JP2013002370A - 可変圧縮比内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室壁面温度（機関温度）を考慮して、熱効率の向上を図る。
【解決手段】機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御するエンジンコントロールユニットと、を備える。冷却水温センサ等により検出・推定される燃焼室壁面温度が判定温度Ａ以下の領域では、燃焼室壁面温度が高いほど熱効率が最大となるように機関圧縮比ε１を高くする第１制御モードとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、機関運転状態に応じて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関の制御に関する。

特許文献１には、可変圧縮比内燃機関における冷却損失を低減する技術が記載されている。このものでは、機関圧縮比の増加に応じて冷却能力を低下させることで、燃焼室からの放熱量を抑制している。

特開２００５−２２６５７２号公報

冷却能力の低減は、実質的には機関温度、より具体的には燃焼室の壁面温度を高めていることになるが、始動直後など、燃焼室壁面温度が低い冷機状態ではそもそも冷却が行われていないために冷却能力を低減することができず、また、高圧縮比として運転しつつ冷却能力を低減した場合にはノッキングを生じるおそれがあり、改善の余地がある。また、燃焼室を構成するシリンダヘッドやシリンダブロックは熱容量が大きいので温度の変化が遅く、頻繁に運転状態が変化する自動車用内燃機関では圧縮比の変更に対して機関温度の応答が遅れてしまい、冷却損失の低減による作用効果が十分得られない可能性がある。

本発明は、可変圧縮比内燃機関の運転状態、特に、燃焼室壁面温度等の機関温度を考慮して、熱効率を向上することができる新規な圧縮比制御を提供することを目的としている。

そこで本発明は、機関圧縮比を変更する可変圧縮比手段と、機関温度を検出または推定する機関温度検出手段と、機関温度を含めた機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御する圧縮比制御手段と、を有している。ここで、機関温度とは、厳密には燃焼室の壁面温度に相当するものであるが、簡易的に、内燃機関の冷却水温度や油温度を用いても良い。機関温度検出手段は、例えば冷却水温度を検出する冷却水温度センサや機関油温を検出する油温センサなどにより機関温度を直接的に検出するものであり、あるいは、機関負荷（以下、単に「負荷」とも呼ぶ），機関回転速度及び機関運転履歴等の温度以外の他のパラメータに基づいて機関温度を間接的に推定するものであっても良い。

そして、圧縮比制御手段は、同じ負荷で比較した場合に機関温度が高いほど機関圧縮比を高くする第１制御モードとすることを特徴としている。

本発明によれば、同じ負荷で比較した場合に、機関温度が高いほど、機関圧縮比を高くすることで、冷却損失分を差し引いた実質的な熱効率を有効に高めることが可能となり、機関温度に応じた形で熱効率が改善された機関圧縮比の制御を実現することができる。

本発明に係る圧縮比制御の第１の実施態様を示す説明図。 本発明に係る圧縮比制御の第２の実施態様を示す説明図。 本発明に係る圧縮比制御の第３の実施態様を示す説明図。 本発明の一実施例に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。 上記実施例の圧縮比制御の制御ブロック図。 上記実施例の圧縮比制御の流れを示すフローチャート。 上記実施例に係る始動後負荷一定（低負荷）で運転した場合のタイミングチャート。 上記実施例に係る始動後負荷一定（中負荷）で運転した場合のタイミングチャート。 上記実施例に係る始動後に負荷が変化する場合のタイミングチャート。 上記実施例に係る暖機再始動の場合のタイミングチャート。

先ず、図１〜図３を参照して、本発明の特徴的な制御内容について説明する。一般的に、機関圧縮比を高くすると熱効率が向上するとされるが、このような熱効率の向上は、実際には、機関圧縮比を高めたことによる理論熱効率の向上代が、筒内ガス温度の上昇および燃焼室容積に対する燃焼室表面積の相対的な増加による冷却損失の増加代を上回る状態の場合に成立する。このため、機関圧縮比を高め過ぎると冷却損失の増加代の方が大きくなって実際の熱効率が逆に低下することもあり、つまり機関圧縮比を高くすれば単純に熱効率が向上するわけではなく、内燃機関の状態に応じて熱効率が最大となる所定の機関圧縮比が存在する。但し、通常の運転状態にある内燃機関では、実際には、ノッキングの発生を抑制・回避するために、上記の熱効率が最大となる機関圧縮比よりも低い機関圧縮比に制限されることが多い。

図１は、ある所定の（一定）負荷において、機関圧縮比と、機関温度としての燃焼室壁面温度と、の関係を示している。機関圧縮比により定まる理論熱効率は燃焼室壁面温度にかかわらず一定であるが、冷却損失の増加代は、燃焼室壁面温度が高いほど既燃ガスとの温度差が小さくなるので減少する。そのため、燃焼室壁面温度が高いほど、実際に熱効率が最大となる機関圧縮比ε１は高くなる。一方で、燃焼室壁面温度が高いほど、エンドガスの温度が高くなってノッキングが生じ易くなるために、燃焼室壁面温度が所定の温度Ａよりも高い領域では、ノッキングの発生を抑制・回避するように、熱効率が最大となる機関圧縮比ε１’よりも低い機関圧縮比ε２に制限する必要がある。

そこで、本発明の第１の実施形態では、図１に示すように、燃焼室壁面温度が所定の第１判定温度Ａ（請求項における所定の判定温度）以下の領域では、燃焼室壁面温度が高いほど機関圧縮比を高くする第１制御モードとし、燃焼室壁面温度が第１判定温度Ａよりも高い領域では、燃焼室壁面温度が高いほど機関圧縮比を低くする第２制御モードとしている。これにより、冷機状態など燃焼室壁面温度が第１判定温度Ａ以下の状態では、第１制御モードとして、実際の熱効率が最大となる機関圧縮比ε１に沿うように機関圧縮比を制御する一方、内燃機関の暖機が進んで燃焼室壁面温度が第１判定温度Ａを超える状態では、第２制御モードとして燃焼室壁面温度が高いほど機関圧縮比ε２を低く制限することで、ノッキングの発生を抑制・回避することができる。このように、燃焼室壁面温度（機関温度）に応じて機関圧縮比を適切に制御することによって、ノッキングの発生を抑制・回避しつつ、熱効率を高めて、優れた燃費向上効果を得ることができる。

図２は、高負荷及び低負荷のそれぞれについての燃焼室壁面温度と機関圧縮比との関係を示している。この図２に示すように、冷却損失の割合は機関負荷にも依存しており、機関負荷が高くなるほど、投入熱量が多くなる一方、燃焼室表面積等は変化していないために冷却損失の割合は低下する（冷却損失の絶対量は若干増える）。このため、機関負荷が高くなるほど、熱効率が最大となる機関圧縮比は高くなる。すなわち、第１制御モードを行なうときに、機関温度が同じとすると、負荷が高くなるほど機関圧縮比は大きい。一方で、機関負荷が高くなるほどノッキングが生じ易くなるので、比較的低い燃焼室壁面温度から機関圧縮比が制限されることになる。

そこで、本発明の第２の実施形態では、機関温度が同じとすると、負荷が高くなるほど機関圧縮比を大きくする。さらに又、機関負荷が高いほど、上記第１判定温度Ａを低下側に補正している。具体的には、図２に示すように、高負荷での第１判定温度Ａ（Ｈｉｇｈ）を、低負荷での第１判定温度Ａ（Ｌｏｗ）よりも低くしている。従って、ノッキングの生じ易い高負荷側では、燃焼室壁面温度が比較的低い温度Ａ（Ｈｉｇｈ）からノッキングの発生を抑制・回避するように燃焼室壁面温度の増加に応じて機関圧縮比を低く制限し、ノッキングが生じ難い低負荷側では、燃焼室壁面温度が比較的高い温度Ａ（Ｌｏｗ）に達するまで、燃焼室壁面温度の増加に応じて機関圧縮比を増加することで、燃焼室壁面温度に応じた形で、ノッキングを生じることなく高い熱効率を得ることが可能となる。また、従来の圧縮比制御では、一般的に、機関負荷が高くなるほどノッキングの発生を抑制するように機関圧縮比を低くしているが、この実施形態においては、燃焼室壁面温度が十分に低くノッキングが生じ難い領域、具体的には図２において機関温度が第１判定温度Ａ（Ｈｉｇｈ）よりも低い領域においては、機関負荷が高くなるほど、熱効率を高めるように機関圧縮比を高くしている。このように、機関温度（燃焼室壁面温度）と機関負荷の双方に応じた形で、ノッキングの発生を抑制しつつ優れた熱効率向上効果を得ることができる。

但し、このように機関負荷が高くなるほど第１判定温度Ａを低下側に補正すると、図３に示すように、高負荷側（最高負荷）では、燃焼室壁面温度が比較的低い状態Ａ（ｈｉｇｈ）からノッキングの発生を抑制・回避するように機関圧縮比が制限されるために、燃焼室壁面温度が高い領域では、機関圧縮比が大きく低下する。一方、低負荷側（最低負荷）では、高負荷側に比して、第１判定温度Ａ（Ｌｏｗ）が高い値であるために、比較的高い温度Ａ（Ｌｏｗ）となるまで、燃焼室壁面温度が高くなるほど機関圧縮比が増加されることになる。このために、燃焼室壁面温度の上昇に伴って、ある温度Ｃで低負荷側の機関圧縮比が高負荷側の機関圧縮比を上回り、それ以降、燃焼室壁面温度が高くなるほど、低負荷と高負荷との圧縮比差Δεが大きくなっていく。圧縮比差Δεが大きくなり過ぎると、負荷が変化したときに目標圧縮比到達までにかかる時間が長くなって、過渡応答性が悪化する。

そこで、本発明の第３の実施形態では、所定の負荷で見たときに、機関温度が上記判定温度を含む所定の温度範囲内にある場合には、所定の圧縮比を超えないように圧縮比を制限する。具体的には図３に示すように、燃焼室壁面温度が、所定の第２判定温度Ｂを超えた場合には、第１制御モードであっても機関圧縮比ε３の高圧縮比側への変更を禁止している。図３に示すように、この第２判定温度Ｂは、少なくとも最低負荷での第１判定温度Ａ（Ｌｏｗ）よりも低い値に設定されている。従って、低負荷側では、燃焼室壁面温度が第１判定温度Ａ（Ｌｏｗ）に達する前に、所定の第２判定温度Ｂに達することとなって、この第２判定温度Ｂを超えると、第１制御モードであるにもかかわらず、燃焼室壁面温度の増加に伴う機関圧縮比の増加が禁止される。これによって、低負荷と高負荷との圧縮比差Δεが過剰に大きくなるのを防ぎ、急な負荷変化等に伴う機関圧縮比の応答遅れを抑制し、応答遅れに起因する運転性の低下やノッキングの発生を抑制・回避することができる。

例えばアイドルストップからの機関再始動時のような内燃機関の暖機後の機関再始動の場合、冷機状態での機関始動に比べて、燃焼室壁面温度だけでなく、内燃機関の周辺部品の温度も上がっているために、一時的に吸入空気温度が高くなり、上述したように燃焼室壁面温度に基づいて圧縮比制御を行っていると、ノッキングを生じる可能性がある。

そこで、本発明の第４の実施形態では、内燃機関の暖機状態での機関再始動であるか否かを判定し、暖機再始動と判定された場合には、機関始動から所定の期間、吸入空気温度の上昇分等を見越して、燃焼室壁面温度を増加側に補正している。これによって、暖機後の機関再始動時においても、上述した第１，第２制御モードを用いた圧縮比制御を行なって熱効率を改善しつつ、ノッキングの発生を抑制・回避することができる。

このような第１制御モード及び第２制御モードを用いた圧縮比制御は、熱効率向上を狙った制御であるので、熱効率を下げて排気温度を上昇させることが望ましい三元触媒等の排気浄化装置の暖機中については、触媒の暖機・活性化を遅らせてしまう恐れがある。そこで、本発明の第５の実施形態では、排気通路内を流れる排気ガスを浄化する三元触媒等の排気浄化装置を備えるとともに、この排気浄化装置の暖機状態を判定し、排気浄化装置の暖機が終了した後に、第１制御モード及び第２制御モードを用いた機関圧縮比の制御を行う。つまり、排気浄化装置の暖機が終了するまで、上述したような第１制御モード及び第２制御モードを用いた圧縮比制御の実行を禁止する。これにより、排気浄化装置の暖機中には、第１制御モード及び第２制御モードを用いた圧縮比制御は行わず、排気浄化装置の暖機を優先した圧縮比制御、具体的には可能な限り圧縮比を低くすることで、排気温度の上昇を促進して、排気浄化装置の暖機を速やかに完了することができ、かつ、排気浄化装置の暖機終了後には、上述したような第１制御モードおよび第２制御モードを用いた圧縮比制御に切り替えることで、排気浄化装置の暖機終了から内燃機関が暖気状態に至るまでの期間を含めて、熱効率を改善することができる。

次に、図４〜図１０を参照して、本発明の具体的な実施例について説明する。図４は、本発明の一実施例に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置のシステム構成図を示している。この内燃機関には、ピストン１２位置の変化を伴って機関圧縮比を機関運転状態に応じて変更する可変圧縮比手段として、複リンク式のピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構２０が設けられている。この可変圧縮比機構２０は、特開２００５−３０２２３号公報等にも記載のように公知であるので簡単に説明すると、クランクシャフト１３とピストン１２とを連結する２本のリンク、すなわちクランクシャフト１３のクランクピン１４に回転可能に取り付けられるロアリンク２２と、ピストン１２とロアリンク２２とを連結するアッパリンク２１と、を有し、ロアリンク２２に制御リンク２３の一端が取り付けられている。そして、可変圧縮比アクチュエータ４により制御軸２４の回転位置を変更することで、制御リンク２３の揺動支点となる他端の位置が変化して、ロアリンク２２の運動拘束条件が変化し、ピストン１２の上死点位置の変化を伴って機関圧縮比が変化するものである。

また、この内燃機関には、機関運転状態を検知するセンサ類として、クランクシャフト１３の回転数から機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ１、吸気弁１５を開閉駆動する吸気カムシャフト１６の回転角度を検出する吸気カム角センサ２、排気弁１７を開閉駆動する排気カムシャフト１８の回転角度を検出する排気カム角センサ３、機関圧縮比（実圧縮比）を検知する圧縮比センサとしての機能を備えた上記の可変圧縮比アクチュエータ４、運転者に操作されるアクセルペダルのアクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ７、及び機関温度に相当する冷却水温度ＴＷを検出する冷却水温度センサ８などが設けられる。また、排気通路には、排気ガスを浄化する三元触媒などの排気浄化装置９が設けられるとともに、この排気浄化装置９の触媒温度を検出する触媒温度センサ１０が設けられる。

エンジンコントロールユニット１１は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するものであり、上述した各種センサ類からの信号等に基づいて、可変圧縮比アクチュエータ４の他、燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグ１９などへ駆動信号を出力して、その動作を制御する。

図５は、上記のエンジンコントロールユニット１１により記憶及び実行される本実施例の制御内容を示す制御ブロック図である。燃焼室壁面温度推定部Ｂ１３は、冷却水温度ＴＷに基づいて、ピストン１２上方の燃焼室の壁面温度（シリンダ壁面温度）ＴＣを算出し、目標圧縮比演算部Ｂ１４へ送る（燃焼室壁面温度検出手段）。暖気再始動判定部Ｂ１２は、機関始動後最初の実行時における冷却水温度ＴＷに基づいて、内燃機関の暖機状態で機関始動が行われる暖機再始動であるか否かを判定するためのパラメータである暖機再始動判定値ＦＨＳを算出し、目標圧縮比演算部Ｂ１４へ送る。触媒暖機判定部Ｂ１１は、触媒温度ＴＣＡＴに基づいて、排気浄化装置９の暖機が完了したか、つまり活性状態であるかを判定するためのパラメータである触媒暖機判定値ＦＣＡＴを算出し、目標圧縮比演算部Ｂ１４へ送る。目標圧縮比演算部Ｂ１４は、機関回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＰＯ、燃焼室壁面温度ＴＣ，暖機再始動判定値ＦＨＳ，及び触媒暖機判定値ＦＣＡＴ等に基づいて、目標圧縮比ｔＣＲを算出し、可変圧縮比アクチュエータ４へ送る。この送られた目標圧縮比ｔＣＲへ向けて可変圧縮比アクチュエータ４が制御軸２４を駆動することにより、機関圧縮比が目標圧縮比ｔＣＲへ向けて駆動制御される。

図６は、本実施例に係る機関始動時の制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１では、機関回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＰＯ、冷却水温度ＴＷ、触媒温度ＴＣＡＴなどをそれぞれ読み込み、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、機関始動後、所定時間Δｔ（秒）以内であるかを判定し、所定時間Δｔ以内であればステップＳ３へ進み、所定時間Δｔ経過後であればステップＳ４へ進む。ここで、所定時間Δｔは、暖機再始動の状態である場合に燃焼室壁面温度ＴＣが増加側に補正される時間に相当し、予め設定される固定値である。但し、運転状態に応じて所定時間Δｔを変更・調整するようにしても良い。

ステップＳ３では、冷却水温度ＴＷに基づいて上記の暖機再始動判定値ＦＨＳを算出し、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、触媒温度ＴＣＡＴに基づいて上記の触媒暖機判定値ＦＣＡＴを算出し、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、冷却水温度ＴＷに基づいて上記の燃焼室壁面温度ＴＣを算出し、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では触媒暖機判定値ＦＣＡＴに基づいて、排気浄化装置９の暖機が終了しているかを判定し、終了していればステップＳ７へ、終了していなければステップＳ８へ進む。

ステップＳ７では、目標圧縮比ｔＣＲを排気浄化装置９の触媒暖機用の目標圧縮比ＣＲＣＡＴとする。この触媒暖機用目標圧縮比ＣＲＣＡＴは目標圧縮比ｔＣＲよりも低い値であり、つまり目標圧縮比を低下側へ補正している。触媒暖機用目標圧縮比ＣＲＣＡＴは、熱効率を低下させて高い排気温度を得るために、安定した燃焼が得られる範囲内で可能な限り低い圧縮比とされる。つまり、触媒の暖機中であれば、第１，第２制御モードを用いた圧縮比制御を禁止して、機関始動後の所定期間、触媒暖機を優先した触媒暖機用目標圧縮比ＣＲＣＡＴを用いた圧縮比制御を行う。

ステップＳ８では、暖機再始動判定値ＦＨＳに基づいて、暖機再始動、つまり暖機後の状態での機関始動であるかを判定し、暖機再始動であればステップＳ９へ、暖機再始動でなければステップＳ１０へ進む。ステップＳ９では、燃焼室壁面温度ＴＣに暖機再始動時増加補正量ＴＨＳを加算して、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では、燃焼室壁面温度ＴＣと、第１制御モードと第２制御モードとの切替に用いられる所定の第１判定温度Ａと、を比較し、燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａ以下であれば、第１制御モードであるとしてステップＳ１１へ進み、燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａよりも高ければ第２制御モードであるとしてステップＳ１４へ進む。なお、本実施例では機関負荷が高いほど第１判定温度Ａが低い値となるように、機関負荷に応じて第１判定温度Ａを設定しており、具体的には、予め設定・記憶させておいた機関負荷と第１判定温度Ａとの関数及びアクセル開度ＡＰＯから第１判定温度Ａを算出している。

ステップＳ１１では、機関回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＰＯとに基づいて、第１制御モードでの第１目標圧縮比ＣＲ１を読み込み、この値ＣＲ１を目標圧縮比ｔＣＲに設定して、ステップＳ１２へ進む。ここで、第１目標圧縮比ＣＲ１は、予め設定された制御マップを用いて機関回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＰＯとに基づいて求められ、基準とする所定の燃焼室壁面温度で、熱効率が最大となる機関圧縮比に相当する値である。

ステップＳ１２では、燃焼室壁面温度ＴＣと、高圧縮比側への変更禁止の判定に用いられる所定の第２判定温度Ｂと、を比較し、第２判定温度Ｂ以下であればステップＳ１３へ進み、第２判定温度Ｂよりも高ければ、ステップＳ１３での燃焼室壁面温度ＴＣに応じた目標圧縮比の補正制御を行うことなく本ルーチンを終了する。つまり、燃焼室壁面温度ＴＣに応じた目標圧縮比の増加を禁止する。

ステップＳ１３では、目標圧縮比ｔＣＲに、燃焼室壁面温度ＴＣに応じた第１補正量ＨＣＲ１を加える補正を行う。つまり、燃焼室壁面温度ＴＣが高くなるほど目標圧縮比ｔＣＲが高くなるように補正を行う。この第１補正量ＨＣＲ１は、燃焼室壁面温度ＴＣに応じて求められるもので、図１〜図３にも示すように、燃焼室壁面温度ＴＣが高くなるほど圧縮比が高くなるように、燃焼室壁面温度、あるいは上記目標圧縮比ＣＲ１の設定に用いた基準となる所定の燃焼室壁面温度（実質的に最低の燃焼室壁面温度）との差をパラメータとする予め設定・記憶された関数やテーブルを用いて設定される。

ステップＳ１４では、機関回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＰＯとに基づいて、第２制御モードでの第２目標圧縮比ＣＲ２を読み込み、この第２目標圧縮比ＣＲ２を目標圧縮比ｔＣＲとして設定し、ステップＳ１５へ進む。ここで、第２目標圧縮比ＣＲ２は、予め設定された制御マップを用いて機関回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＰＯとに基づいて求められ、基準とする所定の燃焼室壁面温度での適切な圧縮比に相当する値である。ステップＳ１５では、この目標圧縮比ｔＣＲから、燃焼室壁面温度ＴＣに応じた第２補正量ＨＣＲ２を減算する補正を行う。つまり、燃焼室壁面温度ＴＣが高くなるほど目標圧縮比ｔＣＲを低下側に補正することにより、ノッキング生じることのない範囲内で目標圧縮比ｔＣＲを最高圧縮比に設定することができる。この第２補正量ＨＣＲ２は、燃焼室壁面温度ＴＣに応じて求められるもので、図１〜図３にも示すように、燃焼室壁面温度ＴＣが高くなるほど圧縮比が低くなるように、燃焼室壁面温度ＴＣ、あるいは上記目標圧縮比ＣＲ２の設定に用いた基準となる所定の燃焼室壁面温度（実質的に最低の燃焼室壁面温度）との差をパラメータとする予め設定・記憶された関数やテーブルを用いて設定される。

図７〜図１０は、本実施例を適用した場合の目標圧縮比等の変化を示すタイミングチャートである。図７は、始動後負荷一定（低負荷）で運転した場合のタイミングチャートを示している。ｔ１０で機関始動し、ｔ１１で触媒温度ＴＣＡＴが触媒暖機判定温度に達するまでの所定期間、触媒暖機を促進するために目標圧縮比ｔＣＲが触媒暖機用目標圧縮比ＣＲＣＡＴに設定される。触媒暖機が完了した時点ｔ１１からは、燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａ以下であるために、第１制御モードとなり、燃焼室壁面温度ＴＣの上昇に伴って目標圧縮比ｔＣＲを高め、冷却損失とのバランスをとりながら、最大限の熱効率が得られる目標圧縮比ｔＣＲに設定する。

燃焼室壁面温度ＴＣが第２判定温度Ｂに達した時点ｔ１２で、第１制御モードを終了して、燃焼室壁面温度ＴＣに応じた高圧縮比側への目標圧縮比ｔＣＲの変更を禁止し、機関負荷等に応じた目標圧縮比での運転へ切り替える。この例では機関負荷が一定であるため、目標圧縮比が一定とされる。これにより、上述したように、低負荷側と高負荷側との圧縮比差Δε（図３参照）の拡大を抑制し、機関負荷の急激な変化等により機関圧縮比を低圧縮比側へ変更する際の、圧縮比の応答遅れを抑制することができる。

なお、この例では機関負荷が低いために、第２判定温度Ｂが第１判定温度Ａよりも低い値となっており、従って、燃焼室壁面温度が第１判定温度Ａに達する前に第２判定温度Ｂに達し、第２制御モードへ移行することなく、第１制御モードによる燃焼室壁面温度に応じた圧縮比の増加が禁止されることとなる。

図８は機関始動後に負荷一定（中負荷）で運転した場合のタイミングチャートを示している。図７の場合よりも負荷が高いので、第１判定温度Ａが第２判定温度Ｂよりも低くなり、燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａを超えた時点ｔ２２で第２制御モードに切り替えられて、燃焼室壁面温度ＴＣの上昇に伴って目標圧縮比ｔＣＲを低下させている。このように、燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａ以下の状況では、燃焼室壁面温度ＴＣの上昇に応じて目標圧縮比ｔＣＲを高めることで、熱効率を向上するとともに、焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａを超えると、燃焼室壁面温度ＴＣの上昇に応じて目標圧縮比ｔＣＲを低下させることで、ノッキングの発生を抑制・回避することができる。

図９は機関負荷が変化する場合のタイミングチャートを示す。ｔ３２までは図７の例と同様であり、ｔ３２でアクセル開度ＡＰＯの増加に応じて低負荷から高負荷へ移行すること、この負荷変更に伴って、目標圧縮比ｔＣＲが増加側へ変更される。このｔ３２の時点では、燃焼室壁面温度ＴＣが十分低い状態なので、ノッキングが発生せず、熱効率を高めるために第１制御モードが継続される。つまり、高負荷側への変更に伴って第１判定温度Ａが低い値に変更されるものの、この時点ｔ３２では、燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａよりも低いために、第１制御モードが継続されて、変更後の負荷や燃焼室壁面温度に応じて、熱効率が最大となる目標圧縮比ｔＣＲに設定される。そして、燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａに達する時点ｔ３３までは、燃焼室壁面温度ＴＣの上昇に伴って目標圧縮比ｔＣＲが高圧縮比化されていく。

燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａに達した時点ｔ３３からは、第２制御モードに切り替えられて、燃焼室壁面温度ＴＣの上昇に伴って目標圧縮比ｔＣＲを低下させて、ノッキングの発生を抑制・防止している。ｔ３４の時点で、アクセル開度ＡＰＯの低下に伴い高負荷から低負荷側への負荷変更が行われると、これに伴って第１判定温度Ａが高い値になり、再び燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａより低い値となって、第１制御モードへと切り替えられる。従って、目標圧縮比ｔＣＲが、現在の運転点で最も熱効率の高い値に増加される。つまり、この時点３４では、高負荷側から低負荷側への切替に伴い、第２制御モードから第１制御モードへ移行し、ノッキングを抑制するための目標圧縮比から熱効率を最大とする目標圧縮比へ切り替えられるために、目標圧縮比が増加側へ変更される。また、このｔ３４の時点ではｔ３２の時点よりも燃焼室壁面温度ＴＣが上昇しているために、目標圧縮比が高い値となっている。このｔ３４以降は図７の例と同様であり、すわなち、ｔ３５の時点で、燃焼室壁面温度ＴＣが第２判定温度Ｂに達すると、圧縮比変更応答性の低下を抑制・解消するように、燃焼室壁面温度の増加に応じた目標圧縮比の増加側への変更を禁止している。

図１０は暖機再始動の場合のタイミングチャートを示している。機関始動時ｔ４０では、燃焼室壁面温度ＴＣが高く、触媒温度ＴＣＡＴが既に触媒暖機判定温度を超えており、既に排気触媒装置の暖機が完了している暖機後の状態であるために、触媒暖機用の圧縮比設定は行われない。そして、暖機再始動時ｔ４０から、燃焼室壁面温度ＴＣが暖機再始動判定温度を超えているために、燃焼室壁面温度ＴＣが所定量ΔＴＣだけ増加側に補正される。図中の点線は補正を行わない場合の特性を示している。このような燃焼室壁面温度ＴＣの増加側への補正によって、増加補正された燃焼室壁面温度ＴＣが第１判定温度Ａを超えているために第２制御モードとなり、燃焼室壁面温度ＴＣの上昇に伴って低圧縮比化される。これにより、上述した第１，第２制御モードを用いた圧縮比制御を継続した上で、暖機再始動時の一時的な吸気温度上昇によるノッキングを有効に抑制・回避することができる。機関始動後に所定時間Δｔ（図６のステップＳ２参照）が経過した時点ｔ４３で、一時的な吸気温度上昇の期間が終了したと判断して、暖機再始動での燃焼室壁面温度ＴＣの増加補正処理を終了し、通常の燃焼室壁面温度ＴＣに戻すことで、高い熱効率を得ることができる。

８…冷却水温センサ（機関温度検出手段）
９…排気浄化装置
１０…触媒温度センサ（暖機判定手段）
１１…エンジンコントロールユニット（圧縮比制御手段）
２０…可変圧縮比機構（圧縮比変更手段）

Claims (7)

1. 機関圧縮比を変更する可変圧縮比手段と、
   機関温度を検出または推定する機関温度検出手段と、
   機関温度を含めた機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御する圧縮比制御手段と、を有し、
   この圧縮比制御手段は、
   同じ負荷で比較した場合に上記機関温度が高いほど機関圧縮比を高くする第１制御モードとすることを特徴とする可変圧縮比内燃機関の制御装置。
2. 上記第１制御モードを行なうときに、機関温度が同じとすると、負荷が高くなるほど機関圧縮比を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
3. 機関温度が所定の判定温度以下のときに上記第１制御モードとし、機関温度が上記判定温度よりも高いときは、同じ負荷で比較した場合に上記機関温度が高いほど機関圧縮比を低くする第２制御モードとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
4. 機関負荷が高いほど、上記判定温度を低く設定することを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
5. 上記圧縮比制御手段は、所定の負荷で見たときに、機関温度が上記判定温度を含む所定の温度範囲内にある場合には、所定の圧縮比を超えないように圧縮比を制限することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の暖機後の状態での機関始動を判定する暖機再始動判定手段と、
   内燃機関の暖機後の状態での機関始動であると判定された場合に、機関始動から所定期間、機関温度を増加側に補正する機関温度補正手段と、
   を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
7. 排気通路内を流れる排気ガスを浄化する排気浄化装置と、
   上記排気浄化装置の暖機状態を判定する暖機判定手段と、を有し、
   上記圧縮比制御手段は、上記排気浄化装置の暖機が終了した後に、上記第１制御モードを用いた機関圧縮比の制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。

Images