(57)【要約】    【課題】可変圧縮比機構付き内燃機関で、過渡運転（加減速）時にもノッキングを回避しつつ出力、燃費を向上できるようにした。    【解決手段】機関回転速度、アクセル開度、機関水温を順次読込み、機関回転速度とアクセル開度に基づいて設定した基本圧縮比を（Ｓ１〜Ｓ４）、暖機完了後、実際の燃焼室壁温と平衡状態での燃焼室壁温との比（平衡燃焼室壁温／実燃焼室壁温）に基づいて算出した目標圧縮比補正量に基づいて補正するようにした（Ｓ７、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ９）。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態と、実燃焼室壁温とに基づいて目標圧縮比を設定し、前記可変圧縮比機構により圧縮比を前記目標圧縮比に制御することを特徴とする可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
機関運転状態に基づいて設定した基本目標圧縮比を、実燃焼室壁温に基づいて補正し、該補正した目標圧縮比に基づいて圧縮比を制御することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関運転状態に基づいて設定した基本目標圧縮比を、実燃焼室壁温と定常状態での平衡燃焼室壁温との温度差に基づいて補正し、該補正した目標圧縮比に基づいて圧縮比を制御することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記実燃焼室壁温を、燃焼室に設けた壁温センサにより検出して求めることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記実燃焼室壁温を、前記平衡燃焼室壁温に基づいて予測することを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記平衡燃焼室壁温を、機関の負荷に基づいて算出することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記平衡燃焼室壁温を、機関の定常運転状態で燃焼室に設けた壁温センサにより検出して求めた実燃焼室壁温を学習して求めることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項８】
上記圧縮比の制御を、暖機完了後に行うことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記圧縮比可変機構は、
一端がピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、
前記アッパリンクの他端が第１連結ピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、
このロアリンクに第２連結ピンを介して一端が連結されるとともに、他端が機関本体に対して揺動可能に支持されるコントロールリンクと、
圧縮比の変更時に、前記コントロールリンクの他端の位置を機関本体に対して変位させる支持位置可変手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き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、内燃機関に搭載された圧縮比を可変する可変圧縮比機構の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮比を可変にできる内燃機関において、低負荷側を高圧縮比、高負荷側を低圧縮比とすることによって、燃料消費率を向上させつつノッキングを回避するようにしたものがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開平０７−２２９４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
山岳登坂路走行のような、高負荷での運転が長く続いている時は、冷却水温が暖機運転後の規定値に制御されている場合であっても、シリンダの壁面は燃焼ガスからの熱の供給によって、作動ガスが少ない低負荷条件などに比べて高い状態になっている。
また同時に、燃焼室を構成するシリンダ以外のシリンダヘッド内壁面や、点火プラグ、吸・排気バルブ裏面、ピストン冠面なども同様に温度が高くなっているため、それらの平衡する温度は、同一空燃比であれば燃料噴射量が増加する負荷に比例して高くなる。
【０００４】
そのような状態で運転されていた直後に、峠を越え下り始め急に低負荷となった場合などは、アクセルペダルの戻りによって空気量が絞られることで負荷の方は直ちに低下するが、燃焼室壁温は、一般に燃焼室を構成するシリンダ、シリンダヘッド等がアルミや鋳鉄などで形成されているために熱容量が空気に比べて非常に大きいことから、負荷が下がっても直ぐには低負荷時の平衡温度までは下がり切ることができない。
【０００５】
そのためしばらくの間は負荷は低いのに、燃焼室壁温は低負荷時の平衡温度よりも高い温度で運転されてしまう時間帯が存在するため、その状態の時に負荷が下がったからといって単純に圧縮比を低負荷での目標値まで高くしてしまうと、その高い燃焼室壁温の影響を受けてしまい、低負荷であってもノッキングが発生してしまうおそれがあることがわかった。
【０００６】
圧縮比を可変にできる内燃機関においては、予め暖機後の平衡状態で機関回転速度や負荷で割り振って、ノッキングの起きない範囲で高出力を得られる最適な目標圧縮比を実験で求めているが、それはあくまで定常の平衡状態での要求圧縮比であり、過渡条件では前述したようなケースが存在するため、特に負荷の変動の大きいような運転条件で、単純に静的な目標圧縮比をそのまま用いてしまうと、高負荷からの減速時には思いがけない条件で強いノッキングが発生してしまうおそれがあることがわかった。
【０００７】
またそれは逆に低負荷から全開加速をしたような場合には、今度は全く反対の作用を及ぼすことから、実際はまだ燃焼室壁温が低くもっと圧縮比を高くしてもノッキングが起きないような条件であっても、高負荷時の低い目標圧縮比をそのまま用いてしまうことから、その結果、可変圧縮比本来のメリットを充分生かすことができず、燃費率の悪化や出力の低下などが起きてしまう領域があることがわかった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、過渡運転条件で実燃焼室壁温が平衡燃焼室壁温と差がある場合でも、適切な目標圧縮比に設定され、圧縮比可変制御のメリットを十分活かせるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため本発明は、
圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態と、実燃焼室壁温とに基づいて目標圧縮比を設定し、前記可変圧縮比機構により圧縮比を前記目標圧縮比に制御する構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
このようにすれば、高負荷運転が続いた後に、急に負荷が低下したような場合であっても、単純に低負荷時の高い目標圧縮比マップの値を用いてしまうようなことが無くなり、実燃焼室壁温を考慮して目標圧縮比を設定することができるので、高負荷運転直後のように、燃焼室壁温が高いため圧縮比を高くしてしまうとノッキングが起き易いような運転条件であっても、実燃焼室壁温に応じて圧縮比が下げて設定されるのでノッキングの発生を未然に防止することができる。
【００１１】
また反対に、低負荷から全開加速をしたような場合に、実際はまだ燃焼室壁温が低くもっと圧縮比を高くしてもノッキングが起きないような条件の時に、高負荷時の低い目標圧縮比をそのまま用いてしまうようなことを防止することができるので、より広い運転領域で可変圧縮比本来のメリットを充分生かすことができようになり、より燃費率の向上や出力の向上などを図ることができる。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、冷機状態に適切な圧縮比可変制御を行うことで、ノッキングを抑制しつつ十分な出力を確保できるようにすることを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態における可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図である。
内燃機関１の吸気通路５５のコンプレッサ５３上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２が配置され、コンプレッサ５３の下流に介装されるインタークーラ３の下流側に、過給圧を検出する吸気圧センサ４が配置されている。
【００１４】
また、機関１のクランク角を検出するクランク角センサ５と、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ６と、機関水温を検出する水温センサ７と、ノッキングを検出するノッキングセンサ８と、スロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１０と、インタークーラ３出口部で吸気温を検出する吸気温センサ６０、燃焼室壁温を検出する壁温センサ６１と、を備えており、これらのセンサ類の検出信号及びバッテリ電圧ＶＢの信号が、機関コントロールモジュール（ＥＣＭ）１１に入力される。
【００１５】
前記内燃機関１は、過給機としてターボ過給機５１を備えている。
このターボ過給機５１は、排気通路５４に位置するタービン５２と吸気通路５５に位置するコンプレッサ５３とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン５２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁５６を備えている。
【００１６】
機関１の吸気ポート部には、各気筒毎に燃料噴射弁１６が設けられ、該燃料噴射弁１６から噴射される燃料によって、燃焼室内に混合気が形成される。
前記燃焼室内に形成された混合気は、点火栓１７による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、前記タービン５２に回転エネルギーを与えた後、触媒１９で浄化され、マフラー２０を介して排気中に放出される。
【００１７】
また、本実施形態の内燃機関１には、図２に示す構成の可変圧縮比機構１００が備えられている。
機関１のクランク軸３１は、複数のジャーナル部３２とクランクピン部３３とカウンタウエィト部３１ａとを備えており、図示せぬシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部３２が回転自在に支持されている。
【００１８】
上記クランクピン部３３は、ジャーナル部３２から所定量偏心しており、ここにロアーリンク３４が回転自在に連結されている。
上記ロアーリンク３４は、略中央の連結孔に上記クランクピン部３３が嵌合している。
アッパーリンク３５は、下端側が連結ピン３６によりロアーリンク３４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン３７によりピストン３８に回動可能に連結されている。
【００１９】
上記ピストン３８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ３９内を往復動する。
制御リンク４０は、上端側が連結ピン４１によりロアーリンク３４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸４２を介して機関本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。
【００２０】
詳しくは、制御軸４２は、小径部４２ｂを中心として回転するように機関本体に支持されており、この小径部４２ｂに対し偏心している大径部４２ａに、上記制御リンク４０下端部が回転可能に嵌合している。
上記のような可変圧縮比機構１００においては、上記制御軸４２がアクチュエータ４３によって回動されると、小径部４２ｂに対して偏心している大径部４２ａの軸中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。
【００２１】
これにより、制御リンク４０の下端の揺動支持位置が変化する。
そして、上記制御リンク４０の揺動支持位置が変化すると、ピストン３８の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン３８の位置が高くなったり低くなったりする。
これにより、機関圧縮比を吸気行程中においても変えることが可能となる。
【００２２】
かかる構成の内燃機関において、前記機関コントロールモジュール（ＥＣＭ）１１は、各種機関制御（燃料噴射制御、点火制御等）と共に、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御を以下のように実行する。
図３は、基本的な第１の実施形態における圧縮比制御のフローを示す。
図３において、ステップ(図ではＳと記す。以下同様)１では、クランク角センサ５からのクランク角信号に基づいて検出される機関回転速度ｒＮｅ１を読み込む。
【００２３】
ステップ２では、アクセル開度センサ６１によって検出されるアクセル開度ｒＡＰＯ１を読み込む。
ステップ３では、水温センサ７によって検出される機関水温ｒＴｗ１を読み込む。
ステップ４では、機関回転速度ｒＮｅ１とアクセル開度ｒＡＰＯ１に基づいて、図４の基本目標圧縮比設定マップを参照し、基本目標圧縮比ｔε０を設定する。この基本目標圧縮比ｔε０は、機関負荷を表すアクセル開度ｒＡＰＯ１が大きくなるほど低圧縮比に設定される。
【００２４】
ステップ５では、機関水温ｒＴｗ１に基づいて、暖機完了か否かを判定する。
そして、暖機を完了していないと判定されたときは、ステップ６へ進んで目標圧縮比の燃焼室壁温に基づく補正量ｈｏｓεＴＭＰを０に設定する。前記基本目標圧縮比ｔε０の実燃焼室壁温による補正を行わない。
ステップ５で暖機完了と判定されたときはステップ７へ進み、前記壁温センサ６１で検出された実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔを読み込む。
【００２５】
ステップ８では、実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔに基づいて目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰを算出する。ここで、後述のように目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰは、基本目標圧縮比ｔε０に加算される値として設定される。したがって、減速時は、過渡時の実燃焼室壁温が減速後の平衡燃焼室壁温に比較して高く、減速後の平衡燃焼室壁温に合わせて設定された基本目標圧縮比では大きすぎるので、圧縮比を減少補正するようにマイナスの値に設定される。一方、加速時は、実実燃焼室壁温が加速後の平衡燃焼室壁温に比較して低く、加速後の平衡燃焼室壁温に合わせて設定された基本目標圧縮比では小さすぎるので、圧縮比を増大補正するようにプラスの値に設定される。
【００２６】
ステップ９では、前記基本目標圧縮比ｔε０に前記目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰを加算して補正し、最終的な目標圧縮比ｔεとしてセットする。
このようにすれば、以下のような効果が得られる。
図５は、高負荷状態から減速を行ったときの様子を示す。
暖機後の平衡機関水温は、負荷の変化に関わらず基本的にほぼ一定であるのに対し、平衡燃焼室壁温は、負荷の変化に応じて変化する。すなわち、図６に示すように、水温が一定以下になるように冷却制御されるのに対し、燃焼室壁温は燃焼ガスから受熱するので無負荷時でも水温より高く、負荷が増大するにしたがって燃焼ガス温度が上昇するので、これに伴い平衡燃焼室壁温は上昇する。
【００２７】
しかし、燃焼ガス温度の変化に対し、熱容量の大きい燃焼室壁の温度変化は遅れを伴うので、過渡状態では平衡燃焼室壁温に対し実燃焼室壁温は遅れを生じる。
上記のように機関運転状態（回転速度とアクセル開度等の負荷）に応じて設定される基本目標圧縮比ｔε０は、定常運転状態での平衡燃焼室壁温に見合って設定されるので、減速時には減速後の低負荷状態での平衡燃焼室壁温に対し遅れを伴う実燃焼室壁温は高くなっている。そこで、実燃焼室壁温に基づいて、基本目標圧縮比を実燃焼室壁温の変化に応じた目標圧縮比に減少補正することにより、ノッキングの発生を防止することができる。
【００２８】
図示しないが、低負荷状態から加速を行った場合は、図５の各特性を上下対称に反転させた特性となる。すなわち、加速時には加速後の高負荷状態での平衡燃焼室壁温に対し遅れを伴う実燃焼室壁温は低くなっているので、実燃焼室壁温に基づいて、基本目標圧縮比を実燃焼室壁温の変化に応じた目標圧縮比に増大補正することにより、実際のノッキング限界付近まで圧縮比を高めることができ、燃費,出力性能を向上できる。
【００２９】
なお、上記第１の実施形態では目標圧縮比補正量を実燃焼室壁温のみに基づいて算出する簡易な方式であるが、補正後の目標圧縮比が定常状態となってからの目標圧縮比に滑らかに繋がらない場合があるので、補正開始後、所定時間経過後に補正を終了させるようにしてもよい。
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００３０】
図７は、本実施形態における圧縮比制御のフローを示す。
ステップ１〜ステップ７は、第１の実施形態と同様である。
すなわち、暖機完了後と判定されたときにステップ７で実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔを読み込んだ後、ステップ１１へ進み、機関の負荷（アクセル開度等）に基づいて、前記図６の特性を有したマップを参照して平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬを算出する。
【００３１】
次いで、ステップ１２では、上記平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬと実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔとの比（＝ｈＴＭＰＣＹＬ／ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ）を算出する。
そして、ステップ１３では、上記壁温の比（ｈＴＭＰＣＹＬ／ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ）に基づいて、図８に示した特性のマップを参照して目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰを算出する。
【００３２】
ここで、壁温の比ｈ（ＴＭＰＣＹＬ／ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ）が１のとき、つまり実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔが平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬと等しくなっているときは定常状態であり、加減速時は実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔが平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬに対して遅れを生じ、加速時は平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬより小さくなり、減速時は平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬより大きくなる。したがって、図８は、加速時には壁温の比（ｈＴＭＰＣＹＬ／ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ）が１より大きくなるほど、実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔと平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬとの差が大きいので、圧縮比の増大補正量を大きくするように、プラスの目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰを大きくしてある。逆に、減速時には、壁温の比（ｈＴＭＰＣＹＬ／ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ）が１より小さくなるほど、実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔと平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬとの差が大きいので、圧縮比の減少補正量を大きくするように、マイナスの目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰ（絶対値）を大きくしてある。
【００３３】
以下、第１の実施形態と同様に、ステップ９で上記のように算出された目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰを基本目標圧縮比ｔε０に加算して補正し、最終的な目標圧縮比ｔεとしてセットし、圧縮比を制御する。
なお、壁温の比（ｈＴＭＰＣＹＬ／ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ）の代わりに、壁温の差（ｈＴＭＰＣＹＬ−ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ）に基づいて目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰを算出する構成としてもよいことは明らかである。
【００３４】
図９は、本実施形態の高負荷状態から減速を行ったときの様子を示す。壁温の比に応じて目標圧縮比が補正され、壁温の比が１、つまり、実燃焼室壁温が平衡燃焼室壁温に達したときに、目標圧縮比補正量が０となって、定常状態での目標圧縮比に移行する。低負荷状態から加速を行った場合は、図９の各特性を上下対称に反転させた特性となることは第１の実施形態と同様である。
【００３５】
このように、第１の実施形態では実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔのみで目標圧縮比補正量ｈｏｓεＴＭＰを求めたのに対し、第２の実施形態では実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔと平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬとの比又は差に応じて算出する構成としたので、定常時の平衡燃焼室壁温と現在の実燃焼室壁温とにどのくらいの差異が生じているのかをより正確に把握できるので、より的確な目標圧縮比補正量を算出することができる。
【００３６】
その結果、急減速時には圧縮比の減少補正量を最小限にしながら、より的確にノッキング発生を回避でき、また急加速時には、ノッキング限界近傍まで圧縮比を高めて運転できるようになるため、燃費や出力の向上代をより大きくすることができる。
なお、本実施形態では、平衡燃焼室壁温を負荷に基づいてマップから検索された予め求められた値を用いる構成としたが、例えば、負荷領域毎に定常運転状態で壁温センサ６１により検出される実燃焼室壁温を学習して学習値として記憶しておき、負荷に基づいて学習値を検索して平衡燃焼室壁温として用いるような構成とすることもできる。
【００３７】
以上の実施形態では、壁温センサ６１により実燃焼室壁温を検出して求めるものを示したが、本発明の第３の実施形態として、実燃焼室壁温を平衡燃焼室壁温に基づいて算出（予測）する構成としてもよい。
具体的には、次式のように、実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔを平衡燃焼室壁温ｈＴＭＰＣＹＬを加重平均して算出する。
【００３８】
ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ＝
ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔ(n-1)・（１−＃ＧＡＩＮ）＋ｈＴＭＰＣＹＬ・＃ＧＡＩＮ
図３，図７のステップ７で実燃焼室壁温ｔＴＭＰＣＹＬｅｓｔを、壁温センサ６１からの検出値として読み込む代わりに、上記演算を行うようにすればよい。
このようにすれば、平衡燃焼室壁温を高価な壁温センサを設けることなく、簡単に予測することができ、部品点数の削減によるコストの低減、信頼性の向上を図ることができる。また、万一壁温センサが故障したりケーブルが断線した場合でも、的確な圧縮比補正量を算出することができ、本発明の効果を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図。
【図２】可変圧縮比機構の機構図。
【図３】第１の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図４】機関運転状態に基づいて設定される目標圧縮比の特性を示す線図。
【図５】機関負荷と平衡燃焼室壁温との関係を示す線図。
【図６】第１の実施形態での減速時の各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【図７】第２の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態での壁温の比と目標圧縮比補正りとの関係を示す線図。
【図９】第２の実施形態での減速時の各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４０】
１…内燃機関
５…クランク角センサ
７…水温センサ
１０…スロットル開度センサ
１１…機関コントロールモジュール
１６…燃料噴射弁
３４…ロアーリンク
３５…アッパーリンク
４０…制御リンク
４２…制御軸
４３…アクチュエータ
６１…壁温センサ
１００…可変圧縮比機構
【図１】
2005163648.tif 000003
【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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