JP2009215989A - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比変更中の過渡運転時におけるノッキングの発生を抑制すると共に、加速性能の低下や運転性の悪化を効果的に防止する。
【解決手段】圧縮比を可変とする圧縮比可変機構及び吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構を備えた内燃機関において、サイクル毎の圧縮行程前半に前記圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出し、吸気弁の閉時期及び検出した圧縮比の変化速度に基づいて同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定し、推定した有効圧縮比に基づいて同サイクル内における点火時期を設定し、設定された点火時期に点火を実施する。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備えた内燃機関の制御装置及び制御方法に関し、詳しくは、圧縮比に応じて点火時期を制御する技術に関する。

機関の圧縮比を変化させる圧縮比可変機構を備えた内燃機関として、例えば特許文献１に記載のものがある。この特許文献１に記載の内燃機関では、機械圧縮比と吸気弁閉時期との協調制御によってノッキングを回避しつつ、ノッキングを検出した場合には点火時期を遅角させるようにしている。
特開２００２−２５８８７６号公報

ところで、圧縮比は機関の運転状態に応じて制御され、また、同一の運転状態であっても圧縮比によって点火時期の要求は異なる。
ここで、運転状態が変化した場合には、目標圧縮比及び目標点火時期がそれぞれ設定されることになるが、機械的構成の圧縮比可変機構は電気的な点火時期制御に比べて応答性が低いため、過渡的に実際の圧縮比に適合しない時期に点火が行われてしまい、特に加速時に圧縮比を低下させる際にノッキングが発生するおそれがある。

この場合、上記特許文献１に記載の内燃機関では、ノッキングを検出すると点火時期を緊急的に遅角させることになるため、点火時期が過度に遅角されて加速性能の低下や運転安定性の悪化を招くという問題がある。

本発明は、このような問題に対処するものであり、圧縮比可変機構を備えた内燃機関において、圧縮比変更中の過渡運転時におけるノッキングの発生を抑制すると共に、加速性能の低下や運転性の悪化を効果的に防止することを目的とする。

このため、本発明は、内燃機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備えた構成において、サイクル毎の圧縮行程前半に圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出し、検出した圧縮比の変化速度に基づいて同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定し、推定した有効圧縮比に基づいて同サイクル内における点火時期を設定する。

また、内燃機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構及び吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構を備えた構成において、サイクル毎の圧縮行程前半に圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出し、吸気弁の閉時期及び検出した圧縮比の変化速度に基づいて同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定し、推定した有効圧縮比に基づいて同サイクル内における点火時期を設定する。

本発明によれば、圧縮比変更中の過渡運転時においても、ノッキングを回避しつつ、より大きなトルクを得ることのできる（進角側の）点火時期を設定することができる。これにより圧縮比可変機構を備えた内燃機関において、加速性能の低下や運転性の悪化を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（エンジン）１の概略構成を示している。
図１において、エンジン１の吸気通路101には、吸気上流側から電子制御式のスロットル弁102、燃料噴射弁103及び吸気弁104が配設されている。

スロットル弁102は、その開度（スロットル開度）に応じて吸入空気量を制御することが可能である。但し、本実施形態では、主として吸気弁104の作動特性を可変とすることで吸入空気量を制御しており、スロットル弁102は補助的に用いるようにしている。

燃料噴射弁103は、入力される噴射信号によって開弁駆動され、所定の量の燃料を吸気弁104の傘部近傍に向けて噴射する。そして、吸気弁104が開駆動されることにより、吸入空気及び燃料の混合気がピストン105によって画成される燃焼室106内に導入される。

吸気弁104は、その上方に設けられた動弁機構107によって開閉駆動される。
動弁機構107は、図２に示すように、吸気弁104の作動角及びリフト量を連続的に変更できるＶＥＬ機構107ａと、吸気弁104の作動角の中心位相を連続的に変更できるＶＴＣ機構107ｂと、を含んで構成される。但し、かかる構成は一例に過ぎずこれに限るものではない。

ＶＥＬ機構107ａは、図２、３に示すように、気筒列方向に延びてクランク軸の回転に連動して回転する駆動軸151と、この駆動軸151の外周に相対回転可能に取り付けられてバルブリフタ141を介して吸気弁104を開閉駆動する揺動カム152と、駆動軸151の外周に固定された偏心カム153と、この偏心カム153に相対回転可能に外嵌されたリング状リンク154と、駆動軸151と略平行に設けられた制御軸155と、この制御軸155の外周に偏心して固定された制御カム156と、この制御カム156に相対回転可能に外嵌しその一端がリング状リンク154と連携（連結）されたロッカアーム157と、このロッカアーム157の他端と揺動カム152とを連携（連結）するロッド状リンク158と、を含んで構成される。そして、アクチュエータ161によってギヤ列162を介して制御軸155を回転させることによって、揺動カム152の作動角が変化して吸気弁104の作動角θ（及びリフト量）を連続的に変化させる。

一方、ＶＴＣ機構107ｂは、クランク軸に対する駆動軸151の回転位相を変化させることによって、揺動カム152が回転方向に変位してカム中心角が変化することで吸気弁105の開閉時期を進・遅角する（すなわち、吸気バルブ104の作動角の中心位相（中心角）φを変化させる）ものであり、公知のバルブタイミング制御機構を用いることができる。

図１に戻って、シリンダヘッドＨには、燃焼室106の上部中央に臨ませて点火プラグ108が設けられており、この点火プラグ108によって、燃焼室106に導入された混合気への点火が行われる。

燃焼排気は、燃焼室106から排気弁109を介して排気通路110に排出され、図示しない排気浄化触媒等によって浄化された後、大気中に放出される。なお、排気弁109は、排気側カム軸に設けられた駆動カム111によって、その作動角（リフト量）及び作動角の中心位相が一定のまま開閉駆動される。

また、エンジン１は、図４に示す構成の圧縮比可変機構200を備えている。図４において、エンジン１のクランク軸201は、ジャーナル部202と、クランクピン部203と、カウンタウエイト201ａとを備えており、シリンダブロックの主軸受（図示省略）にジャーナル部202が回転自在に支持されている。

クランクピン部203は、ジャーナル部202の回転中心から所定量ずれた位置に設けられており、ここにロアリンク204が回転自在に連結されている。アッパリンク205は、その下端側が連結ピン206によってロアリンク204の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン207によってピストン105に回動可能に連結されている。

制御リンク208は、その上端側が連結ピン209によってロアリンク204の他端に回動可能に連結され、その下端側が制御軸210に回転可能に連結されている。詳しくは、制御軸210は軸方向に間欠的に設けられた取付部を有し、制御リンク208の下端側はこの取付部に連結ピン211によって回転可能に連結される。連結ピン211は制御軸210の回転中心Ｐからずれた位置に設けられている。

そして、アクチュエータ214によってギヤ212，213を介して制御軸210を回転させることによって、連結ピン211、すなわち、制御リンク208の下端側の揺動支点位置が変化する。制御リンク208の下端側の揺動支点位置が変化すると、ピストン105の行程が変化し、上死点（ＴＤＣ）におけるピストン105の位置が高くなり又は低くなる。上死点（ＴＤＣ）におけるピストン104の位置が高くなると、燃焼室106の容積が小さくなって高圧縮比状態となり、逆に、上死点（ＴＤＣ）におけるピストン105の位置が低くなると、燃焼室106の容積が大きくなって低圧縮比状態となる。

つまり、圧縮比可変機構200は、上死点（ＴＤＣ）におけるピストン105の位置を変化させてエンジン１の機械圧縮比（以下単に「圧縮比」という）を可変とする。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントローラ（ＥＣＵ）300には、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルセンサ301、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ302、スロットル弁102の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ303、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する温度センサ304、ノッキングの強度ＫＩを検出するノッキングセンサ（ノック検出手段）305、気筒判別を行う気筒判別センサ306、ＶＥＬ機構107ａの制御軸155の回転角（すなわち、吸気弁104の作動角θ）を検出する第１回転角センサ（作動特性検出手段）307、ＶＥＬ機構107ａの駆動軸151の回転角（すなわち、吸気弁104の作動角の中心角φ）を検出する第２回転角センサ（作動特性検出手段）308、圧縮比可変機構200の制御軸210の回転角（すなわち、エンジン１の圧縮比）を検出する第３回転角センサ309などの各種センサから検出信号が入力される。なお、エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ302の検出結果に基づいて算出される。そして、ＥＣＵ300は、入力された各種センサの検出信号に基づき吸入空気量制御、燃料噴射制御、圧縮比制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行する。

次に、ＥＣＵ300によって実行されるエンジン制御について説明する。
本実施形態における吸入空気量制御は、アクセル開度ＡＰＯに基づいてエンジン１が発生すべきトルク（以下「目標トルクｔＴｅ」という）を演算し、この目標トルクｔＴｅに基づいて動弁機構107及びスロットル弁102を作動させるものである。詳しくは、目標トルクｔＴｅ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて目標吸入空気量（目標トルクｔＴｅ相当のシリンダ吸入空気量）を算出し、この目標吸入空気量に基づいて吸気弁104の目標作動特性（目標作動角θ、目標中心角φ）を設定して動弁機構107を作動させると共に、吸気弁104の作動特性に基づいて実際のシリンダ吸入空気量（実吸入空気量）を算出し、目標吸入空気量と算出した実吸入空気量との偏差に基づいてスロットル弁102を作動させる（吸気圧を調整する）。

また、本実施形態における燃料噴射制御は、上記吸入空気量制御によって制御された吸入空気量のもとで所定の当量比を達成するのに必要な燃料量を演算し、この燃料量に相当する駆動信号を所定のタイミングで燃料噴射弁103に出力するものである。

さらに、本実施形態における圧縮比制御は、エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷に基づいて予め設定された目標圧縮比設定マップを参照して目標圧縮比を設定し、この目標圧縮比に基づいて圧縮比可変機構200を作動させるものである。

さらにまた、点火時期制御は、サイクル毎に圧縮上死点(ＴＤＣ)での有効圧縮比を推定し、この予測した有効圧縮比に基づいて点火時期を制御するものである。詳しくは、各サイクルにおける吸気弁閉弁時（ＩＶＣ）から点火時期前の圧縮行程前半において、圧縮比可変機構200による圧縮比の変化速度と、吸気弁104の閉時期ＩＶＣとから圧縮上死点（ＴＤＣ）での有効圧縮比を予測する共に、実際のエンジントルク（実吸入空気量）及びエンジン回転速度Ｎｅを検出し、これらに基づいて点火時期を設定し、この設定した点火時期に点火プラグ108を作動させる。

図５は、実施形態に係るエンジン制御のフローチャートである。
ステップＳ１では、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅを検出する。
ステップＳ２では、アクセル開度ＡＰＯに基づいて目標トルクｔＴｅを演算する。

ステップＳ３では、目標トルクｔＴｅ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づき予め設定されたマップ（図６〜８）を参照して目標圧縮比ｔε、吸気弁104の目標作動角ｔθ及び目標中心角φを設定する。

ここで、目標圧縮比ｔεは、低回転低負荷時には燃費の向上を図るべく高圧縮比に設定され、高負荷時にはノッキングの発生を回避するように低圧縮比に設定される（図６）。また、吸気弁104の目標作動角θ及び目標中心角φは、目標トルクｔＴｅを達成するのに必要なシリンダ吸入空気量を確保するように設定される。基本的には、吸気弁104の目標作動角θは、低回転低負荷においては小さく設定され、高負荷高回転側にあるほど大きく設定される（図７）。吸気弁104の目標中心角ｔφは、低回転低負荷においては進角側に設定され高回転高負荷側にあるほど遅角側に設定される（図８）。そして、ここで設定された目標圧縮比εに基づいて圧縮比可変機構200を作動させ、目標作動角ｔθ及び目標中心角φに基づいて動弁機構107を作動させる。

ステップＳ４では、サイクル開始信号を検出する。点火時期を設定する気筒を特定するためである。ここでは、気筒判別センサ304の検出信号を代用する。
ステップＳ５では、エンジン回転速度Ｎｅ、スロットル開度ＴＶＯを検出する。

ステップＳ６では、吸気弁104の閉時期ＩＶＣを検出する。ここでは、クランク角センサ302、第１回転角センサ307及び第２回転角センサ308の検出結果から吸気弁104の作動角θ及びその中心角φを求め、この求めた吸気弁104の作動角θ及び中心角φから吸気弁104の閉時期ＩＶＣを検出する。なお、吸気弁104が実際に閉弁した時期（実ＩＶＣ）を検出するようにしてもよい。

ステップＳ７では、実際の吸入空気量（サイクル空気量）を算出（推定）する。ここでは、ステップＳ５で検出したスロットル開度ＴＶＯ、ステップＳ６で求めた吸気弁104の作動角θ及び中心角φから実際の吸入空気量を算出する。このように、スロットル開度ＴＶＯ及び吸気弁104の作動特性（作動角及び中心角）を検出した上で実際の吸入空気量を算出することにより、吸気弁104の作動特性が変化中であっても現サイクルにおける実際の吸入空気量を精度よく算出できる。

ステップＳ８では、吸気弁104が閉弁した後の圧縮行程前半にピストン実圧縮比ｒεを検出し、圧縮比可変機構200による圧縮比の変化速度を算出する。
ここで、実圧縮比ｒεとは、そのときの圧縮比可変機構200の作動状態において実現される圧縮比（上死点でのピストン位置）をいい、かかる実圧縮比ｒεの検出は、圧縮行程前半における第３回転角センサ309の検出結果（制御軸210の回転角）に基づき予め設定されたマップ（図９）を参照することにより行う。また、圧縮比の変化速度は、例えば、検出した実圧縮比ｒεと、圧縮比可変機構200の作動前の実圧縮比ｒε_０と、圧縮比可変機構200の作動開始からの経過時間ｔとに基づいて算出する〔（ｒε−ｒε_０）／ｔ〕。

本実施形態における圧縮比可変機構200のように、上死点（ＴＤＣ）におけるピストン位置を変化させることによって圧縮比を可変とする場合、ピストン105に加わる圧力（燃焼圧）によって圧縮比を変更する速度（すなわち、圧縮比の変化速度）が変化する。つまり、圧縮比の変化速度は、前サイクルの燃焼変動やＰｍａｘ位置の影響を受けてサイクル毎に異なるため、サイクル毎の圧縮行程前半に実圧縮比ｒεを検出して圧縮比可変機構200による圧縮比の変化速度を算出するようにしている。

ここで、第３回転角センサ309が、圧縮比可変機構200の制御軸210の回転角だけではなく、制御軸210の回転速度（角速度）も検出できるような場合には、実圧縮比ｒεに代えて、又は、実圧縮比ｒεと共に制御軸210の回転速度（すなわち、圧縮比の変化速度）を直接検出してもよいことはもちろんである。

ステップＳ９では、ステップＳ６で検出した吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）、ステップＳ８で算出した圧縮比の変化速度に基づいて、圧縮上死点（ＴＤＣ）での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを推定する。

ステップＳ１０では、ステップＳ５で検出したエンジン回転速度Ｎｅ、ステップＳ７で算出した吸入空気量（エンジントルク）、及び、ステップＳ９で推定した有効圧縮比ε′_ＴＤＣに基づいて、図１０に示すようなマップを参照して点火時期を設定する。そして、この設定された点火時期に点火を実施する。

図１０に示すように、各有効圧縮比ε′に共通して点火時期の進角限界はノッキングで定まり、遅角限界はエンジン１のトルク変動（サージトルク限界）によって定まる。安定した運転性能を実現するためには、両者の間に点火時期が設定される必要がある。また、一般に圧縮比（有効圧縮比ε′）が高まるほどノッキング強度も高まることから、高圧縮比化に伴って点火時期の進角限界は遅角し、ノッキング限界点火時期からサージ限界点火時期までの余裕度が小さくなる。加えて、圧縮比（有効圧縮比ε′）が高まるにしたがって点火時期の設定がエンジン効率（トルク）に与える影響が大きくなり、点火時期の僅かな遅角がエンジン性能を大きく低下させてしまう。

そこで、圧縮上死点（ＴＤＣ）での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを推定し、この推定した有効圧縮比ε′_ＴＤＣに基づいて点火時期を設定することで、ノッキングを回避しつつ最大限に大きなトルクを得られる（より進角側の）点火時期を設定する。

ステップＳ１１では、ノッキング強度ＫＩを検出する。
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で検出されたノッキング強度ＫＩが予め設定された所定の基準値（本発明の「第１閾値」に相当する）ＫＩ_ＴＨを超えているか否かを判定する。そして、ＫＩ＞ＫＩ_ＴＨであれば許容強度以上のノッキングが発生していると判断してステップＳ１３に進み、ＫＩ≦ＫＩ_ＴＨであればステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３では、点火時期の遅角補正を実施する。そして、ステップＳ３に戻り、次サイクルの圧縮比を低下させる制御、次サイクルの吸入空気量を制限する制御、及び／又は圧縮比可変機構200の動作速度を上昇させる制御を実施する。これらの制御はステップＳ３において目標値を更新（修正）することにより行う。具体的には、目標圧縮比ｔεを低くして圧縮比を低下させ、圧縮比可変機構200のアクチュエータ214への供給電力量を増加する等して圧縮比可変機構200の動作速度（すなわち、圧縮比の変化速度）を上昇させ、及び／又は、吸気弁104の目標作動角ｔθを小さくし若しくは目標中心角φを進角させて吸入空気量を制限する。これにより、次サイクルのノッキングの発生を抑制する。

ステップＳ１４では、ステップＳ１１で検出されたノッキング強度ＫＩが前記所定の基準値（すなわち、ノッキング）に対して余裕があるか否かを判定する。ここでは、検出されたノッキング強度ＫＩが前記所定の基準値ＫＩ_ＴＨの９０％、すなわち、０．９×ＫＩ_ＴＨ（本発明の「第２閾値」に相当する）を下回っているか否かを判定する。そして、ＫＩ＜０．９×ＫＩ_ＴＨであればステップＳ１５に進み。

ステップＳ１５では、点火時期の進角補正を実施してステップＳ３に戻る。ここで、点火時期がすでにＭＢＴである場合には、点火時期の進角補正を実施せず、次サイクルの目標圧縮比ｔεを高くして圧縮比を上昇させ、及び／又は、圧縮比可変機構200のアクチュエータ214への供給電力量を減少する等して圧縮比可変機構200の動作速度を低下させる（圧縮比の変化（低下）速度を低下させる）。これにより、エンジン１の熱効率、燃費性能を向上させる。

また、特に高いトルク応答性が要求される全開加速時等の場合には、目標作動角ｔθを大きくし又はＶＥＬ機構107ａのアクチュエータ161への供給電力量を増加する等してＶＥＬ機構107ａの動作速度を上昇させてトルク応答性能を向上させる。この場合にはノッキングが発生し易くなるが、本実施形態ではサイクル毎に点火時期を設定しており、ノッキングを回避しつつノッキング限界付近に点火時期を設定することができる。もし許容以上のノッキングが発生した場合には、上記ステップＳ１３において点火時期が遅角補正され、次のステップＳ３において目標値の見直しが行われることになる。

一方、ステップＳ１４において、ＫＩ≧０．９×ＫＩ_ＴＨ、すなわち、ノッキング強度ＫＩが閾値ＫＩ_ＴＨをやや下回る場合は、ほぼ許容ノッキング強度付近に制御されていると判断してステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、圧縮比ε、吸気弁104の作動角θ及び作動角の中心角φが目標値に到達したか否かを判定し、目標値に到達していれば本フローを終了し、到達していなければステップＳ３に戻って次サイクルの処理を行う。

図１１は、上記エンジン制御のタイムチャートである。
加速時を考えた場合、アクセル開度ＡＰＯに基づいて目標トルクｔＴｅが定まりエンジン負荷が高まるため、圧縮比を低下させる制御が行われる。圧縮比可変機構200が作動することによって圧縮比εの変更が開始されるが（時刻ｔ０）、実際の圧縮比が目標圧縮比ｔεに達するまで遅れを有する。ここで、吸入空気量は吸気弁104の閉弁後は変化しないのに対し、圧縮比はその後の圧縮行程中においても変化し続けることになるため、点火時期の設定時点における圧縮比と、実際の点火時期における圧縮比との間にずれが生じてしまい、ノッキングが発生するおそれがある。

そこで、吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）を検出すると共に（時刻ｔ１）、吸気弁104の閉弁後の圧縮行程前半の所定時期において（時刻ｔ２）、実圧縮比ｒεを検出する共に圧縮比の変化速度を算出し、吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）及び圧縮比の変化速度に基づいて圧縮上死点（ＴＤＣ）での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを推定する。換言すれば、圧縮比可変機構200による圧縮上死点（ＴＤＣ）での圧縮比（機械圧縮比）ε_ＴＤＣ、すなわち、圧縮上死点ＴＤＣでのピストン位置を求め、吸気弁104の閉時期ＩＶＣから圧縮上死点（ＴＤＣ）までのピストン位置の変化（量）に基づいて圧縮上死点（ＴＤＣ）での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを推定する。そして、この推定した有効圧縮比ε′_ＴＤＣに基づいて、ノッキングを回避しつつ最大限に大きなトルクを得られる（より進角側の）点火時期を設定する。

本実施形態において、ＥＣＵ300及び第３回転角センサ309（特に、図５のステップＳ８の処理）が本発明の「変化速度検出手段」に相当し、ＥＣＵ300（特に、図５のステップＳ７の処理）が本発明の「吸入空気量算出手段」に相当し、ＥＣＵ300（特に、図５のステップＳ９の処理）が本発明の「有効圧縮比推定手段」に相当し、ＥＣＵ300（特に、図５のステップＳ１０、Ｓ１２〜Ｓ１５の処理）が本発明の「点火時期設定手段」及び「制御手段」に相当する。

本実施形態によれば、サイクル毎の圧縮行程前半に圧縮比の変化速度を検出し、この検出した圧縮比の変化速度及び吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）に基づいて同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定し、この推定した圧縮上死点での有効圧縮比に基づいて点火時期を設定するので、ノッキングの発生を回避しつつ、できるだけ進角側の効率の高い時期に点火時期を設定できるので、特に過渡運転時の熱効率を向上できる。

また、検出したノッキング強度が基準値を超えた場合には点火時期を遅角補正してノッキングの発生を回避した上で、次サイクルの目標圧縮比を低下させ、吸入空気量を制限し、及び／又は圧縮比可変機構の動作速度を上昇させるので、次サイクルにおいてノッキングの発生をより精度よく回避しつつ、進角側の効率の高い時期に点火時期を設定できる。

さらに、検出したノッキング強度が基準値に対して余裕がある場合には、点火時期を進角補正し、次サイクルの圧縮比を上昇させ、及び／又は、圧縮比可変機構の動作速度を低下させるので、特に過渡運転時の熱効率、燃費性能を効果的に向上できる。

なお、上記実施形態では、図５のステップＳ６で吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）を検出しているが、吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）が固定又は一定に制御されている場合には、本ステップを省略できることはいうまでもない。この場合、図５のステップＳ７では、図示しないエアフローメータ等によって検出される吸入空気量に基づいてサイクル空気量を算出すればよい。

また、以上では本発明の基本的な実施形態を説明したが、本発明の適用例はこれに限るものではなく、多様な変形での適用が可能である。そこで、上記実施形態の変形例をいくつか説明しておく。

まず、上記実施形態では圧縮行程前半に実圧縮比ｒεを１回だけ検出しているが、サイクル毎の圧縮行程前半に実圧縮比ｒεの検出を複数回行うようにしてもよい。それ以外の点については上記実施形態と同様である。

圧縮行程中は筒内圧が上昇するため、圧縮比の変化速度も変動する（高まる）可能性が高い。また、吸入空気量の変動や前サイクルの燃焼変動の影響によっても筒内圧の変動が生じるおそれがある。そこで、圧縮行程中に実圧縮比ｒεを複数回検出し、検出した複数の実圧縮比ｒεに基づいて圧縮比の変化速度を検出（算出）することで圧縮上死点での有効圧縮比ε′_ＴＤＣの推定精度をより高める。

具体的には、図１２に実線で示すように、圧縮行程中に検出した複数（３つ以上が好ましい）の実圧縮比ｒεによって近似曲線（圧縮比の変化速度に相当する）を作成し、この近似曲線と、吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）とに基づいて、換言すれば、近似曲線から同サイクル内の圧縮上死点での実圧縮比ε_ＴＤＣ（すなわち、上死点でのピストン位置）を求め（予測し）、この実圧縮比ε_ＴＤＣと吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）とに基づいて、圧縮上死点での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを推定する。これにより、圧縮比可変機構200の制御軸210の回転位置及びアクチュエータ214の応答速度から事前に算出しておいた圧縮比の変化曲線（破線）に対して、実際の圧縮比変化がずれているような場合であっても圧縮上死点での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを精度よく推定できる。この結果、サイクル毎に精度よく点火時期をノック許容限界まで進角することができ、特に加速性能を向上できる。

ここで、複数の実圧縮比ｒεを検出する場合には、そのうちの１つを吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）の実圧縮比ｒε_ＩＶＣとするのが好ましい。圧縮行程の開始時の実圧縮比ｒε_ＩＶＣ（ピストン位置）を基準として圧縮上死点での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを推定でき、推定精度を高めることができるからである。

なお、圧縮行程中に複数の実圧縮比ｒεの全てを検出することが難しい場合には、図１３に示すように、前サイクルの圧縮行程において検出した実圧縮比も含めるようにしてもよい。この場合、現サイクルの圧縮行程において検出した少なくとも１つの実圧縮比（図では１つ）と、前サイクルの圧縮行程において検出した少なくとも１つの実圧縮比（図では２つ）とから近似曲線を作成し、この近似曲線と、吸気弁104の閉時期（ＩＶＣ）とに基づいて現サイクルの圧縮上死点での有効圧縮比ε′_ＴＤＣを推定する。

次に、筒内直噴エンジンの場合には、図５のステップ１３における点火時期の遅角補正に加えて燃料の追加噴射を行うようにしてもよい。
図１４は、筒内直噴エンジンを示している。図１４において、燃料噴射弁103が筒内に直接燃料を噴射するように配置されている点のみが上記実施形態（図１）と異なり、それ以外の構成は同じである。かかる構成において上記エンジン制御（図５）を実施し、ステップＳ１２において許容強度以上のノッキングが発生していると判断した場合には、ステップＳ１３で点火時期の遅角補正及び燃料の追加噴射を行う。

燃料濃度を高め比熱比を低下させて筒内温度を低下させると共に筒内に乱れを供給して火炎伝播速度を上昇させることで、ノッキングを抑制するためである。これにより、点火時期の遅角補正が不要になる又は点火時期の遅角量を低減できるので、ノッキングの発生に伴うトルク低下（点火時期の遅角）を抑制できる。ここで、ノッキングは圧縮比が高いほど発生し易いので、ステップＳ９で推定した有効圧縮比ε′_ＴＤＣが高いほど追加噴射する量を増大させるのが好ましい。また、燃料の追加噴射のみでは十分にノッキングを抑制できないような場合には、上記実施形態と同様、テップＳ３において目標値を更新（修正）する。

さらに、筒内圧を検出する筒内圧センサを設け、圧縮行程前半に筒内圧を検出し、この検出結果を、サイクル空気量の算出（図５のステップＳ７）及び圧縮上死点での有効圧縮比ε′_ＴＤＣの推定（図５のステップＳ９）に利用するようにしてもよい。

これにより、サイクル空気量の算出精度及び圧縮上死点での有効圧縮比ε′_ＴＤＣの推定精度が大きく向上する。また、ノッキングの検出精度も高まるので、点火時期の遅角補正（図５のステップＳ１３）を最小限に抑制できる。さらに、所定の定常運転時に気筒毎の圧力最大値及びその位置を検出し、その検出結果に基づいて気筒毎に点火時期の補正を実施することにより、例えばデポジット等によって経時的に圧縮比が変化したような場合においても、ノッキングを回避しつつ、トルク変動の少ない安定した運転が可能となる。

本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。 吸気弁の動弁機構（ＶＥＬ機構＋ＶＴＣ機構）の構成を示す図である。 ＶＥＬ機構の構成を示す図である。 圧縮比可変機構の構成を示す図である。 実施形態に係るエンジン制御のフローチャートである。 目標圧縮比設定マップの一例を示す図である。 吸気弁の目標作動角設定マップの一例を示す図である。 吸気弁の作動角の目標中心角設定マップの一例を示す図である。 制御軸の回転角と実圧縮比との関係を示す図である。 点火時期、エンジントルク及び有効圧縮比の関係を示す図である。 実施形態に係るエンジン制御のタイムチャートである。 実施形態の変形例を説明するための図である。 同じく実施形態の変形例を説明するための図である。 同じく実施形態の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１…エンジン、101…吸気通路、102…スロットル弁、103…燃料噴射弁、104…吸気弁、107…動弁機構、107ａ…ＶＥＬ機構、107ｂ…ＶＴＣ機構、108…点火プラグ、151…駆動軸、155…制御軸、200…圧縮比可変機構、210…制御軸、300…エンジンコントローラ、301…アクセルセンサ、302…クランク角センサ（エンジン回転速度検出手段）、304…スロットルセンサ、305…ノッキングセンサ、307…第１回転角センサ（作動特性検出手段）、308…第２回転角センサ（作動特性検出手段）、309…第３回転角センサ

Claims (14)

1. 内燃機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
   サイクル毎の圧縮行程前半に前記圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出する変化速度検出手段と、
   検出された圧縮比の変化速度に基づいて、同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定する有効圧縮比推定手段と、
   推定された有効圧縮比に基づいて、同サイクル内における点火時期を設定する点火時期設定手段と、
   設定された点火時期に点火を実施する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
   吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構と、
   サイクル毎の圧縮行程前半に前記圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出する変化速度検出手段と、
   検出された圧縮比の変化速度及び前記吸気弁の閉時期に基づいて、同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定する有効圧縮比推定手段と、
   推定された有効圧縮比に基づいて、同サイクル内における点火時期を設定する点火時期設定手段と、
   設定された点火時期に点火を実施する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記変化速度検出手段は、サイクル毎の圧縮行程前半にそのときの前記圧縮比可変機構の作動状態よって実現される実圧縮比を検出し、この検出した実圧縮比に基づいて前記圧縮比の変化速度を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記変化速度検出手段は、前記実圧縮比の検出を複数回行うことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記複数回行われる実圧縮比の検出には、前記吸気弁の閉時期での実圧縮比の検出が含まれることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
6. 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記吸気弁の作動特性を検出する作動特性検出手段と、
   検出された吸気弁の作動特性に基づいて吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
   を更に備え、
   前記点火時期設定手段は、前記推定された有効圧縮比、検出された機関の回転速度及び算出された吸入空気量に基づいて、前記点火時期を設定することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
7. ノッキング強度を検出するノック検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、検出されたノッキング強度が予め設定された第１閾値を超えている場合には、前記点火時期を遅角補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
8. ノッキング強度を検出するノック検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、検出されたノッキング強度が予め設定された第１閾値を超えている場合には、次サイクルの圧縮比を低下させる制御、次サイクルの吸入空気量を制限する制御及び前記圧縮比可変機構の動作速度を上昇させる制御のうちの少なくとも１つを実施することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記制御手段は、検出されたノッキング強度が前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回っている場合には、点火時期を進角補正することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記制御手段は、検出されたノッキング強度が前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回っている場合には、次サイクルの圧縮比を上昇させる制御及び前記圧縮比可変機構の動作速度を低下させる制御のうちの少なくとも１つを実施することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の内燃機関の制御装置。
11. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、
    前記制御手段は、検出されたノッキング強度が予め設定された第１閾値を超えている場合には、燃料の追加噴射を行うことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記圧縮上死点での有効圧縮比が高いほど前記追加噴射する燃料を増量することを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の制御装置。
13. 圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備えた内燃機関において、
    サイクル毎の圧縮行程前半に前記圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出するステップと、
    検出された圧縮比の変化速度に基づいて、同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定するステップと、
    推定された圧縮上死点での有効圧縮比に基づいて、同サイクル内における点火時期を設定するステップと、
    設定された点火時期に点火を実施するステップと、
    を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。
14. 圧縮比を可変とする圧縮比可変機構及び吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構を備えた内燃機関において、
    サイクル毎の圧縮行程前半に前記圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出するステップと、
    検出された圧縮比の変化速度及び前記吸気弁の閉時期に基づいて、同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定するステップと、
    推定された有効圧縮比に基づいて、同サイクル内における点火時期を設定するステップと、
    設定された点火時期の点火を実施するステップと、
    を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。

Images