(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁閉時期を変更する可変動弁機構と、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、を備え、上記可変動弁機構は、低負荷条件における吸気弁閉時期が下死点よりも進み側に設定されるとともに、高負荷条件における吸気弁閉時期が下死点よりも遅れ側に設定され、上記可変圧縮比機構は、低負荷条件における機械的圧縮比が高負荷条件における機械的圧縮比よりも相対的に高く設定され、上記低負荷条件からの加速時に、上記吸気弁閉時期が下死点よりも進み側から下死点よりも遅れ側へ変化するとともに、上記機械的圧縮比が相対的に低い圧縮比へ変化する内燃機関の制御装置において、
上記加速時に実吸気弁閉時期を逐次求め、
上記加速時における上記実吸気弁閉時期の遅角過程の中で、上記実吸気弁閉時期が下死点を含む所定の下死点近傍範囲に入ったときに、ノッキングの発生を回避することができる所定量の燃料増量補正を開始し、その後、実吸気弁閉時期が下死点よりも遅れ側にある設定吸気弁閉時期に到達するまで、燃料増量を徐々に少なくしていくことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
実吸気弁閉時期と下死点との間の角度差の絶対値が、目標とする設定吸気弁閉時期と下死点との間の角度差の絶対値よりも小さい期間で、燃料増量補正を行う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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変圧縮比機構や可変動弁機構を用いて有効圧縮比を変化させるようにした内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の低中負荷域での熱効率向上を図ると同時に高負荷域でのノッキングを回避するために、機関の機械的な圧縮比つまり公称圧縮比を変化させることができる可変圧縮比機構が種々提案されている。内燃機関の有効圧縮比は、この機械的圧縮比のほか、吸気弁閉時期によっても左右されるので、吸気弁閉時期を可変制御し得る種々の可変動弁機構によって、有効圧縮比を適宜に制御することが可能である。本出願人が先に提案した特許文献１には、可変圧縮比機構による機械的圧縮比の可変制御と可変動弁機構による吸気弁閉時期の可変制御とを組み合わせて、有効圧縮比を適宜に制御するようにした技術が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、ノッキング発生時に、点火時期遅角および圧縮比低下に加えて、燃料供給量を増量補正することで、燃焼室内の温度を低下させ、ノッキングを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８５８７６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１６１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように機械的圧縮比や吸気弁閉時期により有効圧縮比を可変制御する手段を備えた内燃機関においては、内燃機関の加速時には、ノッキング回避のために有効圧縮比を低下させるように制御されるが、一般に機械的な機構を伴う可変圧縮比機構や可変動弁機構は、電気的な点火時期制御に比べて応答性が低く、従って、加速時に有効圧縮比が低下していく過程において過渡的にノッキングが発生し、あるいは、ノッキング回避のために点火時期の大幅なリタードが生じてトルクが低下する、といった問題が生じる。
【０００６】
また加速時に一律に燃料増量を行ったのでは、燃料増量が過剰となる場合があり、燃費の悪化の要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
本発明は、内燃機関の吸気弁閉時期を変更する可変動弁機構と、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、を備え、上記可変動弁機構は、低負荷条件における吸気弁閉時期が下死点よりも進み側に設定されるとともに、高負荷条件における吸気弁閉時期が下死点よりも遅れ側に設定され、上記可変圧縮比機構は、低負荷条件における機械的圧縮比が高負荷条件における機械的圧縮比よりも相対的に高く設定され、上記低負荷条件からの加速時に、上記吸気弁閉時期が下死点よりも進み側から下死点よりも遅れ側へ変化するとともに、上記機械的圧縮比が相対的に低い圧縮比へ変化する内燃機関の制御装置において、
上記加速時に実吸気弁閉時期を逐次求め、
上記加速時におけるノッキング回避のための燃料増量補正を、上記実吸気弁閉時期が下死点を含む所定の下死点近傍範囲にある間、行うことを特徴としている。
【００１１】
すなわち、上記構成では、加速に伴って吸気弁閉時期が下死点よりも進み側から遅れ側へ変化するため、その変化の途中の過程において、実吸気弁閉時期が下死点となるときが必ず存在する。また同時に可変圧縮比機構により機械的圧縮比が高圧縮比から低圧縮比へと変化していくが、一般に、最終的な目標の低い圧縮比に達する前に、実吸気弁閉時期が下死点に近付く。従って、機械的圧縮比が比較的に高いまま実吸気弁閉時期が下死点付近となって、有効圧縮比が過大となり、ノッキングが発生しやすい。本発明では、加速時に実吸気弁閉時期を逐次求め、この実吸気弁閉時期が下死点を含む所定の下死点近傍範囲にある間、燃料増量補正を行うことで、必要最小限の燃料増量でもって過渡的なノッキングが確実に回避される。
【００１２】
具体的な一つの態様では、実吸気弁閉時期と下死点との間の角度差の絶対値が、目標とする設定吸気弁閉時期と下死点との間の角度差の絶対値よりも小さい期間で、燃料増量補正を行う。
【００１３】
また、一つの態様では、実吸気弁閉時期が上記の所定の下死点近傍範囲に入ったときに所定量の燃料増量補正を開始し、その後、実吸気弁閉時期が設定吸気弁閉時期に到達するまで、燃料増量を徐々に少なくしていく。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、内燃機関の加速時に、実吸気弁閉時期を逐次求め、この実吸気弁閉時期が下死点を含む所定の下死点近傍範囲にある間、燃料増量が行われるので、可変圧縮比機構による機械的圧縮比が比較的高い間に過渡的に下死点に近付いて有効圧縮比が過大となることによるノッキングの発生を確実に回避することができるとともに、トルク低下を伴う点火時期リタードを不要もしくは最小限のものとすることができる。また燃料増量は、実吸気弁閉時期が下死点近傍にある間のみ行われるので、燃料増量に伴う燃費悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】可変圧縮比機構の一例を示す構成説明図。
【図２】可変動弁機構の一例を示す構成説明図。
【図３】加速時の可変圧縮比機構の動作を示す説明図。
【図４】燃料増量補正の一実施例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、この発明における有効圧縮比可変手段の一つとして、内燃機関の機械的圧縮比（公称圧縮比）を可変制御し得る可変圧縮比機構の一実施例を示している。なお、この可変圧縮比機構自体は、前述した特許文献１等によって公知となっているものである。
【００２３】
この可変圧縮比機構は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用したもので、シリンダブロック１のシリンダ２内を摺動するピストン３にピストンピン４を介して一端が連結されたアッパリンク５と、このアッパリンク５の他端に連結ピン６を介して連結されるとともに、クランクシャフト７のクランクピン８に回転可能に連結されたロアリンク９と、このロアリンク９の自由度を制限するために該ロアリンク９にさらに連結ピン１０を介して一端が連結され、かつ他端が内燃機関本体に揺動可能に支持されたコントロールリンク１１と、を備えており、上記コントロールリンク１１の揺動支持位置が制御軸１２の偏心カム部１３によって可変制御される構成となっている。
【００２４】
上記制御軸１２はクランクシャフト７と平行に配置され、かつシリンダブロック１に回転自在に支持されている。そして、この制御軸１２は、歯車機構１４を介して、電動モータからなるアクチュエータ１５によって回転方向に駆動され、その回転位置が制御されるようになっている。
【００２５】
上記構成の可変圧縮比機構では、上記制御軸１２の回転位置つまり偏心カム部１３の位置によってコントロールリンク１１下端の揺動支持位置が変化し、ロアリンク９の初期の姿勢が変わるため、これに伴ってピストン３の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。
【００２６】
図２は、有効圧縮比可変手段の一つとして、吸気弁の開閉時期を作動角とともに可変制御し得る可変動弁機構の一実施例を示している。これは、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構５１と、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構５２と、を組み合わせて構成されている。これらの第１可変動弁機構５１および第２可変動弁機構５２は、その機械的な構成は公知であり、例えば、上述した特許文献１に記載の装置と同様の構成を有している。従って、その概要のみを説明する。
【００２７】
リフト・作動角を可変制御する第１可変動弁機構５１は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸２２と、この駆動軸２２に固定された偏心カム２３と、回転自在に支持された制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に揺動自在に支持されたロッカアーム２６と、吸気弁５３のタペット３０に当接する揺動カム２９と、を備えており、上記偏心カム２３とロッカアーム２６とはリンクアーム２４によって連係され、ロッカアーム２６と揺動カム２９とは、リンク部材２８によって連係されている。
【００２８】
上記ロッカアーム２６は、略中央部が上記偏心カム部３８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン２５を介して上記リンクアーム２４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン２７を介して上記リンク部材２８の上端部が連係している。上記偏心カム部３８は、制御軸３２の軸心から偏心しており、従って、制御軸３２の角度位置に応じてロッカアーム２６の揺動中心は変化する。
【００２９】
上記揺動カム２９は、駆動軸２２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン３７を介して上記リンク部材２８の下端部が連係している。この揺動カム２９の下面には、駆動軸２２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム２９の揺動位置に応じてタペット３０の上面に当接する。
【００３０】
上記制御軸３２は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ３３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ３３は、例えばウォームギア３５を介して制御軸３２を駆動する電動モータからなり、コントロールユニット５４からの制御信号によって制御される。上記制御軸３２の回転角度は、制御軸センサ３４によって検出される。
【００３１】
上記第１可変動弁機構５１によれば、上記制御軸３２の回転角度位置に応じて吸気弁５３のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁５３の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、制御軸３２の回転角度によって一義的に定まるので、上記制御軸センサ３４の検出値により、そのときの実際のリフト・作動角が示されることになる。
【００３２】
一方、中心角を可変制御する第２可変動弁機構５２は、上記駆動軸２２の前端部に設けられたスプロケット４２と、このスプロケット４２と上記駆動軸２２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４３と、から構成されている。上記スプロケット４２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ４３は、本実施例では油圧式の回転型アクチュエータからなり、コントロールユニット５４からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。この位相制御用アクチュエータ４３の作用によって、スプロケット４２と駆動軸２２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構５２の制御状態は、駆動軸２２の回転位置に応答する駆動軸センサ３６によって検出される。
【００３３】
上記のように可変圧縮比機構と可変動弁機構とを備えた内燃機関においては、機械的圧縮比と吸気弁閉時期との双方を変更し得るので、両者によって有効圧縮比が定まる。
【００３４】
【００３５】
図３は、上述した可変圧縮比機構の加速時の動作を示し、この可変圧縮比機構によって内燃機関の機械的圧縮比つまり公称圧縮比が可変制御される。低速低負荷状態における機械圧縮比が高い状態から加速を開始したとき、つまり図３（ａ）のようにスロットル開度が急激に増加しかつ一定開度に達する場合においては、機関の負荷が急速に上昇するので、ノッキング回避のために、目標となる設定圧縮比が（ｂ）のように低下し、これを実現するように可変圧縮比機構が制御される。しかし、スロットル開度変化時間が、最大加速時に０．１秒程度であるのに対して、機械圧縮比低下は、前述した可変圧縮比機構では、例えば０．４秒程度の長時間を要する。そのため、機械的圧縮比が低下していく過程において、設定圧縮比に対して実圧縮比が一時的に大きくなる。
【００３６】
図４は、燃料増量補正の一例を示す説明図である。上述した可変動弁機構によって有効圧縮比を変化させるべく吸気弁閉時期が可変制御される。低速低負荷状態における有効圧縮比が高い状態から加速を開始したとき、つまり図４（ａ）のようにスロットル開度が急激に増加しかつ一定開度に達する場合においては、機関の負荷が急速に上昇するので、ノッキング回避のために、目標となる設定吸気弁閉時期が、（ｂ）のように下死点（ＢＤＣ）よりも大幅に遅角した位置に与えられ、これを実現するように可変動弁機構が制御される。しかし、スロットル開度変化時間が、最大加速時に０．１秒程度であるのに対して、吸気弁閉時期の遅角動作は、一般にこれよりも長時間を要する。そのため、吸気弁閉時期が遅角していく過程において、有効圧縮比が所望の有効圧縮比よりも一時的に大きくなる。特に、加速前の低速低負荷条件では吸気弁の作動角を小さくして吸気弁閉時期を下死点前に設定している場合には、吸気弁閉時期の遅角の過程において、吸気弁閉時期が下死点に近づき、下死点を経て、これよりも遅角することになる。従って、吸気弁閉時期が下死点に近付くことで、有効圧縮比が一時的に増大する。そのため、本実施例では、（ｃ）のように、下死点と実吸気弁閉時期との角度差（絶対値）が、下死点と設定吸気弁閉時期との角度差（絶対値）よりも小さいとき、つまり期間Ｔの間において、燃料増量が増加側に補正される。
【００３７】
上記のように燃料増量補正を行うことで、急加速時に機械的圧縮比もしくは吸気弁閉時期が目標となる設定値から遅れて変化する場合でも、ノッキング発生を確実に回避することができる。また、この結果、可変圧縮比機構のアクチュエータ１５や可変動弁機構のアクチュエータ３３，４３に、ノッキング回避のための高い応答性が要求されず、これらのアクチュエータを小型化することが可能となる。
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【符号の説明】
【００４５】
１２…制御軸
１５…アクチュエータ
３３…リフト・作動角制御用アクチュエータ
４３…位相制御用アクチュエータ
５１…第１可変動弁機構
５２…第２可変動弁機構 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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