JP2008175103A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際圧縮比が目標圧縮比よりも高い場合でも、吸気量を制限したり、点火時期を遅角することなく、ノッキングの抑制に好適な内燃機関の燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】有効圧縮比を変更する可変圧縮比機構Ａと、運転条件から目標有効圧縮比を求める目標圧縮比算出手段Ｓ２と、前記可変圧縮比機構Ａにより実現されている実際有効圧縮比を検出する手段Ｓ４と、機関運転条件に応じて燃焼室２０に水を噴霧可能な水噴霧機構Ｂと、前記実際有効圧縮比が目標有効圧縮比よりも高い場合に水噴霧機構Ｂを作動させる制御手段３０と、を備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に、可変圧縮比機構を備えた内燃機関におけるノッキング発生の抑制に好適な内燃機関の燃焼制御装置に関するものである。

従来から可変圧縮比機構と可変動弁機構とを備えて、点火時期を遅角することなくノッキングの発生を防止できるようにする内燃機関の制御装置が提案されている（特許文献１参照）。

これは、高圧縮比設定から低圧縮比設定の運転条件に移行する過渡運転時において、運転状態に応じて目標吸気量と目標圧縮比を求め、可変圧縮比機構を目標圧縮比に従って制御する。その際、可変圧縮比機構により実現されている実際圧縮比からノック限界吸気量を求め、ノック限界吸気量と目標吸気量のうち小さい方を最終目標吸気量として設定し、最終目標吸気量に従って可変動弁機構も制御することで、点火時期を遅角することなく、即ち燃費悪化を伴わずにノッキングの発生を防止するようにしている。
特開２００５−１２７２１２号公報

しかしながら、上記従来例では、ノック限界吸気量と目標吸気量のうち小さい方を最終目標吸気量として可変動弁機構により吸気量を絞り、ノッキングの回避を行うようにしているため、吸気量減少、即ちトルク低下を伴って加速不良が発生する。

つまり、加速前の定常条件において、ノッキング限界の圧縮比に設定されていると、加速要求があっても、実際圧縮比が変化するまでの間は吸気量を増やすことができない。言い換えると、急な加速要求が生じてもノッキングを生じないように、加速前の定常条件において吸気量がノック限界吸気量となるような圧縮比に設定できないことから、可変圧縮比機構による燃費向上効果を十分に得られない。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、実際圧縮比が目標圧縮比よりも高い場合でも、ノッキングの抑制に好適な内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、有効圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、運転条件から目標有効圧縮比を求める目標圧縮比算出手段と、前記可変圧縮比機構により実現されている実際有効圧縮比を検出する手段と、機関運転条件に応じて燃焼室に水を噴霧可能な水噴霧機構と、前記実際有効圧縮比が目標有効圧縮比よりも高い場合に水噴霧機構を作動させる制御手段と、を備えるようにした。

したがって、本発明では、過渡運転において、実際圧縮比が目標圧縮比よりも高い場合には水噴霧によって未燃混合気温度を低下させ、吸気量を制限して加速不良となったり、点火時期を遅角して燃費悪化を招くことなく、ノッキングを抑制することができ、定常状態でのノック限界圧縮比設定が可能となることから、可変圧縮比機構による燃費向上効果も最大限に得ることができる。

以下、本発明の内燃機関の燃焼制御装置を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図１３は、本発明を適用した内燃機関の燃焼制御装置の第１実施形態を示し、図１は内燃機関の燃焼制御装置のシステム構成図、図２は燃焼制御装置の可変圧縮比機構の正面図および部分拡大図、図３は可変圧縮比機構の側面図、図４は内燃機関の燃焼制御装置における燃焼室の断面図、図５は水噴霧パターンの説明図、図６は目標圧縮比のマップを示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる内燃機関の燃焼制御装置は、往復動ピストンを備えた内燃機関の有効圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構Ａと、内燃機関の燃焼室内への水噴霧可能な水噴霧機構Ｂとを備える。

前記可変圧縮比機構Ａは、シリンダブロック１の気筒列に沿って形成された複数のシリンダ２内に昇降可能に配設されたピストン３とクランク軸７のクランクピン８とをアッパーリンク５及びロアリンク６により機械的に連携させて構成した複リンク機構Ｄを備える。具体的には、各ピストン３のピストンピン４に回転可能にアッパーリンク５の一端が連結され、アッパーリンク５の他端とロアリンク６とが第１連結ピン９を介して互いに回転可能に連結され、ロアリンク６はクランクピン８に回転可能に連結されている。クランク軸７にはカウンターウエイト７Ａが設けられている。

前記各ロアリンク６には、第２連結ピン１０を介して夫々コントロールリンク１１の一端が回転可能に連結され、このコントロールリンク１１の他端は、図２に示すように、シリンダブロック１に回転可能に設けた制御軸１２（コントロールシャフト）の偏心カム部１２Ａに嵌合して、偏心カム部１２Ａ回りに揺動可能に支持されている。ロアリンク６に連結するクランクピン８、第１連結ピン９、及び第２連結ピン１０の連結位置は、同一直線上ではなく、略三角形状をなすように配置されている。

前記コントロールリンク１１の揺動中心である制御軸１２（コントロールシャフト）の偏心カム部１２Ａは、制御軸１２の回転角度位置を制御することにより、その支持位置を可変制御することができる。前記制御軸１２は、図３に示すように、クランク軸７と平行に配置され、クランク軸７の各ジャーナル位置に対応してシリンダブロック１に配置した軸受部１２Ｂを介してシリンダブロック１側の軸受穴１５に回転自在に支持されている。前記軸受穴１５はシリンダブロック１に形成されたバルクヘッド１４とベアリングキャップ１３とで形成されている。前記制御軸１２には、ウォームホイール１６が結合され、このウォームホイール１６に噛合うウォームギヤ１７をアクチュエータモータ１８により回転駆動することにより、制御軸１２の回転角度位置が制御される。

前記水噴霧機構Ｂは、図４に示すように、内燃機関の各燃焼室２０の上方から燃焼室２０内に噴霧口が臨むようにシリンダヘッド２１に設けられた各水噴霧弁２２と、各水噴霧弁２２に水を供給する水供給手段２３とを備える。各水噴霧弁２２は燃焼室２０に水を直接上方から噴霧するよう構成している。噴霧は、ピストン３の冠面の周縁側およびシリンダ２の壁面側に向かって、一つの噴霧口からのホローコーン（中空円錐状）噴霧による図５（Ａ）に示す環状、図５（Ｂ）に示すコーン状、若しくは、複数の噴霧口からの噴霧による図５（Ｃ）や図５（Ｄ）に示すマルチホール噴霧等の形態とすることができる。図５（Ａ）と図５（Ｂ）の噴霧形態においては、水噴霧弁２２に内蔵された図示しない噴霧流体の旋回手段による遠心力作用の程度により、遠心作用が大きい場合には図５（Ａ）の噴霧形態となり、遠心作用が比較的小さい場合には周辺部で密度が高く中央部に至るに連れて密度が低下する図５（Ｂ）の噴霧形態となる。なお、燃焼室２０には、吸気弁２７を介して吸気ポート２７Ａが接続され、排気弁２８を介して排気ポートが接続され、点火栓２９が配置されている。

前記水供給手段２３は、図１に示すように、水を貯蔵する水タンク２４と、水タンク２４の水を吸込み高圧で吐出するポンプ２５と、ポンプから吐出された高圧水を蓄圧する高圧タンク２６とを備え、高圧タンク２６に貯蔵された水が前記各水噴霧弁２２に供給されるようにしている。ポンプ２５は高圧タンク２６の貯蔵される高圧水量が所定量未満となる毎に作動され、高圧タンク２６内に常に所定量以上の高圧水が貯蔵されるよう制御される。

前記可変圧縮比機構Ａのアクチュエータモータ１８と水噴霧弁２２とは、エンジンコントローラＥＣＵ３０によりの回転角度位置指令および噴霧指令により夫々制御される。アクチュエータモータ１８の回転角度位置は内蔵された図示しないモータエンコーダにより検出されてエンジンコントローラＥＣＵ３０へフィードバックされる。エンジンコントローラＥＣＵ３０には、エンジン回転数、エンジン負荷、吸入負圧、排気温度、冷却水温、吸気温度、および、ノック信号等の各信号が入力される。エンジンコントローラＥＣＵ３０はこれらの入力信号に基づいて、エンジンの運転状態を判定し、運転状態に応じたエンジンの目標圧縮比を演算し、演算で得た目標圧縮比となるようアクチュエータモータ１８への回転角度位置指令を出力する。

前記運転状態に応じたエンジンの目標圧縮比は、目標圧縮比マップに基づいて演算される。前記目標圧縮比マップは、図６に示すように、エンジントルク（エンジン負荷）とエンジン回転数とで規定され、エンジントルク（負荷）が低い領域では高圧縮比（ＣＲ＝Ｈｉｇｈ）が設定され、エンジントルク（負荷）の増加に応じて中間圧縮比（ＣＲ＝Ｍｅｄｉｕｍ）に設定が変化され、さらにエンジントルク（負荷）が増加する領域では低圧縮比（ＣＲ＝Ｌｏｗ）に設定される。これら高圧縮比・中間圧縮比・低圧縮比の設定領域は、エンジン回転数の上昇に応じて高圧縮比領域がエンジントルク（負荷）の増加側に徐々に拡大されており、それに連れて、中間圧縮比および低圧縮比の各領域もエンジン回転数の上昇に応じて徐々にエンジントルクの増加側へ移行するよう設定されている。

また、モータエンコーダよりの実回転角度位置信号（後述する可変圧縮比機構の実際圧縮比）と目標角度位置指令（可変圧縮比機構へ出力される目標圧縮比指令出力）との差分ｄＣＲを演算し、差分ｄＣＲが予め設定した所定値を超える場合には、ノッキングが発生しやすい運転状態であると判定して、水噴霧弁２２よりの水噴霧を実行する水噴霧指令を出力する。

このときの水噴霧の噴霧量は、図７に示すように、前記差分ｄＣＲに応じて、差分ｄＣＲが比較的少ない場合には少なめとし、差分ｄＣＲの増加に連れて徐々に増加するようにすることにより、ノッキングが発生しやすいほど水噴霧量を増加させて、水噴霧量の節約とノッキングの効果的な抑制との両立を図るようにする。

前記水噴霧の噴霧量は、図８に示すように、エンジン負荷に応じて増量補正するようにしており、ノッキングが発生しやすい高負荷運転状態でのノッキングの発生をより一層抑制することができる。また、図９に示すように、エンジン回転数が低いノッキングしやすい領域で増量補正することによってもノッキングの発生をより抑制することができる。さらに、図１０に示すように、ノッキングを誘発しやすい冷却水温の上昇に応じて増量補正することによっても、高温運転状態でのノッキングの発生をより一層抑制することができる。

また、エンジンコントローラＥＣＵ３０はエンジンの運転状態に応じた点火時期を演算し、演算された点火時期となるよう点火時期制御装置３１に指令を出力する。この点火時期は、前記アクチュエータモータ１８の実回転角度位置信号と目標角度位置指令との差分ｄＣＲが予め設定した所定値を超えて実圧縮比が目標圧縮比より高い場合に、ノッキングが発生しやすい運転状態であると判定して遅角側へ補正されるが、水噴霧機構Ｂによる水噴霧が実行されて燃焼室２０内の混合気および／または燃焼室２０壁面を構成するピストン３の冠面の外周側およびシリンダ２の壁面を冷却することにより、ノッキングの発生が抑制されるため、点火時期の遅角補正量をその分減らして、熱効率の低下を抑制し、燃費の悪化を抑えることができる。

図１１は本実施形態の内燃機関の燃焼制御装置のエンジンコントローラＥＣＵ３０により所定時間毎に実行される水噴霧制御ルーチンを示すフローチャートである。以下では図１１のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１では、先ず、エンジン回転数、エンジン負荷、吸入負圧、排気温度、冷却水温、吸気温度、および、ノック信号等の各信号が読込まれる。

次いで、ステップＳ２において、目標圧縮比マップを参照して現在のエンジン運転状態における目標圧縮比が、図６に示す目標圧縮比マップに基づいて算出される。

ステップＳ３では、算出されたエンジン運転状態に対応する目標圧縮比とする目標圧縮比指令（アクチュエータモータ回転角度位置指令）が可変圧縮比機構Ａのアクチュエータモータ１８へ出力される。これによりアクチュエータモータ１８が新たな目標角度位置へ回転駆動される。このアクチュエータモータ１８の回転によりウォームギヤ１７・ウォームホイール１６を介して制御軸１２が回転駆動され、偏心カム部１２Ａの揺動角度位置が変更され、コントロールリンク１１の揺動支点位置が変更され、ロアリンク６およびアッパーリンク５を介してピストン上死点位置が新たな目標値に変更される。但し、可変圧縮比機構Ａの作動は燃焼ガス圧による荷重反力や複リンク機構Ｄの慣性力・フリクション等による応答遅れを持って徐々に変更される。

ステップＳ４では、アクチュエータモータ１８に内蔵されたモータエンコーダよりの出力信号に基づいて、可変圧縮比機構Ａの実際の圧縮比が読込まれる。この実際の圧縮比は前記したように指令信号に対して応答遅れを持っている。

ステップＳ５では、ステップＳ３の目標圧縮比と実際の圧縮比との差分ｄＣＲが算出される。この差分ｄＣＲは、目標圧縮比の変化の速度が大きい場合には大きくなる。

ステップＳ６では、ステップＳ５で算出した差分ｄＣＲが予め設定した許容される所定値を超えているか否かが判定され、許容される所定値を超えている場合にはステップＳ７へ進み、許容される設定値の範囲内である場合には今回の処理ステップを終了する。前記許容される設定値は、エンジンの運転状態に応じて設定値を変更することができる。例えば、エンジン負荷が比較的高い場合、エンジン回転数が比較的低い場合、冷却水温が比較的高い場合には、その設定値を低く補正することにより、水噴霧の実行を促進することができ、効果的にノッキング傾向を抑制することができる。

ステップＳ７では、差分ｄＣＲが予め設定した許容される所定値を超えていることにより、ノッキングの発生が見込まれるため、水噴霧指令が出力され、今回の処理が終了する。水噴霧指令が出力されると、水噴霧弁２２が開放作動され、燃焼室２０内に水供給手段２３から供給された水が噴霧される。このときの水噴霧の噴霧量は、図７に示すように、前記差分ｄＣＲに応じて、差分ｄＣＲが比較的少ない場合には少なめとし、差分ｄＣＲの増加に連れて徐々に増加するようにすることにより、ノッキングが発生しやすいほど水噴霧量を増加させて、水噴霧量の節約とノッキングの効果的な抑制との両立を図るようにする。

前記水噴霧のタイミングは、燃焼サイクルの吸気弁２７の閉弁後に開始されるため、吸気量に影響を与えることがない。そして、図１３に示すように、吸気弁２７の閉弁直後に噴霧される場合には、水噴霧から圧縮行程を経て点火・燃焼までの気化時間を最大とすることができる。このため、燃焼室２０全体を冷却することができる。なお、図１３に示す水噴霧弁２２は、図４に示す水噴霧弁２２とは、燃焼室２０への配置が異なり、燃焼室２０のシリンダ２の壁面上端近傍に噴霧口が開口するように配置されている。この場合においても、図５に示す種々の噴霧パターンにより燃焼室に水を噴霧することができる。

また、圧縮行程から膨張行程に移行するピストン上死点近傍において噴霧される場合には、図４に示すように、ピストン上死点におけるノッキングが発生しやすいタイミングでの噴霧となることから、当該部位に存在する混合気を効果的に冷却することができる。

また、水噴霧する領域として、水噴霧された噴霧の方向が燃焼室２０内の外周側であるシリンダボア近傍を重点的に高密度とするようになされることにより、外周側に存在するノッキングを発生しやすい部位（エンドガス部）を効率的に冷却することができ、少量の水噴霧でノッキングを抑制することができる。

以上の構成になる内燃機関の燃焼制御装置においては、以下に記載するよう作動させることができる。

エンジンの熱効率の最大化のために圧縮比は高く設定することが望ましいが、負荷が高くなるほどノッキングが発生しやすいため、図６に示すように、目標圧縮比マップは高負荷ほど低圧縮比の設定としている。このような目標圧縮比マップ上で、定常走行状態（ａ）から急加速（ｂ）が実行されると、目標圧縮比は高圧縮比から低圧縮比へと急激に変化する。図１２に示すタイムチャートにおいて、時点ｔ１直前までは定常走行状態を示し、目標圧縮比は高圧縮比が選択され、実際の圧縮比との差分ｄＣＲも設定値以下となっている。時点ｔ１直前において、アクセルペダルが急激に踏込まれることにより、目標圧縮比が低圧縮比に設定される（時点ｔ２参照）と、実際の圧縮比との差分ｄＣＲが急激に増加して、時点ｔ１において、許容される設定値を超える。この時点ｔ１において、水噴霧機構Ｂにより燃焼室２０内に水噴霧が必要と判断され、燃焼サイクルの吸気弁２７の閉弁直後若しくは圧縮行程から膨張行程に移るピストン上死点位置付近で水噴霧が実行される。

前記可変圧縮比機構Ａの圧縮比変更作動は、燃焼室２０の燃焼ガス圧からの荷重による反力や複リンク機構Ｄの慣性力・フリクション等による応答遅れのために応答遅れを発生し、アクチュエータモータ１８のモータエンコーダにより出力される実際圧縮比は、目標圧縮比よりも一時的に高い状態のままとなる。

燃焼サイクル毎の水噴霧により、燃焼室２０の混合気および燃焼室２０の壁面近傍のエンドガス領域が冷却されることにより、筒内温度が低下され、ノッキングの発生が回避される。このため、空気量制限によるトルク低下や点火時期の遅角補正等のノッキング対策を施すことを減らすことができ、加速不良や燃費悪化を伴うことなく、可変圧縮比機構Ａによる燃費向上効果を最大限に得ることができる。そして、急な加速要求が生じてもノッキングを生じないように、加速前の定常条件において吸気量がノック限界吸気量となるような圧縮比に設定できない、ということもない。

前記可変圧縮比機構Ａの作動により、時点ｔ３において、実際の圧縮比の目標圧縮比に対する差分ｄＣＲが予め定めた設定値以下に低下されると、水噴霧の必要性が無いと判定され、水噴霧が停止され、更に実際の圧縮比が目標圧縮比と一致された時点ｔ４において、今回の加速に伴う水噴霧制御が終了する。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）有効圧縮比を変更する可変圧縮比機構Ａと、運転条件から目標有効圧縮比を求める目標圧縮比算出手段Ｓ２と、前記可変圧縮比機構Ａにより実現されている実際有効圧縮比を検出する手段Ｓ４と、機関運転条件に応じて燃焼室２０に水を噴霧可能な水噴霧機構Ｂと、前記実際有効圧縮比が目標有効圧縮比よりも高い場合に水噴霧機構Ｂを作動させる制御手段３０と、を備えるようにした。このため、過渡運転において、実際圧縮比が目標圧縮比よりも高い場合には水噴霧によって未燃混合気温度を低下させ、加速不良となったり、燃費悪化を抑えつつ、ノッキングを抑制することができ、一方、定常状態でのノック限界圧縮比設定が可能となることから、可変圧縮比機構Ａによる燃費向上効果も最大限に得ることができる。

（イ）水噴霧機構Ｂよりの水噴霧量は、目標有効圧縮比と実際有効圧縮比の差分ｄＣＲに応じて増量することにより、即ち、ノッキングが発生しやすいほど水噴霧量が増加されて、水噴霧量を適量に抑えることができる。

（ウ）可変圧縮比機構Ａは、ピストン上死点位置を調整可能な複リンク機構Ｄにより構成され、ピストン上死点位置を変更することにより有効圧縮比を可変とする内燃機関において、上記（ア）、（イ）の効果が得られる。

（エ）水噴霧機構Ｂによる水噴霧は、吸気弁２７の閉弁後に実施されることにより、吸入吸気量に影響を与えることなく、閉弁直後に実施すれば水噴霧から点火・燃焼までの気化時間を最大にすることができる。また、燃焼室２０全体を冷却することが可能となる。

（オ）水噴霧機構Ｂによる水噴霧は、圧縮行程から膨張行程に移行するピストン上死点の近傍で実施されることにより、ノッキングが発生しやすいタイミングで当該部位を冷却することが可能となる。

（カ）水噴霧機構Ｂによる水噴霧は、燃焼室２０内の外周に向かって密に噴霧されることにより、ノッキングが発生しやすい部位(エンドガス部)を効率的に冷却でき、少量の水噴霧でノッキングを効果的に抑制できる。

（キ）点火進角制御装置３１は水噴霧機構Ｂよりの水噴霧量に応じて点火時期の遅角補正を少なくすることにより、点火時期遅角補正が減少され、熱効率の低下が少ないので、燃費が悪化しない。

（第２実施形態）
図１４、１５は、本発明を適用した内燃機関の燃焼制御装置の第２実施形態を示し、図１４は第１実施例の可変圧縮比機構のシステム構成図、図１５は第２実施例の可変圧縮比機構のシステム構成図である。本実施形態においては、可変圧縮比機構Ａの構成を可変動弁機構Ｃ若しくは可変動弁機構Ｃと複リンク機構Ｄによる可変圧縮比機構Ａ１との両者で形成する構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態における内燃機関の燃焼制御装置の第１実施例においては、図１４に示すように、可変圧縮比機構Ａを吸気弁２７の可変動弁機構Ｃにより構成したものである。水噴霧機構Ｂの構成およびその他の構成については、特に図示していないが、第１実施形態と同様に構成されている。前記吸気弁２７の可変動弁機構Ｃは、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。

前記可変動弁機構Ｃは、吸気弁２７のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構４１と、そのリフトの中心角の位相（図示しないクランク軸に対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構６１と、を組合せて構成している。

前記リフト・作動角可変機構４１は、シリンダヘッド２１上部のカムブラケット（図示せず）に回転自在に支持された駆動軸４２と、この駆動軸４２に、圧入等により固定された偏心カム４３と、上記駆動軸４２の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸４２と平行に配置された制御軸５２と、この制御軸５２の偏心カム部５８に揺動自在に支持されたロッカアーム４６と、各吸気弁２７の上端部に配置されたタペット５０に当接する揺動カム４９と、を備える。

前記偏心カム４３とロッカアーム４６とはリンクアーム４４によって連係され、ロッカアーム４６と揺動カム４９とはリンク部材４８によって連係されている。前記駆動軸４２は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランク軸７によって駆動される。前記偏心カム４３は、駆動軸４２の軸心から所定量だけオフセットした点を中心とした円形外周面を有し、この外周面には、リンクアーム４４の環状部が回転可能に嵌合している。

前記ロッカアーム４６は、略中央部が上記偏心カム部５８によって揺動可能に支持され、その一端部に、連結ピン４５を介して前記リンクアーム４４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン４７を介して上記リンク部材４８の上端部が連係している。前記偏心カム部５８は、制御軸５２の軸心から偏心しており、制御軸５２の角度位置に応じてロッカアーム４６の揺動中心は変化する。

前記揺動カム４９は、駆動軸４２の外周に嵌合して回転自在に支持され、側方へ延びた端部に、連結ピン５７を介して前記リンク部材４８の下端部が連係している。この揺動カム４９の下面には、駆動軸４２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成され、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム４９の揺動位置に応じてタペット５０の上面に当接するようになっている。即ち、前記基円面はベースサークル区間として、リフト量が「０」となる区間であり、揺動カム４９が揺動してカム面がタペット５０に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のラップ区間が設けられている。

前記制御軸５２は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ５３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ５３は、例えば油圧シリンダ等からなり、エンジンコントロールユニット３０からの制御信号を油圧制御部５４により制御油圧に変換して制御される。制御軸５２の回転角度は、図示しない制御軸センサによって検出される。

以上のように構成されたリフト・作動角可変機構４１は、駆動軸４２が回転すると、偏心カム４３のカム作用によってリンクアーム４４を上下動させ、これに伴ってロッカアーム４６が揺動する。このロッカアーム４６の揺動は、リンク部材４８を介して揺動カム４９へ伝達され、該揺動カム４９を揺動させる。この揺動カム４９のカム作用によって、タペット５０が押圧され、吸気弁２７をリフトさせるよう作用する。

前記リフト・作動角制御用アクチュエータ５３を介して制御軸５２の角度を変化させると、ロッカアーム４６の初期位置が変化し、揺動カム４９の初期揺動位置が変化する。例えば偏心カム部５８が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム４６は全体として上方へ位置し、揺動カム４９の連結ピン５７側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム４９の初期位置は、そのカム面がタペット５０から離れる方向に傾く。従って、駆動軸４２の回転に伴って揺動カム４９が揺動した際に、基円面が長くタペット５０に接触し続け、カム面がタペット５０に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部５８が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム４６は全体として下方へ位置し、揺動カム４９の連結ピン５７側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム４９の初期位置は、そのカム面がタペット５０に近付く方向に傾く。従って、駆動軸４２の回転に伴って揺動カム４９が揺動した際に、タペット５０と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。

前記偏心カム部５８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁２７の開時期と閉時期とが略対称に変化する。

前記位相可変機構６１は、前記駆動軸４２の前端部に設けられたスプロケット６２と、このスプロケット６２と上記駆動軸４２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ６３と、から構成されている。前記スプロケット６２は、図示しないタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランク軸７に連動している。前記位相制御用アクチュエータ６３は、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなり、エンジンコントロールユニット３０からの制御信号を、油圧制御部５５により制御油圧に変換して制御される。この位相制御用アクチュエータ６３の作用によって、スプロケット６２と駆動軸４２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構６１の制御状態は、駆動軸４２の回転位置に応答する図示しない駆動軸センサによって検出される。

以上に説明したリフト・作動角可変機構４１ならびに位相可変機構６１からなる可変動弁機構Ｃは、吸気弁２７の開弁時期と閉弁時期を任意に制御することができ、特に、吸気弁２７の閉弁時期を制御することで、シリンダ２内への吸気量、即ち、シリンダ空気量を調整することができ、ピストンストロークやピストン上死点位置を変化させることなく機関の有効圧縮比を変化させることができる。即ち、閉弁時期を下死点に近づけることでシリンダ空気量を増大させることにより、機関の有効圧縮比を高圧縮比とできる。また、閉弁時期を下死点に対して進角側に設定している場合にはより進角させることで、また逆に遅角側に設定している場合にはより遅角させることで、シリンダ空気量を減少させることができ、機関の有効圧縮比を低圧縮比とできる。

そして、エンジンコントローラＥＣＵ３０により、運転状態に応じたエンジンの目標圧縮比を、図６の目標圧縮比マップに基づいて演算し、リフト・作動角可変機構４１ならびに位相可変機構６１からなる可変動弁機構Ｃを作動させるようにする。

この可変動弁機構Ｃによる可変圧縮比機構Ａの圧縮比変更の応答性は、第１実施形態における複リンク式の可変圧縮比機構Ａよりも応答性が高い。しかしながら、定常走行状態から急加速が実行される場合等の目標圧縮比が高圧縮比から低圧縮比へと急激に変化される場合においては、若干の時間遅れを伴って可変動弁機構Ｃによる吸気量の変更が実現される。このため、可変圧縮比機構Ａの実際有効圧縮比と目標圧縮比指令との間に差分ｄＣＲが短時間において生じる。したがって、差分ｄＣＲを演算し、この差分ｄＣＲが予め設定した所定値を超える場合には、ノッキングが発生しやすい運転状態であると判定して、水噴霧機構Ｂの水噴霧弁２２より水噴霧を実行する水噴霧指令を出力することにより、空気量不足による出力低下や点火時期の遅角補正による燃費悪化を招くことなくノッキング防止を行うことができる。

本実施形態における内燃機関の燃焼制御装置の第２実施例においては、図１５に示すように、可変圧縮比機構Ａを吸気弁２７の可変動弁機構Ｃと複リンク機構Ｄによる可変圧縮比機構Ａ１とにより構成したものである。水噴霧機構Ｂの構成およびその他の構成については、特に図示していないが、第１実施形態と同様に構成されている。

この第２実施例の内燃機関の燃焼制御装置においては、比較的応答速度が低い複リンク機構Ｄによる可変圧縮比機構Ａ１と比較的応答速度の高い可変動弁機構Ｃによる可変圧縮比機構Ａとを組合せて構成するものであるため、目標圧縮比の急激な減少変化に対応して、先ず可変動弁機構Ｃによる可変圧縮比機構Ａを作動させて実際有効圧縮比を実現させ、引続く複リンク機構Ｄによる可変圧縮比機構Ａ１の実現圧縮比の低下に対応して可変動弁機構Ｃによる有効圧縮比を増加させるよう制御することにより、圧縮比制御の応答性と安定性を向上させることができる。この場合においても、定常走行状態から急加速が実行される場合等の目標圧縮比が高圧縮比から低圧縮比へと急激に変化される場合においては、若干の時間遅れを伴って可変動弁機構Ｃによる吸気量の変更が実現される。このため、可変圧縮比機構Ａの実際有効圧縮比と目標圧縮比指令との間に差分ｄＣＲが短時間において生じる。したがって、差分ｄＣＲを演算し、この差分ｄＣＲが予め設定した所定値を超える場合には、ノッキングが発生しやすい運転状態であると判定して、水噴霧機構Ｂの水噴霧弁より水噴霧を実行する水噴霧指令を出力することにより、空気量不足による出力低下や点火時期の遅角補正による燃費悪化を招くことなくノッキング防止を行うことができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（キ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（ク）可変圧縮比機構Ａは、吸気弁２７の開弁期間および／または位相を変更可能な可変動弁機構Ｃにより構成され、吸気弁２７の閉弁時期に応じて吸入空気量を制御して有効圧縮比を可変とするものであることにより、可変動弁Ｃによって有効圧縮比を可変とする機関において、上記（ア）、（イ）の効果が得られる。

（ケ）可変圧縮比機構Ａは、吸気弁２７の開弁期間および／または位相を変更可能な可変動弁機構Ｃとピストン上死点位置を調整可能な複リンク機構Ｄによる可変圧縮比機構Ａ１により構成され、吸気弁２７の閉弁時期とピストン上死点位置との両者により有効圧縮比を可変とするものであることにより、可変動弁機構Ｃと複リンク機構Ｄの双方により有効圧縮比を可変とする機関において、上記（ア）、（イ）の効果が得られる。

本発明の一実施形態を示す内燃機関の燃焼制御装置のシステム構成図。 同じく燃焼制御装置の可変圧縮比機構の正面図（Ａ）および部分拡大図（Ｂ）。 可変圧縮比機構の側面図。 内燃機関の燃焼制御装置における水噴霧弁の配置例を示す燃焼室の断面図。 水噴霧パターン（Ａ）〜（Ｄ）の説明図。 目標圧縮比のマップを示す図。 目標圧縮比と実際圧縮比との差異に対する水噴霧量特性を示した特性図。 エンジン負荷に対する水噴霧補正率を示した特性図。 エンジン回転数に対する水噴霧補正率を示した特性図。 冷却水温に対する水噴霧補正率を示した特性図。 水噴霧制御ルーチンを示すフローチャート。 水噴霧制御ルーチンを示すフローチャートの実行によるタイムチャート。 水噴霧弁の別の配置例を示す燃焼室の断面図。 本発明の第２実施形態の第１実施例を示す内燃機関の燃焼制御装置の可変圧縮比機構のシステム構成図。 本発明の第２実施形態の第２実施例を示す内燃機関の燃焼制御装置の可変圧縮比機構のシステム構成図。

符号の説明

Ａ、Ａ１ 可変圧縮比機構
Ｂ 水噴霧機構
Ｃ 可変動弁機構
Ｄ 複リンク機構
１ シリンダブロック
２ シリンダ
３ ピストン
４ ピストンピン
５ アッパーリンク
６ ロアリンク
７ クランク軸
８ クランクピン
１１ コントロールリンク
１２ 制御軸
３０ 制御手段としてのエンジンコントローラＥＣＵ

Claims (10)

1. 有効圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
   運転条件から目標有効圧縮比を求める目標圧縮比算出手段と、
   前記可変圧縮比機構により実現されている実際有効圧縮比を検出する手段と、
   機関運転条件に応じて燃焼室に水を噴霧可能な水噴霧機構と、
   前記実際有効圧縮比が目標有効圧縮比よりも高い場合に水噴霧機構を作動させる制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記水噴霧機構よりの水噴霧量は、目標有効圧縮比と実際有効圧縮比の差異に応じて増量することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記可変圧縮比機構は、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構により構成され、吸気弁の閉弁時期により有効圧縮比を可変とするものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 前記可変圧縮比機構は、ピストン上死点位置を調整可能な複リンク機構により構成され、ピストン上死点位置を変更することにより有効圧縮比を可変とするものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記可変圧縮比機構は、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構とピストン上死点位置を調整可能な複リンク機構により構成され、吸気弁の閉弁時期とピストン上死点位置とにより有効圧縮比を可変とするものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 前記水噴霧機構による水噴霧は、吸気弁の閉弁後に実施されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
7. 前記閉弁後の水噴霧は、吸気弁の閉弁直後に実施されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
8. 前記水噴霧機構による水噴霧は、圧縮行程から膨張行程に移行するピストン上死点の近傍で実施されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
9. 前記水噴霧機構による水噴霧は、燃焼室内のボア近傍が密となるように噴霧されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
10. 点火時期を調整する点火時期制御装置を備え、
    前記点火時期制御装置は水噴霧機構よりの水噴霧量に応じて点火時期の遅角補正を少なくすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。