JPWO2017029763A1 - エンジンの制御装置及びエンジンの制御方法 - Google Patents

Abstract

エンジンは、エンジンの圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、エンジンに圧縮空気を供給する過給機と、を備える。そして、このエンジンを制御するエンジンの制御装置は、過給機による過給圧上昇の応答性が高いほど低い目標圧縮比を設定して圧縮比可変機構を制御する。

Description

本発明は、エンジンの制御装置及びエンジンの制御方法に関する。

ＪＰ２０１１−２１５２４Ａには、ターボ過給機を有する圧縮比可変エンジンにおいて、減速後に再加速が行われた場合、ノッキングが発生する可能性があると判断してから圧縮比を下げることが開示されている。

上記文献によれば、ノッキングが発生する可能性があると判断してから圧縮比を下げているが、ターボ過給機による過給圧の立ち上がりが圧縮比変更速度より速い場合にはノッキングを抑制することができない。

本発明の目的は、過給機を有する圧縮比可変エンジンにおいてノッキングを抑制することである。

本発明のある態様によれば、エンジンは、エンジンの圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、エンジンに圧縮空気を供給する過給機と、を備える。そして、このエンジンを制御するエンジンの制御装置は、過給機による過給圧上昇の応答性が高いほど低い目標圧縮比を設定して圧縮比可変機構を制御する。

図１は、エンジンシステムの全体構成の説明図である。 図２は、圧縮比可変エンジンの説明図である。 図３は、圧縮比可変エンジンによる圧縮比変更方法を説明する第１の図である。 図４は、圧縮比可変エンジンによる圧縮比変更方法を説明する第２の図である。 図５は、圧縮比変更制御のタイムチャートである。 図６は、圧縮比変更制御のフローチャートである。 図７は、エンジン回転速度から求められるＴ／Ｃ回転速度しきい値のマップである。 図８は、エンジン回転速度とＴ／Ｃ回転速度から求められる目標圧縮比のマップである。 図９は、エンジン回転速度と負荷から求められる設定圧縮比のマップである。 図１０は、Ｔ／Ｃ回転速度と圧縮比差との関係のグラフである。 図１１は、圧縮比変化速度と過給圧変化速度との関係の説明図である。 図１２は、第２実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。 図１３は、排気温度に対するＴ／Ｃ回転速度の説明図である。 図１４は、第３実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。 図１５は、排気圧力に対するＴ／Ｃ回転速度の説明図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、エンジンシステムの全体構成の説明図である。エンジンシステム１におけるエンジン１００は、圧縮比可変エンジンである。圧縮比可変エンジンはアクチュエータを動作させることにより機械圧縮比を変更することができる。圧縮比可変エンジンの機構の一例については後述する。

また、エンジン１００は、ターボ式過給機７を備える。ターボ式過給機７は、シャフト７ｃで接続されたコンプレッサ７ａとタービン７ｂを備える。コンプレッサ７ａはエンジン１００の吸気通路５１ａに配設される。タービン７ｂはエンジン１００の排気通路５２ａに配設される。これにより、タービン７ｂがエンジン１００の排気エネルギにより回転すると、コンプレッサ７ａも回転し、吸入空気を下流側に圧送する。ここで、排気エネルギとは、ターボ式過給機７のような排気式過給機を駆動するエンジンの排気のエネルギを指し、その大きさの指標としては、過給機の回転速度、過給機上流側の排気温度または圧力を例示できる。なお、以下の説明において、ターボ式過給機７の回転速度を単にＴ／Ｃ回転速度ということがある。Ｔ／Ｃ回転速度は、Ｔ／Ｃ回転速度センサ３２によって取得される。

また、エンジン１００は、クランク角センサ３７を備える。クランク角センサ２７は、エンジン１００におけるクランク角を検出する。クランク角センサ３７はコントローラ５０に接続され、コントローラ５０はエンジン１０のクランク角を取得することができる。

また、コンプレッサ７ａの下流側におけるエンジン１００の吸気通路５１ａには、インタークーラ３１が配設される。また、吸気通路５１ａにおいてインタークーラ３１の下流には電子制御スロットル４１が設けられ、コントローラ５０によってスロットル開度が制御される。また、電子制御スロットル４１のさらに下流にはコレクタタンク４６が設けられる。

吸気通路５１ａからはリサーキュレーション通路３４が分岐し吸気通路５１ｂに接続する。リサーキュレーション通路３４は、コンプレッサ７ａをバイパスする。リサーキュレーション通路３４には、リサーキュレーションバルブ３３が設けられ、その開閉がコントローラ５０によって制御される。リサーキュレーションバルブ３３の開閉が制御されることによって、コンプレッサ７ａの下流の過給圧が高くなりすぎないように調整される。

また、コンプレッサ７ａの上流側の吸気通路５１ｂにはエアフローメータ３８が設けられる。エアフローメータ３８は、コントローラ５０に接続される。そして、コントローラ５０は吸気通路５１ｂを通過する吸気量を取得する。

排気通路５２ａには、タービン７ｂをバイパスするバイパス通路が設けられる。そして、このバイパス通路の開閉を制御するウェストゲートバルブ１９が設けられている。ウェストゲートバルブ１９は、コントローラ５０によって、その開閉が制御される。

排気通路５２ｂには、排気浄化用の排気触媒４４、４５が設けられる。排気触媒４４、４５には三元触媒等が用いられる。

吸気通路５１ｂと排気通路５２ｂは、ＥＧＲ通路５３を介して接続される。ＥＧＲ通路５３にはＥＧＲクーラー４３が設けられる。また、ＥＧＲ通路５３には、ＥＧＲバルブ４２が設けられる。ＥＧＲバルブ４２は、コントローラ５０に接続される。そして、エンジン１００の運転条件に応じて、コントローラ５０によりＥＧＲバルブ４２の開度が制御される。

排気通路５２ｂにおいて、ＥＧＲ通路５３との接続部とエアフローメータ３８との間にはアドミッションバルブ３９が設けられる。アドミッションバルブ３９はコントローラ５０によってその開閉が制御され、吸気通路５１ｂと排気通路５２ｂとの間の差圧が作り出される。そして、この差圧によって、排気通路５２からのＥＧＲガスを導入しやすくする。

コントローラ５０は、前述の各種センサ及び図示しないその他のセンサからの出力を読み込み、これらに基づいて点火時期、空燃比等の制御を行う。また、コントローラ１０は、後述する圧縮比変更制御を行う。

次に、圧縮比可変エンジン１００の機構の一例について説明する。圧縮比可変エンジン１００としては、例えば、次のような構成の圧縮比可変エンジンを採用することができる。

図２は、圧縮比可変エンジンの説明図である。エンジン１００は、ピストン行程を変化させて機械圧縮比を連続的に変更する圧縮比可変機構１０１を備える。本実施形態では、圧縮比可変機構として、例えば特開２００１−２２７３６７号公報等によって公知となっている複リンク式圧縮比可変機構を適用する。以下、この複リンク式圧縮比可変機構を備えたエンジン１００を「圧縮比可変エンジン１００」という。

圧縮比可変エンジン１００は、ピストン１２２とクランクシャフト１２１とを２つのリンク(アッパリンク(第１リンク)１１１、ロアリンク(第２リンク)１１２)で連結するとともに、コントロールリンク(第３リンク)１１３でロアリンク１１２を制御して機械圧縮比を変更する。

アッパリンク１１１は、上端をピストンピン１２４を介してピストン１２２に連結し、下端を連結ピン１２５を介してロアリンク１１２の一端に連結する。ピストン１２２は、シリンダブロック１２３に形成されたシリンダ１２０に摺動自在に嵌合し、燃焼圧力を受けてシリンダ１２０内を往復動する。

ロアリンク１１２は、一端を連結ピン１２５を介してアッパリンク１１１に連結し、他端を連結ピン１２６を介してコントロールリンク１１３に連結する。また、ロアリンク１１２は、ほぼ中央の連結孔に、クランクシャフト１２１のクランクピン１２１ｂを挿入し、クランクピン１２１ｂを中心軸として揺動する。ロアリンク１１２は左右の２部材に分割可能である。クランクシャフト１２１は、複数のジャーナル１２１ａとクランクピン１２１ｂとを備える。ジャーナル１２１ａは、シリンダブロック１２３及びラダーフレーム１２８によって回転自在に支持される。クランクピン１２１ｂは、ジャーナル１２１ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１１２が揺動自在に連結する。

コントロールリンク１１３は、連結ピン１２６を介してロアリンク１１２に連結する。またコントロールリンク１１３は、他端を連結ピン１２７を介してコントロールシャフト１１４に連結する。コントロールリンク１１３は、この連結ピン１２７を中心として揺動する。またコントロールシャフト１１４にはギアが形成されており、そのギアが圧縮比変更アクチュエータ１３１の回転軸１３３に設けられたピニオン１３２に噛合する。圧縮比変更アクチュエータ１３１によってコントロールシャフト１１４が回転させられ、連結ピン１２７が移動する。

図３は、圧縮比可変エンジンによる圧縮比変更方法を説明する第１の図である。図４は、圧縮比可変エンジンによる圧縮比変更方法を説明する第２の図である。

圧縮比可変エンジン１００は、コントローラ５０が圧縮比変更アクチュエータ１３１を制御することでコントロールシャフト１１４を回転させて連結ピン１２７の位置を変更させて、機械圧縮比を変更する。例えば図３の（Ａ）及び図４に示すように連結ピン１２７を位置Ｐにすれば、上死点位置(ＴＤＣ)が高くなり高圧縮比になる。

そして、図３(Ｂ)及び図４に示すように、連結ピン１２７を位置Ｑにすれば、コントロールリンク１１３が上方へ押し上げられ、連結ピン１２６の位置が上がる。これによりロアリンク１１２はクランクピン１２１ｂを中心として反時計方向に回転し、連結ピン１２５が下がり、ピストン上死点におけるピストン１２２の位置が下降する。したがって機械圧縮比が低圧縮比になる。

なお、本実施形態において上記のような圧縮比可変エンジンを説明したが、圧縮比可変エンジンの形態はこれに限られない。

図５は、圧縮比変更制御のタイムチャートである。図５には、横軸を時間として、縦軸に加減速要求、車速、Ｔ／Ｃ回転速度、過給圧、及び、機械圧縮比が示されている。図５の機械圧縮比において、実線は本実施形態における機械圧縮比であり、破線は参考例における機械圧縮比である。ここではまず参考例におけるタイムチャートについて説明を行い、その後、参考例との比較において本実施形態におけるタイムチャートを説明することにより本実施形態の概念について説明する。

ここで、加減速要求は、エンジン１００に対する加減速要求である。エンジンシステム１がさらに動力として電気モータを有する場合には、電気モータが担う出力によっても、エンジン１００に対する加減速要求も異なってくる。例えば、加速要求があったとしても、電気モータがそのほとんどの負荷を担う場合には、エンジン１００に対しては減速要求という場合もあり得る。

エンジン１００に対して加速要求がある場合には、コントローラ５０は、電子制御スロットル４１をより開けるように制御する。一方、エンジン１００に対して減速要求がある場合には、電子制御スロットル４１をより閉じるように制御する。また、エンジン１００に対して加速要求も減速要求もない場合には、電子スロットル４１の開度を現状のまま維持させる。よって、エンジン１００に対する加減速要求は、電子制御スロットル４１の開度に対応するものである。

時刻ｔ１までは、加減速要求はニュートラルである。時刻ｔ１まで車速は高いＶ２のまま維持され、Ｔ／Ｃ回転速度も高いＴ２のまま維持されている。また、Ｔ／Ｃ回転速度が高いため、過給圧も高いＰ２のまま維持されている。ただし、過給圧が高く維持されているため、ノッキング抑制のために機械圧縮比は低い機械圧縮比Ｃ１に維持されている。

時刻ｔ１において、加減速要求は減速要求となる。そうすると、若干の遅延の後、時刻ｔ２から車速が低下し始める。また、Ｔ／Ｃ回転速度も若干の遅延の後、時刻ｔ２から低下し始める。過給圧は、加減速要求が減速要求となった時刻ｔ１の直後から低下し始める。

参考例では、加減速要求が減速要求となる時刻ｔ１から、機械圧縮比が高くなるように機械圧縮比の変更が開始されている。これは、エンジン回転速度の減速とともにＴ／Ｃ回転速度が低下し過給圧が低下することから、機械圧縮比を高く設定したとしてもノッキングが生じにくく、燃費を向上させることができるためである。

その後、時刻ｔ４になると、車速がＶ１にまで低下し、Ｔ／Ｃ回転速度もＴ１近くまで低下している。また、過給圧もＰ１まで低下している。ここで、時刻ｔ４において再び加速要求があったとする。そうすると、Ｔ／Ｃ回転速度はすぐに上昇を開始する。Ｔ／Ｃ回転速度が上昇すると過給圧も上昇するため、ノッキングが生じないように機械圧縮比を下げるように制御される。

エンジンには、ある過給圧以上では機械圧縮比をある圧縮比にまで下げておかないとノッキングが生じやすいという低圧縮比化の要求がある。たとえば、図５に示される過給圧しきい値Ｐｔよりも高い過給圧のときには、機械圧縮比がＣ１にまで下がっていなければノッキングが生じやすくなる。そのため、過給圧がＰ１から過給圧しきい値Ｐｔに上昇するまでに、機械圧縮比をＣ１にまで低下させたいという要求がある。

図５において、時刻ｔ４において加減速要求が加速要求となるが、時刻ｔ４の直後から機械圧縮比は低下し始めている。また、時刻ｔ４に遅れて時刻ｔ５でＴ／Ｃ回転速度が上昇し始め、さらにこれに遅れて時刻ｔ６で過給圧が上昇し始める。しかしながら、機械圧縮比の変更速度はＴ／Ｃ回転速度の上昇速度に比して低いため、過給圧は機械圧縮比が下がるよりも早く上昇する。そうすると、参考例のように、過給圧が過給圧しきい値Ｐｔとなった時刻ｔ８の時点で未だ機械圧縮比はＣ１よりも高い状態となる。そして、時刻ｔ７まで、機械圧縮比はＣ１よりも高い状態が続く。

前述のように、過給圧が過給圧しきい値Ｐｔよりも高い場合、機械圧縮比はＣ１にまで下げられていなければ、ノッキングが発生しやすくなる。つまり、有効圧縮比としては、ノッキングが発生しやすい圧縮比になっているといえる。ノッキングが発生するとすれば、これを回避するために点火タイミングをリタードさせるなどの対策が必要となる。そして、その結果としてトルクレスポンスの悪化や実用燃費が低下するという問題がある。

これに対して、本実施形態では、時刻ｔ１において減速要求があった場合であっても、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔ以下となるまで、機械圧縮比の変更を行わず、機械圧縮比を低圧縮比Ｃ１のまま維持させている。そして、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔ以下となってから、機械圧縮比を増加させるように制御する。

そのため、図５において、時刻ｔ３から機械圧縮比が高められている。なお、参考例と本実施形態とでは共通の圧縮比可変機構１０１を用いているため、両者の機械圧縮比の変更速度は同じである。よって、時刻ｔ３から時刻ｔ４までにおける本実施形態の機械圧縮比を表す線分の傾きは、時刻ｔ１から時刻ｔ４までにおける参考例の機械圧縮比を表す線分の傾きとほぼ等しい。同様に、時刻ｔ４から時刻ｔ７までにおける本実施形態の機械圧縮比を表す線分の傾きは、時刻ｔ４から時刻ｔ９までにおける参考例の機械圧縮比を表す線分の傾きとほぼ等しい。

このように、機械圧縮比を高める開始タイミングをＴ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔに下がるまで遅らせているので、時刻ｔ４において再度加速要求が生じたとしても、機械圧縮比はＣ２までにしか上がっていない。

本実施形態でも、加減速要求が加速要求となると機械圧縮比が下がるように制御される。本実施形態では、時刻ｔ４において機械圧縮比がＣ２となっているので、ここで機械圧縮比を低くする制御が開始させられたとしても、過給圧が過給圧しきい値Ｐｔに達する時刻ｔ８より前の時刻ｔ７までに、機械圧縮比をＣ１にまで下げることができる。

なお、ここでは機械圧縮比をＣ２まで高めた場合を説明したが、時刻ｔ８までに機械圧縮比をＣ１にまで下げることができれば、機械圧縮比はＣ２より高くてもよい。このような機械圧縮比は、後述する目標圧縮比である。

本実施形態のように制御することによって、時刻ｔ４から機械圧縮比の低下が開始させられたとしても、過給圧が過給圧しきい値Ｐｔに達する時刻ｔ８よりも前に機械圧縮比をＣ１に下げることができる。そして、減速要求後の再加速要求時におけるノッキングの発生を抑制することができる。

次に、上記本実施形態におけるタイムチャートを実現するための圧縮比変更制御をフローチャートを参照しつつ説明する。

図６は、圧縮比変更制御のフローチャートである。この制御ルーチンは、コントローラ５０によって、実行される。本ルーチンは、例えば、１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

コントローラ５０は、エンジン１００に対する加減速要求が減速要求か否かについて判定する（Ｓ１）。加減速要求が減速要求であるか否かは、前述のように、電子制御スロットル４１の開度に基づいて判定することができる。

ステップＳ１において加減速要求が減速要求であると判定された場合には、コントローラ５０は、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔ以下か否かについて判定する（Ｓ２）。Ｔ／Ｃ回転速度しきい値は、前述のように機械圧縮比を高める制御を開始させるトリガーとなる。

Ｔ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔは、加減速要求が減速要求から加速要求に切り替わり、機械圧縮比が下げられつつＴ／Ｃ回転速度が上昇したとしても、機械圧縮比がノッキング抑制可能な機械圧縮比（図５においてＣ１）に戻るまで過給圧が過給圧しきい値Ｐｔに達しないＴ／Ｃ回転速度である。

図７は、エンジン回転速度から求められるＴ／Ｃ回転速度しきい値のマップである。図７のマップにおいて横軸はエンジン回転速度であり、縦軸はＴ／Ｃ回転速度しきい値である。このようなＴ／Ｃ回転速度しきい値のマップはコントローラ５０に記憶されている。図７に示されるＴ／Ｃ回転速度しきい値のマップでは、エンジン回転速度が高くなるにしたがってＴ／Ｃ回転速度しきい値が低くなる傾向にある。これは、エンジン回転速度が高まるほど過給圧が高まりやすいため、Ｔ／Ｃ回転速度しきい値を低く設定する必要があるからである。

ステップＳ２において、コントローラ５０は、クランク角センサ３７からの値に基づいて現在のエンジン回転速度を求める。そして、コントローラ５０は、求めたエンジン回転速度から図７のＴ／Ｃ回転速度しきい値のマップにしたがって、対応するＴ／Ｃ回転速度しきい値を求める。

なお、ここでは、「Ｔ／Ｃ回転速度しきい値」をエンジン回転速度によって変動する値としたが、一定値とすることとしてもよい。

そして、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔ以下の場合には、コントローラ５０は、エンジン回転速度とＴ／Ｃ回転速度に基づいて目標圧縮比を決定する（Ｓ３）。コントローラ５０は、前述のようにクランク角センサ３７からの出力に基づいてエンジン回転速度を求めることができる。また、コントローラ５０は、Ｔ／Ｃ回転速度センサ３２からＴ／Ｃ回転速度を取得することができる。

図８は、エンジン回転速度とＴ／Ｃ回転速度から求められる目標圧縮比のマップである。図８の目標圧縮比のマップにおいて横軸はエンジン回転速度であり、縦軸はＴ／Ｃ回転速度である。コントローラ５０は、図８に示される目標圧縮比のマップを記憶する。

目標圧縮比は、減速要求から加速要求に切り替わったとしても、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｐｔに達する前に機械圧縮比を前述の図５における低圧縮比Ｃ１（ノッキングが生じにくい機械圧縮比）に低下させることができる程度の高さの機械圧縮比である。

目標圧縮比は、エンジン回転速度が高いほど低い傾向がある。エンジン回転速度が高ければ、過給圧が上がりやすいため吸入空気量も多くなりノッキングを起こしやすくなる。そのため、エンジン回転速度が高いほど目標圧縮比を低く設定する必要があるのである。

また、目標圧縮比は、Ｔ／Ｃ回転速度が高いほど低い傾向がある。Ｔ／Ｃ回転速度が高ければ、過給圧が上がりやすいため吸入空気量も多くなりノッキングを起こしやすくなる。そのため、Ｔ／Ｃ回転速度が高いほど目標圧縮比を低く設定する必要があるのである。換言すると、Ｔ／Ｃ回転速度が高いほど過給圧上昇の応答性も高い。そのため、これはターボ式過給機７による過給圧上昇の応答性が高いほど低い目標圧縮比を設定しているとも言える。また前述のように、排気エネルギの大きさの指標としては、過給機の回転速度の他にも、過給機上流側の排気温度や排気圧力を例示できるので、過給機上流側の排気温度や排気圧力が高いほど過給圧上昇の応答性が高い、とも判断することができる。

コントローラ５０は、エンジン回転速度とＴ／Ｃ回転速度とから図８の目標圧縮比のマップを参照して目標圧縮比を求める。そして、求められた目標圧縮比になるように機械圧縮比の変更を開始する（Ｓ４）。

一方、ステップＳ２において、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔ以下ではないと判定された場合、コントローラ５０は、機械圧縮比の変更は行わない（Ｓ５）。このようにすることによって、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値以下になるまで機械圧縮比を上げないように制御することができる（図５における時刻ｔ１から時刻ｔ３）。

また、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔ以下となった後に機械圧縮比を上げたとしても、上述の目標圧縮比までしか機械圧縮比を上げないようにしている（図５における時刻ｔ４）。そのため、再び加速要求によりＴ／Ｃ回転速度が上昇することがあっても、過給圧が過給圧しきい値Ｐｔまで上昇するまでに、機械圧縮比を低圧縮比Ｃ１にまで低下させることができる（図５における時刻ｔ７）。そして、ノッキングの発生を抑制することができる。

ステップＳ１において、加減速要求が減速要求ではないと判定された場合、コントローラ５０は通常制御を行う（Ｓ６）。通常制御とは、機械圧縮比を設定圧縮比となるようにする制御である。設定圧縮比とは、エンジン１００に対する負荷から求められる機械圧縮比である。

図９は、エンジン回転速度と負荷から求められる設定圧縮比のマップである。図９のマップにおいて横軸はエンジン回転速度であり、縦軸はエンジン１００に対する負荷である。そして、図９の設定圧縮比のマップには、これらエンジン回転速度とエンジン１００の負荷とから求められる設定圧縮比が示されている。コントローラ５０は、図９に示される設定圧縮比のマップを記憶している。

設定圧縮比も、エンジン回転速度が高いほど低い傾向がある。これは、エンジン回転速度が高ければ、過給圧が上がりやすいため吸入空気量も多くなりノッキングを起こしやすくなる。そのため、エンジン回転速度が高いほど設定圧縮比を低く設定する必要があるためである。

また、設定圧縮比は、負荷が高いほど低い傾向がある。エンジン１００は、負荷が高ければ吸入空気量を増やして要求負荷に対応することになるが、吸入空気量が増加すればノッキングが発生しやすくなる。そのため、負荷が高いほど設定圧縮比を低く設定する必要があるのである。

コントローラ５０は、エンジン回転速度と吸入空気量とから図９の設定圧縮比のマップを参照して設定圧縮比を求める。そして、求められた設定圧縮比になるように機械圧縮比の変更を開始して、エンジン１００の制御を行う。

図１０は、Ｔ／Ｃ回転速度と圧縮比差との関係のグラフである。図１０のグラフにおいて、横軸はＴ／Ｃ回転速度であり、縦軸は圧縮比差である。ここで、圧縮比差とは、設定圧縮比と目標圧縮比との差である。Ｔ／Ｃ回転速度が高くなるほど、圧縮比差が広がる傾向にある。つまり、Ｔ／Ｃ回転速度が高くなったとしても本実施形態において目標圧縮比は設定圧縮比ほど高く設定されない。これは、目標圧縮比を低くすることで、再加速要求があった場合であっても、機械圧縮比を低圧縮比に早く戻せるようにしているためである。

図１１は、圧縮比変化速度と過給圧変化速度との関係の説明図である。図１１において、横軸は圧縮比変化速度であり縦軸は過給圧変化速度である。ここで圧縮比変化速度は、圧縮比可変機構１０１が機械圧縮比を変更できる速度である。過給圧変化速度は、ターボ式過給機７における過給圧の変化速度である。

また、図１１には、圧縮比変化速度限界が示されている。圧縮比可変機構１０１は、圧縮比変更アクチュエータ１３１によって機械圧縮比を変更させているため、圧縮比変更アクチュエータの動作速度によって、その圧縮比変化速度にも限界がある。そのため、圧縮比変化速度を圧縮比変化速度限界よりも高くすることができない。勿論、過給圧変化速度にも限界があるが、過給圧変化速度よりも圧縮比変化速度の方が遅いため、その限界が早く訪れる。

また、図１１には、ノッキング特性のしきい値が複数示されている。ノッキング特性は、エンジン１００によって異なる。ノッキング特性に優れるエンジンでは、図中の「良」寄りのしきい値のラインとなり、ノッキング特性に優れないエンジンでは、図中の「悪」寄りのしきい値のラインとなる。

そして、ノッキング特性のしきい値を示すラインによれば、圧縮比変化速度が高い場合には過給圧の変化速度も高くすることができる。過給圧の変化速度は、ターボ式過給機７のＴ／Ｃ回転との間に略比例の関係がある。そのため、圧縮比変化速度が高ければ、Ｔ／Ｃ回転のＴ／Ｃ回転速度しきい値も全体的に高く設定することができることになる。

このことから、目標圧縮比はエンジン回転速度とＴ／Ｃ回転速度とから目標圧縮比が求められるが、圧縮比変更アクチュエータ１３１の動作速度が高く圧縮比変化速度が高ければ、その分、Ｔ／Ｃ回転速度しきい値も高く設定できることになる。

なお、上記制御を行うにあたり、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値Ｔｔよりも下がった後もウェストゲートバルブ１９が閉じられることとしてもよい。このようにすることで、過給圧を保持し、再加速要求時にターボ式過給機７の回転速度を素早く上昇させることができる。そして、Ｔ／Ｃ回転速度を即座に上昇させることができる場合であっても、上述のように機械圧縮比は低く維持されているため、ノッキングの発生を抑制することができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。

上記実施形態によれば、エンジン１００は、エンジン１００の機械圧縮比を変更する圧縮比変更機構１０１と、エンジン１００に圧縮空気を供給するターボ式過給機７とを備える。そして、コントローラ５０は、ターボ式過給機７による過給圧上昇の応答性が高いほど低い目標圧縮比を設定して圧縮比可変機構１０１を制御する。

このようにすることで、ターボ式過給機７による過給圧上昇の応答性が高いほど機械圧縮比を低い目標圧縮比にすることができる。そして、再加速要求により過給圧が上昇したとしてもノッキングを生じにくい低圧縮比にまで機械圧縮比を素早く戻すことができる。すなわち、再加速要求時におけるノッキングの発生を抑制することができるので、点火タイミングのリタードも抑制することができる。そして、トルクレスポンス及び実用燃費を向上させることができる。

また、目標圧縮比は、再加速要求があってから圧縮比可変機構１０１を動作させてもノッキングを抑制できる機械圧縮比まで下げることができる機械圧縮比である。このようにすることで、再加速要求時におけるノッキングの発生を抑制することができる目標圧縮比を適切に決めることができる。

また、コントローラ５０は、エンジン１００の排気エネルギが高いほど過給圧上昇の応答性が高いと判断する。エンジン１００の排気エネルギとターボ式過給機７による過給圧上昇の応答性とは相関関係がある。よって、このようにすることによって、エンジン１００の排気エネルギに基づいて、ノッキングの生じにくい目標圧縮比を適切に決めることができる。

また、コントローラ５０は、ターボ式過給機７の回転速度が高いほど過給圧上昇の応答性が高いと判断する。ターボ式過給機７の回転速度とターボ式過給機７による過給圧上昇の応答性とは相関関係がある。よって、このようにすることによって、ターボ式過給機７の回転速度に基づいて、ノッキングの生じにくい目標圧縮比を適切に決めることができる。

また、コントローラ５０は、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値よりも下がったときに、機械圧縮比を上げ始めるように圧縮比可変機構１０１を制御する。このようにすることで、機械圧縮比を高めて減速後の燃費を向上させることができる。また、Ｔ／Ｃ回転速度がＴ／Ｃ回転速度しきい値より下がるまで、機械圧縮比を上げるタイミングが遅らされる。そのため、加減速要求が減速要求から加速要求に切り替わり、ターボ式過給機７の回転速度が上昇したとしてもノッキングが生じにくい機械圧縮比にまで機械圧縮比を下げることができる。このとき、Ｔ／Ｃ回転速度しきい値は、機械圧縮比が下がる速度とターボ式過給機７の回転速度の上昇速度を考慮して決められるので、より確実にノッキングの発生を抑制することができる。

また、Ｔ／Ｃ回転速度しきい値は、エンジン１００の回転速度が高いほど低く設定される。Ｔ／Ｃ回転速度の上昇しやすさは、エンジン１００の回転速度によって異なる。よって、圧縮比可変エンジン１００の回転速度に応じてＴ／Ｃ回転速度しきい値を変更することで、機械圧縮比を低い機械圧縮比に維持し続けるタイミングを規定するＴ／Ｃ回転速度しきい値を適切に決めることができる。

また、圧縮比可変エンジン１００とターボ式過給機７との間の排気ガスを逃がすウェストゲートバルブ１９を備え、ターボ式過給機７の回転速度が所定速度よりも下がった後もウェストゲートバルブ１９が閉じられることが望ましい。このようにすることで、過給圧を保持し、再加速時にターボ式過給機７の回転速度を即座に上昇させることができる。そして、このようにターボ式過給機７の回転速度を即座に上昇させることができる場合であっても、機械圧縮比は低く維持されているため、ノッキングの発生を抑制することができる。

また、エンジンシステム１は、ターボ式過給機７の回転速度を検出するＴ／Ｃ回転速度検出センサ３２を備える。このようにすることで、直接的にターボ式過給機７の回転速度を直接的に測定することができるので、ターボ式過給機７の正確な回転速度に基づいて圧縮比可変機構１０１を制御することができる。

また、コントローラ５０は、エンジン１００の運転の負荷状況を取得し、エンジン１００の運転が低負荷から高負荷になった場合、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比へ変更する。また、エンジン１００の運転が高負荷から低負荷になった場合、排気エネルギーの大きさが所定値以下になってから、圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に戻す。このようにすることで、再加速要求時におけるノッキングの発生を抑制することができるので、点火タイミングのリタードも抑制することができる。そして、トルクレスポンス及び実用燃費を向上させることができる。

また、Ｔ／Ｃ回転速度を取得し、Ｔ／Ｃ回転速度が所定値以下になったとき、排気エネルギの大きさが所定値以下になったと判断することもできる。このとき、Ｔ／Ｃ回転速度は検出することとしてもよいし、推定することとしてもよい。また、ターボ式過給機７の上流側の排気温度を取得し、排気温度が所定値以下になったとき、排気エネルギーの大きさが所定値以下になったと判断することとしてもよい。このとき、排気温度は検出することとしてもよいし、推定することとしてもよい。また、ターボ式過給機７の上流側の排気圧力を取得し、排気圧力が所定値以下になったとき、排気エネルギの大きさが所定値以下になったと判断することとしてもよい。このとき、排気圧力は検出することとしてもよいし、推定することとしてもよい。

（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。前述の第１実施形態では、Ｔ／Ｃ回転速度センサを用いてターボ式過給機７の回転速度を測定することとしていたが、第２実施形態では、排気温度を測定しこの排気温度からＴ／Ｃ回転速度を推定する。

そのため、図１２に示されるエンジンシステム１には、Ｔ／Ｃ回転速度センサの代わりに、排気温度センサ３５が排気通路５２に設けられている。排気温度センサ３５は、コントローラ５０に接続される。そして、コントローラ５０は、排気温度を取得することが可能となっている。

図１３は、排気温度に対するＴ／Ｃ回転速度の説明図である。図１３のグラフにおいて横軸は排気温度であり、縦軸はＴ／Ｃ回転速度である。図１３に示されるように、排気温度が高くなるにつれてＴ／Ｃ回転速度も高くなる傾向にある。

コントローラ５０は、図１３に示されるような排気温度に対するＴ／Ｃ回転速度のマップを記憶している。そして、取得した排気温度に基づいてＴ／Ｃ回転速度を推定する。コントローラ５０は、推定したＴ／Ｃ回転速度に基づいて、前述の第１実施形態の制御を行う。

このようにすることによって、Ｔ／Ｃ回転速度を直接的に測定できない場合であっても、排気温度に基づいてＴ／Ｃ回転速度を取得して制御を行うことができる。

（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。第３実施形態では、排気圧力を測定し、この排気圧力からＴ／Ｃ回転速度を推定する。そのため、図１４に示されるエンジンシステム１には、Ｔ／Ｃ回転速度センサの代わりに、圧力センサ３６が排気通路５２に設けられている。圧力センサ３６は、コントローラ５０に接続される。これによりコントローラ５０は、排気圧力を取得することが可能となっている。

図１５は、排気圧力に対するＴ／Ｃ回転速度の説明図である。図１５のグラフにおいて、横軸は排気圧力であり、縦軸はＴ／Ｃ回転速度である。図１５に示されるように、排気圧力が高くなるにつれてＴ／Ｃ回転速度も高くなる傾向にある。

コントローラ５０は、図１５に示されるような排気圧力に対するＴ／Ｃ回転速度のマップを記憶している。そして、取得した排気圧力に基づいてＴ／Ｃ回転速度を推定する。コントローラ５０は、推定したＴ／Ｃ回転速度を取得して制御を行うことができる。

このようにすることによって、Ｔ／Ｃ回転速度を直接的に測定できない場合であっても、排気圧力に基づいてＴ／Ｃ回転速度を取得して制御を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、ターボ式過給機７をスーパーチャージャーとすることもできる。

上述した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

また、エンジン１００は、クランク角センサ３７を備える。クランク角センサ３７は、エンジン１００におけるクランク角を検出する。クランク角センサ３７はコントローラ５０に接続され、コントローラ５０はエンジン１００のクランク角を取得することができる。

コントローラ５０は、前述の各種センサ及び図示しないその他のセンサからの出力を読み込み、これらに基づいて点火時期、空燃比等の制御を行う。また、コントローラ５０は、後述する圧縮比変更制御を行う。

Claims (13)

1. エンジンの圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、
   前記エンジンに圧縮空気を供給する過給機と、
   を備えたエンジンの制御装置において、
   前記過給機による過給圧上昇の応答性が高いほど低い目標圧縮比を設定して前記圧縮比可変機構を制御する、エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記目標圧縮比は、再加速要求があってから前記圧縮比可変機構を動作させてもノッキングを抑制できる圧縮比まで下げることができる圧縮比である、エンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記過給機は前記エンジンの排気によって駆動される過給機であり、
   前記エンジンの排気エネルギが高いほど前記応答性が高いと判断する、エンジンの制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記過給機は前記エンジンの排気によって駆動される過給機であり、
   前記過給機の回転速度が高いほど前記応答性が高いと判断する、エンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記過給機の回転速度が所定速度よりも下がったときに、前記圧縮比を前記目標圧縮比に上げ始めるように前記圧縮比可変機構が制御される、エンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記所定速度は、前記エンジンの回転速度が高いほど低い、エンジンの制御装置。
7. 請求項５又は６に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記エンジンと前記過給機との間の排気ガスを逃がすウェストゲートバルブを備え、
   前記過給機の回転速度が所定速度よりも下がった後も前記ウェストゲートバルブが閉じられる、エンジンの制御装置。
8. 請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記過給機の回転速度を検出する回転速度検出センサを備えるエンジンの制御装置。
9. 請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置であって、
   前記過給機の上流側の排気通路における排気温度、又は、前記過給機の上流側の排気通路における圧力に基づいて前記過給機の回転速度を推定するエンジンの制御装置。
10. エンジンの圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、
    前記エンジンの排気エネルギを利用して吸入空気を過給する過給機と、
    を備えるエンジンの制御方法であって、
    前記エンジンの運転の負荷状況を取得し、
    前記エンジンの運転が低負荷から高負荷になった場合、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比へ変更し、
    前記エンジンの運転が高負荷から低負荷になった場合、前記排気エネルギーの大きさが所定値以下になってから、圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に戻す、エンジンの制御方法。
11. 請求項１０に記載のエンジンの制御方法であって、
    前記過給機の回転速度を取得し、
    前記過給機の回転速度が所定値以下になった時、前記排気エネルギの大きさが所定値以下になったと判断する、エンジンの制御方法。
12. 請求項１０に記載のエンジンの制御方法であって、
    前記過給機の上流側の排気温度を取得し、
    前記過給機の上流側の排気温度が所定値以下になった時、前記排気エネルギの大きさが所定値以下になったと判断する、エンジンの制御方法。
13. 請求項１０に記載のエンジンの制御方法であって、
    前記過給機の上流側の排気圧力を取得し、
    前記過給機の上流側の排気圧力が所定値以下になった時、前記排気エネルギの大きさが所定値以下になったと判断する、エンジンの制御方法。

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