JP5104421B2 - Control device and control method for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備えた内燃機関の制御装置及び制御方法に関し、詳しくは、圧縮比に応じて点火時期を制御する技術に関する。   The present invention relates to a control device and a control method for an internal combustion engine having a compression ratio variable mechanism that makes a compression ratio variable, and more particularly to a technique for controlling ignition timing in accordance with the compression ratio.

機関の圧縮比を変化させる圧縮比可変機構を備えた内燃機関として、例えば特許文献1に記載のものがある。この特許文献1に記載の内燃機関では、機械圧縮比と吸気弁閉時期との協調制御によってノッキングを回避しつつ、ノッキングを検出した場合には点火時期を遅角させるようにしている。
特開2002−258876号公報
As an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism for changing the compression ratio of the engine, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. In the internal combustion engine described in Patent Document 1, while knocking is avoided by cooperative control of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, when knocking is detected, the ignition timing is retarded.
JP 2002-258876 A

ところで、圧縮比は機関の運転状態に応じて制御され、また、同一の運転状態であっても圧縮比によって点火時期の要求は異なる。
ここで、運転状態が変化した場合には、目標圧縮比及び目標点火時期がそれぞれ設定されることになるが、機械的構成の圧縮比可変機構は電気的な点火時期制御に比べて応答性が低いため、過渡的に実際の圧縮比に適合しない時期に点火が行われてしまい、特に加速時に圧縮比を低下させる際にノッキングが発生するおそれがある。
By the way, the compression ratio is controlled according to the operating state of the engine, and even in the same operating state, the demand for the ignition timing differs depending on the compression ratio.
Here, when the operating state changes, the target compression ratio and the target ignition timing are respectively set. However, the mechanically configured compression ratio variable mechanism is more responsive than the electric ignition timing control. Since it is low, ignition is performed transiently at a time that does not match the actual compression ratio, and knocking may occur particularly when the compression ratio is reduced during acceleration.

この場合、上記特許文献1に記載の内燃機関では、ノッキングを検出すると点火時期を緊急的に遅角させることになるため、点火時期が過度に遅角されて加速性能の低下や運転安定性の悪化を招くという問題がある。   In this case, in the internal combustion engine described in Patent Document 1, when the knocking is detected, the ignition timing is urgently retarded. Therefore, the ignition timing is excessively retarded, resulting in reduced acceleration performance and operational stability. There is a problem of causing deterioration.

本発明は、このような問題に対処するものであり、圧縮比可変機構及び吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構を備えた内燃機関において、圧縮比変更中の過渡運転時におけるノッキングの発生を抑制すると共に、加速性能の低下や運転性の悪化を効果的に防止することを目的とする。 The present invention addresses such problems, and in an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism and a valve mechanism that varies the operating characteristics of the intake valve, knocking during transient operation during compression ratio change is achieved. It aims at suppressing generation | occurrence | production and effectively preventing the fall of acceleration performance and the deterioration of drivability.

本発明は、内燃機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構及び吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構を備えた構成において、サイクル毎の圧縮行程前半に圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出し、吸気弁の閉弁後に、吸気弁の閉時期及び検出した圧縮比の変化速度に基づいて同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定し、推定した有効圧縮比に基づいて同サイクル内における点火時期を設定する。 The present invention provides a compression ratio variable mechanism that varies the compression ratio of an internal combustion engine and a valve mechanism that varies the operating characteristics of an intake valve, and the compression ratio of the compression ratio variable mechanism in the first half of the compression stroke for each cycle. After the intake valve is closed, the effective compression ratio at the compression top dead center in the same cycle is estimated based on the closing timing of the intake valve and the detected change speed of the compression ratio. The ignition timing in the same cycle is set based on the compression ratio.

本発明によれば、圧縮比変更中の過渡運転時においても、ノッキングを回避しつつ、より大きなトルクを得ることのできる(進角側の)点火時期を設定することができる。これにより圧縮比可変機構を備えた内燃機関において、加速性能の低下や運転性の悪化を抑制できる。   According to the present invention, it is possible to set an ignition timing (on the advance side) capable of obtaining a larger torque while avoiding knocking even during a transient operation while changing the compression ratio. Thereby, in an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism, it is possible to suppress a decrease in acceleration performance and a deterioration in drivability.

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(エンジン)1の概略構成を示している。
図1において、エンジン1の吸気通路101には、吸気上流側から電子制御式のスロットル弁102、燃料噴射弁103及び吸気弁104が配設されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an internal combustion engine (engine) 1 according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an electronically controlled throttle valve 102, a fuel injection valve 103, and an intake valve 104 are disposed in the intake passage 101 of the engine 1 from the intake upstream side.

スロットル弁102は、その開度(スロットル開度)に応じて吸入空気量を制御することが可能である。但し、本実施形態では、主として吸気弁104の作動特性を可変とすることで吸入空気量を制御しており、スロットル弁102は補助的に用いるようにしている。   The throttle valve 102 can control the intake air amount in accordance with the opening (throttle opening). However, in this embodiment, the intake air amount is controlled mainly by making the operation characteristic of the intake valve 104 variable, and the throttle valve 102 is used as an auxiliary.

燃料噴射弁103は、入力される噴射信号によって開弁駆動され、所定の量の燃料を吸気弁104の傘部近傍に向けて噴射する。そして、吸気弁104が開駆動されることにより、吸入空気及び燃料の混合気がピストン105によって画成される燃焼室106内に導入される。   The fuel injection valve 103 is driven to open by an input injection signal, and injects a predetermined amount of fuel toward the vicinity of the umbrella portion of the intake valve 104. When the intake valve 104 is driven to open, a mixture of intake air and fuel is introduced into the combustion chamber 106 defined by the piston 105.

吸気弁104は、その上方に設けられた動弁機構107によって開閉駆動される。
動弁機構107は、図2に示すように、吸気弁104の作動角及びリフト量を連続的に変更できるVEL機構107aと、吸気弁104の作動角の中心位相を連続的に変更できるVTC機構107bと、を含んで構成される。但し、かかる構成は一例に過ぎずこれに限るものではない。
The intake valve 104 is driven to open and close by a valve mechanism 107 provided thereabove.
As shown in FIG. 2, the valve operating mechanism 107 includes a VEL mechanism 107a that can continuously change the operating angle and lift amount of the intake valve 104, and a VTC mechanism that can continuously change the center phase of the operating angle of the intake valve 104. 107b. However, such a configuration is merely an example and is not limited thereto.

VEL機構107aは、図2、3に示すように、気筒列方向に延びてクランク軸の回転に連動して回転する駆動軸151と、この駆動軸151の外周に相対回転可能に取り付けられてバルブリフタ141を介して吸気弁104を開閉駆動する揺動カム152と、駆動軸151の外周に固定された偏心カム153と、この偏心カム153に相対回転可能に外嵌されたリング状リンク154と、駆動軸151と略平行に設けられた制御軸155と、この制御軸155の外周に偏心して固定された制御カム156と、この制御カム156に相対回転可能に外嵌しその一端がリング状リンク154と連携(連結)されたロッカアーム157と、このロッカアーム157の他端と揺動カム152とを連携(連結)するロッド状リンク158と、を含んで構成される。そして、アクチュエータ161によってギヤ列162を介して制御軸155を回転させることによって、揺動カム152の作動角が変化して吸気弁104の作動角θ(及びリフト量)を連続的に変化させる。   2 and 3, the VEL mechanism 107a extends in the cylinder row direction and rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft. The VEL mechanism 107a is attached to the outer periphery of the drive shaft 151 so as to be rotatable relative to the valve lifter. A swing cam 152 that opens and closes the intake valve 104 via 141, an eccentric cam 153 fixed to the outer periphery of the drive shaft 151, and a ring-shaped link 154 externally fitted to the eccentric cam 153 so as to be relatively rotatable, A control shaft 155 provided substantially parallel to the drive shaft 151, a control cam 156 that is eccentrically fixed to the outer periphery of the control shaft 155, and is fitted on the control cam 156 so as to be relatively rotatable, and one end thereof is a ring-shaped link It includes a rocker arm 157 linked (coupled) to 154, and a rod-shaped link 158 that links (couples) the other end of the rocker arm 157 and the swing cam 152. Then, when the control shaft 155 is rotated by the actuator 161 via the gear train 162, the operating angle of the swing cam 152 is changed, and the operating angle θ (and the lift amount) of the intake valve 104 is continuously changed.

一方、VTC機構107bは、クランク軸に対する駆動軸151の回転位相を変化させることによって、揺動カム152が回転方向に変位してカム中心角が変化することで吸気弁105の開閉時期を進・遅角する(すなわち、吸気バルブ104の作動角の中心位相(中心角)φを変化させる)ものであり、公知のバルブタイミング制御機構を用いることができる。   On the other hand, the VTC mechanism 107b advances the opening / closing timing of the intake valve 105 by changing the rotational phase of the drive shaft 151 relative to the crankshaft so that the swing cam 152 is displaced in the rotational direction and the cam center angle changes. The angle is retarded (that is, the central phase (center angle) φ of the operating angle of the intake valve 104 is changed), and a known valve timing control mechanism can be used.

図1に戻って、シリンダヘッドHには、燃焼室106の上部中央に臨ませて点火プラグ108が設けられており、この点火プラグ108によって、燃焼室106に導入された混合気への点火が行われる。   Returning to FIG. 1, the cylinder head H is provided with an ignition plug 108 facing the upper center of the combustion chamber 106, and the ignition plug 108 ignites the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber 106. Done.

燃焼排気は、燃焼室106から排気弁109を介して排気通路110に排出され、図示しない排気浄化触媒等によって浄化された後、大気中に放出される。なお、排気弁109は、排気側カム軸に設けられた駆動カム111によって、その作動角(リフト量)及び作動角の中心位相が一定のまま開閉駆動される。   The combustion exhaust is discharged from the combustion chamber 106 through the exhaust valve 109 to the exhaust passage 110, purified by an exhaust purification catalyst (not shown) or the like, and then released into the atmosphere. The exhaust valve 109 is driven to open and close while the operating angle (lift amount) and the center phase of the operating angle are constant by a drive cam 111 provided on the exhaust side camshaft.

また、エンジン1は、図4に示す構成の圧縮比可変機構200を備えている。図4において、エンジン1のクランク軸201は、ジャーナル部202と、クランクピン部203と、カウンタウエイト201aとを備えており、シリンダブロックの主軸受(図示省略)にジャーナル部202が回転自在に支持されている。   Further, the engine 1 includes a variable compression ratio mechanism 200 configured as shown in FIG. In FIG. 4, the crankshaft 201 of the engine 1 includes a journal portion 202, a crankpin portion 203, and a counterweight 201a, and the journal portion 202 is rotatably supported by a main bearing (not shown) of the cylinder block. Has been.

クランクピン部203は、ジャーナル部202の回転中心から所定量ずれた位置に設けられており、ここにロアリンク204が回転自在に連結されている。アッパリンク205は、その下端側が連結ピン206によってロアリンク204の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン207によってピストン105に回動可能に連結されている。   The crankpin portion 203 is provided at a position shifted by a predetermined amount from the rotation center of the journal portion 202, and a lower link 204 is rotatably connected thereto. The upper link 205 has a lower end side rotatably connected to one end of the lower link 204 by a connecting pin 206, and an upper end side rotatably connected to the piston 105 by a piston pin 207.

制御リンク208は、その上端側が連結ピン209によってロアリンク204の他端に回動可能に連結され、その下端側が制御軸210に回転可能に連結されている。詳しくは、制御軸210は軸方向に間欠的に設けられた取付部を有し、制御リンク208の下端側はこの取付部に連結ピン211によって回転可能に連結される。連結ピン211は制御軸210の回転中心Pからずれた位置に設けられている。   An upper end side of the control link 208 is rotatably connected to the other end of the lower link 204 by a connecting pin 209, and a lower end side of the control link 208 is rotatably connected to the control shaft 210. Specifically, the control shaft 210 has a mounting portion provided intermittently in the axial direction, and the lower end side of the control link 208 is rotatably connected to the mounting portion by a connecting pin 211. The connecting pin 211 is provided at a position shifted from the rotation center P of the control shaft 210.

そして、アクチュエータ214によってギヤ212,213を介して制御軸210を回転させることによって、連結ピン211、すなわち、制御リンク208の下端側の揺動支点位置が変化する。制御リンク208の下端側の揺動支点位置が変化すると、ピストン105の行程が変化し、上死点(TDC)におけるピストン105の位置が高くなり又は低くなる。上死点(TDC)におけるピストン104の位置が高くなると、燃焼室106の容積が小さくなって高圧縮比状態となり、逆に、上死点(TDC)におけるピストン105の位置が低くなると、燃焼室106の容積が大きくなって低圧縮比状態となる。   Then, when the control shaft 210 is rotated by the actuator 214 via the gears 212 and 213, the connecting pin 211, that is, the swing fulcrum position on the lower end side of the control link 208 is changed. When the swing fulcrum position on the lower end side of the control link 208 changes, the stroke of the piston 105 changes, and the position of the piston 105 at the top dead center (TDC) becomes higher or lower. When the position of the piston 104 at the top dead center (TDC) is increased, the volume of the combustion chamber 106 is reduced and a high compression ratio state is established. Conversely, when the position of the piston 105 at the top dead center (TDC) is decreased, The volume of 106 is increased to a low compression ratio state.

つまり、圧縮比可変機構200は、上死点(TDC)におけるピストン105の位置を変化させてエンジン1の機械圧縮比(以下単に「圧縮比」という)を可変とする。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントローラ(ECU)300には、アクセル開度APOを検出するアクセルセンサ301、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ302、スロットル弁102の開度TVOを検出するスロットルセンサ303、エンジン冷却水温度Twを検出する温度センサ304、ノッキングの強度KIを検出するノッキングセンサ(ノック検出手段)305、気筒判別を行う気筒判別センサ306、VEL機構107aの制御軸155の回転角(すなわち、吸気弁104の作動角θ)を検出する第1回転角センサ(作動特性検出手段)307、VEL機構107aの駆動軸151の回転角(すなわち、吸気弁104の作動角の中心角φ)を検出する第2回転角センサ(作動特性検出手段)308、圧縮比可変機構200の制御軸210の回転角(すなわち、エンジン1の圧縮比)を検出する第3回転角センサ309などの各種センサから検出信号が入力される。なお、エンジン回転速度Neはクランク角センサ302の検出結果に基づいて算出される。そして、ECU300は、入力された各種センサの検出信号に基づき吸入空気量制御、燃料噴射制御、圧縮比制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行する。
That is, the compression ratio variable mechanism 200 changes the mechanical compression ratio of the engine 1 (hereinafter simply referred to as “compression ratio”) by changing the position of the piston 105 at the top dead center (TDC).
An engine controller (ECU) 300 incorporating a microcomputer includes an accelerator sensor 301 for detecting an accelerator opening APO, a crank angle sensor 302 for detecting a rotation angle of a crankshaft, and a throttle sensor for detecting an opening TVO of a throttle valve 102. 303, a temperature sensor 304 for detecting the engine coolant temperature Tw, a knocking sensor (knock detecting means) 305 for detecting the knocking intensity KI, a cylinder determining sensor 306 for determining the cylinder, and a rotation angle of the control shaft 155 of the VEL mechanism 107a ( That is, the first rotation angle sensor (operation characteristic detection means) 307 for detecting the operation angle θ of the intake valve 104 and the rotation angle of the drive shaft 151 of the VEL mechanism 107a (that is, the central angle φ of the operation angle of the intake valve 104). A rotation angle of the control shaft 210 of the variable compression ratio mechanism 200 (that is, the compression ratio of the engine 1). Detection signals are input from various sensors such as the third rotation angle sensor 309 to be detected. The engine speed Ne is calculated based on the detection result of the crank angle sensor 302. Then, ECU 300 executes engine control such as intake air amount control, fuel injection control, compression ratio control, ignition timing control, etc., based on the detection signals of the various sensors input.

次に、ECU300によって実行されるエンジン制御について説明する。
本実施形態における吸入空気量制御は、アクセル開度APOに基づいてエンジン1が発生すべきトルク(以下「目標トルクtTe」という)を演算し、この目標トルクtTeに基づいて動弁機構107及びスロットル弁102を作動させるものである。詳しくは、目標トルクtTe及びエンジン回転速度Neに基づいて目標吸入空気量(目標トルクtTe相当のシリンダ吸入空気量)を算出し、この目標吸入空気量に基づいて吸気弁104の目標作動特性(目標作動角θ、目標中心角φ)を設定して動弁機構107を作動させると共に、吸気弁104の作動特性に基づいて実際のシリンダ吸入空気量(実吸入空気量)を算出し、目標吸入空気量と算出した実吸入空気量との偏差に基づいてスロットル弁102を作動させる(吸気圧を調整する)。
Next, engine control executed by the ECU 300 will be described.
In the intake air amount control in the present embodiment, a torque to be generated by the engine 1 (hereinafter referred to as “target torque tTe”) is calculated based on the accelerator opening APO, and the valve mechanism 107 and the throttle are controlled based on the target torque tTe. The valve 102 is operated. Specifically, a target intake air amount (cylinder intake air amount corresponding to the target torque tTe) is calculated based on the target torque tTe and the engine rotational speed Ne, and a target operating characteristic (target target) of the intake valve 104 is calculated based on this target intake air amount. The operating angle θ and the target center angle φ are set to operate the valve mechanism 107, and the actual cylinder intake air amount (actual intake air amount) is calculated based on the operation characteristics of the intake valve 104 to obtain the target intake air. The throttle valve 102 is operated based on the deviation between the amount and the calculated actual intake air amount (adjusting the intake pressure).

また、本実施形態における燃料噴射制御は、上記吸入空気量制御によって制御された吸入空気量のもとで所定の当量比を達成するのに必要な燃料量を演算し、この燃料量に相当する駆動信号を所定のタイミングで燃料噴射弁103に出力するものである。   Further, the fuel injection control in the present embodiment calculates the amount of fuel necessary to achieve a predetermined equivalence ratio under the intake air amount controlled by the intake air amount control, and corresponds to this fuel amount. A drive signal is output to the fuel injection valve 103 at a predetermined timing.

さらに、本実施形態における圧縮比制御は、エンジン回転速度Ne及びエンジン負荷に基づいて予め設定された目標圧縮比設定マップを参照して目標圧縮比を設定し、この目標圧縮比に基づいて圧縮比可変機構200を作動させるものである。   Further, in the compression ratio control in the present embodiment, a target compression ratio is set with reference to a target compression ratio setting map set in advance based on the engine rotational speed Ne and the engine load, and the compression ratio is determined based on the target compression ratio. The variable mechanism 200 is operated.

さらにまた、点火時期制御は、サイクル毎に圧縮上死点(TDC)での有効圧縮比を推定し、この予測した有効圧縮比に基づいて点火時期を制御するものである。詳しくは、各サイクルにおける吸気弁閉弁時(IVC)から点火時期前の圧縮行程前半において、圧縮比可変機構200による圧縮比の変化速度と、吸気弁104の閉時期IVCとから圧縮上死点(TDC)での有効圧縮比を予測する共に、実際のエンジントルク(実吸入空気量)及びエンジン回転速度Neを検出し、これらに基づいて点火時期を設定し、この設定した点火時期に点火プラグ108を作動させる。   Furthermore, the ignition timing control estimates the effective compression ratio at the compression top dead center (TDC) for each cycle, and controls the ignition timing based on the predicted effective compression ratio. Specifically, in the first half of the compression stroke from the intake valve closing time (IVC) to the ignition timing in each cycle, the compression top dead center is calculated from the speed of change of the compression ratio by the variable compression ratio mechanism 200 and the closing timing IVC of the intake valve 104. The effective compression ratio at (TDC) is predicted, the actual engine torque (actual intake air amount) and the engine rotational speed Ne are detected, the ignition timing is set based on these, and the ignition plug is set to the set ignition timing. Operate 108.

図5は、実施形態に係るエンジン制御のフローチャートである。
ステップS1では、アクセル開度APO及びエンジン回転速度Neを検出する。
ステップS2では、アクセル開度APOに基づいて目標トルクtTeを演算する。
FIG. 5 is a flowchart of engine control according to the embodiment.
In step S1, the accelerator opening APO and the engine speed Ne are detected.
In step S2, the target torque tTe is calculated based on the accelerator opening APO.

ステップS3では、目標トルクtTe及びエンジン回転速度Neに基づき予め設定されたマップ(図6〜8)を参照して目標圧縮比tε、吸気弁104の目標作動角tθ及び目標中心角φを設定する。   In step S3, the target compression ratio tε, the target operating angle tθ of the intake valve 104, and the target center angle φ are set with reference to maps (FIGS. 6 to 8) set in advance based on the target torque tTe and the engine rotational speed Ne. .

ここで、目標圧縮比tεは、低回転低負荷時には燃費の向上を図るべく高圧縮比に設定され、高負荷時にはノッキングの発生を回避するように低圧縮比に設定される(図6)。また、吸気弁104の目標作動角θ及び目標中心角φは、目標トルクtTeを達成するのに必要なシリンダ吸入空気量を確保するように設定される。基本的には、吸気弁104の目標作動角θは、低回転低負荷においては小さく設定され、高負荷高回転側にあるほど大きく設定される(図7)。吸気弁104の目標中心角tφは、低回転低負荷においては進角側に設定され高回転高負荷側にあるほど遅角側に設定される(図8)。そして、ここで設定された目標圧縮比εに基づいて圧縮比可変機構200を作動させ、目標作動角tθ及び目標中心角φに基づいて動弁機構107を作動させる。   Here, the target compression ratio tε is set to a high compression ratio in order to improve fuel efficiency at low rotation and low load, and is set to a low compression ratio to avoid occurrence of knocking at high load (FIG. 6). Further, the target operating angle θ and the target center angle φ of the intake valve 104 are set so as to secure a cylinder intake air amount necessary to achieve the target torque tTe. Basically, the target operating angle θ of the intake valve 104 is set to be small at low rotation and low load, and is set to be larger as it is on the high load and high rotation side (FIG. 7). The target center angle tφ of the intake valve 104 is set to the advanced angle side at low rotation and low load, and is set to the retard angle side as it is on the high rotation high load side (FIG. 8). Then, the variable compression ratio mechanism 200 is operated based on the target compression ratio ε set here, and the valve mechanism 107 is operated based on the target operating angle tθ and the target central angle φ.

ステップS4では、サイクル開始信号を検出する。点火時期を設定する気筒を特定するためである。ここでは、気筒判別センサ304の検出信号を代用する。
ステップS5では、エンジン回転速度Ne、スロットル開度TVOを検出する。
In step S4, a cycle start signal is detected. This is because the cylinder for setting the ignition timing is specified. Here, the detection signal of the cylinder discrimination sensor 304 is used instead.
In step S5, the engine speed Ne and the throttle opening TVO are detected.

ステップS6では、吸気弁104の閉時期IVCを検出する。ここでは、クランク角センサ302、第1回転角センサ307及び第2回転角センサ308の検出結果から吸気弁104の作動角θ及びその中心角φを求め、この求めた吸気弁104の作動角θ及び中心角φから吸気弁104の閉時期IVCを検出する。なお、吸気弁104が実際に閉弁した時期(実IVC)を検出するようにしてもよい。   In step S6, the closing timing IVC of the intake valve 104 is detected. Here, the operating angle θ and the central angle φ of the intake valve 104 are obtained from the detection results of the crank angle sensor 302, the first rotation angle sensor 307, and the second rotation angle sensor 308, and the obtained operation angle θ of the intake valve 104 is obtained. And the closing timing IVC of the intake valve 104 is detected from the central angle φ. Note that the time (actual IVC) when the intake valve 104 is actually closed may be detected.

ステップS7では、実際の吸入空気量(サイクル空気量)を算出(推定)する。ここでは、ステップS5で検出したスロットル開度TVO、ステップS6で求めた吸気弁104の作動角θ及び中心角φから実際の吸入空気量を算出する。このように、スロットル開度TVO及び吸気弁104の作動特性(作動角及び中心角)を検出した上で実際の吸入空気量を算出することにより、吸気弁104の作動特性が変化中であっても現サイクルにおける実際の吸入空気量を精度よく算出できる。   In step S7, an actual intake air amount (cycle air amount) is calculated (estimated). Here, the actual intake air amount is calculated from the throttle opening TVO detected in step S5 and the operating angle θ and the central angle φ of the intake valve 104 obtained in step S6. As described above, by calculating the actual intake air amount after detecting the throttle opening TVO and the operation characteristics (operation angle and center angle) of the intake valve 104, the operation characteristics of the intake valve 104 are changing. In addition, the actual intake air amount in the current cycle can be accurately calculated.

ステップS8では、吸気弁104が閉弁した後の圧縮行程前半にピストン実圧縮比rεを検出し、圧縮比可変機構200による圧縮比の変化速度を算出する。
ここで、実圧縮比rεとは、そのときの圧縮比可変機構200の作動状態において実現される圧縮比(上死点でのピストン位置)をいい、かかる実圧縮比rεの検出は、圧縮行程前半における第3回転角センサ309の検出結果(制御軸210の回転角)に基づき予め設定されたマップ(図9)を参照することにより行う。また、圧縮比の変化速度は、例えば、検出した実圧縮比rεと、圧縮比可変機構200の作動前の実圧縮比rεと、圧縮比可変機構200の作動開始からの経過時間tとに基づいて算出する〔(rε−rε)/t〕。
In step S8, the actual piston compression ratio rε is detected in the first half of the compression stroke after the intake valve 104 is closed, and the change rate of the compression ratio by the variable compression ratio mechanism 200 is calculated.
Here, the actual compression ratio rε means a compression ratio (piston position at the top dead center) realized in the operating state of the variable compression ratio mechanism 200 at that time, and the detection of the actual compression ratio rε is performed by the compression stroke. This is done by referring to a map (FIG. 9) set in advance based on the detection result of the third rotation angle sensor 309 (the rotation angle of the control shaft 210) in the first half. The change rate of the compression ratio is, for example, the detected actual compression ratio rε, the actual compression ratio rε 0 before the operation of the variable compression ratio mechanism 200, and the elapsed time t from the start of the operation of the compression ratio variable mechanism 200. Calculate based on [(rε−rε 0 ) / t].

本実施形態における圧縮比可変機構200のように、上死点(TDC)におけるピストン位置を変化させることによって圧縮比を可変とする場合、ピストン105に加わる圧力(燃焼圧)によって圧縮比を変更する速度(すなわち、圧縮比の変化速度)が変化する。つまり、圧縮比の変化速度は、前サイクルの燃焼変動やPmax位置の影響を受けてサイクル毎に異なるため、サイクル毎の圧縮行程前半に実圧縮比rεを検出して圧縮比可変機構200による圧縮比の変化速度を算出するようにしている。   When the compression ratio is variable by changing the piston position at the top dead center (TDC) as in the variable compression ratio mechanism 200 in the present embodiment, the compression ratio is changed by the pressure (combustion pressure) applied to the piston 105. The speed (that is, the speed of change of the compression ratio) changes. That is, since the change rate of the compression ratio varies from cycle to cycle due to the influence of the combustion fluctuation and Pmax position in the previous cycle, the actual compression ratio rε is detected in the first half of the compression stroke for each cycle, and the compression by the compression ratio variable mechanism 200 The rate of change of the ratio is calculated.

ここで、第3回転角センサ309が、圧縮比可変機構200の制御軸210の回転角だけではなく、制御軸210の回転速度(角速度)も検出できるような場合には、実圧縮比rεに代えて、又は、実圧縮比rεと共に制御軸210の回転速度(すなわち、圧縮比の変化速度)を直接検出してもよいことはもちろんである。   Here, when the third rotation angle sensor 309 can detect not only the rotation angle of the control shaft 210 of the variable compression ratio mechanism 200 but also the rotation speed (angular velocity) of the control shaft 210, the actual compression ratio rε is set. Of course, the rotation speed of the control shaft 210 (that is, the change speed of the compression ratio) may be directly detected together with the actual compression ratio rε.

ステップS9では、ステップS6で検出した吸気弁104の閉時期(IVC)、ステップS8で算出した圧縮比の変化速度に基づいて、圧縮上死点(TDC)での有効圧縮比ε′TDCを推定する。 In step S9, the effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center (TDC) is estimated based on the closing timing (IVC) of the intake valve 104 detected in step S6 and the change rate of the compression ratio calculated in step S8. To do.

ステップS10では、ステップS5で検出したエンジン回転速度Ne、ステップS7で算出した吸入空気量(エンジントルク)、及び、ステップS9で推定した有効圧縮比ε′TDCに基づいて、図10に示すようなマップを参照して点火時期を設定する。そして、この設定された点火時期に点火を実施する。 In step S10, as shown in FIG. 10, based on the engine speed Ne detected in step S5, the intake air amount (engine torque) calculated in step S7, and the effective compression ratio ε ′ TDC estimated in step S9. Set ignition timing with reference to the map. Then, ignition is performed at the set ignition timing.

図10に示すように、各有効圧縮比ε′に共通して点火時期の進角限界はノッキングで定まり、遅角限界はエンジン1のトルク変動(サージトルク限界)によって定まる。安定した運転性能を実現するためには、両者の間に点火時期が設定される必要がある。また、一般に圧縮比(有効圧縮比ε′)が高まるほどノッキング強度も高まることから、高圧縮比化に伴って点火時期の進角限界は遅角し、ノッキング限界点火時期からサージ限界点火時期までの余裕度が小さくなる。加えて、圧縮比(有効圧縮比ε′)が高まるにしたがって点火時期の設定がエンジン効率(トルク)に与える影響が大きくなり、点火時期の僅かな遅角がエンジン性能を大きく低下させてしまう。   As shown in FIG. 10, in common with each effective compression ratio ε ′, the advance limit of the ignition timing is determined by knocking, and the retard limit is determined by the torque fluctuation (surge torque limit) of the engine 1. In order to achieve stable driving performance, it is necessary to set the ignition timing between the two. In general, the higher the compression ratio (effective compression ratio ε ′), the higher the knocking strength. Therefore, the advance limit of the ignition timing is retarded as the compression ratio increases, and from the knock limit ignition timing to the surge limit ignition timing. The margin of becomes smaller. In addition, as the compression ratio (effective compression ratio ε ′) increases, the influence of the ignition timing setting on the engine efficiency (torque) increases, and a slight delay in the ignition timing greatly reduces engine performance.

そこで、圧縮上死点(TDC)での有効圧縮比ε′TDCを推定し、この推定した有効圧縮比ε′TDCに基づいて点火時期を設定することで、ノッキングを回避しつつ最大限に大きなトルクを得られる(より進角側の)点火時期を設定する。 Therefore, the effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center (TDC) is estimated, and the ignition timing is set based on the estimated effective compression ratio ε ′ TDC. Set the ignition timing (more advanced side) to obtain torque.

ステップS11では、ノッキング強度KIを検出する。
ステップS12では、ステップS11で検出されたノッキング強度KIが予め設定された所定の基準値(本発明の「第1閾値」に相当する)KITHを超えているか否かを判定する。そして、KI>KITHであれば許容強度以上のノッキングが発生していると判断してステップS13に進み、KI≦KITHであればステップS14に進む。
In step S11, knocking strength KI is detected.
In step S12, the detected knock intensity KI (corresponding to the "first threshold value" of the present invention) preset predetermined reference value in step S11 is determined whether it exceeds the KI TH. If KI> KI TH , it is determined that knocking greater than the allowable strength has occurred, and the process proceeds to step S13. If KI ≦ KI TH , the process proceeds to step S14.

ステップS13では、点火時期の遅角補正を実施する。そして、ステップS3に戻り、次サイクルの圧縮比を低下させる制御、次サイクルの吸入空気量を制限する制御、及び/又は圧縮比可変機構200の動作速度を上昇させる制御を実施する。これらの制御はステップS3において目標値を更新(修正)することにより行う。具体的には、目標圧縮比tεを低くして圧縮比を低下させ、圧縮比可変機構200のアクチュエータ214への供給電力量を増加する等して圧縮比可変機構200の動作速度(すなわち、圧縮比の変化速度)を上昇させ、及び/又は、吸気弁104の目標作動角tθを小さくし若しくは目標中心角φを進角させて吸入空気量を制限する。これにより、次サイクルのノッキングの発生を抑制する。   In step S13, the ignition timing is retarded. Then, returning to step S3, control for lowering the compression ratio of the next cycle, control for limiting the intake air amount of the next cycle, and / or control for increasing the operating speed of the compression ratio variable mechanism 200 are performed. These controls are performed by updating (correcting) the target value in step S3. Specifically, the target compression ratio tε is decreased to lower the compression ratio, and the amount of power supplied to the actuator 214 of the variable compression ratio mechanism 200 is increased. The ratio change rate) is increased and / or the target operating angle tθ of the intake valve 104 is decreased or the target central angle φ is advanced to limit the intake air amount. This suppresses the occurrence of knocking in the next cycle.

ステップS14では、ステップS11で検出されたノッキング強度KIが前記所定の基準値(すなわち、ノッキング)に対して余裕があるか否かを判定する。ここでは、検出されたノッキング強度KIが前記所定の基準値KITHの90%、すなわち、0.9×KITH(本発明の「第2閾値」に相当する)を下回っているか否かを判定する。そして、KI<0.9×KITHであればステップS15に進み。 In step S14, it is determined whether or not the knocking strength KI detected in step S11 has a margin with respect to the predetermined reference value (that is, knocking). Here, it is determined whether or not the detected knocking intensity KI is less than 90% of the predetermined reference value KI TH , that is, 0.9 × KI TH (corresponding to the “second threshold value” of the present invention). To do. If KI <0.9 × KI TH , the process proceeds to step S15.

ステップS15では、点火時期の進角補正を実施してステップS3に戻る。ここで、点火時期がすでにMBTである場合には、点火時期の進角補正を実施せず、次サイクルの目標圧縮比tεを高くして圧縮比を上昇させ、及び/又は、圧縮比可変機構200のアクチュエータ214への供給電力量を減少する等して圧縮比可変機構200の動作速度を低下させる(圧縮比の変化(低下)速度を低下させる)。これにより、エンジン1の熱効率、燃費性能を向上させる。   In step S15, the ignition timing advance correction is performed, and the process returns to step S3. Here, when the ignition timing is already MBT, the advance timing correction of the ignition timing is not performed, the target compression ratio tε of the next cycle is increased to increase the compression ratio, and / or the compression ratio variable mechanism The operating speed of the compression ratio variable mechanism 200 is decreased by decreasing the amount of power supplied to the actuator 214 of 200 (reducing the compression ratio changing (decreasing) speed). Thereby, the thermal efficiency and fuel consumption performance of the engine 1 are improved.

また、特に高いトルク応答性が要求される全開加速時等の場合には、目標作動角tθを大きくし又はVEL機構107aのアクチュエータ161への供給電力量を増加する等してVEL機構107aの動作速度を上昇させてトルク応答性能を向上させる。この場合にはノッキングが発生し易くなるが、本実施形態ではサイクル毎に点火時期を設定しており、ノッキングを回避しつつノッキング限界付近に点火時期を設定することができる。もし許容以上のノッキングが発生した場合には、上記ステップS13において点火時期が遅角補正され、次のステップS3において目標値の見直しが行われることになる。   Further, in the case of full-open acceleration that requires particularly high torque response, the operation of the VEL mechanism 107a is performed by increasing the target operating angle tθ or increasing the amount of power supplied to the actuator 161 of the VEL mechanism 107a. Increase torque response performance by increasing speed. In this case, knocking is likely to occur, but in this embodiment, the ignition timing is set for each cycle, and the ignition timing can be set near the knocking limit while avoiding knocking. If knocking exceeding the allowable level occurs, the ignition timing is corrected in step S13, and the target value is reviewed in the next step S3.

一方、ステップS14において、KI≧0.9×KITH、すなわち、ノッキング強度KIが閾値KITHをやや下回る場合は、ほぼ許容ノッキング強度付近に制御されていると判断してステップS16に進む。 On the other hand, the process proceeds in step S14, KI ≧ 0.9 × KI TH, i.e., if the knock intensity KI slightly below a threshold value KI TH, it is judged as being controlled in the vicinity of approximately allowable knock intensity to step S16.

ステップS16では、圧縮比ε、吸気弁104の作動角θ及び作動角の中心角φが目標値に到達したか否かを判定し、目標値に到達していれば本フローを終了し、到達していなければステップS3に戻って次サイクルの処理を行う。   In step S16, it is determined whether or not the compression ratio ε, the operating angle θ of the intake valve 104, and the central angle φ of the operating angle have reached the target value. If the target value has been reached, this flow is terminated. If not, the process returns to step S3 to process the next cycle.

図11は、上記エンジン制御のタイムチャートである。
加速時を考えた場合、アクセル開度APOに基づいて目標トルクtTeが定まりエンジン負荷が高まるため、圧縮比を低下させる制御が行われる。圧縮比可変機構200が作動することによって圧縮比εの変更が開始されるが(時刻t0)、実際の圧縮比が目標圧縮比tεに達するまで遅れを有する。ここで、吸入空気量は吸気弁104の閉弁後は変化しないのに対し、圧縮比はその後の圧縮行程中においても変化し続けることになるため、点火時期の設定時点における圧縮比と、実際の点火時期における圧縮比との間にずれが生じてしまい、ノッキングが発生するおそれがある。
FIG. 11 is a time chart of the engine control.
When the acceleration is considered, since the target torque tTe is determined based on the accelerator opening APO and the engine load is increased, control for reducing the compression ratio is performed. The change of the compression ratio ε is started by the operation of the variable compression ratio mechanism 200 (time t0), but there is a delay until the actual compression ratio reaches the target compression ratio tε. Here, the intake air amount does not change after the intake valve 104 is closed, whereas the compression ratio continues to change during the subsequent compression stroke. There is a risk that knocking may occur due to a deviation from the compression ratio at the ignition timing.

そこで、吸気弁104の閉時期(IVC)を検出すると共に(時刻t1)、吸気弁104の閉弁後の圧縮行程前半の所定時期において(時刻t2)、実圧縮比rεを検出する共に圧縮比の変化速度を算出し、吸気弁104の閉時期(IVC)及び圧縮比の変化速度に基づいて圧縮上死点(TDC)での有効圧縮比ε′TDCを推定する。換言すれば、圧縮比可変機構200による圧縮上死点(TDC)での圧縮比(機械圧縮比)εTDC、すなわち、圧縮上死点TDCでのピストン位置を求め、吸気弁104の閉時期IVCから圧縮上死点(TDC)までのピストン位置の変化(量)に基づいて圧縮上死点(TDC)での有効圧縮比ε′TDCを推定する。そして、この推定した有効圧縮比ε′TDCに基づいて、ノッキングを回避しつつ最大限に大きなトルクを得られる(より進角側の)点火時期を設定する。 Accordingly, the closing timing (IVC) of the intake valve 104 is detected (time t1), and at the predetermined timing in the first half of the compression stroke after the closing of the intake valve 104 (time t2), the actual compression ratio rε is detected and the compression ratio is determined. And the effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center (TDC) is estimated based on the closing timing (IVC) of the intake valve 104 and the change speed of the compression ratio. In other words, the compression ratio (mechanical compression ratio) ε TDC at the compression top dead center (TDC) by the variable compression ratio mechanism 200, that is, the piston position at the compression top dead center TDC is obtained, and the closing timing IVC of the intake valve 104 is obtained. The effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center (TDC) is estimated based on the change (amount) of the piston position from the compression top dead center (TDC). Then, based on the estimated effective compression ratio ε ′ TDC , an ignition timing that can obtain a maximum torque (more advanced side) while avoiding knocking is set.

本実施形態において、ECU300及び第3回転角センサ309(特に、図5のステップS8の処理)が本発明の「変化速度検出手段」に相当し、ECU300(特に、図5のステップS7の処理)が本発明の「吸入空気量算出手段」に相当し、ECU300(特に、図5のステップS9の処理)が本発明の「有効圧縮比推定手段」に相当し、ECU300(特に、図5のステップS10、S12〜S15の処理)が本発明の「点火時期設定手段」及び「制御手段」に相当する。   In the present embodiment, the ECU 300 and the third rotation angle sensor 309 (especially the process of step S8 in FIG. 5) correspond to the “change speed detecting means” of the present invention, and the ECU 300 (particularly the process of step S7 in FIG. 5). Corresponds to the “intake air amount calculation means” of the present invention, and ECU 300 (particularly the processing of step S9 in FIG. 5) corresponds to the “effective compression ratio estimation means” of the present invention, and ECU 300 (particularly the step of FIG. 5). Steps S10 and S12 to S15) correspond to “ignition timing setting means” and “control means” of the present invention.

本実施形態によれば、サイクル毎の圧縮行程前半に圧縮比の変化速度を検出し、この検出した圧縮比の変化速度及び吸気弁の閉時期(IVC)に基づいて同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定し、この推定した圧縮上死点での有効圧縮比に基づいて点火時期を設定するので、ノッキングの発生を回避しつつ、できるだけ進角側の効率の高い時期に点火時期を設定できるので、特に過渡運転時の熱効率を向上できる。   According to this embodiment, the compression ratio change rate is detected in the first half of the compression stroke for each cycle, and the compression top deadline in the cycle is determined based on the detected compression ratio change rate and the intake valve closing timing (IVC). The effective compression ratio at the point is estimated, and the ignition timing is set based on the estimated effective compression ratio at the top dead center of the compression point. Since the ignition timing can be set, the thermal efficiency can be improved particularly during transient operation.

また、検出したノッキング強度が基準値を超えた場合には点火時期を遅角補正してノッキングの発生を回避した上で、次サイクルの目標圧縮比を低下させ、吸入空気量を制限し、及び/又は圧縮比可変機構の動作速度を上昇させるので、次サイクルにおいてノッキングの発生をより精度よく回避しつつ、進角側の効率の高い時期に点火時期を設定できる。   Also, if the detected knocking intensity exceeds the reference value, the ignition timing is retarded to avoid knocking, the target compression ratio of the next cycle is reduced, the intake air amount is limited, and Since the operating speed of the variable compression ratio mechanism is increased, the ignition timing can be set at a timing with high efficiency on the advance side while avoiding knocking more accurately in the next cycle.

さらに、検出したノッキング強度が基準値に対して余裕がある場合には、点火時期を進角補正し、次サイクルの圧縮比を上昇させ、及び/又は、圧縮比可変機構の動作速度を低下させるので、特に過渡運転時の熱効率、燃費性能を効果的に向上できる。   Further, when the detected knocking intensity has a margin with respect to the reference value, the ignition timing is corrected to advance, the compression ratio of the next cycle is increased, and / or the operating speed of the compression ratio variable mechanism is decreased. Therefore, it is possible to effectively improve the thermal efficiency and fuel consumption performance especially during transient operation.

なお、上記実施形態では、図5のステップS6で吸気弁104の閉時期(IVC)を検出しているが、吸気弁104の閉時期(IVC)が固定又は一定に制御されている場合には、本ステップを省略できることはいうまでもない。この場合、図5のステップS7では、図示しないエアフローメータ等によって検出される吸入空気量に基づいてサイクル空気量を算出すればよい。   In the above embodiment, the closing timing (IVC) of the intake valve 104 is detected in step S6 of FIG. 5, but when the closing timing (IVC) of the intake valve 104 is fixed or controlled to be constant. Needless to say, this step can be omitted. In this case, in step S7 in FIG. 5, the cycle air amount may be calculated based on the intake air amount detected by an air flow meter (not shown) or the like.

また、以上では本発明の基本的な実施形態を説明したが、本発明の適用例はこれに限るものではなく、多様な変形での適用が可能である。そこで、上記実施形態の変形例をいくつか説明しておく。   Although the basic embodiment of the present invention has been described above, the application example of the present invention is not limited to this, and can be applied in various modifications. Therefore, some modifications of the above embodiment will be described.

まず、上記実施形態では圧縮行程前半に実圧縮比rεを1回だけ検出しているが、サイクル毎の圧縮行程前半に実圧縮比rεの検出を複数回行うようにしてもよい。それ以外の点については上記実施形態と同様である。   First, in the above embodiment, the actual compression ratio rε is detected only once in the first half of the compression stroke, but the actual compression ratio rε may be detected a plurality of times in the first half of the compression stroke for each cycle. About other points, it is the same as that of the said embodiment.

圧縮行程中は筒内圧が上昇するため、圧縮比の変化速度も変動する(高まる)可能性が高い。また、吸入空気量の変動や前サイクルの燃焼変動の影響によっても筒内圧の変動が生じるおそれがある。そこで、圧縮行程中に実圧縮比rεを複数回検出し、検出した複数の実圧縮比rεに基づいて圧縮比の変化速度を検出(算出)することで圧縮上死点での有効圧縮比ε′TDCの推定精度をより高める。 Since the in-cylinder pressure rises during the compression stroke, there is a high possibility that the rate of change of the compression ratio also fluctuates (increases). Further, the in-cylinder pressure may be changed due to the influence of the change in the intake air amount and the combustion change in the previous cycle. Therefore, the effective compression ratio ε at the compression top dead center is detected by detecting the actual compression ratio rε a plurality of times during the compression stroke and detecting (calculating) the change rate of the compression ratio based on the detected plurality of actual compression ratios rε. ′ Increase the estimation accuracy of TDC .

具体的には、図12に実線で示すように、圧縮行程中に検出した複数(3つ以上が好ましい)の実圧縮比rεによって近似曲線(圧縮比の変化速度に相当する)を作成し、この近似曲線と、吸気弁104の閉時期(IVC)とに基づいて、換言すれば、近似曲線から同サイクル内の圧縮上死点での実圧縮比εTDC(すなわち、上死点でのピストン位置)を求め(予測し)、この実圧縮比εTDCと吸気弁104の閉時期(IVC)とに基づいて、圧縮上死点での有効圧縮比ε′TDCを推定する。これにより、圧縮比可変機構200の制御軸210の回転位置及びアクチュエータ214の応答速度から事前に算出しておいた圧縮比の変化曲線(破線)に対して、実際の圧縮比変化がずれているような場合であっても圧縮上死点での有効圧縮比ε′TDCを精度よく推定できる。この結果、サイクル毎に精度よく点火時期をノック許容限界まで進角することができ、特に加速性能を向上できる。 Specifically, as shown by a solid line in FIG. 12, an approximate curve (corresponding to a change rate of the compression ratio) is created by a plurality (preferably three or more) of the actual compression ratios rε detected during the compression stroke, Based on this approximate curve and the closing timing (IVC) of the intake valve 104, in other words, the actual compression ratio ε TDC at the compression top dead center in the same cycle from the approximate curve (ie, the piston at the top dead center). (Position) is obtained (predicted), and the effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center is estimated based on the actual compression ratio ε TDC and the closing timing (IVC) of the intake valve 104. As a result, the actual compression ratio change is deviated from the compression ratio change curve (broken line) calculated in advance from the rotational position of the control shaft 210 of the variable compression ratio mechanism 200 and the response speed of the actuator 214. Even in such a case, the effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center can be accurately estimated. As a result, the ignition timing can be advanced to the knock allowable limit with high accuracy for each cycle, and in particular, the acceleration performance can be improved.

ここで、複数の実圧縮比rεを検出する場合には、そのうちの1つを吸気弁104の閉時期(IVC)の実圧縮比rεIVCとするのが好ましい。圧縮行程の開始時の実圧縮比rεIVC(ピストン位置)を基準として圧縮上死点での有効圧縮比ε′TDCを推定でき、推定精度を高めることができるからである。 Here, in the case of detecting a plurality of actual compression ratio Aruipushiron is preferably one of them with the actual compression ratio Aruipushiron IVC of closing timing of the intake valve 104 (IVC). This is because the effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center can be estimated based on the actual compression ratio rε IVC (piston position) at the start of the compression stroke, and the estimation accuracy can be improved.

なお、圧縮行程中に複数の実圧縮比rεの全てを検出することが難しい場合には、図13に示すように、前サイクルの圧縮行程において検出した実圧縮比も含めるようにしてもよい。この場合、現サイクルの圧縮行程において検出した少なくとも1つの実圧縮比(図では1つ)と、前サイクルの圧縮行程において検出した少なくとも1つの実圧縮比(図では2つ)とから近似曲線を作成し、この近似曲線と、吸気弁104の閉時期(IVC)とに基づいて現サイクルの圧縮上死点での有効圧縮比ε′TDCを推定する。 When it is difficult to detect all of the plurality of actual compression ratios rε during the compression stroke, the actual compression ratios detected in the compression stroke of the previous cycle may be included as shown in FIG. In this case, an approximate curve is obtained from at least one actual compression ratio (one in the figure) detected in the compression stroke of the current cycle and at least one actual compression ratio (two in the figure) detected in the compression stroke of the previous cycle. The effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center of the current cycle is estimated based on this approximate curve and the closing timing (IVC) of the intake valve 104.

次に、筒内直噴エンジンの場合には、図5のステップ13における点火時期の遅角補正に加えて燃料の追加噴射を行うようにしてもよい。
図14は、筒内直噴エンジンを示している。図14において、燃料噴射弁103が筒内に直接燃料を噴射するように配置されている点のみが上記実施形態(図1)と異なり、それ以外の構成は同じである。かかる構成において上記エンジン制御(図5)を実施し、ステップS12において許容強度以上のノッキングが発生していると判断した場合には、ステップS13で点火時期の遅角補正及び燃料の追加噴射を行う。
Next, in the case of an in-cylinder direct injection engine, additional fuel injection may be performed in addition to the ignition timing retardation correction in step 13 of FIG.
FIG. 14 shows an in-cylinder direct injection engine. 14, only the point that the fuel injection valve 103 is arranged so as to inject fuel directly into the cylinder is different from the above embodiment (FIG. 1), and the other configurations are the same. In this configuration, the engine control (FIG. 5) is performed, and if it is determined in step S12 that knocking exceeding the allowable strength has occurred, the ignition timing is retarded and additional fuel injection is performed in step S13. .

燃料濃度を高め比熱比を低下させて筒内温度を低下させると共に筒内に乱れを供給して火炎伝播速度を上昇させることで、ノッキングを抑制するためである。これにより、点火時期の遅角補正が不要になる又は点火時期の遅角量を低減できるので、ノッキングの発生に伴うトルク低下(点火時期の遅角)を抑制できる。ここで、ノッキングは圧縮比が高いほど発生し易いので、ステップS9で推定した有効圧縮比ε′TDCが高いほど追加噴射する量を増大させるのが好ましい。また、燃料の追加噴射のみでは十分にノッキングを抑制できないような場合には、上記実施形態と同様、テップS3において目標値を更新(修正)する。 This is because knocking is suppressed by increasing the fuel concentration and lowering the specific heat ratio to lower the in-cylinder temperature and supplying turbulence in the cylinder to increase the flame propagation speed. As a result, the retard correction of the ignition timing becomes unnecessary or the retard amount of the ignition timing can be reduced, so that a torque decrease (ignition timing retard) accompanying the occurrence of knocking can be suppressed. Here, since knocking is more likely to occur as the compression ratio is higher, it is preferable to increase the amount of additional injection as the effective compression ratio ε ′ TDC estimated in step S9 is higher. When knocking cannot be sufficiently suppressed only by additional fuel injection, the target value is updated (corrected) in step S3 as in the above embodiment.

さらに、筒内圧を検出する筒内圧センサを設け、圧縮行程前半に筒内圧を検出し、この検出結果を、サイクル空気量の算出(図5のステップS7)及び圧縮上死点での有効圧縮比ε′TDCの推定(図5のステップS9)に利用するようにしてもよい。 Further, an in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure is provided, and the in-cylinder pressure is detected in the first half of the compression stroke. You may make it utilize for estimation of (epsilon) ' TDC (step S9 of FIG. 5).

これにより、サイクル空気量の算出精度及び圧縮上死点での有効圧縮比ε′TDCの推定精度が大きく向上する。また、ノッキングの検出精度も高まるので、点火時期の遅角補正(図5のステップS13)を最小限に抑制できる。さらに、所定の定常運転時に気筒毎の圧力最大値及びその位置を検出し、その検出結果に基づいて気筒毎に点火時期の補正を実施することにより、例えばデポジット等によって経時的に圧縮比が変化したような場合においても、ノッキングを回避しつつ、トルク変動の少ない安定した運転が可能となる。 Thereby, the calculation accuracy of the cycle air amount and the estimation accuracy of the effective compression ratio ε ′ TDC at the compression top dead center are greatly improved. In addition, since the knocking detection accuracy is increased, the ignition timing retardation correction (step S13 in FIG. 5) can be minimized. Further, by detecting the maximum pressure value and its position for each cylinder during a predetermined steady operation, and correcting the ignition timing for each cylinder based on the detection result, the compression ratio changes over time due to, for example, deposit Even in such a case, it is possible to perform stable operation with little torque fluctuation while avoiding knocking.

本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of an engine concerning an embodiment of the present invention. 吸気弁の動弁機構(VEL機構+VTC機構)の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the valve operating mechanism (VEL mechanism + VTC mechanism) of an intake valve. VEL機構の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a VEL mechanism. 圧縮比可変機構の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a compression ratio variable mechanism. 実施形態に係るエンジン制御のフローチャートである。It is a flowchart of the engine control which concerns on embodiment. 目標圧縮比設定マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a target compression ratio setting map. 吸気弁の目標作動角設定マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the target operating angle setting map of an intake valve. 吸気弁の作動角の目標中心角設定マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the target center angle setting map of the operating angle of an intake valve. 制御軸の回転角と実圧縮比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation angle of a control shaft, and an actual compression ratio. 点火時期、エンジントルク及び有効圧縮比の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between ignition timing, an engine torque, and an effective compression ratio. 実施形態に係るエンジン制御のタイムチャートである。It is a time chart of engine control concerning an embodiment. 実施形態の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of embodiment. 同じく実施形態の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of embodiment similarly. 同じく実施形態の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of embodiment similarly.

符号の説明Explanation of symbols

1…エンジン、101…吸気通路、102…スロットル弁、103…燃料噴射弁、104…吸気弁、107…動弁機構、107a…VEL機構、107b…VTC機構、108…点火プラグ、151…駆動軸、155…制御軸、200…圧縮比可変機構、210…制御軸、300…エンジンコントローラ、301…アクセルセンサ、302…クランク角センサ(エンジン回転速度検出手段)、304…スロットルセンサ、305…ノッキングセンサ、307…第1回転角センサ(作動特性検出手段)、308…第2回転角センサ(作動特性検出手段)、309…第3回転角センサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 101 ... Intake passage, 102 ... Throttle valve, 103 ... Fuel injection valve, 104 ... Intake valve, 107 ... Valve mechanism, 107a ... VEL mechanism, 107b ... VTC mechanism, 108 ... Spark plug, 151 ... Drive shaft 155 ... control shaft, 200 ... compression ratio variable mechanism, 210 ... control shaft, 300 ... engine controller, 301 ... accelerator sensor, 302 ... crank angle sensor (engine speed detection means), 304 ... throttle sensor, 305 ... knocking sensor 307: First rotation angle sensor (operation characteristic detection means) 308: Second rotation angle sensor (operation characteristic detection means) 309: Third rotation angle sensor

Claims (12)

内燃機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構と、
サイクル毎の圧縮行程前半に前記圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出する変化速度検出手段と、
前記吸気弁の閉弁後に、検出された圧縮比の変化速度及び前記吸気弁の閉時期に基づいて、同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定する有効圧縮比推定手段と、
推定された有効圧縮比に基づいて、同サイクル内における点火時期を設定する点火時期設定手段と、
設定された点火時期に点火を実施する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A variable compression ratio mechanism for varying the compression ratio of the internal combustion engine;
A valve mechanism that makes the operating characteristics of the intake valve variable;
A change speed detecting means for detecting a change speed of the compression ratio by the compression ratio variable mechanism in the first half of the compression stroke for each cycle;
Effective compression ratio estimation means for estimating the effective compression ratio at the compression top dead center in the same cycle based on the detected change speed of the compression ratio and the closing timing of the intake valve after the intake valve is closed;
Ignition timing setting means for setting the ignition timing in the same cycle based on the estimated effective compression ratio;
Control means for performing ignition at a set ignition timing;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記変化速度検出手段は、サイクル毎の圧縮行程前半にそのときの前記圧縮比可変機構の作動状態よって実現される実圧縮比を検出し、この検出した実圧縮比に基づいて前記圧縮比の変化速度を算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 The change speed detecting means detects an actual compression ratio realized by the operating state of the compression ratio variable mechanism at that time in the first half of the compression stroke for each cycle, and changes the compression ratio based on the detected actual compression ratio. the control system of claim 1 Symbol placement of the internal combustion engine, and calculates the velocity. 前記変化速度検出手段は、前記実圧縮比の検出を複数回行うことを特徴とする請求項記載の内燃機関の制御装置。 3. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 , wherein the change speed detecting means detects the actual compression ratio a plurality of times. 前記複数回行われる実圧縮比の検出には、前記吸気弁の閉時期での実圧縮比の検出が含まれることを特徴とする請求項記載の内燃機関の制御装置。 4. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 3 , wherein the detection of the actual compression ratio performed a plurality of times includes detection of an actual compression ratio at the closing timing of the intake valve. 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記吸気弁の作動特性を検出する作動特性検出手段と、
検出された吸気弁の作動特性に基づいて吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
を更に備え、
前記点火時期設定手段は、前記推定された有効圧縮比、検出された機関の回転速度及び算出された吸入空気量に基づいて、前記点火時期を設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the engine;
An operating characteristic detecting means for detecting an operating characteristic of the intake valve;
An intake air amount calculating means for calculating an intake air amount based on the detected operating characteristic of the intake valve;
Further comprising
Said ignition timing setting means, the estimated effective compression ratio, based on the rotational speed and the intake air amount calculated of the detected engine of claim 1, wherein the setting the ignition timing The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of the above.
ノッキング強度を検出するノック検出手段を更に備え、
前記制御手段は、検出されたノッキング強度が予め設定された第1閾値を超えている場合には、前記点火時期を遅角補正することを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
A knock detecting means for detecting knocking strength;
6. The control unit according to claim 1, wherein when the detected knocking intensity exceeds a preset first threshold value, the ignition timing is retarded. 6. The internal combustion engine control device described.
ノッキング強度を検出するノック検出手段を更に備え、
前記制御手段は、検出されたノッキング強度が予め設定された第1閾値を超えている場合には、次サイクルの圧縮比を低下させる制御、次サイクルの吸入空気量を制限する制御及び前記圧縮比可変機構の動作速度を上昇させる制御のうちの少なくとも1つを実施することを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
A knock detecting means for detecting knocking strength;
When the detected knocking strength exceeds a preset first threshold, the control means controls to reduce the compression ratio of the next cycle, control to limit the intake air amount of the next cycle, and the compression ratio The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6 , wherein at least one of control for increasing an operation speed of the variable mechanism is performed.
前記制御手段は、検出されたノッキング強度が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を下回っている場合には、点火時期を進角補正することを特徴とする請求項又は請求項記載の内燃機関の制御装置。 8. The control unit according to claim 6 or 7 , wherein the control means corrects the ignition timing when the detected knocking intensity is below a second threshold value that is smaller than the first threshold value. Control device for internal combustion engine. 前記制御手段は、検出されたノッキング強度が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を下回っている場合には、次サイクルの圧縮比を上昇させる制御及び前記圧縮比可変機構の動作速度を低下させる制御のうちの少なくとも1つを実施することを特徴とする請求項又は請求項記載の内燃機関の制御装置。 When the detected knocking strength is less than a second threshold value that is smaller than the first threshold value, the control means increases the compression ratio of the next cycle and decreases the operation speed of the compression ratio variable mechanism. the control system of claim 6 or claim 7, wherein the internal combustion engine which comprises carrying out at least one of the control. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、
前記制御手段は、検出されたノッキング強度が予め設定された第1閾値を超えている場合には、燃料の追加噴射を行うことを特徴とする請求項6〜9のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
Comprising fuel injection means for directly injecting fuel into the cylinder;
The said control means performs additional injection of fuel, when the detected knocking intensity | strength exceeds the preset 1st threshold value, The fuel injection of any one of Claims 6-9 characterized by the above-mentioned. Control device for internal combustion engine.
前記圧縮上死点での有効圧縮比が高いほど前記追加噴射する燃料を増量することを特徴とする請求項10記載の内燃機関の制御装置。 11. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the amount of fuel to be additionally injected is increased as the effective compression ratio at the compression top dead center is higher. 圧縮比を可変とする圧縮比可変機構及び吸気弁の作動特性を可変とする動弁機構を備えた内燃機関において、
サイクル毎の圧縮行程前半に前記圧縮比可変機構による圧縮比の変化速度を検出するステップと、
前記吸気弁の閉弁後に、検出された圧縮比の変化速度及び前記吸気弁の閉時期に基づいて、同サイクル内の圧縮上死点での有効圧縮比を推定するステップと、
推定された有効圧縮比に基づいて、同サイクル内における点火時期を設定するステップと、
設定された点火時期の点火を実施するステップと、
を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。
In an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism that makes the compression ratio variable and a valve mechanism that makes the operation characteristics of the intake valve variable,
Detecting the speed of change of the compression ratio by the compression ratio variable mechanism in the first half of the compression stroke for each cycle;
Estimating the effective compression ratio at the compression top dead center in the same cycle based on the detected change rate of the compression ratio and the closing timing of the intake valve after the intake valve is closed; and
Setting the ignition timing within the same cycle based on the estimated effective compression ratio;
Performing ignition at a set ignition timing;
An internal combustion engine control method comprising:
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