JP2005147105A - 可変圧縮比内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速時の態様に応じて高圧縮比化の開始や燃料リカバリ回転速度Ｎｂを変更し、燃費の一層の向上を図る。
【解決手段】内燃機関は圧縮比可変機構を有し、回転速度および負荷をパラメータとする圧縮比マップから目標圧縮比が設定されるが、減速時に、すぐに高圧縮比化すると、再加速されたときなどに圧縮比可変用のアクチュエータが頻繁に動き、燃費が悪化する。本発明では、減速時に高圧縮比化開始までに適宜な遅れ時間ΔＴを与える。そして、ブレーキペダル踏込量θｂが所定値θｂ１よりも大きいときには、アクチュエータに作用する慣性荷重が大きく、アクチュエータを駆動するエネルギが大となるので、遅れ時間ΔＴを最大として、圧縮比εを一定に保持する。
【選択図】図３

Description

この発明は、圧縮比を可変制御できるレシプロ式可変圧縮比内燃機関の制御装置、特に自動車用可変圧縮比内燃機関の制御装置に関する。

レシプロ式内燃機関の熱効率つまり燃費を向上するとともに、ノッキング等の異常燃焼を回避するために、機関運転条件に応じて最適な圧縮比に可変制御し得る可変圧縮比内燃機関が、例えば特許文献１に開示されている。このような可変圧縮比内燃機関の制御装置においては、機関の回転速度および負荷をパラメータとして予め最適な圧縮比を割り付けた圧縮比マップを備え、この圧縮比マップから読み出した目標圧縮比となるように、可変圧縮比機構のアクチュエータが制御されることになる。

一般に部分負荷時には、熱効率向上のために高圧縮比に制御され、高負荷時には、ノッキング回避のために低圧縮比に制御される。
特開２００２−２８５８７６号公報

しかしながら、上記のように単純に負荷に応じて圧縮比を制御すると、例えばエンジン回転速度が高い状態からの急減速の際に、高圧縮比化するように可変動弁機構のアクチュエータが動作するが、急減速によって主運動系部品に作用する大きな慣性力に起因して、可変動弁機構を駆動制御するに必要なアクチュエータの消費エネルギが増大する。そのため、燃費が悪化するという問題がある。

また、減速時に、いわゆる燃料カットを実行して惰性で走行することにより燃料消費を削減しようとする場合に、直ちに高圧縮比化されてしまうと、圧縮圧力が上昇して冷却損失が増大し、かつピストンリングからの圧縮空気漏れによりポンピングロスが増大する。そして、これらの損失の増大により、必要以上にエンジンブレーキ作用が発生してしまい、エンジン回転速度の低下が早まって惰性走行できる距離が短くなるため、燃料カットによる燃費向上が十分に図れないという問題がある。

そこで、この発明は、エンジン負荷だけではなく、ブレーキペダルやアクセルペダルの踏込量、車両の変速機のギヤ比、燃料カットの有無、減速開始時の設定圧縮比、目標圧縮比などの減速運転時の運転状態を判断し、高圧縮比化制御を適切に行うようにしたものである。

すなわち、この発明に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置は、圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、機関運転条件に応じた圧縮比に制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置であって、車両のアクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、車両のブレーキペダル踏込量を検出するブレーキペダル踏込量検出手段と、これらのアクセルペダル開度、ブレーキペダル踏込量もしくは他のパラメータに基づいて減速運転であることを判定する減速判定手段と、を備え、減速運転時に、上記アクセルペダル開度検出手段およびブレーキペダル踏込量検出手段の検出信号を含む運転状態に基づいて、目標圧縮比の変化態様を補正することを特徴としている。

この発明によれば、エンジン負荷だけではなく、ブレーキペダルやアクセルペダルの踏込量、車両の変速機のギヤ比、燃料カットの有無、減速開始時の設定圧縮比、目標圧縮比などの減速運転時の運転状態を考慮して目標空燃比の変化態様を補正することにより、圧縮比可変制御のためのアクチュエータの駆動に要するエネルギを低減することができ、かつ燃料カットで走行可能な距離が長くなるので、燃費の向上を達成できる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構１０１の一例を示す構成説明図であり、前述した特許文献１等により公知となっている複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構を示している。なお、この図は、ピストン−クランク機構のリンク構成を主に示しており、従って、各部材の寸法比等は一部誇張して描かれている。

この可変圧縮比機構１０１は、ピストン３にピストンピン４を介して一端が連結されたアッパリンク５と、このアッパリンク５の他端に第１連結ピン１０を介して揺動可能に連結されるとともに、クランクシャフト１のクランクピン１１に揺動可能に連結されたロアリンク２と、一端が上記ロアリンク２に第２連結ピン９を介して連結されるとともに、他端が内燃機関本体（例えばシリンダブロック）に揺動可能に連結されて、ロアリンク２の自由度を規制するコントロールリンク６と、を備えている。上記ピストン３は、図示せぬシリンダ内を上下に摺動し、燃焼室を画成している。上記コントロールリンク６の他端は、詳しくは、シリンダブロック（図示せず）下部に配置したコントロールシャフト７の偏心カム８に揺動可能に支持されており、上記偏心カム８の回動位置によってコントロールリンク６下端の揺動支点位置が変化し、これに伴ってピストン３の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する構成となっている。なお、上記クランクシャフト１は、図の時計回り方向に回転する。

上記ロアリンク２は、例えば、クランクピン１１の中心を通る平面に沿って２つの部品に２分割され、図示せぬボルトによって組み立てられている。なお、図中の太い実線は、いわゆるスケルトン図として各リンクを示したものである。

上記コントロールシャフト７は、図２に示すようにギヤ機構２１を介して、電動モータからなるアクチュエータ２２によって回転方向に駆動される構成となっており、その回転位置は、エンジンコントロールユニット２３によって制御される。このエンジンコントロールユニット２３には、エンジン回転数や負荷を示す信号が入力されているほか、図示せぬ車両変速機のギヤ位置を示す信号が入力され、さらに、車両のアクセルペダル開度（踏込量）を検出するアクセルペダル開度センサ２４と、車両のブレーキペダル踏込量を検出するブレーキペダル踏込量センサ２５と、の検出信号がそれぞれ入力されている。

上記可変圧縮比機構による内燃機関の目標圧縮比は、基本的には機関の運転条件に応じて制御され、機関の回転速度と負荷とをパラメータとして最適な目標圧縮比を割り付けた圧縮比マップ２６に基づいて、そのときの回転速度と負荷とに対応する目標圧縮比が設定される。そして、減速時には、そのときの種々の運転状態に最適となるように、目標圧縮比の変化態様が補正される。

以下、この減速時の処理の基本的な考え方を、図３〜図９のタイムチャートとともに説明する。なお、図３〜図９において、θａはアクセルペダル開度、θｂはブレーキペダル踏込量、εは圧縮比、Ｎはエンジン回転速度である。

（１）負荷に応じて圧縮比が可変に制御される従来の圧縮比制御では、減速開始後すぐに再加速される場合に、高圧縮比化開始直後に再度低圧縮比化指示が出されることになり、アクチュエータ２２は、高圧縮比化方向の回転を停止した後、直ちに低圧縮比化方向に逆回転を開始する必要がある。そのため、再加速の際に、目標圧縮比まで圧縮比が低下するのに時間遅れが発生して過渡的にノッキングに至る可能性がある。また、高負荷状態からの減速開始直後は、燃焼室は高壁温となっているため、壁温が低下するまで高圧縮比化開始を遅らせて低圧縮比状態のまま保持することで、再加速時のノッキングを回避することが可能になる。但し、減速度の大きさ、減速開始時の設定圧縮比、減速後の目標圧縮比に応じた減速時の圧縮比制御が行わないと、頻繁に圧縮比可変操作が発生し、圧縮比可変に要するエネルギが増大して燃費が悪化してしまう。そこで、減速時の運転状態を判定し、運転状態に応じて最適な圧縮比制御を行うことが必要である。

（２）急減速時は、クランクシャフト１の回転の急減により発生するクランクシャフト１と連結された主運動系部品への過大な慣性荷重が作用するため、コントロールリンク６から荷重を受けるコントロールシャフト７を回転させるには、大きな駆動トルクが必要である。つまり圧縮比可変を行うアクチュエータ２２に要求される駆動トルクは、急減速時には瞬間的に増大する。そのため、図３に示すように、ブレーキ踏込量θｂが所定値θｂ１よりも大きく、所定レベル以上の急減速であると判断された場合には、圧縮比可変操作を停止し、圧縮比εを一定に保つ。これにより、圧縮比可変に要するエネルギが増大することを避けてアクチュエータ２２に過剰な負荷が掛かることを回避することができる。ブレーキ踏込量θｂが所定値θｂ１より小さな緩減速であれば、所定の遅れ時間ΔＴ経過後に圧縮比上昇を始めるか、または圧縮比上昇速度を小さくする制御を行う。

（３）減速時にアクセルペダルおよびブレーキペダルの両方とも踏込が無い状態では、エンジンブレーキを利かせて減速することは要求されておらず、燃料カットが行われているときには、可能なかぎり長い距離を燃料カットの状態で慣性走行を続けることが燃料消費削減に有効である。そこで、低圧縮比期間を長期化して圧縮行程における圧縮圧力を低い状態に保ち、冷却損失ならびにピストンリングからのガス漏れによるポンプ損失が増大しないようにする。具体的には、図４に示すように、ブレーキペダル踏込量θｂが小さいほど、高圧縮比化開始までの遅れ時間ΔＴを大きく与える。これにより、過大なエンジンブレーキが働かないようにしてエンジン回転の低下速度を遅くすることができ、燃料カットが行われる慣性走行距離を伸ばすことで燃費を向上することが可能になる。

（４）遅れ時間ΔＴを長期化する代わりに高圧縮比化を緩慢にすることでも上記（３）と同様の効果が得られる。つまり、図５に示すように、減速時にアクセルペダルおよびブレーキペダルの両方とも踏込が無い状態では、高圧縮比化速度を小さくすることで低圧縮比期間を長期化し、燃料カットが行われる慣性走行距離を伸ばして燃費を向上させる。

（５）高圧縮比化開始前に燃料カットが終了する場合、減速開始時の圧縮比ε０が高圧縮比であるほど高圧縮比時の燃焼安定性の良さを利用してより低回転側まで燃料カットを行うことができ燃費を向上することができる。つまり図６に示すように、燃料噴射が再開される燃料リカバリ回転速度Ｎｂは、減速開始時の圧縮比ε０が高いほど低く設定される。

（６）上記の（５）と同様に、高圧縮比化開始後も燃料カットが継続する場合、燃焼再開時の圧縮比が高いほど燃焼安定性・着火性が向上し、熱効率向上によってトルクが向上するため、図７に示すように、目標圧縮比ε１が大きいほどより低回転側まで燃料カットを行うことが可能となり、燃費を向上することができる。

（７）減速時にアクセルペダルの踏込が無くかつブレーキペダルの踏込が小さく、かつ燃料カットが行われるときは、図８に示すように、変速機のギヤ比が大きいほど、減速度が小さくなるように遅れ時間ΔＴを長期化して低圧縮比状態にある時間を長くすることで、ポンピングロスを低減することが可能である。

（８）遅れ時間ΔＴを長期化する代わりに、図９に示すように、変速機のギヤ比が大きいほど高圧縮比化速度を小さくすることでも、上記の（７）と同様の効果が得られる。

図１０のフローチャートは、減速時の圧縮比制御の具体的な処理の流れを示したもので、まずステップ１で、減速開始時の圧縮比ε０、エンジン回転速度Ｎ０、アクセルペダル開度θａ０、ブレーキペダル踏込量θｂ０をそれぞれ読み込む。ステップ２で、アクセルペダル開度θａ０が０よりも大きいか判定する。０よりも大きい場合は、定常状態ないしは加速状態であるので、ステップ３へ進み、加速・定常時の圧縮比制御とする。アクセルペダル開度θａ０が０である場合は、ステップ４へ進み、目標圧縮比ε１、遅れ時間ΔＴ、燃料カットの下限回転数つまり燃料リカバリ回転速度Ｎｂ、をそれぞれ算出する。

次に、ステップ５では、減速開始時の圧縮比ε０が大であるか否か判定し、圧縮比ε０が大であれば、ステップ６へ進んで、燃料リカバリ回転速度Ｎｂを低速側へ補正する。同様に、ステップ７では、目標圧縮比ε１が大であるか否か判定し、目標圧縮比ε１が大であれば、ステップ８へ進んで、燃料リカバリ回転速度Ｎｂを低速側へ補正する。また、ステップ９では、変速機のギヤ比が大であるか否か判定し、ギヤ比が大であれば、ステップ１０へ進んで、燃料リカバリ回転速度Ｎｂを低速側へ補正するとともに、遅れ時間ΔＴを長くなるように補正する。

次に、ステップ１１で、ブレーキペダル踏込量θｂ０の大小から急減速であるか緩減速であるかを判別し、急減速であれば、ステップ１２へ進んで遅れ時間ΔＴを最大とする。従って、この遅れ時間ΔＴの間は、圧縮比εは一定となる。緩減速であれば、ステップ１３へ進んで、ブレーキペダル踏込量θｂ０が小さいほど遅れ時間ΔＴを長く設定する。

また、ステップ１４で、エンジン回転速度Ｎ０が燃料リカバリ回転速度Ｎｂより高いか判定し、燃料リカバリ回転速度Ｎｂよりも高ければ、ステップ１５で燃料カットを実行し、燃料リカバリ回転速度Ｎｂ以下であれば、ステップ１６で燃料噴射を行う。

そして、ステップ１７で、遅れ時間ΔＴが経過したかの判定を行い、遅れ時間ΔＴが経過した段階で、ステップ１８へ進んで、アクチュエータ２２の駆動を開始する。つまり、目標圧縮比ε１へ向かう圧縮比制御を開始する。

この発明に適用される可変圧縮比機構の一例を示す構成説明図。 この発明に係る制御装置のシステム構成を示す説明図。 請求項２の内容を説明するタイムチャート。 請求項３の内容を説明するタイムチャート。 請求項４の内容を説明するタイムチャート。 請求項５の内容を説明するタイムチャート。 請求項６の内容を説明するタイムチャート。 請求項７の内容を説明するタイムチャート。 請求項８の内容を説明するタイムチャート。 この発明に係る減速時の圧縮比制御を示すフローチャート。

符号の説明

１…クランクシャフト
２…ロアリンク
３…ピストン
５…アッパリンク
６…コントロールリンク
７…コントロールシャフト
２２…アクチュエータ
２３…エンジンコントロールユニット
２４…アクセルペダル開度センサ
２５…ブレーキペダル踏込量センサ

Claims (8)

1. 圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、機関運転条件に応じた圧縮比に制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
   車両のアクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、
   車両のブレーキペダル踏込量を検出するブレーキペダル踏込量検出手段と、
   これらのアクセルペダル開度、ブレーキペダル踏込量もしくは他のパラメータに基づいて減速運転であることを判定する減速判定手段と、
   を備え、減速運転時に、上記アクセルペダル開度検出手段およびブレーキペダル踏込量検出手段の検出信号を含む運転状態に基づいて、目標圧縮比の変化態様を補正することを特徴とする可変圧縮比内燃機関の制御装置。
2. 上記アクセルペダル開度が０でかつブレーキペダル踏込量（θｂ）が所定量（θｂ１）よりも大きい間は、高圧縮比化を行わないことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
3. アクセルペダル開度が０のときに、減速判定後から高圧縮比化開始までの期間ΔＴは、
   ブレーキペダル踏込量が小の場合の期間ΔＴの方が、ブレーキペダル踏込量が大の場合の期間ΔＴよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
4. アクセルペダル開度が０のときに、減速に伴う高圧縮比化速度は、
   ブレーキペダル踏込量が小の場合の高圧縮比化速度の方が、ブレーキペダル踏込量が大の場合の高圧縮比化速度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
5. アクセルペダル開度が０でかつブレーキペダル踏込量が小ないしは０で、かつ燃料カットが行われる場合に、減速開始時点の圧縮比ε０が高いほど燃料リカバリ回転速度Ｎｂを低く設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
6. アクセルペダル開度が０でかつブレーキペダル踏込量が小ないしは０で、かつ燃料カットが行われる場合に、減速判定後に設定される目標圧縮比ε１が高いほど燃料リカバリ回転速度Ｎｂを低く設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
7. アクセルペダル開度が０でかつブレーキペダル踏込量が小ないしは０で、かつ燃料カットが行われる場合に、車両の変速機のギヤ比が大きいほど、減速判定後から高圧縮比化開始までの期間ΔＴを長くすることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
8. アクセルペダル開度が０でかつブレーキペダル踏込量が小ないしは０で、かつ燃料カットが行われる場合に、車両の変速機のギヤ比が大きいほど、圧縮比上昇速度を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
   

Images