JP2018105152A - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼に伴う燃焼室内の圧力変動によって機械圧縮比の検出値が変化しても、機械圧縮比機構を無駄に駆動しない内燃機関の制御装置を提供する。
【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

本発明は、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。

従来から、ピストンが上死点にあるときの燃焼室容積を変更することで、内燃機関の機械圧縮比を変更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。斯かる可変圧縮比機構としては、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機構（例えば、特許文献１）が知られている。

斯かる可変圧縮比機構を備えた内燃機関では、機関負荷や機関回転速度等に基づいて目標機械圧縮比が設定され、この目標機械圧縮比となるように可変圧縮比機構がフィードバック制御される。このような制御を行うにあたっては、可変圧縮比機構において現在の機械圧縮比を検出することが必要となる。特許文献１に記載の内燃機関では、制御軸を回転させることで機械圧縮比が変更されるところ、この制御軸の回転角度を検出することによって現在の機械圧縮比を検出するようにしている。

特開２００４−１８３５９４号公報

ところで、上述したような可変圧縮比機構では、混合気の燃焼によって燃焼室内の圧力が大きく変化すると、これに伴って機械圧縮比の検出値が変化する。このような機械圧縮比の検出値の変化は、例えば、燃焼室内の圧力の上昇に伴って制御軸に捩れが生じたりシリンダブロックが変形したりすることによって発生する。このように制御軸の捩れやシリンダブロックの変形に伴って機械圧縮比の検出値が変化しても、燃焼室内の圧力の低下と共に制御軸の捩れやシリンダブロックの変形が解消され、その結果、機械圧縮比の検出値は元に戻ることになる。

ここで、機械圧縮比が目標機械圧縮比になるようにフィードバック制御を行う場合、混合気の燃焼に伴って機械圧縮比の検出値が低下すると、それに伴って機械圧縮比が高くなるように機械圧縮比機構が駆動されることになる。しかしながら、その後、燃焼室内の圧力が低下すると、上述したように機械圧縮比の検出値も元に戻ることになる。したがって、混合気の燃焼に伴う機械圧縮比の検出値の低下に合わせて機械圧縮比が高くなるように機械圧縮比機構を駆動させると、無駄に機械圧縮比機構を駆動させることになってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃焼に伴う燃焼室内の圧力変動によって機械圧縮比の検出値が変化しても、機械圧縮比機構を無駄に駆動しない内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）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。

（２）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、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置。

（３）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、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（４）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、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（５）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、上記（４）に記載の内燃機関の制御装置。

（６）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、上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

（７）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、上記（６）に記載の内燃機関の制御装置。

（８）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、上記（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（９）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、上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

（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。

本発明によれば、燃焼に伴う燃焼室内の圧力変動によって機械圧縮比の検出値が変化しても、機械圧縮比機構を無駄に駆動しない内燃機関の制御装置が提供される。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関の側面断面図を概略的に示す。 図２は図１に示す可変圧縮比機構の分解斜視図を示す。 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４は、筒内圧力、圧縮比検出値、目標機械圧縮比、駆動電力の、クランク角に応じた推移を示す図である。 図５は、筒内圧力、圧縮比検出値、圧縮比取込値、目標機械圧縮比、及び駆動電力の、クランク角に応じた推移を示す、図４と同様な図である。 図６は、筒内圧力、圧縮比検出値、圧縮比取込値、目標機械圧縮比及び駆動電力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７は、可変圧縮比機構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８は、ＲＡＭへ圧縮比検出値の取込を行う圧縮比取込制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図９は、内燃機関の始動判定を行う始動判定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０は、筒内圧力、圧縮比検出値、圧縮比取込値、目標機械圧縮比及び駆動電力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１１は、ＲＡＭへ圧縮比検出値の取込を行う圧縮比取込制御の制御ルーチンを示す、図８と同様なフローチャートである。 図１２は、機関本体の概略的な部分断面側面図である。 図１３は、機関本体の概略的な部分断面側面図である。 図１４は、筒内圧力、圧縮比検出値、圧縮比取込値、目標機械圧縮比及び駆動電力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１５は、内燃機関の始動判定を行う始動判定制御の制御ルーチンを示す、図９と同様なフローチャートである。

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。

＜第一実施形態＞
≪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。

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吸入空気量検出器（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。

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とのシリンダ軸線方向の相対距離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が設けられている。また、クランクケース１とシリンダブロック２との間には、付勢部材として機能するバネ２５が配置されている。バネ２５は、クランクケース１から離れる向きにシリンダブロック２を付勢するように構成されている。さらに、図１に示した実施形態では、吸気弁７の開弁時期、閉弁時期及びリフト量のうち少なくとも何れか一つを制御可能な可変バルブタイミング機構Ｂが設けられている。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）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及び出力ポート３６を具備する。吸入空気量検出器１８の出力信号及び空燃比センサ２１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。さらに、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°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。さらに、シリンダブロック２にはシリンダブロック２とクランクケース１との相対距離を検出するための相対距離センサ４３が設けられており、相対距離センサ４３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。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及び可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。

なお、ＥＣＵ３０並びに負荷センサ４１、クランク角センサ４２、相対距離センサ４３は、内燃機関を制御する制御装置を構成する。制御装置は、機械圧縮比を検出する圧縮比検出部と、可変圧縮比機構Ａを制御する圧縮比制御部とを備える。圧縮比検出部は主にＥＣＵ３０及び相対距離センサ４３から構成され、圧縮比制御部は主にＥＣＵ３０、負荷センサ４１及びクランク角センサ４２から構成される。

≪可変圧縮比機構の構成≫
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。

可変圧縮比機構Ａは、図２に示したように、シリンダブロック２の両側壁の下方に互いに間隔を隔てた形成された複数個のブロック側突出部５０を備える。各ブロック側突出部５０内にはそれぞれ断面円形のブロック側カム挿入孔５１が形成されている。これらブロック側カム挿入孔５１はシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。

また、可変圧縮比機構Ａは、クランクケース１の上壁面上に互いに間隔を隔てて形成された複数個のケース側突出部５２を備え、ケース側突出部５２はそれぞれ対応するブロック側突出部５０の間に嵌合せしめられる。これら各ケース側突出部５２内にもそれぞれ断面円形のケース側カム挿入孔５３が形成されている。これらケース側カム挿入孔５３も、ブロック側カム挿入孔５１と同様にシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。

加えて、図２に示したように、可変圧縮比機構Ａは、作用軸として機能する一対のカムシャフト５４、５５を備える。各カムシャフト５４、５５上には一つおきに各ケース側カム挿入孔５３内に回転可能に挿入されるケース側円形カム５８が固定されている。これらケース側円形カム５８は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各ケース側円形カム５８の両側には図３に示した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上にブロック側円形カム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ブロック側円形カム５６は各ケース側円形カム５８の両側に配置されており、これらブロック側円形カム５６は対応する各ブロック側カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。

さらに、可変圧縮比機構Ａは、駆動モータ（アクチュエータ）５９を備える。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（アクチュエータ）５９の回転軸６０にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア６１、６２が取付けられている。これらウォームギア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。本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、よって内燃機関の機械圧縮比を広い範囲に亘って変更することができる。

≪可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更方法≫
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。

図３（Ａ）に示したような状態から駆動モータ５９を駆動して、ケース側円形カム５８が図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するように各カムシャフト５４、５５を回転させると、偏心軸５７が互いに離れる方向に移動する。この偏心軸５７の移動に伴ってブロック側円形カム５６がブロック側カム挿入孔５１内においてケース側円形カム５８とは反対方向に回転する。この結果、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。

さらに駆動モータ５９を駆動して、ケース側円形カム５８が図３（Ｂ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転するように各カムシャフト５４、５５を回転させると、偏心軸５７がケース側円形カム５８内で下方に移動する。この偏心軸５７の移動に伴ってブロック側円形カム５６がブロック側カム挿入孔５１内においてケース側円形カム５８と同方向に回転する。この結果、図３（Ｃ）に示したように、偏心軸５７は最も低い位置となる。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）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の相対距離はケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、ケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム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との間の相対距離を変化させていることになる。そして、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の容積は増大する。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（以下、「燃焼室容積」という）を変更することができる。

特に、図３に示した例では、図３（Ａ）に示した状態と図３（Ｂ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してΔＤ１だけ相対移動せしめられ、図３（Ｂ）に示した状態と図３（Ｃ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してΔＤ２だけ相対移動せしめられる。

このようにカムシャフト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の容積を変化させたとしても、圧縮行程時のピストン４の行程容積（ピストン４が吸気下死点から圧縮上死点まで移動するときに変化する燃焼室５の容積）は変化しない。したがって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される機械圧縮比は、上述したように燃焼室容積を変化させることで変化する。すなわち、本実施形態の可変圧縮比機構Ａは、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５を回転させることによって、シリンダブロック２とクランクケース１との相対距離を変化させ、これにより内燃機関の機械圧縮比を変更させることができる。

≪機械圧縮比の制御≫
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。

そこで、本実施形態では、制御装置の圧縮比制御部は、機関運転状態に応じた最適な機械圧縮比を目標機械圧縮比として設定すると共に、実際の機械圧縮比が目標機械圧縮比となるように可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９を制御するようにしている。

ここで、本実施形態では、相対距離センサ４３によってクランクケース１とシリンダブロック２との相対距離が検出されている。そして、内燃機関の機械圧縮比はシリンダブロック２とクランクケース１との相対距離に応じて変化する。このため、相対距離センサ４３によって検出された相対距離から内燃機関の機械圧縮比を推定することができる。以下では、このようにして相対距離センサ４３によって検出された相対距離に基づいて推定された機械圧縮比を、相対距離センサ４３による機械圧縮比の検出値と称する。

したがって、本実施形態では、圧縮比制御部は、相対距離センサ４３による機械圧縮比の検出値（すなわち、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可変圧縮比機構Ａ（特にその駆動モータ５９）をフィードバック制御しているといえる。

このようにフィードバック制御を行った場合、例えば機関運転状態の変化により目標機械圧縮比が変化すると、相対距離センサ４３による機械圧縮比の検出値が変更後の目標機械圧縮比に一致するように、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５が回転せしめられる。具体的には、目標機械圧縮比が高くなると、クランクケース１とシリンダブロック２との間の距離が短くなるように駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５が回転せしめられ、その結果、機械圧縮比が高くなる。逆に、目標機械圧縮比が低くなると、クランクケース１とシリンダブロック２との間の距離が長くなるように駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５が回転せしめられ、その結果、機械圧縮比が低くなる。

なお、上記実施形態では、機械圧縮比を検出するにあたって、クランクケース１とシリンダブロック２との相対距離を検出する相対距離センサ４３が用いられている。ピストン４はクランクケース１に連結されていることを考慮すると、相対距離センサ４３は、実質的に、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（すなわち、クランク角の変化に基づくシリンダブロックとピストンとの相対位置関係の変化を除外した、シリンダブロック２とピストン４との相対位置関係）を検出していると考えることもできる。

しかしながら、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に基づいて機械圧縮比を検出することができるものであれば、相対距離センサ４３とは別の装置を用いてもよい。斯かる別の装置としては、例えば、ウォームホイール６３、６４が取り付けられた端部とは反対側の端部においてカムシャフト５４、５５の回転角度位置を検出する角度センサが挙げられる。

≪機械圧縮比制御の問題点≫
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。

上述したように構成された機関本体１００では、複数の気筒のうち何れかの気筒において燃焼室５内で混合気の燃焼が生じると、これに伴ってシリンダブロック２にはクランクケース１から離れる方向（各気筒の軸線方向）に非常に大きな力が加わる。シリンダブロック２にこのような大きな力が加わると、カムシャフト５４、５５に捩れが生じたり、シリンダブロック２のブロック側突出部が各気筒の軸線方向に変形したりする。

このように燃焼室５内での燃焼に伴ってカムシャフト５４、５５に捩れが生じた場合、この捩れによってシリンダブロック２はクランクケース１に対して相対的に離れるように移動する。同様に、燃焼室５内での燃焼に伴ってシリンダブロック２のブロック側突出部５０が変形した場合にも、この変形によってシリンダブロック２はクランクケース１に対して相対的に離れるように移動する。この結果、圧縮比検出値εｓが低下することになる。

その後、筒内圧力Ｐが低下すると、カムシャフト５４、５５に生じていた捩れが元に戻り、また、ブロック側突出部５０に生じていた変形も元に戻るため、シリンダブロック２はクランクケース１に対して相対的に近づくように移動する。この結果、圧縮比検出値εｓは、燃焼室５内において筒内圧力Ｐが上昇する前の値まで戻ることになる。

この様子を図４に示す。図４からわかるように、各気筒での燃焼はその気筒の圧縮上死点直後に生じることから、筒内圧力Ｐも各気筒の圧縮上死点直後にピークとなる。例えば、１番気筒の筒内圧力Ｐは、１番気筒の圧縮上死点（＃１ＴＤＣ）の前においてピストンの上昇に伴って徐々に上昇する。その後、圧縮上死点直後において燃焼が生じ、これに伴って１番気筒の筒内圧力Ｐは急激に上昇してピークに到達し、その後、ピストンの下降に伴って低下していく。このような筒内圧力Ｐの変動が各気筒で燃焼が生じる毎に発生する。図４は４気筒の内燃機関の例を示しているが、クランクシャフトが２回転する間に４回の燃焼が生じ、よって約１８０°クランクシャフトが回転する毎に筒内圧力Ｐのピークが発生する。

このような各気筒での筒内圧力Ｐの変動に伴って、カムシャフト５４、５５には捩れが生じ、またブロック側突出部５０には変形が生じる。このため、図４に示したように、各気筒において燃焼が生じる毎に、すなわち各気筒において筒内圧力Ｐが大きくなる毎に、圧縮比検出値εｓが一時的に低下することになる。

ここで、上述したように、本実施形態では、圧縮比検出値εｓが目標機械圧縮比εｔとなるように可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９をフィードバック制御している。このため、目標機械圧縮比εｔが一定である場合、圧縮比検出値εｓが低下すると、圧縮比検出値εｓを元に戻すべくその分だけ機械圧縮比を上昇させるように駆動モータ５９が駆動せしめられることになる。その結果、図４に示したように、可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９に供給する駆動電力Ｄは、圧縮比検出値εｓに合わせて変動することになる。

ところが、カムシャフト５４、５５に捩れが生じること等によって圧縮比検出値εｓが低下していた場合には、駆動モータ５９を駆動させなくても、自然に圧縮比検出値εｓは元に戻る。したがって、この場合には、駆動モータ５９に供給する駆動電力Ｄを圧縮比検出値εｓに合わせて変動させる必要はなく、圧縮比検出値εｓに合わせて変動させると無駄に駆動モータ５９を駆動させることになってしまう。

≪本実施形態における制御≫
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。

図４及び図５からわかるように、圧縮比検出値εｓは、各気筒で燃焼が生じて筒内圧力がピークに到達する時期付近、すなわち各気筒の圧縮上死点付近において変動する。しかしながら、その一方で、各気筒の圧縮上死点とその次に燃焼が行われる気筒の圧縮上死点との中間付近の時期においては、いずれの気筒においても筒内圧力Ｐが比較的低い状態にある。このように、いずれの気筒においても筒内圧力Ｐが比較的低い状態にある時期においては、圧縮比検出値εｓはほとんど変動せず、現在の実際の機械圧縮比を正確に反映した値となっている。

そこで、本実施形態の圧縮比制御部は、いずれの気筒においても筒内圧力が比較的低い状態にあるような特定のクランク角において検出された圧縮比検出値εｓを用いて、可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９を制御することとしている。特に、図５に示したように、本実施形態では、各気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°（１１０°ＡＴＤＣ）となる時期において検出された圧縮比検出値εｓを用いて、可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９を制御することとしている。

具体的には、１番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなった時期ｔ₁において、相対距離センサ４３による機械圧縮比の検出値である圧縮比検出値εｓがＥＣＵ３０のＲＡＭ３３に取り込まれ、ＲＡＭ３３に保存されている圧縮比取込値εｒが更新される。次に、１番気筒の次にピストンが圧縮上死点に到達する３番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなった時期ｔ₂（１番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角では２９０°）において、ＥＣＵ３０のＲＡＭ３３に圧縮比検出値εｓが取り込まれ、圧縮比取込値εｒが更新される。換言すると、１番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなった時期ｔ₁から３番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなった時期ｔ₂までは圧縮比検出値εｓは取り込まれない。このため、時期ｔ₁から時期ｔ₂までの間は、１番気筒が１１０°ＡＴＤＣとなった時期ｔ₁における圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に保存され、圧縮比制御部によってフィードバック制御を行うのにこの値が用いられる。

同様に、３番気筒の次にピストンが圧縮上死点に到達する４番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣになった時期ｔ₃（１番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角では４７０°）において、ＥＣＵ３０のＲＡＭ３３に圧縮比検出値εｓが取り込まれ、圧縮比取込値εｒが更新される。その後、４番気筒の次にピストンが圧縮上死点に到達する２番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣになった時期ｔ₄（１番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角では６５０°）において、ＥＣＵ３０のＲＡＭ３３に圧縮比検出値εｓが取り込まれ、圧縮比取込値εｒが更新される。そして、時期ｔ₂から時期ｔ₃までの間は、３番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなった時期ｔ₂における圧縮比検出値εｓが圧縮比取込値εｒとしてフィードバック制御に用いられる。同様に、時期ｔ₃から時期ｔ₄までの間は、４番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなった時期ｔ₃における圧縮比検出値εｓが圧縮比取込値εｒとしてフィードバック制御に用いられる。その後、このような操作が繰り返されることになる。

このように、いずれの気筒においても筒内圧力Ｐが比較的低い状態にあるような特定のクランク角において検出された圧縮比検出値εｓを用いて可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９を制御することにより、筒内圧力Ｐの変動に伴う圧縮比検出値εｓの変動の影響を排除することができる。これにより、無駄に駆動モータ５９を駆動させることがなくなり、よって無駄なエネルギの消費を抑制することができるようになる。

また、本実施形態では、予め設定された特定のクランク角において検出された圧縮比検出値εｓを用いて可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９を制御している。筒内圧力Ｐが比較的低い状態にある場合であってもクランク角が異なれば、実際の機械圧縮比が同一であっても筒内圧力Ｐの変動に伴って圧縮比検出値εｓが多少変化してしまう。本実施形態では、予め設定された特定のクランク角において検出された圧縮比検出値εｓが用いられるため、より確実に筒内圧力Ｐの変動に伴う圧縮比検出値εｓの変動の影響を排除することができる。

なお、本明細書では、可変圧縮比機構Ａの制御に用いられる圧縮比検出値εｓが検出されるクランク角、すなわち圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて圧縮比取込値εｒが更新されるクランク角を、検出クランク角ともいう。上述した実施形態では、各気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなった時期、すなわち１番気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°、２９０°、４７０°及び６５０°となった時期が、検出クランク角である。

ところで、機関回転速度が遅いときには、単位時間あたりにクランク角が上述した検出クランク角に到達する頻度が少ない。このため、機関回転速度が遅いときに、上述したように検出クランク角において検出された圧縮比検出値のみを用いて可変圧縮比機構Ａの制御を行うと、現在の機械圧縮比を的確に把握することができなくなり、その結果、可変圧縮比機構Ａの制御を適切に行うことができなくなる。

そこで、本実施形態では、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、機関回転速度がアイドリング回転速度（例えば、７００ｒｐｍ）よりも低い所定の基準回転速度（例えば、２００ｒｐｍ）未満であるときには、検出クランク角における圧縮比検出値ではなく、クランク角に無関係に、検出された圧縮比検出値をできる限り多数用いるようにしている。特に、本実施形態では、機関回転速度が基準回転速度未満であるときには、ＥＣＵ３０において数ｍｓ毎に圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれ、圧縮比取込値εｒが更新される。したがって、このときには、数ｍｓ毎に検出された圧縮比検出値εｓが可変圧縮比機構Ａの制御に用いられているといえる。すなわち、本実施形態では、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、機関回転速度が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（少なくとも、クランク角が或る検出クランク角から次の検出クランク角に到達するまでの時間よりも短い間隔）で検出された機械圧縮比を用いているといえる。

また、上記実施形態では、検出クランク角において検出された圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて圧縮比取込値εｒが更新され、この圧縮比取込値εｒが可変圧縮比機構Ａの制御に用いられる。この検出クランク角として、各気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角が１１０°ＡＴＤＣとなる時期が設定されている。上記実施形態では、機関本体１００は４気筒であることから、この検出クランク角は１８０°毎に設定されることになる。４気筒以外の内燃機関を考慮すると、この検出クランク角は、７２０°を気筒数で除算した角度毎に設定されるということができる。

≪第一実施形態の変形例≫
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。

ここで、上記第一実施形態では、検出クランク角は各気筒の圧縮上死点を基準として１１０°ＡＴＤＣとなった時期とされていることから、クランク角１８０°あたりに一回、圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新される。しかしながら、圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて圧縮比取込値εｒが更新されるタイミングは、必ずしもクランク角１８０°あたりに一回である必要はない。したがって、例えば、図６に示したように、クランク角１８０°あたりに二回（或いはそれ以上の回数）、圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新されてもよい。図６に示した例では、各気筒の圧縮上死点を基準として７０°ＡＴＤＣ及び１３０°ＡＴＤＣとなる時期において、圧縮比検出値εｓのＲＡＭ３３への取り込みが行われている。

ただし、検出クランク角は、いずれの気筒においても筒内圧力が比較的低い状態にあるようなクランク角である必要がある。したがって、検出クランク角は、いずれの気筒においても筒内圧力が予め定められた所定の基準圧力（例えば、筒内圧力の低下によって元に戻るような圧縮比検出値の変動が生じるような圧力）未満となるようなクランク角であることが必要である。このため、本実施形態の変形例では、検出クランク角は、全ての気筒において筒内圧力が予め定められた所定の基準圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲外に設定される。

具体的には、所定のクランク角範囲は、例えば、各気筒の圧縮上死点を基準として０°ＡＴＤＣから３０°ＡＴＤＣまでの範囲を意味する。この場合、検出クランク角は、各気筒の圧縮上死点を基準として０°ＡＴＤＣから３０°ＡＴＤＣまでの範囲外において設定されることになる。また、所定のクランク角範囲は、好ましくは、各気筒の圧縮上死点を基準として−１０°ＡＴＤＣから４０°ＡＴＤＣまでの範囲とされる。より好ましくは、所定のクランク角範囲は、各気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣまでの範囲（図６で網掛けされた範囲）とされる。この場合、検出クランク角は、各気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣまでの範囲外（図６で網掛けされていない範囲）において設定されることになる。

≪フローチャートを用いた制御の説明≫
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。

まず、ステップＳ１１では、機関運転状態に基づいて目標機械圧縮比εｔが算出される。具体的には、機関負荷及び機関回転速度と最適な目標機械圧縮比εｔとの関係が予め求められ、マップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に保存される。このマップでは、基本的に、機関負荷が高くなるほど目標機械圧縮比εｔが低くなるように、且つ機関回転速度が高くなるほど目標機械圧縮比εｔが高くなるように設定される。そして、ステップＳ１１では、負荷センサ４１によって検出された機関負荷とクランク角センサ４２によって検出された機関回転速度とに基づいて、予め設定された上記マップを用いて、目標機械圧縮比εｔが算出される。

次いで、ステップＳ１２では、図８を参照して後述する圧縮比取込制御によってＥＣＵ３０のＲＡＭに取り込まれた圧縮比取込値εｒから目標機械圧縮比εｔを減算して圧縮比差Δεが算出される（Δε＝εｒ−εｔ）。次いで、ステップＳ１３では、積分制御に用いるために、下記式（１）に基づいて圧縮比差Δεの積算値ΣΔεが算出される。加えて、微分制御に用いるために、下記式（２）に基づいて前回算出された圧縮比差Δεと今回算出された圧縮比差Δεとの差Δε’が算出される。なお、下記式（１）及び（２）においてｎは計算回数を示しており、ｎが付されたパラメータは今回の制御ルーチンにおいて算出された値を、ｎ−１が付されたパラメータは前回の制御ルーチンにおいて算出された値を示している。
ΣΔε_n＝ΣΔε_n-1＋Δε_n …（１）
Δε’＝Δε_n−Δε_n-1 …（２）

次いで、ステップＳ１４では、下記式（３）に基づいて、可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９に供給される駆動電力Ｄが算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９には算出された駆動電力Ｄの値に応じた電力が供給される。
Ｄ_n＝Ｄ_n-1＋Ｋｐ・Δε_n＋Ｋｉ・ΣΔε_n＋Ｋｄ・Δε’_n …（３）

なお、式（３）において、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数、Ｋｐは微分定数をそれぞれ示している。したがって、本制御ルーチンは、圧縮比取込値εｒに基づいて可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９をＰＩＤ制御した場合を示している。しかしながら、圧縮比取込値εｒに基づくフィードバック制御は必ずしもＰＩＤ制御でなくてもよく、Ｐ制御、ＰＩ制御等、一般的に用いられるフィードバック制御手法であれば如何なる制御手法によってフィードバック制御が行われてもよい。

図８は、ＲＡＭ３３へ圧縮比検出値の取込を行う圧縮比取込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。

図８に示したように、まず、ステップＳ２１では、始動フラグＦｒがＯＮになっているか否かを検出する。始動フラグＦｒは、機関回転速度が基準回転速度以上になって内燃機関が始動したと判定されたときにＯＮとされ、それ以外のときにＯＦＦとされるフラグであり、図９に示した始動判定制御において設定される。ステップＳ２１において、機関回転速度が基準回転速度未満であって、始動フラグＦｒがＯＦＦにセットされていると判定された場合、ステップＳ２３へと進む。

ステップＳ２３では、今回の制御ルーチンの実行時において相対距離センサ４３によって検出された機械圧縮比の検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、この検出値εｓに圧縮比取込値εｒが更新される。したがって、始動フラグＦｒがＯＦＦにセットされている間は、制御ルーチンが実行されるたびにステップＳ２３において圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新されることになる。このため、始動フラグＦｒがＯＦＦにセットされていると判定された場合には、制御ルーチンの実行時間間隔（本実施形態では４ｍｓ）に等しい時間間隔で、圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新されることになる。

一方、ステップＳ２１において、始動フラグＦｒがＯＮになっていると判定された場合、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、現在のクランク角が検出クランク角であるか否かが判定される。ステップＳ２２において、現在のクランク角が検出クランク角でないと判定された場合には制御ルーチンが終了する。一方、ステップＳ２２において、現在のクランク角が検出クランク角であると判定された場合には、ステップＳ２３へと進み、このときの圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新される。したがって、始動フラグＦｒがＯＮになっていると判定された場合には、現在のクランク角が検出クランク角である場合にのみ圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新されることになる。このようにして、ＲＡＭ３３に取り込まれた圧縮比取込値εｒは、上述した図７のステップＳ１２において用いられる。

図９は、内燃機関の始動判定を行う始動判定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。

図９に示したように、まず、ステップＳ３１では、現在、始動フラグＦｒがＯＦＦになっているか否かが判定される。始動フラグＦｒがＯＦＦになっていると判定された場合、ステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２では、機関回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｅｒｅｆ以上であるか否かが判定される。機関回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｅｒｅｆ未満であると判定された場合には、始動フラグＦｒはＯＦＦのままとされて、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、機関回転速度が上昇して、ステップＳ３１において機関回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｅｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ３３へと進む。ステップＳ３３では、始動フラグＦｒがＯＮにセットされて、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ３２において、現在、始動フラグＦｒがＯＮになっていると判定された場合には、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、機関回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｅｒｅｆ未満であるか否かが判定される。ステップＳ３４において、機関回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｅｒｅｆ以上であると判定された場合には、始動フラグＦｒはＯＮのままとされて、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、機関停止等によって機関回転速度が低下して、ステップＳ３４において、機関回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｅｒｅｆ未満であると判定された場合には、ステップＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、始動フラグＦｒがＯＦＦにセットされて、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜第二実施形態＞
≪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。

第一実施形態に係る制御装置では、予め設定した検出クランク角において検出された圧縮比検出値εｓを用いて可変圧縮比機構Ａの制御が行われている。具体的には、第一実施形態に係る制御装置では、検出クランク角において検出された圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて圧縮比取込値εｒが更新される。

しかしながら、検出クランク角の１サイクル当たりの設定数が多くない場合（例えば、図５に示したように１サイクル当たりの検出クランク角の設定数が４つであるような場合）には、１サイクル当たりの圧縮比検出値εｓの取込頻度が低く、圧縮比取込値εｒの更新頻度が低下する。このため、例えば、可変圧縮比機構Ａを駆動して機械圧縮比を変更している期間中等においては、可変圧縮比機構Ａの制御に用いられる圧縮比取込値εｒと実際の機械圧縮比との間に差ができてしまう。

このように圧縮比検出値εｓの取込頻度が低いことによる圧縮比取込値εｒにおける誤差を考慮すると、いずれの気筒においても筒内圧力が比較的低い状態にあるときには、圧縮比検出値εｓの取込頻度を高くして、圧縮比取込値εｒの更新頻度を増大させることが好ましい。そこで、本実施形態では、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、全ての気筒において筒内圧力が予め定められた所定の基準圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲外においては、検出された圧縮比検出値をできる限り多数用いるようにしている。

特に、本実施形態では、クランク角が上記所定のクランク角範囲外にあるときには、ＥＣＵ３０において数ｍｓ毎に圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれ、圧縮比取込値εｒが更新される。したがって、本実施形態では、数ｍｓ毎に検出された圧縮比検出値εｓが可変圧縮比機構Ａの制御に用いられているといえる。すなわち、本実施形態では、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、クランク角が上記所定のクランク角範囲外にあるときには、クランク角に無関係に所定の時間間隔（例えば、ＥＣＵ３０による制御ルーチンの実行間隔、またはその数倍の時間間隔）で検出された機械圧縮比を用いているといえる。

図１０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１０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。

図１０は、所定のクランク角範囲を、各気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣとした場合を示している。したがって、図１０からわかるように、クランク角が各気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣの範囲内にあるときには、圧縮比検出値εｓはＲＡＭ３３に取り込まれない。このため、この間、圧縮比取込値εｒは、クランク角が各気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣになる直前に更新された値に維持される。一方、クランク角が各気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣの範囲外にあるときには、ＥＣＵ３０によって制御ルーチンが実行される毎に圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれ、これに伴って圧縮比取込値εｒが更新される。

本実施形態では、いずれの気筒においても筒内圧力が比較的低い状態にあるとき（すなわち、クランク角が、全ての気筒において筒内圧力が所定の基準圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲外にあるとき）には、高い頻度で圧縮比検出値の取込が行われる。これにより、可変圧縮比機構Ａの制御に用いられる圧縮比取込値εｒと実際の機械圧縮比との間に差ができてしまうのを抑制することができ、目標機械圧縮比への制御速度を高めることができる。

なお、図１０に示した例では、所定のクランク角範囲を、各気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣとしている。しかしながら、所定のクランク角範囲は、上記第一実施形態の変更例と同様に設定される。したがって、所定のクランク角範囲は、各気筒の圧縮上死点を基準として０°ＡＴＤＣから３０°ＡＴＤＣまでの範囲とされてもよいし、各気筒の圧縮上死点を基準として−１０°ＡＴＤＣから４０°ＡＴＤＣまでの範囲とされてもよい。

≪フローチャートを用いた制御の説明≫
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。

図１１は、ＲＡＭ３３へ圧縮比検出値の取込を行う圧縮比取込制御の制御ルーチンを示す、図８と同様な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。

図１１に示したように、まず、ステップＳ４１では、始動フラグＦｒがＯＮになっているか否かを検出する。ステップＳ４１において、機関回転速度が基準回転速度未満であって、始動フラグＦｒがＯＦＦにセットされていると判定された場合、ステップＳ４３へと進む。ステップＳ４３では、今回の制御ルーチンの実行時において相対距離センサ４３によって検出された機械圧縮比の検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、この検出値εｓに圧縮比取込値εｒが更新される。

一方、ステップＳ４１において、始動フラグＦｒがＯＮになっていると判定された場合、ステップＳ４２へと進む。ステップＳ４２では、現在のクランク角が更新停止領域外にあるか否か、すなわち現在のクランク角が上記所定のクランク角範囲外にあるか否かが判定される。ステップＳ４２において、現在のクランク角が更新停止領域内（上記所定のクランク角範囲内）にあると判定された場合には制御ルーチンが終了する。一方、ステップＳ４２において、現在のクランク角が更新停止領域外にあると判定された場合には、ステップＳ４３へと進み、このときの圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新される。したがって、始動フラグＦｒがＯＮになっていると判定された場合には、現在のクランク角が更新停止領域外にある場合にのみ圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれて、圧縮比取込値εｒが更新されることになる。このようにして、ＲＡＭ３３に取り込まれた圧縮比取込値εｒは、上述した図７のステップＳ１２において用いられる。

＜第三実施形態＞
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。

ところで、図４に示した例は、筒内圧力Ｐの変動に伴う圧縮比検出値εｓの変動が、全ての気筒について同様に生じた場合を示している。しかしながら、燃焼室５内で混合気の燃焼が生じたことによる筒内圧力Ｐの変動が各気筒において同様に生じた場合であっても、これに伴う圧縮比検出値εｓの変動は各気筒間で異なることがある。以下では、図１２及び図１３を参照して、斯かる現象について説明する。

図１２及び図１３は、機関本体１００の概略的な部分断面側面図である。図１２は、２番気筒において燃焼が生じて２番気筒の筒内圧力が高い場合を示しており、図１３は、４番気筒において燃焼が生じて４番気筒の筒内圧力が高い場合を示している。図１２及び図１３では、説明及び概念を分かりやすくするために、ブロック側円形カム５６及びケース側円形カム５８は省略されている。

図１２及び図１３に示した例では、複数の気筒が並んで配置される方向（以下、「気筒配列方向」という）において機関本体１００の一方の側面に相対距離センサ４３が配置されている。特に、図１２及び図１３に示した例では、複数の気筒は、図中の左側から右側に向かって１番気筒から４番気筒まで配置される。したがって、図１２及び図１３に示した例では、相対距離センサ４３は、４番気筒に隣接して配置されている。

ここで、図１２に示したように、４気筒のうちの中央の二つの気筒の一方である２番気筒で燃焼により筒内圧力が高くなった場合、２番気筒に近接して配置されるブロック側突出部５０のブロック側カム挿入孔５１を介してカムシャフト５４、５５に上向きの力が加わる。そして、２番気筒に近接して配置されるブロック側突出部５０は、気筒配列方向のほぼ中央に位置する。この結果、カムシャフト５４、５５には大きなモーメントは発生せず、カムシャフト５４、５５には図１２に示した断面において回転する方向の力はほとんど作用しない。このため、カムシャフト５４、５５には全体的に上向きの力が作用し、ブロック側突出部５０のブロック側カム挿入孔５１とカムシャフト５４、５５（ブロック側円形カム５６）との間には上方にクリアランスが生じる。加えて、ケース側突出部５２のケース側カム挿入孔５３とカムシャフト５４、５５（ケース側円形カム５８）との間には下方にクリアランスが生じる。

一方、図１３に示したように、４気筒のうち側方の二つの気筒の一方である４番気筒で燃焼により筒内圧力が高くなった場合、４番気筒に近接して配置されるブロック側突出部５０のブロック側カム挿入孔５１を介してカムシャフト５４、５５に上向きの力が加わる。そして、４番気筒に近接して配置されるブロック側突出部５０は、気筒配列方向の端部に位置する。この結果、カムシャフト５４、５５には４番気筒側で上向きに１番気筒側で下向きに移動しようとするモーメントが発生する。このため、ケース側突出部５２のケース側カム挿入孔５３とカムシャフト５４、５５（ケース側円形カム５８）との間には、４番気筒側において下方にクリアランスが生じ、１番気筒側において上方にクリアランスが生じるように、カムシャフト５４、５５が傾斜することになる。加えて、カムシャフト５４、５５には全体的に上向きの力も作用しているため、ブロック側突出部５０のブロック側カム挿入孔５１とカムシャフト５４、５５（ブロック側円形カム５６）との間には上方にクリアランスが生じる。この結果、シリンダブロック２はカムシャフト５４、５５の傾斜に合わせて、図１３に矢印Ｘで示した方向に僅かに傾斜することになる。

上述したように、図１２及び図１３に示した例では、機関本体１００の一方の側面に相対距離センサ４３が配置されている。したがって、２番気筒において燃焼により筒内圧力が高くなってもシリンダブロック２は傾斜しないため相対距離センサ４３によって検出される相対距離はそれほど変化しない。一方、４番気筒において燃焼により筒内圧力が高くなった場合にはシリンダブロック２が傾斜するため相対距離センサ４３によって検出される相対距離が大きく変化する。

≪第三実施形態における制御≫
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。

図１４は、図１２及び図１３を参照して説明したように、一部の気筒における燃焼により筒内圧力が高くなった場合にのみ、シリンダブロック２が僅かに傾斜するような場合を示している。図１２及び図１３に示したように、４番気筒において燃焼により筒内圧力が高くなると、それによってシリンダブロック２が傾斜して相対距離センサ４３によって検出される相対距離が長くなり、その結果、圧縮比検出値εｓが小さくなる。また、１番気筒において燃焼により筒内圧力が高くなると、それによってシリンダブロック２が図１２及び図１３に示した方向と逆方向に傾斜して、相対距離センサ４３によって検出される相対距離が短くなり、その結果、圧縮比検出値εｓが大きくなる。

一方、２番気筒及び３番気筒において燃焼により筒内圧力が高くなった場合には、シリンダブロック２は傾斜せず、よって相対距離センサ４３によって検出される相対距離は筒内圧力の上昇の前後でほとんど変化しない。その結果、圧縮比検出値εｓもほとんど変化しない。

そこで、本実施形態では、圧縮比制御部は、１番気筒において筒内圧力が予め定められた所定の基準圧力以上となる期間及び４番気筒において筒内圧力が予め定められた所定の基準圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲内に現在のクランク角があるときには、圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれないようにしている。加えて、現在のクランク角が上記所定のクランク角範囲外にあるときには、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が更新されるようにしている。

具体的には、図１４に示した例では、所定のクランク角範囲は、１番気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣまでの範囲、及び４番気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣまでの範囲、を意味する。したがって、図１４からわかるように、クランク角が１番気筒及び４番気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣの範囲内にあるときには、圧縮比検出値εｓはＲＡＭ３３に取り込まれない。このため、この間、圧縮比取込値εｒは、クランク角が１番気筒及び４番気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣになる直前に更新された値に維持される。

一方、クランク角が１番気筒及び４番気筒の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣの範囲外にあるときには、ＥＣＵ３０によって制御ルーチンが実行される毎に圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれ、これに伴って圧縮比取込値εｒが更新される。

このように、本実施形態では、燃焼により筒内圧力が高くなった場合に圧縮比検出値εｓが大きく変化する気筒についてのみ、筒内圧力が高い間に圧縮比検出値εｓを取り込まないようにしている。逆に言えば、燃焼により筒内圧力が高くなった場合であっても圧縮比検出値εｓが大きく変化しない気筒については、筒内圧力が高い間であっても圧縮比検出値εｓを取り込むようにしている。このため、本実施形態によれば、確実に筒内圧力Ｐの変動に伴う圧縮比検出値εｓの変動の影響を排除しつつ、圧縮比検出値εｓの取込頻度を高く維持することができ、よって目標機械圧縮比への制御速度を高めることができる。

なお、図１４に示した例では、所定のクランク角範囲を、特定の気筒（図１４に示した例では１番気筒と４番気筒）の圧縮上死点を基準として−２０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣとしている。しかしながら、所定のクランク角範囲は、上記第一実施形態の変更例や第二実施形態と同様に設定される。したがって、所定のクランク角範囲は、特定の気筒の圧縮上死点を基準として０°ＡＴＤＣから３０°ＡＴＤＣまでの範囲とされてもよいし、特定の気筒の圧縮上死点を基準として−１０°ＡＴＤＣから４０°ＡＴＤＣまでの範囲とされてもよい。

≪第三実施形態の変形例≫
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。

例えば、気筒配列方向において一方の端部側に位置する１番気筒のみ燃焼により筒内圧力が高くなったときに、圧縮比検出値εｓが筒内圧力の上昇の前後で変化し、それ以外の気筒については燃焼により筒内圧力が高くなっても圧縮比検出値εｓは筒内圧力の上昇の前後で変化しない場合もある。この場合には、圧縮比制御部は、１番気筒において筒内圧力が予め定められた所定の基準圧力以上となる期間を含む所定のクランク角範囲内に現在のクランク角があるときには、圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれないようにしている。加えて、現在のクランク角が上記所定のクランク角範囲外にあるときには、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が更新されるようにしている。

したがって、第三実施形態及びその変形例に係る制御装置は、内燃機関は１列に並んだ３つ以上の気筒を有し、圧縮比検出部は、複数の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、所定のクランク角範囲は、一方の端部側に位置する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ように構成されているといえる。

また、上記第三実施形態では、クランク角が上記所定のクランク角範囲外にあるときには、ＥＣＵ３０において数ｍｓ毎に圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれ、圧縮比取込値εｒが更新されるようにしている。しかしながら、第一実施形態及びその変形例と同様に、クランク角が上記所定のクランク角範囲外に設定された検出クランク角にあるときに、ＥＣＵ３０において圧縮比検出値εｓがＲＡＭ３３に取り込まれ、圧縮比取込値εｒが更新されるようにしてもよい。

≪フローチャートを用いた制御の説明≫
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。

図１５は、内燃機関の始動判定を行う始動判定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。

図１５に示したように、まず、ステップＳ５１では、現在、始動フラグＦｒがＯＦＦになっているか否かが判定される。始動フラグＦｒがＯＦＦになっていると判定された場合、ステップＳ５２へと進む。ステップＳ５２では、気筒判別が完了しているか否かが判定される。気筒判別は、クランクシャフトが２回転して１サイクルが完了することになるため、現在のクランクシャフトが１サイクルのうちの１回転目なのか２回転目なのかを判別することによって行われる。このような気筒判別を行うことによって、特定の気筒について圧縮上死点を基準としたクランク角を検出することができるようになる。気筒判別が完了していないと判定された場合には、始動フラグＦｒはＯＦＦのままとされて、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ５２において気筒判別が完了したと判定された場合には、ステップＳ５３へと進む。ステップＳ５３では、始動フラグＦｒがＯＮにセットされて、制御ルーチンが終了せしめられる。

また、ステップＳ５１において、現在、始動フラグＦｒがＯＮになっていると判定された場合には、ステップＳ５４へと進む。ステップＳ５４では、内燃機関が停止されたか否かが判定される。ステップＳ５４において、内燃機関が停止されていないと判定された場合には、始動フラグＦｒはＯＮのままとされて、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ５４において、内燃機関が停止されたと判定された場合には、ステップＳ５５へと進む。ステップＳ５５では、始動フラグＦｒがＯＦＦにセットされて、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜全実施形態のまとめ＞
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。

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
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
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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