(57)【要約】【課題】  本発明は、可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更される過渡時に排気特性が悪化するのを抑制することが可能な技術を提供することを課題とする。【解決手段】  排気通路に設けられた排気浄化触媒を有し、燃焼室の容積を変化させることによって圧縮比が変更される可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更される過渡時に、気筒内における混合気の空燃比が、圧縮比の変更前後とほぼ同等となるように、燃料噴射量を補正する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気浄化触媒を有し、燃焼室の容積を変化させることによって圧縮比が変更される可変圧縮比内燃機関であって、
圧縮比が変更される過渡時において、気筒内における混合気の空燃比が、圧縮比の変更前後とほぼ同等となるように、燃料噴射量を補正することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時には、圧縮比が一定とされている場合よりも燃料噴射量が低減される補正を行うことを特徴とする請求項１記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時には、圧縮比が一定とされている場合よりも燃料噴射量が増加される補正を行うことを特徴とする請求項１または２記載の可変圧縮比内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室の容積を変化させることによって圧縮比が変更される可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的として、燃焼室の容積を変化させることによってその圧縮比が変更される可変圧縮比内燃機関が開発されている。
【０００３】
また、特許文献１には、複数の気筒を備えた可変圧縮比内燃機関において、非燃焼中の筒内圧力に基づき各気筒での点火時期もしくは燃料供給量を制御することによって、圧縮比変更時の過渡的な圧縮比のばらつきを相殺して各気筒の発生トルクを略均一にする技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１−１０６９５８号公報
【特許文献２】登録実用新案第２５１０２４７号公報
【特許文献３】特開平１−０４５９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可変圧縮比内燃機関では、例えば、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させたり、あるいは、コンロッドを折り曲げることによってピストンのストローク量を変化させたりすることで、燃焼室の容積が、低圧縮比時には増加され高圧縮比時には減少される。
【０００５】
そのため、圧縮比が変更される過渡時には、気筒に対するピストンの実質的なストローク量は、圧縮比が一定とされている場合とは異なったものとなる。例えば、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時には、燃焼室の容積を減少させる方向であるため、圧縮比が一定とされている場合と比べて、気筒に対するピストンのストローク量は短くなる。一方、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時には、燃焼室の容積を増加させる方向であるため、圧縮比が一定とされている場合と比べて、気筒に対するピストンのストローク量は長くなる。
【０００６】
また、このように気筒に対するピストンのストローク量が変化すると、それによって、気筒に対するピストンの相対速度も変化する。即ち、気筒に対するピストンのストローク量が短くなると気筒に対するピストンの相対速度は低下し、一方、気筒に対するピストンのストローク量が長くなると気筒に対するピストンの相対速度は上昇する。
【０００７】
また、内燃機関では、排気空燃比を、排気浄化触媒による排気浄化に適した空燃比とするために、機関負荷や機関回転数等の運転状態に応じて燃料噴射量を決定し、それによって気筒内における混合気の空燃比を目標とする空燃比に制御している。しかしながら、可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更される過渡時においては、上記したように、圧縮比が一定とされている場合とは、気筒に対するピストンのストローク量および気筒に対するピストンの相対速度が異なったものとなる。そのため、圧縮比が変更される過渡時に吸気行程となると、機関負荷や機関回転数等の運転状態が同様であっても、圧縮比が一定とされている場合とは、吸入空気量が異なったものとなり、その結果、気筒内の空気量（以下、筒内吸気量と称する）が変動する。
【０００８】
そのため、機関負荷や機関回転数等の運転状態に応じて決定した量の燃料を噴射しても、圧縮比を変更する過渡時においては、気筒内における混合気の空燃比が目標とする空燃比からずれる場合がある。そして、その結果、排気空燃比も排気浄化触媒における排気浄化に適した空燃比からずれることになり、排気浄化触媒における排気浄化能力が低下し、排気特性が悪化する虞がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更される過渡時に排気特性が悪化するのを抑制することが可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
即ち、本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、
排気通路に設けられた排気浄化触媒を有し、燃焼室の容積を変化させることによって圧縮比が変更される可変圧縮比内燃機関であって、
圧縮比が変更される過渡時において、気筒内における混合気の空燃比が、圧縮比の変更前後とほぼ同等となるように、燃料噴射量を補正することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、圧縮比が変更される過渡時においても、気筒内における混合気の空燃比が、圧縮比の変更前後の混合気の空燃比とほぼ同等となるように、燃料噴射量が補正される。即ち、圧縮比が変更されることに起因する筒内空気量の変化に応じて燃料噴射量が補正される。
【００１２】
従って、本発明によれば、圧縮比が変更される過渡時においても、排気空燃比を圧縮比の変更前後とほぼ同等とすることが出来る。そのため、排気空燃比を、排気浄化触媒における排気浄化に適した空燃比に維持することが可能となり、以て、圧縮比が変更される過渡時に排気特性が悪化するのを抑制することが出来る。
【００１３】
本発明においては、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時には、圧縮比が一定とされている場合と比べて燃料噴射量が低減される補正を行っても良い。
【００１４】
圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時には、圧縮比を一定としている場合と比べて、気筒に対するピストンのストローク量は短くなり、且つ、気筒に対するピストンの相対速度は低下する。その結果、筒内空気量は減少する。
【００１５】
そこで、このとき、圧縮比が一定とされている場合と比べて燃料噴射量が低減される補正を行う。その結果、気筒内における混合気の空燃比を、圧縮比の変更前後とほぼ同等とすることが出来る。
【００１６】
従って、上記のような制御によれば、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時においても、排気空燃比を圧縮比の変更前後の排気空燃比とほぼ同等とすることが出来る。
【００１７】
一方、本発明においては、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時には、圧縮比が一定とされている場合と比べて燃料噴射量が増加される補正を行っても良い。
【００１８】
圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時には、圧縮比を一定としている場合と比べて、気筒に対するピストンのストローク量は長くなり、且つ、気筒に対するピストンの相対速度は上昇する。その結果、筒内空気量は増加する。
【００１９】
そこで、このとき、圧縮比が一定とされている場合と比べて燃料噴射量が増加される補
正を行う。その結果、気筒内における混合気の空燃比を、圧縮比の変更前後とほぼ同等とすることが出来る。
【００２０】
従って、上記のような制御によれば、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時においても、排気空燃比を圧縮比の変更前後の排気空燃比とほぼ同等とすることが出来る。
【００２１】
尚、本発明において、燃料噴射量を補正するときの補正量は、圧縮比の変化量に応じて決定されても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る可変圧縮比内燃機関によれば、圧縮比が変更される過渡時において、排気空燃比を、排気浄化触媒における排気浄化に適した空燃比に維持することが可能となり、以て、圧縮比が変更される過渡時に排気特性が悪化するのを抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る可変圧縮比内燃機関の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
＜可変圧縮比内燃機関の概略構成＞
図１は、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す図である。尚、可変圧縮比内燃機関１（以下、単に内燃機関１と称する）は、多気筒内燃機関であって、図１は、複数の気筒のうちの一気筒の断面図を示したものである。
【００２５】
内燃機関１（以下、単に内燃機関１と称する）は、気筒５を有するシリンダブロック２、および、シリンダブロック２の上部に設けられたシリンダヘッド４、ピストン６が連結されたロアケース３を備えている。そして、圧縮比可変機構８によって、シリンダブロック２をロアケース３に対して気筒５の軸方向に移動させることで燃焼室７の容積を変化させて圧縮比を変更する。
【００２６】
圧縮比可変機構８は、図１における、シリンダブロック３の左右両側の下部に設けられたカム収納孔９と、ロアケース３の左右両側の上部に設けられた軸受収納孔１０とを有している。そして、左右両側それぞれのカム収納孔９と軸受収納孔１０とにはカム軸１１が挿通されている。この左右両側のカム軸１１がそれぞれモータ２４によって駆動され回転することによって、シリンダブロック２がロアケース３に対して気筒５の軸方向に移動する。このとき、シリンダヘッド４もシリンダブロック２と一体的に移動する。尚、圧縮比可変機構８の詳細については、特開２００３−２０６７７１号公報に開示されている。
【００２７】
シリンダヘッド４には、燃焼室７に開口するように形成された吸気ポート１２と排気ポート１３とが設けられている。吸気ポート１２は吸気通路１４と接続されており、吸気通路１４にはスロットル弁２２が設けられている。一方、排気ポート１３は排気通路１５と接続されており、排気通路１５には排気浄化触媒２３が設けられている。この排気浄化触媒２３としては、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等が例示出来る。
【００２８】
吸気ポート１２と排気ポート１３との燃焼室７への開口部は、それぞれ吸気弁１６と排気弁１７とによって開閉される。吸気弁１６と排気弁１７とは、それぞれ吸気側カム１８と排気側カム１９との回転によって駆動される。吸気側カム１８と排気側カム１９とは互いに連動して回転する。
【００２９】
また、吸気ポート１２には燃料噴射弁２０が配置されており、燃焼室７には、該燃焼室
７内にて形成される混合気に点火する点火栓２１は配置されている。
【００３０】
内燃機関１には、圧縮比可変機構８のカム軸１１の回転角に対応した電気信号を出力するカムポジションセンサ３１や、吸気側カム軸１８の回転角に対応した電気信号を出力する吸気カムポジションセンサ３２、アクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ３３、ロアケース３に設けられピストン６が連結されたクランクシャフトの回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３４等の各種センサが設けられている。
【００３１】
さらに内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０が併設されている。このＥＣＵ３０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ３０には、カムポジションセンサ３１や吸気カムポジションセンサ３２、アクセル開度センサ３３、クランクポジションセンサ３４等の各種センサが電気配線を介して接続されており、これらの出力信号がＥＣＵ３０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ３０には、燃料噴射弁２０や、点火栓２１、スロットル弁２２、モータ２４等が電気的に接続されており、これらを制御することが可能となっている。
【００３２】
そして、ＥＣＵ３０は、燃焼室７にて形成される混合気の空燃比が目標空燃比となるように、機関負荷及び機関回転数に応じて、スロットル弁２２の開度を調整することで吸入空気量を制御すると共に、燃料噴射弁２０からの燃料噴射量を制御する。ここでの、目標空燃比とは、排気空燃比が排気浄化触媒２３による排気浄化に適した空燃比となる値である。また、ＥＣＵ３０は、モータ２４によってカム軸１１の回転を制御することで、機関負荷に応じて圧縮比を変更する。即ち、低負荷時は、シリンダブロック２をロアケース３に近づけることによって、燃焼室７の容積を縮小させ圧縮比を上昇させる。一方、高負荷時は、シリンダブロック２をロアケース３から遠ざけることによって、燃焼室７の容積を拡大させ圧縮比を低下させる。このとき、ＥＣＵ３０は、カムポジションセンサ３１の出力値から圧縮比を推定する。さらに、ＥＣＵ３０は、吸気カムポジションセンサ３２とクランクポジションセンサ３４との出力値から複数の気筒のうちどの気筒が吸気行程にあるのかを判断する。
【００３３】
＜圧縮比変更過渡時の燃料噴射量制御＞
次に、本実施例に係る圧縮比変更過渡時の燃料噴射制御について図２および３、４に基づいて説明する。
【００３４】
図２の（ａ）は、圧縮比が変更される過渡時ではないとき、即ち、圧縮比が一定とされているときの、気筒５に対するピストン６のストローク量Ｌを示す図である。図２の（ｂ）は、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時の気筒５に対するピストン６のストローク量Ｌ１を示す図である。図２の（ｃ）は、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時の気筒５に対するピストン６のストローク量Ｌ２を示す図である。
【００３５】
（高圧縮比への変更過渡時について）
圧縮比が高圧縮比へ変更されるときは、シリンダブロック２がロアケース３に近づけられるため、図２に示すように、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時の気筒５に対するピストン６のストローク量Ｌ１は、圧縮比を一定としているときの気筒５に対するピストン６のストローク量Ｌよりも短くなる。そして、気筒５に対するピストン６の相対速度は低下する。
【００３６】
そのため、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時に、気筒５が吸気行程となると、機関負荷や機関回転数等の運転状態が同様であっても、圧縮比を一定としている場合と比べて
吸入空気量が減少することになる。その結果、気筒５内において混合気を形成する筒内空気量も減少する。
【００３７】
従って、このときに、圧縮比が一定とされているときと同量の燃料を燃料噴射弁２０から噴射すると、気筒５内における混合気の空燃比が目標空燃比よりも低くなる場合がある。
【００３８】
そこで、本実施例では、図３に示すように、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時には、吸気行程にある気筒５において、燃料噴射弁２０から噴射される燃料噴射量を圧縮比が一定とされている場合よりも低減する補正を行う。図３は、高負荷運転から低負荷運転に移行するときに吸気行程にある気筒５における、スロットル弁２２の開度、および、圧縮比、筒内空気量、燃料噴射量、混合気の空燃比の関係を示すタイムチャート図である。図３において、（１）までの期間が高負荷運転であり、（２）以降の期間が低負荷運転であり、（１）から（２）までの期間が過渡運転にあることを表している。
【００３９】
高負荷運転から低負荷運転に移行するときは、（１）から（２）までの期間で、スロットル弁２２の開度が減少される。その結果、筒内空気量が減少される。また、この期間で、燃料噴射量も減少される。尚、本実施例では、（２）までの期間、圧縮比を低圧縮比とする。
【００４０】
そして、（２）において、スロットル弁２２の開度と燃料噴射量が目標値に達し、低負荷運転に移行すると、（２）から（３）までの期間で圧縮比が低圧縮比に変更される。この過渡時においては、上記したように、圧縮比が一定とされている場合と比べて筒内空気量が減少する。
【００４１】
そのため、（２）から（３）までの期間においては、燃料噴射量を、図３において実線で示すように、圧縮比が一定とされている場合（図３の点線）よりも低減する。このときの低減量は、混合気の空燃比が圧縮比の変更前後とほぼ同等となるように、圧縮比の変化量に応じて決定される。
【００４２】
圧縮比を高圧縮比に変更する過渡時において燃料噴射量の減量補正を行わない場合、上記したように、圧縮比の変更前後、即ち圧縮比が一定とされているときと比べて、混合気の空燃比がより低くなる虞がある（図３の点線）。即ち、混合気の空燃比が目標空燃比よりも低くなる虞がある。しかしながら、燃料噴射量を低減する補正を行うことによって、圧縮比を高圧縮比に変更する過渡時においても、図３において実線で示すように、混合気の空燃比を圧縮比の変更前後とほぼ同等に保つことが出来る。即ち、混合気の空燃比を目標空燃比に保つことが出来る。
【００４３】
従って、本実施例によれば、可変圧縮比内燃機関において、圧縮比を高圧縮比に変更する過渡時であっても、排気空燃比を、排気浄化触媒２３における排気浄化に適した空燃比に維持することが可能となり、以て、排気特性が悪化するのを抑制することが出来る。
【００４４】
（低圧縮比への変更過渡時について）
圧縮比が低圧縮比へ変更されるときは、シリンダブロック２がロアケース３から遠ざけられるため、図２に示すように、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時の気筒５に対するピストン６のストローク量Ｌ２は、圧縮比を一定としているときの気筒５に対するピストン６のストローク量Ｌよりも長くなる。そして、気筒５に対するピストン６の相対速度は上昇する。
【００４５】
そのため、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時に、気筒５が吸気行程となると、機関
負荷や機関回転数等の運転状態が同様であっても、圧縮比を一定としている場合と比べて吸入空気量が増加することになる。その結果、気筒５内において混合気を形成する筒内空気量も増加する。
【００４６】
従って、このときに、圧縮比が一定とされているときと同量の燃料を燃料噴射弁２０から噴射すると、気筒５内における混合気の空燃比が目標空燃比よりも高くなる場合がある。
【００４７】
そこで、本実施例では、図４に示すように、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時には、吸気行程にある気筒５において、燃料噴射弁２０から噴射される燃料噴射量を圧縮比が一定とされている場合よりも増加する補正を行う。図４は、低負荷運転から高負荷運転に移行するときに吸気行程にある気筒５における、スロットル弁２２の開度、および、圧縮比、筒内空気量、燃料噴射量、混合気の空燃比の関係を示すタイムチャート図である。図４において、（１）までの期間が低負荷運転であり、（２）以降の期間が高負荷運転であり、（１）から（２）までの期間が過渡運転にあることを表している。
【００４８】
低負荷運転から高負荷運転に移行するときは、（１）から（２）までの期間で、スロットル弁２２の開度が増加される。その結果、筒内空気量が増加される。また、この期間で、燃料噴射量も増加される。尚、本実施例では、（２）までの期間、圧縮比を高圧縮比とする。
【００４９】
そして、（２）において、スロットル弁２２の開度と燃料噴射量が目標値に達し、高負荷運転に移行すると、（２）から（３）までの期間で圧縮比が低圧縮比に変更される。この過渡時においては、上記したように、圧縮比が一定とされている場合と比べて筒内空気量が増加する。
【００５０】
そのため、（２）から（３）までの期間においては、燃料噴射量を、図４において実線で示すように、圧縮比が一定とされている場合（図４の点線）よりも増加する。このときの増加量は、混合気の空燃比が圧縮比の変更前後とほぼ同等となるように、圧縮比の変化量に応じて決定される。
【００５１】
圧縮比を低圧縮比に変更する過渡時において燃料噴射量の増量補正を行わない場合、上記したように、圧縮比の変更前後、即ち圧縮比が一定とされているときと比べて、混合気の空燃比がより高くなる虞がある（図４の点線）。即ち、混合気の空燃比が目標空燃比よりも高くなる虞がある。しかしながら、燃料噴射量を増加する補正を行うことによって、圧縮比を低圧縮比に変更する過渡時においても、図３において実線で示すように、混合気の空燃比を圧縮比の変更前後とほぼ同等に保つことが出来る。即ち、混合気の空燃比を目標空燃比に保つことが出来る。
【００５２】
従って、本実施例によれば、可変圧縮比内燃機関において圧縮比を低圧縮比に変更する過渡時であっても、排気空燃比を、排気浄化触媒２３における排気浄化に適した空燃比に維持することが可能となり、以て、排気特性が悪化するのを抑制することが出来る。
【００５３】
尚、本実施例においては、機関負荷が低負荷または高負荷に移行されてから圧縮比を高圧縮比または低圧縮比に変更しているが、機関負荷の移行中に圧縮比を変更しても良い。このときも、圧縮比の変更と同時期に燃料噴射量の補正が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】気筒に対するピストンのストローク量を示す図。図２の（ａ）は、圧縮比が一定とされているときの気筒に対するピストンのストローク量を示す図。図２の（ｂ）は、圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時の気筒に対するピストンのストローク量を示す図。図２の（ｃ）は、圧縮比が低圧縮比へ変更される過渡時の気筒に対するピストンのストローク量を示す図。
【図３】高負荷運転から低負荷運転に移行するときに吸気行程にある気筒における、スロットル弁の開度、および、圧縮比、筒内空気量、燃料噴射量、混合気の空燃比の関係を示すタイムチャート図。
【図４】低負荷運転から高負荷運転に移行するときに吸気行程にある気筒における、スロットル弁の開度、および、圧縮比、筒内空気量、燃料噴射量、混合気の空燃比の関係を示すタイムチャート図。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・可変圧縮比内燃機関（内燃機関）
２・・・シリンダブロック
３・・・ロアケース
４・・・シリンダヘッド
５・・・気筒
６・・・ピストン
７・・・燃焼室
８・・・圧縮比可変機構
９・・・カム収納孔
１０・・軸受収納孔
１１・・カム軸
２０・・燃料噴射弁
２３・・排気浄化触媒
２４・・モータ
３０・・ＥＣＵ
【図１】
2005207273.tif 000003
【図２】
2005207273.tif 000004
【図３】
2005207273.tif 000005
【図４】
2005207273.tif 000006