JP2011241764A

JP2011241764A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2011241764A
Application number: JP2010114850A
Authority: JP
Inventors: Eiji Takahashi; 英二高橋; Shinobu Kamata; 忍釜田; Ryosuke Hiyoshi; 亮介日吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: JP5782680B2

Abstract

【課題】目標圧縮比に対する実圧縮比の変動（圧縮比の揺らぎ）を考慮して燃費や出力の性能改善を実現する内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】ある特定の目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が常に最とは限らない。そこで、圧縮比を略一定に保持して運転する場合に、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が機関の運転状態に応じて変化するように、可変圧縮比機構を駆動するアクチュエータ１５を制御する。具体的には、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を機関の運転状態に応じて変更することにより、燃費や出力の改善を実現する。
【選択図】図８

Description

本発明は、機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置に関する

運転状態に応じて内燃機関の圧縮比を可変制御可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、サーボモータを駆動源とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、現状の圧縮比（実圧縮比）を目標圧縮比とするためにサーボモータの回転をフィードバック制御している。

特開２００４−３３９９８４号公報

このように可変圧縮比機構の駆動源であるサーボモータを、現状の圧縮比が目標圧縮比となるようフィードバック制御する場合、一旦圧縮比が目標圧縮比と一致してサーボモータの動作が止まっても、筒内圧力によって圧縮比が低下する側に移動してしまうので、再び目標圧縮比に向けてサーボモータを動作させることになる。そのため、実圧縮比が目標圧縮比を中心として変動する（圧縮比に揺らぎが生じる）ことになる。しかしながら、このような目標圧縮比に対する実圧縮比の変動（圧縮比の揺らぎ）の抑制に必要となるエネルギは従来何ら考慮されておらず、性能（出力・燃費）の面で改善の余地があった。

そこで、本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動（圧縮比の揺らぎ）を考慮して性能（燃費・出力）を改善した可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置を提供するものである。

そこで、本発明における内燃機関の制御装置は、圧縮比を略一定に保持して運転する場合に、目標圧縮比と実圧縮比とに基づいて可変圧縮比機構を駆動して圧縮比を変更する駆動手段を動作させ、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が機関の運転状態に応じて変化するように制御することを特徴としている。

これによって、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値、換言すれば目標圧縮比と目標圧縮比に対して実圧縮比が取り得る上限値との偏差及び目標圧縮比と目標圧縮比に対して実圧縮比が取り得る下限値との偏差が、運転状態に応じて変化するよう制御される。

本発明によれば、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が機関の運転状態に応じて変化するように制御されるので、運転状態に適した目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）、すなわち運転状態に応じて目標圧縮比に対して実圧縮比が取り得る値の許容範囲、が設定でき、燃費や出力の改善を実現することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置に用いられる可変圧縮比機構の概略構成を示した説明図。図１に示した可変圧縮比機構のリンクの挙動を示す説明図であって、（ａ）は高圧縮比に制御された状態を示す説明図、（ｂ）は低圧縮比に制御された状態を示す説明図。目標圧縮比に対する実圧縮比の変動（圧縮比の揺らぎ）を模式的に示した説明図。システム効率を最大化する目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が変化する例を模式的に示した説明図であって、（ａ）は圧縮比の揺らぎ幅が相対的に小さい場合を示す説明図、（ｂ）は圧縮比の揺らぎ幅が相対的に大きい場合を示す説明図。システム効率を最大化する目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が変化する例を模式的に示した説明図であって、（ａ）は圧縮比の揺らぎ幅が相対的に大きい場合を示す説明図、（ｂ）は圧縮比の揺らぎ幅が相対的に小さい場合を示す説明図。アクチュエータの駆動制御処理を示すブロック図。目標圧縮比算出マップ。圧縮比の揺らぎ幅算出マップ。本発明に係る内燃機関の制御装置における制御の流れ示すフローチャート。定常時（ＳｔＣＲ＝０）における圧縮比制御の例を模式的に示した説明図。圧縮比閾値を変更することで、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を変更した場合を模式的に示した説明図。アクチュエータのゲインの大きさを変更することで、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を変更した場合を模式的に示した説明図。過渡時（ＳｔＣＲ＞ＣＳｔＣＲ）における圧縮比制御の例を模式的に示した説明図。第２実施形態におけるＥＧＲ領域と目標圧縮比の関係を模式的示した説明図。第２実施形態におけるＥＧＲ領域と圧縮比揺らぎ幅の関係を模式的に示した説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明に係る内燃機関の制御装置に用いられる可変圧縮比機構の概略構成を示した説明図である。

この可変圧縮比機構は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用したもので、シリンダブロック１のシリンダ２内を摺動するピストン３にピストンピン４を介して一端が連結されたアッパリンク５と、このアッパリンク５の他端に連結ピン６を介して連結されると共に、クランクシャフト７のクランクピン８に回転可能に連結されたロアリンク９と、このロアリンク９の自由度を制限するためにロアリンク９にさらに連結ピン１０を介して一端が連結され、かつ他端が内燃機関本体に揺動可能に支持されたコントロールリンク１１と、を備えており、コントロールリンク１１の揺動支持位置が制御軸１２の偏心カム部１３によって可変制御される構成となっている。

制御軸１２はクランクシャフト７と平行に配置され、かつシリンダブロック１に回転自在に支持されている。そして、この制御軸１２は、歯車機構１４を介して、電動モータからなるアクチュエータ１５によって回転方向に駆動され、その回転位置が制御されるようになっている。

このような構成の可変圧縮比機構では、制御軸１２の回転位置つまり偏心カム部１３の位置によってコントロールリンク１１下端の揺動支持位置が変化し、ロアリンク９の初期の姿勢が変わるため、これに伴ってピストン３の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。

アクチュエータ１５は、モータの回転角パルスを出力する機能を備え、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１６に接続されている。つまり、ＥＣＵ１６は、アクチュエータから出力されたモータの回転角パルスの信号を基に、現在の圧縮比（実圧縮比）を検知可能となっている。

尚、ＥＣＵ１６には、クランク角センサ１７、アクセルペダルセンサ１８、筒内圧力を検知する筒内圧センサ１９等の各種センサ類からの信号が入力されている。

図２は、図１に示した可変圧縮比機構のリンクの挙動を示す説明図であって、図２（ａ）は高圧縮比に制御された状態を示し、図２（ｂ）は低圧縮比に制御された状態を示している。

高圧縮比時において、制御軸１２の挙動により、コントロールリンク１１は比較的下げられた位置にある。ロアリンク９は傾斜が大きく、アッパリンク５を持ち上げている。低圧縮比化する場合、制御軸１２を、コントロールリンク１１を下げる方向に回転させる。ロアリンク９の傾斜が小さくなり、アッパリンク５が下がり、上死点位置も下がり圧縮比が下がる。

図３は、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動（圧縮比の揺らぎ）を模式的に示した説明図である。

目標圧縮比を一定とし、実圧縮比が目標圧縮比となるよう制御する場合、図３に示すように、筒内圧の影響により実圧縮比が目標圧縮比よりも所定量小さくなるタイミング（ｔ１）でアクチュエータ１５の作動をＯＮし、実圧縮比が大きくなるようにアクチュエータ１５を駆動する。これにより、アクチュエータ１５の作動をＯＮした後、実圧縮比は上昇を開始する。そして、実圧縮比が目標圧縮比をよりも所定量大きくなったタイミング（ｔ２）で、アクチュエータ１５の作動をＯＦＦ、つまりアクチュエータ１５の駆動を停止する。これにより、アクチュエータ１５の作動をＯＦＦした後、実圧比は筒内圧の影響により下降を開始する。

このように、目標圧縮比を一定とし、目標圧縮比よりも所定量実圧縮比が低下するとアクチュエータ１５を駆動し、目標圧縮比よりも所定量実圧縮比が増加するとアクチュエータ１５の駆動を停止することで、実圧縮比が目標圧縮比となるよう制御すると、目標圧縮比が一定の場合でも筒内圧力によって可変圧縮比機構が低圧縮比側にずらされる作用と、これを駆動手段であるアクチュエータ１５によって押し戻す作用との繰り返しにより目標圧縮比に対する実圧縮比の変動（圧縮比の揺らぎ）が生じることになる。

目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅、後述の図１０を参照）が大きすぎると、目標圧縮比に対して高圧縮比側へ実圧縮比が揺らいだ（変動した）際のノッキングや、目標圧縮比に対して低圧縮比側へ実圧縮比が揺らいだ（変動した）際の不安定燃焼に対応するために点火時期や空燃比にマージンを設定することとなり、機関の燃費や出力が低下してしまう。

一方で、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が小さすぎると、頻繁にアクチュエータ１５を動作させて圧縮比を調整することになるため、アクチュエータ１５の消費エネルギが増加し、機関全体としての燃費が低下してしまう。また、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が過大なことによる燃費や出力の低下と、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が過小なことによるアクチュエータ１５の消費エネルギの増加は、機関の運転状態によってそれぞれ程度が変化するので、ある特定の目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が常に最適とは限らない。

図４及び図５は、システム効率を最大化する目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が変化する例を模式的に示した説明図である。図４は、負荷、回転速度もしくは筒内圧の異なる２つの運転状態について目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比揺らぎ幅）に対する、アクチュエータ１５の消費エネルギを除いた機関単体の熱効率（機関の熱効率）、アクチュエータ１５の消費エネルギを機関の投入エネルギで割った値（熱効率への負の寄与を表す）に相当するアクチュエータによる熱効率の損失分、機関とアクチュエータ１５の消費エネルギを加味したシステム全体の熱効率、を示している。図５は、目標圧縮比の異なる２つの運転状態について、図４と同様に、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比揺らぎ幅）に対する、アクチュエータ１５の消費エネルギを除いた機関単体の熱効率（機関の熱効率）、アクチュエータ１５の消費エネルギを機関の投入エネルギ（エンジン出力）で割った値（熱効率への負の寄与を表す）に相当するアクチュエータ１５による熱効率の損失分、機関とアクチュエータ１５の消費エネルギを加味したシステム全体の熱効率、を示している。

図４、図５に示すように、いずれの運転状態でも目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を大きくするほど前述のマージン設定により機関の熱効率は低下していくが、アクチュエータ１５による熱効率の損失分は小さくなっていく。これらの関係からシステム全体の熱効率は機関の熱効率とアクチュエータ１５による熱効率の損失分とのバランスが取れた点で最大値をとることになる。

機関の負荷を例に、図４を詳述すると、図４（ｂ）は図４（ａ）に比べて機関の負荷が低い場合を示しており、負荷が低い分だけ投入熱量（エンジン出力）が少なくなり、アクチュエータ１５による熱効率の損失分の傾きが比較的大きくなる。このため機関のシステム全体の効率が最大値となる点が、圧縮比揺らぎ幅が大きい側へ移動している。換言すれば、機関の負荷が高いほど、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を同じとした場合の機関の出力（エンジン出力）に対するアクチュエータ１５の消費電力の割合は低下するので、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）の最適値は小さくなる。

機関の回転速度を例に、図４を詳述すると、図４（ａ）は図４（ｂ）に比べて機関の回転速度が高い場合を示しており、機関の回転速度が高いほど、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を同じとした場合の機関の出力に対するアクチュエータ１５の消費電力の割合は低下するので、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）の最適値は小さくなる。

筒内圧力を例に、図４を詳述すると、図４（ａ）は図４（ｂ）に比べて筒内圧力が低い場合を示しており、筒内圧力が低いほど、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を同じとした場合のアクチュエータ１５の消費エネルギは小さくなるので、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）の最適値は小さくなる。換言すれば、筒内圧力が高いほど、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を同じとした場合のアクチュエータ１５の消費エネルギは大きくなるので、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）の最適値は大きくなる。

目標圧縮比を例に、図５を用いて詳述すると、図５（ａ）は図５（ｂ）に比べて目標圧縮比が低い場合を示しており、目標圧縮比が低いほど、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を同じとした場合の点火時期や空燃比のマージン設定による性能低下は小さくなるので、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）の最適値は大きくなる。尚、目標圧縮比が高くなるほど、目標圧縮比に対して実圧縮比がずれたときの点火時期のリタード量は大きくなるため、図５（ｂ）に示すように、目標圧縮比が高くなるほど、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が大きくなると、機関の熱効率は急激に低下する。

そこで、本実施形態においては、圧縮比を略一定に保持して運転する場合に、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）、換言すれば、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値、あるいは、目標圧縮比と目標圧縮比に対して実圧縮比が取り得る上限値との偏差及び目標圧縮比と目標圧縮比に対して実圧縮比が取り得る下限値との偏差を、機関の運転状態に応じて変化するよう制御することで、機関の運転状態に適した目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）、すなわち機関の運転状態に応じて目標圧縮比に対して実圧縮比が取り得る値の許容範囲、を設定することで、燃費や出力の改善を実現する。

具体的には、機関の負荷が高いほど目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さくすることで、燃費や出力の改善を実現することができる。同様に、機関の回転速度が高いほど目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さくしても、あるいは目標圧縮比が高いほど目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さくしても、燃費や出力の改善を実現することができる。また、筒内圧力の最大値が高いほど、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が大きくなるようにしても、燃費や出力の改善を実現することができる。

図６は、ＥＣＵ１６によって実行される制御の内容のうち、アクチュエータ１５の駆動制御処理をブロック図で示したものである。

回転速度演算部３１は、クランク角センサ１７の出力から機関の回転速度（ＮＥ）を算出し、負荷演算部３２は、アクセルペダルセンサ１８の出力から要求負荷（ｔＴ）を算出している。回転速度演算部３１及び負荷演算部３２の演算結果は目標圧縮比演算部３３、圧縮比揺らぎ判定部３４にそれぞれ送られる。

圧縮比演算部３５ではアクチュエータ１５からのモータ回転数パルスを入力し、現在の圧縮比である実圧縮比（ｒＣＲ）を演算して圧縮比揺らぎ判定部３４、アクチュエータ駆動演算部３８に出力する。目標圧縮比演算部３３では回転速度（ＮＥ）と要求負荷（ｔＴ）を基にあらかじめ記憶させておいた目標圧縮比算出マップ（後述）を参照して目標圧縮比（ｔＣＲ）を読み込み、圧縮比保持判定部３６、圧縮比揺らぎ判定部３４、アクチュエータ駆動演算部３８に出力する。

目標圧縮比算出マップは、図７に示すように、比較的ノッキングしずらい高速低負荷側ほど目標圧縮比（ｔＣＲ）が高くなるよう設定されている。

圧縮比保持判定部３６では目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度（ＳｔＣＲ）を演算し、あらかじめ記憶させておいた目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度閾値（ＣＳｔＣＲ）と比較して圧縮比保持中か否かの判定である保持判定（ＦＣＣＲ）を行い、アクチュエータ駆動判定部３７に出力する。

圧縮比揺らぎ判定部３４では、回転速度（ＮＥ）、要求負荷（ｔＴ）、目標圧縮比（ｔＣＲ）、実圧縮比（ｒＣＲ）を入力し、回転速度（ＮＥ）、要求負荷（ｔＴ）を基にあらかじめ記憶させておいた圧縮比揺らぎ幅算出マップ（後述の図８）を参照して、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を読み込み、実圧縮比がこの変動幅の範囲内に収まるように、アクチュエータ１５の動作（駆動）を開始するタイミングと、アクチュエータ１５の動作（駆動）を停止するタイミングを決定する。すなわち、圧縮比を略一定に保持して運転するに場合に、機関の運転状態に応じて決定される目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）に基づいて、アクチュエータ１５の動作（駆動）を開始するタイミングと、アクチュエータ１５の動作（駆動）を停止するタイミングを決定し、アクチュエータ駆動判定部３７に出力する。換言すると、目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）と、アクチュエータ１５の動作（駆動）を開始するタイミングもしくは停止するタイミングとなる圧縮比閾値（ＤＣＲ）との大小関係の判定である揺らぎ判定（ＦＤＣＲ）を行い、アクチュエータ駆動判定部３７に出力する。尚、圧縮比閾値（ＤＣＲ）は、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）に応じて決定される。

ここで、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）は、図８に示すように、基本的にはシステム効率を最大化するべく低速低負荷ほど大きい値とする。しかしながら、アイドリング付近では、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を起因とする振動を抑制するために、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さく設定し、全負荷付近では出力を優先して回転速度によらず目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さく設定する。

例えば、回転速度が所定の低回転速度においては、負荷の大きさに応じて、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が図８（ｂ）のように設定される。すなわち、所定の低回転速度Ｐの場合、負荷が小さいアイドリング付近では、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さく設定され、負荷の増加に伴い機関の運転状態がアイドル運転領域を脱すると目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）は一気に大きくなり、その後全負荷付近までは徐々に小さくなるよう設定され、全負荷付近では、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）は一気に小さく（アイドルと同等）なるよう設定される。尚、全負荷付近での目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）をゼロと設定することも可能である。

目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が小さいほど、機関のトルクが周期的に変化する幅も小さくなるので振動上有利となる。そこで、アイドリング付近では、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さく設定し、特に振動の影響を受けやすいアイドリング状態近傍での機関の振動の抑制を図っている。

また、全負荷付近では、出力を優先して回転速度によらず目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を小さく設定することで、点火時期や空燃比のマージンを最小に抑え、より多くの空気量での運転が可能となり、機関の全負荷近傍の運転領域における出力を改善することができる。

アクチュエータ駆動判定部３７では、保持判定（ＦＣＣＲ）、揺らぎ判定（ＦＤＣＲ）を入力し、これらのＡＮＤ演算を行って、アクチュエータ１５の駆動判定（ＦＣＲ）を、アクチュエータ駆動演算部３８に出力する。アクチュエータ駆動演算部３８では、目標圧縮比（ｔＣＲ）、実圧縮比（ｒＣＲ）、駆動判定（ＦＣＲ）入力し、これらの入力信号に基づいてアクチュエータ１５に駆動信号を出力する。

図９は、本実施形態における制御の流れ示すフローチャートである。

Ｓ１ではクランク角センサ１７、アクセルペダルセンサ１８、アクチュエータ１５のモータ回転数パルスを読み込み、Ｓ２へ進む。

Ｓ２ではクランク角センサ１７の出力から回転速度（ＮＥ）を、アクセルペダルセンサ１８の出力から要求負荷（ｔＴ）を、モータ回転数パルスから実圧縮比（ｒＣＲ）をそれぞれ算出し、Ｓ３へ進む。

Ｓ３では目標圧縮比（ｔＣＲ）、目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度閾値（ＣＳｔＣＲ）及び圧縮比閾値（ＤＣＲ）をそれぞれあらかじめ記憶させておいたマップを参照して読み込み、Ｓ４へ進む。

Ｓ４では目標圧縮比変化速度（ＳｔＣＲ）及び、目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）を算出し、Ｓ５へ進む。

Ｓ５では、目標圧縮比変化速度（ＳｔＣＲ）と目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度閾値（ＣＳｔＣＲ）を比較し、目標圧縮比変化速度（ＳｔＣＲ）の方が大きい場合はＳ７へ進み、そうでない場合はＳ６へ進む。すなわち、Ｓ５では機関が過渡状態にあるか否かを判定しており、過渡状態であればＳ７へ進み、過渡状態でなければＳ６へ進む。

Ｓ６では、目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）と圧縮比閾値（ＤＣＲ）を比較し、絶対値（ｒＤＣＲ）の方が大きい場合はＳ７へ進み、そうでない場合はＲＥＴＵＲＮに進む。

Ｓ７では、目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差に基づいてアクチュエータ１５の駆動力を変更する信号を出力する。尚、Ｓ７を通らずにＲＥＴＵＲＮへ進んだ場合は、アクチュエータ１５の駆動を止めるのではなく、前回以前のループで出力された駆動力を維持する。

図１０は、上述のフローチャートに従った圧縮比制御の例（ＳｔＣＲ＝０となる定常時の例）を模式的に示した説明図である。

点Ａは目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）を超えるタイミングであり、実圧縮比（ｒＣＲ）が目標圧縮比（ｔＣＲ）よりも低いので、圧縮比を高める方向にアクチュエータ１５の駆動力を発生させる。

このため、点Ａ以降は実圧縮比（ｒＣＲ）が上昇を始め、その後目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）よりも小さくなる。

点Ｂは、目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）よりも小さくなっているタイミングであり、ここではアクチュエータ１５の駆動力は変更せず、実圧縮比（ｒＣＲ）を高める方向に作用させ続ける。さらに時間が経過し点Ｃに達すると目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）を超え、実圧縮比（ｒＣＲ）が目標圧縮比（ｔＣＲ）よりも高いので、アクチュエータ１５の駆動力を停止する。このため筒内圧力によって実圧縮比（ｒＣＲ）は下降を始める。以下はこの繰り返しとなる。

尚、本実施形態では点Ｃでアクチュエータ１５の駆動力を停止しているが、駆動力を圧縮比が低下する方向に発生させてもよいし、筒内圧力による圧縮比低下分よりも小さい値に駆動力を制限してもよい。

本発明は、圧縮比を一定に保持して運転する場合に、圧縮比閾値（ＤＣＲ）の大きさを機関の運転状態に応じて変えることで図１０に示したような圧縮比の揺らぎ幅を調整し、システム効率の向上などを図るものである。すなわち、圧縮比閾値（ＤＣＲ）の大きさを機関の運転状態に応じて変えることで、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を機関の運転状態に応じて変えるものであり、図１１に示すように、圧縮比閾値（ＤＣＲ）を大きくすることで、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）は大きくなる。

ここで、圧縮比閾値（ＤＣＲ）の大きさを一定としたままでも、アクチュエータ１５のゲイン（例えば、電圧）の大きさを機関の運転状態に応じて変更することで、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）を変更することは可能である。

例えば、アクチュエータ１５の駆動力を発生させる際に、アクチュエータ１５のゲインを相対的に大きくすると、図１２に示すように、実圧縮比（ｒＣＲ）の上昇速度が相対的に速くなるため、実圧縮比（ｒＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）に達してアクチュエータ１５の駆動を停止した後のオーバーシュートが相対的に大きくなり、目標圧縮比（ｔＣＲ）に対する実圧縮比（ｒＣＲ）の変動幅が相対的に大きくなる。このように、アクチュエータ１５のゲインを変更すれば、アクチュエータ１５の作動のオン／オフ（点得ａでのオン、点ｃでのオフ）の頻度を減らすことが可能となり、全体してアクチュエータ１５で使用する電力を低減することが可能となる。尚、図１２において、点Ａは目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）を超えるタイミングであり、点Ｂは、目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）よりも小さくなっているタイミングであり、点Ｃは、目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）を超えるタイミングである。

図１３は、目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度（ＳｔＣＲ）が目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度閾値（ＣＳｔＣＲ）よりも大きい場合の圧縮比制御の例、すなわち過渡時の圧縮比制御の例を模式的に示した説明図である。

本実施形態では、変化速度（ＳｔＣＲ）が変化速度閾値（ＣＳｔＣＲ）よりも大きい場合は、圧縮比閾値（ＤＣＲ）を無視して目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）のみでアクチュエータ１５の駆動力を決める。図１３における点ａは、実圧縮比（ｒＣＲ）が目標圧縮比（ｔＣＲ）よりも低くなるタイミングである。この例での目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度（ＳｔＣＲ）はアクチュエータ１５で駆動可能な速度を若干上回っていて、点ａ以降は徐々に目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差が開いていく。一方、点ｂを通る点線で示したケースは、上述した図９のＳ５の判断を行わずに圧縮比を制御した場合で、点ｂで目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）が圧縮比閾値（ＤＣＲ）よりも大きくなってから駆動力を発生させているため、実線のケースに対して応答が遅れている。この例に示すように目標圧縮比（ｔＣＲ）の変化速度（ＳｔＣＲ）が速い場合に目標圧縮比（ｔＣＲ）と実圧縮比（ｒＣＲ）の差の絶対値（ｒＤＣＲ）を用いた制御を停止することで、特に圧縮比閾値（ＤＣＲ）を大きく設定している運転状態から他の運転状態に移行する際の圧縮比の応答遅れを低減することができる。

次に本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は基本的には上述した第１実施形態と同じなので第１実施形態との違いについてのみ説明する。

第２実施形態では、筒内圧センサ１９で筒内圧力の最大値を検知し、筒内圧力の最大値が高いほど圧縮比閾値（ＤＣＲ）が大きくなるように補正を行う。これにより、なんらかの外部要因などで筒内圧力が変化し、アクチュエータ１５を駆動するためのエネルギが増加することによってシステム効率が最大となる圧縮比閾値（ＤＣＲ）が変化した場合にも、最適となる圧縮比閾値（ＤＣＲ）からのずれを抑制することができる。

また、低速低負荷の一部の運転領域でＥＧＲを行うと共に周囲に比べて目標圧縮比（ｔＣＲ）を高く設定し、圧縮比閾値（ＤＣＲ）を小さく設定する。これは、ＥＧＲを行うとノッキングしずらくなるので、より高圧縮比での運転が可能になるものの、高圧縮比であるほど目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）に対する機関の熱効率の低下度合いが大きくなり、目標圧縮比に対する実圧縮比の変動幅（圧縮比の揺らぎ幅）が小さい側でシステム効率最大となるためである。図１４に第２実施形態におけるＥＧＲ領域と目標圧縮比（ｔＣＲ）の関係、図１５に第２実施形態におけるＥＧＲ領域と圧縮比揺らぎ幅の関係をそれぞれ示す。

１…シリンダブロック
２…シリンダ
３…ピストン
４…ピストンピン
５…アッパリンク
６…連結ピン
７…クランクシャフト
８…クランクピン
９…ロアリンク
１０…連結ピン
１１…コントロールリンク
１２…制御軸
１３…偏心カム部
１４…歯車機構
１５…アクチュエータ
１６…ＥＣＵ
１７…クランク角センサ
１８…アクセルペダルセンサ
１９…筒内圧センサ

Claims

機関の運転中に圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、前記可変圧縮比機構を駆動して圧縮比を変更する駆動手段と、圧縮比を検知する圧縮比検知手段と、機関の運転状態を検知する運転状態検知手段と、を有する内燃機関の制御装置において、
圧縮比を略一定に保持して運転する場合に、圧縮比を保持する目標となる目標圧縮比と、前記圧縮比検知手段で検出した実圧縮比と、に基づいて前記駆動手段を動作させ、前記目標圧縮比と前記実圧縮比との偏差の最大値が機関の運転状態に応じて変化するように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
圧縮比を略一定に保持して運転する場合に、前記駆動手段の動作を開始するタイミングと、前記駆動手段の動作を停止するタイミングとを、機関の運転状態に応じて変更することにより、前記目標圧縮比と前記実圧縮比との偏差の最大値が機関の運転状態に応じて変化することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
圧縮比を略一定に保持して運転する場合に、実圧縮比が、目標圧縮比を含み、機関の運転状態に応じた所定の上下限値内の値となるよう制御され、
前記駆動手段におけるゲインの大きさを機関の運転状態に応じて変更することにより、前記目標圧縮比と前記実圧縮比との偏差の最大値が機関の運転状態に応じて変化することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
機関の回転速度が高いほど目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
機関の負荷が高いほど目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
目標圧縮比が高いほど、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
筒内圧力の最大値を検知または推定する筒内圧検知手段を有し、筒内圧力の最大値が高いほど目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
機関の運転状態が全負荷状態近傍では、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が最小になるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
機関の運転状態がアイドリング状態近傍の場合では、目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
機関が過渡状態にあることを判断する過渡状態判断手段を有し、
過渡状態と判断した場合に目標圧縮比と実圧縮比との偏差の最大値が機関の運転状態に応じて変化するように制御することを停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。