JP5747583B2 - 可変圧縮比内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関圧縮比を機関運転状態に応じて変更可能な可変圧縮比内燃機関に関し、特に、タイミングチェーンの伸び量に応じた機関圧縮比の補正制御に関する。

周知のように、内燃機関では、クランクシャフトの回転動力を、吸気弁や排気弁（吸・排気弁を駆動するカムシャフトへ伝達するように、クランクシャフトのクランクスプロケットとカムシャフトのカムスプロケットとにタイミングチェーンが巻き掛けられている。ここで、経年劣化や摩耗等によりタイミングチェーンが伸びてくると、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相が遅れる方向にずれることで、吸・排気弁のバルブタイミングが遅角して、運転性の低下や吸・排気弁とピストンとの干渉を招くおそれがある。

その対策として、特許文献１では、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相ずれを検出し、この位相ずれが所定のしきい値以上であるときに、タイミングチェーンが伸びていると判定して、その旨を警告灯やブザーによりユーザーに警告して、部品交換や整備点検を促したり、内燃機関を強制的に停止させている。また、バルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備える場合には、上記の位相ずれを検知した際に、位相ずれが解消される方向、つまり進角方向へバルブタイミングを補正することで、バルブタイミングを正規の位相状態に近づけることが記載されている。

特開２００２−３０９９９４号公報

しかしながら、タイミングチェーンの伸びを検知した際に、警告を発したり内燃機関を強制的に停止させると、部品交換の手間が必要となったり、あるいは内燃機関が運転できなくなり、所望の機関運転状態を継続させることができなくなる。また、バルブタイミング機構により進角補正を行う場合、バルブタイミング機構を備えていない内燃機関には適用できず、また、バルブタイミング機構の制御範囲の制約上、正規の位相状態までバルブタイミングを変換できない場合には、所望の運転状態を継続することができないことがあり、改善の余地があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係る可変圧縮比機関の制御装置では、ピストンの上死点位置を変更することで機関圧縮比を機関運転状態に応じて変更する可変圧縮比手段と、クランクシャフトの回転動力を、吸・排気弁を駆動するカムシャフトへ伝達するように、クランクシャフトのクランクスプロケットとカムシャフトのカムスプロケットとに掛け渡されるタイミングチェーンと、が設けられている。そして、上記クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相差を検出する位相差検出手段と、上記位相差検出手段により検出された回転位相差に基づいて、上記タイミングチェーンの伸び量を推定するチェーン伸び量推定手段と、上記タイミングチェーンの伸び量の推定値に基づいて、上記機関圧縮比を補正する圧縮比補正手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、タイミングチェーンの伸び量に応じて機関圧縮比を補正することによって、タイミングチェーンの伸びによるバルブとピストンの干渉を回避するとともに、運転状態の低下を抑制することができ、必ずしも部品交換や強制的な機関停止を行うことなく所期の機関運転を継続することができる。

本発明の第１実施例に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。 上記可変圧縮比内燃機関のタイミングチェーンの近傍を示す構成図。 上記第１実施例の制御ブロック図。 上記第１実施例に係る圧縮比制御の流れを示すフローチャート。 上記第１実施例に係る目標圧縮比の設定マップを示し、（Ａ）がタイミングチェーンの伸び量が小さい場合、（Ｂ）がタイミングチェーンの伸び量が大きい場合の説明図。 上記第１実施例における低回転高負荷側での目標圧縮比の補正による効果説明図。 本発明の第２実施例に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。 上記第２実施例の制御ブロック図。 上記第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。 上記第２実施例の可変吸気バルブタイミング機構と可変圧縮比機構の補正動作条件を模式的に示す説明図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る可変圧縮比内燃機関の制御装置のシステム構成図を示している。この内燃機関には、ピストン１２の上死点位置を変化させることで、機関圧縮比を機関運転状態に応じて変更する可変圧縮比手段として、複リンク式のピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構２０が設けられている。この可変圧縮比機構２０は、特開２００５−３０２２３号公報等にも記載のように公知であるので簡単に説明すると、クランクシャフト１３とピストン１２とを連結する２本のリンク、すなわちクランクシャフト１３のクランクピン１４に回転可能に取り付けられロアリンク２２と、ピストン１２とロアリンク２２とを連結するアッパリンク２１と、を有し、ロアリンク２２に制御リンク２３の一端が取り付けられている。そして、可変圧縮比アクチュエータ４により制御軸２４の回転位置を変更することで、制御リンク２３の揺動支点となる他端の位置が変化して、ロアリンク２２の運動拘束条件が変化し、ピストン上死点位置の変化を伴って機関圧縮比が変化するものである。

また、この内燃機関には、機関運転状態を検知するセンサ類として、クランクシャフト１３の回転角度を検出するクランク角センサ１、吸気弁１５を開閉駆動する吸気カムシャフト１６の回転角度を検出する吸気カム角センサ２、排気弁１７を開閉駆動する排気カムシャフト１８の回転角度を検出する排気カム角センサ３、機関圧縮比（実圧縮比）を検知する圧縮比センサとしての機能を備えた上記の可変圧縮比アクチュエータ４、及び運転者に操作されるアクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセルペダルセンサ７などが、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するエンジンコントロールユニット１１にそれぞれ接続されている。可変圧縮比アクチュエータ４は、エンジンコントロールユニット１１からの信号に基づいて、上記の可変圧縮比機構２１の他、燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグ１９などへ駆動信号を出力して、その動作を制御する。

図２を参照して、クランクシャフト１３の回転動力を吸気カムシャフト１６及び排気カムシャフト１８へ伝達するように、クランクシャフト１３のクランクスプロケット１３Ａと吸気カムシャフト１６のカムスプロケット１６Ａと排気カムシャフト１８のカムスプロケット１８Ａとにわたってタイミングチェーン８が掛け渡されている。また、このタイミングチェーン８の張力を調整するチェーンテンショナ９が設けられている。

図３は、上記のエンジンコントロールユニット１１により記憶及び実行される本実施例の制御内容を簡略的に示す制御ブロック図である。負荷演算部Ｂ１は、アクセルペダルセンサ７の出力から要求負荷（ｔＴ）を算出し、目標圧縮比演算部Ｂ７に出力する。回転速度演算部Ｂ２は、クランク角センサ１の出力から回転速度（ＮＥ）と回転速度変化率（ｄＮＥ）を算出し、回転速度（ＮＥ）を目標圧縮比演算部Ｂ７及び吸気・排気バルブタイミング演算部Ｂ３，Ｂ４に出力するとともに、回転速度変化率（ｄＮＥ）をタイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６に出力する。吸気バルブタイミング演算部Ｂ３は、吸気カム角センサ２の出力と回転速度（ＮＥ）から吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）を算出し、目標圧縮比演算部Ｂ７とタイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６とに出力する。排気バルブタイミング演算部Ｂ４は、排気カム角センサ３の出力と回転速度（ＮＥ）から排気バルブタイミング（ｒＶＴＥ）を算出し、目標圧縮比演算部Ｂ７に出力する。圧縮比演算部Ｂ５は、圧縮比センサ４の出力から実圧縮比（ｒＣＲ）を算出して目標圧縮比演算部Ｂ７に出力する。チェーン伸び量推定手段としてのタイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６は、回転速度変化率（ｄＮＥ）と吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）からタイミングチェーン伸び量（ｄＬ）を算出し、目標圧縮比演算部Ｂ７に出力する。なお、このタイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６では吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）に代えて排気バルブタイミング（ｒＶＴＥ）を用いても良い。目標圧縮比演算部Ｂ７は、上記のｔＴ、ＮＥ、ｄＬ、ｒＶＴＩ、ｒＶＴＥ、ｒＣＲから目標圧縮比（ｔＣＲ）を算出し、可変圧縮比アクチュエータ４に出力する。これにより、可変圧縮比アクチュエータ４によって可変圧縮比機構２０が目標圧縮比（ｔＣＲ）へ向けて駆動制御される。

図４は、このような本実施例の圧縮比制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１では、アクセルペダルセンサ７、クランク角センサ１、吸気カム角センサ２、排気カム角センサ３、圧縮比センサ４等の出力をそれぞれ読み込み、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、アクセルペダルセンサ７の出力から目標負荷（ｔＴ）、クランク角センサ１の出力から回転速度（ＮＥ）と単位時間当たりの回転速度変化である回転速度変化率（ｄＮＥ）、吸気カム角センサ２の出力から吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）、排気カム角センサ３の出力から排気バルブタイミング（ｒＶＴＥ）、圧縮比センサ４の出力から実圧縮比（ｒＣＲ）をそれぞれ算出し、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、回転速度変化率（ｄＮＥ）を、予め設定された所定値（判定用のしきい値）と比較する。回転速度変化率（ｄＮＥ）が所定値より小さい場合はステップＳ４へ進み、回転速度変化率（ｄＮＥ）が所定値以上の場合には、回転速度の変動が大きく正確なタイミングチェーンの伸び量（ｄＬ）の推定が困難であるために、ステップＳ４をスキップしてステップＳ５へ進む。ステップＳ４では、吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）からタイミングチェーン伸び量（ｄＬ）を算出し、ステップＳ５へ進む。なお、このタイミングチェーン伸び量（ｄＬ）の算出には、吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）に代えて排気バルブタイミング（ｒＶＴＥ）を用いても良い。ステップＳ５では、上記のｔＴ、ＮＥ，ｄＬ、ｒＶＴＩ，ｒＶＴＥ，ｒＣＲから目標圧縮比ｔＣＲを算出し、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では目標圧縮比ｔＣＲに応じた駆動信号を可変圧縮比アクチュエータ４へ出力して、本ルーチンを終了する。

図５は、上記の目標圧縮比演算部Ｂ７での目標圧縮比（ｔＣＲ）の設定に用いられる設定マップを示しており、これらのマップは予め設定・適合されて、エンジンコントロールユニット１１内に記憶されている。目標圧縮比（ｔＣＲ）は、回転速度（ＮＥ）と目標負荷（ｔＴ）から設定マップをルックアップすることにより設定される。ここで本実施例では、チェーン伸び量（ｄＬ）に応じて複数の設定マップを切り換えるようになっており、これによって、チェーン伸び量（ｄＬ）に応じて目標圧縮比（ｔＣＲ）を補正している。

図５（Ａ）は、タイミングチェーン伸び量（ｄＬ）が小さい場合、つまり、実質的にタイミングチェーンの伸び量による目標圧縮比（ｔＣＲ）の補正が行われない場合の設定マップを表しており、図５（Ｂ）は、チェーン伸び量（ｄＬ）が大きく、チェーン伸び量（ｄＬ）に応じて目標圧縮比（ｔＣＲ）の補正が実際に行われる場合の設定マップを示している。なお、図中に示す領域の設定や目標圧縮比（ｔＣＲ）の具体的な数値は単なる一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

図５（Ａ）に示すように、目標圧縮比（ｔＣＲ）は、基本的には、熱効率を高めるように、ノッキングの発生や排気温度の過度な上昇などを生じることのない範囲で可能な限り高い値に設定されるもので、目標負荷が低くなるほど、また回転速度が高くなるほど高圧縮比側の値とされる。具体的には、ノッキングが生じ易い低回転高負荷側の領域Ａでは最小圧縮比（ｔＣＲ＝１０）、ノッキングが生じ難い高回転低負荷側の領域Ｃ（高回転側の領域と低負荷側の領域とをあわせた領域）では、上限圧縮比（ｔＣＲ＝１４）、両者の中間の負荷・回転速度の領域Ｂでは中間の値（ｔＣＲ＝１２）に設定される。

これに対し、タイミングチェーンの伸び量（ｄＬ）が大きくなった場合、図５（Ｂ）に示すように目標圧縮比（ｔＣＲ）が設定される。すなわち、低回転高負荷側の領域ＡではｔＣＲ＝１１、中間の領域ＢではｔＣＲ＝１２に設定される。また、通常は上限圧縮比（ｔＣＲ＝１４）に設定される高回転低負荷側の領域Ｃは、高回転側の領域Ｃ'２と、残りの低・中回転かつ低負荷側の領域Ｃ'１と、に分割し、領域Ｃ'１では上限圧縮比を低下させたｔＣＲ＝１３、領域Ｃ'２では更に圧縮比を下げたｔＣＲ＝１２に設定される。

各領域における圧縮比の補正内容について詳述すると、低回転高負荷側の領域Ａでは、タイミングチェーンの伸びによって吸気弁１５の閉じ時期が遅角し、有効圧縮比が低下するので、充填効率および熱効率が低下し、結果として機関が出力するトルクが低下してしまう。その一方で、有効圧縮比が低下するのでノッキングが発生し難くなっており、ノッキングが発生する限界の圧縮比が高くなっている。従って、この低回転高負荷側の領域Ａにおいては、タイミングチェーンの伸び（ｄＬ）が大きくなると、目標圧縮比を高圧縮比側に補正しており（ｔＣＲ１０→１１）、これによって、ノッキングを発生させることなく、熱効率を改善して、タイミングチェーンの伸びに起因するトルクの低下を補うことができ、タイミングチェーンの伸びの少ない（もしくは伸びのない）正規の機関出力トルクに近づけて、タイミングチェーンの伸びに起因する運転性の低下を抑制することができる。

このような低回転高負荷側の領域Ａで目標圧縮比を高圧縮比側に補正するこで、タイミングチェーンの伸びによるトルク低下を抑制するという作用効果について、図６を参照して更に説明する。図６は、低回転高負荷側の領域Ａにおける点火時期とトルクの変化を示している。特性Ｌ０はチェーン伸び量が小さい場合の特性（圧縮比＝１０）を示しており、特性Ｌ１，Ｌ２はチェーン伸び量が大きい場合の特性を示している。ここで、Ｌ１は目標圧縮比を高圧縮比側に補正した本実施例（圧縮比＝１１）、Ｌ２は目標圧縮比を補正しない比較例（圧縮比＝１０）の特性を示している。チェーンの伸び量が大きい場合Ｌ１，Ｌ２、チェーン伸び量が小さい場合Ｌ０に比して、充填効率の低下と熱効率の低下によってトルクが低下しているが、有効圧縮比の低下に伴いノッキングを生じる点火時期は進角している。ここで本実施例Ｌ１では、充填効率はあまり改善しないものの、目標圧縮比を上げているので熱効率が改善し、ノッキングが生じない点火時期でのトルクを向上することで、比較例Ｌ２に比して、チェーン伸び量が小さい正常時の特性Ｌ０に近づけることができる。

再び図５を参照して、チェーン伸び量（ｄＬ）が大きい場合に、上述したように上限圧縮比に設定される高回転低負荷側の領域Ｃを、高回転側の領域Ｃ'２と、残りの低・中回転低負荷側の領域Ｃ'１と、の２つに分けて目標圧縮比を補正する点について説明する。

低・中回転低負荷側の領域Ｃ'１では、目標圧縮比の上限値を下げることで（ｔＣＲ＝１４→１３）、バルブオーバーラップ時のピストン冠面とバルブとの距離を保ち、タイミングチェーンの伸びによるピストンとバルブとの干渉を防いでいる。

これに対し、領域Ｃ'２に示される高回転領域では、排気管内の圧力が相対的に高く、また排気温度も高くなるので、タイミングチェーンが伸びて排気弁１７の閉じ時期が遅角した状態において、特に高温の残留ガスが多くなり、ノッキングが発生し易くなる。このため、領域Ｃ'１よりも更に目標圧縮比を下げて運転し、ノッキングの発生または点火時期遅角による性能低下を防いでいる。

つまり、上限圧縮比に設定される高回転低負荷側の領域Ｃにおいては、タイミングチェーンの伸び量（ｄＬ）が大きい場合に、ピストンとバルブとの干渉を回避するために目標圧縮比の上限値を下げた上で（ｔＣＲ＝１４→１３）、高回転側の領域Ｃ２'については、ノッキングの発生または点火時期遅角による性能低下を抑制するために、目標圧縮比を更に低下させている（ｔＣＲ＝１４→１２）。

次に、図７〜図１０を参照して本発明の第２実施例について説明する。なお、この第２実施例は基本的には第１実施例と同じ構成及び作用効果を有するものなので、重複する構成要素には同じ参照符号を付して説明を適宜省略し、主に第１実施例との違いについて説明する。図７に第２実施例のシステム構成図を示す。第１実施例のシステム構成に対して、吸気弁１５のバルブタイミング（開閉時期）を変更可能な可変吸気バルブタイミング機構５と、排気弁１７のバルブタイミング（開閉時期）を変更可能な可変排気バルブタイミング機構６と、が追加されている。これらの可変バルブタイミング機構５，６は特開２００８−９５６１０号公報等にも記載されているように公知であるので、ここでは説明を省略する。エンジンコントロールユニット１１は、これらの可変バルブタイミング機構５，６のアクチュエータ（以下、可変吸気バルブタイミングアクチュエータ５及び可変排気バルブタイミングアクチュエータ６と呼ぶ）に駆動信号を出力して、その動作を制御する。

図８に本実施例の制御ブロック図を示す。負荷演算部Ｂ１は、アクセルペダルセンサ７の出力から要求負荷（ｔＴ）を算出し、目標圧縮比演算部Ｂ７と目標バルブタイミング演算部Ｂ８に出力する。回転速度演算部Ｂ２は、クランク角センサ１の出力から回転速度（ＮＥ）と回転速度変化率（ｄＮＥ）を算出し、回転速度（ＮＥ）を目標圧縮比演算部Ｂ７と目標バルブタイミング演算部Ｂ８と吸気・排気バルブタイミング演算部Ｂ３，Ｂ４とに出力するとともに、回転速度変化率（ｄＮＥ）をタイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６に出力する。吸気バルブタイミング演算部Ｂ３は、吸気カム角センサ２の出力と回転速度（ＮＥ）から吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）を算出し、目標バルブタイミング演算部Ｂ８、タイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６に出力する。排気バルブタイミング演算部Ｂ４は、排気カム角センサ３の出力と回転速度（ＮＥ）から排気バルブタイミング（ｒＶＴＥ）を算出し、目標バルブタイミング演算部Ｂ８に出力する。圧縮比演算部Ｂ５は、圧縮比センサ４の出力から実圧縮比（ｒＣＲ）を算出し、目標バルブタイミング演算部Ｂ８と目標圧縮比演算部Ｂ７に出力する。タイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６は、回転速度変化率（ｄＮＥ）と吸気バルブタイミング（ｒＶＴＩ）からタイミングチェーン伸び量（ｄＬ）を算出し、目標バルブタイミング演算部Ｂ８と目標圧縮比演算部Ｂ７に出力する。目標バルブタイミング演算部Ｂ８は、上記のｔＴ、ＮＥ、ｄＬ、ｒＶＴＩ、ｒＶＴＥ、ｒＣＲから目標吸気バルブタイミング（ｔＶＴＩ）と目標排気バルブタイミング（ｔＶＴＥ）を算出し、可変吸気バルブタイミングアクチュエータ５、可変排気バルブタイミングアクチュエータ６、及び目標圧縮比演算部Ｂ７に出力する。これによって、可変吸気バルブタイミング機構５が目標吸気バルブタイミング（ｔＶＴＩ）へ向けて駆動制御されるとともに、可変排気バルブタイミング機構６が目標排気バルブタイミング（ｔＶＴＥ）へ向けて駆動制御される。目標圧縮比演算部Ｂ７は、上記のｔＴ、ＮＥ、ｄＬ、ｔＶＴＩ、ｔＶＴＥ、ｒＣＲから目標圧縮比（ｔＣＲ）を算出し、可変圧縮比アクチュエータ４に出力する。これにより、可変圧縮比アクチュエータ４によって可変圧縮比機構２０が目標圧縮比（ｔＣＲ）へ向けて駆動制御される。

図９は本実施例の圧縮比制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１からステップＳ４までは、図４に示す第１実施例と同じである。ステップＳ５Ａでは、上記のｔＴ、ＮＥ、ｄＬ、ｒＶＴＩ、ｒＶＴＥ、ｒＣＲから目標吸気バルブタイミング（ｔＶＴＩ）と目標排気バルブタイミング（ｔＶＴＥ）を算出し、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、上記のｔＴ、ＮＥ，ｄＬ、ｔＶＴＩ，ｔＶＴＥ，ｒＣＲから目標圧縮比ｔＣＲを算出し、ステップＳ６Ａへ進む。ステップＳ６Ａでは、ｔＶＴＩから可変吸気バルブタイミングアクチュエータ駆動信号、ｔＶＴＥから可変排気バルブタイミングアクチュエータ駆動信号、ｔＣＲから可変圧縮比アクチュエータ駆動信号を算出し、それぞれのアクチュエータへと出力する。

図１０を参照して、本実施例においてタイミングチェーンが伸びた場合に、可変吸気バルブタイミング機構５により吸気バルブタイミングを変更・補正する条件と、この可変吸気バルブタイミング機構５の補正にあわせて可変圧縮比機構２０によって目標圧縮比を補正する条件と、について説明する。

タイミングチェーン８の伸びが無い状態において、可変吸気バルブタイミング機構５で設定できる吸気バルブ閉時期（ＩＶＣ）の範囲Ａ１に対して、タイミングチェーン８の伸び量が大きくなるに従って、ＩＶＣを設定できる範囲は全体的に遅角していく。このため、タイミングチェーン８の伸びが無い状態において可変吸気バルブタイミング機構５で設定できるＩＶＣの範囲の最も遅角側から、ある程度の範囲Ａ３までは可変吸気バルブタイミング機構の動作量を補正することで、本来設定したいＩＶＣに設定することが可能である。しかしながら、通常範囲Ａ３の最も進角側からタイミングチェーンの伸びによって遅角した分の範囲Ａ４では、可変吸気バルブタイミング機構５のみでは、本来設定したいＩＶＣを設定することができない。そこで本実施例では、吸気バルブタイミング機構５によって本来設定したいバルブタイミングの設定が可能な範囲Ａ３では、タイミングチェーン８の伸び量に応じて可変吸気バルブタイミング機構５の動作量のみを補正することで、所期のＩＶＣ、つまりバルブタイミングを実現するとともに、本来設定したいＩＶＣまでの進角が不可能となるタイミングチェーン８の伸び量と運転状態（要求されるＩＶＣ）の場合Ａ４には、有効圧縮比が低下してしまった分だけ目標圧縮比を高圧縮比側に補正することで、有効圧縮比の低下による熱効率の低下を高圧縮比側への補正により補うようにしている。

排気弁側については、基本的には上述した吸気弁側と同様であるが、タイミングチェーンの伸びがバルブオーバーラップが拡大する方向となるため、タイミングチェーンの伸びに伴い残留ガスが増加してノッキングの発生を回避する条件が厳しくなる。従って、チェーン伸び量の増加に伴って排気弁側のバルブタイミングを補正する場合には、タイミングチェーンの伸び量の増加に伴って、主として目標圧縮比を低下側に補正することとなる。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な構成及び作用効果について以下に列記する。

［１］ピストン１２の上死点位置を変更することで機関圧縮比を機関運転状態に応じて変更する可変圧縮比機構２０と、クランクシャフト１３の回転動力を、吸・排気弁１５，１７を駆動するカムシャフト１６，１８へ伝達するように、クランクシャフト１３のクランクスプロケット１３Ａとカムシャフト１６，１８のカムスプロケット１６Ａ，１８Ａとに掛け渡されるタイミングチェーン８と、を有している。そして、第１の発明は、クランクシャフト１３とカムシャフト１６，１８との回転位相差を検出する位相差検出手段（回転速度演算部Ｂ２，吸気バルブタイミング演算部Ｂ３，排気バルブタイミング演算部Ｂ４など）と、上記位相差検出手段により検出された回転位相差に基づいて、上記タイミングチェーン８の伸び量を推定するチェーン伸び量推定手段（タイミングチェーン伸び量演算部Ｂ６）と、上記タイミングチェーンの伸び量の推定値（ｄＬ）に基づいて、上記機関圧縮比（目標圧縮比ｔＣＲ）を補正する圧縮比補正手段（目標圧縮比演算部Ｂ７）と、を有することを特徴としている。

このように、タイミングチェーンの伸び量の推定値（ｄＬ）に応じて機関圧縮比（目標圧縮比ｔＣＲ）を補正することによって、ノッキングの発生を招くことなく、タイミングチェーンの伸びによる吸気・排気弁１５，１７とピストン１２との干渉を回避するとともに、運転状態の低下を抑制することができ、必ずしも部品交換や機関の強制的な停止を行うことなく運転を継続することができる。

［２］第２の発明では、タイミングチェーン８の伸び量の推定値（ｄＬ）が大きくなるに従って、上記機関圧縮比（目標圧縮比ｔＣＲ）の上限値を低くしている。例えば第１実施例では、図５（Ｂ）に示すチェーン伸び量ｄＬが大きい場合には、図５（Ａ）に示すチェーン伸び量ｄＬが小さい場合に比して、目標圧縮比の上限値を領域Ｃの１４から領域Ｃ'１の１３に低下させている。

このように、タイミングチェーンの伸び量の推定値が大きくなるに従って、目標圧縮比の上限値を低下させるので、タイミングチェーンが伸びた状態でも吸・排気弁とピストンとの距離を保ちつつ、圧縮比の上限値のみを低下させるので、圧縮比の低下に伴う性能低下を最小限に抑制できる。また、同じタイミングチェーンの伸び量を許容した場合であれば、ピストン冠面のバルブリセスを浅く設計でき、ピストン面積が小さくなるので熱効率の向上が得られる。

［３］第３の発明では、タイミングチェーン８の伸び量の推定値（ｄＬ）が大きくなるに従って、所定の機関運転状態における機関圧縮比を高圧縮比側へ補正する。例えば図５に示す第１実施例では、低回転高負荷側の領域Ａについては、チェーン伸び量が大きい場合（Ｂ）に、チェーン伸びが小さい場合（Ａ）に比して、目標圧縮比（ｔＣＲ）を１０から１１に高めている。

タイミングチェーン８の伸びによって吸気弁１５の閉じ時期は遅角するので、有効圧縮比はタイミングチェーン８の伸びに応じて下がっていく。このためタイミングチェーン８が伸びていない状態でノッキングが発生しないように目標圧縮比を設定していると、タイミングチェーン８が伸びて有効圧縮比が低下した状態では余分に圧縮比を下げていることになるので、熱効率の向上が十分に行えない。第３の発明によれば、タイミングチェーン８の伸び量の推定値（ｄＬ）が大きくなるに従って、機関の運転状態の少なくとも一部、具体的には、元々ノッキング条件が厳しいために目標圧縮比が低く抑制されるている低回転高負荷側の領域Ａにおいて、目標圧縮比（ｔＣＲ）を高圧縮比側へ補正することにより、ノッキングの発生を招くことなく、熱効率の低下を抑制することができる。

［４］第４の発明では、タイミングチェーン８の伸び量の推定値（ｄＬ）が大きくなるに従って、所定の機関運転状態における機関圧縮比を低圧縮比側へ補正する。例えば図５に示す第１実施例では、低負荷側及び高回転側の領域Ｃについては、チェーン伸び量が大きい場合（Ｂ）に、チェーン伸びが小さい場合（Ａ）に比して、目標圧縮比（ｔＣＲ）を１４から１３あるいは１２に低下させている。

タイミングチェーン８の伸びによって排気弁１７の閉じ時期は遅角するので、バルブオーバーラップが拡大し、残留ガスが増加する。残留ガスが増加すると圧縮開始時の作動ガス温度が上昇するためノッキングが生じ易くなってしまう。第４の発明によれば、タイミングチェーン８の伸び量の推定値（ｄＬ）が大きくなるに従って、機関の運転状態の少なくとも一部において、目標圧縮比（ｔＣＲ）を低く補正するので、上記残留ガスの増加によるノッキングを抑制することができる。特に、コレクタ内の圧力に対して排気管内の圧力が高くなる運転状態においては、バルブオーバーラップ中の逆流によって残留ガスが多くなることから、吸入負圧が大きくなる低負荷側、また排気圧力が高くなる高回転の領域Ｃが、本発明の効果が得やすい運転状態である。

［５］第５の発明は、吸・排気弁のバルブタイミングを機関運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング機構５，６などの可変バルブタイミング手段を有し、タイミングチェーン８の伸び量の推定値（ｄＬ）に基づいて、機関圧縮比（ｔＣＲ）とバルブタイミング（ｒＶＴＩ，ｒＶＴＥ）の双方を補正するものである。

可変バルブタイミング手段を有する場合、タイミングチェーン８が伸びてバルブタイミングが遅角してしまっても、バルブタイミングの可変範囲内であれば、バルブタイミングの補正のみにより所期のバルブタイミングに設定することができる。ただし、図１０に示すように、タイミングチェーン８の伸びに伴って、バルブタイミングの可変範囲そのものが全体として遅角側にずれてしまうので（Ａ１→Ａ２）、タイミングチェーンの伸びが無い状態と全く同じバルブタイミングの可変範囲はとれなくなる。第５の発明によれば、タイミングチェーン８の伸び量の推定値（ｔＣＲ）に応じて、目標圧縮比（ｔＣＲ）とバルブタイミング（ｒＶＴＩ，ｒＶＴＥ）を補正・変更するので、タイミングチェーン８が伸びてバルブタイミングの可変範囲が変わってしまった場合にも、これに対応して目標圧縮比とバルブタイミングの双方を適宜に設定することで、タイミングチェーンの伸びに伴う運転性能の低下を抑制することができる。

［６］具体的には第６の発明のように、タイミングチェーン８の伸びによりバルブタイミングが遅角した場合に、可変バルブタイミング機構５，６によってバルブタイミングの遅角分を補正可能なタイミングチェーン８の伸び量と運転状態の組合せ、具体的には図１０の範囲Ａ３においては、タイミングチェーン８の伸び量に応じて可変バルブタイミング機構５，６によるバルブタイミングの補正のみを行う。一方、可変バルブタイミング機構５，６によってバルブタイミングの遅角分を補うことが不可能なタイミングチェーン８の伸び量と運転状態の組合せ、具体的には図１０に示すように、タイミングチェーン８が伸びていない状態での最進角のバルブタイミングから、タイミングチェーン８の伸び量に相当する遅角分の範囲Ａ４については、タイミングチェーン８の伸び量に応じて、バルブタイミングと機関圧縮比の双方を補正する。これによって、タイミングチェーン８の伸び量が増大して、バルブタイミングの補正のみにより所期のバルブタイミングに変換不可能な運転状態となっても、目標圧縮比の補正を併用することで、バルブタイミングの遅角による熱効率の低下分を高圧縮比側への補正により補うことができ、可変バルブタイミング機構５，６のみでタイミングチェーンの伸び量分を補正する場合に比して、より幅広い機関運転状態において、タイミングチェーンの伸びに伴う性能低下を抑制することができる。

Claims (5)

1. ピストンの上死点位置を変更することで機関圧縮比を機関運転状態に応じて変更する可変圧縮比手段と、
   クランクシャフトの回転動力を、吸・排気弁を駆動するカムシャフトへ伝達するように、クランクシャフトのクランクスプロケットとカムシャフトのカムスプロケットとに掛け渡されるタイミングチェーンと、
   を有する可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
   上記クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相差を検出する位相差検出手段と、
   上記位相差検出手段により検出された回転位相差に基づいて、上記タイミングチェーンの伸び量を推定するチェーン伸び量推定手段と、
   上記タイミングチェーンの伸び量の推定値に基づいて、上記機関圧縮比を補正する圧縮比補正手段と、
   を有し、
   上記圧縮比補正手段は、低回転高負荷側の領域では、上記タイミングチェーンの伸び量の推定値が大きくなるに従って、機関圧縮比を高圧縮比側へ補正することを特徴とする可変圧縮比内燃機関の制御装置。
2. 上記圧縮比補正手段は、低・中回転低負荷側の領域では、上記タイミングチェーンの伸び量の推定値が大きくなるに従って、機関圧縮比の上限値を低くすることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
3. 上記圧縮比補正手段は、高回転側の領域では、上記タイミングチェーンの伸び量の推定値が大きくなるに従って、機関圧縮比を低圧縮比側へ補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
4. 吸・排気弁のバルブタイミングを機関運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング手段を有し、
   上記圧縮比補正手段は、上記タイミングチェーンの伸び量の推定値に基づいて、上記機関圧縮比とバルブタイミングの双方を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置。
5. タイミングチェーンの伸びによりバルブタイミングが遅角した場合に、
   上記可変バルブタイミング手段によってバルブタイミングの遅角分を補正可能なタイミングチェーンの伸び量と運転状態の組合せにおいては、上記タイミングチェーンの伸び量に応じて可変バルブタイミング手段によるバルブタイミングの補正のみを行い、
   上記可変バルブタイミング手段によってバルブタイミングの遅角分を補うことが不可能なタイミングチェーンの伸び量と運転状態の組合せにおいては、上記タイミングチェーンの伸び量に応じて、バルブタイミングと機関圧縮比の双方を補正することを特徴とする請求項４に記載の可変圧縮比式内燃機関の制御装置。

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