JP4470727B2 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、機関圧縮比を変更可能な内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。

ガソリンエンジンに代表される火花点火式の内燃機関では、機関運転中にノッキング（単にノックとも呼ぶ）が発生した場合、これをノッキングセンサにより検出し、一時的に点火時期を遅角することで、ノッキングを速やかに回避する技術が従来より知られている。また、特許文献１に記載されているように、圧縮比を可変にできる内燃機関においては、低負荷側を高圧縮比、高負荷側を低圧縮比とすることによって、燃料消費率を向上させつつ、ノッキングの発生を抑制・回避することが可能である。
特開平７−２２９４３１号公報

エンジンは冬場等の低温始動の繰返しや、高負荷時はブローバイガス中のオイル分が吸気へ還流することにより燃焼時にカーボン等が生成されやすくなり、それらが燃焼室壁面やピストン冠面に付着・堆積することで、実際の圧縮比が経時的に変化していくことがある。また、ピストンリングの磨耗が進行したような場合においては、クランクケースへ混合気が吹抜け易くなり、実際の有効なコンプレッション圧が経時的に低下していくことがある。それらの要因によって経時的にエンジンのコンディションすなわち圧縮比が変化していくことが避けられない。

目標点火時期や目標圧縮比などを設定するための制御マップのマップ値は、初期のエンジンコンディションに対して経時変化を見越してある程度のマージンを加味して設定されている。しかしながら、当初の想定した以上のカーボン付着などにより、実際の有効な圧縮比などが当初の想定範囲より高くなってしまったような場合には、予め設定しておいた制御マップの値をそのまま用いて目標点火時期や目標圧縮比を設定すると、ノッキングが発生し易くなってしまう場合がある。

なお、上述したようにノッキングが発生した場合にはノッキングセンサでこれを検知して、点火時期をリタードさせることによりノッキングを速やかに回避する技術は従来より知られている。しかしながら、燃焼室内へのカーボンの付着などにより常に実圧縮比が高い方にずれてしまっているような場合においては、頻繁にノッキングが発生し、その都度点火時期をリタードすることとなるので、トルクや熱効率が低下する時間が長くなってしまうことが解かった。

また圧縮比を可変にできるエンジンにおいては、低負荷側を高圧縮比と設定するので、通常の運転モードでは高圧縮比側で運転される頻度がかなり高い。このため、前述のような要因で実圧縮比が高い方にずれてしまったような場合においては、通常の固定圧縮比のエンジンよりも更にノッキングが発生する可能性が高くなってしまう。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。

燃焼室内の混合気に火花点火する点火装置と、機関運転状態に応じて目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、上記目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比手段と、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、を備える。所定レベルのノッキングの発生時から終息時まで点火時期を遅角し、この点火時期の遅角につづいて、上記目標圧縮比を低下するとともに点火時期を進角する。

本発明によれば、ノッキングの発生時に、一般的に応答性に優れた点火時期を遅角することによりノッキングを速やかに回避することができ、かつ、この点火時期の遅角後に、目標圧縮比を低くすることで点火時期を所期の値へ向けて進角させることができるので、大幅に熱効率を高めて燃費性能を向上することができる。

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１〜４は、本発明に係る内燃機関の制御装置の一例を示している。図１は高圧縮比設定状態におけるピストン上死点位置でのリンクレイアウトを示し、図２は低圧縮比設定状態におけるピストン上死点位置でのリンクレイアウトを示している。

内燃機関の機関圧縮比を可変とする可変圧縮比手段として、ここでは、ピストン３とクランクシャフト７のクランクピン８とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストン−クランク機構としての可変圧縮比機構２１を利用している。この可変圧縮比機構２１は特開２００３−９０４０９号公報等にも開示されているように公知であり、ここでは簡単な説明にとどめる。

可変圧縮比機構２１は、シリンダブロック１のシリンダ２内を摺動するピストン３にピストンピン４を介して一端が連結されたアッパリンク５と、このアッパリンク５の他端に連結ピン６を介して連結されるとともに、クランクシャフト７のクランクピン８に回転可能に取り付けられたロアリンク９と、このロアリンク９の自由度を制限するために該ロアリンク９に連結ピン１０を介して一端が連結され、かつ他端がシリンダブロック１等の機関本体（機関固定体）に揺動可能に支持されたコントロールリンク１１と、を備えており、上記コントロールリンク１１の揺動支持位置が制御軸１２の偏心カム部（制御偏心軸部）１３によって可変制御される構成となっている。上記制御軸１２はクランクシャフト７と平行に配置され、かつシリンダブロック１に回転自在に支持されている。

制御軸１２の回転位置が変化することにより、コントロールリンク１１によるロアリンク９の運動拘束条件が変化し、ピストン３のストローク特性及び機関圧縮比を連続的に変化させることができる。この制御軸１２は、油圧式アクチュエータ２２（図３，４参照）により回転駆動される。このアクチュエータ２２は油圧装置２３からの供給油圧に応じて動作する。エンジン制御部２０は目標圧縮比に対応する制御信号を油圧装置２３へ出力し、その供給油圧を制御する。この圧縮比制御は機関運転条件に基づいて行われ、典型的には、機関負荷が高いほどノッキングを回避するように低圧縮比側へ制御される。なお、上記の油圧駆動式に代えて電動式のモータ等により制御軸１２の回転位置を変更・保持するようにしてもよい。

このような可変圧縮比機構２１によれば、機関圧縮比を機関運転状態に応じて連続的・無段階に変更できることに加え、ピストンストローク特性そのものを好ましい特性、例えば単振動に近い特性へ近づけることができる。また、ロアリンク９にコントロールリンク１１を接続することにより、制御軸１２を比較的スペースに余裕のあるクランクシャフト７の斜め下方に配置することができ、機関搭載性にも優れている。

図３を参照して、クランク角センサやアクセル開度センサ等の各種センサ類２５は、エンジン回転数、エンジン負荷、吸入負圧及び排気温度等の機関運転状態に関連する信号を検出してエンジン制御部２０へ出力する。エンジン制御部２０は、これらの検出信号に基づいて油圧装置２３の他、ピストン３上方に形成される燃焼室内の混合気に火花点火する点火装置（点火プラグ）２６や燃料噴射装置等へ制御信号を出力し、点火時期、燃料噴射量及び燃料噴射時期等を制御する。なお、後述する図５，６等の制御ルーチンはエンジン制御部２０により記憶され、所定期間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。

また、シリンダブロック１には、燃焼室内のノッキングの発生を検出するノッキングセンサ２４が設けられている。このノッキングセンサ２４は、例えば圧電素子を座金上に取り付けたもので、燃焼圧力からノッキングを検出する。

次に、図５〜７等を参照して、本発明の第１実施例に係る制御内容について説明する。ステップ（図では単に「Ｓ」と記す）１０１及び１０２では、各種センサ類２５の検出信号に基づいて、エンジン回転数ｒＮｅ１及びアクセル開度ｒＡＰＯ１を読み込む。ステップ１０３では、上記のｒＮｅ１及びｒＡＰＯ１で、図１７に示すような予め設定及び記憶された基本点火時期マップＭａｐ＿ｔＡＤＶを参照することにより、基本点火時期ｔＡＤＶ０を演算する。

ステップ１０４では、ノッキングセンサ２４の検出信号に基づいて、所定レベルのノッキングが発生したかを判定する。ノッキング発生時にはステップ１０５，１０６が実行される。ステップ１０５では、ノッキングを速やかに回避するために点火時期を遅角（リタード）する。具体的には、次式（１）により点火時期ｔＡＤＶを設定する。
ｔＡＤＶ＝ｔＡＤＶ（−１）−＃ＡＤＶＮＯＫ …（１）
上記のｔＡＤＶ（−１）は一演算前の点火時期ｔＡＤＶの値であり、初回のみ上記の基本点火時期ｔＡＤＶ０が与えられる。＃ＡＤＶＮＯＫはノッキング検出時の１ｊｏｂ（１ルーチン）毎の点火リタード量であり、この実施例では予め設定された固定値である。従って、図７に示すようにノッキングが終息するまで点火時期が速やかに低下していく。なお、機関運転状態に応じて上記のリタード量を変化させるようにしても良い。

ステップ１０６では、ノック回避のための点火時期のリタード中であることを示すフラグＦＬＧ１（図７参照）を”１”に設定して、本ルーチンを終了する。

ステップ１０４でノッキングが検出されない場合、ステップ１０７へ進み、ノックリタード中であるか、つまり上記のＦＬＧ１が１であるかを判定する。ノックリタード中でない場合、ステップ１１４へ進み、基本点火時期ｔＡＤＶ（０）を点火時期ｔＡＤＶに設定して、本ルーチンを終了する。ノックリタード中である場合、ステップ１０７からステップ１０８へ進み、点火時期の進角分（量）＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤを算出する。この＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤは、この実施例では予め設定された固定値であるが、機関運転状態に応じて変化させても良い。続くステップ１０９では、上記の進角量＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤに基づいて、点火時期を進角側へ補正する。すなわち、次式（２）によりｔＡＤＶを算出する。

ｔＡＤＶ＝ｔＡＤＶ＋＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤ …（２）
ステップ１１０では、目標圧縮比の低下側への補正分（減少補正量）＃εｈｏｓＤＥＣを算出する。この実施例では、簡素化のために補正分＃εｈｏｓＤＥＣを固定値としているが、機関運転状態に応じて変更するようにしても良い。この補正分＃εｈｏｓＤＥＣは、後述する図６の目標圧縮比演算ルーチンに用いられる。ステップ１１１では、元の点火時期、つまり適切な点火時期である基本点火時期ｔＡＤＶ（０）に復帰したかを判定する。元の点火時期まで進角していれば、上記のリタード中フラグＦＬＧ１を”０”に設定するとともに（ステップ１１２）、目標圧縮比の補正量を保持した状態であることを示す補正状態保持中フラグＦＬＧ３を”１”に設定し（ステップ１１３）、本ルーチンを終了する。

図６は、この第１実施例に係る目標圧縮比演算ルーチンを示している。ステップ２０４では、ステップ２０１及び２０２で読み込まれるエンジン回転数ｒＮｅ１及びアクセル開度ｒＡＰＯ１に基づいて、図１８に示すような予め設定及び記憶された目標圧縮比設定マップＭａｐ＿ｔε０を参照して、基本目標圧縮比ｔε０を求める。ステップ２０５では、ステップ２０３で読み込まれるエンジン水温ｒＴｗ１に基づいて、図１９に示すような水温補正テーブルを参照して、圧縮比の水温補正係数ｈｏｓ＿Ｔｗε１を求める。ステップ２０６では、このｈｏｓ＿Ｔｗε１に基づいて、基本目標圧縮比ｔε０を補正して、目標圧縮比ｔεを演算する。具体的には、次式（３）に基づいて目標圧縮比ｔεを算出する。

ｔε＝ｔε０×ｈｏｓ＿Ｔｗε１ …（３）
ステップ２０７では、目標圧縮比の補正量を保持している状態であるかを判定する。具体的には、図５のステップ１１３やステップ２１４で設定される圧縮比補正状態保持中フラグＦＬＧ３が１であるかを判定する。圧縮比補正状態保持中でなければ、ステップ２０８へ進み、ノッキングセンサ２４の検出信号に基づいて、ノッキング発生中であるかを判定する。ノッキング発生中でない場合、ステップ２０９へ進み、ノックリタード中かを判定する。つまりノック回避のために点火時期を遅角している状況であるかを判定する。この判定は、例えば点火時期リタード後に目標圧縮比を低下側へ補正中であることを示す補正中フラグＦＬＧ２（図７参照）を用いて行うことができる。

ノックリタード中であれば、ステップ２１０ヘ進み、図５のステップ１１０で設定される圧縮比の補正分＃εｈｏｓＤＥＣに基づいて、目標圧縮比ｔεを低下側へ補正する。具体的には、次式（４）により目標圧縮比を演算する。
ｔε＝ｔε（−１）−＃εｈｏｓＤＥＣ …（４）
なお、ｔε（−１）は一演算前の目標圧縮比であり、初回のみ基本目標圧縮比ｔε（０）が設定される。

ステップ２０７の判定が肯定されると、ステップ２１１へ進み、エンジン回転数ｒＮｅ１やアクセル開度ｒＡＰＯ１等に基づいて、運転条件が変化したかを判定する。つまり、加速時や減速時には運転条件が変わったとしてステップ２１２へ進み、ステップ２０６により求められる値を目標圧縮比ｔεとして設定し、ステップ２１４により圧縮比補正状態保持中フラグＦＬＧ３を”０”にリセットする。つまり、運転条件が変化した場合には、補正前の目標圧縮比へ復帰させる。

一方、定常運転状態のように運転条件があまり変化しない場合には、ステップ２１１からステップ２１３へ進み、目標圧縮比の前回値ｔε（−１）を今回の目標圧縮比ｔεとして保持する。すなわち、目標圧縮比を低下側へ補正した状態に維持する。

このような本実施例を適用した場合のタイムチャートを図７に示す。同図に示すように、ノッキング発生時Ｔ１には、応答性に優れる点火時期をリタードすることにより、ノッキングを速やかに回避することができる。そして、点火時期のリタード後、より詳しくは遅角終了直後Ｔ２から、目標圧縮比ｔεを低下側へ補正するとともに、点火時期を徐々に進角して、リタード前の値である基本点火時期へ向けて復帰させている。つまり、ノック回避のための点火時期の遅角分に応じて目標圧縮比ｔεを低下し、この目標圧縮比ｔεの低下分に応じて点火時期を進角させることができる。図２０に示すように点火時期を進角するほど熱効率が向上することから、遅角終了Ｔ２後の熱効率が図７の破線Ｈ１で示す分だけ向上し、燃費性能を向上することができる。

次に、本発明の第２実施例について図８〜１１を参照して説明する。図８は第２実施例に係る点火時期演算ルーチンを示すフローチャートである。なお、後述する実施例では上述した実施例と同様の説明を適宜省略する。ステップ３０３では、ステップ３０１及び３０２で読み込まれるエンジン回転数ｒＮｅ１及びアクセル開度ｒＡＰＯ１に基づいて、図１７に示す基本点火時期マップを参照して、基本点火時期ｔＡＤＶ０を算出する。

ステップ３０４では、ノックリタード後の圧縮比補正中であるかを判定する。この判定は、ステップ３１４やステップ３１７で設定される補正中フラグＦＬＧ２に基づいて行うことができる。ノックリタード後の圧縮比補正中でなければステップ３０５へ進み、ノッキングセンサ２４の検出信号に基づいて、所定レベルのノッキングが発生したかを判定する。ノッキング発生時にはステップ３０６へ進み、第１実施例のステップ１０５と同様、ノック回避のために点火時期を遅角（リタード）側へ補正する。続くステップ３０７でリタード中フラグＦＬＧ１を１に設定して本ルーチンを終了する。

上記ノックリタード後の圧縮比補正中であれば、ステップ３０４からステップ３０８へ進み、ノッキングセンサ２４の検出信号に基づいてノッキングしているかを判定する。つまり、遅角終了Ｔ２後にも、ノッキングの発生を監視する。ノック中であればステップ３０９において、後述する点火時期の進角分＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤを０として、ステップ３１２へ進む。つまり、ノック中には点火時期の進角を禁止する。ノック中であればステップ３０８からステップ３１１へ進む。

ステップ３０５でノック中でないと判定されると、ステップ３１０へ進み、ノックリタード中であるかを判定する。この判定は、上記のリタード中フラグＦＬＧ１に基づいて行うことができる。ノックリタード中でなければ、ステップ３１９へ進み、基本点火時期ｔＡＤＶ０を点火時期ｔＡＤＶに設定して、本ルーチンを終了する。ノックリタード中であれば、ステップ３１０からステップ３１１へ進む。

ステップ３１１〜３１３では、第１実施例のステップ１０８〜１１０と同様に、点火時期の進角側への補正と、目標圧縮比の低下側への補正分の算出が行われる。すなわち、ステップ３１１では点火時期の進角分＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤを算出し、ステップ３１２では＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤに基づいて点火時期ｔＡＤＶを進角側へ補正し、ステップ３１３では圧縮比の低下側への補正分＃εｈｏｓＤＥＣを算出する。但し、上記のステップ３０９において＃ＡＤＶｈｏｓＡＤＤが０に設定されている場合には、点火時期の進角は行われない。ステップ３１４では、補正中フラグＦＬＧ２を１に設定する。

ステップ３１５では、元の点火時期（つまり、基本点火時期ｔＡＤＶ０）へ復帰（進角）したかを判定する。元の点火時期に戻ると、ステップ３１６〜３１８において上記のフラグＦＬＧ１，２を”０”に、フラグＦＬＧ３を”１”に設定する。

図９は第２実施例に係る目標圧縮比の演算ルーチンを示すフローチャートである。基本的には第１実施例の図６のルーチンと同様であるが、ステップ４０８とステップ４０９の処理が異なっている。すなわち、ステップ４０７で圧縮比補正状態保持中でないと判定されると、ステップ４０８へ進み、ノックリタードの補正中であるかを判定する。この判定は補正中フラグＦＬＧ２に基づいて行うことができる。ノックリタードの補正中であれば、ステップ４０９へ進み、ノッキングセンサ２４の検出信号に基づいて、所定レベルのノッキングが発生しているか、つまりノック中であるかを判定する。ノッキングを検出すると、ステップ４１０へ進み、図６のステップ２１０と同様、目標圧縮比を低下側へ補正する。

このような第２実施例によれば、図１０に示すように、点火時期をリタードした分の点火時期を進角させる場合に、ノッキングセンサ２４による検出信号に基づくフィードバック制御により、実際にノッキングが発生しているかを確認しながら点火時期と圧縮比を操作・制御できるようになる。従って、図１１の矢印Ｙ１及びＹ２に示すように、当初のノック限界ラインＬ１とは異なる現在のノック限界ラインＬ２に沿うように圧縮比と点火時期とを変化させることができ、必要以上にマージンをとった圧縮比や点火時期となるおそれがなく、より高い熱効率を得ることができる。また逆に限界以上に大きく点火時期を戻し過ぎてしまい、強いノックを発生させてしまうような事も避けることができる。

図１２〜１５を参照して、上記の第１実施例に対して目標圧縮比の学習処理を付与した第３実施例について説明する。なお、図５の点火時期演算処理等は第１実施例と同様であり、重複する説明を適宜省略する。

図１２は第３実施例の目標圧縮比の演算ルーチンを示している。ステップ５０１〜５０６は図６のステップ２０１〜２０６と同様である。ステップ５０７では、次式（５）に示すように、後述する圧縮学習値εＧＡＫＵを目標圧縮比ｔεの設定に反映させる。
ｔε＝ｔε＋εＧＡＫＵ …（５）
ステップ５０８〜５１５は図６のステップ２０７〜２１６とほぼ同様である。ステップ５１７では、図１３に示す点火リタード分の圧縮比補正量の学習ルーチンを実行する。図１３を参照して、ステップ６０１〜６０４では、圧縮比の学習に適した運転状態であるかを判定する。すなわち、エンジン回転数が規定範囲内か、アクセル開度が規定範囲内か、冷却水温が規定範囲内か、圧縮比補正量を保持した状態（つまり、圧縮比補正状態保持中フラグＦＬＧ３が１の状態）が所定の規定時間を経過したかを判定する。これらの条件が全て成立する場合に、ステップ６０５へ進み、次式（６）に示すように、基本目標圧縮比ｔε０と、現在の目標圧縮比（つまり、点火時期のリタード分に応じて目標圧縮比を低下側へ補正した状態での値）ｔεとの偏差を、圧縮比補正量ＨＯＳεとして算出する。
ＨＯＳε＝ｔε０−ｔε …（６）
ステップ６０６では、上記の圧縮比補正量ＨＯＳε、機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量（機関負荷）Ｔｐに基づいて、図１４に示すような圧縮比学習マップＭａｐ＿εＧＡＫＵにおける現在の機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）に対応するマップ値Ｍ１つまり学習更新量を算出する。具体的には次式（７）により新マップ値を算出する。
新マップ値＝（マップ値（−１）−ＨＯＳε）×＃ｇａｉｎＧＡＫＵ＋マップ値（−１） …（７）
なお、マップ値Ｍ１は図１４のマップＭａｐ＿εＧＡＫＵに格納されているデータ値つまり学習更新量であり、マップ値（−１）は更新前のマップ値である。ゲイン係数＃ｇａｉｎＧＡＫＵは例えば０．１等の１未満の値である。このゲイン係数＃ｇａｉｎＧＡＫＵを用いることにより、学習結果が緩やかに（徐々に）反映されるようにしている。ステップ６０７では、上記の新マップ値に基づいて圧縮比学習マップＭａｐ＿εＧＡＫＵ上の値Ｍ１を更新する。

このような第３実施例による学習処理を行うことによって、ノッキング回避のための点火リタード分に対応する目標圧縮比の低下量に応じた学習値Ｍ１を算出し、この学習値Ｍ１を反映した形で以降の目標圧縮比が算出される。従って、図１５に示すように、破線の特性で示すように一度ノッキングが発生してしまい点火時期をリタードした運転条件（Ｎｅ，Ｔｐ）が再び表われた場合に、実線の特性で示すように、前回のリタード時に学習した圧縮比補正量を用いて予め目標圧縮比を補正することができるようになることから、同じ点火時期のままでノッキングの発生を防ぐことも可能となり、ノッキングが発生して点火時期をリタードする場合に比べて、図１５の符号Ｈ２で示す領域に相当する分、更に熱効率の低下を抑制することができる。

次に、図１６を参照して本発明の参考例について説明する。この図１６において、破線の特性は、上記の第１〜第３実施例のようにノッキング発生時に先ずノック回避のために点火時期をリタードした後に点火時期の進角化と目標圧縮比の低下側への補正とを行う場合に対応している。これに対し、この参考例では、図１６の実線の特性で示すように、ノッキング発生時に、点火時期と圧縮比の双方を変化させて、ノッキングを回避するようにしている。より具体的には、ノッキング発生時に、点火時期を遅角するとともに目標圧縮比ｔεを低下側へ補正して、ノッキングを回避するようにしている。
このような構成とすることで、機関運転中にノッキングが発生した場合、通常の点火時期をリタードさせる動作と平行して、同時に機関圧縮比もノッキングを回避する方向、つまり低下側へ制御することから、通常の点火時期だけをリタードする場合に比べて、ノッキングが終息するまでに要する時間を、図１６の符号Ｔ２からＴ２’の分、更に短縮することが可能である。また機関圧縮比を下げる方向に制御する分、点火時期をリタードさせる量を少なく設定してもよく、その場合、ノッキング終息時の熱効率の低下を更に抑制することができる。

このような構成とすることで、機関運転中にノッキングが発生した場合、通常の点火時期をリタードさせる動作と平行して、同時に機関圧縮比もノッキングを回避する方向、つまり低下側へ制御することから、通常の点火時期だけをリタードする場合に比べて、ノッキングが終息するまでに要する時間を、図１６の符号Ｔ２からＴ２’の分、更に短縮することが可能である。また機関圧縮比を下げる方向に制御する分、点火時期をリタードさせる量を少なく設定してもよく、その場合、ノッキング終息時の熱効率の低下を更に抑制することができる。

次に、本発明の特徴的な技術思想を、上記実施例を参照しつつ列記する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形・変更を含むものである。

（１）燃焼室内の混合気に火花点火する点火装置２６と、図６等に示すように機関運転状態に応じて目標圧縮比ｔεを算出する目標圧縮比算出手段と、上記目標圧縮比ｔεへ向けて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比手段（可変圧縮比機構２１）と、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段（ノッキングセンサ２５）と、を備える。図７に示すようにノッキングの発生時Ｔ１に点火時期を遅角し、この点火時期の遅角後Ｔ２に、上記目標圧縮比ｔεを低下するとともに点火時期を進角する。このようにノッキングの発生時に点火時期をリタードすることによりノッキングを速やかに回避し、このリタード後に、目標圧縮比を低下するとともに点火時期をリタード前の所期の値へ向けて進角させることができるので、点火時期のリタード後の熱効率を高めて燃費性能を向上することができる。

（２）より好ましくは図１０に示すように、点火時期の遅角後Ｔ２に、点火時期を徐々に進角するとともに、ノッキングの発生時に目標圧縮比を低下する。このように、ノック回避のための点火時期リタード後に、ノッキングセンサの検出信号に基づくフィードバック制御により目標圧縮比の低下と点火時期の進角とを行うことにより、ノック限界に沿う形で点火時期の進角を行うことができ、更に好ましい。

（３）あるいは、図１６に示すように、ノッキングの発生時に点火時期を遅角するとともに目標圧縮比を低下する。このように、点火時期の遅角と圧縮比の低下の双方を同時に行うことによって、より迅速にノッキングの発生を回避することが可能となる。

（４）更に好ましくは、図１３に示すように、上記点火時期の遅角後の目標圧縮比の低下量ＨＯＳεに基づいて学習値を算出する学習手段を有し、図１２に示すように、この学習値に基づいて目標圧縮比ｔεを算出する。このように点火リタード後の目標圧縮比の低下量に基づいて学習制御を行い、次回以降の目標圧縮比の設定に反映させることにより、経時的な劣化等による機関圧縮比の変動を良好に吸収・相殺し、これに起因するノッキングの発生を抑制・回避することができる。

（５）上記可変圧縮比手段は、好ましくは図１に示すように、クランクシャフト７のクランクピン８に取り付けられるロアリンク９と、このロアリンク９と内燃機関のピストン３とを連係するアッパリンク５と、アクチュエータ２２により回転位置が変更される制御軸１２と、この制御軸１２に偏心して設けられた制御偏心軸部１３と、この制御偏心軸部１３とロアリンク９とを連係するコントロールリンク１１と、を有している。

次に、図２１〜２４を参照して上記第１〜４実施例の特徴的な構成及びその作用効果について説明する。

第１実施例では図２１に示すように、機関運転条件信号を受けて、（基本）目標圧縮比を演算する手段Ｂ１と、ノッキング信号を受けて点火時期のリタード量を算出する手段Ｂ４と、この手段Ｂ４によるリタード後の圧縮比補正量を算出する手段Ｂ５と、この手段Ｂ５より出力される圧縮比補正量に基づいて、上記手段Ｂ１より出力される値を補正して目標圧縮比Ｂ３を算出する目標圧縮比補正（又は切替）手段Ｂ２と、を有する。また、上記の手段Ｂ４による点火リタード後の点火時期補正量を算出する手段Ｂ６と、この補正量に基づいて点火時期を補正する手段Ｂ７とを有し、この手段Ｂ７により点火進角値Ｂ８を算出する。

このようにノッキング信号を受けて点火リタード量を算出する手段Ｂ４を設けて速やかにノッキングを回避し、このリタード後に、上記の手段Ｂ５によりリタード量に応じて目標圧縮比を低下側へ補正するとともに、上記の手段Ｂ６〜Ｂ８により点火時期をリタード前の所期の値へ向けて進角させることができるので、ノッキングが発生した場合は従来同様に素早く点火時期をリタードさせてノッキングを回避し、その後、リタードさせた分を圧縮比を低く制御することで点火時期をリタード前の所期の値へ向けて進角させることができ、点火時期のリタード後の熱効率を高めて燃費性能を向上することができる。

第２実施例では図２２に示すように、運転条件信号を受けて目標圧縮比を演算する手段Ｂ１と、ノッキング信号を受けて点火時期のリタード量を算出する手段Ｂ４と、を有する。また、この手段Ｂ４によるリタード後に、ノッキング信号を受けて点火リタード後の圧縮比補正量を算出する手段Ｂ５’と、この圧縮比補正量に基づいて上記の手段Ｂ１より出力される値を補正して目標圧縮比Ｂ３を算出する目標圧縮比補正（又は切替）手段Ｂ２と、を有する。更に、手段Ｂ４によるリタード後に、ノッキング信号を受けて点火リタード後の点火時期補正量を算出する手段Ｂ６’と、この点火時期補正量を受けて点火時期を補正する手段Ｂ７とを有し、この手段Ｂ７により点火進角値Ｂ８を算出する。

このように、点火リタード後の圧縮比補正量算出手段Ｂ５’と、点火リタード後の点火補正量算出手段Ｂ６’と、の入力に、点火リタード量の他に少なくともノッキングの発生信号を用いるような構成としたものである。このような構成とすることで、リタードした分の点火時期を進角させる場合に、実際にノッキングが発生しているかを確認しながら点火時期と圧縮比を操作できるようになるので、ノッキングの発生限界を確認しながら操作することができるため、必要以上にマージンをとった圧縮比や点火時期とする必要がなくなり、より高い熱効率を得ることができる。また逆に限界以上に大きく点火時期を戻し過ぎてしまい、不用意にノックを発生させてしまうような事も避けることができるようになる。

第３実施例では図２３に示すように、運転条件信号を受けて、目標圧縮比を演算する手段Ｂ１と、ノッキング信号を受けて点火時期のリタード量を算出する手段Ｂ４と、この手段Ｂ４による点火リタード後の圧縮比補正量を算出する手段Ｂ５と、この手段Ｂ５の出力に基づいて学習値Ｂ１０を算出・保持する手段Ｂ９と、を有する。また、この手段Ｂ９が出力する圧縮比学習値Ｂ１０と上記手段Ｂ５の出力に基づいて上記手段Ｂ１の出力を補正して目標圧縮比Ｂ３を算出する目標圧縮比補正（又は切替）手段Ｂ２を有する。更に、上記手段Ｂ４による点火リタード後の点火時期補正量を算出する手段Ｂ６と、この手段Ｂ６により算出される点火時期補正量を受けて点火時期を補正する手段Ｂ７を有し、この手段Ｂ７により点火進角値Ｂ８を算出する。

このように、点火リタード後の圧縮比補正量算出手段Ｂ５の出力に基づいて学習値Ｂ１０を算出・保持（記憶）する圧縮比補正量学習手段Ｂ９を設け、その学習値Ｂ１０と手段Ｂ５の出力を用いて目標圧縮比を補正（又は切替）するような構成としたものである。このような構成とすることで、ノッキングを回避するための点火リタード後の目標圧縮比の低下分を、以降の目標圧縮比の設定に反映させることができるようになるため、次回運転時に前回ノッキングが発生してしまい点火をリタードしなくてはいけなかった運転条件になった場合であっても、予め目標圧縮比を補正することができるようになることから、同じ点火時期のままでノッキングの発生を防ぐことができ、ノッキングが発生して点火時期をリタードした場合に比べて、大幅な熱効率の低下を抑制することができる。

上記の参考例では図２４に示すように、運転条件信号を受けて、目標圧縮比を演算する手段Ｂ１と、ノッキング信号を受けて点火時期のリタード量を算出する手段Ｂ４と、この手段Ｂ４による点火リタード後の圧縮比補正量を算出する手段Ｂ５と、ノッキング信号を受けてノッキング回避用の圧縮比補正量を算出する手段Ｂ１１と、これらの手段Ｂ５，Ｂ１１の出力に基づいて、上記手段Ｂ１の出力を補正して目標圧縮比Ｂ３を算出する目標圧縮比補正（又は切替）手段Ｂ２と、を有する。また上記手段Ｂ４による点火リタード後の点火時期補正量を算出する手段Ｂ６と、この点火時期補正量を受けて点火時期を補正する手段Ｂ７と、を有し、この手段Ｂ７により点火進角値Ｂ８を算出する。

このように、ノッキング信号を受けて点火時期のリタード量を算出する手段Ｂ４と平行して、同じくノッキング信号を受けてノック回避用の圧縮比補正量を算出する手段Ｂ１１を設け、その出力と点火リタード後の圧縮比補正量算出手段Ｂ５の出力を用いて、上記の手段Ｂ２で目標圧縮比を補正するような構成としたものである。このような構成とすることで、運転中にノッキングが発生した場合、通常の点火時期をリタードさせる動作と平行して、同時に圧縮比もノッキングを回避する方向に制御することができるようになることから、通常の点火時期だけをリタードする場合に比べて、ノッキングが終息するまでに要する時間を短縮し、より確実にノッキングを回避することができるようになる。また圧縮比を下げる方向に制御する分、点火時期をリタードさせる量を少なく設定してもよく、その場合、ノッキング終息時の熱効率の低下を従来制御方法よりも抑制することができる。

本発明に係る可変圧縮比機構の一例を示す高圧縮比設定状態におけるピストン上死点位置での構成図。 本発明に係る可変圧縮比機構の一例を示す低圧縮比設定状態におけるピストン上死点位置での構成図。 本発明に係る内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。 上記可変圧縮比機構の制御軸近傍の一部破断図。 本発明の第１実施例に係る点火時期算出ルーチンを示すフローチャート。 上記第１実施例に係る目標圧縮比算出ルーチンを示すフローチャート。 上記第１実施例を適用した場合の挙動を示すタイムチャート。 本発明の第２実施例に係る点火時期算出ルーチンを示すフローチャート。 上記第２実施例に係る目標圧縮比算出ルーチンを示すフローチャート。 上記第２実施例を適用した場合の挙動を示すタイムチャート。 上記第２実施例に係る点火時期の遅角後の圧縮比と点火時期の変化を示す特性図。 本発明の第３実施例に係る目標圧縮比算出ルーチンを示すフローチャート。 図１２の圧縮比補正量の学習サブルーチンを示すフローチャート。 上記第３実施例に係る圧縮比学習マップの一例を示す説明図。 上記第３実施例を適用した場合の挙動を示すタイムチャート。 本発明の参考例を適用した場合の挙動を示すタイムチャート。 基本点火時期マップの一例を示す説明図。 目標圧縮比設定マップの一例を示す説明図。 水温補正係数の設定マップの一例を示す説明図。 点火時期と熱効率の関係を示す説明図。 上記第１実施例に係る制御ブロック図。 上記第２実施例に係る制御ブロック図。 上記第３実施例に係る制御ブロック図。 上記参考例に係る制御ブロック図。

符号の説明

３…ピストン
５…アッパリンク
７…クランクシャフト
８…クランクピン
９…ロアリンク
１１…コントロールリンク
１２…制御軸
１３…制御偏心軸部
２０…エンジン制御部
２１…可変圧縮比機構
２２…アクチュエータ
２４…ノッキングセンサ（ノッキング検出手段）
２６…点火装置

Claims (5)

1. 燃焼室内の混合気に火花点火する点火装置と、機関運転状態に応じて目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、上記目標圧縮比へ向けて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比手段と、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、を備える内燃機関の制御装置において、
   所定レベルのノッキングの発生時から終息時まで点火時期を遅角し、この点火時期の遅角につづいて、上記目標圧縮比を低下するとともに点火時期を進角することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記点火時期の遅角後に、点火時期を徐々に進角するとともに、ノッキングの発生時に目標圧縮比を低下することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 上記点火時期の遅角後の目標圧縮比の低下量に基づいて学習値を算出する学習手段を有し、
   上記目標圧縮比算出手段は、上記学習値に基づいて目標圧縮比を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 上記可変圧縮比手段が、クランクシャフトのクランクピンに取り付けられるロアリンクと、このロアリンクと内燃機関のピストンとを連係するアッパリンクと、アクチュエータにより回転位置が変更される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御偏心軸部と、この制御偏心軸部とロアリンクとを連係するコントロールリンクと、を有する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比手段と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火装置と、燃焼室内のノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、を備える内燃機関の制御方法であって、
   所定レベルのノッキングの発生時から終息時まで点火時期を遅角し、この点火時期の遅角につづいて、上記目標圧縮比を低下するとともに点火時期を進角することを特徴とする内燃機関の制御方法。

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