JP4145098B2 - 可変圧縮比エンジンとその制御 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンとその制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変圧縮比エンジンでは、運転状況に応じた圧縮比変更を行うことで、種々の利点がある。例えば、ノッキングの発生しやすい高負荷時には圧縮比を低くすることで、燃料の自己着火を抑制し、これによりノッキングの発生も抑制できる。低負荷時では圧縮比を高めると、混合気温度の上昇を招いて燃料の燃焼性が高まる。このため、負荷変動を起こしやすい加速走行時等にあっては、負荷変動（低負荷から高負荷に変動）に応じて圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更制御することが行われている。こうした負荷変動に応じた圧縮比制御を行うことで、燃費の向上やドライバビリティの向上を実現している。
【０００３】
ところで、エンジンを運転するに当たっては、一般に空燃比を目標空燃比に一致させるようにする空燃比制御が行われている。こうした空燃比制御を可変圧縮比エンジンに適用する手法は、例えば、特開昭６３−１５９６４２号公報に提案されている。この手法は、低負荷領域では圧縮比を高圧縮比としてその際の目標空燃比をリーン側に設定し、高圧縮比から低圧縮比への変更時には目標空燃比をリッチ側に設定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように空燃比制御と圧縮比変更を行ったとしても、次のような問題が起きることが予想される。エンジンは運転中、ピストンとシリンダ、ピストンとピストンリング、ピストンリング合口等にクリアランスが存在し、燃焼室内の気体がこのクリアランスを吹き抜けるブローバイが起きる。このブローバイガスは、クランクルームに達し、クランクルームから直接、またはシリンダヘッドを経由して、吸気管に戻されている。
【０００５】
圧縮比を変更すると、このブローバイの発生状況が変化してブローバイガス量も変化し、圧縮比変更直後ではブローバイガス量の急変を招く。ブローバイガスは、未燃の燃料混合気を含むことがある。このため、吸気管に戻されたブローバイガスは、燃焼室に入り込む吸気における燃料・空気の比率に乱れを起こす。こうした吸気の比率の乱れは、空燃比を目標空燃比に一致させようとする空燃比制御による燃焼状態に悪影響を及ぼすので、その結果として、排気における残存酸素にも乱れを起こす。よって、圧縮比変更に伴うブローバイにより空燃比制御の信頼性が低下する。
【０００６】
なお、いわゆる直噴エンジンでは、燃料を燃焼室に直接吹き込む都合上、次のような現象が起きると予想される。直噴エンジンでは、その圧縮行程において空気が噴霧燃料と未混合の状況で存在することが有り得え、この空気がエンジンルームにブローバイガスとして漏れ出る。圧縮比が高いと、圧縮行程の間での空気のブローバイガス量が増えるので、圧縮行程の後半での燃料点火時期においては、燃焼室内の空気不足を招くことがある。こうした事態が起きると、結果的には、燃焼室での燃料・空気の比率に乱れを起こすので、先に述べた問題が起きる。
【０００７】
また、空燃比制御は一般に残存酸素に基づいたフィードバック制御手法を採るので、目標空燃比とするための制御には、残存酸素の乱れにより制御の遅れが起きる。よって、運転者は違和感を覚えることがある。例えば、加速操作を止めた場合では、次のようなことが起き得る。
【０００８】
加速を止めるためにアクセルペダルの踏込を急に弛めると、高負荷から低負荷への負荷推移に伴い圧縮比も高い状態とされる。こうした状況ではブローバイガス量が増えて燃料過多となるので、車両の減速状況がペダル操作（踏込弛め）と一致せず、アクセル踏込を弛めた運転者は違和感を覚えることがある。なお、直噴エンジンであればブローバイガス量増により空気不足となって燃焼効率が下がり、トルク不足を招き違和感を覚えることがある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、圧縮比変更に伴う不具合を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の可変圧縮比エンジンの制御方法では、エンジンの圧縮比を変更すると、その圧縮比変更に伴うクランクルームから吸気通路へのブローバイの発生状況に応じて、空燃比に関与する物理量を補正する。よって、圧縮比変更後では、空燃比を目標空燃比に一致させる際のこの両空燃比の偏位に拘わらず、空燃比をリーン側或いはリッチ側に速やかに補正できる。この場合、ブローバイの状況により燃料過多に推移するのであれば、この燃料過多を抑制すべく空気量を増やすよう空燃比をリーン側に補正できる。或いは、空気不足であれば、この空気不足に対処して燃料を調整して空燃比を補正できる。
【００１１】
従って、こうした空燃比補正により、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできるので、圧縮比変更に伴う違和感を緩和できる。また、エミッションの悪化も回避できる。
【００１２】
また、上記課題の少なくとも一部を解決するための本発明の別の可変圧縮比エンジンの制御方法では、エンジンの圧縮比を変更すると、この圧縮比の変更状況に応じて、クランクルームから吸気通路へのブローバイガス量を可変する。つまり、圧縮比変更に伴いブローバイガス量が変動しても、吸気通路へのブローバイガス通気量を可変制御できる。例えば、圧縮比変更に伴うブローバイガス量増により燃料過多に推移するのであれば、ブローバイガス量を制限してこの燃料過多を抑制できる。また、圧縮比変更に伴うブローバイガス量増により空気不足に推移するのであれば、ブローバイガス量を制限してこの空気不足を抑制できる。この逆に、圧縮比変更に伴うブローバイガス量減により燃料量や空気量に乱れが起きるようであれば、ブローバイガスをそれ以前の状況より多く吸気通路に通気できるようにして、こうした乱れを抑制できる。このため、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできるので、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００１３】
上記した本発明の可変圧縮比エンジンの制御方法では、ブローバイの発生状況に応じた物理量補正や圧縮比の変更状況に応じたブローバイガス量の可変制御を、圧縮比変更の過渡期間に亘って行うようにできる。こうすれば、燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくした上で、その後、変更済み圧縮比でのエンジン制御が可能となるので、こうしたエンジン制御（例えば、空燃比を目標空燃比に一致させる制御等）を好適に行うことができる。
【００１４】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の可変圧縮比エンジンでは、圧縮比可変手段により圧縮比が変更されると、空燃比制御手段が制御する際の空燃比に関与する物理量を、圧縮比変更に伴うクランクルームから吸気通路へのブローバイの発生状況に応じて補正する。このため、この本発明のエンジンによっても、圧縮比変更後では、空燃比を目標空燃比に一致させる際のこの両空燃比の偏位に拘わらず、上記したように空燃比を速やかに補正できる。よって、こうした空燃比補正により、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできるので、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００１５】
こうした補正をオープンループ制御により実行するにすれば、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れの抑制より速やかに実行でき好ましい。
【００１６】
また、空燃比に関与する物理量の補正に際しては、燃料噴射量と吸入空気量の少なくとも一方をブローバイ発生状況に応じて補正するようにすることができる。例えば、ブローバイの状況により燃料過多に推移するのであれば、吸入空気量の増大補正と燃料噴射量の減少補正、或いはこの両者を組み合わせて、燃料過多を抑制できる。空気不足の場合は、吸入空気量の増大補正と燃料噴射量の減少補正、或いはこの両者を組み合わせて、空気不足に対処できる。
【００１７】
更に、上記の空燃比補正を圧縮比変更の過渡期間に亘って行うようにでき、こうすれば、既述したように圧縮比変更済みのエンジン制御を好適に行うことができる。
【００１８】
上記課題の少なくとも一部を解決するための本発明の別の可変圧縮比エンジンでは、圧縮比可変手段による圧縮比変更があれば、可変制御手段は、この圧縮比の変更状況に応じて、クランクルームから吸気通路へのブローバイガス量を可変する。このため、圧縮比変更に伴いブローバイガス量が変動しても、既述したように、ブローバイガス量の制限・通気促進を経て燃料過多や空気不足に対処できる。よって、この構成のエンジンによっても、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくして、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００１９】
こうしたブローバイガス量の可変制御に当たっては、通気手段に絞りを設け、圧縮比の変更状況に応じて、この絞りの絞り開度を調整すればよい。こうすれば、絞り開度調整という簡単な機器制御で、ブローバイガス量の制限・通気促進を経た燃料過多や空気不足への対処、引いては、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００２０】
また、ブローバイガス量の可変制御を、圧縮比変更の過渡期間に亘って実行するようにすることもでき、こうすれば、既述したように圧縮比変更済みのエンジン制御を好適に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の形態を実施例に基づき説明する。図１は第１実施例に係る可変圧縮比エンジン２０の構成を概略的に説明する説明図である。
【００２２】
図示するように、この可変圧縮比エンジン２０は、シリンダブロック２２とシリンダヘッド２４を備え、そのシリンダ２６にピストン２８を組み込んで備える。ピストン２８は、屈曲可能に構成されたコンロッド２７を介してクランクシャフト２９と連結され、シリンダ内でのピストン２８の上下往復動は、コンロッド２７を経てクランクシャフト２９の回転運動に変換される。コンロッド２７は、後述する圧縮比可変機構３０を構成し、その屈曲程度の変更を経てピストン２８の上死点位置および下死点位置を同時に変化させる。これにより、可変圧縮比エンジン２０は、圧縮比を変更することができる。この詳細は後述する。
【００２３】
可変圧縮比エンジン２０は、シリンダヘッド２４の図示しない吸気ポートに吸気管５０を接続して備える。吸気管５０は、インジェクタ５２が吸気管流路に噴射した燃料を、空気との混合気状態で吸気ポートを経て燃焼室に導く。この場合、空気の吸気量はスロットルバルブ５４にて調整され、燃料混合比が調整される。また、可変圧縮比エンジン２０は、シリンダブロック２２が形成するクランクルーム２３から吸気管５０に到るブローバイガス流路５３を備え、シリンダ２６の燃焼室からピストン・クリアランスを吹き抜けたブローバイガスを、このブローバイガス流路５３を経て吸気管５０に通気する。本実施例では、ブローバイガス流路５３をスロットルバルブ５４の下流で吸気管５０に接続させている。よって、ブローバイガスは、吸気管５０の負圧に吸引されて吸気管５０に流れ込む。
【００２４】
可変圧縮比エンジン２０は、圧縮比変更やスロットルバルブ５４の駆動等を統括制御するＥＣＵ６０を備える。このＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータを中心とする論理演算回路として構成され、スロットルバルブ駆動用のアクチュエータ６３やスロットルセンサ５５、アクセルセンサ６１の他、エンジン回転数とクランク角を検出する回転数・クランク角センサ５６、圧縮比変更のためのアクチュエータ（サーボモータ）５７、圧縮比を検出する圧縮比センサ５８、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ６２、吸気の量を検出するエアフロメータ６４等と接続されている。
【００２５】
次に、圧縮比変更のための構成について詳述する。図２はコンロッド２７を含む圧縮比可変機構３０を示す概略斜視図、図３はこの圧縮比可変機構３０による圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【００２６】
図示するように、圧縮比可変機構３０は、コンロッド２７を、ピストン２８の側の第１コンロッド３１と第２コンロッド３２とを連結して構成する。第１コンロッド３１は、その上部の小端部３３で、ピストン２８とピストンピン３４により回動可能に連結されている。第２コンロッド３２は、その下部の大端部３５で、クランクシャフト２９の図示しないクランクピンと回転可能に連結されている。また、この第１、第２の両コンロッドは、第１コンロッド下端側と第２コンロッド上端側でコンロッドピン３６を介して互いに回動可能に連結されている。
【００２７】
第１コンロッド３１は、下端側に突出部３１ａを備え、この突出部３１ａで、コントロールロッド３７の一端側とピン３８により回動可能に連結されている。コントロールロッド３７は他端側に貫通孔３７ａを備え、この貫通孔３７ａには、コントロールシャフト３９が回動可能に嵌合組み付けされている。
【００２８】
この他、圧縮比可変機構３０はコントロールシャフトガイド４０を有し、当該シャフトガイドをシリンダブロック２２（図１参照）に回動可能に支持する。このコントロールシャフトガイド４０は、その両端部と途中複数箇所に断面円形のままの軸受部４１を備え、隣り合う軸受部４１の間を、断面三日月形に切欠形成した連結部４２とする。連結部４２は、エンジンの気筒数と同じ数だけ用意され、各連結部の切欠領域４３にコントロールシャフト３９が位置するよう、このコントロールシャフト３９はコントロールシャフトガイド４０に嵌合・固定されている。つまり、コントロールシャフト３９はコントロールシャフトガイド４０の回動中心軸（中心軸）Ｘから偏心した位置に嵌合・固定される。よって、コントロールシャフトガイド４０が回動することで、コントロールシャフト３９は中心軸Ｘに対して揺動してその位置を変え、これによりコントロールロッド３７はピン３８を介して第１コンロッド３１を第２コンロッド３２に対して屈曲変位させる。こうしてコンロッド２７が屈曲すると、その屈曲程度に応じてピストン２８の上死点位置と下死点位置長は同時に変わり、可変圧縮比エンジン２０は圧縮比を変更する。この場合、圧縮比変更、即ちコントロールシャフトガイド４０の回動状況は、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ６０により制御される。
【００２９】
なお、コントロールシャフト３９が揺動する際に、コントロールロッド３７が連結部４２と干渉しないよう、連結部４２は、その断面形状および寸法が設定されている。
【００３０】
圧縮比可変機構３０は、上記したコントロールシャフト３９の揺動を起こすため、図３に示すように、そのアクチュエータとしてのサーボモータ５７とウォームギア４７を有する。ウォームギア４７は、サーボモータ５７のシャフトに連結されたウォーム４８と、コントロールシャフトガイド４０に連結された直結されたウォームホイール４９とで構成される。従って、コントロールシャフトガイド４０は、サーボモータ５７の回転に伴って回転し、その回転方向と回転角はモータ制御により定まる。
【００３１】
つまり、サーボモータ５７によりウォーム４８が回転すると、コントロールシャフトガイド４０はこの回転程度に応じた角度だけ回転し、既述したように、コントロールシャフト３９とコントロールロッド３７を変位させる。このコントロールロッド３７の変位によりコンロッド２７の屈曲状態が定まり、エンジンの圧縮比蛩が変化する。本実施例では、コントロールシャフト３９は、コントロールシャフトガイド４０の中心軸Ｘ周りに略３時の方向から略６時の方向の９０ーの範囲で変位可能であり、６時の方向ほど圧縮比蛩が高くなるように設定されている。
【００３２】
なお、圧縮比センサ５８は、コントロールシャフトガイド４０或いはウォームホイール４９の回転角度（方向を含む）を検出し、これをＥＣＵ６０に出力する。ＥＣＵ６０は、このセンサ出力に基づいて、実際の圧縮比蛩を算出するよう構成されている。
【００３３】
ＥＣＵ６０は、既述した各種センサからのセンサ出力を受け、種々のエンジン制御を行う。このうち、本実施例の可変圧縮比エンジン２０が行う特徴的な制御とこれに関連する制御について、順次説明する。図４は圧縮比変更制御を示すフローチャート、図５はこの圧縮比変更制御の内容を説明するための説明図である。
【００３４】
図４に示す圧縮比変更制御ルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行されるものであり、まず、回転数・クランク角センサ５６からのエンジン回転数読み込み、アクセル踏込状況を出力するアクセルセンサ６１やスロットルセンサ５５或いは図示しない吸気管負圧センサからのセンサ出力に応じたトルクの読み込みを行う（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだ回転数・トルクと図５に示すこの両者と圧縮比とのマップに基づいて目標とする圧縮比εｔを演算する（ステップＳ１１０）。本実施例では、図５に示すように、目標圧縮比を高圧縮域・中圧縮域・低圧縮域の３段階で切り換えるようにした。この場合、図５のマップは、エンジン冷却水温度、吸入空気温度、或いはエミッション等の状況に応じて複数用意され、その時のエンジン運転状況に併せて適宜切り換えるようにすることもできる。
【００３５】
次に、圧縮比センサ５８からの現状圧縮比の読み込みを行い（ステップＳ１２０）、その読み込んだ圧縮比εｉと目標圧縮比εｔとの一致状況に基づいて、圧縮比の変更を要するか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、上記の両圧縮比が一致していなければ、圧縮比変更を要すると判定し、ＥＣＵ６０は、圧縮比を目標圧縮比εｔとするための変更指令をサーボモータ５７に出力する（ステップＳ１４０）。詳しくは、現状の圧縮比εｉを目標圧縮比εｔとするに必要な駆動信号をサーボモータ５７に出力し、上記の各処理を繰り返す。こうした制御により、可変圧縮比エンジン２０は、サーボモータ５７を駆動源とする圧縮比可変機構３０によりコンロッド２７の屈曲程度を変更し、エンジンの圧縮比を変更する。
【００３６】
可変圧縮比エンジン２０では、こうした圧縮比変更制御と並行して、以下のようにして燃料噴射制御を行う。図６は可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャートである。
図示する燃料噴射制御ルーチンにあっても所定時間、例えば、所定クランク角（３６０゜ＣＡ）毎にごとに繰り返し実行され、まず、燃料噴射量算出に必要なエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｑ、目標圧縮比εｔを読み込む（ステップＳ２００〜２２０）。このエンジン回転数ＮＥと吸入空気量Ｑについては、回転数・クランク角センサ５６とエアフロメータ６４のセンサ出力から読み込み、目標圧縮比εｔについては、図４の圧縮比変更制御で定まったものを読み込む。この場合、図４の圧縮比変更制御により、可変圧縮比エンジン２０の実際の圧縮比εは目標圧縮比εｔに一致するようされるので、目標圧縮比εｔの読み込みに代えて実際の圧縮比εを読み込むようにすることもできる。なお、図４のステップＳ１４０により圧縮比が変更された直後にあっては、実際の圧縮比εより目標圧縮比εｔを用いることが好ましい。
【００３７】
続いて、読み込んだ吸入空気量Ｑと回転速度ＮＥおよび目標圧縮比εｔを用いて、基本燃料噴射量ＴＰを次式（１）に従って算出する（ステップＳ２３０）。
ＴＰ←ｋ・Ｑ・ｆ（εｔ）／ＮＥ …（１）
【００３８】
ここで、ｋは定数であり、ｆ（εｔ）は、図４に示すような高圧縮域・中圧縮域・低圧縮域の３段階の目標圧縮比εｔに応じて定まる係数である。そして、このｆ（εｔ）は、高圧縮域ほど小さな値となるように、予め定められてＥＣＵの所定記憶領域に記憶されている。
【００３９】
ところで、後述するように本実施例では、圧縮比変化補正制御にて、吸入空気量Ｑを圧縮比の変化状況、即ちブローバイガス量の変化状況に応じて補正する。よって、こうした補正の実行期間に亘っては、上記の式（１）による基本燃料噴射量ＴＰ算出には、補正実行前に読み込んだ吸入空気量Ｑをそのまま用いる。
【００４０】
次に、既に読み込み済みの目標圧縮比εｔに応じた目標空燃比を設定する（ステップＳ２４０）。この目標空燃比は、例えば図４に示す高圧縮域・中圧縮域・低圧縮域の各域ごとに予め定められてＥＣＵの所定記憶領域に記憶されており、高圧縮比側でリッチ側とされている。これに続いて、酸素センサ６２からのセンサ出力（酸素濃度）を読み込み（ステップＳ２５０）、そのセンサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に応じて空燃比補正係数ＦＡＦを補正して、補正後のＦＡＦ（ΔＯ2）を空燃比補正係数ＦＡＦとする（ステップＳ２６０）。つまり、空燃比補正係数ＦＡＦはセンサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に基づき補正され、空燃比は目標空燃比と一致するようフィードバック制御される。
【００４１】
こうした空燃比補正係数ＦＡＦの算出に続いては、ステップＳ２３０で求めた基本燃料噴射量ＴＰに、次式（２）に従うように各種補正係数を掛けることにより実燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ２７０）。
ＴＡＵ←ＴＰ・ＦＡＦ・（１＋ＦＷＬ）・α・β …（２）
【００４２】
ここで、ＦＷＬは水温増量補正係数であり、図示しない水温センサで検出された冷却水温ＴＨＷに応じて算出される。この算出処理は、ＥＣＵが備える所定のマップを用いて冷却水温ＴＨＷから水温増量補正係数ＦＷＬを求めるものである。このマップは、冷却水温ＴＨＷと水温増量補正係数ＦＷＬとの関係を示すものであり、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど水温増量補正係数ＦＷＬは大きな値をとるようされている。
【００４３】
α，βは、その他の補正係数であり、例えば、吸気温補正，電源電圧補正等に関する補正係数が該当する。
【００４４】
ステップＳ２７０で実燃料噴射量ＴＡＵが算出されると、続いて、その実燃料噴射量ＴＡＵに相当する燃料噴射時間をインジェクタ５２の開弁時間を決定する図示しないカウンタにセットする（ステップＳ２８０）。この結果、そのカウンタにセットされた開弁時間だけ、インジェクタ５２が開弁駆動される。その後、「リターン」に抜けて処理を一旦終了する。
【００４５】
次に、圧縮比変更に伴って行う圧縮比変化補正制御について説明する。図７は圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
図示する圧縮比変化補正制御にあっても、所定時間ごとに繰り返されるものである。この圧縮比変化補正制御は、圧縮比変更に伴うものであるので、その繰り返し時間間隔は、総ての気筒にて圧縮比可変機構３０による圧縮比変更が完了する時間を見込んで定められている。これにより、圧縮比変化補正制御は、圧縮比可変機構３０により圧縮比が変更されつつある間、具体的にはコンロッド２７が屈曲を行っている間において実行されず、コンロッド２７の屈曲完了、即ち圧縮比変更が完了してから実行されるようになる。
【００４６】
ＥＣＵ６０は、この圧縮比変化補正制御の最初の処理で、圧縮比センサ５８から処理開始時点での圧縮比εｉを読み込み、これを所定の記憶領域に更新記憶する（ステップＳ３００）。この圧縮比の更新記憶は、相前後して行われる圧縮比変化補正制御で読み込んだ圧縮比を時系列的に更新記憶するようにされている。続いて、前回の処理の際に記憶済みに圧縮比ε（ｉ−１）を読み込み（ステップＳ３１０）、これと今回の圧縮比εｉとを対比してその増減有無を判定する（ステップＳ３２０）。
【００４７】
ここで、増減無し（εｉ＝ε（ｉ−１））と判定すれば、「リターン」に抜けて処理を一旦終了する。つまり、圧縮比に変化はないので、何の補正もなく本ルーチンを終了し、図６のステップＳ２８０による燃料噴射がそのまま行われる。
【００４８】
一方、圧縮比増大（εｉ＞ε（ｉ−１））と判定すれば、ＥＣＵ６０は、スロットルバルブ駆動用のアクチュエータ６３に開度増側の駆動信号を出力し（ステップＳ３３０）、その後、「リターン」に抜けて処理を一旦終了する。従って、このステップＳ３３０を経ることで、圧縮比増大変化の際には、強制的なスロットルバルブ５４の開側駆動による吸入空気量の増量を図りつつ、図６のステップＳ２８０による燃料噴射とを行う。この空気量増量は、圧縮比増大前の状況に比べてのものである。
【００４９】
また、圧縮比低減（εｉ＜ε（ｉ−１））と判定すれば、ＥＣＵ６０は、スロットルバルブ駆動用のアクチュエータ６３に開度減側の駆動信号を出力し（ステップＳ３４０）、処理を一旦終了する。従って、このステップＳ３４０を経ることで、圧縮比低減変化の際には、強制的なスロットルバルブ５４の閉側駆動による吸入空気量の減量を図りつつ、図６のステップＳ２８０による燃料噴射とを行う。この空気量減量にあっては、圧縮比低減前の状況に比べてのものである。
【００５０】
こうした補正を行う本実施例によれば、次のような利点がある。
圧縮比増大（εｉ＞ε（ｉ−１））の状況では、こうした圧縮比変更に伴ってブローバイガス量が増え、ブローバイガス流路５３を経てクランクルーム２３から吸気管５０に達するブローバイガス量も増える。本実施例のように混合吸気式の可変圧縮比エンジン２０では、ブローバイガスに未燃の燃料混合気を含むことから、燃焼室に入り込む混合気は、吸気管５０へのブローバイガス量増により、燃料過多側（空燃比リッチ側）に推移する。こうした圧縮比増大の局面で何の対処もしないとすれば、圧縮比変更前後で燃料過多での燃焼が起きるので、酸素センサ６２の出力に大きな乱れを起こす。よって、図６のステップＳ２６０では、ＦＡＦの急変を招き、結果的にはフィードバック制御の遅れに基づく運転者の違和感を来す。
【００５１】
しかしながら、本実施例では、圧縮比増大の状況となると、ステップＳ３３０により吸入空気量の増量を図って空燃比をリーン側とし、こうした燃料過多を抑制できる。このため、圧縮比増大変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れの抑制を通して、酸素センサ６２の出力乱れを抑制でき、ＦＡＦの急変を招かないようにできる。よって、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００５２】
こうした吸入空気量の増大は、その増大程度を圧縮比の増大程度、即ちブローバイガス量の増大程度に合わせるように行うことができる。例えば、低圧縮域から高圧縮域への圧縮比増大で有れば、吸入空気量増大を大きくし、中圧縮域から高圧縮域への変更、或いは低圧縮域から中圧縮域への変更の場合は、吸入空気量の増大を控えるようにすることができる。
【００５３】
圧縮比低減の状況も同様であり、この圧縮比低減によるブローバイガス量の低減を加味してステップＳ３４０により吸入空気量の低減を図ることができる。よって、圧縮比低減変更後における上記の比率の乱れを抑制して酸素センサ６２の出力乱れを抑制できるので、既述したように、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。なお、圧縮比低減によるブローバイガス量低減の様子は、圧縮比増大時のブローバイガス量増大に比せば緩慢であることから、ステップＳ３４０の処理を省略するようにすることもできる。
【００５４】
こうしたステップＳ３３０、３４０の吸入空気量補正はオープンループ制御によるものであることから、こうした空気量補正の実効性が高まり、上記の燃料・空気の比率の乱れの速やかな抑制に効果的である。
【００５５】
上記した図７の圧縮比変化補正制御では、圧縮比増大或いは低減が見られる間においてステップＳ３３０、３４０による吸入空気量増減を行い、実際の圧縮比（ステップＳ３００での読み込み圧縮比）が定常となると吸入空気量増減を停止する。一般に、圧縮比変更は約１００〜３００ｍｓｅｃ程度で終了するので、吸入空気量増減をこの圧縮比変更実行期間を越える所定時間、例えば、数秒間程度に亘って強制的に行うようにすることができる。こうすれば、圧縮比変更が行われた後の過渡的な期間に亘って吸入空気量増減を実行するので、圧縮比が変更済みの状況では、燃料噴射制御等の各種エンジン制御を好適に行うことができる。なお、この吸入空気量増減の実行時間は、ディップスイッチやプログラム変更等の種々の手法で任意に長短設定できると共に、後日その時間を変更することもできる。
【００５６】
次に、第２実施例について説明する。この実施例は、圧縮比変更に伴って燃料噴射量増減を強制的に図る点に特徴がある。図８は第２実施例における可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャート、図９は同じく第２実施例における圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
【００５７】
図示するように、第２実施例にあっても、燃料噴射制御では、先の実施例同様、燃料噴射量算出に必要なエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｑ、目標圧縮比εｔの読み込み（ステップＳ２００〜２２０）、これらを用いた式（１）による基本燃料噴射量ＴＰの算出（ステップＳ２３０）を行う。
【００５８】
このステップＳ２３０に続いては、フラグＦΔεが値１であるか否かを判定する（ステップＳ２３２）。このフラグＦΔεは、後述する図９の圧縮比変更制御ルーチンによりセットされるものであり、その値により圧縮比変更の有無を示す。
【００５９】
ここで、ＦΔε＝０であると判定すると、圧縮比変更の局面ではないので、先に説明したように、目標圧縮比εｔに応じた目標空燃比の設定（ステップＳ２４０）、酸素センサ６２からのセンサ出力（酸素濃度）の読み込み（ステップＳ２５０）、その偏差ΔＯ2に応じた空燃比補正係数ＦＡＦの補正設定（ステップＳ２６０）を行う。この場合であっても、偏差ΔＯ2に基づく空燃比補正係数ＦＡＦの補正により、空燃比は目標空燃比と一致するようフィードバック制御される。
【００６０】
一方、ＦΔε＝１であると判定すると、圧縮比変更が起きた局面であるので、ステップＳ２６５に移行する。このステップＳ２６５では、図９の圧縮比変更制御ルーチンにおいて圧縮比の変更状況、即ちブローバイガス量の変化状況に応じて定められる補正係数ＦＡＦ（Δε）を、次のステップＳ２７０で用いる空燃比補正係数ＦＡＦにセットする（ステップＳ２６５）。
【００６１】
こうしたステップＳ２６０、２６５に続いては、式（２）に基づいた実燃料噴射量ＴＡＵの算出（ステップＳ２７０）、実燃料噴射量ＴＡＵに相当する燃料噴射時間のカウンタセット（ステップＳ２８０）を行う。こうした処理により、実燃料噴射量ＴＡＵは、圧縮比変更の状況（ブローバイガス量の変化状況）に応じてＦＡＦ（ΔＯ2）とＦＡＦ（Δε）を使い分けて算出される。
【００６２】
図９に示すように、この実施例の圧縮比変化補正制御にあっても、圧縮比εｉの読み込み・更新記憶（ステップＳ３００）、前回処理の圧縮比ε（ｉ−１）の読み込み（ステップＳ３１０）、およびその対比により圧縮比増減有無判定（ステップＳ３２０）を行う。
【００６３】
ここで、増減無し（εｉ＝ε（ｉ−１））と判定すれば、圧縮比変更の状況（ブローバイガス量の変化状況）に応じた空燃比補正係数ＦＡＦの補正は不要であるとして、フラグＦΔεに値ゼロをセットし（ステップＳ３２２）、本ルーチンを終了する。これにより、既述したように、実燃料噴射量ＴＡＵは、センサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に応じたＦＡＦ（ΔＯ2）で算出される。
【００６４】
一方、圧縮比増大（εｉ＞ε（ｉ−１））と判定すれば、ＥＣＵ６０は、補正係数ＦＡＦ（Δε）を、これを減少させた係数ＦＡＦ（Δε；−）とする（ステップＳ３３２）。また、圧縮比低減（εｉ＜ε（ｉ−１））と判定すれば、補正係数ＦＡＦ（Δε）を、これを増大させた係数ＦＡＦ（Δε；＋）とする。
【００６５】
この減少係数ＦＡＦ（Δε；−）と増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）を定めるに当たり、その増減の程度は、圧縮比の変更状況、即ちブローバイガス量の変化状況に合わせるように行うことができる。例えば、低圧縮域から高圧縮域への圧縮比増大で有れば、減少係数ＦＡＦ（Δε；−）をその減少程度が大きいものとし、中圧縮域から高圧縮域への変更、或いは低圧縮域から中圧縮域への変更の場合は、減少程度を控えたものとすることができる。圧縮比低減の状況も同様であり、この圧縮比低減によるブローバイガス量の低減を加味してステップＳ３４２による増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）の増大程度を定めるようにすることもできる。
【００６６】
そして、上記のステップＳ３３２、３４２で減少係数ＦＡＦ（Δε；−）・増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）をセットした後は、フラグＦΔεに値１をセットし（ステップＳ３５０）、本ルーチンを終了する。これにより、既述したように、実燃料噴射量ＴＡＵは、圧縮比の変更状況（ブローバイガス量の増減状況）に応じた増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）、或いは減少係数ＦＡＦ（Δε；−）で算出され、この際には、センサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に応じたＦＡＦ（ΔＯ2）は採用されない。
【００６７】
以上説明したように、本実施例では、圧縮比増大変化（ブローバイガス量増大変化）の際には、強制的に噴射量が低減されて燃料噴射が行われ、圧縮比低減変化（ブローバイガス量低減変化）の際には、強制的に噴射量が増大されて燃料噴射が行われる。このため、圧縮比変更に伴ってブローバイガス量が増大して混合気に燃料過多（空燃比リッチ）の現象が起きても、燃料噴射量低減（ステップＳ３３２）を図って空燃比をリーン側とし、こうした燃料過多を抑制できる。このため、圧縮比増大変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れの抑制を通して、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００６８】
なお、圧縮比低減によるブローバイガス量低減の様子は、圧縮比増大時のブローバイガス量増大に比せば緩慢であることから、ステップＳ３４２の処理を省略するようにすることもできる。
【００６９】
こうしたステップＳ３３２、３４２の係数ＦＡＦ（Δε）の補正はオープンループ制御によるものであることから、係数補正の実効性が高まり、上記の燃料・空気の比率の乱れの速やかな抑制に効果的である。
【００７０】
この図９の圧縮比変化補正制御にあっても、図７と同様、圧縮比増大或いは低減が見られる間においてステップＳ３３２、３４２による燃料噴射量の補正係数増減を行い、実際の圧縮比（ステップＳ３００での読み込み圧縮比）が定常となると吸入空気量増減を停止する。よって、この実施例にあっても、既述したように、所定時間に亘って補正係数増減を強制的に行うようにすることができる。こうすれば、圧縮比変更が行われた後の過渡的な期間に亘って燃料噴射量増減を図るので、圧縮比が変更済みの状況では、各種エンジン制御を好適に行うことができる。この場合であっても、補正係数増減の実行時間は、ディップスイッチやプログラム変更等の種々の手法で任意に長短設定できると共に、後日その時間を変更することもできる。
【００７１】
次に、第３実施例について説明する。この実施例は、吸気バルブの開閉時期を制御するバブル制御装置を有し、当該装置にてバルブ開閉時期を制御して吸入空気量を調整する点に特徴がある。図１０は、第３実施例における制御の様子を説明する説明図である。
【００７２】
この実施例にあっても、既述したように圧縮比変化補正制御を実行し、圧縮比の変更局面においてバルブ開閉タイミングを調整する。今、図１０に示すように、低エンジン回転数の時に低圧縮域のポイントＡから高圧縮域のポイントＢに圧縮比が増大変更されたとする。そうすると、圧縮比が定常状態における吸気バルブの開閉状態を表す図中の開閉曲線Ｉｖを、図中左にシフトさせて開閉曲線ＩｖＡＢとし、この曲線に合うよう吸気バルブの開閉タイミングを早める。これにより、ポイントＡからポイントＢに圧縮比が増大してブローバイガス量が増える際には、開閉タイミングを早めたことにより燃焼室への吸入空気量が増え、空燃比をリーン側とする。
【００７３】
また、高エンジン回転数の時に低圧縮域のポイントａから高圧縮域のポイントｂに圧縮比が増大変更された場合は、吸気バルブの開閉曲線Ｉｖを、図中右にシフトさせて開閉曲線Ｉｖａｂとし、この曲線に合うよう吸気バルブの開閉タイミングを遅くする。これは、次の理由による。
エンジン回転数が高くなると、バルブ開に伴う吸気に際して空気に働く慣性力が増す。よって、バルブタイミングを遅くしても、この慣性力による吸引量増加により吸入空気量が増えるからである。こうしてポイントａからポイントｂへの圧縮比増大時であっても、燃焼室への吸入空気量を増やし、空燃比をリーン側とすることができる。こうしたタイミングのシフト量は、エンジン回転数に応じて予め定められている。
【００７４】
このようにバルブタイミングを調整することでも、圧縮比増大変更の局面においては、吸入空気量の増大を起こすので、上記した実施例と同様、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００７５】
以上説明した各実施例は、燃料を燃焼室に直接噴射する直噴エンジンにも適用できる。こうした直噴エンジンでは、燃焼室に入り込む空気の一部がブローバイガスに置き換わって空気不足を招くので、この空気不足に対処するよう、圧縮比変更状況（ブローバイガス量変化状況）に応じてスロットルバルブ５４の開度を調整したり、燃料噴射量を増減すればよい。例えば、図７のステップＳ３３０や図９のステップＳ３３２では、圧縮比増大に併せて空気量増や係数低減（燃料噴射量低減）を行う。こうすれば、直噴エンジンにあっても、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００７６】
次に、他の実施例について説明する。この実施例は、吸気管５０に吸引されるブローバイガス量自体を調整する点に特徴がある。図１１は第４実施例に係る可変圧縮比エンジン２０Ａの構成を概略的に説明する説明図である。
【００７７】
図示するように、この可変圧縮比エンジン２０Ａは、圧縮比可変機構３０により圧縮比を変更する点で既述した可変圧縮比エンジン２０とその構成が共通し、次の点で相違する。つまり、可変圧縮比エンジン２０Ａは、吸気管５０にブローバイガスを導くブローバイガス流路５３にブローバイバルブ７０を備え、当該流路の開度を調整する。
【００７８】
この第４実施例では、圧縮比変化補正制御を次のようにして行う。既述した図７のステップＳ３３０や図９のステップＳ３３２のように圧縮比増大の局面では、ブローバイバルブ７０を閉側に駆動してブローバイガス量を制限する。こうすれば、吸気管５０に吸引されるブローバイガス量が低減することから、燃料過多の状況を抑制できる。また、直噴エンジンであれば、ブローバイガス量を制限して空気不足を抑制できる。
【００７９】
また、圧縮比が低減すれば、それ以前の状況（即ち高い圧縮比の状況）よりもブローバイバルブ７０を開側に駆動してブローバイガス量が増えるようにすることもできる。よって、吸入空気量や燃料噴射量に対するブローバイガス量に大きな乱れを起きないようにできるので、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできる。これらの結果、上記の各実施例と同様に、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくして、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００８０】
しかも、この可変圧縮比エンジン２０Ａでは、ブローバイバルブ７０の開度調整という簡単な構成で、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００８１】
なお、このようにブローバイガス量を調整する場合であっても、既述したように、このブローバイガス量調整を、圧縮比変更が行われた後の過渡的な期間に亘って行うようにすることができる。また、圧縮比低減によるブローバイガス量低減の様子は、圧縮比増大時のブローバイガス量増大に比せば緩慢であることから、圧縮比低減時には、ブローバイバルブ７０のバルブ開度を維持するようにすることもできる。
【００８２】
更に、ブローバイガス量調整の程度を、ブローバイガス量に応じて定めるようにすることもできる。
【００８３】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００８４】
例えば、上記した各実施例では、圧縮比変更の有無を圧縮比センサ５８からのセンサ出力で判断したが、次のようにすることもできる。つまり、スロットルセンサ５５や回転数・クランク角センサ５６からのセンサ出力によりその時の圧縮比を、図５に示したようなマップから読み取り、その読み取った圧縮比の変化状況から圧縮比の変更有無を判断するようにすることもできる。こうすれば、圧縮比センサ５８が不要となり、コスト低減に寄与できる。
【００８５】
また、図７等の圧縮比変化補正制御では、圧縮比の変更状況により、吸入空気量Ｑ、燃料噴射量を増減補正したが、次のようにすることもできる。つまり、ブローバイガス流路５３にブローバイガス量を検出するセンサ（ブローバイセンサ）を設け、圧縮比の変更状況に伴う吸入空気量Ｑや燃料噴射量の増減補正程度を、このブローバイセンサ出力によって調整する。こうすれば、当該補正程度をブローバイガス量の変化状況により的確に併せることができるので、圧縮比変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れをより的確に抑制でき好ましい。
【００８６】
また、上記の実施例では、燃料噴射量補正（係数補正）と吸入空気量補正の一方を行うものについて説明したが、この両者を組み合わせて実行するようにすることもできる。
【００８７】
この他、屈曲するコンロッド２７を有する圧縮比可変機構３０によって圧縮比を変更する場合について説明したが、こうした構成に限るわけではない。例えば、ピストン２８とこれにピストンピンを介して連結されたコンロッドとの位置関係を、油圧機構により変更できるようにして、ピストンの上死点位置と下死点位置を同時に変更するようなものとすることもできる。また、サーボモータ５７とウォームギア４７に代え、コントロールシャフトガイド４０を油圧機構式のヘリカルスプラインにて回転させるように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る可変圧縮比エンジン２０の構成を概略的に説明する説明図である。
【図２】コンロッド２７を含む圧縮比可変機構３０を示す概略斜視図である。
【図３】この圧縮比可変機構３０による圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【図４】圧縮比変更制御を示すフローチャートである。
【図５】この圧縮比変更制御の内容を説明するための説明図である。
【図６】可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【図７】圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
【図８】第２実施例における可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【図９】同じく第２実施例における圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
【図１０】第３実施例における制御の様子を説明する説明図である。
【図１１】第４実施例に係る可変圧縮比エンジン２０Ａの構成を概略的に説明する説明図である。
【符号の説明】
２０…可変圧縮比エンジン
２０Ａ…可変圧縮比エンジン
２２…シリンダブロック
２３…クランクルーム
２４…シリンダヘッド
２６…シリンダ
２７…コンロッド
２８…ピストン
２９…クランクシャフト
３０…圧縮比可変機構
３１…第１コンロッド
３１ａ…突出部
３２…第２コンロッド
３３…小端部
３４…ピストンピン
３５…大端部
３６…コンロッドピン
３７…コントロールロッド
３７ａ…貫通孔
３８…ピン
３９…コントロールシャフト
４０…コントロールシャフトガイド
４１…軸受部
４２…連結部
４３…切欠領域
４７…ウォームギア
４８…ウォーム
４９…ウォームホイール
５０…吸気管
５２…インジェクタ
５３…ブローバイガス流路
５４…スロットルバルブ
５５…スロットルセンサ
５６…回転数・クランク角センサ
５７…サーボモータ
５８…圧縮比センサ
６１…アクセルセンサ
６２…酸素センサ
６３…アクチュエータ
６４…エアフロメータ
７０…ブローバイバルブ
Ｘ…中心軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンとその制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変圧縮比エンジンでは、運転状況に応じた圧縮比変更を行うことで、種々の利点がある。例えば、ノッキングの発生しやすい高負荷時には圧縮比を低くすることで、燃料の自己着火を抑制し、これによりノッキングの発生も抑制できる。低負荷時では圧縮比を高めると、混合気温度の上昇を招いて燃料の燃焼性が高まる。このため、負荷変動を起こしやすい加速走行時等にあっては、負荷変動（低負荷から高負荷に変動）に応じて圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更制御することが行われている。こうした負荷変動に応じた圧縮比制御を行うことで、燃費の向上やドライバビリティの向上を実現している。
【０００３】
ところで、エンジンを運転するに当たっては、一般に空燃比を目標空燃比に一致させるようにする空燃比制御が行われている。こうした空燃比制御を可変圧縮比エンジンに適用する手法は、例えば、特開昭６３−１５９６４２号公報に提案されている。この手法は、低負荷領域では圧縮比を高圧縮比としてその際の目標空燃比をリーン側に設定し、高圧縮比から低圧縮比への変更時には目標空燃比をリッチ側に設定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように空燃比制御と圧縮比変更を行ったとしても、次のような問題が起きることが予想される。エンジンは運転中、ピストンとシリンダ、ピストンとピストンリング、ピストンリング合口等にクリアランスが存在し、燃焼室内の気体がこのクリアランスを吹き抜けるブローバイが起きる。このブローバイガスは、クランクルームに達し、クランクルームから直接、またはシリンダヘッドを経由して、吸気管に戻されている。
【０００５】
圧縮比を変更すると、このブローバイの発生状況が変化してブローバイガス量も変化し、圧縮比変更直後ではブローバイガス量の急変を招く。ブローバイガスは、未燃の燃料混合気を含むことがある。このため、吸気管に戻されたブローバイガスは、燃焼室に入り込む吸気における燃料・空気の比率に乱れを起こす。こうした吸気の比率の乱れは、空燃比を目標空燃比に一致させようとする空燃比制御による燃焼状態に悪影響を及ぼすので、その結果として、排気における残存酸素にも乱れを起こす。よって、圧縮比変更に伴うブローバイにより空燃比制御の信頼性が低下する。
【０００６】
なお、いわゆる直噴エンジンでは、燃料を燃焼室に直接吹き込む都合上、次のような現象が起きると予想される。直噴エンジンでは、その圧縮行程において空気が噴霧燃料と未混合の状況で存在することが有り得え、この空気がエンジンルームにブローバイガスとして漏れ出る。圧縮比が高いと、圧縮行程の間での空気のブローバイガス量が増えるので、圧縮行程の後半での燃料点火時期においては、燃焼室内の空気不足を招くことがある。こうした事態が起きると、結果的には、燃焼室での燃料・空気の比率に乱れを起こすので、先に述べた問題が起きる。
【０００７】
また、空燃比制御は一般に残存酸素に基づいたフィードバック制御手法を採るので、目標空燃比とするための制御には、残存酸素の乱れにより制御の遅れが起きる。よって、運転者は違和感を覚えることがある。例えば、加速操作を止めた場合では、次のようなことが起き得る。
【０００８】
加速を止めるためにアクセルペダルの踏込を急に弛めると、高負荷から低負荷への負荷推移に伴い圧縮比も高い状態とされる。こうした状況ではブローバイガス量が増えて燃料過多となるので、車両の減速状況がペダル操作（踏込弛め）と一致せず、アクセル踏込を弛めた運転者は違和感を覚えることがある。なお、直噴エンジンであればブローバイガス量増により空気不足となって燃焼効率が下がり、トルク不足を招き違和感を覚えることがある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、圧縮比変更に伴う不具合を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の可変圧縮比エンジンの制御方法では、エンジンの圧縮比を変更すると、その圧縮比変更に伴うクランクルームから吸気通路へのブローバイの発生状況に応じて、空燃比に関与する物理量を補正する。よって、圧縮比変更後では、空燃比を目標空燃比に一致させる際のこの両空燃比の偏位に拘わらず、空燃比をリーン側或いはリッチ側に速やかに補正できる。この場合、ブローバイの状況により燃料過多に推移するのであれば、この燃料過多を抑制すべく空気量を増やすよう空燃比をリーン側に補正できる。或いは、空気不足であれば、この空気不足に対処して燃料を調整して空燃比を補正できる。
【００１１】
従って、こうした空燃比補正により、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできるので、圧縮比変更に伴う違和感を緩和できる。また、エミッションの悪化も回避できる。
【００１２】
また、上記課題の少なくとも一部を解決するための本発明の別の可変圧縮比エンジンの制御方法では、エンジンの圧縮比を変更すると、この圧縮比の変更状況に応じて、クランクルームから吸気通路へのブローバイガス量を可変する。つまり、圧縮比変更に伴いブローバイガス量が変動しても、吸気通路へのブローバイガス通気量を可変制御できる。例えば、圧縮比変更に伴うブローバイガス量増により燃料過多に推移するのであれば、ブローバイガス量を制限してこの燃料過多を抑制できる。また、圧縮比変更に伴うブローバイガス量増により空気不足に推移するのであれば、ブローバイガス量を制限してこの空気不足を抑制できる。この逆に、圧縮比変更に伴うブローバイガス量減により燃料量や空気量に乱れが起きるようであれば、ブローバイガスをそれ以前の状況より多く吸気通路に通気できるようにして、こうした乱れを抑制できる。このため、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできるので、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００１３】
上記した本発明の可変圧縮比エンジンの制御方法では、ブローバイの発生状況に応じた物理量補正や圧縮比の変更状況に応じたブローバイガス量の可変制御を、圧縮比変更の過渡期間に亘って行うようにできる。こうすれば、燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくした上で、その後、変更済み圧縮比でのエンジン制御が可能となるので、こうしたエンジン制御（例えば、空燃比を目標空燃比に一致させる制御等）を好適に行うことができる。
【００１４】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の可変圧縮比エンジンでは、圧縮比可変手段により圧縮比が変更されると、空燃比制御手段が制御する際の空燃比に関与する物理量を、圧縮比変更に伴うクランクルームから吸気通路へのブローバイの発生状況に応じて補正する。このため、この本発明のエンジンによっても、圧縮比変更後では、空燃比を目標空燃比に一致させる際のこの両空燃比の偏位に拘わらず、上記したように空燃比を速やかに補正できる。よって、こうした空燃比補正により、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできるので、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００１５】
こうした補正をオープンループ制御により実行するにすれば、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れの抑制より速やかに実行でき好ましい。
【００１６】
また、空燃比に関与する物理量の補正に際しては、燃料噴射量と吸入空気量の少なくとも一方をブローバイ発生状況に応じて補正するようにすることができる。例えば、ブローバイの状況により燃料過多に推移するのであれば、吸入空気量の増大補正と燃料噴射量の減少補正、或いはこの両者を組み合わせて、燃料過多を抑制できる。空気不足の場合は、吸入空気量の増大補正と燃料噴射量の減少補正、或いはこの両者を組み合わせて、空気不足に対処できる。
【００１７】
更に、上記の空燃比補正を圧縮比変更の過渡期間に亘って行うようにでき、こうすれば、既述したように圧縮比変更済みのエンジン制御を好適に行うことができる。
【００１８】
上記課題の少なくとも一部を解決するための本発明の別の可変圧縮比エンジンでは、圧縮比可変手段による圧縮比変更があれば、可変制御手段は、この圧縮比の変更状況に応じて、クランクルームから吸気通路へのブローバイガス量を可変する。このため、圧縮比変更に伴いブローバイガス量が変動しても、既述したように、ブローバイガス量の制限・通気促進を経て燃料過多や空気不足に対処できる。よって、この構成のエンジンによっても、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくして、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００１９】
こうしたブローバイガス量の可変制御に当たっては、通気手段に絞りを設け、圧縮比の変更状況に応じて、この絞りの絞り開度を調整すればよい。こうすれば、絞り開度調整という簡単な機器制御で、ブローバイガス量の制限・通気促進を経た燃料過多や空気不足への対処、引いては、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００２０】
また、ブローバイガス量の可変制御を、圧縮比変更の過渡期間に亘って実行するようにすることもでき、こうすれば、既述したように圧縮比変更済みのエンジン制御を好適に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の形態を実施例に基づき説明する。図１は第１実施例に係る可変圧縮比エンジン２０の構成を概略的に説明する説明図である。
【００２２】
図示するように、この可変圧縮比エンジン２０は、シリンダブロック２２とシリンダヘッド２４を備え、そのシリンダ２６にピストン２８を組み込んで備える。ピストン２８は、屈曲可能に構成されたコンロッド２７を介してクランクシャフト２９と連結され、シリンダ内でのピストン２８の上下往復動は、コンロッド２７を経てクランクシャフト２９の回転運動に変換される。コンロッド２７は、後述する圧縮比可変機構３０を構成し、その屈曲程度の変更を経てピストン２８の上死点位置および下死点位置を同時に変化させる。これにより、可変圧縮比エンジン２０は、圧縮比を変更することができる。この詳細は後述する。
【００２３】
可変圧縮比エンジン２０は、シリンダヘッド２４の図示しない吸気ポートに吸気管５０を接続して備える。吸気管５０は、インジェクタ５２が吸気管流路に噴射した燃料を、空気との混合気状態で吸気ポートを経て燃焼室に導く。この場合、空気の吸気量はスロットルバルブ５４にて調整され、燃料混合比が調整される。また、可変圧縮比エンジン２０は、シリンダブロック２２が形成するクランクルーム２３から吸気管５０に到るブローバイガス流路５３を備え、シリンダ２６の燃焼室からピストン・クリアランスを吹き抜けたブローバイガスを、このブローバイガス流路５３を経て吸気管５０に通気する。本実施例では、ブローバイガス流路５３をスロットルバルブ５４の下流で吸気管５０に接続させている。よって、ブローバイガスは、吸気管５０の負圧に吸引されて吸気管５０に流れ込む。
【００２４】
可変圧縮比エンジン２０は、圧縮比変更やスロットルバルブ５４の駆動等を統括制御するＥＣＵ６０を備える。このＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータを中心とする論理演算回路として構成され、スロットルバルブ駆動用のアクチュエータ６３やスロットルセンサ５５、アクセルセンサ６１の他、エンジン回転数とクランク角を検出する回転数・クランク角センサ５６、圧縮比変更のためのアクチュエータ（サーボモータ）５７、圧縮比を検出する圧縮比センサ５８、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ６２、吸気の量を検出するエアフロメータ６４等と接続されている。
【００２５】
次に、圧縮比変更のための構成について詳述する。図２はコンロッド２７を含む圧縮比可変機構３０を示す概略斜視図、図３はこの圧縮比可変機構３０による圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【００２６】
図示するように、圧縮比可変機構３０は、コンロッド２７を、ピストン２８の側の第１コンロッド３１と第２コンロッド３２とを連結して構成する。第１コンロッド３１は、その上部の小端部３３で、ピストン２８とピストンピン３４により回動可能に連結されている。第２コンロッド３２は、その下部の大端部３５で、クランクシャフト２９の図示しないクランクピンと回転可能に連結されている。また、この第１、第２の両コンロッドは、第１コンロッド下端側と第２コンロッド上端側でコンロッドピン３６を介して互いに回動可能に連結されている。
【００２７】
第１コンロッド３１は、下端側に突出部３１ａを備え、この突出部３１ａで、コントロールロッド３７の一端側とピン３８により回動可能に連結されている。コントロールロッド３７は他端側に貫通孔３７ａを備え、この貫通孔３７ａには、コントロールシャフト３９が回動可能に嵌合組み付けされている。
【００２８】
この他、圧縮比可変機構３０はコントロールシャフトガイド４０を有し、当該シャフトガイドをシリンダブロック２２（図１参照）に回動可能に支持する。このコントロールシャフトガイド４０は、その両端部と途中複数箇所に断面円形のままの軸受部４１を備え、隣り合う軸受部４１の間を、断面三日月形に切欠形成した連結部４２とする。連結部４２は、エンジンの気筒数と同じ数だけ用意され、各連結部の切欠領域４３にコントロールシャフト３９が位置するよう、このコントロールシャフト３９はコントロールシャフトガイド４０に嵌合・固定されている。つまり、コントロールシャフト３９はコントロールシャフトガイド４０の回動中心軸（中心軸）Ｘから偏心した位置に嵌合・固定される。よって、コントロールシャフトガイド４０が回動することで、コントロールシャフト３９は中心軸Ｘに対して揺動してその位置を変え、これによりコントロールロッド３７はピン３８を介して第１コンロッド３１を第２コンロッド３２に対して屈曲変位させる。こうしてコンロッド２７が屈曲すると、その屈曲程度に応じてピストン２８の上死点位置と下死点位置長は同時に変わり、可変圧縮比エンジン２０は圧縮比を変更する。この場合、圧縮比変更、即ちコントロールシャフトガイド４０の回動状況は、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ６０により制御される。
【００２９】
なお、コントロールシャフト３９が揺動する際に、コントロールロッド３７が連結部４２と干渉しないよう、連結部４２は、その断面形状および寸法が設定されている。
【００３０】
圧縮比可変機構３０は、上記したコントロールシャフト３９の揺動を起こすため、図３に示すように、そのアクチュエータとしてのサーボモータ５７とウォームギア４７を有する。ウォームギア４７は、サーボモータ５７のシャフトに連結されたウォーム４８と、コントロールシャフトガイド４０に連結された直結されたウォームホイール４９とで構成される。従って、コントロールシャフトガイド４０は、サーボモータ５７の回転に伴って回転し、その回転方向と回転角はモータ制御により定まる。
【００３１】
つまり、サーボモータ５７によりウォーム４８が回転すると、コントロールシャフトガイド４０はこの回転程度に応じた角度だけ回転し、既述したように、コントロールシャフト３９とコントロールロッド３７を変位させる。このコントロールロッド３７の変位によりコンロッド２７の屈曲状態が定まり、エンジンの圧縮比蛩が変化する。本実施例では、コントロールシャフト３９は、コントロールシャフトガイド４０の中心軸Ｘ周りに略３時の方向から略６時の方向の９０ーの範囲で変位可能であり、６時の方向ほど圧縮比蛩が高くなるように設定されている。
【００３２】
なお、圧縮比センサ５８は、コントロールシャフトガイド４０或いはウォームホイール４９の回転角度（方向を含む）を検出し、これをＥＣＵ６０に出力する。ＥＣＵ６０は、このセンサ出力に基づいて、実際の圧縮比蛩を算出するよう構成されている。
【００３３】
ＥＣＵ６０は、既述した各種センサからのセンサ出力を受け、種々のエンジン制御を行う。このうち、本実施例の可変圧縮比エンジン２０が行う特徴的な制御とこれに関連する制御について、順次説明する。図４は圧縮比変更制御を示すフローチャート、図５はこの圧縮比変更制御の内容を説明するための説明図である。
【００３４】
図４に示す圧縮比変更制御ルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行されるものであり、まず、回転数・クランク角センサ５６からのエンジン回転数読み込み、アクセル踏込状況を出力するアクセルセンサ６１やスロットルセンサ５５或いは図示しない吸気管負圧センサからのセンサ出力に応じたトルクの読み込みを行う（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだ回転数・トルクと図５に示すこの両者と圧縮比とのマップに基づいて目標とする圧縮比εｔを演算する（ステップＳ１１０）。本実施例では、図５に示すように、目標圧縮比を高圧縮域・中圧縮域・低圧縮域の３段階で切り換えるようにした。この場合、図５のマップは、エンジン冷却水温度、吸入空気温度、或いはエミッション等の状況に応じて複数用意され、その時のエンジン運転状況に併せて適宜切り換えるようにすることもできる。
【００３５】
次に、圧縮比センサ５８からの現状圧縮比の読み込みを行い（ステップＳ１２０）、その読み込んだ圧縮比εｉと目標圧縮比εｔとの一致状況に基づいて、圧縮比の変更を要するか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、上記の両圧縮比が一致していなければ、圧縮比変更を要すると判定し、ＥＣＵ６０は、圧縮比を目標圧縮比εｔとするための変更指令をサーボモータ５７に出力する（ステップＳ１４０）。詳しくは、現状の圧縮比εｉを目標圧縮比εｔとするに必要な駆動信号をサーボモータ５７に出力し、上記の各処理を繰り返す。こうした制御により、可変圧縮比エンジン２０は、サーボモータ５７を駆動源とする圧縮比可変機構３０によりコンロッド２７の屈曲程度を変更し、エンジンの圧縮比を変更する。
【００３６】
可変圧縮比エンジン２０では、こうした圧縮比変更制御と並行して、以下のようにして燃料噴射制御を行う。図６は可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャートである。
図示する燃料噴射制御ルーチンにあっても所定時間、例えば、所定クランク角（３６０゜ＣＡ）毎にごとに繰り返し実行され、まず、燃料噴射量算出に必要なエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｑ、目標圧縮比εｔを読み込む（ステップＳ２００〜２２０）。このエンジン回転数ＮＥと吸入空気量Ｑについては、回転数・クランク角センサ５６とエアフロメータ６４のセンサ出力から読み込み、目標圧縮比εｔについては、図４の圧縮比変更制御で定まったものを読み込む。この場合、図４の圧縮比変更制御により、可変圧縮比エンジン２０の実際の圧縮比εは目標圧縮比εｔに一致するようされるので、目標圧縮比εｔの読み込みに代えて実際の圧縮比εを読み込むようにすることもできる。なお、図４のステップＳ１４０により圧縮比が変更された直後にあっては、実際の圧縮比εより目標圧縮比εｔを用いることが好ましい。
【００３７】
続いて、読み込んだ吸入空気量Ｑと回転速度ＮＥおよび目標圧縮比εｔを用いて、基本燃料噴射量ＴＰを次式（１）に従って算出する（ステップＳ２３０）。
ＴＰ←ｋ・Ｑ・ｆ（εｔ）／ＮＥ …（１）
【００３８】
ここで、ｋは定数であり、ｆ（εｔ）は、図４に示すような高圧縮域・中圧縮域・低圧縮域の３段階の目標圧縮比εｔに応じて定まる係数である。そして、このｆ（εｔ）は、高圧縮域ほど小さな値となるように、予め定められてＥＣＵの所定記憶領域に記憶されている。
【００３９】
ところで、後述するように本実施例では、圧縮比変化補正制御にて、吸入空気量Ｑを圧縮比の変化状況、即ちブローバイガス量の変化状況に応じて補正する。よって、こうした補正の実行期間に亘っては、上記の式（１）による基本燃料噴射量ＴＰ算出には、補正実行前に読み込んだ吸入空気量Ｑをそのまま用いる。
【００４０】
次に、既に読み込み済みの目標圧縮比εｔに応じた目標空燃比を設定する（ステップＳ２４０）。この目標空燃比は、例えば図４に示す高圧縮域・中圧縮域・低圧縮域の各域ごとに予め定められてＥＣＵの所定記憶領域に記憶されており、高圧縮比側でリッチ側とされている。これに続いて、酸素センサ６２からのセンサ出力（酸素濃度）を読み込み（ステップＳ２５０）、そのセンサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に応じて空燃比補正係数ＦＡＦを補正して、補正後のＦＡＦ（ΔＯ2）を空燃比補正係数ＦＡＦとする（ステップＳ２６０）。つまり、空燃比補正係数ＦＡＦはセンサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に基づき補正され、空燃比は目標空燃比と一致するようフィードバック制御される。
【００４１】
こうした空燃比補正係数ＦＡＦの算出に続いては、ステップＳ２３０で求めた基本燃料噴射量ＴＰに、次式（２）に従うように各種補正係数を掛けることにより実燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ２７０）。
ＴＡＵ←ＴＰ・ＦＡＦ・（１＋ＦＷＬ）・α・β …（２）
【００４２】
ここで、ＦＷＬは水温増量補正係数であり、図示しない水温センサで検出された冷却水温ＴＨＷに応じて算出される。この算出処理は、ＥＣＵが備える所定のマップを用いて冷却水温ＴＨＷから水温増量補正係数ＦＷＬを求めるものである。このマップは、冷却水温ＴＨＷと水温増量補正係数ＦＷＬとの関係を示すものであり、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど水温増量補正係数ＦＷＬは大きな値をとるようされている。
【００４３】
α，βは、その他の補正係数であり、例えば、吸気温補正，電源電圧補正等に関する補正係数が該当する。
【００４４】
ステップＳ２７０で実燃料噴射量ＴＡＵが算出されると、続いて、その実燃料噴射量ＴＡＵに相当する燃料噴射時間をインジェクタ５２の開弁時間を決定する図示しないカウンタにセットする（ステップＳ２８０）。この結果、そのカウンタにセットされた開弁時間だけ、インジェクタ５２が開弁駆動される。その後、「リターン」に抜けて処理を一旦終了する。
【００４５】
次に、圧縮比変更に伴って行う圧縮比変化補正制御について説明する。図７は圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
図示する圧縮比変化補正制御にあっても、所定時間ごとに繰り返されるものである。この圧縮比変化補正制御は、圧縮比変更に伴うものであるので、その繰り返し時間間隔は、総ての気筒にて圧縮比可変機構３０による圧縮比変更が完了する時間を見込んで定められている。これにより、圧縮比変化補正制御は、圧縮比可変機構３０により圧縮比が変更されつつある間、具体的にはコンロッド２７が屈曲を行っている間において実行されず、コンロッド２７の屈曲完了、即ち圧縮比変更が完了してから実行されるようになる。
【００４６】
ＥＣＵ６０は、この圧縮比変化補正制御の最初の処理で、圧縮比センサ５８から処理開始時点での圧縮比εｉを読み込み、これを所定の記憶領域に更新記憶する（ステップＳ３００）。この圧縮比の更新記憶は、相前後して行われる圧縮比変化補正制御で読み込んだ圧縮比を時系列的に更新記憶するようにされている。続いて、前回の処理の際に記憶済みに圧縮比ε（ｉ−１）を読み込み（ステップＳ３１０）、これと今回の圧縮比εｉとを対比してその増減有無を判定する（ステップＳ３２０）。
【００４７】
ここで、増減無し（εｉ＝ε（ｉ−１））と判定すれば、「リターン」に抜けて処理を一旦終了する。つまり、圧縮比に変化はないので、何の補正もなく本ルーチンを終了し、図６のステップＳ２８０による燃料噴射がそのまま行われる。
【００４８】
一方、圧縮比増大（εｉ＞ε（ｉ−１））と判定すれば、ＥＣＵ６０は、スロットルバルブ駆動用のアクチュエータ６３に開度増側の駆動信号を出力し（ステップＳ３３０）、その後、「リターン」に抜けて処理を一旦終了する。従って、このステップＳ３３０を経ることで、圧縮比増大変化の際には、強制的なスロットルバルブ５４の開側駆動による吸入空気量の増量を図りつつ、図６のステップＳ２８０による燃料噴射とを行う。この空気量増量は、圧縮比増大前の状況に比べてのものである。
【００４９】
また、圧縮比低減（εｉ＜ε（ｉ−１））と判定すれば、ＥＣＵ６０は、スロットルバルブ駆動用のアクチュエータ６３に開度減側の駆動信号を出力し（ステップＳ３４０）、処理を一旦終了する。従って、このステップＳ３４０を経ることで、圧縮比低減変化の際には、強制的なスロットルバルブ５４の閉側駆動による吸入空気量の減量を図りつつ、図６のステップＳ２８０による燃料噴射とを行う。この空気量減量にあっては、圧縮比低減前の状況に比べてのものである。
【００５０】
こうした補正を行う本実施例によれば、次のような利点がある。
圧縮比増大（εｉ＞ε（ｉ−１））の状況では、こうした圧縮比変更に伴ってブローバイガス量が増え、ブローバイガス流路５３を経てクランクルーム２３から吸気管５０に達するブローバイガス量も増える。本実施例のように混合吸気式の可変圧縮比エンジン２０では、ブローバイガスに未燃の燃料混合気を含むことから、燃焼室に入り込む混合気は、吸気管５０へのブローバイガス量増により、燃料過多側（空燃比リッチ側）に推移する。こうした圧縮比増大の局面で何の対処もしないとすれば、圧縮比変更前後で燃料過多での燃焼が起きるので、酸素センサ６２の出力に大きな乱れを起こす。よって、図６のステップＳ２６０では、ＦＡＦの急変を招き、結果的にはフィードバック制御の遅れに基づく運転者の違和感を来す。
【００５１】
しかしながら、本実施例では、圧縮比増大の状況となると、ステップＳ３３０により吸入空気量の増量を図って空燃比をリーン側とし、こうした燃料過多を抑制できる。このため、圧縮比増大変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れの抑制を通して、酸素センサ６２の出力乱れを抑制でき、ＦＡＦの急変を招かないようにできる。よって、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００５２】
こうした吸入空気量の増大は、その増大程度を圧縮比の増大程度、即ちブローバイガス量の増大程度に合わせるように行うことができる。例えば、低圧縮域から高圧縮域への圧縮比増大で有れば、吸入空気量増大を大きくし、中圧縮域から高圧縮域への変更、或いは低圧縮域から中圧縮域への変更の場合は、吸入空気量の増大を控えるようにすることができる。
【００５３】
圧縮比低減の状況も同様であり、この圧縮比低減によるブローバイガス量の低減を加味してステップＳ３４０により吸入空気量の低減を図ることができる。よって、圧縮比低減変更後における上記の比率の乱れを抑制して酸素センサ６２の出力乱れを抑制できるので、既述したように、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。なお、圧縮比低減によるブローバイガス量低減の様子は、圧縮比増大時のブローバイガス量増大に比せば緩慢であることから、ステップＳ３４０の処理を省略するようにすることもできる。
【００５４】
こうしたステップＳ３３０、３４０の吸入空気量補正はオープンループ制御によるものであることから、こうした空気量補正の実効性が高まり、上記の燃料・空気の比率の乱れの速やかな抑制に効果的である。
【００５５】
上記した図７の圧縮比変化補正制御では、圧縮比増大或いは低減が見られる間においてステップＳ３３０、３４０による吸入空気量増減を行い、実際の圧縮比（ステップＳ３００での読み込み圧縮比）が定常となると吸入空気量増減を停止する。一般に、圧縮比変更は約１００〜３００ｍｓｅｃ程度で終了するので、吸入空気量増減をこの圧縮比変更実行期間を越える所定時間、例えば、数秒間程度に亘って強制的に行うようにすることができる。こうすれば、圧縮比変更が行われた後の過渡的な期間に亘って吸入空気量増減を実行するので、圧縮比が変更済みの状況では、燃料噴射制御等の各種エンジン制御を好適に行うことができる。なお、この吸入空気量増減の実行時間は、ディップスイッチやプログラム変更等の種々の手法で任意に長短設定できると共に、後日その時間を変更することもできる。
【００５６】
次に、第２実施例について説明する。この実施例は、圧縮比変更に伴って燃料噴射量増減を強制的に図る点に特徴がある。図８は第２実施例における可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャート、図９は同じく第２実施例における圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
【００５７】
図示するように、第２実施例にあっても、燃料噴射制御では、先の実施例同様、燃料噴射量算出に必要なエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｑ、目標圧縮比εｔの読み込み（ステップＳ２００〜２２０）、これらを用いた式（１）による基本燃料噴射量ＴＰの算出（ステップＳ２３０）を行う。
【００５８】
このステップＳ２３０に続いては、フラグＦΔεが値１であるか否かを判定する（ステップＳ２３２）。このフラグＦΔεは、後述する図９の圧縮比変更制御ルーチンによりセットされるものであり、その値により圧縮比変更の有無を示す。
【００５９】
ここで、ＦΔε＝０であると判定すると、圧縮比変更の局面ではないので、先に説明したように、目標圧縮比εｔに応じた目標空燃比の設定（ステップＳ２４０）、酸素センサ６２からのセンサ出力（酸素濃度）の読み込み（ステップＳ２５０）、その偏差ΔＯ2に応じた空燃比補正係数ＦＡＦの補正設定（ステップＳ２６０）を行う。この場合であっても、偏差ΔＯ2に基づく空燃比補正係数ＦＡＦの補正により、空燃比は目標空燃比と一致するようフィードバック制御される。
【００６０】
一方、ＦΔε＝１であると判定すると、圧縮比変更が起きた局面であるので、ステップＳ２６５に移行する。このステップＳ２６５では、図９の圧縮比変更制御ルーチンにおいて圧縮比の変更状況、即ちブローバイガス量の変化状況に応じて定められる補正係数ＦＡＦ（Δε）を、次のステップＳ２７０で用いる空燃比補正係数ＦＡＦにセットする（ステップＳ２６５）。
【００６１】
こうしたステップＳ２６０、２６５に続いては、式（２）に基づいた実燃料噴射量ＴＡＵの算出（ステップＳ２７０）、実燃料噴射量ＴＡＵに相当する燃料噴射時間のカウンタセット（ステップＳ２８０）を行う。こうした処理により、実燃料噴射量ＴＡＵは、圧縮比変更の状況（ブローバイガス量の変化状況）に応じてＦＡＦ（ΔＯ2）とＦＡＦ（Δε）を使い分けて算出される。
【００６２】
図９に示すように、この実施例の圧縮比変化補正制御にあっても、圧縮比εｉの読み込み・更新記憶（ステップＳ３００）、前回処理の圧縮比ε（ｉ−１）の読み込み（ステップＳ３１０）、およびその対比により圧縮比増減有無判定（ステップＳ３２０）を行う。
【００６３】
ここで、増減無し（εｉ＝ε（ｉ−１））と判定すれば、圧縮比変更の状況（ブローバイガス量の変化状況）に応じた空燃比補正係数ＦＡＦの補正は不要であるとして、フラグＦΔεに値ゼロをセットし（ステップＳ３２２）、本ルーチンを終了する。これにより、既述したように、実燃料噴射量ＴＡＵは、センサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に応じたＦＡＦ（ΔＯ2）で算出される。
【００６４】
一方、圧縮比増大（εｉ＞ε（ｉ−１））と判定すれば、ＥＣＵ６０は、補正係数ＦＡＦ（Δε）を、これを減少させた係数ＦＡＦ（Δε；−）とする（ステップＳ３３２）。また、圧縮比低減（εｉ＜ε（ｉ−１））と判定すれば、補正係数ＦＡＦ（Δε）を、これを増大させた係数ＦＡＦ（Δε；＋）とする。
【００６５】
この減少係数ＦＡＦ（Δε；−）と増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）を定めるに当たり、その増減の程度は、圧縮比の変更状況、即ちブローバイガス量の変化状況に合わせるように行うことができる。例えば、低圧縮域から高圧縮域への圧縮比増大で有れば、減少係数ＦＡＦ（Δε；−）をその減少程度が大きいものとし、中圧縮域から高圧縮域への変更、或いは低圧縮域から中圧縮域への変更の場合は、減少程度を控えたものとすることができる。圧縮比低減の状況も同様であり、この圧縮比低減によるブローバイガス量の低減を加味してステップＳ３４２による増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）の増大程度を定めるようにすることもできる。
【００６６】
そして、上記のステップＳ３３２、３４２で減少係数ＦＡＦ（Δε；−）・増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）をセットした後は、フラグＦΔεに値１をセットし（ステップＳ３５０）、本ルーチンを終了する。これにより、既述したように、実燃料噴射量ＴＡＵは、圧縮比の変更状況（ブローバイガス量の増減状況）に応じた増大係数ＦＡＦ（Δε；＋）、或いは減少係数ＦＡＦ（Δε；−）で算出され、この際には、センサ出力と目標空燃比との偏差ΔＯ2に応じたＦＡＦ（ΔＯ2）は採用されない。
【００６７】
以上説明したように、本実施例では、圧縮比増大変化（ブローバイガス量増大変化）の際には、強制的に噴射量が低減されて燃料噴射が行われ、圧縮比低減変化（ブローバイガス量低減変化）の際には、強制的に噴射量が増大されて燃料噴射が行われる。このため、圧縮比変更に伴ってブローバイガス量が増大して混合気に燃料過多（空燃比リッチ）の現象が起きても、燃料噴射量低減（ステップＳ３３２）を図って空燃比をリーン側とし、こうした燃料過多を抑制できる。このため、圧縮比増大変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れの抑制を通して、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００６８】
なお、圧縮比低減によるブローバイガス量低減の様子は、圧縮比増大時のブローバイガス量増大に比せば緩慢であることから、ステップＳ３４２の処理を省略するようにすることもできる。
【００６９】
こうしたステップＳ３３２、３４２の係数ＦＡＦ（Δε）の補正はオープンループ制御によるものであることから、係数補正の実効性が高まり、上記の燃料・空気の比率の乱れの速やかな抑制に効果的である。
【００７０】
この図９の圧縮比変化補正制御にあっても、図７と同様、圧縮比増大或いは低減が見られる間においてステップＳ３３２、３４２による燃料噴射量の補正係数増減を行い、実際の圧縮比（ステップＳ３００での読み込み圧縮比）が定常となると吸入空気量増減を停止する。よって、この実施例にあっても、既述したように、所定時間に亘って補正係数増減を強制的に行うようにすることができる。こうすれば、圧縮比変更が行われた後の過渡的な期間に亘って燃料噴射量増減を図るので、圧縮比が変更済みの状況では、各種エンジン制御を好適に行うことができる。この場合であっても、補正係数増減の実行時間は、ディップスイッチやプログラム変更等の種々の手法で任意に長短設定できると共に、後日その時間を変更することもできる。
【００７１】
次に、第３実施例について説明する。この実施例は、吸気バルブの開閉時期を制御するバブル制御装置を有し、当該装置にてバルブ開閉時期を制御して吸入空気量を調整する点に特徴がある。図１０は、第３実施例における制御の様子を説明する説明図である。
【００７２】
この実施例にあっても、既述したように圧縮比変化補正制御を実行し、圧縮比の変更局面においてバルブ開閉タイミングを調整する。今、図１０に示すように、低エンジン回転数の時に低圧縮域のポイントＡから高圧縮域のポイントＢに圧縮比が増大変更されたとする。そうすると、圧縮比が定常状態における吸気バルブの開閉状態を表す図中の開閉曲線Ｉｖを、図中左にシフトさせて開閉曲線ＩｖＡＢとし、この曲線に合うよう吸気バルブの開閉タイミングを早める。これにより、ポイントＡからポイントＢに圧縮比が増大してブローバイガス量が増える際には、開閉タイミングを早めたことにより燃焼室への吸入空気量が増え、空燃比をリーン側とする。
【００７３】
また、高エンジン回転数の時に低圧縮域のポイントａから高圧縮域のポイントｂに圧縮比が増大変更された場合は、吸気バルブの開閉曲線Ｉｖを、図中右にシフトさせて開閉曲線Ｉｖａｂとし、この曲線に合うよう吸気バルブの開閉タイミングを遅くする。これは、次の理由による。
エンジン回転数が高くなると、バルブ開に伴う吸気に際して空気に働く慣性力が増す。よって、バルブタイミングを遅くしても、この慣性力による吸引量増加により吸入空気量が増えるからである。こうしてポイントａからポイントｂへの圧縮比増大時であっても、燃焼室への吸入空気量を増やし、空燃比をリーン側とすることができる。こうしたタイミングのシフト量は、エンジン回転数に応じて予め定められている。
【００７４】
このようにバルブタイミングを調整することでも、圧縮比増大変更の局面においては、吸入空気量の増大を起こすので、上記した実施例と同様、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００７５】
以上説明した各実施例は、燃料を燃焼室に直接噴射する直噴エンジンにも適用できる。こうした直噴エンジンでは、燃焼室に入り込む空気の一部がブローバイガスに置き換わって空気不足を招くので、この空気不足に対処するよう、圧縮比変更状況（ブローバイガス量変化状況）に応じてスロットルバルブ５４の開度を調整したり、燃料噴射量を増減すればよい。例えば、図７のステップＳ３３０や図９のステップＳ３３２では、圧縮比増大に併せて空気量増や係数低減（燃料噴射量低減）を行う。こうすれば、直噴エンジンにあっても、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００７６】
次に、他の実施例について説明する。この実施例は、吸気管５０に吸引されるブローバイガス量自体を調整する点に特徴がある。図１１は第４実施例に係る可変圧縮比エンジン２０Ａの構成を概略的に説明する説明図である。
【００７７】
図示するように、この可変圧縮比エンジン２０Ａは、圧縮比可変機構３０により圧縮比を変更する点で既述した可変圧縮比エンジン２０とその構成が共通し、次の点で相違する。つまり、可変圧縮比エンジン２０Ａは、吸気管５０にブローバイガスを導くブローバイガス流路５３にブローバイバルブ７０を備え、当該流路の開度を調整する。
【００７８】
この第４実施例では、圧縮比変化補正制御を次のようにして行う。既述した図７のステップＳ３３０や図９のステップＳ３３２のように圧縮比増大の局面では、ブローバイバルブ７０を閉側に駆動してブローバイガス量を制限する。こうすれば、吸気管５０に吸引されるブローバイガス量が低減することから、燃料過多の状況を抑制できる。また、直噴エンジンであれば、ブローバイガス量を制限して空気不足を抑制できる。
【００７９】
また、圧縮比が低減すれば、それ以前の状況（即ち高い圧縮比の状況）よりもブローバイバルブ７０を開側に駆動してブローバイガス量が増えるようにすることもできる。よって、吸入空気量や燃料噴射量に対するブローバイガス量に大きな乱れを起きないようにできるので、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくできる。これらの結果、上記の各実施例と同様に、圧縮比の変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れを小さくして、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００８０】
しかも、この可変圧縮比エンジン２０Ａでは、ブローバイバルブ７０の開度調整という簡単な構成で、圧縮比変更に伴う違和感緩和やエミッションの悪化回避を図ることができる。
【００８１】
なお、このようにブローバイガス量を調整する場合であっても、既述したように、このブローバイガス量調整を、圧縮比変更が行われた後の過渡的な期間に亘って行うようにすることができる。また、圧縮比低減によるブローバイガス量低減の様子は、圧縮比増大時のブローバイガス量増大に比せば緩慢であることから、圧縮比低減時には、ブローバイバルブ７０のバルブ開度を維持するようにすることもできる。
【００８２】
更に、ブローバイガス量調整の程度を、ブローバイガス量に応じて定めるようにすることもできる。
【００８３】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００８４】
例えば、上記した各実施例では、圧縮比変更の有無を圧縮比センサ５８からのセンサ出力で判断したが、次のようにすることもできる。つまり、スロットルセンサ５５や回転数・クランク角センサ５６からのセンサ出力によりその時の圧縮比を、図５に示したようなマップから読み取り、その読み取った圧縮比の変化状況から圧縮比の変更有無を判断するようにすることもできる。こうすれば、圧縮比センサ５８が不要となり、コスト低減に寄与できる。
【００８５】
また、図７等の圧縮比変化補正制御では、圧縮比の変更状況により、吸入空気量Ｑ、燃料噴射量を増減補正したが、次のようにすることもできる。つまり、ブローバイガス流路５３にブローバイガス量を検出するセンサ（ブローバイセンサ）を設け、圧縮比の変更状況に伴う吸入空気量Ｑや燃料噴射量の増減補正程度を、このブローバイセンサ出力によって調整する。こうすれば、当該補正程度をブローバイガス量の変化状況により的確に併せることができるので、圧縮比変更後に燃焼室に入り込む燃料・空気の比率の乱れをより的確に抑制でき好ましい。
【００８６】
また、上記の実施例では、燃料噴射量補正（係数補正）と吸入空気量補正の一方を行うものについて説明したが、この両者を組み合わせて実行するようにすることもできる。
【００８７】
この他、屈曲するコンロッド２７を有する圧縮比可変機構３０によって圧縮比を変更する場合について説明したが、こうした構成に限るわけではない。例えば、ピストン２８とこれにピストンピンを介して連結されたコンロッドとの位置関係を、油圧機構により変更できるようにして、ピストンの上死点位置と下死点位置を同時に変更するようなものとすることもできる。また、サーボモータ５７とウォームギア４７に代え、コントロールシャフトガイド４０を油圧機構式のヘリカルスプラインにて回転させるように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る可変圧縮比エンジン２０の構成を概略的に説明する説明図である。
【図２】コンロッド２７を含む圧縮比可変機構３０を示す概略斜視図である。
【図３】この圧縮比可変機構３０による圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【図４】圧縮比変更制御を示すフローチャートである。
【図５】この圧縮比変更制御の内容を説明するための説明図である。
【図６】可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【図７】圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
【図８】第２実施例における可変圧縮比エンジン２０が行う燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【図９】同じく第２実施例における圧縮比変化補正制御を表すフローチャートである。
【図１０】第３実施例における制御の様子を説明する説明図である。
【図１１】第４実施例に係る可変圧縮比エンジン２０Ａの構成を概略的に説明する説明図である。
【符号の説明】
２０…可変圧縮比エンジン
２０Ａ…可変圧縮比エンジン
２２…シリンダブロック
２３…クランクルーム
２４…シリンダヘッド
２６…シリンダ
２７…コンロッド
２８…ピストン
２９…クランクシャフト
３０…圧縮比可変機構
３１…第１コンロッド
３１ａ…突出部
３２…第２コンロッド
３３…小端部
３４…ピストンピン
３５…大端部
３６…コンロッドピン
３７…コントロールロッド
３７ａ…貫通孔
３８…ピン
３９…コントロールシャフト
４０…コントロールシャフトガイド
４１…軸受部
４２…連結部
４３…切欠領域
４７…ウォームギア
４８…ウォーム
４９…ウォームホイール
５０…吸気管
５２…インジェクタ
５３…ブローバイガス流路
５４…スロットルバルブ
５５…スロットルセンサ
５６…回転数・クランク角センサ
５７…サーボモータ
５８…圧縮比センサ
６１…アクセルセンサ
６２…酸素センサ
６３…アクチュエータ
６４…エアフロメータ
７０…ブローバイバルブ
Ｘ…中心軸
Claims (11)
- エンジンの圧縮比を変更するエンジンの制御方法であって、
前記圧縮比を変更するに当たり、エンジンのトルクが低い場合には圧縮比を高圧縮比側に変更制御し、前記トルクが高い場合には圧縮比を低圧縮比側に変更制御する工程（１）と、
圧縮比変更に伴うクランクルームから吸気通路へのブローバイの発生状況に応じて、前記エンジンの空燃比に関与する物理量を補正する工程（２）とを備え、
該工程（２）は、前記工程（１）による圧縮比の変更程度に応じて、前記物理量の補正程度を変更する、可変圧縮比エンジンの制御方法。 - 請求項１記載のエンジンの制御方法であって、
前記工程（２）は、前記工程（１）により圧縮比が高圧縮比側に変更制御されると前記物理量を空燃比が大きくなる側に前記ブローバイの発生状況に応じて補正し、前記工程（１）により圧縮比が低圧縮比側に変更制御されると前記物理量を空燃比が小さくなる側に前記ブローバイの発生状況に応じて補正する、可変圧縮比エンジンの制御方法。 - エンジンの圧縮比を変更するエンジンの制御方法であって、
前記圧縮比を変更する工程（１）と、
ブローバイガスがクランクルームから吸気通路に流れる流路の開度を圧縮比の変更状況に応じて調整することで、クランクルームから吸気通路へのブローバイガス量を可変制御する工程（２）と
を備える可変圧縮比エンジンの制御方法。 - 請求項３記載のエンジンの制御方法であって、
前記工程（２）は、前記工程（１）による圧縮比の変更程度に応じて、前記流路の開度の調整程度を変更する、可変圧縮比エンジンの制御方法。 - 請求項１ないし請求項４いずれかに記載のエンジンの制御方法であって、
前記工程（２）は、前記圧縮比変更の過渡期間に亘って実行される、可変圧縮比エンジンの制御方法。 - エンジンの圧縮比を変更するエンジンであって、
エンジンのトルクが低い場合には圧縮比を高圧縮比側に変更制御し、前記トルクが高い場合には圧縮比を低圧縮比側に変更制御する圧縮比可変手段と、
前記エンジンの空燃比を目標空燃比に一致するよう制御する空燃比制御手段と、
該空燃比制御手段が制御する際の空燃比に関与する物理量を、圧縮比変更に伴うクランクルームから吸気通路へのブローバイの発生状況に応じて補正する補正手段とを備え、
該補正手段は、圧縮比を高圧縮比側に変更する前記圧縮比変更の際は前記物理量を空燃比が大きくなる側に前記ブローバイの発生状況に応じて補正し、圧縮比を低圧縮比側に変更する前記圧縮比変更の際は前記物理量を空燃比が小さくなる側に前記ブローバイの発生状況に応じて補正する可変圧縮比エンジン。
ことを特徴とする可変圧縮比エンジン。 - 請求項６記載の可変圧縮比エンジンであって、
前記補正手段は、前記補正をオープンループ制御により実行する、可変圧縮比エンジン。 - 請求項６または請求項７に記載の可変圧縮比エンジンであって、
前記補正手段は、前記物理量として燃料噴射量と吸入空気量の少なくとも一方を前記ブローバイ発生状況に応じて補正する、可変圧縮比エンジン。 - 請求項６ないし請求項８いずれか記載の可変圧縮比エンジンであって、
前記補正手段は、前記圧縮比変更の過渡期間に亘って前記補正を実行する、可変圧縮比エンジン。 - エンジンの圧縮比を変更する圧縮比可変手段を有するエンジンであって、
クランクルームから吸気通路にブローバイガスを通気する通気手段と、
該通気されるブローバイガス量を前記通気手段に設けた絞りの絞り開度を調整して増減調整すると共に、前記ブローバイガス量が前記圧縮比の変更状況に応じて変更するよう、前記圧縮比の変更程度に応じて前記絞り開度の調整程度を変更する可変制御手段と、
を備えることを特徴とする可変圧縮比エンジン。 - 請求項１０記載の可変圧縮比エンジンであって、
前記可変制御手段は、前記圧縮比変更の過渡期間に亘って前記絞り開度の調整を実行する、可変圧縮比エンジン。
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