(57)【要約】【課題】過渡変化時に直前の運転履歴を考慮して圧縮比制御を行い、高負荷域に移行したときのノッキングを回避すると同時に、熱効率をより向上させる。【解決手段】ピストンの上死点位置を変化させる可変圧縮比機構を備えた火花点火式ガソリン機関であって、基本的に、低負荷域では高圧縮比に、高負荷域では低圧縮比に制御される。高負荷運転から低負荷運転へ移行したときに、直ちに高圧縮比に変化させずに、所定時間τｏ経過後に目標圧縮比に到達するように、遅延時間τｓを与えてから制御を開始する。そのため、実際に高圧縮比になった段階では、ピストン冠面温度などの燃焼室壁温が十分に低下しており、その後再び高負荷運転に移行したときに、過渡的なノッキングの発生が確実に回避される。加速時の際にも、運転履歴からノッキングに余裕があれば、直ちに低圧縮比とせずに、熱効率向上を図る。【選択図】　図７
2004092639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、点火時期を制御する点火時期制御手段と、機関回転数および負荷を検出する手段と、検出された機関回転数および負荷に基づき、高負荷側で低く低負荷側で高い圧縮比となるように予め設定された目標圧縮比に沿って上記可変圧縮比機構を制御する圧縮比制御手段と、を備えてなる内燃機関の圧縮比制御装置において、
負荷が変化する過渡変化時に、直前の運転履歴ないしは燃焼室壁温の状態に応じて圧縮比変化に遅れを与えることを特徴とする内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項２】
機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、点火時期を制御する点火時期制御手段と、機関回転数および負荷を検出する手段と、検出された機関回転数および負荷に基づき、高負荷側で低く低負荷側で高い圧縮比となるように予め設定された目標圧縮比に沿って上記可変圧縮比機構を制御する圧縮比制御手段と、を備えてなる内燃機関の圧縮比制御装置において、
高負荷域から低負荷域への過渡変化時に、所定時間経過後に目標圧縮比に到達するように圧縮比を変化させることを特徴とする内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項３】
高負荷域における低圧縮比状態から低負荷域における高圧縮比状態へ変化する変化速度を遅くして所定時間経過後に目標圧縮比に到達するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項４】
過渡変化前の低い目標圧縮比と過渡変化後の高い目標圧縮比との間に一つもしくは複数の中間目標圧縮比を設定し、この中間目標圧縮比に沿って圧縮比を段階的に変化させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項５】
過渡変化から所定の遅延時間の後に、過渡変化後の高い目標圧縮比へ向かう制御を開始することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項６】
上記の過渡変化の際の燃焼室壁温の状態を検出ないしは推定し、この燃焼室壁温が高いほど上記所定時間が長く設定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項７】
上記の過渡変化の際の燃焼室壁温の状態を検出ないしは推定し、この燃焼室壁温が高いほど上記遅延時間が長く設定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項８】
内燃機関の冷却水温を検出する手段を有し、この冷却水温が高いほど上記所定時間が長く設定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項９】
機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、点火時期を制御する点火時期制御手段と、機関回転数および負荷を検出する手段と、検出された機関回転数および負荷に基づき、高負荷側で低く低負荷側で高い圧縮比となるように予め設定された目標圧縮比に沿って上記可変圧縮比機構を制御する圧縮比制御手段と、を備えてなる内燃機関の圧縮比制御装置において、
低負荷域から高負荷域への過渡変化時に、所定時間経過後に目標圧縮比に到達するように圧縮比を変化させることを特徴とする内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１０】
低負荷域における高圧縮比状態から高負荷域における低圧縮比状態へ変化する圧縮比の変化速度を遅くして所定時間経過後に目標圧縮比に到達するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１１】
過渡変化前の高い目標圧縮比と過渡変化後の低い目標圧縮比との間に一つもしくは複数の中間目標圧縮比を設定し、この中間目標圧縮比に沿って圧縮比を段階的に変化させることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１２】
過渡変化から所定の遅延時間の後に、過渡変化後の低い目標圧縮比へ向かう制御を開始することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１３】
上記の過渡変化の際の燃焼室壁温の状態を検出ないしは推定し、この燃焼室壁温が低いほど上記所定時間が長く設定されることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１４】
上記の過渡変化の際の燃焼室壁温の状態を検出ないしは推定し、この燃焼室壁温が低いほど上記遅延時間が長く設定されることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１５】
内燃機関の冷却水温を検出する手段を有し、この冷却水温が高いほど上記所定時間が短く設定されることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１６】
機関吸気系に過給機を有する構成において、過給圧が所定値以上の場合には、低負荷域から高負荷域への過渡変化時に、圧縮比を速やかに変化させることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１７】
上記の過渡変化前の運転履歴によって上記燃焼室壁温の状態を推定することを特徴とする請求項９，７，１３，１４のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１８】
燃焼室壁温を温度センサによって検出することを特徴とする請求項９，７，１３，１４のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【請求項１９】
上記可変圧縮比機構は、ピストンにピストンピンを介して連結された第１リンクと、この第１リンクに揺動可能に連結されるとともにクランクシャフトのクランクピン部に回転可能に連結された第２リンクと、上記第２リンクに揺動可能に連結されるとともに機関本体に揺動可能に支持された第３リンクと、を備えた複リンク式ピストン−クランク機構からなり、上記第３リンクの機関本体に対する支点位置を変化させることで圧縮比の可変制御を行うことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項２０】
内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手段を有し、上記点火時期制御手段は、所定レベル以上のノッキング検出時に点火時期を遅角補正することを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関、特に火花点火式ガソリン機関における圧縮比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に、レシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構として、複リンク式ピストン−クランク機構を用い、そのリンク構成の一部を動かすことによりピストン上死点位置を変化させるようにした機構を種々提案している（例えば特許文献１）。この種の可変圧縮比機構は、内燃機関の機械的な圧縮比つまり公称圧縮比を変化させるものであり、一般に、部分負荷時には、熱効率向上のために高圧縮比に制御され、高負荷時には、ノッキング回避のために低圧縮比に制御される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２１５９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように機械的な可動部分を有する可変圧縮比機構においては、急な加速のような場合に、高圧縮比から低圧縮比に切り換える際に、条件によって、ノッキングが発生することがある。
【０００５】
ノッキングの生じ易さは、ピストン冠面温度を含む燃焼室壁温によって大きく左右されるが、この燃焼室壁温は、高負荷運転では高くなり、低負荷運転では相対的に低くなる。運転条件が高負荷域から低負荷域へ変化すると、目標圧縮比は低圧縮比から高圧縮比へと変化するが、低負荷域の運転が短時間しか行われずに再加速したような場合には、燃焼室壁温が十分に低くなる前にノッキングが発生しやすい高負荷条件に移行するので、再加速に伴う高圧縮比から低圧縮比への変化の応答遅れによって、過渡的にノッキングが発生しやすい。また、一般に、ノッキング制御として、ノッキング検出に基づき点火時期の遅角が行われるので、一時的なトルクの落ち込み、つまりトルクヘジテイションが発生する。
【０００６】
また一方、上記のように高圧縮比から低圧縮比に切り換える際に、ノック回避のために、必要以上に低圧縮比化を急ぐと、逆に、熱効率の低下分のトルク低下が問題となる。
【０００７】
本発明の目的は、加速時におけるノッキングやトルクヘジテイションを防止して、よりスムーズな動力性能を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の圧縮比制御装置は、機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、点火時期を制御する点火時期制御手段と、機関回転数および負荷を検出する手段と、検出された機関回転数および負荷に基づき、高負荷側で低く低負荷側で高い圧縮比となるように予め設定された目標圧縮比に沿って上記可変圧縮比機構を制御する圧縮比制御手段と、を備えており、基本的に、この機関運転条件に対応した目標圧縮比に沿って圧縮比が制御される。
【０００９】
そして、特に、第１の発明では、負荷が変化する過渡変化時に、直前の運転履歴ないしは燃焼室壁温の状態に応じて圧縮比変化に遅れが与えられる。
【００１０】
また、第２の発明では、高負荷域から低負荷域への過渡変化時に、所定時間経過後に目標圧縮比に到達するように圧縮比を変化させる。つまり、高負荷域から低負荷域へ運転条件が変化したときに、低圧縮比から急激に高圧縮比へ変化させるのではなく、緩やかに変化させ、あるいは段階的に変化させ、あるいは遅延時間を与えて、所定時間経過後に、目標圧縮比に到達するようにする。そのため、例えば、所定時間経過前に再加速に移行した場合には、実質的に高圧縮比に変化することがない。
【００１１】
また、第３の発明では、低負荷域から高負荷域への過渡変化時に、所定時間経過後に目標圧縮比に到達するように圧縮比を変化させる。つまり、低負荷域から高負荷域へ運転条件が変化したときに、高圧縮比から急激に低圧縮比へ変化させるのではなく、緩やかに変化させ、あるいは段階的に変化させ、あるいは遅延時間を与えて、所定時間経過後に、目標圧縮比に到達するようにする。そのため、例えば、平坦路を長時間走行した後に急加速したような場合などに、ピストン温度が実際に上昇してノッキングが生じやすい状態になるまでの間、比較的高い圧縮比に保たれる。
【００１２】
【発明の効果】
この発明によれば、例えば高負荷運転を継続して燃焼室壁温が高くなった状態で、一時的に低負荷運転した後、再加速したような場合に、再加速時における圧縮比変化の応答遅れに起因する過渡的なノッキングを防止することができる。
【００１３】
また、例えば平坦路を長時間走行して燃焼室壁温が低下した状態で急加速したような場合などに、燃焼室壁温が実際に上昇してノッキングが生じやすい状態になるまでの間、比較的高い圧縮比に保たれ、熱効率の向上ひいてはトルクの向上が図れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、この発明に係る内燃機関の圧縮比制御装置の一実施例を示している。この内燃機関は、火花点火式ガソリン機関であって、公称圧縮比εを可変制御する可変圧縮比機構１と、ノッキングを検出するノックセンサ３の検出信号に基づいて、微弱なノッキング状態となるように、点火時期を制御する点火進角制御装置２と、上記可変圧縮比機構１および点火進角制御装置２を制御するエンジンコントロールユニット４と、を備えている。上記エンジンコントロールユニット４は、機関運転条件に対応して目標圧縮比を予め割り付けた圧縮比制御マップ５を備えており、また、図示せぬセンサ類によって検出された機関回転数信号、負荷信号、冷却水温度信号、燃焼室温度信号、などが入力されている。
【００１６】
図２は、可変圧縮比機構１の構成を示す図である。
【００１７】
クランクシャフト５１は、複数のジャーナル部５２とクランクピン部５３とを備えており、シリンダブロック５０の主軸受に、ジャーナル部５２が回転自在に支持されている。上記クランクピン部５３は、ジャーナル部５２から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアリンク５４が回転自在に連結されている。
【００１８】
上記ロアリンク５４は、左右の２部材に分割可能に構成されているとともに、略中央の連結孔に上記クランクピン部５３が嵌合している。
【００１９】
第１リンクとなるアッパリンク５５は、下端側が連結ピン５６によりロアリンク５４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン５７によりピストン５８に回動可能に連結されている。上記ピストン５８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック５０のシリンダ５９内を往復動する。なお、上記シリンダブロック５０の一部に、図１に示したように、ノッキングに起因した振動を検出するノックセンサ３が配置されている。
【００２０】
第３リンクとなるコントロールリンク６０は、上端側が連結ピン６１によりロアリンク５４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸６２を介して機関本体の一部となるシリンダブロック５０の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸６２は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部６２ａを有し、この偏心カム部６２ａに上記コントロールリンク６０下端部が回転可能に嵌合している。
【００２１】
上記制御軸６２は、エンジンコントロールユニット４（図１参照）からの制御信号に基づき、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータ６３によって回動位置が制御される。
【００２２】
上記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた可変圧縮比機構１においては、上記制御軸６２が圧縮比制御アクチュエータ６３によって回動されると、偏心カム部６２ａの中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク６０の下端の揺動支持位置が変化する。そして、上記コントロールリンク６０の揺動支持位置が変化すると、ピストン５８の行程が変化し、図３のように、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン５８の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となる。図３は、高圧縮比状態と低圧縮比状態とを代表的に示しているが、これらの間で圧縮比を連続的に変化させることができる。
【００２３】
上記可変圧縮比機構１による圧縮比の制御特性、換言すれば圧縮比制御マップ５に設定されている運転条件に対応した目標圧縮比の特性を図４に示す。なお、この圧縮比は、ピストン５８のストロークによる燃焼室の容積変化のみで決まる幾何学的な圧縮比εである。低速の全負荷領域はノッキングが発生しやすい条件であるため、圧縮比はこの場合、１２を目標としている。もちろん、冷却水温が高いオーバーヒート気味の条件ではさらに低い圧縮比（例えば１０）にすることが必要である。一方、Ｒ／Ｌ（平坦路走行時）など、部分負荷領域ではノッキングが発生しにくいため、燃費の向上を狙いとして、圧縮比は１６程度まで高く設定する。全負荷領域も高速になればノッキングが発生しにくくなるため、熱効率向上による出力向上を狙いとして、圧縮比を比較的高い値とする。
【００２４】
次に、本発明の圧縮比制御の第１実施例について説明する。この第１実施例は、例えば、登坂路走行後に平坦路走行に移り、その後再び登坂路走行に移行するような場合（例えば図４に矢印Ａ，Ｂで示すように運転条件が変化する場合）に、特に従来と異なるものとなる。
【００２５】
始めに、理解を容易にするために、単に運転条件に応じて圧縮比を制御する従来の制御の例を図５に基づいて説明する。図５は、このように、高負荷運転→低負荷運転→高負荷運転と変化する場合の時間経過に伴う各特性値の過渡的な変化を示している。最初の登坂路走行の時間が長いと、この間にピストンなど燃焼室周辺の温度は大幅に上昇し、吸入混合気もこれによって熱せられ、温度上昇する。従ってノッキングが生じやすい条件となるが、この低負荷条件では目標圧縮比εは低めに設定されており、そのためノッキングは発生しない。この条件から平坦路走行に移行し、Ｒ／Ｌの負荷条件となった場合、その条件に対応した目標圧縮比εは前述したように相対的に高い（例えば１６）ため、可変圧縮比機構１のアクチュエータ６３が作動し、この目標圧縮比に移行することになる。なお、点火時期も、この負荷の減少および圧縮比変化に伴って図示のように変化する。
【００２６】
平坦路走行に移行した直後は、まだ燃焼室壁温（例えばピストン冠面温度）は高いが、低負荷条件であるため、燃焼室壁温が高い状態であっても、ノッキングの発生はない。なお、図の最下段にノックセンサ３の出力を示しているが、これが所定のスライスレベルを越えると、ノッキング発生と判定され、点火時期の遅角補正が行われる。図５の例では、しばらく平坦路走行の状態が維持された後に、再登坂つまり高負荷運転に移行する。高負荷運転への移行に伴い、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比へと変化する。このとき、一般に可変圧縮比機構１の多少の制御遅れがあり、瞬時に圧縮比は下がらないので、高圧縮比のまま高負荷域に移行するが、図５の例のように十分長い期間低負荷運転を行っていれば、この時点では燃焼室壁温（ピストン温度）が十分に低下しているため、ノッキングは許容レベル以内に収まる。
【００２７】
しかしながら、図６に示すように、再登坂開始までの時間つまり低負荷運転の時間が短いと、燃焼室壁温（ピストン温度）が十分に低下しないうちに高負荷運転に移行することになる。そのため、可変圧縮比機構１の応答遅れにより、過渡的に高圧縮比のまま高負荷運転となり、ノッキングが発生する。そして、このノッキングの検出に伴って、点火時期が大幅に遅角補正されるので、出力が大幅に低下する。従って、この間の運転性は、トルク変化として図示するように、トルクヘジテイションによって損なわれてしまう。
【００２８】
これに対し、この第１実施例においては、高負荷域から低負荷域への過渡変化時に、急激に圧縮比を変化させずに、所定時間τｏの経過後に目標圧縮比に到達するようにしている。図７は、第１実施例の制御による各特性値の過渡的な変化を示しており、特に前述した図５と同様の状況における変化を示している。この例では、高負荷運転から低負荷運転へ移行した後に、所定の遅延時間τｓを与え、この遅延時間τｓの経過時点から目標圧縮比つまり高圧縮比へ向かって制御を開始するようにしている。これにより、ある所定時間τｏの経過後に、実際の圧縮比が目標圧縮比に到達する。この間に、燃焼室壁温（ピストン温度）は十分に低下しているため、再登坂開始時にノッキングが発生することはない。
【００２９】
また図８は、図６と同様の状況つまり再登坂開始までの平坦路走行の時間が短かい場合を示しており、特に、この例では、平坦路走行の期間が遅延時間τｓよりも短いものとなっている。従って、高負荷運転から低負荷運転へ移行した後、高圧縮比へ向かう制御がまだ開始されていない段階で、再び高負荷運転となる。従って、再び高負荷域となった時点で高圧縮比となっていないため、ノッキングの発生はない。
【００３０】
このように、低負荷域に移行した後、燃焼室壁温（ピストン温度）が低下するまでの時間余裕をもって、高圧縮比制御に移行すれば、再加速の際の圧縮比制御の遅れに伴うノッキング発生を確実に回避することができる。
【００３１】
上記の所定時間τｏひいては上記遅延時間τｓの必要な値は、低負荷域へ移行する際の燃焼室壁温（ピストン温度）によって左右され、この燃焼室壁温が高いほど、所定時間τｏないしは上記遅延時間τｓを大きく与える必要がある。従って、例えば熱電対からなる温度センサをシリンダヘッドの燃焼室近傍に設けて燃焼室壁温を直接に検出し、これに応じて遅延時間τｓを可変的に設定することが望ましい。
【００３２】
また、燃焼室壁温を直接に検出せずに、低負荷域へ移行する直前の運転履歴によって間接的に温度状態を推定するようにしてもよい。図９は、その一例を示すもので、平坦路走行（低負荷運転）へ移行する直前の所定時間（レファレンスタイムとして示す期間）におけるトルク（負荷）の平均値を求め、これを平均負荷率Ｐｍとして、燃焼室壁の温度状態を示すパラメータとすることができる。また、これ以外の適宜な方法で、平均的な負荷条件を求め、温度状態を推定するようにしてもよい。
【００３３】
図１３は、上記のような制御を実現する具体的なフローチャートの一例を示す。なお、これは高負荷域から低負荷域への移行の際の処理を主に示している。前述した目標圧縮比εのマップを読み込んだ（ステップ１）後、減速条件（負荷低下）であるかの検出を行う（ステップ２）。これは、例えばアクセルペダル開度などから図外のルーチンによって行われる。減速条件であれば、機関の負荷および回転数を検出し（ステップ３）、かつ冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔ０を越えているか判定する（ステップ４）。所定温度Ｔ０を越えている場合は、オーバーヒートと判定し、圧縮比制御は行わない。なお、ステップ３の負荷および回転数に基づいて減速検出を行うようにしてもよい。オーバーヒート状態でなければ、運転条件に対応した目標圧縮比εを読み出す（ステップ５）。次に、前述した図９の方法により、減速前の所定時間における平均負荷率Ｐｍを算出し（ステップ６）、これに基づいて、アクチュエータ６３の作動開始までの遅延時間（待機時間）τｓを求める（ステップ７）。減速開始からの経過時点Ｔが上記遅延時間τｓを越えたら（ステップ８）、アクチュエータ６３の作動を開始し（ステップ９）、目標圧縮比εに達するまで、アクチュエータ６３の駆動を継続する（ステップ１０）。
【００３４】
次に、図１０は、図７と同様の状況における圧縮比制御の例を示しているが、この実施例では、遅延時間τｓを与えるのに代えて、高負荷域から低負荷域への移行に伴う低圧縮比から高圧縮比への変化速度つまりアクチュエータ６３の制御速度を積極的に遅くすることで、所定時間τｏ後に目標圧縮比に到達するようにしている。このときの制御速度は、やはり、検出ないしは推定した燃焼室壁温の温度状態に応じて可変的に設定することが望ましい。
【００３５】
さらに、図１１は、高負荷域から低負荷域への移行に伴う低圧縮比から高圧縮比への変化を段階的に生じさせるようにした実施例を示している。すなわち、この実施例では、低負荷域への移行前の低い目標圧縮比と移行後の高い目標圧縮比との間に複数の中間目標圧縮比が設定され、この中間目標圧縮比に沿って１段階づつ高圧縮比へと変化する。換言すれば、アクチュエータ６３が、間欠的に駆動される。上記中間目標圧縮比は、予め固定的に設定してもよく、あるいは移行前の目標圧縮比と移行後の目標圧縮比とから逐次算出するようにしてもよい。
【００３６】
図１２は、高負荷運転の代表的な例である登坂時における各部の温度上昇特性を示す。高負荷運転を継続すると、基本的に各部の温度は上昇していくが、冷却水の影響が大きいシリンダ壁温に比べ、ピストン冠面温度の上昇幅は大きい．冷却水温は、サーモスタットによって概ね一定となるように制御されているが、高負荷状態が継続すると、多少、上昇してくる。冷却系の容量の限界に近づくと、さらに上昇する（いわゆるオーバーヒート状態）ことになるが、本図はそこまでの状況を示したものではない。
【００３７】
冷却水温は一般に温度センサによって検出されているので、この冷却水温を用い、上述した遅延時間τｓや制御変化速度などを冷却水温に基づいて可変的に設定するようにしてもよい。つまり、冷却水温が高いほど、高い目標圧縮比に到達するまでの時間τｏが長くなるようにすればよい。また、冷却水温が上昇すれば冷却水が循環しているシリンダブロックやシリンダヘッドの温度も上昇するので、これらの部位の温度を検知しても良い。
【００３８】
次に、第２実施例の加速時の圧縮比制御について説明する。例えば図１４において矢印Ａで示すように、平坦路から加速した場合、あるいは登坂路走行後に平坦路に移り、多少の時間経過後に加速する場合（これも矢印Ａの変化となる）、を例に説明する。
【００３９】
図１５は、平坦路を長い時間走行した後に、加速して全負荷運転に移行した場合の時間変化に伴う各特性値の過渡的な変化を示している。なお、この例では、平坦路走行の前に緩い登坂のような中〜高負荷運転が行われるものとしている。最初の登坂路走行においては、この間にピストンなど燃焼室周辺の温度は上昇し、吸入混合気もこれによって熱せられ、温度上昇する。しかしながら登坂の程度が比較的軽ければ（中負荷程度であれば）、ノッキングにはまだ余裕があるため、目標圧縮比εは高く設定されている。
【００４０】
このような条件から平坦路走行に移行し、短期間の後に、急加速の条件となった場合には、ピストン温度等はまだ下がっていないため、ノッキングが生じやすく、ノッキング回避のために、低圧縮比に速やかに移行する必要がある。この圧縮比の低下制御が遅れると、その間、ノックを回避するために点火時期を大幅に遅角せざるを得ず、トルクの大幅な低下は免れない。
【００４１】
しかしながら、いつもこのような厳しい条件ばかりではない。図１５に示す例では、登坂路走行後に、比較的長い時間平坦路を走り（例えば数十秒）、その後急加速を行なうので、急加速に移行する際には、ピストン温度などの燃焼室壁温が既に低下している。従って、圧縮比が高い状態であっても、直にノックが発生することはない。勿論、数秒の時間経過でピストンなどの温度は上昇してくるため、いずれにしても圧縮比は負荷に対応した適正値に低下させることが必要となるが、圧縮比の低下は熱効率の低下を伴うため、ピストンなどの温度が上昇するまでの間は、出来るだけ高圧縮比を維持することが望ましい。
【００４２】
従って、この実施例では、低負荷運転から高負荷運転へ移行した後に、所定の遅延時間τｓ２を与え、この遅延時間τｓ２の経過時点から目標圧縮比つまり低圧縮比へ向かって制御を開始するようにしている。これにより、過渡変化時から所定時間τｏ２経過後に高負荷時の目標圧縮比に到達する。なお、破線は、速やかに圧縮比を下げた場合の特性を示す。両者の点火時期の差は要求進角の差であり、またノックのレベルは、いずれの場合も許容範囲である。図示のように、急加速時には、ピストン温度は急上昇し、これに伴って筒内の吸気温度も上がるので、ノックレベルは上昇する。そのため、数秒後には圧縮比を高負荷時の適正な目標圧縮比（低圧縮比）まで下げる必要があるが、この間、実線で示すように、熱効率向上分のトルク向上が得られる。
【００４３】
これに対し、図１６は、登坂走行後の平坦路走行が短く、直に急加速運転（あるいは急坂登坂）に移行したような場合を示している。この場合には、上記のような猶予時間はなく、実線に示すように、直ちに高負荷時の目標圧縮比εへ向けて圧縮比が変化する。つまり燃焼室壁温（ピストン温度）が十分に低下する前にノッキングの条件としてさらに厳しい高負荷領域に移行するのであるから、圧縮比を速やかに低下させないと、ノックが発生してしまい、ノック発生に伴って、破線で示すように、点火時期を遅角せざるを得なくなるため、トルクが大幅に低下することになる。
【００４４】
上記のように、過渡変化時点から目標圧縮比に到達するまでの所定時間τｏ２ひいては圧縮比変化開始までの遅延時間τｓ２の可能な値は、高負荷域へ移行する際の燃焼室壁温（ピストン温度）に依存し、この燃焼室壁温が低いほど、上記の所定時間τｏ２ないしは上記の遅延時間τｓ２を大きく与えることができる。従って、前述した第１実施例と同様に、直接に検出ないしは推定した燃焼室壁温、あるいは過渡変化直前の運転履歴に基づいて、遅延時間τｓ２が可変的に設定される。
【００４５】
図１９は、その一例を示すもので、全負荷走行へ移行する直前の所定時間（レファレンスタイムとして示す期間）におけるトルク（負荷）の変動から平均負荷率Ｐｍ２を求め、これを燃焼室壁の温度状態を示すパラメータとする。但し、この第２実施例の場合は、所定時間の間の単純な平均値ではなく、履歴を考慮した関数近似などで平均負荷率を求めることが望ましい。つまり、単純な平均値は同じでも、直前の負荷が低い方がピストン温度が下がっていると考えられ、このような履歴を反映させる必要がある。
【００４６】
図２０は、上記のような制御を実現する具体的なフローチャートの一例を示す。なお、これは低負荷域から高負荷域への移行の際の処理を主に示している。前述した目標圧縮比εのマップを読み込んだ（ステップ１）後、加速条件（負荷増加）であるかの検出を行う（ステップ２）。これは、例えばアクセルペダル開度などから図外のルーチンによって行われる。加速条件であれば、機関の負荷および回転数を検出し（ステップ３）、かつ冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔ０を越えているか判定する（ステップ４）。所定温度Ｔ０を越えている場合は、オーバーヒートと判定し、圧縮比制御は行わない。なお、ステップ３の負荷および回転数に基づいて加速検出を行うようにしてもよい。オーバーヒート状態でなければ、運転条件に対応した目標圧縮比εを読み出す（ステップ５）。次に、前述した図１９の方法により、加速前の所定時間における平均負荷率Ｐｍ２を算出し（ステップ６）、これに基づいて、アクチュエータ６３の作動開始までの遅延時間（待機時間）τｓ２を求める（ステップ７）。加速開始からの経過時点Ｔが上記遅延時間τｓ２を越えたら（ステップ８）、アクチュエータ６３の作動を開始し（ステップ９）、目標圧縮比εに達するまで、アクチュエータ６３の駆動を継続する（ステップ１０）。
【００４７】
次に、図１７は、図１５と同様の状況における圧縮比制御の例を示しているが、この実施例では、遅延時間τｓ２を与えるのに代えて、低負荷域から高負荷域への移行に伴う高圧縮比から低圧縮比への変化速度つまりアクチュエータ６３の制御速度を積極的に遅くすることで、所定時間τｏ２後に目標圧縮比に到達するようにしている。このときの制御速度は、やはり、検出ないしは推定した燃焼室壁温の温度状態や履歴に応じて可変的に設定することが望ましい。
【００４８】
さらに、図１８は、低負荷域から高負荷域への移行に伴う高圧縮比から低圧縮比への変化を段階的に生じさせるようにした実施例を示している。すなわち、この実施例では、高負荷域への移行前の高い目標圧縮比と移行後の低い目標圧縮比との間に一つもしくは複数の中間目標圧縮比が設定され、この中間目標圧縮比に沿って１段階づつ低圧縮比へと変化する。換言すれば、アクチュエータ６３が、間欠的に駆動される。上記中間目標圧縮比は、予め固定的に設定してもよく、あるいは移行前の目標圧縮比と移行後の目標圧縮比とから逐次算出するようにしてもよい。
【００４９】
このように圧縮比変化の遅延制御のパターンは幾つか考えられるが、基本的には、いずれか一つのパターンで十分な効果が得られ、例えば運転条件等に対応して複雑に変えていく必要性は少ない。
【００５０】
なお、吸気系にターボ過給機などを備えた過給機付内燃機関においては、過給圧が高い状態では、低負荷域から高負荷域への過渡変化に伴って直ちにノッキングが発生する恐れがある。従って、過給圧が所定圧以上の場合には、運転履歴に拘わらず上述した遅延制御は禁止し、圧縮比を速やかに変化させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る圧縮比制御装置のシステム全体を示す構成説明図。
【図２】この圧縮比制御装置における可変圧縮比機構を示す正面図。
【図３】可変圧縮比機構の動作説明図。
【図４】圧縮比制御特性を示す特性図。
【図５】高負荷→低負荷→高負荷と変化した場合の従来技術における種々のパラメータの変化を示すタイムチャート。
【図６】低負荷の時間が短い例を示す従来技術におけるタイムチャート。
【図７】高負荷→低負荷→高負荷と変化した場合の第１実施例における種々のパラメータの変化を示すタイムチャート。
【図８】低負荷の時間が短い例を示すタイムチャート。
【図９】平均負荷率Ｐｍの説明図。
【図１０】圧縮比の変化速度を遅くした実施例を示す図７と同様のタイムチャート。
【図１１】圧縮比を段階的に変化させる実施例を示す図７と同様のタイムチャート。
【図１２】登坂時における各部の温度上昇の特性を示す特性図。
【図１３】減速時に遅延時間を与える処理の流れを示すフローチャート。
【図１４】圧縮比制御特性を示す特性図。
【図１５】高負荷→低負荷→高負荷と変化した場合の第２実施例における種々のパラメータの変化を示すタイムチャート。
【図１６】低負荷の時間が短い例を示すタイムチャート。
【図１７】圧縮比の変化速度を遅くした実施例を示す図１５と同様のタイムチャート。
【図１８】圧縮比を段階的に変化させる実施例を示す図１５と同様のタイムチャート。
【図１９】平均負荷率Ｐｍ２の説明図。
【図２０】加速時に遅延時間を与える処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…可変圧縮比機構
２…点火進角制御装置
３…ノックセンサ
４…エンジンコントロールユニット
５…圧縮比制御マップ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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