JP5585539B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

過給機付き内燃機関において、加速または高出力要求時に吸気弁と排気弁との両方を同時に開弁状態にする、いわゆるバルブオーバーラップを行うようにしたものが公知である。これはすなわち、バルブオーバーラップを行うことによって、過給圧を利用する等して吸入空気を排気側に吹き抜かせ、燃焼室内の残留既燃ガスを掃気して燃焼性及び出力の向上を図ると共に過給タービンへ供給される排気ガス量を増加して過給効果を増加して、出力の向上を図ろうとするものである。   In an internal combustion engine with a supercharger, a so-called valve overlap is known in which both an intake valve and an exhaust valve are simultaneously opened when acceleration or a high output is required. In other words, by performing valve overlap, the intake air is blown out to the exhaust side by using supercharging pressure, etc., and the remaining burned gas in the combustion chamber is scavenged to improve the combustibility and output. The exhaust gas amount supplied to the supercharged turbine is increased to increase the supercharging effect and to improve the output.

また、掃気効果を利用した充填効率向上手法と、過給機による充填効率向上手法とを状況に応じて適切に組み合わせることにより、燃費の向上とトルク増大との両立を図る内燃機関の制御装置の提案もなされている(特許文献1)。   In addition, a control system for an internal combustion engine that achieves both improvement in fuel consumption and torque increase by appropriately combining a charging efficiency improvement method using a scavenging effect and a charging efficiency improvement method using a supercharger according to the situation. Proposals have also been made (Patent Document 1).

特開2009−103084号公報JP 2009-103084 A

ところで上記のようなバルブオーバーラップ期間を設けることで燃焼室に残留する既燃ガスいわゆる内部EGRの掃気を行う内燃機関においては、バルブオーバーラップ期間が短すぎる場合、多量の内部EGRが残留しトルクの低下をもたらしてしまう場合がある。一方で、バルブオーバーラップ期間が長すぎる場合においては、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多くなり、排気ガス中に酸素が多く含まれることになるために排気系に設けられた排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなり、また、三元触媒を用いている場合には浄化率が低下するためにエミッションの悪化が生じてしまう場合がある。   By the way, in the internal combustion engine which scavenges the burned gas so-called internal EGR remaining in the combustion chamber by providing the valve overlap period as described above, if the valve overlap period is too short, a large amount of internal EGR remains and torque May result in a decrease in. On the other hand, when the valve overlap period is too long, the amount of air blown during the valve overlap period is excessively large, and the exhaust gas contains a large amount of oxygen. The exhaust purification catalyst is likely to be deteriorated or excessively heated, and when a three-way catalyst is used, the purification rate is lowered and the emission may be deteriorated.

よって、バルブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRの掃気を行う内燃機関においては、バルブオーバーラップ期間と内部EGR量との関係を精度よく把握することが必要となる。そして、内部EGRの掃気効率および新気の充填効率の向上という観点からは、特に、内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間を精度よく把握することが重要となる。また、バルブオーバーラップ期間と内部EGR量との関係は、内燃機関を構成する部品のバラツキや経年劣化などによるバラツキにより、各内燃機関ごとに個体差があることが考えられる。   Therefore, in an internal combustion engine that scavenges internal EGR by providing a valve overlap period, it is necessary to accurately grasp the relationship between the valve overlap period and the internal EGR amount. From the viewpoint of improving the scavenging efficiency of internal EGR and the charging efficiency of fresh air, it is particularly important to accurately grasp the minimum valve overlap period in which the residual ratio of internal EGR is 0%. In addition, the relationship between the valve overlap period and the internal EGR amount may have individual differences for each internal combustion engine due to variations in parts constituting the internal combustion engine and variations due to aging.

本発明は上記のような課題に鑑み、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRの掃気を行う内燃機関の制御装置において、内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間であって上記のような各内燃機関ごとの個体差をも考慮した最小バルブオーバーラップ期間を精度良く把握することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention provides scavenging of internal EGR by providing a valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open during an engine operation state where the intake pressure is higher than the back pressure. In a control apparatus for an internal combustion engine, the minimum valve overlap period in which the residual ratio of internal EGR is 0% and accurately grasps the minimum valve overlap period in consideration of individual differences as described above. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can be used.

請求項1に記載の発明によれば、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRの掃気を行う内燃機関の制御装置において、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を行い、該複数の機関運転のそれぞれの機関運転状態における吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段と、前記吸入空気量計測手段により計測された各吸入空気量データに基づいて、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向を導き、該変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定し、該境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習するバルブオーバーラップ期間学習手段とを具備する、内燃機関の制御装置が提供される。   According to the first aspect of the present invention, the internal EGR scavenging is performed by providing a valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open during an engine operation state in which the intake pressure is higher than the back pressure. In the control device for an internal combustion engine to perform, in an engine operation state in which the intake pressure is higher than the back pressure, a plurality of engine operations with different valve overlap periods are performed, and the intake in each engine operation state of the plurality of engine operations Based on the intake air amount measuring means for measuring the air amount and each intake air amount data measured by the intake air amount measuring means, a change tendency of the intake air amount with respect to a change in the valve overlap period is derived, and the change tendency Identifies the boundary valve overlap period during which the trend shifts to a different trend, and this boundary valve overlap period is the minimum value that can make the internal EGR 0%. Comprising a valve overlap period learning means for learning a blanking overlap period, the control device of the internal combustion engine is provided.

バルブオーバーラップ期間が十分にあり、内部EGRを残留させることなく全てを掃気できるバルブオーバーラップ期間領域においては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向は、バルブオーバーラップ期間中における新気の吹き抜け量に影響を受けることになる。一方で、バルブオーバーラップ期間が不十分であり、内部EGRの一部が掃気されずに残留してしまうようなバブルオーバーラップ期間領域においては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向は、バルブオーバーラップ期間中における内部EGRの掃気量に影響を受けるとともに、掃気されずに残留する内部EGRの収縮の影響をも受けることになる。すなわち、内部EGRを残留させることなく全てを掃気できるバルブオーバーラップ期間領域と、内部EGRの一部が掃気されずに残留してしまうようなバルブオーバーラップ期間領域とにおいては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向が異なるものとなる。 In the valve overlap period region where there is sufficient valve overlap period and everything can be scavenged without leaving any internal EGR, the change in intake air volume relative to the change in valve overlap period is It will be influenced by the amount of blowout. On the other hand, in the bubble overlap period region where the valve overlap period is insufficient and a part of the internal EGR remains without being scavenged, the change tendency of the intake air amount with respect to the change of the valve overlap period Is affected by the scavenging amount of the internal EGR during the valve overlap period, and is also affected by the contraction of the internal EGR remaining without scavenging. That is, in the valve overlap period region in which all of the internal EGR can be scavenged without remaining, and in the valve overlap period region in which a part of the internal EGR remains without being scavenged, the valve overlap period The change tendency of the intake air amount with respect to the change is different.

このことに基づいて、請求項1に記載の本発明では、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定し、該境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習し、内部EGRの掃気効率および新気の充填効率の向上を図ることを可能とする。また、本発明によれば、実際に使用されている内燃機関の機関運転中に最小バルブオーバーラップ期間の学習ができ、内燃機関を構成する部品のバラツキや経年劣化などによるバラツキによって生じうる各内燃機関ごとの個体差をも考慮した最小バルブオーバーラップ期間を精度良く把握することを可能とする。   Based on this, in the present invention described in claim 1, the boundary valve overlap period in which the change tendency of the intake air amount with respect to the change in the valve overlap period shifts to a different tendency is specified, and the boundary valve overlap period Is learned as the minimum valve overlap period in which the internal EGR can be 0%, and the scavenging efficiency of the internal EGR and the charging efficiency of fresh air can be improved. In addition, according to the present invention, the minimum valve overlap period can be learned during engine operation of an internal combustion engine that is actually used, and each internal combustion engine that may be caused by variations due to variations in components constituting the internal combustion engine or aging deterioration, etc. It is possible to accurately grasp the minimum valve overlap period considering individual differences for each engine.

請求項2に記載の発明によれば、前記内燃機関は、上死点での燃焼室容積を変化させて機械圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を有し、前記吸入空気量計測手段による各吸入空気量の計測は、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態であって前記可変圧縮比機構により所定の高機械圧縮比化された低負荷側機関運転状態にて行われる、請求項1に記載の内燃機関の制御装置が提供される。   According to a second aspect of the present invention, the internal combustion engine has a variable compression ratio mechanism that changes the volume of the combustion chamber at the top dead center to make the mechanical compression ratio variable, and is based on the intake air amount measuring means. The measurement of each intake air amount is performed in an engine operation state in which an intake pressure is higher than a back pressure and in a low load side engine operation state in which a predetermined high mechanical compression ratio is obtained by the variable compression ratio mechanism. A control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 is provided.

請求項3に記載の発明によれば、前記内燃機関は、上死点での燃焼室容積を変化させて機械圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を有し、前記吸入空気量計測手段は、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を異なる2つの機械圧縮比にて行い、各機関運転状態における吸入空気量を計測し、前記バルブオーバーラップ期間学習手段は、前記吸入空気量計測手段により計測された各吸入空気量データに基づいて、バルブオーバーラップ期間が同一である場合の前記異なる2つの機械圧縮比のうちの一方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量と他方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量との差分である吸入空気量差分を各バルブオーバーラップ期間に対して算出し、バルブオーバーラップ期間の変化に対する該吸入空気量差分の変化傾向を導き、該変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定し、該境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, the internal combustion engine has a variable compression ratio mechanism that varies the mechanical compression ratio by changing the volume of the combustion chamber at the top dead center, and the intake air amount measuring means is In the engine operation state where the intake pressure is higher than the back pressure, a plurality of engine operations with different valve overlap periods are performed at two different mechanical compression ratios, and the intake air amount in each engine operation state is measured. The valve overlap period learning means is one of the two different mechanical compression ratios when the valve overlap period is the same based on each intake air quantity data measured by the intake air quantity measuring means . calculated for each valve overlap period of intake air amount difference which is the difference between the intake air amount in the engine operation at the intake air amount and the other mechanical compression ratio in the engine operation in the mechanical compression ratio Then, a change tendency of the intake air amount difference with respect to a change in the valve overlap period is derived, a boundary valve overlap period in which the change tendency shifts to a different tendency is specified, and the boundary valve overlap period is set to 0% of the internal EGR. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein learning is performed as a minimum valve overlap period that can be determined.

各請求項に記載の発明によれば、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRの掃気を行う内燃機関の制御装置において、内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間であって部品間のバラツキや経年劣化によるバラツキなどによる各内燃機関ごとの個体差をも考慮した最小バルブオーバーラップ期間を精度良く把握することを可能とする、という共通の効果を奏する。   According to the invention described in each claim, scavenging of the internal EGR is performed by providing a valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open during an engine operation state in which the intake pressure is higher than the back pressure. In a control device for an internal combustion engine to be performed, a minimum valve overlap period in which the residual rate of internal EGR is 0%, and taking into account individual differences for each internal combustion engine due to variations among components and variations due to aging There is a common effect that the overlap period can be accurately grasped.

内燃機関の全体図である。1 is an overall view of an 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. 吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際における、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the change tendency of the intake air amount with respect to the change of a valve overlap period in the case of the engine driving | running state in which intake pressure is higher than back pressure. 内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間を特定する制御の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the control which specifies the minimum valve overlap period which can make internal EGR 0%. バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向の別の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows another one Embodiment of the change tendency of the intake air amount with respect to the change of a valve overlap period. 内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間を特定する制御の別の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another embodiment of control which specifies the minimum valve overlap period which can make internal EGR 0%.

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を介して排気ターボチャージャ15のコンプレッサ15aの出口に連結され、コンプレッサ15aの入口は例えば熱線を用いた吸入空気量検出器16を介してエアクリーナ17に連結される。吸気ダクト14内にはアクチュエータ18によって駆動されるスロットル弁19が配置される。   The surge tank 12 is connected to the outlet of the compressor 15a of the exhaust turbocharger 15 via an intake duct 14, and the inlet of the compressor 15a is connected to an air cleaner 17 via an intake air amount detector 16 using, for example, heat rays. A throttle valve 19 driven by an actuator 18 is disposed in the intake duct 14.

一方、排気ポート10は排気マニホルド20を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン15bの入口に連結され、排気タービン15bの出口は排気管21を介して排気浄化触媒を内蔵した触媒コンバータ22に連結される。排気管21内には空燃比センサ23が配置される。   On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an inlet of an exhaust turbine 15b of an exhaust turbocharger 15 via an exhaust manifold 20, and an outlet of the exhaust turbine 15b is connected to a catalytic converter 22 containing an exhaust purification catalyst via an exhaust pipe 21. The An air-fuel ratio sensor 23 is disposed in the exhaust pipe 21.

一方、図1に示した実施形態では、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、また実際の圧縮作用の開始時期を変更するために吸気弁7の閉弁時期を制御可能であり且つ吸気弁7の開弁時期も個別に制御可能な吸気可変バルブタイミング機構Bが設けられており、更に排気弁9の開弁時期及び閉弁時期を個別に制御化能な排気可変バルブタイミング機構Cが設けられている。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the piston 4 is brought to the compression top dead center by changing the relative position of the crankcase 1 and the cylinder block 2 in the cylinder axis direction at the connecting portion between the crankcase 1 and the cylinder block 2. A variable compression ratio mechanism A capable of changing the volume of the combustion chamber 5 when positioned is provided, and the closing timing of the intake valve 7 can be controlled in order to change the actual start timing of the compression action, and An intake variable valve timing mechanism B capable of individually controlling the opening timing of the intake valve 7 is provided, and an exhaust variable valve timing mechanism C capable of individually controlling the opening timing and closing timing of the exhaust valve 9. Is provided.

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。吸入空気量検出器16の出力信号および空燃比センサ23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。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18、可変圧縮比機構A、吸気可変バルブタイミング機構B及び排気可変バルブタイミング機構Cに接続される。   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. The output signal of the intake air amount detector 16 and the output signal of the air-fuel ratio sensor 23 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 amount of depression 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. The 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. 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 18, the variable compression ratio mechanism A, the intake variable valve timing mechanism B, and the exhaust variable valve timing mechanism C through corresponding drive circuits 38. Connected.

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内には夫々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夫々対応する突出部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内にも夫々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 protrusions 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 protrusion 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 spaced apart from 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, on both sides of each circular cam 58, as shown in FIG. 3, an eccentric shaft 57 eccentrically arranged with respect to the rotation axis of each camshaft 54, 55 extends. 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)には夫々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。即ち、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、従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 positioned 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を夫々反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸には夫々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が夫々各カムシャフト54,55の端部に固定されている。この実施例では駆動モータ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 that mesh with the worms 61 and 62 are fixed to the ends 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吸気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、この吸気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の両側には夫々進角用油圧室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 intake 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 intake 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 air A rotating shaft 73 that rotates together with the valve drive camshaft 70 and is rotatable relative to the cylindrical housing 72, and a plurality of partition walls that extend from the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 to the outer peripheral surface of the rotating shaft 73. 74 and vanes 75 extending from the outer peripheral surface of the rotating shaft 73 to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 between the partition walls 74, and the advance hydraulic chambers 76 on both sides of each vane 75. And a retarding hydraulic chamber 77 are 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に夫々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 for controlling communication 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。従って吸気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 intake variable valve timing mechanism B can advance or retard the phase of the cam of the intake valve driving camshaft 70 by a desired amount.

図5において実線は吸気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。従って吸気弁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、従って吸気弁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 intake variable valve timing mechanism B, and the broken line shows the phase of the cam of the intake valve driving camshaft 70. It shows when the angle is most 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に示される吸気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 intake variable valve timing mechanism B shown in FIG. 1 and FIG. 4 shows an example. For example, a variable valve 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 timing mechanisms, can be used.

また、排気可変バルブタイミング機構Cも、基本的に吸気可変バルブタイミング機構Bと同様の構成を有し、排気弁9の開弁時期と開弁期間とを、即ち排気弁9の開弁時期と閉弁時期とを任意に変更することができる。   Further, the exhaust variable valve timing mechanism C basically has the same configuration as the intake variable valve timing mechanism B, and the valve opening timing and valve opening period of the exhaust valve 9, that is, the valve opening timing of the exhaust valve 9. The valve closing timing can be arbitrarily changed.

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. 6 (A), (B), and (C) 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。即ち、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。従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 operation is not performed while the intake valve is open, and the actual compression is performed from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as described 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を参照しつつ本実施形態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は本実施形態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 embodiment 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 the normal cycle and the ultra-high expansion ratio cycle that are selectively used according to the load in this embodiment.

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。即ち、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 as well, the combustion chamber volume is set to 50 ml, and the stroke volume of the piston is set to 500 ml, similarly to the example 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、即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、即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。従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, it is only necessary to increase the actual compression ratio. 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い出されたのである。即ち、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。従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、従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、従って機関運転時における熱効率を向上させるためには、即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、従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。従って本実施形態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 this embodiment, 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、本実施形態の火花点火式内燃機関における運転制御全般の一実施形態について概略的に説明する。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。従って、機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、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。   Next, an embodiment of overall operation control in the spark ignition type internal combustion engine of the present embodiment will be schematically described. As described above, the normal cycle shown in FIG. 8A is executed during engine high load operation. Therefore, since the mechanical compression ratio is lowered, the expansion ratio is low, and the closing timing of the intake valve 7 is advanced as shown by the solid line in FIG. 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、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機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、従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、従って燃焼室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, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is delayed to reduce the intake air amount. Further, at this time, 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 regardless of 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。即ち、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。従ってピストン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。   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 decreased in proportion to the decrease 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.

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限界機械圧縮比(上限機械圧縮比)に達する。機械圧縮比が限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が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限界機械圧縮比に保持される。従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即ち、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 a medium load L1 slightly close to the low load, the mechanical compression ratio becomes a limit mechanical compression ratio (upper limit mechanical compression) that becomes a structural limit of the combustion chamber Ratio). When the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is held at the limit mechanical compression ratio in a region where the load is lower than the engine load L1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio. Accordingly, 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, at 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、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, when the engine load decreases to L1, the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing at which the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 can be controlled. When the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the closing timing of the intake valve 7 is reduced in a region where the load is lower than the engine load L1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the closing timing. It is held at the limit 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。このとき、即ち吸気弁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. At this time, that is, in the region where the load is lower than the engine load L1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 is controlled by the throttle valve 17, As the engine load becomes lower, the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller.

一方、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。従って、本実施形態による実施例では吸気弁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。   On the other hand, 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, in the example according to the present embodiment, the closing timing of the intake valve 7 is from the intake bottom dead center BDC until the limit closing timing L1 that can control the amount of intake air supplied into the combustion chamber as the engine load decreases. It will be moved away.

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。従って本実施例では膨張比が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。   As described above, the expansion ratio is 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 this embodiment, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio is 20 or more.

ところで、上述したように、過給機付き内燃機関において、加速または高出力要求時に吸気弁と排気弁との両方を同時に開弁状態にする所謂バルブオーバーラップを行うようにしたものがある。これはすなわち、バルブオーバーラップを行うことによって、過給圧を利用する等して吸入空気を排気側に吹き抜かせ、燃焼室内の残留既燃ガスを掃気して燃焼性及び出力の向上を図ると共に過給タービンへ供給される排気ガス量を増加して過給効果を増加して、出力の向上を図ろうとするものである。   By the way, as described above, there is a turbocharged internal combustion engine that performs so-called valve overlap in which both the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened when acceleration or high output is required. In other words, by performing valve overlap, the intake air is blown out to the exhaust side by using supercharging pressure, etc., and the remaining burned gas in the combustion chamber is scavenged to improve the combustibility and output. The exhaust gas amount supplied to the supercharged turbine is increased to increase the supercharging effect and to improve the output.

ところが、バルブオーバーラップ期間を設けることで燃焼室内に残留する既燃ガスいわゆる内部EGRの掃気を行う内燃機関においては、バルブオーバーラップ期間が短すぎる場合、多量の内部EGRが残留しトルクの低下をもたらしてしまう場合がある。一方で、バルブオーバーラップ期間が長すぎる場合においては、バルブオーバーラップ期間中の空気の吹き抜け量が過度に多くなり、排気ガス中に酸素が多く含まれることになるために排気系に設けられた排気浄化触媒の劣化や過昇温が生じ易くなり、また、三元触媒を用いている場合には浄化率が低下するためにエミッションの悪化が生じてしまう場合がある。   However, in an internal combustion engine that scavenges burned gas that remains in the combustion chamber, so-called internal EGR, by providing a valve overlap period, if the valve overlap period is too short, a large amount of internal EGR remains and torque decreases. It may bring about. On the other hand, when the valve overlap period is too long, the amount of air blown during the valve overlap period is excessively large, and the exhaust gas contains a large amount of oxygen. The exhaust purification catalyst is likely to be deteriorated or excessively heated, and when a three-way catalyst is used, the purification rate is lowered and the emission may be deteriorated.

よって、バルブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRの掃気を行う内燃機関においては、バルブオーバーラップ期間と内部EGR量との関係を精度よく把握することが必要となる。そして、内部EGRの掃気効率および新気の充填効率の向上という観点からは、特に、内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間を精度よく把握することが重要となる。また、バルブオーバーラップ期間と内部EGR量との関係は、内燃機関を構成する部品のバラツキや経年劣化によるバラツキにより、内燃機関ごとに個体差があることが考えられる。   Therefore, in an internal combustion engine that scavenges internal EGR by providing a valve overlap period, it is necessary to accurately grasp the relationship between the valve overlap period and the internal EGR amount. From the viewpoint of improving the scavenging efficiency of internal EGR and the charging efficiency of fresh air, it is particularly important to accurately grasp the minimum valve overlap period in which the residual ratio of internal EGR is 0%. Further, it is conceivable that the relationship between the valve overlap period and the internal EGR amount has individual differences for each internal combustion engine due to variations in parts constituting the internal combustion engine and variations due to aging.

そこで、本発明の内燃機関の制御装置においては、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRの掃気を有効に実行することを可能とすべく、内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間であって上記のような各内燃機関ごとの個体差をも考慮した最小バルブオーバーラップ期間を精度良く把握しうるように構成された手段を有して構成される。   Therefore, in the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, scavenging of the internal EGR is performed by providing a valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open when the engine is operating with an intake pressure higher than the back pressure. Is a minimum valve overlap period in which the residual rate of internal EGR is 0%, and takes into account the individual differences for each internal combustion engine as described above. It is comprised with the means comprised so that it could grasp | ascertain with high precision.

そして、本発明の内燃機関の制御装置においては、吸入空気量がバルブオーバーラップ期間及び内部EGR量に依存し、また、内部EGRが燃焼室内へ供給された吸気と混合する際の温度低下によって収縮することに着眼して、内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間を学習するものとする。   In the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the intake air amount depends on the valve overlap period and the internal EGR amount, and contracts due to a temperature drop when the internal EGR is mixed with the intake air supplied into the combustion chamber. In consideration of this, it is assumed that the minimum valve overlap period in which the residual ratio of the internal EGR is 0% is learned.

図9は、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際における、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向の一実施形態を示す図である。バルブオーバーラップ期間が十分にあり、内部EGRを残留させることなく全てを掃気できるバルブオーバーラップ期間領域においては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向は、バルブオーバーラップ期間中における新気の吹き抜け量に影響を受けることになる。一方で、バルブオーバーラップ期間が不十分であり、内部EGRの一部が掃気されずに残留してしまうようなバブルオーバーラップ期間領域においては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向は、バルブオーバーラップ期間中における内部EGRの掃気量に影響を受けるとともに、掃気されずに残留する内部EGRの収縮の影響をも受けることになる。すなわち、図9に示されるように、内部EGRを残留させることなく全てを掃気できるバルブオーバーラップ期間領域と、内部EGRの一部が掃気されずに残留してしまうようなバルブオーバーラップ期間領域とにおいては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向が異なるものとなる。 FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of a change tendency of the intake air amount with respect to a change in the valve overlap period in an engine operation state in which the intake pressure is higher than the back pressure. In the valve overlap period region where there is sufficient valve overlap period and everything can be scavenged without leaving any internal EGR, the change in intake air volume relative to the change in valve overlap period is It will be influenced by the amount of blowout. On the other hand, in the bubble overlap period region where the valve overlap period is insufficient and a part of the internal EGR remains without being scavenged, the change tendency of the intake air amount with respect to the change of the valve overlap period Is affected by the scavenging amount of the internal EGR during the valve overlap period, and is also affected by the contraction of the internal EGR remaining without scavenging. That is, as shown in FIG. 9, a valve overlap period region in which all of the internal EGR can be scavenged without remaining the internal EGR, and a valve overlap period region in which a part of the internal EGR remains without being scavenged. In, the change tendency of the intake air amount with respect to the change of the valve overlap period is different.

このことに基づいて、本発明の制御装置の一実施形態においては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定し、該境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習するバルブオーバーラップ期間学習手段を有して構成される。また、本実施形態においては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定すべく、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を行い、該複数の機関運転のそれぞれの機関運転状態における吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段を有して構成される。   Based on this, in one embodiment of the control device of the present invention, the boundary valve overlap period in which the change tendency of the intake air amount with respect to the change in the valve overlap period shifts to a different tendency is specified, and the boundary valve over It has valve overlap period learning means for learning the lap period as the minimum valve overlap period that can make the internal EGR 0%. Further, in the present embodiment, in order to identify the boundary valve overlap period in which the change tendency of the intake air amount with respect to the change in the valve overlap period shifts to a different tendency, the engine pressure is higher than the back pressure. And an intake air amount measuring means for performing a plurality of engine operations with different valve overlap periods and measuring an intake air amount in each engine operation state of the plurality of engine operations.

このような吸入空気量計測手段およびバルブオーバーラップ期間学習手段を有する本発明によれば、実際に使用されている内燃機関の機関運転中に最小バルブオーバーラップ期間の学習ができ、内燃機関を構成する部品のバラツキや経年劣化などによるバラツキによって生じうる各内燃機関ごとの個体差をも考慮した最小バルブオーバーラップ期間を精度良く把握することを可能とし、よって、内部EGRの掃気効率および新気の充填効率の向上を図ることを可能とする。   According to the present invention having the intake air amount measuring means and the valve overlap period learning means, the minimum valve overlap period can be learned during the operation of the actually used internal combustion engine, and the internal combustion engine is configured. It is possible to accurately grasp the minimum valve overlap period that also takes into account individual differences among each internal combustion engine that may be caused by variations in parts due to variations and aging deterioration, etc. Therefore, scavenging efficiency of internal EGR and fresh air It is possible to improve the filling efficiency.

図10は、上記吸入空気量計測手段とバルブオーバーラップ学習手段とを使用して、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間を特定する制御の一実施形態を示すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing an embodiment of control for specifying the minimum valve overlap period in which the internal EGR can be 0% using the intake air amount measuring means and the valve overlap learning means. is there.

図10に示される実施形態においては、まず、ステップ101において、内部EGRの掃気を実行すべく、ターボチャージャー(過給機)などを使用して吸気圧が背圧よりも高いような機関運転状態とされる。そして、続くステップ102及びステップ103において、内部EGRが全て掃気され新気が吹き抜けるような大バルブオーバーラップ期間領域と内部EGRの一部が残留してしまうような小バルブオーバーラップ期間領域との各領域において、バルブオーバーラップ(VOL)期間がそれぞれ異なる2状態の機関運転を行い、該2状態の機関運転のそれぞれの機関運転状態における吸入空気量(図9中のa1, a2, b1, b2 を参照)を計測する。そして、続くステップ104及びステップ105において、ステップ102及びステップ103にて計測された各吸入空気量に基づいて、上記各領域におけるバルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向を直線近似し、該直線が交わる交点Dにおけるバルブオーバーラップ期間を、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間として特定する。そして、該境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習する。   In the embodiment shown in FIG. 10, first, in step 101, an engine operating state in which the intake pressure is higher than the back pressure using a turbocharger (supercharger) or the like to perform scavenging of the internal EGR. It is said. Then, in the subsequent step 102 and step 103, each of the large valve overlap period region in which all the internal EGR is scavenged and fresh air is blown out, and the small valve overlap period region in which a part of the internal EGR remains. In the region, the engine is operated in two states with different valve overlap (VOL) periods, and the intake air amount (a1, a2, b1, b2 in FIG. Measure). Then, in the subsequent step 104 and step 105, based on the intake air amount measured in step 102 and step 103, linearly approximates the change tendency of the intake air amount with respect to the change in the valve overlap period in each region, The valve overlap period at the intersection D where the straight lines intersect is specified as a boundary valve overlap period in which the change tendency of the intake air amount with respect to the change in the valve overlap period shifts to a different tendency. Then, the boundary valve overlap period is learned as the minimum valve overlap period in which the internal EGR can be 0%.

尚、上記吸入空気量計測手段による吸入空気量の計測と、上記バルブオーバーラップ期間学習手段による境界バルブオーバーラップ期間の特定とを行う際における機械圧縮比については特に制限はなく、低圧縮比側あるいは高圧縮比側のどちらで行われもよい。しかしながら、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間を、より精度良く学習するためには、バルブオーバーラップ期間が大きく異なる複数の機関運転状態おける吸入空気量計測を行うことが有利となるが、低圧縮比化された高負荷側機関運転状態にて上記吸入空気量計測手段による各吸入空気量計測を行う場合においてバルブオーバーラップ期間を大きく振ると、出力トルクが大きく変化することとなり、ドラビリ上の問題などが生じる虞がある。   There is no particular limitation on the mechanical compression ratio when the intake air amount is measured by the intake air amount measuring means and the boundary valve overlap period is specified by the valve overlap period learning means. Or it may be performed on either the high compression ratio side. However, in order to learn more accurately the minimum valve overlap period in which the internal EGR can be set to 0%, it is necessary to measure the intake air amount in a plurality of engine operating states with greatly different valve overlap periods. Although advantageous, when the intake air amount measuring means measures the intake air amount in the high load side engine operating state with a low compression ratio, if the valve overlap period is greatly changed, the output torque changes greatly. As a result, there may be a problem in driving.

そこで、本発明の一実施形態においては、ドラビリ上の問題などを考慮して、上記吸入空気量計測手段による各吸入空気量の計測を、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態であって可変圧縮比機構により所定の高機械圧縮比化された低負荷側機関運転状態にて行うものとする。可変圧縮比機構により所定の高機械圧縮比化された低負荷側機関運転状態においては、燃焼限界が高く、バルブオーバーラップ期間を大きく振ることができ、出力トルク変化もスロットルなどで吸入することが可能であるため、ドラビリの悪化を抑制しつつ、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間を、より精度良く学習することを可能とする。   Therefore, in one embodiment of the present invention, taking into account problems in terms of drivability and the like, the measurement of each intake air amount by the intake air amount measuring means is performed in an engine operating state where the intake pressure is higher than the back pressure. It is assumed that the operation is performed in a low-load side engine operating state in which the variable compression ratio mechanism has a predetermined high mechanical compression ratio. In the low load side engine operating state in which the predetermined high mechanical compression ratio is achieved by the variable compression ratio mechanism, the combustion limit is high, the valve overlap period can be greatly swung, and the output torque change can also be sucked by the throttle or the like. Therefore, it is possible to more accurately learn the minimum valve overlap period in which the internal EGR can be 0% while suppressing the deterioration of the drivability.

また、本発明の制御装置における別の実施形態においては、吸入空気量計測手段が、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を異なる2つの機械圧縮比にて行い、各機関運転状態における吸入空気量を計測する。また、バルブオーバーラップ期間学習手段が、吸入空気量計測手段により計測された各吸入空気量データに基づいて、バルブオーバーラップ期間が同一である場合の上記異なる2つの機械圧縮比のうちの一方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量と他方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量との差分である吸入空気量差分を各バルブオーバーラップ期間に対して算出し、バルブオーバーラップ期間の変化に対する該吸入空気量差分の変化傾向を導き、該変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定する。そして、この境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習する。 Further, in another embodiment of the control device of the present invention, the intake air amount measuring means performs a plurality of different engine operations with different valve overlap periods when the intake air pressure is higher than the back pressure. The measurement is performed at two mechanical compression ratios, and the intake air amount in each engine operating state is measured. Further, the valve overlap period learning means is one of the two different mechanical compression ratios when the valve overlap period is the same based on each intake air quantity data measured by the intake air quantity measuring means . The difference between the intake air amount in engine operation at the mechanical compression ratio and the intake air amount in engine operation at the other mechanical compression ratio is calculated for each valve overlap period, and the valve overlap period A change tendency of the intake air amount difference with respect to the change in the difference is derived, and a boundary valve overlap period in which the change tendency shifts to a different tendency is specified. Then, the boundary valve overlap period is learned as the minimum valve overlap period in which the internal EGR can be 0%.

この実施形態においては、吸入空気量がバルブオーバーラップ期間及び内部EGR量に依存し、また、内部EGRが燃焼室内へ供給された吸気と混合する際の温度低下によって収縮することに着眼するとともに、さらに、このような内部EGRの収縮量は機械圧縮比が異なると違いが生じるということに着眼して、内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間を学習するものとする。本実施形態による最小バルブオーバーラップ期間の学習によれば、内部EGRが全て掃気され新気が吹き抜けるようなバルブオーバーラップ期間領域と内部EGRの一部が残留してしまうようなバルブオーバーラップ期間領域との各領域バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向を、脈動影響などで直線近似することに困難があるような場合においても、より精度よく内部EGRの残留率が0%となる最小バルブオーバーラップ期間を学習することを可能とする。   In this embodiment, it is noted that the intake air amount depends on the valve overlap period and the internal EGR amount, and that the internal EGR contracts due to a temperature drop when mixing with the intake air supplied into the combustion chamber, Furthermore, it is assumed that the amount of contraction of the internal EGR differs depending on the mechanical compression ratio, and the minimum valve overlap period in which the residual ratio of the internal EGR is 0% is learned. According to the learning of the minimum valve overlap period according to the present embodiment, the valve overlap period area where all the internal EGR is scavenged and fresh air is blown out, and the valve overlap period area where a part of the internal EGR remains. Even when it is difficult to linearly approximate the change tendency of the intake air amount with respect to the change in the valve overlap period of each region due to the pulsation effect, the residual ratio of the internal EGR becomes 0% more accurately. It is possible to learn the minimum valve overlap period.

図11は、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を異なる2つの機械圧縮比にて行い、各機関運転状態における吸入空気量を計測する実施形態における、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向の一実施形態を示す図である。   FIG. 11 shows a case where a plurality of engine operations with different valve overlap periods are performed at two different mechanical compression ratios in an engine operation state in which the intake pressure is higher than the back pressure, and the intake air amount in each engine operation state is calculated. It is a figure which shows one Embodiment of the change tendency of the intake air amount with respect to the change of a valve overlap period in embodiment to measure.

バルブオーバーラップ期間が同一である場合の異なる2つの機械圧縮比のうちの一方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量と他方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量との差分である吸入空気量差分は、バルブオーバーラップ期間が十分にあり、内部EGRを残留させることなく全てを掃気できるバルブオーバーラップ期間領域においては、異なる2つの機械圧縮比における燃料室容積の差分に該当することになり、よって、図11に示されるように一定に維持されることになる。一方で、バルブオーバーラップ期間が不十分であり、内部EGRの一部が掃気されずに残留してしまうようなバブルオーバーラップ期間領域においては、上述したように、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向は、バルブオーバーラップ期間中における内部EGRの掃気量に影響を受けるとともに、掃気されずに残留する内部EGRの収縮の影響をも受けることになる。また、掃気されずに残留する内部EGRの収縮量は、機械圧縮比が異なると違いが生じるため、バルブオーバーラップ期間が同一である場合の異なる2つの機械圧縮比のうちの一方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量と他方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量との差分である吸入空気量差分は一定には維持されないことになる。すなわち、図11に示されるように、内部EGRを残留させることなく全てを掃気できるバルブオーバーラップ期間領域と、内部EGRの一部が掃気されずに残留してしまうようなバルブオーバーラップ期間領域とにおいては、バルブオーバーラップ期間の変化に対する上記吸入空気量差分の変化傾向が異なるものとなる。 The difference between the amount of intake air in engine operation at one mechanical compression ratio and the amount of intake air in engine operation at the other mechanical compression ratio when the valve overlap period is the same. A certain intake air amount difference corresponds to a difference in fuel chamber volume at two different mechanical compression ratios in a valve overlap period region in which there is a sufficient valve overlap period and all of the air can be scavenged without remaining internal EGR. Therefore, it is kept constant as shown in FIG. On the other hand, in the bubble overlap period region where the valve overlap period is insufficient and a part of the internal EGR remains without being scavenged, as described above, the suction with respect to the change of the valve overlap period The change tendency of the air amount is affected by the scavenging amount of the internal EGR during the valve overlap period, and is also affected by the contraction of the internal EGR remaining without being scavenged. Further, the amount of contraction of the internal EGR that remains without being scavenged differs depending on the mechanical compression ratio. Therefore, one of the two different mechanical compression ratios when the valve overlap period is the same. The intake air amount difference, which is the difference between the intake air amount during engine operation at the engine and the intake air amount during engine operation at the other mechanical compression ratio, is not maintained constant. That is, as shown in FIG. 11, a valve overlap period region in which all of the internal EGR can be scavenged without remaining the internal EGR, and a valve overlap period region in which a part of the internal EGR remains without being scavenged. , The change tendency of the intake air amount difference with respect to the change of the valve overlap period is different.

図12は、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を異なる2つの機械圧縮比にて行い、各機関運転状態における吸入空気量を計測する実施形態おいて、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間を特定する制御の一実施形態を示すフローチャートである。   FIG. 12 shows that when the intake pressure is higher than the back pressure in the engine operation state, a plurality of engine operations with different valve overlap periods are performed at two different mechanical compression ratios, and the intake air amount in each engine operation state is calculated. It is a flowchart which shows one Embodiment of the control which specifies the minimum valve overlap period which can make internal EGR 0% in embodiment to measure.

図12に示される実施形態においては、まず、ステップ201において、内部EGRの掃気を実行すべく、ターボチャージャ(過給機)などを使用して吸気圧が背圧よりも高いような機関運転状態とする。そして、続くステップ202及びステップ203において、バルブオーバーラップ(VOL)期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を異なる2つの機械圧縮比すなわち第1機械圧縮比(低機械圧縮比側)及び第2機械圧縮比(高機械圧縮比側)にて行い、各機関運転状態における吸入空気量を計測する。そして、続くステップ204及びステップ205において、ステップ202及びステップ203にて計測された各吸入空気量に基づいて、バルブオーバーラップ期間が同一である場合の第1機械圧縮比及び第2機械圧縮比のうちの一方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量と他方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量との差分である吸入空気量差分E(図11参照)を各バルブオーバーラップ期間に対して算出し、バルブオーバーラップ期間の変化に対する該吸入空気量差分の変化傾向を導き、該変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定する。より具体的には、バルブオーバーラップ期間を有しない機関運転から所定値づつバルブオーバーラップ期間を大きくするような複数の機関運転を実行し、バルブオーバーラップ期間が同一である場合の第1機械圧縮比及び第2機械圧縮比のうちの一方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量と他方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量との差分である吸入空気量差分Eが一定に維持されるようになるバルブオーバーラップ期間を、境界バルブオーバーラップ期間を特定する。そして、この境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習する。 In the embodiment shown in FIG. 12, first, in step 201, in order to perform scavenging of the internal EGR, the engine operating state in which the intake pressure is higher than the back pressure using a turbocharger (supercharger) or the like. And In subsequent steps 202 and 203, a plurality of engine operations having different valve overlap (VOL) periods are divided into two mechanical compression ratios, that is, a first mechanical compression ratio (low mechanical compression ratio side) and a second mechanical compression ratio. (High mechanical compression ratio side) Measure the intake air amount in each engine operating state. In subsequent steps 204 and 205, based on the intake air amounts measured in steps 202 and 203, the first mechanical compression ratio and the second mechanical compression ratio when the valve overlap period is the same . The intake air amount difference E (see FIG. 11), which is the difference between the intake air amount in the engine operation at one of the mechanical compression ratios and the intake air amount in the engine operation at the other mechanical compression ratio, is represented by each valve overlap period. , A change tendency of the intake air amount difference with respect to a change in the valve overlap period is derived, and a boundary valve overlap period in which the change tendency shifts to a different tendency is specified. More specifically, the first mechanical compression in the case where a plurality of engine operations that increase the valve overlap period by a predetermined value from an engine operation that does not have a valve overlap period is executed, and the valve overlap period is the same. The intake air amount difference E, which is the difference between the intake air amount in engine operation at one mechanical compression ratio and the intake air amount in engine operation at the other mechanical compression ratio, is constant. The valve overlap period that will be maintained is identified as the boundary valve overlap period. Then, the boundary valve overlap period is learned as the minimum valve overlap period in which the internal EGR can be 0%.

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
70 吸気弁駆動用カムシャフト
A 可変圧縮比機構
B 吸気可変バルブタイミング機構
C 排気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 70 Intake valve drive camshaft A Variable compression ratio mechanism B Intake variable valve timing mechanism C Exhaust variable valve timing mechanism

Claims (3)

吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRの掃気を行う内燃機関の制御装置において、
吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を行い、該複数の機関運転のそれぞれの機関運転状態における吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段と、
前記吸入空気量計測手段により計測された各吸入空気量データに基づいて、バルブオーバーラップ期間の変化に対する吸入空気量の変化傾向を導き、該変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定し、該境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習するバルブオーバーラップ期間学習手段とを具備する、内燃機関の制御装置。
In an internal combustion engine control apparatus that scavenges internal EGR by providing a valve overlap period in which both an intake valve and an exhaust valve are open during an engine operation state in which the intake pressure is higher than the back pressure,
When the engine is in an engine operating state in which the intake pressure is higher than the back pressure, a plurality of engine operations with different valve overlap periods are performed, and the intake air amount is measured in each of the engine operating states of the plurality of engine operations. Measuring means;
Based on each intake air amount data measured by the intake air amount measuring means, a change tendency of the intake air amount with respect to a change in the valve overlap period is derived, and a boundary valve overlap period in which the change tendency shifts to a different tendency is obtained. A control apparatus for an internal combustion engine, comprising: a valve overlap period learning unit that identifies and learns the boundary valve overlap period as a minimum valve overlap period in which the internal EGR can be 0%.
前記内燃機関は、上死点での燃焼室容積を変化させて機械圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を有し、
前記吸入空気量計測手段による各吸入空気量の計測は、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態であって前記可変圧縮比機構により所定の高機械圧縮比化された低負荷側機関運転状態にて行われる、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
The internal combustion engine has a variable compression ratio mechanism that varies the mechanical compression ratio by changing the combustion chamber volume at top dead center,
Measurement of each intake air amount by the intake air amount measuring means is an engine operation state in which the intake pressure is higher than the back pressure, and a low load side engine operation state in which the variable compression ratio mechanism has a predetermined high mechanical compression ratio. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein
前記内燃機関は、上死点での燃焼室容積を変化させて機械圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を有し、
前記吸入空気量計測手段は、吸気圧が背圧よりも高い機関運転状態の際に、バルブオーバーラップ期間がそれぞれ異なる複数の機関運転を異なる2つの機械圧縮比にて行い、各機関運転状態における吸入空気量を計測し、
前記バルブオーバーラップ期間学習手段は、前記吸入空気量計測手段により計測された各吸入空気量データに基づいて、バルブオーバーラップ期間が同一である場合の前記異なる2つの機械圧縮比のうちの一方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量と他方の機械圧縮比での機関運転における吸入空気量との差分である吸入空気量差分を各バルブオーバーラップ期間に対して算出し、バルブオーバーラップ期間の変化に対する該吸入空気量差分の変化傾向を導き、該変化傾向が異なる傾向に移行する境界バルブオーバーラップ期間を特定し、該境界バルブオーバーラップ期間を、内部EGRを0%とすることが可能な最小バルブオーバーラップ期間として学習する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
The internal combustion engine has a variable compression ratio mechanism that varies the mechanical compression ratio by changing the combustion chamber volume at top dead center,
The intake air amount measuring means performs a plurality of engine operations with different valve overlap periods at two different mechanical compression ratios in an engine operation state where the intake pressure is higher than the back pressure, Measure the intake air volume,
The valve overlap period learning means is one of the two different mechanical compression ratios when the valve overlap period is the same based on each intake air quantity data measured by the intake air quantity measuring means . The difference between the intake air amount in engine operation at the mechanical compression ratio and the intake air amount in engine operation at the other mechanical compression ratio is calculated for each valve overlap period, and the valve overlap period It is possible to derive the change tendency of the difference in intake air amount with respect to the change of the air flow, identify the boundary valve overlap period in which the change tendency shifts to a different tendency, and set the internal EGR to 0% for the boundary valve overlap period The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein learning is performed as a minimum minimum valve overlap period.
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