JP2018105152A - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構Aを備える。内燃機関の制御装置は、クランク角に対するシリンダブロック2とピストン4との相対位置関係を表す相対位置パラメータの値に基づいて機械圧縮比を検出する圧縮比検出部と、圧縮比検出部によって検出された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圧縮比制御部とを備える。圧縮比制御部は、可変圧縮比機構をフィードバック制御するにあたり、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒において、筒内圧力が予め定められた所定圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲内にクランク角があるときに圧縮比検出部によって検出された機械圧縮比を用いない。
【選択図】図5
Description
≪内燃機関の構成≫
図1は、本発明の第一実施形態に係る制御装置が用いられる、複数の気筒を有する内燃機関の側面断面図を概略的に示す。図1を参照すると、複数の気筒を有する内燃機関の機関本体100は、クランクケース1、シリンダブロック2、シリンダヘッド3、ピストン4、燃焼室5、燃焼室5の頂面中央部に配置された点火プラグ6、吸気弁7、吸気ポート8、排気弁9、排気ポート10を備える。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に取付けられる代りに各燃焼室5内に配置されてもよい。
次に、本実施形態の可変圧縮比機構Aの構成について図2及び図3を参照して説明する。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。
次に、上述した構成の可変圧縮比機構Aにより機械圧縮比を変更する方法について図3(A)〜図3(C)を参照して詳述する。図3(A)〜図3(C)において、aはケース側円形カム58の中心、bは偏心軸57の中心、cはブロック側円形カム56の中心をそれぞれ示している。なお、本実施形態では、ブロック側円形カム56の直径はケース側円形カム58の直径よりも大きく、よってブロック側円形カム56の中心cと偏心軸57の中心bとの間の距離がケース側円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bとの間の距離よりも長い。また、図3(A)、図3(B)、図3(C)にはそれぞれの状態におけるケース側円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bとブロック側円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。
ところで、機関出力や燃費を考慮した最適な機械圧縮比は機関運転状態(少なくとも機関負荷及び機関回転速度に基づいて定まる内燃機関の状態)に応じて変化する。例えば、機関負荷が低い領域では熱効率を最大化すべく機械圧縮比を高くすることが必要であり、逆に機関負荷が高い領域では機関出力を最大化すべく目標機械圧縮比を低くすることが必要となる。
次に、図4を参照して、上述したような機械圧縮比の制御を行った場合の問題点について説明する。図4は、何れかの気筒における燃焼室5内の圧力(筒内圧力)Pと、相対距離センサ43による機械圧縮比の検出値(以下、「圧縮比検出値」ともいう)εsと、目標機械圧縮比εtと、駆動モータ59に供給される駆動電力Dとの、クランク角に応じた推移を示す図である。図4に示した例では、目標機械圧縮比εtが一定に維持されている。
次に、図5を参照して、本実施形態に係る可変圧縮比機構Aの制御手法について説明する。図5は、筒内圧力Pと、圧縮比検出値εsと、相対距離センサ43からECU30のRAM33に取り込まれる機械圧縮比の取込値(以下、「圧縮比取込値」ともいう)εrと、目標機械圧縮比εtと、駆動電力Dとの、クランク角に応じた推移を示す、図4と同様な図である。なお、図5中の白丸は圧縮比検出値εsが取り込まれて圧縮比取込値εrが更新されたタイミングを示している。
次に、図6を参照して、上記第一実施形態の制御装置の変形例について説明する。図6は、筒内圧力P、圧縮比検出値εs、圧縮比取込値εr、目標機械圧縮比εt及び駆動電力Dのクランク角に応じた推移を示す、図5と同様な図である。図6においても、図中の白丸は圧縮比検出値εsがRAM33に取り込まれて圧縮比取込値εrが更新されたタイミングを示している。
次に、図7〜図9を参照して、本実施形態に係る可変圧縮比機構Aの具体的な制御について説明する。図7は、可変圧縮比機構Aのフィードバック制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔(例えば、4ms)で実行される。
ΣΔεn=ΣΔεn-1+Δεn …(1)
Δε’=Δεn−Δεn-1 …(2)
Dn=Dn-1+Kp・Δεn+Ki・ΣΔεn+Kd・Δε’n …(3)
≪第二実施形態における制御≫
次に、図10及び図11を参照して、第二実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第二実施形態に係る制御装置の構成は、基本的に第一実施形態に係る制御装置と同様であり、以下では、第一実施形態に係る制御装置と異なる部分を中心に説明する。
次に、図11を参照して、本実施形態に係る可変圧縮比機構Aの具体的な制御について説明する。可変圧縮比機構Aのフィードバック制御は本実施形態においても図7に示した制御ルーチンと同様な制御ルーチンで制御が行われるため、説明を省略する。同様に、内燃機関の始動判定を行う始動判定制御に関しても本実施形態においても図9に示した制御ルーチンと同様な制御ルーチンで制御が行われるため、説明を省略する。
次に、図12〜図15を参照して、第三実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第三実施形態に係る制御装置の構成は、基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る制御装置と同様であり、以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る制御装置と異なる部分を中心に説明する。
図14は、筒内圧力P、圧縮比検出値εs、圧縮比取込値εr、目標機械圧縮比εt及び駆動電力Dのクランク角に応じた推移を示す、図6と同様な図である。図14において、圧縮比取込値εrの実線は数ms毎に圧縮比検出値εsがRAM33に取り込まれて圧縮比取込値εrが更新されているときを、圧縮比取込値εrの破線は圧縮比検出値εsのRAM33への取り込みが行われておらず、よって圧縮比取込値εrが更新されていないときをそれぞれ示している。
次に、上記第三実施形態の制御装置の変形例について説明する。上記第三実施形態では、1番気筒及び4番気筒において燃焼により筒内圧力が高くなったときに、相対距離センサ43によって検出される相対距離が筒内圧力の上昇の前後で変化する場合を想定している。しかしながら、相対距離センサ43(相対距離センサ43の代わりに角度センサを用いた場合には角度センサ)の配置位置や、機関本体100の具体的な構成等に応じて、圧縮比検出値に大きな影響を及ぼす気筒は変わる。
次に、図15を参照して、本実施形態に係る可変圧縮比機構Aの具体的な制御について説明する。可変圧縮比機構Aのフィードバック制御は本実施形態においても図7に示した制御ルーチンと同様な制御ルーチンが行われる。また、RAM33へ圧縮比検出値の取込を行う圧縮比取込制御は本実施形態においても図11に示した制御ルーチンと同様な制御ルーチンが行われる。
以上に説明した上記第一実施形態から上記第三実施形態をまとめて表現すると、圧縮比制御部は、可変圧縮比機構Aをフィードバック制御するにあたり、複数の気筒のうち燃焼に伴う筒内圧力の変動によって相対位置パラメータの変動が最も大きくなる少なくとも一つの気筒において、筒内圧力が予め定められた所定圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲内にクランク角があるときに圧縮比検出部によって検出された機械圧縮比を用いないようにしているといえる。加えて、所定のクランク角範囲は、上記少なくとも一つの気筒における圧縮上死点を基準として0°ATDCから30°ATDCまでの範囲とされるのが好ましい。
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
6 点火プラグ
13 燃料噴射弁
30 電子制御ユニット(ECU)
43 相対距離センサ
54、55 カムシャフト
59 駆動モータ
60 回転軸
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
Claims (10)
- クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させることで機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える、複数の気筒を有する内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
クランク角に対するシリンダブロックとピストンとの相対位置関係を表す相対位置パラメータの値に基づいて機械圧縮比を検出する圧縮比検出部と、
前記圧縮比検出部によって検出された機械圧縮比が目標機械圧縮比となるように前記可変圧縮比機構をフィードバック制御する圧縮比制御部と、を備え、
上記圧縮比制御部は、前記可変圧縮比機構をフィードバック制御するにあたり、複数の気筒のうち燃焼に伴う筒内圧力の変動によって前記相対位置パラメータの変動が最も大きくなる少なくとも一つの気筒において、前記筒内圧力が予め定められた所定圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲内にクランク角があるときに前記圧縮比検出部によって検出された機械圧縮比を用いない、内燃機関の制御装置。 - 前記圧縮比検出部は、前記クランクケースと前記シリンダブロックとの相対位置を検出することによって機械圧縮比を検出するように構成される、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記所定のクランク角範囲は、前記少なくとも一つの気筒における圧縮上死点を基準として0°ATDCから30°ATDCまでの範囲である、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記所定のクランク角範囲は、全ての気筒において前記筒内圧力が予め定められた所定圧力以上となる期間を含む、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記所定のクランク角範囲は、各気筒における圧縮上死点を基準として0°ATDCから30°ATDCまでの範囲である、請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記圧縮比制御部は、前記可変圧縮比機構をフィードバック制御するにあたり、前記所定のクランク角範囲外において設定される特定のクランク角において前記圧縮比検出部によって検出された機械圧縮比のみを用いる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記特定のクランク角は、720°を気筒数で除算した角度毎に設定される、請求項6に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関は1列に並んだ3つ以上の気筒を有し、
前記圧縮比検出部は、前記気筒の列が並んで配置される方向において一方の端部側に位置する気筒に隣接して配置され、
前記所定のクランク角範囲は、前記一方の端部側に位置する気筒において前記筒内圧力が予め定められた所定圧力以上となる期間を含む、請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記圧縮比制御部は、前記可変圧縮比機構をフィードバック制御するにあたり、機関回転速度がアイドリング回転速度よりも低い所定の基準回転速度未満であるときには、クランク角に無関係に所定の時間間隔で検出された機械圧縮比を用いる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させることで機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える、複数の気筒を有する内燃機関を制御する、内燃機関の制御方法であって、
クランク角に対するシリンダブロックとピストンとの相対位置関係を表す相対位置パラメータの値に基づいて機械圧縮比を検出し、
前記検出された機械圧縮比が目標機械圧縮比となるように前記可変圧縮比機構をフィードバック制御し、
前記可変圧縮比機構をフィードバック制御するにあたり、複数の気筒のうち燃焼に伴う筒内圧力の変動によって前記相対位置パラメータの変動が最も大きくなる少なくとも一つの気筒において、前記筒内圧力が予め定められた所定圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲内にクランク角があるときに検出された機械圧縮比を用いない、内燃機関の制御方法。
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