JP2008115831A - レシプロ式内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストン作動状態とピストン停止状態との切換をトルク変動を招くことなく良好に行う。
【解決手段】 ピストン１２とクランクピン２２とを連係するリンク２３，２４の一つに連結された制御リンク２５のリンク支持部２６の位置をアクチュエータ２７により駆動制御することでピストンモーションを変更可能である。クランク角に応じてピストン１２が往復移動するピストン作動状態と、クランク角と同期してリンク支持部２６を往復移動させることでピストン１２を停止状態に維持するピストン停止状態と、の切換要求時には、その切換モードとクランク角とに基づいて、切換開始時期を設定する。例えば、切換期間を排気行程と一致させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シリンダ内を往復動するピストンのピストンモーションを変更可能なレシプロ式内燃機関の制御に関する。

特許文献１には、ピストンモーションを変更可能なレシプロ式内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の一例が開示されている。この機構では、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとが複数のリンクにより連係され、これら複数のリンクの一つに連結された制御リンクのリンク支持部がガイド部材に摺動自在に支持されている。このガイド部材はシリンダブロックに揺動可能に支持されており、このガイド部材の固定位置を変化させることで、クランク角に応じてピストンが往復移動するピストン作動状態と、クランク角にかかわらずピストンが停止状態に保持されるピストン停止状態と、を切り換えることが可能である。
特開２００５−１４０１０８号公報

このようにピストン作動状態とピストン停止状態とを切換可能な複リンク式ピストン−クランク機構では、その切換開始から切換終了までの切換中すなわち切換過渡期に、ピストンやリンク支持部の位置・速度によっては、ピストンの位置や速度が不用意に急変してトルク変動を生じ、車両の搭乗者に違和感を与える懸念がある。また、切換・移行時間が長くなると、例えばピストン停止状態への切換が遅れることによって、ピストン停止による燃費向上効果が目減りするといった課題を生じる。上記の特許文献１では、このような切換過渡期における課題や具体的な制御手法については記載されていない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、複リンク式ピストン−クランク機構を利用してピストン停止状態を実現可能なレシプロ式内燃機関で、ピストン作動状態とピストン停止状態との切換をトルク変動を招くことなく迅速・良好に行うことを主たる目的としている。

ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクの一つに制御リンクが連結された複リンク式ピストン−クランク機構を有し、上記制御リンクのリンク支持部の位置をアクチュエータにより駆動制御することによってピストンモーションを機関運転状態に応じて変更可能である。そして本発明は、クランク角に応じてピストンが往復移動するピストン作動状態と、クランク角と同期してリンク支持部を往復移動させることによって、クランク角にかかわらずピストンを停止状態に維持するピストン停止状態と、の切換要求の有無を判定し、切換要求時には、その切換モードとクランク角とに基づいて、切換開始時期を設定することを特徴としている。

本発明によれば、リンク支持部の位置を駆動制御することによって、ピストンモーションの変化を伴って機関圧縮比や排気量を機関運転状態に応じて変更可能な複リンク式ピストン−クランク機構を利用して、ピストン停止状態を実現することができ、かつ、ピストン作動状態とピストン停止状態との切換をトルク変動を招くことなく迅速・良好に行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２を参照して、この内燃機関（エンジン）は、膨張・排気・吸気・圧縮の４行程を１サイクルとする４サイクル・火花点火式の４気筒レシプロ式内燃機関である。シリンダブロック１０には、機関出力軸としてのクランクシャフト１１が回転可能に支持されているとともに、ピストン１２が往復動可能に嵌合する複数、例えば４つの＃１〜＃４シリンダ（気筒）１３が形成されている。このシリンダブロック１０の上部に固定されるシリンダヘッド１４には、ピストン１２の冠面との間にペントルーフ型の燃焼室１５が形成されるとともに、吸気通路（吸気ポート）１６を開閉する吸気バルブ１７と、排気通路（排気ポート）１８を開閉する排気バルブ１９とが設けられ、かつ、燃焼室１５内の混合気を火花点火する点火プラグ２０が設けられる。

また、吸気通路１６には、制御部４０からの制御信号に応じて開度を調整・制御可能な電制のスロットル弁４１が設けられるとともに、このスロットル弁４１よりも上流側に吸気量（吸入空気量）を検出するエアフロメータ４２が設けられ、かつ、吸気ポートへ燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）４３が設けられている。機関運転状態を検出するセンサ類として、運転者によるアクセル操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４４，クランクシャフト１１の回転角つまりクランク角（ＣＡ）を検出するクランク角センサ４５，カムシャフトの回転角を検出するカム角センサ４７，機関水温を検出する水温センサ４６，車速を検出する車速センサ５０及び上記のエアフロメータ４２等が設けられ、上記のクランク角センサ４５とカム角センサ４７の検出信号との組合せで気筒判別やエンジン回転数の検出が行われる。

制御部４０は、各種制御処理を記憶・実行する機能を有するデジタルコンピュータシステムであり、上記センサ類からの検出信号の他、スタータスイッチ４８からの機関始動信号等に基づいて、スロットル弁４１，インジェクタ４３，点火プラグ２０，機関始動時にクランクシャフト１１を回転駆動すなわちクランキングするスタータ４９の他、後述するように各気筒毎に設けられる複リンク式ピストン−クランク機構２１の複数（この実施例では４つ）のアクチュエータ２７等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。

図２に示すように、複リンク式ピストン−クランク機構２１は、各ピストン１２とクランクシャフト１１のクランクピン２２とを複数のリンク２３，２４により連係し、これら複数のリンク２３，２４の一つに連結された制御リンク２５のリンク支持部２６の位置をアクチュエータ２７により変更することによって、ピストン１２のピストンモーション（ＰＭ）を変更可能なものである。より具体的には、複リンク式ピストン−クランク機構２１は、クランクピン２２に回転可能に取り付けられるロアリンク２３と、このロアリンク２３とピストン１２とを連結するアッパリンク２４と、一端がロアリンク２３に回転可能に連結される制御リンク２５と、を有し、この制御リンク２５の他端に上記のリンク支持部２６が設けられる。ピストン１２とアッパリンク２４の上端とはピストンピン２８により連結されており、アッパリンク２４の下端とロアリンク２３とは第１連結ピン２９により連結されており、ロアリンク２３と制御リンク２５の一端とは第２連結ピン３０により連結されている。ロアリンク２３は、機構的には、第１連結ピン２９と第２連結ピン３０を結ぶ第１アーム３１と、第１連結ピン２９とクランクピン２２とを結ぶ第２アーム３２と、第２連結ピン３０とクランクピン２２とを結ぶ第３アーム３３と、を有している。上記アクチュエータ２７は、この例では各気筒１３毎にそれぞれ設けられている。

アクチュエータ２７には電気制御されるリニアモータ（線形誘導電動機）を利用したリニアアクチュエータを用いるのが良い。このリニアアクチュエータ２７は、例えばシリンダブロック１０の内面に固定される直線状の固定子としてのガイドレール３４と、このガイドレール３４に往復直線移動可能に支持されて、このガイドレール３４上をシリンダ軸方向に平行な直線方向Ｌ１に沿って走行する可動子としてのリンク支持部２６と、にそれぞれ電機子と界磁とが設けられ、リンク支持部２６には誘導電流等を供給するためのケーブル３５が接続されている。このようなリニアアクチュエータ２７により運転条件や回転数に応じてピストンモーションを素早く正確に変更することが可能となり、エンジンの高速回転時においてもリンク支持部２６を正確に動作させることができ、容易に高速化及び高精度化が実現できる上、リンク支持部２６の摩擦を低減することができる。なお、各気筒毎にリンク支持部２６をクランク角に応じて周知のフィードバック制御等により正確に制御するために、好ましくはリンク支持部２６の位置を検出する位置センサ５１が設けられている。

但し、このようなリニアアクチュエータ２７に代えて、油圧を制御する電磁弁と、油圧で作動する油圧ピストンと、で構成される油圧アクチュエータを適用しても良い。このような電磁弁により油圧を制御して油圧ピストンによりリンク支持部を直動させる油圧アクチュエータを用いることで、低コスト化を図ることができるとともに、大きなトルクでの動作を安定して行うことが可能となる。

また、アクチェエータとして磁気粘性流体を利用する構造としても良い。つまり、リンク支持部２６の動作方向の速度を抑えるように磁気粘性流体を連結し、リンク支持部２６に加わる力でリンク支持部２６のモーションを変化させる。運転条件により電磁石に流す電流値を変化させて、その粘性を変化させることで、ピストンモーションを切り替えることが可能である。この場合、機構が単純であり低コスト化を図ることができる。

図３は、クランク角に対するリンク支持部２６の一設定例を示し、図４はこの設定例でのクランク角に対するピストン１２の位置すなわちピストンモーションを示している。図中、破線Ｈ１は中〜高負荷域での設定を示し、実線Ｈ２は低〜中負荷域での設定を示している。

中〜高負荷域では、破線Ｈ１に示すように、リンク支持部２６を所定位置に保持することによって、ピストンモーションを音振性能に優れた単振動つまり正弦波に近い特性としている。一方、低〜中負荷域では、実線Ｈ２に示すように、リンク支持部２６を各サイクル中の吸気行程から膨張行程にかけての所定の作動期間だけ、リンク支持部２６を往復移動させることによって、中〜高負荷域での設定Ｈ１に比して、圧縮上死点を高くして機関圧縮比を向上し、熱効率を向上することができる。

図５は、本実施例に係るクランク角に対するリンク支持部２６の設定を示し、図６はこの設定でのクランク角に対するピストン１２の位置すなわちピストンモーションを示している。なお、図６に破線Ｈ４で示すように、リンク支持部２６を所定位置に保持・固定すると、ピストンモーションが例えば音振性能に優れた単振動すなわち正弦波に近い特性となり、かつ、シリンダ軸方向について、その保持位置を下限位置へ向けて（シリンダ下方へ）下げるほどピストンモーションの位置が全体的に高くなり、上限位置へ向けて上げるほどピストンモーションの位置が全体的に低くなるように設定されている。

そして、図５及び図６に実線Ｈ３で示すように、ピストン停止状態では、クランク角に同期してリンク支持部２６を往復移動させることによって、クランク角にかかわらずピストン１２を所定位置に停止した状態に維持するように設定されている。このピストン停止状態におけるリンク支持部２６の動作は、リンク支持部２６を所定位置に保持したときのピストンモーションと同様、クランクシャフトが一回転（３６０°ＣＡ）する毎に一往復移動する正弦波つまり単振動に近い特性とされている。

図７は、クランク角に応じてピストン１２がシリンダ内を往復移動するピストン作動状態と、上述したピストン停止状態と、が切り換えられる車両運転状態の一例として、車両減速・加速時のタイムチャートを示している。同図に示すように、アクセル開度が０で燃料カットを伴う減速回生時であって、かつ、エンジンフリクション低減の要望があるような場合には、ピストン作動状態からピストン停止状態への切換、すなわちピストン停止状態への移行が行われる（Ｐ１）。また、このようなピストン停止状態で、アクセル操作がなされてアクセル開度が増加すると、ピストン停止状態からピストン作動状態への切換、すなわちピストン作動状態への復帰が行われる（Ｐ２）。そして、移行時Ｐ１から復帰時Ｐ２までのピストン停止期間、ピストン１２が停止状態に維持されることによって、ピストンの往復移動に伴うエンジンフリクションやポンピング損失が低減され、燃費向上を図ることができる。

図８は、上記制御部４０により記憶・実行されるリンク支持部２６の目標位置の設定処理を模式的に示すブロック図である。ピストン停止判定部Ｂ１では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅと車速Ｖｓｐと等に基づいて、ピストンを停止すべき運転状態か否か、つまりピストン停止要求の有無を判定する。例えば、上記減速回生時のように、アクセル開度が所定値未満、エンジン回転数が所定値以上、車速が所定値以上等の条件が全て成立する場合に、ピストン停止要求有りと判定する。

ピストン速度推定部Ｂ２では、クランク角と各気筒のリンク支持部２６の実位置と、に基づいて、各気筒のピストン１２の速度を推定する。例えば、クランク角とリンク支持部２６の実位置とに基づいてピストン位置を所定の演算間隔毎に逐次算出し、今回演算時のピストン位置と前回演算時のピストン位置の偏差と演算間隔とによりピストン速度を推定することができる。

ピストン停止気筒設定部Ｂ３では、ピストン停止判定部Ｂ１からのピストン停止要求と、ピストン速度推定部Ｂ２からの各気筒のピストン速度とに基づいて、ピストン停止処理を行う気筒を設定する。つまり、各気筒毎にピストン停止処理を行う。

目標値演算部Ｂ４では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅ等に基づいて、運転者の要求するトルクを実現しつつ効率が最良となるように、スロットル開度、目標吸気量ｔＱｃｙｌ、及び目標圧縮比ｔεを求める。一例としては、予め設定される制御マップを用いて目標値が設定される。

目標位置設定部Ｂ５では、ピストン停止気筒設定部Ｂ３で求めたピストン停止気筒と、目標値演算部Ｂ４で求めた目標吸気量ｔＱｃｙｌと目標圧縮比ｔεの他、クランク角や気筒判別結果等に基づいて、各気筒のリンク支持部２６の目標位置を設定する。例えば後述するように各運転モード毎に予め設定した制御マップを用いて目標位置が設定される。この目標位置へ向けてリンク支持部２６が駆動制御されることとなる。

図９は、上記目標位置設定部Ｂ５に対応する、リンク支持部２６の目標位置の設定処理の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは制御部４０に記憶され、極短い所定期間（例えば１０ｍｓ又は所定クランク角）毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１１では、機関運転状態を表すアクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転数Ｎｅ及び車速ＶＳＰ等を読み込む。アクセル開度ＡＰＯは、例えば、開度に応じて抵抗値が変化するアクセル開度センサ４４の出力電圧の変化を検出し、この検出値と、予め求めておいた電圧とアクセル開度の関係を示すマップやテーブルデータと、から求めることができる。エンジン回転数Ｎｅは、例えば、特定のクランク角毎にパルスを発生するセンサ４５，４７を用いて、パルスの時間間隔より求めることができる。車速ＶＳＰは、例えば、特定の車軸角度毎にパルスを発生する車速センサ５０を用いて、パルスの時間間隔より求めることができる。

ステップＳ１２では、ピストン停止要求の有無を判断する。一例としてはアクセル開度が所定値未満、エンジン回転数が所定値以上で、かつ、車速が所定値以上の場合に、ピストン停止要求有りと判定する。ピストン停止要求が有ると判定されると、ステップＳ１２からステップＳ１３へ進み、ピストン作動状態からピストン停止状態への切換処理、つまりピストン停止状態への移行処理（移行モード）が完了したかを判定する。移行処理が完了していれば、ステップＳ１４へ進み、後述するピストン停止状態の継続処理つまり停止継続処理が行われる。移行処理が完了していなければ、ステップＳ１５へ進み、後述する移行処理が行われる。

一方、ステップＳ１２において、ピストン停止要求が無いと判定されると、ステップＳ１６へ進み、ピストン停止状態からピストン作動状態への切換処理、つまりピストン作動状態への復帰処理（復帰モード）が完了したかを判定する。復帰処理が完了していれば、ステップＳ１７へ進み、後述するピストン作動状態の継続処理、つまり作動継続処理が行われる。復帰処理が完了していなければ、ステップＳ１８へ進み、後述する復帰処理が行われる。

図１０は、図９のステップＳ１４の停止継続処理を示すサブルーチンである。ステップＳ２１では、クランク角センサ４５に出力に基づくクランク角を読み込む。そして、ステップＳ２２では、上記クランク角に基づいて、図１１に示す予め設定されたピストン停止状態用の制御マップを参照して、リンク支持部２６の目標位置を設定する。同図に示すように、ピストン停止状態では、上述したようにクランク角と同期してリンク支持部２６が往復移動するように、その目標位置が設定される。

図１２は図９のステップＳ１５の移行処理を示すサブルーチンである。また、図１３は、ピストン作動状態からピストン停止状態への移行モードにおけるタイムチャートであり、上段（Ａ）がピストンストローク、中段（Ｂ）がピストン速度、下段（Ｃ）がリンク支持部２６の速度を示している。

ステップＳ３１では、クランク角とリンク支持部２６の位置センサ５１からの検出信号に基づいて、現在のクランク角でのリンク支持部２６の実位置を求める。ステップＳ３２では、上記実位置とクランク角とに基づいて、現在のピストン位置を演算する。一例として。あらかじめ設定される制御マップを用いてピストン位置を求める。

ステップＳ３３では、上記のピストン位置を用いて、現在のピストン速度を演算する。例えば、本ルーチンは所定時間間隔毎に実施されているので、前回演算時のピストン位置を保持しておき、前回演算時のピストン位置と今回演算時のピストン位置の偏差と、演算間隔と、に基づいてピストン速度を求めることができる。

ステップＳ３４では、クランク角に基づいて、この移行モードにおける切換開始時期ｉＴｓであるかを判定する（切換開始時期設定手段）。移行開始時期ｉＴｓであると判定されると、ステップＳ３５〜Ｓ３７の処理を実行し、ピストン停止状態への移行が開始される。すなわち本実施例では、ピストン作動状態でＳ１２のピストン停止要求が成立する切換要求時に、即座に切換を開始するのではなく、所定の切換開始時期ｉＴｓとなるまで、切換を禁止している。

上記Ｓ３４では、例えば、上記のピストン速度を用いて各気筒のピストン停止状態への移行開始時期ｉＴｓが判定される。つまり、移行開始時期ｉＴｓは、クランク角でピストン速度が略０（ゼロ）、つまり０又は０に近傍の極めて小さな値となる移行開始ポイントｉＴｓ’の中から選択される。好ましくは図１３（Ａ）に示すように、移行開始時期ｉＴｓが排気行程の中から設定され、特に排気行程の開始時期である膨張下死点が排気開始時期ｉＴｓとして設定される。あるいは、切換要求後に最初に表われる移行開始ポイントｉＴｓ’を移行開始時期ｉＴｓに設定しても良い。

ステップＳ３５では、ピストン停止状態への移行終了時期ｉＴｅを設定する。具体的には、ピストン停止状態のリンク支持部２６の設定状態（図１１参照）において、クランク角でリンク支持部２６の速度が略０（０又は０に近い値）となる移行終了ポイントｉＴｅ’の中から、移行終了時期ｉＴｅを選択する。典型的には、簡易的にクランク角で移行開始時期ｉＴｓ後に最初に表われる移行終了ポイントｉＴｅ’が移行終了時期ｉＴｅとして設定される。上述したように移行開始時期ｉＴｓを排気行程の開始時期である膨張下死点とした場合、クランク角で次に表われる移行終了時期ｉＴｅは、排気行程の範囲内、より詳しくは排気行程の終了時期である排気上死点となる。つまり、移行開始時期から移行終了時期までの移行期間すなわち移行過渡期が排気行程と一致することとなる。

ステップＳ３６では、移行開始時期から移行終了時期までの移行過渡期における目標ピストンモーションｉＰＭを設定する。この目標ピストンモーションｉＰＭは、例えば図１３（Ａ）に示すように、移行前のピストン停止状態における移行開始時期ｉＴｓのピストン位置と、移行後のピストン作動状態における移行終了時期ｉＴｅのピストン位置と、を滑らかに繋ぐ特性として設定される。従って、移行過渡期におけるリンク支持部２６やピストン１２の変位・速度が抑制され、ピストンが急激に動き出すようなことがないので、移行過渡期における不用意なトルクショックの発生を有効に低減・回避することができる。

ステップＳ３７では、この移行過渡期の目標ピストンモーションｉＰＭに基づいて、移行過渡期のリンク支持部２６の目標位置を演算する。移行過渡期にはこのステップＳ３７で設定された目標位置へ向けてリンク支持部２６が駆動制御されることとなる。

このように、ピストン作動状態からピストン停止状態への移行モードにおいては、ピストン速度が０となるクランク角で移行を開始し、リンク支持部速度が０となるクランク角で移行を終了するようにしたので、移行過渡期におけるリンク支持部２６やピストン１２の急激な位置や速度の変動を抑制し、これに起因するトルクショックの発生を有効に低減・回避することができ、滑らかで安定した移行処理を実現することができる。しかも、移行過渡期を排気行程と一致させたので、前のサイクルの膨張行程が終了した直後から移行が開始されるため、燃料つまり出力エネルギーの無駄が無く、燃費向上を図ることができる。このように本実施例では、ピストン停止状態への移行処理をごく短い期間である１サイクルの排気行程中にトルク変動を招くことなく迅速・良好に行うことができる。

図１４は、図９のステップＳ１７の作動継続処理を示すサブルーチンである。ステップＳ４１では、クランク角，目標吸気量及び目標圧縮比等を読み込む。目標吸気量や目標圧縮比は、図１５及び図１６に示すような予め設定された制御マップを参照して、アクセル開度とエンジン回転数に基づいて求めることができる。図１５に示すように、アクセル開度が高くなるほど目標吸気量が高く設定される。また、図１６に示すように、目標圧縮比は、アクセル開度が高くなるほど小さく、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。

ステップＳ４２では、上記の目標吸気量と目標圧縮比に基づいて、目標吸気下死点位置（目標ＢＤＣ位置）と目標圧縮上死点位置（目標ＴＤＣ位置）とを求める。なお、膨張ＢＤＣと排気ＴＤＣについては、アクセル開度とエンジン回転数に応じて可変としても良いし、簡易的には固定でもよい。なお、より簡易的に、アクセル開度やエンジン回転数に基づいて直接的に目標ＢＤＣ位置と目標ＴＤＣ位置とを設定するようにしても良い。

ステップＳ４３では、上記の目標ＴＤＣ位置と目標ＢＤＣ位置とに基づいて、目標ピストン位置（目標ピストンモーション）を設定する。この目標ピストン位置は、上記の目標ＴＤＣ位置と目標ＢＤＣ位置とを通り、かつ、ピストンスピードの変化が極端に大きくならないように、例えば図１７に示すような正弦波に近い特性に設定される。

ステップＳ４４では、上記の目標ピストン位置に基づいて、リンク支持部２６の目標位置を求める。一例として、図１８に示すように、予め設定される各クランク角毎のピストン位置とリンク支持部位置との関係を示した制御マップを参照して、クランク角と目標ピストン位置とに基づいてリンク支持部２６の目標位置を求めることができる。同図に示すように、この例では、目標ピストン位置が低くなるほどリンク支持部２６の目標位置が上限位置へ向かう側へ設定される。

図１９は、通常時すなわちピストン作動状態での目標スロットル開度の設定制御の一例を示すフローチャートである。ステップＳ５１では、アクセル開度とエンジン回転数とが読み込まれる。そしてステップＳ５２では、上記のアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、予め設定される制御マップ（図２０参照）を参照して、目標スロットル開度を設定する。図２０に示すように、目標スロットル開度は、アクセル開度に比例して大きくなり、所定のアクセル開度以上の領域では全開とされる。

図２１は、図９のステップＳ１８の復帰処理を示すサブルーチンである。ステップＳ６１では、クランク角と位置センサ５１の検出信号とに基づいて、リンク支持部２６の実位置を求める。ステップＳ６２では、上記の実位置を用いてリンク支持部２６の速度を演算する。例えば、本ルーチンは所定時間間隔毎に実施されるので、前回演算時の実位置と今回演算時の実位置の偏差と、演算間隔と、に基づいてリンク支持部の速度を求めることができる。

上記Ｓ６３では、上記クランク角に基づいて、この復帰モードにおけるピストン作動状態への復帰開始時期ｆＴｓであるかが判定される（切換開始時期設定手段）。復帰開始時期ｆＴｓであると判定されると、ステップＳ６４〜Ｓ６６の処理を実行して、ピストン作動状態への復帰を開始する。すなわち、本実施例では、ピストン停止状態でＳ１２のピストン停止要求が不成立となるピストン作動状態への切換要求時に、即座に切換を開始するのではなく、所定の復帰開始時期ｆＴｓとなるまで、その切換を禁止している。

復帰開始時期ｆＴｓは、例えば、クランク角でリンク支持部速度が略０（ゼロ）、つまり０又は０近傍の極めて小さな値となる復帰開始ポイントｆＴｓ’の中から選択される。好ましくは図２２（Ａ）に示すように、復帰開始時期ｆＴｓが排気行程の中から設定され、特に排気行程の開始時期である膨張下死点が復帰開始時期ｆＴｓとして設定される。あるいは、簡易的に、クランク角で切換要求後に最初に表われる復帰開始ポイントｆＴｓ’を復帰開始時期ｆＴｓに設定しても良い。このようにリンク支持部速度が略０の時点で復帰を開始することにより、復帰開始直後にリンク支持部２６の変位によりピストンが急激に動き出すようなことががなく、これに起因するトルクショックの発生を低減・回避することができる。

ステップＳ６４では、ピストン作動状態への復帰終了時期ｆＴｅを設定する。復帰終了時期ｆＴｅは、例えばクランク角でピストン作動状態におけるピストン速度が０となる復帰終了ポイントｆＴｅ’の中から設定され、例えば簡易的に復帰開始時期ｆＴｓ後にクランク角で最初に表われる復帰終了ポイントｆＴｅ’が復帰終了時期ｆＴｅとして設定される。上述したように復帰開始時期ｆＴｓを排気行程の開始時期である膨張下死点とした場合、その次に表われる復帰終了時期ｆＴｅは、排気行程の範囲内、より詳しくは排気行程の終了時期である排気上死点となる。

ステップＳ６５では、上記の復帰開始時期ｆＴｓから復帰終了時期ｆＴｅまでの復帰過渡期の目標ピストンモーションｆＰＭを作成する。この目標ピストンモーションｆＰＭは、例えば図２２（Ａ）に示すように、復帰前のピストン停止状態における復帰開始時期ｆＴｅでのピストン位置と、復帰後のピストン作動状態における復帰終了時期ｆＴｅでのピストン位置とを滑らかに接続する特性として設定される。従って、復帰過渡期にけるリンク支持部２６やピストン１２の変位・速度が抑制され、ピストンが急激に動き出すことがないので、復帰中の不用意なトルクショックの発生を有効に低減・回避することができる。ステップＳ６６では、上記復帰過渡期の目標ピストンモーションに基づいて、復帰過渡期のリンク支持部２６の目標位置を設定する。従って、復帰過渡期には、この目標位置へ向けてリンク支持部２６が駆動制御されることになる。

このように、ピストン停止状態からピストン作動状態への復帰モードにおいては、リンク支持部速度が０となるクランク角で復帰を開始し、ピストン速度が０となるクランク角で復帰を終了するようにしたので、復帰過渡期におけるリンク支持部２６やピストン１２の急激な位置や速度の変動を抑制し、これに起因するトルクショックの発生を有効に低減・回避することができ、復帰処理を安定して良好に行うことができる。しかも、復帰過渡期を排気行程と一致させたので、復帰終了直後から吸気行程が開始されることとなり、無駄なピストンモーションによるトルク損失を招くことがない。このように本実施例では、ピストン作動状態への復帰処理をごく短い期間である１サイクルの排気行程中にトルク変動を招くことなく迅速・良好に行うことができる。

また、上記実施例では、各気筒毎に切換開始・終了時期が設定・制御され、具体的には切換要求から排気行程を迎える気筒に対して切換が順次行われることとなるので、例えば全ての気筒の切換を一斉に行う場合に比して、切換に伴うトルク変動が気筒毎に分散されることとなる。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について上記実施例を参照しつつ説明する。

（１）ピストン１２とクランクシャフト１１のクランクピン２２とを連係する複数のリンク２３，２４の一つに制御リンク２５が連結された複リンク式ピストン−クランク機構２１を有し、上記制御リンク２５のリンク支持部２６の位置をアクチュエータ２７により駆動制御することによってピストンモーションを機関運転状態に応じて変更可能なレシプロ式内燃機関の制御装置において、クランク角に応じてピストン１２が往復移動するピストン作動状態と、クランク角と同期してリンク支持部２６を往復移動させることによって、クランク角にかかわらずピストン１２を停止状態に維持するピストン停止状態と、の切換要求の有無を判定する切換要求判定手段と、上記切換要求時に、その切換モードとクランク角とに基づいて、切換開始時期ｉＴｓ，ｆＴｓを設定する切換開始時期設定手段（Ｓ３４，Ｓ６４）と、を有することを特徴としている。

上記の実施例においては、図９のルーチンにおけるＳ１２，Ｓ１３及びＳ１６の判定処理が、切換要求の有無を判定する切換要求判定手段に相当し、切換要求時にはＳ１５の移行処理又はＳ１８の復帰処理が実行される。また、図１２のＳ３４及び図２１のＳ６３の判定処理が切換開始時期設定手段に相当し、Ｓ３４，Ｓ６３の判定が肯定されると、切換が開始されることとなる。

このような構成により、リンク支持部２６を駆動制御することによってピストンモーションひいては機関圧縮比や排気量を機関運転状態に応じて変更可能な複リンク式ピストン−クランク機構を利用して、ピストン停止状態を実現することができ、かつ、ピストン作動状態とピストン停止状態との切換要求時に、クランク角に応じて切換開始時期ｉＴｓ，ｆＴｓを設定しているために、切換に伴うリンク支持部２６やピストン１２の位置や速度の急激な変動を低減・防止して、切換過渡期のトルク変動を低減・回避することができる。

（２）好ましくは、切換モードがピストン作動状態からピストン停止状態への移行モードであるときには、切換開始時期ｉＴｓをピストン速度に基づいて設定する。

（３）具体的には、移行モードにおける切換（移行）開始時期ｉＴｓを、ピストン速度が０となるクランク角とする。これによって、ピストン慣性力の影響を受けずにスムーズにピストン停止状態への移行を行うことができ、かつ、ピストン停止状態への移行開始直後にピストン速度の急変によるトルクショックを招くこともないので、安定して良好な移行動作を実現できる。

（４）また好ましくは、切換モードがピストン停止状態からピストン作動状態への復帰モードであるときには、切換（復帰）開始時期ｆＴｓをリンク支持部２６の速度に基づいて設定する。

（５）具体的には、復帰モードにおける切換開始時期ｆＴｓを、リンク支持部２６の速度が０となるクランク角とする。これによって、復帰動作の開始直後におけるリンク支持部の急変を回避し、これに起因するトルクショックを抑制・回避することができるので、ピストン作動状態への復帰動作を安定してスムーズに開始することができる。

（６）典型的には、上記切換開始時期ｉＴｓ，ｆＴｓが排気行程の範囲内に設定され、より具体的には排気行程の開始時期である膨張下死点に設定される。これによって、例えばピストン停止状態への移行モードにおいては、前のサイクルの膨張行程が終了した直後から移行が開始されるため、燃料つまり出力エネルギーの無駄が無い。

（７）好ましくは、上記切換要求時に、上記切換開始時期とクランク角とに基づいて、切換終了時期ｉＴｅ，ｆＴｅを設定する切換終了時期設定手段（Ｓ３５，Ｓ６４）を有している。

（８）より好ましくは、切換終了時期ｉＴｅ，ｆＴｅが排気行程の範囲内に設定され、より具体的には排気行程の終了時期である排気上死点に設定される。これによって、例えばピストン作動状態への復帰モードにおいては、復帰完了直後から吸気行程が始まるので、ピストンモーションに無駄がなく、この無駄に起因するトルク損失を招くことがない。

（９）また好ましくは、上記切換開始時期ｉＴｓ，ｆＴｓと切換終了時期ｉＴｅ，ｆＴｅとに基づいて、切換過渡期におけるリンク支持部２６の目標位置を設定する目標位置設定手段（Ｓ３７，Ｓ６６）を有している。例えば、切換開始時期ｉＴｓ，ｆＴｓのピストン位置と切換終了時期ｉＴｅ，ｆＴｅのピストン位置を通るように切換過渡期の目標ピストンモーションｉＰＭ，ｆＰＭを設定し、この目標ピストンモーションから切換過渡期のリンク支持部２６の目標位置を求めることができる。

なお、本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。

本発明の一実施例に係るレシプロ式内燃機関の制御システムを示す構成図。 上記実施例の複リンク式ピストン−クランク機構を示す構成図。 クランク角に対するリンク支持部目標位置の一設定例を示す特性図。 図３の設定でのピストンモーションを示す特性図。 ピストン停止状態でのリンク支持部の目標位置を示す特性図。 ピストン停止状態でのピストンモーションを示す特性図。 ピストン停止状態とピストン復帰状態との切換が行われる車両減速・加速状態を示すタイムチャート。 本実施例に係るリンク支持部の目標位置の設定処理を模式的に示すブロック図。 本実施例に係るリンク支持部の目標位置の設定制御の流れを示すフローチャート。 図９の停止継続処理を示すフローチャート。 図１０のルーチンの目標位置設定に用いられる制御マップの一例を示す特性図。 図９の移行処理を示すフローチャート。 移行モードでのピストンストローク（Ａ），ピストン速度（Ｂ），及びリンク支持部の速度（Ｃ）を示す特性図。 図９の作動継続処理を示すフローチャート。 図１４のルーチンで目標吸気量の設定に用いられる制御マップの一例を示す特性図。 図１４のルーチンで目標圧縮比の設定に用いられる制御マップの一例を示す特性図。 ピストン作動状態での目標ピストン位置の一例を示す特性図。 目標ピストン位置とリンク支持部の目標位置との関係を示す特性図。 目標スロットル開度の演算処理の流れを示すフローチャート。 アクセル開度とスロットル開度との関係を示す特性図。 図９の復帰処理を示すフローチャート。 復帰モードでのピストンストローク（Ａ），ピストン速度（Ｂ），リンク支持部の位置（Ｃ）及びリンク支持部の速度（Ｄ）を示す特性図。

符号の説明

１１…クランクシャフト
１２…ピストン
１３…シリンダ
２１…複リンク式ピストン−クランク機構
２２…クランクピン
２３…ロアリンク
２４…アッパリンク
２５…制御リンク
２６…リンク支持部
２７…アクチュエータ
４０…制御部

Claims (10)

1. ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクの一つに制御リンクが連結された複リンク式ピストン−クランク機構を有し、上記制御リンクのリンク支持部の位置をアクチュエータにより駆動制御することによってピストンモーションを機関運転状態に応じて変更可能なレシプロ式内燃機関の制御装置において、
   クランク角に応じてピストンが往復移動するピストン作動状態と、クランク角と同期してリンク支持部を往復移動させることによって、クランク角にかかわらずピストンを停止状態に維持するピストン停止状態と、の切換要求の有無を判定する切換要求判定手段と、
   上記切換要求時に、その切換モードとクランク角とに基づいて、切換開始時期を設定する切換開始時期設定手段と、
   を有することを特徴とするレシプロ式内燃機関の制御装置。
2. 上記切換開始時期設定手段は、上記切換モードがピストン作動状態からピストン停止状態への移行モードであるときには、切換開始時期をピストン速度に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
3. 上記移行モードにおける切換開始時期が、ピストン速度が０となるクランク角であることを特徴とする請求項２に記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
4. 上記切換開始時期設定手段は、上記切換モードがピストン停止状態からピストン作動状態への復帰モードであるときには、上記切換開始時期をリンク支持部の速度に基づいて設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
5. 上記復帰モードにおける切換開始時期が、リンク支持部の速度が０となるクランク角であることを特徴とする請求項４に記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
6. 上記切換開始時期が排気行程の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
7. 上記切換要求時に、上記切換開始時期とクランク角とに基づいて、切換終了時期を設定する切換終了時期設定手段を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
8. 上記切換終了時期が排気行程の範囲内に設定されることを特徴とする請求項７に記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
9. 上記切換開始時期と切換終了時期とに基づいて、切換過渡期におけるリンク支持部の目標位置を設定する目標位置設定手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。
10. ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクの一つに制御リンクが連結された複リンク式ピストン−クランク機構を有し、上記制御リンクのリンク支持部の位置をアクチュエータにより駆動制御することによってピストンモーションを機関運転状態に応じて変更可能なレシプロ式内燃機関の制御方法において、
    クランク角に応じてピストンが往復移動するピストン作動状態と、クランク角と同期してリンク支持部を往復移動させることによって、クランク角にかかわらずピストンを停止状態に維持するピストン停止状態と、の切換要求の有無を判定し、
    上記切換要求時に、その切換モードとクランク角とに基づいて、切換開始時期を設定することを特徴とするレシプロ式内燃機関の制御方法。

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