JP2007177792A - Internal combustion engine equipped with compression ratio change mechanism and method for controlling internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine equipped with compression ratio change mechanism and method for controlling internal combustion engine Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To operate an internal combustion engine while avoiding the occurrence of knocking when compression ratio is in a high compression ratio condition and is fixed. <P>SOLUTION: In this internal combustion engine provided with a mechanism for changing compression ratio, driving timing of a suction and exhaust valve is changed into the direction in which temperature of suction air compressed in a combustion chamber is reduced when detecting that compression ratio is in a high compression ratio condition and is fixed. Alternatively, suction air temperature and cooling water temperature may be reduced or speed reduction ratio of a shifting gear unit may be switched to a larger value to increase operation rotation speed of the internal combustion engine. Thus, knocking does not occur easily, and an operation while avoiding the occurrence of knocking is performed even when compression ratio is in the high compression ratio condition and is fixed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、内燃機関の圧縮比を変更する技術に関し、詳しくは圧縮比の変更機能が故障した場合でも内燃機関を適切に運転する技術に関する。   The present invention relates to a technique for changing the compression ratio of an internal combustion engine, and more particularly to a technique for appropriately operating an internal combustion engine even when a function for changing the compression ratio fails.

内燃機関は、小型でありながら比較的大きな動力を出力可能という優れた特性を備えていることから、自動車や船舶、飛行機など各種の輸送機関の動力源として、あるいは定置式の各種機器の動力源として広く使用されている。これら内燃機関は、燃焼室内で圧縮した混合気を燃焼させ、このときに発生する燃焼圧力を機械的な仕事に変換して、動力として取り出すことを動作原理としている。   The internal combustion engine has an excellent characteristic of being able to output relatively large power despite being small in size, so it can be used as a power source for various transportation engines such as automobiles, ships, airplanes, or as a power source for various stationary devices. As widely used. These internal combustion engines have an operating principle of combusting an air-fuel mixture compressed in a combustion chamber, converting the combustion pressure generated at this time into mechanical work, and taking it out as power.

こうした内燃機関では、機械的仕事への変換効率(熱効率)の向上と、最大出力の増加とを両立させるべく、運転条件に応じて混合気の圧縮比を変更可能とする技術が提案されている。圧縮比を運転条件に応じて変更してやれば、高負荷条件では低圧縮比に設定することで充分な最大出力を確保しつつ、低中負荷条件では高圧縮比に設定することで熱効率を向上させることが可能となる。また、一般に、圧縮比が高くなるほどノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生し易くなる傾向があることから、こうした圧縮比を変更可能な内燃機関では、圧縮比の変更に併せて点火時期も変更しながら運転されている。すなわち、圧縮比が高圧縮比に設定されるような運転条件では、低圧縮比に設定されている運転条件よりも、点火時期が遅角気味に設定されているのが通常である。   In such an internal combustion engine, a technique has been proposed in which the compression ratio of the air-fuel mixture can be changed according to operating conditions in order to achieve both improvement in conversion efficiency (thermal efficiency) into mechanical work and increase in maximum output. . If the compression ratio is changed according to the operating conditions, setting a low compression ratio under high load conditions will ensure a sufficient maximum output, while setting a high compression ratio under low and medium load conditions will improve thermal efficiency. It becomes possible. In general, the higher the compression ratio, the more likely abnormal combustion called knocking tends to occur. Therefore, an internal combustion engine that can change the compression ratio operates while changing the ignition timing as the compression ratio changes. Has been. That is, under operating conditions where the compression ratio is set to a high compression ratio, the ignition timing is usually set to be retarded as compared with operating conditions set to a low compression ratio.

このように、運転条件に合わせて圧縮比と点火時期とを変更しながら運転される内燃機関においては、圧縮比を変更するための機構に何らかの障害が発生し、高圧縮比状態で固着した場合には、運転条件の変更に応じて点火時期だけが変更されることになる。従って、運転条件によっては、ノッキングが発生するおそれがある。こうした点を考慮して、次のような技術が提案されている(特許文献1)。   In this way, in an internal combustion engine that is operated while changing the compression ratio and ignition timing according to the operating conditions, if a failure occurs in the mechanism for changing the compression ratio, and it is stuck in a high compression ratio state In this case, only the ignition timing is changed according to the change of the operating condition. Therefore, knocking may occur depending on the operating conditions. In consideration of these points, the following technique has been proposed (Patent Document 1).

提案の技術は、圧縮比が変更可能で且つ過給も行う内燃機関において、圧縮比が高圧縮比状態に固着した場合には、過給を停止することでノッキングの発生を回避しようとするものである。   The proposed technology is designed to avoid knocking by stopping supercharging when the compression ratio is fixed at a high compression ratio in an internal combustion engine that can change the compression ratio and also perform supercharging. It is.

実開平1−93340号公報Japanese Utility Model Publication No. 1-93340

しかし、圧縮比が高圧縮比状態に固着した場合にノッキングが発生し易くなることは、過給を行う内燃機関に限らず、圧縮比を変更可能な内燃機関で一般的に生じ得ることである。従って、過給を行うか否かに関わらず、圧縮比を変更可能な全ての内燃機関において、圧縮比が高圧縮比状態に固着した場合にノッキングの発生を確実に回避可能な技術の開発が要請されている。   However, when the compression ratio is fixed in a high compression ratio state, knocking is likely to occur, not only in an internal combustion engine that performs supercharging, but can generally occur in an internal combustion engine that can change the compression ratio. . Therefore, in all internal combustion engines that can change the compression ratio regardless of whether or not supercharging is performed, the development of a technology that can reliably prevent the occurrence of knocking when the compression ratio is fixed in a high compression ratio state. It has been requested.

本発明は、従来技術におけるこうした課題を解決するためになされたものであり、圧縮比を変更可能な内燃機関において、圧縮比が高圧縮比状態に固着した場合でも、ノッキングの発生を確実に回避しつつ内燃機関を運転可能な技術の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve such problems in the prior art, and in an internal combustion engine capable of changing the compression ratio, even when the compression ratio is fixed in a high compression ratio state, occurrence of knocking is reliably avoided. However, an object is to provide a technique capable of operating an internal combustion engine.

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第1の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、
吸気弁から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記吸気弁の開弁特性を変更可能な特性変更機構を備え、該吸気弁を駆動する吸気弁駆動手段と、
前記吸入空気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
該圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる方向に、前記吸気弁の開弁特性を変更する制御を行う特性制御手段と
を備えることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the first internal combustion engine of the present invention employs the following configuration. That is,
An internal combustion engine that outputs power by compressing intake air sucked from an intake valve and combusting it with fuel,
An intake valve driving means for driving the intake valve, comprising a characteristic changing mechanism capable of changing the valve opening characteristic of the intake valve;
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio as an index representing the degree of compression of the intake air at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state;
A high compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
And a characteristic control means for performing control to change the valve opening characteristic of the intake valve in a direction to lower the temperature of the intake air compressed in the combustion chamber when the failure state is detected. And

また、上記の内燃機関に対応する本発明の第1の制御方法は、
吸気弁を介して燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる方向に、前記吸気弁の開弁特性を変更すること
を要旨としている。
The first control method of the present invention corresponding to the internal combustion engine is as follows.
An internal combustion engine capable of changing the compression ratio representing the degree of compression of the intake air sucked into the combustion chamber via the intake valve into at least a high compression ratio state and a low compression ratio state, and compressing the intake air and burning it together with fuel An engine control method,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
The gist is to change the valve opening characteristic of the intake valve in a direction to lower the temperature of the intake air compressed in the combustion chamber when the failure state is detected.

かかる本発明の第1の内燃機関および第1の制御方法においては、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能な状態となつた場合には、燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度が低下する方向に、吸気弁の開弁特性を変更・制御する。一般に、燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度が低下すれば、ノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生し難くなる傾向にある。従って、こうして吸入空気が圧縮される温度を低下させれば、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するなどの故障が生じた場合でも、これによるノッキングの発生を回避することが可能となる。なお、こうした制御において変更可能な開弁特性としては、開弁開始時期、開弁完了時期、閉弁開始時期、閉弁完了時期、開弁速度、閉弁速度、開弁時のリフト量のうちの少なくとも一つを考えることができる。   In the first internal combustion engine and the first control method of the present invention, when the compression ratio becomes a non-switchable state from the high compression ratio state, the temperature of the intake air compressed in the combustion chamber decreases. Change and control the opening characteristics of the intake valve in the direction. Generally, if the temperature of the intake air compressed in the combustion chamber decreases, abnormal combustion called knocking tends to be difficult to occur. Therefore, if the temperature at which the intake air is compressed is lowered in this way, even when a failure such as the compression ratio changing mechanism sticking in a high compression ratio state occurs, it is possible to avoid the occurrence of knocking. . The valve opening characteristics that can be changed in such control include valve opening start timing, valve opening completion timing, valve closing start timing, valve closing completion timing, valve opening speed, valve closing speed, and lift amount at valve opening. Can think of at least one of

こうした内燃機関においては、吸入空気の圧縮開始時の燃焼室内容積と、圧縮終了時の燃焼室内容積とによって求めた圧縮比たる実圧縮比が小さくなる方向に、吸気弁の開弁特性を変更・制御することとしてもよい。例えば、吸気弁の閉弁時期を大きく早めてやることによっても、あるいは閉弁時期を大きく遅らせることによっても、実圧縮比を小さくすることができる。   In such an internal combustion engine, the valve opening characteristics of the intake valve are changed so that the actual compression ratio, which is the compression ratio obtained by the volume of the combustion chamber at the start of compression of intake air and the volume of the combustion chamber at the end of compression, becomes smaller. It is good also as controlling. For example, the actual compression ratio can be reduced by greatly increasing the closing timing of the intake valve or by greatly delaying the closing timing.

実圧縮比が小さくなれば、燃焼室内で吸入空気を圧縮することによる温度上昇が小さくなる。このため、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能となった場合でも、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。   If the actual compression ratio is reduced, the temperature rise due to the compression of the intake air in the combustion chamber is reduced. For this reason, even when the compression ratio cannot be switched from the high compression ratio state, the occurrence of knocking can be suppressed.

あるいは、吸気行程中の圧縮上死点から吸気下死点までの期間で吸気弁が閉弁している期間が短くなる方向に、吸気弁の開弁特性、例えば開閉弁の時期や開閉弁速度を制御することとしてもよい。   Or, in the direction from the compression top dead center to the intake bottom dead center during the intake stroke, the valve opening characteristics of the intake valve, such as the timing of the on-off valve and the on-off valve speed, are shortened. It is good also as controlling.

吸気行程中の圧縮上死点から吸気下死点までの期間で吸気弁が閉弁していると、燃焼室内の気体(空気あるいは混合気など)は断熱膨張して温度が下がって燃焼室の壁面から熱を吸収する。こうして吸収した熱は、本来であれば冷却水などによって内燃機関から外部に排出される熱であるから、こうした熱が燃焼室内の空気などに吸収されるということは、吸入空気を暖めることと同じことになり、それだけノッキングが生じ易くなる。逆に言えば、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといった故障状態を検出した場合に、吸気行程中の吸気弁の閉弁期間を短くする方向に開弁特性を制御してやれば、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。   If the intake valve is closed during the period from the compression top dead center to the intake bottom dead center during the intake stroke, the gas in the combustion chamber (such as air or air-fuel mixture) expands adiabatically and falls in temperature. Absorbs heat from the wall. Since the heat absorbed in this way is originally discharged from the internal combustion engine by cooling water or the like, the fact that such heat is absorbed by the air in the combustion chamber is the same as warming the intake air. As a result, knocking is more likely to occur. In other words, if a failure state is detected such that the compression ratio change mechanism is stuck in a high compression ratio state, if the valve opening characteristic is controlled in a direction to shorten the valve closing period of the intake valve during the intake stroke, knocking will occur. Can be suppressed.

あるいは、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといった故障状態を検出した場合には、燃焼室内で混合気が燃焼したことによって生じた燃焼ガスが燃焼室内に残留する残留量が減少する方向に、吸気弁あるいは排気弁の少なくともいずれかの開弁特性を変更・制御することとしてもよい。   Alternatively, when a failure state in which the compression ratio changing mechanism is stuck in a high compression ratio state is detected, the residual amount of the combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber decreases. In addition, the valve opening characteristic of at least one of the intake valve and the exhaust valve may be changed and controlled.

燃焼ガスは高温となっているので、燃焼ガスが残留していると、燃焼室内に流入した吸入空気は燃焼ガスによって加熱されて温度が上昇し、その分だけノッキングが発生し易くなる。このことから、吸気弁あるいは排気弁の少なくともいずれかの開弁特性、例えば開閉弁時期を制御することで、燃焼室内に残留する燃焼ガス量を減少させれば、吸入空気の温度上昇を抑制することができ、延いては、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといった故障状態でも、ノッキングの発生を回避することができる。   Since the combustion gas is at a high temperature, if the combustion gas remains, the intake air that has flowed into the combustion chamber is heated by the combustion gas and the temperature rises, and knocking easily occurs accordingly. Therefore, if the amount of combustion gas remaining in the combustion chamber is reduced by controlling the valve opening characteristics of at least one of the intake valve and the exhaust valve, for example, the on-off valve timing, the temperature rise of the intake air is suppressed. In other words, knocking can be avoided even in a failure state in which the compression ratio changing mechanism is stuck in a high compression ratio state.

ここで、燃焼室内の燃焼ガスの残留量は、吸気弁と排気弁とが同時に開弁している期間が短くなるように、吸気弁または排気弁の少なくともいずれかの開弁特性、例えば開閉弁時期を変更・制御することで、簡便に減少させることができる。   Here, the residual amount of the combustion gas in the combustion chamber is such that the opening characteristic of at least one of the intake valve and the exhaust valve, such as an on-off valve, is shortened so that the period during which the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened is shortened. By changing and controlling the time, it can be easily reduced.

あるいは、吸気行程中に短時間だけ排気弁を駆動するか、あるいは排気行程中に短時間だけ吸気弁を駆動するかの少なくとも一方の動作を行っている場合には、こうした動作を抑制することによっても、燃焼ガスの残留量を確実に減少させることが可能である。   Alternatively, if at least one of the operation of driving the exhaust valve for a short time during the intake stroke or the drive of the intake valve for a short time during the exhaust stroke is performed, by suppressing such an operation, However, it is possible to reliably reduce the residual amount of combustion gas.

また、前述した課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第2の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、本発明の第2の内燃機関は、吸気弁を介して吸気通路から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記吸入空気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路から吸い込む吸入空気の温度を低下する所定の制御を行う制御手段と
を備えることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the second internal combustion engine of the present invention employs the following configuration. That is, the second internal combustion engine of the present invention is an internal combustion engine that outputs power by compressing intake air sucked from an intake passage via an intake valve in a combustion chamber and combusting it with fuel,
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio as an index representing the degree of compression of the intake air at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state;
High compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
And a control means for performing a predetermined control for lowering the temperature of the intake air sucked from the intake passage when the failure state is detected.

また、上記の内燃機関に対応する本発明の第2の制御方法は、
燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路から吸い込む吸入空気の温度が低下する所定の制御を行うこと
を要旨とする。
The second control method of the present invention corresponding to the internal combustion engine is as follows.
In a control method for an internal combustion engine, the compression ratio representing the degree of compression of intake air sucked into the combustion chamber can be changed at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state, and the intake air is compressed and burned together with fuel. There,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
When the failure state is detected, the gist is to perform a predetermined control for reducing the temperature of the intake air sucked from the intake passage.

かかる本発明の第2の内燃機関および第2の制御方法においては、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能となった場合には、燃焼室内に流入する吸入空気の温度が低下する所定の制御を行うこととしても良い。吸気通路から流入する空気の温度が低くなれば、圧縮後の温度もそれに連れて低くなる。その結果、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能となるなどの故障状態でも、これによるノッキングの発生を回避することが可能となる。   In the second internal combustion engine and the second control method of the present invention, when the compression ratio cannot be switched from the high compression ratio state, the predetermined control for lowering the temperature of the intake air flowing into the combustion chamber is performed. It is also good to do. If the temperature of the air flowing in from the intake passage decreases, the temperature after compression also decreases accordingly. As a result, it is possible to avoid the occurrence of knocking due to a failure state in which the compression ratio cannot be switched from the high compression ratio state.

ここで、燃焼ガスの一部を、排気通路から吸気通路内に還流させている場合は、燃焼室内に流入する空気は還流された燃焼ガスによって加熱されることになる。従って、かかる燃焼ガスの還流量を抑制してやるだけで、燃焼室内に流入する空気の温度を低下させることができる。   Here, when a part of the combustion gas is recirculated from the exhaust passage into the intake passage, the air flowing into the combustion chamber is heated by the recirculated combustion gas. Therefore, the temperature of the air flowing into the combustion chamber can be lowered only by suppressing the recirculation amount of the combustion gas.

あるいは、吸気通路内で吸入空気を加熱している場合は、かかる加熱を抑制することによっても、燃焼室内に流入する空気の温度を簡便に低下させることが可能となる。   Alternatively, when the intake air is heated in the intake passage, the temperature of the air flowing into the combustion chamber can be easily reduced by suppressing the heating.

また、内燃機関が、吸気通路内に燃料を噴射する第1の燃料噴射弁と、燃焼室内に燃料を噴射する第2の燃料噴射弁と、を備えており、運転条件に応じてこれら燃料噴射弁を駆動して燃料を供給している場合は、次のようにしても良い。すなわち、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといった故障状態を検出した場合には、第1の燃料噴射弁に対する第2の燃料噴射弁の駆動割合を増加させた状態で燃料を供給することとしても良い。   Further, the internal combustion engine includes a first fuel injection valve that injects fuel into the intake passage and a second fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber. When the fuel is supplied by driving the valve, the following may be performed. That is, when a failure state is detected such that the compression ratio changing mechanism is stuck in a high compression ratio state, fuel is supplied in a state where the drive ratio of the second fuel injection valve to the first fuel injection valve is increased. It's also good.

第1の燃料噴射弁から吸気通路内に噴射された燃料は、ほとんど全ての燃料が吸気通路の内面に一旦付着した後、次第に気化しながら燃焼室内に流入する。これに対して、第2の燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料は、一部が燃焼室内の壁面に付着するものの、多くは壁面に付着することなく燃焼室内で気化して混合気を形成する。燃料が気化するとき吸収する気化熱は、後者の場合は、大部分が燃焼室内の空気から供給される。これに対して前者の場合は、吸気通路の壁面から供給される。吸気通路は燃焼室からの熱で暖められているから、結局、吸気通路内に燃料を噴射した場合は、燃料の気化熱は燃焼室から供給されることになる。前述したように、燃焼室から供給された熱は、本来であれば冷却水などによって内燃機関から外部に排出される熱であるから、こうした熱によって気化した燃料が燃焼室内に流入するということは、吸入空気を暖めることとほぼ等しい。逆に言えば、燃焼室内に燃料を噴射した場合は、燃料の気化熱によって吸入空気を冷却していることとほぼ同等となる。このため、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといった故障状態となった場合に、第2の燃料噴射弁から供給する燃料の比率を増加させてやれば、燃焼室内に流入する空気を冷却することと同様の効果によって、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。   The fuel injected from the first fuel injection valve into the intake passage flows into the combustion chamber while gradually evaporating after almost all the fuel has once adhered to the inner surface of the intake passage. In contrast, some of the fuel injected from the second fuel injection valve into the combustion chamber adheres to the wall surface of the combustion chamber, but most of the fuel is vaporized in the combustion chamber without adhering to the wall surface, and the mixture is Form. In the latter case, most of the heat of vaporization absorbed when the fuel is vaporized is supplied from the air in the combustion chamber. On the other hand, in the former case, the air is supplied from the wall surface of the intake passage. Since the intake passage is warmed by the heat from the combustion chamber, after all, when fuel is injected into the intake passage, the vaporization heat of the fuel is supplied from the combustion chamber. As described above, since the heat supplied from the combustion chamber is originally discharged from the internal combustion engine by cooling water or the like, the fuel vaporized by such heat flows into the combustion chamber. It is almost equivalent to warming the intake air. In other words, when fuel is injected into the combustion chamber, it is almost equivalent to cooling the intake air by the heat of vaporization of the fuel. For this reason, if the compression ratio changing mechanism becomes in a failure state such as being stuck in a high compression ratio state, if the ratio of the fuel supplied from the second fuel injection valve is increased, the air flowing into the combustion chamber is reduced. The occurrence of knocking can be suppressed by the same effect as that of cooling.

また、前述した課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第3の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、本発明の第3の内燃機関は、
燃焼室内で空気および燃料による混合気を圧縮し、該圧縮した混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記混合気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室の壁面温度を低下させる燃焼室温度低下手段と
を備えることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the third internal combustion engine of the present invention employs the following configuration. That is, the third internal combustion engine of the present invention is
An internal combustion engine that outputs power by compressing an air-fuel mixture in a combustion chamber and burning the compressed air-fuel mixture,
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio, which is an index representing the degree of compression of the air-fuel mixture, into at least a high compression ratio state and a low compression ratio state;
High compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
And a combustion chamber temperature lowering means for lowering the wall surface temperature of the combustion chamber when the failure state is detected.

また、上記の内燃機関に対応する本発明の第3の制御方法は、
燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室の壁面温度を低下させる制御を行うこと
を要旨とする。
The third control method of the present invention corresponding to the internal combustion engine is as follows.
In a control method for an internal combustion engine, the compression ratio representing the degree of compression of intake air sucked into the combustion chamber can be changed at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state, and the intake air is compressed and burned together with fuel. There,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
The gist is to perform control to lower the wall surface temperature of the combustion chamber when the failure state is detected.

かかる本発明の第3の内燃機関および第3の制御方法においては、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となつた場合には、燃焼室の壁面温度を低下させる制御を行う。   In the third internal combustion engine and the third control method of the present invention, when the compression ratio becomes a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state, control is performed to lower the wall surface temperature of the combustion chamber.

ノッキングは、燃焼室壁面の近傍で混合気が圧縮されて自着火するために発生すると考えられており、燃焼室壁面の温度を低下させれば、壁面近傍の混合気を冷却してノッキングの発生を抑制することが可能と考えられている。従って、圧縮比変更機構が高圧縮比状態に固着するといった故障状態となった場合でも、こうすれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   Knocking is thought to occur because the air-fuel mixture is compressed near the combustion chamber wall surface and self-ignites, and if the temperature of the combustion chamber wall surface is lowered, the air-fuel mixture near the wall surface is cooled and knocking occurs. It is considered possible to suppress this. Therefore, even when the compression ratio changing mechanism is in a failure state in which the compression ratio changing mechanism is fixed in a high compression ratio state, it is possible to avoid the occurrence of knocking.

ここで、燃焼室の壁面温度は、冷却水の温度を低めに設定することで簡便に低下させることができ、延いてはノッキングの発生を簡便に回避することが可能となる。   Here, the wall surface temperature of the combustion chamber can be easily reduced by setting the temperature of the cooling water to be low, and hence the occurrence of knocking can be easily avoided.

また、内燃機関の中には、熱効率を向上させるために、内燃機関が所定の運転条件にある場合は、冷却水温度を高めに設定するものも存在する。冷却水温度を高くしてやれば、潤滑油粘度が低くなるので摩擦損失が減少し、結果として熱効率を向上させることができる。もっとも、冷却水温度を高くすることはノッキングに対しては不利な方向に、すなわちノッキングが発生し易くなる。そこで、圧縮比変更機構が高圧縮比状態に固着するといった故障状態では、かかる高水温制御を抑制してやれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   Some internal combustion engines set the cooling water temperature higher when the internal combustion engine is in a predetermined operating condition in order to improve thermal efficiency. If the cooling water temperature is raised, the viscosity of the lubricating oil is lowered, so that the friction loss is reduced, and as a result, the thermal efficiency can be improved. However, increasing the coolant temperature tends to be disadvantageous to knocking, that is, knocking is likely to occur. Therefore, in a failure state in which the compression ratio changing mechanism is stuck in the high compression ratio state, it is possible to avoid the occurrence of knocking if the high water temperature control is suppressed.

また、前述した課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第4の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、本発明の第4の内燃機関は、
燃焼室内で空気および燃料による混合気を圧縮し、該混合気を燃焼させたときに発生する動力を、出力軸から出力する内燃機関であって、
前記内燃機関が出力する動力を、前記出力軸の回転速度を所定の比率で減速しながら、該内燃機関の負荷を駆動する駆動軸に伝達する動力伝達手段と、
前記混合気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率たる減速比が大きくなる方向に、前記動力伝達手段の動作を制御する減速比制御手段と
を備えることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the fourth internal combustion engine of the present invention employs the following configuration. That is, the fourth internal combustion engine of the present invention is
An internal combustion engine that compresses a mixture of air and fuel in a combustion chamber and outputs power generated when the mixture is combusted from an output shaft,
Power transmission means for transmitting the power output from the internal combustion engine to a drive shaft that drives the load of the internal combustion engine while reducing the rotational speed of the output shaft at a predetermined ratio;
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio as an index representing the degree of compression of the air-fuel mixture at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state;
High compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
A reduction ratio control means for controlling the operation of the power transmission means in a direction in which a reduction ratio as a ratio of a rotational speed of the output shaft to the drive shaft is increased when the failure state is detected; The gist.

また、上記の内燃機関に対応する本発明の第4の制御方法は、
燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させ、燃焼により発生する動力を動力軸から出力する内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記内燃機関が出力する動力を、前記出力軸の回転速度を所定の比率で減速しながら、該内燃機関の負荷を駆動する駆動軸に伝達すると共に、
前記故障状態が検出された場合には、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率たる減速比が大きくなる方向に制御すること
を要旨とする。
Further, the fourth control method of the present invention corresponding to the internal combustion engine is as follows.
The compression ratio representing the degree of compression of the intake air sucked into the combustion chamber can be changed at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state, and the intake air is compressed and combusted with fuel, and the power generated by the combustion Is a control method for an internal combustion engine that outputs power from a power shaft,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
While transmitting the power output from the internal combustion engine to the drive shaft that drives the load of the internal combustion engine while reducing the rotational speed of the output shaft at a predetermined ratio,
When the failure state is detected, the gist is to perform control so that the reduction ratio, which is the ratio of the rotation speed of the output shaft to the drive shaft, is increased.

かかる本発明の第4の内燃機関および第4の制御方法においては、圧縮比変更が高圧縮比状態から切り替え不要な故障状態となった場合には、減速比の設定を大きな値に変更する制御を行う。   In the fourth internal combustion engine and the fourth control method of the present invention, when the compression ratio is changed from the high compression ratio state to a failure state that does not require switching, the reduction ratio setting is changed to a large value. I do.

減速比の設定を大きな値に変更すれば、駆動軸がの回転数か一定であれば、内燃機関はより高い回転速度で運転されることになる。回転速度が高くなると、燃焼室内に空気を吸入するための時間はそれに連れて短くなるので、毎回の吸気行程で燃焼室内に吸入される吸入空気量が低下し、その結果、ノッキングの発生が抑制されることになる。このことから、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合には、減速比の設定を大きな値に変更することで、ノッキングの発生を回避することが可能となって好ましい。   If the reduction ratio setting is changed to a large value, the internal combustion engine is operated at a higher rotational speed if the rotational speed of the drive shaft is constant. As the rotational speed increases, the time for inhaling air into the combustion chamber is shortened accordingly, so the amount of intake air sucked into the combustion chamber in each intake stroke decreases, and as a result, the occurrence of knocking is suppressed. Will be. For this reason, when the compression ratio changing mechanism is fixed in a high compression ratio state, it is possible to avoid the occurrence of knocking by changing the setting of the reduction ratio to a large value.

本発明の作用・効果をより明確に説明するために、次の順序に従って、本発明の実施例について説明する。
A.装置構成:
B.エンジン制御:
C.変形例:
C−1.第1の変形例:
C−2.第2の変形例:
C−3.第3の変形例:
C−4.第4の変形例:
In order to more clearly describe the operation and effect of the present invention, examples of the present invention will be described in the following order.
A. Device configuration:
B. Engine control:
C. Variation:
C-1. First modification:
C-2. Second modification:
C-3. Third modification:
C-4. Fourth modification:

A.装置構成:
図1は、圧縮比可変機構を備えた本実施例のエンジン10の構成を概念的に示した説明図である。図示されているように、エンジン10は、大きくはシリンダヘッド20と、シリンダブロックASSY30と、メインムービングASSY40と、吸気通路50と、排気通路58と、EGR通路70と、エンジン制御用ユニット(以下、ECU)60などから構成されている。
A. Device configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the configuration of the engine 10 of this embodiment provided with a variable compression ratio mechanism. As shown in the figure, the engine 10 is roughly composed of a cylinder head 20, a cylinder block ASSY 30, a main moving ASSY 40, an intake passage 50, an exhaust passage 58, an EGR passage 70, an engine control unit (hereinafter referred to as “engine control unit”). ECU) 60 and the like.

シリンダブロックASSY30は、シリンダヘッド20が取り付けられるアッパーブロック31と、メインムービングASSY40が収納されているロアブロック32とから構成されている。また、アッパーブロック31とロアブロック32との間にはアクチュエータ33が設けられており、アクチュエータ33を駆動することで、アッパーブロック31をロアブロック32に対して上下方向に移動させることが可能となっている。また、アッパーブロック31の内部には円筒形のシリンダ34が形成されており、シリンダ34の外面は冷却水によって冷却される構造となっている。冷却水の温度は、アッパーブロック31に設けられた水温センサ64によって検出することが可能である。   The cylinder block ASSY 30 includes an upper block 31 to which the cylinder head 20 is attached and a lower block 32 in which the main moving ASSY 40 is accommodated. Further, an actuator 33 is provided between the upper block 31 and the lower block 32, and by driving the actuator 33, the upper block 31 can be moved in the vertical direction with respect to the lower block 32. ing. A cylindrical cylinder 34 is formed inside the upper block 31, and the outer surface of the cylinder 34 is cooled by cooling water. The temperature of the cooling water can be detected by a water temperature sensor 64 provided in the upper block 31.

メインムービングASSY40は、シリンダ34の内部に設けられたピストン41と、ロアブロック32の内部で回転するクランクシャフト43と、ピストン41をクランクシャフト43に接続するコネクティングロッド42などから構成されている。これらピストン41、コネクティングロッド42、クランクシャフト43はいわゆるクランク機構を構成しており、クランクシャフト43が回転するとそれにつれてピストン41がシリンダ34内で上下方向に摺動し、逆に、ピストン41が上下に摺動すればクランクシャフト43がロアブロック32内で回転するようになっている。   The main moving assembly 40 includes a piston 41 provided inside the cylinder 34, a crankshaft 43 that rotates inside the lower block 32, a connecting rod 42 that connects the piston 41 to the crankshaft 43, and the like. The piston 41, the connecting rod 42, and the crankshaft 43 constitute a so-called crank mechanism. As the crankshaft 43 rotates, the piston 41 slides up and down in the cylinder 34 as the crankshaft 43 rotates. As a result, the crankshaft 43 rotates in the lower block 32.

シリンダブロックASSY30にシリンダヘッド20を取り付けると、シリンダヘッド20の下面側(アッパーブロック31に接する側)とシリンダ34とピストン41とで囲まれた部分に燃焼室が形成される。従って、アクチュエータ33を用いてアッパーブロック31を上方に移動させれば、これに伴ってシリンダヘッド20も上方に移動して燃焼室内の容積が増加するので、圧縮比を低くすることができる。逆に、アッパーブロック31とともにシリンダヘッド20を下方に動かせば、燃焼室内の容積が減少して圧縮比を高くすることができる。   When the cylinder head 20 is attached to the cylinder block ASSY 30, a combustion chamber is formed in a portion surrounded by the lower surface side (side contacting the upper block 31) of the cylinder head 20, the cylinder 34 and the piston 41. Accordingly, if the upper block 31 is moved upward using the actuator 33, the cylinder head 20 is also moved upward in accordance with this, and the volume in the combustion chamber increases, so that the compression ratio can be lowered. Conversely, if the cylinder head 20 is moved downward together with the upper block 31, the volume in the combustion chamber can be reduced and the compression ratio can be increased.

また、圧縮比は、ロアブロック32に設けられた圧縮比センサ63を用いて検出することが可能となっている。本実施例では、圧縮比センサ63としてストロークセンサが用いられており、ロアブロック32に対するアッパーブロック31の相対位置を検出することによって圧縮比を検出する。もちろん圧縮比は、こうした方式に限らず他の方法で検出することも可能である。例えば、シリンダヘッド20に圧力センサを設けておき、燃焼室内の圧力に基づいて圧縮比を検出することとしても良い。   The compression ratio can be detected using a compression ratio sensor 63 provided in the lower block 32. In this embodiment, a stroke sensor is used as the compression ratio sensor 63, and the compression ratio is detected by detecting the relative position of the upper block 31 with respect to the lower block 32. Of course, the compression ratio is not limited to such a method, and can be detected by other methods. For example, a pressure sensor may be provided in the cylinder head 20 and the compression ratio may be detected based on the pressure in the combustion chamber.

シリンダヘッド20には、燃焼室内に空気を取り入れるための吸気ポート23と、燃焼室内から排気ガスを排出するための排気ポート24とが形成されており、吸気ポート23が燃焼室に開口する部分には吸気バルブ21が、また、排気ポート24が燃焼室に開口する部分には排気バルブ22が設けられている。吸気バルブ21および排気バルブ22は、それぞれに電動アクチュエータ73、74によって駆動される。電動アクチュエータ73,74は、ピエゾ素子などの電歪素子を複数積層して構成されており、印加される電圧に応じて極めて高速に変形する。ECU60の制御の下、ピストンの動きに合わせて適切なタイミングで電動アクチュエータ73,74に駆動電圧を印加して吸気バルブ21および排気バルブ22を開閉してやれば、燃焼室内に空気を吸入したり、あるいは燃焼室内から排気ガスを排出することができる。また、シリンダヘッド20には、燃焼室内に形成された混合気に火花を飛ばして点火するための点火プラグ27も設けられている。   The cylinder head 20 is formed with an intake port 23 for taking air into the combustion chamber and an exhaust port 24 for discharging exhaust gas from the combustion chamber. The intake valve 21 is provided, and the exhaust valve 22 is provided at a portion where the exhaust port 24 opens into the combustion chamber. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 are driven by electric actuators 73 and 74, respectively. The electric actuators 73 and 74 are configured by laminating a plurality of electrostrictive elements such as piezo elements, and deform at an extremely high speed according to the applied voltage. Under the control of the ECU 60, by applying a driving voltage to the electric actuators 73 and 74 at an appropriate timing in accordance with the movement of the piston to open and close the intake valve 21 and the exhaust valve 22, air is sucked into the combustion chamber, or Exhaust gas can be discharged from the combustion chamber. The cylinder head 20 is also provided with a spark plug 27 for sparking and igniting the air-fuel mixture formed in the combustion chamber.

シリンダヘッド20の吸気ポート23には、外気をシリンダヘッド20まで導くための吸気通路50が接続されており、吸気通路50の上流側端部にはエアクリーナ51が設けられている。また、本実施例のエンジン10は、いわゆる4気筒エンジンであって燃焼室を4つ備えており、それぞれの燃焼室の吸気通路50はサージタンク54で合流している。燃焼室内に吸入される空気は、エアクリーナ51でゴミなどの異物を取り除かれた後、サージタンク54で各燃焼室の吸気通路50に分配され、吸気ポート23を経由してそれぞれの燃焼室に流入する。サージタンク54から各燃焼室毎に分岐した吸気通路50には、吸気ヒータ56が設けられており、エンジン10が暖まっていない場合などには、ECU60の制御の元で吸気ヒータ56に通電して、各燃焼室内に吸入される空気を暖めることが可能となっている。   An intake passage 50 for guiding outside air to the cylinder head 20 is connected to the intake port 23 of the cylinder head 20, and an air cleaner 51 is provided at the upstream end of the intake passage 50. The engine 10 of this embodiment is a so-called four-cylinder engine and includes four combustion chambers. The intake passages 50 of the respective combustion chambers are joined by a surge tank 54. The air sucked into the combustion chamber is removed of foreign matters such as dust by the air cleaner 51, and then distributed to the intake passage 50 of each combustion chamber by the surge tank 54 and flows into each combustion chamber via the intake port 23. To do. An intake heater 56 is provided in the intake passage 50 branched from the surge tank 54 for each combustion chamber. When the engine 10 is not warmed, the intake heater 56 is energized under the control of the ECU 60. The air sucked into each combustion chamber can be warmed.

サージタンク54の上流側の吸気通路50には、スロットルバルブ52が設けられており、電動アクチュエータ53を用いてスロットルバルブ52の開度を制御することにより、燃焼室内に流入する空気量を制御することができる。スロットルバルブ52を通過する空気の流量は、エアフローセンサ57によって計測することができる。また、各燃焼室には、2つの燃料噴射弁26,55が設けられている。シリンダヘッド20に設けられた燃料噴射弁26は、燃焼室内に燃料を直接噴射し、吸気通路50に設けられた燃料噴射弁55は、それぞれの吸気通路50内から吸気ポート23に向かって燃料を噴射する。こうして燃料噴射弁26、あるいは燃料噴射弁55から噴射された燃料は、それぞれの燃焼室内で気化しながら、燃料および空気の混合気を燃焼室内に形成する。   A throttle valve 52 is provided in the intake passage 50 upstream of the surge tank 54, and the amount of air flowing into the combustion chamber is controlled by controlling the opening degree of the throttle valve 52 using the electric actuator 53. be able to. The flow rate of air passing through the throttle valve 52 can be measured by the air flow sensor 57. Each combustion chamber is provided with two fuel injection valves 26 and 55. The fuel injection valve 26 provided in the cylinder head 20 directly injects fuel into the combustion chamber, and the fuel injection valve 55 provided in the intake passage 50 injects fuel from each intake passage 50 toward the intake port 23. Spray. The fuel injected from the fuel injection valve 26 or the fuel injection valve 55 in this way is vaporized in each combustion chamber, and forms a mixture of fuel and air in the combustion chamber.

各燃焼室の排気ポート24には排気通路58が接続されており、燃焼室から排出された排気ガスは、排気通路58によって外部に導かれて放出される。また、排気通路58と吸気通路50とは、EGR通路70によって接続されており、排気通路58を流れる排気ガスの一部はEGR通路70を介して吸気通路50内に還流して、吸入された空気とともに燃焼室内に流入するようになっている。EGR通路70の途中には、EGR弁72が設けられており、EGR弁の開度を調整すれば、還流する排気ガス(EGRガス)の流量を制御することが可能である。   An exhaust passage 58 is connected to the exhaust port 24 of each combustion chamber, and the exhaust gas discharged from the combustion chamber is guided to the outside by the exhaust passage 58 and released. Further, the exhaust passage 58 and the intake passage 50 are connected by an EGR passage 70, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 58 is recirculated into the intake passage 50 through the EGR passage 70 and sucked. It flows into the combustion chamber together with air. An EGR valve 72 is provided in the middle of the EGR passage 70. By adjusting the opening degree of the EGR valve, the flow rate of the recirculated exhaust gas (EGR gas) can be controlled.

ECU60は、中央処理装置(以下、CPU)を中心として、ROM、RAM、入出力回路などが、バスで相互に接続されたマイクロコンピュータである。ECU60は、クランクシャフト43に設けられたクランク角センサ61や、アクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ62、エアフローセンサ57などから必要な情報を読み込んで、電動アクチュエータ73,74や、燃料噴射弁26,55、点火プラグ27などを適切なタイミングで駆動することにより、燃焼室内で混合気を燃焼させて動力を発生させる。吸入空気量を調整するために電動アクチュエータ53の駆動を制御したり、圧縮比を切り換えるためにアクチュエータ33を駆動する制御、更には水温センサ64の出力に基づいて吸気ヒータ56の通電量を制御する処理もECU60が司っている。   The ECU 60 is a microcomputer in which a ROM, a RAM, an input / output circuit, and the like are connected to each other via a bus with a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) as a center. The ECU 60 reads necessary information from a crank angle sensor 61 provided on the crankshaft 43, an accelerator opening sensor 62 built in the accelerator pedal, an air flow sensor 57, and the like, and the electric actuators 73 and 74, a fuel injection valve, etc. 26, 55, the spark plug 27, etc. are driven at an appropriate timing to burn the air-fuel mixture in the combustion chamber to generate power. The driving of the electric actuator 53 is controlled to adjust the intake air amount, the actuator 33 is driven to switch the compression ratio, and the energization amount of the intake heater 56 is controlled based on the output of the water temperature sensor 64. The process is also controlled by the ECU 60.

上述した構成を有するエンジン10では、アクチュエータ33を初めとする圧縮比を切り換えるための機構に何らかの障害が発生して、高圧縮比状態で固着してしまうことが起こり得る。前述したように、圧縮比が高くなるほどノッキングと呼ばれる異常燃焼が起き易くなる傾向があり、またノッキングが発生すると、運転者に違和感を与える特有の騒音が生じる。このことから、高圧縮比状態で固着したままエンジン10を運転していると、ノッキングの発生により、運転者に違和感を与えてしまう可能性がある。こうした事態を回避するために、エンジン10は、次のようなエンジン制御を行っている。   In the engine 10 having the above-described configuration, it is possible that a failure occurs in the mechanism for switching the compression ratio including the actuator 33, and the engine 10 is stuck in a high compression ratio state. As described above, abnormal combustion called knocking tends to occur more easily as the compression ratio becomes higher, and when knocking occurs, specific noise that gives the driver a feeling of strangeness is generated. For this reason, if the engine 10 is operated while being fixed in a high compression ratio state, the driver may feel uncomfortable due to the occurrence of knocking. In order to avoid such a situation, the engine 10 performs the following engine control.

B.エンジン制御:
図2は、本実施例においてエンジン10の動作を制御する流れを示したフローチャートである。以下、フローチャートに従って説明する。
B. Engine control:
FIG. 2 is a flowchart showing a flow for controlling the operation of the engine 10 in this embodiment. Hereinafter, it demonstrates according to a flowchart.

ECU60は、エンジン制御ルーチンを開始すると先ず初めに、エンジンの運転条件を検出する(ステップS100)。運転条件としては、エンジンの回転速度Ne や、アクセル開度θac、冷却水温度などを検出する。エンジン回転速度Ne は、クランク角センサ61の出力から算出し、また、アクセル開度θacは、アクセル開度センサ62を用いて、更に冷却水温度は水温センサ64によって検出することができる。   When starting the engine control routine, the ECU 60 first detects the engine operating conditions (step S100). As operating conditions, engine speed Ne, accelerator opening θac, cooling water temperature, and the like are detected. The engine speed Ne can be calculated from the output of the crank angle sensor 61, the accelerator opening degree θac can be detected by using the accelerator opening degree sensor 62, and the coolant temperature can be detected by the water temperature sensor 64.

次いで、エンジン10の運転条件に応じて圧縮比を設定する処理を行う(ステップS102)。ECU60のROM内には、エンジン回転速度Neおよびアクセル開度θacをパラメータとするマップの形式で、運転条件に応じた適切な圧縮比が予め記憶されている。図3は、ROM内に適切な圧縮比がマップの形式で記憶されている様子を概念的に表した説明図である。ステップS102では、このようなマップを参照することにより、運転条件に応じて適切に設定されている圧縮比を読み出した後、アクチュエータ33を駆動してエンジン10の圧縮比を設定する。   Next, a process of setting the compression ratio according to the operating condition of the engine 10 is performed (step S102). In the ROM of the ECU 60, an appropriate compression ratio corresponding to the operating conditions is stored in advance in the form of a map having the engine speed Ne and the accelerator opening θac as parameters. FIG. 3 is an explanatory diagram conceptually showing a state in which an appropriate compression ratio is stored in the form of a map in the ROM. In step S102, by referring to such a map, after reading the compression ratio appropriately set according to the operating conditions, the actuator 33 is driven to set the compression ratio of the engine 10.

ECU60は、圧縮比の設定に続いて圧縮比の検出を行う(ステップS104)。図1を用いて説明したように、エンジン10のロアブロック32には圧縮比センサ63が設けられており、ECU60はこのセンサの出力に基づいて圧縮比を検出することができる。   The ECU 60 detects the compression ratio following the setting of the compression ratio (step S104). As described with reference to FIG. 1, the lower block 32 of the engine 10 is provided with the compression ratio sensor 63, and the ECU 60 can detect the compression ratio based on the output of this sensor.

続いて、ステップS102で設定した圧縮比とステップS104で検出した圧縮比とを比較することにより、圧縮比を変更するための機構が高圧縮比状態で固着していないことを確認する(ステップS106)。すなわち、設定した圧縮比が低圧縮比であるにも関わらず、検出した圧縮比が高圧縮比である場合には、圧縮比を変更するための機構が高圧縮比状態で固着したものと判断することができる。そして、こうした固着が発生していないと判断された場合は(ステップS106:no)、運転モードを通常運転モードに設定し(ステップS108)、高圧縮比状態で固着していると判断された場合は(ステップS106:yes)、ノック回避モードに設定する(ステップS110)。詳細には後述するが、本実施例のエンジン制御では、こうして設定した運転モードに応じて続く制御を行うことにより、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノッキングを発生を回避することが可能となっている。   Subsequently, by comparing the compression ratio set in step S102 with the compression ratio detected in step S104, it is confirmed that the mechanism for changing the compression ratio is not fixed in the high compression ratio state (step S106). ). In other words, when the set compression ratio is a low compression ratio and the detected compression ratio is a high compression ratio, it is determined that the mechanism for changing the compression ratio is stuck in the high compression ratio state. can do. If it is determined that such sticking has not occurred (step S106: no), the operation mode is set to the normal operation mode (step S108), and it is determined that the sticking is in a high compression ratio state. (Step S106: yes), the knock avoidance mode is set (step S110). As will be described in detail later, in the engine control of the present embodiment, by performing the subsequent control according to the operation mode set in this way, even when the compression ratio changing mechanism is stuck in the high compression ratio state, the occurrence of knocking is avoided. It is possible to do.

こうして運転モードを設定したら、吸気加熱制御を開始する(ステップS112)。これは、始動直後など、エンジン10が暖まっていない場合に、吸気通路50内に設けた吸気ヒータ56を用いて吸入空気を加熱することで、エンジンの暖機を促進する制御である。吸入空気を加熱してやれば、燃料の気化が促進されるので、エンジンが暖まっていない場合でも混合気を安定して燃焼させることができる。また、吸入空気を加熱してやれば、混合気の圧縮開始温度が高くなるので、この点からも混合気の燃焼を促進して、エンジンを速やかに暖機することができる。   When the operation mode is set in this way, intake air heating control is started (step S112). This is control for promoting warm-up of the engine by heating the intake air using the intake heater 56 provided in the intake passage 50 when the engine 10 is not warmed, such as immediately after startup. If the intake air is heated, vaporization of the fuel is promoted, so that the air-fuel mixture can be stably burned even when the engine is not warm. In addition, if the intake air is heated, the compression start temperature of the air-fuel mixture becomes higher. From this point, combustion of the air-fuel mixture is promoted and the engine can be warmed up quickly.

ステップS112では、水温センサ64で検出した冷却水温度に基づいてエンジンの暖機状態を判断し、エンジンの暖機状態に応じて吸気ヒータの通電量を制御する処理を行う。ECU60のROM内には、冷却水温度に対する通電量がマップの形式で記憶されている。図4は、こうしたマップを概念的に示した説明図である。図中の実線は、通常運転モードで運転されている時に参照するマップを示しており、図中の破線はノック回避モードで運転されているときに参照するマップを示している。図示されているように、ノック回避モードで運転中は、冷却水温度が低い場合でも、吸気ヒータに全く通電しないか、通電する場合でも通常運転状態に比べて通電量が大きく抑制されている。前述したように、吸入空気を加熱すると混合気の圧縮開始温度が高くなるので、エンジン10が高圧縮比状態で固着している場合は、ノッキングの発生が懸念される。そこで、このような場合は、吸気ヒータによる加熱を禁止あるいは抑制することで、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   In step S112, the engine warm-up state is determined based on the coolant temperature detected by the water temperature sensor 64, and a process for controlling the energization amount of the intake heater according to the engine warm-up state is performed. In the ROM of the ECU 60, the energization amount with respect to the cooling water temperature is stored in the form of a map. FIG. 4 is an explanatory diagram conceptually showing such a map. A solid line in the figure indicates a map that is referred to when the vehicle is operating in the normal operation mode, and a broken line in the figure indicates a map that is referred to when the vehicle is operated in the knock avoidance mode. As shown in the figure, during operation in the knock avoidance mode, even when the coolant temperature is low, the energization amount is greatly suppressed compared to the normal operation state even when the intake heater is not energized or energized. As described above, since the compression start temperature of the air-fuel mixture increases when the intake air is heated, there is a concern that knocking may occur when the engine 10 is fixed in a high compression ratio state. Therefore, in such a case, it is possible to avoid the occurrence of knocking by prohibiting or suppressing heating by the intake heater.

ECU60は、吸気加熱制御に続いてEGR制御を行う(ステップS114)。EGR制御とは、排気通路58内を流れる排気ガスの一部を燃焼室内に還流させる制御を言う。EGR制御を行って排気ガスの一部を還流させれば、排気ガス中に含まれるいわゆるNOxと呼ばれる窒素酸化物の濃度を低下させることができる。排気ガスの還流量(EGRガス量)をあまりに多くすると混合気が安定して燃焼しなくなってしまう。このことから、EGRガス量には運転条件に応じた最適値が存在しており、EGR弁72の開度にも最適値が存在している。ステップS114では、エンジン10の運転条件に応じてEGR弁72の開度を最適な開度に設定する処理を行う。具体的には、ECU60のROM内には、図5に示すように、運転条件に応じたEGR弁72の最適な開度が、エンジン回転速度とアクセル開度とをパラメータとするマップの形式で記憶されており、かかるマップを参照することによってEGR弁72の開度を最適な開度に設定する。   The ECU 60 performs EGR control following the intake air heating control (step S114). The EGR control refers to control for returning a part of the exhaust gas flowing in the exhaust passage 58 into the combustion chamber. If a part of the exhaust gas is recirculated by performing the EGR control, the concentration of nitrogen oxide called NOx contained in the exhaust gas can be lowered. If the exhaust gas recirculation amount (EGR gas amount) is too large, the air-fuel mixture will not be stably combusted. For this reason, the EGR gas amount has an optimum value corresponding to the operating conditions, and the EGR valve 72 has an optimum value for the opening degree. In step S114, a process for setting the opening degree of the EGR valve 72 to an optimum opening degree according to the operating condition of the engine 10 is performed. Specifically, in the ROM of the ECU 60, as shown in FIG. 5, the optimum opening degree of the EGR valve 72 corresponding to the operating condition is in the form of a map using the engine speed and the accelerator opening as parameters. The opening degree of the EGR valve 72 is set to an optimum opening degree by referring to the map.

ここで図5に示すように、ECU60内には、通常運転モードでの運転中に参照されるマップと、ノック回避モードでの運転中に参照されるマップとは、異なるマップとして記憶されている。そして、ノック回避モード時のマップには、通常運転モード時のマップに比べて閉じ気味の開度が、あるいは運転条件によってはEGR弁72が全閉となるように設定されている。すなわち、ノック回避モードでの運転中は、通常運転モードでの運転中に比べてEGR弁開度が閉じ気味で運転されることになる。こうしてノック回避モード時はEGR弁の開度を閉じ気味に設定しておけば、前述した吸気加熱制御を抑制する場合と同様の理由により、ノッキングの発生を回避することが可能となる。つまり、排気ガスは吸入空気よりも高温となっているので、排気ガスの一部を吸気通路50に還流させると、高温の排気ガスによって吸入空気が加熱されて、混合気の圧縮開始温度が高くなる。従って、高圧縮比状態で固着している場合には、EGR弁の開度を閉じ気味に設定しておくことで、混合気の圧縮開始温度を抑制し、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   Here, as shown in FIG. 5, in the ECU 60, a map that is referred to during operation in the normal operation mode and a map that is referred to during operation in the knock avoidance mode are stored as different maps. . The map in the knock avoidance mode is set so that the opening degree close to that in the map in the normal operation mode or the EGR valve 72 is fully closed depending on the operation conditions. That is, during the operation in the knock avoidance mode, the EGR valve opening degree is closed and the operation is performed in a slight manner as compared with the operation in the normal operation mode. Thus, in the knock avoidance mode, if the opening of the EGR valve is set to be closed, the occurrence of knocking can be avoided for the same reason as when the intake air heating control is suppressed. That is, since the exhaust gas has a higher temperature than the intake air, when a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage 50, the intake air is heated by the high-temperature exhaust gas, and the compression start temperature of the mixture becomes high. Become. Therefore, when stuck in a high compression ratio state, the compression start temperature of the air-fuel mixture can be suppressed and knocking can be avoided by setting the opening of the EGR valve to be closed. It becomes.

EGR制御に続いて、吸排気弁の駆動制御を行う(ステップS116)。これは、クランクシャフト43の回転に合わせて吸気バルブ21および排気バルブ22を適切なタイミングで開閉するべく、電動アクチュエータ73,74を適切なタイミングで駆動する制御である。図6は、クランクシャフト43の回転に合わせて、吸気バルブ132と排気バルブ134とを、開弁および閉弁するタイミングを示した説明図であり、図6(a)は通常運転モード時の開閉タイミングを、図6(b)はノック回避モード時の開閉タイミングを示している。図中にTDCと表示されているのは、ピストンが上がりきった位置、すなわち上死点にあるタイミングを示しており、BDCと表示されているのは、ピストンが下がりきった位置、すなわち下死点にあるタイミングを示している。また、図6中に白抜きで示した矢印は吸気バルブ21が開いている期間を示し、細かいハッチングを付した矢印は排気バルブ22が開いている期間を示している。尚、星印は、点火プラグ27から火花を飛ばして混合気に点火するタイミングを表している。ステップS116では、通常運転モード時は、吸気バルブ21および排気バルブ22が、図6(a)に示したタイミングで駆動されるように、また、ノック回避モード時は図6(b)に示したタイミングで駆動されるように、電動アクチュエータ73,74を駆動する制御を行う。この実施例では、吸気バルブ21および排気バルブ22の駆動タイミングは電動アクチュエータ73,74の駆動タイミングを変更するこにとより実現したが、吸排気バルブ21,22の動作タイミングを、カムの位相により調整する機構を用い、カムの位相を油圧アクチュエータなどにより制御することで実現してもよい。吸排気バルブ21,22の両方の開閉弁タイミングを調整できる必要は必ずしもなく、いずれか一方の開弁タイミングあるいは閉弁タイミングを調整可能な構成であれば、採用可能である。   Following EGR control, drive control of the intake and exhaust valves is performed (step S116). In this control, the electric actuators 73 and 74 are driven at an appropriate timing to open and close the intake valve 21 and the exhaust valve 22 at an appropriate timing in accordance with the rotation of the crankshaft 43. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the timing for opening and closing the intake valve 132 and the exhaust valve 134 in accordance with the rotation of the crankshaft 43, and FIG. 6 (a) shows the opening and closing in the normal operation mode. FIG. 6B shows the opening / closing timing in the knock avoidance mode. In the figure, TDC indicates the position where the piston is fully raised, that is, the timing at the top dead center, and BDC indicates the position where the piston is fully lowered, that is, the bottom dead center. The timing at the point is shown. In FIG. 6, the white arrow indicates the period during which the intake valve 21 is open, and the arrow with fine hatching indicates the period during which the exhaust valve 22 is open. Note that the asterisk represents the timing at which a spark is blown from the spark plug 27 and the air-fuel mixture is ignited. In step S116, the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are driven at the timing shown in FIG. 6A in the normal operation mode, and shown in FIG. 6B in the knock avoidance mode. Control to drive the electric actuators 73 and 74 is performed so as to be driven at the timing. In this embodiment, the drive timing of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 is realized by changing the drive timing of the electric actuators 73 and 74. However, the operation timing of the intake and exhaust valves 21 and 22 is determined by the cam phase. You may implement | achieve by using the mechanism to adjust and controlling the phase of a cam with a hydraulic actuator etc. It is not always necessary to be able to adjust the opening / closing valve timings of both the intake and exhaust valves 21 and 22, and any configuration that can adjust the opening timing or closing timing of either one can be adopted.

ここで図6に示されているように、ノック回避モード時の開閉タイミングは、通常運転モード時の開閉タイミングに対して、大きく次の2点が異なっている。先ず第1に、図6(a)に示した通常運転モード時は、オーバーラップ期間(TDC付近で吸気バルブ21と排気バルブ22とが同時に開弁している期間)が存在しているが、図6(b)に示したノック回避モード時は、オーバーラップ期間は設けられていない。第2に、通常運転モード時は吸気バルブ21がBDC近傍で閉弁するのに対して、ノック回避モード時はBDCをだいぶ過ぎたタイミングで吸気バルブ21が閉弁している。圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着しても、ノック回避モードが設定されている場合は、吸排気バルブをこのようなタイミングで開閉してやれば、次の理由からノッキングの発生を回避することができる。   Here, as shown in FIG. 6, the opening / closing timing in the knock avoidance mode is largely different from the opening / closing timing in the normal operation mode in the following two points. First, in the normal operation mode shown in FIG. 6 (a), there is an overlap period (a period in which the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are simultaneously open near TDC). In the knock avoidance mode shown in FIG. 6B, no overlap period is provided. Secondly, in the normal operation mode, the intake valve 21 closes near the BDC, whereas in the knock avoidance mode, the intake valve 21 closes at a timing when the BDC is significantly exceeded. Even if the compression ratio change mechanism is stuck in a high compression ratio state, if the knock avoidance mode is set, if the intake and exhaust valves are opened and closed at such timing, the occurrence of knocking can be avoided for the following reasons. Can do.

先ず、オーバーラップ期間では、排気バルブ22も吸気バルブ21も開いているので、排気通路58と吸気通路50との圧力差によって、排気ガスが吸気通路50内に逆流する。こうして逆流した排気ガスは、続く吸気行程で吸入空気とともに燃焼室内に流入することから、結局は排気ガスの一部を還流させたことと同じことになる。このように、燃焼室を経由して排気ガスが還流する現象は内部EGRと呼ばれる。これに対して、燃焼室の外側に設けられたEGR通路70を介して排気通路58から吸気通路50に排気ガスを還流させることを外部EGRと呼ぶことがある。内部EGRも前述した外部EGRと同様に、混合気の温度を上昇させるので、ノッキングの発生に対しては不利な方向に作用する。従って、オーバーラップ期間を短縮してやれば、あるいは図6(b)に例示したようにオーバーラップ期間を廃止してやれば、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   First, in the overlap period, the exhaust valve 22 and the intake valve 21 are both open, so that the exhaust gas flows back into the intake passage 50 due to the pressure difference between the exhaust passage 58 and the intake passage 50. The exhaust gas flowing backward in this way flows into the combustion chamber together with the intake air in the subsequent intake stroke, so that it becomes the same as recirculating a part of the exhaust gas after all. Thus, the phenomenon in which the exhaust gas recirculates through the combustion chamber is called internal EGR. On the other hand, recirculation of exhaust gas from the exhaust passage 58 to the intake passage 50 via the EGR passage 70 provided outside the combustion chamber may be referred to as external EGR. The internal EGR also increases the temperature of the air-fuel mixture in the same manner as the above-mentioned external EGR, and thus acts in a disadvantageous direction against the occurrence of knocking. Therefore, if the overlap period is shortened or the overlap period is abolished as illustrated in FIG. 6B, the occurrence of knocking is avoided even when the compression ratio changing mechanism is fixed in a high compression ratio state. It becomes possible.

また、吸気バルブ21が開弁している間は、例えピストン41が上昇しても混合気が燃焼室から吸気通路内に抜けてしまうので、実際には混合気の圧縮は起こらない。すなわち、BDCを過ぎてピストン41が上昇に転じても、実際に燃焼室内で混合気の圧縮が開始されるのは、吸気バルブ21が閉弁して以降となる。このため、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合でも、吸気バルブ21の閉弁時期をBDCより大きく遅らせてやれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   Further, while the intake valve 21 is open, even if the piston 41 rises, the air-fuel mixture escapes from the combustion chamber into the intake passage, so that the air-fuel mixture is not actually compressed. That is, even if the piston 41 starts to rise after passing the BDC, the compression of the air-fuel mixture is actually started in the combustion chamber after the intake valve 21 is closed. For this reason, even when the compression ratio changing mechanism is fixed in a high compression ratio state, it is possible to avoid the occurrence of knocking if the valve closing timing of the intake valve 21 is delayed more than BDC.

尚、ここでは、吸気バルブ21の閉弁時期をBDCから遅らせるものとして説明したが、閉弁時期をBDCより早めることによっても同様の効果を得ることができる。すなわち、ピストン41の降下中に吸気バルブ21を閉弁すると、閉弁してからBDCまでの間は、ピストン41が下がるに連れて(燃焼室内の容積が増えるに連れて)燃焼室内圧力が減少する。ピストン41が上昇に転じると燃焼室内の容積が減少するに連れて圧力は回復し、吸気バルブ21の閉弁時と同じ容積になったときには、減少前の圧力に復帰する。つまり、ピストン41が上昇していても、吸気バルブ21を閉弁したときの燃焼室内容積と同じ容積になるまでの間は、燃焼室内圧力が回復しているだけであって、混合気の実質的な圧縮は、それ以降のピストン上昇によって開始されることになる。このことから、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合は、吸気バルブ21の閉弁時期をBDCから大幅に早めてやることによっても、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   Although the description has been given here assuming that the closing timing of the intake valve 21 is delayed from the BDC, the same effect can be obtained by advancing the closing timing from the BDC. That is, if the intake valve 21 is closed while the piston 41 is descending, the pressure in the combustion chamber decreases as the piston 41 is lowered (as the volume in the combustion chamber increases) between the closing time and BDC. To do. When the piston 41 starts to rise, the pressure recovers as the volume in the combustion chamber decreases. When the piston 41 reaches the same volume as when the intake valve 21 is closed, the pressure returns to the pressure before the decrease. That is, even if the piston 41 is raised, the pressure in the combustion chamber only recovers until the volume becomes the same as the volume in the combustion chamber when the intake valve 21 is closed, and the actual mixture is Compression will be initiated by a subsequent piston lift. From this, when the compression ratio changing mechanism is fixed in a high compression ratio state, it is possible to avoid the occurrence of knocking by making the closing timing of the intake valve 21 significantly earlier than the BDC.

ECU60は、吸排気駆動制御に続いて燃料噴射制御を開始する(ステップS118)。図1を用いて説明したように、エンジン10では、燃焼室内に直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁26と、吸気通路50内に燃料を噴射する燃料噴射弁55とが設けられている。燃料を燃焼室内に直接噴射すれば、燃焼室内に燃料噴霧を偏在させて燃料濃度の濃い(空燃比の小さい)部分と、燃料濃度の薄い(空燃比の大きい)部分とを形成することができる。燃焼室内に適切な空燃比分布の混合気を形成してやれば、全体としての燃料量を節約してエンジンの熱効率を向上させることが可能となる。尚、燃焼室内に直接燃料を噴射する方式は、筒内噴射と呼ばれることがある。   The ECU 60 starts fuel injection control following the intake / exhaust drive control (step S118). As described with reference to FIG. 1, the engine 10 is provided with the fuel injection valve 26 that can inject fuel directly into the combustion chamber and the fuel injection valve 55 that injects fuel into the intake passage 50. If the fuel is directly injected into the combustion chamber, the fuel spray is unevenly distributed in the combustion chamber to form a portion with a high fuel concentration (low air-fuel ratio) and a portion with a low fuel concentration (high air-fuel ratio). . If an air-fuel mixture having an appropriate air-fuel ratio distribution is formed in the combustion chamber, the overall fuel amount can be saved and the thermal efficiency of the engine can be improved. The method of directly injecting fuel into the combustion chamber is sometimes called in-cylinder injection.

一方、吸気通路内に燃料を噴射すれば、噴射された燃料はここで気化しながら空気と混合しつつ燃焼室内に吸入されるので、燃料と空気とが充分に混合した均一な混合気を燃焼室内に形成することができる。高出力が要求される場合には、このように均一な混合気を形成しておくことが望ましい。尚、吸気通路内に燃料を噴射する方式は、ポート噴射と呼ばれることがある。   On the other hand, if fuel is injected into the intake passage, the injected fuel is sucked into the combustion chamber while being mixed with air while being vaporized here, so that a uniform air-fuel mixture in which fuel and air are sufficiently mixed is burned. Can be formed indoors. When a high output is required, it is desirable to form a uniform mixture in this way. The method of injecting fuel into the intake passage is sometimes called port injection.

こうした筒内噴射あるいはポート噴射の特性を活かして、混合気を適切に形成することができるように、エンジン10は運転条件に応じて適切な燃料噴射方式を採用している。ECU60のROMには、エンジンの運転条件に応じて適切な燃料噴射方式がマップの形式で記憶されている。図7は、こうしたマップを概念的に示した説明図である。図示されているように、ROMには、通常運転モード用のマップと、ノック回避モード用のマップとが記憶されており、設定されているモードに応じて、それぞれのマップが参照される。通常運転モード時に参照されるマップには、高エンジン回転速度あるいは高アクセル開度の場合にはポート噴射を行い、他の運転条件では筒内噴射を行う旨が設定されている。こうすれば、高回転・高負荷時はポート噴射を行うことで充分な出力を確保し、低回転・低負荷時には筒内噴射を行うことでエンジンの熱効率を向上させることができる。これに対してノック回避モード時には、筒内噴射の割合を増加させる。図7の例示では、ノック回避モードは全運転領域で筒内噴射を行う旨が設定されているが、通常運転モード時と比較して筒内噴射の割合が高くなるのであれば足り、例えば、筒内噴射の領域を拡張したり、あるいはポート噴射時に一部の燃料を筒内噴射することも可能である。このように、筒内噴射の割合を増加させればノッキングの発生を抑制することが可能である。以下、この理由について簡単に説明する。   The engine 10 employs an appropriate fuel injection system in accordance with operating conditions so that an air-fuel mixture can be appropriately formed by taking advantage of such in-cylinder injection or port injection characteristics. In the ROM of the ECU 60, an appropriate fuel injection method is stored in the form of a map according to the engine operating conditions. FIG. 7 is an explanatory diagram conceptually showing such a map. As shown in the figure, the ROM stores a map for the normal operation mode and a map for the knock avoidance mode, and each map is referred to according to the set mode. The map referred to in the normal operation mode is set to perform port injection when the engine speed is high or the accelerator opening is high, and to perform in-cylinder injection under other operating conditions. In this way, sufficient output can be ensured by performing port injection at high rotation and high load, and engine thermal efficiency can be improved by performing in-cylinder injection at low rotation and low load. On the other hand, in the knock avoidance mode, the ratio of in-cylinder injection is increased. In the illustration of FIG. 7, the knock avoidance mode is set to perform in-cylinder injection in the entire operation region, but it is sufficient if the ratio of in-cylinder injection is higher than in the normal operation mode, for example, It is possible to extend the in-cylinder injection region or inject a part of the fuel into the cylinder during port injection. Thus, the occurrence of knocking can be suppressed by increasing the ratio of in-cylinder injection. Hereinafter, this reason will be briefly described.

吸気通路内に燃料を噴射した場合(ポート噴射した場合)は、燃料は吸気通路の内面に一旦付着した後、次第に気化しながら燃焼室内に流入する。気化に際して燃料は、気化するための気化熱を吸気通路の壁面から吸収する。これに対して、燃焼室内に燃料を噴射した場合(筒内噴射した場合)は、一部の燃料は燃焼室内の壁面に付着するものの、大部分は壁面に付着することなく燃焼室内で気化して混合気を形成する。このときの気化熱は、燃焼室内に流入した空気や、燃焼室から排出されずに残留していた燃焼ガスから吸収することになる。すなわち、ポート噴射では、吸気通路壁面から奪った気化熱が気化した燃料とともに燃焼室内に流入するのに対して、筒内噴射では燃焼室内で、しかも壁面に触れることなく気化するために、外部から燃焼室内に熱が流入することがない。このため、筒内噴射を行うと、ポート噴射の場合に比べて燃焼室内の混合気の温度が低くなる。このことは、簡便には、筒内噴射を行った場合は、燃焼室内で燃料が気化するために、気化熱によって空気が冷却される分だけ混合気温度が低くなると考えることもできる。ノッキングは、混合気を圧縮した時の温度上昇の影響で混合気が自着火する現象と考えることもできるから、筒内噴射を行って混合気温度を低くしてやれば、ノッキングの発生を抑制することが可能となるのである。   When fuel is injected into the intake passage (port injection), the fuel temporarily adheres to the inner surface of the intake passage and then flows into the combustion chamber while gradually evaporating. During the vaporization, the fuel absorbs vaporization heat for vaporization from the wall surface of the intake passage. In contrast, when fuel is injected into the combustion chamber (in-cylinder injection), some fuel adheres to the wall surface in the combustion chamber, but most of the fuel is vaporized in the combustion chamber without adhering to the wall surface. To form a mixture. The heat of vaporization at this time is absorbed from the air flowing into the combustion chamber and the combustion gas remaining without being discharged from the combustion chamber. In other words, in the port injection, the heat of vaporization taken from the wall surface of the intake passage flows into the combustion chamber together with the vaporized fuel, whereas in the case of in-cylinder injection, it is vaporized in the combustion chamber without touching the wall surface. Heat does not flow into the combustion chamber. For this reason, when in-cylinder injection is performed, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber becomes lower than in the case of port injection. This can be considered simply because, when in-cylinder injection is performed, the fuel vaporizes in the combustion chamber, so that the air-fuel mixture temperature is lowered by the amount that the air is cooled by the heat of vaporization. Knocking can also be thought of as a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites due to the rise in temperature when the air-fuel mixture is compressed, so if the in-cylinder injection is performed to lower the air-fuel mixture temperature, the occurrence of knocking can be suppressed. Is possible.

図2のステップS118では、図7に示したマップを参照することで、運転条件に応じた適切な燃料噴射方式を選択する。そして、エアフローセンサ57で検出した吸入空気量に基づいて燃料の噴射量を算出した後、選択しておいた噴射方式に応じて燃料噴射弁55あるいは燃料噴射弁26を駆動する。こうすることで、燃焼室内には適切な空燃比の混合気が形成される。   In step S118 of FIG. 2, an appropriate fuel injection method corresponding to the operating conditions is selected by referring to the map shown in FIG. Then, after calculating the fuel injection amount based on the intake air amount detected by the air flow sensor 57, the fuel injection valve 55 or the fuel injection valve 26 is driven according to the selected injection method. By doing so, an air-fuel mixture having an appropriate air-fuel ratio is formed in the combustion chamber.

ECU60は、燃料噴射制御に続いて点火制御を行う(ステップS120)。点火制御では、運転条件に応じた適切なタイミングで点火プラグ27から火花を飛ばすことにより、燃焼室内で圧縮された混合気に点火する処理を行う。ECU60内のROMには、エンジンの運転条件に応じて適切な点火時期がマップの形式で予め記憶されている。図8は、こうしたマップを例示した説明図である。点火制御では、ECU60は、かかるマップを参照することで運転条件に応じた点火時期を読み出した後、適切なタイミングで点火プラグ27から火花を飛ばす処理を行う。この結果、燃焼室内で混合気が燃焼して燃焼室内の圧力が上昇し、この圧力がクランク機構により機械的仕事に変換されて、動力として外部に出力される。   The ECU 60 performs ignition control following the fuel injection control (step S120). In the ignition control, a process of igniting the air-fuel mixture compressed in the combustion chamber is performed by blowing a spark from the spark plug 27 at an appropriate timing according to the operating conditions. An appropriate ignition timing is stored in advance in the form of a map in the ROM in the ECU 60 in accordance with the engine operating conditions. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating such a map. In the ignition control, the ECU 60 reads the ignition timing corresponding to the operating condition by referring to such a map, and then performs a process of flying a spark from the spark plug 27 at an appropriate timing. As a result, the air-fuel mixture burns in the combustion chamber and the pressure in the combustion chamber rises, and this pressure is converted into mechanical work by the crank mechanism and output to the outside as power.

次いで、ECU60は、運転者によってエンジン10を停止する旨が指示されたか否かを判断し(ステップS122)、運転者によってエンジン10を停止する旨が指示されていると判断された場合は(ステップS122:yes)、図2に示したエンジン制御ルーチンを終了する。逆に、エンジン10を停止する旨が指示されていない場合は(ステップS122:no)、ステップS100に戻って上述した一連の処理を繰り返す。   Next, the ECU 60 determines whether or not the driver has instructed to stop the engine 10 (step S122), and if it is determined that the driver has instructed to stop the engine 10 (step S122). S122: yes), the engine control routine shown in FIG. 2 is terminated. Conversely, when it is not instructed to stop the engine 10 (step S122: no), the process returns to step S100 and the above-described series of processing is repeated.

以上に説明したように、本実施例のエンジン10は、圧縮比を変更するための機構が高圧縮比状態で固着しているか否かを検出し、高圧縮比状態で固着している場合は、ノック回避モードで制御が行われる。そしてノック回避モードでは、通常運転モードと比較して、吸気加熱制御や、EGR制御が抑制される。また、吸排気バルブの開閉タイミングも、オーバーラップ期間が短縮されて内部EGRが減少し、更に、吸気バルブの閉弁時期がBDCから遠ざかる方向に変更されて、実圧縮比が低下するように制御される。加えて、燃料の噴射方式についても、筒内噴射の割合が増加するように変更される。こうした変更は、各々がノッキングの発生を抑制する作用を有しており、従って、エンジン10の圧縮比が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノック回避モードでエンジンを制御することでノッキングの発生を回避することが可能となる。なお、これらの制御は、上述したように2つ以上の制御を複合的に行なっても良いが、それぞれ単独で実施しても良い。   As described above, the engine 10 of the present embodiment detects whether or not the mechanism for changing the compression ratio is fixed in the high compression ratio state, and when the mechanism is fixed in the high compression ratio state, Control is performed in the knock avoidance mode. In the knock avoidance mode, intake air heating control and EGR control are suppressed as compared with the normal operation mode. In addition, the opening and closing timings of the intake and exhaust valves are also controlled so that the overlap period is shortened and the internal EGR is reduced, and the closing timing of the intake valves is changed in a direction away from the BDC to reduce the actual compression ratio. Is done. In addition, the fuel injection method is also changed so that the ratio of in-cylinder injection increases. Each of these changes has an effect of suppressing the occurrence of knocking. Therefore, even when the compression ratio of the engine 10 is fixed in a high compression ratio state, the occurrence of knocking is controlled by controlling the engine in the knock avoidance mode. Can be avoided. These controls may be performed in combination of two or more controls as described above, but may be performed independently.

C.変形例:
上述した本実施例には、種々の変形例が存在する。以下では、これら変形例について簡単に説明する。
C. Variation:
Various modifications exist in the above-described embodiment. Hereinafter, these modified examples will be briefly described.

C−1.第1の変形例:
ノック回避モード時は、吸気バルブ21の開閉タイミングを次のように変更しても良い。すなわちノック回避モード時は、通常運転モード時に比べて、吸気行程のピストン降下中に吸気バルブ21が閉弁している期間が短くなるようなタイミングに設定することとしても良い。
C-1. First modification:
In the knock avoidance mode, the opening / closing timing of the intake valve 21 may be changed as follows. That is, in the knock avoidance mode, it may be set to a timing at which the period during which the intake valve 21 is closed during the piston lowering of the intake stroke is shorter than in the normal operation mode.

図9は、こうした第1の変形例における吸気バルブの開閉タイミングを示した説明図である。図9(a)は、通常運転モード時における吸気バルブ21の開閉タイミングを示し、図9(b)はノック回避モード時における開閉タイミングを示している。図9(a)に示した通常運転モードでは、吸気バルブ21は、ピストン41がTDCから少し降下した後に開弁し、更にピストン41がBDCに達する前に閉弁する。従って、図9(a)中に破線で示した期間では、ピストン41が降下しているにも関わらず吸気バルブ21が閉弁していることになる。このように、吸気バルブ21が閉弁したままピストン41が降下すると、燃焼室内の空気あるいは残留ガスが断熱膨張して燃焼室壁面から熱を奪うので、ちょうど燃焼室内の空気を暖めたのと同じことになって、ノッキングが発生し易くなる。これに対して、図9(b)に示したタイミングで吸気バルブ21を開閉した場合は、TDC付近で開弁し、BDC付近で閉弁しており、吸気バルブ21が閉弁したままピストン41が降下する期間が大幅に短くなっており、ノッキングが発生し難くなっている。このことから、ノック回避モード時は吸気バルブ21の開閉タイミングを、図9(a)に示したようなものから図9(b)に示すようなものに変更することで、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing the opening / closing timing of the intake valve in the first modified example. 9A shows the opening / closing timing of the intake valve 21 in the normal operation mode, and FIG. 9B shows the opening / closing timing in the knock avoidance mode. In the normal operation mode shown in FIG. 9A, the intake valve 21 is opened after the piston 41 is slightly lowered from the TDC, and is further closed before the piston 41 reaches the BDC. Therefore, during the period indicated by the broken line in FIG. 9A, the intake valve 21 is closed even though the piston 41 is lowered. In this way, when the piston 41 descends while the intake valve 21 is closed, the air or residual gas in the combustion chamber expands adiabatically and removes heat from the wall surface of the combustion chamber, so that it is just like warming the air in the combustion chamber. As a result, knocking is likely to occur. On the other hand, when the intake valve 21 is opened and closed at the timing shown in FIG. 9B, the valve is opened near the TDC and closed near the BDC, and the piston 41 remains closed. The descent period is greatly shortened and knocking is less likely to occur. Therefore, in the knock avoidance mode, the occurrence of knocking can be avoided by changing the opening / closing timing of the intake valve 21 from the one shown in FIG. 9A to the one shown in FIG. 9B. It becomes possible to do.

尚、図9(a)の例示では、吸気バルブ21が閉じたままピストン41が降下する状態が、TDC近傍およびBDC近傍の2つのタイミングで発生しており、図9(b)の例示では、いずれのタイミングにおいても、こうした状態が抑制されている。もっとも、吸気バルブ21が閉じたままピストン41が降下する期間が、全体として短縮されればよく、吸気バルブ21の開閉タイミングは図9の例示に限られるものではない。   In the illustration of FIG. 9A, the state where the piston 41 descends while the intake valve 21 is closed occurs at two timings near TDC and BDC. In the illustration of FIG. 9B, At any timing, such a state is suppressed. However, the period during which the piston 41 descends while the intake valve 21 is closed may be shortened as a whole, and the opening / closing timing of the intake valve 21 is not limited to the example shown in FIG.

C−2.第2の変形例:
上述した実施例では、ノック回避モード時は、吸気TDC近傍で吸気バルブ21および排気バルブ22が同時に開弁するオーバーラップ期間を短縮することで内部EGRを減少させた。もっとも、エンジンの中には内部EGRをより積極的に行うために、吸気行程の最中に短期間だけ排気バルブを開弁したり、あるいは排気行程の最中に短期間だけ吸気バルブを開弁するものも存在する。このようなエンジンでは、ノック回避モード時は次のようにして吸排気バルブを駆動することとしても良い。
C-2. Second modification:
In the above-described embodiment, in the knock avoidance mode, the internal EGR is reduced by shortening the overlap period in which the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are simultaneously opened in the vicinity of the intake TDC. However, in order to carry out internal EGR more aggressively in some engines, the exhaust valve is opened for a short period during the intake stroke, or the intake valve is opened for a short period during the exhaust stroke. There is something to do. In such an engine, in the knock avoidance mode, the intake / exhaust valve may be driven as follows.

図10は、積極的に内部EGRを行うための、バルブの動きを示した説明図である。図10は、クランク角度とともにバルブリフトが変化する様子を示しており、実線は吸気バルブ21の動きを、破線は排気バルブ22の動きを示している。また、図10(a)は排気行程中に吸気バルブ21を開く場合を示し、図10(b)は吸気行程中に排気バルブ22を開く場合を示している。例えば、図10(a)の場合について説明すると、排気行程では排気バルブ22をリフトさせることで、燃焼室内の排気ガスを排気通路58に排出する。このとき、短期間だけ吸気バルブ21を開弁すれば、排気ガスが燃焼室内から吸気通路50に逆流する。こうして逆流した排気ガスは、次の吸気行程でEGRガスとして燃焼室に吸入されることになる。   FIG. 10 is an explanatory view showing the movement of the valve for positively performing the internal EGR. FIG. 10 shows how the valve lift changes with the crank angle. The solid line shows the movement of the intake valve 21 and the broken line shows the movement of the exhaust valve 22. FIG. 10A shows a case where the intake valve 21 is opened during the exhaust stroke, and FIG. 10B shows a case where the exhaust valve 22 is opened during the intake stroke. For example, the case of FIG. 10A will be described. In the exhaust stroke, the exhaust valve 22 is lifted to exhaust the exhaust gas in the combustion chamber to the exhaust passage 58. At this time, if the intake valve 21 is opened only for a short period, the exhaust gas flows backward from the combustion chamber to the intake passage 50. The exhaust gas flowing backward in this way is sucked into the combustion chamber as EGR gas in the next intake stroke.

また、図10(b)の場合は、吸気行程では吸気バルブ21をリフトさせて、吸気通路50から燃焼室内に空気を流入させる。このとき、短期間だけ排気バルブ22を開弁すると、排気通路58内の排気ガスが背圧に押されて燃焼室内を通過し、吸気通路50内に逆流する。続く吸気行程では、こうして逆流した排気ガスがEGRガスとして燃焼室内に流入することになる。   In the case of FIG. 10B, the intake valve 21 is lifted during the intake stroke, and air flows into the combustion chamber from the intake passage 50. At this time, if the exhaust valve 22 is opened for a short period of time, the exhaust gas in the exhaust passage 58 is pushed by the back pressure, passes through the combustion chamber, and flows back into the intake passage 50. In the subsequent intake stroke, the exhaust gas flowing backward in this way flows into the combustion chamber as EGR gas.

これら図10に示したように、吸気行程中に短期間だけ排気バルブを開弁し、あるいは排気行程中に短期間だけ吸気バルブを開弁してやれば、積極的に内部EGRを行うことができる。このような制御を行っているエンジンでは、ノック回避モード時は、吸気行程中の排気バルブの開弁量を抑制したり、あるいは排気行程中の吸気バルブの開弁量を抑制することとしても良い。ここで開弁量を抑制するとは、リフト量を少なくしたり、開弁期間を短縮することの他に、開弁自体を休止することも含まれる。こうして開弁量を抑制してやれば、内部EGR量が減少するので、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   As shown in FIG. 10, if the exhaust valve is opened only for a short period during the intake stroke, or if the intake valve is opened only for a short period during the exhaust stroke, the internal EGR can be actively performed. In an engine that performs such control, in the knock avoidance mode, the opening amount of the exhaust valve during the intake stroke may be suppressed, or the opening amount of the intake valve during the exhaust stroke may be suppressed. . Here, suppressing the valve opening amount includes not only reducing the lift amount and shortening the valve opening period but also pausing the valve opening itself. If the valve opening amount is suppressed in this way, the internal EGR amount is reduced, so that occurrence of knocking can be avoided.

C−3.第3の変形例:
ノック回避モード時は、冷却水温を制御することによってノッキングの発生を抑制することとしても良い。以下では、こうした第3の変形例について説明する。
C-3. Third modification:
In the knock avoidance mode, the occurrence of knocking may be suppressed by controlling the cooling water temperature. Hereinafter, such a third modification will be described.

図11は、エンジン10を上面側から(シリンダヘッド20の上側から)見て、冷却水温度を制御する機構(冷却系)の構成を概念的に示した説明図である。エンジン10は、いわゆる4気筒エンジンであり、シリンダ34が4つ設けられている。図中に示した「#1」、「#2」、「#3」、「#4」は、これら4つのシリンダを表したものである。エンジン10の冷却系は、シリンダ34および燃焼室を冷却するために冷却水を圧送するウォータポンプ80と、高温になった冷却水を放熱させるためのラジエータ82と、シリンダ34および燃焼室を冷却した冷却水をラジエータ82に導くための冷却通路84と、ラジエータ82を出た冷却水をウォータポンプ80に戻すための還流通路86と、冷却水の放熱が不要な場合にラジエータ82をバイパスさせるバイパス通路88と、ECU60の制御の下でバイパス通路88の切り換えを行う切換弁90等から構成されている。   FIG. 11 is an explanatory view conceptually showing the structure of a mechanism (cooling system) that controls the cooling water temperature when the engine 10 is viewed from the upper surface side (from the upper side of the cylinder head 20). The engine 10 is a so-called four-cylinder engine, and four cylinders 34 are provided. “# 1”, “# 2”, “# 3”, and “# 4” shown in the figure represent these four cylinders. The cooling system of the engine 10 has a water pump 80 that pumps cooling water to cool the cylinder 34 and the combustion chamber, a radiator 82 that radiates heat from the high-temperature cooling water, and the cylinder 34 and the combustion chamber. A cooling passage 84 for guiding the cooling water to the radiator 82, a recirculation passage 86 for returning the cooling water exiting the radiator 82 to the water pump 80, and a bypass passage for bypassing the radiator 82 when heat dissipation of the cooling water is unnecessary 88, a switching valve 90 for switching the bypass passage 88 under the control of the ECU 60, and the like.

ECU60は、アッパーブロック31に設けた水温センサ64を出力を見ながら、切換弁90を制御することで、冷却水温度を制御することが可能である。以下では、この制御について、図11を参照しながら説明する。   The ECU 60 can control the cooling water temperature by controlling the switching valve 90 while observing the output of the water temperature sensor 64 provided in the upper block 31. Hereinafter, this control will be described with reference to FIG.

図11(a)は、冷却水をラジエータ82で放熱しながらエンジン10を運転している様子を示している。図中に実線で示した矢印は、冷却水の流れを表している。冷却水をラジエータ82に導く場合は、切換弁90はECU60の制御によって「開」状態に切り換えられている。冷却水はウォータポンプ80で圧送されてエンジン内部を冷却し、冷却通路84を経由してラジエータ82に導かれ、還流通路86、切換弁90を通って、再びエンジン内部にウォータポンプ80で圧送される。   FIG. 11A shows a state where the engine 10 is operated while the cooling water is dissipating heat with the radiator 82. The arrows indicated by solid lines in the figure represent the flow of cooling water. When the cooling water is guided to the radiator 82, the switching valve 90 is switched to the “open” state under the control of the ECU 60. The cooling water is pumped by the water pump 80 to cool the inside of the engine, is guided to the radiator 82 via the cooling passage 84, passes through the reflux passage 86 and the switching valve 90, and is pumped again to the inside of the engine by the water pump 80. The

冷却水温度があまり高くなく、ラジエータ82で放熱させる必要がない場合は、ECU60は切換弁を「閉」状態に切り換える。こうすると、ウォータポンプ80には還流通路86からではなく、バイパス通路88から冷却水が供給されることになる。すなわち、エンジン内部を通過した冷却水はバイパス通路88を通ってウォータポンプ80に供給され、ラジエータ82をバイパスして流れるようになる。こうしてラジエータ82をバイパスしながらエンジンを運転すれば、次第に冷却水温度が上昇していくことになる。冷却水温度が上昇したら、再び切換弁90を開いて冷却水がラジエータ82を通過するようにすれば、冷却水温度は次第に低下することになる。   When the cooling water temperature is not so high and the radiator 82 does not need to dissipate heat, the ECU 60 switches the switching valve to the “closed” state. Thus, the cooling water is supplied to the water pump 80 not from the reflux passage 86 but from the bypass passage 88. That is, the cooling water that has passed through the engine is supplied to the water pump 80 through the bypass passage 88 and flows by bypassing the radiator 82. If the engine is operated while bypassing the radiator 82 in this way, the cooling water temperature gradually increases. When the cooling water temperature rises, if the switching valve 90 is opened again so that the cooling water passes through the radiator 82, the cooling water temperature gradually decreases.

以上の説明から明らかなように、水温センサ64で冷却水温度を検出しながら、切換弁90を切り換えてやれば、エンジン10の冷却水温度を任意の温度に制御することが可能である。エンジンが比較的、低負荷で運転されている場合には、冷却水温度を高めに制御してやれば、潤滑油の粘度が低くなる摩擦損失が減少するので、エンジンの熱効率を改善することも可能である。   As is apparent from the above description, the cooling water temperature of the engine 10 can be controlled to an arbitrary temperature by switching the switching valve 90 while detecting the cooling water temperature with the water temperature sensor 64. When the engine is operated at a relatively low load, if the cooling water temperature is controlled to be higher, the friction loss that lowers the viscosity of the lubricating oil decreases, so it is possible to improve the thermal efficiency of the engine. is there.

一般に、ノッキングは燃焼室の壁面温度の影響を強く受けると考えられている。これは、混合気が燃焼室の壁面近くで圧縮されて自着火する現象がノッキングと呼ばれる現象であり、壁面温度が低くなると自着火が抑制されるのでノッキングが発生し難くなると考えられるためである。このことから、冷却水温度を制御可能なエンジンにおいては、ノック回避モード時は、冷却水温度を低めの値に制御してやれば、あるいは、熱効率を改善するために冷却水温度を高めに設定する制御を抑制してやれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。   In general, knocking is considered to be strongly influenced by the wall surface temperature of the combustion chamber. This is because the phenomenon in which the air-fuel mixture is compressed near the wall surface of the combustion chamber and self-ignited is a phenomenon called knocking, and it is considered that knocking is difficult to occur because the self-ignition is suppressed when the wall surface temperature is lowered. . For this reason, in the engine that can control the cooling water temperature, in the knock avoidance mode, if the cooling water temperature is controlled to a lower value, or the cooling water temperature is set to a higher value in order to improve thermal efficiency. If this is suppressed, occurrence of knocking can be avoided.

C−4.第4の変形例:
あるいは、ノック回避モード時は、変速機(トランスミッション)の設定を、減速比が大きくなる方向に切り換えることによって、ノッキングの発生を抑制することとしても良い。以下では、こうした第4の変形例について説明する。
C-4. Fourth modification:
Alternatively, in the knock avoidance mode, the occurrence of knocking may be suppressed by switching the transmission (transmission) setting to a direction in which the reduction ratio is increased. Hereinafter, such a fourth modification will be described.

図12は、エンジン10に変速機100が接続されている様子を概念的に示した説明図である。変速機100は、エンジン10のクランクシャフト43から動力を受け取り、負荷に接続された駆動軸143から出力する。このとき、クランクシャフト43の回転速度は、変速機100の減速比に応じた回転速度に変速されて、駆動軸143から出力される。ここで減速比とは、クランクシャフト43の回転速度を駆動軸143の回転速度で除算した値によって定義されている。尚、図12に示した変速機100は、減速比を連続的に変更可能ないわゆる無断変速機であるが、もちろん、複数の減速比に段階的に変更可能な変速機であっても構わない。   FIG. 12 is an explanatory diagram conceptually showing a state in which the transmission 100 is connected to the engine 10. The transmission 100 receives power from the crankshaft 43 of the engine 10 and outputs it from a drive shaft 143 connected to a load. At this time, the rotational speed of the crankshaft 43 is shifted to a rotational speed corresponding to the reduction ratio of the transmission 100 and output from the drive shaft 143. Here, the reduction ratio is defined by a value obtained by dividing the rotational speed of the crankshaft 43 by the rotational speed of the drive shaft 143. Note that the transmission 100 shown in FIG. 12 is a so-called continuously variable transmission that can continuously change the reduction ratio, but of course, it may be a transmission that can be changed in stages to a plurality of reduction ratios. .

一般に減速比を大きくしてやれば、エンジン10の回転速度は高くなり、回転速度が高くなれば、燃焼室内に空気を吸入するための時間が短くなるので、吸入空気量が減少する。ノッキングは混合気が圧縮されて自着火する現象であるから、吸入空気量が減少すればノッキングは起こり難くなる。従って、こうした第4の変形例のエンジン10では、ノック回避モード時は、変速機100の減速比を大きな値に切り換えることとしてもよい。こうすれば、圧縮比が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノッキングの発生を効果的に抑制することが可能となる。   Generally, if the speed reduction ratio is increased, the rotational speed of the engine 10 is increased, and if the rotational speed is increased, the time for sucking air into the combustion chamber is shortened, so that the intake air amount is reduced. Since knocking is a phenomenon in which the air-fuel mixture is compressed and self-ignited, knocking is less likely to occur if the amount of intake air decreases. Therefore, in the engine 10 of the fourth modified example, the reduction ratio of the transmission 100 may be switched to a large value in the knock avoidance mode. In this way, even when the compression ratio is fixed in a high compression ratio state, it is possible to effectively suppress the occurrence of knocking.

以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上述した実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。例えば、上記実施例では、吸気バルブまたは排気バルブの開閉弁のタイミングを変更・制御したが、吸気バルブや排気バルブの開弁のリフト量を調整して、圧縮比を制御することも可能である。あるいは、開弁や閉弁の速度を制御することも可能である。   Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention. For example, in the above embodiment, the timing of the opening / closing valve of the intake valve or the exhaust valve is changed and controlled. However, it is also possible to control the compression ratio by adjusting the lift amount of the intake valve or the exhaust valve. . Alternatively, the valve opening and closing speeds can be controlled.

圧縮比可変機構を備えた本実施例のエンジンの構成を概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the structure of the engine of the present Example provided with the compression ratio variable mechanism. 本実施例においてエンジンの動作を制御する流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow which controls operation | movement of an engine in a present Example. ROM内に適切な圧縮比がマップの形式で記憶されている様子を概念的に表した説明図である。It is explanatory drawing which represented notably that a suitable compression ratio was memorize | stored in the format of the map in ROM. 冷却水温度に応じて吸気ヒータの通電量が設定されたマップを概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the map in which the energization amount of the intake heater was set according to the cooling water temperature. 運転条件に応じてEGR弁な開度が設定されたマップを概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the map in which the opening degree like an EGR valve was set according to the driving | running condition. クランクシャフトの回転に合わせて吸気バルブと排気バルブとを開弁および閉弁するタイミングを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the timing which opens and closes an intake valve and an exhaust valve according to rotation of a crankshaft. 運転条件に応じて燃料の噴射方式が設定されているマップを概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the map in which the fuel injection system was set according to the driving | running condition. 運転条件に応じて点火時期が設定されているマップを概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the map in which the ignition timing was set according to the driving | running condition. 第1の変形例における吸気バルブの開閉タイミングを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the opening / closing timing of the intake valve in a 1st modification. 積極的に内部EGRを行うためのバルブの動きを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the motion of the valve | bulb for performing internal EGR positively. 冷却水温度を制御するための構成を概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the structure for controlling a cooling water temperature. エンジンに変速機が接続されている様子を概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the mode that the transmission was connected to the engine.

符号の説明Explanation of symbols

10…エンジン
20…シリンダヘッド
21…吸気バルブ
22…排気バルブ
23…吸気ポート
24…排気ポート
26…燃料噴射弁
27…点火プラグ
30…シリンダブロックASSY
31…アッパーブロック
32…ロアブロック
33…アクチュエータ
34…シリンダ
40…メインムービングASSY
41…ピストン
42…コネクティングロッド
43…クランクシャフト
50…吸気通路
51…エアクリーナ
52…スロットルバルブ
53…電動アクチュエータ
54…サージタンク
55…燃料噴射弁
56…吸気ヒータ
57…エアフローセンサ
58…排気通路
61…クランク角センサ
62…アクセル開度センサ
63…圧縮比センサ
64…水温センサ
73…電動アクチュエータ
74…電動アクチュエータ
80…ウォータポンプ
82…ラジエータ
84…冷却通路
86…還流通路
88…バイパス通路
90…切換弁
100…変速機
132…吸気バルブ
134…排気バルブ
143…駆動軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine 20 ... Cylinder head 21 ... Intake valve 22 ... Exhaust valve 23 ... Intake port 24 ... Exhaust port 26 ... Fuel injection valve 27 ... Spark plug 30 ... Cylinder block ASSY
31 ... Upper block 32 ... Lower block 33 ... Actuator 34 ... Cylinder 40 ... Main moving ASSY
DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Piston 42 ... Connecting rod 43 ... Crankshaft 50 ... Intake passage 51 ... Air cleaner 52 ... Throttle valve 53 ... Electric actuator 54 ... Surge tank 55 ... Fuel injection valve 56 ... Intake heater 57 ... Air flow sensor 58 ... Exhaust passage 61 ... Crank Angle sensor 62 ... Accelerator opening sensor 63 ... Compression ratio sensor 64 ... Water temperature sensor 73 ... Electric actuator 74 ... Electric actuator 80 ... Water pump 82 ... Radiator 84 ... Cooling passage 86 ... Reflux passage 88 ... Bypass passage 90 ... Switch valve 100 ... Transmission 132 ... Intake valve 134 ... Exhaust valve 143 ... Drive shaft

Claims (20)

吸気弁から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記吸気弁の開弁特性を変更可能な特性変更機構を備え、該吸気弁を駆動する吸気弁駆動手段と、
前記吸入空気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
該圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる方向に、前記吸気弁の開弁特性を変更する制御を行う特性制御手段と
を備える内燃機関。
An internal combustion engine that outputs power by compressing intake air sucked from an intake valve and combusting it with fuel,
An intake valve driving means for driving the intake valve, comprising a characteristic changing mechanism capable of changing the valve opening characteristic of the intake valve;
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio as an index representing the degree of compression of the intake air at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state;
A high compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
An internal combustion engine comprising: characteristic control means for performing control to change a valve opening characteristic of the intake valve in a direction to lower the temperature of intake air compressed in the combustion chamber when the failure state is detected.
請求項1記載の内燃機関であって、
前記変更可能な開弁特性は、開弁開始時期、開弁完了時期、閉弁開始時期、閉弁完了時期、開弁速度、閉弁速度、開弁時のリフト量のうちの少なくとも一つである内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
The changeable valve opening characteristic is at least one of valve opening start timing, valve opening completion timing, valve closing start timing, valve closing completion timing, valve opening speed, valve closing speed, and lift amount at the time of valve opening. An internal combustion engine.
請求項1記載の内燃機関であって、
前記特性制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記吸入空気の圧縮開始時の燃焼室内容積と、圧縮終了時の燃焼室内容積とによって求めた前記圧縮比たる実圧縮比が小さくなる方向に、前記吸気弁の閉弁特性を変更する制御を行う手段である内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
When the failure state is detected, the characteristic control means has a small actual compression ratio, which is the compression ratio obtained from the combustion chamber volume at the start of compression of the intake air and the combustion chamber volume at the end of compression. An internal combustion engine which is a means for performing control to change the valve closing characteristic of the intake valve in the direction as follows.
請求項1記載の内燃機関であって、
前記特性制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、吸気行程中の圧縮上死点から吸気下死点までの期間で前記吸気弁が閉弁している期間が短くなる方向に、該吸気弁の開弁特性を変更する制御を行う手段である内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
In the direction where the period during which the intake valve is closed in the period from the compression top dead center to the intake bottom dead center during the intake stroke when the failure state is detected, An internal combustion engine which is means for performing control to change the valve opening characteristic of the intake valve.
請求項1記載の内燃機関であって、
前記燃焼によって生じた燃焼ガスを前記燃焼室から排出するための排気弁と、
該排気弁の開弁特性を変更可能な特性変更機構を備え、該排気弁を駆動する排気弁駆動手段と
を備え、
前記特性制御手段は、前記吸気弁の開弁特性の前記制御に加えて、または前記吸気弁の開弁特性の前記制御に代えて、前記燃焼室内に残留する前記燃焼ガスが減少する方向に、前記排気弁の開弁特性を変更する制御を行う手段である
内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
An exhaust valve for discharging combustion gas generated by the combustion from the combustion chamber;
A characteristic changing mechanism capable of changing a valve opening characteristic of the exhaust valve, and an exhaust valve driving means for driving the exhaust valve,
In addition to the control of the valve opening characteristic of the intake valve, or in place of the control of the valve opening characteristic of the intake valve, the characteristic control means is configured to reduce the combustion gas remaining in the combustion chamber. An internal combustion engine which is means for performing control to change the valve opening characteristic of the exhaust valve.
請求項5記載の内燃機関であって、
前記特性制御手段は、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁している期間が減少するように、該吸気弁および該排気弁の少なくともいずれかの開弁特性を変更する制御を行う手段である内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 5,
The characteristic control means is a means for performing control to change a valve opening characteristic of at least one of the intake valve and the exhaust valve so that a period during which the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened decreases. Is an internal combustion engine.
請求項5記載の内燃機関であって、
前記内燃機関の吸気行程中に前記排気弁を駆動するか、あるいは排気行程中に前記吸気弁を駆動するかの少なくとも一方の動作を行うことによって、前記燃焼ガスを前記燃焼室内に残留させる燃焼ガス残留手段を備え、
前記特性制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼ガス残留手段の動作を抑制する手段である内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 5,
Combustion gas that causes the combustion gas to remain in the combustion chamber by performing at least one of the operation of driving the exhaust valve during the intake stroke of the internal combustion engine or driving the intake valve during the exhaust stroke. With residual means,
The internal combustion engine, wherein the characteristic control means is means for suppressing the operation of the combustion gas remaining means when the failure state is detected.
吸気弁を介して吸気通路から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記吸入空気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路から吸い込む吸入空気の温度を低下する所定の制御を行う制御手段と
を備える内燃機関。
An internal combustion engine that outputs power by compressing intake air sucked from an intake passage via an intake valve in a combustion chamber and burning it together with fuel,
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio as an index representing the degree of compression of the intake air at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state;
High compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
An internal combustion engine comprising: control means for performing predetermined control for reducing the temperature of the intake air sucked from the intake passage when the failure state is detected.
請求項8記載の内燃機関であって、
前記燃焼によって生じた燃焼ガスを排出するための排気通路と、
前記排気通路から排出される燃焼ガスの一部を前記吸気通路内に還流させる燃焼ガス還流手段と
を備え、
前記制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路内に還流される燃焼ガスの還流量を抑制する手段である内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 8,
An exhaust passage for discharging combustion gas generated by the combustion;
Combustion gas recirculation means for recirculating a part of the combustion gas discharged from the exhaust passage into the intake passage;
The control means is an internal combustion engine which is means for suppressing a recirculation amount of the combustion gas recirculated into the intake passage when the failure state is detected.
請求項8記載の内燃機関であって、
前記吸気通路内で前記吸入空気を加熱する吸気加熱手段を備え、
前記制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記吸入空気の加熱を抑制する手段である内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 8,
An intake air heating means for heating the intake air in the intake passage;
The internal combustion engine, wherein the control means is means for suppressing heating of the intake air when the failure state is detected.
請求項8記載の内燃機関であって、
前記吸気通路内に燃料を噴射する第1の燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に燃料を噴射する第2の燃料噴射弁と、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
前記検出した運転条件に応じて、前記第1の燃料噴射弁および前記第2の燃料噴射弁を駆動する燃料噴射弁駆動手段と
を備え、
前記制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記第1の燃料噴射弁に対する前記第2の燃料噴射弁の駆動割合を増加させる手段である内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 8,
A first fuel injection valve for injecting fuel into the intake passage;
A second fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber;
An operating condition detecting means for detecting an operating condition of the internal combustion engine;
Fuel injection valve driving means for driving the first fuel injection valve and the second fuel injection valve in accordance with the detected operating condition;
The control means is an internal combustion engine which is means for increasing a drive ratio of the second fuel injection valve to the first fuel injection valve when the failure state is detected.
燃焼室内で空気および燃料による混合気を圧縮し、該圧縮した混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記混合気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室の壁面温度を低下させる燃焼室温度低下手段と
を備える内燃機関。
An internal combustion engine that outputs power by compressing a mixture of air and fuel in a combustion chamber and burning the compressed mixture.
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio as an index representing the degree of compression of the air-fuel mixture at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state;
High compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
An internal combustion engine comprising: combustion chamber temperature lowering means for lowering a wall surface temperature of the combustion chamber when the failure state is detected.
請求項12記載の内燃機関であって、
前記燃焼室に供給される冷却水の温度を設定する冷却水温度設定手段を備え、
前記燃焼室温度低下手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記冷却水温度の設定を低下させる手段である内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 12,
A cooling water temperature setting means for setting the temperature of the cooling water supplied to the combustion chamber;
The combustion chamber temperature lowering means is an internal combustion engine that is a means for lowering the setting of the cooling water temperature when the failure state is detected.
請求項12記載の内燃機関であって、
前記燃焼室に供給される冷却水の温度を設定する冷却水温度設定手段と、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
前記検出した運転条件が所定の運転条件にある場合には、前記冷却水温度の設定を高く設定して前記内燃機関を制御する高水温制御を行う高水温制御手段と
を備え、
前記燃焼室温度低下手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記高水温制御を抑制する手段である内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 12,
Cooling water temperature setting means for setting the temperature of the cooling water supplied to the combustion chamber;
An operating condition detecting means for detecting an operating condition of the internal combustion engine;
A high water temperature control means for performing a high water temperature control for controlling the internal combustion engine by setting the setting of the cooling water temperature high when the detected operation condition is a predetermined operation condition;
The combustion chamber temperature lowering means is an internal combustion engine which is means for suppressing the high water temperature control when the failure state is detected.
燃焼室内で空気および燃料による混合気を圧縮し、該混合気を燃焼させたときに発生する動力を、出力軸から出力する内燃機関であって、
前記内燃機関が出力する動力を、前記出力軸の回転速度を所定の比率で減速しながら、該内燃機関の負荷を駆動する駆動軸に伝達する動力伝達手段と、
前記混合気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、
前記故障状態が検出された場合には、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率たる減速比が大きくなる方向に、前記動力伝達手段の動作を制御する減速比制御手段と
を備える内燃機関。
An internal combustion engine that compresses a mixture of air and fuel in a combustion chamber and outputs power generated when the mixture is combusted from an output shaft,
Power transmission means for transmitting the power output from the internal combustion engine to a drive shaft that drives the load of the internal combustion engine while reducing the rotational speed of the output shaft at a predetermined ratio;
A compression ratio changing mechanism capable of changing a compression ratio as an index representing the degree of compression of the air-fuel mixture at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state;
High compression ratio fixation detecting means for detecting a failure state where the compression ratio changing mechanism is fixed in the high compression ratio state;
An internal combustion engine comprising: a reduction ratio control means for controlling the operation of the power transmission means in a direction in which a reduction ratio as a ratio of a rotation speed of the output shaft to the drive shaft is increased when the failure state is detected. .
吸気弁を介して燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる方向に、前記吸気弁の開弁特性を変更する
内燃機関の制御方法。
An internal combustion engine capable of changing the compression ratio representing the degree of compression of the intake air sucked into the combustion chamber via the intake valve into at least a high compression ratio state and a low compression ratio state, and compressing the intake air and burning it together with fuel An engine control method,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
A control method for an internal combustion engine, wherein when the failure state is detected, the valve opening characteristic of the intake valve is changed in a direction to lower the temperature of intake air compressed in the combustion chamber.
請求項16記載の内燃機関の制御方法であって、
前記故障状態が検出された場合には、前記吸気弁の開弁特性の変更に加えて、または前記吸気弁の開弁特性の変更に代えて、前記燃焼された燃焼ガスを排気する排気弁の開弁特性を変更する
内燃機関の制御方法。
A control method for an internal combustion engine according to claim 16,
When the failure state is detected, in addition to the change in the valve opening characteristic of the intake valve or in place of the change in the valve opening characteristic of the intake valve, an exhaust valve that exhausts the burned combustion gas A method of controlling an internal combustion engine that changes valve opening characteristics.
燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路から吸い込む吸入空気の温度が低下する所定の制御を行う
内燃機関の制御方法。
In a control method for an internal combustion engine, the compression ratio representing the degree of compression of intake air sucked into the combustion chamber can be changed at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state, and the intake air is compressed and burned together with fuel. There,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
A control method for an internal combustion engine that performs a predetermined control in which a temperature of intake air sucked from the intake passage is lowered when the failure state is detected.
燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室の壁面温度を低下させる制御を行う
内燃機関の制御方法。
In a control method for an internal combustion engine, the compression ratio representing the degree of compression of intake air sucked into the combustion chamber can be changed at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state, and the intake air is compressed and burned together with fuel. There,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
A control method for an internal combustion engine that performs control to lower a wall surface temperature of the combustion chamber when the failure state is detected.
燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させ、燃焼により発生する動力を動力軸から出力する内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、
前記内燃機関が出力する動力を、前記出力軸の回転速度を所定の比率で減速しながら、該内燃機関の負荷を駆動する駆動軸に伝達すると共に、
前記故障状態が検出された場合には、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率たる減速比が大きくなる方向に制御する
内燃機関の制御方法。
The compression ratio representing the degree of compression of the intake air sucked into the combustion chamber can be changed at least between a high compression ratio state and a low compression ratio state, and the intake air is compressed and combusted with fuel, and the power generated by the combustion Is a control method for an internal combustion engine that outputs power from a power shaft,
Detecting that the compression ratio is a failure state that cannot be switched from the high compression ratio state,
While transmitting the power output from the internal combustion engine to the drive shaft that drives the load of the internal combustion engine while reducing the rotational speed of the output shaft at a predetermined ratio,
A control method for an internal combustion engine, wherein when the failure state is detected, control is performed in a direction in which a reduction ratio, which is a ratio of a rotational speed of the output shaft to the drive shaft, increases.
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