JP4300312B2 - 可変圧縮比内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。

機関圧縮比を変更可能なエンジンすなわち内燃機関では、圧縮比を高くするほど、燃料消費率が向上する一方、特に高負荷運転域でノッキング（単にノックとも呼ぶ）が発生し易くなる。そこで、特許文献１には、低負荷運転時には高圧縮比とし、高負荷運転時には低圧縮比とすることによって、ノッキングを生じることなく燃料消費率を向上する試みが開示されている。
特開２０００−７３８０４号公報

機関圧縮比は、ノック限界を超えることのない範囲で可能な限り圧縮比を高くして燃費向上効果等を得るために、機関回転数及び機関負荷（トルク）等に応じて制御される。基本的には、機関負荷が低下する機関減速時には機関負荷の低下に応じて圧縮比を高くしていき、機関負荷が増加する機関加速時には機関負荷の増加に応じて圧縮比を低くしていく。圧縮比を高くする場合、筒内圧に対抗するため、低くする場合に比べると、機関圧縮比を可変とする機構の駆動源に大きな負荷がかかる。ただし、圧縮比を高くする運転条件は、通常、機関負荷が低くなる機関減速時であるので、筒内圧は低下しており、その分、駆動源の負荷が低減・抑制されることになる。

しかしながら、制御の仕様により、機関負荷が増加する機関加速時、つまり筒内圧が高いときに、過渡的に圧縮比を高い側へ変更しようとする状況となり、圧縮比を変更する機構の駆動源に過大な負荷・反力が作用するおそれがある。特に、圧縮比をノッキング限界付近まで高く設定しようとする場合に、このように過渡的に機関負荷（筒内圧）と圧縮比との双方を増加側へ変更する状況を招き易い。

その例を図２２を参照して説明する。この図２２は目標圧縮比の設定マップ例である。図中の符号Ｌは、例えば発進加速時における目標圧縮比の検索軌跡を表している。低回転領域ではノッキングが生じやすいことから、圧縮比を低めに設定している。機関負荷（トルク）の増加に対して、基本的には圧縮比は減少するものの、トルクの増加と共に回転数も増加することから、図中の符号Ｌ１で示す部分では、過渡的に、機関負荷が増加している機関加速中で、筒内圧が高い高トルク状態であるにもかかわらず、目標圧縮比を増加側へ変更しようとする。特に、ターボ過給機を備えた内燃機関では、過給圧の応答遅れにより吸気系の応答遅れが大きく、吸気量の立ち上がりが遅いので、上述したような過渡的に機関負荷（筒内圧）と圧縮比との双方を増加側へ変更しようとする現象を招き易い。

圧縮比を変更する機構の駆動源（アクチュエータ）として例えば電動モータを用いた場合、上記のような現象に対し、実圧縮比を目標値に良好に追従させるには、高い筒内圧に対抗するためにモータの大型化を招いたり、その消費電力やコストの増加を招いてしまう。あるいは、モータの出力不足により目標圧縮比に追従できなくなり、圧縮比の制御精度の低下を招いたり、モータが仕事をしないためにモータの過度な温度上昇や耐久性の低下等を招くおそれがある。圧縮比を変更する機構の駆動源として油圧アクチュエータを用いた場合にも、同様に、アクチュエータの大型化やコスト増加、あるいは制御精度の低下等を招いてしまう。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。

機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定し、この基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定し、この最終目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を可変制御する可変圧縮比内燃機関の制御方法において、機関負荷が増加する機関加速中であって、かつ、上記基本目標圧縮比が増加方向へ変化する場合に、上記最終目標圧縮比の変更を禁止する。

本発明によれば、機関負荷が増加する機関加速時に基本目標圧縮比が過渡的に増加側へ変化する場合に、最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止しているため、機関負荷つまり筒内圧と機関圧縮比との双方が増加側へ変更して圧縮比を変更する機構の駆動源であるモータや油圧アクチュエータに過大な負荷・反力が作用することを確実に回避することができる。従って、比較的安価で小型のアクチュエータを採用しても、その作動を安定して確保できる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明に係る可変圧縮比内燃機関１の一例を示している。クランクシャフト３１は、複数のジャーナル部３２とクランクピン３３とカウンタウエィト部３１ａとを備えている。ジャーナル部３２は機関本体となる図示せぬシリンダブロックの主軸受に回転自在に支持されている。クランクピン３３は、ジャーナル部３２から所定量偏心している。シリンダブロックのシリンダ３９には燃焼圧力を受けるピストン３８が昇降可能に嵌合している。シリンダ３９の上部には、クランクシャフト３１の回転に同期して吸気ポート４４を開閉する吸気弁４３と、同じくクランクシャフト３１の回転に同期して排気ポート４６を開閉する排気弁４５と、が配置されている。

この内燃機関１は、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を備えている。この可変圧縮比機構は、クランクピン３３に回転可能に嵌合するロアリンク３４と、このロアリンク３４とピストン３８とを連係するアッパリンク３５と、ロアリンク３４に一端が連結された制御リンク４０と、を有し、この制御リンク４０を介してロアリンク３４の運動拘束条件を変化させることにより機関圧縮比を可変とする。

ロアリンク３４は、略Ｔ字形をなすもので、その本体３４ａとキャップ３４ｂとから分割可能に構成された略中央の連結孔に、クランクピン３３が嵌合している。アッパリンク３５は、下端側が連結ピン３６によりロアリンク３４に回動可能に連結され、上端側がピストンピン３７によりピストン３８に回動可能に連結されている。制御リンク４０は、上端側が連結ピン４１によりロアリンク３４に回動可能に連結され、下端側が制御軸４２を介して機関本体としての例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸４２は、小径部４２ｂを中心として回転するように機関本体に支持されており、この小径部４２ｂに対して偏心している大径部４２ａに、制御リンク４０下端部が回転可能に嵌合している。

制御軸４２は、後述する圧縮比制御アクチュエータ１３（図１）によって回動位置が制御される。この圧縮比制御アクチュエータは、制御リンク４０から加わる反力に抗して、任意の回動位置で制御軸４２を保持することができるようになっている。制御軸４２が圧縮比制御アクチュエータによって回動されると、小径部４２ｂに対して偏心している大径部４２ａの軸中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、制御リンク４０の下端の揺動支持位置が変化し、ロアリンク３４の運動拘束条件が変化し、ピストン３８のストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化する。

このような可変圧縮比機構は、機関運転状態に応じて機関圧縮比を連続的に変更・制御できることに加え、次のような作用効果を奏する。ピストン３８とクランクピン３３とを複数のリンク部品（アッパリンク及びロアリンク）により連係する複リンク式のピストン−クランク機構であるため、ピストンとクランクピンとを一本のコンロッドにより連係する単リンク式のピストン−クランク機構に比して、ピストンのストローク特性そのものを例えば単振動特性のような適正な特性に近づけることが可能である。制御リンク４０をロアリンク３４からほぼ下方に延びるように配置しているため、制御軸４２を比較的スペースに余裕のあるクランクシャフト３１の斜め下方のクランクケース内に配置することができる。従って、制御軸４２及びそのアクチュエータや制御リンク４０をクランクケース内に容易に収容・配置することが可能で、機関搭載性に優れている。

また、この内燃機関１は、過給機としてターボ過給機５１を備えている。このターボ過給機５１は、排気通路５４に位置するタービン５２と吸気通路５５に位置するコンプレッサ５３とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン５２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁５６を備えている。

図１は、内燃機関１の制御装置のシステム構成を示す説明図である。吸気通路５５のコンプレッサ５３上流には、吸気量（吸入空気量）を検出するエアフロメータ２が配置され、コンプレッサ５３の下流にはインタクーラ３が配設され、更にその下流側に実過給圧を検出する吸気圧センサ４が配置されている。また、機関のクランク角を検出するクランク角センサ５と、排気組成に応答する酸素センサ６と、冷却水温を検出する水温センサ７と、ノッキングを検出するノッキングセンサ８と、吸気通路を開閉して吸気量を調整するスロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１０と、アクセルペダルの操作量すなわちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２１と、等を備えている。これらのセンサ類の検出信号は、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１１に入力されている。

また主要なアクチュエータ類として、排気バイパス弁５６のダイヤフラム部５６Ａへの負圧供給を制御する電磁式の過給圧コントロールバルブ１２と、前述した制御軸４２を動かして圧縮比を制御する圧縮比制御アクチュエータ１３と、吸気バイパス通路１４を介して導入される補助空気量を制御するＡＡＣバルブ１５と、を備えている。なお、スロットル弁９は、アクセル開度とは独立して開度を制御可能な電制スロットルであり、図示せぬアクチュエータにより駆動制御される。これらのアクチュエータ類はエンジンコントロールモジュール１１の出力信号によって制御される。圧縮比制御アクチュエータ１３は、例えばステップモータからなる。ＡＡＣバルブ１５は、主にアイドル回転数のフィードバック制御や補機駆動トルクの相殺のために用いられる。そのほか、燃料噴射弁１６の噴射量や噴射時期、さらには点火プラグ１７による点火時期、等もエンジンコントロールモジュール１１によって制御される。なお、図１において、１８はエアクリーナ、１９は触媒コンバータ、２０は排気消音器、をそれぞれ示している。

上記の構成においては、機関運転条件に応じて過給圧の目標値としての定常到達過給圧が求められ、この定常到達過給圧に応じた過給圧制御信号（デューティ信号）がエンジンコントロールモジュール１１から過給圧コントロールバルブ１２へ出力されて、過給圧が制御される。この過給圧は、高速高負荷域ほど高過給圧に制御される。

一方、圧縮比は、やはり機関運転条件に応じて最適となるように、圧縮比制御アクチュエータ１３を介して目標圧縮比へ向けて制御される。この圧縮比制御は、基本的には、高過給圧となる条件ほど低圧縮比に、低過給圧となる条件ほど高圧縮比に、制御される。すなわち、高過給運転時はノッキング回避のため圧縮比を低くし、低過給運転時は熱効率向上（燃費向上）のために圧縮比を高く保つようにしている。

図３及び図４は、本発明の第１実施例に係る制御ルーチンを示す制御ブロック図及びフローチャートである。このような制御ルーチンは、エンジンコントロールモジュール１１内で所定期間毎（例えば１０ｍｓ毎あるいは所定のクランク角毎）に繰り返し実行される。なお、図８や図９等のマップやテーブル類は予め設定されてエンジンコントロールモジュール１１のメモリ内に記憶・格納されている。後述する実施例でも同様である。また、図１０は、この第１実施例の制御を適用した場合の機関加速時の挙動を示すタイムチャートである。

ステップ（図ではＳと略す）１では、図５に示すサブルーチンにより、実際の機関負荷すなわちエンジントルクに相当する推定エンジントルクを推定する（エンジントルク推定手段）。詳しくは、ステップ１１では、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて、図８に示す定常エンジントルク推定マップを検索（ルックアップ）して、定常的に到達すべき静的なエンジントルクの目標値に相当する定常エンジントルクを演算する。アクセル開度は上記のアクセル開度センサ２１により検出される。エンジン回転数はクランク角センサ５の検出信号を利用して演算される。ステップ１２では、下記の式（１）により、上記の定常エンジントルクに対して実際のトルクの応答遅れ、つまり吸気系の応答遅れを考慮した推定エンジントルクを演算する。つまり、推定エンジントルクは、実際のエンジントルクの応答遅れを考慮した推定値である。式（１）は、定常エンジントルクと推定エンジントルクとの関係が１次遅れの関係で表されるものとした場合の推定式である。この式（１）は、連続時間系の伝達関数を用いて、式（２）で表される定常エンジントルクと推定エンジントルクとの関係を離散化し、差分方程式化したものである。

ステップ２では、上記の推定エンジントルクとエンジン回転数とに基づいて、図９に示す基本目標圧縮比設定マップを検索して、基本目標圧縮比を演算・設定する（基本目標圧縮比設定手段）。図９に示すように、高回転域では、エンジン回転数の増加に伴って基本目標圧縮比が低くなる。基本目標圧縮比は、実現したい圧縮比の目標値に対応しており、基本的にはノック限界圧縮比に相当する。

ステップ３では、図６に示すサブルーチンにより、基本目標圧縮比に対して実際の圧縮比に相当する実圧縮比が良好に追従できない追従不可状態であるかの判定を行う（追従判定手段）。言い換えると、機関負荷が増加する機関加速中や機関負荷が高い高負荷運転領域で、基本目標圧縮比に対して実圧縮比が良好に追従できない状態であるかを判定する。

詳しくは、ステップ３１では、基本目標圧縮比から実圧縮比を減算した偏差が所定値以上であるかを判定する。偏差が所定値以上であると判定されると、ステップ３２へ進み、エンジンコントロールモジュール１１内の所定のカウンタの値を１増加させる。続くステップ３３では、このカウンタの値が所定値以上であるかを判定する。カウンタの値が所定値以上、つまり上述した偏差が所定値以上の状態が所定期間以上継続していれば、ステップ３４へ進み、実圧縮比が基本目標圧縮比に良好に追従できない追従不可状態であることを表す追従不可判定フラグをセットする。それ以外の場合には、ステップ３６において、上記の追従不可判定フラグをリセットする。また、上記のステップ３１において、基本目標圧縮比と実圧縮比との差が所定値以上でないと判定されると、ステップ３５へ進み、カウンタの値を０にリセットする。

ステップ４（図３及び図４）では、図７のサブルーチンにより、最終的な目標圧縮比である最終目標圧縮比を演算・設定する（最終目標圧縮比設定手段）。詳しくは、ステップ４１では、上記の追従不可判定フラグがセットされているかを判定する。追従不可状態の場合、ステップ４２へ進み、最終目標圧縮比を、その時点の実圧縮比に変更し、保持する。つまり、最終目標圧縮比の変更を禁止する（変更禁止手段）。かつ、最終目標圧縮比の保持状態・変更禁止状態であることを表す保持状態フラグをセットする。図１０の保持開始時期Ｔ１が、ステップ４１の判定が肯定に切り換わるタイミングに相当する。

追従不可状態でない場合、ステップ４３へ進み、上記の保持状態フラグがセット状態であるかを判定する。保持状態がセットされている場合、ステップ４４へ進み、最終目標圧縮比が基本目標圧縮比よりも小さいかを判定する。最終目標圧縮比が基本目標圧縮比よりも小さい場合、ステップ４５へ進み、保持状態を継続する。図１０の保持期間ΔＴ２では、ステップ４５が繰り返し実行されることになる。最終目標値が基本目標圧縮比以上であれば、ステップ４６へ進み、保持状態フラグをリセットする。次いでステップ４７へ進む。上記のステップ４３において、保持状態がセットされていないと判定された場合にもステップ４７へ進む。このステップ４７では、最終目標圧縮比の変更禁止・保持状態を解除して、基本目標圧縮比を最終目標圧縮比として設定する。図１０の保持解除時期Ｔ３が、ステップ４７が実行されるタイミングに相当する。

ステップ５（図３）では、このようにして設定された最終目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータ１３へ出力し、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて操作・制御する（圧縮比制御手段）。

このように第１実施例では、機関加速時や高負荷時に、基本目標圧縮比に対して実圧縮比が良好に追従できない追従不可状態となると、最終目標圧縮比の増加側への変更が禁止され、その時点での圧縮比に保持される。つまり、圧縮比制御アクチュエータ１３による制御軸４２の回転位置の変更が禁止され、制御軸４２の回転位置が保持される。保持に必要なエネルギーは、変更に必要なエネルギーに比して小さく、特に、圧縮比制御アクチュエータ１３が油圧駆動式である場合や、保持機構を備える場合には、その傾向は顕著である。従って、過渡的に機関負荷及び圧縮比の双方が増加側へ変更される現象や、機関負荷が高い状況で機関圧縮比が増加側へ変更されるような事態を有効に回避でき、圧縮比制御アクチュエータ１３に過大な負荷がかかることを低減・防止することができる。従って、比較的安価で小型の圧縮比制御アクチュエータ１３を採用しても、その作動を安定して確保できる。

図１１及び図１２は、本発明の第２実施例に係る制御ルーチンを示す制御ブロック図及びフローチャートである。また、図１５及び図１６は、第２実施例の制御を適用した場合の機関加速時の挙動を示すタイムチャートである。

ステップ２１では、第１実施例のステップ１と同様、図５に示すサブルーチンにより、推定エンジントルクを推定する（エンジントルク推定手段）。ステップ２２では、第１実施例のステップ２と同様、上記の推定エンジントルクとエンジン回転数とに基づいて、図９に示す基本目標圧縮比設定マップを検索して、基本目標圧縮比を演算・設定する（基本目標圧縮比設定手段）。

ステップ２３では、図１３又は図１４に示す上限圧縮比設定テーブルを参照して、上限圧縮比を演算する（上限圧縮比演算手段）。上限圧縮比は、主として圧縮比制御アクチュエータ１３の制約による圧縮比の許容限界つまり上限値に相当する。図１３は、エンジントルクのみに基づいて上限圧縮比を設定する場合のテーブル例であり、主として圧縮比制御アクチュエータ１３が電動モータである場合に適している。図１４は、エンジントルクと油圧とに基づいて上限圧縮比を設定する場合のテーブル例であり、主として圧縮比制御アクチュエータ１３が油圧により作動する油圧アクチュエータの場合に適している。基本的には、エンジントルク（機関負荷）が高くななるほど上限圧縮比を低くする。更に図１４の例では、油圧が低いほど上限圧縮比を低くしている。

ステップ２４では、基本目標圧縮比の変化速度を演算する（基本目標圧縮比変化速度演算手段）。例えば、変化速度として、今回の基本目標圧縮比と前回（１演算前）の基本目標圧縮比との差を用いる。ステップ２５では、基本目標圧縮比と上限圧縮比との大小関係を比較する。ステップ２６では、基本目標圧縮比が上限圧縮比より大きく、かつ、基本目標圧縮比の変化速度が正であるか、つまり基本目標圧縮比の変化方向が増加方向であるかを判定する。

ステップ２６が肯定されると、ステップ２７へ進み、第２の目標圧縮比を基本目標圧縮比の値に保持し、かつ、この保持状態を表す保持状態フラグをセットする。ステップ２６が否定されると、ステップ２８へ進み、上記の保持状態フラグがセットされているかを判定する。このステップ２８が肯定されると、ステップ２９へ進み、第２の目標圧縮比の保持状態を継続する。

ステップ３０では、ステップ２２で設定された基本目標圧縮比と、ステップ２７又は２９で設定された第２の目標圧縮比と、を比較し、小さい方を最終目標圧縮比として設定する（最終目標圧縮比設定手段）。このようにして設定された最終目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータ１３へ出力して、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて操作・制御する（圧縮比制御手段）。

図１５及び図１６の変更禁止開始時期Ｔ１が、ステップ２６の判定が肯定に切り換わるタイミングに相当し、この状態では、最終目標圧縮比の増加方向への変更が禁止される。なお、図１２のフローチャートでは省略しているが、基本目標圧縮比が第２の目標圧縮比を下回ると（図１５及び図１６の変更禁止解除時期Ｔ３に相当）、保持状態フラグをリセットし、かつ、第２の目標圧縮比を予め設定された最高圧縮比に戻す。これにより、最終目標圧縮比の保持状態・変更禁止状態が解除され、最終目標圧縮比が基本目標圧縮比に合わせて設定されることになる。図１５において、最終目標圧縮比の保持状態ΔＴ２において、最終目標圧縮比が過渡的に上限圧縮比を上回っているが、保持に必要なエネルギーは比較的小さいので、実用上問題はない。

このように第２実施例では、基本目標圧縮比が増加中で、かつ上限圧縮比より大きくなる時点で、そのときの基本目標圧縮比を第２の目標圧縮比に設定する。最終目標圧縮比は、基本目標圧縮比と第２の目標圧縮比のうち小さい方を選択する。従って、基本目標圧縮比が第２の目標圧縮比を下回るまでは、最終目標圧縮比が第２の目標圧縮比に保持され、この最終目標圧縮比の増加方向の変更が禁止されることとなる。図１５の動作例では、基本目標圧縮比の変化方向が低下方向から増加方向へ切り替わった時点では、基本目標圧縮比が上限圧縮比よりも小さいので、ステップ２６が否定され、基本目標圧縮比が上限圧縮比を超えた時点Ｔ１で、ステップ２６が肯定されて、最終目標圧縮比が保持・変更禁止されることとなる。一方、図１６の動作例では、基本目標圧縮比が極小値となる時点Ｔ１で、この基本目標圧縮比が上限圧縮比よりも大きいので、この時点Ｔ１で最終目標圧縮比の保持・変更禁止が開始されることとなる。

このような第２実施例によれば、上記第１実施例と同様、圧縮比制御アクチュエータ１３に過大な負荷がかかることを低減・防止することができ、比較的安価で小型の圧縮比制御アクチュエータ１３を採用しても、その作動を安定して確保できることに加え、最終目標圧縮比の保持・変更禁止を最小限に抑え、可能な限り最終目標圧縮比を基本目標圧縮比に合わせて設定することができ、かつ、保持・変更禁止状態への切換に伴って最終目標圧縮比が大きく変動することがないので、信頼性・安定性等に優れている。

図１７及び図１８は、本発明の第３実施例に係る制御ルーチンを示す制御ブロック図及びフローチャートである。この第３実施例は、可変圧縮比機構の駆動源である圧縮比制御アクチュエータ１３が電動モータである場合に特に適している。

ステップ５１では、第１実施例のステップ１と同様、図５に示すサブルーチンにより、推定エンジントルクを推定する（エンジントルク推定手段）。ステップ５２では、第１実施例のステップ２と同様、上記の推定エンジントルクとエンジン回転数とに基づいて、図９に示す基本目標圧縮比設定マップを検索して、基本目標圧縮比を演算・設定する（基本目標圧縮比設定手段）。

ステップ５３では、圧縮比制御アクチュエータ１３の温度を検出する（駆動源温度検出手段）。例えば、圧縮比制御アクチュエータ１３の温度を直接的に検出するセンサを設けても良く、あるいは水温センサ７の検出信号等に基づいて圧縮比制御アクチュエータ１３の温度を推定しても良い。

ステップ５４では、上記のアクチュエータ温度が所定値以上であるかを判定する。アクチュエータ温度が所定値以上であれば、ステップ５５へ進み、最終目標圧縮比を所定の圧縮比に固定・保持して、最終目標圧縮比の変更を禁止する。アクチュエータ温度が所定値未満であれば、ステップ５６へ進み、基本目標圧縮比を最終目標圧縮比として設定する。これらステップ５５及びステップ５６が最終目標圧縮比設定手段に相当する。このようにして設定された目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータ１３へ出力して、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて操作・制御する（圧縮比制御手段）。

この第３実施例によれば、アクチュエータ温度に応じた簡易な制御手法でありながら、上述したような効果、すなわち機関加速時や高負荷時に機関圧縮比の増加側への変更により圧縮比制御アクチュエータ１３に過大な負荷がかかり、このアクチュエータの温度が過度に上昇することを確実に防止できる。従って、比較的安価で小型の圧縮比制御アクチュエータ１３を採用しても、その作動を安定して確保できる。

図１９及び図２０は、本発明の第４実施例に係る制御ルーチンを示す制御ブロック図及びフローチャートである。また、図２１は、この第４実施例に係る制御を適用した場合の機関加速時の動作例を示すタイムチャートである。

ステップ６１では、第１実施例のステップ１と同様、図５に示すサブルーチンにより、推定エンジントルクを推定する（エンジントルク推定手段）。ステップ６２では、第１実施例のステップ２と同様、上記の推定エンジントルクとエンジン回転数とに基づいて、図９に示す基本目標圧縮比設定マップを検索して、基本目標圧縮比を演算・設定する（基本目標圧縮比設定手段）。

ステップ６３では、エンジントルクが所定値以上で、かつ、基本目標圧縮比の変化方向が増加方向であるかを判定する。例えば、今回の基本目標圧縮比から前回（１演算前）の基本目標圧縮比を減算した値が正であれば、基本目標圧縮比が増加中であると判定する。

ステップ６３の判定が肯定されるとステップ６４へ進み、最終目標圧縮比を現在の基本目標圧縮比に保持して、最終目標圧縮比の増加側への変更を禁止する。更に、最終目標圧縮比が保持状態（変更禁止状態）であることを表す保持状態フラグをセットする。図２１の保持開始時期Ｔ１が、ステップ６３の判定が肯定に切り替わる時期に相当する。

ステップ６３の判定が否定されると、ステップ６５へ進み、保持状態フラグがセットされているかを判定する。保持状態フラグがセットされていれば、ステップ６６へ進み、最終目標圧縮比の保持状態を継続する。続くステップ６７では、最終目標圧縮比の前回値と、基本目標圧縮比のうち、小さい方を最終目標圧縮比として選択する。ステップ６８では、最終目標圧縮比の前回値を採用したかを判定する。このステップ６８が否定されると、ステップ６９へ進み、保持状態フラグをリセットする。従って、次回のルーチン実行時にはステップ６５が否定されてステップ７０へ進み、最終目標圧縮比を基本目標圧縮比として設定する。つまり、最終目標圧縮比に基本目標圧縮比の値が代入される。このようにして設定された最終目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータ１３へ出力して、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて操作・制御する（圧縮比制御手段）。

この第４実施例によれば、機関負荷が所定値以上の高負荷域で、かつ、基本目標圧縮比が増加中である場合、最終目標圧縮比の増加方向への変更が禁止される。従って、機関負荷に応じた比較的簡素な制御手法でありながら、機関加速時や高負荷域で機関圧縮比の増加側への変更により圧縮比制御アクチュエータ１３に過大な負荷がかかることを低減・防止することができる。よって、比較的安価で小型の圧縮比制御アクチュエータ１３を採用しても、その作動を安定して確保できる。

以上の実施例より把握し得る発明を、その作用効果とともに列記する。なお、対応する主な実施例を付記している。

（１）第１発明（第１実施例）
機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定し、この基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定し、この最終目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、機関圧縮比が上記基本目標圧縮比に良好に追従できない追従不可状態であるかを判定する追従判定手段と、上記追従不可状態と判定された場合に、上記最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止する変更禁止手段と、を有する。

この第１発明によれば、本来実現させたい基本目標圧縮比に追従できない状況、例えば機関負荷が増加する機関加速時や高負荷時に基本目標圧縮比が増加側へ変化するような状況で、最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止することができるので、圧縮比を変更する機構の駆動源であるモータや油圧アクチュエータに過大な負荷がかかることを有効に低減・回避することができる。従って、比較的安価で小型のアクチュエータを採用しても、その作動を安定して確保できる。

（２）第２発明（第１実施例）
上記第１発明において、更に、実際の機関圧縮比に相当する実圧縮比を推定又は検出する手段を有し、上記追従判定手段は、基本目標圧縮比から実圧縮比を減算した偏差が所定値以上となる状態が所定期間以上継続した場合に、追従不可状態と判定する。

この第２発明は、追従判定手段として、実圧縮比に基づいて実際に追従できていない状態を検出し判定を行うというものである。予め、追従できない運転条件を求めておいて、その条件になれば最終目標圧縮比を補正するという手法に対し、この第２発明では、追従できない運転条件を予め求めておかなくても、予め求めておく方法に近い効果を簡易的に実現することができる。

（３）第３発明（第１実施例）
上記第１，第２発明において、上記追従不可状態で、基本目標圧縮比が最終目標圧縮比を下回ると、上記変更禁止手段による変更禁止を解除し、基本目標圧縮比に合わして最終目標圧縮比を設定する。これにより、演算負荷の低い簡易的な方法で、最終目標圧縮比を適切に設定することができる。

（４）第４発明（第２実施例）
機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、この可変圧縮比機構を駆動する圧縮比制御アクチュエータと、最終目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータへ出力して、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて制御する圧縮比制御手段と、機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定する基本目標圧縮比設定手段と、少なくとも機関負荷に基づいて、上記圧縮比制御アクチュエータによる上限圧縮比を演算する上限圧縮比演算手段と、基本目標圧縮比と上限圧縮比とに基づいて、上記最終目標圧縮比を設定する最終目標圧縮比設定手段と、を有する。

この第４発明では、典型的にはノック限界に相当する実際に実現したい目標値としての基本目標圧縮比と、そのときの機関負荷に応じて圧縮比制御アクチュエータで実現し得る圧縮比の上限値・限界値に相当する上限圧縮比と、を求め、両者に基づいて、最終的な目標圧縮比を設定している。従って、例えば機関負荷が増加する機関加速時や高負荷時に基本目標圧縮比が増加側へ変化して圧縮比制御アクチュエータに過大な負荷がかかることを有効に低減・回避することができる。よって、比較的安価で小型のアクチュエータを採用しても、その作動を安定して確保できる。

（５）第５発明（第２実施例）
上記第４発明の最終目標圧縮比設定手段が、基本目標圧縮比が増加中で、かつ、基本目標圧縮比が上限圧縮比を超えている場合に、上記最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止する。この第５発明によれば、第４発明の効果に加え、最終目標圧縮比の変更禁止する状況を限定しており、従って、それ以外の領域、つまり最終目標圧縮比を本来実現させたい基本目標圧縮比にあわせる運転領域を十分に確保することができる。

（６）第６発明（第２実施例）
上記第４，５発明の圧縮比制御アクチュエータが油圧アクチュエータであり、上記上限圧縮比演算手段が機関負荷と油圧とに基づいて上限圧縮比を演算する。

この第６発明は、圧縮比制御アクチュエータが油圧駆動式である場合を想定したものある。この場合、圧縮比制御アクチュエータにより実現し得る上限圧縮比は、筒内圧と相関のある機関負荷だけではなく、圧縮比制御アクチュエータの駆動力と相関のある油圧の影響も大きく受ける。従って、機関負荷と油圧から上限圧縮比を演算するようにした。これによって、圧縮比制御アクチュエータが油圧駆動式である場合に、その上限圧縮比の演算を正確に行うことができる。

（７）第７発明（第３実施例）
機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、この可変圧縮比機構を駆動する圧縮比制御アクチュエータと、最終目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータへ出力して、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて制御する圧縮比制御手段と、機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定する基本目標圧縮比設定手段と、上記圧縮比制御アクチュエータの温度を検出又は推定する温度検出手段と、上記圧縮比制御アクチュエータの温度が所定値以上の場合に、上記最終目標圧縮比を所定値に固定し、上記圧縮比制御アクチュエータの温度が所定値未満の場合に、上記基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定する最終目標圧縮比設定手段と、を有する。

この第７発明によれば、例えば機関負荷が増加する機関加速時や高負荷時に基本目標圧縮比が増加側へ変化することにより可変圧縮比制御アクチュエータに過大な負荷がかかり、このアクチュエータの温度が過度に上昇するような事態を簡易かつ確実に回避することができる。従って、比較的安価で小型のアクチュエータを採用しても、その作動を安定して確保できる。

（８）第８発明（第４実施例）
機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を求め、この基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定し、この最終目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を可変制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、機関負荷が所定値以上の場合、最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止する。

この第８発明によれば、機関負荷が所定値以上の高負荷域で、例えば基本目標圧縮比が増加側へ変化することにより、圧縮比を変更する駆動源であるアクチュエータに過大な負荷がかかることを有効に回避することができる。従って、比較的安価で小型のアクチュエータを採用しても、その作動を安定して確保できる。

（９）第９発明
上記の第１〜８発明において、更に、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に嵌合するロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連係するアッパリンクと、ロアリンクに一端が連結された制御リンクと、を有し、この制御リンクを介してロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより機関圧縮比を可変とする圧縮比制御アクチュエータと、を備える可変圧縮比機構を有する。

この可変圧縮比機構は、機関圧縮比を連続的に変更できることに加え、コンパクトで機関搭載性に優れ、かつ、ピストンストローク特性そのものを適正化することができる。

上記の圧縮比制御アクチュエータとしては、例えば応答性に優れた電動モータ、あるいは廉価な油圧駆動式のアクチュエータを用いることができる。

この発明に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置のシステム構成を示す構成説明図。 可変圧縮比機構の構成を示す構成説明図。 本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すブロック図。 上記第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。 エンジントルク推定サブルーチン。 追従判定サブルーチン。 最終目標圧縮比演算サブルーチン。 定常エンジントルク推定マップ。 基本目標圧縮比設定マップ。 上記第１実施例の制御を適用した場合の機関加速時の挙動を示すタイムチャート。 本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すブロック図。 上記第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。 アクチュエータが電動式である場合に適した上限圧縮比設定テーブル。 アクチュエータが油圧駆動式である場合に適した上限圧縮比設定テーブル。 上記第２実施例の制御を適用した場合の機関加速時の挙動の一例を示すタイムチャート。 上記第２実施例の制御を適用した場合の機関加速時の挙動の他の例を示すタイムチャート。 本発明の第３実施例に係る制御の流れを示すブロック図。 上記第３実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。 本発明の第４実施例に係る制御の流れを示すブロック図。 上記第４実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。 上記第４実施例の制御を適用した場合の機関加速時の挙動を示すタイムチャート。 機関加速時に過渡的に目標圧縮比が増加方向へ変化する場合を示す説明図。

符号の説明

１…可変圧縮比内燃機関
１１…エンジンコントロールモジュール
１３…圧縮比制御アクチュエータ

Claims (11)

1. 機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定し、この基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定し、この最終目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
   機関圧縮比が上記基本目標圧縮比に追従できない追従不可状態であるかを判定する追従判定手段と、
   上記追従不可状態と判定された場合に、上記最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止する変更禁止手段と、
   を有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. 実際の機関圧縮比に相当する実圧縮比を推定又は検出する手段を有し、
   上記追従判定手段は、基本目標圧縮比から実圧縮比を減算した偏差が所定値以上となる状態が所定期間以上継続した場合に、追従不可状態と判定する請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
3. 上記追従不可状態で、基本目標圧縮比が最終目標圧縮比を下回ると、上記変更禁止手段による変更禁止を解除し、基本目標圧縮比に合わして最終目標圧縮比を設定する請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
4. 機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
   この可変圧縮比機構を駆動する圧縮比制御アクチュエータと、
   最終目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータへ出力して、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて制御する圧縮比制御手段と、
   機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定する基本目標圧縮比設定手段と、
   少なくとも機関負荷に基づいて、上記圧縮比制御アクチュエータによる上限圧縮比を演算する上限圧縮比演算手段と、
   基本目標圧縮比と上限圧縮比とに基づいて、上記最終目標圧縮比を設定する最終目標圧縮比設定手段と、
   を有する可変圧縮比内燃機関の制御装置。
5. 上記最終目標圧縮比設定手段は、基本目標圧縮比が増加中で、かつ、基本目標圧縮比が上限圧縮比を超えている場合に、上記最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止する請求項４に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
6. 上記圧縮比制御アクチュエータが油圧アクチュエータであり、
   上記上限圧縮比演算手段が機関負荷と油圧とに基づいて上限圧縮比を演算する請求項４又は５に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
7. 機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
   この可変圧縮比機構を駆動する圧縮比制御アクチュエータと、
   最終目標圧縮比に応じた指令信号を圧縮比制御アクチュエータへ出力して、機関圧縮比を最終目標圧縮比へ向けて制御する圧縮比制御手段と、
   機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定する基本目標圧縮比設定手段と、
   上記圧縮比制御アクチュエータの温度を検出又は推定する温度検出手段と、
   上記圧縮比制御アクチュエータの温度が所定値以上の場合に、上記最終目標圧縮比を所定値に固定し、上記圧縮比制御アクチュエータの温度が所定値未満の場合に、上記基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定する最終目標圧縮比設定手段と、
   を有する可変圧縮比内燃機関の制御装置。
8. 機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を求め、この基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定し、この最終目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を可変制御する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
   機関負荷が所定値以上の場合、最終目標圧縮比の増加方向への変更を禁止することを特徴とする可変圧縮比内燃機関の制御装置。
9. クランクシャフトのクランクピンに回転可能に嵌合するロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連係するアッパリンクと、ロアリンクに一端が連結された制御リンクと、を有し、この制御リンクを介してロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより機関圧縮比を可変とする圧縮比制御アクチュエータと、を備える可変圧縮比機構を有する請求項１〜８のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
10. 上記圧縮比制御アクチュエータが電動モータである請求項９に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
11. 機関運転状態に基づいて基本目標圧縮比を設定し、この基本目標圧縮比に基づいて最終目標圧縮比を設定し、この最終目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を可変制御する可変圧縮比内燃機関の制御方法において、
    機関負荷が増加する機関加速中であって、かつ、上記基本目標圧縮比が増加方向へ変化する場合に、上記最終目標圧縮比の変更を禁止することを特徴とする可変圧縮比内燃機関の制御方法。
    

Images