(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時における圧縮比の変更制御において、内燃機関における燃焼の安定性をより確実に維持できる技術を提供する。【解決手段】可変圧縮比内燃機関の始動時における完爆後（Ｓ１０１）には、１つの気筒における燃焼状態を検出し（Ｓ１０３）、気筒における燃焼状態に応じて、該気筒の次のサイクルにおける目標圧縮比を導出する（Ｓ１０４）。これにより、該気筒におけるサイクル毎に目標圧縮比を定めて圧縮比を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関における圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、
前記内燃機関の始動時における完爆後には、
前記内燃機関の少なくとも一の気筒におけるサイクル毎に、前記圧縮比の目標値である目標圧縮比を設定することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記目標圧縮比の設定は、前記気筒における燃焼状態を判定した後に行なわれることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記気筒における燃焼状態に関連するパラメータを検出する燃焼状態検出手段を備え、
前記目標圧縮比は、前記燃焼状態検出手段によって検出されたパラメータに基づいて導出されることを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記パラメータは、前記気筒における点火前後の回転変動率及び、ノッキング抑制制御における制御値であることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項５】
前記パラメータは、前記気筒における筒内圧変動率であることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項６】
前記内燃機関の全気筒における燃焼状態に関連するパラメータに基づいて、前記気筒における目標圧縮比を設定することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項７】
前記内燃機関の減速運転におけるフューエルカット制御中に、各気筒において燃焼用の燃料噴射に比較して少量の燃料噴射を行う微小燃料噴射手段と、
前記微小燃料噴射手段によって少量の燃料噴射が行なわれた際に、該少量の燃料噴射が行なわれた気筒における最大筒内圧を検出する最大筒内圧検出手段と、をさらに備え、
前記最大筒内圧検出手段によって検出された前記各気筒の最大筒内圧に基づいて、次回の始動時における各気筒の目標圧縮比を補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に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、内燃機関における圧縮比を変更する機能を有す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た、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
上記の可変圧縮比内燃機関においては、冷間始動直後には、圧縮比を高めて着火性を向上させるために、目標圧縮比は比較的高圧縮比に設定されることが多い。そして、その後は、機関の吹き上がりの抑制や、排気系に設けられた触媒の早期活性化の要求などから、目標圧縮比は低圧縮比側に変更されることが多い。このように、可変圧縮比内燃機関の冷間始動時には、燃焼安定性及び暖機性の向上のための圧縮比制御が行なわれる。
【０００４】
これに関連して、触媒コンバータの冷機時のような排気ガス温度の昇温が必要な場合に、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、この点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行い、この燃焼の際に、可変圧縮比機構により高圧縮比状態とする技術が公知である（特許文献２参照。）。
【０００５】
また、クランキングの初期には、実圧縮比を下げてクランキング回転数を早期に上昇させ、クランキング回転数上昇後には実圧縮比を高め、吸気温度を上昇させることで、確実に初爆に至り、起動するようにする技術も提案されている（特許文献３参照。）。
【０００６】
さらに、機関の始動性に影響する因子によって始動時の機関状態を検知して、始動性を向上させるための最適な圧縮比を定める技術も提案されている（特許文献４参照。）。
【０００７】
しかし、内燃機関の完爆後の圧縮比制御において、圧縮比が急激に変化した場合には、自着火やノッキング、あるいは失火などが生じ、燃焼の安定性が低下する場合があった。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００７−００２７９５号公報
【特許文献３】特開２００２−２７６４４６号公報
【特許文献４】特開平０１−０４１６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の始動時における圧縮比の変更制御において、内燃機関における燃焼の安定性をより確実に維持できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、可変圧縮比内燃機関の始動時における完爆後には、少なくとも１つの気筒におけるサイクル毎に目標圧縮比を設定し、各サイクルにおいて圧縮比が目標圧縮比となるように制御することを最大の特徴とする。
【００１０】
より詳しくは、内燃機関における圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、
前記内燃機関の始動時における完爆後には、
前記内燃機関の少なくとも一の気筒におけるサイクル毎に、前記圧縮比の目標値である目標圧縮比を設定することを特徴とする。
【００１１】
ここで、一般に可変圧縮比内燃機関においては、内燃機関の運転状態に応じて目標圧縮比が設定され、内燃機関の実際の圧縮比がこの目標圧縮比となるように制御される。また、前述のように冷間始動時においては、圧縮比を高めて着火性を向上させるために、目標圧縮比は比較的高圧縮比に設定されることが多い。そしてその後、機関の吹き上がりの抑制や、排気系に設けられた触媒の早期活性化の要求などから、目標圧縮比は低圧縮比側に変更されることが多い。
【００１２】
しかし、内燃機関の完爆後における圧縮比の急激な変更は、当該機関における自着火やノッキング、あるいは失火の原因となるおそれがあった。
【００１３】
そこで、本発明においては、内燃機関の完爆後には、圧縮比制御の目標値である目標圧縮比を、少なくとも一の気筒におけるサイクル毎に設定することとした。すなわち、少なくとも一の気筒の一サイクルに対して、その時点で要求される目標圧縮比を設定し、内燃機関の圧縮比が逐一目標圧縮比となるように制御することで、実際の圧縮比が急激に変化することを抑制することとした。
【００１４】
これによれば、可変圧縮比内燃機関の始動時における完爆後に、実際の圧縮比が急激に変化することが抑制され、内燃機関における燃焼の安定性が低下することを抑制できる。
【００１５】
また、本発明においては、前記目標圧縮比の設定は、前記気筒における燃焼状態を判定した後に行なわれるようにしてもよい。
【００１６】
そうすれば、少なくとも一の気筒における実際の燃焼状態に基づいて、サイクル毎の目標圧縮比を設定することができる。その結果、より確実に内燃機関の燃焼状態を安定させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明においては、前記気筒における燃焼状態に関連するパラメータを検出する燃焼状態検出手段を備え、
前記目標圧縮比は、前記燃焼状態検出手段によって検出されたパラメータに基づいて導出されるようにしてもよい。
【００１８】
すなわち、燃焼状態検出手段は、前記気筒における燃焼状態と相関の高いパラメータを検出する。これにより、前記気筒における燃焼状態を精度良く推定することが可能である。そして、目標圧縮比は、前記燃焼状態検出手段によって検出されたパラメータに基づいて算出されるので、より確実に燃焼状態を安定化させることが可能となる。
【００１９】
ここで、燃焼状態と相関の高いパラメータとは、複数であってもよい。より具体的には、前記気筒における点火前後の回転変動率及び、ノッキング抑制制御における制御値であってもよい。
【００２０】
ここで点火前の回転変動率は、機関における自着火の発生と高い相関を有している。また、点火後の回転変動率は、機関における失火の発生と高い相関を有している。さらに、ノッキング抑制制御の制御値は、当然のことながら機関におけるノッキングの発生と高い相関を有している。すなわち、これらの３つのパラメータに基づいて目標圧縮比を設定す
れば、より確実に前記気筒におけるサイクル毎の燃焼安定性を向上することができる。なお、ここでノッキング抑制制御における制御値とは、内燃機関のノッキング抑制制御において制御されるパラメータであって、例えば、ノッキング抑制制御における点火時期の遅角要求量であってもよいし、また、ノッキング抑制制御においてノックセンサで検出される機関の振動、衝撃の大きさ等であってもよい。
【００２１】
また、前記パラメータは、前記気筒における筒内圧変動率であってもよい。ここで筒内圧変動率とは、筒内圧センサにより検出される筒内圧をＰ、クランク角をθとすると、ｄＰ／ｄθで表される。この値をパラメータとして、目標圧縮比を設定することによっても、より確実に前記気筒におけるサイクル毎の燃焼安定性を向上することができる。
【００２２】
また、本発明においては、前記内燃機関の全気筒における燃焼状態に関連するパラメータに基づいて、前記気筒における目標圧縮比を設定するようにしてもよい。
【００２３】
これによれば、内燃機関の全気筒における燃焼状態に関連するパラメータに基づいて、目標圧縮比を設定するので、内燃機関の全体の燃焼状態の傾向に基づいて圧縮比を制御することができる。従って、より確実に内燃機関全体の燃焼安定性を維持することができる。
【００２４】
なお、この際、目標圧縮比を設定する対象となるサイクルは、１つの気筒についてのサイクルであってもよいし、全ての気筒についてのサイクルであってもよい。すなわち、全気筒における燃焼状態に関連するパラメータから最適な目標圧縮比を一つ導出し、１つの気筒についてのサイクルのみに着目して、当該１つの気筒についてのサイクル毎に圧縮比が目標圧縮比となるように制御してもよい。また、全気筒における燃焼状態に関連するパラメータから最適な目標圧縮比を各気筒について導出し、各気筒の各サイクル毎に圧縮比が目標圧縮比となるように制御してもよい。
【００２５】
また、本発明においては、前記内燃機関の減速運転におけるフューエルカット制御中に、各気筒において燃焼用の燃料噴射に比較して少量の燃料噴射を行う微小燃料噴射手段と、
前記微小燃料噴射手段によって少量の燃料噴射が行なわれた際に、該少量の燃料噴射が行なわれた気筒における最大筒内圧を検出する最大筒内圧検出手段と、をさらに備え、
前記最大筒内圧検出手段によって検出された前記各気筒の最大筒内圧に基づいて、次回の始動時における各気筒の目標圧縮比を補正するようにしてもよい。
【００２６】
これによれば、内燃機関の各気筒が有する筒内圧特性のばらつきをキャンセルすることができ、次回の始動後の各気筒における圧縮比をより確実にまたは、より早期に最適化でき、燃焼の安定性を向上することができる。
【００２７】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にあっては、内燃機関の始動時における圧縮比の変更制御において、内燃機関における燃焼の安定性をより確実に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１の概略構成を表す図である。内燃機関１は、図１に示すような気筒２を紙面に垂直方向に４つ（以下、個別の気筒については気筒２ａ〜気筒２ｄと言う。）有する４気筒内燃機関である。気筒２内の燃焼室には、シリンダヘッド１０に設けられた吸気ポート１８を介して吸気管１９が接続されている。気筒２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。また、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート２０を介して、排気管２１が接続されている。気筒２外への排気の排出は排気弁６によって制御される。更に、吸気ポート１８には燃料噴射弁１７が、気筒２の頂部には、点火プラグ１６が設けられている。そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。なお、排気管２１には、内燃機関１から排出されるＮＯx
を浄化するＮＯx触媒を含む排気浄化装置２３が設けられている。また、排気浄化装置２
３の直下流には、排気浄化装置２３から排出される排気の温度を取得して排気浄化装置２３の温度を検出する排気温度センサ９４が備えられている。
【００３１】
ここで、内燃機関１においては、可変圧縮比機構９によって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して気筒２の軸線方向に相対移動させることで、内燃機関１の圧縮比が変更される。即ち、可変圧縮比機構９が、シリンダブロック３と共にシリンダヘッド１０を、気筒２の軸線方向にクランクケース４に対して相対移動させることによって、シリンダブロック３、シリンダヘッド１０およびピストン１５によって構成される燃焼室の容積が変更され、その結果、内燃機関１の圧縮比が可変制御される。例えば、シリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかる方向に相対移動されると、燃焼室容積が増えて圧縮比が低下する。
【００３２】
可変圧縮比機構９は、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能且つカム部９ｂと同じように偏心状態で取り付けられた可動軸受部９ｃと、軸部９ａと同心状に設けられたウォームホイール９ｄと、ウォームホイール９ｄと噛み合うウォーム９ｅと、ウォーム９ｅを回転駆動させるモータ９ｆによって構成される。そして、カム部９ｂはシリンダブロック３に設けられた収納孔内に設置され、可動軸受部９ｃはクランクケース４に設けられた収納孔内に設置され、また、モータ９ｆは、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。ここで、モータ９ｆからの駆動力は、ウォーム９ｅとウォームホイール９ｄとを介して軸部９ａに伝えられる。そして、偏心状態にあるカム部９ｂ、可動軸受部９ｃが駆動されることで、シリンダブロック３がクランクケース４に対して気筒２の軸線方向に相対移動させられる。
【００３３】
また、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（以下、「ＥＣＵ」という）９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、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。
【００３４】
ここで、アクセル開度センサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ９１がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。
【００３５】
更に、可変圧縮比機構９を構成するモータ９ｆがＥＣＵ９０と電気的に接続されている
。そして、ＥＣＵ９０からの指令によりモータ９ｆが駆動されて、可変圧縮比機構９による内燃機関１の圧縮比の変更が行われる。この内燃機関１の圧縮比の変更は、内燃機関１の運転状態に基づいて行われる。
【００３６】
また、シリンダブロック３には、気筒２内で発生する衝撃や振動を検出するノックセンサ９３が備えられている。このノックセンサ９３もＥＣＵ９０と電気的に接続されており、気筒２内におけるノッキングの発生が検出できるようになっている。本実施例における内燃機関１では、このノックセンサ９３の出力信号に基づいてノッキングの発生を検出する。そして、この振動、衝撃の強度が適正値以下となるように点火プラグ１６による点火時期を制御するノッキング抑制制御を実施している。具体的には振動、衝撃の値が大きくなりノッキングの発生が検出された場合には点火プラグ１６による点火時期を遅らせてノッキングを抑制する。
【００３７】
次に、内燃機関１の冷間始動時における圧縮比の制御について説明する。冷間始動時においては、気筒２における着火性を向上するとともに、気筒２自体の暖機を促進するために、目標圧縮比は比較的高圧縮比に設定される。そして、完爆後には、吹き上がりの抑制のため、また、排気の温度を上昇させて排気浄化装置２３の暖機を促進するために、目標圧縮比は低圧縮比側に変更される。
【００３８】
しかし、このように目標圧縮比が高圧縮比側から低圧縮比側に変更される際に、実際の圧縮比が急激に変化すると失火が生じるおそれがある。また、逆に始動直後の運転状態の急激な変化によって、目標圧縮比が低圧縮比側から高圧縮比側に変更され、実際の圧縮比が急激に変化した場合には、気筒２内で自着火やノッキングが生じるおそれがある。
【００３９】
これに対し本実施例においては、内燃機関１の回転数変動及び、ノッキング抑制制御における点火時期遅角要求量によって気筒２における燃焼状態を判定し、その燃焼状態によって気筒２の次のサイクルにおける目標圧縮比を設定することとした。より具体的には、気筒２ａにおける点火前後における内燃機関１の回転数変動及び、気筒２ａに対するノッキング抑制制御における点火プラグ１６の点火時期遅角要求量により、４つの気筒を代表して気筒２ａの燃焼状態を判定し、気筒２ａにおける次のサイクルにおける目標圧縮比を逐一設定する。なお、本実施例における可変圧縮比機構９においては、４つの気筒２についての圧縮比を一括して制御するので、本実施例においては、気筒２ａにおける次のサイクルに相当するタイミングで、全気筒２についての目標圧縮比を設定することとなる。
【００４０】
図２には、本実施例における圧縮比設定ルーチンのメインルーチンを示す。本ルーチンは内燃機関１の稼動中は、ＥＣＵ９０によって所定期間毎に繰り返し実行される。
【００４１】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において完爆判定フラグがＯＮしているか否かが判定される。この完爆判定フラグは、内燃機関１の４つの気筒２において点火が正常に発生していると判定された場合にＯＮされるフラグである。ここで、完爆判定フラグがＯＦＦしていると判定された場合には、未だ４つの気筒２において点火が正常に行なわれていないと判定されるので、そのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、完爆判定フラグがＯＮしていると判定された場合には、Ｓ１０２に進む。
【００４２】
Ｓ１０２においては、暖機完了判定フラグがＯＦＦされているかどうかが判定される。この暖機完了判定フラグは、排気浄化装置２３が活性化した場合にＯＮされるフラグであり、排気温度センサ９４の検出値がＮＯx触媒の活性化温度以上である場合にＯＮされる
。ここで、暖機完了判定フラグがＯＮしていると判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、暖機完了判定フラグがＯＦＦしていると判定された場合には、Ｓ１０３に進む。
【００４３】
Ｓ１０３においては、気筒２ａにおける燃焼状態の判定が行われる。具体的には、後述のサブルーチンである燃焼状態判定ルーチンが実行される。この燃焼状態判定ルーチンが実行されることによって、気筒２ａにおける燃焼状態に応じて、燃焼状態判定フラグの値が１〜４のいずれかに設定される。燃焼状態判定ルーチンが終了し、Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００４４】
Ｓ１０４においては、気筒２ａにおける次のサイクルに対する目標圧縮比が導出される。具体的には、後述のサブルーチンである圧縮比導出ルーチンが実行される。圧縮比導出ルーチンが実行されると、Ｓ１０３で設定された燃焼状態判定フラグの値に応じて、最適な目標圧縮比が導出される。圧縮比導出ルーチンが終了しＳ１０４の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。
【００４５】
次に、上述のサブルーチンである燃焼状態判定ルーチンについて説明する。図３は、燃焼状態判定ルーチンのフローチャートである。この燃焼状態判定ルーチンが実行されると、まずＳ２０１において、点火より前における回転変動率であるΔＮＥｐｒｅが算出される。具体的には、点火プラグ１６の点火時期より前のクランクポジションセンサ９１の出力値より、ＥＣＵ９０において回転変動率ｄＮＥ／ｄｔを演算することによって算出される。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ２０２に進む。
【００４６】
Ｓ２０２においては、ΔＮＥｐｒｅが予め定められた閾値１より大きいか否かが判定される。ここで、閾値１は、ΔＮＥｐｒｅがこの値より大きい場合には、内燃機関１における点火前に、自着火が発生することで回転変動率が大きくなっていると判定される。一方、ΔＮＥｐｒｅがこの値以下の場合には、自着火は発生していないと判定される。Ｓ２０２において肯定判定された場合にはＳ２０８に進む。一方、Ｓ２０２において否定判定された場合には、Ｓ２０３に進む。
【００４７】
Ｓ２０３においては、ノッキング抑制制御における点火時期遅角要求量が取得される。ここで、ノッキング抑制制御における点火時期遅角要求量とは、ノッキング抑制制御においてノッキングを抑制するために要求される点火時期の遅角量であって、ノッキングの程度が大きいほど大きい値となる。Ｓ２０３の処理が終了するとＳ２０４に進む。
【００４８】
Ｓ２０４においては、ノッキング抑制制御における点火時期遅角要求量が閾値２より大きいか否かが判定される。ここで閾値２は、ノッキング抑制制御における点火時期遅角要求量がこれより大きい場合には、ノッキングが発生していると判定される閾値である。Ｓ２０４において肯定判定された場合にはＳ２０９へ進む。一方、否定判定された場合にはＳ２０５へ進む。
【００４９】
Ｓ２０５においては、ΔＮＥａｆｔの値が算出される。このΔＮＥａｆｔは、点火プラグ１６における点火の後における内燃機関１の回転変動率である。具体的には、点火プラグ１６の点火より後のクランクポジションセンサ９１の出力値より、ＥＣＵ９０において回転変動率ｄＮＥ／ｄｔを演算することによって算出される。ΔＮＥａｆｔの値が小さい場合には、内燃機関１において失火が発生している可能性が高い。Ｓ２０５の処理が終了するとＳ２０６に進む。
【００５０】
Ｓ２０６においては、ΔＮＥａｆｔが閾値３より大きいか否かが判定される。ここで閾値３は、ΔＮＥａｆｔがこれより大きい場合には内燃機関１で失火が発生していないと判定される閾値である。Ｓ２０６において肯定判定された場合にはＳ２１０に進む。一方、Ｓ２０６で否定判定された場合には、Ｓ２０７に進む。
【００５１】
本ルーチンにおけるＳ２０８においては、燃焼状態判定フラグ＝１に設定される。燃焼状態判定フラグは、気筒２ａにおいて自着火が発生している場合に１に設定されるフラグである。Ｓ２０８の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００５２】
また、Ｓ２０９においては、燃焼状態判定フラグ＝２に設定される。燃焼状態判定フラグは、気筒２ａにおいて自着火は発生していないがノッキングが発生している場合に２に設定される。Ｓ２０９の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００５３】
また、Ｓ２１０においては、燃焼状態判定フラグ＝３に設定される。燃焼状態判定フラグは、気筒２ａにおいて自着火、ノッキング、失火のいずれも発生していない場合に３に設定される。Ｓ２１０の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００５４】
また、Ｓ２０７においては、燃焼状態判定フラグ＝４に設定される。燃焼状態判定フラグは、気筒２ａにおいて自着火及びノッキングは発生しておらず、失火が発生している場合に４に設定される。Ｓ２０７の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００５５】
なお、上記の燃焼状態判定ルーチンにおいて、Ｓ２０１、Ｓ２０３及びＳ２０５の処理を実行するＥＣＵ９０は、本実施例における燃焼状態検出手段に相当する。また、回転変動率であるΔＮＥｐｒｅ、ノッキング抑制制御における制御値である点火時期遅角要求量及び回転変動率であるΔＮＥａｆｔは、本実施例において燃焼状態検出手段によって検出されたパラメータに相当する。また、上記の燃焼状態判定ルーチンのＳ２０３においては、ノッキング抑制制御における制御値として点火時期遅角要求量を取得したが、ノッキング抑制制御における制御値としては、ノックセンサ９３の検出信号を用いても構わない。
【００５６】
次に、上述したサブルーチンである圧縮比導出ルーチンについて説明する。本ルーチンにおいては、気筒２ａの次のサイクルにおける目標圧縮比の値ε（ｉ＋１）が導出される。なお、本実施例の圧縮比制御においては、例えば圧縮比を低圧縮比側に変更する際には、気筒２ａにおけるサイクル毎に目標圧縮比が設定されるが、燃焼状態が安定している場合には、最終的な目標圧縮比に応じてΔεがマップから読み出され、気筒２ａの次のサイクルにおける目標圧縮比の値ε（ｉ＋１）はε（ｉ）−Δεとして導出される。
【００５７】
本実施例における圧縮比導出ルーチンにおいては、気筒２ａの燃焼状態に応じて、Δεの値を適宜変更することにより、適切なε（ｉ＋１）を導出している。
【００５８】
図４には、圧縮比導出ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンが実行されると、まずＳ３０１において燃焼状態フラグ＝１か否かが判定される。ここで肯定判定された場合にはＳ３０５に進む。Ｓ３０５においては、次サイクルの圧縮比ε（ｉ＋１）が、現圧縮比ε（ｉ）よりΔε１だけ小さくなるように設定される。このΔε１は、Δεよりも大きい値である。
【００５９】
すなわち、燃焼状態フラグ＝１である場合には、気筒２ａにおいて自着火が発生しているので、燃焼状態が安定している場合と比較して早急に圧縮比を低減する必要がある。従って、Δεより大きなΔε１を現圧縮比εｉより減じることによってより小さなε（ｉ＋１）を得ることとしている。Ｓ３０５の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。Ｓ３０１で否定判定された場合には、Ｓ３０２に進む。
【００６０】
Ｓ３０２においては、燃焼状態フラグ＝２か否かが判定される。ここで肯定判定された場合には、Ｓ３０６に進む。Ｓ３０６においては、次サイクルの圧縮比ε（ｉ＋１）が、現圧縮比ε（ｉ）よりΔε２だけ小さくなるように設定される。このΔε２は、Δεよりも大きくΔε１より小さい値である。
【００６１】
すなわち、燃焼状態フラグ＝２である場合には、気筒２ａにおいてノッキングが発生しているので、燃焼状態が安定している場合と比較して早急に圧縮比を低減する必要があるが、自着火が発生している場合ほどの緊急性はない。従って、Δεより大きくΔε１より小さいΔε２を現圧縮比ε（ｉ）より減じることによってε（ｉ＋１）を得ることとしている。Ｓ３０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。Ｓ３０２で否定判定された場合には、Ｓ３０３に進む。
【００６２】
Ｓ３０３においては、燃焼状態フラグ＝３か否かが判定される。ここで肯定判定された場合には、Ｓ３０７に進む。Ｓ３０７においては、次サイクルの圧縮比ε（ｉ＋１）が、現圧縮比ε（ｉ）よりΔε３だけ小さくなるように設定される。このΔε３は、Δεと同じ値である。
【００６３】
すなわち、燃焼状態フラグ＝３である場合には、気筒２ａにおいて自着火、ノッキング及び後述する失火のいずれもが発生していないので、燃焼状態が安定していると言える。従ってこの場合は、Δεと同等の値であるΔε３を現圧縮比ε（ｉ）より減じることによってε（ｉ＋１）を得る。Ｓ３０７の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
Ｓ３０３で否定判定された場合には、Ｓ３０４に進む。
【００６４】
Ｓ３０４においては、次サイクルの圧縮比ε（ｉ＋１）が、現圧縮比εｉよりΔε４だけ小さくなるように設定される。このΔε４は、Δεよりも小さな値である。
【００６５】
すなわちこの場合は、燃焼状態フラグ＝４である場合であるので、気筒２ａにおいて失火が発生していることになる。従って、燃焼状態が安定している場合と比較して圧縮比の減少の速度を遅くする必要がある。従って、Δεより小さいΔε４を現圧縮比ε（ｉ）より減じることによってε（ｉ＋１）を得ることとしている。Ｓ３０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００６６】
以上、説明したとおり、本実施例においては、可変圧縮比内燃機関における完爆後、暖機完了までの間は、圧縮比設定ルーチンが実行され、気筒２ａのサイクル毎に適切な目標圧縮比が逐一設定される。従って、目標圧縮比が最終的な値にまで一度に変更されることが抑制され、実際の圧縮比が急激に変化することを抑制できる。従って、内燃機関１の気筒２における燃焼状態の悪化を抑制できる。
【００６７】
また、本実施例においては、サイクル毎の目標圧縮比が設定される際に、気筒２ａにおける燃焼状態を検出し、その後に、燃焼状態に応じた目標圧縮比を設定することとしている。従って、より確実に内燃機関１の気筒２における燃焼状態を安定化することができる。
【００６８】
なお、本実施例においては、気筒２ａには、図示しない筒内圧センサを設け、この筒内圧センサにより得られる出力からｄＰ／ｄθを求め（Ｐ：筒内圧、θ：クランク角）、この値を用いて気筒２ａの次のサイクルにおける目標圧縮比の算出を行なうようにしてもよい。
【００６９】
ここで、筒内圧の変化率ｄＰ／ｄθは、気筒２ａにおける燃焼状態と非常に高い相関があることが判っている。従って、この構成によれば、ΔＮＥを用いた燃焼状態の把握に比較し、より高速または精度良く、気筒２ａにおける燃焼状態を判定することが可能となる。
【実施例２】
【００７０】
次に、本発明における実施例２について説明する。実施例１においては、内燃機関における４つの気筒を代表して一の気筒の燃焼状態を判定し、当該気筒の次のサイクルにおける目標圧縮比を設定した。これに対し本実施例においては、内燃機関の全ての気筒における燃焼状態を判定し、その結果を用いて、次のサイクルにおける目標圧縮比の設定を行なうこととしている。なお、本実施例における内燃機関の概略構成は実施例１と同等である。従って、本実施例における各構成は図１で説明した構成と同等の符号を用いて説明は省略する。
【００７１】
図５には、本実施例における圧縮比設定ルーチン２のメインルーチンを示す。本ルーチンと、実施例１で示した圧縮比設定ルーチンとの相違点は、Ｓ４０１〜Ｓ４０４の処理が追加されたこと及び、Ｓ１０３及びＳ１０４の処理が、内燃機関１の全ての気筒２ａ〜２ｄに対して実行されるまで繰り返し実行される点である。以下、本ルーチンと圧縮比設定ルーチンとの相違点についてのみ説明する。
【００７２】
本ルーチンでは、Ｓ１０２において肯定判定がなされた場合には、Ｓ４０１に進む。Ｓ４０１においては、本ルーチンの今回の実行において燃焼判定及び、目標圧縮比の導出を行う対象の気筒の番号ｎを取得する。すなわち、ｎが１の場合は気筒２ａが対象気筒である。以下同様に、ｎが２〜４の場合はそれぞれ気筒２ｂ〜２ｄが対象気筒とされる。Ｓ４０１の処理が終了するとＳ４０２に進む。
【００７３】
Ｓ４０２においては、ｎの値が４以下か否かが判定される。すなわちここでは、内燃機関１の全ての気筒２について燃焼判定及び目標圧縮比の導出が終了しているか否かが判定される。ここで、ｎの値が４以下と判定された場合には、未だ全ての気筒２について燃焼判定及び目標圧縮比の導出が終了していないと判断されるので、Ｓ１０３に進む。一方、ｎの値が５以上と判定された場合には、全ての気筒２について燃焼判定及び圧縮比の導出が終了したと判定されるので、Ｓ４０３に進む。
【００７４】
Ｓ１０３においては、対象の気筒２についてサブルーチンである燃焼判定ルーチンが実行される。燃焼判定ルーチンの内容については実施例１と同等である。これにより対象の気筒２についての燃焼状態判定が行われる。燃焼判定ルーチンが終了してＳ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４に進む。
【００７５】
Ｓ１０４においては、対象の気筒２についてサブルーチンである圧縮比導出ルーチンが実行される。圧縮比導出ルーチンの内容についても実施例１と同等である。圧縮比導出ルーチンが終了し、Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ４０４に進む。Ｓ４０４においては、ｎの値を１増加させる。Ｓ４０４の処理が終了するとＳ４０１の処理の前に戻る。
【００７６】
Ｓ４０２において否定判定された場合、すなわち、ｎが５以上であると判定された場合には、既に全ての気筒２に対して燃焼状態の判定及び、次サイクルにおける目標圧縮比の導出が終了していると判定できるので、Ｓ４０３に進む。Ｓ４０３においては、ｎ＝１に設定し直す。Ｓ４０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００７７】
以上、説明したように、本実施例においては、内燃機関１の全ての気筒２ａ〜２ｄに対して燃焼状態を判定し、次サイクルにおける目標圧縮比を導出することとした。これによれば、４つの気筒２間において、自着火やノッキング、失火の発生し易さのばらつきがあったとしても、当該ばらつきを考慮した、より適切な圧縮比の制御を行うことが可能となる。
【００７８】
具体的には、例えば、４つの気筒２に対して得られた目標圧縮比の平均値を算出し、気筒２ａ〜２ｄのうちいずれかの気筒の次のサイクルにおいて、圧縮比の値を平均値に維持
するような制御を行ってもよい。また、それ以外に適切な期間を設定し、その期間に亘って圧縮比の値を平均値に維持するような制御を行ってもよい。
【００７９】
さらに、４つの気筒２の各々における次サイクルにおける点火時期の前後における適切な期間に亘り、当該点火時期を迎えた気筒について得られた目標圧縮比に圧縮比を制御するようにしてもよい。この場合は、可変圧縮比機構９を高速で制御することで、全ての気筒２が、次サイクルにおいて最適な圧縮比に制御された上で燃焼が生じるようにしてもよい。
【実施例３】
【００８０】
次に、本発明における実施例３について説明する。本実施例においては、減速運転におけるフューエルカット制御中に、微量の燃料噴射を実行し、その際の各気筒における最大筒内圧に基づいて、次回の始動時における各気筒の目標の圧縮比を補正する例について説明する。本実施例における内燃機関の概略構成も実施例１と同等である。従って、本実施例における各構成については図１で説明した構成と同等の符号を用いて説明は省略する。また、本実施例における内燃機関の各気筒にも図示しない筒内圧センサが備えられていることとする。
【００８１】
本実施例においては、本来燃料噴射が行なわれない、減速運転におけるフューエルカット制御中において、内燃機関１の各気筒２の燃料噴射弁１７から、内燃機関１の出力に影響を及ぼさない程度の微量の燃料噴射を行う。この際の燃料噴射量については、予め実験などによって最適値を決定しておいてもよい。
【００８２】
そして、各気筒２における最大筒内圧Ｐｍａｘを算出する。このＰｍａｘの値を各気筒２間で比較すれば、気筒２間における自着火やノッキング、失火の発生し易さのばらつきを得ることができる。そして、本実施例においては、各気筒２に対して得られた最大筒内圧Ｐｍａｘの値に応じて、次回の始動時における各気筒２の圧縮比を補正することとした。
【００８３】
図６には、本実施例における圧縮比補正値導出ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンは内燃機関１の稼動中においてＥＣＵ９０によって、所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【００８４】
本ルーチンが実行されると、まずＳ５０１において、暖機完了判定フラグがＯＮしているか否かが判定される。この暖機完了判定フラグは実施例１で説明したものと同等である。ここで、暖機完了判定フラグがＯＮしていると判定される場合には、Ｓ５０２に進む。一方、Ｓ５０１において暖機完了判定フラグがＯＦＦしていると判定される場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００８５】
Ｓ５０２においては、Ｆ／Ｃ判定フラグがＯＮしているか否かが判定される。このＦ／Ｃ判定フラグは、内燃機関１の減速運転においてフューエルカット制御が行なわれている場合にＯＮされるフラグである。ここでＦ／Ｃ判定フラグがＯＦＦしていると判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、Ｆ／Ｃ判定フラグがＯＮしていると判定された場合にはＳ５０３に進む。
【００８６】
Ｓ５０３においては、各気筒２における目標圧縮比の補正値が導出される。具体的には、サブルーチンである後述の圧縮比補正値導出ルーチンが全ての気筒２ａ〜２ｄに対して順番に実行される。圧縮比補正値導出ルーチンの実行が終了し、全ての気筒２ａ〜２ｄに対する圧縮比補正値が導出されることによってＳ５０３の処理が終了した場合には、Ｓ５０４に進む。
【００８７】
Ｓ５０４においては、各気筒２の目標圧縮比の補正値が更新され、メモリーに格納される。Ｓ５０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００８８】
次に、図７において、本実施例におけるサブルーチンである、補正値決定ルーチンについて説明する。本ルーチンが実行されると、Ｓ６０１においては、燃料噴射弁１７から微小量の燃料Ｑが噴射される。この微小量の燃料Ｑの値は前述のように、各気筒における最大筒内圧Ｐｍａｘのばらつきを検出するために予め定められた一定値である。Ｓ６０１の処理が終了するとＳ６０２に進む。
【００８９】
Ｓ６０２においては、最大筒内圧Ｐｍａｘが検出される。具体的には、各気筒２に備えられた筒内圧センサの出力信号のピーク値を検出、記憶するようにしてもよい。Ｓ６０２の処理が終了するとＳ６０３に進む。
【００９０】
Ｓ６０３においては、Ｐｍａｘの値が閾値４より小さいか否かが判定される。ここで閾値４は、Ｐｍａｘの値がこれより小さい場合には、対象となっている気筒２が、筒内圧が低いために失火が生じ易い気筒であると判定される閾値である。ここで、Ｐｍａｘが閾値４より小さいと判定された場合には、Ｓ６０４に進む。一方、Ｐｍａｘの値が閾値４以上と判定された場合には、Ｓ６０５に進む。
【００９１】
Ｓ６０４においては、圧縮比の補正値Δε´の値が予め実験などによって定められた第１補正値に設定される。この第１補正値は、次回の始動時における気筒の圧縮比を高くする方向の補正値であり、これにより次回の始動後にはこの気筒において失火が生じることを抑制する。Ｓ６０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００９２】
Ｓ６０５においては、Ｐｍａｘが閾値５より大きいか否かが判定される。ここで、閾値５の値は、筒内圧がこれより大きい場合には、対象となっている気筒２が、筒内圧が高いために自着火若しくはノッキングが生じ易い気筒であると考えられる閾値である。ここで、Ｐｍａｘが閾値５より大きいと判定された場合には、Ｓ６０６に進む。一方、Ｐｍａｘが閾値５以下であると判定された場合には、Ｓ６０７に進む。
【００９３】
Ｓ６０６においては、圧縮比の補正値Δε´の値が第２補正値に設定される。この第２補正値は、次回の始動時における当該気筒２の圧縮比の設定値を低下させる方向の補正値であり、これにより、次回の始動時に筒内圧が過剰に高くなり、ノッキングや自着火が発生することを抑制する。Ｓ６０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００９４】
Ｓ６０７においては、圧縮比の補正値Δε´の値が第３補正値に設定される。この第３補正値は補正なしに相当する値としてもよい。Ｓ６０７の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００９５】
以上、説明したように、本実施例においては、減速運転におけるフューエルカット制御中に、各気筒において燃料噴射弁１７から微小量Ｑの燃料噴射を行い、各気筒の最大筒内圧Ｐｍａｘを検出した。そして、各気筒の最大筒内圧Ｐｍａｘによって、当該気筒間における筒内圧のばらつきを取得した。そして、当該ばらつきに基づいて、次回の始動時における各気筒の設定圧縮比を補正し、気筒間のばらつきをキャンセルできるようにした。
【００９６】
これによれば、次回の始動後には、各気筒の筒内圧の特性のばらつきを考慮する必要がない。従って、次回の始動後には、一の気筒のみについて燃焼状態を検出して、次サイクルにおける目標圧縮比を設定するようにすれば、全ての気筒において適正な筒内圧を得ることができる。これにより全気筒において、より安定した始動性及び暖機性を得ることが
できる。また、各気筒における目標圧縮比の設定に係る制御を簡略化し、計算負荷を低減することが可能となる。
【００９７】
なお、本実施例における補正値決定ルーチンにおいては、各気筒に筒内圧センサを備え、Ｐｍａｘを各気筒について検出することとしたが、各気筒における筒内圧特性のばらつきを検出する方法は、これに限られない。図８には、別の方法で各気筒における筒内圧特性のばらつきを検出する補正値決定ルーチン２のフローチャートを示す。
【００９８】
本ルーチンと、補正値決定ルーチンとの相違点は、Ｓ６０２、Ｓ６０３、Ｓ６０５の処理の代わりにＳ７０１、Ｓ７０２、Ｓ７０３の処理が実行される点である。以下本ルーチンと補正値決定ルーチンとの相違点についてのみ説明する。
【００９９】
本ルーチンが実行され、Ｓ６０１の処理が終了するとＳ７０１に進む。Ｓ７０１においては、この際の、点火の後の回転数変動ΔＮＥａｆｔ−ｆｃを検出する。具体的には、点火プラグ１６の点火より後のクランクポジションセンサ９１の出力値より、ＥＣＵ９０において回転変動率ｄＮＥ／ｄｔを演算することによって算出される。Ｓ７０１の処理が終了するとＳ７０２に進む。
【０１００】
Ｓ７０２においては、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃの値が閾値６より小さいか否かが判定される。ここで閾値６は、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃの値がこれより小さい場合には、対象となっている気筒２が、回転変動率が少なく失火が生じ易い気筒であると判定される閾値である。ここで、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃが閾値６より小さいと判定された場合には、Ｓ６０４に進む。一方、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃの値が閾値６以上と判定された場合には、Ｓ７０３に進む。
【０１０１】
Ｓ７０３においては、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃが閾値７より大きいか否かが判定される。ここで、閾値７の値は、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃがこれより大きい場合には、対象となっている気筒２が、回転変動率が高いために自着火若しくはノッキングが生じ易い気筒であると考えられる閾値である。ここで、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃが閾値７より大きいと判定された場合には、Ｓ６０６に進む。一方、ΔＮＥａｆｔ−ｆｃが閾値７以下であると判定された場合には、Ｓ６０７に進む。Ｓ６０４、Ｓ６０６及びＳ６０７の処理は圧縮比補正値導出ルーチンと同じであるので、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
以上、説明したように、この場合には、各気筒の最大筒内圧Ｐｍａｘの代わりに、点火の後における回転変動率ΔＮＥａｆｔ−ｆｃを検出することで、各気筒の筒内圧特性を推定することができる。そして、点火時期の後における回転変動に基づいて、次の始動時における各気筒の圧縮比に対する補正値を算出した。
【０１０３】
これによっても、次回の始動後には、各気筒の回転変動率または筒内圧の特性のばらつきを考慮する必要がない。従って、次回の始動後には、一の気筒のみについて燃焼状態を検出して、次サイクルにおける目標圧縮比を設定するようにすれば、全ての気筒において適正な筒内圧を得ることがでる。これにより全気筒において、より安定した始動性及び暖機性を得ることができる。また、各気筒における目標圧縮比の設定に係る制御を簡略化し、計算負荷を低減することが可能となる。
【０１０４】
なお、上記の補正値決定ルーチン及び補正値決定ルーチン２におけるＳ６０１の処理を実行するＥＣＵ９０は、燃料噴射弁１７とともに本実施例における微小燃料噴射手段を構成する。また、補正値決定ルーチンにおいてＳ６０２の処理を実行するＥＣＵ９０は、筒内圧センサとともに本実施例における最大筒内圧検出手段を構成する。
【０１０５】
なお、上記の実施例で説明した制御は、図１で説明した可変圧縮比機構９以外の可変圧
縮比機構を有する内燃機関にも適用可能である。仮に、気筒毎に圧縮比が変更可能な可変圧縮比機構を有する内燃機関に本発明が適用される場合には、より容易に、各気筒における各サイクルにおいて、圧縮比を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る圧縮比設定ルーチンのメインルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係る圧縮比設定ルーチンのサブルーチンである燃焼状態判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係る圧縮比設定ルーチンのサブルーチンである圧縮比導出ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る圧縮比設定ルーチン２のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例３に係る圧縮比補正値導出ルーチンのメインルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係る圧縮比補正値導出ルーチンのサブルーチンである補正値決定ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例３に係る圧縮比補正値導出ルーチンのサブルーチンである補正値決定ルーチン２を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・・可変圧縮比内燃機関（内燃機関）
２（２ａ〜２ｄ）・・・・気筒
３・・・・シリンダブロック
４・・・・クランクケース
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
９・・・・可変圧縮比機構
１０・・・・シリンダヘッド
１３・・・・クランクシャフト
１５・・・・ピストン
１６・・・・点火プラグ
１７・・・・燃料噴射弁
１８・・・・吸気ポート
１９・・・・吸気管
２０・・・・排気ポート
２１・・・・排気管
２３・・・・排気浄化装置
９０・・・・ＥＣＵ
９１・・・・クランクポジションセンサ
９２・・・・アクセル開度センサ
９３・・・・ノックセンサ
９４・・・・排気温度センサ
【図１】
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【図２】
2009079545.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009079545.tif 000008
【図７】
2009079545.tif 000009
【図８】
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