１６】
この後に、時刻ｔ１においては、クランクケース内の気体の圧力の脈動の大きさが予め定められた判定値よりも大きいと判別されている。このために、時刻ｔ１において、機械圧縮比を増大させる制御を行なっている。第３の運転制御においては、点火時期が予め遅角されているために、時刻ｔ１において更に点火時期を遅角させる必要はなく、出力されるトルクをほぼ一定に維持することができる。
【０１１７】
このように、第３の運転制御においては、機械圧縮比を変更する前に点火時期を遅角するとともに充填効率を増大させるトルクリザーブ制御を行うことにより、機械圧縮比を変更する場合にも出力されるトルクをほぼ一定に保つことができる。本実施の形態におけるトルクリザーブ制御では、点火時期を本来の設定値よりも遅角させることにより、ノッキングに対する点火時期の余裕度を高くしている。また、点火時期を変更するときに充填効率を変更することにより、トルクの変動を抑制することができる。
【０１１８】
図１１に、本実施の形態の第３の運転制御のフローチャートを示す。ステップ１３１においては、クランクケース内の圧力Ｐｃｃおよび機関回転数ＮＥを検出する。
【０１１９】
次に、ステップ１３２においては、ブローバイガスを含む気体に脈動が生じる可能性を有する範囲を読み込む。
【０１２０】
図１２に、本実施の形態の内燃機関のブローバイガスを含む気体の脈動が生じる可能性を有する範囲を説明するグラフを示す。横軸が機関回転数ＮＥであり、縦軸がクランクケース内の圧力Ｐｃｃである。図１２には、脈動が生じる領域である脈動領域と、脈動領域の周りの領域である脈動準備領域が記載されている。本実施の形態におけるブローバイガスを含む気体に脈動が生じる可能性を有する範囲は、脈動領域と脈動準備領域とを含む。機関回転数ＮＥが上昇するほど、脈動領域の圧力範囲が高くなることが分る。本実施の形態における脈動領域は、最大圧力Ｐｐｕｌｓ，ｍａｘと、最小圧力Ｐｐｕｌｓ，ｍｉｍとに挟まれる領域である。
【０１２１】
本実施の形態における脈動準備領域は、内燃機関の運転状態の変更時などに内燃機関の運転状態が脈動領域内に入ることを回避するために設定されている。たとえば、スロットル弁の開度の変更後に、実際の充填効率の変化が終了するまでの期間中に、内燃機関の運転状態が脈動領域内になることを抑制するために脈動準備領域が設定されている。このように、本実施の形態の脈動準備領域は、運転状態の過渡変化等により脈動領域内になることを回避するために設定されている。本実施の形態の脈動準備領域は、脈動領域の最大圧力に圧力幅ΔＰｃｃを加えた値を最大圧力としている。また、脈動準備領域は、脈動領域の最小圧力から圧力幅ΔＰｃｃを減算した値を最小圧力としている。本実施の形態における圧力幅ΔＰｃｃは、予め設定された値を採用している。
【０１２２】
図１１を参照して、ステップ１３２においては、脈動領域の最大圧力Ｐｐｕｌｓ，ｍａｘおよび脈動領域の最小圧力Ｐｐｕｌｓ，ｍｉｍを読み込む。脈動領域の最大圧力Ｐｐｕｌｓ，ｍａｘおよび最小圧力Ｐｐｕｌｓ，ｍｉｍは、例えば、機関回転数を関数にした値を電子制御ユニット３１に予め記憶させておくことができる。
【０１２３】
次に、ステップ１３３においては、検出したクランクケース内の圧力Ｐｃｃが、脈動領域内または脈動準備領域内であるか否かを判別する。すなわち、クランクケース内の圧力Ｐｃｃが、（Ｐｐｕｌｓ，ｍｉｍ−ΔＰｃｃ）よりも大きく、（Ｐｐｕｌｓ，ｍａｘ＋ΔＰｃｃ）よりも小さい範囲内であるか否かを判別する。
【０１２４】
ステップ１３３において、クランクケース内の圧力Ｐｃｃが、脈動領域内または脈動準備領域内である場合には、ステップ１３４に移行する。クランクケース内の圧力Ｐｃｃが脈動領域内または脈動準備領域内である場合には、脈動が発生する虞がある。
【０１２５】
ステップ１３４においては、トルクリザーブ制御を既に行っているか否かを判別する。ステップ１３４において、トルクリザーブ制御を既に行なっている場合には、この制御を終了する。ステップ１３４において、トルクリザーブ制御を行なっていない場合には、ステップ１３５に移行する。
【０１２６】
ステップ１３５においては、トルクリザーブ制御を実施する。すなわち、点火時期を遅角するとともに充填効率を増大させる制御を行う。ここでの点火時期の遅角量および充填効率の増大量は、予め定められた量にて実施することができる。また、点火時期の遅角および充填効率の増大は、出力されるトルクが略一定に維持されるように行うことができる。
【０１２７】
ステップ１３３において、クランクケース内の圧力Ｐｃｃが、脈動領域内および脈動準備領域内でない場合には、ステップ１３６に移行する。
【０１２８】
ステップ１３６においては、現在トルクリザーブ制御を行なっているか否かを判別する。ステップ１３６において、トルクリザーブ制御を行なっていない場合には、この制御を終了する。ステップ１３６において、トルクリザーブ制御を行なっている場合には、ステップ１３７に移行する。この場合には、内燃機関の運転状態がクランクケース内の圧力の脈動が生じる可能性のある範囲から外れている。このために、ステップ１３７においては、トルクリザーブ制御を停止する制御を行う。すなわち、点火時期の遅角を中止し、充填効率の増大を中止して元の運転状態に戻す制御を行う。
【０１２９】
このように、予め定められた脈動領域または脈動準備領域にて内燃機関を運転している場合には、トルクリザーブ制御を行なうことができる。トルクリザーブ制御を行うことにより、ブローバイガスを含む気体の脈動を抑制するために機械圧縮比を増大しても出力されるトルクをほぼ一定に保つことができる。
【０１３０】
本実施の形態においては、内燃機関の運転状態が脈動領域内および脈動準備領域内である場合に、トルクリザーブ制御を行なっている。トルクリザーブ制御は、例えば、内燃機関の全運転領域にて実施することも可能である。しかしながら、この場合には、燃料消費量が多くなってしまいしまう。本実施の形態のように、脈動領域および脈動準備領域を予め設定し、内燃機関の運転状態が脈動領域内または脈動準備領域内になった場合にトルクリザーブ制御を行なうことにより、ブローバイガスを含む気体の脈動を抑制すると共に、燃料消費量の増加を抑制することができる。
【０１３１】
本実施の形態の第３の運転制御においては、機械圧縮比を上昇させて点火時期を遅角する制御を例示して説明を行ったが、この形態に限られず、機械圧縮比および点火時期を変更する場合に同様の制御を行うことができる。また、運転領域検出手段としては、上記の形態に限られず、ブローバイガスを含む気体の脈動が生じる可能性を有することを検出可能な任意の手段を採用することができる。
【０１３２】
ところで、図１２に示す脈動が生じる脈動領域は、学習により更新することができる。次に、本実施の形態における脈動領域を学習する制御について説明する。
【０１３３】
図１３は、本実施の形態の内燃機関において脈動領域を学習する制御のフローチャートである。図１３に示す運転制御は、たとえば、予め定められた時間間隔毎に繰り返して行うことができる。ステップ１４１からステップ１４４は、本実施の形態の第１の運転制御のステップ１０１からステップ１０４と同様である（図６参照）。ステップ１４１からステップ１４４は、ブローバイガスを含む気体に予め定められた大きさの脈動が生じているか否かを判別する。
【０１３４】
ステップ１４４において、クランクケース内の圧力Ｐｃｃの脈動の振幅の最大値が予め定められた判定値δｐｃｃよりも大きい場合には、ステップ１４５に移行する。すなわち、所定の大きさよりも大きな脈動が生じていると判別される場合には、ステップ１４５に移行する。ステップ１４５においては、機関回転数ＮＥを検出する。
【０１３５】
次に、ステップ１４６においては、検出した機関回転数ＮＥとクランクケース内の圧力Ｐｃｃとの組が、電子制御ユニット３１に記憶されている脈動領域に含まれているか否かを判別する。ステップ１４６において、機関回転数ＮＥおよびクランクケース内の圧力Ｐｃｃの組が、脈動領域として記憶されている場合には、この制御を終了する。
【０１３６】
ステップ１４６において、機関回転数ＮＥおよびクランクケース内の圧力Ｐｃｃの組が、電子制御ユニット３１に記憶されている脈動領域に含まれていない場合には、ステップ１４７に移行する。ステップ１４７においては、今回検出した機関回転数ＮＥおよびクランクケース内の圧力Ｐｃｃの組を脈動領域に追加する制御を行う。
【０１３７】
このように、脈動領域を学習する制御は、電子制御ユニット３１に予め記憶されている脈動領域に新たに脈動が発生した運転領域を加えて、脈動領域を更新する制御を行なうことができる。
【０１３８】
更に、図１２に示す脈動準備領域についても学習により更新することができる。次に、脈動準備領域を学習により更新する制御について説明する。本実施の形態においては、スロットル弁の開度を変更したときのクランクケース内の圧力の変化量に基づいて脈動準備領域を設定する。本実施の形態においては、脈動領域に基づいて脈動準備領域を定めるための圧力幅ΔＰｃｃを更新する。
【０１３９】
図１４に、本実施の形態の内燃機関の脈動準備領域を学習する制御のフローチャートを示す。ステップ１５１においては、スロットル弁の開度の変更開始を検出する。ステップ１５２においては、スロットル弁の開度の変更開始と共にクランクケース内の圧力Ｐｃｃを検出する。ステップ１５２においては、予め定められた時間間隔ごとに複数個のクランクケース内の圧力Ｐｃｃを検出する。
【０１４０】
次に、ステップ１５３においては、クランクケース内の圧力Ｐｃｃがほぼ一定になっているか否かを検出する。スロットル弁の開度の変更によってクランクケース内の圧力Ｐｃｃも変化するが、クランクケース内の圧力Ｐｃｃがほぼ定常状態に到達しているか否かを判別する。ステップ１５３においては、単位時間におけるクランクケース内の圧力Ｐｃｃの変化量、すなわちクランクケース内の圧力Ｐｃｃの変化率が予め定められた判定値よりも小さいか否かを判別している。
【０１４１】
ステップ１５３において、クランクケース内の圧力Ｐｃｃの変化率が予め定められた判定値以上の場合には、クランクケース内の圧力Ｐｃｃが定常状態に到達していないと判別することができる。この場合には、ステップ１５２に戻り、クランクケース内の圧力Ｐｃｃを検出する。ステップ１５３において、クランクケース内の圧力Ｐｃｃの変化率が予め定められた判定値よりも小さい場合には、クランクケース内の圧力Ｐｃｃがほぼ定常状態に到達していると判別することができる。この場合には、ステップ１５４に移行する。
【０１４２】
ステップ１５４においては、スロットル弁の開度の変更による圧力Ｐｃｃの変化量ΔＰｃｃを検出する。すなわち、スロットル弁の開度の変更を開始してからクランクケース内の圧力Ｐｃｃが定常状態になるまでのクランクケース内の圧力Ｐｃｃの総変化量を検出する。この変化量を、脈動準備領域を設定する時の圧力幅ΔＰｃｃに採用することができる。
【０１４３】
ステップ１５５においては、今回算出した圧力幅ΔＰｃｃが、現在設定されている圧力幅ΔＰｃｃよりも大きいか否かを判別している。今回算出した圧力幅ΔＰｃｃが、現在設定されている圧力幅ΔＰｃｃ以下の場合は、この制御を終了する。今回算出した圧力幅ΔＰｃｃが、現在設定されている圧力幅ΔＰｃｃよりも大きい場合は、ステップ１５６に移行する。
【０１４４】
ステップ１５６においては、圧力幅ΔＰｃｃを更新する制御を行う。すなわち、脈動領域から脈動準備領域を設定するための圧力幅ΔＰｃｃを今回算出した値に変更する。
【０１４５】
このように、脈動準備領域の学習においては、スロットル弁の開度が変化したときのクランクケース内の圧力の変化量を検出し、この変化量が従前の圧力幅ΔＰｃｃよりも大きい場合に脈動準備領域を設定するための圧力幅ΔＰｃｃを更新する制御を行なうことができる。
【０１４６】
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの制御においては、同一の機能および作用を達成できる範囲内にて、適宜ステップの順序を変更することができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等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】
【０１４７】
１    機関本体
２    シリンダブロック
３    ピストン
４    シリンダヘッド
５    燃焼室
１０    点火プラグ
１８    スロットル弁
２４    クランクシャフト
３１    電子制御ユニット
４０    アクセルペダル
４２    クランク角センサ
５７    シリンダヘッドカバー
６１，６２，６３    オイル通路
６４    ＰＣＶ弁
６５    空気流通管
６６    戻し管
７５    圧力センサ
７９    クランクケース
８６    円形カム
８７    偏心軸
９１，９２，９３    ブローバイガス通路
【図１】
0005783135.tif 000002
【図２】
0005783135.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005783135.tif 000006
【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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