(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関圧縮比を変化させる内燃機関と、
上記機関圧縮比を制御する制御機構と、
上記制御機構を駆動する駆動源と、
を有する内燃機関の制御方法において、
上記駆動源の操作量を上記機関圧縮比に応じた減衰率により変換して上記制御機構へ伝達し、
上記減衰率が相対的に大きい場合には基本点火時期に基づいて筒内圧力を制御し、上記減衰率が相対的に小さい場合には上記基本点火時期よりも遅角した許容点火時期に基づいて筒内圧力を制御する
内燃機関の制御方法。
【請求項２】
所定の中間圧縮比のときに、この中間圧縮比よりも高圧縮比側あるいは低圧縮比側のときよりも上記減衰率が小さくなるように設定されている
請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項３】
上記内燃機関の燃焼室内で許容される限界の圧力である許容筒内圧力を機関回転数に応じて変更する
請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項４】
上記筒内圧力が上記内燃機関の燃焼室内で許容される限界の圧力である許容筒内圧力以下となるように、点火時期を制御する
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
【請求項５】
少なくとも上記機関圧縮比及び上記許容筒内圧力に基づいて、上記点火時期の許容進角量を算出する
請求項４に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項６】
制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、
回転軸を回転駆動するアクチュエータと、
上記制御軸と上記回転軸とを機械的に連結するリンク機構と、を有し、
当該リンク機構は、上記制御軸の回転位置に応じて、上記回転軸の回転量と上記制御軸の回転量の比である減速比が変化するように構成された内燃機関の制御装置において、
上記減速比が相対的に大きい場合には基本点火時期に基づいて筒内圧力を制御し、上記減速比が相対的に小さい場合には上記基本点火時期よりも遅角した許容点火時期に基づいて筒内圧力を制御する制御部を有する
内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記リンク機構は、所定の中間圧縮比のときに、この中間圧縮比よりも高圧縮比側あるいは低圧縮比側のときよりも上記減速比が小さくなるように設定されている
請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
上記内燃機関の燃焼室内で許容される限界の圧力である許容筒内圧力を設定する許容筒内圧力設定部を有し、
上記許容筒内圧力設定部は、機関回転数に応じて上記許容筒内圧力を変更する
請求項６または７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
上記内燃機関の燃焼室内で許容される限界の圧力である許容筒内圧力を設定する許容筒内圧力設定部と、
燃焼室内の筒内圧力が上記許容筒内圧力以下となるように、上記点火時期を制御する点火時期制御部と、を有する
請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
上記点火時期制御部は、少なくとも上記機関圧縮比及び上記許容筒内圧力に基づいて、上記点火時期の許容進角量を算出する
請求項９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、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、制御軸の回転位置に応じて内燃機関の機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比内燃機関が知られている。また特許文献１には、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧力が所定筒内圧力を超えないように点火時期を制御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２０１２−２１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、駆動源であるアクチュエータにより駆動される回転軸と可変圧縮比機構の制御軸とをリンク機構により連結し、アクチュエータの駆動力を回転軸及びリンク機構を介して制御軸に伝えて回転させることにより機関圧縮比を可変する可変圧縮比内燃機関では、制御軸の回転位置によってリンク機構の姿勢が変化することから、駆動源であるアクチュエータにより駆動される回転軸の回転量と制御軸の回転量の比（回転軸の回転量／制御軸の回転量）である減速比（減衰率）もまた、制御軸の回転位置、つまりは機関圧縮比に応じて変化する。【０００５】
上記の構成に限らず、機関圧縮比を変化させる内燃機関では、機関圧縮比を制御する制御機構と、この制御機構を駆動する駆動源と、を有し、駆動源の操作量を機関圧縮比に応じた減衰率により変換して制御機構へ伝達する機構では、機関圧縮比に応じて減衰率が変化する。【０００６】
ところで、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧力は燃焼により上昇し、この筒内圧力は、制御軸，リンク機構及び回転軸を介してアクチュエータにも作用する。従ってアクチュエータは筒内圧力に抗して制御軸を所定の回転位置に保持する保持トルクが必要となる。また、筒内圧力は、部品保護等の目的で内燃機関を設計する際に予め所定の許容筒内圧力以下に制限される。例えば、筒内圧力が許容筒内圧力以下となる範囲で点火時期制御が行なわれる。【０００７】
ここで、上記の減速比（減衰率）が大きいほど、アクチュエータからリンク機構を介して制御軸に作用する駆動トルクは増幅される一方、筒内圧力に起因してアクチュエータ側へ作用するトルクは減衰する。逆に減速比が小さいほど、筒内圧力に起因してアクチュエータ側へ作用するトルクは相対的に大きくなる。従って、リンク機構の減速比を考慮せずに許容筒内圧力を設定した場合、例えば、減速比が小さい場合の大きな入力荷重に合わせてリンク機構やアクチュエータを設計することとなり、リンク機構やアクチュエータの重量増加や大型化を招いてしまう。また、減速比が大きい場合には筒内圧力に起因してアクチュエータ側に作用するトルクが小さくなるにもかかわらず、許容筒内圧力が大きいままとされていると、不必要に筒内圧力が制限されることになる。【０００８】
機関圧縮比を変化させる内燃機関と、上記機関圧縮比を制御する制御機構と、上記制御機構を駆動する駆動源と、有する。上記駆動源の操作量を上記機関圧縮比に応じた減衰率により変換して上記制御機構へ伝達する。上記減衰率が相対的に大きい場合には基本点火時期に基づいて筒内圧力を制御し、上記減衰率が相対的に小さい場合には上記基本点火時期よりも遅角した許容点火時期に基づいて筒内圧力を制御する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
機関圧縮比を変化させる内燃機関と、上記機関圧縮比を制御する制御機構と、上記制御機構を駆動する駆動源と、有する。上記駆動源の操作量を上記機関圧縮比に応じた減衰率により変換して上記制御機構へ伝達する。上記内燃機関の燃焼室内で許容される限界の圧力である許容筒内圧力を、上記減衰率が小さくなるほど小さく設定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、機関圧縮比の変更に伴って変化する減衰率（減速比）に応じて許容筒内圧力を適正化し、制御機構（リンク機構）や駆動源（アクチュエータ）の重量増加や大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係る可変圧縮比機構を示す概略構成図。
【図２】上記実施例の可変圧縮比機構を備えた内燃機関の一部を示す斜視図。
【図３】リンク機構の減速比と機関圧縮比との関係を示す特性図。
【図４】高圧縮比の設定状態におけるリンク機構の姿勢を示す説明図。
【図５】中間圧縮比の設定状態におけるリンク機構の姿勢を示す説明図。
【図６】低圧縮比の設定状態におけるリンク機構の姿勢を示す説明図。
【図７】本実施例の制御ブロック図。
【図８】本発明の一実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】本実施例に係る点火時期制御を実施した場合（Ｂ）と実施例しない場合（Ａ）との相違を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施例に係る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について説明する。なお、この機構は特開２００９−１８５６２９号公報等にも記載のように公知であるので、簡単な説明にとどめる。
【００１３】
内燃機関の機関本体の一部を構成するシリンダブロック１には、各気筒のピストン３がシリンダ２内に摺動可能に嵌合しているとともに、クランクシャフト４が回転可能に支持されている。可変圧縮比機構１０は、クランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク１１と、このロアリンク１１とピストン３とを連結するアッパリンク１２と、シリンダブロック１等の機関本体側に回転可能に支持される制御軸１４と、この制御軸１４に偏心して設けられた制御偏心軸部１５と、この制御偏心軸部１５とロアリンク１１とを連結する制御リンク１３と、を有している。ピストン３とアッパリンク１２の上端とはピストンピン１６を介して相対回転可能に連結され、アッパリンク１２の下端とロアリンク１１とは第１連結ピン１７を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の上端とロアリンク１１とは第２連結ピン１８を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の下端は上記の制御偏心軸部１５に回転可能に取り付けられている。
【００１４】
制御軸１４には、後述するリンク機構２１を介してアクチュエータとしての駆動モータ２０（図２等参照）が連結されており、この駆動モータ２０により制御軸１４の回転位置を変更・保持することによって、ロアリンク１１の姿勢の変化を伴って、ピストン上死点位置やピストン下死点位置を含むピストンストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化する。従って、制御部４０により駆動モータ２０を駆動制御することによって、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御することができる。
【００１５】
機関本体としてシリンダブロック１の下方に固定されるオイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７には、リンク機構２１を収容するハウジング２２と、駆動モータ２０と、が機関前後方向に沿うように配置されている。
【００１６】
図１，図２に示すように、シリンダブロック等の機関本体の内部に配置される制御軸１４と、ハウジング２２の内部に配置されて駆動モータ２０により回転駆動される回転軸２３とは、リンク機構２１によって機械的に連結されている。なお、この実施例では回転軸２３を減速機（図示省略）の出力軸と一体的に構成しているが、これは単なる一例に過ぎず、例えば回転軸２３を減速機の出力軸と別体の構成とし、両者が一体的に回転する構造としても良い。
【００１７】
リンク機構２１はレバー２４を有し、このレバー２４の一端と、制御軸１４の中心より径方向外方へ延びる第１アーム部２５の先端とは、第３連結ピン３３を介して相対回転可能に連結されている。回転軸２３の中心より径方向外方へ延びる第２アーム部２７の先端とレバー２４の他端とは、第４連結ピン３５を介して相対回転可能に連結されている。なお、図２では、第４連結ピン３５を省略し、この第４連結ピン３５が嵌合する回転軸２３のピン連結孔３５Ａが描かれている。オイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７には、上記のレバー２４が挿通するスリット状の連通孔（図示省略）が貫通形成されている。
【００１８】
またハウジング２２内には、駆動モータ２０の出力を減速して制御軸１４側へ伝達する減速機が設けられている。減速機としては、大きな減速比が得られる波動歯車装置やサイクロ減速機等が用いられる。さらに、回転軸２３と制御軸１４とを機械的に連結するリンク機構２１の減速比（減衰率）は、制御軸１４の回転位置に応じて変化するように構成されている。すなわち、制御軸１４を回転すると機関圧縮比が変化するとともに、第１アーム部２５、第２アーム部２７及びレバー２４の姿勢が変化することから、駆動モータ２０側に位置する回転軸２３の回転量と制御軸１４の回転量の比である減速比（回転軸２３の回転量／制御軸１４の回転量）も変化することとなる。なお、ある程度の減速比が得られるように、第１アーム部２５の腕長さが第２アーム部２７よりも長く設定されており、この実施例ではほぼ２倍に設定されている。
【００１９】
なお、上記の制御軸１４，回転軸２３及びリンク機構２１等が、機関圧縮比を制御する制御機構を構成している。
【００２０】
図３は、機関圧縮比と減速比との関係を示している。この実施例におけるリンクレイアウトでは、所定の中間圧縮比εｍｉｄにおけるリンク姿勢のときに減速比が最小となり、この中間圧縮比εｍｉｄから機関圧縮比が高くなるに従って減速比が大きくなるとともに、中間圧縮比εｍｉｄから機関圧縮比が低くなるに従って減速比が大きくなるように構成されている。そして、最低圧縮比εｌｏｗのときに減速比が最も大きくなるように構成されている。
【００２１】
図４〜図６は、最高圧縮比εｈｉｇｈ、中間圧縮比εｍｉｄ、及び最低圧縮比εｌｏｗにおける具体的なリンク姿勢を示している。
【００２２】
図４に示すように、最高圧縮比εｈｉｇｈの姿勢では、筒内圧力の荷重は、ピストン３、アッパリンク１２、ロアリンク１１及び制御リンク１３を介して制御軸１４を低圧縮比姿勢側に回す方向（図４では反時計回り）のトルクＴ１を発生し、更にレバー２４を介して回転軸２３に時計回り方向のトルクＴ２を発生させる。
【００２３】
図５に示すように、減速比が最小となる中間圧縮比εｍｉｄの姿勢では、レバー２４のリンク中心線２４Ａ（第３連結ピン３３と第４連結ピン３５とを結ぶ線）の延長線と回転軸２３の中心との最短距離であるモーメントアーム３６は、最大近傍となる。つまり、レバー２４から回転軸２３へトルクＴ２を伝える際のモーメントアーム３６が大きく取られ、筒内圧力に起因して回転軸２３に発生するトルクＴ２が大きくなる姿勢である。また駆動モータ２０側から回転軸２３を介して制御軸１４を駆動する視点では、減速比が小さい姿勢であるため、駆動トルクの増幅は低く抑えられるものの、駆動量に対する機関圧縮比の変化量は大きくなり、機関圧縮比の変化の応答性は向上する。
【００２４】
図６に示すように、最低圧縮比εｌｏｗの姿勢では、レバー２４が回転軸２３に荷重を伝える際のモーメントアーム３６がほぼゼロとなり、つまり筒内圧力に起因して回転軸２３に作用するトルク（Ｔ２）をほぼゼロとすることができる姿勢である。また回転軸２３側から制御軸１４を駆動する視点では減速比が大きい姿勢であるため、駆動トルクが最も増幅される。従って、主に高回転高負荷域で用いられる低圧縮比のときに、リンク機構２１の減速比を大きくして駆動トルクを増幅することによって、駆動トルクを軽減し、駆動モータ２０（アクチュエータ）の小型化や省エネルギー化を図ることができる。
【００２５】
図７は本実施例の制御ブロック図であり、図８は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは、点火時期制御部としての上記の制御部４０により所定期間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００２６】
ステップＳ１では、アクセルペダル操作量を検出するアクセルペダルセンサ４１、機関回転数を検出する機関回転数センサ４２、機関圧縮比を検出する圧縮比センサ４３、吸気カムシャフトの回転位相を検出する吸気カムセンサ４４、吸気圧を検出する吸気圧センサ４５、吸気温を検出する吸気温センサ４６等の機関運転状態を検出する各種センサからの出力信号をそれぞれ読み込み、ステップＳ２へ進む。
【００２７】
ステップＳ２では、基本点火時期演算部４７により機関回転数とアクセルペダル操作量に基づいて基本点火時期を算出し、ステップＳ３へ進む。基本点火時期は、例えば、実験または計算により予め求めておき、機関回転数とアクセルペダル操作量をパラメータとするマップとして記憶させておく。
【００２８】
ステップＳ３では、許容筒内圧力設定部４８において、機関回転数と機関圧縮比に基づいて、内燃機関の燃焼室内の筒内圧力として許容される最大の筒内圧力Ｐｍａｘである許容筒内圧力を算出し、ステップＳ４へ進む。許容筒内圧力は、あらかじめマップとして記憶させておき、機関回転数と機関圧縮比とに基づいてマップを参照することで求めるようにしてもよいし、あるいは減速比（圧縮比）と慣性力（機関回転数）から逐次演算するようにしてもよい。
【００２９】
ステップＳ４では、許容点火時期演算部４９において、許容筒内圧力、機関圧縮比、吸気弁閉時期、吸気圧、及び吸気温に基づいて、実際の筒内圧力が許容筒内圧力以下に収まるように、点火時期の限界の許容進角量である許容点火時期を算出し、ステップＳ５へ進む。許容点火時期は、これらのパラメータの関数として記憶させておく。
【００３０】
ステップＳ５では許容点火時期と基本点火時期とを比較する。基本点火時期の方が遅角側であれば、ステップＳ６へ進み、基本点火時期の方が遅角側でなければステップＳ７へ進む。ステップＳ６では点火時期を基本点火時期とする。ステップＳ７では点火時期を許容点火時期とし、その点火時期の信号を点火装置（点火プラグ）５１へ出力する。
【００３１】
図９は、許容筒内圧力、機関圧縮比及び筒内圧力の変化を示すタイミングチャートであり、図９（Ａ）は図８に示すような許容筒内圧力に応じた点火時期制御を実施しない比較例の特性を示し、図９（Ｂ）は図８に示すような許容筒内圧力に応じた点火時期制御を実施した本実施例の特性を示している。図中、「許容Ｐｍａｘ」は許容筒内圧力を表しており、「Ｐｍａｘ」は実際の筒内圧力（の最大値）を示している。機関圧縮比（リンク機構２１の減速比）に応じて許容筒内圧力を変更した場合、中間圧縮比εｍｉｄで許容筒内圧力が低くなり、図９（Ａ）に示すように、実際の筒内圧力が許容筒内圧力を超えるおそれがあるものの、本実施例では、図９（Ｂ）に示すように、許容筒内圧力が小さい場合に点火時期を遅角しているために、実際の筒内圧力が許容筒内圧力を超えることを回避することができる。
【００３２】
以上のような本実施例の特徴的な構成及び作用効果について、以下に説明する。
【００３３】
本実施例のように機関圧縮比に応じてリンク機構２１の減速比が変化する構造では、筒内圧力に起因して制御軸１４に発生する荷重も変化するために、許容筒内圧力が一定とはならず、機関圧縮比（リンク機構２１の減速比）に応じて許容筒内圧力が変化することとなる
【００３４】
従って、仮にリンク機構２１の減速比を考慮することなく、許容筒内圧力を一定とした場合、必要以上に強固なリンク機構２１を構築する必要がある。本実施例によれば、減速比が小さくなる機関圧縮比での許容筒内圧力を、減速比が大きくなる機関圧縮比における許容筒内圧力よりも小さくしたので、常に同じ許容筒内圧力とする場合に比べて、必要以上に強固なリンク機構２１を構築する必要がなくなり、装置の軽量化や小型化を図ることができる。
【００３５】
筒内圧力は、大まかに言えば機関負荷が高いほど大きな値となる。従って、機関負荷が高い時に使用する低圧縮比では大きな減速比とし、筒内圧力に起因するアクチュエータ（駆動モータ２０）側への入力を抑えることが望ましい。一方、減速比が小さいほど、駆動モータ２０の駆動量に対する機関圧縮比の変化量が大きくなり、機関圧縮比の変化速度、つまり応答性は高くなる。従って、本実施例のように、高圧縮比あるいは低圧縮比よりも中間圧縮比での減速比を小さくすることによって、高負荷で用いられる低圧縮比の設定では、減速比を大きくして高い筒内圧に耐えつつ、中間圧縮比では減速比を小さくして応答性を向上することで、高圧縮比と低圧縮比との切り替え時間を短縮することができる。
【００３６】
アクチュエータである駆動モータ２０側には筒内圧力に起因する荷重の他に、ピストンや各リンク部品の慣性力に起因する荷重が作用する。そこで本実施例では、減速比だけではなく機関回転数をも考慮して許容筒内圧力を設定している。具体的には、機関回転数が高くなるほど、慣性力に起因する荷重が大きくなるため、許容筒内圧力を小さくしている。このように機関回転数に応じて適切に許容筒内圧力を設定することによって、常に最大つまり最高回転数での慣性力を想定して許容筒内圧力を決める場合に比べて、不必要に強固なリンク機構を構築する必要がなくなり、またアクチュエータ（駆動モータ２０）の軽量化や小型化を図ることができる。
【００３７】
このようにして設定された許容筒内圧力は、例えば点火時期制御に用いられる。具体的には、実際の筒内圧力が許容筒内圧力に収まるように点火時期を制御する。このように応答性に優れた点火時期制御に許容筒内圧力を反映させることで、機関圧縮比や機関回転数の変化にかかわらず筒内圧力を許容筒内圧力以下に抑制することができる。
【００３８】
また、点火時期の遅角量は、機関圧縮比及び許容筒内圧力の他、吸気圧力、吸気温度、更に吸気弁側に可変動弁機構を備える場合には吸気弁閉時期等に基づいて算出される。これによって、これらの機関圧縮比、吸気圧力、吸気温度及び吸気弁閉時期の変化分を見込んで点火時期の遅角量にマージンを確保しておく必要がない。
【００３９】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では、制御軸１４の中心と回転軸２３の中心とを通る直線に対し、第１アーム部２５の突出方向と第２アーム部２７の突出方向とが同方向に設定されているが、この突出方向を逆方向に設定しても良い。
【図１】
0006743907.tif 000002
【図２】
0006743907.tif 000003
【図３】
0006743907.tif 000004
【図４】
0006743907.tif 000005
【図５】
0006743907.tif 000006
【図６】
0006743907.tif 000007
【図７】
0006743907.tif 000008
【図８】
0006743907.tif 000009
【図９】
0006743907.tif 000010