(57)【要約】【課題】切換過渡期のノッキングの発生を抑制・回避する。【解決手段】機関の圧縮比を可変とする可変圧縮比機構（ＶＣＲ）と、吸気弁の開閉時期を変更可能なバルブタイミング変更装置（ＶＴＣ）と、を有する。ＶＴＣの「ＯＦＦ」から高充填効率側である「ＯＮ」への切換と、ＶＣＲの低圧縮比側への切換と、がともに要求される同時切換要求時には、Ｓ１５からＳ１６へ進み、ＶＴＣの切換開始時期を所定のディレイ期間だけ遅らせて、その切換を制限する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の圧縮比を可変とする可変圧縮比装置と、機関の吸気充填効率を可変とする可変吸気装置と、を有する火花点火式の内燃機関に適用される制御装置において、
上記可変圧縮比装置による低圧縮比側への切換と、上記可変吸気装置による高充填効率側への切換と、が同時に要求される同時切換要求時には、上記可変吸気装置の切換を制限する制限手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記制限手段は、上記可変吸気装置の切換開始時期を所定のディレイ期間だけ遅らせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記制限手段は、上記可変吸気装置の切換終了時期を上記可変圧縮比装置の切換終了時期の近傍まで遅らせることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記制限手段は、上記可変吸気装置の切換速度を低下することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記制限装置は、上記可変圧縮比装置の切換量に応じて、上記可変吸気装置の切換制限度合いを制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記可変吸気装置が、少なくとも吸気弁の閉時期を可変とする可変動弁装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記可変動弁装置が、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を可変とすることにより吸気弁の開閉時期を制御するバルブタイミング変更機構であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
上記可変吸気装置が、吸気コレクタから分岐する複数の吸気分岐通路を切り換える通路切換装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
上記可変吸気装置が、排気バイパス弁を備えた過給機であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変圧縮比装置と可変吸気装置とを有する火花点火式の内燃機関に関し、特に、可変圧縮比装置による切換と可変吸気装置による切換とが同時に要求された場合のノッキングの発生を抑制・回避する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、吸気弁と排気弁の双方に、バルブタイミングを可変とするバルブタイミング変更機構を設け、機関回転数や機関負荷に応じて吸気弁の開閉時期と排気弁の開閉時期とを適切に制御する技術について記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２３５３０７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したバルブタイミング変更機構のように機関の吸気充填効率を可変とする可変吸気装置に加え、機関圧縮比を可変とする可変圧縮比装置を併用する火花点火式の内燃機関では、次のような課題がある。発進加速時等において、可変圧縮比装置による低圧縮比側への切換と、可変吸気装置による高充填効率側への切換と、を同時に行うと、過渡的にノッキングが生じ易くなり、燃焼安定性を損ねるおそれがある。つまり、加速要求等に応じて可変吸気装置により充填効率を高める際、ノッキングの発生を回避するために可変圧縮比装置による低圧縮比側への切換を同時に行っても、可変圧縮比装置の応答遅れ等に起因して、過渡的にノッキングを生じ易くなることがある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比装置による低圧縮比側への切換と可変吸気装置による高充填効率側への切換とをともに行う切換過渡期のノッキングの発生を効果的に抑制・回避する新規な内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機関の圧縮比を可変とする可変圧縮比装置と、機関の吸気充填効率を可変とする可変吸気装置と、を備える火花点火式の内燃機関に適用される。上記可変圧縮比装置による低圧縮比側への切換と、上記可変吸気装置による高充填効率側への切換と、が同時に要求される同時切換要求時には、上記可変吸気装置の切換を制限する。
【０００７】
【発明の効果】
可変圧縮比装置による低圧縮比側への切換と、可変吸気装置による高充填効率側への切換と、が同時に要求された場合、可変吸気装置の切換が制限されるため、切換過渡期のノッキングの発生を効果的に抑制・回避することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本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。なお、同じ構成要素には同一参照符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【０００９】
図１は、本発明の第１〜４実施例に係る内燃機関の制御装置を示すシステム構成図である。この内燃機関は、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とにより大略構成されており、かつ、ピストン３の上方に画成される燃焼室４内の混合気を火花点火する点火プラグ９を備えたガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関である。この内燃機関は、周知のように、吸気ポート７を開閉する吸気弁５と、排気ポート８を開閉する排気弁６と、吸気ポート７に燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、図外の吸気コレクタの上流側を開閉して吸入空気量を調整するスロットル弁と、を有し、かつ、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比装置としての可変圧縮比機構（以下、単にＶＣＲとも呼ぶ）２０を備えている。
【００１０】
ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータであり、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１２，機関水温を検出する水温センサ１３，機関回転数を検出するクランク角センサ１４，及びノッキングの有無を検出するノックセンサ１５等の各種センサからの検出信号等に基づいて、燃料噴射弁１０，点火プラグ９，スロットル弁の駆動装置，及び可変圧縮比機構２０の駆動装置２１等の各種アクチュエータへ制御信号を出力して、燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期，スロットル開度，及び機関圧縮比等を統括的に制御する。
【００１１】
機関の吸気充填効率を可変とする可変吸気装置として、この例では、少なくとも吸気弁５の閉時期を変更可能な可変動弁装置、より詳しくは、クランクシャフトに対する吸気側カムシャフトの位相を変化させることにより、吸気弁の開閉時期を変更可能なバルブタイミング変更機構（ＶＴＣ）５ａが設けられている。この種のバルブタイミング変更機構５ａとしては、上記特開平６−２３５３０７号公報のようにヘリカルスプラインを利用したものや、ベーン式のもの等が公知であり、具体的な説明は省略する。
【００１２】
図１８を参照して、上記のＶＣＲ２０は、クランクシャフト２２のクランクピン２３に回転可能に装着されたロアリンク２４と、このロアリンク２４とピストン３とを連携するアッパリンク２５と、偏心軸２８が設けられたコントロールシャフト２７と、偏心軸２８とロアリンク２４とを連携するコントロールリンク２６と、を有している。上記の駆動装置２１（図１参照）によりコントロールシャフト２７の回転位置を変更することにより、コントロールリンク２６によるロアリンク２４の運動拘束条件が変化し、ピストン３のストローク特性、すなわちピストン３の上死点位置及び機関圧縮比が連続的に変更・制御される。
【００１３】
図６は、本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ（ステップ）１１では、各種センサの検出信号を読み込む。Ｓ１２では、上記センサの検出信号等に基づいて、機関回転数Ｎｅや機関負荷Ｔｅ等の運転状態を演算・判断する。Ｓ１３では、ＶＴＣ５ａによる切換判断を行う。つまり、ＶＴＣの制御目標値に基づいて、ＶＴＣの切換の有無を判断する。Ｓ１４では、ＶＣＲによる切換判断を行う。つまり、ＶＣＲの制御目標値に基づいて、ＶＣＲの切換の有無を判断する。
【００１４】
Ｓ１５では、可変圧縮比装置としてのＶＣＲによる低圧縮比側への切換と、可変吸気装置としてのＶＴＣによる高充填効率側への切換と、が同時に要求されている同時切換要求時であるかを判断する。ＶＴＣは、初期状態である「ＯＦＦ」のときに遅角設定とされ、「ＯＮ」のときに進角設定とされる。進角設定では、遅角設定に比して、吸気閉時期の下死点に対する遅角量が少なく、充填効率が高い。従って、ＶＴＣの「ＯＦＦ」から「ＯＮ」への切換が、高充填効率側への切換となる。
【００１５】
ＶＣＲの制御目標値は、例えば、機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｔｅとに基づいて、予め設定される図２に示すようなＶＣＲ用の切換制御マップを参照して求められる。ＶＴＣの制御目標値は、例えば、機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｔｅとに基づいて、予め設定される図３に示すようなＶＴＣ用の切換制御マップを参照して求められる。例えば、図２及び図３に示すアイドル等の運転状態Ａから運転状態Ｂへ加速する発進加速時には、負荷の上昇に応じて充填効率が高くなるように、ＶＴＣによる遅角設定ＯＦＦから進角設定ＯＮへの切換が要求されると同時に、ノッキングの発生を回避するように、ＶＣＲによる高圧縮比の設定状態Ｈｉｇｈ−ＣＲから低圧縮比の設定状態Ｌｏｗ−ＣＲへの切換が要求されることとなる。
【００１６】
再び図６を参照して、同時切換要求が検出されると、Ｓ１５からＳ１６へ進み、ＶＴＣの切換を制限する（制限手段）。具体的には図５に示すようにＶＴＣの切換開始時期を所定のディレイ期間Δｔだけ遅らせる。続くＳ１７では、上記Ｓ１６の切換制限処理を加味してＶＴＣの切換制御を実行し、Ｓ１８ではＶＣＲの切換制御を実行する。同時切換要求がない場合には、Ｓ１５からＳ１７へ進み、Ｓ１６のＶＴＣ切換制限処理を行うことなく、ＶＴＣ及びＶＣＲの切換制御が要求に応じて行われる（Ｓ１７，Ｓ１８）。
【００１７】
図４及び図５は、上記同時切換要求時のタイムチャートであり、図４は上記のＶＴＣ切換制限処理（Ｓ１６）のない比較例、図５はＶＴＣ切換制限処理（Ｓ１６）を有する上記第１実施例に対応している。図中の実線は制御目標値・指令値であり、破線は指令値に対して応答遅れをもって追従する実際の値である。
【００１８】
図４に示す比較例では、同時切換要求がなされたタイミングｔ１で、ＶＴＣの切換を何ら制限することなく、ＶＴＣの切換とＶＣＲの切換とを同時に開始している。従って、切換の過渡期に、機関圧縮比が十分に低くなる前に吸気弁の閉時期が進角してノッキングを生じ易くなり、燃焼安定性を損ねるおそれがある。
【００１９】
これに対し、図５に示す本実施例では、同時切換要求がなされたタイミングｔ１で、先ずＶＣＲによる高圧縮比側から低圧縮比側への切換を何ら制限することなく優先的に開始し、所定のディレイ期間Δｔ経過した後にＶＴＣによるＯＦＦからＯＮへの切換を開始している。このようにＶＴＣの切換を制限しているため、ＶＣＲの切換過渡期におけるノッキングの発生を有効に抑制・回避することができ、燃焼安定性が向上する。
【００２０】
図７及び図８を参照して本発明の第２実施例を説明する。この第２実施例では、上述した第１実施例と同様に同時切換要求時にはＶＴＣの切換開始を所定のディレイ期間Δｔ３だけ遅らせてＶＴＣの切換を制限していることに加え、ＶＣＲとＶＴＣとの切換終了時期ｔ３がほぼ一致するように、言い換えるとＶＴＣの切換終了時期をＶＣＲの切換終了時期ｔ３の近傍まで遅らせるように、ＶＴＣの切換開始時期ｔ２あるいはディレイ期間Δｔ３を演算・制御している。具体的には、図８のＳ１５で同時切換要求が検出されるとＳ１６ａへ進み、ＶＴＣの切換終了時期ｔ３を設定する。このｔ３はＶＣＲの切換開始時期ｔ１と切換期間Δｔ１から演算・設定することができる。続くＳ１６ｂでは、ＶＣＲの切換期間Δｔ１とＶＴＣの切換期間Δｔ２とに基づいて、ＶＴＣの切換開始時期ｔ２又はディレイ期間Δｔ３を演算する。得られたｔ２又はΔｔ３に基づいてＶＴＣの切換が制限される（Ｓ１７）。
【００２１】
この第２実施例によれば、第１実施例と同じ様に同時切換要求時にＶＴＣの切換を制限してノッキングの発生を有効に抑制・回避しつつ、ＶＣＲとＶＴＣとの双方の切換終了時期をほぼ同時期とすることができ、ＶＴＣの切換開始時期を遅らせているにもかかわらず、実質的な切換応答性の低下を招くことがない。
【００２２】
図９及び図１０を参照して本発明の第３実施例を説明する。この第３実施例では、ＶＴＣの切換速度を低下することにより、第２実施例と同じようにＶＴＣの切換を制限するとともにＶＣＲとＶＴＣの切換終了時期ｔ３をほぼ一致させている。具体的には、図１０のステップ１５において、同時切換要求時と判定されると、Ｓ１６ｃへ進み、ＶＣＲとＶＴＣの切換終了時期ｔ３がほぼ一致するように、ＶＴＣの切換速度あるいは切換速度の低下量を設定している。この第３実施例によれば、第２実施例と同様、切換応答性の低下を招くことなく、切換過渡期のノッキングの発生を有効に抑制・回避することができる。
【００２３】
図１１を参照して本発明の第４実施例を説明する。ＶＣＲが連続的又は３段階以上に切換可能な構成では、圧縮比の切換量に応じて、ＶＴＣの切換の制限度合いを変更・制御する。例えば、中圧縮比の設定状態Ｍｉｄｄｌｅ−ＣＲから低圧縮比の設定状態Ｌｏｗ−ＣＲへ切り換える場合のＶＴＣのディレイ期間Δｔ４を、高圧縮比設定状態Ｈｉｇｈ−ＣＲから低圧縮比の設定状態Ｌｏｗ−ＣＲへ切り換える場合のＶＴＣのディレイ期間Δｔ（図５），Δｔ３（図７）よりも小さく設定している。つまり、圧縮比の切換量が小さいほどＶＴＣの切換制限度合いを小さくし、圧縮比の切換量が大きいほどＶＴＣの切換制限度合いを大きくしている。これにより、圧縮比の切換量に応じてより適切にＶＴＣの切換を制限することができる。
【００２４】
図１２〜１４を参照して本発明の第５実施例を説明する。この第５実施例では、吸気充填効率を可変とする可変吸気装置として、図１のバルブタイミング変更機構（ＶＴＣ）５ａに代えて、吸気コレクタ７ｂの下流側で分岐する吸気分岐通路７ｃ，７ｄを切り換えて用いることにより吸気充填効率を可変とする吸気通路切換装置が用いられている。図１２を参照して、この吸気通路切換装置は、吸気コレクタ７ｂの下流側で分岐する吸気分岐通路としての主吸気ポート７ｄ及び副吸気ポート７ｃと、主吸気ポート７ｄを開閉する吸気ポート切換弁１６と、この切換弁１６を駆動する駆動装置１６ａと、を有している。この駆動装置１６ａの動作は上記ＥＣＵ１１からの指令信号により制御される。
【００２５】
図１３を参照して、ＶＣＲの低圧縮比側への切換と、吸気ポート切換弁１６による「開」から「閉」への切換（高充填効率側への切換）とが同時に要求される場合には、吸気ポート切換弁の切換開始時期を所定のディレイ期間Δｔ５だけ遅らせて、この吸気ポート切換弁の切換を制限している。
【００２６】
具体的には図１４に示すように、Ｓ１３ｄでは切換弁１６ａによる吸気ポート７ｃ，７ｄの切換判断を行い、Ｓ１４ではＶＣＲの切換判断を行う。Ｓ１５ｄでは、切換弁１６による「開」から「閉」への切換、すなわち副吸気ポート７ｃへの切換と、ＶＣＲによる低圧縮比側への切換と、が同時に要求される同時切換要求時であるかを判定する。同時切換要求時であると判定されると、Ｓ１６ｄへ進み、切換弁１６による「閉」側への切換開始時期を所定のディレイ期間Δｔ５だけ遅らせて、可変吸気装置としての切換弁１６による切換を制限する。
【００２７】
この第４実施例のように、可変吸気装置として吸気通路切換装置を用いた場合でも、ＶＴＣを用いた場合とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。
【００２８】
図１５〜１７を参照して本発明の第６実施例を説明する。この第６実施例では、吸気充填効率を可変とする可変吸気装置として、過給機（の排気バイパス弁１８ａ）を利用している。この過給機は、周知のようにコンプレッサ１７と排気タービン１８とを備え、かつ、排気タービン１８をバイパスする排気バイパス通路１８ｂを開閉するウエイストゲート（Ｗ／Ｇ）弁としての排気バイパス弁１８ａと、この排気バイパス弁１８ａを駆動する駆動装置１８ｃと、を備えている。また、スロットル弁１９の下流側の吸気通路には過給圧を検出する過給圧センサ３０が設けられている。ＥＣＵ１１は、各種センサの検出信号に基づいて、排気バイパス弁１８ａの駆動装置１８ｃやスロットル弁１９の駆動装置１９ａに制御信号を出力し、その動作を制御する。
【００２９】
排気バイパス弁１８ａは、本来、機関が高回転・高負荷にある場合に、余分な排気を逃がす目的で「開」側に制御されるものであるが、排気の流量が比較的小さい低回転・高負荷では、排気タービン１８の効率を高めるために「閉」側に制御される。また、低負荷時には排気タービン１８を駆動して過給を行う必要が無いため、排気を速やかに排出するために「開」側に設定されている。主に低回転における加速時には、排気バイパス弁１８ａを「開」から「閉」側に切り換えることで排気タービン１８を駆動し、吸気の充填効率を高める様、機関が制御される。従って、この実施例では、図１６に示すように、排気バイパス弁１８ａによる「開」から「閉」側への切換と、ＶＣＲの低圧縮比側への切換と、がともに要求される同時切換要求時ｔ１には、排気バイパス弁１８ａの「閉」側への切換開始時期を所定のディレイ期間Δｔ６だけ遅らせることにより、切換過渡期のノッキングを抑制・回避している。
【００３０】
具体的には図１７に示すように、Ｓ１３ｅでは排気バイパス弁１８ａの切換判断を行い、Ｓ１４ｅではＶＣＲの切換を判断を行う。Ｓ１５ｅでは、排気バイパス弁１８ａによる「閉」方向への切換と、ＶＣＲの低圧縮比側への切換と、の双方が要求されている同時切換要求を判定する。同時切換要求時と判定されると、Ｓ１６ｅへ進み、所定のディレイ期間Δｔ６だけ排気バイパス弁１８ａの「閉」方向への切換を遅延し、可変吸気装置としての過給機の排気バイパス弁１８ａの切換を制限する。Ｓ１７ｅでは、Ｓ１６ｅの切換制限処理を加味して排気バイパス弁１８ａの開度が制御される。同時切換要求時でない場合、Ｓ１６ｅの処理が行われることなくＳ１５ｅからＳ１７ｅへ処理が移行する。
【００３１】
なお、この第６実施例では、上述した第１〜５実施例とは異なり、Ｓ１５ｅでの同時切換要求の判定前にＶＣＲの切換処理（Ｓ１８）を行っているが、同時切換要求時にＶＣＲの切換制御が制限されることはないので問題はない。
【００３２】
このように可変吸気装置として過給機を利用した第６実施例においても、上述した実施例と同じように同時切換要求時におけるノッキングの発生を有効に回避・抑制することができる。
【００３３】
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、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更を含むものである。例えば、第４実施例のように可変圧縮比装置による圧縮比の変換量に応じて可変吸気装置による切換制限度合いを制御する技術を、他の実施例に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜４実施例に係るバルブタイミング変更機構を備えた内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。
【図２】可変圧縮比機構の切換制御マップ。
【図３】バルブタイミング変更機構の切換制御マップ。
【図４】比較例に係る同時切換要求時のタイムチャート。
【図５】第１実施例に係る同時切換要求時のタイムチャート。
【図６】第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図７】第２実施例に係る同時切換要求時のタイムチャート。
【図８】第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】第３実施例に係る同時切換要求時のタイムチャート。
【図１０】第３実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１１】第４実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１２】本発明の第５実施例に係る吸気通路切換装置を備えた内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。
【図１３】第５実施例に係る同時切換要求時のタイムチャート。
【図１４】第５実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１５】本発明の第６実施例に係る過給機を備えた内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。
【図１６】第６実施例に係る同時切換要求時のタイムチャート。
【図１７】第６実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１８】可変圧縮比装置としての可変圧縮比機構を示す構成図。
【符号の説明】
５ａ…バルブタイミング変更機構（可変吸気装置）
１６ａ…吸気ポート切換弁（可変圧縮比装置）
１８ａ…排気バイパス弁（可変圧縮比装置）
２０…可変圧縮比機構（可変圧縮比装置）
【図１】
2005002931.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005002931.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005002931.tif 000007
【図６】
2005002931.tif 000008
【図７】
2005002931.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005002931.tif 000011
【図１０】
2005002931.tif 000012
【図１１】
2005002931.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005002931.tif 000015
【図１４】
2005002931.tif 000016
【図１５】
2005002931.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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