JP6447410B2

JP6447410B2 - 可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法及び制御装置

Info

Publication number: JP6447410B2
Application number: JP2015159751A
Authority: JP
Inventors: 田中　儀明; 儀明田中; 日吉　亮介; 亮介日吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-08-13
Also published as: JP2017036714A

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御に関する。

内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御技術として、特許文献１には、一定車速で走行しているときのように、所定時間でのアクセル開度変化量が所定量以下の場合に、アクセル開度に応じた機関圧縮比の変更を禁止する技術が記載されている。

特開２００５−１４７１０４号公報

上記特許文献において、機関圧縮比の変更を禁止して所定の機関圧縮比に維持する場合、どの機関圧縮比に維持するか改善の余地がある。

本発明では、定速走行中であるか否かを判定し、定速走行中である場合には、車両走行環境に応じて規定された機関圧縮比に保持する構成とした。すなわち、所定の積算期間における車速変化の積分値から定速走行中であると判定した場合に、登坂路もしくは曲線路であれば上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持し、降坂路であれば上記積算期間内で相対的に高い所定の高圧縮比に保持する。減速エネルギー回収装置を備える場合には、降坂路であれば上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持する。

本発明によれば、定速走行中に機関圧縮比を一定に保持することにより、不必要な圧縮比の変更を抑制して、消費エネルギーの抑制による燃費向上を図るとともに、機関圧縮比の変動に伴う機関運転性の悪化を抑制することができる。また、保持する機関圧縮比を車両走行環境に応じて規定することにより、例えば登坂路のような負荷が増加するシーンにおいて異常燃焼の発生を抑制できる。

本発明の一実施例に係る内燃機関を簡略的に示す構成図。上記実施例の可変圧縮比機構を簡略的に示す構成図。本実施例の制御の流れを示すフローチャート。同じく本実施例の制御の流れを示すフローチャート。車速変化の積算値の演算内容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に示すように、この発明の一実施例が適用される内燃機関１には、排気通路４と吸気通路３との間に、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機２が設けられている。内燃機関の出力は自動変速機８により変速されて駆動輪へ伝達される。

制御部６は、各種機関制御を記憶及び実行する機能を有しており、機関回転数センサ１１やスロットル上流の大気圧を検出する大気圧センサ１２等から入力される信号に基づいて、スロットルバルブ１３，燃料噴射弁１４及び点火プラグ１５等へ制御信号を出力して、スロットル開度，燃料噴射量，燃料噴射時期及び点火時期等を制御する。また、制御部６は、過給圧センサ５により検出される過給圧に基づいて、過給圧調整機構としての排気バイパス弁７の開度を調整することにより、過給圧を所望の目標過給圧に制御する。

図２は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構２０を示している。なお、この機構は特開２００６−２２６１３３号公報等にも記載のように公知であるので、簡単な説明にとどめる。内燃機関の機関本体の一部を構成するシリンダブロック２１には、各気筒のピストン２２がシリンダ２３内に摺動可能に嵌合しているとともに、クランクシャフト２４が回転可能に支持されている。可変圧縮比機構２０は、クランクシャフト２４のクランクピン２４Ａに回転可能に取り付けられるロアリンク２５と、このロアリンク２５とピストン２２とを連結するアッパリンク２６と、シリンダブロック２１等の機関本体側に回転可能に支持される制御軸２７と、この制御軸２７に偏心して設けられた制御偏心軸部とロアリンク２５とを連結する制御リンク２８と、を有している。ピストン２２とアッパリンク２６の上端とはピストンピン３０を介して相対回転可能に連結され、アッパリンク２６の下端とロアリンク２５とは第１連結ピン３１を介して相対回転可能に連結され、制御リンク２８の上端とロアリンク２５とは第２連結ピン３２を介して相対回転可能に連結され、制御リンク２８の下端は制御軸２７の制御偏心軸部に回転可能に取り付けられている。

制御軸２７にはアクチュエータとしての駆動モータ３３が連結されており、この駆動モータ３３により制御軸２７の回転位置を変更・保持することによって、ロアリンク２５の姿勢の変化を伴って、ピストン上死点位置やピストン下死点位置を含むピストンストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化する。従って、上記の制御部６（図１参照）により駆動モータ３３を駆動制御することによって、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御することができる。具体的には、可変圧縮比機構２０により変更される実際の機関圧縮比に相当する実圧縮比を検出するデバイスとして、この実圧縮比に対応する制御軸２７の回転位置を検出する制御軸センサ３４（図１参照）が設けられ、制御部６は、この制御軸センサ３４により検出される実圧縮比に基づいて、実圧縮比を目標圧縮比の近傍に維持するように駆動モータ３３をフィードバック制御する。

図３及び図４は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１では、積算期間Ｐｓの開始時点における車速Ｖｓを読み込む。ステップＳ１２では、所定の単位時間毎の車速Ｖｒを読み込む。ステップＳ１３では、積算期間Ｐｓにおける車速変化ΔＶ（＝Ｖｒ−Ｖｓ）の積算値ΣΔＶｄｔを演算する。つまり、単位時間毎に現在の車速Ｖｒと開始時点の車速Ｖｓとの間の車速変化ΔＶ（＝Ｖｒ−Ｖｓ）を求め、これを逐次積算していく。図５に示すように、図中のハッチングが施された領域が積算値ΣΔＶｄｔに相当する。積算期間Ｐｓが終了すると（ステップＳ１４）、この積算値ΣΔＶｄｔが、予め設定された定速判断閾値Ｚ（ステップＳ１５）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。積算値ΣΔＶｄｔが定速判断閾値Ｚ以上であれば本ルーチンを終了する。

積算値ΣΔＶｄｔが定速判断閾値Ｚ未満であれば、定速走行状態であると判定し（ステップＳ１７）、機関圧縮比を一定に保持する。保持を行なう一定の圧縮比の値については、後述するように、車両走行環境に応じて適宜に設定される。

ステップＳ１８では、車両勾配データを取得する。ステップＳ１９では、車両勾配が０以上であるかを判定する。車両勾配が０以上である場合には、ステップＳ２０へ進み、登坂路であると判定する。続くステップＳ２１では、積算期間内の機関圧縮比（ε）の設定範囲を算出する。ステップＳ２２では、積算期間内の中で相対的に低い所定の低圧縮比εｌｏｗを保持する圧縮比として、機関圧縮比をこの低圧縮比εｌｏｗに保持する。

ここで、低圧縮比εｌｏｗは、積算期間内で変化する機関圧縮比の範囲のうちで、少なくとも中間の圧縮比よりも低圧縮比側の値であって、積算期間の開始時点での機関圧縮比よりも低い圧縮比とされ、例えば積算期間の中で最も低い最低の圧縮比が用いられる。

一方、勾配が０以上でない場合には、ステップＳ１９が否定されてステップＳ２３へ進み、勾配が０未満であるか否かを判定する。勾配が０未満である場合、ステップＳ２４へ進み、降坂路であると判定する。続くステップＳ２５では、積算期間内の機関圧縮比（ε）の設定範囲を算出する。ステップＳ２６では、この車両が減速エネルギー回生装置を備えているか否かが判定される。この減速エネルギー回生装置は、例えばハイブリッド車両におけるモータジェネレータのように車両の減速エネルギーを回収できるものである。

減速エネルギー回収装置を備えていれば、ステップＳ２７へ進み、積算期間内の中で相対的に低い所定の低圧縮比εｌｏｗを保持する圧縮比として設定し、機関圧縮比をこの低圧縮比εｌｏｗに保持する。一方、減速エネルギー回収装置を備えていなければ、ステップＳ２８へ進み、積算期間内の中で相対的に高い所定の高圧縮比εｈｉｇｈを保持する圧縮比として設定する。

ここで、高圧縮比εｈｉｇｈは、積算期間内で変化する機関圧縮比の範囲のうちで、少なくとも中間の圧縮比よりも高圧縮比側の値であって、積算期間の開始時点での機関圧縮比よりも高い圧縮比とされ、例えば積算期間の中で最も高い最高の圧縮比が用いられる。

勾配がほとんどなく、つまり勾配がほぼ０である場合には、平坦路であるとして、ステップＳ１９，ステップ２３の判定が否定されてステップＳ２９へ進む。このステップＳ２９では、舵角操作が行なわれているか否かを判定する。この判定は、例えばステアリングシャフトに取り付けられた舵角センサ等を用いて、運転者による操舵の向きを検出することにより行なわれる。舵角操作が行なわれていなければ本ルーチンを終了する。なお、この場合、積算期間中における中間の圧縮比に保持される。

舵角操作中であれば、ステップＳ３０へ進み、曲線路であると判定する。続くステップＳ３１では、積算期間内の機関圧縮比（ε）の設定範囲を算出する。ステップＳ３２では、上記の低圧縮比εｌｏｗを保持する圧縮比として設定し、機関圧縮比をこの低圧縮比εｌｏｗに保持する。

以上のように本実施例では、車両速度に基づいて定速走行中であるか否かを判定し、定速走行中である場合には、機関圧縮比を一定に保持して、機関圧縮比の変更を禁止している。従って、車両外乱や運転者の癖等に起因して定常走行中であるにもかかわらずアクセル操作が行なわれたような場合にも、不必要に機関圧縮比が変動することがなく、消費エネルギーを抑制することができるとともに、エンジントルクの変動等の運転性の悪化を抑制することができる。

また、登坂路や曲線路の場合、定常走行であっても走行抵抗が比較的大きいことから、負荷の増加による異常燃焼等の発生を抑制するように、低圧縮比εｌｏｗに保持する。

一方、降坂路の場合には、基本的には、高圧縮比εｈｉｇｈに保持して、エンジンブレーキが十分に得られる状態として、定速走行を容易にする。但し、減速エネルギー回収装置を備える車両の場合には、減速エネルギー回収装置により減速エネルギーを最大限に回収するように、低圧縮比εｌｏｗに保持する。

また、車両の自動巡航走行を行なうクルーズコントロール制御装置を備える構成の場合には、自動巡航走行中である場合に、上述した機関圧縮比の保持制御を適用することで、自動巡航走行中におけるトルク変動やヘジテーションの発生を有効に抑制することができる。

１…内燃機関
６…制御部
２０…可変圧縮比機構

Claims

内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、
定速走行中であると判定された場合には、登坂路であるか否かを判定し、登坂路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、
定速走行中であると判定された場合には、曲線路であるか否かを判定し、曲線路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、
定速走行中であると判定された場合には、降坂路であるか否かを判定し、降坂路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に高い所定の高圧縮比に保持する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
減速エネルギーを回生する減速エネルギー回生装置を備えるとともに、内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、
定速走行中であると判定された場合には、降坂路であるか否かを判定し、降坂路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
車両の自動巡航走行を行なうクルーズコントロール制御装置を備え、
上記自動巡航走行中である場合に、上記機関圧縮比の保持制御を適用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、定速走行中であると判定された場合には、登坂路であるか否かを判定し、登坂路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持する制御部を有する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置。
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、定速走行中であると判定された場合には、曲線路であるか否かを判定し、曲線路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持する制御部を有する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置。
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、定速走行中であると判定された場合には、降坂路であるか否かを判定し、降坂路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に高い所定の高圧縮比に保持する制御部を有する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置。
減速エネルギーを回生する減速エネルギー回生装置を備えるとともに、内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置において、
所定の積算期間における車速変化の積分値を算出し、この積分値が所定の閾値未満である場合に、定速走行中であると判定し、定速走行中であると判定された場合には、降坂路であるか否かを判定し、降坂路であると判定された場合、機関圧縮比を、上記積算期間内で相対的に低い所定の低圧縮比に保持する制御部を有する、ことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置。