(57)【要約】【課題】出力されるトルクを低下させるときの応答性に優れた内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、燃焼室の容積が可変に形成されている圧縮比可変機構と、機関排気通路に配置されている排気処理装置とを備える。排気処理装置は、劣化が生じるか否かの基準となる許容温度が予め定められている。内燃機関から出力されるトルクを低下させた場合に運転状態の変化に伴って排気処理装置の温度が上昇する制御を行ったときの温度上昇量が予め求められている。内燃機関から出力されるトルクを低下させるべきときに検出した排気処理装置の温度に温度上昇量を加算した温度が許容温度よりも高い場合に、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行う。【選択図】図５
2012052483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、
機関排気通路に配置されている排気処理装置とを備え、
圧縮比可変機構は、燃焼室の容積が可変に形成されており、
排気処理装置は、劣化が生じるか否かの基準となる許容温度が予め定められており、
内燃機関から出力されるトルクを低下させた場合に運転状態の変化に伴って排気処理装置の温度が上昇する制御を行ったときの温度上昇量が予め求められており、
内燃機関から出力されるトルクを低下させるべきときに排気処理装置の温度を検出し、検出した排気処理装置の温度に温度上昇量を加算した温度が許容温度よりも高い場合に、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行うことを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
内燃機関から出力されるトルクを低下させるために、燃焼室における点火時期を遅角する制御または燃焼空燃比を上昇させる制御を行って、運転状態が変化した場合の排気処理装置の温度を推定し、推定した排気処理装置の温度が許容温度よりも高い場合に、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行うべきときに、圧縮比を低下させた後の排気処理装置の温度を推定し、推定した排気処理装置の温度が予め定められた判定温度未満になる場合には、点火時期を遅角する制御および燃焼空燃比を上昇させる制御のうち少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
内燃機関から出力されるトルクを低下させた場合に運転状態の変化に伴って排気処理装置の温度が上昇する制御を複数有し、
それぞれの運転状態の変化に伴う温度上昇量のうち最も大きな温度上昇量を用いて、排気処理装置の温度に温度上昇量を加算した温度を算出することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。内燃機関は、要求される駆動力に応じるように運転が行なわれる。内燃機関が自動車に配置されている場合には、例えば、要求トルクは、アクセルペダルの踏込み量から検出される。要求トルクに応じて、スロットル弁の開度等が調整され、燃焼室に供給される空気量および燃料の量が調整される。
【０００３】
また、内燃機関においては、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。内燃機関の圧縮比は、出力されるトルクおよび燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング現象等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更することができる内燃機関が知られている。
【０００４】
特開２００５−１５５５０７号公報においては、アクセル開度に応じて目標圧縮比を設定するとともに目標スロットル開度を設定する内燃機関の制御装置が開示されている。この内燃機関の制御装置は、アクセル開度に応じて要求トルク低下量を演算する。要求トルク低下量に応じて、目標圧縮比又は目標スロットル開度の一方を低下側に補正することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５５５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関の運転中には要求トルクが上昇したり低下したりする。要求トルクが低下すると、たとえば、スロットル弁の開度が小さくなるように制御され、内燃機関から出力されるトルクが小さくなる。
【０００７】
内燃機関の運転中には、要求トルクに対して出力されるトルクの応答性が高いことが好ましい場合がある。特に、出力されるトルクを急激に低下させたい場合がある。たとえば、内燃機関が自動車に配置されている場合には、加速期間中に加速を急激に止める場合がある。アクセルペダルを深く踏込んでいる期間中にアクセルペダルの踏込み量を急激に小さくする場合がある。または、アクセルペダルから足を離す場合がある。
【０００８】
このような場合に、スロットル弁の開度が小さくなるように制御されても、応答遅れが生じて、内燃機関から出力されるトルクが低下するまでに所定の時間を要する。このような場合には、燃料噴射弁からの燃料の供給を停止する燃料カット制御を行ったり、燃焼室における点火時期を遅角する制御を行ったりすることにより、急激に出力されるトルクを低下させることができる。
【０００９】
一方で、内燃機関の機関排気通路には、排気を浄化するための排気処理装置が配置される。例えば、機関排気通路に酸化触媒が配置される場合がある。排気処理装置は、運転期間中の許容温度を有し、許容温度の範囲内にて運転が継続されることが好ましい。運転期間中に排気処理装置の温度が許容温度を越えると劣化が生じる場合がある。
【００１０】
内燃機関の要求トルクが低下した場合に、燃料カット制御を行なうと、空気過剰の気体が排気処理装置に供給される。このときに、酸化触媒に残留する未燃燃料の酸化反応が促進される場合がある。たとえば、リッチ場の後燃え現象が発生する。この結果、排気処理装置の温度が上昇する。または、燃焼室における点火時期を遅角する制御を行なうと燃焼室から流出する排気の温度が上昇する。排気処理装置に流入する排気の温度が上昇するために、排気処理装置の温度が上昇する。
【００１１】
排気処理装置が許容温度の近傍である場合には、燃料カット制御や点火時期を遅角する制御を行なうと、排気処理装置の温度が上昇して許容温度を超えてしまうという問題が生じる。したがって、従来の技術の内燃機関においては、たとえば、スロットル弁の開度を小さくする制御を行うに留まっていた。この結果、短時間に出力されるトルクを低下させることが難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は、出力されるトルクを低下させるときの応答性に優れた内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の内燃機関は、圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、機関排気通路に配置されている排気処理装置とを備える。圧縮比可変機構は、燃焼室の容積が可変に形成されている。排気処理装置は、劣化が生じるか否かの基準となる許容温度が予め定められている。内燃機関から出力されるトルクを低下させた場合に運転状態の変化に伴って排気処理装置の温度が上昇する制御を行ったときの温度上昇量が予め求められている。内燃機関から出力されるトルクを低下させるべきときに排気処理装置の温度を検出し、検出した排気処理装置の温度に温度上昇量を加算した温度が許容温度よりも高い場合に、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行う。
【００１４】
上記発明においては、内燃機関から出力されるトルクを低下させるために、燃焼室における点火時期を遅角する制御または燃焼空燃比を上昇させる制御を行って、運転状態が変化した場合の排気処理装置の温度を推定し、推定した排気処理装置の温度が許容温度よりも高い場合に、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行うことができる。
【００１５】
上記発明においては、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行うべきときに、圧縮比を低下させた後の排気処理装置の温度を推定し、推定した排気処理装置の温度が予め定められた判定温度未満になる場合には、点火時期を遅角する制御および燃焼空燃比を上昇させる制御のうち少なくとも一方の制御を行うことができる。
【００１６】
上記発明においては、内燃機関から出力されるトルクを低下させた場合に運転状態の変化に伴って排気処理装置の温度が上昇する制御を複数有し、それぞれの運転状態の変化に伴う温度上昇量のうち最も大きな温度上昇量を用いて、排気処理装置の温度に温度上昇量を加算した温度を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、出力されるトルクを低下させるときの応答性に優れた内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における圧縮比可変機構の概略分解斜視図である。
【図３】実施の形態における内燃機関が高圧縮比の時のシリンダブロックおよびクランクケースの部分の概略断面図である。
【図４】実施の形態における内燃機関が低圧縮比の時のシリンダブロックおよびクランクケースの部分の概略断面図である。
【図５】実施の形態における第１の運転制御のフローチャートである。
【図６】実施の形態における第１の運転制御のタイムチャートである。
【図７】実施の形態における比較例の運転制御のタイムチャートである。
【図８】実施の形態における第２の運転制御のフローチャートである。
【図９】実施の形態における第２の運転制御のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１から図９を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。
【００２１】
燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気を燃焼室５から排出するための通路である。
【００２２】
シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００２３】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
【００２４】
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。
【００２５】
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が接続されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、排気処理装置２１に連結されている。本実施の形態における排気処理装置２１は、酸化触媒２０を含む。排気処理装置２１は、排気管２２に接続されている。
【００２６】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
【００２７】
エアフローメータ１６は、燃焼室５に吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２８】
クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、クランク角度を検出することができる。機関排気通路において、排気処理装置２１の下流には、排気処理装置２１の温度を検出する温度検出器としての温度センサ４３が配置されている。温度センサ４３の出力は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２９】
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７および燃料ポンプ２９に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００３０】
吸気弁６は、吸気カム５１が回転することにより開閉するように形成されている。排気弁８は、排気カム５２が回転するようことにより開閉するように形成されている。本実施の形態における内燃機関は、可変動弁機構を備える。可変動弁機構は、吸気弁６の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置５３を含む。本実施の形態における可変バルブタイミング装置５３は、吸気カム５１の回転軸に接続されている。可変バルブタイミング装置５３は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００３１】
本実施の形態における内燃機関は、圧縮比可変機構を備える。内燃機関の圧縮比は、燃焼室の容積等に依存して定まる。本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の容積が変更されることにより圧縮比が変更されるように形成されている。内燃機関の圧縮比は、（圧縮比）＝（燃焼室の容積＋吸気弁が閉じている期間のピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示される。
【００３２】
図２は、本実施の形態における内燃機関の圧縮比可変機構の分解斜視図である。図３は、内燃機関の燃焼室の部分の第１の概略断面図である。図３は、内燃機関が高圧縮比になったときの概略図である。
【００３３】
図２および図３を参照して、シリンダブロック２の両側の側壁の下方には複数個の突出部８０が形成されている。突出部８０には、断面形状が円形のカム挿入孔８１が形成されている。クランクケース７９の上壁には、複数個の突出部８２が形成されている。突出部８２には、断面形状が円形のカム挿入孔８３が形成されている。クランクケース７９の突出部８２は、シリンダブロック２の突出部８０同士の間に嵌合する。
【００３４】
本実施の形態における圧縮比可変機構は、一対のカムシャフト８４，８５を含む。それぞれのカムシャフト８４，８５には、カム挿入孔８１内に回転可能に挿入される円形カム８６が固定されている。これらの円形カム８６は、カムシャフト８４，８５の回転軸と同軸状に形成されている。
【００３５】
一方で、図３に示すように、円形カム８６同士の間には、それぞれのカムシャフト８４，８５の回転軸に対して偏心して配置された偏心軸８７が延びている。偏心軸８７には、円形カム８８が偏心して回転可能に取付けられている。円形カム８８は、それぞれの円形カム８６同士の間に配置されている。これら円形カム８８は、対応するカム挿入孔８３内にて回転可能に支持される。
【００３６】
圧縮比可変機構は、モータ８９を含む。モータ８９の回転軸９０には、螺旋方向が互いに逆向きの２つのウォームギヤ９１，９２が取付けられている。それぞれのカムシャフト８４，８５の端部には、歯車９３，９４が固定されている。歯車９３，９４は、ウォームギヤ１９，９２と歯車９３，９４とが噛み合うように配置されている。モータ８９が回転軸９０を回転させることにより、カムシャフト８４，８５を、互いに反対方向に回転させることができる。
【００３７】
図３を参照して、それぞれのカムシャフト８４，８５上に固定された円形カム８６を、矢印９６に示すように互いに反対方向に回転させると、偏心軸８７が下端に向けて移動する。円形カム８８は、カム挿入孔８３内において、矢印９７に示すように円形カム８６と反対方向に回転する。
【００３８】
図４に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の第２の概略断面図を示す。図４は、内燃機関が低圧縮比になったときの概略図である。図４に示されるように偏心軸８７が下端まで移動すると、円形カム８８の中心軸が偏心軸８７よりも下方に移動する。図３および図４を参照して、クランクケース７９とシリンダブロック２との相対位置は、円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離によって定まる。円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース７９から離れる。矢印９８に示すようにシリンダブロック２がクランクケース７９から離れるほど、ピストン３が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が大きくなる。
【００３９】
本実施の形態における圧縮比可変機構は、クランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動することにより、燃焼室の容積が可変に形成されている。図３では、ピストン３が圧縮上死点に到達しており、燃焼室５の容積が小さくなっている。この状態では、圧縮比が大きくなる。これに対して、図４では、ピストン３が圧縮上死点に到達しており、燃焼室５の容積が大きくなっている。この位置では、圧縮比が小さくなる。このように、本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に圧縮比を変更することができる。
【００４０】
本実施の形態における圧縮比可変機構は、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動することにより圧縮比を変更しているが、この形態に限られず、燃焼室の容積を変化させることができる任意の機構を採用することができる。たとえば、ピストンの圧縮上死点の位置が変更可能に形成されている圧縮比可変機構を採用することができる。
【００４１】
内燃機関の運転期間中には、要求トルクが大きくなったり小さくなったりする。内燃機関の燃焼室に供給する空気量を変化させることにより、出力させるトルクを変化させることができる。たとえば、スロットル弁の開度を小さくしたり、可変バルブタイミング装置により吸気弁を閉じる時期を遅くしたりして、燃焼室に供給する空気量を減少させる制御を行うことができる。
【００４２】
ところで、内燃機関の運転期間中には、出力されるトルクを急激に低下させる場合がある。たとえば、要求トルクが急激に低下する場合がある。内燃機関が自動車に配置されている場合には、運転者がアクセルペダルの踏込み量を急激に小さくする場合がある。たとえば、加速の期間中に急に減速させることが必要な場合がある。または、自動車の車輪がスリップしている期間中に、車輪がクリップ力を回復した場合には、自動車が急加速するために要求トルクが急激に低下する。たとえば、アクセルペダルの踏込み量が中程度から零になる場合がある。
【００４３】
燃焼室に供給する空気量を減少させる制御においては、所定の応答遅れが生じる。たとえば、スロットル弁の開度を小さくする制御においては、スロットル弁から燃焼室までの機関吸気通路の体積に依存する応答遅れが生じる。スロットル弁の開度を小さくしたときに、スロットル弁から燃焼室までの機関吸気通路の圧力が下がるまでに所定の時間がかかり、高応答に燃焼室に供給する空気量を減少させることが困難である。たとえば、図１を参照して、吸気枝管１３およびサージタンク１４等がバッファタンクとして機能するために、スロットル弁１８の開度を小さくしても、機関吸気通路の圧力が低下するまでに所定の時間を必要とする。このため、燃焼室に流入する空気量が減少し、出力されるトルクが低下するまでに所定の時間が必要になる。
【００４４】
内燃機関から出力されるトルクを急激に低下させる場合には、燃料噴射弁からの燃料の供給を停止する燃料カット制御を行なうことができる。燃料カット制御を行うことにより、燃焼室における燃料の燃焼を停止させることができるために、出力されるトルクを急激に小さくすることができる。または、燃焼室における点火時期を遅角する制御を行うことができる。点火時期を遅角する制御を行うことにより、膨張行程における燃料の燃焼が開始する時期を遅らせることができて、出力されるトルクを急激に小さくすることができる。
【００４５】
ところが、燃料カット制御を行った場合には、空気過剰の排気が排気処理装置に流入する。たとえば、排気処理装置が酸化機能を有し、更に未燃燃料が残留していると、流入する空気過剰の排気により、未燃燃料の酸化反応が促進される。このため排気処理装置の温度が上昇する。また、点火時期を遅角する制御を行った場合には、ピストンに対する仕事量が減少するために排気の温度が高くなる。排気処理装置に流入する排気の温度が上昇して、排気処理装置の温度が上昇する。
【００４６】
本実施の形態における排気処理装置は、運転期間中の上限の許容温度が予め定められている。許容温度は、排気処理装置が高温になることにより劣化が生じるか否かの基準となる温度を採用することができる。排気処理装置の温度が許容温度の近傍にある場合には、燃料カット制御や点火時期を遅角する制御を行なうと、排気処理装置の温度が上昇して許容温度を超えてしまうという問題が生じる。
【００４７】
本実施の形態の内燃機関においては、出力されるトルクを急激に低下させる場合に、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行う。
【００４８】
図５に、本実施の形態における第１の運転制御のフローチャートを示す。
始めに、ステップ１０１においては、内燃機関の要求トルクの低下を検出する。図１を参照して、要求トルクは、たとえば負荷センサ４１により検出することができる。または、任意の制御においてトルクを低下させることを検出しても構わない。
【００４９】
更に、ステップ１０１においては、要求トルクが急激に低下したことを検出しても構わない。すなわち、短時間の間に要求トルクが大きく低下したことを検出しても構わない。たとえば、予め定められた時間の間に予め定められた要求トルクの低下量が生じたことを検出しても構わない。
【００５０】
次に、ステップ１０２においては、排気処理装置の温度を検出する。本実施の形態においては、排気処理装置２１に含まれる酸化触媒２０の温度を検出する。酸化触媒２０の温度は、温度センサ４３により検出することができる。
【００５１】
次に、ステップ１０３においては、燃焼室への燃料の供給を停止できるか否かを判別する。前述のとおり、燃料の供給を停止すると空気過剰の排気が酸化触媒２０に供給されるために、酸化触媒２０の温度が上昇する。本実施の形態においては、このときの温度上昇量が予め求められている。検出した酸化触媒２０の温度に温度上昇量を加算して、燃焼室への燃料の供給を停止した場合の酸化触媒２０の温度を推定する。ステップ１０３においては、燃焼室への燃料の供給を停止したときの酸化触媒２０の温度が許容温度以下であるか否かを判別する。燃料の供給を停止したときの酸化触媒２０の温度が許容温度以下である場合には、燃料の供給の停止が可能であると判別する。
【００５２】
ステップ１０３においては、燃焼室への燃料の供給を停止した場合に、排気処理装置の温度が許容温度以下か否かを判別する任意の方法を採用することができる。たとえば、燃料の供給を停止する直前の排気ガスの状態および燃料の供給を停止した後の排気ガスの状態に基づいて排気処理装置の温度上昇量を求めても構わない。推定した排気処理装置の温度が許容温度以下になる場合には、燃料の供給の停止が可能と判別することができる。
【００５３】
ステップ１０３において、燃料の供給の停止が可能である場合には、ステップ１０４に移行する。ステップ１０４においては、燃焼室への燃料の供給を停止する。本実施の形態においては、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射を停止する。この制御により、内燃機関が出力するトルクを急激に小さくすることができる。
【００５４】
ステップ１０３において、燃料の供給の停止が不可能であると判別される場合には、ステップ１０５に移行する。すなわち、燃焼室への燃料の供給を停止した場合に、排気処理装置の温度が許容温度を超えると推定される場合には、ステップ１０５に移行する。
【００５５】
ステップ１０５においては、点火時期の遅角が可能であるか否かを判別する。前述のとおり、点火時期を遅角すると排気処理装置の温度が上昇する。本実施の形態においては、点火時期を遅角したときの酸化触媒２０の温度上昇量が、予め求められている。検出した酸化触媒２０の温度に温度上昇量を加算して、点火時期を遅角した場合の酸化触媒２０の温度を推定する。ステップ１０５においては、点火時期を遅角した場合の酸化触媒２０の温度が、許容温度以下であるか否かを判別する。点火時期を遅角した場合の酸化触媒２０の温度が許容温度以下である場合には、点火時期の遅角が可能であると判別する。点火時期の遅角量は、たとえば予め定められた角度を採用することができる。
【００５６】
ステップ１０５においては、点火時期を遅角した場合に、排気処理装置の温度が許容温度以下になるか否かを判別する任意の方法を採用することができる。たとえば、点火時期を遅角したときの排気の温度を推定し、推定した排気の温度に基づいて温度上昇量を求めることができる。推定した排気処理装置の温度が許容温度以下になる場合には、点火時期の遅角が可能と判別することができる。
【００５７】
ステップ１０５において、点火時期の遅角が可能であると判別される場合には、ステップ１０６に移行する。ステップ１０６においては、点火時期を遅角する。この制御により、内燃機関が出力するトルクを急激に小さくすることができる。ステップ１０５において、点火時期の遅角が不可能であると判別される場合にはステップ１０７に移行する。
【００５８】
ステップ１０７においては、内燃機関の圧縮比を低下させることができるか否かを判別する。ステップ１０７において、内燃機関の圧縮比を低下させることができる場合にはステップ１０８に移行する。または、ステップ１０７においては、内燃機関の圧縮比が予め定められた圧縮比判定値よりも大きいか否かを判別しても構わない。内燃機関の圧縮比が予め定められた圧縮比判定値よりも大きい場合にはステップ１０８に移行しても構わない。
【００５９】
ステップ１０８においては、圧縮比を低下させる制御を行う。圧縮比の低下量は、たとえば、予め定められた低下量を採用することができる。または、圧縮比が最低になるように制御しても構わない。ステップ１０７において、圧縮比を低下させることが不可能と判別された場合にはステップ１０９に移行する。
【００６０】
図２から図４を参照して、圧縮比を低下させる場合には、モータ８９を回転させることにより、シリンダブロック２をクランクケース７９から遠ざかる制御を行う。例えば、図４示すように、ピストン３が圧縮上死点に達したときに、燃焼室５の容積が大きくなるように圧縮比可変機構を制御する。
【００６１】
内燃機関の圧縮比が低下することにより、ピストンが圧縮上死点に到達したときの燃焼室における混合気の温度が低下する。また、燃料が燃焼したときの温度、すなわち燃焼温度が下がる。燃焼温度が下がるために燃焼室から流出する排気の温度が下がる。このため、排気処理装置の温度が上昇することを回避できる。また、圧縮比を下げると、内燃機関が出力するトルクが低下する。このように、圧縮比を下げることにより、機関排気通路に配置されている排気処理装置の温度上昇を回避ながら、出力されるトルクを低下させることができる。
【００６２】
図５を参照して、ステップ１０４において、燃料の供給を停止したらステップ１０９に移行する。または、ステップ１０６において、点火時期を遅角したらステップ１０９に移行する。または、ステップ１０８において、圧縮比を低下させたらステップ１０９に移行する。
【００６３】
ステップ１０９においては、燃焼室に供給する空気量を減少させる制御を行う。図１を参照して、本実施の形態においては、ステップモータ１７を駆動することにより、スロットル弁１８の開度を小さくする制御を行う。スロットル弁１８の開度を小さくすることにより、燃焼室５に供給する空気量を少なくすることができて、内燃機関が出力するトルクを下げることができる。本実施の形態における内燃機関は、スロットル弁１８の開度を小さくすることにより、燃焼室５に供給する混合気の量を少なくすることができる。
【００６４】
燃焼室５に供給する空気量を減少させる制御としては、スロットル弁の開度を小さくする制御に限られず、燃焼室５に供給する空気量を減少させることができる任意の制御を行うことができる。たとえば、可変動弁機構により、吸気弁の閉じる時期を遅くする制御を行うことができる。
【００６５】
本実施の形態の内燃機関においては、排気処理装置の温度を検出し、燃焼室における点火時期を遅角する制御または燃焼室に供給する燃料の量を減少させる制御を行って運転状態の変化した場合の排気処理装置の温度を推定している。推定した排気処理装置の温度が許容温度よりも高くなるときに、圧縮比を低下させる制御を行っている。この制御により、排気処理装置が許容温度を越えることを回避しながら、短時間に出力されるトルクを低下させることができる。
【００６６】
内燃機関の制御としては、この形態に限られず、燃料の供給の停止または点火時期の遅角が可能であるかを判別せずに圧縮比を低下させても構わない。または、本実施の形態の第１の運転制御においては、燃料の供給停止の判別、点火時期の遅角の判別、または圧縮比の判別を行なった後に燃焼室に供給する空気量を減少させているが、この形態に限られず、それぞれの判別の前に、燃焼室に供給する空気量を減少させても構わない。または、それぞれの判別と同時に、燃焼室に供給する空気量を減少させても構わない。
【００６７】
内燃機関から出力されるトルクを低下させた場合に運転状態の変化に伴って排気処理装置の温度が上昇する制御としては、燃料の供給の停止や点火時期の遅角に限られず、排気処理装置の温度上昇を伴う任意のトルクを低下させる制御を採用することができる。たとえば、燃焼室において燃料が燃焼するときの空燃比（燃焼空燃比）を上昇させる制御を行うことができる。すなわち、燃焼空燃比をリーン側に制御することができる。なお、燃料カット制御は、燃焼空燃比を上昇させる制御に含まれる。燃焼空燃比を上昇させる制御により、排気処理装置における後燃え現象が生じて、内燃機関から出力されるトルクが低下すると共に、排気処理装置の温度が上昇する。
【００６８】
また、内燃機関から出力されるトルクを低下させるための運転状態が変化する制御が複数存在する場合には、それぞれの運転状態の変化に伴う複数の温度上昇量のうち最も大きな温度上昇量を用いて、排気処理装置の温度に温度上昇量を加算した温度を算出することが好ましい。この制御により、圧縮比可変機構により圧縮比を低下させる制御を行う排気処理装置の最低温度が低くなり、排気処理装置の温度が許容温度を超えることをより確実に抑制できる。
【００６９】
図６に、本実施の形態における第１の運転制御のタイムチャートを示す。
時刻ｔ１において要求トルクが急激に低下している。第１の運転制御においては、要求トルクの急激な低下があった場合に、排気処理装置の温度が許容温度の近傍である場合を示している。すなわち、燃焼室への燃料の供給の停止、および点火時期の遅角が不可能な場合の運転例を示している。要求トルクの低下を検出して、内燃機関の圧縮比を低下させる制御を行っている。
【００７０】
圧縮比は、時刻ｔ１から低下を始めて時刻ｔ２に目標値に到達している。内燃機関から出力されるトルクが、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて急激に低下している。また、排気の温度は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで急激に下降している。このように、圧縮比を変化させることにより、出力されるトルクを急激に低下させるとともに、排気の温度を低下させることができる。すなわち、排気処理装置の温度上昇を回避することができる。
【００７１】
さらに、時刻ｔ１において、スロットル弁の開度を小さくする制御を行っている。スロットル弁の開度を小さくすることにより、燃焼室に流入する吸入空気量は徐々に減少する。時刻ｔ２から時刻ｔ３においては、吸入空気量が徐々に減少するに伴って、出力されるトルクが徐々に低下している。時刻ｔ３において、吸入空気量が目標値に到達して略一定になっている。また、時刻ｔ３において、出力されるトルクが略一定になっている。
【００７２】
図７に、本実施の形態における比較例の運転制御のタイムチャートを示す。比較例の運転制御においては、内燃機関から出力されるトルクを急激に低下させる場合に、燃焼室に供給する空気量を減少させる制御のみを行っている。
【００７３】
時刻ｔ１において、要求トルクが急激に低下している。時刻ｔ１において、スロットル弁の開度を小さくしている。しかしながら、吸入空気量は、急激に減少せずに時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて徐々に減少している。このために、内燃機関から出力されるトルクも徐々に低下する。このように、吸入空気量を減少させる制御では応答性が低い。なお、排気の温度も徐々に低下する。
【００７４】
図６を参照して、これに対して本実施の形態の第１の運転制御においては、圧縮比を変化させることにより、内燃機関から出力されるトルクを急激に低下させることができる。すなわち、短時間で出力されるトルクを大きく下げることができる。このように、本実施の形態の内燃機関においては要求されるトルクに対する出力の応答性に優れている。
【００７５】
または、本実施の形態の第１の運転制御を行うことにより、排気処理装置の許容温度を高くするために排気処理装置が大型になることを回避できる。すなわち、排気処理装置の熱容量を小さくすることができる。または、排気処理装置を小型にすることができる。
【００７６】
次に、本実施の形態における第２の運転制御について説明する。第２の運転制御において、要求トルクが低下し、更に燃料カット制御および点火時期を遅角する制御が不可能である場合に、圧縮比を低下させることは第１の運転制御と同様である。第２の運転制御においては、圧縮比を低下させる制御に加えて点火時期を遅角する制御を行う。
【００７７】
図８は、本実施の形態における第２の運転制御のフローチャートである。
第２の運転制御におけるステップ１２１からステップ１２８までは、第１の運転制御のステップ１０１からステップ１０８まで同様である（図５参照）。ステップ１２８において、圧縮比可変機構により圧縮比を低下したらステップ１２９に移行する。
【００７８】
ステップ１２９においては、圧縮比を低下させた後の排気処理装置の温度を推定する。本実施の形態においては、排気処理装置の温度が排気の温度に対応するために、圧縮比を低下させたときの排気の温度を推定する。推定した排気の温度に基づいて、排気処理装置の温度を推定している。
【００７９】
ステップ１２９においては、排気処理装置の温度を推定する任意の制御を採用することができる。たとえば、機関排気通路に温度検出器を配置して、燃焼室から流出する排気の温度を検出し、実際の排気ガスの温度に基づいて排気処理装置の温度を推定しても構わない。または、排気ガスの温度の代わりに、燃焼室における燃料の燃焼温度を検出または推定しても構わない。
【００８０】
次に、ステップ１３０においては、ステップ１２９において推定した排気処理装置の温度から、点火時期の遅角量を導出する。点火時期を遅らせることが可能な角度を導出する。例えば、排気処理装置の温度と排気処理装置の許容温度との差に基づいて、点火時期の遅角量を導出することができる。排気処理装置の温度と、点火時期の遅角量との関係を、予め電子制御ユニットに記憶させておくことができる。排気処理装置の温度を推定することにより、点火時期の遅角量を導出することができる。または、点火時期の遅角量は、予め定められた角度を用いても構わない。
【００８１】
次に、ステップ１３１においては、導出された点火時期に基づいて、点火時期を遅角する制御を行う。
【００８２】
次に、ステップ１３２においては、燃焼室に供給する空気量を減少させる。ステップ１３２は、第１の運転制御におけるステップ１０９と同様である（図５参照）。
【００８３】
圧縮比を低下させる制御を行うことにより、排気の温度が低下する。このため、機関排気通路に配置されている排気処理装置の温度が低下する。排気処理装置の温度は、許容温度に対する余裕が大きくなるために、排気の温度を上昇させることができる。本実施の形態における第２の運転制御においては、圧縮比を低下させる制御に加えて、点火時期を遅角することにより、より短時間に出力されるトルクを低下させることができる。第２の運転制御においては、排気処理装置の温度が許容温度を越えないように遅角量を定めることが好ましい。たとえば、排気処理装置の温度が、ほぼ一定になるように点火時期を遅角する制御を行うことが好ましい。
【００８４】
図９に、本実施の形態における第２の運転制御のタイムチャートを示す。
時刻ｔ１において、要求トルクが急激に低下している。図９に示す第２の運転制御においては、要求トルクの急激な低下があった場合に、排気処理装置の温度が許容温度の近傍である場合を示している。すなわち、燃焼室への燃料の供給の停止、および点火時期の遅角が行えない場合の運転例を示している。
【００８５】
時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、圧縮比を低下させている。また、スロットル弁の開度を減少させている。このときに、圧縮比を低下させた後の排気処理装置の温度を推定し、点火時期の遅角量を導出している。図９に示す例においては、時刻ｔ１において、点火時期を遅角させている。
【００８６】
点火時期を遅角することにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２において、出力されるトルクが急激に低下している。図９の内燃機関から出力されるトルクおよび排気温度のタイムチャートにおいて、破線により第１の運転制御を行った時のグラフが示されている。このグラフからわかるように、圧縮比の低下に加えて点火時期を遅角することにより、出力されるトルクが短時間に、より大きく低下していることが分かる。また、図９に示す運転例においては、排気の温度が、ほぼ一定であることが分かる。このように、本実施の形態における第２の運転制御においては、排気処理装置が許容温度を超えることを回避しながら、より急激に出力されるトルクを低下させることができる。
【００８７】
本実施の形態の第２の運転制御においては、圧縮比を低下させる制御に加えて、点火時期を遅角する制御を行っているが、この形態に限られず、圧縮比を低下させる制御に加えて燃焼空燃比を上昇させる制御を行っても構わない。たとえば、燃焼室への燃料の供給を停止する制御を行っても構わない。この場合においては、推定した排気処理装置の温度から燃焼室に供給する燃料の減少量を導出することができる。
【００８８】
ところで、内燃機関は、ハイブリッド駆動装置に配置することができる。ハイブリッド駆動装置は、内燃機関と駆動用モータとが組み合わされて動力を発生する駆動装置である。ハイブリッド駆動装置は、自動車等の車両に配置することができる。
【００８９】
たとえば、ハイブリッド自動車においては、ハイブリッド駆動装置に要求されるトルクが小さな時には駆動用モータにより運転することができる。また、要求されるトルクが大きなときには、内燃機関および駆動用モータを用いて運転することができる。さらに、ハイブリッド自動車が減速する場合には、駆動用モータにより発電を行って蓄電池に電気を蓄えることができる。
【００９０】
ハイブリッド駆動装置は、電気を蓄える蓄電池を備える。蓄電池は、大きな電流で放電および充電を繰り返すと、蓄電池の劣化が進行したり、故障の可能性が高くなったりする。このために、ハイブリッド駆動装置は、蓄電池の放電または充電を行うときの電力の制御を行うことが好ましい。
【００９１】
ハイブリッド駆動装置の内燃機関においても、急激に出力されるトルクを小さくすることが好ましい場合がある。たとえば、ハイブリッド駆動装置を備えるハイブリッド自動車が、水溜り等の車輪がスリップしやすい路面を走行する場合がある。自動車の減速中にスリップしやすい路面を走行すると、車輪がロックする場合がある。すなわち、車輪の回転数が急減に低下する。このときには、内燃機関が過回転の状態になり、駆動用モータが発電機になって発電が生じる場合がある。蓄電池には、多量の電気が短時間に充電される。すなわち、蓄電池に充電される電流が大きい状態になる。従来の技術の内燃機関においては、このような場合には、たとえば点火時期を遅角していた。しかし、前述のとおり、点火時期を遅角することにより排気処理装置が許容温度を超えてしまう場合がある。本実施の形態の内燃機関をハイブリッド駆動装置に配置することにより、出力するトルクを急激に低下させることができて、内燃機関が過回転になることを抑制することができる。また、蓄電池に短時間に多量の電気が充電されることを回避することができて、蓄電池の劣化を抑制することができる。
【００９２】
または、短時間に多量の電気を充電することを可能にするために、蓄電池の容量を大きくすることができる。しかし、蓄電池の容量を大きくするためには、蓄電池が大型になったり重量が重たくなったりする。本実施の形態の内燃機関を備えるハイブリッド駆動装置においては、蓄電池の容量が大きくなることを回避できる。または、電気を放電したり充電したりするための構成部品の容量（素子の電流の耐性または電圧の耐性）を小さくすることができる。または、回生ブレーキを使用する場合に、回生ブレーキの効きが向上するために機械ブレーキの容量を小さくすることができる。
【００９３】
本実施の形態の内燃機関においては、排気処理装置に酸化触媒が含まれる例を取り上げて説明したが、この形態に限られず、内燃機関は、酸化機能を有する任意の排気処理装置を含むことができる。たとえば、排気処理装置は、三元触媒やパティキュレートフィルタ等を含んでいても構わない。
【００９４】
本実施の形態においては、自動車に取り付けられている内燃機関を例示して説明を行ったが、この形態に限られず、任意の内燃機関に本発明を適用することができる。また、上述のそれぞれの制御においては、適宜順序を変更することができる。
【００９５】
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態には、特許請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。
【符号の説明】
【００９６】
１    機関本体
２    シリンダブロック
３    ピストン
５    燃焼室
１０    点火プラグ
１１    燃料噴射弁
１８    スロットル弁
２０    酸化触媒
２１    触媒コンバータ
３１    電子制御ユニット
４０    アクセルペダル
４１    負荷センサ
４３    温度センサ
７９    クランクケース
８４，８５    カムシャフト
８６    円形カム
８７    偏心軸
８８    円形カム
８９    モータ
９１，９２    ウォームギヤ
【図１】
2012052483.tif 000003
【図２】
2012052483.tif 000004
【図３】
2012052483.tif 000005
【図４】
2012052483.tif 000006
【図５】
2012052483.tif 000007
【図６】
2012052483.tif 000008
【図７】
2012052483.tif 000009
【図８】
2012052483.tif 000010
【図９】
2012052483.tif 000011