JP2010144550A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速・減速過渡期に燃焼の切換えとともに機関圧縮比を変更する際、失火やノッキングを生じるなど、燃焼安定性を阻害するおそれがある。
【解決手段】電動機により駆動されて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、上記電動機及び点火プラグの動作を制御する制御部と、を有する。この制御部は、目標負荷に基づいて目標圧縮比を決定する目標圧縮比決定手段（１−１）と、上記目標圧縮比に基づいて上記電動機の駆動に必要とされる電力負荷を推定する電力負荷推定手段（１−２）と、この電力負荷に基づいて上記目標負荷を補正して補正後目標負荷を算出する目標負荷補正手段（１−６）と、この補正後目標負荷に基づいて、上記火花点火燃焼と上記圧縮着火燃焼との切換えの判定を行う燃焼切換え判定手段（１−３）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える内燃機関の制御技術に関する。

機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関では、低負荷側を高圧縮比、高負荷側を低圧縮比とすることによって、ノッキングの発生を回避しつつ、燃料消費率を向上することができる。このような可変圧縮比機構における駆動負担を軽減する技術が特許文献１に記載されている。このものでは、ピストン側からコントロールロッド側へ作用する力がモータ等の電動機の駆動に対してアシストする方向のときや電動機の負担とならない小さい力のときににも、電動機を駆動するようにしている。

また、特許文献２には、点火プラグによる火花点火を行う火花点火燃焼と、均質予混合気を圧縮自己着火させる圧縮着火燃焼と、を切換え可能な内燃機関で、この圧縮着火燃焼を機関負荷の幅広い範囲で実現することにより、高熱効率・低ＮＯｘ排出化を図る技術が開示されている。
特開２００１−２１４７７０号公報 特開２０００−６４８６３号公報

上述したような可変圧縮比機構を、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを切換え可能な内燃機関に適用した場合、以下のような課題が生じる。すなわち、可変圧縮比機構の目標圧縮比の設定や燃焼切換えの判定はいずれも目標負荷や機関回転速度等の機関運転状態、特に目標負荷に応じて設定される。一般的には、低負荷側では主として燃費向上を図るために高圧縮比・圧縮着火燃焼とされ、高負荷側ではノッキング等を招くことのないように低圧縮比・火花点火燃焼とされる。

このため、例えば目標負荷が増加・減少する加速・減速過渡期には、燃焼の切換えとともに機関圧縮比を変更することとなる。ここで機関圧縮比を変化させるために電動機の消費電力が大きくなると、オルタネータ等の発電機により発電が行われ、この発電分の筒内圧の上昇によって、過渡的に内燃機関が高負荷側で運転されることとなって、例えば目標負荷が減少する減速過渡期に不用意に火花点火燃焼から圧縮着火燃焼への切換えを行うと、失火やノッキングを生じるなど、燃焼安定性を阻害するおそれがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関の制御装置は、電動機により駆動されて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、上記電動機及び点火プラグの動作を制御する制御部と、を有している。そして、上記制御部は、目標負荷に基づいて目標圧縮比を決定する目標圧縮比決定手段と、上記目標圧縮比に基づいて上記電動機の駆動に必要とされる電力負荷を推定する電力負荷推定手段と、この電力負荷に基づいて上記目標負荷を補正して補正後目標負荷を算出する目標負荷補正手段と、この補正後目標負荷に基づいて、上記火花点火燃焼と上記圧縮着火燃焼との切換えの判定を行う燃焼切換え判定手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、目標圧縮比に基づいて電動機の駆動に必要とされる電力負荷、つまり目標圧縮比の変更に要求される電力負荷を推定し、この電力負荷を考慮した補正後目標負荷に基づいて火花点火燃焼と圧縮着火燃焼との切換えを判定しているために、例えば加速・減速過渡期に、圧縮比の変更に伴う電力負荷の増加により過渡的に内燃機関が高負荷側で運転されるような場合であっても、この電力負荷を考慮して良好に燃焼形態の切換えを行うことができる。従って、上述した失火やノッキングを生じることなく、燃焼安定性を向上することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。先ず、図１５及び図１６を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置の一構成例を説明する。図１５は、内燃機関の機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構として、ピストン３とクランクシャフト７のクランクピン８とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストン−クランク機構である可変圧縮比機構１を示している。この可変圧縮比機構１は特開２００３−９０４０９号公報等にも開示されているように公知であり、ここでは簡単な説明にとどめる。

可変圧縮比機構１は、シリンダブロック２のシリンダ内を摺動するピストン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の他端に連結ピン６を介して連結されるとともに、クランクシャフト７のクランクピン８に回転可能に取り付けられたロアリンク９と、このロアリンク９の自由度を制限するために該ロアリンク９に連結ピン１０を介して一端が連結され、かつ他端がシリンダブロック２等の機関本体（機関固定体）に揺動可能に支持されたコントロールリンク１１と、を備えており、上記コントロールリンク１１の揺動支持位置がコントロールシャフト１２の偏心カム部（制御偏心軸部）１３によって可変制御される構成となっている。上記コントロールシャフト１２はクランクシャフト７と平行に配置され、かつシリンダブロック２に回転自在に支持されている。

コントロールシャフト１２は、アクチュエータとしての電動機１４により回転角度が変更・保持される。制御部１５は、後述する目標圧縮比ｔεに対応する制御信号を電動機１４へ出力し、その動作を制御することによって可変圧縮比機構１を目標圧縮比ｔεへ向けて駆動制御する。この圧縮比制御は機関運転条件に基づいて行われ、典型的には、機関負荷が高いほどノッキングを回避するように低圧縮比側へ制御される。アクチュエータには応答性（応答速度）に優れた電動機１４が用いられ、高温条件での動作が必要な場合は電動機をＳＲＭ（スイッチトリラクタンスモータ）とし、電動機負荷として高トルクが必要な場合はＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ；内部磁力埋込型）モータとすることが好ましい。

このような可変圧縮比機構１によれば、機関圧縮比を機関運転状態に応じて連続的・無段階に変更できることに加え、ピストンストローク特性そのものを好ましい特性、例えば単振動に近い特性へ近づけることができる。また、ロアリンク９にコントロールリンク１１を接続することにより、コントロールシャフト１２を比較的スペースに余裕のあるクランクシャフト７の斜め下方に配置することができ、機関搭載性にも優れている。

制御部１５は、機関回転速度、機関負荷、吸入負圧及び排気温度等の機関運転状態に関連する信号を検出するクランク角センサやアクセル開度センサ等の各種センサ類１８からの検出信号に基づいて、電動機１４，ピストン３上方に形成される燃焼室内の混合気に火花点火する点火プラグ１６，内燃機関により駆動されて電動機１４等へ電力を供給するオルターネータ等の発電機１７，及び燃料噴射装置等へ制御信号を出力し、点火時期、燃料噴射量及び燃料噴射時期等を制御する。上記センサ類１８には、機関圧縮比の検出値すなわち実圧縮比に対応するコントロールシャフト１２の回転角度を検出する実圧縮比検出センサ１８Ａが含まれる。

図１６に可変圧縮比機構１の圧縮比違いによる挙動を示す。（Ａ）は高圧縮比時のリンク挙動、図１６−Ｂは低圧縮比時のリンクの挙動を示す。高圧縮比時（Ａ）では、コントロールシャフト１２の挙動により、コントロールリンク１１は比較的下げられた位置にある。ロアリンク９は傾斜が大きく、アッパリンク５を持ち上げている。低圧縮比化する場合、コントロールシャフト１２をコントロールリンク１１を下げる方向に回転させる。これによりロアリンク９の傾斜が小さくなり、アッパリンク５が下がり、上死点位置も下がり圧縮比が下がる。

図１６（Ｃ）に高圧縮比時と低圧縮比時のコントロールリンク１１とコントロールシャフト１２の拡大図を示す。燃焼圧によりピストン３が推力を受けるとコントロールシャフト１２に図１６（Ｃ）において反時計回りに負荷トルクが発生する。このため、負荷発生時に低圧縮比から高圧縮比へ変更する場合には、電動機１４により負荷トルク以上のトルクを時計回りに発生させる必要がある。逆に負荷発生時に高圧縮比から低圧縮比へ変更する場合には、摩擦抵抗以上の負荷トルクが発生している場合には電動機１４でトルクを発生することなく低圧縮比へと変化する。電動機１４は比較的大きな駆動力を発生することを要求されるので、電動機１４が駆動される間、（バッテリだけでは不十分だから）発電機１７は原則として発電を行なう。

図１６（Ｄ）に高圧縮比時と低圧縮比時のピストンモーションの変化を示す。コントロールシャフト１２を回転させることで、コントロールリンク１１の支持位置が変化し、コントロールリンク１１によるロアリンク９の運動拘束条件が変化して、図に示すようにＴＤＣ位置が変化し、圧縮比が変化する。

図１は本発明の第１の制御例を示す制御ブロック図である。内燃機関の目標負荷と回転速度から目標圧縮比を決定する目標圧縮比決定手段１−１と、目標圧縮比と機関（エンジン）回転速度と機関圧縮比の検出値（以降、実圧縮比とも呼ぶ）から必要とされる電力負荷を推定する電力負荷推定手段１−２と、内燃機関の目標負荷（以降、補正前目標負荷とも呼ぶ）と電力負荷推定手段１−２で推定された電力負荷と補正前目標負荷とを加算して補正後目標負荷を算出する電力負荷補正手段１−６と、この補正後目標負荷と機関回転速度から燃焼切換え判定を行う燃焼切換え判定手段１−３と、この燃焼切換え判定手段１−３による判定結果である燃焼切換え判定値と機関回転速度と補正前目標負荷と補正後目標負荷とに基づいて、燃焼切換えを実施する場合の目標圧縮比指令値を決定する燃焼対応目標圧縮比決定手段１−４と、燃焼切換え判定値と補正後目標負荷と機関回転速度と実圧縮比から燃焼制御を行う燃焼制御手段１−５と、で構成される。上記目標圧縮比指令値が電動機１４へ出力されて、この目標圧縮比指令値へ向けて可変圧縮比機構１が駆動されることとなる。

図３は図１の電力負荷推定手段１−２の一例を示す。目標圧縮比と実圧縮比と補正前目標負荷と機関回転速度から電動機の負荷（電動機が発生する駆動力）を推定する電動機負荷推定手段３−１と、機関回転速度と推定した電動機の負荷から発電機１７の負荷を推定する発電負荷推定手段３−２と、で構成される。ここでの電動機は、上述した可変圧縮比機構１の電動機１４の他、電力により駆動される補器類を含む。

図４は、図３の電力負荷推定手段１−２の一例を示す。機関回転速度と、目標圧縮比と、目標圧縮比と実圧縮比の差と、に基づいて、コントロールシャフト１２の負荷状態を演算するコントロール負荷演算部４−３と、コントロールシャフトの負荷状態を電動機負荷に換算する電動機負荷換算部４−４と、電動機回転数４−１から電動機効率を演算する電動機効率演算部４−２と、発電機効率演算部４−５と、を有する。電動機負荷と電動機回転数４−１から電動機出力が演算され、電動機出力と電動機効率から電動機への投入電力が演算される。上記発電機効率演算部４−５は、電動機への投入電力と内燃機関回転速度から発電機の効率を演算する。そして、発電機の効率と電動機への投入電力から電動機負荷を推定する。

図５に図１の燃焼切換え判定手段１−３で用いられる制御マップの一例を示す。機関回転速度と補正後目標負荷から燃焼形態を選択するマップとして構成する。同図に示すように、高回転・高負荷側では燃焼室に設けた点火プラグ１６によりピストン３の上死点付近にて混合気を点火・燃焼させる火花点火燃焼が行われる一方、低回転低負荷域では、点火プラグ１６による点火を行わずに、混合気を圧縮自己着火により燃焼させる圧縮着火燃焼が行われる。

図６に図１の燃焼対応目標圧縮比決定手段１−４の一例を示す。補正後目標負荷と補正前目標負荷と燃焼切換え判定値から補正後目標負荷と補正前目標負荷のいずれを選択するかを決定する目標負荷切換え部６−１と、選択された補正後目標負荷又は補正前目標負荷と燃焼切換え判定値とから燃焼対応目標圧縮比マップを選択して目標圧縮比指令値を決定する燃焼対応目標圧縮比マップ切換え部６−２と、で構成される。

図１２に図６の目標負荷切換え部６−１の制御フローチャートの一例を示す。（ステップ）１２−１では、燃焼切換え判定値を読み込む。１２−２では、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼への切換えか否かを判定する。圧縮着火燃焼への切換えと判定された場合には１２−３へ進んで補正前目標負荷を選択・出力し、１２−４で終了する。１２−２で圧縮着火燃焼への切換えではないと判定された場合には１２−５へ進む。１２−５では圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換えか否かを判定する。火花点火燃焼への切換えではないと判定された場合は１２−６へ進む。１２−６で火花点火燃焼の維持ではないと判定された場合は上記１２−３へ進んで補正前目標負荷を出力する。１２−６で火花点火燃焼を維持すると判定された場合は１２−７へ進む。１２−７では補正後目標負荷を選択・出力して１２−４で終了する。

図１３に図６の燃焼対応目標圧縮比マップ切換え部６−２の制御フローチャートの一例を示す。１３−１から燃焼対応目標圧縮比マップ切換え制御を開始する。１３−２で燃焼切換え判定値の読み込みを行う。１３−３で火花点火燃焼から圧縮着火燃焼への切換えか否かを判定する。圧縮着火燃焼への切換えと判定された場合は１３−４へ進む。１３−４で圧縮着火マップ（ＭＡＰ）を選択して目標圧縮比指令値を決定し、１３−５へ進み終了する。１３−３で圧縮着火燃焼への切換えではないと判定した場合は１３−６へ進む。１３−６では圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換えかを判定する。火花点火燃焼への切換えではないと判定された場合には１３−７へ進む。１３−７で火花点火燃焼の維持と判定された場合は上記１３−４へ進む。１３−６で火花点火燃焼への切換えと判定された場合、あるいは１３−７で火花点火燃焼の維持と判定された場合には１３−８へ進む。１３−８では火花点火マップを選択して目標圧縮比指令値を決定し、１３−５へ進んで終了する。図７に図１３の燃焼対応目標圧縮比マップの火花点火マップ（Ａ）と圧縮着火マップ（Ｂ）の一例を示す。

図２は本発明の第２の制御例を示す制御ブロック図である。内燃機関の目標負荷（補正前目標負荷とも呼ぶ）と回転速度から目標圧縮比を決定する目標圧縮比決定手段２−１と、目標圧縮比と機関回転速度と実圧縮比から電力負荷を推定する電力負荷推定手段２−３を含み、目標負荷に依れば燃焼形態が圧縮着火燃焼であり、目標負荷と電力負荷を足し合わせた補正後目標負荷に依れば燃焼が火花点火燃焼への切換えとなるときに、目標圧縮比の応答性を低下させて補正後目標負荷を再計算し、再計算された補正後目標負荷に依ると燃焼が圧縮着火燃焼を維持することになるような目標圧縮比の応答性を求める目標圧縮比応答性決定手段２−２と、補正前目標負荷と電力負荷推定手段２−３で推定された電力負荷とを加算して補正後目標負荷を算出する電力負荷補正手段２−７と、この補正後目標負荷と機関回転速度から燃焼切換え判定を行う燃焼切換え判定手段２−４と、機関回転速度と燃焼切換え判定値と補正前目標負荷と補正後目標負荷から燃焼切換えを実施する場合の目標圧縮比指令値を決定する燃焼対応目標圧縮比決定手段２−５と、燃焼切換え判定値と補正後目標負荷と機関回転速度と実圧縮比から燃焼制御を行う燃焼制御手段２−６と、で構成される。目標圧縮比応答性決定手段２−２では、燃焼が不用意に切り換わることのないように、目標圧縮比の応答性、つまり可変圧縮比機構１による圧縮比変化の応答性を意図的に遅らせる。目標圧縮比応答性決定手段２−２と電力負荷補正手段２−７と電力負荷推定手段２−３と燃焼切換え判定手段２−４は応答性繰り返し演算として、図１４に示す制御フローチャートのように実行される。

図１４に応答性繰り返し演算の制御フローチャートの一例を示す。１４−１から応答性繰り返し演算を開始する。１４−２１では前述（１−２）と同じようにして電力負荷を推定し、１４−２２で補正前目標負荷と電力負荷とを加算して補正後目標負荷を算出する。１４−２３で補正後目標負荷と機関回転速度から、図５のマップを参照して燃焼切換え判定（燃焼形態が圧縮着火燃焼か火花点火燃焼のいずれかになるかの判定）を行う。１４−２で、補正前目標負荷に基づく燃焼形態が、圧縮着火燃焼か火花点火燃焼のいずれかになるかを（図５のマップを用いて）求め、火花点火燃焼になる場合には１４−２４に進んでフローを終了し、その結果燃焼形態は火花点火燃焼に切換えられる。一方、火花点火燃焼にならない、すなわち、圧縮着火燃焼になる場合には、１４−３へ進み燃焼切換え判定値が火花点火燃焼への切換え（補正後目標負荷に基づく燃焼形態が火花点火燃焼になる）か否かを判定する。火花点火燃焼への切換えと判定された場合は１４−４へ進む。１４−４では実圧縮比を読み込む。このとき、可変動弁機構により制御される吸気弁開時期ＩＶＣのクランク角度を圧縮下死点として実圧縮比を補正することもできる。１４−５へ進み目標圧縮比を読み込む。１４−６で目標圧縮比応答性を変更する。目標圧縮比応答性は、例えば応答性モデルとして一次遅れモデルとし、その時定数を段階的に変更する。この方式は一例であり、他の手法により応答性を遅らせるようにしても良い。１４−７へ進み応答モデルを使用して目標圧縮比応答を演算する。１４−８で機関回転速度を読み込む。１４−９で電動機負荷推定演算を行い１４−１０へ進む。１４−１０では電力負荷としての発電負荷の推定演算を行い、１４−１１へ進み燃焼切換え判定を行い、再び１４−３へ進む。１４−３で燃焼切換え判定が火花点火燃焼への切換えではないと判定された場合、１４−１２へ進む。１４−１２では圧縮比応答モデルの時定数変更値の最終値を目標圧縮比応答として、図２の燃焼対応目標圧縮比決定手段２−５で決定された目標圧縮比指令を入力とした圧縮比応答モデルで目標圧縮比を変更して、１４−１３へ進み応答性繰り返し演算を終了する。

図８に図２の目標圧縮比応答性決定手段２−２の一例を示す。燃焼切換え判定値から応答時定数を変更する応答時定数変更部８−１と、実圧縮比と目標圧縮比と応答時定数から圧縮比応答性（応答速度）を模擬する目標圧縮比応答モデル部８−２と、で構成される。

図９に図２の電力負荷推定手段２−３の一例を示す。機関回転速度と目標圧縮比と目標圧縮比応答性と補正前目標負荷から電動機負荷（電動機が発生する駆動力）を推定する電動機負荷推定手段９−１と、電動機の推定負荷と機関回転速度から電力負荷に相当する発電機の負荷状態を推定する発電負荷推定手段９−２と、で構成される。

図１０は図９の電力負荷推定手段２−３の詳細を示す制御ブロック図である。機関回転速度と、目標圧縮比と、目標圧縮比と目標圧縮比応答の差と、からコントロールシャフトの負荷状態を演算するコントロールシャフト負荷演算部４−３と、コントロールシャフトの負荷状態を電動機負荷に換算する電動機負荷換算部４−４と、電動機回転数４−１から電動機効率を演算する電動機効率演算部４−２と、発電機効率演算部４−５と、を有する。電動機負荷と電動機回転数４−１から電動機出力が演算され、この電動機出力と電動機効率から電動機への投入電力が演算される。発電機効率演算部４−５は、電動機への投入電力と内燃機関回転速度から発電機の効率を演算する。そして、発電機の効率と電動機への投入電力から電動機負荷を推定する。

図１１は、本発明の第３の制御例を示す制御フローチャートであり、上記第１の制御例と第２の制御例とを切り換えて用いるものである。１１−１から制御を開始する。１１−２で補正前目標負荷を読み込む。１１−３で補正前目標負荷が増加したか、つまり加速中であるかを判定する。補正前目標負荷が増加と判定された場合は１１−４へ進む。１１−４では圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換えかを判定し、火花点火燃焼への切換えではないと判定された場合は１１−５へ進む。１１−５では応答性変更制御として例えば図２に示す第２の制御例における応答性変更制御を実行する。次いで１１−６へ進み負荷制御を行う。負荷制御は図１や図２における燃焼制御手段１−５，２−６の一部であり、補正後目標負荷となるように燃料噴射量や噴射タイミング等を変更するとともに、燃焼状態を維持するようにＥＧＲ率（ＥＧＲ量）等を制御して負荷上昇時には燃焼を緩慢にする。そして１１−７へ進み再び１１−１から実行する。

１１−４で圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換えであると判定された場合には１１−８へ進み、燃焼切換え制御を実行する。燃焼切換え制御は燃焼制御手段の一部であり、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼又は圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への燃焼切換えのために燃料噴射タイミング・スロットル等を変更する。機関圧縮比に関しては上述した燃焼対応目標圧縮比決定手段により別途設定される。次いで１１−６へ進んで上記の負荷制御を実行し、１１−７から１１−１へ再び戻る。１１−３で補正前目標負荷が増加していない場合には１１−９へ進む。１１−９では補正前目標負荷が減少したか、つまり減速時であるかを判定する。補正前目標負荷が減少したと判定された場合には１１−１０へ進む。１１−１０では火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へ切換えか否かを判定する。圧縮着火燃焼への切換えと判定された場合には、１１−１１へ進んで燃焼電力負荷補正制御を実施する。例えば図１に示す制御を実行する。そして１１−１２へ進み燃焼切換え制御を実行する。そして１１−７へ進み、再び１１−１から実行する。１１−９で補正前目標負荷が減少しないと判定された場合には１１−１３へ進む。同様に１１−１０で火花点火燃焼から圧縮比着火へ切換えが行われないと判定された場合は１１−１３へ進む。１１−３では上述した負荷制御を実行する。

次に、本発明の特徴的な構成及び作用効果について、上記実施の形態を参照して列記する。

［１］電動機１４により駆動されて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構１と、燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグ１６と、上記電動機１４及び点火プラグ１の動作を制御する制御部１５と、を有する。

そして、図１及び図２に示すように、上記制御部１５は、目標負荷に基づいて目標圧縮比を決定する目標圧縮比決定手段（１−１，２−１）と、上記目標圧縮比に基づいて上記電動機の駆動に必要とされる電力負荷を推定する電力負荷推定手段（１−２，２−３）と、この電力負荷に基づいて上記目標負荷を補正して補正後目標負荷を算出する目標負荷補正手段（１−６，２−７）と、この補正後目標負荷に基づいて、上記点火プラグにより混合気を火花点火する火花点火燃焼と混合気を圧縮自己着火させる圧縮着火燃焼との切換えの判定を行う燃焼切換え判定手段（１−３，２−４）と、を有することを特徴としている。

このように、目標圧縮比に基づいて電動機の駆動に必要とされる電力負荷、つまり機関圧縮比の変更に伴い生じることとなる電力負荷を推定し、この電力負荷を考慮した補正後目標負荷に基づいて火花点火燃焼と圧縮着火燃焼との切換えを判定しているために、例えば加速・減速過渡期に、機関圧縮比の変更に伴う電力負荷の増加により過渡的に内燃機関が高負荷側で運転されるような場合であっても、この電力負荷を考慮して良好に燃焼形態の切換えを行うことができる。従って、上述した失火やノッキングを生じることなく、燃焼安定性を向上することができる。

［２］内燃機関により駆動されて上記電動機１４へ電力を供給する発電機１７と、実圧縮比を検出する実圧縮比検出センサ１８Ａ等の実圧縮比検出手段と、を備える。そして、図３に示すように、上記電力負荷推定手段が、目標圧縮比と実圧縮比と機関回転速度とに基づいて電動機の負荷を推定する電動機負荷推定手段（３−１）と、この電動機の負荷と機関回転速度とに基づいて発電機の負荷を上記電力負荷として推定する発電負荷推定手段（３−２）と、を有することを特徴としている。このように内燃機関により駆動される発電機１７の負荷から電力負荷を推定することで、内燃機関に必要とされる補正後目標負荷を精度良く算出することができる。

［３］実圧縮比を検出する実圧縮比検出センサ１８Ａ等の実圧縮比検出手段と、上記燃焼切換え判定手段による判定結果と上記目標負荷と上記補正後目標負荷と機関回転速度とに基づいて、上記電動機へ出力される目標圧縮比指令値を決定する燃焼対応目標圧縮比決定手段（１−４，２−５）と、を有し、更に好ましくは、上記燃焼切換え判定手段による判定結果と上記補正後目標負荷と上記機関回転速度と上記実圧縮比とに基づいて、燃焼状態を維持しつつ負荷制御を行う燃焼制御手段（１−５，２−６）を有している。

このように、電力負荷を考慮した補正後目標負荷や燃焼切換えの判定結果等を考慮して目標圧縮比指令値を決定し、かつ、燃焼制御手段により燃焼状態を維持しつつ負荷制御を行うことで、可変圧縮比機構１の余剰動作を抑制し、例えば低圧縮比から高圧縮比に機関圧縮比が変化する場合の過剰な高圧縮比化を抑制でき、ノッキングの発生をより確実に抑制でき、燃焼安定性を向上することができる。

［４］上記切換え判定手段による判定結果に基づいて、上記目標圧縮比の応答速度を変更する目標圧縮比応答性決定手段（２−２）を有している。より具体的には、目標圧縮比応答性決定手段は、上記目標負荷に依れば燃焼形態が圧縮着火燃焼であり、目標負荷と電力負荷を足し合わせた補正後目標負荷に依れば燃焼が火花点火燃焼への切換えとなるときに、上記目標圧縮比の応答性を低下させて上記補正後目標負荷を再計算し、再計算された補正後目標負荷に依ると燃焼が圧縮着火燃焼を維持することになるような目標圧縮比の応答性を求める。そして、上記電動機を当該応答性となるように制御する。これにより、例えば目標負荷が増加する加速時には、燃焼形態が圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ変更されない範囲に、目標圧縮比の低下側への応答速度を低く抑えることによって、火花点火燃焼への切換え頻度・時間が減少し、圧縮着火燃焼の継続により燃費が向上し、かつ、燃焼形態の切換えに伴う運転者への違和感を軽減できる。

［５］図１１に示すように、上記目標負荷が減少する減速中であって（１１−９）、かつ、上記燃焼切換え判定手段により火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へ燃焼形態が切換わると判定される場合（１１−１０）、上記目標圧縮比応答性決定手段（２−２）による目標圧縮比の応答速度の変更を禁止する。このように、減速中には目標圧縮比の応答速度の変更（低下）を禁止することにより、上述したように燃焼圧等に抗して大きなトルクが必要となる高圧縮比側への応答性を低下させることなく、速やかに高圧縮比・圧縮着火燃焼へ移行することで、燃費性能の向上を図ることができる。

［６］図１１に示すように、上記目標負荷がする加速中であって（１１−３）、かつ、上記燃焼切換え判定手段により圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ燃焼形態が切換わらないと判定される場合（１１−４）、上記目標圧縮比応答性決定手段（２−２）による目標圧縮比の応答速度の変更を実行する。このように、加速中には目標圧縮比の応答速度の変更（低下）を実行することにより、過渡的な燃焼安定性の低下を招くことなく、火花点火燃焼への切換え頻度・時間を減少し、高圧縮比・圧縮着火燃焼の継続により燃費の向上を図ることができ、かつ、燃焼形態の切換えに伴う運転者への違和感を軽減できる。

本発明の第１の制御例を示す制御ブロック図。 本発明の第２の制御例を示す制御ブロック図。 図１の電力負荷推定手段の一例を示す制御ブロック図。 図１の電力負荷推定手段の詳細を示す制御ブロック図。 燃焼切換え判定手段で用いられる制御マップの一例。 燃焼対応目標圧縮比決定手段の一例を示すブロック図。 燃焼対応目標圧縮比決定手段で用いられる火花点火領域（Ａ）及び圧縮着火領域（Ｂ）における制御マップの一例。 目標圧縮比応答性決定手段の一例を示す制御ブロック図。 図２の電力負荷推定手段の一例を示す制御ブロック図。 図２の電力負荷推定手段の詳細を示す制御ブロック図。 本発明の第３の制御例に係る補正方法制御手段の制御の流れを示す制御フローチャート。 図６の目標負荷切換え部の一例を示す制御フローチャート。 図６の燃焼対応目標圧縮比マップ切換え部の一例を示す制御フローチャート 図２の応答性繰り返し演算処理を示す制御フローチャート。 本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置の一例を示す構成図。 （Ａ）が高圧縮比時のリンク挙動を示す説明図、（Ｂ）が低圧縮比時のリンク挙動を示す説明図、（Ｃ）が高圧縮比時と低圧縮比時におけるコントロールリンクとコントロールシャフトとの連結部分の拡大図、（Ｄ）が高圧縮比時（Ａ）と低圧縮比時（Ｂ）におけるピストンモーションの変化を示す説明図。

符号の説明

１…可変圧縮比機構
１４…電動機
１５…制御部
１６…点火プラグ
１７…発電機

Claims (6)

1. 電動機により駆動されて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、上記電動機及び点火プラグの動作を制御する制御部と、を有する内燃機関の制御装置において、
   上記制御部は、
   目標負荷に基づいて目標圧縮比を決定する目標圧縮比決定手段と、
   上記目標圧縮比に基づいて上記電動機の駆動に必要とされる電力負荷を推定する電力負荷推定手段と、
   この電力負荷に基づいて上記目標負荷を補正して補正後目標負荷を算出する目標負荷補正手段と、
   この補正後目標負荷に基づいて、上記点火プラグにより混合気を火花点火する火花点火燃焼と混合気を圧縮自己着火させる圧縮着火燃焼との切換えの判定を行う燃焼切換え判定手段と、を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関により駆動されて上記電動機へ電力を供給する発電機と、
   実圧縮比を検出する実圧縮比検出手段と、を備え、
   上記電力負荷推定手段が、
   上記目標圧縮比と上記実圧縮比と機関回転速度とに基づいて上記電動機の負荷を推定する電動機負荷推定手段と、
   この電動機の負荷と機関回転速度とに基づいて上記発電機の負荷を上記電力負荷として推定する発電負荷推定手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 実圧縮比を検出する実圧縮比検出手段と、
   上記燃焼切換え判定手段による判定結果と上記目標負荷と上記補正後目標負荷と機関回転速度とに基づいて、上記電動機へ出力される目標圧縮比指令値を決定する燃焼対応目標圧縮比決定手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 上記目標負荷に依れば燃焼形態が圧縮着火燃焼であり、目標負荷と電力負荷を足し合わせた補正後目標負荷に依れば燃焼が火花点火燃焼への切換えとなるときに、上記目標圧縮比の応答性を低下させて上記補正後目標負荷を再計算し、再計算された補正後目標負荷に依ると燃焼が圧縮着火燃焼を維持することになるような目標圧縮比の応答性を求める目標圧縮比応答性決定手段を備え、
   上記電動機を当該応答性となるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 上記目標負荷が減少する減速中であって、かつ、上記燃焼切換え判定手段により火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へ燃焼形態が切換わると判定される場合、上記目標圧縮比応答性決定手段による目標圧縮比の応答速度の変更を禁止することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 上記目標負荷がする加速中であって、かつ、上記燃焼切換え判定手段により圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ燃焼形態が切換わらないと判定される場合、上記目標圧縮比応答性決定手段による目標圧縮比の応答速度の変更を実行することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。

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