JP6734633B2

JP6734633B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6734633B2
Application number: JP2015134869A
Authority: JP
Inventors: 春樹佐藤; 洋元志水
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2035-07-06
Also published as: JP2017015039A

Description

本発明は、可変圧縮比機構を有した内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を有した内燃機関が開示されている。この内燃機関では、運転者の意図に基づく内燃機関の停止時や、信号待ちや踏切停止等の車両の一時停止の際に内燃機関を自動停止する所謂アイドル停止時に、圧縮比を低圧縮比である所定の停止時目標圧縮比に低下させてから、内燃機関の停止処理が開始される。

特開２００４−２９３４１１号公報

しかし、特許文献１の内燃機関では、内燃機関の停止要求があったときに、圧縮比が停止時目標圧縮比へ到達するのを待ってから内燃機関の停止処理が開始されるので、内燃機関の停止が、圧縮比の変更に要する時間分だけ遅れることになる。これにより、例えばアイドル停止では内燃機関のアイドル停止の時間が短くなり、アイドル停止による十分な燃費の向上が得られなくなる虞がある。

本発明は、圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備え、内燃機関の停止時に所定の停止時目標圧縮比に制御する内燃機関の制御装置であって、この制御装置は、内燃機関の停止要求に従って上記可変圧縮比機構の上記停止時目標圧縮比へ向けた作動を開始し、圧縮比が、上記停止時目標圧縮比よりも高い所定の停止許可圧縮比に到達したときに内燃機関の停止処理を開始し、圧縮比が上記停止許可圧縮比から上記停止時目標圧縮比へと低下しているときに、内燃機関の回転速度が低下する。

つまり、圧縮比が停止時目標圧縮比へ到達するのを待たずに、これよりも前の停止許可圧縮比に到達したときに、内燃機関の停止処理を開始する。

本発明によれば、内燃機関の停止処理の開始が、上記停止時目標圧縮比と上記停止許可圧縮比との間の圧縮比の変更に要する時間分だけ前倒しされるので、例えばアイドル停止では、内燃機関のアイドル停止時間がこの時間分だけ長くなり、これにより、燃費が向上する。

本発明の一実施例に係る制御装置のシステム構成を示す構成説明図である。アイドル停止処理時の種々のパラメータの変化を示すタイムチャートである。本発明の第１の実施例を示すフローチャートである。油温ならびにアクチュエータへの供給電圧と停止許可圧縮比との相関関係を示すマップである。本発明の第２の実施例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。

図１は、本発明が適用された車両用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば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２を備えた４ストロークサイクルの火花点火内燃機関であって、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されるとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。

上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート７の下方には、燃焼室３内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁８が配置されている。燃料噴射弁８は、駆動パルス信号が印加されることによって開弁する電磁式ないし圧電式の噴射弁であって、駆動パルス信号のパルス幅に実質的に比例した量の燃料を噴射する。

上記吸気ポート７に接続された吸気通路９のコレクタ部９ａ上流側には、エンジンコントローラ１０からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１１が介装されており、さらに、その上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１２が配設されている。

また、排気ポート１３に接続された排気通路１４には、三元触媒からなる触媒装置１５が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ１６が配置されている。

一方、上記可変圧縮比機構２は、公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクシャフト１７のクランクピン１７ａに回転自在に支持されたロアリンク１８と、このロアリンク１８の一端部のアッパピン１９とピストン２０のピストンピン２０ａとを互いに連結するアッパリンク２１と、ロアリンク１８の他端部のコントロールピン２２に一端が連結されたコントロールリンク２３と、このコントロールリンク２３の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト２４と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト１７および上記コントロールシャフト２４は、シリンダブロック２５下部のクランクケース内で図示せぬ軸受構造を介して回転自在に支持されている。上記コントロールシャフト２４は、該コントロールシャフト２４の回動に伴って位置が変化する偏心軸部２４ａを有し、上記コントロールリンク２３の端部は、詳しくは、この偏心軸部２４ａに回転可能に嵌合している。上記可変圧縮比機構２においては、上記コントロールシャフト２４の回動に伴ってピストン２０の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的圧縮比が変化する。

また、上記可変圧縮比機構２の圧縮比を可変制御する駆動機構として、クランクシャフト１７と平行な出力軸２６ａを有するアクチュエータ２６がシリンダブロック２５側面に配置されている。アクチュエータ２６は、ケース２７内に例えば電動モータまたは油圧機構等のアクチュエータ本体や減速機等を収容してユニット化するようにして構成されている。上記出力軸２６ａと上記コントロールシャフト２４とは互いに平行に位置しており、両者が連動して回動するように、出力軸２６ａに固定された第１のアーム２８とコントロールシャフト２４に固定された第２のアーム２９とが中間リンク３０によって互いに連結されている。

即ち、アクチュエータ２６の出力軸２６ａが回転すると、この回転が第１のアーム２８から中間リンク３０を介して第２のアーム２９へ伝達され、コントロールシャフト２４が回動する。これにより、上述したように、内燃機関１の機械的圧縮比が変化する。

上記可変圧縮比機構２の目標圧縮比は、エンジンコントローラ１０において、機関運転条件（例えば要求負荷および機関回転速度）に基づいて設定され、この目標圧縮比を実現するように上記アクチュエータ２６が駆動制御される。

上記エンジンコントローラ１０には、上記エアフロメータ１２、空燃比センサ１６のほか、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量（アクセル開度ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ３１、車速Ｖを検出する車速センサ３２、油温Ｔ_oilを検出する油温センサ３３、アクチュエータ２６に供給される供給電圧ＶＣＲ_vbを検出する電圧センサ３４、実圧縮比ε_rを検出する実圧縮比センサ３５、運転者によるブレーキの踏み込みを検出するブレーキスイッチ３６、等のセンサ類の信号が入力されている。上記エンジンコントローラ１０は、これらの検出信号に基づき、可変圧縮比機構２の圧縮比、燃料噴射弁８による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ６による点火時期、スロットルバルブ１１の開度、等を最適に制御している。なお、実圧縮比センサ３５は、コントロールシャフト２４の回転角度から実圧縮比ε_rを検出している。

また、上記エンジンコントローラ１０は、例えば信号待ちや踏切停止等の車両の一時停止のために運転者がアクセルペダルから足を離しブレーキペダルを踏み込んだ際に、ブレーキスイッチ３６がＯＮであること、アクセル開度センサ３１により検出されたアクセル開度ＡＰＯがゼロであること、および車速センサ３２により検出された車速Ｖがゼロであること、が同時に成立することを条件として、内燃機関１の所定のアイドル停止要求があると判定する。エンジンコントローラ１０は、このアイドル停止要求に従って、車両の一時停止中に内燃機関１を自動停止する所謂アイドル停止処理を行う。

次に、図２のタイムチャートを参照して、上記実施例のアイドル停止処理による動作を説明する。このタイムチャートは、アイドル停止要求から内燃機関１の再始動に至るまでの機関回転速度Ｎおよび実圧縮比ε_rの変化を示している。

この図の例では、内燃機関１の停止時の目標となる停止時目標圧縮比ε_tarが、内燃機関１の再始動を考慮した望ましい圧縮比に設定されている。内燃機関１の回転停止後にはフリクションが増大するため可変圧縮比機構２の圧縮比変更に必要な力が大きくなるので、内燃機関１の回転停止までに実圧縮比ε_rを停止時目標圧縮比ε_tarに変更しておくことが望ましい。従って、エンジンコントローラ１０は、内燃機関１の停止時（時間ｔ３）に実圧縮比ε_rが停止時目標圧縮比ε_tarとなるようにアクチュエータ２６を駆動制御する。つまり、エンジンコントローラ１０は、内燃機関１の回転停止時に最後に圧縮行程にいる気筒の吸気弁が閉じられるまでに実圧縮比ε_rが所定の停止時目標圧縮比ε_tarに到達するようにアクチュエータ２６を駆動制御する。ここで、停止時目標圧縮比ε_tarは、図示例では、可変圧縮比機構２を用いて制御可能な圧縮比の中の最も低い圧縮比（以下、「最低圧縮比」と呼ぶ）である。そして、内燃機関１の停止の開始基準となる停止許可圧縮比ε_pが、上記停止時目標圧縮比ε_tarよりも高い圧縮比に設定されている。なお、停止時目標圧縮比ε_tarは、所定の最高圧縮比や中間圧縮比に設定することもできる。また、上記停止時目標圧縮比ε_tarは、種々の条件に応じて可変的に設定することもできる。

アイドル停止要求がある時間ｔ１の直前までは、実圧縮比ε_rが比較的高い圧縮比に維持されている。

時間ｔ１において、運転者が、信号待ちや踏切停止のためにブレーキペダルを踏み込んだことにより、車両が一時停止する。このとき、エンジンコントローラ１０は、所定のアイドル停止要求があると判定する。そして、エンジンコントローラ１０は、アイドル停止要求に従って、実圧縮比ε_rが比較的高い圧縮比から停止時目標圧縮比ε_tar例えば最低圧縮比へと低下するように、可変圧縮比機構２のアクチュエータ２６を駆動制御する。

そして、時間ｔ２において、実圧縮比ε_rが停止許可圧縮比ε_pに到達すると、エンジンコントローラ１０は、内燃機関１のアイドル停止処理を開始する。つまり、燃料噴射ならびに点火を停止する。これにより、機関回転速度Ｎが低下し、時間ｔ３において、クランクシャフトの回転が完全に停止する。また、実圧縮比ε_rは、クランクシャフトの回転の停止と実質的に同時に停止時目標圧縮比ε_tarに到達するように設定されている。これにより、内燃機関１が停止状態となる。この停止状態の間は、実圧縮比ε_rが停止時目標圧縮比ε_tarに維持されている。

また、アイドル停止後、時間ｔ４において、運転者がアクセルペダルを踏み込んだことにより内燃機関１の再始動要求があったときには、内燃機関１が再始動され、機関回転速度Ｎが上昇する。

次に、図３のフローチャートを参照して、内燃機関１のアイドル停止処理の第１の実施例を説明する。このフローチャートに示すルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行される。ステップ１では、エンジンコントローラ１０は、内燃機関１のアイドル停止要求があるか否かを判定する。ここで、このアイドル停止要求の判定は、繰り返し行われている。

ステップ１において、アイドル停止要求がある場合には、ステップ２に進み、エンジンコントローラ１０は、内燃機関１のアイドル停止処理の開始基準となる所定の停止許可圧縮比ε_pを演算する。上記停止許可圧縮比ε_pは、上記可変圧縮比機構２の圧縮比変化の応答性によって決定されるものである。例えば、上記停止許可圧縮比ε_pは、図４に示したような特性の油温Ｔ_oilおよびアクチュエータ２６への供給電圧ＶＣＲ_vbをパラメータとする所定のマップを参照することにより求められる。油温Ｔ_oilが低いとフリクションが増大し、可変圧縮比機構２の応答性が遅くなるため、停止許可圧縮比ε_p（実線）は、油温Ｔ_oilが低いほど停止時目標圧縮比ε_tar（破線）に近い値となっている。なお、油温Ｔ_oilは、矢印に沿って上方に向かうほど高くなり、図４には、例示として、下から順に「低温」、「中温」、「高温」を３つの実線で示している。同様に、停止許可圧縮比ε_pは、アクチュエータ２６への供給電圧ＶＣＲ_vbが低いほど停止時目標圧縮比ε_tarに近い値となっている。

ステップ３では、エンジンコントローラ１０は、可変圧縮比機構２のアクチュエータ２６を駆動制御することにより、可変圧縮比機構２の停止時目標圧縮比ε_tar、例えば最低圧縮比へ向けた作動を開始する。ステップ３における可変圧縮比機構２の作動は、ステップ１におけるアイドル停止要求と実質的に同時に開始される。

そして、ステップ４では、エンジンコントローラ１０は、実圧縮比センサ３５により検出された実圧縮比ε_rが所定の停止許可圧縮比ε_p以下であるか判定する。ここで、この判定は、繰り返し行われている。また、この判定後も、実圧縮比ε_rの変更は継続して行われる。

ステップ４において、実圧縮比ε_rが所定の停止許可圧縮比ε_p以下である場合には、ステップ５に進み、内燃機関１のアイドル停止処理を開始する。つまり、燃料噴射弁８からの燃料噴射および点火プラグ６による点火が停止される。

ステップ６では、アイドル停止後に再始動要求があるか否かを判定する。ステップ６において、再始動要求がある場合には、ステップ７に進み、内燃機関１の再始動処理を開始する。再始動要求が無い場合には、このフローチャートの処理を終了する。ここで、上記再始動要求としては、例えば内燃機関１のアイドル停止中における運転者によるブレーキペダルの解放、アクセルペダルの踏み込み、アイドル停止中のエアコンの作動要求、電力負荷に伴う発電要求、などが挙げられる。

また、ステップ１において、アイドル停止要求が無い場合には、ステップ６，７を経て、ルーチンを繰り返す。

上記のように、本実施例では、実圧縮比ε_rが停止時目標圧縮比ε_tarへ到達するのを待たずに、これより前の停止許可圧縮比ε_pに到達したときに、内燃機関１のアイドル停止処理が開始されるようにしたことから、内燃機関１のアイドル停止時間が、上記停止時目標圧縮比ε_tarと上記停止許可圧縮比ε_pとの間の可変圧縮比機構２の作動時間Ｔ_stop（時間ｔ３−時間ｔ２）分だけ長くなり、これにより、燃費が向上する。

また、本実施例では、可変圧縮比機構２の圧縮比変化の応答性によって上記停止許可圧縮比ε_pを決定し、実圧縮比ε_rがこの停止許可圧縮比ε_pに到達したときに内燃機関１の停止処理を開始するようにしたことから、アイドル停止時間を最大限に確保することができる。

特に、本実施例では、油温Ｔ_oilやアクチュエータ２６への供給電圧ＶＣＲ_vbに応じて停止許可圧縮比ε_pを設定するようにしたことから、油温Ｔ_oilや供給電圧ＶＣＲ_vbが低い場合も、その応答性を考慮して停止許可圧縮比ε_pを設定することができる。これにより、アイドル停止時間を最大限に確保することができる。

また、本実施例では、実圧縮比ε_rが内燃機関１の停止処理の開始（時間ｔ２）と回転停止（時間ｔ３）との間である程度低下しているから、内燃機関１の回転速度低下中における共振帯域での振動を最小限にすることができる。

さらに、本実施例では、実圧縮比ε_rの停止時目標圧縮比ε_tarへの到達と、内燃機関１の回転停止と、が実質的に同じになるようにしたことから、内燃機関１の回転停止時の揺り返しを最小限にすることができる。ここで、この揺り返しとは、内燃機関１の回転停止の瞬間（時間ｔ３）に最後に圧縮行程にいる気筒内に空気が残存しているためにクランクシャフト１７が逆方向に押し戻され、クランク角の回転変動が生じることであり、この揺り返しは、実圧縮比ε_rが小さいほど抑制される。

次に、図５のフローチャートを参照して、内燃機関１のアイドル停止処理の第２の実施例を説明する。この第２の実施例では、油温Ｔ_oilやアクチュエータ２６への供給電圧ＶＣＲ_vbの検出値に依存せずに、可変圧縮比機構２の圧縮比変化の応答性（変化速度）を見ることができる。このフローチャートに示すルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行される。ステップ１０では、可変圧縮比機構２の圧縮比変化の応答性を計算する。例えば、図２に示したタイムチャートにおける時間ｔ１と時間ｔ３との間の実圧縮比ε_rの変化の傾きαが応答性を示す。上記傾きαは、例えば、前回のアイドル停止時の可変圧縮比機構２の作動時間（時間ｔ３−時間ｔ１）と、この作動時間に対する実圧縮比ε_rの変化量（図２の縦軸方向の変化量）と、から求められる。また、実圧縮比ε_rの変更開始直後（図２の時間ｔ１の直後）の比較的短い時間と、この時間に対する実圧縮比ε_rの変化量と、によって、作動時間（時間ｔ３−時間ｔ１）全体における傾きの代表として上記傾きαを求めても良い。

次に、ステップ１１では、内燃機関１のアイドル停止要求があるか否かを判定する。ここで、このアイドル停止要求の判定は、繰り返し行われている。

ステップ１１において、アイドル停止要求がある場合には、ステップ１２に進み、可変圧縮比機構２の停止時目標圧縮比ε_tar、例えば最低圧縮比へ向けた作動を開始する。ステップ１２における可変圧縮比機構２の作動は、ステップ１１におけるアイドル停止要求と実質的に同時に開始される。

ステップ１３では、アイドル停止処理中圧縮比βを算出する。ここで、圧縮比βは、図２に示すように、停止処理開始からクランクシャフト１７の回転停止に至るまでの作動時間Ｔ_stop（時間ｔ３−時間ｔ２）における実圧縮比ε_rの変化量である。圧縮比βは、β＝α×Ｔ_stopにより算出される。上記作動時間Ｔ_stopは定数であり、例えばアイドル停止に関する複数の実験データを用いて求められる。

次に、ステップ１４では、所定の停止許可圧縮比ε_pを演算する。停止許可圧縮比ε_pは、ε_p＝ε_tar＋βにより演算される（図２参照）。従って、停止許可圧縮比ε_pは、応答性が低く圧縮比βが小さいと停止時目標圧縮比ε_tarに近い値となる。

ステップ１５では、実圧縮比ε_rが所定の停止許可圧縮比ε_p以下であるか判定する。ここで、この判定は、繰り返し行われている。また、この判定後も、実圧縮比ε_rの変更は継続して行われる。

また、ステップ１５において、実圧縮比ε_rが所定の停止許可圧縮比ε_p以下である場合には、ステップ１６に進み、内燃機関１のアイドル停止処理を開始する。つまり、燃料噴射弁８からの燃料噴射および点火プラグ６による点火が停止される。

ステップ１７では、アイドル停止後に再始動要求があるか否かを判定する。ステップ１７において、再始動要求がある場合には、ステップ１８に進み、内燃機関１の再始動処理を開始する。再始動要求が無い場合には、このフローチャートの処理を終了する。

このような第２の実施例によっても、内燃機関１のアイドル停止期間が長くなり、これにより、燃費が向上する。

また、上記のように、本実施例では、アイドル停止処理中圧縮比βを求めて上記停止許可圧縮比ε_pを設定するようにしたことから、油温Ｔ_oilやアクチュエータ２６への供給電圧ＶＣＲ_vbを測定しなくても、可変圧縮比機構２の応答性に応じて上記停止許可圧縮比ε_pを適切に設定することができる。

なお、上記した実施形態では、所定条件が成立したときに内燃機関を自動停止する所謂アイドル停止の場合について説明したが、内燃機関の停止はこれに限らず、運転者の意図に基づく操作（例えば、イグニッションスイッチのＯＦＦ操作）で内燃機関が停止する場合も適用できる。

１・・・内燃機関
２・・・可変圧縮比機構
１０・・・エンジンコントローラ
１８・・・ロアリンク
２６・・・アクチュエータ
３１・・・アクセル開度センサ
３２・・・車速センサ
３３・・・油温センサ
３４・・・電圧センサ
３５・・・実圧縮比センサ
３６・・・ブレーキスイッチ

Claims

圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備え、内燃機関の停止時に所定の停止時目標圧縮比に制御する内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の停止要求に従って上記可変圧縮比機構の上記停止時目標圧縮比へ向けた作動を開始し、圧縮比が、上記停止時目標圧縮比よりも高い所定の停止許可圧縮比に到達したときに内燃機関の停止処理を開始し、圧縮比が上記停止許可圧縮比から上記停止時目標圧縮比へと低下しているときに、内燃機関の回転速度が低下する、内燃機関の制御装置。
上記停止時目標圧縮比は、制御可能な圧縮比の中の最も低い圧縮比であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
上記停止時目標圧縮比が可変的に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
上記停止許可圧縮比は、上記可変圧縮比機構を駆動するアクチュエータへの供給電圧に応じて設定され、上記供給電圧が低いほど上記停止時目標圧縮比に近い値となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
上記停止許可圧縮比は、油温に応じて設定され、上記油温が低いほど上記停止時目標圧縮比に近い値となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
上記停止許可圧縮比は、上記可変圧縮比機構の作動時の圧縮比変化の応答性に応じて求められ、上記応答性が低いほど上記停止時目標圧縮比に近い値となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
上記停止は、所定のアイドル停止要求があると判定されたときの自動停止であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。