JP4479789B2 - 可変圧縮比エンジン - Google Patents

Description

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に関する。

可変圧縮比エンジンでは、運転負荷に応じた圧縮比変更を行うことで、種々の利点が得られている。例えば、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。

こうした従来の可変圧縮比エンジンでは、負荷に応じて一律に圧縮比を変更するほか、エンジン暖機の完了前には、圧縮比を高圧縮比に変更してこの期間における燃費の向上やドライバビリティの向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６３−１３１８３８号公報

ところで、エンジンでの燃料の燃焼性は、エンジン性能に関与することが知られており、こうした燃焼性に基づいて、種々のエンジン制御を行うことがなされている（例えば、特許文献２）。

特開２００２−７０６２４号公報

この特許文献２は、燃焼性の良否を燃料の気化および燃焼性の良否に関与する燃料の性状として捕らえ、この燃料性状（重質燃料、軽質燃料）に応じて吸気流を強弱させ、これにより燃料性状に拘わらず燃料の燃焼性を高めている。また、圧縮比と関連した制御手法も種々提案されている（例えば、特許文献３ないし５）。

特開昭６３−６８７２８号公報 特開平３−１６４５３８号公報 特開昭６３−１５９６４２号公報

これら文献のうち、特許文献３は、ガソリン燃料とこれよりオクタン価の高い天然ガス燃料とを燃料として利用可能なエンジンにおいて、燃料に応じて圧縮比を高低変更することで、上記の燃料の併用を可能としている。特許文献４は、アルコールとガソリンといった混合燃料を燃料として利用可能なエンジンにおいて、燃料組成と冷却水温に応じて圧縮比を高低変更することで、混合燃料使用時の始動性を高めている。また、特許文献５は、圧縮比変更と空燃比制御の整合を低負荷状況では高圧縮比とリーン制御とすることで採り、これにより噴射された燃料の温度を高めて燃焼性を高めている。

このほか、エンジンの排気浄化のために触媒を排気系に設置することも多用されつつあり、こうした触媒との関連で圧縮比を制御することも提案されている（例えば、特許文献６）。

特開平２−１６３４２９号公報

こうした従来技術の知見があったとしても、圧縮比の変更に際しては、未だ改善の余地が残されている。
例えば、燃料が重質燃料であるときには、燃料気化が軽質燃料より劣り燃料の燃焼性が低下するが、上記した特許文献には、こうした場合における圧縮比設定についての示唆は見られない。この場合、特許文献４では、混合燃料のアルコール濃度に応じて圧縮比を変更しているが、重質燃料ではあってもアルコールとの混合燃料ではないので、特許文献４の技術をそのまま適用することはできないのが現状である。

また、燃料性状によって、或いはエンジンの運転条件（例えば、低回転数・高負荷）によって燃料の燃焼性が悪化した場合には、特許文献５に提案された圧縮比制御（低負荷状況での高圧縮比）では、対処できない。

近年になり、窒素酸化物の浄化効率が高められた浄化装置、例えば窒素酸化物の吸蔵・放出が可能な触媒を有する浄化装置が多用されつつある。こうした浄化装置では、その触媒暖機期間において、窒素酸化物の放出を図ってその後の吸蔵に備えた機能回復のため、一時的に空燃比を理論空燃比から大きく異なる値としたりする場合がある。こういった状況では、燃料の燃焼性が悪化することになり、触媒に至る排気中の酸素濃度が不安定となる。さらに特許文献６のような触媒暖機の機関に亘って圧縮比を低圧縮比とすると、燃焼が不安定になる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされ、可変圧縮比エンジンにおける燃料の燃焼の安定化をもたらす圧縮比変更手法を提供することを目的とする。

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、圧縮比がエンジンの運転状態に応じて設定した目標圧縮比となるよう圧縮比変更機構を制御しつつ、浄化装置がその有する触媒からの窒素酸化物放出のための触媒暖機制御を実行している状況において目標圧縮比を高圧縮比側に変更する。この高圧縮比側への圧縮比変更の際の圧縮比変更程度を、前記浄化装置が設定した前記目標空燃比に応じて定める。

従って、この本発明の可変圧縮比エンジンによれば、特許文献６で提案されたように一律に圧縮比を低圧縮比とするものに比して、燃料の燃焼性の安定化を図ることが可能となる。燃焼の安定化は、触媒に至る排気のガス組成の安定化をもたらすので、触媒の暖機を通した触媒機能の回復にも有益である。特に、浄化装置が触媒の暖機制御を実行している状況において目標空燃比が予め定めた設定値を超えたリッチ空燃比またはリーン空燃比であると、目標空燃比が予め定めた設定値の間の場合より、目標圧縮比をより高圧縮比側に変更するようにすることもできる。こうすれば、既述したように、圧縮行程後期の時期の圧縮端における気体温度のより一層の上昇とスキッシュ乱れのより強化をもたらして燃料を安定して燃焼させることができるので、より好ましい。

次に、本発明の形態を実施例に基づき説明する。図１は実施例に係る可変圧縮比エンジン１０を含むエンジンシステム１００の構成を概略的に示す説明図である。

図示するように、本実施例に係るエンジンシステム１００は、可変圧縮比エンジン１０を備えており、可変圧縮比エンジン１０は、シリンダヘッド２０とシリンダブロック３０とを備えている。

シリンダブロック３０は、シリンダとして機能する上部ブロック３１と、クランクケースとして機能する下部ブロック３２と、を含んでいる。シリンダ内には、上下に往復運動するピストン４１が設けられており、クランクケース内には、回転運動するクランクシャフト４３が設けられている。ピストン４１とクランクシャフト４３とは、コネクティングロッド４２を介して接続されている。この構成によって、ピストン４１の往復運動とクランクシャフト４３の回転運動との変換が行われる。なお、シリンダヘッド２０とシリンダブロック３０とピストン４１とで囲まれた領域は、燃焼室を形成する。

また、上部ブロック３１と下部ブロック３２との間には、上部ブロック３１を下部ブロック３２に対して上下方向に移動させるためのアクチュエータ３３が設けられている。上部ブロック３１を上方に移動させると、シリンダヘッド２０も上方に移動する。このとき、燃焼室の容積が大きくなるため、圧縮比は小さくなる。逆に、上部ブロック３１を下方に移動させると、シリンダヘッド２０も下方に移動する。このとき、燃焼室の容積が小さくなるため、圧縮比は大きくなる。つまり、これら上下のブロックとアクチュエータは、圧縮比を変更する圧縮比変更機構を構成する。

シリンダヘッド２０には、吸気ポート２３と排気ポート２４とが形成されている。吸気ポート２３には、吸気弁２１が配置されており、排気ポート２４には、排気弁２２が配置されている。吸気弁２１と排気弁２２とは、それぞれ、ピストン４１の往復運動に応じて動作する動弁機構（カム機構）２５，２６によって駆動される。

吸気ポート２３には、吸気管５０が接続されており、排気ポート２４には、排気管５８が接続されている。吸気管５０には、スロットル弁５２と燃料噴射弁５５とが設けられている。吸気管５０の上流側からはエアクリーナ５１を介して空気が供給される。電動アクチュエータ５３によって制御されるスロットル弁５２は、燃焼室に導かれる空気量を調整する。燃料噴射弁５５は、図示しない燃料ポンプから供給される燃料（ガソリン）を吸気ポート２３内に噴射する。これにより、空気と燃料との混合気が生成される。混合気は、燃焼室内に供給された後、点火プラグ２７が形成する電気火花によって、燃焼する。燃焼済みの排気ガスは、燃焼室から排出される。排気管５８には、排気ガスを浄化するための浄化装置７０が設けられている。浄化装置７０には、温度センサ７１が設けられている。また、浄化装置７０の上流側および下流側には、それぞれ酸素センサ（または空燃比センサ）８１，８２が設けられている。

浄化装置７０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（リーンＮＯｘ触媒とも呼ばれる）を含んでいる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、周知の三元触媒を酸化バリウムなどの塩基性物質で修飾したものである。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、理論空燃比で燃焼が実行される場合には、三元触媒として機能する。すなわち、排気ガス中の還元性成分（ＨＣ，ＣＯ，Ｈ₂ ）と酸化性成分（ＮＯｘ，Ｏ₂ ）とを反応させ、無害の成分（ＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏ，Ｎ₂ ）を生成することによって、排気ガスを浄化する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、リーン空燃比で燃焼が実行される場合には、排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩として吸蔵することによって、排気ガスを浄化する。ただし、触媒のＮＯｘ吸蔵量には、限界がある。このため、適時、触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる必要がある。具体的には、リーン空燃比での燃焼が継続される場合には、断続的にリッチ空燃比で燃焼を実行する必要がある。このような回復処理（以下、リッチスパイクとも呼ぶ）を実行することによって、吸蔵されたＮＯｘを窒素に還元することができ、この結果、触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させることができる。

なお、本実施例のＮＯｘ吸蔵還元触媒は、酸化セリウムなどの助触媒を含んでいる。酸化セリウムは、リーン空燃比で燃焼が実行される場合には、酸素を貯蔵し、リッチ空燃比で燃焼が実行される場合には、貯蔵した酸素を放出する機能を有している。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、理論空燃比付近の比較的広い範囲で高い浄化率を発揮することができる。

また、エンジンシステム１００は、エンジン全体を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：electrical control unit ）６０を備えている。ＥＣＵ６０は、バスで互いに接続されたＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力回路とを備えている。ＥＣＵ６０には、クランクシャフト４３に設けられたクランク角センサ６１や、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ６２、吸気管５０に設けられた吸気圧センサ５６、排気管５８に設けられた温度センサ７１、酸素センサ８１，８２およびエンジンの冷却水温度を検出する冷却水温センサ９０などが接続されている。そして、ＥＣＵ６０は、これらの検出結果に基づいて、圧縮比変更機構のアクチュエータ３３や、点火プラグ２７、燃料噴射弁５５などを制御する。

次に、本実施例のエンジンシステム１００がＥＣＵ６０を介して行う種々の制御について説明する。図２は、エンジンの制御の概要を示すフローチャートである。なお、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１０１では、エンジンの運転条件が検出される。具体的には、ＥＣＵ６０は、運転条件として、エンジン回転数とエンジン負荷（要求トルク）とを検出する。なお、エンジン回転数は、クランク角センサ６１の検出結果に基づいて決定され、エンジン負荷は、アクセル開度センサ６２の検出結果に基づいて決定される。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で検出された運転条件に基づいて、種々の制御が実行される。

ステップＳ１０２ａでは、圧縮比の制御が実行される。具体的には、ＥＣＵ６０は、目標圧縮比の設定と、アクチュエータ３３を駆動させることによって、エンジンの圧縮比を目標圧縮比に変更する制御とを行う。この際の目標圧縮比の設定では、検出された運転条件（エンジン回転数およびエンジン負荷）に基づいて行う処理と、他の制御要求に基づいて行う処理とを行う。図３は圧縮比制御を行う場合の処理の様子を示すフローチャートである。

図示するように、この圧縮比制御では、まず、後述する燃料性状判定制御等の他の制御から圧縮比の変更要求があるかを判定する（ステップＳ２００）。この判定は、例えば、他の制御にてセットされるフラグのセット状態や、他の制御での目標圧縮比の設定の有無により下される。ここで、他の制御からの要求がないと否定判定すれば、検出された運転条件（エンジン回転数およびエンジン負荷）に基づいた目標圧縮比を設定する（ステップＳ２１０）。図４は運転条件に基づく目標圧縮比の設定手法を説明する説明図である。

ＥＣＵ６０は、運転条件と目標圧縮比とを対応させた図４のようなマップを予め記憶しており、検出した運転条件をマップに対応させて目標圧縮比を設定する。こうして目標圧縮比を設定すると、続くステップＳ２３０で、ＥＣＵ６０は、アクチュエータ３３を駆動させることによって、エンジンの圧縮比を、ステップＳ２１０で定めた目標圧縮比に変更する。

その一方、ステップＳ２０で他の制御から圧縮比変更の要求があると判定すれば、目標圧縮比を当該他の制御で要求された目標圧縮比に設定し（ステップＳ２２０）、続くステップＳ２３０で、ＥＣＵ６０は、エンジンの圧縮比を、ステップＳ２２０で定めた目標圧縮比に変更する。他の制御での目標圧縮比の設定については後述する。

こうした圧縮比の制御に続くステップＳ１０２ｂでは、空燃比の制御が実行される。具体的には、ＥＣＵ６０は、検出された運転条件（エンジン回転数およびエンジン負荷）に基づいて、目標空燃比を決定する。なお、目標空燃比にあっても、こうした運転条件に基づいた設定の他、浄化装置７０における触媒の機能回復処理等により設定（リッチスパイク発生等）されるが、圧縮比の変更を図る本発明の要旨とは直接関係しないので、その説明を省略する。

空燃比の制御には、吸入空気量の制御と燃料噴射の制御とが含まれている。吸入空気量の制御は、例えば、スロットル弁５２の開度を調整することによって実行可能である。吸入空気量は、吸気圧センサ５６の検出結果に基づいて求められる。そして、目標空燃比と吸入空気量とに基づいて、燃料供給量が決定される。本実施例では、単位時間あたりの燃料噴射量と燃料噴射終了時期とは予め定められている。このため、燃料供給量は、燃料噴射開始時期を調整することによって、変更される。燃料噴射弁５５による燃料噴射は、クランク角センサ６１からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。

こうした空燃比制御に続くステップＳ１０２ｃ（図２）では、検出された運転条件に応じて点火時期の制御が実行される。本実施例では、点火時期は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納された運転条件に応じた目標点火時期を示すマップを用いて決定される。点火プラグ２７による点火は、クランク角センサ６１からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。

次に、上記した圧縮比制御において他の制御要求に基づき圧縮比を変更する様子について説明する。図５は燃料性状に基づいて圧縮比を変更する制御の内容を示すフローチャートである。

図示する燃料性状に基づく圧縮比変更制御は、所定時間ごとにＥＣＵ６０にて割込処理され、まず、燃料性状（重質燃料・軽質燃料）の判定のためのセンサをスキャンし（ステップＳ３００）、そのスキャン結果に基づいて燃料が重質燃料であるか否かを判別する（ステップＳ３１０）。

重質燃料は、その燃料気化が軽質燃料に比して劣って燃焼性が悪くなる。よって、重質燃料使用時には、回転数の低下や、回転変動の悪化、燃焼速度の低下、低出力、低ＮＯｘ等の現象が起きる。このため、これら現象の有無を適宜なセンサの出力で判定でき、その結果に基づいて燃料性状が重質燃料であるかを判別できる。

本実施例では、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ６１からのセンサ出力に基づき回転数の低下現象の有無を判定し、これにより燃料性状を演算することとした。このほか、クランク角センサ６１のセンサ出力の変動の様子から回転変動の悪化を、図示しない気筒内圧センサの出力から燃焼速度の低下を、図示しないトルクセンサの出力から低出力を、排気系に設置した図示しないＮＯｘセンサからの出力により低ＮＯｘをそれぞれ調べ、その結果により燃料性状を判別するように構成することもできる。なお、低出力については、クランク角センサ６１からのセンサ出力により回転数の変化速度を演算し、その演算結果から低出力現象の有無を調べるようにすることもできる。

ステップＳ３１０で重質燃料ではないと判別すると、何の処理も行うことなく本ルーチンを終了する。従って、燃料性状に基づく圧縮比制御からの圧縮比変更の要求がないことになるので、既述したステップＳ１０２ａでは、図４のマップを用いた運転状態に基づく圧縮比変更がなされる（ステップＳ２１０）。

その一方、ステップＳ３１０で重質燃料であると判別すると、目標圧縮比を高圧縮比化して（ステップＳ３２０）、本ルーチンを終了する。この場合は、燃料性状に基づく圧縮比制御からの圧縮比変更の要求があるので、既述したステップＳ１０２ａでは、図４のマップを用いた運転状態に基づく目標圧縮比に替わり、この燃料性状に基づく目標圧縮比が採用され（ステップＳ２２０）、当該目標圧縮比となるよう圧縮比が変更される。

図６は燃料性状に基づく目標圧縮比の変更に伴う圧縮比の変更の様子を示す説明図である。
図示するように、時刻ｔ１でエンジンがＯＮとされると、ＥＣＵ６０は、エンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの推移を観察し（ステップＳ３００）、回転数の落ち込みがあると、燃料性状が重質燃料であると判別する（ステップＳ３１０）。これにより、目標圧縮比が高圧縮比化されるので（ステップＳ３２０）、圧縮比は図示するように高圧縮比に変更される（図２；ステップＳ２２０、２３０）。なお、本実施例では、エンジン始動時を例に挙げて重質燃料の判定を行ったが、一時停止等のアイドル運転中等にあっても、回転数変動等に基づいて重質燃料の判定を行うことができる。

燃料性状が重質燃料である場合における目標圧縮比の高圧縮比化の程度は、種々設定できる。例えば、図４に示したマップにおける高圧縮比の領域をエンジン負荷軸方向に一律に拡大する手法の他、こうした拡大をエンジン回転数に応じて変えるようにすることもできる。例えば、エンジン回転数が低回転数域では、目標圧縮比の拡大程度を大きく、高回転数域では小さくするようにすることもできる。或いは、重質燃料でない場合（軽質燃料）にステップＳ２１０で決定した目標圧縮比を所定圧縮比だけ高圧縮とするような手法を採ることができる。

以上説明したように、本実施例では、使用燃料が重質燃料であるために燃料の燃焼性が悪化すると予想されると（ステップＳ３１０肯定判定）、目標圧縮比を高圧縮比側に変更してその圧縮比となるようにする。従って、圧縮行程後期の時期の圧縮端における気体温度は上昇し、燃焼室におけるスキッシュ乱れも強くなる。このため、重質燃料はこうした状況で燃焼するので、燃料気化に劣る重質燃料であっても安定して燃焼させることができる。よって、重質燃料使用時における燃費向上やドライバビリティ向上を図ることができる。

上記した図５の圧縮比制御（目標圧縮比の設定）は、燃料性状に基づく燃焼性の良否に着目して行ったが、燃料の燃焼性の悪化は、燃料性状以外の要因でも起きるので、こうした場合の圧縮比制御（目標圧縮比の設定）について説明する。図７は燃料の燃焼性の良否に基づいて圧縮比を変更する制御の内容を示すフローチャートである。

図示する燃料の燃焼性の良否に基づく圧縮比変更制御にあっても、所定時間ごとにＥＣＵ６０にて割込処理され、まず、燃料の燃焼性の判定のためのセンサをスキャンする（ステップＳ４００）。ついで、そのスキャン結果に基づいて、燃焼性が悪化する条件の成立状態を判定する（ステップＳ４１０、４２０）。

第１の燃焼性悪化条件は、エンジンの回転数が低回転数域でエンジン負荷が高いことである。エンジン回転数が低いと、気筒内の燃料混合気の流動性は低いので、こうした場合にエンジン負荷が高まると燃料の燃焼は不安定となる。また、第２の条件は、エンジン冷却水温度が低くエンジンが冷えていれば、その分、燃料混合気の温度が低下するので、燃料の燃焼は不安定となる。

よって、ステップＳ４１０とステップＳ４２０では、エンジンの回転数が低回転数域でエンジン負荷が高い状態か否か、エンジンが冷えている状態か否かを判定し、いずれか一方でも否定判定すれば、燃料の燃焼は安定している或いは比較的安定しているとして、何の処理も行うことなく本ルーチンを終了する。これにより、燃焼性の良否に基づく圧縮比制御からの圧縮比変更の要求がないことになるので、既述したステップＳ１０２ａでは、燃料性状の場合と同様、図４のマップを用いた運転状態に基づく圧縮比変更がなされる。

なお、ステップＳ４００でのセンサスキャンは、上記した条件成立の判定に必要なセンサ、例えばクランク角センサ６１、冷却水温センサ９０、アクセル開度センサ６２等のセンサについて行われる。

その一方、ステップＳ４１０とステップＳ４２０で共に肯定判定すれば、エンジンの回転数が低回転数域でエンジン負荷が高く、しかも、エンジンが冷えていることになるので、燃料の燃焼の安定性に欠けるとして、目標圧縮比を高圧縮比化して（ステップＳ４２０）、本ルーチンを終了する。この場合は、燃料の燃焼性に基づく圧縮比制御からの圧縮比変更の要求があるので、既述したステップＳ１０２ａでは、図４のマップを用いた運転状態に基づく目標圧縮比に替わり、この燃料の燃焼性に基づく目標圧縮比が採用され（ステップＳ２２０）、当該目標圧縮比となるよう圧縮比が変更される。

本実施例では、燃料燃焼の安定性に欠ける場合における目標圧縮比の高圧縮比化を、次のように行うことができる。図８は燃料燃焼の安定性に欠ける場合における目標圧縮比の高圧縮比化の様子を示す説明図である。
ステップＳ４１０、４２０で否定判定した場合は、エンジンの回転数が低回転数域でエンジン負荷が高い状態であるので、図４に示したマップにおける低回転・高負荷の領域を、圧縮比を高圧縮比とすべき領域に変更した。つまり、図４に示すマップに替わって図８に示すマップを使うようにして、エンジンの回転数が低回転数域でエンジン負荷が高く、しかも、エンジン冷却時には、目標圧縮比を大きく変更するようにした。この図８は、目標圧縮比を高圧縮比化するエンジンの運転領域が拡大されていることを意味する。そして、低回転・高負荷の領域以外の領域では、燃料燃焼の安定性に特段の悪化がないので、図４と同様にして目標圧縮比を設定している。

図９は燃料の燃焼性に基づく目標圧縮比の変更に伴う圧縮比の変更の様子を示す説明図である。なお、説明の便宜上、エンジン冷却水温度は設定値より低く、エンジンは冷却されているとする。
図示するように、時刻ｔ１でエンジンがＯＮとされると、ＥＣＵ６０は、エンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの推移を観察する。図示する場合には、図６で示したような回転数の落ち込みがないので、アイドル回転数への推移時に、図５の処理による圧縮比変更（高圧縮比化）は起きない。時刻ｔ２では、低回転数のアイドル回転時に、ニュートラルからドライブレンジにシフト変更がされるので、自動変速機のトルクコンバータの引きずり抵抗によりエンジン負荷が上がる。そうすると、燃料の燃焼性が不安定となるとして（ステップＳ４１０、４２０の肯定判定）、目標圧縮比が高圧縮比化されるので（ステップＳ４３０）、圧縮比は図示するように高圧縮比に変更される（図２；ステップＳ２２０、２３０）。

なお、既述したように重質燃料を使用していると、エンジン冷間時における低回転・高負荷の領域では、燃料の安定性はより欠けることになる。よって、こうした場合には、重質燃料であるとして設定した目標圧縮比とステップＳ４３０で設定した目標圧縮比のうちの大きい方を採用したり、両目標圧縮比から新たな高圧縮比の目標圧縮比を演算設定するようにすることもできる。また、重質燃料を使用している場合、エンジン冷間時における低回転・高負荷の領域以外の領域であっても、燃料燃焼の安定性に欠ける場合があるが、その場合は、図５の処理により、目標圧縮比の高圧縮比化を図ることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、エンジン回転数や負荷、或いはエンジンの冷却の様子等により燃料の燃焼性が不安定となれば、圧縮比を高める。よって、こういった運転状態により燃焼性が不安定となっても、圧縮端における気体温度のより一層の上昇とスキッシュ乱れのより強化をもたらし、燃料を安定して燃焼させることができる。

次に、また別の制御の要求から圧縮比制御（目標圧縮比の設定）を行う場合について説明する。図１０は浄化装置７０の触媒暖機制御の様子に基づいて圧縮比を変更する制御の内容を示すフローチャートである。

図示する浄化装置７０の触媒暖機制御の様子に基づく圧縮比変更制御にあっても、所定時間ごとにＥＣＵ６０にて割込処理され、まず、浄化装置７０の暖機制御を実行中であるか否かを判定する（ステップＳ５００）。この判定は、例えば、図示しない触媒暖機制御にてセットされるフラグのセット状態や、この触媒暖機制御での目標空燃比の設定の有無により下される。ここで、触媒暖機制御の実行中でないと判定すると、何の処理も行うことなく本ルーチンを終了する。従って、触媒暖機制御の様子に基づく圧縮比制御からの圧縮比変更の要求がないことになるので、既述したステップＳ１０２ａでは、図４のマップを用いた運転状態に基づく圧縮比変更がなされる（ステップＳ２１０）。

一方、触媒暖機制御中であれば、その制御で設定される空燃比（目標空燃比ＡＦ０）の状態を判定する（ステップＳ５１０）。ここで、強リッチ状況（ＡＦ０＞設定ＡＦ１）か強リーン状況（ＡＦ０＜設定ＡＦ２）であると判定すると、目標圧縮比を高圧縮比に設定し（ステップＳ５２０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ５１０で否定判定すれば、目標圧縮比をステップＳ５２０で設定した目標圧縮比より小さい圧縮比に設定し（ステップＳ５３０）、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例によれば、次の利点がある。
強リッチ状況（ＡＦ０＞設定ＡＦ１）や強リーン状況（ＡＦ０＜設定ＡＦ２）では、燃料の極端な過不足があるため、燃料の燃焼が不安定となり得る。しかしながら、こうした状況下では、目標圧縮比を高圧縮比として圧縮比を高めるので、既述したように、圧縮行程後期の時期の圧縮端における気体温度を上昇させると共に、スキッシュ乱れをより強化する。よって、燃料を安定して燃焼させることができる。しかも、排気のガス組成も、触媒暖機制御で求められる強リーン或いは強リッチに対応した安定した組成となるので、触媒暖機制御についても強リーン或いは強リッチとしたことの制御意図、即ち強リッチに基づく触媒機能回復や触媒温度上昇、或いは強リーンに基づく窒素酸化物の急吸蔵を達成でき、好ましい。

また、強リッチ状況や強リーン状況でない場合は、ストイキ近辺での空燃比での運転がなされて燃料の燃焼性は安定するので、こうした場合にまで不用意に高圧縮比とすることがない（ステップＳ５３０）。このため、圧縮比による燃料温度の上昇を抑制できることから、高温燃料の燃焼に伴う不用意な振動等を回避できる。

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。

例えば、可変圧縮比エンジンについては、シリンダブロック３０の上部ブロック３１を下部ブロック３２に対して上下動させることによって圧縮比を変更する可変圧縮比機構を有するものとしたが、これに限られるわけではない。つまり、可変圧縮比機構は、コンロッドをピストンとクランクシャフトの間で屈曲可能とし、その屈曲程度を変えることでピストンの上下死点位置を変更して圧縮比を変更する構成等、種々の構成を採ることができる。

実施例に係る可変圧縮比エンジン１０を含むエンジンシステム１００の構成を概略的に示す説明図である。 エンジンの制御の概要を示すフローチャートである。 圧縮比制御を行う場合の処理の様子を示すフローチャートである。 運転条件に基づく目標圧縮比の設定手法を説明する説明図である。 燃料性状に基づいて圧縮比を変更する制御の内容を示すフローチャートである。 燃料性状に基づく目標圧縮比の変更に伴う圧縮比の変更の様子を示す説明図である。 燃料の燃焼性の良否に基づいて圧縮比を変更する制御の内容を示すフローチャートである。 燃料燃焼の安定性に欠ける場合における目標圧縮比の高圧縮比化の様子を示す説明図である。 燃料の燃焼性に基づく目標圧縮比の変更に伴う圧縮比の変更の様子を示す説明図である。 浄化装置７０の触媒暖機制御の様子に基づいて圧縮比を変更する制御の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０...可変圧縮比エンジン
２０...シリンダヘッド
２１...吸気弁
２２...排気弁
２３...吸気ポート
２４...排気ポート
２５，２６...動弁機構（カム機構）
２７...点火プラグ
３０...シリンダブロック
３１...上部ブロック
３２...下部ブロック
３３...アクチュエータ
４１...ピストン
４２...コネクティングロッド
４３...クランクシャフト
５０...吸気管
５１...エアクリーナ
５２...スロットル弁
５３...電動アクチュエータ
５５...燃料噴射弁
５６...吸気圧センサ
５８...排気管
６１...クランク角センサ
６２...アクセル開度センサ
７０...浄化装置
７１...温度センサ
８１，８２...酸素センサ
９０...冷却水温センサ
１００...エンジンシステム

Claims (2)

1. エンジンの圧縮比を変更可能なエンジンであって、
   圧縮比を変更する圧縮比変更機構と、
   エンジンの排ガスを浄化するために排気系に設けられ、排ガスに含まれる窒素酸化物の吸蔵・放出が可能な触媒を有し、該触媒の暖機制御を実行しつつ目標空燃比を設定する浄化装置と、
   エンジンの運転状態に応じて目標圧縮比を設定し、該目標圧縮比となるよう前記圧縮比変更機構を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記浄化装置が前記触媒からの窒素酸化物放出のための触媒暖機制御を実行している状況において前記目標圧縮比を高圧縮比側に変更すると共に、前記浄化装置が設定した前記目標空燃比に応じて前記高圧縮比側への圧縮比変更程度を定める可変圧縮比エンジン。
2. 請求項１記載の可変圧縮比エンジンであって、
   前記制御手段は、
   前記浄化装置の前記目標空燃比が予め定めた設定値を超えたリッチ空燃比またはリーン空燃比であるときの前記圧縮比変更程度を、前記目標空燃比が前記予め定めた設定値の間の空燃比であるときの前記圧縮比変更程度より大きく定める可変圧縮比エンジン。

Images