JP2011226388A - Spark ignition type internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly control mechanical compression ratio, even under fuel cut control.SOLUTION: A spark ignition type internal combustion engine includes a variable compression ratio mechanism A and a variable valve timing mechanism B. A required operating point where an operating point exhibiting the combination of the mechanical compression ratio and an intake valve close timing is to reach in each engine operation condition is set. A target operating point is computed in each fixed time based on the prediction amount of the mechanical compression ratio changeable in a fixed time and the prediction amount of the intake valve close timing changeable in a fixed time so that an operating point when the engine operation condition is changed is changed toward the required operating point set to the engine operation state after the change to change the mechanical compression ratio and the intake valve close timing toward the target operating point. Under the fuel cut control, the prediction amount of the mechanical compression ratio changeable in a fixed time is modified according to at least one of intake air amount and an existing real compression ratio.

Description

本発明は火花点火式内燃機関に関する。   The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine.

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、機関負荷にかかわらずに実圧縮比をほぼ一定に維持するようにした火花点火式内燃機関が公知である(例えば、特許文献1を参照)。この内燃機関では、機関負荷が高くなるにつれて、すなわち要求吸入空気量が多くなるにつれて吸気弁の閉弁時期が吸気下死点に近づくように進角され、このとき実圧縮比をほぼ一定に維持するために要求吸入空気量が多くなるにつれて機械圧縮比が低下せしめられる。   A spark having a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio and a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve so that the actual compression ratio is maintained substantially constant regardless of the engine load. Ignition internal combustion engines are known (see, for example, Patent Document 1). In this internal combustion engine, as the engine load increases, that is, as the required intake air amount increases, the closing timing of the intake valve is advanced so as to approach the intake bottom dead center, and at this time, the actual compression ratio is maintained substantially constant. Therefore, the mechanical compression ratio is lowered as the required intake air amount increases.

また、可変圧縮比機構としては、例えば、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結すると共にその連結部分にカムシャフトを設け、このカムシャフトを回転させることで機械圧縮比を変更するようにしているものが知られている(例えば、特許文献2を参照)。   As the variable compression ratio mechanism, for example, a cylinder block and a crankcase are connected so as to be relatively movable, a camshaft is provided at the connecting portion, and the mechanical compression ratio is changed by rotating the camshaft. Is known (see, for example, Patent Document 2).

特に、この可変圧縮比機構では、カムシャフトを駆動する駆動モータの回転角度と機械圧縮比との関係はリニアではなく、特に低機械圧縮比領域においては駆動モータの回転角度の変化に対する機械圧縮比の変化の割合が小さい。このため、低機械圧縮領域においては一定時間に変更可能な機械圧縮比の量が小さいものとなる。そこで、特許文献2に記載の内燃機関では、機械圧縮比を検出する検出装置の出力に基づいて機械圧縮比が目標機械圧縮比となるようにフィードバック制御すると共に、低機械圧縮比領域においてはフィードバック制御における制御ゲインを大きくすることにより、低機械圧縮比領域においても一定時間に変更可能な機械圧縮比の量を大きなものにするようにしている。   In particular, in this variable compression ratio mechanism, the relationship between the rotation angle of the drive motor that drives the camshaft and the mechanical compression ratio is not linear, and the mechanical compression ratio with respect to changes in the rotation angle of the drive motor is particularly low. The rate of change is small. For this reason, in the low mechanical compression region, the amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time is small. Therefore, in the internal combustion engine described in Patent Document 2, feedback control is performed so that the mechanical compression ratio becomes the target mechanical compression ratio based on the output of the detection device that detects the mechanical compression ratio, and feedback is performed in the low mechanical compression ratio region. By increasing the control gain in the control, the amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time even in the low mechanical compression ratio region is increased.

特開2009−115060号公報JP 2009-115060 A 特開2007−303423号公報JP 2007-303423 A

ところでこのように要求吸入空気量の変化に応じて吸気弁閉弁時期と機械圧縮比を変化させる方法として、一定時間間隔毎に目標吸気弁閉弁時期及び目標機械圧縮比を算出し、算出された目標吸気弁閉弁時期及び目標機械圧縮比となるように吸気弁閉弁時期及び機械圧縮比を制御する方法が挙げられる。   By the way, as a method of changing the intake valve closing timing and the mechanical compression ratio in accordance with the change in the required intake air amount in this way, the target intake valve closing timing and the target mechanical compression ratio are calculated at regular time intervals. Further, there is a method of controlling the intake valve closing timing and the mechanical compression ratio so as to be the target intake valve closing timing and the target mechanical compression ratio.

斯かる方法では、一定時間間隔毎に目標吸気弁閉弁時期及び目標機械圧縮比を算出するにあたり、この一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の量(以下、「閉弁時期変更可能量」という)及び一定時間に変更可能な機械圧縮比の量(以下、「圧縮比変更可能量」という)を考慮する必要がある。すなわち、算出される目標吸気弁閉弁時期は現在の吸気弁閉弁時期から上記閉弁時期変更可能量以内にある吸気弁閉弁時期である必要があり、算出される機械圧縮比は現在の機械圧縮比から上記圧縮比変更可能量以内にある機械圧縮比である必要がある。   In such a method, when calculating the target intake valve closing timing and the target mechanical compression ratio at regular time intervals, the amount of intake valve closing timing that can be changed during this fixed time (hereinafter referred to as “the valve timing adjustable amount”). )) And the amount of mechanical compression ratio that can be changed in a certain time (hereinafter referred to as “changeable amount of compression ratio”). In other words, the calculated target intake valve closing timing needs to be an intake valve closing timing that is within the above-mentioned changeable amount of the closing timing from the current intake valve closing timing, and the calculated mechanical compression ratio is the current It is necessary that the mechanical compression ratio is within the compression ratio changeable amount from the mechanical compression ratio.

ここで、圧縮比変更可能量は様々な要因で変化する。例えば、特許文献2に記載した可変圧縮比機構を用いた場合には、圧縮比変更可能量は、上述したように、機械圧縮比に応じて変化する。また、圧縮比変更可能量は機関負荷(又は内燃機関の出力トルク)に応じても変化する。すなわち、機関燃焼室内での混合気の燃焼によって生じる燃焼圧は機関負荷が高いほど大きくなるが、斯かる燃焼圧は機械圧縮比を低下させる方向に作用する。したがって、機関負荷が高いほど、機械圧縮比を高くするのに対する抵抗が大きくなり、逆に機械圧縮比を低くするのに対する抵抗が小さくなる。この結果、機械圧縮比を高くする際には圧縮比変更可能量は機関負荷が高いほど小さくなり、一方、機械圧縮比を低くする際には圧縮比変更可能量は機関負荷が高いほど大きくなる。   Here, the compression ratio changeable amount changes due to various factors. For example, when the variable compression ratio mechanism described in Patent Document 2 is used, the compression ratio changeable amount changes according to the mechanical compression ratio as described above. Further, the compression ratio changeable amount also changes depending on the engine load (or the output torque of the internal combustion engine). That is, the combustion pressure generated by the combustion of the air-fuel mixture in the engine combustion chamber increases as the engine load increases. However, such combustion pressure acts in the direction of lowering the mechanical compression ratio. Therefore, the higher the engine load, the greater the resistance to increasing the mechanical compression ratio, and the lower the resistance to decreasing the mechanical compression ratio. As a result, when the mechanical compression ratio is increased, the compression ratio changeable amount decreases as the engine load increases. On the other hand, when the mechanical compression ratio decreases, the compression ratio changeable amount increases as the engine load increases. .

一方、燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させる燃料カット制御中は機関負荷はゼロであり、よって圧縮比変更可能量は機関負荷に応じては変化しない。その一方で、燃料カット制御中は圧縮比変更可能量は実圧縮比や吸入空気量に応じて変化する。したがって、圧縮比変更可能量を機械圧縮比や機関負荷のみに基づいて算出すると、燃料カット制御中に圧縮比変更可能量を適切に算出することができず、この結果、燃料カット制御中に機械圧縮比を適切に制御することができなくなってしまう。   On the other hand, during the fuel cut control for stopping fuel injection from the fuel injection valve, the engine load is zero, and the compression ratio changeable amount does not change according to the engine load. On the other hand, during the fuel cut control, the compression ratio changeable amount changes according to the actual compression ratio and the intake air amount. Therefore, if the compression ratio changeable amount is calculated based only on the mechanical compression ratio and the engine load, the compression ratio changeable amount cannot be properly calculated during the fuel cut control. The compression ratio cannot be properly controlled.

そこで、上記問題に鑑みて、本発明は、可変圧縮比機構及び可変バルブタイミング機構を具備する火花点火式内燃機関において、燃料カット制御中であっても機械圧縮比を適切に制御することができるようにすることを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention can appropriately control the mechanical compression ratio even during fuel cut control in a spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism and a variable valve timing mechanism. The purpose is to do so.

上記課題を解決するために、第1の発明では、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、機関運転状態毎に機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点が到達すべき要求動作点を設定し、機関運転状態が変化したときに機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点が変化後の機関運転状態に対して設定された要求動作点に向けて変化するように一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量に基づいて一定時間毎に目標動作点を算出し、機械圧縮比及び吸気弁閉弁時期を該目標動作点に向けて変化させる、火花点火式内燃機関において、燃料噴射弁からの燃料供給を停止する燃料カット制御中には上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を現在の吸入空気量及び現在の実圧縮比のうち少なくともいずれか一方に応じて変えるようにした。
燃料カット制御中には通常運転時とは異なり一定時間に変更可能な機械圧縮比の量が機関負荷ではなく吸入空気量及び実圧縮比に応じて変化する。第1の発明によれば、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を現在の吸入空気量又は現在の実圧縮比に応じて変えるようにしているため、燃料カット制御中であっても一定時間に変更可能な機械圧縮比を適切に算出することができる。
In order to solve the above-described problem, the first invention includes a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio and a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve, and each engine operating state is provided. Set the required operating point that should reach the operating point indicating the combination of mechanical compression ratio and intake valve closing timing, and indicate the combination of mechanical compression ratio and intake valve closing timing when the engine operating state changes The predicted amount of mechanical compression ratio that can be changed in a fixed time so that the operating point changes toward the required operating point set for the engine operating state after the change, and the intake valve closing timing that can be changed in a fixed time Fuel supply from a fuel injection valve in a spark ignition type internal combustion engine that calculates a target operating point at regular intervals based on the predicted amount and changes the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing toward the target operating point During fuel cut control to stop It was so changed depending on at least one of the predicted amount of current intake air amount and the current actual compression ratio changeable mechanical compression ratio on time.
During fuel cut control, the amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a fixed time differs from that during normal operation in accordance with the intake air amount and the actual compression ratio, not the engine load. According to the first invention, the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time is changed according to the current intake air amount or the current actual compression ratio. The mechanical compression ratio that can be changed in a certain time can be calculated appropriately.

第2の発明では、第1の発明において、上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量は、機械圧縮比を高くするときには現在の吸入空気量が多いほど小さくされ、機械圧縮比を低くするときには現在の吸入空気量が多いほど大きくされる。   In the second invention, in the first invention, the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed over a certain period of time is reduced as the current intake air amount increases when the mechanical compression ratio is increased, and the predicted mechanical compression ratio is decreased. When doing so, the larger the current intake air amount, the larger the value.

第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量は、機械圧縮比を高くするときには現在の実圧縮比が高いほど小さくされ、機械圧縮比を低くするときには現在の実圧縮比が高いほど大きくされる。   In the third invention, in the first or second invention, the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed over a certain period of time is made smaller as the current actual compression ratio becomes higher when the mechanical compression ratio is made higher. When the ratio is lowered, it is increased as the current actual compression ratio is higher.

第4の発明では、第1〜第3のいずれか一つの発明において、機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せに対して侵入禁止領域が設定されており、上記目標動作点は、機関運転状態が変化したときに機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点が変化後の機関運転状態に対して設定された要求動作点に向けて上記侵入禁止領域に侵入することなく変化するように一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量に基づいて算出される。   In a fourth invention, in any one of the first to third inventions, an entry prohibition region is set for a combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, and the target operating point is an engine When the operating state changes, the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing enters the intrusion prohibited area toward the required operating point set for the engine operating state after the change. It is calculated based on the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a certain time so as to change without change, and the predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a certain time.

第5の発明では、第4の発明において、上記目標動作点は、現在の動作点又は前回の目標動作点から一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量以内に位置する動作点のうち上記侵入禁止領域に侵入しない範囲で現在の動作点から最も離れた動作点とされる。   According to a fifth aspect, in the fourth aspect, the target operating point is a predicted amount of mechanical compression ratio that can be changed from a current operating point or a previous target operating point to a predetermined time, and an intake valve that can be changed to a predetermined time. Among the operating points located within the predicted amount of the valve closing timing, the operating point is the farthest from the current operating point in a range that does not enter the intrusion prohibited area.

第6の発明では、第1〜第5のいずれか一つの発明において、上記燃料カット制御が行われていない通常運転中には、上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を機関負荷に応じて変えるようにした。   According to a sixth aspect of the invention, in any one of the first to fifth aspects, during the normal operation in which the fuel cut control is not performed, the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed at the predetermined time is set to the engine load. Changed according to.

第7の発明では、第1〜第6のいずれか一つの発明において、上記可変圧縮比機構は回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケースとシリンダブロック間の相対位置を変化させて機械圧縮比を変化させ、上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を上記カムの回転角度に応じて変えるようにした。   In a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the variable compression ratio mechanism is configured to change a mechanical compression ratio by changing a relative position between a crankcase and a cylinder block by a crank mechanism using a rotating cam. And the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed in the predetermined time is changed according to the rotation angle of the cam.

本発明によれば、燃料カット制御中であっても機械圧縮比を適切に制御することができる。   According to the present invention, the mechanical compression ratio can be appropriately controlled even during fuel cut control.

火花点火式内燃機関の全体図である。1 is an overall view of a spark ignition internal combustion engine. 可変圧縮比機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a variable compression ratio mechanism. 図解的に表した内燃機関の側面断面図である。1 is a schematic side sectional view of an internal combustion engine. 可変バルブタイミング機構を示す図である。It is a figure which shows a variable valve timing mechanism. 吸気弁および排気弁のリフト量を示す図である。It is a figure which shows the lift amount of an intake valve and an exhaust valve. 機械圧縮比、実圧縮比および膨張比を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mechanical compression ratio, an actual compression ratio, and an expansion ratio. 理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between theoretical thermal efficiency and an expansion ratio. 通常のサイクルおよび超高膨張比サイクルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a normal cycle and a super-high expansion ratio cycle. 機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。It is a figure which shows changes, such as a mechanical compression ratio according to an engine load. 侵入禁止領域と基準動作線とを示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region and a reference | standard operation line. スロットル開度と吸入空気量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a throttle opening and intake air amount. 侵入禁止領域と基準動作線とを示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region and a reference | standard operation line. 侵入禁止領域を示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度等の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows changes, such as a mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度等の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows changes, such as a mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 目標値を算出するためのフローチャートである。It is a flowchart for calculating a target value. 可変圧縮比機構等の駆動制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing drive control of a variable compression ratio mechanism or the like. 図35に示した吸入空気量平面の一部の拡大図である。FIG. 36 is an enlarged view of a part of the intake air amount plane shown in FIG. 35. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 一定時間における機械圧縮比の変更可能量を示す図である。It is a figure which shows the changeable amount of the mechanical compression ratio in a fixed time. 圧縮比変更可能量の予測値を算出するためのフローチャートである。It is a flowchart for calculating the predicted value of the compression ratio changeable amount. 図44に示したフローチャートで用いられるマップを示す図である。It is a figure which shows the map used with the flowchart shown in FIG. 図44に示したフローチャートで用いられるマップを示す図である。It is a figure which shows the map used with the flowchart shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

図1に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図1を参照すると、1はクランクケース、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は燃焼室5の頂面中央部に配置された点火プラグ、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート8は吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、各吸気枝管11にはそれぞれ対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配置される。なお、燃料噴射弁13は各吸気枝管11に取付ける代りに各燃焼室5内に配置してもよい。
FIG. 1 shows a side sectional view of a spark ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is a crankcase, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a spark plug disposed at the center of the top surface of the combustion chamber 5, and 7 is an intake air 8 is an intake port, 9 is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via an intake branch pipe 11, and a fuel injection valve 13 for injecting fuel into the corresponding intake port 8 is arranged in each intake branch pipe 11. The fuel injection valve 13 may be arranged in each combustion chamber 5 instead of being attached to each intake branch pipe 11.

サージタンク12は吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結され、吸気ダクト14内にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17と例えば熱線を用いたエアフロメータ18とが配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ20に連結され、排気マニホルド19内には空燃比センサ21が配置される。なお、以下の説明では、スロットル弁17から吸気弁7までの吸気枝管11、サージタンク12、吸気ダクト14等の部分を吸気管部分と称する。   The surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14, and a throttle valve 17 driven by an actuator 16 and an air flow meter 18 using, for example, heat rays are arranged in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a catalytic converter 20 containing, for example, a three-way catalyst via an exhaust manifold 19, and an air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 19. In the following description, portions of the intake branch pipe 11, the surge tank 12, the intake duct 14 and the like from the throttle valve 17 to the intake valve 7 are referred to as an intake pipe portion.

一方、図1に示した実施形態ではクランクケース1とシリンダブロック2との連結部にクランクケース1とシリンダブロック2のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更可能な可変圧縮比機構Aが設けられており、更に実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Bが設けられている。なお、図1に示した実施形態ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Bは吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the piston 4 is positioned at the compression top dead center by changing the relative position of the crankcase 1 and the cylinder block 2 in the cylinder axis direction at the connecting portion between the crankcase 1 and the cylinder block 2. There is provided a variable compression ratio mechanism A capable of changing the volume of the combustion chamber 5 at the time, and further an actual compression action start timing changing mechanism B capable of changing the actual start time of the compression action. In the embodiment shown in FIG. 1, the actual compression operation start timing changing mechanism B is composed of a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve 7.

図1に示したようにクランクケース1とシリンダブロック2にはクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ22が取付けられており、この相対位置センサ22からはクランクケース1とシリンダブロック2との間隔の変化を示す出力信号が出力される。また、可変バルブタイミング機構Bには吸気弁7の閉弁時期を示す出力信号を発生するバルブタイミングセンサ23が取付けられており、スロットル弁駆動用のアクチュエータ16にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ24が取付けられている。なお、本実施形態では、現在の機械圧縮比を検出するための機械圧縮比検出装置として相対位置センサ22が用いられるが、機械圧縮比検出装置としては相対位置センサ22以外の検出装置を使用することも可能である。   As shown in FIG. 1, a relative position sensor 22 for detecting a relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is attached to the crankcase 1 and the cylinder block 2. An output signal indicating a change in the interval between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is output. The variable valve timing mechanism B is provided with a valve timing sensor 23 for generating an output signal indicating the closing timing of the intake valve 7, and an output signal indicating the throttle valve opening is provided to the actuator 16 for driving the throttle valve. A throttle opening sensor 24 is attached. In the present embodiment, the relative position sensor 22 is used as a mechanical compression ratio detection device for detecting the current mechanical compression ratio, but a detection device other than the relative position sensor 22 is used as the mechanical compression ratio detection device. It is also possible.

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。エアフロメータ18、空燃比センサ21、相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23およびスロットル開度センサ24の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火プラグ6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用アクチュエータ16、可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bに接続される。   The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. Output signals of the air flow meter 18, the air-fuel ratio sensor 21, the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening degree sensor 24 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37, respectively. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 6, the fuel injection valve 13, the throttle valve driving actuator 16, the variable compression ratio mechanism A, and the variable valve timing mechanism B through corresponding drive circuits 38.

図2は図1に示す可変圧縮比機構Aの分解斜視図を示しており、図3は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図2を参照すると、シリンダブロック2の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部50が形成されており、各突出部50内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔51が形成されている。一方、クランクケース1の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部50の間に嵌合せしめられる複数個の突出部52が形成されており、これらの各突出部52内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔53が形成されている。   2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism A shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side sectional view of the internal combustion engine schematically shown. Referring to FIG. 2, a plurality of projecting portions 50 spaced from each other are formed below both side walls of the cylinder block 2, and cam insertion holes 51 each having a circular cross section are formed in each projecting portion 50. Has been. On the other hand, a plurality of protrusions 52 are formed on the upper wall surface of the crankcase 1 so as to be fitted between the corresponding protrusions 50 with a space between each other. Cam insertion holes 53 each having a circular cross section are formed.

図2に示したように一対のカムシャフト54、55が設けられており、各カムシャフト54、55上には一つおきに各カム挿入孔53内に回転可能に挿入される円形カム58が固定されている。これらの円形カム58は各カムシャフト54、55の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム58の両側には図3に示すように各カムシャフト54、55の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸57が延びており、この偏心軸57上に別の円形カム56が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示したようにこれら円形カム56は各円形カム58の両側に配置されており、これら円形カム56は対応する各カム挿入孔51内に回転可能に挿入されている。また、図2に示したようにカムシャフト55にはカムシャフト55の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ25が取付けられている。   As shown in FIG. 2, a pair of camshafts 54 and 55 are provided, and on each camshaft 54 and 55, a circular cam 58 is rotatably inserted into each cam insertion hole 53. It is fixed. These circular cams 58 are coaxial with the rotational axes of the camshafts 54 and 55. On the other hand, as shown in FIG. 3, eccentric shafts 57 arranged eccentrically with respect to the rotational axes of the cam shafts 54 and 55 extend on both sides of each circular cam 58, and another circular cam is disposed on the eccentric shaft 57. 56 is mounted eccentrically and rotatable. As shown in FIG. 2, these circular cams 56 are arranged on both sides of each circular cam 58, and these circular cams 56 are rotatably inserted into the corresponding cam insertion holes 51. As shown in FIG. 2, a cam rotation angle sensor 25 that generates an output signal indicating the rotation angle of the camshaft 55 is attached to the camshaft 55.

図3(A)に示すような状態から各カムシャフト54、55上に固定された円形カム58を図3(A)において矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸57が互いに離れる方向に移動するために円形カム56がカム挿入孔51内において円形カム58とは反対方向に回転し、図3(B)に示したように偏心軸57の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム58を矢印で示した方向に回転させると図3(C)に示したように偏心軸57は最も低い位置となる。   When the circular cams 58 fixed on the camshafts 54 and 55 are rotated in opposite directions as indicated by arrows in FIG. 3A from the state shown in FIG. The circular cam 56 rotates in the direction opposite to the circular cam 58 in the cam insertion hole 51 in order to move in the away direction, and as shown in FIG. Position. Next, when the circular cam 58 is further rotated in the direction indicated by the arrow, the eccentric shaft 57 is at the lowest position as shown in FIG.

なお、図3(A)、図3(B)、図3(C)にはそれぞれの状態における円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bと円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。   3A, 3B, and 3C show the positional relationship among the center a of the circular cam 58, the center b of the eccentric shaft 57, and the center c of the circular cam 56 in each state. It is shown.

図3(A)から図3(C)とを比較するとわかるようにクランクケース1とシリンダブロック2の相対位置は円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離によって定まり、円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離が大きくなるほどシリンダブロック2はクランクケース1から離れる。すなわち、可変圧縮比機構Aは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック2がクランクケース1から離れるとピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は増大し、したがって各カムシャフト54、55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更することができる。   3A to 3C, the relative positions of the crankcase 1 and the cylinder block 2 are determined by the distance between the center a of the circular cam 58 and the center c of the circular cam 56. As the distance between the center a of 58 and the center c of the circular cam 56 increases, the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1. That is, the variable compression ratio mechanism A changes the relative position between the crankcase 1 and the cylinder block 2 by a crank mechanism using a rotating cam. When the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1, the volume of the combustion chamber 5 increases when the piston 4 is located at the compression top dead center. Therefore, by rotating the camshafts 54 and 55, the piston 4 is compressed at the top dead center. The volume of the combustion chamber 5 when it is located at can be changed.

図2に示したように各カムシャフト54、55をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォーム61、62が取付けられており、これらウォーム61、62と噛合するウォームホイール63、64がそれぞれ各カムシャフト54、55の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ59を駆動することによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を広い範囲に亘って変更することができる。   As shown in FIG. 2, in order to rotate the camshafts 54 and 55 in opposite directions, a pair of worms 61 and 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft of the drive motor 59, respectively. Worm wheels 63 and 64 meshing with the worms 61 and 62 are fixed to end portions of the camshafts 54 and 55, respectively. In this embodiment, by driving the drive motor 59, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 is located at the compression top dead center can be changed over a wide range.

一方、図4は図1において吸気弁7を駆動するためのカムシャフト70の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Bを示している。図4を参照すると、この可変バルブタイミング機構Bは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ71と、タイミングプーリ71と一緒に回転する円筒状ハウジング72と、吸気弁駆動用カムシャフト70と一緒に回転し且つ円筒状ハウジング72に対して相対回転可能な回転軸73と、円筒状ハウジング72の内周面から回転軸73の外周面まで延びる複数個の仕切壁74と、各仕切壁74の間で回転軸73の外周面から円筒状ハウジング72の内周面まで延びるベーン75とを具備しており、各ベーン75の両側にはそれぞれ進角用油圧室76と遅角用油圧室77とが形成されている。   On the other hand, FIG. 4 shows the variable valve timing mechanism B attached to the end of the camshaft 70 for driving the intake valve 7 in FIG. Referring to FIG. 4, the variable valve timing mechanism B includes a timing pulley 71 that is rotated in the direction of an arrow by a crankshaft of an engine via a timing belt, a cylindrical housing 72 that rotates together with the timing pulley 71, an intake valve A rotating shaft 73 that rotates together with the driving camshaft 70 and can rotate relative to the cylindrical housing 72, and a plurality of partition walls 74 that extend from the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 to the outer peripheral surface of the rotating shaft 73. And vanes 75 extending from the outer peripheral surface of the rotary shaft 73 to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 between the partition walls 74, and advance hydraulic chambers 76 on both sides of each vane 75. A retarding hydraulic chamber 77 is formed.

各油圧室76、77への作動油の供給制御は作動油供給制御弁78によって行われる。この作動油供給制御弁78は各油圧室76、77にそれぞれ連結された油圧ポート79、80と、油圧ポンプ81から吐出された作動油の供給ポート82と、一対のドレインポート83、84と、各ポート79、80、82、83、84間の連通遮断制御を行うスプール弁85とを具備している。   The hydraulic oil supply control to the hydraulic chambers 76 and 77 is performed by a hydraulic oil supply control valve 78. The hydraulic oil supply control valve 78 includes hydraulic ports 79 and 80 connected to the hydraulic chambers 76 and 77, a hydraulic oil supply port 82 discharged from the hydraulic pump 81, a pair of drain ports 83 and 84, And a spool valve 85 that performs communication cutoff control between the ports 79, 80, 82, 83, and 84.

吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を進角すべきときは図4においてスプール弁85が右方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート79を介して進角用油圧室76に供給されると共に遅角用油圧室77内の作動油がドレインポート84から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印方向に相対回転せしめられる。   When the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be advanced, the spool valve 85 is moved to the right in FIG. 4 and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 is advanced via the hydraulic port 79. The hydraulic oil in the retard hydraulic chamber 77 is discharged from the drain port 84 while being supplied to the hydraulic chamber 76. At this time, the rotary shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction of the arrow.

これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を遅角すべきときは図4においてスプール弁85が左方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート80を介して遅角用油圧室77に供給されると共に進角用油圧室76内の作動油がドレインポート83から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。   On the other hand, when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be retarded, the spool valve 85 is moved to the left in FIG. 4, and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 causes the hydraulic port 80 to move. The hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 76 is discharged from the drain port 83 while being supplied to the retard hydraulic chamber 77. At this time, the rotating shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction opposite to the arrow.

回転軸73が円筒状ハウジング72に対して相対回転せしめられているときにスプール弁85が図4に示した中立位置に戻されると回転軸73の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸73はそのときの相対回転位置に保持される。したがって可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。   If the spool valve 85 is returned to the neutral position shown in FIG. 4 while the rotation shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72, the relative rotation operation of the rotation shaft 73 is stopped, and the rotation shaft 73 The relative rotation position at that time is held. Therefore, the variable valve timing mechanism B can advance and retard the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 by a desired amount.

図5において実線は可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も遅角されているときを示している。したがって吸気弁7の開弁期間は図5において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、したがって吸気弁7の閉弁時期も図5において矢印Cで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。   In FIG. 5, the solid line shows the time when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 is advanced the most by the variable valve timing mechanism B, and the broken line shows the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 being the most advanced. It shows when it is retarded. Therefore, the valve opening period of the intake valve 7 can be arbitrarily set between the range indicated by the solid line and the range indicated by the broken line in FIG. 5, and therefore the closing timing of the intake valve 7 is also the range indicated by the arrow C in FIG. Any crank angle can be set.

図1および図4に示した可変バルブタイミング機構Bは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。   The variable valve timing mechanism B shown in FIG. 1 and FIG. 4 shows an example. For example, the variable valve timing that can change only the closing timing of the intake valve while keeping the opening timing of the intake valve constant. Various types of variable valve timing mechanisms, such as mechanisms, can be used.

次に図6を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図6の(A)、(B)、(C)には説明のために燃焼室容積が50mlでピストンの行程容積が500mlであるエンジンが示されており、これら図6の(A)、(B)、(C)において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。   Next, the meanings of terms used in the present application will be described with reference to FIG. 6A, 6B, and 6C show an engine having a combustion chamber volume of 50 ml and a piston stroke volume of 500 ml for the sake of explanation. , (B), (C), the combustion chamber volume represents the volume of the combustion chamber when the piston is located at the compression top dead center.

図6(A)は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(A)に示した例ではこの機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6A explains the mechanical compression ratio. The mechanical compression ratio is a value mechanically determined only from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the compression stroke, and this mechanical compression ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6A, this mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

図6(B)は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は(燃焼室容積+実際の行程容積)/燃焼室容積で表される。すなわち、図6(B)に示したように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。したがって実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図6(B)に示した例では実圧縮比は(50ml+450ml)/50ml=10となる。   FIG. 6B describes the actual compression ratio. This actual compression ratio is a value determined from the actual piston stroke volume and the combustion chamber volume from when the compression action is actually started until the piston reaches top dead center, and this actual compression ratio is (combustion chamber volume + actual (Stroke volume) / combustion chamber volume. That is, as shown in FIG. 6B, even if the piston starts to rise in the compression stroke, the compression action is not performed while the intake valve is open, and the actual compression is started from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as above using the actual stroke volume. In the example shown in FIG. 6B, the actual compression ratio is (50 ml + 450 ml) / 50 ml = 10.

図6(C)は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(C)に示した例ではこの膨張比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6C illustrates the expansion ratio. The expansion ratio is a value determined from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the expansion stroke, and this expansion ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6C, this expansion ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

次に図7および図8を参照しつつ本発明において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図7は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図8は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。   Next, the super expansion ratio cycle used in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the relationship between the theoretical thermal efficiency and the expansion ratio, and FIG. 8 shows a comparison between a normal cycle and an ultrahigh expansion ratio cycle that are selectively used according to the load in the present invention.

図8(A)は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図8(A)に示す例でも図6の(A)、(B)、(C)に示す例と同様に燃焼室容積が50mlとされ、ピストンの行程容積が500mlとされている。図8(A)からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11であり、実圧縮比もほぼ11であり、膨張比も(50ml+500ml)/50ml=11となる。すなわち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。   FIG. 8A shows a normal cycle when the intake valve closes near the bottom dead center and the compression action by the piston is started from the vicinity of the intake bottom dead center. In the example shown in FIG. 8A, the combustion chamber volume is 50 ml and the piston stroke volume is 500 ml as in the examples shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. As can be seen from FIG. 8A, in a normal cycle, the mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11, the actual compression ratio is almost 11, and the expansion ratio is also (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11. That is, in a normal internal combustion engine, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the expansion ratio are substantially equal.

図7における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、すなわち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。したがって通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも12程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。   The solid line in FIG. 7 shows the change in theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio and the expansion ratio are substantially equal, that is, in a normal cycle. In this case, it can be seen that the theoretical thermal efficiency increases as the expansion ratio increases, that is, as the actual compression ratio increases. Therefore, in order to increase the theoretical thermal efficiency in a normal cycle, the actual compression ratio should be increased. However, the actual compression ratio can only be increased to a maximum of about 12 due to the restriction of the occurrence of knocking at the time of engine high load operation, and thus the theoretical thermal efficiency cannot be sufficiently increased in a normal cycle.

一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことが見出されたのである。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギーが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。   On the other hand, under such circumstances, it is considered to increase the theoretical thermal efficiency while strictly dividing the mechanical compression ratio and the actual compression ratio. As a result, the theoretical thermal efficiency is governed by the expansion ratio, and the actual compression ratio is compared to the theoretical thermal efficiency. Was found to have little effect. That is, if the actual compression ratio is increased, the explosive force is increased, but a large amount of energy is required for compression. Thus, even if the actual compression ratio is increased, the theoretical thermal efficiency is hardly increased.

これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。したがって膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図7の破線ε=10は実圧縮比を10に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図7の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。   On the other hand, when the expansion ratio is increased, the period during which the pressing force acts on the piston during the expansion stroke becomes longer, and thus the period during which the piston applies the rotational force to the crankshaft becomes longer. Therefore, the larger the expansion ratio, the higher the theoretical thermal efficiency. The broken line ε = 10 in FIG. 7 indicates the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased with the actual compression ratio fixed at 10. Thus, the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased while the actual compression ratio ε is maintained at a low value, and the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio is increased with the expansion ratio as shown by the solid line in FIG. It can be seen that there is no significant difference from the amount of increase.

このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、したがって実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図8(B)は可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。   Thus, if the actual compression ratio is maintained at a low value, knocking does not occur. Therefore, if the expansion ratio is increased while the actual compression ratio is maintained at a low value, the theoretical thermal efficiency is reduced while preventing the occurrence of knocking. Can be greatly increased. FIG. 8B shows an example where the variable compression ratio mechanism A and variable valve timing mechanism B are used to increase the expansion ratio while maintaining the actual compression ratio at a low value.

図8(B)を参照すると、この例では可変圧縮比機構Aにより燃焼室容積が50mlから20mlまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Bによって実際のピストン行程容積が500mlから200mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は(20ml+200ml)/20ml=11となり、膨張比は(20ml+500ml)/20ml=26となる。図8(A)に示した通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ11で膨張比が11であり、この場合に比べると図8(B)に示した場合には膨張比のみが26まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。   Referring to FIG. 8B, in this example, the variable compression ratio mechanism A reduces the combustion chamber volume from 50 ml to 20 ml. On the other hand, the variable valve timing mechanism B delays the closing timing of the intake valve until the actual piston stroke volume is reduced from 500 ml to 200 ml. As a result, in this example, the actual compression ratio is (20 ml + 200 ml) / 20 ml = 11, and the expansion ratio is (20 ml + 500 ml) / 20 ml = 26. In the normal cycle shown in FIG. 8A, the actual compression ratio is almost 11 and the expansion ratio is 11 as described above. Compared to this case, only the expansion ratio is shown in FIG. 8B. It can be seen that it has been increased to 26. This is why it is called an ultra-high expansion ratio cycle.

一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、したがって機関運転時における熱効率を向上させるためには、すなわち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図8(B)に示した超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室5内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、したがってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。したがって本発明では機関負荷が比較的低いときには図8(B)に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図8(A)に示す通常のサイクルとするようにしている。   Generally speaking, in an internal combustion engine, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, in order to improve the thermal efficiency during engine operation, that is, to improve fuel efficiency, it is necessary to improve the thermal efficiency when the engine load is low. Necessary. On the other hand, in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B, since the actual piston stroke volume during the compression stroke is reduced, the amount of intake air that can be sucked into the combustion chamber 5 is reduced. The expansion ratio cycle can only be adopted when the engine load is relatively low. Therefore, in the present invention, when the engine load is relatively low, the super high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B is used, and during the engine high load operation, the normal cycle shown in FIG. 8A is used.

次に図9を参照しつつ運転制御全般について概略的に説明する。
図9には或る機関回転数における機関負荷に応じた吸入空気量、吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比およびスロットル弁17の開度の各変化が示されている。なお、図9は、触媒コンバータ20内の三元触媒によって排気ガス中の未燃HC、COおよびNOxを同時に低減しうるように燃焼室5内における平均空燃比が空燃比センサ21の出力信号に基いて理論空燃比にフィードバック制御されている場合を示している。
Next, the overall operation control will be schematically described with reference to FIG.
FIG. 9 shows changes in the intake air amount, the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, the expansion ratio, the actual compression ratio, and the opening degree of the throttle valve 17 according to the engine load at a certain engine speed. . 9 shows that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the output signal of the air-fuel ratio sensor 21 so that unburned HC, CO and NO x in the exhaust gas can be simultaneously reduced by the three-way catalyst in the catalytic converter 20. This shows a case where feedback control is performed to the stoichiometric air-fuel ratio based on the above.

さて、前述したように機関高負荷運転時には図8(A)に示した通常のサイクルが実行される。したがって図9に示したようにこのときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、図9において実線で示したように吸気弁7の閉弁時期は図5において実線で示される如く早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁17の開度は全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。   As described above, the normal cycle shown in FIG. 8A is executed during engine high load operation. Therefore, as shown in FIG. 9, the expansion ratio is low because the mechanical compression ratio is lowered at this time. As shown by the solid line in FIG. 9, the closing timing of the intake valve 7 is advanced as shown by the solid line in FIG. ing. At this time, the amount of intake air is large, and at this time, the opening degree of the throttle valve 17 is kept fully open, so that the pumping loss is zero.

一方、図9において実線で示したように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁7の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図9に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、したがって機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁17は全開状態に保持されており、したがって燃焼室5内に供給される吸入空気量はスロットル弁17によらずに吸気弁7の閉弁時期を変えることによって制御されている。   On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 9, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is delayed in order to reduce the intake air amount. Further, at this time, as shown in FIG. 9, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is lowered so that the actual compression ratio is kept substantially constant. Therefore, the expansion ratio is also increased as the engine load is lowered. At this time, the throttle valve 17 is kept fully open, and therefore the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 is controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 without depending on the throttle valve 17. Has been.

このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。すなわち、吸入空気量の減少に比例してピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積が減少せしめられる。したがってピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき図9に示した例では燃焼室5内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は燃料量に比例して変化していることになる。   As described above, when the engine load is reduced from the engine high load operation state, the mechanical compression ratio is increased as the intake air amount is decreased while the actual compression ratio is substantially constant. That is, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is reduced in proportion to the reduction in the intake air amount. Therefore, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center changes in proportion to the intake air amount. At this time, in the example shown in FIG. 9, since the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the stoichiometric air-fuel ratio, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is proportional to the fuel amount. Will change.

機関負荷が更に低くなると機械圧縮比は更に増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷L1まで低下すると機械圧縮比は燃焼室5の構造上限界となる最大限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に保持される。したがって低負荷側の機関中負荷運転時および機関低負荷運転時にはすなわち、機関低負荷運転側では機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。 When the engine load is further reduced, the mechanical compression ratio is further increased, and when the engine load is lowered to the medium load L 1 slightly close to the low load, the mechanical compression ratio reaches the maximum limit mechanical compression ratio that is the structural limit of the combustion chamber 5. . When the mechanical compression ratio reaches the maximum critical mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is maintained at the maximum critical mechanical compression ratio in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the maximum critical mechanical compression ratio. The Therefore, the mechanical compression ratio is maximized and the expansion ratio is maximized at the time of low engine load operation and low engine load operation, that is, on the engine low load operation side. In other words, the mechanical compression ratio is maximized so that the maximum expansion ratio is obtained on the engine low load operation side.

一方、図9に示した実施形態では機関負荷がL1まで低下すると吸気弁7の閉弁時期が燃焼室5内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。 On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 9, when the engine load decreases to L 1 , the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing that can control the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5. When the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the closing timing of the intake valve 7 in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the closing timing. Is held at the limit valve closing timing.

吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁7の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図9に示した実施形態ではこのとき、すなわち吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁17によって燃焼室5内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁17の開度は小さくされる。 When the closing timing of the intake valve 7 is held at the limit closing timing, the amount of intake air can no longer be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7. In the embodiment shown in FIG. 9, at this time, that is, in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the throttle valve 17 supplies the fuel into the combustion chamber 5. The amount of intake air to be controlled is controlled, and the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller as the engine load becomes lower.

一方、図9において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁7の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁17によらずに吸入空気量を制御することができる。したがって、図9において実線で示した場合と破線で示した場合とをいずれも包含しうるように表現すると、本発明による実施形態では吸気弁7の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期L1まで吸気下死点BDCから離れる方向に移動せしめられることになる。このように吸入空気量は吸気弁7の閉弁時期を図9において実線で示すように変化させても制御することができるし、破線に示すように変化させても制御することができるが、以下本発明について吸気弁7の閉弁時期を図9において実線で示すように変化させた場合を例にとって説明する。 On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 9, the intake air amount can be controlled without depending on the throttle valve 17 by advancing the closing timing of the intake valve 7 as the engine load becomes lower. Therefore, if expressed in such a manner that both the case indicated by the solid line and the case indicated by the broken line in FIG. 9 can be included, in the embodiment according to the present invention, the valve closing timing of the intake valve 7 increases as the engine load decreases. It is moved in the direction away from the intake bottom dead center BDC until the limit valve closing timing L 1 that can control the amount of intake air supplied into the combustion chamber. As described above, the intake air amount can be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 as shown by the solid line in FIG. 9 or by changing it as shown by the broken line. Hereinafter, the present invention will be described by taking as an example a case where the closing timing of the intake valve 7 is changed as shown by a solid line in FIG.

ところで前述したように図8(B)に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が26とされる。この膨張比は高いほど好ましいが図7からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε=5に対しても20以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。したがって本発明では膨張比が20以上となるように可変圧縮比機構Aが形成されている。   Incidentally, as described above, the expansion ratio is 26 in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. The higher the expansion ratio, the better. However, as can be seen from FIG. 7, a considerably high theoretical thermal efficiency can be obtained if it is 20 or more with respect to the practically usable lower limit actual compression ratio ε = 5. Therefore, in the present invention, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio is 20 or more.

次に図10から図13を参照しつつ侵入禁止領域と、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期に対する基準動作線について説明する。   Next, the reference prohibition line for the intrusion prohibited area, the mechanical compression ratio, and the intake valve closing timing will be described with reference to FIGS.

図10は要求されている機関負荷を得るのに必要な吸入空気量、すなわち要求吸入空気量と、機械圧縮比と、吸気弁閉弁時期とを示している。なお、図10において要求吸入空気量は原点0から離れるにしたがって増大し、機械圧縮比は原点0から離れるにしたがって増大する。また、図10において吸気弁閉弁時期は吸気下死点後(ABDC)のクランク角で表されており、したがって吸気弁閉弁時期は原点0から離れるにしたがって遅角される。   FIG. 10 shows the intake air amount necessary to obtain the required engine load, that is, the required intake air amount, the mechanical compression ratio, and the intake valve closing timing. In FIG. 10, the required intake air amount increases as the distance from the origin 0 increases, and the mechanical compression ratio increases as the distance from the origin 0 increases. Further, in FIG. 10, the intake valve closing timing is represented by the crank angle after the intake bottom dead center (ABDC). Therefore, the intake valve closing timing is retarded as the distance from the origin 0 is increased.

一方、図10においてQ1、Q2、Q3、Q4、Q5はそれぞれ同一吸入空気量面を表している。また、θmaxはスロットル弁17が全開しているスロットル全開面を表しており、図10からわかるようにこのスロットル全開面θmaxは上に凸の湾曲面からなる。このスロットル全開面θmaxの下方の領域では下方にいくほどスロットル開度が小さくなる。 On the other hand, in FIG. 10, Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , and Q 5 each represent the same intake air amount surface. Further, θ max represents the throttle fully open surface where the throttle valve 17 is fully open, and as can be seen from FIG. 10, this throttle fully open surface θ max is formed of a curved surface convex upward. In the region below the throttle fully open surface θ max, the throttle opening decreases as it goes downward.

この様子を図11に示す。図11の曲面θ1、θ2はそれぞれスロットル開度がθ1、θ2となっているときを示す同一スロットル開度面であり、図11からわかるように各スロットル開度面θ1、θ2は上に凸の湾曲面からなる。また、スロットル開度θmax、θ2、θ1の関係はθmax>θ2>θ1となっており、スロットル開度が小さいほど、同一機械圧縮比及び同一吸気弁閉弁時期における吸入空気量が少なくなる。 This is shown in FIG. Curved surfaces θ 1 and θ 2 in FIG. 11 are the same throttle opening surfaces when the throttle openings are θ 1 and θ 2 , respectively. As can be seen from FIG. 11, the throttle opening surfaces θ 1 and θ 2 consists of an upwardly convex curved surface. The relationship between the throttle openings θ max , θ 2 , θ 1 is θ max > θ 2 > θ 1, and the smaller the throttle opening, the intake air at the same mechanical compression ratio and the same intake valve closing timing. The amount is reduced.

図10においてハッチングで示した領域は各同一吸入空気量面Q1、Q2、Q3、Q4、Q5内における侵入禁止領域を示している。一方、図12は図10の上からみたところを示しており、図13(A)は図10における左側面S1を矢印方向からみたところを示しており、図13(B)は図10における右側面S2を矢印方向からみたところを示しており、これら図12および図13(A)、(B)においてもハッチングで示した領域は侵入禁止領域を示している。 In FIG. 10, the hatched areas indicate intrusion prohibited areas in the same intake air quantity surfaces Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , and Q 5 . On the other hand, FIG. 12 shows a view from the top of FIG. 10, FIG. 13A shows a view of the left side surface S 1 in FIG. 10 from the direction of the arrow, and FIG. the right side surface S 2 shows the place viewed from the arrow direction, these 12 and FIG. 13 (a), the shows areas forbidden entry area shown by hatching also in (B).

図10、図12、図13(A)、(B)から侵入禁止領域は3次元的に広がっており、さらにこの侵入禁止領域は高負荷側の領域X1と低負荷側の領域X2との2つの領域からなることがわかる。なお、図10、図12、図13(A)、(B)からわかるように高負荷側侵入禁止領域X1は要求吸入空気量が多く、吸気弁閉弁時期が進角側で機械圧縮比が高い側に形成され、低負荷側侵入禁止領域X2は要求吸入空気量が少なく、吸気弁閉弁時期が遅角側で機械圧縮比が低い側に形成される。 10, 12, and 13 (A) and (B), the intrusion prohibition area is three-dimensionally expanded. Further, the intrusion prohibition area includes a high load side area X 1 and a low load side area X 2 . It can be seen that it consists of two regions. Incidentally, FIGS. 10, 12, FIG. 13 (A), the mechanical compression ratio at high load forbidden entry area X 1 As can be seen from (B) is a number required intake air amount, the intake valve closing timing is advanced side is formed on the high side, low-load forbidden entry area X 2 is less required intake air amount, the mechanical compression ratio is formed on a lower side in the intake valve closing timing is retarded side.

さて、図9は要求吸入空気量に対して最小燃費の得られる、吸気弁閉弁時期と機械圧縮比と実圧縮比とスロットル開度の関係を示しており、これらの関係を満たす線が図10および図12において実線Wで示されている。図10からわかるようにこの線Wは同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が多い側ではスロットル全開面θmax上を延びており、同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が少ない側では右側面S2上を延びている。この同一吸入空気量面Q3は図9の負荷L1に対応している。 FIG. 9 shows the relationship between the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the throttle opening, at which the minimum fuel consumption can be obtained with respect to the required intake air amount. This is indicated by a solid line W in FIGS. This line W As can be seen from FIG. 10 on the side is larger intake air amount than the same intake air amount plane Q 3 extends over the full throttle surface theta max, the amount of intake air than the same intake air amount plane Q 3 less the side extends over the right side S 2. The same intake air amount surface Q 3 corresponds to the load L 1 in FIG.

すなわち、図9においてL1よりも機関負荷が高い領域では機関負荷が高くなるほど、すなわち要求吸入空気量が増大するほどスロットル弁17が全開に保持された状態で吸気弁閉弁時期が進角され、このとき機械圧縮比は実圧縮比が一定となるように要求吸入空気量が増大するほど低下せしめられる。このときの機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との関係が図10のスロットル全開面θmax上における線Wで表されている。すなわち、図10に示したように同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が多い側では要求吸入空気量が増大するほどスロットル弁17が全開に保持された状態で吸気弁閉弁時期が進角され、このとき機械圧縮比は実圧縮比が一定となるように要求吸入空気量が増大するほど低下せしめられる。 That is, in the region where the engine load is higher than L 1 in FIG. 9, the intake valve closing timing is advanced with the throttle valve 17 being held fully open as the engine load increases, that is, as the required intake air amount increases. At this time, the mechanical compression ratio is lowered as the required intake air amount increases so that the actual compression ratio becomes constant. The relationship between the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing at this time is represented by a line W on the throttle fully open surface θ max of FIG. That is, as shown in FIG. 10, on the side where the intake air amount is larger than the same intake air amount surface Q 3 , the intake valve closing timing is set while the throttle valve 17 is held fully open as the required intake air amount increases. At this time, the mechanical compression ratio is lowered as the required intake air amount increases so that the actual compression ratio becomes constant.

一方、図9においてL1よりも機関負荷が低い領域では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が一定に保持され、機関負荷が低くなるほど、すなわち要求吸入空気量が減少するほどスロットル弁17の開度が減少せしめられる。このときの機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との関係が図10の右側面S2上における線Wで表されている。すなわち、図10に示したように同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が少ない側では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が一定に保持され、機関負荷が低くなるほど、すなわち要求吸入空気量が減少するほどスロットル弁17の開度が減少せしめられる。 On the other hand, in the region where the engine load is lower than L 1 in FIG. 9, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are kept constant, and the throttle valve 17 opens as the engine load decreases, that is, the required intake air amount decreases. The degree is reduced. Relationship, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing at this time is represented by a line W on the right side S 2 of Figure 10. That is, as shown in FIG. 10, on the side where the intake air amount is smaller than the same intake air amount surface Q 3 , the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are kept constant, and the lower the engine load, that is, the required intake air. As the amount decreases, the opening degree of the throttle valve 17 is decreased.

本願明細書では、要求吸入空気量が変化したときに機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とが辿る線を動作線と称しており、特に図10に示した線Wは基準動作線と称されている。なお、前述したようにこの基準動作線は最小燃費の得られる最小燃費動作線を示している。   In the present specification, a line that the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing follow when the required intake air amount changes is referred to as an operation line, and in particular, the line W illustrated in FIG. 10 is referred to as a reference operation line. ing. Note that, as described above, this reference operation line indicates the minimum fuel consumption operation line with which the minimum fuel consumption can be obtained.

前述したようにこの基準動作線W上では実圧縮比が一定とされている。実圧縮比はスロットル弁17の開度とは無関係であって機械圧縮比および吸気弁閉弁時期のみによって定まるので図10において基準動作線Wを通り垂直方向に延びる曲面上では同一実圧縮比となる。この場合、この曲面よりも機械圧縮比の高い側では実圧縮比が高くなり、この曲面よりも機械圧縮比の低い側では実圧縮比が低くなる。すなわち、大雑把に言うと、高負荷側侵入禁止領域X1は基準動作線W上における実圧縮比よりも実圧縮比の高い領域に位置しており、低負荷側侵入禁止領域X2は基準動作線W上における実圧縮比よりも実圧縮比の低い領域に位置している。 As described above, the actual compression ratio is constant on the reference operation line W. Since the actual compression ratio is independent of the opening degree of the throttle valve 17 and is determined only by the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, the actual compression ratio is the same on the curved surface extending in the vertical direction through the reference operation line W in FIG. Become. In this case, the actual compression ratio becomes higher on the side where the mechanical compression ratio is higher than the curved surface, and the actual compression ratio becomes lower on the side where the mechanical compression ratio is lower than the curved surface. That is, roughly speaking, the high load side intrusion prohibited region X 1 is located in a region where the actual compression ratio is higher than the actual compression ratio on the reference operation line W, and the low load side intrusion prohibited region X 2 is the reference operation. It is located in a region where the actual compression ratio is lower than the actual compression ratio on the line W.

さて、燃費を向上するために実圧縮比を高くするとノッキングが発生し、ノッキングの発生を阻止するために点火時期を遅角させると燃焼が不安定となってトルク変動を生ずる。高負荷側侵入禁止領域X1はこのようなトルク変動を生ずる運転領域であり、したがって機関運転時には機関の運転状態がこのようなトルク変動を生ずる運転領域内に入らないようにする必要がある。一方、吸入空気量が少なく実圧縮比が低くなると燃焼しづらくなり、スロットル弁17の開度が小さくなって圧縮端圧力が低くなると燃焼が悪化してトルク変動を生ずる。低負荷側侵入禁止領域X2はこのようなトルク変動を生ずる運転領域であり、したがって機関運転時にはこの運転領域にも機関の運転状態が入らないようにする必要がある。 If the actual compression ratio is increased to improve fuel consumption, knocking occurs. If the ignition timing is retarded to prevent knocking, combustion becomes unstable and torque fluctuation occurs. High load forbidden entry area X 1 is operating regions produce such torque variations, hence at the time of engine operation the operating state of the engine is required to prevent from entering the operating area of produce such torque fluctuations. On the other hand, when the amount of intake air is small and the actual compression ratio is low, combustion is difficult, and when the opening of the throttle valve 17 is small and the compression end pressure is low, combustion is deteriorated and torque fluctuation occurs. The low load side forbidden entry area X 2 are operating region resulting such torque variations at the time of engine operation therefore it is necessary that the operating state of the engine in this operating region from entering.

一方、実圧縮比が高くなるほど燃費が向上し、したがってノッキングやトルク変動を生ずることなく最小の燃費が得られる最小燃費動作線は図10および図12においてWで示したように高負荷側侵入禁止領域X1の外部において高負荷側侵入禁止領域X1の外縁に沿いつつ延びている。前述したように本発明による実施形態ではこの最小燃費動作線が基準動作線Wとされており、基本的には要求吸入空気量に応じて機械圧縮比および吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点がこの基準動作線W上を移動するように機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が制御される。なお、現在の動作点は相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23およびスロットル開度センサ24により常時検出されている。 On the other hand, the higher the actual compression ratio, the better the fuel consumption. Therefore, the minimum fuel consumption operation line for obtaining the minimum fuel consumption without causing knocking or torque fluctuation is prohibited from entering the high load side as indicated by W in FIGS. extends while along the outer edge of the high-load side forbidden entry area X 1 outside the region X 1. As described above, in the embodiment according to the present invention, this minimum fuel consumption operation line is the reference operation line W, and basically shows a combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing according to the required intake air amount. The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are controlled so that the operating point moves on the reference operating line W. The current operating point is always detected by the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening sensor 24.

次に本発明による機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度の制御の仕方について基本的な制御の仕方から説明する。この基本的な制御の仕方が図14から図16に示されている。   Next, how to control the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 according to the present invention will be described from the basic control method. This basic control method is shown in FIGS.

すなわち、図14は機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が基準動作線W上のm点における値に維持されているときに要求吸入空気量が増大せしめられた場合を示している。ところで本発明による実施形態では例えば予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、この予め定められた時間毎に算出される要求吸入空気量を満たす基準動作線W上の動作点が順次算出される。この要求吸入空気量を満たす動作点、すなわち要求動作点の一例が図14においてa1、a2、a3、a4、a5、a6で示されている。すなわち、この例では要求吸入空気量が増大せしめられた後に最初に検出された要求吸入空気量を満たす要求動作点がa1であり、次に検出された要求吸入空気量を満たす要求動作点がa2であり、次に検出された要求吸入空気量を満たす要求動作点がa3である。 That is, FIG. 14 shows a case where the required intake air amount is increased when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are maintained at the values at the point m on the reference operation line W. Incidentally, in the embodiment according to the present invention, for example, the required intake air amount is calculated every predetermined time, and the operating point on the reference operation line W satisfying the required intake air amount calculated every predetermined time. Are sequentially calculated. Examples of operating points that satisfy this required intake air amount, that is, required operating points, are indicated by a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , and a 6 in FIG. That is, in this example, the requested operating point that satisfies the requested intake air amount that is detected first after the requested intake air amount is increased is a 1 , and the requested operating point that satisfies the detected requested intake air amount is the next. is a 2, then fill the detected required amount of intake air required operating point is a 3.

要求動作点が変化すると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は新たな要求動作点に向けて変化する。すなわち、図14に示した例では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は要求動作点がa1とされるとm点からa1点に向けて変化し、要求動作点がa2とされると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点はa2に向けて変化する。この場合、要求動作点が変化する前に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に到達すれば機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は何の問題もなく要求動作点の変化に追従して変化する。しかしながら要求動作点が変化する前に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に到達しない場合には問題を生ずる場合がある。 When the required operating point changes, the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing changes toward a new required operating point. That is, the operating point showing a mechanical compression ratio and the intake valve closing timing in the example shown in FIG. 14 is changed toward the point a from the required operating point when is the a 1 m point, the required operating point is a When it is 2 , the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing changes toward a 2 . In this case, if the mechanical compression ratio and intake valve closing timing reach the required operating point before the required operating point changes, the mechanical compression ratio and intake valve closing timing follow the change in the required operating point without any problem. And change. However, problems may arise if the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing do not reach the required operating point before the required operating point changes.

すなわち、図14において機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が点mにあるときに要求動作点a1となったときには機械圧縮比および吸気弁時期は変化せず、このとき要求吸入空気量を満たすべくスロットル弁17の開度が増大せしめられる。アクチュエータ16によるスロットル弁17の開度変化の応答性は極めて早く、したがって要求動作点がa1になると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点はm点からa1点にただちに移る。 That is, in FIG. 14, when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at the point m and the required operating point a 1 is reached, the mechanical compression ratio and the intake valve timing do not change, and at this time, the required intake air amount is satisfied. Accordingly, the opening degree of the throttle valve 17 is increased. The response of the opening change of the throttle valve 17 by the actuator 16 is very fast. Therefore, when the required operating point becomes a 1 , the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing immediately shifts from the m point to the a 1 point.

次いで要求動作点がa2になると機械圧縮比がわずかばかり低下せしめられ且つ吸気弁閉弁時期がわずかばかり進角されつつスロットル弁17が全開にされる。このとき機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は次の要求動作点a3が算出される頃には要求動作点a2の近くまで到達する。このとき到達する機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が図14の上方からみたところを示す図15において動作点b2で示されている。 Then the required operating point while it is just slightly advanced mechanical compression ratio is made to decrease only slightly and the intake valve closing timing becomes the a 2 is the throttle valve 17 is fully opened. At this time, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing reach close to the required operating point a 2 when the next required operating point a 3 is calculated. Indicated by the operating point b 2 in FIG. 15 showing the place mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is viewed from above in FIG. 14 to reach this time.

要求動作点a3が算出されると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は動作点b2から要求動作点a3に向けて移動を開始する。すなわち、スロットル弁17が全開の状態で機械圧縮比は低下せしめられ、吸気弁閉弁時期は進角せしめられる。ところが可変圧縮比機構Aによる機械圧縮比変化の応答性および可変バルブタイミング機構Bによる吸気弁7の閉弁時期変化の応答性はそれほど早くなく、特に可変圧縮比機構Aによる機械圧縮比変化の応答性はかなり遅い。したがって要求吸入空気量の増大速度が速い場合には要求動作点と機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の実際の値を示す動作点とが次第に離れていくことになる。例えば図15において要求動作点がa6まで移動したときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の実際の値を示す動作点が依然としてb2付近に位置するような状態が生ずる。 When the required operating point a 3 is calculated, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing start moving from the operating point b 2 toward the required operating point a 3 . That is, the mechanical compression ratio is lowered while the throttle valve 17 is fully open, and the intake valve closing timing is advanced. However, the response of the mechanical compression ratio change by the variable compression ratio mechanism A and the response of the valve closing timing change of the intake valve 7 by the variable valve timing mechanism B are not so fast. Sex is quite slow. Therefore, when the increase rate of the required intake air amount is high, the required operating point and the operating point indicating the actual values of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are gradually separated. For example, in FIG. 15, when the required operating point moves to a 6, the operating point indicating the actual values of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing still remains in the vicinity of b 2 .

しかしながらこのような場合、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点に向けてフィードバック制御により移動させるようにすると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に達するまでに時間を要することになる。すなわち、この場合、吸気弁閉弁時期を進角させることにより動作点が侵入禁止領域X1内に侵入しそうになったときには吸気弁閉弁時期の進角作用が停止され、次いで機械圧縮比が一定量だけ減少せしめられる。機械圧縮比が一定量だけ減少せしめられると吸気弁閉弁時期が再び進角され、動作点が侵入禁止領域X1内に侵入しそうになると吸気弁閉弁時期の進角作用が停止される。以下、これが繰返される。 However, when such a mechanical compression ratio and the intake valve closing timing when the move by the feedback control toward the required operating point without entering the closing timing mechanical compression ratio and the intake valve forbidden entry region X 1 It takes time to reach the required operating point. That is, in this case, the advance action of the intake valve closing timing when the operating point is about to penetrate the forbidden entry area X 1 is stopped by advancing the intake valve closing timing, then the mechanical compression ratio is It can be reduced by a certain amount. The mechanical compression ratio is again advanced the intake valve closing timing and used to lower by a certain amount, the operating point is advancing action of the intake valve closing timing is stopped to become likely to invade forbidden entry area X 1. This is repeated below.

すなわち、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を要求動作点に向けてフィードバック制御により移動させるようにすると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点が侵入禁止領域X1の外縁に沿ってジグザグ状に移動することになり、斯くして機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に達するまでに時間を要することになる。その結果、要求吸入空気量の変化に対して良好な機関の応答性が得られないことになる。 That is, the operating point showing a mechanical compression ratio and the intake valve closing timing when the move by the feedback control toward the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing to the required operating point along the outer edge of the forbidden entry area X 1 Therefore, it takes time for the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing to reach the required operating point. As a result, good engine responsiveness cannot be obtained with respect to changes in the required intake air amount.

そこで本発明では、要求吸入空気量が変化したときに、動作点が要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて侵入禁止領域X1、X2内に侵入することなく変化するように、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量に基づいて一定時間毎に目標動作点を算出し、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期をこの目標動作点に向けて変化させるようにしている。 Therefore, in the present invention, when the required intake air amount changes, the operating point is constant so as to change without entering the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 toward the required operating point that satisfies the required intake air amount. Based on the predicted amount of mechanical compression ratio that can be changed in time and the predicted amount of intake valve closing timing that can be changed in a certain period of time, the target operating point is calculated at regular intervals, and the mechanical compression ratio and intake valve closing timing are calculated. It is made to change toward this target operating point.

次にこの本発明を具体化した一実施形態についてスロットル全開面θmaxを示す図15を参照しつつ説明する。前述したように図15は要求動作点がa3になったときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点がb2である場合を示している。この場合において矢印R2は要求動作点a3に向けて予め定められた一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を表しており、矢印T2は要求動作点a3に向けて予め定められた一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量を表している。また、図15においてc2は現在の動作点b2から要求吸入空気量を満たす要求動作点a3に向けて侵入禁止領域X1内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点を示している。 Next, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIG. 15 showing the throttle fully open surface θ max . As described above, FIG. 15 shows a case where the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is b 2 when the required operating point becomes a 3 . In this case, the arrow R 2 represents the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a predetermined time toward the required operating point a 3 , and the arrow T 2 is predetermined toward the required operating point a 3. This represents the predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a predetermined time. In FIG. 15, c 2 is a target operating point that can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited area X 1 from the current operating point b 2 toward the required operating point a 3 that satisfies the required intake air amount. Show.

図15に示したように要求吸入空気量が増大せしめられ且つ動作点b2および要求動作点a3がスロットル全開面θmax上にあるときにはこの目標動作点c2は基準動作線W上に、図15に示した例では最小燃費動作線W上に位置する。すなわち、図15に示した例では、スロットル弁17が全開状態に維持されているときには目標動作点は侵入禁止領域X1の外部であって侵入禁止領域X1の外縁に沿って延びる最小燃費動作線W上を移動せしめられる。 As shown in FIG. 15, when the required intake air amount is increased and the operating point b 2 and the required operating point a 3 are on the throttle fully open surface θ max , the target operating point c 2 is on the reference operating line W, In the example shown in FIG. 15, it is located on the minimum fuel consumption operation line W. That is, FIG. In the example shown in 15, the minimum fuel consumption operating target operating point which extends along the outer edge of the outside and a by forbidden entry area X 1 of the forbidden entry area X 1 when the throttle valve 17 is maintained fully open It can be moved on the line W.

また、図15において要求動作点がa6であるときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点がbiであったとするとこの場合にも目標動作点は基準動作線W上の点ciとされる。なお、図15において矢印Riは同様に一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を表しており、矢印Tiは一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量を表している。 Further, in FIG. 15, if the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is b i when the required operating point is a 6 , the target operating point is also a point on the reference operating line W in this case. c i . In FIG. 15, the arrow R i similarly represents the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a fixed time, and the arrow T i represents the predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a fixed time. .

このように図15に示した例では動作点がb2であるときに目標動作点c2が算出されると一定時間後に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は目標動作点c2に到達する。このとき現在の動作点c2から要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて侵入禁止領域X1内に侵入することなく一定時間後に到達可能な次の新たな目標動作点が算出され、動作点は一定時間後にこの新たな目標動作点に到達する。この場合、本発明による実施形態では機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はPID(比例積分微分)制御によって目標動作点に到達せしめられる。 In this way, in the example shown in FIG. 15, when the target operating point c 2 is calculated when the operating point is b 2 , the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing after a certain time is the target operating point c. Reach 2 At this time, the next new target operating point that can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited area X 1 from the current operating point c 2 toward the required operating point that satisfies the required intake air amount is calculated, The point reaches this new target operating point after a certain time. In this case, in the embodiment according to the present invention, the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are made to reach the target operating point by PID (proportional integral derivative) control.

このように図15に示した例では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は基準動作線Wに沿って停滞することなく滑らかに移動する。すなわち、図14において機械圧縮比および吸気弁閉弁時期がm点に維持されているときに要求吸入空気量が増大せしめられると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は図16において矢印で示したように基準動作線Wに沿って停滞することなく滑らかに変化せしめられる。その結果、要求吸入空気量の変化に対して良好な機関の応答性を確保することができることになる。   Thus, in the example shown in FIG. 15, the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing moves smoothly along the reference operation line W without stagnation. That is, when the required intake air amount is increased when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are maintained at the point m in FIG. 14, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are indicated by arrows in FIG. Thus, it can be smoothly changed along the reference operation line W without stagnating. As a result, it is possible to ensure a good engine response to changes in the required intake air amount.

この場合、要求吸入空気量に対する機関の応答性を更に向上するためには目標動作点c2、ciをそれぞれ対応する現在の動作点b2、biからできる限り離すことが好ましい。したがって本発明による実施形態では目標動作点c2、ciは、対応する現在の動作点b2、biから一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量以内に位置する動作点のうち、侵入禁止領域X1内に侵入しない範囲で要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて現在の動作点b2、biから最も離れた動作点とされている。 In this case, in order to further improve the responsiveness of the engine with respect to the required intake air amount, it is preferable that the target operating points c 2 and c i be separated from the corresponding current operating points b 2 and b i as much as possible. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the target operating points c 2 and c i are the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed from the corresponding current operating points b 2 and b i to a fixed time and the intake valve that can be changed to a fixed time. Of the operating points located within the predicted amount of the closing timing, the furthest away from the current operating points b 2 and b i toward the required operating point that satisfies the required intake air amount in a range that does not enter the intrusion prohibited area X 1 . It is considered as an operating point.

すなわち、現在の動作点がb2の場合には動作点b2からの機械圧縮比の到達限界が目標動作点c2とされ、吸気弁閉弁時期についてはこの目標動作点c2は動作点b2からの吸気弁閉弁時期の到達限界よりも手前となる。したがってこのときには機械圧縮比は可能な最大速度でもって低下せしめられ、吸気弁閉弁時期は可能な最大速度よりもゆっくりとした速度で進角される。これに対し、現在の動作点がbiの場合には動作点biからの吸気弁閉弁時期の到達限界が目標動作点ciとされ、機械圧縮比についてはこの目標動作点ciは動作点biからの吸気弁閉弁時期の到達限界よりも手前となる。したがってこのときには吸気弁閉弁時期は可能な最大速度でもって進角され、機械圧縮比は可能な最大速度よりもゆっくりとした速度で減少せしめられる。 That is, when the current operating point is b 2 , the reach limit of the mechanical compression ratio from the operating point b 2 is set as the target operating point c 2, and this target operating point c 2 is the operating point for the intake valve closing timing. the front of the arrival limit of the intake valve closing timing from b 2. Therefore, at this time, the mechanical compression ratio is lowered at the maximum possible speed, and the intake valve closing timing is advanced at a speed slower than the maximum possible speed. In contrast, the arrival limit of the intake valve closing timing from the operating point b i in the case of the b i the current operating point is a target operating point c i, the target operating point c i for the mechanical compression ratio the front of the arrival limit of the intake valve closing timing from the operating point b i. Therefore, at this time, the intake valve closing timing is advanced at the maximum possible speed, and the mechanical compression ratio is decreased at a speed slower than the maximum possible speed.

吸気弁閉弁時期の可能な最大変更速度、すなわち一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の量は機関の運転状態の影響をほとんど受けず、したがって一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の量は機関運転状態にかかわらず一定となる。これに対して、機械圧縮比の可能な最大変更速度、すなわち一定時間に変更可能な機械圧縮比の量は機関の運転状態等の影響を強く受ける。次に、このことについて図17から図20を参照しつつ説明する。   The maximum possible change speed of the intake valve closing timing, that is, the amount of the intake valve closing timing that can be changed at a certain time is hardly affected by the operating state of the engine, and therefore the intake valve closing timing that can be changed at a certain time. The amount is constant regardless of the engine operating condition. On the other hand, the maximum change speed at which the mechanical compression ratio can be changed, that is, the amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a fixed time is strongly influenced by the operating state of the engine. Next, this will be described with reference to FIGS.

図17は一定時間に変更可能な機械圧縮比の量、すなわち現在の機械圧縮比と一定時間後に到達可能な機械圧縮比との圧縮比差と、機関負荷との関係を示している。図17は機械圧縮比が或る機械圧縮比とされているときの一定時間に変更可能な機械圧縮比の量(以下、「圧縮比変更可能量」という)を示しており、図17において一点鎖線F0は機関が停止しているときの圧縮比変更可能量を示している。また、図17には燃焼圧によって可変圧縮比機構Aに加わるトルクが破線で示されている。このトルクはシリンダブロック2をクランクケース1から引き離す方向に、すなわち圧縮比を低下させる方向に作用する。このトルクは破線で示したように燃焼圧が高くなるほど、すなわち機関負荷が高くなるほど大きくなる。 FIG. 17 shows the relationship between the engine load and the amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a certain time, that is, the compression ratio difference between the current mechanical compression ratio and the mechanical compression ratio that can be reached after a certain time. FIG. 17 shows the amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time when the mechanical compression ratio is a certain mechanical compression ratio (hereinafter referred to as “the compression ratio changeable amount”). A chain line F 0 indicates the amount by which the compression ratio can be changed when the engine is stopped. In FIG. 17, the torque applied to the variable compression ratio mechanism A by the combustion pressure is indicated by a broken line. This torque acts in the direction of pulling the cylinder block 2 away from the crankcase 1, that is, in the direction of reducing the compression ratio. As shown by the broken line, this torque increases as the combustion pressure increases, that is, as the engine load increases.

このようにこのトルクは可変圧縮比機構Aに対して圧縮比を低下させる方向に作用するので機械圧縮比を低下させる場合には機械圧縮比は容易に低下し、したがってこの場合には圧縮比変更可能量は大きくなる。図17において実線F1はこの場合の圧縮比変更可能量を示しており、この場合の圧縮比変更可能量は機関負荷が高くなるほど大きくなる。これに対して、このトルクは機械圧縮比の増大に対して抵抗するので機械圧縮比を増大させる場合には機械圧縮比を低下させる場合に比べて圧縮比変更可能量は小さくなる。図17において実線F2は機械圧縮比を増大させる場合の圧縮比変更可能量を示しており、この場合の圧縮比変更可能量は機関負荷が高くなるほど小さくなる。 Thus, this torque acts on the variable compression ratio mechanism A in the direction of lowering the compression ratio. Therefore, when the mechanical compression ratio is lowered, the mechanical compression ratio is easily lowered, and in this case, the compression ratio is changed. The possible amount increases. In FIG. 17, the solid line F 1 indicates the compression ratio changeable amount in this case, and the compression ratio changeable amount in this case increases as the engine load increases. On the other hand, since this torque resists an increase in the mechanical compression ratio, the amount by which the compression ratio can be changed is smaller when the mechanical compression ratio is increased than when the mechanical compression ratio is decreased. In FIG. 17, the solid line F 2 indicates the compression ratio changeable amount when the mechanical compression ratio is increased. In this case, the compression ratio changeable amount decreases as the engine load increases.

本実施形態では、図17においてF0で示した基準となる圧縮比変更可能量が予め記憶されており、この基準圧縮比変更可能量を図17においてF1及びF2で示す関係により補正することで、機関負荷に応じた圧縮比変更可能量の予想値が算出される。すなわち、本実施形態では、圧縮比変更可能量の予想値を機関負荷に応じて変えるようにしている。 In this embodiment, the reference compression ratio changeable amount indicated by F 0 in FIG. 17 is stored in advance, and this reference compression ratio changeable amount is corrected by the relationship indicated by F 1 and F 2 in FIG. Thus, an expected value of the compression ratio changeable amount corresponding to the engine load is calculated. That is, in the present embodiment, the expected value of the compression ratio changeable amount is changed according to the engine load.

図18は一定時間に変更可能な機械圧縮比の量とカムシャフト54、55の回転角度、すなわち円形カム58の回転角度との関係を示している。なお、図18において横軸の左側は図3(A)に示した機械圧縮比の最も低い状態のときを示しており、図18において横軸の右端は図3(C)に示した機械圧縮比の最も高い状態のときを示している。また、図18は機関負荷が或る負荷とされているときの圧縮比変更可能量を示しており、図18において破線は燃焼圧によって可変圧縮比機構Aに加わるトルクを示している。   FIG. 18 shows the relationship between the amount of mechanical compression ratio that can be changed in a certain time and the rotation angle of the camshafts 54 and 55, that is, the rotation angle of the circular cam 58. In FIG. 18, the left side of the horizontal axis shows the state where the mechanical compression ratio is the lowest shown in FIG. 3A, and in FIG. 18, the right end of the horizontal axis shows the mechanical compression shown in FIG. It shows the state with the highest ratio. FIG. 18 shows the compression ratio changeable amount when the engine load is a certain load, and the broken line in FIG. 18 shows the torque applied to the variable compression ratio mechanism A by the combustion pressure.

図2に示した実施形態では、ウォームギアとしてウォームホイール63、64によりウォーム61、62が回転せしめられることのない型式の、すなわちウォーム61、62がウォームホイール63、64の逆転止め作用をなしている型式のウォームギアが用いられており、図18の一点鎖線G0はこのようなウォームギアが用いられている場合において機関の運転が停止されているときの圧縮比変更可能量を示している。図3(A)、(B)、(C)からわかるように機械圧縮比が中間のとき、すなわち図3(B)に示したときにカムシャフト54、55の単位回転角度当たりの圧縮比変化量が最も大きくなり、したがって図18の一点鎖線G0で示したように機械圧縮比が中間のときに圧縮比変更可能量は最も大きくなる。 In the embodiment shown in FIG. 2, the worms 61 and 62 are of a type in which the worms 61 and 62 are not rotated by the worm wheels 63 and 64 as the worm gears. A worm gear of a type is used, and a one-dot chain line G 0 in FIG. 18 indicates the amount by which the compression ratio can be changed when the operation of the engine is stopped when such a worm gear is used. As can be seen from FIGS. 3A, 3B, and 3C, the change in compression ratio per unit rotation angle of the camshafts 54 and 55 when the mechanical compression ratio is intermediate, that is, as shown in FIG. Therefore, when the mechanical compression ratio is intermediate as shown by the one-dot chain line G 0 in FIG. 18, the amount by which the compression ratio can be changed becomes the largest.

また、図18において破線で示したように燃焼圧によって可変圧縮比機構Aに加わるトルクは図3(B)に示したとき、すなわち機械圧縮比が中間のときに最も高くなる。一方、図18において実線G1は機械圧縮比を低下させる場合を示しており、実線G2は機械圧縮比を増大させる場合を示している。図18に示したように、機械圧縮比を低下させるときの圧縮比変更可能量G1は機械圧縮比を増大させるときの圧縮比変更可能量G2よりも大きくなる。また、機械圧縮比が中間のときに圧縮比に基づくトルクが最も高くなるのでこのとき圧縮比変更可能量G1は高くなり、圧縮比変更可能量G2は低下する。 Further, as shown by the broken line in FIG. 18, the torque applied to the variable compression ratio mechanism A by the combustion pressure is highest when it is shown in FIG. 3B, that is, when the mechanical compression ratio is intermediate. On the other hand, in FIG. 18, a solid line G 1 indicates a case where the mechanical compression ratio is decreased, and a solid line G 2 indicates a case where the mechanical compression ratio is increased. As shown in FIG. 18, the compression ratio changeable amount G 1 when the mechanical compression ratio is decreased is larger than the compression ratio changeable amount G 2 when the mechanical compression ratio is increased. At this time the compression ratio changeable amount G 1 is higher because the mechanical compression ratio is torque based on the compression ratio is highest at the middle compression ratio changeable quantity G 2 is lowered.

本実施形態では、図18においてG0で示した基準となる圧縮比変更可能量が予め記憶されており、この基準圧縮比変更可能量を図18においてG1およびG2で示した関係により補正することによって、カムシャフト54、55の回転角度に応じた圧縮比変更可能量が算出される。さらに、この圧縮比変更可能量を図17においてF1およびF2で示した関係により補正することによってカムシャフト54、55の回転角度および機関負荷に応じた圧縮比変更可能量の予測値が算出される。すなわち、この本実施形態では圧縮比変更可能量の予測値を回転するカム58の回転角度および機関負荷に応じて変えるようにしている。 In the present embodiment, the compression ratio changeable amount serving as a reference as shown in G 0 18 is stored in advance, corrected by the relationship shown the basic compression ratio changeable amount G 1 and G 2 in FIG. 18 Thus, the compression ratio changeable amount corresponding to the rotation angle of the camshafts 54 and 55 is calculated. Further, by correcting this compression ratio changeable amount by the relationship indicated by F 1 and F 2 in FIG. 17, a predicted value of the compression ratio changeable amount corresponding to the rotation angle of the camshafts 54 and 55 and the engine load is calculated. Is done. That is, in this embodiment, the predicted value of the compression ratio changeable amount is changed according to the rotation angle of the rotating cam 58 and the engine load.

一方、図19は可変圧縮比機構Aの全ての軸受をすべり軸受から構成した場合においてすべり軸受による潤滑状態が圧縮比変更可能量に与える影響を示している。すなわち、機関負荷が高いほど油膜切れを生じ始める境界潤滑領域となりやすく、また軸受面上における動作速度が遅いほど境界潤滑領域となりやすい。従って図19に示したように(機関負荷/動作速度)が或る限界値を越えると潤滑状態が境界潤滑領域となり、その結果すべり軸受における摩擦力が増大するために圧縮比変更可能量が小さくなる。   On the other hand, FIG. 19 shows the influence of the lubrication state by the slide bearing on the compression ratio changeable amount when all the bearings of the variable compression ratio mechanism A are constructed from the slide bearings. That is, the higher the engine load, the easier it becomes a boundary lubrication region where oil film breakage starts, and the lower the operation speed on the bearing surface, the easier it becomes the boundary lubrication region. Accordingly, as shown in FIG. 19, when (engine load / operating speed) exceeds a certain limit value, the lubrication state becomes the boundary lubrication region, and as a result, the frictional force in the sliding bearing increases, so that the compression ratio changeable amount is small. Become.

本発明による別の実施形態ではすべり軸受における潤滑状態も考慮に入れて圧縮比変更可能量の予測値が算出される。例えば図17においてF0で示した基準圧縮比変更可能量を図17においてF1およびF2で示した関係により補正し、補正された圧縮比変更可能量を図18においてG1およびG2で示した関係により補正し、補正された圧縮比変更可能量を図19に示した関係により補正することによって機関負荷、カムシャフト54、55の回転角度および(機関負荷/動作速度)に応じた圧縮比変更可能量の予測値が算出される。 In another embodiment according to the present invention, the predicted value of the compression ratio changeable amount is calculated in consideration of the lubrication state of the slide bearing. For example, the reference compression ratio changeable amount indicated by F 0 in FIG. 17 is corrected by the relationship indicated by F 1 and F 2 in FIG. 17, and the corrected compression ratio changeable amount is indicated by G 1 and G 2 in FIG. Correction is made according to the relationship shown, and the compression according to the engine load, the rotation angle of the camshafts 54 and 55, and (engine load / operation speed) is corrected by correcting the corrected compression ratio changeable amount according to the relationship shown in FIG. A predicted value of the ratio changeable amount is calculated.

図20は機関負荷の変動を検出し、検出された機関負荷の変動に基づいて圧縮比変更可能量を算出するようにした実施形態を示している。サイクル間或いは気筒間において燃焼圧が変動すると偏心軸57が撓み、シリンダブロック2とクランクケース1との相対位置が変化する。このシリンダブロック2とクランクケース1との相対位置の変化、即ちシリンダブロック2とクランクケース1との間隔の変化は相対位置センサ22によって検出される。このシリンダブロック2とクランクケース1との間隔は燃焼圧が高くなると大きくなる。   FIG. 20 shows an embodiment in which a change in the engine load is detected and a compression ratio changeable amount is calculated based on the detected change in the engine load. When the combustion pressure varies between cycles or cylinders, the eccentric shaft 57 bends, and the relative position between the cylinder block 2 and the crankcase 1 changes. The relative position sensor 22 detects the change in the relative position between the cylinder block 2 and the crankcase 1, that is, the change in the distance between the cylinder block 2 and the crankcase 1. The distance between the cylinder block 2 and the crankcase 1 increases as the combustion pressure increases.

前述したように可変圧縮比機構Aには燃焼圧によりトルクが加わり、このトルクは可変圧縮比機構Aに対して圧縮比を低下させる方向に作用する。従って燃焼圧が高くなると可変圧縮比機構Aにより容易に機械圧縮比を低下しうるようになる。図20のH1は機械圧縮比を低下させるときの圧縮比変更可能量を示しており、図20のH2は機械圧縮比を増大させるときの圧縮比変更可能量を示している。 As described above, torque is applied to the variable compression ratio mechanism A by the combustion pressure, and this torque acts on the variable compression ratio mechanism A in the direction of lowering the compression ratio. Therefore, when the combustion pressure increases, the mechanical compression ratio can be easily lowered by the variable compression ratio mechanism A. H 1 in FIG. 20 indicates a compression ratio changeable amount when the mechanical compression ratio is lowered, and H 2 in FIG. 20 indicates a compression ratio changeable amount when the mechanical compression ratio is increased.

この実施形態では燃焼圧の変動に応じて圧縮比変更可能量の予測値を適切に算出することができる。特に圧縮比変更可能量の予測値を図17に示したように機関負荷に応じて算出し、このとき圧縮比変更可能量の予測値を図20に示したように燃焼圧の変動に基づいて更に算出すると圧縮比変更可能量の予測値を最適な値に精密に制御することができる。なお、ウォームギアとしてウォームホイール63、64によりウォーム61、62を回転しうる型式のウォームギアを用いると燃焼圧が変動したときの偏心軸57の撓みが更に大きくなり、その結果燃焼圧により可変圧縮比機構Aに作用するトルクの変動を相対位置センサ22により更に精度よく検出することができる。   In this embodiment, the predicted value of the compression ratio changeable amount can be appropriately calculated according to the fluctuation of the combustion pressure. In particular, the predicted value of the compression ratio changeable amount is calculated according to the engine load as shown in FIG. 17, and at this time, the predicted value of the compression ratio changeable amount is based on the fluctuation of the combustion pressure as shown in FIG. Further calculation allows the predicted value of the compression ratio changeable amount to be precisely controlled to an optimum value. If a worm gear of the type capable of rotating the worms 61, 62 by the worm wheels 63, 64 is used as the worm gear, the deflection of the eccentric shaft 57 when the combustion pressure fluctuates further increases. As a result, the variable compression ratio mechanism Variations in torque acting on A can be detected with higher accuracy by the relative position sensor 22.

次に図21から図36を参照しつつ要求吸入空気量が減少せしめられた場合について説明する。なお、図21から図36のうちで図21および図22は要求吸入空気量がゆっくりと減少せしめられた場合を示しており、図23から図30は要求吸入空気量が比較的速く減少せしめられた場合を示しており、図31から図36は要求吸入空気量が急激に減少せしめられた場合を示している。なお、図21から図36は機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の組合せを示す動作点が基準動作線W上のn点にあるときに要求吸入空気量の減少作用が開始された場合を示している。   Next, a case where the required intake air amount is reduced will be described with reference to FIGS. Of FIGS. 21 to 36, FIGS. 21 and 22 show cases where the required intake air amount is slowly decreased, and FIGS. 23 to 30 show that the required intake air amount is decreased relatively quickly. FIG. 31 to FIG. 36 show a case where the required intake air amount is sharply reduced. FIGS. 21 to 36 show a case where the action of reducing the required intake air amount is started when the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is n point on the reference operating line W. ing.

まず初めに図21および図22を参照しつつ要求吸入空気量がゆっくりと減少せしめられた場合について説明する。なお、図22は図15と同様なスロットル全開面θmaxを示している。 First, a case where the required intake air amount is slowly reduced will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG. 22 shows the throttle fully open surface θ max similar to FIG.

図22はこの場合における現在の動作点と要求動作点との関係を示している。すなわち、図22には現在の動作点がeiであるときの要求動作点がdiで示されており、このとき一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量がRiで示されており、このとき一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量がTiで示されている。更に図22には現在の動作点がejであるときの要求動作点がdjで示されており、このとき一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量がRjで示されており、このとき一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量がTjで示されている。 FIG. 22 shows the relationship between the current operating point and the requested operating point in this case. That is, in FIG. 22 requirements operating point when the current operating point is e i is indicated by d i, the predicted amount of time can change the mechanical compression ratio in a predetermined time indicated by R i At this time, a predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a certain time is indicated by T i . Further in FIG. 22 is shown requesting operating point when the current operating point is e j is in d j, the predicted amount of changeable mechanical compression ratio constant time this time is indicated by R j At this time, a predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a predetermined time is indicated by T j .

この場合には要求動作点diは機械圧縮比の到達限界の手前となり、吸気弁閉弁時期の到達限界の手前となるので要求動作点diが目標動作点となる。同様に要求動作点djは機械圧縮比の到達限界の手前となり、吸気弁閉弁時期の到達限界の手前となるので要求動作点djが目標動作点となる。したがってこの場合には動作点は基準動作線Wに沿って移動する。すなわち、要求吸入空気量がゆっくりと減少するときにはスロットル弁17が全開に保持された状態で吸気弁閉弁時期が徐々に遅角され、実圧縮比が一定となるように機械圧縮比が徐々に増大される。 In this case, the required operating point d i is before the reaching limit of the mechanical compression ratio and is before the reaching limit of the intake valve closing timing, so that the required operating point d i becomes the target operating point. Similarly, the required operating point dj is before the reaching limit of the mechanical compression ratio and is before the reaching limit of the intake valve closing timing, so that the required operating point dj is the target operating point. Therefore, in this case, the operating point moves along the reference operating line W. That is, when the required intake air amount decreases slowly, the intake valve closing timing is gradually retarded while the throttle valve 17 is kept fully open, and the mechanical compression ratio gradually increases so that the actual compression ratio becomes constant. Will be increased.

次に図23から図30を参照しつつ要求吸入空気量が比較的速く減少せしめられた場合について説明する。前述したように本発明による実施形態では例えば予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、順次算出される要求吸入空気量を満たす基準動作線W上の要求動作点が図23においてd1、d2、d3、d4、d5で示されている。 Next, a case where the required intake air amount is decreased relatively quickly will be described with reference to FIGS. As described above, in the embodiment according to the present invention, for example, the required intake air amount is calculated every predetermined time, and the required operation point on the reference operation line W that satisfies the sequentially calculated required intake air amount is shown in FIG. D 1 , d 2 , d 3 , d 4 , and d 5 .

なお、本発明による制御を容易に理解しうるように図23は要求動作点d1における要求吸入空気量がQ5であり、要求動作点d2における要求吸入空気量がQ5とQ4の中間値であり、要求動作点d3における要求吸入空気量がQ4であり、要求動作点d4における要求吸入空気量がQ4とQ3との中間値であり、要求動作点d5における要求吸入空気量がQ3であった場合を示している。すなわち、順次算出された要求吸入空気量がQ6(スロットル全開面θmax上のn点)から、Q5、Q5とQ4の中間値、Q4、Q4とQ3の中間値、Q3に変化した場合を示している。 In order to easily understand the control according to the present invention, FIG. 23 shows that the required intake air amount at the required operation point d 1 is Q 5 , and the required intake air amounts at the required operation point d 2 are Q 5 and Q 4 . It is an intermediate value, the required intake air amount at the required operating point d 3 is Q 4 , the required intake air amount at the required operating point d 4 is an intermediate value between Q 4 and Q 3 , and at the required operating point d 5 The case where the required intake air amount is Q 3 is shown. That is, from the sequentially calculated required intake air amount Q 6 (n point on the throttle fully open surface θ max ), Q 5 , Q 5 and Q 4 , Q 4 , Q 4 and Q 3 , shows a case where the change in Q 3.

また図24はスロットル全開面θmaxを示しており、図25は吸入空気量がQ5の同一吸入空気量面を示しており、図26は吸入空気量がQ5とQ4の中間値の同一吸入空気量面を示しており、図27は吸入空気量がQ4の同一吸入空気量面を示しており、図28は吸入空気量がQ4とQ3の中間値の同一吸入空気量面を示しており、図29は吸入空気量がQ3の同一吸入空気量面を示している。 The Figure 24 shows a wide open throttle surface theta max, Figure 25 is the intake air amount represents the same intake air amount plane of Q 5, FIG. 26 is the intake air amount of the intermediate value Q 5 and Q 4 27 shows the same intake air amount surface, FIG. 27 shows the same intake air amount surface where the intake air amount is Q 4 , and FIG. 28 shows the same intake air amount where the intake air amount is an intermediate value between Q 4 and Q 3. It shows a plane, Figure 29 is the intake air amount indicates the same intake air amount plane of Q 3.

さて、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が図23に示した動作点nに保持されているときに要求吸入空気量がQ6からQ5に変化し、その結果要求動作点がd1になったとすると、まず初めに図24に示したようにスロットル全開面θmax上において目標動作点e1が算出される。この目標動作点e1の算出方法はこれまで述べてきた算出方法と同じであって、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量と一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d1に最も近い目標動作点e1が算出される。図24に示した例ではこの目標動作点e1は基準動作線W上に位置している。 Now, when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are held at the operating point n shown in FIG. 23, the required intake air amount changes from Q 6 to Q 5, and as a result, the required operating point becomes d 1 . If this is the case, first, as shown in FIG. 24, the target operating point e 1 is calculated on the throttle fully open surface θ max . The calculation method of the target operating point e 1 is the same as the calculation method described so far, and the prediction amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a certain time and the prediction amount of the intake valve closing timing that can be changed at a certain time. target operating point e 1 closest to the required operating point d 1 without penetration is calculated forbidden entry region X 1 from. In the example shown in FIG. 24, the target operation point e 1 is located on the reference operation line W.

ところでこの目標動作点e1における吸入空気量は上述したQ6とQ5の中間値であって要求吸入空気量Q5よりも大きい状態にある。しかしながら吸入空気量はできる限り要求吸入空気量に一致させることが好ましい。ところが要求吸入空気量が減少せしめられる場合にはスロットル弁17の開度を変化させることによって吸入空気量を調整することができる。そこで目標動作点e1における吸入空気量が要求吸入空気量Q5よりも大きい状態にある場合には機械圧縮比および吸気弁閉弁時期に対する目標値は変化させることなく吸入空気量を要求吸入空気量Q5とするのに必要な目標開度までスロットル弁17を閉弁させるようにしている。 Incidentally, the intake air amount at the target operating point e 1 is an intermediate value between Q 6 and Q 5 described above and is larger than the required intake air amount Q 5 . However, it is preferable that the intake air amount matches the required intake air amount as much as possible. However, when the required intake air amount is decreased, the intake air amount can be adjusted by changing the opening of the throttle valve 17. Therefore, when the intake air amount at the target operating point e 1 is larger than the required intake air amount Q 5, the required intake air amount is set without changing the target values for the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing. until the target opening degree required for the amount Q 5 so that to close the throttle valve 17.

すなわち、図23において、図24に示したスロットル全開面θmax上の目標動作点e1の真下に位置する同一吸入空気量面Q5上の点が最終的な目標動作点e1とされる。この同一吸入空気量面Q5上の最終的な目標動作点e1が図23および図25に示されており、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e1に向けて変化せしめられることになる。すなわち、このときには機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 That is, in FIG. 23, the final target operating point e 1 is a point on the same intake air amount surface Q 5 located immediately below the target operating point e 1 on the throttle fully open surface θ max shown in FIG. . The final target operating point e 1 on the same intake air amount surface Q 5 is shown in FIGS. 23 and 25. The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are the final values. The target operating point e 1 is changed. That is, at this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is decreased from the fully opened state.

次いで要求吸入空気量がQ5とQ4の中間値になって要求動作点がd2になると、今度は図25に示したように現在の吸入空気量Q5における同一吸入空気量面上において目標動作点e2が算出される。この目標動作点e2の算出方法もこれまで述べてきた算出方法と同じであって、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量と一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d2に最も近い目標動作点e2が算出される。図25に示した例ではこの目標動作点e2は同一吸入空気量面Q5内における基準動作線W上に位置している(なお、このときの基準動作線Wは図10に示した基準動作線Wとは異なるものであり、同一吸入空気量面Q5内における最小燃費動作線を示している)。 Next, when the required intake air amount becomes an intermediate value between Q 5 and Q 4 and the required operating point becomes d 2 , this time, on the same intake air amount surface at the current intake air amount Q 5 as shown in FIG. A target operating point e 2 is calculated. The calculation method of the target operating point e 2 is the same as the calculation method described so far, and the prediction amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a certain time and the prediction amount of the intake valve closing timing that can be changed at a certain time. the target operating point e 2 closest to the required operating point d 2 without entering calculated in forbidden entry region X 1 from. In the example shown in FIG. 25, this target operating point e 2 is located on the reference operating line W in the same intake air amount surface Q 5 (note that the reference operating line W at this time is the reference operating line W shown in FIG. It is different from the operation wire W, and the minimum fuel consumption operation line at the same intake air amount plane Q 5).

ところでこの場合にも目標動作点e2における吸入空気量は要求吸入空気量よりも大きい状態にある。したがってこの場合にも、図23において、図25に示した同一吸入空気量面Q5上の目標動作点e2の真下に位置する同一吸入空気量面(Q5とQ4の中間値)上の点が最終的な目標動作点e2とされる。この同一吸入空気量面(Q5とQ4の中間値)上の最終的な目標動作点e2が図23および図26に示されており、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e2に向けて変化せしめられることになる。このときにも機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 In this case as well, the intake air amount at the target operating point e 2 is larger than the required intake air amount. Therefore, also in this case, in FIG. 23, on the same intake air amount surface (intermediate value between Q 5 and Q 4 ) located directly below the target operating point e 2 on the same intake air amount surface Q 5 shown in FIG. Is the final target operating point e 2 . The final target operating point e 2 on the same intake air amount surface (intermediate value between Q 5 and Q 4 ) is shown in FIGS. 23 and 26, and the mechanical compression ratio, intake valve closing timing and throttle valve are shown. The opening degree of 17 is changed toward this final target operating point e 2 . Also at this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced from the fully opened state.

次いで要求吸入空気量がQ4となり、次いでQ4とQ3の中間値となり、次いでQ3になると同様なことが順次繰返される。すなわち、要求吸入空気量がQ4になると図27に示したように同一吸入空気量面Q4上における最終的な目標動作点e3が算出され、要求吸入空気量がQ4とQ3の中間値になると図28に示したように同一吸入空気量面(Q4とQ3との中間値)上における最終的な目標動作点e4が算出され、次いで要求吸入空気量がQ3になると図29に示したように同一吸入空気量面Q3上における最終的な目標動作点e5が算出される。 Next, when the required intake air amount becomes Q 4 , then becomes an intermediate value between Q 4 and Q 3 , and then becomes Q 3 , the same thing is sequentially repeated. That is, when the required intake air amount becomes Q 4 , the final target operating point e 3 on the same intake air amount surface Q 4 is calculated as shown in FIG. 27, and the required intake air amounts are equal to Q 4 and Q 3 . When the intermediate value is reached, the final target operating point e 4 on the same intake air amount surface (intermediate value between Q 4 and Q 3 ) is calculated as shown in FIG. 28, and then the required intake air amount becomes Q 3 . Then, as shown in FIG. 29, the final target operating point e 5 on the same intake air amount surface Q 3 is calculated.

この間、すなわち機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が順次最終的な目標動作点e3、e4、e5に向けて変化せしめられている間、機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は小さくされる。 During this time, that is, while the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are sequentially changed toward the final target operating points e 3 , e 4 , e 5 , the mechanical compression ratio increases. The intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced.

要求吸入空気量がQ3になると図29に示したように同一吸入空気量面Q3上において順次最終的な目標動作点e6、e7、e8、e9、e10が算出され、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度は順次これら最終的な目標動作点e6、e7、e8、e9、e10を経て要求動作点d5まで変化せしめられることになる。この間、機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期はe8に達するまで遅角され、スロットル弁17の開度は徐々に大きくされてe8に達すると全開せしめられる。 When the required intake air amount reaches Q 3 , final target operating points e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10 are sequentially calculated on the same intake air amount surface Q 3 as shown in FIG. The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are sequentially changed to the required operating point d 5 through these final target operating points e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10. It will be. During this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded until reaching e 8 , the opening of the throttle valve 17 is gradually increased, and when it reaches e 8, it is fully opened.

図30は図23に示したように目標吸入空気量がQ6(n点)からQ3(目標動作点d5)まで比較的速く減少せしめられた場合の吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、実圧縮比、スロットル開度の変化を示している。図30からこの場合には要求吸入空気量が最終的な目標値Q3となった後(動作点e4)、吸気弁閉弁時期の遅角動作が完了し(動作点e8)、次いで機械圧縮比の増大作用が完了する(目標動作点d5)ことがわかる。一方、実圧縮比は吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了するまで(動作点d8)徐々に減少し、その後徐々に上昇する。また、スロットル開度は動作点が同一吸入空気量面Q3上の動作点e5となるまで全開状態から徐々に低下せしめられ、次いで吸気弁閉弁時期の遅角動作が完了するまで(動作点e8)まで全開状態まで徐々に開弁せしめられる。 FIG. 30 shows the intake valve closing timing and the mechanical compression ratio when the target intake air amount is decreased relatively quickly from Q 6 (n point) to Q 3 (target operating point d 5 ) as shown in FIG. , Changes in actual compression ratio and throttle opening. From FIG. 30, in this case, after the required intake air amount reaches the final target value Q 3 (operating point e 4 ), the retarding operation of the intake valve closing timing is completed (operating point e 8 ). It can be seen that the increasing action of the mechanical compression ratio is completed (target operating point d 5 ). On the other hand, the actual compression ratio gradually decreases until the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point d 8 ), and then gradually increases. Further, the throttle opening is gradually decreased from the fully opened state until the operating point becomes the operating point e 5 on the same intake air amount surface Q 3 , and then until the retarding operation of the intake valve closing timing is completed (operation The valve is gradually opened until it is fully opened up to point e 8 ).

図23から図30に示したように要求吸入空気量が比較的速く減少せしめられたときには機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の制御に加えてスロットル開度も制御される。本発明ではこのときには機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度との組合せに対し3次元的侵入禁止領域X1、X2が設定されており、機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度との組合せを示す動作点がこの3次元的侵入禁止領域X1、X2内に侵入するのが禁止される。 As shown in FIGS. 23 to 30, when the required intake air amount is decreased relatively quickly, the throttle opening is also controlled in addition to the control of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing. In the present invention, at this time, the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 are set for the combination of the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the throttle opening, and the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, An operating point indicating a combination with the throttle opening is prohibited from entering the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 .

なお、この場合にも要求吸入空気量が変化したときに、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期については、動作点が要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて3次元的侵入禁止領域X1、X2内に侵入することなく変化するように、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量に基づいて一定時間毎に目標動作点を算出し、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が算出された目標動作点に向けて変化せしめられる。さらにこの場合、要求吸入空気量が変化したときにスロットル開度は3次元的侵入禁止領域X1、X2に侵入しないように要求吸入空気量に応じて変化せしめられる。 Also in this case, when the required intake air amount changes, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are set such that the operating point reaches the required operating point where the required intake air amount satisfies the required intake air amount X. 1 , target at every fixed time based on the predicted amount of mechanical compression ratio that can be changed at a fixed time and the predicted amount of intake valve closing timing that can be changed at a fixed time so as to change without entering X 2 The operating point is calculated, and the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are changed toward the calculated target operating point. Further, in this case, when the required intake air amount changes, the throttle opening is changed according to the required intake air amount so as not to enter the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 .

なお、この場合でも機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル開度ができる限り早く要求吸入空気量を満たす要求動作点に達するように、目標動作点は、現在の動作点から一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量以内に位置する動作点のうち、3次元的侵入禁止領域X1、X2内に侵入しない範囲で要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて動作点から最も離れた動作点とされる。 Even in this case, the target operating point is changed from the current operating point to a fixed time so that the mechanical operating ratio, intake valve closing timing, and throttle opening reach the required operating point that satisfies the required intake air amount as soon as possible. Of operating points located within the predicted amount of possible mechanical compression ratio and the estimated amount of intake valve closing timing that can be changed at a certain time, required within a range that does not enter the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 The operating point is the furthest away from the operating point toward the required operating point that satisfies the intake air amount.

またこの場合、本発明による実施形態では、要求吸入空気量が減少したときに、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期については現在の動作点から要求吸入空気量を満たす動作点に向けて現在の吸入空気量における侵入禁止領域X1、X2内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点が算出されると共に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が算出された目標動作点に向けて変化せしめられる。一方、この場合、スロットル開度については算出された目標動作点において要求吸入空気量を満たす目標開度が算出されると共に目標開度が3次元的侵入禁止領域X1、X2でない限りはスロットル開度が目標開度まで変化せしめられる。 Further, in this case, in the embodiment according to the present invention, when the required intake air amount decreases, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are changed from the current operating point toward the operating point that satisfies the required intake air amount. A target operating point that can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 in the intake air amount is calculated, and toward the target operating point where the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are calculated Can be changed. On the other hand, in this case, as for the throttle opening, the target opening satisfying the required intake air amount is calculated at the calculated target operating point, and the throttle is not limited unless the target opening is in the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2. The opening is changed to the target opening.

次に図31から図36を参照しつつ要求吸入空気量が急激に最小吸入空気量Q1まで減少せしめられた場合について説明する。前述したように本発明による実施形態では例えば予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、順次算出される要求吸入空気量を満たす基準動作線W上の要求動作点が図31においてd1、d2、d3で示されている。 Next, a case where the required intake air amount is suddenly reduced to the minimum intake air amount Q 1 will be described with reference to FIGS. As described above, in the embodiment according to the present invention, for example, the required intake air amount is calculated every predetermined time, and the required operation point on the reference operation line W that satisfies the sequentially calculated required intake air amount is shown in FIG. D 1 , d 2 , and d 3 .

なお、この場合にも本発明による制御を容易に理解しうるように図31は要求動作点d1における要求吸入空気量がQ4であり、要求動作点d2における要求吸入空気量がQ2とQ3の中間値であり、要求動作点d3における要求吸入空気量がQ1であった場合を示している。すなわち、順次算出された要求吸入空気量がQ6(スロットル全開面θmax上のn点)から、Q4、Q3とQ2の中間値、Q1に変化した場合を示している。 Also in this case, in order to easily understand the control according to the present invention, FIG. 31 shows that the required intake air amount at the required operation point d 1 is Q 4 and the required intake air amount at the required operation point d 2 is Q 2. And Q 3 , and the required intake air amount at the required operating point d 3 is Q 1 . That is, a case is shown where the sequentially calculated required intake air amount changes from Q 6 (n point on the throttle fully open surface θ max ) to Q 4 , an intermediate value between Q 3 and Q 2 , Q 1 .

また図32はスロットル全開面θmaxを示しており、図33は吸入空気量がQ4の同一吸入空気量面を示しており、図34は吸入空気量がQ3とQ2の中間値の同一吸入空気量面を示しており、図35は吸入空気量がQ1の同一吸入空気量面を示している。 FIG. 32 shows the throttle fully open surface θ max , FIG. 33 shows the same intake air amount surface with the intake air amount Q 4 , and FIG. 34 shows the intake air amount with an intermediate value between Q 3 and Q 2 . It shows the same intake air amount plane, Figure 35 is the intake air amount indicates the same intake air amount plane of Q 1.

さて、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が図31に示した動作点nに保持されているときに要求吸入空気量がQ6からQ4に変化し、その結果要求動作点がd1になったとすると、まず初めに図32に示したようにスロットル全開面θmax上において目標動作点e1が算出される。この目標動作点e1の算出方法は図24に示した算出方法と同じであって、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量と一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d1に最も近い目標動作点e1が算出される。図32に示した例ではこの目標動作点e1は基準動作線W上に位置している。 Now, when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are held at the operating point n shown in FIG. 31, the required intake air amount changes from Q 6 to Q 4, and as a result, the required operating point becomes d 1 . If this is the case, first, as shown in FIG. 32, the target operating point e 1 is calculated on the throttle fully open surface θ max . The calculation method of the target operating point e 1 is the same as the calculation method shown in FIG. 24, and the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a fixed time and the predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a fixed time. target operating point e 1 closest to the required operating point d 1 without penetration is calculated forbidden entry region X 1 from. In the example shown in FIG. 32, the target operation point e 1 is located on the reference operation line W.

一方、このとき図23に示した場合と同様に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期に対する目標値は変化させることなく吸入空気量を要求吸入空気量Q4とするのに必要な目標開度までスロットル弁17が閉弁せしめられる。 On the other hand, as in the case shown in FIG. 23, the target values for the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are not changed, and the target opening degree required to set the intake air amount to the required intake air amount Q 4 is not changed. The throttle valve 17 is closed.

すなわち、図31において、図32に示したスロットル全開面θmax上の目標動作点e1の真下に位置する同一吸入空気量面Q4上の点が最終的な目標動作点e1とされる。この同一吸入空気量面Q4上の最終的な目標動作点e1が図31および図33に示されており、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e1に向けて変化せしめられることになる。このときには機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 That is, in FIG. 31, the final target operating point e 1 is a point on the same intake air amount surface Q 4 located directly below the target operating point e 1 on the throttle fully open surface θ max shown in FIG. . The final target operating point e 1 on the same intake air amount surface Q 4 is shown in FIGS. 31 and 33. The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are the final values. The target operating point e 1 is changed. At this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced from the fully opened state.

次いで要求吸入空気量がQ3とQ2の中間値になって要求動作点がd2になると、今度は図33に示したように現在の吸入空気量Q4における同一吸入空気量面上において目標動作点e2が算出される。この目標動作点e2の算出方法もこれまで述べてきた算出方法と同じであって、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量と一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d2に最も近い目標動作点e2が算出される。この場合にも、図31において、図33に示した同一吸入空気量面Q4上の目標動作点e2の真下に位置する同一吸入空気量面(Q3とQ2の中間値)上の点が最終的な目標動作点e2とされる。この同一吸入空気量面(Q3とQ2の中間値)上の最終的な目標動作点e2が図31および図34に示されている。 Next, when the required intake air amount becomes an intermediate value between Q 3 and Q 2 and the required operation point becomes d 2 , this time, on the same intake air amount surface in the current intake air amount Q 4 as shown in FIG. A target operating point e 2 is calculated. The calculation method of the target operating point e 2 is the same as the calculation method described so far, and the prediction amount of the mechanical compression ratio that can be changed at a certain time and the prediction amount of the intake valve closing timing that can be changed at a certain time. the target operating point e 2 closest to the required operating point d 2 without entering calculated in forbidden entry region X 1 from. Also in this case, in FIG. 31, on the same intake air amount surface (intermediate value of Q 3 and Q 2 ) located directly below the target operating point e 2 on the same intake air amount surface Q 4 shown in FIG. The point is set as the final target operation point e 2 . FIG. 31 and FIG. 34 show the final target operating point e 2 on the same intake air amount surface (an intermediate value between Q 3 and Q 2 ).

次いで要求吸入空気量がQ1になって要求動作点がd3になると図34に示したように同一吸入空気量面(Q3とQ2の中間値)上において目標動作点e3が算出され、次いで図35に示したように同一吸入空気量面Q1上における最終的な目標動作点e3が算出される。最終的な目標動作点e3が算出されると機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e3に向けて変化せしめられる。このときにも機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 Next, when the required intake air amount becomes Q 1 and the required operation point becomes d 3 , the target operation point e 3 is calculated on the same intake air amount surface (an intermediate value between Q 3 and Q 2 ) as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 35, the final target operating point e 3 on the same intake air amount surface Q 1 is calculated. When the final target operating point e 3 is calculated, the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are changed toward the final target operating point e 3 . Also at this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced from the fully opened state.

ところでこのように要求吸入空気量が小さくなると同一吸入空気量面内に低負荷側侵入禁止領域X2が現われてくる。この同一吸入空気量面内に現われる低負荷側侵入禁止領域X2は吸入空気量が小さくなるほど大きくなり、この同一吸入空気量面に現われる低負荷側侵入禁止領域X2は図35に示したように要求吸入空気量が最小Q1になったときに最大となる。なお、本発明による実施形態ではこの低負荷側侵入禁止領域X2の周りには低負荷側侵入禁止領域X2からわずかな間隔を隔てて、低負荷侵入禁止領域X2内への動作点の侵入を防止するための侵入阻止面が予め設定されており、この侵入阻止面と同一吸入空気量面との交線である侵入阻止線が図35においてWXで示されている。 Meanwhile the low load side forbidden entry area X 2 comes appear in the same intake air amount plane in this way required intake air amount is reduced. Low load forbidden entry area X 2 appearing on the same intake air amount plane increases as the amount of intake air is small, the low load side forbidden entry area X 2 appearing on the same intake air amount plane as shown in FIG. 35 becomes maximum when the required intake air amount is minimized Q 1 in. In the embodiment according to the present invention, the operating point into the low load intrusion prohibition region X 2 is slightly spaced from the low load side intrusion prohibition region X 2 around the low load side intrusion prohibition region X 2 . An intrusion prevention surface for preventing intrusion is set in advance, and an intrusion prevention line that is an intersection line between the intrusion prevention surface and the same intake air amount surface is indicated by WX in FIG.

さて、本発明による実施形態では吸入空気量が要求吸入空気量Q1になると図35に示したように同一吸入空気量面Q1上において一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量と一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量から要求動作点d3に最も近い各目標動作点e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11、e12が順次算出される。この場合、目標動作点e4のように要求動作点d3に最も近い算出された目標動作点が侵入阻止線WXに対し侵入禁止領域X2と反対側に位置するときには算出された目標動作点が目標動作点e4とされる。これに対し、要求動作点d3に最も近い算出された目標動作点が侵入阻止線WXよりも侵入禁止領域X2に近い側にあるときには機械圧縮比および吸気弁閉弁時期のいずれかの到達限界となる侵入阻止線WX上の点が目標動作点e5、e6、e7、e8、e9とされる。 Now, an embodiment according to the present invention and the predicted amount of changeable mechanical compression ratio constant time on the same intake air amount plane Q 1 as shown in FIG. 35 when the amount of intake air is required intake air quantity Q 1 constant Each target operating point e 4 , e 5 , e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10 , e 11 , closest to the required operating point d 3 from the predicted amount of intake valve closing timing that can be changed in time. e 12 is sequentially calculated. In this case, the calculated target operating point when the calculated target operating point closest to the required operating point d 3 , such as the target operating point e 4 , is located on the opposite side of the intrusion prevention area X 2 with respect to the intrusion prevention line WX. Is the target operating point e 4 . On the other hand, when the calculated target operating point closest to the required operating point d 3 is closer to the intrusion prohibition region X 2 than the intrusion prevention line WX, either the mechanical compression ratio or the intake valve closing timing is reached. The points on the intrusion prevention line WX that are the limits are set as the target operating points e 5 , e 6 , e 7 , e 8 , and e 9 .

すなわち、要求吸入空気量がQ1になると機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度は同一吸入空気量面Q1上において順次最終的な目標動作点e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11、e12を経て要求動作点d3まで変化せしめられることになる。この間、機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期はe10に達するまで遅角され、スロットル弁17の開度は徐々に大きくされてe10に達すると全開せしめられる。 That is, when the required intake air amount becomes Q 1 , the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are sequentially set to the final target operating points e 4 , e 5 , on the same intake air amount surface Q 1 , The required operating point d 3 is changed through e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10 , e 11 , e 12 . During this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded until reaching e 10, and the opening of the throttle valve 17 is gradually increased, and when it reaches e 10, it is fully opened.

図36は図31に示したように目標吸入空気量がQ6(n点)からQ1(目標動作点d3)まで急激に減少せしめられた場合の吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、実圧縮比、スロットル開度の変化を示している。図36からこの場合には要求吸入空気量が最終的な目標値Q1となった後(動作点e2)、吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了し(動作点e10)、次いで機械圧縮比の増大作用が完了する(目標動作点d3)ことがわかる。一方、実圧縮比は吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了するまで(動作点e10)徐々に減少し、その後徐々に上昇する。また、スロットル開度は動作点が同一吸入空気量面Q1上の動作点e3となるまで全開状態から低下せしめられ、次いで吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了するまで(動作点e10)まで徐々に開弁せしめられる。 FIG. 36 shows the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, when the target intake air amount is sharply decreased from Q 6 (point n) to Q 1 (target operating point d 3 ), as shown in FIG. Changes in actual compression ratio and throttle opening are shown. From FIG. 36, after the required intake air amount reaches the final target value Q 1 (operating point e 2 ), the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point e 10 ). It can be seen that the increasing action of the mechanical compression ratio is completed (target operating point d 3 ). On the other hand, the actual compression ratio gradually decreases until the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point e 10 ), and then gradually increases. Further, the throttle opening is lowered from the fully opened state until the operating point reaches the operating point e 3 on the same intake air amount surface Q 1 , and then until the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point e The valve is gradually opened until 10 ).

なお、要求吸入空気量が変化したときに要求吸入空気量を満たすスロットル弁17の開度が3次元侵入禁止領域内、すなわち低負荷側侵入禁止領域X2内となる場合がある。この場合にはスロットル弁17の開度は前述した侵入阻止面まで、すなわち3次元侵入禁止領域内に侵入する手前まで変化せしめられ、次いで機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度との組合せを示す動作点は要求吸入空気量を満たす動作点に向けて3次元侵入禁止領域内に侵入することなく変化せしめられる。 It should be noted that the demanded intake meet air amount throttle valve 17 opening of the three-dimensional forbidden entry area, that is, if a low load side forbidden entry area X 2 when required intake air amount changes. In this case, the opening degree of the throttle valve 17 is changed to the above-described intrusion prevention surface, that is, just before entering the three-dimensional intrusion prohibition region, and then the mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening degree are changed. The operating point indicating the combination is changed without entering the three-dimensional intrusion prohibited area toward the operating point satisfying the required intake air amount.

また、上記実施形態では、要求動作点は、要求吸入空気量(要求機関負荷)を満たす基準動作線W上の動作点となっている。したがって、要求動作線は要求吸入空気量に基づいて、すなわち機関運転状態に基づいて設定されるといえる。また、上述した基準動作線Wは燃費を最低にすることが必要される機関運転状態において動作点が通るべき動作線を示しており、例えば機関冷間始動時等、内燃機関や三元触媒の昇温が必要とされている機関運転状態ではこの動作線は上記基準動作線Wとは異なるものとなる。したがって、燃費を最小にする運転状態と内燃機関を昇温させる運転状態とでは要求動作点は異なるものとなる。これらをまとめて表現すると、要求動作点は各機関運転状態において最適な動作点であり、機関運転状態毎に設定されるといえる。   In the above embodiment, the required operating point is the operating point on the reference operating line W that satisfies the required intake air amount (required engine load). Therefore, it can be said that the required operation line is set based on the required intake air amount, that is, based on the engine operating state. Further, the reference operation line W described above indicates an operation line through which an operating point should pass in an engine operation state in which it is necessary to minimize fuel consumption. For example, at the time of engine cold start, an internal combustion engine or a three-way catalyst In an engine operating state where a temperature increase is required, this operation line is different from the reference operation line W. Therefore, the required operating point differs between an operating state that minimizes fuel consumption and an operating state that raises the temperature of the internal combustion engine. When these are expressed together, it can be said that the required operating point is the optimal operating point in each engine operating state and is set for each engine operating state.

図37は現在の動作点から予め定められた一定時間後に到達可能な目標動作点を算出するための、すなわち機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル開度の目標値を算出するためのルーチンを示している。   FIG. 37 shows a routine for calculating a target operating point that can be reached after a predetermined time from the current operating point, that is, a target value for the mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. Is shown.

このルーチンでは予め定められた一定時間後に到達可能な目標動作点がこの予め定められた一定時間毎に算出される。したがって図37に示したルーチンはこの予め定められた時間毎の割込みによって実行される。この予め定められた時間は任意に定めることができるが本発明による実施形態ではこの予め定められた一定時間は8msecとされている。したがって本発明による実施形態では図37に示した目標値の算出ルーチンは8msec毎に実行され、現在の動作点から8msec後に到達可能な目標動作点が8msec毎に算出されることになる。   In this routine, a target operating point that can be reached after a predetermined time is calculated every predetermined time. Therefore, the routine shown in FIG. 37 is executed by interruption every predetermined time. The predetermined time can be arbitrarily determined, but in the embodiment according to the present invention, the predetermined time is 8 msec. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the target value calculation routine shown in FIG. 37 is executed every 8 msec, and the target operating point that can be reached after 8 msec from the current operating point is calculated every 8 msec.

図37を参照するとまず初めにステップ100において要求吸入空気量GXが算出される。この要求吸入空気量GXは例えばアクセルペダル40の踏込み量および機関回転数の関数として予めROM32内に記憶されている。次いでステップ101では要求吸入空気量GXに応じた基準動作線W上の要求動作点が算出される。次いでステップ102では現在の動作点が要求動作点であるか否かが判別され、現在の動作点が要求動作点であるときには処理サイクルを完了する。これに対し、現在の動作点が要求動作点でないときにはステップ103に進んで要求吸入空気量GXが現在の動作点における吸入空気量GAよりも大きいか否かが判別される。   Referring to FIG. 37, first, at step 100, the required intake air amount GX is calculated. The required intake air amount GX is stored in advance in the ROM 32 as a function of, for example, the depression amount of the accelerator pedal 40 and the engine speed. Next, at step 101, a required operating point on the reference operating line W corresponding to the required intake air amount GX is calculated. Next, at step 102, it is determined whether or not the current operating point is the requested operating point. When the current operating point is the requested operating point, the processing cycle is completed. On the other hand, when the current operating point is not the required operating point, the routine proceeds to step 103, where it is determined whether or not the required intake air amount GX is larger than the intake air amount GA at the current operating point.

GX>GAのとき、すなわち吸入空気量を増大すべきときにはステップ104に進み、図14から図16に基づいて説明したようにして目標動作点が決定される。すなわち、ステップ104では要求吸入空気量GXに応じた目標スロットル開度が算出される。この目標スロットル開度は要求動作点がスロットル全開面θmax上に位置すると通常は全開となる。次いでステップ105では一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量が算出され、次いでステップ106では一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量が算出される。 When GX> GA, that is, when the intake air amount is to be increased, the routine proceeds to step 104, where the target operating point is determined as described with reference to FIGS. That is, in step 104, the target throttle opening degree corresponding to the required intake air amount GX is calculated. When the target throttle opening degree required operating point is located on the throttle full open plane theta max normally fully opened. Next, at step 105, a predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a fixed time is calculated, and then at step 106, a predicted amount of a mechanical compression ratio that can be changed at a fixed time is calculated.

次いでステップ107では図15に基づいて説明した方法でもって目標動作点が決定される。次いでステップ108では決定した目標動作点から機械圧縮比の目標値および吸気弁閉弁時期の目標値が算出される。スロットル開度の目標値はステップ104において既に目標スロットル開度として算出されている。   Next, at step 107, the target operating point is determined by the method described with reference to FIG. Next, at step 108, the target value of the mechanical compression ratio and the target value of the intake valve closing timing are calculated from the determined target operating point. The target value of the throttle opening is already calculated as the target throttle opening in step 104.

一方、ステップ103においてGX≦GAであると判別されたとき、すなわち吸入空気量を減少すべきかまたは吸入空気量が要求吸入空気量となっているときにはステップ109に進み、図21から図36に基づいて説明したようにして目標動作点が決定される。すなわち、ステップ109では一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量が算出され、次いでステップ110では一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量が算出される。次いでステップ111では図22、図24〜図29及び図32〜図35に基づいて説明した方法でもって目標動作点が決定される。   On the other hand, when it is determined in step 103 that GX ≦ GA, that is, when the intake air amount should be reduced or when the intake air amount is the required intake air amount, the routine proceeds to step 109, based on FIG. 21 to FIG. The target operating point is determined as described above. That is, in step 109, a predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed at a fixed time is calculated, and then in step 110, a predicted amount of a mechanical compression ratio that can be changed at a fixed time is calculated. Next, at step 111, the target operating point is determined by the method described with reference to FIGS. 22, 24 to 29, and FIGS.

次いでステップ112では要求吸入空気量を満たす目標スロットル開度が算出され、この目標スロットル開度がスロットル開度の目標値とされる。ただし、要求吸入空気量GXを満たすスロットル開度が侵入禁止領域内となるときには目標スロットル開度は前述した侵入阻止面上の値とされ、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に近づくにしたがって目標スロットル開度は侵入阻止面に沿って変化せしめられる。   Next, at step 112, a target throttle opening satisfying the required intake air amount is calculated, and this target throttle opening is set as a target value of the throttle opening. However, when the throttle opening satisfying the required intake air amount GX falls within the intrusion prohibition region, the target throttle opening is set to the value on the intrusion prevention surface described above, and the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are set as the required operating points. The target throttle opening is changed along the intrusion prevention surface as it approaches.

なおこれまで説明していなかったが要求吸入空気量が増大する場合にも同様なことが生じうる。例えば、動作点が図14において高負荷側侵入禁止領域X1の下方領域に位置するときに要求吸入空気量が増大すると目標スロットル開度が高負荷側侵入禁止領域X1内になる場合がある。このときには目標スロットル開度は各同一吸入空気量面に対し予め設定されている各基準動作線Wを含む基準動作面上の値とされ、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に近づくにしたがって目標スロットル開度はこの基準動作面に沿って変化せしめられる。 Although not described so far, the same can occur when the required intake air amount increases. For example, if the required intake air amount increases when the operating point is located below the high load side intrusion prohibition region X 1 in FIG. 14, the target throttle opening may be within the high load side intrusion prohibition region X 1 . . At this time, the target throttle opening is set to a value on the reference operation surface including each reference operation line W set in advance for each same intake air amount surface, and the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are set as the required operation points. As the distance approaches, the target throttle opening is changed along this reference operation surface.

図38はPID制御を用いて機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル開度が図37に示したルーチンにおいて算出された目標値になるように可変圧縮比機構A、可変バルブタイミング機構Bおよびスロットル弁17を駆動するための駆動ルーチンを示している。このルーチンは機関の運転が開始されると繰返し実行される。   FIG. 38 shows variable compression ratio mechanism A, variable valve timing mechanism B, and the like so that the mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening using PID control become the target values calculated in the routine shown in FIG. A drive routine for driving the throttle valve 17 is shown. This routine is repeatedly executed when the engine is started.

図38を参照するとステップ200では吸気弁閉弁時期の目標値IT0と現在の吸気弁閉弁時期ITとの差ΔIT(=IT0−IT)が算出され、機械圧縮比の目標値CR0と現在の機械圧縮比CRとの差ΔCR(=CR0−CR)が算出され、スロットル開度の目標値θ0と現在のスロットル開度θとの差Δθ(θ0−θ)が算出される。 Referring to FIG. 38, in step 200, a difference ΔIT (= IT 0 −IT) between the target value IT 0 of the intake valve closing timing and the current intake valve closing timing IT is calculated, and the target value CR 0 of the mechanical compression ratio is calculated. And the current mechanical compression ratio CR is calculated ΔCR (= CR 0 −CR), and the difference Δθ (θ 0 −θ) between the throttle opening target value θ 0 and the current throttle opening θ is calculated. The

次いでステップ201ではΔITに比例定数Kp1を乗算することによって可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧の比例項Ep1が算出され、ΔCRに比例定数Kp2を乗算することによって可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧の比例項Ep2が算出され、Δθに比例定数Kp3を乗算することによってスロットル弁17に対する駆動電圧の比例項Ep3が算出される。 Then the proportional term E p1 of the drive voltage for the variable valve timing mechanism B is calculated by multiplying the proportionality constant K p1 to ΔIT In step 201, the drive for the variable compression ratio mechanism A is multiplied by the proportional constant K p2 to ΔCR A proportional term E p2 of voltage is calculated, and a proportional term E p3 of driving voltage for the throttle valve 17 is calculated by multiplying Δθ by a proportional constant K p3 .

次いでステップ202ではΔITに積分定数Ki1を乗算してこの乗算結果(Ki1・ΔIT)を積算することにより可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧の積分項Ei1が算出され、ΔCRに積分定数Ki2を乗算してこの乗算結果(Ki2・ΔCR)を積算することにより可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧の積分項Ei2が算出され、Δθに積分定数Ki3を乗算してこの乗算結果(Ki3・Δθ)を積算することによりスロットル弁17に対する駆動電圧の積分項Ei3が算出される。 Next, at step 202, ΔIT is multiplied by an integral constant K i1 and this multiplication result (K i1 · ΔIT) is multiplied to calculate the integral term E i1 of the drive voltage for the variable valve timing mechanism B, and ΔCR is integrated with the integral constant K. The integral term E i2 of the drive voltage for the variable compression ratio mechanism A is calculated by multiplying i2 and multiplying the multiplication result (K i2 · ΔCR), and Δθ is multiplied by an integral constant K i3 to obtain the multiplication result ( By integrating (K i3 · Δθ), the integral term E i3 of the drive voltage for the throttle valve 17 is calculated.

次いでステップ203では現在のΔITと前回算出されたΔIT1との差(ΔIT−ΔIT1)に微分定数Kd1を乗算することにより可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧の微分項Ed1が算出され、現在のΔCRと前回算出されたΔCR1との差(ΔCR−ΔCR1)に微分定数Kd2を乗算することにより可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧の微分項Ed2が算出され、現在のΔθと前回算出されたΔθ1との差(Δθ−Δθ1)に微分定数Kd3を乗算することによりスロットル弁17に対する駆動電圧の微分項Ed3が算出される。 Then differential term E d1 of the drive voltage for the variable valve timing mechanism B is calculated by multiplying the derivative constant K d1 to the difference between DerutaIT 1 that is currently DerutaIT and previously calculated in step 203 (ΔIT-ΔIT 1), A differential term E d2 of the driving voltage for the variable compression ratio mechanism A is calculated by multiplying the difference between the current ΔCR and the previously calculated ΔCR 1 (ΔCR−ΔCR 1 ) by a differential constant K d2 , and the current Δθ and differential term E d3 of the drive voltage for the throttle valve 17 is calculated by multiplying the derivative constant K d3 to the difference between [Delta] [theta] 1 calculated the last time (Δθ-Δθ 1).

次いでステップ204では比例項Ep1と積分項Ei1と微分項Ed1とを加算することにより可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧E1が算出され、比例項Ep2と積分項Ei2と微分項Ed2とを加算することにより可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧E2が算出され、比例項Ep3と積分項Ei3と微分項Ed3とを加算することによりスロットル弁17に対する駆動電圧E3が算出される。 Then the drive voltage E 1 for the variable valve timing mechanism B is calculated by adding the differential term and the proportional term E p1 in step 204 and the integral term E i1 E d1, derivative and proportional term E p2 and the integral term E i2 term The drive voltage E 2 for the variable compression ratio mechanism A is calculated by adding E d2, and the drive voltage E 3 for the throttle valve 17 is added by adding the proportional term E p3 , the integral term E i3, and the differential term E d3. Is calculated.

これら駆動電圧E1、E2、E3にしたがってそれぞれ可変バルブタイミング機構B、可変圧縮比機構Aおよびスロットル弁17が駆動されると吸気弁閉弁時期、機械圧縮比およびスロットル開度はそれぞれ順次変化する目標値に向けて変化することになる。 When the variable valve timing mechanism B, the variable compression ratio mechanism A, and the throttle valve 17 are driven according to the drive voltages E 1 , E 2 , and E 3 , the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, and the throttle opening are sequentially set. It will change towards the changing target value.

ところで、多くの内燃機関では燃費向上等を目的として機関運転状態に応じて燃焼室5への燃料供給を停止する燃料カット制御が行われる。燃料カット制御を行う場合としては、例えば機関負荷が低下して減速運転が行われる場合、機関回転数や内燃機関を搭載した車両の車速が過剰に上昇して機関回転数や車速の低下が必要とされる場合、内燃機関を搭載した車両のオートマチックトランスミッションにおいてシフトアップが行われる際に機関回転数を低下させる場合等が挙げられる。   By the way, in many internal combustion engines, fuel cut control for stopping the fuel supply to the combustion chamber 5 is performed in accordance with the engine operating state for the purpose of improving the fuel consumption. When performing fuel cut control, for example, when the engine load decreases and deceleration operation is performed, the engine speed and the vehicle speed of the vehicle equipped with the internal combustion engine increase excessively, and the engine speed and the vehicle speed need to be reduced. In such a case, there may be mentioned a case where the engine speed is decreased when a shift up is performed in an automatic transmission of a vehicle equipped with an internal combustion engine.

このような燃料カット制御が行われている間は燃焼室5内で混合気の燃焼が行われないため、動作点が侵入禁止領域X1、X2内に侵入しても実質的な問題は生じない。しかしながら、燃料カット制御を終了して通常運転に復帰するときに動作点が侵入禁止領域X1、X2内に位置すると、通常運転復帰時に異常燃焼やトルク変動が発生してしまう。したがって、燃料カット制御中においても通常運転時と同様に動作点が侵入禁止領域X1、X2内に侵入しないようにすることが必要となる。 While the fuel cut control is being performed, the air-fuel mixture is not combusted in the combustion chamber 5. Therefore, even if the operating point enters the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 , there is no substantial problem. Does not occur. However, if the operating point is located in the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 when the fuel cut control is finished and the normal operation is resumed, abnormal combustion or torque fluctuation occurs when the normal operation is resumed. Therefore, it is necessary to prevent the operating point from entering the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 during fuel cut control as in the normal operation.

ところで、上述した実施形態では、図17を用いて説明したように、燃焼圧を考慮して機関負荷に基づいて一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を算出し、これに基づいて目標動作点を算出するようにしている。したがって、図17に示したように機関負荷に基づいて一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を算出する際には、燃料カット制御中には一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量は一定として算出されることになる。   Incidentally, in the above-described embodiment, as described with reference to FIG. 17, the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time is calculated based on the engine load in consideration of the combustion pressure, and the target is calculated based on this. The operating point is calculated. Therefore, as shown in FIG. 17, when calculating the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time based on the engine load, the prediction of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time during the fuel cut control. The amount will be calculated as constant.

また、上述した実施形態では、図18を用いて説明したように、カムシャフト54、55の回転角度及び燃焼圧を考慮して、カムシャフト54、55の回転角度に基づいて一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を算出している。しかしながら、燃料カット制御中には燃焼圧は発生しない。このため、燃料カット制御中には一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量はカムシャフト54、55の回転角度に基づいて図18に一点鎖線G0で示したように算出されることになる。 In the above-described embodiment, as described with reference to FIG. 18, the rotation angle of the camshafts 54 and 55 and the combustion pressure are taken into consideration, and the time can be changed based on the rotation angle of the camshafts 54 and 55. The predicted amount of mechanical compression ratio is calculated. However, no combustion pressure is generated during fuel cut control. Therefore, the predicted amount of possible mechanical compression ratio change in a certain time during the fuel cut control is to be calculated as indicated by a chain line G 0 in FIG. 18 based on the rotation angle of the cam shafts 54, 55 Become.

しかしながら、燃料カット制御中においては、一定時間に変更可能な機械圧縮比の量は必ずしもカムシャフト54、55の回転角度のみに応じて変化するわけではなく、燃焼室5内に供給される吸入空気量や実圧縮比に応じて変化する。このため、燃焼カット制御中において、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量をカムシャフト54、55の回転角度のみに基づいて図18に一点鎖線G0で示したように算出すると、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を正確に算出することができなくなってしまう。 However, during the fuel cut control, the amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time does not necessarily change according to only the rotation angle of the camshafts 54 and 55, and the intake air supplied into the combustion chamber 5 It varies depending on the amount and actual compression ratio. Thus, during the combustion cutoff control, when calculated as the predicted amount of changeable mechanical compression ratio constant time indicated by a chain line G 0 in FIG. 18, based only on the rotation angle of the cam shafts 54, 55, a constant The predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed over time cannot be accurately calculated.

このように一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を正確に算出することができなくなると、機械圧縮比及び吸気弁閉弁時期の組合せを示す動作点が侵入禁止領域X1、X2内に侵入してしまう場合がある。以下、このことについて簡単に説明する。 When the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time cannot be accurately calculated in this way, the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing becomes the intrusion prohibited areas X 1 and X 2. There is a case to invade. This will be briefly described below.

機関負荷が低下して減速運転が行われる場合における燃料カット制御について考えると、この場合、機関負荷はゼロとなっており、したがって要求吸入空気量も最低、すなわち図10に示したQ1となっている。このため、燃料カット制御中には機械圧縮比及び吸気弁閉弁時期の組合せを示す動作点は例えば図31〜図36に示したように移動せしめられることになる。 Considering the fuel cut control when the engine load is reduced and the deceleration operation is performed, in this case, the engine load is zero, and therefore the required intake air amount is also the minimum, that is, Q 1 shown in FIG. ing. For this reason, during the fuel cut control, the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is moved, for example, as shown in FIGS.

このとき動作点が同一吸入空気量平面Q1上の動作点となった後は図31及び図35に示したように目標動作点が同一吸入空気量平面Q1上を移動せしめられ(e3〜e12)、特に動作点e5〜e9は侵入阻止線WX上に位置する。 At this time, after the operating point becomes the operating point on the same intake air amount plane Q 1 , the target operating point is moved on the same intake air amount plane Q 1 as shown in FIGS. 31 and 35 (e 3 To e 12 ), in particular, the operating points e 5 to e 9 are located on the intrusion prevention line WX.

図39は、図35に示した吸入空気量平面Q1の一部の拡大図である。現在の動作点がe5にある状態で図35に示した場合と同様に次の目標動作点を算出する場合、現在の動作点から一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量R及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量T以内に位置する動作点のうち侵入阻止線WXよりも侵入禁止領域X2側とならない動作点e6が次の目標動作点として算出されることになる。 FIG. 39 is an enlarged view of a part of the intake air amount plane Q 1 shown in FIG. When the next target operating point is calculated in the state where the current operating point is at e 5 in the same manner as shown in FIG. 35, the predicted amount R of the mechanical compression ratio that can be changed from the current operating point to a predetermined time and the constant Of the operating points located within the predicted amount T of the intake valve closing timing that can be changed in time, the operating point e 6 that is not on the intrusion prohibition region X 2 side from the intrusion prevention line WX is calculated as the next target operating point. It will be.

ところが、一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量Rに誤差があり、実際には一定時間に機械圧縮比はR’のみしか変更できないと、目標動作点が図39の点e6であるのに対して、実際に到達する動作点は図39の点e6’となってしまう。図39からわかるように動作点e6’は侵入禁止領域X2内に位置するため、動作点がe6’にある状態で燃料カット制御を終了して通常運転に復帰してしまうと、通常運転復帰時に異常燃焼やトルク変動が発生してしまうことになる。 However, if there is an error in the predicted amount R of the mechanical compression ratio that can be changed at a certain time, and only the mechanical compression ratio R ′ can be actually changed at a certain time, the target operating point is the point e 6 in FIG. On the other hand, the operating point actually reached is the point e 6 ′ in FIG. As can be seen from FIG. 39, the operating point e 6 ′ is located in the intrusion prohibition region X 2 , so if the fuel cut control is terminated and the normal operation is resumed when the operating point is at e 6 ′, Abnormal combustion and torque fluctuations will occur when returning to operation.

そこで、本実施形態では、燃料カット制御中には機関負荷ではなく吸入空気量及び実圧縮比に基づいて一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を算出することとしている。以下では、このことについて図40から図43を参照して説明する。   Therefore, in the present embodiment, during the fuel cut control, the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time is calculated based on the intake air amount and the actual compression ratio instead of the engine load. This will be described below with reference to FIGS. 40 to 43.

図40は、一定時間に変更可能な機械圧縮比の量(圧縮比変更可能量)と吸入空気量との関係を示している。図40は機械圧縮比及び吸気弁閉弁時期が或る機械圧縮比及び或る吸気弁閉弁時期とされているときの圧縮比変更可能量を示している。   FIG. 40 shows the relationship between the amount of mechanical compression ratio that can be changed over a certain period of time (the amount by which the compression ratio can be changed) and the amount of intake air. FIG. 40 shows the compression ratio changeable amount when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are a certain mechanical compression ratio and a certain intake valve closing timing.

ここで、燃料カット制御中、すなわち機関負荷がゼロであっても、吸気弁7が閉弁してからピストン4が圧縮上死点に到達するまでの間に燃焼室5内の混合気の圧縮作用が発生する。逆にいうと、ピストン4が上昇している間、燃焼室5内の混合気によりピストン4にはピストン4を下降させる方向に力が作用し、この力はシリンダブロック2をクランクケース1から引き離す方向に、すなわち圧縮比を低下させる方向に作用する。この力は、図40に破線で示したように、吸気弁7の閉弁時に燃焼室5内に供給されている吸気ガス量、すなわち吸入空気量が大きくなるほど大きくなる。   Here, during fuel cut control, that is, even when the engine load is zero, compression of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5 after the intake valve 7 is closed and before the piston 4 reaches the compression top dead center. Action occurs. In other words, while the piston 4 is moving up, a force acts on the piston 4 in the direction of lowering the piston 4 by the air-fuel mixture in the combustion chamber 5, and this force pulls the cylinder block 2 away from the crankcase 1. Acting in the direction, i.e. in the direction of reducing the compression ratio. As indicated by a broken line in FIG. 40, this force increases as the amount of intake gas supplied into the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed, that is, the amount of intake air increases.

このようにこの力は可変圧縮比機構Aに対して圧縮比を低下させる方向に作用するので機械圧縮比を低下させる場合には機械圧縮比は容易に低下し、したがってこの場合には圧縮比変更可能量は大きくなる。図40において実線I1はこの場合の圧縮比変更可能量を示しており、この場合の圧縮比変更可能量は吸入空気量が多くなるほど大きくなる。これに対して、この力は機械圧縮比の増大に対して抵抗するので機械圧縮比を増大させる場合には機械圧縮比を低下させる場合い比べて圧縮比変更可能量は小さくなる。図40において実線I2は機械圧縮比を増大させる場合の圧縮比変更可能量を示しており、この場合の圧縮比変更可能量は吸入空気量が多くなるほど小さくなる。 In this way, this force acts on the variable compression ratio mechanism A in the direction of lowering the compression ratio. Therefore, when the mechanical compression ratio is lowered, the mechanical compression ratio is easily lowered, and in this case, the compression ratio is changed. The possible amount increases. In FIG. 40, the solid line I 1 indicates the compression ratio changeable amount in this case, and the compression ratio changeable amount in this case increases as the intake air amount increases. On the other hand, since this force resists an increase in the mechanical compression ratio, the amount by which the compression ratio can be changed is smaller when the mechanical compression ratio is increased than when the mechanical compression ratio is decreased. In FIG. 40, the solid line I 2 indicates the amount by which the compression ratio can be changed when the mechanical compression ratio is increased. In this case, the amount by which the compression ratio can be changed decreases as the intake air amount increases.

一方、図41は、一定時間に変更可能な機械圧縮比の量(圧縮比変更可能量)と実圧縮比との関係を示している。図41は吸入空気量が或る吸入空気量とされているときの圧縮比変更可能量を示している。   On the other hand, FIG. 41 shows the relationship between the amount of mechanical compression ratio that can be changed in a certain period of time (amount that can be changed in compression ratio) and the actual compression ratio. FIG. 41 shows the compression ratio changeable amount when the intake air amount is a certain intake air amount.

上述したように、燃料カット制御中でもピストン4の圧縮作用により圧縮比を低下させる方向に力が作用するが、この力は、図41に破線で示したように、実圧縮比によっても変化する。すなわち、実圧縮比が高くなると圧縮上死点付近での燃焼室5内の圧力が高くなり、これに伴って圧縮比を低下させる方向に作用する力が大きくなる。したがって、上述した吸入空気量の場合と同様に、機械圧縮比を低下させる場合、図41において実線J1で示したように実圧縮比が高くなるほど圧縮比変更可能量は大きくなる。一方、機械圧縮比を増大させる場合、図41において実線J2で示したように実圧縮比が高くなるほど圧縮比変更可能量は小さくなる。 As described above, the force acts in the direction of lowering the compression ratio due to the compression action of the piston 4 even during the fuel cut control, but this force also changes depending on the actual compression ratio as shown by the broken line in FIG. That is, as the actual compression ratio increases, the pressure in the combustion chamber 5 near the compression top dead center increases, and accordingly, the force acting in the direction of decreasing the compression ratio increases. Therefore, as in the case of the above-described intake air amount, if reducing the mechanical compression ratio, the compression ratio can be changed amount as the actual compression ratio increases as shown by the solid line J 1 in FIG. 41 increases. On the other hand, when the mechanical compression ratio is increased, as shown by the solid line J 2 in FIG. 41, the compression ratio changeable amount decreases as the actual compression ratio increases.

これらをまとめると、燃料カット制御中には、圧縮比変更可能量と吸入空気量及び実圧縮比との関係は図42に示したようになる。図42(A)は機械圧縮比を低下させる場合、図42(B)は機械圧縮比を増大させる場合をそれぞれ示している。図42(A)に示したように、機械圧縮比を低下させる場合には、吸入空気量が多いほど且つ実圧縮比が高いほど圧縮比変更可能量は大きくなる。一方、図42(B)に示したように、機械圧縮比を増大さえる場合には、吸入空気量が多いほど且つ実圧縮比が高いほど圧縮比変更可能量は小さくなる。   In summary, during the fuel cut control, the relationship between the compression ratio changeable amount, the intake air amount, and the actual compression ratio is as shown in FIG. FIG. 42A shows a case where the mechanical compression ratio is lowered, and FIG. 42B shows a case where the mechanical compression ratio is increased. As shown in FIG. 42A, when the mechanical compression ratio is lowered, the amount of change in the compression ratio increases as the intake air amount increases and the actual compression ratio increases. On the other hand, as shown in FIG. 42B, when the mechanical compression ratio can be increased, the greater the intake air amount and the higher the actual compression ratio, the smaller the compression ratio changeable amount.

そこで、本実施形態では、図42に示したような関係を予め求め、燃料カット制御中には、図17に示した機関負荷に基づく圧縮比変更可能量の予測値の算出を行わずに、図42に示したような関係に基づいて吸入空気量及び実圧縮比に応じて圧縮比変更可能量の予測値の算出が行われる。すなわち、本実施形態では、燃料カット制御中には、圧縮比変更可能量の予測値を吸入空気量及び実圧縮比に応じて変えるようにしている。なお、圧縮比変更可能量の予測値は、必ずしも吸入空気量及び実圧縮比の両方に応じて変えるようにしなくてもよく、これらのうちの一方に応じて変えるようにしてもよい。   Therefore, in the present embodiment, the relationship as shown in FIG. 42 is obtained in advance, and during the fuel cut control, without calculating the predicted value of the compression ratio changeable amount based on the engine load shown in FIG. Based on the relationship as shown in FIG. 42, the predicted value of the compression ratio changeable amount is calculated according to the intake air amount and the actual compression ratio. That is, in this embodiment, during the fuel cut control, the predicted value of the compression ratio changeable amount is changed according to the intake air amount and the actual compression ratio. Note that the predicted value of the compression ratio changeable amount does not necessarily have to be changed according to both the intake air amount and the actual compression ratio, and may be changed according to one of them.

また、燃料カット制御を行っていない通常運転中には、圧縮比変更可能量は燃焼圧の影響を受けて図18に示したようにカムシャフト54、55の回転角度に応じて変化する。一方、燃料カット制御を行っているときにも、同様に、圧縮比変更可能量はピストン4による圧縮作用の影響を受けてカムシャフト54、55の回転角度に応じて変化する。この様子を図43に示す。   Further, during the normal operation in which the fuel cut control is not performed, the compression ratio changeable amount is affected by the combustion pressure and changes according to the rotation angle of the camshafts 54 and 55 as shown in FIG. On the other hand, when the fuel cut control is performed, similarly, the compression ratio changeable amount is affected by the compression action of the piston 4 and changes according to the rotation angle of the camshafts 54 and 55. This is shown in FIG.

図43は、図18と同様な図であり、図18の一点鎖線K0はピストン4による圧縮作用が生じていないとき(例えば、吸気弁7及び排気弁9が開いたままになっているとき)の圧縮比変更可能量を示しており、また、図中の破線はピストン4による圧縮作用により圧縮比を低下させる方向に作用する力を示している。この力の大きさは図18に示した場合の燃焼圧に比べて小さいが、燃焼圧と同様に作用する。したがって、機械圧縮比を低下させる場合には図43に実線K1で示したように圧縮比変更可能量が大きくなると共に、機械圧縮比を増大させる場合には実線K2で示したように実圧縮比変更可能量が小さくなる。さらに、機械圧縮比が中間のときに、機械圧縮比を低下させる場合の圧縮比変更可能量が大きくなる程度および機械圧縮比を増大させる場合の圧縮比変更可能量が小さくなる程度が最も大きくなる。 FIG. 43 is a view similar to FIG. 18, and the alternate long and short dash line K 0 in FIG. 18 indicates when the compression action by the piston 4 does not occur (for example, when the intake valve 7 and the exhaust valve 9 remain open). ), And the broken line in the figure indicates the force acting in the direction of lowering the compression ratio by the compression action of the piston 4. Although the magnitude of this force is smaller than the combustion pressure in the case shown in FIG. 18, it acts similarly to the combustion pressure. Therefore, when the mechanical compression ratio is lowered, the compression ratio changeable amount increases as shown by the solid line K 1 in FIG. 43, and when the mechanical compression ratio is increased, the actual amount as shown by the solid line K 2 is increased. The compression ratio changeable amount becomes smaller. In addition, when the mechanical compression ratio is intermediate, the extent to which the compression ratio changeable amount when the mechanical compression ratio is reduced becomes large and the extent to which the compression ratio changeable amount becomes small when the mechanical compression ratio is increased becomes the largest. .

そこで、本実施形態では、図43に示したような関係を予め求め、燃料カット制御中には、図18に示した回転角度及び機関負荷に基づく圧縮比変更可能量の予測値の算出を行わずに、図43に示したような関係に基づいて回転角度に応じて圧縮比変更可能量の予測値の算出が行われる。特に、本実施形態では、図43に示した関係に基づいて算出された圧縮比変更可能量の予測値を、図42に示した関係により補正することによって最終的な圧縮比変更可能量の予測値を算出が行われる。   Therefore, in the present embodiment, the relationship as shown in FIG. 43 is obtained in advance, and during the fuel cut control, the predicted value of the compression ratio changeable amount based on the rotation angle and engine load shown in FIG. 18 is calculated. Instead, the predicted value of the compression ratio changeable amount is calculated according to the rotation angle based on the relationship as shown in FIG. In particular, in the present embodiment, the prediction value of the compression ratio changeable amount calculated based on the relationship shown in FIG. 43 is corrected by the relationship shown in FIG. A value is calculated.

なお、上記実施形態では、燃料カット制御中においても、図21〜図36に示した例と同様に動作点を制御しており、これにより燃料カット制御中においても吸入空気量を迅速に要求吸入空気量に到達させることができると共に要求吸入空気量を満たす要求動作点動作点を迅速に到達させることができる。しかしながら、燃料カット制御中においては、燃焼室5内での混合気の燃焼が行われていないため、必ずしも吸入空気量を迅速に要求吸入空気量に到達させなくてもよい。したがって、燃料カット制御中においては例えば動作点が基準動作線W上を移動するように機械圧縮比及び吸気弁閉弁時期を制御するようにしてもよい。これにより、燃料カット制御から復帰したときには動作点は基準動作線W上に位置することになり、よって燃料カット制御からの復帰時に燃費の良い運転を行うことができる。   In the above embodiment, even during the fuel cut control, the operating point is controlled in the same manner as in the examples shown in FIGS. 21 to 36, so that the required intake air amount can be promptly drawn even during the fuel cut control. It is possible to reach the required amount of air and to quickly reach the required operating point operating point that satisfies the required intake air amount. However, since the air-fuel mixture is not burned in the combustion chamber 5 during fuel cut control, the intake air amount does not necessarily reach the required intake air amount quickly. Therefore, during the fuel cut control, for example, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing may be controlled so that the operating point moves on the reference operation line W. As a result, the operating point is located on the reference operating line W when returning from the fuel cut control, so that a fuel-efficient driving can be performed when returning from the fuel cut control.

図44は圧縮比変更可能量の予測値を算出するためのルーチンを示すフローチャートである。図44に示したルーチンによって算出された圧縮比変更可能量の予測値は、図37に示したルーチンのステップ106及びステップ110において利用される。また、図44に示したルーチンは予め定められた一定時間(例えば、8msec)毎の割込みによって実行される。   FIG. 44 is a flowchart showing a routine for calculating a predicted value of the compression ratio changeable amount. The predicted value of the compression ratio changeable amount calculated by the routine shown in FIG. 44 is used in step 106 and step 110 of the routine shown in FIG. The routine shown in FIG. 44 is executed by interruption every predetermined time (for example, 8 msec).

まず、ステップ201において、現在、機械圧縮比の変更が行われているか否かが判別され、機械圧縮比の変更が行われていないときには圧縮比変更可能量の予測値を算出する必要がないため処理サイクルを完了する。これに対し、現在、機械圧縮比の変更が行われているときにはステップ202へと進む。ステップ202では、現在、燃料カット制御中であるか否かが判別され、燃料カット制御中ではないときにはステップ203へと進み、図17から図20に基づいて説明したようにして圧縮比変更可能量の予測値が算出される。   First, in step 201, it is determined whether or not the mechanical compression ratio is currently changed. When the mechanical compression ratio is not changed, it is not necessary to calculate a predicted value of the compression ratio changeable amount. Complete the processing cycle. In contrast, when the mechanical compression ratio is currently being changed, the routine proceeds to step 202. In step 202, it is determined whether or not the fuel cut control is currently in progress. When the fuel cut control is not being executed, the routine proceeds to step 203, where the compression ratio changeable amount is explained as described with reference to FIGS. The predicted value of is calculated.

すなわち、ステップ203では、現在、機械圧縮比が減少されているか否かが判別され、減少されているときにはステップ204からステップ206によって基本予測値及び補正係数が算出される。具体的には、ステップ204では、図18にG1で示した関係に基づいて作成された図45(A)にG1’で示したようなマップを用いてカムシャフト54、55の回転角度に基づいて基本予測値Rbaseが算出される。ステップ205では、図17にF1で示した関係に基づいて作成された図45(B)にF1’で示したようなマップを用いて機関負荷に基づいて補正係数R1が算出される。ステップ206では、図19に示した関係に基づいて作成された図45(C)に示したマップを用いて機関負荷/動作速度に基づいて補正係数R2が算出される。 That is, in step 203, it is determined whether or not the mechanical compression ratio is currently decreased. When the mechanical compression ratio is decreased, the basic predicted value and the correction coefficient are calculated in steps 204 to 206. Specifically, in step 204, the rotation angles of the camshafts 54 and 55 are generated using a map such as that indicated by G 1 'in FIG. 45A created based on the relationship indicated by G 1 in FIG. Based on the basic prediction value R base is calculated. In step 205, a correction coefficient R 1 is calculated based on the engine load using a map such as that shown by F 1 ′ in FIG. 45B created based on the relationship shown by F 1 in FIG. . In step 206, the correction coefficient R 2 on the basis of engine load / operation speed by using a map shown in FIG. 45 (C) that is created on the basis of the relationship shown in FIG. 19 is calculated.

一方、ステップ203において機械圧縮比が増大されていると判定されたときには、ステップ207からステップ209によって基本予測値及び補正係数が算出される。具体的には、ステップ207では、図18にG2で示した関係に基づいて作成された図45(A)にG2’で示したようなマップを用いてカムシャフト54、55の回転角度に基づいて基本予測値Rbaseが算出される。ステップ208では、図17にF2で示した関係に基づいて作成された図45(B)にF2’で示したようなマップを用いて機関負荷に基づいて補正係数R1が算出される。ステップ209では、図19に示した関係に基づいて作成された図45(C)に示したマップを用いて機関負荷/動作速度に基づいて補正係数R2が算出される。 On the other hand, when it is determined in step 203 that the mechanical compression ratio is increased, the basic predicted value and the correction coefficient are calculated in steps 207 to 209. Specifically, in step 207, the rotation angles of the camshafts 54 and 55 are generated using a map such as that shown by G 2 'in FIG. 45A created based on the relationship shown by G 2 in FIG. Based on the basic prediction value R base is calculated. In step 208, the correction coefficient R 1 is calculated based on the engine load by using a map such as shown by F 2 ′ in FIG. 45B created based on the relationship shown by F 2 in FIG. . In step 209, the correction coefficient R 2 on the basis of engine load / operation speed by using a map shown in FIG. 45 (C) that is created on the basis of the relationship shown in FIG. 19 is calculated.

一方、ステップ202において、燃料カット制御中であると判定されたときには、ステップ210へと進み、図41から図43に基づいて説明したようにして圧縮比変更可能量の予測値が算出される。   On the other hand, when it is determined in step 202 that the fuel cut control is being performed, the routine proceeds to step 210, where the predicted value of the compression ratio changeable amount is calculated as described with reference to FIGS.

すなわち、ステップ210では、現在、機械圧縮比が減少されているか否かが判別され、減少されているときにはステップ211からステップ213によって基本予測値及び補正係数が算出される。具体的には、ステップ211では、図43にK1で示した関係に基づいて作成された図46(A)にK1’で示したようなマップを用いてカムシャフト54、55の回転角度に基づいて基本予測値Rbaseが算出される。ステップ212では、図42(A)に示した関係に基づいて作成された図46(B)に示したようなマップを用いて機関負荷に基づいて補正係数R1が算出される。ステップ213では、燃焼室5内で混合気の燃焼が行われていないときには、境界潤滑になるほど可変圧縮比機構Aの軸受に負荷がかからないことから、補正係数R2が1とされる。 That is, in step 210, it is determined whether or not the mechanical compression ratio is currently decreased. When the mechanical compression ratio is decreased, the basic predicted value and the correction coefficient are calculated from step 211 to step 213. Specifically, in step 211, the rotation angles of the camshafts 54 and 55 are generated using a map such as shown by K 1 'in FIG. 46A created based on the relationship shown by K 1 in FIG. Based on the basic prediction value R base is calculated. In step 212, the correction coefficient R 1 is calculated based on the engine load using the map shown in FIG. 46B created based on the relationship shown in FIG. In step 213, when the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is not performed, since no load on the bearing of the more variable compression ratio mechanism A becomes boundary lubrication, the correction coefficient R 2 is a 1.

一方、ステップ210において機械圧縮比が増大されていると判定されたときには、ステップ214からステップ216によって基本予測値及び補正係数が算出される。具体的には、ステップ214では、図43にK2で示した関係に基づいて作成された図46(A)にK2’で示したようなマップを用いてカムシャフト54、55の回転角度に基づいて基本予測値Rbaseが算出される。ステップ215では、図42(B)に示した関係に基づいて作成された図46(C)に示したようなマップを用いて機関負荷に基づいて補正係数R1が算出される。ステップ216では、ステップ213と同様に補正係数R2が1とされる。 On the other hand, when it is determined in step 210 that the mechanical compression ratio is increased, the basic predicted value and the correction coefficient are calculated in steps 214 to 216. Specifically, in step 214, the rotation angles of the camshafts 54 and 55 are created using a map such as shown by K 2 'in FIG. 46A created based on the relationship shown by K 2 in FIG. Based on the basic prediction value R base is calculated. In step 215, the correction coefficient R 1 is calculated based on the engine load using the map as shown in FIG. 46C created based on the relationship shown in FIG. 42B. In step 216, the correction coefficient R 2 is set to 1 as in step 213.

このように基本予測値及び補正係数が算出された後にはステップ217において、ステップ204等で算出された基本予測値Rbaseにステップ205等で算出された補正係数R1及びステップ206等で算出された補正係数R2を乗算することにより、圧縮比変更可能量の予測値Rが算出される(R=Rbase・R1・R2)。 Thus, in step 217 after the basic predictive value and the correction coefficient is calculated, it is calculated by the correction factor R 1 and steps 206 etc. calculated in step 205 or the like to the basic predictive value R base calculated in step 204 or the like By multiplying the correction coefficient R 2 , the predicted value R of the compression ratio changeable amount is calculated (R = R base · R 1 · R 2 ).

なお、図44に示したルーチンでは図20に示した関係に基づく補正を行っていないが、図44に示したルーチンによって算出された圧縮比変更可能量の予測値を図20に示した関係に基づいてさらに補正するようにしてもよい。   In the routine shown in FIG. 44, correction based on the relationship shown in FIG. 20 is not performed, but the predicted value of the compression ratio changeable amount calculated by the routine shown in FIG. 44 is the relationship shown in FIG. Further correction may be made based on this.

1 クランクケース
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
5 燃焼室
7 吸気弁
17 スロットル弁
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crankcase 2 Cylinder block 3 Cylinder head 4 Piston 5 Combustion chamber 7 Intake valve 17 Throttle valve A Variable compression ratio mechanism B Variable valve timing mechanism

Claims (7)

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、
機関運転状態毎に機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点が到達すべき要求動作点を設定し、機関運転状態が変化したときに機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点が変化後の機関運転状態に対して設定された要求動作点に向けて変化するように一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量に基づいて一定時間毎に目標動作点を算出し、機械圧縮比及び吸気弁閉弁時期を該目標動作点に向けて変化させる、火花点火式内燃機関において、
燃料噴射弁からの燃料供給を停止する燃料カット制御中には上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を現在の吸入空気量及び現在の実圧縮比のうち少なくともいずれか一方に応じて変えるようにした、火花点火式内燃機関。
A variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio, and a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve,
For each engine operating state, the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is set as the required operating point to be reached, and when the engine operating state changes, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing Of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time and an intake valve that can be changed in a certain time so that the operating point indicating the combination of the engine changes toward the required operating point set for the engine operating state after the change In a spark ignition internal combustion engine that calculates a target operating point at regular intervals based on a predicted amount of valve closing timing, and changes the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing toward the target operating point.
During the fuel cut control for stopping the fuel supply from the fuel injection valve, the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed at the predetermined time depends on at least one of the current intake air amount and the current actual compression ratio. A spark-ignition internal combustion engine designed to change.
上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量は、機械圧縮比を高くするときには現在の吸入空気量が多いほど小さくされ、機械圧縮比を低くするときには現在の吸入空気量が多いほど大きくされる、請求項1に記載の火花点火式内燃機関。   The predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed over a certain period of time is decreased as the current intake air amount is increased when the mechanical compression ratio is increased, and is increased as the current intake air amount is increased when the mechanical compression ratio is decreased. The spark ignition internal combustion engine according to claim 1. 上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量は、機械圧縮比を高くするときには現在の実圧縮比が高いほど小さくされ、機械圧縮比を低くするときには現在の実圧縮比が高いほど大きくされる、請求項1又は2に記載の火花点火式内燃機関。   The predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed over a certain period of time is decreased as the current actual compression ratio is increased when the mechanical compression ratio is increased, and is increased as the current actual compression ratio is increased when the mechanical compression ratio is decreased. The spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せに対して侵入禁止領域が設定されており、上記目標動作点は、機関運転状態が変化したときに機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点が変化後の機関運転状態に対して設定された要求動作点に向けて上記侵入禁止領域に侵入することなく変化するように一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量に基づいて算出される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   An intrusion prohibition area is set for the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, and the target operating point is the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing when the engine operating state changes. The predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed over a certain period of time so that the operating point changes without entering the intrusion prohibited area toward the required operating point set for the engine operating state after the change. The spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the spark ignition internal combustion engine is calculated based on a predicted amount of an intake valve closing timing that can be changed in time. 上記目標動作点は、現在の動作点又は前回の目標動作点から一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量及び一定時間に変更可能な吸気弁閉弁時期の予測量以内に位置する動作点のうち上記侵入禁止領域に侵入しない範囲で現在の動作点から最も離れた動作点とされる、請求項4に記載の火花点火式内燃機関。   The target operating point is an operating point located within the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed in a certain time from the current operating point or the previous target operating point and the predicted amount of the intake valve closing timing that can be changed in a certain time. The spark ignition internal combustion engine according to claim 4, wherein the operating point is the farthest from the current operating point within a range that does not enter the intrusion prohibited area. 上記燃料カット制御が行われていない通常運転中には、上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を機関負荷に応じて変えるようにした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   The normal amount of the mechanical compression ratio that can be changed during the predetermined time is changed according to the engine load during the normal operation in which the fuel cut control is not performed. The spark ignition internal combustion engine described. 上記可変圧縮比機構は回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケースとシリンダブロック間の相対位置を変化させて機械圧縮比を変化させ、上記一定時間に変更可能な機械圧縮比の予測量を上記カムの回転角度に応じて変えるようにした、請求項1〜6のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   The variable compression ratio mechanism changes the mechanical compression ratio by changing the relative position between the crankcase and the cylinder block by a crank mechanism using a rotating cam, and sets the predicted amount of the mechanical compression ratio that can be changed at the predetermined time. The spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the internal combustion engine is changed in accordance with a rotation angle of the cam.
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