JP5333268B2 - Spark ignition internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark-ignition internal combustion engine suppressing occurrence of knocking and degradation of combustion and also suppressing deterioration of fuel economy, even if a mechanical compression ratio detector fails. <P>SOLUTION: This spark-ignition internal combustion engine includes: a variable compression ratio mechanism A varying a mechanical compression ratio; a variable valve timing mechanism B controlling the valve closing timing of an intake valve; the mechanical compression ratio detector 22 detecting the mechanical compression ratio; and a torque variation detection means 43 detecting a torque variation. The variable compression ratio mechanism is controlled so that the mechanical compression ratio becomes a target mechanical compression ratio set according to the operating condition of the engine, and the variable valve timing mechanism is controlled so that the valve closing timing of the intake valve becomes a target valve closing timing set according to the operating condition of the engine. When the mechanical compression ratio detector fails, the mechanical compression ratio is reduced within such a range that the torque variation larger than a reference torque variation is not detected initially by the torque variation detection means if an engine load is increased. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は火花点火式内燃機関に関する。   The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine.

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、機関負荷にかかわらずに実圧縮比をほぼ一定に維持するようにした火花点火式内燃機関が公知である(例えば、特許文献1)。この内燃機関では機関負荷が高くなるにつれて、すなわち要求吸入空気量が多くなるにつれて吸気弁の閉弁時期が吸気下死点に近づくように進角され、このとき実圧縮比をほぼ一定に維持するために要求吸入空気量が多くなるにつれて機械圧縮比が低下せしめられる。   A spark having a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio and a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve so that the actual compression ratio is maintained substantially constant regardless of the engine load. An ignition type internal combustion engine is known (for example, Patent Document 1). In this internal combustion engine, as the engine load increases, that is, as the required intake air amount increases, the valve closing timing of the intake valve is advanced so as to approach the intake bottom dead center, and at this time, the actual compression ratio is maintained substantially constant. Therefore, the mechanical compression ratio is lowered as the required intake air amount increases.

特開2007−303423号公報JP 2007-303423 A 特開2004−308618号公報JP 2004-308618 A 特開2006−161583号公報JP 2006-161583 A

ところで、上述したように要求吸入空気量の変化に応じて吸気弁の閉弁時期と機械圧縮比とを変化させる場合、吸気弁の閉弁時期及び機械圧縮比は要求吸入空気量に応じて設定される吸気弁の目標閉弁時期及び目標機械圧縮比となるようにフィードバック制御される。すなわち、吸気弁の閉弁時期については、吸気弁の閉弁時期を検出可能な閉弁時期検出装置によって検出される現在の吸気弁の閉弁時期が要求吸入空気量に応じて設定される吸気弁の目標閉弁時期となるように可変バルブタイミング機構が制御され、機械圧縮比については、機械圧縮比を検出可能な機械圧縮比検出装置によって検出される現在の機械圧縮比が要求吸入空気量に応じて設定される目標機械圧縮比となるように可変圧縮比機構が制御される。   By the way, as described above, when the valve closing timing and the mechanical compression ratio of the intake valve are changed according to the change in the required intake air amount, the valve closing timing and the mechanical compression ratio of the intake valve are set according to the required intake air amount. The feedback control is performed so that the target valve closing timing and the target mechanical compression ratio of the intake valve are set. That is, with regard to the closing timing of the intake valve, the intake valve in which the current closing timing of the intake valve detected by the closing timing detection device capable of detecting the closing timing of the intake valve is set according to the required intake air amount. The variable valve timing mechanism is controlled so that the target valve closing timing is reached, and for the mechanical compression ratio, the current mechanical compression ratio detected by the mechanical compression ratio detection device capable of detecting the mechanical compression ratio is the required intake air amount The variable compression ratio mechanism is controlled so that the target mechanical compression ratio is set according to the above.

ところが、閉弁時期検出装置や機械圧縮比検出装置が故障すると、現在の吸気弁の閉弁時期や機械圧縮比を検出することができなくなる。このため、吸気弁の閉弁時期や機械圧縮比を目標閉弁時期や目標機械圧縮比に制御することができなくなり、その結果、燃費の悪化を招いてしまうと共に、場合によってはノッキングの発生や燃焼悪化を招いてしまう。   However, if the valve closing timing detection device or the mechanical compression ratio detection device breaks down, the current valve closing timing and mechanical compression ratio of the intake valve cannot be detected. For this reason, it becomes impossible to control the valve closing timing and the mechanical compression ratio of the intake valve to the target valve closing timing and the target mechanical compression ratio. As a result, fuel consumption is deteriorated and, in some cases, occurrence of knocking or It will lead to deterioration of combustion.

そこで、上記問題に鑑みて、本発明の目的は、閉弁時期検出装置や機械圧縮比検出装置が故障した場合であっても、ノッキングの発生や燃焼悪化を抑制すると共に、燃費の悪化を抑制することができる火花点火式内燃機関を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to suppress the occurrence of knocking and the deterioration of combustion and the deterioration of fuel consumption even when the valve closing timing detection device and the mechanical compression ratio detection device are out of order. It is an object of the present invention to provide a spark ignition type internal combustion engine.

上記課題を解決するために、第1の発明では、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、機械圧縮比を検出可能な機械圧縮比検出装置と、トルク変動を検出するトルク変動検出手段とを具備し、機械圧縮比検出装置によって検出される機械圧縮比が機関運転状態に応じて設定される目標機械圧縮比になるように可変圧縮比機構が制御され、吸気弁の閉弁時期が機関運転状態に応じて設定される目標閉弁時期になるように可変バルブタイミング機構が制御される、火花点火式内燃機関において、機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が増大したときには、最初にトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で機械圧縮比を下げるようにした。   In order to solve the above problems, in the first invention, a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio, a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve, and a mechanical compression ratio can be detected. A mechanical compression ratio detection device and a torque fluctuation detection means for detecting torque fluctuation are provided so that the mechanical compression ratio detected by the mechanical compression ratio detection device becomes a target mechanical compression ratio set according to the engine operating state. In the spark ignition internal combustion engine, the variable compression ratio mechanism is controlled to control the variable valve timing mechanism so that the closing timing of the intake valve becomes the target closing timing set according to the engine operating state. If the compression ratio detection device fails and the engine load increases, the mechanical compression ratio is first lowered within a range in which torque fluctuations greater than the reference torque fluctuation are not detected by the torque fluctuation detection means. It was.

第2の発明では、第1の発明において、機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が増大したときには、トルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で最も低い機械圧縮比に達するか又は可変圧縮比機構の機構上それ以上機械圧縮比を低下させることのできない最小限界機械圧縮比に達した後に吸気弁の閉弁時期の変更が開始せしめられる。   According to a second invention, in the first invention, when the mechanical compression ratio detection device fails, when the engine load increases, the lowest machine within a range in which the torque fluctuation more than the reference torque fluctuation is not detected by the torque fluctuation detecting means. After the compression ratio is reached or the minimum limit mechanical compression ratio at which the mechanical compression ratio cannot be lowered further due to the mechanism of the variable compression ratio mechanism is reached, the change of the closing timing of the intake valve is started.

第3の発明では、第1又は第2の発明において、機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が低下したときには、最初にトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が生じない範囲内で機械圧縮比を上げるようにした。   In the third invention, in the first or second invention, when the mechanical compression ratio detection device fails, when the engine load decreases, a range in which torque fluctuation more than the reference torque fluctuation does not occur first by the torque fluctuation detection means. The mechanical compression ratio was increased.

第4の発明では、第3の発明において、機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が低下したときには、トルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で最も高い機械圧縮比に達するか又は可変圧縮比機構の機構上それ以上機械圧縮比を増大させることのできない最大限界機械圧縮比に達した後に吸気弁の閉弁時期の変更が開始せしめられる。   According to a fourth invention, in the third invention, when the mechanical compression ratio detection device fails, when the engine load decreases, the highest machine within a range in which the torque fluctuation more than the reference torque fluctuation is not detected by the torque fluctuation detecting means. After reaching the compression ratio or reaching the maximum critical mechanical compression ratio at which the mechanical compression ratio cannot be increased further due to the mechanism of the variable compression ratio mechanism, the change of the closing timing of the intake valve is started.

第5の発明では、第1〜第4のいずれか一つの発明において、内燃機関の通常運転時にはトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が生じないように機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期が制御され、内燃機関の運転中にトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されたときには機械圧縮比検出装置が故障していると判定する。   In a fifth aspect of the invention, in any one of the first to fourth aspects of the invention, during normal operation of the internal combustion engine, the mechanical fluctuation ratio and the intake valve are closed so that the torque fluctuation detection means does not cause a torque fluctuation greater than the reference torque fluctuation. When the valve timing is controlled and the torque fluctuation more than the reference torque fluctuation is detected by the torque fluctuation detecting means during the operation of the internal combustion engine, it is determined that the mechanical compression ratio detection device has failed.

第6の発明では、第1〜第5のいずれか一つの発明において、吸気弁の閉弁時期を検出可能な閉弁時期検出装置と、吸気通路内を流れる空気の流量を検出する吸入空気量検出装置をさらに具備し、閉弁時期検出装置によって検出される吸気弁の閉弁時期が機関運転状態に応じて設定される目標閉弁時期になるように可変バルブタイミング機構が制御され、閉弁時期検出装置が故障した場合、吸入空気量検出装置によって検出された吸気通路内を流れる空気流量に基づいて吸気弁の閉弁時期を推定するようにした。   According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, a valve closing timing detection device capable of detecting the valve closing timing of the intake valve, and an intake air amount for detecting a flow rate of air flowing in the intake passage And a variable valve timing mechanism that controls the variable valve timing mechanism so that the closing timing of the intake valve detected by the closing timing detection device becomes a target closing timing set according to the engine operating state. When the timing detection device fails, the closing timing of the intake valve is estimated based on the flow rate of air flowing through the intake passage detected by the intake air amount detection device.

第7の発明では、第1〜第6のいずれか一つの発明において、機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点に対して侵入禁止領域が設定され、上記機械圧縮比検出装置が故障していない場合には、要求吸入空気量が変化したときに現在の動作点から要求吸入空気量を満たす動作点に向けて上記侵入禁止領域内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点を算出し、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を目標動作点に向けて変化させるようにした。   In a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, an entry prohibition region is set for an operating point indicating a combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, and the mechanical compression ratio detection is performed. If the device is not broken, it can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited area from the current operating point to the operating point that satisfies the required intake air amount when the required intake air amount changes. The target operating point was calculated, and the mechanical compression ratio and intake valve closing timing were changed toward the target operating point.

本発明によれば、閉弁時期検出装置や機械圧縮比検出装置が故障した場合であっても、ノッキングの発生や燃焼悪化を抑制すると共に、燃費の悪化を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a case where a valve closing timing detection apparatus or a mechanical compression ratio detection apparatus fails, generation | occurrence | production of knocking and combustion deterioration can be suppressed, and deterioration of fuel consumption can be suppressed.

火花点火式内燃機関の全体図である。1 is an overall view of a spark ignition internal combustion engine. 可変圧縮比機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a variable compression ratio mechanism. 図解的に表した内燃機関の側面断面図である。1 is a schematic side sectional view of an internal combustion engine. 可変バルブタイミング機構を示す図である。It is a figure which shows a variable valve timing mechanism. 吸気弁および排気弁のリフト量を示す図である。It is a figure which shows the lift amount of an intake valve and an exhaust valve. 機械圧縮比、実圧縮比および膨張比を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mechanical compression ratio, an actual compression ratio, and an expansion ratio. 理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between theoretical thermal efficiency and an expansion ratio. 通常のサイクルおよび超高膨張比サイクルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a normal cycle and a super-high expansion ratio cycle. 機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。It is a figure which shows changes, such as a mechanical compression ratio according to an engine load. 侵入禁止領域と目標動作線とを示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region and a target operation line. 侵入禁止領域と目標動作線とを示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region and a target operation line. 侵入禁止領域を示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度等の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows changes, such as a mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 目標動作点と動作点とを示す図である。It is a figure which shows a target operating point and an operating point. 機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度等の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows changes, such as a mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. 目標値を算出するためのフローチャートである。It is a flowchart for calculating a target value. 可変圧縮比機構等の駆動制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing drive control of a variable compression ratio mechanism or the like. 侵入禁止領域と到達目標線を示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region and a reaching target line. 侵入禁止領域と到達目標線を示す図である。It is a figure which shows an intrusion prohibition area | region and a reaching target line. 要求吸入空気量が減少した場合の動作点の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the operating point when the request | requirement intake air amount reduces. 要求吸入空気量が減少した場合の動作点の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the operating point when the request | requirement intake air amount reduces. 要求吸入空気量が減少した場合の動作点の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the operating point when the request | requirement intake air amount reduces. 本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage at the time of performing control by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage at the time of performing control by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage at the time of performing control by embodiment of this invention. 要求吸入空気量が増大した場合の動作点の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the operating point when the request | requirement intake air amount increases. 要求吸入空気量が増大した場合の動作点の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the operating point when the request | requirement intake air amount increases. 要求吸入空気量が増大した場合の動作点の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the operating point when the request | requirement intake air amount increases. 要求吸入空気量が増大した場合の動作点の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the operating point when the request | requirement intake air amount increases. 本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage at the time of performing control by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage at the time of performing control by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage at the time of performing control by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage at the time of performing control by embodiment of this invention. 可変圧縮比機構等の駆動制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing drive control of a variable compression ratio mechanism or the like. 可変圧縮比機構等の駆動制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing drive control of a variable compression ratio mechanism or the like. 可変圧縮比機構等の駆動制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing drive control of a variable compression ratio mechanism or the like. 閉弁時期推定モデルのブロック図である。It is a block diagram of a valve closing timing estimation model. スロットルモデルの基本概念を示す図である。It is a figure which shows the basic concept of a throttle model. スロットル弁の開度と流量係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the opening degree of a throttle valve, and a flow coefficient. スロットル弁の開度と開口断面積との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the opening degree of a throttle valve, and opening cross-sectional area. 関数Φ(Pm/Pa)を示す図である。It is a figure which shows function (PHI) (Pm / Pa). 吸気管モデルの基本概念を示す図である。It is a figure which shows the basic concept of an intake pipe model. 吸気弁モデルの基本概念を示す図である。It is a figure which shows the basic concept of an intake valve model. 関数fcを示す図である。It is a figure which shows the function fc.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

図1に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図1を参照すると、1はクランクケース、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は燃焼室5の頂面中央部に配置された点火プラグ、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート8は吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、各吸気枝管11にはそれぞれ対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配置される。なお、燃料噴射弁13は各吸気枝管11に取付ける代りに各燃焼室5内に配置してもよい。
FIG. 1 shows a side sectional view of a spark ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is a crankcase, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a spark plug disposed at the center of the top surface of the combustion chamber 5, and 7 is an intake air 8 is an intake port, 9 is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via an intake branch pipe 11, and a fuel injection valve 13 for injecting fuel into the corresponding intake port 8 is arranged in each intake branch pipe 11. The fuel injection valve 13 may be arranged in each combustion chamber 5 instead of being attached to each intake branch pipe 11.

サージタンク12は吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結され、吸気ダクト14内にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17と例えば熱線を用いたエアフロメータ18とが配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ20に連結され、排気マニホルド19内には空燃比センサ21が配置される。なお、以下の説明では、スロットル弁17から吸気弁7までの吸気枝管11、サージタンク12、吸気ダクト14等の部分を吸気管部分と称する。   The surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14, and a throttle valve 17 driven by an actuator 16 and an air flow meter 18 using, for example, heat rays are arranged in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a catalytic converter 20 containing, for example, a three-way catalyst via an exhaust manifold 19, and an air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 19. In the following description, portions of the intake branch pipe 11, the surge tank 12, the intake duct 14 and the like from the throttle valve 17 to the intake valve 7 are referred to as an intake pipe portion.

一方、図1に示される実施形態ではクランクケース1とシリンダブロック2との連結部にクランクケース1とシリンダブロック2のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更可能な可変圧縮比機構Aが設けられており、更に実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Bが設けられている。なお、図1に示される実施形態ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Bは吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the piston 4 is positioned at the compression top dead center by changing the relative position of the crankcase 1 and the cylinder block 2 in the cylinder axial direction at the connecting portion between the crankcase 1 and the cylinder block 2. There is provided a variable compression ratio mechanism A capable of changing the volume of the combustion chamber 5 at the time, and further an actual compression action start timing changing mechanism B capable of changing the actual start time of the compression action. In the embodiment shown in FIG. 1, the actual compression operation start timing changing mechanism B is composed of a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve 7.

図1に示されるようにクランクケース1とシリンダブロック2にはクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ22が取付けられており、この相対位置センサ22からはクランクケース1とシリンダブロック2との間隔の変化を示す出力信号が出力される。また、可変バルブタイミング機構Bには吸気弁7の閉弁時期を示す出力信号を発生するバルブタイミングセンサ23が取付けられており、スロットル弁駆動用のアクチュエータ16にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ24が取付けられている。なお、本実施形態では、現在の機械圧縮比を検出するための機械圧縮比検出装置として相対位置センサ22が用いられるが、機械圧縮比検出装置としては相対位置センサ22以外の検出装置を使用することも可能である。   As shown in FIG. 1, a relative position sensor 22 for detecting a relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is attached to the crankcase 1 and the cylinder block 2. An output signal indicating a change in the interval between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is output. The variable valve timing mechanism B is provided with a valve timing sensor 23 for generating an output signal indicating the closing timing of the intake valve 7, and an output signal indicating the throttle valve opening is provided to the actuator 16 for driving the throttle valve. A throttle opening sensor 24 is attached. In the present embodiment, the relative position sensor 22 is used as a mechanical compression ratio detection device for detecting the current mechanical compression ratio, but a detection device other than the relative position sensor 22 is used as the mechanical compression ratio detection device. It is also possible.

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。エアフロメータ18、空燃比センサ21、相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23およびスロットル開度センサ24の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。   The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. Output signals of the air flow meter 18, the air-fuel ratio sensor 21, the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening degree sensor 24 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37, respectively. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35.

加えて、クランクシャフト(図示せず)には内燃機関の出力トルクに応じた出力電圧を発生するトルクセンサ43が接続され、トルクセンサ43の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火プラグ6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用アクチュエータ16、可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bに接続される。また、エアクリーナ15の近傍には吸気温度を検出する吸気温度センサ44と、大気圧を検出する大気圧センサ45とが設けられる。これら吸気温度センサ44および大気圧センサ45はそれぞれ吸気温度、大気圧に対応する出力電圧を発生し、この出力信号が対応するAD変換器38を介して入力ポート35に入力される。   In addition, a torque sensor 43 that generates an output voltage corresponding to the output torque of the internal combustion engine is connected to the crankshaft (not shown), and the output voltage of the torque sensor 43 is input to the input port via the corresponding AD converter 37. 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 6, the fuel injection valve 13, the throttle valve driving actuator 16, the variable compression ratio mechanism A, and the variable valve timing mechanism B through corresponding drive circuits 38. An intake air temperature sensor 44 that detects the intake air temperature and an atmospheric pressure sensor 45 that detects atmospheric pressure are provided in the vicinity of the air cleaner 15. The intake air temperature sensor 44 and the atmospheric pressure sensor 45 generate output voltages corresponding to the intake air temperature and atmospheric pressure, respectively, and this output signal is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 38.

図2は図1に示す可変圧縮比機構Aの分解斜視図を示しており、図3は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図2を参照すると、シリンダブロック2の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部50が形成されており、各突出部50内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔51が形成されている。一方、クランクケース1の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部50の間に嵌合せしめられる複数個の突出部52が形成されており、これらの各突出部52内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔53が形成されている。   2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism A shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side sectional view of the internal combustion engine schematically shown. Referring to FIG. 2, a plurality of projecting portions 50 spaced from each other are formed below both side walls of the cylinder block 2, and cam insertion holes 51 each having a circular cross section are formed in each projecting portion 50. Has been. On the other hand, a plurality of protrusions 52 are formed on the upper wall surface of the crankcase 1 so as to be fitted between the corresponding protrusions 50 with a space between each other. Cam insertion holes 53 each having a circular cross section are formed.

図2に示されるように一対のカムシャフト54、55が設けられており、各カムシャフト54、55上には一つおきに各カム挿入孔53内に回転可能に挿入される円形カム58が固定されている。これらの円形カム58は各カムシャフト54、55の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム58の両側には図3に示すように各カムシャフト54、55の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸57が延びており、この偏心軸57上に別の円形カム56が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示されるようにこれら円形カム56は各円形カム58の両側に配置されており、これら円形カム56は対応する各カム挿入孔51内に回転可能に挿入されている。また、図2に示されるようにカムシャフト55にはカムシャフト55の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ25が取付けられている。   As shown in FIG. 2, a pair of camshafts 54 and 55 are provided, and on each camshaft 54 and 55, a circular cam 58 is rotatably inserted into each cam insertion hole 53. It is fixed. These circular cams 58 are coaxial with the rotational axes of the camshafts 54 and 55. On the other hand, as shown in FIG. 3, eccentric shafts 57 arranged eccentrically with respect to the rotational axes of the cam shafts 54 and 55 extend on both sides of each circular cam 58, and another circular cam is disposed on the eccentric shaft 57. 56 is mounted eccentrically and rotatable. As shown in FIG. 2, these circular cams 56 are arranged on both sides of each circular cam 58, and these circular cams 56 are rotatably inserted into the corresponding cam insertion holes 51. As shown in FIG. 2, a cam rotation angle sensor 25 that generates an output signal representing the rotation angle of the camshaft 55 is attached to the camshaft 55.

図3(A)に示すような状態から各カムシャフト54、55上に固定された円形カム58を図3(A)において矢印で示される如く互いに反対方向に回転させると偏心軸57が互いに離れる方向に移動するために円形カム56がカム挿入孔51内において円形カム58とは反対方向に回転し、図3(B)に示されるように偏心軸57の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム58を矢印で示される方向に回転させると図3(C)に示されるように偏心軸57は最も低い位置となる。   When the circular cams 58 fixed on the camshafts 54 and 55 are rotated in opposite directions as indicated by arrows in FIG. 3A from the state shown in FIG. 3A, the eccentric shafts 57 are separated from each other. In order to move in the direction, the circular cam 56 rotates in the opposite direction to the circular cam 58 in the cam insertion hole 51, and as shown in FIG. 3B, the position of the eccentric shaft 57 is changed from the high position to the intermediate height position. It becomes. Next, when the circular cam 58 is further rotated in the direction indicated by the arrow, the eccentric shaft 57 is at the lowest position as shown in FIG.

なお、図3(A)、図3(B)、図3(C)にはそれぞれの状態における円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bと円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。   3A, 3B, and 3C show the positional relationship among the center a of the circular cam 58, the center b of the eccentric shaft 57, and the center c of the circular cam 56 in each state. It is shown.

図3(A)から図3(C)とを比較するとわかるようにクランクケース1とシリンダブロック2の相対位置は円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離によって定まり、円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離が大きくなるほどシリンダブロック2はクランクケース1から離れる。すなわち、可変圧縮比機構Aは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック2がクランクケース1から離れるとピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は増大し、したがって各カムシャフト54、55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更することができる。   3A to 3C, the relative positions of the crankcase 1 and the cylinder block 2 are determined by the distance between the center a of the circular cam 58 and the center c of the circular cam 56. As the distance between the center a of 58 and the center c of the circular cam 56 increases, the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1. That is, the variable compression ratio mechanism A changes the relative position between the crankcase 1 and the cylinder block 2 by a crank mechanism using a rotating cam. When the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1, the volume of the combustion chamber 5 increases when the piston 4 is located at the compression top dead center. Therefore, by rotating the camshafts 54 and 55, the piston 4 is compressed at the top dead center. The volume of the combustion chamber 5 when it is located at can be changed.

図2に示されるように各カムシャフト54、55をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォーム61、62が取付けられており、これらウォーム61、62と噛合するウォームホイール63、64がそれぞれ各カムシャフト54、55の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ59を駆動することによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を広い範囲に亘って変更することができる。   As shown in FIG. 2, in order to rotate the camshafts 54 and 55 in opposite directions, a pair of worms 61 and 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft of the drive motor 59, respectively. Worm wheels 63 and 64 meshing with the worms 61 and 62 are fixed to end portions of the camshafts 54 and 55, respectively. In this embodiment, by driving the drive motor 59, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 is located at the compression top dead center can be changed over a wide range.

一方、図4は図1において吸気弁7を駆動するためのカムシャフト70の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Bを示している。図4を参照すると、この可変バルブタイミング機構Bは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ71と、タイミングプーリ71と一緒に回転する円筒状ハウジング72と、吸気弁駆動用カムシャフト70と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング72に対して相対回転可能な回転軸73と、円筒状ハウジング72の内周面から回転軸73の外周面まで延びる複数個の仕切壁74と、各仕切壁74の間で回転軸73の外周面から円筒状ハウジング72の内周面まで延びるベーン75とを具備しており、各ベーン75の両側にはそれぞれ進角用油圧室76と遅角用油圧室77とが形成されている。   On the other hand, FIG. 4 shows the variable valve timing mechanism B attached to the end of the camshaft 70 for driving the intake valve 7 in FIG. Referring to FIG. 4, the variable valve timing mechanism B includes a timing pulley 71 that is rotated in the direction of an arrow by a crankshaft of an engine via a timing belt, a cylindrical housing 72 that rotates together with the timing pulley 71, an intake valve A rotating shaft 73 that rotates together with the driving camshaft 70 and is rotatable relative to the cylindrical housing 72, and a plurality of partition walls 74 that extend from the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 to the outer peripheral surface of the rotating shaft 73. And vanes 75 extending from the outer peripheral surface of the rotary shaft 73 to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 between the partition walls 74, and advance hydraulic chambers 76 on both sides of each vane 75. A retarding hydraulic chamber 77 is formed.

各油圧室76、77への作動油の供給制御は作動油供給制御弁78によって行われる。この作動油供給制御弁78は各油圧室76、77にそれぞれ連結された油圧ポート79、80と、油圧ポンプ81から吐出された作動油の供給ポート82と、一対のドレインポート83、84と、各ポート79、80、82、83、84間の連通遮断制御を行うスプール弁85とを具備している。   The hydraulic oil supply control to the hydraulic chambers 76 and 77 is performed by a hydraulic oil supply control valve 78. The hydraulic oil supply control valve 78 includes hydraulic ports 79 and 80 connected to the hydraulic chambers 76 and 77, a hydraulic oil supply port 82 discharged from the hydraulic pump 81, a pair of drain ports 83 and 84, And a spool valve 85 that performs communication cutoff control between the ports 79, 80, 82, 83, and 84.

吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を進角すべきときは図4においてスプール弁85が右方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート79を介して進角用油圧室76に供給されると共に遅角用油圧室77内の作動油がドレインポート84から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印方向に相対回転せしめられる。   When the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be advanced, the spool valve 85 is moved to the right in FIG. 4 and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 is advanced via the hydraulic port 79. The hydraulic oil in the retard hydraulic chamber 77 is discharged from the drain port 84 while being supplied to the hydraulic chamber 76. At this time, the rotary shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction of the arrow.

これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を遅角すべきときは図4においてスプール弁85が左方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート80を介して遅角用油圧室77に供給されると共に進角用油圧室76内の作動油がドレインポート83から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。   On the other hand, when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be retarded, the spool valve 85 is moved to the left in FIG. 4, and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 causes the hydraulic port 80 to move. The hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 76 is discharged from the drain port 83 while being supplied to the retard hydraulic chamber 77. At this time, the rotating shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction opposite to the arrow.

回転軸73が円筒状ハウジング72に対して相対回転せしめられているときにスプール弁85が図4に示される中立位置に戻されると回転軸73の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸73はそのときの相対回転位置に保持される。したがって可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。   If the spool valve 85 is returned to the neutral position shown in FIG. 4 while the rotation shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72, the relative rotation operation of the rotation shaft 73 is stopped, and the rotation shaft 73 is The relative rotation position at that time is held. Therefore, the variable valve timing mechanism B can advance and retard the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 by a desired amount.

図5において実線は可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も遅角されているときを示している。したがって吸気弁7の開弁期間は図5において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、したがって吸気弁7の閉弁時期も図5において矢印Cで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。   In FIG. 5, the solid line shows the time when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 is advanced the most by the variable valve timing mechanism B, and the broken line shows the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 being the most advanced. It shows when it is retarded. Therefore, the valve opening period of the intake valve 7 can be arbitrarily set between the range indicated by the solid line and the range indicated by the broken line in FIG. 5, and therefore the closing timing of the intake valve 7 is also the range indicated by the arrow C in FIG. Any crank angle can be set.

図1および図4に示される可変バルブタイミング機構Bは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。   The variable valve timing mechanism B shown in FIG. 1 and FIG. 4 shows an example. For example, the variable valve timing that can change only the closing timing of the intake valve while keeping the opening timing of the intake valve constant. Various types of variable valve timing mechanisms, such as mechanisms, can be used.

次に図6を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図6の(A)、(B)、(C)には説明のために燃焼室容積が50mlでピストンの行程容積が500mlであるエンジンが示されており、これら図6の(A)、(B)、(C)において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。   Next, the meanings of terms used in the present application will be described with reference to FIG. 6A, 6B, and 6C show an engine having a combustion chamber volume of 50 ml and a piston stroke volume of 500 ml for the sake of explanation. , (B), (C), the combustion chamber volume represents the volume of the combustion chamber when the piston is located at the compression top dead center.

図6(A)は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(A)に示される例ではこの機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6A explains the mechanical compression ratio. The mechanical compression ratio is a value mechanically determined only from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the compression stroke, and this mechanical compression ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6A, this mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

図6(B)は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は(燃焼室容積+実際の行程容積)/燃焼室容積で表される。すなわち、図6(B)に示されるように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。したがって実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図6(B)に示される例では実圧縮比は(50ml+450ml)/50ml=10となる。   FIG. 6B describes the actual compression ratio. This actual compression ratio is a value determined from the actual piston stroke volume and the combustion chamber volume from when the compression action is actually started until the piston reaches top dead center, and this actual compression ratio is (combustion chamber volume + actual (Stroke volume) / combustion chamber volume. That is, as shown in FIG. 6B, even if the piston starts to rise in the compression stroke, the compression action is not performed while the intake valve is open, and the actual compression starts from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as above using the actual stroke volume. In the example shown in FIG. 6B, the actual compression ratio is (50 ml + 450 ml) / 50 ml = 10.

図6(C)は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(C)に示される例ではこの膨張比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6C illustrates the expansion ratio. The expansion ratio is a value determined from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the expansion stroke, and this expansion ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6C, this expansion ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

次に図7および図8を参照しつつ本発明において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図7は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図8は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。   Next, the super expansion ratio cycle used in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the relationship between the theoretical thermal efficiency and the expansion ratio, and FIG. 8 shows a comparison between a normal cycle and an ultrahigh expansion ratio cycle that are selectively used according to the load in the present invention.

図8(A)は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図8(A)に示す例でも図6の(A)、(B)、(C)に示す例と同様に燃焼室容積が50mlとされ、ピストンの行程容積が500mlとされている。図8(A)からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11であり、実圧縮比もほぼ11であり、膨張比も(50ml+500ml)/50ml=11となる。すなわち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。   FIG. 8A shows a normal cycle when the intake valve closes near the bottom dead center and the compression action by the piston is started from the vicinity of the intake bottom dead center. In the example shown in FIG. 8A, the combustion chamber volume is 50 ml and the piston stroke volume is 500 ml as in the examples shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. As can be seen from FIG. 8A, in a normal cycle, the mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11, the actual compression ratio is almost 11, and the expansion ratio is also (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11. That is, in a normal internal combustion engine, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the expansion ratio are substantially equal.

図7における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、すなわち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。したがって通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも12程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。   The solid line in FIG. 7 shows the change in the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio and the expansion ratio are substantially equal, that is, in a normal cycle. In this case, it can be seen that the theoretical thermal efficiency increases as the expansion ratio increases, that is, as the actual compression ratio increases. Therefore, in order to increase the theoretical thermal efficiency in a normal cycle, the actual compression ratio should be increased. However, the actual compression ratio can only be increased to a maximum of about 12 due to the restriction of the occurrence of knocking at the time of engine high load operation, and thus the theoretical thermal efficiency cannot be sufficiently increased in a normal cycle.

一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことが見出されたのである。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギーが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。   On the other hand, under such circumstances, it is considered to increase the theoretical thermal efficiency while strictly dividing the mechanical compression ratio and the actual compression ratio. As a result, the theoretical thermal efficiency is governed by the expansion ratio, and the actual compression ratio is compared to the theoretical thermal efficiency. Was found to have little effect. That is, if the actual compression ratio is increased, the explosive force is increased, but a large amount of energy is required for compression. Thus, even if the actual compression ratio is increased, the theoretical thermal efficiency is hardly increased.

これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。したがって膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図7の破線ε=10は実圧縮比を10に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図7の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。   On the other hand, when the expansion ratio is increased, the period during which the pressing force acts on the piston during the expansion stroke becomes longer, and thus the period during which the piston applies the rotational force to the crankshaft becomes longer. Therefore, the larger the expansion ratio, the higher the theoretical thermal efficiency. The broken line ε = 10 in FIG. 7 indicates the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased with the actual compression ratio fixed at 10. Thus, the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased while the actual compression ratio ε is maintained at a low value, and the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio is increased with the expansion ratio as shown by the solid line in FIG. It can be seen that there is no significant difference from the amount of increase.

このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、したがって実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図8(B)は可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。   Thus, if the actual compression ratio is maintained at a low value, knocking does not occur. Therefore, if the expansion ratio is increased while the actual compression ratio is maintained at a low value, the theoretical thermal efficiency is reduced while preventing the occurrence of knocking. Can be greatly increased. FIG. 8B shows an example where the variable compression ratio mechanism A and variable valve timing mechanism B are used to increase the expansion ratio while maintaining the actual compression ratio at a low value.

図8(B)を参照すると、この例では可変圧縮比機構Aにより燃焼室容積が50mlから20mlまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Bによって実際のピストン行程容積が500mlから200mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は(20ml+200ml)/20ml=11となり、膨張比は(20ml+500ml)/20ml=26となる。図8(A)に示される通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ11で膨張比が11であり、この場合に比べると図8(B)に示される場合には膨張比のみが26まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。   Referring to FIG. 8B, in this example, the variable compression ratio mechanism A reduces the combustion chamber volume from 50 ml to 20 ml. On the other hand, the variable valve timing mechanism B delays the closing timing of the intake valve until the actual piston stroke volume is reduced from 500 ml to 200 ml. As a result, in this example, the actual compression ratio is (20 ml + 200 ml) / 20 ml = 11, and the expansion ratio is (20 ml + 500 ml) / 20 ml = 26. In the normal cycle shown in FIG. 8A, the actual compression ratio is almost 11 and the expansion ratio is 11, as described above. Compared with this case, only the expansion ratio is shown in FIG. 8B. It can be seen that it has been increased to 26. This is why it is called an ultra-high expansion ratio cycle.

一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、したがって機関運転時における熱効率を向上させるためには、すなわち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図8(B)に示される超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室5内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、したがってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。したがって本発明では機関負荷が比較的低いときには図8(B)に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図8(A)に示す通常のサイクルとするようにしている。   Generally speaking, in an internal combustion engine, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, in order to improve the thermal efficiency during engine operation, that is, to improve fuel efficiency, it is necessary to improve the thermal efficiency when the engine load is low. Necessary. On the other hand, in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B, since the actual piston stroke volume during the compression stroke is reduced, the amount of intake air that can be sucked into the combustion chamber 5 is reduced. The expansion ratio cycle can only be adopted when the engine load is relatively low. Therefore, in the present invention, when the engine load is relatively low, the super high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B is used, and during the engine high load operation, the normal cycle shown in FIG. 8A is used.

次に図9を参照しつつ運転制御全般について概略的に説明する。
図9には或る機関回転数における機関負荷に応じた吸入空気量、吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比およびスロットル弁17の開度の各変化が示されている。なお、図9は、触媒コンバータ20内の三元触媒によって排気ガス中の未燃HC、COおよびNOxを同時に低減しうるように燃焼室5内における平均空燃比が空燃比センサ21の出力信号に基いて理論空燃比にフィードバック制御されている場合を示している。
Next, the overall operation control will be schematically described with reference to FIG.
FIG. 9 shows changes in the intake air amount, the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, the expansion ratio, the actual compression ratio, and the opening degree of the throttle valve 17 according to the engine load at a certain engine speed. . 9 shows that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the output signal of the air-fuel ratio sensor 21 so that unburned HC, CO and NO x in the exhaust gas can be simultaneously reduced by the three-way catalyst in the catalytic converter 20. This shows a case where feedback control is performed to the stoichiometric air-fuel ratio based on the above.

さて、前述したように機関高負荷運転時には図8(A)に示される通常のサイクルが実行される。したがって図9に示されるようにこのときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、図9において実線で示されるように吸気弁7の閉弁時期は図5において実線で示される如く早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁17の開度は全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。   As described above, the normal cycle shown in FIG. 8 (A) is executed during engine high load operation. Therefore, as shown in FIG. 9, the expansion ratio is low because the mechanical compression ratio is lowered at this time, and the valve closing timing of the intake valve 7 is advanced as shown by the solid line in FIG. ing. At this time, the amount of intake air is large, and at this time, the opening degree of the throttle valve 17 is kept fully open, so that the pumping loss is zero.

一方、図9において実線で示されるように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁7の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図9に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、したがって機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁17は全開状態に保持されており、したがって燃焼室5内に供給される吸入空気量はスロットル弁17によらずに吸気弁7の閉弁時期を変えることによって制御されている。   On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 9, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is delayed in order to reduce the intake air amount. Further, at this time, as shown in FIG. 9, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is lowered so that the actual compression ratio is kept substantially constant. Therefore, the expansion ratio is also increased as the engine load is lowered. At this time, the throttle valve 17 is kept fully open, and therefore the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 is controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 without depending on the throttle valve 17. Has been.

このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。すなわち、吸入空気量の減少に比例してピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積が減少せしめられる。したがってピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき図9に示される例では燃焼室5内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は燃料量に比例して変化していることになる。   As described above, when the engine load is reduced from the engine high load operation state, the mechanical compression ratio is increased as the intake air amount is decreased while the actual compression ratio is substantially constant. That is, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is reduced in proportion to the reduction in the intake air amount. Therefore, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center changes in proportion to the intake air amount. At this time, in the example shown in FIG. 9, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the stoichiometric air-fuel ratio, so the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is proportional to the fuel amount. Will change.

機関負荷が更に低くなると機械圧縮比は更に増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷L1まで低下すると機械圧縮比は燃焼室5の構造上限界となる最大限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に保持される。したがって低負荷側の機関中負荷運転時および機関低負荷運転時にはすなわち、機関低負荷運転側では機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。 When the engine load is further reduced, the mechanical compression ratio is further increased, and when the engine load is reduced to the medium load L 1 slightly close to the low load, the mechanical compression ratio reaches the maximum limit mechanical compression ratio that is the structural limit of the combustion chamber 5. . When the mechanical compression ratio reaches the maximum critical mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is maintained at the maximum critical mechanical compression ratio in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the maximum critical mechanical compression ratio. The Therefore, the mechanical compression ratio is maximized and the expansion ratio is maximized at the time of low engine load operation and low engine load operation, that is, on the engine low load operation side. In other words, the mechanical compression ratio is maximized so that the maximum expansion ratio is obtained on the engine low load operation side.

一方、図9に示される実施形態では機関負荷がL1まで低下すると吸気弁7の閉弁時期が燃焼室5内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。 On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 9, when the engine load decreases to L 1 , the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing that can control the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5. When the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the closing timing of the intake valve 7 in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the closing timing. Is held at the limit valve closing timing.

吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁7の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図9に示される実施形態ではこのとき、すなわち吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁17によって燃焼室5内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁17の開度は小さくされる。 When the closing timing of the intake valve 7 is held at the limit closing timing, the amount of intake air can no longer be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7. In the embodiment shown in FIG. 9, at this time, that is, in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the throttle valve 17 supplies the fuel into the combustion chamber 5. The amount of intake air to be controlled is controlled, and the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller as the engine load becomes lower.

一方、図9において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁7の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁17によらずに吸入空気量を制御することができる。したがって、図9において実線で示される場合と破線で示される場合とをいずれも包含しうるように表現すると、本発明による実施形態では吸気弁7の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期L1まで吸気下死点BDCから離れる方向に移動せしめられることになる。このように吸入空気量は吸気弁7の閉弁時期を図9において実線で示すように変化させても制御することができるし、破線に示すように変化させても制御することができるが、以下本発明について吸気弁7の閉弁時期を図9において実線で示すように変化させた場合を例にとって説明する。 On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 9, the intake air amount can be controlled without depending on the throttle valve 17 by advancing the closing timing of the intake valve 7 as the engine load becomes lower. Therefore, when expressed so as to include both the case indicated by the solid line and the case indicated by the broken line in FIG. It is moved in a direction away from the intake bottom dead center BDC until the limit valve closing timing L 1 which can control the intake air amount supplied into the combustion chamber. As described above, the intake air amount can be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 as shown by the solid line in FIG. 9 or by changing it as shown by the broken line. Hereinafter, the present invention will be described by taking as an example a case where the closing timing of the intake valve 7 is changed as shown by a solid line in FIG.

ところで前述したように図8(B)に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が26とされる。この膨張比は高いほど好ましいが図7からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε=5に対しても20以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。したがって本発明では膨張比が20以上となるように可変圧縮比機構Aが形成されている。   Incidentally, as described above, the expansion ratio is set to 26 in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. The higher the expansion ratio, the better. However, as can be seen from FIG. 7, a considerably high theoretical thermal efficiency can be obtained if it is 20 or more with respect to the practically usable lower limit actual compression ratio ε = 5. Therefore, in the present invention, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio is 20 or more.

次に図10から図12を参照しつつ侵入禁止領域と、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期に対する基準動作線について説明する。   Next, the reference prohibition line for the intrusion prohibited region, the mechanical compression ratio, and the intake valve closing timing will be described with reference to FIGS.

図10は要求されている機関負荷を得るのに必要な吸入空気量、すなわち要求吸入空気量と、機械圧縮比と、吸気弁閉弁時期とを示している。なお、図10において要求吸入空気量は原点0から離れるにしたがって増大し、機械圧縮比は原点0から離れるにしたがって増大する。また、図10において吸気弁閉弁時期は吸気下死点後(ABDC)のクランク角で表されており、したがって吸気弁閉弁時期は原点0から離れるにしたがって遅角される。   FIG. 10 shows the intake air amount necessary to obtain the required engine load, that is, the required intake air amount, the mechanical compression ratio, and the intake valve closing timing. In FIG. 10, the required intake air amount increases as the distance from the origin 0 increases, and the mechanical compression ratio increases as the distance from the origin 0 increases. Further, in FIG. 10, the intake valve closing timing is represented by the crank angle after the intake bottom dead center (ABDC). Therefore, the intake valve closing timing is retarded as the distance from the origin 0 is increased.

一方、図10においてQ1、Q2、Q3、Q4、Q5はそれぞれ同一吸入空気量面を表しており、Q6はスロットル弁17が全開しているスロットル全開面を表している。図10からわかるようにこのスロットル全開面Q6は上に凸の湾曲面からなる。このスロットル全開面Q6の下方の領域では下方にいくほどスロットル開度が小さくなる。 On the other hand, in FIG. 10, Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , and Q 5 each represent the same intake air amount surface, and Q 6 represents the throttle fully open surface where the throttle valve 17 is fully open. As can be seen from FIG. 10, the throttle fully open surface Q 6 is a curved surface convex upward. In the region below the throttle fully open surface Q 6, the throttle opening becomes smaller as it goes downward.

図10においてハッチングで示される領域は各同一吸入空気量面Q1、Q2、Q3、Q4、Q5内における侵入禁止領域を示している。一方、図11は図10の上からみたところを示しており、図12(A)は図10における左側面S1を矢印方向からみたところを示しており、図12(B)は図10における右側面S2を矢印方向からみたところを示しており、これら図11および図12(A)、(B)においてもハッチングで示される領域は侵入禁止領域を示している。 In FIG. 10, hatched areas indicate intrusion prohibited areas in the same intake air amount surfaces Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , and Q 5 . On the other hand, FIG. 11 shows the top view of FIG. 10, FIG. 12 (A) shows the left side surface S 1 in FIG. 10 as seen from the direction of the arrow, and FIG. The right side S 2 is shown as seen from the direction of the arrow, and in FIGS. 11 and 12A and 12B, the hatched area indicates an intrusion prohibited area.

図10、図11、図12(A)、(B)から侵入禁止領域は3次元的に広がっており、さらにこの侵入禁止領域は高負荷側の領域X1と低負荷側の領域X2との2つの領域からなることがわかる。なお、図10、図11、図12(A)、(B)からわかるように高負荷側侵入禁止領域X1は要求吸入空気量が多く、吸気弁閉弁時期が進角側で機械圧縮比が高い側に形成され、低負荷側侵入禁止領域X2は要求吸入空気量が少なく、吸気弁閉弁時期が遅角側で機械圧縮比が低い側に形成される。 10, 11, 12 (A) and 12 (B), the intrusion prohibition region is three-dimensionally expanded. Further, the intrusion prohibition region includes a high load side region X 1 and a low load side region X 2 . It can be seen that it consists of two regions. As can be seen from FIGS. 10, 11, 12 (A) and 12 (B), the high load side intrusion prohibited region X 1 has a large required intake air amount, and the intake valve closing timing is advanced and the mechanical compression ratio is increased. is formed on the high side, low-load forbidden entry area X 2 is less required intake air amount, the mechanical compression ratio is formed on a lower side in the intake valve closing timing is retarded side.

さて、図9は要求吸入空気量に対して最小燃費の得られる、吸気弁閉弁時期と機械圧縮比と実圧縮比とスロットル開度の関係を示しており、これらの関係を満たす線が図10および図11において実線Wで示されている。図10からわかるようにこの線Wは同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が多い側ではスロットル全開面Q6上を延びており、同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が少ない側では右側面S2上を延びている。この同一吸入空気量面Q3は図9の負荷L1に対応している。 FIG. 9 shows the relationship between the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the throttle opening, at which the minimum fuel consumption can be obtained with respect to the required intake air amount. In FIG. 10 and FIG. As can be seen from FIG. 10, this line W extends on the throttle fully open surface Q 6 on the side where the intake air amount is larger than the same intake air amount surface Q 3 , and the intake air amount is larger than the same intake air amount surface Q 3. less the side extends over the right side S 2. The same intake air amount surface Q 3 corresponds to the load L 1 in FIG.

すなわち、図9においてL1よりも機関負荷が高い領域では機関負荷が高くなるほど、すなわち要求吸入空気量が増大するほどスロットル弁17が全開に保持された状態で吸気弁閉弁時期が進角され、このとき機械圧縮比は実圧縮比が一定となるように要求吸入空気量が増大するほど低下せしめられる。このときの機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との関係が図10のスロットル全開面Q6上における線Wで表されている。すなわち、図10に示されるように同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が多い側では要求吸入空気量が増大するほどスロットル弁17が全開に保持された状態で吸気弁閉弁時期が進角され、このとき機械圧縮比は実圧縮比が一定となるように要求吸入空気量が増大するほど低下せしめられる。 That is, in the region where the engine load is higher than L 1 in FIG. 9, the intake valve closing timing is advanced with the throttle valve 17 being held fully open as the engine load increases, that is, as the required intake air amount increases. At this time, the mechanical compression ratio is lowered as the required intake air amount increases so that the actual compression ratio becomes constant. The relationship between the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing at this time is represented by a line W on the throttle fully open surface Q 6 in FIG. That is, as shown in FIG. 10, on the side where the intake air amount is larger than the same intake air amount surface Q 3 , the intake valve closing timing is set while the throttle valve 17 is held fully open as the required intake air amount increases. At this time, the mechanical compression ratio is lowered as the required intake air amount increases so that the actual compression ratio becomes constant.

一方、図9においてL1よりも機関負荷が低い領域では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が一定に保持され、機関負荷が低くなるほど、すなわち要求吸入空気量が減少するほどスロットル弁17の開度が減少せしめられる。このときの機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との関係が図10の右側面S2上における線Wで表されている。すなわち、図10に示されるように同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が少ない側では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が一定に保持され、機関負荷が低くなるほど、すなわち要求吸入空気量が減少するほどスロットル弁17の開度が減少せしめられる。 On the other hand, in the region where the engine load is lower than L 1 in FIG. 9, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are kept constant, and the throttle valve 17 opens as the engine load decreases, that is, the required intake air amount decreases. The degree is reduced. Relationship, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing at this time is represented by a line W on the right side S 2 of Figure 10. That is, as shown in FIG. 10, on the side where the intake air amount is smaller than the same intake air amount surface Q 3 , the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are kept constant, and the lower the engine load, that is, the required intake air. As the amount decreases, the opening degree of the throttle valve 17 is decreased.

本願明細書では、要求吸入空気量が変化したときに機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とが辿る線を動作線と称しており、特に図10に示される線Wは基準動作線と称されている。なお、前述したようにこの基準動作線は最小燃費の得られる最小燃費動作線を示している。   In the present specification, the line that the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing follow when the required intake air amount changes is referred to as an operation line, and in particular, the line W shown in FIG. 10 is referred to as a reference operation line. ing. Note that, as described above, this reference operation line indicates the minimum fuel consumption operation line with which the minimum fuel consumption can be obtained.

前述したようにこの基準動作線W上では実圧縮比が一定とされている。実圧縮比はスロットル弁17の開度とは無関係であって機械圧縮比および吸気弁閉弁時期のみによって定まるので図10において基準動作線Wを通り垂直方向に延びる曲面上では同一実圧縮比となる。この場合、この曲面よりも機械圧縮比の高い側では実圧縮比が高くなり、この曲面よりも機械圧縮比の低い側では実圧縮比が低くなる。すなわち、大雑把に言うと、高負荷側侵入禁止領域X1は基準動作線W上における実圧縮比よりも実圧縮比の高い領域に位置しており、低負荷側侵入禁止領域X2は基準動作線W上における実圧縮比よりも実圧縮比の低い領域に位置している。 As described above, the actual compression ratio is constant on the reference operation line W. Since the actual compression ratio is independent of the opening degree of the throttle valve 17 and is determined only by the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, the actual compression ratio is the same on the curved surface extending in the vertical direction through the reference operation line W in FIG. Become. In this case, the actual compression ratio becomes higher on the side where the mechanical compression ratio is higher than the curved surface, and the actual compression ratio becomes lower on the side where the mechanical compression ratio is lower than the curved surface. That is, roughly speaking, the high load side intrusion prohibited region X 1 is located in a region where the actual compression ratio is higher than the actual compression ratio on the reference operation line W, and the low load side intrusion prohibited region X 2 is the reference operation. It is located in a region where the actual compression ratio is lower than the actual compression ratio on the line W.

さて、燃費を向上するために実圧縮比を高くするとノッキングが発生し、ノッキングの発生を阻止するために点火時期を遅角させると燃焼が不安定となってトルク変動を生ずる。高負荷側侵入禁止領域X1はこのようなトルク変動を生ずる運転領域であり、したがって機関運転時には機関の運転状態がこのようなトルク変動を生ずる運転領域内に入らないようにする必要がある。一方、吸入空気量が少なく実圧縮比が低くなると燃焼しづらくなり、スロットル弁17の開度が小さくなって圧縮端圧力が低くなると燃焼が悪化してトルク変動を生ずる。低負荷側侵入禁止領域X2はこのようなトルク変動を生ずる運転領域であり、したがって機関運転時にはこの運転領域にも機関の運転状態が入らないようにする必要がある。 If the actual compression ratio is increased to improve fuel consumption, knocking occurs. If the ignition timing is retarded to prevent knocking, combustion becomes unstable and torque fluctuation occurs. High load forbidden entry area X 1 is operating regions produce such torque variations, hence at the time of engine operation the operating state of the engine needs to be prevented from entering the operating area of produce such torque fluctuations. On the other hand, when the amount of intake air is small and the actual compression ratio is low, combustion is difficult, and when the opening of the throttle valve 17 is small and the compression end pressure is low, combustion is deteriorated and torque fluctuation occurs. The low load side forbidden entry area X 2 are operating region resulting such torque variations at the time of engine operation therefore it is necessary that the operating state of the engine in this operating region from entering.

一方、実圧縮比が高くなるほど燃費が向上し、したがってノッキングやトルク変動を生ずることなく最小の燃費が得られる最小燃費動作線は図10および図11においてWで示されるように高負荷側侵入禁止領域X1の外部において高負荷側侵入禁止領域X1の外縁に沿いつつ延びている。前述したように本発明による実施形態ではこの最小燃費動作線が基準動作線Wとされており、基本的には要求吸入空気量に応じて機械圧縮比および吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点がこの基準動作線W上を移動するように機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が制御される。なお、現在の動作点は相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23およびスロットル開度センサ24により常時検出されている。 On the other hand, the higher the actual compression ratio, the better the fuel consumption. Therefore, the minimum fuel consumption operation line that can obtain the minimum fuel consumption without causing knocking or torque fluctuation is prohibited from entering the high load side as indicated by W in FIGS. extends while along the outer edge of the high-load side forbidden entry area X 1 outside the region X 1. As described above, in the embodiment according to the present invention, this minimum fuel consumption operation line is the reference operation line W, and basically shows a combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing according to the required intake air amount. The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are controlled so that the operating point moves on the reference operating line W. The current operating point is always detected by the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening sensor 24.

次に本発明による機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度の制御の仕方について基本的な制御の仕方から説明する。この基本的な制御の仕方が図13から図15に示されている。   Next, how to control the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 according to the present invention will be described from the basic control method. This basic control method is shown in FIGS.

すなわち、図13は機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が基準動作線W上のm点における値に維持されているときに要求吸入空気量が増大せしめられた場合を示している。ところで本発明による実施形態では例えば予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、この予め定められた時間毎に算出される要求吸入空気量を満たす基準動作線W上の動作点が順次算出される。この要求吸入空気量を満たす動作点、すなわち要求動作点の一例が図13においてa1、a2、a3、a4、a5、a6で示されている。すなわち、この例では要求吸入空気量が増大せしめられた後に最初に検出された要求吸入空気量を満たす要求動作点がa1であり、次に検出された要求吸入空気量を満たす要求動作点がa2であり、次に検出された要求吸入空気量を満たす要求動作点がa3である。 That is, FIG. 13 shows a case where the required intake air amount is increased when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are maintained at the values at the point m on the reference operation line W. Incidentally, in the embodiment according to the present invention, for example, the required intake air amount is calculated every predetermined time, and the operating point on the reference operation line W satisfying the required intake air amount calculated every predetermined time. Are sequentially calculated. Examples of operating points that satisfy this required intake air amount, that is, required operating points are indicated by a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , and a 6 in FIG. That is, in this example, the requested operating point that satisfies the requested intake air amount that is detected first after the requested intake air amount is increased is a 1 , and the requested operating point that satisfies the detected requested intake air amount is the next. is a 2, then fill the detected required amount of intake air required operating point is a 3.

要求動作点が変化すると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は新たな要求動作点に向けて変化する。すなわち、図13に示される例では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は要求動作点がa1とされるとm点からa1点に向けて変化し、要求動作点がa2とされると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点はa2に向けて変化する。この場合、要求動作点が変化する前に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に到達すれば機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は何の問題もなく要求動作点の変化に追従して変化する。しかしながら要求動作点が変化する前に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に到達しない場合には問題を生ずる場合がある。 When the required operating point changes, the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing changes toward a new required operating point. In other words, toward the point a changes from the operating point requests the operating point is set to a 1 m point showing a mechanical compression ratio and the intake valve closing timing in the example shown in FIG. 13, the required operating point is a When it is 2 , the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing changes toward a 2 . In this case, if the mechanical compression ratio and intake valve closing timing reach the required operating point before the required operating point changes, the mechanical compression ratio and intake valve closing timing follow the change in the required operating point without any problem. Change. However, problems may arise if the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing do not reach the required operating point before the required operating point changes.

すなわち、図13において機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が点mにあるときに要求動作点a1となったときには機械圧縮比および吸気弁時期は変化せず、このとき要求吸入空気量を満たすべくスロットル弁17の開度が増大せしめられる。アクチュエータ16によるスロットル弁17の開度変化の応答性は極めて早く、したがって要求動作点がa1になると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点はm点からa1点にただちに移る。 That is, in FIG. 13, when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at the point m and the required operating point a 1 is reached, the mechanical compression ratio and the intake valve timing do not change, and at this time, the required intake air amount is satisfied. Accordingly, the opening degree of the throttle valve 17 is increased. The response of the opening change of the throttle valve 17 by the actuator 16 is very fast. Therefore, when the required operating point becomes a 1 , the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing immediately shifts from the m point to the a 1 point.

次いで要求動作点がa2になると機械圧縮比がわずかばかり低下せしめられかつ吸気弁閉弁時期がわずかばかり進角されつつスロットル弁17が全開にされる。このとき機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は次の要求動作点a3が算出される頃には要求動作点a2の近くまで到達する。このとき到達する機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が図13の上方からみたところを示す図14において動作点b2で示されている。 Then the required operating point while it is just slightly advanced mechanical compression ratio is made to decrease only slightly and the intake valve closing timing becomes the a 2 is the throttle valve 17 is fully opened. At this time, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing reach close to the required operating point a 2 when the next required operating point a 3 is calculated. Indicated by the operating point b 2 in FIG. 14 showing the place mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is viewed from above in FIG. 13 to reach this time.

要求動作点a3が算出されると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は動作点b2から要求動作点a3に向けて移動を開始する。すなわち、スロットル弁17が全開の状態で機械圧縮比は低下せしめられ、吸気弁閉弁時期は進角せしめられる。ところが可変圧縮比機構Aによる機械圧縮比変化の応答性および可変バルブタイミング機構Bによる吸気弁7の閉弁時期変化の応答性はそれほど早くなく、特に可変圧縮比機構Aによる機械圧縮比変化の応答性はかなり遅い。したがって要求吸入空気量の増大速度が速い場合には要求動作点と機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の実際の値を示す動作点とが次第に離れていくことになる。例えば図14において要求動作点がa6まで移動したときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の実際の値を示す動作点が依然としてb2付近に位置するような状態が生ずる。 When the required operating point a 3 is calculated, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing start moving from the operating point b 2 toward the required operating point a 3 . That is, the mechanical compression ratio is lowered while the throttle valve 17 is fully open, and the intake valve closing timing is advanced. However, the response of the mechanical compression ratio change by the variable compression ratio mechanism A and the response of the valve closing timing change of the intake valve 7 by the variable valve timing mechanism B are not so fast. Sex is quite slow. Therefore, when the increase rate of the required intake air amount is high, the required operating point and the operating point indicating the actual values of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are gradually separated. For example, in FIG. 14, when the required operating point moves to a 6, the operating point indicating the actual values of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is still located near b 2 .

しかしながらこのような場合、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点に向けてフィードバック制御により移動させるようにすると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に達するまでに時間を要することになる。すなわち、この場合、吸気弁閉弁時期を進角させることにより動作点が侵入禁止領域X1内に侵入しそうになったときには吸気弁閉弁時期の進角作用が停止され、次いで機械圧縮比が一定量だけ減少せしめられる。機械圧縮比が一定量だけ減少せしめられると吸気弁閉弁時期が再び進角され、動作点が侵入禁止領域X1内に侵入しそうになると吸気弁閉弁時期の進角作用が停止される。以下、これが繰返される。 However, when such a mechanical compression ratio and the intake valve closing timing when the move by the feedback control toward the required operating point without entering the closing timing mechanical compression ratio and the intake valve forbidden entry region X 1 It takes time to reach the required operating point. That is, in this case, the advance action of the intake valve closing timing when the operating point is about to penetrate the forbidden entry area X 1 is stopped by advancing the intake valve closing timing, then the mechanical compression ratio is It can be reduced by a certain amount. The mechanical compression ratio is again advanced the intake valve closing timing and used to lower by a certain amount, the operating point is advancing action of the intake valve closing timing is stopped to become likely to invade forbidden entry area X 1. This is repeated below.

すなわち、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を要求動作点に向けてフィードバック制御により移動させるようにすると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点が侵入禁止領域X1の外縁に沿ってジグザグ状に移動することになり、斯くして機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に達するまでに時間を要することになる。その結果、要求吸入空気量の変化に対して良好な機関の応答性が得られないことになる。 That is, the operating point showing a mechanical compression ratio and the intake valve closing timing when the move by the feedback control toward the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing to the required operating point along the outer edge of the forbidden entry area X 1 Therefore, it takes time for the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing to reach the required operating point. As a result, good engine responsiveness cannot be obtained with respect to changes in the required intake air amount.

そこで本発明では要求吸入空気量が変化したときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が現在の動作点から要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて侵入禁止領域X1、X2内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点を算出し、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期をこの目標動作点に向けて変化させるようにしている。 Therefore, in the present invention, when the required intake air amount changes, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing enter the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 from the current operating point toward the required operating point that satisfies the required intake air amount. A target operating point that can be reached after a certain time without intrusion is calculated, and the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are changed toward the target operating point.

次にこの本発明を具体化した一実施形態についてスロットル全開面Q6を示す図14を参照しつつ説明する。前述したように図14は要求動作点がa3になったときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点がb2である場合を示している。この場合において矢印R2は機械圧縮比が要求動作点a3に向けて予め定められた一定時間で到達可能な量を表しており、矢印T2は吸気弁閉弁時期が要求動作点a3に向けて予め定められた一定時間で到達可能な量を表している。また、図14においてc2は現在の動作点b2から要求吸入空気量を満たす要求動作点a3に向けて侵入禁止領域X1内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点を示している。 Next, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIG. 14 showing a throttle fully open surface Q 6 . As described above, FIG. 14 shows a case where the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is b 2 when the required operating point becomes a 3 . In this case, the arrow R 2 indicates the amount that the mechanical compression ratio can reach in the predetermined operation time toward the required operating point a 3 , and the arrow T 2 indicates that the intake valve closing timing is the required operating point a 3. Represents the amount that can be reached in a predetermined time. In FIG. 14, c 2 is a target operating point that can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited area X 1 from the current operating point b 2 toward the required operating point a 3 that satisfies the required intake air amount. Show.

図14に示されるように要求吸入空気量が増大せしめられかつ動作点b2および要求動作点a3がスロットル全開面Q6上にあるときにはこの目標動作点c2は基準動作線W上に、図14に示される例では最小燃費動作線W上に位置する。すなわち、図14に示される例では、スロットル弁17が全開状態に維持されているときには目標動作点は侵入禁止領域X1の外部であって侵入禁止領域X1の外縁に沿って延びる最小燃費動作線W上を移動せしめられる。 As the target operating point c 2 when the required intake air amount is made to increase and the operating point b 2 and the required operating point a 3 is on full throttle surface Q 6 is on the reference operating line W shown in FIG. 14, In the example shown in FIG. 14, it is located on the minimum fuel consumption operation line W. That is, in the example shown in FIG. 14, the minimum fuel consumption operating target operating point which extends along the outer edge of the outside and a by forbidden entry area X 1 of the forbidden entry area X 1 when the throttle valve 17 is maintained fully open It can be moved on the line W.

また、図14において要求動作点がa6であるときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点がbiであったとするとこの場合にも目標動作点は基準動作線W上の点ciとされる。なお、図14において矢印Riは同様に機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量を表しており、矢印Tiは吸気弁閉弁時期が一定時間後に到達可能な量を表している。 In FIG. 14, if the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is b i when the required operating point is a 6 , the target operating point is also a point on the reference operating line W. c i . In FIG. 14, the arrow R i similarly represents the amount that the mechanical compression ratio can reach after a certain time, and the arrow T i represents the amount that the intake valve closing timing can reach after a certain time.

このように図14に示される例では動作点がb2であるときに目標動作点c2が算出されると一定時間後に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は目標動作点c2に到達する。このとき現在の動作点c2から要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて侵入禁止領域X1内に侵入することなく一定時間後に到達可能な次の新たな目標動作点が算出され、動作点は一定時間後にこの新たな目標動作点に到達する。この場合、本発明による実施形態では機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はPID(比例積分微分)制御によって目標動作点に到達せしめられる。 In this way, in the example shown in FIG. 14, when the target operating point c 2 is calculated when the operating point is b 2 , the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing after a certain time is the target operating point c. Reach 2 At this time, the next new target operating point that can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited area X 1 from the current operating point c 2 toward the required operating point that satisfies the required intake air amount is calculated, The point reaches this new target operating point after a certain time. In this case, in the embodiment according to the present invention, the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are made to reach the target operating point by PID (proportional integral derivative) control.

このように図14に示される例では機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は基準動作線Wに沿って停滞することなく滑らかに移動する。すなわち、図13において機械圧縮比および吸気弁閉弁時期がm点に維持されているときに要求吸入空気量が増大せしめられると機械圧縮比および吸気弁閉弁時期は図15において矢印で示されるように基準動作線Wに沿って停滞することなく滑らかに変化せしめられる。その結果、要求吸入空気量の変化に対して良好な機関の応答性を確保することができることになる。   As described above, in the example shown in FIG. 14, the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing moves smoothly along the reference operation line W without stagnation. That is, when the required intake air amount is increased when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are maintained at the point m in FIG. 13, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are indicated by arrows in FIG. Thus, it can be smoothly changed along the reference operation line W without stagnating. As a result, it is possible to ensure a good engine response to changes in the required intake air amount.

この場合、要求吸入空気量に対する機関の応答性を更に向上するためには目標動作点c2、ciをそれぞれ対応する現在の動作点b2、biからできる限り離すことが好ましい。したがって本発明による実施形態では目標動作点c2、ciは対応する現在の動作点b2、biから要求吸入空気量を満たす要求動作点に向けて侵入禁止領域X1内に侵入することなく一定時間後に到達可能な動作点のうちで現在の動作点b2、biから最も離れた動作点とされている。 In this case, in order to further improve the responsiveness of the engine with respect to the required intake air amount, it is preferable that the target operating points c 2 and c i be separated from the corresponding current operating points b 2 and b i as much as possible. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the target operating points c 2 and c i enter the intrusion prohibited area X 1 from the corresponding current operating points b 2 and b i toward the required operating point that satisfies the required intake air amount. Among the operating points that can be reached after a certain time, the operating point is the farthest from the current operating points b 2 and b i .

すなわち、現在の動作点がb2の場合には動作点b2からの機械圧縮比の到達限界が目標動作点c2とされ、吸気弁閉弁時期についてはこの目標動作点c2は動作点b2からの吸気弁閉弁時期の到達限界よりも手前となる。したがってこのときには機械圧縮比は可能な最大速度でもって低下せしめられ、吸気弁閉弁時期は可能な最大速度よりもゆっくりとした速度で進角される。これに対し、現在の動作点がbiの場合には動作点biからの吸気弁閉弁時期の到達限界が目標動作点ciとされ、機械圧縮比についてはこの目標動作点ciは動作点biからの吸気弁閉弁時期の到達限界よりも手前となる。したがってこのときには吸気弁閉弁時期は可能な最大速度でもって進角され、機械圧縮比は可能な最大速度よりもゆっくりとした速度で減少せしめられる。 That is reached the limit of the mechanical compression ratio from the operating point b 2 in the case the current operating point is b 2 is a target operating point c 2, the target operating point c 2 for intake valve closing timing operating point the front of the arrival limit of the intake valve closing timing from b 2. Therefore, at this time, the mechanical compression ratio is lowered at the maximum possible speed, and the intake valve closing timing is advanced at a speed slower than the maximum possible speed. In contrast, the arrival limit of the intake valve closing timing from the operating point b i in the case of the b i the current operating point is a target operating point c i, the target operating point c i for the mechanical compression ratio the front of the arrival limit of the intake valve closing timing from the operating point b i. Therefore, at this time, the intake valve closing timing is advanced at the maximum possible speed, and the mechanical compression ratio is decreased at a speed slower than the maximum possible speed.

次に図16から図31を参照しつつ要求吸入空気量が減少せしめられた場合について説明する。なお、図16から図31のうちで図16および図17は要求吸入空気量がゆっくりと減少せしめられた場合を示しており、図18から図25は要求吸入空気量が比較的速く減少せしめられた場合を示しており、図26から図31は要求吸入空気量が急激に減少せしめられた場合を示している。なお、図16から図31は機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の組合せを示す動作点が基準動作線W上のn点にあるときに要求吸入空気量の減少作用が開始された場合を示している。   Next, a case where the required intake air amount is reduced will be described with reference to FIGS. Of FIGS. 16 to 31, FIGS. 16 and 17 show cases where the required intake air amount is slowly reduced, and FIGS. 18 to 25 show the required intake air amount being reduced relatively quickly. FIG. 26 to FIG. 31 show the case where the required intake air amount is sharply reduced. 16 to 31 show a case where the action of reducing the required intake air amount is started when the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is n point on the reference operating line W. ing.

まず初めに図16および図17を参照しつつ要求吸入空気量がゆっくりと減少せしめられた場合について説明する。なお、図17は図14と同様なスロットル全開面Q6を示している。 First, a case where the required intake air amount is slowly reduced will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 17 shows a throttle fully open surface Q 6 similar to FIG.

図17はこの場合における現在の動作点と要求動作点との関係を示している。すなわち、図17には現在の動作点がeiであるときの要求動作点がdiで示されており、このとき機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量がRiで示されており、このとき吸気弁閉弁時期が一定時間後に到達可能な量がSiで示されている。更に図17には現在の動作点がejであるときの要求動作点がdjで示されており、このとき機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量がRjで示されており、このとき吸気弁閉弁時期が一定時間後に到達可能な量がSjで示されている。 FIG. 17 shows the relationship between the current operating point and the requested operating point in this case. In other words, the required operating point of time in Figure 17 the current operating point is e i is indicated by d i, the amount can reach after the mechanical compression ratio at this time is a predetermined time is indicated by R i At this time, the amount that the intake valve closing timing can be reached after a predetermined time is indicated by S i . Further in FIG. 17 is shown requesting operating point when the current operating point is e j is in d j, this time the amount can reach after the mechanical compression ratio is a predetermined time is indicated by R j, At this time, the amount that the intake valve closing timing can be reached after a certain time is indicated by S j .

この場合には要求動作点diは機械圧縮比の到達限界の手前となり、吸気弁閉弁時期の到達限界の手前となるので要求動作点diが目標動作点となる。同様に要求動作点djは機械圧縮比の到達限界の手前となり、吸気弁閉弁時期の到達限界の手前となるので要求動作点djが目標動作点となる。したがってこの場合には動作点は基準動作線Wに沿って移動する。すなわち、要求吸入空気量がゆっくりと減少するときにはスロットル弁17が全開に保持された状態で吸気弁閉弁時期が徐々に遅角され、実圧縮比が一定となるように機械圧縮比が徐々に増大される。 In this case, the required operating point d i is before the reaching limit of the mechanical compression ratio and is before the reaching limit of the intake valve closing timing, so that the required operating point d i becomes the target operating point. Similarly, the required operating point dj is before the reaching limit of the mechanical compression ratio and is before the reaching limit of the intake valve closing timing, so that the required operating point dj is the target operating point. Therefore, in this case, the operating point moves along the reference operating line W. That is, when the required intake air amount decreases slowly, the intake valve closing timing is gradually retarded while the throttle valve 17 is kept fully open, and the mechanical compression ratio gradually increases so that the actual compression ratio becomes constant. Will be increased.

次に図18から図25を参照しつつ要求吸入空気量が比較的速く減少せしめられた場合について説明する。前述したように本発明による実施形態では例えば予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、順次算出される要求吸入空気量を満たす基準動作線W上の要求動作点が図18においてd1、d2、d3、d4、d5で示されている。 Next, a case where the required intake air amount is decreased relatively quickly will be described with reference to FIGS. As described above, in the embodiment according to the present invention, for example, the required intake air amount is calculated every predetermined time, and the required operation point on the reference operation line W that satisfies the sequentially calculated required intake air amount is shown in FIG. D 1 , d 2 , d 3 , d 4 , and d 5 .

なお、本発明による制御を容易に理解しうるように図18は要求動作点d1における要求吸入空気量がQ5であり、要求動作点d2における要求吸入空気量がQ5とQ4の中間値であり、要求動作点d3における要求吸入空気量がQ4であり、要求動作点d4における要求吸入空気量がQ4とQ3との中間値であり、要求動作点d5における要求吸入空気量がQ3であった場合を示している。すなわち、順次算出された要求吸入空気量がQ6(n点)から、Q5、Q5とQ4の中間値、Q4、Q4とQ3の中間値、Q3に変化した場合を示している。 In order to easily understand the control according to the present invention, FIG. 18 shows that the required intake air amount at the required operation point d 1 is Q 5 , and the required intake air amounts at the required operation point d 2 are Q 5 and Q 4 . It is an intermediate value, the required intake air amount at the required operating point d 3 is Q 4 , the required intake air amount at the required operating point d 4 is an intermediate value between Q 4 and Q 3 , and at the required operating point d 5 The case where the required intake air amount is Q 3 is shown. That sequentially calculated required amount of intake air from the Q 6 (n points), an intermediate value of Q 5, Q 5 and Q 4, an intermediate value of Q 4, Q 4 and Q 3, a case where the change in Q 3 Show.

また図19はスロットル全開面Q6を示しており、図20は吸入空気量がQ5の同一吸入空気量面を示しており、図21は吸入空気量がQ5とQ4の中間値の同一吸入空気量面を示しており、図22は吸入空気量がQ4の同一吸入空気量面を示しており、図23は吸入空気量がQ4とQ3の中間値の同一吸入空気量面を示しており、図24は吸入空気量がQ3の同一吸入空気量面を示している。 The Figure 19 shows a wide open throttle plane Q 6, FIG. 20 is the intake air amount represents the same intake air amount plane of Q 5, FIG. 21 is the intake air amount of the intermediate value Q 5 and Q 4 22 shows the same intake air amount surface, FIG. 22 shows the same intake air amount surface where the intake air amount is Q 4 , and FIG. 23 shows the same intake air amount where the intake air amount is an intermediate value between Q 4 and Q 3. It shows a plane, Figure 24 is the intake air amount indicates the same intake air amount plane of Q 3.

さて、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が図18に示される動作点nに保持されているときに要求吸入空気量がQ6からQ5に変化し、その結果要求動作点がd1になったとすると、まず初めに図19に示されるようにスロットル全開面Q6上において目標動作点e1が算出される。この目標動作点e1の算出方法はこれまで述べてきた算出方法と同じであって、機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量と吸気弁閉弁時期が一定時間に到達可能な量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d1に最も近い目標動作点e1が算出される。図19に示される例ではこの目標動作点e1は基準動作線W上に位置している。 Now, when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are held at the operating point n shown in FIG. 18, the required intake air amount changes from Q 6 to Q 5, and as a result, the required operating point becomes d 1 . If this is the case, first, the target operating point e 1 is calculated on the throttle fully open surface Q 6 as shown in FIG. The calculation method of the target operating point e 1 is the same as the calculation method described so far, and the intrusion starts from the amount that the mechanical compression ratio can reach after a certain time and the amount that the intake valve closing timing can reach the certain time. target operating point e 1 closest to the required operating point d 1 without entering the forbidden area X 1 is calculated. In the example shown in FIG. 19, the target operation point e 1 is located on the reference operation line W.

ところでこの目標動作点e1における吸入空気量はQ6とQ5の中間値であって要求吸入空気量Q5よりも大きい状態にある。しかしながら吸入空気量はできる限り要求吸入空気量に一致させることが好ましい。ところが要求吸入空気量が減少せしめられる場合にはスロットル弁17の開度を変化させることによって吸入空気量を調整することができる。そこで目標動作点e1における吸入空気量が要求吸入空気量Q5よりも大きい状態にある場合には機械圧縮比および吸気弁閉弁時期に対する目標値は変化させることなく吸入空気量を要求吸入空気量Q5とするのに必要な目標開度までスロットル弁17を閉弁させるようにしている。 Incidentally, the intake air amount at the target operating point e 1 is an intermediate value between Q 6 and Q 5 and is larger than the required intake air amount Q 5 . However, it is preferable that the intake air amount matches the required intake air amount as much as possible. However, when the required intake air amount is decreased, the intake air amount can be adjusted by changing the opening of the throttle valve 17. Therefore, when the intake air amount at the target operating point e 1 is larger than the required intake air amount Q 5, the required intake air amount is set without changing the target values for the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing. until the target opening degree required for the amount Q 5 so that to close the throttle valve 17.

すなわち、図18において、図19に示されるスロットル全開面Q6上の目標動作点e1の真下に位置する同一吸入空気量面Q5上の点が最終的な目標動作点e1とされる。この同一吸入空気量面Q5上の最終的な目標動作点e1が図18および図20に示されており、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e1に向けて変化せしめられることになる。すなわち、このときには機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 That is, in FIG. 18, the final target operating point e 1 is a point on the same intake air amount surface Q 5 located immediately below the target operating point e 1 on the throttle fully open surface Q 6 shown in FIG. . The final target operating point e 1 on the same intake air amount surface Q 5 is shown in FIGS. 18 and 20, and the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are the final values. The target operating point e 1 is changed. That is, at this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is decreased from the fully opened state.

次いで要求吸入空気量がQ5とQ4の中間値になって要求動作点がd2になると、今度は図20に示されるように現在の吸入空気量Q5における同一吸入空気量面上において目標動作点e2が算出される。この目標動作点e2の算出方法もこれまで述べてきた算出方法と同じであって、機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量と吸気弁閉弁時期が一定時間に到達可能な量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d2に最も近い目標動作点e2が算出される。図20に示される例ではこの目標動作点e2は同一吸入空気量面Q5内における基準動作線W上に位置している(なお、このときの基準動作線Wは図10に示した基準動作線Wとは異なるものであり、同一吸入空気量面Q5内における最小燃費動作線を示している)。 Next, when the required intake air amount becomes an intermediate value between Q 5 and Q 4 and the required operating point becomes d 2 , this time, on the same intake air amount surface at the current intake air amount Q 5 as shown in FIG. A target operating point e 2 is calculated. The calculation method of the target operating point e 2 is the same as the calculation method described so far, and the intrusion starts from the amount that the mechanical compression ratio can reach after a certain time and the amount that the intake valve closing timing can reach the certain time. target operating point e 2 closest to the required operating point d 2 without entering the forbidden area X 1 is calculated. In the example shown in FIG. 20, this target operating point e 2 is located on the reference operating line W in the same intake air amount surface Q 5 (note that the reference operating line W at this time is the reference operating line shown in FIG. It is different from the operation wire W, and the minimum fuel consumption operation line at the same intake air amount plane Q 5).

ところでこの場合にも目標動作点e2における吸入空気量は要求吸入空気量よりも大きい状態にある。したがってこの場合にも、図18において、図20に示される同一吸入空気量面Q5上の目標動作点e2の真下に位置する同一吸入空気量面(Q5とQ4の中間値)上の点が最終的な目標動作点e2とされる。この同一吸入空気量面(Q5とQ4の中間値)上の最終的な目標動作点e2が図18および図21に示されており、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e2に向けて変化せしめられることになる。このときにも機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 In this case as well, the intake air amount at the target operating point e 2 is larger than the required intake air amount. Therefore, also in this case, in FIG. 18, on the same intake air amount surface (intermediate value between Q 5 and Q 4 ) located directly below the target operating point e 2 on the same intake air amount surface Q 5 shown in FIG. Is the final target operating point e 2 . The final target operating point e 2 on the same intake air amount surface (intermediate value between Q 5 and Q 4 ) is shown in FIGS. 18 and 21, and the mechanical compression ratio, intake valve closing timing and throttle valve are shown. The opening degree of 17 is changed toward this final target operating point e 2 . Also at this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced from the fully opened state.

次いで要求吸入空気量がQ4となり、次いでQ4とQ3の中間値となり、次いでQ3になると同様なことが順次繰返される。すなわち、要求吸入空気量がQ4になると図22に示されるように同一吸入空気量面Q4上における最終的な目標動作点e3が算出され、要求吸入空気量がQ4とQ3の中間値になると図23に示されるように同一吸入空気量面(Q4とQ3との中間値)上における最終的な目標動作点e4が算出され、次いで要求吸入空気量がQ3になると図24に示されるように同一吸入空気量面Q3上における最終的な目標動作点e5が算出される。 Next, when the required intake air amount becomes Q 4 , then becomes an intermediate value between Q 4 and Q 3 , and then becomes Q 3 , the same thing is sequentially repeated. That is, when the required intake air amount reaches Q 4 , the final target operating point e 3 on the same intake air amount surface Q 4 is calculated as shown in FIG. 22, and the required intake air amount is between Q 4 and Q 3 . It becomes an intermediate value is a final target operating point e 4 is calculated on the (intermediate value between Q 4 and Q 3) identical intake air amount plane as shown in FIG. 23, then requested intake air amount to the Q 3 Then, as shown in FIG. 24, the final target operating point e 5 on the same intake air amount surface Q 3 is calculated.

この間、すなわち機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が順次最終的な目標動作点e3、e4、e5に向けて変化せしめられている間、機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は小さくされる。 During this time, that is, while the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are sequentially changed toward the final target operating points e 3 , e 4 , e 5 , the mechanical compression ratio increases. The intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced.

要求吸入空気量がQ3になると図24に示されるように同一吸入空気量面Q3上において順次最終的な目標動作点e6、e7、e8、e9、e10が算出され、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度は順次これら最終的な目標動作点e6、e7、e8、e9、e10を経て要求動作点d5まで変化せしめられることになる。この間、機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期はe8に達するまで遅角され、スロットル弁17の開度は徐々に大きくされてe8に達すると全開せしめられる。 When the required intake air amount reaches Q 3 , final target operating points e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10 are calculated sequentially on the same intake air amount surface Q 3 as shown in FIG. The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are sequentially changed to the required operating point d 5 through these final target operating points e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10. It will be. During this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded until reaching e 8 , the opening of the throttle valve 17 is gradually increased, and when it reaches e 8, it is fully opened.

図25は図18に示されるように目標吸入空気量がQ6(n点)からQ3(目標動作点d5)まで比較的速く減少せしめられた場合の吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、実圧縮比、スロットル開度の変化を示している。図25からこの場合には要求吸入空気量が最終的な目標値Q3となった後(動作点e4)、吸気弁閉弁時期の遅角動作が完了し(動作点e8)、次いで機械圧縮比の増大作用が完了する(目標動作点d5)ことがわかる。一方、実圧縮比は吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了するまで(動作点d8)徐々に減少し、その後徐々に上昇する。また、スロットル開度は動作点が同一吸入空気量面Q3上の動作点e5となるまで全開状態から徐々に低下せしめられ、次いで吸気弁閉弁時期の遅角動作が完了するまで(動作点e8)まで全開状態まで徐々に開弁せしめられる。 FIG. 25 shows the intake valve closing timing and the mechanical compression ratio when the target intake air amount is decreased relatively quickly from Q 6 (n point) to Q 3 (target operating point d 5 ) as shown in FIG. , Changes in actual compression ratio and throttle opening. From FIG. 25, in this case, after the required intake air amount reaches the final target value Q 3 (operating point e 4 ), the retarding operation of the intake valve closing timing is completed (operating point e 8 ). It can be seen that the increasing action of the mechanical compression ratio is completed (target operating point d 5 ). On the other hand, the actual compression ratio gradually decreases until the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point d 8 ), and then gradually increases. Further, the throttle opening is gradually decreased from the fully opened state until the operating point becomes the operating point e 5 on the same intake air amount surface Q 3 , and then until the retarding operation of the intake valve closing timing is completed (operation The valve is gradually opened until it is fully opened up to point e 8 ).

図18から図25に示されるように要求吸入空気量が比較的速く減少せしめられたときには機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の制御に加えてスロットル開度も制御される。本発明ではこのときには機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度との組合せに対し3次元的侵入禁止領域X1、X2が設定されており、機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度との組合せを示す動作点がこの3次元的侵入禁止領域X1、X2内に侵入するのが禁止される。 As shown in FIGS. 18 to 25, when the required intake air amount is decreased relatively quickly, the throttle opening is also controlled in addition to the control of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing. In the present invention, at this time, the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 are set for the combination of the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the throttle opening, and the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, An operating point indicating a combination with the throttle opening is prohibited from entering the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 .

なお、この場合にも要求吸入空気量が変化したときに機械圧縮比および吸気弁閉弁時期については現在の動作点から要求吸入空気量を満たす動作点に向けて3次元的侵入禁止領域X1、X2内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点が算出されると共に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が算出された目標動作点に向けて変化せしめられる。更にこの場合、要求吸入空気量が変化したときにスロットル開度は3次元的侵入禁止領域X1、X2に侵入しないように要求吸入空気量に応じて変化せしめられる。 In this case as well, when the required intake air amount changes, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are three-dimensional intrusion prohibited region X 1 from the current operating point toward the operating point that satisfies the required intake air amount. The target operating point that can be reached after a certain time without entering X 2 is calculated, and the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are changed toward the calculated target operating point. Further, in this case, when the required intake air amount changes, the throttle opening is changed according to the required intake air amount so as not to enter the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 .

なお、この場合でも機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル開度ができる限り早く要求吸入空気量を満たす要求動作点に達するように、目標動作点は、現在の動作点から要求吸入空気量を満たす動作点に向けて3次元的侵入禁止領域X1、X2内に侵入することなく一定時間後に到達可能な動作点のうちで現在の動作点から最も離れた動作点とされる。 Even in this case, the target operating point is the required intake air amount from the current operating point so that the mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening reach the required operating point that satisfies the required intake air amount as soon as possible. Among the operating points that can be reached after a certain time without entering the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2 toward the operating point that satisfies the above, the operating point that is farthest from the current operating point is set.

またこの場合、本発明による実施形態では、要求吸入空気量が減少したときに、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期については現在の動作点から要求吸入空気量を満たす動作点に向けて現在の吸入空気量における侵入禁止領域X1、X2内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点が算出されると共に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が算出された目標動作点に向けて変化せしめられる。一方、この場合、スロットル開度については算出された目標動作点において要求吸入空気量を満たす目標開度が算出されると共に目標開度が3次元的侵入禁止領域X1、X2でない限りはスロットル開度が目標開度まで変化せしめられる。 Further, in this case, in the embodiment according to the present invention, when the required intake air amount decreases, the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are changed from the current operating point toward the operating point that satisfies the required intake air amount. A target operating point that can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 in the intake air amount is calculated, and toward the target operating point where the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are calculated Can be changed. On the other hand, in this case, as for the throttle opening, the target opening satisfying the required intake air amount is calculated at the calculated target operating point, and the throttle is not limited unless the target opening is in the three-dimensional intrusion prohibited areas X 1 and X 2. The opening is changed to the target opening.

次に図26から図31を参照しつつ要求吸入空気量が急激に最小吸入空気量Q1まで減少せしめられた場合について説明する。前述したように本発明による実施形態では例えば予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、順次算出される要求吸入空気量を満たす基準動作線W上の要求動作点が図26においてd1、d2、d3で示されている。 Next, a case where the required intake air amount is suddenly reduced to the minimum intake air amount Q 1 will be described with reference to FIGS. As described above, in the embodiment according to the present invention, for example, the required intake air amount is calculated every predetermined time, and the required operation point on the reference operation line W that satisfies the sequentially calculated required intake air amount is shown in FIG. D 1 , d 2 , and d 3 .

なお、この場合にも本発明による制御を容易に理解しうるように図26は要求動作点d1における要求吸入空気量がQ4であり、要求動作点d2における要求吸入空気量がQ2とQ3の中間値であり、要求動作点d3における要求吸入空気量がQ1であった場合を示している。すなわち、順次算出された要求吸入空気量がQ6(n点)から、Q4、Q3とQ2の中間値、Q1に変化した場合を示している。 In this case as well, in order to easily understand the control according to the present invention, FIG. 26 shows that the required intake air amount at the required operating point d 1 is Q 4 and the required intake air amount at the required operating point d 2 is Q 2. And Q 3 , and the required intake air amount at the required operating point d 3 is Q 1 . That is, a case is shown in which the sequentially calculated required intake air amount changes from Q 6 (n point) to Q 4 , an intermediate value between Q 3 and Q 2 , Q 1 .

また図27はスロットル全開面Q6を示しており、図28は吸入空気量がQ4の同一吸入空気量面を示しており、図29は吸入空気量がQ3とQ2の中間値の同一吸入空気量面を示しており、図30は吸入空気量がQ1の同一吸入空気量面を示している。 FIG. 27 shows the throttle fully open surface Q 6 , FIG. 28 shows the same intake air amount surface with the intake air amount Q 4 , and FIG. 29 shows the intake air amount with an intermediate value between Q 3 and Q 2 . It shows the same intake air amount plane, Figure 30 is the intake air amount indicates the same intake air amount plane of Q 1.

さて、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が図26に示される動作点nに保持されているときに要求吸入空気量がQ6からQ4に変化し、その結果要求動作点がd1になったとすると、まず初めに図27に示されるようにスロットル全開面Q6上において目標動作点e1が算出される。この目標動作点e1の算出方法は図19に示される算出方法と同じであって、機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量と吸気弁閉弁時期が一定時間に到達可能な量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d1に最も近い目標動作点e1が算出される。図27に示される例ではこの目標動作点e1は基準動作線W上に位置している。 Now, when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are held at the operating point n shown in FIG. 26, the required intake air amount changes from Q 6 to Q 4, and as a result, the required operating point becomes d 1 . If this is the case, first, as shown in FIG. 27, the target operating point e 1 is calculated on the throttle fully open surface Q 6 . The calculation method of this target operating point e 1 is the same as the calculation method shown in FIG. 19, and enters from the amount that the mechanical compression ratio can be reached after a certain time and the amount that the intake valve closing timing can reach the certain time. target operating point e 1 closest to the required operating point d 1 without entering the forbidden area X 1 is calculated. In the example shown in FIG. 27, the target operation point e 1 is located on the reference operation line W.

一方、このとき図18に示される場合と同様に機械圧縮比および吸気弁閉弁時期に対する目標値は変化させることなく吸入空気量を要求吸入空気量Q4とするのに必要な目標開度までスロットル弁17が閉弁せしめられる。 On the other hand, at this time, similarly to the case shown in FIG. 18, the target values for the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are not changed, and the target opening required to make the intake air amount the required intake air amount Q 4 is not changed. The throttle valve 17 is closed.

すなわち、図26において、図27に示されるスロットル全開面Q6上の目標動作点e1の真下に位置する同一吸入空気量面Q4上の点が最終的な目標動作点e1とされる。この同一吸入空気量面Q4上の最終的な目標動作点e1が図26および図28に示されており、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e1に向けて変化せしめられることになる。このときには機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 That is, in FIG. 26, a point on the same intake air amount surface Q 4 located immediately below the target operating point e 1 on the throttle fully open surface Q 6 shown in FIG. 27 is set as the final target operating point e 1. . The final target operating point e 1 on the same intake air amount surface Q 4 is shown in FIGS. 26 and 28. The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are the final values. The target operating point e 1 is changed. At this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced from the fully opened state.

次いで要求吸入空気量がQ3とQ2の中間値になって要求動作点がd2になると、今度は図28に示されるように現在の吸入空気量Q4における同一吸入空気量面上において目標動作点e2が算出される。この目標動作点e2の算出方法もこれまで述べてきた算出方法と同じであって、機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量と吸気弁閉弁時期が一定時間に到達可能な量から侵入禁止領域X1内に侵入することなく要求動作点d2に最も近い目標動作点e2が算出される。この場合にも、図26において、図28に示される同一吸入空気量面Q4上の目標動作点e2の真下に位置する同一吸入空気量面(Q3とQ2の中間値)上の点が最終的な目標動作点e2とされる。この同一吸入空気量面(Q3とQ2の中間値)上の最終的な目標動作点e2が図26および図29に示されている。 Next, when the required intake air amount becomes an intermediate value between Q 3 and Q 2 and the required operation point becomes d 2 , this time, on the same intake air amount surface in the current intake air amount Q 4 as shown in FIG. A target operating point e 2 is calculated. The calculation method of the target operating point e 2 is the same as the calculation method described so far, and the intrusion starts from the amount that the mechanical compression ratio can reach after a certain time and the amount that the intake valve closing timing can reach the certain time. target operating point e 2 closest to the required operating point d 2 without entering the forbidden area X 1 is calculated. Also in this case, in FIG. 26, on the same intake air amount surface (intermediate value between Q 3 and Q 2 ) located directly below the target operating point e 2 on the same intake air amount surface Q 4 shown in FIG. The point is set as the final target operation point e 2 . FIG. 26 and FIG. 29 show the final target operating point e 2 on the same intake air amount surface (an intermediate value between Q 3 and Q 2 ).

次いで要求吸入空気量がQ1になって要求動作点がd3になると図29に示されるように同一吸入空気量面(Q3とQ2の中間値)上において目標動作点e3が算出され、次いで図30に示されるように同一吸入空気量面Q1上における最終的な目標動作点e3が算出される。最終的な目標動作点e3が算出されると機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度はこの最終的な目標動作点e3に向けて変化せしめられる。このときにも機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期は遅角され、スロットル弁17の開度は全開状態から小さくされる。 Next, when the required intake air amount becomes Q 1 and the required operating point becomes d 3 , the target operating point e 3 is calculated on the same intake air amount surface (intermediate value of Q 3 and Q 2 ) as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 30, a final target operating point e 3 on the same intake air amount surface Q 1 is calculated. When the final target operating point e 3 is calculated, the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are changed toward the final target operating point e 3 . Also at this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded, and the opening degree of the throttle valve 17 is reduced from the fully opened state.

ところでこのように要求吸入空気量が小さくなると同一吸入空気量面内に低負荷側侵入禁止領域X2が現われてくる。この同一吸入空気量面内に現われる低負荷側侵入禁止領域X2は吸入空気量が小さくなるほど大きくなり、この同一吸入空気量面に現われる低負荷側侵入禁止領域X2は図30に示されるように要求吸入空気量が最小Q1になったときに最大となる。なお、本発明による実施形態ではこの低負荷側侵入禁止領域X2の周りには低負荷側侵入禁止領域X2からわずかな間隔を隔てて、低負荷侵入禁止領域X2内への動作点の侵入を防止するための侵入阻止面が予め設定されており、この侵入阻止面と同一吸入空気量面との交線である侵入阻止線が図30においてWXで示されている。 Meanwhile the low load side forbidden entry area X 2 comes appear in the same intake air amount plane in this way required intake air amount is reduced. Low load forbidden entry area X 2 appearing on the same intake air amount plane increases as the amount of intake air is small, the low load side forbidden entry area X 2 appearing on the same intake air amount plane as shown in FIG. 30 becomes maximum when the required intake air amount is minimized Q 1 in. In the embodiment according to the present invention, the operating point into the low load intrusion prohibition region X 2 is slightly spaced from the low load side intrusion prohibition region X 2 around the low load side intrusion prohibition region X 2 . An intrusion prevention surface for preventing intrusion is set in advance, and an intrusion prevention line that is an intersection line between the intrusion prevention surface and the same intake air amount surface is indicated by WX in FIG.

さて、本発明による実施形態では吸入空気量が要求吸入空気量Q1になると図30に示されるように同一吸入空気量面Q1上において機械圧縮比が一定時間後に到達可能な量と吸気弁閉弁時期が一定時間に到達可能な量から要求動作点d3に最も近い各目標動作点e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11、e12が順次算出される。この場合、目標動作点e4のように要求動作点d3に最も近い算出された目標動作点が侵入阻止線WXに対し侵入禁止領域X2と反対側に位置するときには算出された目標動作点が目標動作点e4とされる。これに対し、要求動作点d3に最も近い算出された目標動作点が侵入阻止線WXよりも侵入禁止領域X2に近い側にあるときには機械圧縮比および吸気弁閉弁時期のいずれかの到達限界となる侵入阻止線WX上の点が目標動作点e5、e6、e7、e8、e9とされる。 In the embodiment according to the present invention, when the intake air amount becomes the required intake air amount Q 1 , as shown in FIG. 30, the amount that the mechanical compression ratio can reach after a certain time on the same intake air amount surface Q 1 and the intake valve Each target operating point e 4 , e 5 , e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10 , e 11 , e 12 closest to the required operating point d 3 from the amount that the valve closing timing can reach a certain time. Are sequentially calculated. In this case, the calculated target operating point when the calculated target operating point closest to the required operating point d 3 , such as the target operating point e 4 , is located on the opposite side of the intrusion prevention area X 2 with respect to the intrusion prevention line WX. Is the target operating point e 4 . On the other hand, when the calculated target operating point closest to the required operating point d 3 is closer to the intrusion prohibition region X 2 than the intrusion prevention line WX, either the mechanical compression ratio or the intake valve closing timing is reached. The points on the intrusion prevention line WX that are the limits are set as the target operating points e 5 , e 6 , e 7 , e 8 , and e 9 .

すなわち、要求吸入空気量がQ1になると機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度は同一吸入空気量面Q1上において順次最終的な目標動作点e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11、e12を経て要求動作点d3まで変化せしめられることになる。この間、機械圧縮比は増大せしめられ、吸気弁閉弁時期はe10に達するまで遅角され、スロットル弁17の開度は徐々に大きくされてe10に達すると全開せしめられる。 That is, when the required intake air amount becomes Q 1 , the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are sequentially set to the final target operating points e 4 , e 5 , on the same intake air amount surface Q 1 , The required operating point d 3 is changed through e 6 , e 7 , e 8 , e 9 , e 10 , e 11 , e 12 . During this time, the mechanical compression ratio is increased, the intake valve closing timing is retarded until reaching e 10, and the opening of the throttle valve 17 is gradually increased, and when it reaches e 10, it is fully opened.

図31は図26に示されるように目標吸入空気量がQ6(n点)からQ1(目標動作点d3)まで急激に減少せしめられた場合の吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、実圧縮比、スロットル開度の変化を示している。図31からこの場合には要求吸入空気量が最終的な目標値Q1となった後(動作点e2)、吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了し(動作点e10)、次いで機械圧縮比の増大作用が完了する(目標動作点d3)ことがわかる。一方、実圧縮比は吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了するまで(動作点e10)徐々に減少し、その後徐々に上昇する。また、スロットル開度は動作点が同一吸入空気量面Q1上の動作点e3となるまで全開状態から低下せしめられ、次いで吸気弁閉弁時期の遅角作用が完了するまで(動作点e10)まで徐々に開弁せしめられる。 FIG. 31 shows the intake valve closing timing, mechanical compression ratio when the target intake air amount is suddenly decreased from Q 6 (point n) to Q 1 (target operating point d 3 ), as shown in FIG. Changes in actual compression ratio and throttle opening are shown. From FIG. 31, in this case, after the required intake air amount reaches the final target value Q 1 (operating point e 2 ), the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point e 10 ). It can be seen that the increasing action of the mechanical compression ratio is completed (target operating point d 3 ). On the other hand, the actual compression ratio gradually decreases until the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point e 10 ), and then gradually increases. Further, the throttle opening is lowered from the fully opened state until the operating point reaches the operating point e 3 on the same intake air amount surface Q 1 , and then until the retarding action of the intake valve closing timing is completed (operating point e The valve is gradually opened until 10 ).

なお、要求吸入空気量が変化したときに要求吸入空気量を満たすスロットル弁17の開度が3次元侵入禁止領域内、すなわち低負荷側侵入禁止領域X2内となる場合がある。この場合にはスロットル弁17の開度は前述した侵入阻止面まで、すなわち3次元侵入禁止領域内に侵入する手前まで変化せしめられ、次いで機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル開度との組合せを示す動作点は要求吸入空気量を満たす動作点に向けて3次元侵入禁止領域内に侵入することなく変化せしめられる。 It should be noted that the demanded intake meet air amount throttle valve 17 opening of the three-dimensional forbidden entry area, that is, if a low load side forbidden entry area X 2 when required intake air amount changes. In this case, the opening degree of the throttle valve 17 is changed to the above-described intrusion prevention surface, that is, just before entering the three-dimensional intrusion prohibition region, and then the mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening degree are changed. The operating point indicating the combination is changed without entering the three-dimensional intrusion prohibited area toward the operating point satisfying the required intake air amount.

図32は現在の動作点から予め定められた一定時間後に到達可能な目標動作点を算出するための、すなわち機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル開度の目標値を算出するためのルーチンを示している。   FIG. 32 is a routine for calculating a target operating point that can be reached after a predetermined time from the current operating point, that is, a target value for mechanical compression ratio, intake valve closing timing, and throttle opening. Is shown.

このルーチンでは予め定められた一定時間後に到達可能な目標動作点がこの予め定められた一定時間毎に算出される。したがって図32に示されるルーチンはこの予め定められた時間毎の割込みによって実行される。この予め定められた時間は任意に定めることができるが本発明による実施形態ではこの予め定められた一定時間は8msecとされている。したがって本発明による実施形態では図32に示される目標値の算出ルーチンは8msec毎に実行され、現在の動作点から8msec後に到達可能な目標動作点が8msec毎に算出されることになる。   In this routine, a target operating point that can be reached after a predetermined time is calculated every predetermined time. Therefore, the routine shown in FIG. 32 is executed by this predetermined interruption every hour. The predetermined time can be arbitrarily determined, but in the embodiment according to the present invention, the predetermined time is 8 msec. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the target value calculation routine shown in FIG. 32 is executed every 8 msec, and the target operating point that can be reached after 8 msec from the current operating point is calculated every 8 msec.

図32を参照するとまず初めにステップ100において要求吸入空気量GXが算出される。この要求吸入空気量GXは例えばアクセルペダル40の踏込み量および機関回転数の関数として予めROM32内に記憶されている。次いでステップ101では要求吸入空気量GXに応じた基準動作線W上の要求動作点が算出される。次いでステップ102では現在の動作点が要求動作点であるか否かが判別され、現在の動作点が要求動作点であるときには処理サイクルを完了する。これに対し、現在の動作点が要求動作点でないときにはステップ103に進んで要求吸入空気量GXが現在の動作点における吸入空気量GAよりも大きいか否かが判別される。   Referring to FIG. 32, first, at step 100, the required intake air amount GX is calculated. The required intake air amount GX is stored in advance in the ROM 32 as a function of, for example, the depression amount of the accelerator pedal 40 and the engine speed. Next, at step 101, a required operating point on the reference operating line W corresponding to the required intake air amount GX is calculated. Next, at step 102, it is determined whether or not the current operating point is the requested operating point. When the current operating point is the requested operating point, the processing cycle is completed. On the other hand, when the current operating point is not the required operating point, the routine proceeds to step 103, where it is determined whether or not the required intake air amount GX is larger than the intake air amount GA at the current operating point.

GX>GAのとき、すなわち吸入空気量を増大すべきときにはステップ104に進み、図13から図15に基づいて説明したようにして目標動作点が決定される。すなわち、ステップ104では要求吸入空気量GXに応じた目標スロットル開度が算出される。この目標スロットル開度は要求動作点がスロットル全開面Q6上に位置すると通常は全開となる。次いでステップ105では一定時間後に到達可能な吸気弁閉弁時期が算出され、次いでステップ106では一定時間後に到達可能な機械圧縮比が算出される。 When GX> GA, that is, when the intake air amount should be increased, the routine proceeds to step 104, where the target operating point is determined as described with reference to FIGS. That is, in step 104, the target throttle opening degree corresponding to the required intake air amount GX is calculated. When the target throttle opening degree required operating point is located on the throttle full open plane Q 6 normally fully opened. Next, at step 105, the intake valve closing timing that can be reached after a certain time is calculated, and then at step 106, the mechanical compression ratio that can be reached after a certain time is calculated.

次いでステップ107では図14に基づき説明した方法でもって目標動作点が決定される。次いでステップ108では決定した目標動作点から機械圧縮比の目標値および吸気弁閉弁時期の目標値が算出される。スロットル開度の目標値はステップ104において既に目標スロットル開度として算出されている。   Next, at step 107, the target operating point is determined by the method described with reference to FIG. Next, at step 108, the target value of the mechanical compression ratio and the target value of the intake valve closing timing are calculated from the determined target operating point. The target value of the throttle opening is already calculated as the target throttle opening in step 104.

一方、ステップ103においてGX≦GAであると判別されたとき、すなわち吸入空気量を減少すべきか又は吸入空気量が要求吸入空気量となっているときにはステップ109に進み、図16から図31に基づいて説明したようにして目標動作点が決定される。すなわち、ステップ109では一定時間後に到達可能な吸気弁閉弁時期が算出され、次いでステップ110では一定時間後に到達可能な機械圧縮比が算出される。   On the other hand, when it is determined in step 103 that GX ≦ GA, that is, when the intake air amount should be reduced or when the intake air amount is the required intake air amount, the routine proceeds to step 109, based on FIGS. The target operating point is determined as described above. That is, at step 109, the intake valve closing timing that can be reached after a certain time is calculated, and then at step 110, the mechanical compression ratio that can be reached after a certain time is calculated.

次いでステップ112では要求吸入空気量を満たす目標スロットル開度が算出され、この目標スロットル開度がスロットル開度の目標値とされる。ただし、要求吸入空気量GXを満たすスロットル開度が侵入禁止領域内となるときには目標スロットル開度は前述した侵入阻止面上の値とされ、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に近づくにしたがって目標スロットル開度は侵入阻止面に沿って変化せしめられる。   Next, at step 112, a target throttle opening satisfying the required intake air amount is calculated, and this target throttle opening is set as a target value of the throttle opening. However, when the throttle opening satisfying the required intake air amount GX falls within the intrusion prohibition region, the target throttle opening is set to the value on the intrusion prevention surface described above, and the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are set as the required operating points. The target throttle opening is changed along the intrusion prevention surface as it approaches.

なおこれまで説明していなかったが要求吸入空気量が増大する場合にも同様なことが生じうる。例えば、動作点が図13において高負荷側侵入禁止領域X1の下方領域に位置するときに要求吸入空気量が増大すると目標スロットル開度が高負荷側侵入禁止領域X1内になる場合がある。このときには目標スロットル開度は各同一吸入空気量面に対し予め設定されている各基準動作線Wを含む基準動作面上の値とされ、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が要求動作点に近づくにしたがって目標スロットル開度はこの基準動作面に沿って変化せしめられる。 Although not described so far, the same can occur when the required intake air amount increases. For example, if the required intake air amount increases when the operating point is located below the high load side intrusion prohibition region X 1 in FIG. 13, the target throttle opening may be within the high load side intrusion prohibition region X 1 . . At this time, the target throttle opening is set to a value on the reference operation surface including each reference operation line W set in advance for each same intake air amount surface, and the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are set as the required operation points. As the distance approaches, the target throttle opening is changed along this reference operation surface.

図33はPID制御を用いて機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル開度が図32に示されるルーチンにおいて算出された目標値になるように可変圧縮比機構A、可変バルブタイミング機構Bおよびスロットル弁17を駆動するための駆動ルーチンを示している。このルーチンは機関の運転が開始されると繰返し実行される。   FIG. 33 shows the variable compression ratio mechanism A, variable valve timing mechanism B, and the like so that the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the throttle opening are set to the target values calculated in the routine shown in FIG. A drive routine for driving the throttle valve 17 is shown. This routine is repeatedly executed when the engine is started.

図33を参照するとステップ200では吸気弁閉弁時期の目標値IT0と現在の吸気弁閉弁時期ITとの差ΔIT(=IT0−IT)が算出され、機械圧縮比の目標値CR0と現在の機械圧縮比CRとの差ΔCR(=CR0−CR)が算出され、スロットル開度の目標値θ0と現在のスロットル開度θとの差Δθ(θ0−θ)が算出される。 Referring to FIG. 33, in step 200, the difference ΔIT (= IT 0 −IT) between the target value IT 0 of the intake valve closing timing and the current intake valve closing timing IT is calculated, and the target value CR 0 of the mechanical compression ratio is calculated. And the current mechanical compression ratio CR is calculated ΔCR (= CR 0 −CR), and the difference Δθ (θ 0 −θ) between the throttle opening target value θ 0 and the current throttle opening θ is calculated. The

次いでステップ201ではΔITに比例定数Kp1を乗算することによって可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧の比例項Ep1が算出され、ΔCRに比例定数Kp2を乗算することによって可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧の比例項Ep2が算出され、Δθに比例定数Kp3を乗算することによってスロットル弁17に対する駆動電圧の比例項Ep3が算出される。 Then the proportional term E p1 of the drive voltage for the variable valve timing mechanism B is calculated by multiplying the proportionality constant K p1 to ΔIT In step 201, the drive for the variable compression ratio mechanism A is multiplied by the proportional constant K p2 to ΔCR A proportional term E p2 of voltage is calculated, and a proportional term E p3 of driving voltage for the throttle valve 17 is calculated by multiplying Δθ by a proportional constant K p3 .

次いでステップ202ではΔITに積分定数Ki1を乗算してこの乗算結果(Ki1・ΔIT)を積算することにより可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧の積分項Ei1が算出され、ΔCRに積分定数Ki2を乗算してこの乗算結果(Ki2・ΔCR)を積算することにより可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧の積分項Ei2が算出され、Δθに積分定数Ki3を乗算してこの乗算結果(Ki3・Δθ)を積算することによりスロットル弁17に対する駆動電圧の積分項Ei3が算出される。 Next, at step 202, ΔIT is multiplied by an integral constant K i1 and this multiplication result (K i1 · ΔIT) is multiplied to calculate the integral term E i1 of the drive voltage for the variable valve timing mechanism B, and ΔCR is integrated with the integral constant K. The integral term E i2 of the drive voltage for the variable compression ratio mechanism A is calculated by multiplying i2 and multiplying the multiplication result (K i2 · ΔCR), and Δθ is multiplied by an integral constant K i3 to obtain the multiplication result ( By integrating (K i3 · Δθ), the integral term E i3 of the drive voltage for the throttle valve 17 is calculated.

次いでステップ203では現在のΔITと前回算出されたΔIT1との差(ΔIT−ΔIT1)に微分定数Kd1を乗算することにより可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧の微分項Ed1が算出され、現在のΔCRと前回算出されたΔCR1との差(ΔCR−ΔCR1)に微分定数Kd2を乗算することにより可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧の微分項Ed2が算出され、現在のΔθと前回算出されたΔθ1との差(Δθ−Δθ1)に微分定数Kd3を乗算することによりスロットル弁17に対する駆動電圧の微分項Ed3が算出される。 Then differential term E d1 of the drive voltage for the variable valve timing mechanism B is calculated by multiplying the derivative constant K d1 to the difference between DerutaIT 1 that is currently DerutaIT and previously calculated in step 203 (ΔIT-ΔIT 1), A differential term E d2 of the driving voltage for the variable compression ratio mechanism A is calculated by multiplying the difference between the current ΔCR and the previously calculated ΔCR 1 (ΔCR−ΔCR 1 ) by a differential constant K d2 , and the current Δθ and differential term E d3 of the drive voltage for the throttle valve 17 is calculated by multiplying the derivative constant K d3 to the difference between [Delta] [theta] 1 calculated the last time (Δθ-Δθ 1).

次いでステップ204では比例項Ep1と積分項Ei1と微分項Ed1とを加算することにより可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧E1が算出され、比例項Ep2と積分項Ei2と微分項Ed2とを加算することにより可変圧縮比機構Aに対する駆動電圧E2が算出され、比例項Ep3と積分項Ei3と微分項Ed3とを加算することによりスロットル弁17に対する駆動電圧E3が算出される。 Then the drive voltage E 1 for the variable valve timing mechanism B is calculated by adding the differential term and the proportional term E p1 in step 204 and the integral term E i1 E d1, derivative and proportional term E p2 and the integral term E i2 term The drive voltage E 2 for the variable compression ratio mechanism A is calculated by adding E d2, and the drive voltage E 3 for the throttle valve 17 is added by adding the proportional term E p3 , the integral term E i3, and the differential term E d3. Is calculated.

これら駆動電圧E1、E2、E3にしたがってそれぞれ可変バルブタイミング機構B、可変圧縮比機構Aおよびスロットル弁17が駆動されると吸気弁閉弁時期、機械圧縮比およびスロットル開度はそれぞれ順次変化する目標値に向けて変化することになる。 When the variable valve timing mechanism B, the variable compression ratio mechanism A, and the throttle valve 17 are driven according to the drive voltages E 1 , E 2 , and E 3 , the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, and the throttle opening are sequentially set. It will change towards the changing target value.

ところで、上記実施形態では、クランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置関係を検出する相対位置センサ22によって検出された現在の機械圧縮比が、図32に示されるルーチンにおいて算出された目標値になるように可変圧縮比機構Aがフィードバック制御(特に、上記実施形態ではPID制御)される。したがって、相対位置センサ22が故障して現在の機械圧縮比を検出することができなくなると、可変圧縮比機構Aを適切に制御することができなくなってしまう。   Incidentally, in the above embodiment, the current mechanical compression ratio detected by the relative position sensor 22 that detects the relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is the target value calculated in the routine shown in FIG. Thus, the variable compression ratio mechanism A is feedback controlled (in particular, PID control in the above embodiment). Therefore, if the relative position sensor 22 fails and the current mechanical compression ratio cannot be detected, the variable compression ratio mechanism A cannot be properly controlled.

このため相対位置センサ22が故障すると、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁の開度の組合せを示す動作点を目標動作点に制御することができないばかりか、この動作点が高負荷側侵入禁止領域X1や低負荷側侵入禁止領域X2に侵入してしまい、ノッキングの発生や燃焼の悪化を招いてしまう場合がある。 For this reason, when the relative position sensor 22 fails, not only the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing and the throttle valve opening cannot be controlled as the target operating point, will invade the side forbidden entry area X 1 and lower load forbidden entry area X 2, in some cases resulting in an aggravation of knocking generation and combustion.

動作点が高負荷側侵入禁止領域X1や低負荷側侵入禁止領域X2に侵入するのを防止する観点からは吸気弁閉弁時期を最進角させると共に機械圧縮比を最小として、スロットル弁17のみで吸入空気量を制御すること、すなわち超高膨張比サイクルを行わない通常の内燃機関と同様な制御を行うことも考えられる。しかしながら、このようにスロットル弁17のみで吸入空気量を制御した場合、ポンピング損失の増大や膨張比の低下により燃費が悪化してしまう。 The intake valve closing timing from the viewpoint of preventing the operating point from entering the high-load side forbidden entry area X 1 and lower load forbidden entry area X 2 as a minimum the mechanical compression ratio causes the most advanced angle, the throttle valve It is also conceivable to control the intake air amount only by 17, that is, to perform the same control as that of a normal internal combustion engine that does not perform the super high expansion ratio cycle. However, when the intake air amount is controlled only by the throttle valve 17 as described above, the fuel consumption is deteriorated due to an increase in pumping loss and a decrease in expansion ratio.

ところで、図10および図11を参照して説明したように、機械圧縮比、吸気弁閉弁時およびスロットル弁の開度の組合せを示す動作点が高負荷側侵入禁止領域X1の外縁上で移動するように機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を制御することにより、ノッキングやトルク変動を生ずることなく最小の燃費を得ることができる。したがって、相対位置センサ22が故障した場合においても、動作点が高負荷側侵入禁止領域X1の外縁上で移動するように機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を制御することができれば、ノッキングやトルク変動を生ずることなく燃費を最小とすることができる。 Meanwhile, as described with reference to FIGS. 10 and 11, the mechanical compression ratio, operating points indicating a combination of opening of the intake valve is closed and when the throttle valve is in the high load side forbidden entry on the outer edge of the region X 1 By controlling the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 so as to move, the minimum fuel consumption can be obtained without causing knocking or torque fluctuation. Therefore, when the relative position sensor 22 has failed even mechanical compression ratio so as to move on the outer edge of the operating point is a high load side forbidden entry area X 1, controls the opening of the intake valve closing timing and the throttle valve 17 If this can be done, the fuel consumption can be minimized without causing knocking or torque fluctuation.

ここで、高負荷側侵入禁止領域X1では、実圧縮比が高くなることによってノッキングが発生するのを阻止すべく点火時期が遅角せしめられ、その結果、トルク変動が生じることになる。このようなトルク変動は高負荷側侵入禁止領域X1内で高負荷側侵入禁止領域X1の境界面(外縁)から離れるほど大きくなる。逆に言うと、高負荷側侵入禁止領域X1の境界面(外縁)上では、僅かなトルク変動のみが生じることになる。このような僅かなトルク変動は、トルクセンサ43によって検出することができる。 Here, in the high load side forbidden entry area X 1, the ignition timing in order to prevent the knocking occurs by the actual compression ratio is higher is made to retard, as a result, a torque variation occurs. Such torque fluctuation becomes larger as the distance from the high load side forbidden entry area X 1 of the boundary surface in the high load side forbidden entry in region X 1 (outer edge). Conversely, on the high load side forbidden entry area X 1 of the boundary surface (outer edge) would only slight torque variation occurs. Such a slight torque fluctuation can be detected by the torque sensor 43.

そこで、本発明による実施形態では、基本的には、トルクセンサ43によって検出されるトルク変動が微少量である範囲内で最も機械圧縮比が高く且つスロットル弁17の開度が大きくなるように機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を制御することとしている。換言すると、本発明による実施形態では、基本的には、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点が図34および図35に示した実線W’上に到達するように機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を制御しているといえる。以下の説明では、この実線W’を到達目標線と称する。なお、図34および図35からわかるように到達目標線W’は、同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が多い側ではスロットル全開面Q6上であって高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上を延びており、同一吸入空気量面Q3よりも吸入空気量が少ない側では右側面S2上を鉛直下方に延びている。 Therefore, in the embodiment according to the present invention, basically, the mechanical compression ratio is the highest and the opening of the throttle valve 17 is increased within a range where the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 is very small. The compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are controlled. In other words, in the embodiment according to the present invention, basically, the mechanical compression ratio, so that the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing reaches the solid line W ′ shown in FIGS. It can be said that the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 are controlled. In the following description, this solid line W ′ is referred to as a reaching target line. As can be seen from FIGS. 34 and 35, the reaching target line W ′ is on the throttle fully open surface Q 6 on the side where the intake air amount is larger than the same intake air amount surface Q 3 and is on the high load side intrusion prohibited region X. 1 extends on the boundary surface 1 and extends vertically downward on the right side surface S 2 on the side where the intake air amount is smaller than the same intake air amount surface Q 3 .

次に、相対位置センサ22が故障した場合における機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度の制御の仕方について説明する。まず、図36から図41を参照しつつ要求吸入空気量が減少せしめられた場合について説明する。なお、図36から図38は本発明の実施形態による要求吸入空気量が減少せしめられた場合における制御を示す図であり、図39から図41は本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。また、図37は吸入空気量がQ4の同一吸入空気量面を示しており、図37は吸入空気量がQ3の同一吸入空気量面を示している。 Next, how to control the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 when the relative position sensor 22 fails will be described. First, a case where the required intake air amount is reduced will be described with reference to FIGS. 36 to 38 are diagrams showing the control when the required intake air amount is reduced according to the embodiment of the present invention, and FIGS. 39 to 41 are diagrams when the control according to the embodiment of the present invention is performed. It is a figure for demonstrating an advantage. FIG. 37 shows the same intake air amount surface with the intake air amount Q 4 , and FIG. 37 shows the same intake air amount surface with the intake air amount Q 3 .

図36は、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期がn点にあるときに要求吸入空気量がQ4からQ3に減少せしめられた場合を示している。要求吸入空気量がQ3に減少せしめられると、この要求吸入空気量Q3を満たす到達目標線W’上の動作点fに向かって機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が制御されることになる。すなわち、吸気弁閉弁時期はバルブタイミングセンサ23の出力に基づいて最終的に動作点fに対応した吸気弁閉弁時期に到達するように制御され、スロットル弁17の開度はスロットル開度センサ24の出力に基づいて最終的に動作点fに対応したスロットル弁17の開度に到達するように制御される。一方、機械圧縮比は、上述したように機械圧縮比を検出する相対位置センサ22が故障していることから、吸気弁閉弁時期が動作点fに対応した吸気弁閉弁時期となっており且つスロットル弁17の開度が動作点fに対応したスロットル弁17の開度となっているときにトルクセンサ43によって微少量のトルク変動のみが検出されるような機械圧縮比に最終的に到達するように制御される。 FIG. 36 shows a case where the required intake air amount is decreased from Q 4 to Q 3 when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at the n point. When the required intake air amount is decreased to Q 3 , the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening of the throttle valve 17 toward the operating point f on the reaching target line W ′ satisfying the required intake air amount Q 3 are opened. The degree will be controlled. That is, the intake valve closing timing is controlled to finally reach the intake valve closing timing corresponding to the operating point f based on the output of the valve timing sensor 23, and the opening of the throttle valve 17 is controlled by the throttle opening sensor. Based on the output of 24, the opening of the throttle valve 17 corresponding to the operating point f is finally reached. On the other hand, the mechanical compression ratio is the intake valve closing timing corresponding to the operating point f because the relative position sensor 22 that detects the mechanical compression ratio has failed as described above. In addition, when the opening degree of the throttle valve 17 is the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point f, the mechanical compression ratio is finally reached such that only a small amount of torque fluctuation is detected by the torque sensor 43. To be controlled.

機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が同一吸入空気量面Q4上の点nにあるときに要求吸入空気量がQ3に減少せしめられた場合の具体的な制御の方法について説明する。なお、相対位置センサ22が故障していることから、実際の動作点がn点にある場合には、動作点nに対応する吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を検出することはできるが、動作点nに対応する機械圧縮比を検出することはできない。したがって、実際の動作点がn点にある場合には、動作点が図36および図37に示される同一吸入空気量面Q4上の破線Z上のどこかにあることのみが検出されることになる。 A specific control method when the required intake air amount is decreased to Q 3 when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at the point n on the same intake air amount surface Q 4 will be described. Since the relative position sensor 22 is out of order, when the actual operating point is at the n point, it is possible to detect the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point n. Although it is possible, the mechanical compression ratio corresponding to the operating point n cannot be detected. Therefore, when the actual operating point is n, it is detected only that the operating point is somewhere on the broken line Z on the same intake air amount surface Q 4 shown in FIGS. 36 and 37. become.

機械圧縮比および吸気弁閉弁時期がn点にあるときに要求吸入空気量がQ3に減少せしめられた場合、図36および図37に示されるように、まず吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく、機械圧縮比のみが増大される。すなわち、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点はn点から図37に示される同一吸入空気量面Q4上で垂直方向上方に移動せしめられる。 When the required intake air amount is reduced to Q 3 when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at the point n, as shown in FIGS. 36 and 37, first, the intake valve closing timing and the throttle valve are reduced. Without changing the opening of 17, only the mechanical compression ratio is increased. That is, the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is moved vertically upward from the point n on the same intake air amount surface Q 4 shown in FIG.

このように機械圧縮比のみを増大させると、現在の動作点はやがて高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上の点g1に到達し、トルクセンサ43によって微少量のトルク変動が検出されるようになる。高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上における機械圧縮比と吸気弁閉弁時期とスロットル弁17の開度との関係は予め把握されていることから、動作点が高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上の点g1に到達すると、現在の機械圧縮比を把握することができるようになる。 When only the mechanical compression ratio is increased in this way, the current operating point eventually reaches the point g 1 on the boundary surface of the high load side intrusion prohibited region X 1 , and a small amount of torque fluctuation is detected by the torque sensor 43. Become so. Since it was grasped in advance the relationship between the opening degree of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing and the throttle valve 17 in the high load side forbidden entry area X 1 of the boundary plane, the operating point is a high load side forbidden entry area When the point g 1 on the boundary surface of X 1 is reached, the current mechanical compression ratio can be grasped.

現在の動作点がg1点に到達すると、次いで、吸入空気量を要求吸入空気量Q3とするのに必要な目標開度までスロットル弁17が閉弁せしめられる。また、本実施形態では、これと同時に機械圧縮比も増大せしめられる。ここでスロットル弁17の動作速度は機械圧縮比の動作速度よりも速いことから、スロットル弁17の開度を小さくすることと機械圧縮比の増大とを同時に行っても、動作点は高負荷側侵入禁止領域X1に侵入することなく推移する。 When the current operating point reaches the point g 1 , the throttle valve 17 is then closed to the target opening required to set the intake air amount to the required intake air amount Q 3 . In the present embodiment, the mechanical compression ratio is also increased at the same time. Here, since the operating speed of the throttle valve 17 is faster than the operating speed of the mechanical compression ratio, even if the opening degree of the throttle valve 17 is reduced and the mechanical compression ratio is increased simultaneously, the operating point is on the high load side. transitions without entering the forbidden entry area X 1.

この結果、スロットル弁17の開度が吸入空気量を要求吸入空気量Q3とするのに必要な目標開度に到達したときには、図38に示されるように動作点は同一吸入空気量面Q3上の点g2に到達する。動作点g2の機械圧縮比は動作点g1における機械圧縮比よりも増大せしめられており、この増大幅はスロットル弁17の開度を小さくすることによって吸入空気量をQ3からQ4にするのにかかる時間に亘って機械圧縮比を最大速度で増大させた場合の増大幅に等しい。 As a result, when the opening degree of the throttle valve 17 reaches the target opening degree necessary for setting the intake air amount to the required intake air amount Q 3 , the operating point is the same intake air amount surface Q as shown in FIG. The point g 2 on 3 is reached. The mechanical compression ratio at the operating point g 2 is increased more than the mechanical compression ratio at the operating point g 1 , and this increase range reduces the opening of the throttle valve 17 to change the intake air amount from Q 3 to Q 4 . It is equal to the increase when the mechanical compression ratio is increased at the maximum speed over the time required for the operation.

現在の動作点がg2点に到達すると、再び吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく、機械圧縮比のみが増大される。すなわち、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を示す動作点はg2点から図38に示される同一吸入空気量面Q3上で垂直方向上方に移動せしめられる。このように機械圧縮比のみを増大させると、現在の動作点はやがて高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上の点g3に到達し、トルクセンサ43によって再び微少量のトルク変動が検出されるようになる。 When the current operating point has reached the two points g, intake valve closing timing and without changing the opening degree of the throttle valve 17, only the mechanical compression ratio is increased again. That is, the operating point indicating the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 is moved upward in the vertical direction from the point g 2 on the same intake air amount surface Q 3 shown in FIG. When only the mechanical compression ratio is increased in this way, the current operating point eventually reaches the point g 3 on the boundary surface of the high load side intrusion prohibited region X 1, and a slight amount of torque fluctuation is detected again by the torque sensor 43. Will come to be.

このように現在の動作点がg3点に到達すると、その後、高負荷側侵入禁止領域X1の境界面に沿って動作点が移動せしめられる。すなわち、吸気弁閉弁時期が動作点fに対応した吸気弁閉弁時期に向かってバルブタイミングセンサ23の出力に基づいて吸気弁閉弁時期が変更せしめられ、それに伴って動作点が同一吸入空気量面Q3上に位置するようにスロットル弁17の開度が変更せしめられる。このとき、機械圧縮比は、トルクセンサ43の出力に基づいてフィードバック制御される。すなわち、トルクセンサ43によって検出されたトルク変動が0の場合には増大せしめられ、トルクセンサ43によって検出されたトルク変動が上記微少量を超えた場合、すなわち検出されたトルク変動が予め定められた基準トルク変動以上となった場合には減少せしめられる。 In this way, when the current operating point reaches the point g 3 , the operating point is moved along the boundary surface of the high load side intrusion prohibited area X 1 thereafter. That is, the intake valve closing timing is changed based on the output of the valve timing sensor 23 toward the intake valve closing timing corresponding to the operating point f. the opening degree of the throttle valve 17 is made to change so as to be located on the amount plane Q 3. At this time, the mechanical compression ratio is feedback controlled based on the output of the torque sensor 43. That is, when the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 is 0, the torque fluctuation is increased, and when the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 exceeds the minute amount, that is, the detected torque fluctuation is predetermined. When it becomes more than the reference torque fluctuation, it is reduced.

なお、上述した例では、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく、機械圧縮比のみを増大させた場合に現在の動作点は必ず高負荷側侵入禁止領域X1の境界面に到達しているが、高負荷側侵入禁止領域X1の境界面に到達する前に機械圧縮比が燃焼室5の構造上限界となる最大限界機械圧縮比となる場合がある。このような場合には、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に到達したときを、動作点が高負荷側侵入禁止領域X1の境界面に到達したものとしてその後の制御が行われる。 In the example described above, the intake valve closing timing and the throttle valve 17 without changing the degree of opening, the current when increased only mechanical compression ratio operating point always higher load side intrusion prohibition area X 1 is While reaching the interface, there is a case where the mechanical compression ratio before reaching the boundary surface of the high load side forbidden entry area X 1 is the maximum limit mechanical compression ratio forming the structural limit of the combustion chamber 5. In such a case, when the mechanical compression ratio reaches the maximum limit mechanical compression ratio, operating point subsequent control is carried out as it reaches the boundary surface of the high load side forbidden entry area X 1.

また、上述した例では、動作点をn点からg1点に変更する際には、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく、機械圧縮比のみを増大させている。しかしながら、機械圧縮比のみを増大させると実圧縮比が増大するため、要求吸入空気量がQ3に減少せしめられているにも関わらず、すなわち減速要求があるにも関わらず、出力トルクが増大してしまうことになる。そこで、要求吸入空気量が減少せしめられた直後は、機械圧縮比の増大に加えてスロットル弁17の開度を小さくするようにしてもよい。これにより減速要求に伴って出力トルクを減少させることができ、よって減速感を出すことができる。ただし、このときスロットル弁17の開度を急激に小さくすると、後述するように動作点が低負荷側侵入禁止領域X2内に侵入してしまう場合があることから、スロットル弁17の開度の減少は緩やかに行われる。 In the above-described example, when the operating point is changed from the n point to the g 1 point, only the mechanical compression ratio is increased without changing the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17. . However, since the actual compression ratio is increased only mechanical compression ratio is increased, the required intake air amount despite being made to reduce the Q 3, i.e. despite the deceleration request, the output torque is increased Will end up. Therefore, immediately after the required intake air amount is reduced, the opening of the throttle valve 17 may be reduced in addition to the increase in the mechanical compression ratio. As a result, the output torque can be reduced in accordance with the deceleration request, and thus a feeling of deceleration can be produced. However, if the opening degree of the throttle valve 17 is suddenly reduced at this time, the operating point may enter the low load side entry prohibition region X 2 as described later. The decline is moderate.

さらに、上述したように本発明による実施形態では予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、図36から図38は、或る時刻に要求吸入空気量が減少せしめられ、このときに算出された要求吸入空気量がQ3であり、その後、検出される要求吸入空気量がQ3に維持されている場合を示している。しかしながら、要求吸入空気量が徐々に変化する場合も同様な制御が行われる。 Further, as described above, in the embodiment according to the present invention, the required intake air amount is calculated every predetermined time. FIGS. 36 to 38 show that the required intake air amount is decreased at a certain time. This shows a case where the required intake air amount calculated at times is Q 3 and the detected required intake air amount thereafter maintained at Q 3 . However, similar control is performed when the required intake air amount gradually changes.

たとえば、図36〜図38に示された例において、動作点がg2点に到達したときに要求吸入空気量がQ2に変化した場合には、その後、動作点g2から図36に示した同一吸入空気量面Q2上の点f’(図36参照)に向かって、上述したように機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が制御される。 For example, in the example shown in FIGS. 36 to 38, when the required intake air amount when the operating point reaches the two points g was changed to Q 2 are then shown from the operating point g 2 in Figure 36 and towards the same intake air amount plane Q 2 points on the f '(see FIG. 36), the mechanical compression ratio as described above, the opening degree of the intake valve closing timing and the throttle valve 17 is controlled.

次に、図39から図41を参照して、図36から図38に示される制御を行うことによる利点について説明する。図39から図41は、図36から図38に示される制御を行わなかった場合に、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期がn点にあるときに要求吸入空気量がQ4からQ1に減少せしめられた場合を示している。特に、図39から図41に示した例では、要求吸入空気量がQ1に減少せしめられたときに、この要求吸入空気量Q1を満たす到達目標線W’上の動作点fに向かって吸気弁閉弁時期が最大速度で遅角せしめられ、スロットル弁17の開度が最大速度で小さくせしめられ、また、機械圧縮比が最大速度で高負荷側侵入禁止領域X1の境界面に向かって(すなわち、トルクセンサ43によって検出されるトルク変動が微少量となる機械圧縮比に向かって)増大せしめられた場合を示している。なお、図40は吸入空気量がQ4の同一吸入空気量面を示しており、図41は吸入空気量がQ1の同一吸入空気量面を示している。 Next, advantages of performing the control shown in FIGS. 36 to 38 will be described with reference to FIGS. 39 to 41. 39 to 41 show that when the control shown in FIGS. 36 to 38 is not performed, the required intake air amount is changed from Q 4 to Q 1 when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at the n point. The case where it was made to decrease is shown. In particular, in the example shown in FIG. 41 from FIG. 39, when the required intake air amount has been caused to decrease in Q 1, towards the operating point f on reaching target line W 'satisfying the required intake air quantity Q 1 intake valve closing timing is made to retard at the maximum speed, the opening degree of the throttle valve 17 is made to decrease at maximum speed, also the mechanical compression ratio is toward the boundary surface of the high load side forbidden entry area X 1 at the maximum speed (That is, toward the mechanical compression ratio at which the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 becomes very small). 40 shows the same intake air amount surface where the intake air amount is Q 4 , and FIG. 41 shows the same intake air amount surface where the intake air amount is Q 1 .

このように、動作点がn点にあるときに動作点fに向かって吸気弁閉弁時期を最大速度で遅角させ、スロットル弁17の開度を最大速度で小さくさせると共に、機械圧縮比を最大速度で増大させると、一定期間経過後には、図40に示すように、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点は機械圧縮比がn点よりも高く且つ吸気弁閉弁時期がn点よりも遅角されたg1点に到達する。また、この一定期間中には機械圧縮比および吸気弁閉弁時期の変化に加えてスロットル弁17の開度が最大速度で変化せしめられており、したがって機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を示す動作点g1は図40に示される同一吸入空気量面Q4上の動作点g1の真下に位置する同一吸入空気量面Q1上に位置する。これにより、吸入空気量は要求吸入空気量と等しくなる。 In this way, when the operating point is at the n point, the intake valve closing timing is retarded at the maximum speed toward the operating point f, the opening of the throttle valve 17 is decreased at the maximum speed, and the mechanical compression ratio is increased. When increasing at the maximum speed, after a certain period of time, as shown in FIG. 40, the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is higher than the n point and the intake valve closing timing is higher. The point g 1 which is retarded from the point n is reached. Further, during this fixed period, in addition to changes in the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, the opening degree of the throttle valve 17 is changed at the maximum speed. Therefore, the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing and the throttle valve are changed. The operating point g 1 indicating the opening degree of the valve 17 is located on the same intake air amount surface Q 1 located immediately below the operating point g 1 on the same intake air amount surface Q 4 shown in FIG. As a result, the intake air amount becomes equal to the required intake air amount.

図41に示されるように、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を示す動作点がg1に達すると、その後、吸気弁閉弁時期が最大速度で遅角せしめられ且つ機械圧縮比が最大速度で増大せしめられ、その結果、吸気弁閉弁時期が最遅角せしめられ、動作点g2に到達する。動作点g2に到達すると、その後、トルクセンサ43によって検出されるトルク変動が微少量となるまで機械圧縮比のみが増大せしめられる。 As shown in FIG. 41, the mechanical compression ratio, the operating point that indicates the degree of opening of the intake valve closing timing and the throttle valve 17 reaches g 1, then, the intake valve closing timing is made to retard at the maximum speed and the mechanical compression ratio is made to increase at maximum speed, as a result, the intake valve closing timing is made to the most retarded to reach the operating point g 2. When the operating point g 2 is reached, thereafter, only the mechanical compression ratio is increased until the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 becomes very small.

このように吸気弁閉弁時期、スロットル弁17の開度及び機械圧縮比を最大速度で変化させると、図39および図41から分かるように、動作点が低負荷側侵入禁止領域X2内に侵入してしまうことになる。これは吸入空気量が少ないほど且つ吸気弁閉弁時期が遅角されるほど低負荷側侵入禁止領域X2が広くなることによるものである。したがって、動作点を変化させる前には低負荷側侵入禁止領域X2から外れている場合であっても、吸入空気量を減少させるべくスロットル弁17の開度を小さくしたり、吸気弁閉弁時期を遅角させたりして動作点を変化させると、機械圧縮比の値によっては動作点が低負荷側侵入禁止領域X2内に侵入してしまうことになる。 Intake valve closing timing this way, the opening and the mechanical compression ratio of the throttle valve 17 is varied at the maximum speed, as can be seen from FIGS. 39 and 41, the operating point is in the low load side forbidden entry area X 2 It will invade. This is because the higher is retarded and intake valve closing timing smaller the amount of intake air is lower load forbidden entry area X 2 becomes wider. Therefore, before changing the operating point even when deviated from the low load side forbidden entry area X 2, or to reduce the opening degree of the throttle valve 17 to reduce the intake air amount, the intake valve is closed If the operating point is changed by retarding the timing, the operating point may enter the low load side intrusion prohibition region X 2 depending on the value of the mechanical compression ratio.

これに対して本発明による実施形態によれば、図36から図38に示されるように、要求吸入空気量が減少せしめられると、最初に、吸気弁閉弁時期を変更させることなく機械圧縮比が増大せしめられる。その後、トルクセンサ43によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で最も高い機械圧縮比に達するかまたは可変圧縮比機構の機構上それ以上機械圧縮比を増大させることのできない最大限界機械圧縮比に達した後に吸気弁閉弁時期の変更が開始せしめられる。このように最初に機械圧縮比が増大せしめられると、動作点は必ず低負荷側侵入禁止領域X2から離れる方向に移動せしめられることになる。このため、動作点が低負荷側侵入禁止領域X2に侵入してしまうことを抑制することができる。 On the other hand, according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 36 to 38, when the required intake air amount is decreased, the mechanical compression ratio is first changed without changing the intake valve closing timing. Is increased. Then, the maximum mechanical compression ratio that reaches the highest mechanical compression ratio within a range in which the torque fluctuation greater than the reference torque fluctuation is not detected by the torque sensor 43 or cannot increase the mechanical compression ratio further on the mechanism of the variable compression ratio mechanism. After reaching the ratio, the change of the intake valve closing timing is started. This first mechanical compression ratio is increased as would be the operating point is moved always in a direction away from the low-load side forbidden entry area X 2. Therefore, it is possible to suppress the operating point invades the lower load forbidden entry area X 2.

次に、図42から図49を参照しつつ要求吸入空気量が増大せしめられた場合について説明する。なお、図42から図45は本発明の実施形態による要求吸入空気量が増大せしめられた場合における制御を示す図であり、図46から図49は本発明の実施形態による制御を行った場合の利点を説明するための図である。また、図43は吸入空気量がQ3の同一吸入空気量面を示しており、図44は吸入空気量がQ4とQ5の間の同一吸入空気量面を示しており、図45は吸入空気量がQ5の同一吸入空気量面を示している。 Next, a case where the required intake air amount is increased will be described with reference to FIGS. 42 to 45 are diagrams showing the control when the required intake air amount is increased according to the embodiment of the present invention, and FIGS. 46 to 49 are the cases when the control according to the embodiment of the present invention is performed. It is a figure for demonstrating an advantage. 43 shows the same intake air amount surface where the intake air amount is Q 3 , FIG. 44 shows the same intake air amount surface where the intake air amount is between Q 4 and Q 5 , and FIG. The same intake air amount surface where the intake air amount is Q 5 is shown.

図42は、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が同一吸入空気量面Q3上の点mにあるときに要求吸入空気量がQ3からQ5に増大せしめられた場合を示している。要求吸入空気量がQ5に増大せしめられると、この要求吸入空気量Q5を満たす到達目標線W’上の動作点hに向かって機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が制御されることになる。すなわち、吸気弁閉弁時期はバルブタイミングセンサ23の出力に基づいて最終的に動作点hに対応した吸気弁閉弁時期に到達するように制御され、スロットル弁17の開度はスロットル開度センサ24の出力に基づいて最終的に動作点hに対応したスロットル弁17の開度に到達するように制御される。一方、機械圧縮比は、上述したように機械圧縮比を検出する相対位置センサ22が故障していることから、吸気弁閉弁時期が動作点hに対応した吸気弁閉弁時期となっており且つスロットル弁17の開度が動作点hに対応したスロットル弁17の開度となっているときにトルクセンサ43によって微少量のトルク変動のみが検出されるような機械圧縮比に最終的に到達するように制御される。 FIG. 42 shows a case where the required intake air amount is increased from Q 3 to Q 5 when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at point m on the same intake air amount surface Q 3 . When the required intake air amount is increased to Q 5 , the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening of the throttle valve 17 are increased toward the operating point h on the reaching target line W ′ that satisfies the required intake air amount Q 5. The degree will be controlled. That is, the intake valve closing timing is controlled to finally reach the intake valve closing timing corresponding to the operating point h based on the output of the valve timing sensor 23, and the opening of the throttle valve 17 is controlled by the throttle opening sensor. Based on the output of 24, the opening of the throttle valve 17 corresponding to the operating point h is finally reached. On the other hand, the mechanical compression ratio is the intake valve closing timing corresponding to the operating point h because the relative position sensor 22 that detects the mechanical compression ratio has failed as described above. In addition, when the opening degree of the throttle valve 17 is the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point h, the mechanical compression ratio is finally reached such that only a small amount of torque fluctuation is detected by the torque sensor 43. To be controlled.

機械圧縮比および吸気弁閉弁時期が同一吸入空気量面Q3上の点mにあるときに要求吸入空気量がQ5に増大せしめられた場合の具体的な制御の方法について説明する。なお、相対位置センサ22が故障していることから、実際の動作点がm点にある場合には、動作点mに対応する吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を検出することはできるが、動作点mに対応する機械圧縮比を検出することはできない。 A specific control method when the required intake air amount is increased to Q 5 when the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are at the point m on the same intake air amount surface Q 3 will be described. Since the relative position sensor 22 is out of order, when the actual operating point is at point m, it is possible to detect the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point m. Although it is possible, the mechanical compression ratio corresponding to the operating point m cannot be detected.

動作点がm点にあるときに要求吸入空気量がQ5に増大せしめられた場合、図42および図43に示されるように、まず吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく、機械圧縮比のみが減少せしめられる。すなわち、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を示す動作点はm点から図43に示される同一吸入空気量面Q3上で垂直方向下方に移動せしめられる。 When the required intake air amount is increased to Q 5 when the operating point is at the point m, first, the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 are changed as shown in FIGS. Only the mechanical compression ratio is reduced. That is, the operating point indicating the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 is moved vertically downward from the point m on the same intake air amount surface Q 3 shown in FIG.

このように機械圧縮比のみを減少させると、機械圧縮比はやがて機構上それ以上圧縮比を減少させることができない最小限界機械圧縮比に到達し、よって現在の動作点は図42および図43に示されたi1点に到達する。最小限界機械圧縮比に到達すると、駆動モータ59がそれ以上回転することができなくなることから、駆動モータ59の負荷が増大し、これにより機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に到達したことを把握することができる。 If only the mechanical compression ratio is reduced in this way, the mechanical compression ratio eventually reaches the minimum limit mechanical compression ratio at which the compression ratio cannot be further reduced by the mechanism, and the current operating point is shown in FIGS. The indicated i 1 point is reached. When the minimum limit mechanical compression ratio is reached, the drive motor 59 can no longer rotate, and therefore the load on the drive motor 59 increases, thereby grasping that the mechanical compression ratio has reached the minimum limit mechanical compression ratio. can do.

現在の動作点がi1点に到達すると、機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に維持されたまま、吸気弁閉弁時期が動作点hに対応する吸気弁閉弁時期に向かって進角せしめられ、同時に、スロットル弁17の開度が動作点hに対応するスロットル弁17の開度に向かって増大せしめられる。図42および図43に示した例では、吸気弁閉弁時期が動作点hに対応する吸気弁閉弁時期に到達するよりも先にスロットル弁17の開度が動作点hに対応するスロットル弁17の開度、すなわち全開に到達し、このときの動作点はi2点となる。特に、図42および図43に示した例では、動作点i2は図44に示したQ4とQ5の間の同一吸入空気量面上に位置している。また、この動作点i2における機械圧縮比は最小限界機械圧縮比となっている。 When the current operating point reaches i 1 , the intake valve closing timing is advanced toward the intake valve closing timing corresponding to the operating point h while the mechanical compression ratio is maintained at the minimum limit mechanical compression ratio. At the same time, the opening degree of the throttle valve 17 is increased toward the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point h. 42 and 43, the throttle valve whose opening degree of the throttle valve 17 corresponds to the operating point h before the intake valve closing timing reaches the intake valve closing timing corresponding to the operating point h. The opening reaches 17, that is, fully opened, and the operating point at this time is i 2 . In particular, in the example shown in FIGS. 42 and 43, the operating point i 2 is located on the same intake air amount surface between Q 4 and Q 5 shown in FIG. The mechanical compression ratio at the operating point i 2 is the minimum limit mechanical compression ratio.

スロットル弁17の開度が動作点hに対応するスロットル弁17の開度に到達した後も、引き続き機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に維持されたまま、吸気弁閉弁時期が動作点hに対応する吸気弁閉弁時期に向かって進角せしめられる。このとき、動作点はスロットル全開面Q6上を移動することになる。吸気弁閉弁時期が進角せしめられると、吸気弁閉弁時期はやがて動作点hに対応する吸気弁閉弁時期に到達し、このときの動作点は図45に示される同一吸入空気量面Q5上の点i3となる。なお、この動作点i3における機械圧縮比も最小限界機械圧縮比となっている。 Even after the opening degree of the throttle valve 17 reaches the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point h, the intake valve closing timing remains at the operating point h while the mechanical compression ratio is maintained at the minimum limit mechanical compression ratio. Is advanced toward the intake valve closing timing corresponding to. At this time, the operating point moves on the throttle fully open surface Q 6 . When the intake valve closing timing is advanced, the intake valve closing timing eventually reaches the intake valve closing timing corresponding to the operating point h, and the operating point at this time is the same intake air amount surface shown in FIG. This is the point i 3 on Q 5 . The mechanical compression ratio at the operating point i 3 is also the minimum limit mechanical compression ratio.

このように吸気弁閉弁時期が動作点hに対応する吸気弁閉弁時期に到達し、スロットル弁17の開度が動作点hに対応するスロットル弁17の開度に到達すると、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく、機械圧縮比のみが増大せしめられる。すなわち、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を示す動作点はi3点から図45に示される同一吸入空気量面Q5上で垂直方向上方に移動せしめられる。 Thus, when the intake valve closing timing reaches the intake valve closing timing corresponding to the operating point h, and the opening degree of the throttle valve 17 reaches the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point h, the intake valve closing timing is reached. Only the mechanical compression ratio is increased without changing the valve timing and the opening degree of the throttle valve 17. That is, the operating point indicating the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 is moved upward in the vertical direction from the i 3 point on the same intake air amount surface Q 5 shown in FIG.

このように機械圧縮比のみを増大させると現在の動作点はやがて高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上の点に到達し、トルクセンサ43によって微少量のトルク変動が検出されるようになり、最終的に到達目標線W’上の動作点hに到達することになる。 As described above, when only the mechanical compression ratio is increased, the current operating point eventually reaches a point on the boundary surface of the high load side intrusion prohibited region X 1 so that a small amount of torque fluctuation is detected by the torque sensor 43. Finally, the operating point h on the reaching target line W ′ is reached.

なお、上述した例では、まず、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく機械圧縮比を最小限界機械圧縮比まで減少させているが、機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に到達する前に動作点が低負荷側侵入禁止領域X2の境界面に到達する場合がある。このような場合には、動作点が低負荷側侵入禁止領域X2の境界面に到達したときを、機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に到達したものとしてその後の制御が行われる。 In the above-described example, the mechanical compression ratio is first reduced to the minimum limit mechanical compression ratio without changing the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17, but the mechanical compression ratio is the minimum limit mechanical compression. in some cases the operating point before reaching the ratio reaches the boundary of the low-load side forbidden entry area X 2. In such a case, the operating point when it reaches the boundary of the low-load side forbidden entry area X 2, the mechanical compression ratio is subsequent control is carried out as it reaches the minimum limit mechanical compression ratio.

また、上述した例では、動作点をm点からi1点に変更する際には、最初に吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度を変更させることなく機械圧縮比のみを減少させている。しかしながら、機械圧縮比のみを減少させると、要求吸入空気量がQ5に増大しているにも関わらず、すなわち加速要求があるにも関わらず、出力トルクが減少してしまうことになる。そこで、要求吸入空気量が増大せしめられた直後は、機械圧縮比の減少に加えてスロットル弁17の開度を大きくするようにしてもよい。これにより加速要求に伴って出力トルクを増大させることができ、よって加速感を出すことができる。ただし、このときスロットル弁17の開度を急激に大きくすると、後述するように動作点が高負荷側侵入禁止領域X1に侵入してしまう場合があることから、スロットル弁17の開度の増大は緩やかに行われる。 In the above example, when the operating point is changed from the point m to the point i 1 , only the mechanical compression ratio is reduced without changing the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 first. Yes. However, if only the mechanical compression ratio is decreased, the output torque will be decreased although the required intake air amount is increased to Q 5 , that is, there is an acceleration request. Therefore, immediately after the required intake air amount is increased, the opening of the throttle valve 17 may be increased in addition to the decrease in the mechanical compression ratio. As a result, the output torque can be increased in accordance with the acceleration request, and thus a sense of acceleration can be obtained. However, if the opening degree of the throttle valve 17 is suddenly increased at this time, the operating point may enter the high load side entry prohibition region X 1 as will be described later. Is moderate.

さらに、上述したように本発明による実施形態では予め定められた時間毎に要求吸入空気量が算出されており、図42から図45は、或る時刻に要求吸入空気量が増大せしめられ、このときに算出された要求吸入空気量がQ5であり、その後、検出される要求吸入空気量がQ5に維持されている場合を示している。しかしながら、要求吸入空気量が徐々に変化する場合も同様な制御が行われる。 Furthermore, as described above, in the embodiment according to the present invention, the required intake air amount is calculated every predetermined time. FIGS. 42 to 45 show that the required intake air amount is increased at a certain time. This shows a case where the required intake air amount calculated at times is Q 5 and the detected intake air amount detected thereafter is maintained at Q 5 . However, similar control is performed when the required intake air amount gradually changes.

図46から図49を参照して、図42から図45に示される制御を行うことによる利点について説明する。図46から図49は、図42から図45に示される制御を行わなかった場合に、動作点が点mにあるときに要求吸入空気量がQ3からQ4に増大せしめられた場合を示している。特に、図46から図49に示した例では、要求吸入空気量がQ4に増大せしめられたときに、この要求吸入空気量Q4を満たす到達目標線W’上の動作点hに向かって吸気弁閉弁時期が最大速度で進角せしめられ、スロットル弁17の開度が最大速度で大きくせしめられた場合を示している。このとき、機械圧縮比は、トルクセンサ43によって検出されるトルク変動が上記基準トルク変動以上となった場合に減少せしめられるように制御されている。なお、図47は吸入空気量がQ3の同一吸入空気量面を示しており、図48は吸入空気量がQ3とQ4の間の同一吸入空気量面、図49は吸入空気量がQ4の同一吸入空気量面を示している。 The advantages of performing the control shown in FIGS. 42 to 45 will be described with reference to FIGS. 46 to 49. FIG. FIGS. 46 to 49 show cases where the required intake air amount is increased from Q 3 to Q 4 when the operating point is at the point m when the control shown in FIGS. 42 to 45 is not performed. ing. In particular, in the example shown in FIG. 49 from FIG. 46, when the required intake air amount has been made to increase the Q 4, toward the operating point h on reaching target line W 'satisfying the required intake air quantity Q 4 The case where the intake valve closing timing is advanced at the maximum speed and the opening degree of the throttle valve 17 is increased at the maximum speed is shown. At this time, the mechanical compression ratio is controlled so as to be decreased when the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 becomes equal to or greater than the reference torque fluctuation. Note that FIG. 47 is the intake air amount indicates the same intake air amount plane of Q 3, Figure 48 is identical intake air amount plane between the intake air amount of Q 3 and Q 4, Figure 49 is the intake air amount It shows the same intake air amount plane of Q 4.

このように、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点がm点にあるときに動作点hに向かって吸気弁閉弁時期を最大速度で進角させ、スロットル弁17の開度を最大速度で大きくすると、一定期間経過後には、図48に示されるように、動作点は吸気弁閉弁時期がm点よりも早く、スロットル弁17の開度がm点よりも大きい、吸入空気量がQ3とQ4の間の同一吸入空気量面上の点i1に移動する。この動作点i1は高負荷側侵入禁止領域X1に僅かに侵入して、トルク変動が上記基準トルク変動以上となるため、動作点がi1点に達した後は、機械圧縮比が最大速度で減少せしめられることになる。 In this way, when the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing is at the m point, the intake valve closing timing is advanced at the maximum speed toward the operating point h, and the opening degree of the throttle valve 17 is increased. When the maximum speed is increased, after a certain period of time, as shown in FIG. 48, the operating point is that the intake valve closing timing is earlier than the m point and the opening of the throttle valve 17 is larger than the m point. The amount moves to point i 1 on the same intake air amount surface between Q 3 and Q 4 . Since this operating point i 1 slightly enters the high load side intrusion prohibition region X 1 and the torque fluctuation exceeds the reference torque fluctuation, the mechanical compression ratio is maximum after the operating point reaches i 1. It will be reduced at speed.

現在の動作点がi1点に到達した後に、吸気弁閉弁時期を最大速度で進角させ、スロットル弁17の開度の開度を最大速度で大きくし、機械圧縮比を最大速度で減少させると、一定期間経過後には、吸気弁閉弁時期が動作点hに対応する吸気弁閉弁時期に到達し、スロットル弁17の開度が動作点hに対応するスロットル弁17の開度に到達する。このときの動作点は、図49に示される同一吸入空気量面Q4上の点i2となる。動作点i2に到達すると、その後、トルクセンサ43によって検出されるトルク変動が基準トルク変動よりも小さくなるまで機械圧縮比のみが減少せしめられる。 After the current operating point has reached the point i, the intake valve closing timing is advanced at the maximum speed, increasing the degree of opening of the throttle valve 17 at a maximum speed, reduce the mechanical compression ratio at the maximum speed Then, after a certain period of time, the intake valve closing timing reaches the intake valve closing timing corresponding to the operating point h, and the opening degree of the throttle valve 17 becomes the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point h. To reach. The operating point at this time is a point i 2 on the same intake air amount surface Q 4 shown in FIG. When the operating point i 2 is reached, then only the mechanical compression ratio is decreased until the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 becomes smaller than the reference torque fluctuation.

このように吸気弁閉弁時期、スロットル弁17の開度を最大速度で変化させると、図46、図49から分かるように、動作点が高負荷側侵入禁止領域X1内に侵入してしまうことになる。これは吸入空気量が多いほど且つ吸気弁閉弁時期が進角されるほど高負荷側侵入禁止領域X1が広くなることによるものである。したがって、動作点を変化させる前には高負荷側侵入禁止領域X1から外れている場合であっても、吸入空気量を増大させるべくスロットル弁17の開度を大きくしたり、吸気弁閉弁時期を進角させたりして動作点を変化させると、機械圧縮比の値によっては動作点が高負荷側侵入禁止領域X1に侵入してしまうことになる。 As described above, when the intake valve closing timing and the opening degree of the throttle valve 17 are changed at the maximum speed, the operating point enters the high load side intrusion prohibited region X 1 as can be seen from FIGS. It will be. This is because the higher and the intake valve closing timing more the intake air amount is advanced high load forbidden entry area X 1 becomes wider. Accordingly, even if before changing the operating point is out of the high-load side forbidden entry area X 1, or increasing the opening degree of the throttle valve 17 so as to increase the intake air amount, the intake valve is closed If the operating point is changed by advancing the timing, the operating point may enter the high load side intrusion prohibition region X 1 depending on the value of the mechanical compression ratio.

これに対して本発明による実施形態によれば、図42から図45に示されるように、要求吸入空気量が減少せしめられると、最初に、吸気弁閉弁時期を変更させることなく機械圧縮比が減少せしめられる。その後、トルクセンサ43によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で最も低い機械圧縮比に達するかまたは可変圧縮比機構の機構上それ以上機械圧縮比を低下させることのできない最小限界機械圧縮比に到達した阿智の吸気弁閉弁時期の変更が開始せしめられる。このように最初に機械圧縮比が減少せしめられると、動作点は必ず高負荷側侵入禁止領域X1から離れる方向に移動せしめられることになる。このため、動作点が高負荷側侵入禁止領域X1に侵入してしまうことを抑制することができる。 On the other hand, according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 42 to 45, when the required intake air amount is decreased, the mechanical compression ratio is first changed without changing the intake valve closing timing. Is reduced. Thereafter, the minimum mechanical compression at which the lowest mechanical compression ratio is reached within a range in which no torque fluctuation greater than the reference torque fluctuation is detected by the torque sensor 43 or the mechanical compression ratio cannot be further reduced due to the mechanism of the variable compression ratio mechanism. The change of the intake valve closing timing of Achi that has reached the ratio is started. This first mechanical compression ratio is made to decrease as would be the operating point is moved always in a direction away from the high load side forbidden entry area X 1. Therefore, it is possible to suppress the operating point invades the high load side forbidden entry area X 1.

図50から図52は相対位置センサ22が故障した場合に可変圧縮比機構A、可変バルブタイミング機構Bおよびスロットル弁17を駆動するための駆動ルーチンを示している。このルーチンは、相対位置センサ22が故障していない場合における図32に示した目標値を算出するためのルーチンと図33に示した駆動ルーチンとをまとめたものであり、予め定められた一定時間毎の割り込みによって実行される。   50 to 52 show a driving routine for driving the variable compression ratio mechanism A, the variable valve timing mechanism B, and the throttle valve 17 when the relative position sensor 22 fails. This routine is a collection of the routine for calculating the target value shown in FIG. 32 and the drive routine shown in FIG. 33 when the relative position sensor 22 is not out of order. It is executed by every interrupt.

図50を参照するとまず初めにステップ300において現在の要求吸入空気量GXnが算出される。次いで、ステップ301では現在の要求吸入空気量GXnが前回の要求吸入空気量GXn-1とほぼ同一でるか否か、すなわち要求吸入空気量に変化が無いか否かが判別され、現在の要求吸入空気量GXnが前回の要求吸入空気量GXn-1とほぼ同一である(GXn≒GXn-1)と判定された場合にはステップ302へと進む。 Current required intake air amount GX n first, at step 300 that the reference is calculated to FIG. 50. Then, the current required intake air amount GX n At step 301, whether substantially the same out the required intake air amount GX n-1 of the last, that is, determines whether there is no change in the required intake air amount, the current when the required intake air amount GX n is determined to be substantially identical to the required intake air amount GX n-1 of the previous (GX n ≒ GX n-1 ) proceeds to step 302.

ステップ302では減速フラグXdが1であるか否かが判別される。減速フラグXdは要求吸入空気量が減少せしめられてから動作点が減少後の要求吸入空気量に対応する到達目標線W’上の動作点に到達するまでの間に1とされ、それ以外の場合には0とされるフラグである。図36から図38を参照して説明すると、減速フラグXdは要求吸入空気量がQ3に減少してから現在の動作点が点fに到達するまで1とされ、点fに到達してから0にリセットされる。ステップ302において減速フラグXdが0であると判定された場合、すなわち要求吸入空気量の減少に伴う動作点の変更中ではないと判定された場合には、ステップ303へと進む。 In step 302, it is determined whether or not the deceleration flag Xd is 1. The deceleration flag Xd is set to 1 after the required intake air amount is reduced until the operating point reaches the operating point on the reaching target line W ′ corresponding to the reduced required intake air amount. In this case, the flag is set to 0. Explaining with reference to FIGS. 36 to 38, the deceleration flag Xd is set to 1 until the current operating point reaches the point f after the required intake air amount decreases to Q 3 , and after reaching the point f. Reset to zero. If it is determined in step 302 that the deceleration flag Xd is 0, that is, if it is determined that the operating point is not being changed due to a decrease in the required intake air amount, the routine proceeds to step 303.

ステップ303では加速フラグXaが1であるか否かが判別される。加速フラグXaは要求吸入空気量が増大せしめられてから動作点が増大後の要求吸入空気量に対応する到達目標線W’上の動作点に到達するまでの間に1とされ、それ以外の場合には0とされるフラグである。図42から図45を参照して説明すると、加速フラグXaは要求吸入空気量がQ5に増大してから現在の動作点がh点に到達するまで1とされ、h点に到達してから0にリセットされる。ステップ303において加速フラグXaが0であると判定された場合、すなわち要求吸入空気量の増大に伴う動作点の変更中ではないと判定された場合には、ステップ304へと進む。なお、ステップ304へと進む場合とは、要求吸入空気量に変化が無く、且つ要求吸入空気量の増減に伴う動作点の変更中でもないことから、機関運転状態が定常運転状態となっている場合を意味している。 In step 303, it is determined whether or not the acceleration flag Xa is 1. The acceleration flag Xa is set to 1 during the period from when the required intake air amount is increased to when the operating point reaches the operating point on the reaching target line W ′ corresponding to the increased required intake air amount. In this case, the flag is set to 0. With referring to Figure 45 will be described from FIG 42, the acceleration flag Xa current operating point from the required intake air amount is increased to Q 5 is 1 to reach the point h, after reaching the point h Reset to zero. If it is determined in step 303 that the acceleration flag Xa is 0, that is, if it is determined that the operating point is not being changed due to an increase in the required intake air amount, the routine proceeds to step 304. Note that the case where the routine proceeds to step 304 is a case where the engine operating state is in a steady operating state because there is no change in the required intake air amount and the operating point is not being changed as the required intake air amount increases or decreases. Means.

ステップ304では、現在の要求吸入空気量GXnを満たす到達目標線W’上の動作点に対応するスロットル弁17の開度が目標開度θ0として算出されると共に、現在のスロットル開度θと目標開度θ0との差Δθ(=θ0−θ)が算出される。次いで、ステップ305では、現在の要求吸入空気量GXnを満たす到達目標線W’上の動作点に対応する吸気弁閉弁時期が目標閉弁時期IT0として算出されると共に、現在の吸気弁閉弁時期ITと目標閉弁時期IT0との差ΔIT(=IT0−IT)が算出される。 In step 304, the opening degree of the corresponding throttle valve 17 to the operating point on the goals line W 'to meet the current demand intake air amount GX n is calculated as the target opening degree theta 0, the current throttle opening theta And the difference Δθ (= θ 0 −θ) between the target opening degree θ 0 and the target opening degree θ 0 is calculated. Next, at step 305, the intake valve closing timing corresponding to the operating point on the reaching target line W ′ that satisfies the current required intake air amount GX n is calculated as the target valve closing timing IT 0 , and the current intake valve A difference ΔIT (= IT 0 −IT) between the valve closing timing IT and the target valve closing timing IT 0 is calculated.

次いで、ステップ306では、ステップ304において算出されたΔθに基づいて図33のステップ201からステップ204に示した手法によりスロットル弁17に対する駆動電圧E3が算出されると共に、ステップ305において算出されたΔITに基づいて図33のステップ201からステップ204に示した手法により可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧E1が算出される。これら駆動電圧E1、E3にしたがって可変バルブタイミング機構Bおよびスロットル弁17が駆動される。 Next, at step 306, the drive voltage E 3 for the throttle valve 17 is calculated based on Δθ calculated at step 304 by the method shown at step 201 to step 204 in FIG. 33, and ΔIT calculated at step 305 is calculated. Based on this, the driving voltage E 1 for the variable valve timing mechanism B is calculated by the method shown in step 201 to step 204 in FIG. The variable valve timing mechanism B and the throttle valve 17 are driven according to the drive voltages E 1 and E 3 .

次いで、ステップ307ではトルクセンサ43によって検出されたトルク変動TRがほぼ0であるか否かが判定される。ステップ307において、トルク変動TRがほぼ0であると判定された場合、すなわち動作点が高負荷側侵入禁止領域X1外であって高負荷側侵入禁止領域X1の境界面から離れている場合にはステップ308へと進む。ステップ308では可変圧縮比機構Aに対する今回の駆動電圧E2(n)が前回の駆動電圧E2(n-1)に所定値ΔE2を加えた値とされ、機械圧縮比が増大せしめられる。 Next, at step 307, it is determined whether or not the torque fluctuation TR detected by the torque sensor 43 is substantially zero. In step 307, if it is determined that the torque variation TR is approximately 0, that is, when the operating point is a high load side forbidden entry area X 1 out away from the boundary of the high load side forbidden entry area X 1 Then go to step 308. In step 308, the current drive voltage E 2 (n) for the variable compression ratio mechanism A is set to a value obtained by adding a predetermined value ΔE 2 to the previous drive voltage E 2 (n−1) , and the mechanical compression ratio is increased.

一方、ステップ307において、トルク変動Trが0ではないと判定された場合には、ステップ309へと進む。ステップ309ではトルク変動TRが基準トルク変動TRs以上であるか否かが判別される。ステップ309において、トルク変動TRが基準トルク変動TRs以上であると判定された場合、すなわち動作点が高負荷側侵入禁止領域X1内に侵入している場合にはステップS310へと進む。ステップS310では可変圧縮比機構Aに対する今回の駆動電圧E2(n)が前回の駆動電圧E2(n-1)から所定値ΔE2が減算された値とされ、機械圧縮比が減少せしめられる。一方、ステップ309において、トルク変動Trが基準トルク変動TRsよりも小さいと判定された場合、すなわち動作点が高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上に位置する場合には今回の駆動電圧E2(n)は前回の駆動電圧E2(n-1)と同一のまま維持される。 On the other hand, if it is determined in step 307 that the torque fluctuation Tr is not zero, the process proceeds to step 309. In step 309, it is determined whether or not the torque fluctuation TR is greater than or equal to the reference torque fluctuation TRs. In step 309, if it is determined that the torque variation TR is the reference torque fluctuation TRs above, that is, when the operating point is invaded to the high load side forbidden entry area X 1 proceeds to step S310. In step S310, the current drive voltage E 2 (n) for the variable compression ratio mechanism A is set to a value obtained by subtracting the predetermined value ΔE 2 from the previous drive voltage E 2 (n−1) , and the mechanical compression ratio is decreased. . On the other hand, in step 309, if it is determined that the torque variation Tr is smaller than the reference torque fluctuation TRs, i.e. if the operating point is located on the high load side forbidden entry area X 1 of the boundary on the current drive voltage E 2 (n) remains the same as the previous drive voltage E 2 (n-1) .

一方、要求吸入空気量が減少した場合、ステップ301では現在の要求吸入空気量GXnが前回の要求吸入空気量GXn-1と異なると判定されてステップ313へと進む。ステップ313では現在の要求吸入空気量GXnが前回の要求吸入空気量GXn-1よりも小さいか否かが判別される。要求吸入空気量が減少した場合には現在の要求吸入空気量GXnが前回の要求吸入空気量GXn-1よりも小さいと判定されてステップ314へと進み、減速フラグXdが1とされる。 On the other hand, if the required intake air amount has decreased, it is determined in step 301 that the current required intake air amount GX n is different from the previous required intake air amount GX n−1 , and the process proceeds to step 313. Whether In step 313 the current required intake air amount GX n is smaller than the required intake air amount GX n-1 of the previous time is determined. If the required intake air amount has decreased, it is determined that the current required intake air amount GX n is smaller than the previous required intake air amount GX n−1 , and the routine proceeds to step 314 where the deceleration flag Xd is set to 1. .

次いで、ステップ315では、到達フラグXgaが0であるか否かが判別される。到達フラグXgaは要求吸入空気量が減少せしめられてから機械圧縮比のみを増大することによって動作点が高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上に到達した場合に1とされ、到達する前には0とされるフラグである。要求吸入空気量が減少した直後は到達フラグXgaが0とされており、よってステップ315では到達フラグXgaが0であると判定され、ステップ316へと進む。 Next, at step 315, it is judged if the arrival flag Xga is 0 or not. Reaching flag Xga is 1 when the operating point by increasing only the mechanical compression ratio from being made to reduce the required amount of intake air reaches the high load side forbidden entry area X 1 of the boundary surface, before reaching Is a flag set to 0. Immediately after the required intake air amount has decreased, the arrival flag Xga is set to 0. Therefore, in step 315, it is determined that the arrival flag Xga is 0, and the process proceeds to step 316.

ステップ316ではトルク変動TRが0よりも大きいか否か、すなわち動作点が高負荷側侵入禁止領域X1の境界面上に到達しているか否かが判別される。トルク変動TRが0であると判定された場合には、ステップ317へと進む。ステップS317では、ステップ308と同様に可変圧縮比機構Aに対する今回の駆動電圧E2(n)が前回の駆動電圧E2(n-1)に所定値ΔE2を加えた値とされ、機械圧縮比が増大せしめられる。これにより、図36および図37に示された例において動作点がn点からg1点へと変更せしめられる。その後、機械圧縮比の増大により動作点が高負荷側禁止領域X1の境界面上に到達すると、すなわち図36および図37に示された例において動作点がg1点に到達すると、次のルーチンではステップ316においてトルク変動TRが0よりも大きいと判定され、ステップ316からステップ318へと進む。ステップ318では到達フラグXgaが1とされる。 Whether the step 316 the torque fluctuation TR is larger than 0, i.e. whether the operating point has reached a high load side forbidden entry area X 1 of the boundary plane it is determined. If it is determined that the torque fluctuation TR is 0, the process proceeds to step 317. In step S317, as in step 308, the current drive voltage E 2 (n) for the variable compression ratio mechanism A is set to a value obtained by adding a predetermined value ΔE 2 to the previous drive voltage E 2 (n−1). The ratio is increased. Thereby, in the example shown in FIGS. 36 and 37, the operating point is changed from the n point to the g 1 point. Thereafter, when the operating point reaches the boundary surface of the high load side prohibited region X 1 due to an increase in the mechanical compression ratio, that is, when the operating point reaches the point g 1 in the examples shown in FIGS. In the routine, it is determined in step 316 that the torque fluctuation TR is larger than 0, and the process proceeds from step 316 to step 318. In step 318, the arrival flag Xga is set to 1.

到達フラグXgaが1とされると次のルーチンでは、ステップ315において到達フラグXgaが0ではないと判定され、ステップ319、320へと進む。ステップ319、320ではそれぞれステップ304、305と同様にΔθ、ΔITが算出され、ステップ321へと進む。ステップ321では、Δθ、ΔITがほぼ0であり且つトルク変動TRが0よりも大きく且つ基準トルク変動TRsよりも小さいか否か、すなわち図36から図38に示された例において動作点がf点に到達したか否かが判別される。ステップ321においてこれら要件のうちいずれか一つでも満たされないものがあった場合にはステップ322へと進む。ステップ322ではステップ319で算出されたΔθに基づいてステップ306と同様にスロットル弁17に対する駆動電圧E3が算出される。これにより、図36から図38に示された例においてスロットル弁17の開度が動作点fに対応するスロットル弁17の開度に向かって変更せしめられる。 When the arrival flag Xga is set to 1, in the next routine, it is determined in step 315 that the arrival flag Xga is not 0, and the process proceeds to steps 319 and 320. In steps 319 and 320, Δθ and ΔIT are calculated in the same manner as in steps 304 and 305, respectively, and the process proceeds to step 321. In step 321, whether Δθ and ΔIT are substantially 0 and whether the torque fluctuation TR is larger than 0 and smaller than the reference torque fluctuation TRs, that is, the operating point is f point in the example shown in FIGS. 36 to 38. It is determined whether or not it has been reached. If any of these requirements is not satisfied in step 321, the process proceeds to step 322. In step 322, the drive voltage E 3 for the throttle valve 17 is calculated based on Δθ calculated in step 319 as in step 306. Thereby, in the example shown in FIGS. 36 to 38, the opening degree of the throttle valve 17 is changed toward the opening degree of the throttle valve 17 corresponding to the operating point f.

次いで、ステップ323では、トルクセンサ43によって検出されたトルク変動TRが0であるか否かが判別され、トルク変動TRが0であると判定された場合にはステップ324へと進む。ステップ324ではステップ309と同様に可変圧縮比機構Aに対する今回の駆動電圧E2(n)が算出され、機械圧縮比が増大せしめられる。 Next, at step 323, it is determined whether or not the torque fluctuation TR detected by the torque sensor 43 is zero. If it is determined that the torque fluctuation TR is zero, the routine proceeds to step 324. In step 324, the current drive voltage E 2 (n) for the variable compression ratio mechanism A is calculated in the same manner as in step 309, and the mechanical compression ratio is increased.

一方、ステップ323において、トルク変動TRが0ではないと判定された場合にはステップ325へと進む。ステップ325ではステップ320で算出されたΔITに基づいてステップ306と同容に可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧E1が算出される。これにより、図36から図38に示された例において吸気弁閉弁時期が動作点fに対応する吸気弁閉弁時期に向かって変更せしめられる。次いで、ステップ326では、トルクセンサ43によって検出されたトルク変動TRが基準トルク変動TRs以上であるか否かが判別される。トルク変動TRが基準トルク変動TRs以上であると判定された場合にはステップ327へと進み、ステップ310と同様に可変圧縮比機構Aに対する今回の駆動電圧E2(n)が算出され、機械圧縮比が減少せしめられる。 On the other hand, if it is determined in step 323 that the torque fluctuation TR is not zero, the routine proceeds to step 325. In step 325, the drive voltage E 1 for the variable valve timing mechanism B is calculated based on ΔIT calculated in step 320 in the same manner as in step 306. Thereby, in the example shown in FIGS. 36 to 38, the intake valve closing timing is changed toward the intake valve closing timing corresponding to the operating point f. Next, at step 326, it is determined whether or not the torque fluctuation TR detected by the torque sensor 43 is equal to or greater than the reference torque fluctuation TRs. If it is determined that the torque fluctuation TR is greater than or equal to the reference torque fluctuation TRs, the routine proceeds to step 327, where the current drive voltage E 2 (n) for the variable compression ratio mechanism A is calculated as in step 310, and mechanical compression is performed. The ratio is reduced.

ステップ322からステップ327による制御を繰り返した結果、動作点が要求吸入空気量に対応する到達目標線W’上の動作点に到達すると、すなわち図36から図38に示された例において現在の動作点が動作点fに到達すると、次のルーチンにおいてステップ321でΔθ、ΔITがほぼ0であって且つトルク変動TRが0よりも大きく且つ基準トルク変動TRsよりも小さいと判定され、ステップ328へと進む。ステップ328では、到達フラグXga、減速フラグXdが0にリセットされる。   As a result of repeating the control from step 322 to step 327, when the operating point reaches the operating point on the reaching target line W ′ corresponding to the required intake air amount, that is, the current operation in the example shown in FIGS. When the point reaches the operating point f, in the next routine, it is determined in step 321 that Δθ and ΔIT are substantially 0 and the torque fluctuation TR is larger than 0 and smaller than the reference torque fluctuation TRs. move on. In step 328, the arrival flag Xga and the deceleration flag Xd are reset to zero.

逆に、要求吸入空気量が増大した場合、ステップ313において現在の要求吸入空気量GXnが前回の要求吸入空気量GXn-1よりも大きいと判定されてステップ330へと進む。ステップ330では、加速フラグXaが1とされる。 Conversely, if the required intake air amount has increased, it is determined in step 313 that the current required intake air amount GX n is greater than the previous required intake air amount GX n−1 and the routine proceeds to step 330. In step 330, the acceleration flag Xa is set to 1.

次いで、ステップ331では、到達フラグXgbが0であるか否かが判別される。到達フラグXgbは要求吸入空気量が減少せしめられてから機械圧縮比のみを減少させることによって、動作点が低負荷側侵入禁止領域X2の境界面上に到達した場合または機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に到達した場合に1とされ、到達する前には0とされるフラグである。要求吸入空気量が増大した直後は到達フラグXgbが0とされており、よってステップ331では到達フラグXgbが0であると判定され、ステップ332へと進む。 Next, at step 331, it is judged if the arrival flag Xgb is zero. By reaching flag Xgb is to reduce only the mechanical compression ratio from being made to reduce the required amount of intake air, when the operating point has reached the low load side forbidden entry area X 2 of the boundary plane or the mechanical compression ratio is the minimum limit This flag is set to 1 when the mechanical compression ratio is reached, and is set to 0 before reaching the mechanical compression ratio. Immediately after the required intake air amount increases, the arrival flag Xgb is set to 0. Therefore, it is determined in step 331 that the arrival flag Xgb is 0, and the process proceeds to step 332.

ステップ332ではトルクセンサ43によって検出されたトルク変動TRが0よりも大きいか否か、すなわち動作点が低負荷側禁止領域X2の境界面上に到達しているか否かが判別され、ステップ333では機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に到達しているか否かが判別される。ステップ332でトルク変動TRが0であると判定され且つステップ333で機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に到達していないと判定された場合にはステップ334へと進む。ステップ334ではステップ310と同様に可変圧縮比機構Aに対する今回の駆動電圧E2(n)が前回の駆動電圧E2(n-1)から所定値ΔE2を減算した値とされ、機械圧縮比が減少せしめられる。これにより、図42および図43に示された例において動作点がm点からi1点へと変更せしめられる。その後、機械圧縮比の増大により動作点が低負荷側禁止領域X2の境界面上に到達するか或いは機械圧縮比が最小限界機械圧縮比に到達するとステップ332またはステップ333からステップ335へと進む。ステップ345では到達フラグXgbが1とされる。 In step 332, it is determined whether or not the torque fluctuation TR detected by the torque sensor 43 is larger than 0, that is, whether or not the operating point has reached the boundary surface of the low load side prohibited region X 2. Then, it is determined whether or not the mechanical compression ratio has reached the minimum limit mechanical compression ratio. If it is determined in step 332 that the torque fluctuation TR is 0 and it is determined in step 333 that the mechanical compression ratio has not reached the minimum limit mechanical compression ratio, the routine proceeds to step 334. In step 334, as in step 310, the current drive voltage E 2 (n) for the variable compression ratio mechanism A is set to a value obtained by subtracting a predetermined value ΔE 2 from the previous drive voltage E 2 (n-1). Is reduced. Thereby, in the example shown in FIGS. 42 and 43, the operating point is changed from m point to i 1 point. Thereafter, when the operating point reaches the boundary surface of the low load side prohibited region X 2 due to the increase of the mechanical compression ratio or the mechanical compression ratio reaches the minimum limit mechanical compression ratio, the process proceeds from step 332 or step 333 to step 335. . In step 345, the arrival flag Xgb is set to 1.

到達フラグXgbが1とされると次のルーチンでは、ステップ331において到達フラグXgbが0ではないと判定され、ステップ336、337へと進む。ステップ336、337ではそれぞれステップ304、305と同様にΔθ、ΔITが算出され、ステップ338へと進む。ステップ338では、Δθ、ΔITがほぼ0であるか否か、すなわち図42から図45に示された例において動作点がi3点に到達したか否かが判別される。ステップ338においてΔθ、ΔITの少なくとも一方が0ではないと判定された場合にはステップ339へと進む。ステップ339では、ステップ336で算出されたΔθおよびステップ337で算出されたΔITに基づいてステップ306と同様にスロットル弁17に対する駆動電圧E3、可変バルブタイミング機構Bに対する駆動電圧E1が算出される。これにより、図36から図38に示された例において動作点がi3点に向かって変更せしめられる。 When the arrival flag Xgb is set to 1, in the next routine, it is determined in step 331 that the arrival flag Xgb is not 0, and the process proceeds to steps 336 and 337. In steps 336 and 337, Δθ and ΔIT are calculated in the same manner as in steps 304 and 305, respectively, and the process proceeds to step 338. In step 338, it is determined whether or not Δθ and ΔIT are substantially 0, that is, whether or not the operating point has reached point i 3 in the examples shown in FIGS. If it is determined in step 338 that at least one of Δθ and ΔIT is not 0, the process proceeds to step 339. In step 339, the drive voltage E 3 for the throttle valve 17 and the drive voltage E 1 for the variable valve timing mechanism B are calculated based on Δθ calculated in step 336 and ΔIT calculated in step 337 as in step 306. . As a result, the operating point is changed toward the point i 3 in the example shown in FIGS.

その後、図36から図38に示された例において動作点がi3点に到達すると、次のルーチンではステップ338においてΔθ、ΔITがほぼ0であると判定され、ステップ340へと進む。ステップ340では、トルクセンサ43によって検出されたトルク変動TRが0であるか否かが判別され、トルク変動TRが0であると判定された場合にはステップ341においてステップ308と同様に可変圧縮比機構Aに対する今回の駆動電圧E2(n)が算出され、機械圧縮比が増大せしめられる。その結果、動作点が高負荷側禁止領域X1の境界面上に到達すると、次のルーチンではステップ340においてトルク変動TRが0ではないと判定されて、ステップ342へと進む。ステップ342では、到達フラグXgbおよび加速フラグXaが0にリセットされる。 Thereafter, when the operating point reaches the point i 3 in the example shown in FIGS. 36 to 38, it is determined in the next routine that Δθ and ΔIT are substantially 0 in step 338, and the process proceeds to step 340. In step 340, it is determined whether or not the torque fluctuation TR detected by the torque sensor 43 is 0. If it is determined that the torque fluctuation TR is 0, the variable compression ratio is determined in step 341 as in step 308. The current drive voltage E 2 (n) for the mechanism A is calculated, and the mechanical compression ratio is increased. As a result, the operating point reaches the high load side prohibition region X 1 of the boundary plane, the following routine is determined that there is not zero torque variation TR in step 340, the process proceeds to step 342. In step 342, the arrival flag Xgb and the acceleration flag Xa are reset to zero.

次に、相対位置センサ22の故障診断の仕方について説明する。図10から図31を用いて説明したように、相対位置センサ22が故障していない場合には、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点が侵入禁止領域X1、X2には侵入することのないように、機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度が制御される。したがって、相対位置センサ22が故障していない場合には、トルクセンサ43によって検出されるトルク変動は常にほぼ0であるか或いは基準トルク変動よりも小さい。 Next, a method for diagnosing a failure of the relative position sensor 22 will be described. As described with reference to FIGS. 10 to 31, when the relative position sensor 22 has not failed, the operating points indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing are in the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 . The mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 are controlled so as not to enter. Therefore, when the relative position sensor 22 is not out of order, the torque fluctuation detected by the torque sensor 43 is always almost zero or smaller than the reference torque fluctuation.

ところが、相対位置センサ22が故障すると、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を示す動作点を正確に把握できないことから動作点が侵入禁止領域X1、X2に侵入する事態が発生する。この場合、トルクセンサ43によって上記基準トルク変動以上のトルク変動が検出される。そこで、本実施形態では、図10から図31に示された機械圧縮比、吸気弁閉弁時期およびスロットル弁17の開度の制御を行っているときに、トルクセンサ43によって上記基準トルク変動以上のトルク変動が検出されたときに、相対位置センサ22が故障していると判定し、図36から図38および図42から図45に示された制御を行うこととしている。 However, when the relative position sensor 22 breaks down, the operating point indicating the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing cannot be accurately grasped, so that the operating point enters the intrusion prohibited areas X 1 and X 2 . In this case, the torque variation greater than the reference torque variation is detected by the torque sensor 43. Therefore, in the present embodiment, when the mechanical compression ratio, the intake valve closing timing, and the opening degree of the throttle valve 17 shown in FIGS. When the torque fluctuation is detected, it is determined that the relative position sensor 22 is out of order, and the control shown in FIGS. 36 to 38 and FIGS. 42 to 45 is performed.

ところで、上記実施形態では、吸気弁閉弁時期を検出するバルブタイミングセンサ23によって検出された現在の吸気弁閉弁時期が、図32に示されるルーチンによって算出された目標値になるように可変バルブタイミング機構Bがフィードバック制御される。したがって、バルブタイミングセンサ23が故障して現在の吸気弁閉弁時期を検出することができなくなると、可変バルブタイミング機構Bを適切に制御することができなくなってしまう。このため、バルブタイミングセンサ23が故障した場合にも動作点が高負荷側侵入禁止領域X1や低負荷側侵入禁止領域X2に侵入してしまい、ノッキングの発生や燃焼の悪化を招いてしま場合がある。 Incidentally, in the above embodiment, the variable valve is set so that the current intake valve closing timing detected by the valve timing sensor 23 for detecting the intake valve closing timing becomes the target value calculated by the routine shown in FIG. The timing mechanism B is feedback controlled. Therefore, if the valve timing sensor 23 fails and the current intake valve closing timing cannot be detected, the variable valve timing mechanism B cannot be properly controlled. For this reason, even when the valve timing sensor 23 fails, the operating point enters the high load side intrusion prohibition region X 1 and the low load side intrusion prohibition region X 2 , causing knocking and deterioration of combustion. There is a case.

そこで、本発明による実施形態では、内燃機関の吸気系統をスロットル弁、吸気管、吸気弁等の要素に分けてそれぞれの要素毎にモデル化して数式で表すことにより、吸気弁閉弁時期を計算によって求める閉弁時期推定モデルを用いて吸気弁閉弁時期を算出し、バルブタイミングセンサ23が故障したときにはこの閉弁時期推定モデルによって算出された吸気弁閉弁時期に基づいて可変バルブタイミング機構Bをフィードバック制御することとしている。以下では、閉弁時期推定モデルM10について説明する。   Accordingly, in the embodiment according to the present invention, the intake valve closing timing is calculated by dividing the intake system of the internal combustion engine into elements such as a throttle valve, an intake pipe, an intake valve and the like, modeling each element, and expressing it by a mathematical expression. The intake valve closing timing is calculated using the valve closing timing estimation model obtained by the above equation. When the valve timing sensor 23 fails, the variable valve timing mechanism B is calculated based on the intake valve closing timing calculated by the valve closing timing estimation model. Is going to be feedback controlled. Hereinafter, the valve closing timing estimation model M10 will be described.

閉弁時期推定モデルM10は、図53に示したように、スロットルモデルM11、吸気管モデルM12、吸気弁モデルM13を備える。
スロットルモデルM11には、スロットル開度センサ24によって検出されたスロットル弁19の開度(スロットル弁開度)θtと、吸気温度センサ44によって検出された内燃機関周囲の大気温度(または、吸気管16に吸入される空気の温度)Taと、大気圧センサ45によって検出された内燃機関周囲の大気圧(または、吸気管16に吸入される空気の圧力)Paと、エアフロメータ18によって検出されたエアフロメータ18を通過する空気流量(なお、エアフロメータ18を通過する空気流量はスロットル弁17を通過する空気流量と近似できるため、以下では「スロットル弁通過空気流量」という)mtとが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述するスロットルモデルM11のモデル式に代入することで、吸気管部分内の圧力(以下、「吸気管内圧力」という)Pmが算出される。スロットルモデルM11によって算出された吸気管内圧力Pmは吸気管モデルM12および吸気弁モデルM13へ入力される。
As shown in FIG. 53, the valve closing timing estimation model M10 includes a throttle model M11, an intake pipe model M12, and an intake valve model M13.
In the throttle model M11, the opening degree of the throttle valve 19 (throttle valve opening degree) θt detected by the throttle opening degree sensor 24 and the atmospheric temperature around the internal combustion engine detected by the intake air temperature sensor 44 (or the intake pipe 16). The temperature of the air sucked into the air) Ta, the atmospheric pressure around the internal combustion engine detected by the atmospheric pressure sensor 45 (or the pressure of the air sucked into the intake pipe 16) Pa, and the air flow detected by the air flow meter 18. The air flow rate passing through the meter 18 (note that the air flow rate passing through the air flow meter 18 can be approximated to the air flow rate passing through the throttle valve 17 and is hereinafter referred to as “the throttle valve passing air flow rate”) mt. By substituting the input parameter values into the model equation of the throttle model M11, which will be described later, the intake pipe Pressure within minutes (hereinafter, "the intake pipe pressure" referred) Pm is calculated. The intake pipe pressure Pm calculated by the throttle model M11 is input to the intake pipe model M12 and the intake valve model M13.

スロットルモデルM11のモデル式について図54を参照して説明する。スロットル弁17上流の気体の圧力を大気圧Pa、スロットル弁17上流の気体の温度を大気温度Ta、スロットル弁17の下流の気体の圧力を吸気管内圧力Pmとして、図54に示したようなスロットル弁17のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則および運動量保存則を適用し、さらに気体の状態方程式、比熱比の定義式、およびマイヤーの関係式を利用すると下記式(1)が得られる。

Figure 0005333268
The model formula of the throttle model M11 will be described with reference to FIG. A throttle as shown in FIG. 54, where the pressure of the gas upstream of the throttle valve 17 is the atmospheric pressure Pa, the temperature of the gas upstream of the throttle valve 17 is the atmospheric temperature Ta, and the pressure of the gas downstream of the throttle valve 17 is the intake pipe pressure Pm. Applying the law of conservation of mass, law of conservation of energy and law of conservation of momentum to the model of the valve 17, and further using the equation of state of gas, the definition of specific heat ratio, and the Meyer's relational expression, the following formula (1) is obtained. It is done.
Figure 0005333268

ここで、式(1)におけるμtはスロットル弁における流量係数で、スロットル弁開度θtの関数であり、よって図55に示したようなマップから定まる。また、Atはスロットル弁の開口断面積を示し、スロットル弁開度θtの関数であり、図56に示したようなマップから定まる。なお、これら流量係数μtおよび開口断面積Atをまとめたμt・Atをスロットル弁開度θtから一つのマップで求まるようにしてもよい。また、Rは気体定数に関する定数であり、実際には気体定数を1mol当たりの気体(空気)の質量Mmolで除算した値である。   Here, μt in the equation (1) is a flow coefficient in the throttle valve, which is a function of the throttle valve opening θt, and is thus determined from a map as shown in FIG. In addition, At indicates the opening cross-sectional area of the throttle valve, which is a function of the throttle valve opening θt, and is determined from a map as shown in FIG. Note that μt · At obtained by collecting the flow coefficient μt and the opening cross-sectional area At may be obtained from one throttle map from the throttle valve opening θt. R is a constant related to the gas constant, and is actually a value obtained by dividing the gas constant by the mass Mmol of gas (air) per mol.

また、Φ(Pm/Pa)は下記式(2)に示した関数であり、この式(2)におけるκは比熱比(一定値とする)である。この関数Φ(Pm/Pa)は図56に示したようなグラフに表すことができるので、このようなグラフをマップとしてECU30のROM32に保存し、実際には式(2)を用いて計算するのではなくマップからΦ(Pm/Pa)の値を求めるようにしてもよい。

Figure 0005333268
Φ (Pm / Pa) is a function shown in the following formula (2), and κ in the formula (2) is a specific heat ratio (a constant value). Since this function Φ (Pm / Pa) can be expressed in a graph as shown in FIG. 56, such a graph is stored as a map in the ROM 32 of the ECU 30 and is actually calculated using the equation (2). Alternatively, the value of Φ (Pm / Pa) may be obtained from the map.
Figure 0005333268

そして、このようにして算出された式(1)を変形することにより、下記スロットルモデルのモデル式(3)が求められる。スロットルモデルM11では、この式(3)に、スロットル弁開度θtから求められるスロットル弁における流量係数μtおよびスロットル弁の開口断面積Atと、大気温度Taと、大気圧Paと、スロットル弁通過空気流量mtとを入力することにより、吸気管内圧力Pmが算出される。

Figure 0005333268
Then, the following equation (3) of the throttle model is obtained by modifying the equation (1) calculated in this way. In the throttle model M11, the equation (3) includes the flow coefficient μt in the throttle valve obtained from the throttle valve opening θt, the opening cross-sectional area At of the throttle valve, the atmospheric temperature Ta, the atmospheric pressure Pa, and the air passing through the throttle valve. By inputting the flow rate mt, the intake pipe pressure Pm is calculated.
Figure 0005333268

吸気管モデルM12には、エアフロメータ18によって検出されたスロットル弁通過空気流量mtと、スロットルモデルM11によって算出された吸気管内圧力Pmと、吸気温度センサ44によって検出された内燃機関周囲の大気温度Taとが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気管モデルM12のモデル式に代入することで、単位時間当たりに燃焼室5内に流入する空気の流量(以下、「筒内吸入空気流量mc」という)と吸気管部分23内の空気の温度(以下、「吸気管内温度Tm」と称す)とを乗算した値mc・Tmが算出される。吸気管モデルM12によって算出された値mc・Tmは吸気弁モデルM30へ入力される。   The intake pipe model M12 includes a throttle valve passage air flow rate mt detected by the air flow meter 18, an intake pipe pressure Pm calculated by the throttle model M11, and an ambient temperature Ta around the internal combustion engine detected by the intake temperature sensor 44. Are substituted into the model equation of the intake pipe model M12, which will be described later, and the flow rate of air flowing into the combustion chamber 5 per unit time (hereinafter referred to as “in-cylinder intake”). The value mc · Tm obtained by multiplying the air flow rate mc ”) and the temperature of the air in the intake pipe portion 23 (hereinafter referred to as“ intake pipe temperature Tm ”) is calculated. The value mc · Tm calculated by the intake pipe model M12 is input to the intake valve model M30.

吸気管モデルM12のモデル式について図58を参照して説明する。吸気管部分の総気体量(総空気量)をMとすると、吸気管部分の気体のエネルギM・Cv・Tmの時間的変化量は、吸気管部分に流入する気体のエネルギと吸気管部分から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分に流入する気体の温度を大気温度Ta、吸気管部分から流出する気体の温度を吸気管内温度Tmとすると、エネルギ保存則により下記式(4)が得られ、この式(4)および上記気体の状態方程式(Pm・Vm=M・R・Tm)より、式(5)が得られる。なお、式(5)におけるVmはスロットル弁17から吸気弁7までの吸気枝管11、サージタンク12、吸気ダクト14等の部分(吸気管部分)の容積に等しい定数である。

Figure 0005333268
Figure 0005333268
The model formula of the intake pipe model M12 will be described with reference to FIG. Assuming that the total amount of gas in the intake pipe portion (total air amount) is M, the amount of time change of the gas energy M, Cv, and Tm in the intake pipe portion is determined from the energy of the gas flowing into the intake pipe portion and the intake pipe portion. It is equal to the difference from the energy of the gas that flows out. For this reason, if the temperature of the gas flowing into the intake pipe portion is the atmospheric temperature Ta and the temperature of the gas flowing out from the intake pipe portion is the intake pipe temperature Tm, the following equation (4) is obtained from the energy conservation law. From (4) and the gas equation of state (Pm · Vm = M · R · Tm), Equation (5) is obtained. In Equation (5), Vm is a constant equal to the volume of the intake branch pipe 11, the surge tank 12, the intake duct 14 and the like (intake pipe part) from the throttle valve 17 to the intake valve 7.
Figure 0005333268
Figure 0005333268

そして、このようにして算出された式(5)を変形することにより、吸気管モデルM12のモデル式(6)が求められる。吸気管モデルM12では、このモデル式(6)に、スロットル弁通過空気量mtと、吸気管内圧力Pmと、大気温度Taとを入力することにより、筒内吸入空気流量mcと吸気管内温度Tmとを乗算した値mc・Tmが算出される。

Figure 0005333268
Then, the equation (6) of the intake pipe model M12 is obtained by modifying the equation (5) calculated in this way. In the intake pipe model M12, the cylinder intake air flow rate mc and the intake pipe internal temperature Tm are obtained by inputting the throttle valve passing air amount mt, the intake pipe internal pressure Pm, and the atmospheric temperature Ta into the model equation (6). Is multiplied by mc · Tm.
Figure 0005333268

吸気弁モデルM13には、スロットルモデルM11によって算出された吸気管内圧力Pmと、吸気管モデルM12によって算出された値mc・Tmと、大気温度Taが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気弁モデルM13のモデル式に代入することで、吸気弁閉弁時期IVCが算出される。   The intake valve model M13 receives the intake pipe pressure Pm calculated by the throttle model M11, the value mc · Tm calculated by the intake pipe model M12, and the atmospheric temperature Ta, and the values of these input parameters are input. The intake valve closing timing IVC is calculated by substituting it into a model formula of an intake valve model M13 described later.

吸気弁モデルM13のモデル式について図59を参照して説明する。一般に、吸気弁7が閉じたときに燃焼室5内に充填されている空気の量である筒内充填空気量Mcは、吸気弁7が閉弁するとき(吸気弁閉弁時)に確定し、吸気弁7閉弁時の燃焼室5内の圧力に比例する。また、吸気弁7閉弁時の燃焼室5内の圧力は吸気弁7上流の気体の圧力、すなわち吸気管内圧力Pmと等しいとみなすことができる。したがって、筒内充填空気量Mcは、吸気管内圧力Pmに比例すると近似することができる。   The model formula of the intake valve model M13 will be described with reference to FIG. In general, the cylinder charge air amount Mc, which is the amount of air charged in the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed, is determined when the intake valve 7 is closed (when the intake valve is closed). , Proportional to the pressure in the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed. Further, the pressure in the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed can be regarded as being equal to the pressure of the gas upstream of the intake valve 7, that is, the intake pipe pressure Pm. Therefore, the cylinder charge air amount Mc can be approximated as being proportional to the intake pipe pressure Pm.

ここで、一定時間(例えば、クランク角720°分)当たりに吸気管部分から流出する全空気流量を平均化したもの、または一定時間(例えば、クランク角720°分)当たりに吸気管部分から全ての気筒の燃焼室5に吸入される空気量を上記一定時間で除算したものを筒内吸入空気流量mcとすると、筒内充填空気量Mcが吸気管内圧力Pmに比例することから、筒内吸入空気流量mcも吸気管内圧力Pmに比例すると考えられる。このことから、理論および経験則に基づいて、下記式(7)が得られる。

Figure 0005333268
Here, an average of the total air flow rate flowing out from the intake pipe portion per fixed time (for example, a crank angle of 720 °), or all from the intake pipe portion per fixed time (for example, a crank angle of 720 °) If the cylinder intake air flow rate mc is obtained by dividing the amount of air sucked into the combustion chamber 5 of the cylinder by the predetermined time into the cylinder intake air flow rate mc, the cylinder intake air amount Mc is proportional to the intake pipe pressure Pm. It is considered that the air flow rate mc is also proportional to the intake pipe pressure Pm. From this, the following formula (7) is obtained based on the theory and empirical rules.
Figure 0005333268

なお、実際の運転では過渡運転時に吸気管内温度Tmが大きく変化する場合があるため、これに対する補正として理論および経験則に基づいて導かれたTa/Tmが乗算されている。また、式(7)におけるaは比例係数であり、bは燃焼室5内に残存していた既燃ガスを表す適合値(排気弁8閉弁時に燃焼室5内に残る既燃ガス量を後述する時間ΔT180°で除算したものと考えられる)である。   In actual operation, the intake pipe temperature Tm may change greatly during transient operation. Therefore, Ta / Tm derived based on theory and empirical rule is multiplied as a correction for this. Further, a in equation (7) is a proportional coefficient, and b is a conforming value representing the burnt gas remaining in the combustion chamber 5 (the amount of burnt gas remaining in the combustion chamber 5 when the exhaust valve 8 is closed). This is considered to be divided by a time ΔT180 ° described later).

ここでa、bは吸気弁閉弁時期IVCから定まる値である。したがって、上記式(7)は、関数fcを用いて下記式(8)のように表すことができる。関数fcは理論および経験則に基づいて導かれるものであり、例えば吸気弁閉弁時期IVCに対して図60に示したように変化する。

Figure 0005333268
Here, a and b are values determined from the intake valve closing timing IVC. Therefore, the equation (7) can be expressed as Equation (8) using the function f c. The function f c is derived based on theory and empirical rules, and changes as shown in FIG. 60 with respect to the intake valve closing timing IVC, for example.
Figure 0005333268

そして、このようにして算出された式(8)を変形することにより、吸気弁モデルM13のモデル式(9)が求められる。吸気弁モデルM13では、このモデル式(9)に、吸気管内圧力Pmと、筒内吸入空気流量mcと吸気管内温度Tmとを乗算した値mc・Tmと、大気温度Taとを入力することにより、吸気弁閉弁時期IVCが算出される。

Figure 0005333268
Then, the equation (8) of the intake valve model M13 is obtained by modifying the equation (8) calculated in this way. In the intake valve model M13, a value mc · Tm obtained by multiplying the intake pipe pressure Pm, the in-cylinder intake air flow rate mc, and the intake pipe temperature Tm, and the atmospheric temperature Ta are input to the model equation (9). Then, the intake valve closing timing IVC is calculated.
Figure 0005333268

このように、本発明による実施形態では、バルブタイミングセンサ23が故障した場合であっても、閉弁時期推定モデルM10を用いて吸気弁閉弁時期IVCを算出することにより現在の吸気弁閉弁時期を比較的正確に把握することができ、よって可変バルブタイミング機構Bを適切にフィードバック制御することができる。   As described above, in the embodiment according to the present invention, even when the valve timing sensor 23 fails, the current intake valve closing timing is calculated by calculating the intake valve closing timing IVC using the valve closing timing estimation model M10. The timing can be grasped relatively accurately, and therefore the variable valve timing mechanism B can be appropriately feedback controlled.

なお、上記説明では、閉弁時期推定モデルM10の簡単な例について示しているが、例えばエアフロメータ18における応答遅れを補償するエアフロメータモデル等を用いてエアフロメータ18の出力値を補正したものをスロットル通過空気流量mtとしてスロットルモデルM11に入力する等、様々な変更が可能である。   In the above description, a simple example of the valve closing timing estimation model M10 is shown, but the output value of the air flow meter 18 is corrected using, for example, an air flow meter model that compensates for a response delay in the air flow meter 18. Various changes are possible, such as inputting the throttle passage air flow rate mt to the throttle model M11.

次に、バルブタイミングセンサ23の故障診断の仕方について説明する。上述したような閉弁時期推定モデルM10を用いた吸気弁閉弁時期IVCの算出は、バルブタイミングセンサ23が故障していないときでも行うことができる。そこで、本発明による実施形態では、バルブタイミングセンサ23の故障の有無に関わらず常に閉弁時期推定モデルM10を用いた吸気弁閉弁時期IVCの算出を行い、算出された閉弁時期推定モデルM10の算出値とバルブタイミングセンサ23によって検出された吸気弁閉弁時期とが所定値以上に大きく異なる場合にはバルブタイミングセンサ23が故障していると判定することとしている。   Next, how to diagnose the failure of the valve timing sensor 23 will be described. The calculation of the intake valve closing timing IVC using the valve closing timing estimation model M10 as described above can be performed even when the valve timing sensor 23 has not failed. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the intake valve closing timing IVC is always calculated using the valve closing timing estimation model M10 regardless of whether or not the valve timing sensor 23 has failed, and the calculated valve closing timing estimation model M10 is calculated. When the calculated value of the above and the intake valve closing timing detected by the valve timing sensor 23 are greatly different from each other by a predetermined value or more, it is determined that the valve timing sensor 23 has failed.

1 クランクケース
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
5 燃焼室
7 吸気弁
17 スロットル弁
18 エアフロメータ
22 相対位置センサ
23 バルブタイミングセンサ
24 スロットル開度センサ
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crankcase 2 Cylinder block 3 Cylinder head 4 Piston 5 Combustion chamber 7 Intake valve 17 Throttle valve 18 Air flow meter 22 Relative position sensor 23 Valve timing sensor 24 Throttle opening sensor A Variable compression ratio mechanism B Variable valve timing mechanism

Claims (7)

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、機械圧縮比を検出可能な機械圧縮比検出装置と、トルク変動を検出するトルク変動検出手段とを具備し、機械圧縮比検出装置によって検出される機械圧縮比が機関運転状態に応じて設定される目標機械圧縮比になるように可変圧縮比機構が制御され、吸気弁の閉弁時期が機関運転状態に応じて設定される目標閉弁時期になるように可変バルブタイミング機構が制御される、火花点火式内燃機関において、
機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が増大したときには、最初にトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で機械圧縮比を下げるようにした、火花点火式内燃機関。
A variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio, a variable valve timing mechanism that can control the closing timing of the intake valve, a mechanical compression ratio detection device that can detect the mechanical compression ratio, and a torque fluctuation that detects torque fluctuation And the variable compression ratio mechanism is controlled so that the mechanical compression ratio detected by the mechanical compression ratio detection device becomes a target mechanical compression ratio set according to the engine operating state, and the intake valve is closed. In the spark ignition internal combustion engine, in which the variable valve timing mechanism is controlled so that the timing becomes a target valve closing timing set according to the engine operating state,
When the mechanical compression ratio detection device fails, when the engine load increases, the spark compression internal combustion engine is designed so that the mechanical compression ratio is first lowered within a range in which the torque fluctuation more than the reference torque fluctuation is not detected by the torque fluctuation detecting means. organ.
機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が増大したときには、トルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で最も低い機械圧縮比に達するか又は可変圧縮比機構の機構上それ以上機械圧縮比を低下させることのできない最小限界機械圧縮比に達した後に吸気弁の閉弁時期の変更が開始せしめられる、請求項1に記載の火花点火式内燃機関。   When the mechanical compression ratio detection device fails, when the engine load increases, the torque fluctuation detecting means reaches the lowest mechanical compression ratio within a range in which no torque fluctuation more than the reference torque fluctuation is detected, or the mechanism of the variable compression ratio mechanism The spark ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein the change of the closing timing of the intake valve is started after reaching a minimum mechanical compression ratio at which the mechanical compression ratio cannot be further reduced. 機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が低下したときには、最初にトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が生じない範囲内で機械圧縮比を上げるようにした、請求項1又は2に記載の火花点火式内燃機関。   The mechanical compression ratio is increased within a range in which torque fluctuation more than the reference torque fluctuation does not occur first by the torque fluctuation detecting means when the engine load is reduced when the mechanical compression ratio detecting device fails. 2. The spark ignition internal combustion engine according to 2. 機械圧縮比検出装置が故障した場合、機関負荷が低下したときには、トルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されない範囲内で最も高い機械圧縮比に達するか又は可変圧縮比機構の機構上それ以上機械圧縮比を増大させることのできない最大限界機械圧縮比に達した後に吸気弁の閉弁時期の変更が開始せしめられる、請求項3に記載の火花点火式内燃機関。   When the mechanical compression ratio detecting device fails, when the engine load decreases, the torque fluctuation detecting means reaches the highest mechanical compression ratio within a range where no torque fluctuation exceeding the reference torque fluctuation is detected, or the mechanism of the variable compression ratio mechanism 4. The spark ignition type internal combustion engine according to claim 3, wherein the change of the closing timing of the intake valve is started after reaching a maximum limit mechanical compression ratio at which the mechanical compression ratio cannot be further increased. 内燃機関の通常運転時にはトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が生じないように機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期が制御され、内燃機関の運転中にトルク変動検出手段によって基準トルク変動以上のトルク変動が検出されたときには機械圧縮比検出装置が故障していると判定する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   During normal operation of the internal combustion engine, the mechanical compression ratio and the closing timing of the intake valve are controlled by the torque fluctuation detection means so that the torque fluctuation more than the reference torque fluctuation does not occur, and the reference torque is detected by the torque fluctuation detection means during operation of the internal combustion engine. The spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein it is determined that the mechanical compression ratio detection device is out of order when a torque fluctuation greater than the fluctuation is detected. 吸気弁の閉弁時期を検出可能な閉弁時期検出装置と、吸気通路内を流れる空気の流量を検出する吸入空気量検出装置をさらに具備し、閉弁時期検出装置によって検出される吸気弁の閉弁時期が機関運転状態に応じて設定される目標閉弁時期になるように可変バルブタイミング機構が制御され、
閉弁時期検出装置が故障した場合、吸入空気量検出装置によって検出された吸気通路内を流れる空気流量に基づいて吸気弁の閉弁時期を推定するようにした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。
A valve closing timing detecting device capable of detecting the valve closing timing of the intake valve; and an intake air amount detecting device for detecting a flow rate of the air flowing through the intake passage, the intake valve being detected by the valve closing timing detecting device. The variable valve timing mechanism is controlled so that the valve closing timing becomes a target valve closing timing set according to the engine operating state,
The valve closing timing of the intake valve is estimated based on the flow rate of air flowing through the intake passage detected by the intake air amount detection device when the valve closing timing detection device fails. 2. The spark ignition internal combustion engine according to item 1.
機械圧縮比と吸気弁閉弁時期との組合せを示す動作点に対して侵入禁止領域が設定され、上記機械圧縮比検出装置が故障していない場合には、要求吸入空気量が変化したときに現在の動作点から要求吸入空気量を満たす動作点に向けて上記侵入禁止領域内に侵入することなく一定時間後に到達可能な目標動作点を算出し、機械圧縮比および吸気弁閉弁時期を目標動作点に向けて変化させるようにした、請求項1〜6のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   When an intrusion prohibited region is set for the operating point indicating the combination of the mechanical compression ratio and the intake valve closing timing, and the mechanical compression ratio detection device is not malfunctioning, when the required intake air amount changes The target operating point that can be reached after a certain time without entering the intrusion prohibited area from the current operating point to the operating point that satisfies the required intake air amount is calculated, and the mechanical compression ratio and intake valve closing timing are targeted. The spark ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the internal combustion engine is changed toward an operating point.
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