(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の圧縮比εを可変させるピストンストローク特性可変機構と、機関吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、機関吸気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、内燃機関の回転数及び負荷を検出する手段と、を有し、
内燃機関の回転数及び負荷に応じて、前記ピストンストローク特性可変機構、前記リフト・作動角可変機構及び前記位相可変機構を制御する火花点火内燃機関の燃焼制御システムにおいて、
ノッキングの強度を検出するノック検出手段と、ノッキングを検出した際に燃焼室内の点火時期を遅角させる点火時期調整手段と、を備え、
低負荷で吸入負圧が小さくなる条件において所定値以上の強度のノッキングが検知された際には、内燃機関の圧縮比εが小さくなるように前記ピストンストローク特性可変機構を制御し、
低負荷で吸入負圧が大きくなる条件において所定値以上の強度のノッキングが検出された際には、内燃機関の有効圧縮比ε’が小さくなるように前記吸気弁の閉時期を前記リフト・作動角可変機構及び前記位相可変機構の少なくとも一方を制御することを特徴とする内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項２】
前記ピストンストローク特性可変機構は、ピストンのピストンピンに一端が連結されるアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとに連結されるロアーリンクと、クランクシャフトに対して略平行に延びるコントロールシャフトと、一端が前記コントロールシャフトに揺動可能に連結されると共に、他端が前記ロアーリンクに連結され、前記コントロールシャフトに対する揺動中心が、前記コントロールシャフトの回転中心に対して偏心した制御リンクと、を有し、前記コントロールシャフトを回動させることによって、ピストン上死点位置とピストン下死点位置の少なくともいずれか一方を変更し、内燃機関の圧縮比εを可変をさせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項３】
前記リフト・作動角可変機構は、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、前記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ前記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、前記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、前記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁のバルブリフタを押圧する揺動カムと、を備えており、前記制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより吸気弁のリフト・作動角が同時に増減変化するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御システム。
【請求項４】
内燃機関の負荷が小さい状態においては、内燃機関の圧縮比εが高くなるよう前記ピストンストローク特性可変機構を制御すると共に、前記吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけることによって、内燃機関の有効圧縮比ε′を低下させてい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燃焼制御システム。
【請求項５】
所定値以上の強度のノッキングが検出された直後には、点火時期を遅角させ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燃焼制御システム。
【請求項６】
前記機関負荷の検出手段として、吸入負圧、吸入空気量、スロットル開度もしくは燃料噴射量のいずれかを用いてい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燃焼制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン下死点位置での燃焼室側容積とピストン上死点位置での燃焼室側容積との比で表される内燃機関の圧縮比εを可変させるピストンストローク特性可変機構と、吸気弁のリフト特性を可変制御する可変機構と、を備えた内燃機関の燃焼制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピストンが下死点にあるときの燃焼室側の容積であるシリンダ容積と、ピストンが上死点にあるときの燃焼室側の容積である隙間容積と、の比は圧縮比εと呼ばれている。一方、作動ガス容積の最大値である有効シリンダ容積と作動ガス容積の最小値である有効隙間容積と、の比は有効圧縮比ε′と呼ばれ、両者は熱力学的取り扱い上では区別されている。
【０００３】
機関の熱効率を高める上では、圧縮比は基本的なパラメータである。圧縮比εが固定されたいわゆる固定圧縮比内燃機関においては、ノッキングの発生頻度を考慮したぎりぎりの圧縮比εが選定されている。このような固定圧縮比内燃機関においては、ノッキングの発生を回避する手段として、ノッキング発生時には燃焼室内での点火時期を単に遅らせる手段を設けた単純なものから、吸気弁の作動特性を変化させて有効圧縮比ε′を変化させる手段まで、多くの選択肢がある。
【０００４】
このような選択肢の中に圧縮比εを可変させる手段が加わると、その選択肢の幅は大幅に拡大するため、最大限の効率の確保と、応答性等を考慮したノック回避の考え方は、燃焼制御システムを設計する上で極めて重要となる。
【０００５】
ノッキングは、機関の使用条件が厳しい高温高負荷条件で発生することが多い。その理由は、吸入空気の温度そのものがシリンダの内壁、ピストン等との熱交換により高温化し、圧縮された状態で火炎伝播を待つ間に未燃混合気が自己着火し、極めて燃焼速度が高くなることより、特有のノッキング音が発生し、高速化した火炎が高い熱伝達率でピストン、バルブ等の局所的な温度を一気に上昇させ、溶融破損に至らしめることもある。
【０００６】
このようなノッキングは、圧縮混合気の温度が上昇することによって発生しやすくなるが、高負荷状態が続いて冷却水温が上昇している時などに特に発生しやすい。ノッキングを回避するには、圧縮比を低めに設定するのが最も確実であるが、そうすると熱効率が低下し燃費が悪化することになる。
【０００７】
圧縮比εが固定された近年の自動車用ガソリン機関では、この圧縮比εを比較的高めに設定し、ノッキングの発生をノックセンサ等で検知して、点火時期を遅角させることによって高圧縮比化との両立を図ってきている。
【０００８】
ところが、点火時期の遅角によるノッキングの回避は応答性が良く、ノッキングの回避そのものには適している反面、燃焼開始が最適時期から遅れることによる燃費の悪化や、排気温度の上昇により、排気系の触媒等の耐久性を悪化させる等の問題があった。
【０００９】
そこで、ノッキング回避の追加手段として、機関のカムシャフトの位相を可変制御し、点火時期の遅角との組み合わせることで、ノッキングが発生しやすい条件では、カムシャフトの位相を遅らせて吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）を遅らせることによって、有効圧縮比ε′を低下させると共に、結果的に充填効率も低下させ、圧縮時の混合気温度を低下させることで排気温度の上昇を防ぐ効果を狙いとしたノッキング回避システムが提案されている（例えば、特開平８−３３８２９５公報などを参照）。
【００１０】
また、本願と同一出願人により、吸気弁の作動角を拡大・縮小制御する可変動弁機構を用いたノッキング回避のシステム（特開平１１−３６９０６号公報を参照）や、吸気弁の作動角制御と吸気弁の中心角制御とを組み合わせ、燃費性能向上を狙いとしたシステムが本願に先行して提案されている。
【００１１】
さらに、ピストン上死点位置とピストン下死点位置の少なくともいずれか一方を可変させることによって、圧縮比εを可変させるピストンストローク特性可変機構が、本願に先行して同一出願人より出願されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮比εを基本的に可変できるならば、ノッキングの発生を回避するためには、ノッキング発生時に圧縮比εを直ちに最適化すればよいわけであるが、現実には応答性の限界もあり、圧縮比制御を瞬時に行おうとすると、大容量のアクチュエータが必要となる等、現実的ではない。
【００１３】
また、圧縮比εを変えずに、有効圧縮比ε′を吸気弁閉時期（ＩＶＣ）で低下させ、ポンプ損失低減に向けた方が燃費性能向上の効果が得られる場合もある等、現実には簡単ではない。
【００１４】
さらに、ノッキング回避の応答性については、瞬時に対応できる点火進角制御に比べ、吸気弁の作動角や中心角を制御するいわゆる動弁制御はやや遅くなり、大掛かりな機構が必要な圧縮比制御の場合には、さらにある程度の余裕時間が必要となっている。つまり、ノッキング発生の回避については、特に加速時等、応答性の必要な条件においては、比較的応答性の優れた吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）制御を適宜組み合わせることが必要となる。トルクの必要な条件では、吸気量の確保と有効圧縮比ε′の低下が両立しない場合もあり、一律にＩＶＣ制御を行うわけにはいかない。
【００１５】
そこで、本発明は、運転条件に最適な圧縮比及び吸気弁の作動状態の設定と、ノッキング発生時の圧縮比ε及び吸気弁の作動状況に対応して、圧縮比ε及び吸気弁の作動角、中心角の選択的な可変制御とにより、燃費、運転性の悪化を招かない効率的な手段を提案することを狙いとする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に記載の発明は、内燃機関の圧縮比εを可変させるピストンストローク特性可変機構と、機関吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、機関吸気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、内燃機関の回転数及び負荷を検出する手段と、を有し、内燃機関の回転数及び負荷に応じて、前記ピストンストローク特性可変機構、前記リフト・作動角可変機構及び前記位相可変機構を制御する火花点火内燃機関の燃焼制御システムにおいて、ノッキングの強度を検出するノック検出手段と、ノッキングを検出した際に燃焼室内の点火時期を遅角させる点火時期調整手段と、を備え、低負荷で吸入負圧が小さくなる条件において所定値以上の強度のノッキングが検知された際には、内燃機関の圧縮比εが小さくなるように前記ピストンストローク特性可変機構を制御し、低負荷で吸入負圧が大きくなる条件において所定値以上の強度のノッキングが検出された際には、内燃機関の有効圧縮比ε’が小さくなるように前記吸気弁の閉時期を前記リフト・作動角可変機構及び前記位相可変機構の少なくとも一方を制御することを特徴としている。ピストンストローク特性可変機構により、ピストンが下死点にあるときの燃焼室側の容積であるシリンダ容積と、ピストンが上死点にあるときの燃焼室側の容積である隙間容積と、の比である圧縮比εが可変制御される。これによって、内燃機関の圧縮比εの可変制御、吸気弁の作動角の拡大・縮小制御、及び吸気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変制御との組み合わせで、運転条件に応じてた最適な燃焼制御を行える。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ピストンストローク特性可変機構は、ピストンのピストンピンに一端が連結されるアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとに連結されるロアーリンクと、クランクシャフトに対して略平行に延びるコントロールシャフトと、一端が前記コントロールシャフトに揺動可能に連結されると共に、他端が前記ロアーリンクに連結され、前記コントロールシャフトに対する揺動中心が、前記コントロールシャフトの回転中心に対して偏心した制御リンクと、を有し、前記コントロールシャフトを回動させることによって、ピストン上死点位置とピストン下死点位置の少なくともいずれか一方を変更し、内燃機関の圧縮比εを可変をさせることを特徴としている。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記リフト・作動角可変機構は、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、前記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ前記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、前記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、前記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁のバルブリフタを押圧する揺動カムと、を備えており、前記制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより吸気弁のリフト・作動角が同時に増減変化するように構成されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、内燃機関の負荷が小さい状態においては、内燃機関の圧縮比εが高くなるよう前記ピストンストローク特性可変機構を制御すると共に、前記吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけることによって、内燃機関の有効圧縮比ε′を低下させていることを特徴としている。これにより、圧縮比εを高くすることで良好な燃焼を維持しつつ、有効圧縮比ε′を下げることでポンプ損失の低減が可能となる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、所定値以上の強度のノッキングが検出された直後には、点火時期を遅角させることを特徴としている。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記機関負荷の検出手段として、吸入負圧、吸入空気量、スロットル開度もしくは燃料噴射量のいずれかを用いていることを特徴としている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮比εの可変させるピストンのストローク特性と、吸気弁の作動特性とを組み合わせて制御することにより、燃費性能の優れた、総合的な燃焼制御システムを得ることができる。
【００３３】
請求項４によれば、内燃機関の負荷が小さい状態において、良好な燃焼を維持しつつ、ポンプ損失の低減を図ることができる。
【００３７】
請求項５によれば、点火時期調整手段により、瞬間的に点火時期を遅角させることで、瞬時にノッキングの発生を回避することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
図１は、内燃機関の吸気弁側可変動弁機構の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁機構は、吸気弁４のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬクランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２と、が組み合わされて構成されている。
【００４０】
図２は、リフト・作動角可変機構１のみを示しており、図１および図２に基づいて、このリフト・作動角可変機構１を説明する。なお、このリフト・作動角可変機構１は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００４１】
リフト・作動角可変機構１は、シリンダヘッド３に図示せぬバルブガイドを介して摺動自在に設けられた吸気弁４と、シリンダヘッド３上部のカムブラケット５に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、この駆動軸６に、圧入等により固定された偏心カム７と、駆動軸６の上方位置に同じカムブラケット５に回転自在に支持されるとともに駆動軸６と平行に配置された制御軸８と、この制御軸８の偏心カム部９に揺動自在に支持されたロッカアーム１０と、各吸気弁４の上端部に配置されたバルブリフタ１１に当接する揺動カム１２と、を備えている。偏心カム７とロッカアーム１０とはリンクアーム１３によって連係されており、ロッカアーム１０と揺動カム１２とは、リンク部材１４によって連係されている。
【００４２】
駆動軸６は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【００４３】
偏心カム７は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸６の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム１３の環状部１３ａが回転可能に嵌合している。
【００４４】
ロッカアーム１０は、略中央部が偏心カム部９によって支持されており、その一端部に、リンクアーム１３の延長部１３ｂが連係しているとともに、他端部に、リンク部材１４の上端部が連係している。偏心カム部９は、制御軸８の軸心から偏心しており、従って、制御軸８の角度位置に応じてロッカアーム１０の揺動中心は変化する。
【００４５】
揺動カム１２は、駆動軸６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１２ａに、リンク部材１４の下端部が連係している。この揺動カム１２の下面には、駆動軸６と同心状の円弧をなす基円面１５ａと、該基円面１５ａから端部１２ａへと所定の曲線を描いて延びるカム面１５ｂと、が形成されており、これらの基円面１５ａならびにカム面１５ｂが、揺動カム１２の揺動位置に応じてバルブリフタ１１の上面に当接するようになっている。
【００４６】
すなわち、基円面１５ａはベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム１２が揺動してカム面１５ｂがバルブリフタ１１に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００４７】
制御軸８は、図１に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用油圧アクチュエータ１６によって所定回転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・作動角制御用油圧アクチュエータ１６への油圧供給は、エンジンコントロールユニット１７からの制御信号に基づき、第１油圧制御部１８によって制御されている。尚、アクチュエータ１６は、このアクチュエータ１６の駆動油圧がＯＦＦの条件において、吸気弁４を小リフト・小作動角側に付勢するよう構成されている。
【００４８】
このリフト・作動角可変機構１の作用を説明すると、駆動軸６が回転すると、偏心カム７のカム作用によってリンクアーム１３が上下動し、これに伴ってロッカアーム１０が揺動する。このロッカアーム１０の揺動は、リンク部材１４を介して揺動カム１２へ伝達され、該揺動カム１２が揺動する。この揺動カム１２のカム作用によって、バルブリフタ１１が押圧され、吸気弁４がリフトする。
【００４９】
ここで、リフト・作動角制御用油圧アクチュエータ１６を介して制御軸８の角度が変化すると、ロッカアーム１０の初期位置が変化し、ひいては揺動カム１２の初期揺動位置が変化する。
【００５０】
例えば偏心カム部９が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム１０は全体として上方へ位置し、揺動カム１２の端部１２ａが相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム１２の初期位置は、そのカム面１５ｂがバルブリフタ１１から離れる方向に傾く。従って、駆動軸６の回転に伴って揺動カム１２が揺動した際に、基円面１５ａが長くバルブリフタ１１に接触し続け、カム面１５ｂがバルブリフタ１１に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【００５１】
逆に、偏心カム部９が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム１０は全体として下方へ位置し、揺動カム１２の端部１２ａが相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム１２の初期位置は、そのカム面１５ｂがバルブリフタ１１に近付く方向に傾く。従って、駆動軸６の回転に伴って揺動カム１２が揺動した際に、バルブリフタ１１と接触する部位が基円面１５ａからカム面１５ｂへと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【００５２】
偏心カム部９の位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、図３に示すように、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。特に、このものでは、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁４の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００５３】
次に、位相可変機構２は、図１に示すように、駆動軸６の前端部に設けられたスプロケット１９と、このスプロケット１９と駆動軸６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油圧アクチュエータ２０と、から構成されている。スプロケット１９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。位相制御用油圧アクチュエータ２０への油圧供給は、エンジンコントロールユニット１７からの制御信号に基づき、第２油圧制御部２１によって制御されている。この位相制御用油圧アクチュエータ２０への油圧制御によって、スプロケット１９と駆動軸６とが相対的に回転し、図４に示すように、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。位相可変機構２としては、油圧式のものに限られず、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能である。
【００５４】
尚、リフト・作動角可変機構１ならびに位相可変機構２の制御としては、実際のリフト・作動角あるいは位相を検出するセンサを設けて、クローズドループ制御するようにしても良く、あるいは運転条件に応じて単にオープンループ制御するようにしても良い。
【００５５】
図５は、本願と同一出願人によって提案された複リンク式ピストンストローク特性可変機構２４を示している。
【００５６】
このピストンストローク特性可変機構２４は、各気筒のピストン２５にピストンピン２６を介して一端が連結されたアッパーリンク２７と、このアッパーリンク２７の他端にアッパーリンクピン２８を介して揺動可能に連結されると共に、クランクシャフト２９のクランクピン３０に連結されるロアーリンク３１と、クランクシャフト２９と略平行に延びるコントロールシャフト３２と、一端がコントロールシャフト３２に揺動可能に連結されると共に、他端が制御リンクピン３３を介してロアーリンク３１に揺動可能に連結される制御リンク３４と、を有している。
【００５７】
コントロールシャフト３２には、制御リンク３４の一端に設けられたベアリング（図示せず）に回転可能に支持されるピンジャーナル４０が、クランクシャフト２９の軸方向に間欠的に形成されている。
【００５８】
このピンジャーナル４０の回転中心Ｐ１は、コントロールシャフト３２の回転中心Ｐ２に対して所定量偏心しており、この回転中心Ｐ１を揺動支点として、制御リンク３４がコントロールシャフト３２に対して揺動する。
【００５９】
従って、コントロールシャフト３２が回動すると、制御リンク３４の揺動支点Ｐ１の位置が変化し、これに伴って、ピストンの上死点位置とピストン下死点位置の少なくとも一方が変更され、ピストンのストローク特性（以下、ピストンストローク特性と記す）が変化する。すなわち、ピストンが下死点にあるときの燃焼室側の容積であるシリンダ容積と、ピストンが上死点にあるときの燃焼室側の容積である隙間容積との比によって定義される内燃機関の圧縮比εを増減させることができる。尚、コントロールシャフト３２は、ウォーム３５及びウォームホイール３６を介して接続されたアクチュエータ３７を駆動源として回転駆動され、このアクチュエータ３７は、エンジンコントロールユニット１７により機関運転状態に応じて駆動制御される。
【００６０】
尚、ピストンストローク特性可変機構の制御としては、実際のピストンストロークを検出するセンサを設けて、クローズドループ制御するようにしても良く、あるいは運転条件に応じて単にオープンループ制御するようにしても良い。
【００６１】
図６は、本願発明の燃焼制御システムの全体構成を示す説明図であって、上述した図１に示す内燃機関の吸気弁側可変動弁機構と上述した図５の示すピストンストローク特性可変機構とを組み合わせたものである。
【００６２】
ここで、３８はノッキングの強度を検出するノック検出手段としてのノックセンサであり、このノックセンサ３８の検出値はコントロールユニット１７に入力される。また、ピストンストローク可変機構のコントロールシャフト３２の駆動源であるアクチュエータ３７は、コントロールユニット１７からの指令に基づいて駆動制御される。
【００６３】
また、本実施例においては、クランク角センサによって内燃機関の回転数を、スロットル弁の開度によって内燃機関の負荷を、それぞれ検出し、これらの各検出値は、エンジンコントロールユニット１７へ入力される。そして、３９は、エンジンコントロールユニット１７からの指令に基づいて、点火時期を調整する点火時期調整手段である点火進角装置である。
【００６４】
尚、内燃機関の負荷の検出手段としては、スロットル弁の開度ではなく、吸入負圧、吸入空気量もしくは燃料噴射量のいずれかを用いることも可能である。
【００６５】
図７は、リフト・作動角可変機構１、位相可変機構２及びピストンストローク特性可変機構とが組み合わされた内燃機関において、ピストンストローク特性による燃焼室の容積変化のみで決まる圧縮比εの制御特性を示している。
【００６６】
一方、有効圧縮比ε′は、機関運転状態に応じて最適制御される図８に示すような吸気弁閉時期（ＩＶＣ）によって決まることになる。
【００６７】
アイドル及び部分負荷（Ｒ／Ｌ等）の運転条件▲１▼、▲２▼（図８を参照）では、吸気弁４のリフト・作動角は比較的小さく、ＩＶＣも下死点より相当早く閉じる特性となる。これにより、大幅なポンプ損失の低減が図れるが、圧縮比εが従来機関並だと有効圧縮比ε′が低下して燃焼が悪化するため、図７に示すように、このような低負荷領域では圧縮比εを高めている。
【００６８】
加速領域での運転条件▲３▼（図８を参照）では、吸気充填効率を高める必要から、バルブリフトを大とし、バルブオーバーラップを大としている。ＩＶＣは下死点よりまだ遠いが、この条件ではスロットル開度はさらに増大している。圧縮比εをＲ／Ｌに比べて低下させることは、ノッキングの発生を事前に防止する上からも必要となる。
【００６９】
全開出力での運転条件では、最大限に吸気量を確保するため、有効圧縮比ε′も高くなる。そのためピストンストローク特性によって決定される圧縮比εを低下させ、全開の低速条件▲４▼（図８を参照）では、従来機関並に近づけることが必要となる。全開の高速条件▲５▼（図８を参照）では、ノッキングの発生要因となる過酸化物等の化学反応が進行する前に燃焼が終わるため、ピストンストローク特性によって決定される圧縮比εは低速条件のときよりも高くすることができる。これにより、膨張比も高くなるため、排気温度が低下し、排気系に配置された触媒の劣化を緩和できるメリットもある。
【００７０】
尚、このように運転状態に応じて決定される吸気弁のリフト・作動角、中心角Φ及びピストンストローク特性によって決定される圧縮比εは、予め用意された制御マップに基づいて制御され、通常のスロットル開度、もしくはアクセル開度による点火進角制御も合わせて行われる。
【００７１】
次に、ノッキング回避の具体的な制御例を説明する。
【００７２】
（１）全開出力時のノッキング回避制御
全開出力時には、吸気弁のＩＶＣは最大充填効率を与えるタイミング（低速では下死点近傍）となっており、ＩＶＣ変化（リフト・作動角の拡大，縮小や中心角Φの位相の遅進）に対する有効圧縮比ε′の変化の感度も極めて小さい。また、大幅にＩＶＣを変える場合には、吸気量も減少するため、全開出力時としては得策ではない。従って、この場合には、図９に示すように、ピストンストローク特性を変えることによって圧縮比εを適正な値に低下させるのが基本であり、適正値であれば内燃機関の出力も点火時期のリタードするよりは低下代はずっと少ない。しかしながら、アクチュエータ３７の作動により、実際に圧縮比εが低下するまでには若干の時間がかかるため、瞬間的なノッキング回避として点火時期をリタードする。
【００７３】
（２）加速時のノッキング回避制御（バルブオーバーラップ大）
加速時など、バルブオーバーラップを大きくし、内部還流を併用してポンプ損失を低減している場合、図８に示すように、高温の残留ガスを減らすことがノッキング回避に有効となる。従って、この場合には、図１０に示すように、ノッキングの発生を検出した後に、吸気弁の中心角を遅角させ、残留ガスを速やかに低減させればよい。
【００７４】
（３）加速時のノッキング回避制御（バルブオーバーラップ小）
バルブオーバーラップが小さい場合には、図１１に示すように、全開出力時に準じて、ピストンストローク特性を変えることによって圧縮比εを低下させるの有効である。
【００７５】
（４）部分負荷時のノッキング回避制御（吸入負圧小）
部分負荷時においては、ピストンストローク特性を変えることによって、ポンプ損失を低減しているが、吸入負圧が所定値よりも小さい場合においては、ＩＶＣによる有効圧縮比ε′の低下の余地が少ないため、図１２に示すように、ピストンストローク特性を変えることによって圧縮比εを低下させることが必要になる。
【００７６】
（５）部分負荷時のノッキング回避制御（吸入負圧大）
吸入負圧が大きい部分負荷時においては、ＩＶＣ（リフト・作動角の拡大，縮小や中心角Φの位相の遅進）による有効圧縮比ε′の低下の余地が大きいため、図１３に示すように、ピストンストローク特性を変えることによって圧縮比εを変化させるのではなく、ＩＶＣによる有効圧縮比ε′の低下を行い、合わせてポンプ損失の低減を図る。
【００７７】
図１４は、ノッキングの発生を回避するための燃焼制御のフローチャートを示している。
【００７８】
ステップ１１でノックセンサ３８でノッキングの発生を検知し、検知されたノッキングの強度が所定値以上の場合、ステップ１２及びステップ１４へ進む。
【００７９】
ステップ１２では点火時期のリタード量を決定し、このリタード量に基づいてステップ１３にて点火時期のリタード制御を行う。
【００８０】
ステップ１４では、吸気弁開時期（ＩＶＯ）、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）及びピストンストローク特性可変機構により決定される圧縮比εの制御状況を検出する。
【００８１】
ステップ１５では、内燃機関の回転数及び負荷を検出する。
【００８２】
ステップ１６では、リフト・作動角θ、リフト中心角Φ及びピストンストローク特性可変機構により決定される圧縮比εの制御優先度マップから、θ、Φ、εの目標値をそれぞれ読み込む。
【００８３】
ステップ１７及びステップ１８では、εがステップ１６で読み込まれた目標値となるようアクチュエータ３７を作動させる。
【００８４】
ステップ１９及びステップ２０では、θがステップ１６で読み込まれた目標値となるようリフト作動角制御用アクチュエータ１６を作動させる。
【００８５】
ステップ２１及びステップ２２では、Φがステップ１６で読み込まれた目標値となるよう位相制御用アクチュエータ２０を作動させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の燃焼制御システムに用いられる可変動弁機構を示す構成説明図。
【図２】リフト・作動角可変機構の要部断面図。
【図３】リフト・作動角可変機構によるリフト・作動角の特性変化を示す特性図。
【図４】位相可変機構によるバルブリフト特性の位相変化を示す特性図。
【図５】内燃機関の断面図にして、本発明に係る内燃機関の燃焼制御システムに用いられるピストンストローク特性可変機構を示す説明図。
【図６】本発明に係る内燃機関の燃焼制御システムの全体構成を示す説明図。
【図７】ピストンストローク特性可変機構によって決定される圧縮比εのエンジン運転条件に対応した制御特性を示す特性線図。
【図８】エンジンの運転条件の変化に伴う吸気弁の開閉時期の変化を示す説明図。
【図９】全開出力時にノッキングが発生した場合の圧縮比ε、点火時期、吸気弁閉時期の制御を示すタイミングチャート。
【図１０】加速時で、かつバルブオーバーラップが所定値以上の時にノッキングが発生した場合の圧縮比ε、点火時期、吸気弁の中心角の制御を示すタイミングチャート。
【図１１】加速時で、かつバルブオーバーラップが所定値以下の時にノッキングが発生した場合の圧縮比ε、点火時期、吸気弁の中心角の制御を示すタイミングチャート。
【図１２】部分負荷時で、かつ吸入負圧が所定値以下の時にノッキングが発生した場合の圧縮比ε、点火時期、吸気弁閉時期の制御を示すタイミングチャート。
【図１３】部分負荷時で、かつ吸入負圧が所定値以上の時にノッキングが発生した場合の圧縮比ε、点火時期、吸気弁閉時期の制御を示すタイミングチャート。
【図１４】ノッキングが発生時の制御のフローチャート。
【符号の説明】
１…リフト・作動角可変機構
２…位相可変機構
２４…ピストンストローク特性可変機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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