WO2004092560A1

WO2004092560A1 - 圧縮比変更機構を備えた内燃機関および内燃機関の制御方法

Info

Publication number: WO2004092560A1
Application number: PCT/JP2004/004131
Authority: WO
Inventors: Shigeki Miyashita
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2004-10-28
Also published as: JP2004308618A

Abstract

本発明は、圧縮比が高圧縮比状態で固着した場合にノッキングの発生を回避しながら内燃機関を運転することを目的とする。このために、本発明の内燃機関は、圧縮比を変更可能な機構を備え、圧縮比が高圧縮比状態で固着したことが検出された場合には、吸排気弁の駆動タイミングを、燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる側に変更する。あるいは、吸気温度や冷却水温度を低下させたり、更には変速機の減速比を大きな値に切り換えて、内燃機関の運転回転速度を上昇させても良い。こうすればノッキングが起こり難くなるので、高圧縮比状態で固着した場合でもノッキングの発生を回避しながら運転することが可能となる。

Description

明細書圧縮比変更機構を備えた内撚機闋および内熾機関の制御方法技術分野この発明は、内機関の圧縮比を変更する技術に関し、詳しくは圧縮比の変更機能が故障した場合でも内燃機関を適切に運転する技術に関する。

背景技術内燃機関は、小型でありながら比較的大きな動力が出力可能であるという優れた特性を備えていることから、自動車や船舶、飛行機など各種の輸送機関の動力源として、あるいは定置式の各種機器の動力源として広く使用されている。これら内燃機関は、燃焼室内で圧縮した混合気を燃焼させ、このときに発生する燃焼圧力を機械的な仕事に変換して、動力として取り出すことを動作原理としている。こうした内燃機関では、機械的仕事への変換効率（熱効率）の向上と、最大出力の増加とを両立させるベく、運転条件に応じて混合気の圧縮比を変更可能とする技術が提案されている。圧縮比を運転条件に応じて変更してやれば、高負荷条件では低圧縮比に設定することで充分な最大出力を確保しつつ、低中負荷条件では高圧縮比に設定することで熱効率を向上させることが可能となる。また、一般に、圧縮比が高くなるほどノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生し易くなる傾向があることから、こうした圧縮比を変更可能な内燃機関では、圧縮比の変更に併せて点火時期も変更しながら運転されている。すなわち、圧縮比が高圧縮比に設定されるような運転条件では、低圧縮比に設定されている運転条件よりも、点火時期が遅角気味に設定されているのが通常である。このように、運転条件に合わせて圧縮比と点火時期とを変更しながら運転される内燃機関においては、圧縮比を変更するための圧縮比変更機構に何らかの障害が発生した場合、内燃機関の運転制御が所望の状態にならない場合が考えられた。例えば、運転条件の変更に応じて、圧縮比変更機構により高圧縮比から低圧縮比に変更しようとした際にこの圧縮比の変更が行なえないと、点火時期だけが変更されることになる。従って、この場合には、ノッキングが発生するおそれがある。そこで従来、圧縮比が変更可能で且つ過給も行う内燃機関において、圧縮比が高圧縮比状態に固着した場合には、過給を停止することでノッキングの発生を回避しょうとするものが提案されていた（実開平 1 — 9 3 3 4 0号公報参照)。しかし、圧縮比が高圧縮比状態に固着した場合にノッキングが発生し易くなることは、過給を行う内燃機関に限らず、圧縮比を変更可能な内燃機関で一般的に生じ得ることである。また、過給器の制御では、ノッキングが発生する燃焼室にその影響が現われるまでのタイムラグが大きく、迅速にノッキングを回避することは困難であった。従って、過給を行うか否かに関わらず、圧縮比を変更可能な全ての内燃機関において、压縮比が高圧縮比状態に固着した場合にノッキングの発生を確実に回避可能な技術の開発が要請されている。発明の開示

本発明は、従来技術におけるこうした課題を踏まえてなされたものであり、圧縮比を変更可能な内燃機関において、圧縮比が高圧縮比状態に固着した場合でも、ノッキングの発生を確実に回避しつつ内燃機関を運転すること目的とする。上述の目的を達成するため、本発明の第 1の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、

吸気弁から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、

前記吸気弁の動弁特性を変更可能な特性変更機構を備え、該吸気弁を駆動する吸気弁駆動手段と、

前記吸入空気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、

該圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、

前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる方向に、前記吸気弁の動弁特性を変更する制御を行う特性制御手段と

を備えることを要旨とする。また、上記の内燃機関に対応する本発明の第 1の制御方法は、

吸気弁を介して燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であつて、

前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となったことを検出し、

前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる方向に、前記吸気弁の動弁特性を変更すること

を要旨としている。かかる本発明の第 1の内燃機関および第 1の制御方法においては、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能な状態となった場合には、燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度が低下する方向に、吸気弁の動弁特性を変更■制御する。一般に、燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度が低下すれば、ノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生し難くなる傾向にある。従って、こうして吸入空気が圧縮される温度を低下させれば、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するなどの故障が生じた場合でも、これによるノッキングの発生を回避することが可能となる。なお、こうした制御において変更可能な動弁特性としては、開弁開始時期、開弁完了時期、閉弁開始時期、閉弁完了時期、開弁速度、閉弁速度、開弁時のリフト量のうちの少なくとも一つを考えることができる。もとより、吸入空気の温度を低下させる特性であれば、これら以外の動弁特性を採用し、あるいはこれらの特性と組合わせることも可能である。こうした内燃機関においては、吸入空気の圧縮開始時の燃焼室内容積と、圧縮終了時の燃焼室内容積とによって求めた圧縮比たる実圧縮比が小さくなる方向に、吸気弁の動弁特性を変更 ·制御することとしてもよい。例えば、吸気弁の閉弁時期を大きく早めてやることによつても、あるいは閉弁時期を大きく遅らせることによつても、実圧縮比を小さくすることができる。実圧縮比が小さくなれば、燃焼室内で吸入空気を圧縮することによる温度上昇が小さくなる。このため、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能となった場合でも、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。あるいは、吸気行程中の圧縮上死点から吸気下死点までの期間で吸気弁が閉弁している期間が短くなる方向に、吸気弁の動弁特性、例えば開閉弁の時期や開閉弁速度を制御することとしてもよい。吸気行程中の圧縮上死点から吸気下死点までの期間で吸気弁が閉弁していると、燃焼室内の気体（空気あるいは混合気など）は断熱膨張して温度が下がって燃焼室の壁面から熱を吸収する。こうして吸収した熱は、本来であれば冷却水などによって内燃機関から外部に排出される熱であるから、こうした熱が燃焼室内の空気などに吸収されるということは、吸入空気を暖めることと同じことになり、それだけノッキングが生じ易くなる。逆に言えば、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといつた故障状態を検出した場合に、吸気行程中の吸気弁の閉弁期間を短くする方向に動弁特性を制御してやれば、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。あるいは、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといつた故障状態を検出した場合には、 '燃焼室内で混合気が燃焼したことによつて生じた燃焼ガスが燃焼室内に残留する残留量が減少する方向に、吸気弁あるいは排気弁の少なくともいずれかの動弁特性を変更 ·制御することとしてもよい。燃焼ガスは高温となっているので、懲焼ガスが残留していると、 ^焼室内に流入した吸入空気は燃焼ガスによって加熱されて温度が上昇し、その分だけノツキングが発生し易くなる。このことから、吸気弁あるいは排気弁の少なくともいずれかの動弁特性、例えば開閉弁時期を制御することで、燃焼室内に残留する燃焼ガス量を減少させれば、吸入空気の温度上昇を抑制することができ、延いては、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといつた故障状態でも、ノッキングの発生を回避することができる。ここで、燃焼室内の燃焼ガスの残留量は、吸気弁と排気弁とが同時に開弁している期間が短くなるように、吸気弁または排気弁の少なくともいずれかの動弁特性、例えば開閉弁時期を変更■制御することで、簡便に減少させることができる。あるいは、吸気行程中に短時間だけ排気弁を駆動するか、あるいは排気行程中に短時間だけ吸気弁を駆動するかの少なくとも一方の動作を行っている場合には、こうした動作を抑制することによつても、燃焼ガスの残留量を確実に減少させることが可能である。また、前述した目的を達成するため、本発明の第 2の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、本発明の第 2の内燃機関は、吸気弁を介して吸気通路から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、

前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着撿出手段と、

前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路から吸い込む吸入空気の温度を低下する所定の制御を行う制御手段と

を備えることを要旨とする。また、上記の内燃機関に対応する本発明の第 2の制御方法は、

燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であリ、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であつて、

前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路から吸い込む吸入空気の温度が低下する所定の制御を行うこと

を要旨とする。かかる本発明の第 2の内燃機関および第 2の制御方法においては、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能となった場合には、燃焼室内に流入する吸入空気の温度が低下する所定の制御を行うこととしても良い。吸気通路から流入する空気の温度が低くなれば、圧縮後の温度もそれに連れて低くなる。その結果、圧縮比が高圧縮比状態から切り替え不能となるなどの故障状態でも、これによるノツキングの発生を回避することが可能となる。ここで、燃焼ガスの一部を、排気通路から吸気通路内に還流させている場合は、燃焼室内に流入する空気は還流された燃焼ガスによって加熱されることになる。従って、かかる燃焼ガスの還流量を抑制してやるだけで、燃焼室内に流入する空気の温度を低下させることができる。あるいは、吸気通路内で吸入空気を加熱している場合は、かかる加熱を抑制することによつても、燃焼室内に流入する空気の温度を簡便に低下させることが可能となる。また、内燃機関が、吸気通路内に燧料を噴射する第 1の燃料噴射弁と、燃焼室内に撚料を噴射する第 2の ' 料噴射弁と、を備えており、運転条件に応じてこれら燃料噴射弁を駆動して燃料を供給している場合は、次のようにしても良い。すなわち、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといった故障状態を検出した場合には、第 1の燃料噴射弁に対する第 2の燃料噴射弁の駆動割合を増加させた状態で燃料を供給することとしても良い。第 1の燃料噴射弁から吸気通路内に噴射された燃料は、ほとんど全ての燃料が吸気通路の内面に一旦付着した後、次第に気化しながら燃焼室内に流入する。これに対して、第 2の燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料は、一部が燃焼室内の壁面に付着するものの、多くは壁面に付着することなく燃焼室内で気化して混合気を形成する。燃料が気化するとき吸収する気化熱は、後者の場合は、大部分が燃焼室内の空気から供給される。これに対して前者の場合は、吸気通路の壁面から供給される。吸気通路は燃焼室からの熱で暖められているから、結局、吸気通路内に燃料を噴射した場合は、燃料の気化熱は燃焼室から供給されることになる。前述したように、燃焼室から供給された熱は、本来であれば冷却水などによって内燃機闋から外部に排出される熱であるから、こうした熱によって気化した燃料が燃焼室内に流入するということは、吸入空気を暖めることとほぼ等しい。逆に言えば、燃焼室内に燃料を噴射した場合は、燃料の気化熱によって吸入空気を冷却していることとほぼ同等となる。このため、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着するといつた故障状態となつた場合に、第 2の燃料噴射弁から供給する燃料の比率を増加させてやれば、燃焼室内に流入する空気を冷却することと同様の効果によって、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。また、前述した目的を達成するため、本発明の第 3の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、本発明の第 3の内燃機閥は、

'燃焼室内で空気および燃料による混合気を圧縮し、該圧縮した混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、

前記混合気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、

前記圧縮比変更機構が前記高圧縮比状態で固着した故障状態を検出する高圧縮比固着検出手段と、

前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室の壁面温度を低下させる燃焼室温度低下手段と

を備えることを要旨とする。また、上記の内燃機関に対応する本発明の第 3の制御方法は、

燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であつて、

前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室の壁面温度を低下させる制御を行うこと

を要旨とする。かかる本発明の第 3の内燃機関および第 3の制御方法においては、圧縮比が高圧縮比状態から切リ替え不能な故障状態となった場合には、 ¾焼室の壁面温度を低下させる制御を行う。ノッキングは、燃焼室壁面の近傍で混合気が圧縮されて自着火するために発生すると考えられており、燃焼室壁面の温度を低下させれば、壁面近傍の混合気を冷却してノッキングの発生を抑制することが可能と考えられている。従って、圧縮比変更機構が高圧縮比状態に固着するといつた故障状態となつた場合でも、こうすれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。ここで、燃焼室の壁面温度は、冷却水の温度を低めに設定することで簡便に低下させることができ、延いてはノッキングの発生を簡便に回避することが可能となる。また、内燃機関の中には、熱効率を向上させるために、内燃機関が所定の運転条件にある場合は、冷却水温度を高めに設定するものも存在する。冷却水温度を高くしてやれば、潤滑油粘度が低くなるので摩擦損失が減少し、結果として熱効率を向上させることができる。もっとも、冷却水温度を高くすることはノッキングに対しては不利な方向に、すなわちノッキングが発生し易くなる。そこで、圧縮比変更機構が高圧縮比状態に固着するといつた故障状態では、かかる高水温制御を抑制してやれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。また、前述した目的を達成するため、本発明の第 4の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、本発明の第 4の内燃機関は、

燃焼室内で空気および燃料による混合気を圧縮し、該混合気を燃焼させたときに発生する動力を、出力軸から出力する内燃機関であって、

前記内燃機関が出力する動力を、前記出力軸の回転速度を所定の比率で減速しながら、該内燃機関の負荷を駆動する駆動軸に伝達する動力伝達手段と、前記混合気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、

前記故障状態が検出された場合には、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率たる減速比が大きくなる方向に、前記動力伝達手段の動作を制御する減速比制御手段と

を備えることを要旨とする。また、上記の内燧機関に対応する本発明の第 4の制御方法は、

燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であリ、該吸入空気を圧縮して料とともに燃焼させ、燃焼により発生する動力を動力軸から出力する内燃機関の制御方法であつて、

前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切リ替え不能な故障状態となったことを検出し、

前記内燃機関が出力する動力を、前記出力軸の回転速度を所定の比率で減速しながら、該内燃機関の負荷を駆動する駆動軸に伝達すると共に、

前記故障状態が検出された場合には、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率たる減速比が大きくなる方向に制御すること

を要旨とする。かかる本発明の第 4の内燃機関および第 4の制御方法においては、圧縮比変更が高圧縮比状態から切り替え不要な故障状態となった場合には、減速比の設定を大きな値に変更する制御を行う。減速比の設定を大きな値に変更すれば、駆動軸がの回転数か一定であれば、内燃機関はより高い回転速度で運転されることになる。回転速度が高くなると、燃焼室内に空気を吸入するための時間はそれに連れて短くなるので、毎回の吸気行程で燃焼室内に吸入される吸入空気量が低下し、その結果、ノッキングの発生が抑制されることになる。このことから、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合には、減速比の設定を大きな値に変更することで、ノッキングの発生を回避することが可能となって好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、圧縮比可変機構を備えた本実施例のエンジンの構成を概念的に示した説明図である。

図 2は、本実施例においてエンジンの動作を制御する流れを示したフローチヤー卜である。

図 3は、 R 0 M内に適切な圧縮比がマップの形式で記憶されている様子を概念的に表した説明図である。

図 4は、冷却水温度に応じて吸気ヒータの通電量が設定されたマップを概念的に示した説明図である。

図 5は、運転条件に応じて E G R弁な開度が設定されたマップを概念的に示した説明図である。

図 6 Aおよび図 6 Bは、クランクシャフトの回転に合わせて吸気バルブと排気バルブとを開弁および閉弁するタイミングを示した説明図である。

図 7は、運転条件に応じて燃料の噴射方式が設定されているマップを概念的に示した説明図である。

図 8は、運転条件に応じて点火時期が設定されているマップを概念的に示した説明図である。

図 9 Aおよび図 9 Bは、第 1の変形例における吸気バルブの開閉夕イミングを示した説明図である。

図 1 O Aおよび図 1 0 Bは、積極的に内部 E G Rを行うためのバルブの動きを示した説明図である。

図 1 1 Aおよび図 1 1 Bは、冷却水温度を制御するための構成を概念的に示した説明図である。

図〗 2は、エンジンに変速機が接続されている様子を概念的に示した説明図ある。発明を実施するための最良の形態

本発明の作用 ·効果をよリ明確に説明するために、次の順序に従って、本発明の実施例について説明する。

A . 装置構成：

B . エンジン制御：

C . 変形例：

C - 1 . 第 1の変形例

C一 2 . 第 2の変形例

C一 3 . 第 3の変形例

C一 4 . 第 4の変形例

A . 装置構成：

図 1は、圧縮比可変機構を備えた本実施例のエンジン 1 0の構成を概念的に示した説明図である。図示されているように、エンジン Ί 0は、大きくはシリンダヘッド 2 0と、シリンダブロックアッセンプリ 3 0と、メイン厶ービングアツセンプリ 4 0と、吸気通路 5 0と、排気通路 5 8と、排気再循環を行なうための E G R通路 7 0と、エンジン制御用ユニット（以下、 E C U ) 6 0などから構成されている。シリンダブ口ックアッセンプリ 3 0は、シリンダへッド 2 0が取り付けられるアッパーブロック 3 1と、メイン厶一ビングアッセンブリ 4 0が収納されているロアブロック 3 2とから構成されている。また、アッパープロック 3 1とロアプロック 3 2との間にはァクチユエ一夕 3 3が設けられており、ァクチユエ一夕 3 3を駆動することで、アッパープロック 3 1をロアブロック 3 2に対して上下方向に移動させることが可能となっている。また、アッパーブロック 3 Ίの内部には円筒形のシリンダ 3 4が形成されており、シリンダ 3 4の外面は冷却水によつて冷却される構造となっている。冷却水の温度は、アッパープロック 3 1に設けられた水温センサ 6 4によって検出することが可能である。メインム一ビングアッセンプリ 4 0は、シリンダ 3 4の内部に設けられたビス卜ン 4 1と、ロアブロック 3 2の内部で回転するクランクシャフト 4 3と、ビストン 4 Ίをクランクシャフ卜 4 3に接続するコネクティングロッド 4 2などから構成されている。これらピストン 4 1、コネクティングロッド 4 2、クランクシャフ卜 4 3は、いわゆるクランク機搆を搆成しておリ、クランクシャフト 4 3が回転するにつれて、ピストン 4 1がシリンダ 3 4内で上下方向に摺動し、逆に、ピストン 4 1が上下に摺動すればクランクシャフ卜 4 3がロアプロック 3 2内で回転するようになっている。シリンダブ口ックアッセンブリ 3 0にシリンダへッド 2 0を取り付けると、シリンダへッド 2 0の下面側（アッパーブロック 3 1に接する側）とシリンダ 3 4 とピストン 4 1とで囲まれた部分に燃焼室が形成される。従って、ァクチユエ一夕 3 3を用いてアッパーブロック 3 1を上方に移動させれば、これに伴ってシリンダへッド 2 0も上方に移動して燃焼室内の容積が増加するので、圧縮比を低くすることができる。逆に、アッパープロック 3 1 とともにシリンダヘッド 2 0を下方に動かせば、燃焼室内の容積が減少して圧縮比を高くすることができる。また、圧縮比は、ロアブロック 3 2に設けられた圧縮比センサ 6 3を用いて検出することが可能となっている。本実施例では、圧縮比センサ 6 3としてス卜ロークセンサが用いられており、ロアブロック 3 2に対するアッパープロック 3 1 の相対位置を検出することによって圧縮比を検出する。もちろん圧縮比は、こうした方式に限らず他の方法で検出することも可能である。例えば、シリンダへッド 2 0に圧力センサを設けておき、燃焼室内の圧力に基づいて圧縮比を検出することとしても良い。シリンダヘッド 2 0には、燃焼室内に空気を取り入れるための吸気ポート 2 3 と、燃焼室内から排気ガスを排出するための排気ポ一卜 2 4とが形成されており、吸気ポー卜 2 3が燃焼室に開口する部分には吸気バルブ 2 1が、また、排気ポー卜 2 4が燃焼室に開口する部分には排気バルブ 2 2が設けられている。吸気バルブ 2 1および排気バルブ 2 2は、それぞれに電動ァクチユエ一夕 7 3、 7 4によつて駆動される。電動ァクチユエ一夕 7 3， 7 4は、ピエゾ素子などの電歪素子を複数積層して構成されておリ、印加される電圧に応じて極めて高速に変形する。 E C U 6 0の制御の下、ビス卜ンの動きに合わせて適切なタイミングで電動ァクチユエ一夕 7 3 , 7 4に駆動電圧を印加して吸気バルブ 2 Ίおよび排気バルブ 2 2を開閉してやれば、燃焼室内に空気を吸入したり、あるいは燃焼室内から燃焼済みのガス（以下、単に排気ガスという）を排出することができる。また、シリンダへッド 2 0には、燃焼室内に形成された混合気に火花を飛ばして点火するための点火プラグ 2 7も設けられている。シリンダへッド 2 0の吸気ポー卜 2 3には、外気をシリンダへッド 2 0まで導くための吸気通路 5 0が接続されており、吸気通路 5 0の上流側端部にはエアクリーナ 5 1が設けられている。また、本実施例のエンジン 1 0は、いわゆる 4気筒エンジンであって燃焼室を 4つ備えており、それぞれの燃焼室の吸気通路 5 0 はサージタンク 5 4から分岐している。燃焼室内に吸入される空気は、エアクリーナ 5 1でゴミなどの異物を取り除かれた後、サージタンク 5 4で各燃焼室の吸気通路 5 0に分配され、吸気ポー卜 2 3を経由してそれぞれの燃焼室に流入する。サージタンク 5 4から各燃焼室毎に分岐した吸気通路 5 0には、吸気ヒータ 5 6 が設けられており、エンジン 1 0が暖まっていない場合などには、 E C U 6 0の制御の元で吸気ヒー夕 5 6に通電して、各燃焼室内に吸入される空気を暖めることが可能となっている。サージタンク 5 4の上流側の吸気通路 5 0には、スロッ卜ルバルプ 5 2が設けられており、電動ァクチユエ一夕 5 3を用いてスロッ卜ルバルブ 5 2の開度を制御することにより、燃焼室内に流入する空気量を制御することができる。スロットルバルブ 5 2を通過する空気の流量は、エアフローセンサ 5 7によって計測することができる。また、各燃焼室には、 2つの燃料噴射弁 2 6 , 5 5が設けられている。シリンダヘッド 2 0に設けられた燃料噴射弁 2 6は、燃焼室内に 1料を直接噴射し、吸気通路 5 0に設けられた燃料噴射弁 5 5は、それぞれの吸気通路 5 0内から吸気ポー卜 2 3に向かって燃料を噴射する。こうして燃料噴射弁 2 6、あるいは燃料噴射弁 5 5から噴射された燃料は、それぞれの燃焼室内で気化しながら、燧料および空気の混合気を燃焼室内に形成する。各燃焼室の排気ポー卜 2 4には排気通路 5 8が接続されており、燃焼室から排出された排気ガスは、排気通路 5 8によって外部に導かれて放出される。また、排気通路 5 8と吸気通路 5 0とは、 E G R通路 7 0によって接続されており、排気通路 5 8を流れる排気ガスの一部は E G R通路 7 0を介して吸気通路 5 0内に還流して、吸入された空気とともに燃焼室内に流入するようになっている。 E G R通路 7 0の途中には、 E G R弁 7 2が設けられており、 E G R弁の開度を調整すれば、還流する排気ガス（E G Rガス）の流量を制御することが可能である。

E C U 6 0は、中央処理装置（以下、 C P U ) を中心として、 R O M、 R A M , 入出力回路などが、バスで相互に接続されたマイクロコンピュータである。 E C U 6 0は、クランクシャフト 4 3に設けられたクランク角センサ 6 1や、ァクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ 6 2、エアフローセンサ 5 7などから必要な情報を読み込んで、電動ァクチユエ一夕 7 3， 7 4や、燃料噴射弁 2 6， 5 5、点火プラグ 2 7などを適切なタイミングで駆動することにより、燃焼室内で混合気を燃焼させて動力を発生させる。吸入空気量を調整するために電動ァクチユエ一夕 5 3の駆動を制御したり、圧縮比を切り換えるためにァクチユエ一夕 3 3を駆動する制御、更には水温センサ 6 4の出力に基づいて吸気ヒータ 5 6の通電量を制御する処理も E C U 6 0が司っている。上述した構成を有するエンジン 1 0では、ァクチユエ一夕 3 3を初めとする圧縮比を切り換えるための機構に何らかの障害が発生して、高圧縮比状態で固着してしまう際の処理も含めて、 ECU 60は、次のようなエンジン制御を行っている。 B. エンジン制御：

図 2は、本実施例においてエンジン Ί 0の動作を制御する流れを示したフローチャートである。以下、フローチヤ一卜に従って説明する。

ECU 60は、エンジン制御ルーチンを開始すると先ず初めに、エンジンの運転条件を検出する（ステップ si oo)。運転条件としては、エンジンの回転速度 Ne や、アクセル開度 0ac、冷却水温度などを検出する。エンジン回転速度 N e は、クランク角センサ 6 1の出力から算出し、また、アクセル開度 0acは、ァクセル開度センサ 62を用いて、更に冷却水温度は水温センサ 64によって検出することができる。次いで、エンジン 1 0の運転条件に応じて圧縮比 sを設定する処理を行う（ステツプ S 1 02)。 ECU 60の ROM内には、エンジン回転速度 N eおよびァクセル開度 0acをパラメータとするマップの形式で、運転条件に応じた適切な圧縮比 εが予め記憶されている。図 3は、 ROM内に記憶されているこのマップの一例を概念的に表した説明図である。ステップ S 1 02では、このようなマップを参照することにより、運転条件に応じて適切に設定されている圧縮比 εを読み出した後、エンジン 1 0の圧縮比を変更する。具体的には、設定した圧縮比が得られるとされる位置まで、アッパーブロック 3 1をロアプロック 32に対して上下方向に移動させるベく、ァクチユエ一夕 33に対して駆動信号を出力するのである。

ECU 60は、ァクチユエ一夕 33に駆動信号を出力した後、圧縮比の検出を行う（ステップ S 1 04)。図 1を用いて説明したように、エンジン 1 0のロアブロック 3 2には圧縮比センサ 6 3が設けられており、 E C U 6 0はこのセンサの出力、即ちアッパーブロック 3 1のロアブロック 3 2に対する上下方向の位置に基づいて圧縮比を検出することができる。続いて、ステップ S 1 0 2で設定した圧縮比とステップ S 1 0 4で検出した圧縮比とを比較することによリ、圧縮比を変更するための機構が高圧縮比状態で固着していないことを確認する（ステップ S 1 0 6 )。すなわち、設定した圧縮比が低圧縮比であるにも関わらず、検出した圧縮比が高圧縮比である場合には、圧縮比を変更するための機構が高圧縮比状態で固着したものと判断することができる。そして、こうした固着が発生していないと判断された場合は（ステップ S 1 0 6 ： n o )、運転モードを通常運転モードに設定し（ステップ S 1 0 8 )、高圧縮比状態で固着していると判断された場合は（ステップ S 1 0 6 ： y e s )、ノック回避モードに設定する（ステップ S 1 1 0 )。詳細には後述するが、本実施例のエンジン制御では、こうして設定した運転モードに応じて続く制御を行うことにより、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノッキングを発生を回避することが可能となっている。こうして運転モードを設定したら、吸気加熱制御を開始する（ステップ S 1 1 2 )。これは、始動直後など、エンジン 1 0が暖まっていない場合に、吸気通路 5 0内に設けた吸気ヒータ 5 6を用いて吸入空気を加熱することで、エンジンの暖機を促進する制御である。吸入空気を加熱してやれば、燃料の気化が促進されるので、エンジンが暖まっていない場合でも混合気を安定して燃焼させることができる。また、吸入空気を加熱してやれば、混合気の圧縮開始温度が高くなるので、この点からも混合気の燃焼を促進して、エンジンを速やかに暖機することができる。ステップ S 1 1 2では、水温センサ 6 4で検出した冷却水温度に基づいてェンジン 1 0の暖機状態を判断し、エンジンの暖機状態に応じて吸気ヒータ 5 6の通電量を制御する処理を行う。 E CU 60の ROM内には、冷却水温度に対する通電量がマップの形式で記憶されている。図 4は、こうしたマップの一例を概念的に示した説明図である。図中の実線は、通常運転モードで運転されている時に參照するマップを示しており、図中の破線はノック回避モ一ドで運転されているときに参照するマップを示している。図示されているように、ノック回避モードで運転中は、冷却水温度が低い場合でも、吸気ヒー夕 5 6に全く通電しないか、通電する場合でも通常運転状態に比べて通電量が大きく抑制されている。即ち、ェンジン 1 0が高圧縮比状態で固着している場合は、吸気ヒータによる加熱を禁止あるいは抑制するので、混合気の圧縮開始温度が加熱により上昇することがなく、従ってノッキングの発生を回避することが可能となる。他方、通常運転モードでは、エンジン 1 0の暖気状態に応じて吸気ヒータ 5 6は加熱される。

E C U 60は、吸気加熱制御に続いて E G R制御を行う（ステップ S 1 1 4)。

E G R制御とは、排気ガスの一部を燃焼室内に還流させる制御を言うが、特に燃焼室の外側に設けられた E G R通路 70を介して排気通路 5 8から吸気通路 50 に排気ガスを還流させることを、特に外部 E G Rと呼ぶことがある。 E G R制御を行って排気ガスの一部を還流させれば、排気ガス中に含まれるいわゆる N 0 X と呼ばれる窒素酸化物の濃度を低下させることができる。排気ガスの還流量（E G ガス量）をあまりに多くすると混合気が安定して燃焼しなくなつてしまう。このことから、 E G Rガス量には運転条件に応じた最適値が存在しており、 E G R弁 7 2の開度にも最適値が存在している。ステップ S 1 1 4では、エンジン 1 0の運転条件に応じて EG R弁 72の開度を最適な開度に設定する処理を行う。具体的には、 E C U 60の ROM内には、図 5に一例を示すように、運転条件に応じた E G R弁 7 2の最適な開度が、エンジン回転速度とアクセル開度とをパラメ一夕とするマップの形式で記憶されている。 E C U 60は、かかるマップを参照することによって E G R弁 7 2の開度を最適な開度に設定する。ここで図 5に示すように、通常運転モードでの運転中に参照されるマップに記憶された E G R弁 7 2の最適な開度 E 1 1ないし E 4 4と、ノック回避モードでの運転中に参照されるマップに記憶された E G R弁 7 2の最適な開度 E ' 1 1ないし 4 4とは、異なっている。そして、ノック回遛モード時のマップには、通常運転モード時のマップに比べて閉じ気味の開度を指示する値や、あるいは運転条件によっては E G R弁 7 2が全閉となるように指示する値が設定されている。すなわち、ノック回避モードでの運転中は、通常運転モードでの運転中に比ベて E G R弁開度が閉じ気味で、即ち少ない排気ガスの還流量で運転されることになる。こうしてノック回避モード時は E G R弁の開度を閉じ気味に設定しておけば、前述した吸気加熱制御を抑制する場合と同様の理由により、ノッキングの発生を回避することが可能となる。つまり、排気ガスは吸入空気よりも高温となつているので、排気ガスの一部を吸気通路 5 0に還流させると、高温の排気ガスによって吸入空気が加熱されて、混合気の圧縮開始温度が高くなる。従って、高圧縮比状態で固着している場合には、 E G R弁の開度を閉じ気味に設定しておくことで、混合気の圧縮開始温度を抑制し、ノッキングの発生を回避することが可能となる。

E G R制御に続いて、吸排気弁の駆動制御を行う（ステップ S I 1 6 )。これは、クランクシャフ卜 4 3の回転に合わせて吸気バルブ 2 1および排気バルブ 2 2を適切なタイミングで開閉するべく、電動ァクチユエ一夕 7 3， 7 4を適切なタイミングで駆動する制御である。図 6は、クランクシャフト 4 3の回転に合わせて、吸気バルブ 1 3 2と排気バルブ 1 3 4とを、開弁および閉弁するタイミングを示した説明図であり、図 6 Aは通常運転モード時の開閉タイミングを、図 6 Bはノック回避モード時の開閉タイミングを示している。図中に T D Cと表示されているのは、ピストンが上がりきつた位置、すなわち上死点にあるタイミングを示しており、 B D Cと表示されているのは、ピストンが下がりきつた位置、すなわち下死点にあるタイミングを示している。また、図 6 Aおよび図 6 B中に白抜きで示した矢印は吸気バルブ 2 1が開いている期間を示し、細かいハッチングを付した矢印は排気バルブ 2 2が開いている期間を示している。尚、星印☆は、 20

点火プラグ 2 7に火花を形成して混合気に点火するタイミングを表している。ステツプ S 1 1 6では、吸気バルブ 2 1および排気バルブ 2 2が、通常運転モード時は図 6 Aに示したタイミングで駆動されるように、また、ノック回避モード時は図 6 Bに示したタイミングで駆動されるように、電動ァクチユエ一夕 7 3， 7 4を駆動する制御を行う。図 6 A，図 6 Bに対比して示されているように、ノック回避モード時の開閉夕イミングは、通常運転モード時の開閉タイミングに対して、次の 2点で大きく異なっている。第 1に、図 6 Aに示した通常運転モード時は、オーバーラップ期間

( T D C付近で吸気バルブ 2 1 と排気バルブ 2 2とが同時に開弁している期間）が設けられているが、図 6 Bに示したノック回避モード時は、オーバーラップ期間は設けられていない。第 2に、通常運転モードで運転される場合は吸気バルブ 2 1は B D C近傍で閉弁するのに対して、ノック回避モードで運転される場合には、 B D Cをだいぶ過ぎたタイミングで吸気バルブ 2 1が閉弁している。通常運転モードでオーバーラップ期間を設けているのは、次の理由による。才一バーラップ期間を設けると、この期間は、排気バルブ 2 2も吸気バルブ 2 1も開いているので、排気通路 5 8と吸気通路 5 0との圧力差によって、排気ガスが吸気通路 5 0内に逆流する。こうして逆流した排気ガスは、続く吸気行程で吸入空気とともに燃焼室内に流入することから、結局は排気ガスの一部を還流させたことと同じことになる。このように、燃焼室を経由して排気ガスが還流する現象は、上述した外部 E G Rに対して、内部 E G Rと呼ばれる。他方、ノック回避モードでは、オーバーラップ期間を設けていない。このため、内部 E G Rが生じることがなく、混合気の温度が上昇することがない。従って、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着しても、ノック回避モードが設定されている場合は、吸排気バルプは、図 6 Bに示したタイミングで開閉されるため、オーバーラップによる内部 E G Rは生じず、ノッキングの発生を回避することができる。従って、図 6 B に例示したように才ーバーラップ期間を廃止するか、オーバーラップ期間を短縮してやれば、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノッキングの発生を回避することが可能となる。また、図 6 Bに示したように、吸気バルブ 2 Ίの閉弁夕イミングを B D C以降まで遅らせると、ピストン 4 1が上昇に転じても、実際に燃焼室内で混合気の圧縮が開始されるのは、吸気バルブ 2 1が閉弁するタイミングまで遅れることになる。このため、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合には、ノック回避モードで運転することにより、吸気バルブ 2 1の閉弁時期を B D Cより大きく遅らせてやれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。尚、ここでは、吸気バルブ 2 1の閉弁時期を B D Cから遅らせるものとして説明したが、閉弁時期を B D Cより早めることによつても同様の効果を得ることができる。すなわち、ピストン 4 1の降下中に吸気バルブ 2 1を閉弁すると、閉弁してから B D Cまでの間は、ピストン 4 1が下がるに連れて（燃焼室内の容積が増えるに連れて）燃焼室内圧力が減少する。ピストン 4 1が上昇に転じると燃焼室内の容積が減少するに連れて圧力は回復し、吸気バルブ 2 1の閉弁時と同じ容積になったときには、減少前の圧力に復帰する。つまり、ピストン 4 1が上昇していても、吸気バルブ 2 1を閉弁したときの燃焼室内容積と同じ容積になるまでの間は、燃焼室内圧力が回復しているだけであって、混合気の実質的な圧縮は、それ以降のピストン上昇によって開始されることになる。このことから、圧縮比変更機構が高圧縮比状態で固着した場合は、吸気バルブ 2 1の閉弁時期を B D C から大幅に早めてやることによつても、ノッキングの発生を回避することが可能となる。上記実施例では、吸排気バルブ 2 1 , 2 2の両方の開閉弁タイミングを調整できるものとして説明したが、既述したように、オーバーラップ期間を変更することができれば、吸排気バルブ 2 1 , 2 2のうち、いずれか一方の開弁タイミングあるいは閉弁タイミングを調整可能な構成であっても採用可能である。また、上上記の実施例では、吸気バルブ 2 1および排気バルブ 2 2の駆動タイミングは電動ァクチユエ一夕 7 3， 7 4の駆動タイミングを変更することより実現したが、吸排気バルブ 2 2 2の動作タイミングを、カムの位相により調整する機構を用い、カムの位相を油圧ァクチユエ一夕などにより制御することで実現する構成など、他の構成を用いることも差し支えない。

E C U 6 0は、吸排気駆動制御に続いて燃料噴射制御を開始する（ステップ S Ί 1 8 )。図 1を用いて説明したように、エンジン Ί 0では、燃焼室内に直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁 2 6と、吸気通路 5 0内に燃料を噴射する燃料噴射弁 5 5とが設けられている。燃料を燃焼室内に直接噴射すれば、燃焼室内に燃料噴霧を偏在させて燃料濃度の濃い（空燃比の小さい）部分と、燃料濃度の薄い（空燃比の大きい）部分とを形成することができる。燃焼室内に適切な空燃比分布の混合気を形成してやれば、全体としての燃料量を節約してエンジンの熱効率を向上させることが可能となる。尚、燃焼室内に直接燃料を噴射する方式を、以下、筒内噴射と呼ぶ。一方、吸気通路内に燃料を噴射すれば、噴射された燃料はここで気化しながら空気と混合しつつ燃焼室内に吸入されるので、燃料と空気とが充分に混合した均一な混合気を燃焼室内に形成することができる。高出力が要求される場合には、このように均一な混合気を形成しておくことが望ましい。尚、吸気通路内に燃料を噴射する方式を、以下、ポー卜噴射と呼ぶ。こうした筒内噴射あるいはポー卜噴射の特性を活かして、混合気を適切に形成することができるように、エンジン 1 0は運転条件に応じて適切な燃料噴射方式を採用している。 E C U 6 0の R O Mには、エンジンの運転条件に応じて適切な燃料噴射方式がマップの形式で記憶されている。図 7は、こうしたマップの一例を概念的に示した説明図である。図示されているように、 R O Mには、通常運転モード用のマップと、ノック回避モード用のマップとが記憶されており、設定されているモードに応じて、それぞれのマップが参照される。通常運転モード時に参照されるマップには、高工ンジン回転速度ある (， Mま高ァクセル開度の場合にはポー卜噴射を行い、他の運転条件では筒内噴射を行う旨が設定されている。こうすれば、高回転 '高負荷時はポー卜噴射を行うことで充分な出力を確保し、低回転 ·低負荷時には筒内嘖射を行うことでェンジンの熱効率を向上させることができる。これに対してノック回避モード時には、筒内噴射の割合を増加させている。図 7の例示では、ノック回避モードは全運転領域で筒内噴射を行う旨が設定されているが、通常運転モード時と比較して筒内噴射の割合が高くなるのであれば足り、例えば、筒内噴射の領域を拡張したり、あるいはポー卜噴射時に一部の燃料を筒内噴射するよう設定することも可能である。このように、筒内噴射の割合を増加させればノッキングの発生を抑制することが可能である。以下、この理由について簡単に説明する。吸気通路内に燃料を噴射した場合（ポー卜噴射した場合）は、燃料は吸気通路の内面に一旦付着した後、次第に気化しながら燃焼室内に流入する。気化に際して燃料は、気化するための気化熱を吸気通路の壁面から吸収する。これに対して、燃焼室内に燃料を噴射した場合（筒内噴射した場合）は、一部の燃料は燃焼室内の壁面に付着するものの、大部分は壁面に付着することなく燃焼室内で気化して混合気を形成する。このときの気化熱は、燃焼室内に流入した空気や、燃焼室から排出されずに残留していた燃焼ガスから吸収することになる。すなわち、ポー卜噴射では、吸気通路壁面から奪った気化熱が気化した燃料とともに燃焼室内に流入するのに対して、筒内噴射では燃焼室内で、しかも壁面に触れることなく気化するために、外部から燃焼室内に熱が流入することがない。このため、筒内噴射を行うと、ポ一卜噴射の場合に比べて燃焼室内の混合気の温度が低くなる。これは、筒内噴射を行った場合は、燃焼室内で燃料が気化するために、気化熱によつて空気が冷却される分だけ混合気温度が低くなることを意味している。ノツキングは、混合気を圧縮した時の温度上昇の影響で混合気が自着火する現象と考えることもできるから、筒内噴射を行って混合気温度を低くしてやれば、ノッキングの発生を抑制することが可能となるのである。図 2のステップ S 1 1 8では、図 7に示したマップを参照することで、運云条件に応じた適切な燃料噴射方式を選択する。そして、工アフロ一センサ 5 7で検出した吸入空気量に基づいて燃料の噴射量を算出した後、選択しておいた噴射方式に応じて燃料噴射弁 5 5あるいは燃料噴射弁 2 6を駆動する。こうすることで、燃焼室内には適切な空撚比の混合気が形成される。

E C U 6 0は、燃料噴射制御に続いて点火制御を行う（ステップ S 1 2 0 )。点火制御では、運転条件に応じた適切なタイミングで点火プラグ 2 7に火花を形成することにより、燃焼室内で圧縮された混合気に点火する処理を行う。 E C U 6 0内の R 0 Mには、エンジンの運転条件に応じて適切な点火時期がマップの形式で予め記憶されている。図 8は、こうしたマップの一例を示した説明図である。点火制御では、 E C U 6 0は、かかるマップを参照することで運転条件に応じた点火時期を読み出した後、適切なタイミングで点火プラグ 2 7に火花を形成する処理を行う。この結果、燃焼室内で混合気が燃焼して燃焼室内の圧力が上昇し、この圧力がクランク機構により機械的仕事に変換されて、動力として外部に出力される。次いで、 E C U 6 0は、運転者によってエンジン 1 0を停止する旨が指示されたか否かを判断し（ステップ S 1 2 2 )、運転者によってエンジン 1 0を停止する旨が指示されているか否かを判断し、停止の指示がなされていると判断された場合は (ステップ S 1 2 2 ： y e s ) , 図 2に示したエンジン制御ルーチンを終了する。逆に、エンジン 1 0を停止する旨が指示されていない場合は (ステップ S 1 2 2 ： n 0 )、ステップ S 1 0 0に戻って上述した一連の処理を繰り返す。以上に説明したように、本実施例のエンジン 1 0は、圧縮比を変更するための機構が高圧縮比状態で固着しているか否かを検出し、高圧縮比状態で固着してい W

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る場合は、ノック回避モードで制御が行われる。そしてノック回避モードでは、通常運転モードと比較して、吸気加熱制御や、 E G R制御が抑制される。また、吸排気バルブの開閉夕イミングも、オーバーラップ期間が短縮されて内部 E G R が減少し、更に、吸気バルブの閉弁時期が B D Cから遠ざかる方向に変更されて、実圧縮比が低下するように制御される。加えて、燃料の噴射方式についても、筒内噴射の割合が増加するように変更される。こうした変更は、各々がノッキングの発生を抑制する作用を有しており、従って、エンジン 1 0の圧縮比が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノック回避モードでエンジンを制御することでノツキングの発生を回避することが可能となる。この結果、高圧縮比状態で固着する故障が起きても、ノッキング音の発生は抑制され、運転者に違和感を与えるといつた事態も回避される。

C . 変形例：

上述した本実施例には、種々の変形例が存在する。以下では、これら変形例について簡単に説明する。

C - 1 . 第 1の変形例：

ノック回避モード時は、吸気バルブ 2 1の開閉タイミングを次のように変更しても良い。すなわちノック回避モード時は、通常運転モード時に比べて、吸気行程のビストン降下中に吸気バルブ 2 1が閉弁している期間が短くなるようなタイミングに設定することとしても良い。図 9 A，図 9 Bは、こうした第 1の変形例における吸気バルブの開閉夕イミングを示した説明図である。図 9 Aは、通常運転モード時における吸気バルブ 2 1 の開閉タイミングを示し、図 9 Bは、ノック回避モード時における開閉タイミングを示している。図 9 Aに示した通常運転モードでは、吸気バルブ 2 1は、ビストン 4 1が T D Cから少し降下した後に開弁し、更にピストン 4 1が B D Cに達する前に閉弁する。従って、図 9 A中に破線で示した期間では、ピストン 4 1が W

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降下しているにも関わらず吸気バルブ 2 1が閉弁していることになる。このように、吸気バルブ 2 1が閉弁したままピストン 4 1が降下すると、燃焼室内の空気あるいは残留ガスが断熱膨張して燃焼室壁面から熱を奪うので、ちょうど燃焼室内の空気を暖めたのと同じことになつて、ノッキングが発生し易くなる。これに対して、図 9 Bに示した夕イミングで吸気バルブ 2 1を開閉した場合は、 T D C 付近で開弁し、 B D C付近で閉弁しており、吸気バルブ 2 1が閉弁したままビストン 4 1が降下する期間が大幅に短くなつており、ノッキングが発生し難くなつている。このことから、ノック回避モード時は吸気バルブ 2 1の開タイミングを T D Cに、閉タイミングを B C Dに近づけるよう変更することで、ノッキングの発生を回避することが可能となる。尚、図 9 Aの例示では、吸気バルブ 2 1が閉じたままピストン 4 1が降下する状態が、 T D C近傍および B D C近傍の 2つのタイミングで発生しており、図 9 Bの例示では、いずれのタイミングにおいても、こうした状態が抑制されている。もっとも、吸気バルブ 2 1が閉じたままピストン 4 1が降下する期間が、全体として短縮されればよく、吸気バルブ 2 1の開閉タイミングは図 9の例示に限られるものではない。

C一 2 . 第 2の変形例：

上述した実施例では、ノック回避モード時は、吸気 T D C近傍で吸気バルブ 2 1および排気バルブ 2 2が同時に開弁するオーバーラップ期間を短縮することで内部 E G Rを減少させた。もっとも、エンジンの中には内部 E G Rをより積極的に行うために、吸気行程の最中に短期間だけ排気バルブを開弁したり、あるいは排気行程の最中に短期間だけ吸気バルブを開弁するものも存在する。このようなエンジンでは、ノック回避モード時は次のようにして吸排気バルブを駆動することとしても良い。図 1 0 A、図 1 0 Bは、積極的に内部 E G Rを行うための、バルブの動きを示した説明図である。図 1 0 A、図 1 0 Bは、クランク角度とともにバルブリフトが変化する様子を示しており、実線は吸気バルブ 2 1の動きを、破線は排気バルブ 2 2の動きを示している。また、図 1 0 Aは排気行程中に吸気バルブ 2 1を開く場合を示し、図 1 0 Bは吸気行程中に排気バルブ 2 2を開く場合を示している。例えば、図 1 O Aの場合について説明すると、排気行程では排気バルブ 2 2をリフ卜させることで、燃焼室内の排気ガスを排気通路 5 8に排出する。このとき、短期間だけ吸気バルブ 2 1を開弁すれば、排気ガスが'懲焼室内から吸気通路 5 0 に逆流する。こうして逆流した排気ガスは、次の吸気行程で E G Rガスとして燃焼室に吸入されることになる。また、図 1 O Bの場合は、吸気行程では吸気バルブ 2 1をリフトさせて、吸気通路 5 0から燃焼室内に空気を流入させる。このとき、短期間だけ排気バルブ 2 2を開弁すると、排気通路 5 8内の排気ガスが背圧に押されて燃焼室内を通過し、吸気通路 5 0内に逆流する。続く吸気行程では、こうして逆流した排気ガスが E G Rガスとして燃焼室内に流入することになる。これら図 1 0 A、図 1 0 Bに示したように、吸気行程中に短期間だけ排気バルブを開弁し、あるいは排気行程中に短期間だけ吸気バルブを開弁してやれば、積極的に内部 E G Rを行うことができる。このような制御を行っているエンジンでは、ノック回避モード時は、吸気行程中の排気バルブの開弁量を抑制したり、あるいは排気行程中の吸気バルブの開弁量を抑制することとしても良い。ここで開弁量を抑制するとは、リフト量を少なくしたり、開弁期間を短縮することの他に、開弁自体を休止することも含まれる。こうして開弁量を抑制してやれば、内部 E G R量が減少するので、ノッキングの発生を回避することが可能となる。

C— 3 . 第 3の変形例：

ノック回避モード時は、冷却水温を制御することによってノッキングの発生を抑制することとしても良い。以下では、こうした第 3の変形例について説明する。図 1 1 A、図 1 1 Bは、エンジン 1 0を上面側から（シリンダヘッド 2 0の上側から）見て、冷却水温度を制御する機構（冷却系）の構成を概念的に示した説明図である。エンジン Ί 0は、いわゆる 4気筒エンジンであり、シリンダ 3 4が 4つ設けられている。図中に示した「# "!」、 Γ # 2」、 Γ # 3」、「# 4 J は、これら 4つのシリンダを表したものである。エンジン 1 0の冷却系は、シリンダ 3 4 および燃焼室を冷却するために冷却水を圧送するウォー夕ポンプ 8 0と、高温になった冷却水を放熱させるためのラジェ一夕 8 2と、シリンダ 3 4および燃焼室を冷却した冷却水をラジェ一夕 8 2に導くための冷却通路 8 4と、ラジェ一夕 8 2を出た冷却水をウォー夕ポンプ 8 0に戻すための還流通路 8 6と、冷却水の放熱が不要な場合にラジェ一夕 8 2をバイパスさせるバイパス通路 8 8と、 E C U 6 0の制御の下でバイパス通路 8 8の切り換えを行う切換弁 9 0等から構成されている。 E C U 6 0は、ァッパーブ口ック 3 1に設けた水温センサ 6 4を出力を見ながら、切換弁 9 0を制御することで、冷却水温度を制御することが可能である。以下では、この制御について、図 1 1 A、図 Ί 1 Bを参照しながら説明する。図 1 1 Aは、冷却水をラジェ一夕 8 2で放熱しながらエンジン 1 0を運転している様子を示している。図中に実線で示した矢印は、冷却水の流れを表している。冷却水をラジェ一夕 8 2に導く場合は、切換弁 9 0は E C U 6 0の制御によって「開」状態に切り換えられている。冷却水はウォー夕ポンプ 8 0で圧送されてェンジン内部を冷却し、冷却通路 8 4を経由してラジェ一夕 8 2に導かれ、還流通路 8 6、切換弁 9 0を通って、再びエンジン内部にウォー夕ポンプ 8 0で圧送される。 . 冷却水温度があまり高くなく、ラジェ一夕 8 2で放熱させる必要がない場合は、 E C U 6 0は切換弁を「閉 J 状態に切り換える。こうすると、ウォー夕ポンプ 8 0には還流通路 8 6からではなく、図 1 1 Bに示したように、バイパス通路 8 8 から冷却水が供給されることになる。すなわち、エンジン内部を通過した冷却水はバイパス通路 8 8を通ってゥ才一夕ポンプ 8 0に供給され、ラジェ一夕 8 2をバイパスして流れるようになる。こうしてラジェ一夕 8 2をバイパスしながらェンジンを運転すれば、次第に冷却水温度が上昇していくことになる。冷却水温度が上昇したら、再び切換弁 9 0を開いて冷却水がラジェ一夕 8 2を通過するようにすれば、冷却水温度は次第に低下することになる。以上の説明から明らかなように、水温センサ 6 4で冷却水温度を検出しながら、切換弁 9 0を切り換えてやれば、エンジン 1 0の冷却水温度を任意の温度に制御することが可能である。エンジンが比較的、低負荷で運転されている場合には、冷却水温度を高めに制御してやれば、潤滑油の粘度が低くなる摩擦損失が減少するので、エンジンの熱効率を改善することも可能である。一般に、ノッキングは燃焼室の壁面温度の影響を強く受けると考えられている。これは、混合気が燃焼室の壁面近くで圧縮されて自着火する現象がノッキングと呼ばれる現象であり、壁面温度が低くなると自着火が抑制されるのでノッキングが発生し難くなると考えられるためである。このことから、冷却水温度を制御可能なエンジンにおいては、ノック回避モード時は、冷却水温度を低めの値に制御してやれば、あるいは、熱効率を改善するために冷却水温度を高めに設定する制御を抑制してやれば、ノッキングの発生を回避することが可能となる。

C - 4 . 第 4の変形例：

あるいは、ノック回避モード時は、変速機（トランスミッション）の設定を、減速比が大きくなる方向に切り換えることによって、ノッキングの発生を抑制することとしても良い。以下では、こうした第 4の変形例について説明する。図 Ί 2は、エンジン 1 0に変速機 1 0 0が接続されている様子を概念的に示した説明図である。変速機 1 0 0は、エンジン 1 0のクランクシャフト 4 3から動力を受け取り、負荷に接続された駆動軸 1 4 3から出力する。このとき、クランクシャフト 4 3の回転速度は、変速機 1 0 0の減速比に応じた回転速度に変速されて、駆動軸 1 4 3から出力される。ここで減速比とは、クランクシャフト 4 3 の回転速度を駆動軸 1 4 3の回転速度で除算した値によって定義されている。尚、図 Ί 2に示した変速機 1 0 0は、減速比を連続的に変更可能ないわゆる無断変速機であるが、もちろん、複数の減速比に段階的に変更可能な変速機であっても構わない。一般に減速比を大きくしてやれば、エンジン 1 0の回転速度は高くなり、回転速度が高くなれば、燃焼室内に空気を吸入するための時間が短くなるので、 1回の燃焼サイクル辺りの吸入空気量は減少する。ノッキングは混合気が圧縮されて自着火する現象であるから、吸入空気量が減少すればノッキングは起こり難くなる。従って、こうした第 4の変形例のエンジン 1 0では、ノック回避モード時は、変速機 1 0 0の減速比を大きな値に切り換えることとしてもよい。こうすれば、圧縮比が高圧縮比状態で固着した場合でも、ノッキングの発生を効果的に抑制することが可能となる。以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上述した実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。例えば、上記実施例では、吸気バルブまたは排気バルブの開閉弁のタイミングを変更 ·制御したが、吸気バルブや排気バルブの開弁のリフト量を調整して、圧縮比を制御することも可能である。あるいは、開弁ゃ閉弁の速度を制御することも可能である。

Claims

2004/092560

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請求の範囲

Ί . 吸気弁から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに懲焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、

を備える内燃機関。

2 . 請求項 1記載の内燃機関であって、

前記変更可能な動弁特性は、開弁開始時期、開弁完了時期、閉弁開始時期、閉弁完了時期、開弁速度、閉弁速度、開弁時のリフト量のうちの少なくとも一つである内燃機関。

3 . 請求項 1記載の内燃機関であって、

前記特性制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記吸入空気の圧縮開始時の燃焼室内容積と、圧縮終了時の燃焼室内容積とによって求めた前記圧縮比たる実圧縮比が小さくなる方向に、前記吸気弁の閉弁特性を変更する制御を行う手段である内戀機関。

4 . 請求項〗記載の内燃機関であって、

前記特性制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、吸気行程中の圧縮上死点から吸気下死点までの期間で前記吸気弁が閉弁している期間が短くなる方向に、該吸気弁の動弁特性を変更する制御を行う手段である内燃機関。

5 . 請求項 Ί記載の内燃機闘であって、

前記燃焼によって生じた燃焼ガスを前記 i然焼室から排出するための排気弁と、該排気弁の動弁特性を変更可能な特性変更機構を備え、該排気弁を駆動する排気弁駆動手段と

を備え、

前記特性制御手段は、前記吸気弁の動弁特性の前記制御に加えて、または前記吸気弁の動弁特性の前記制御に代えて、前記燃焼室内に残留する前記燃焼ガスが減少する方向に、前記排気弁の動弁特性を変更する制御を行う手段である内燃機関。

6 . 請求項 5記載の内燃機関であつて、

前記特性制御手段は、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁している期間が減少するように、該吸気弁および該排気弁の少なくともいずれかの動弁特性を変更する制御を行う手段である内燃機関。

7 . 請求項 5記載の内燃機関であつて、

前記内燃機関の吸気行程中に前記排気弁を駆動するか、あるいは排気行程中に前記吸気弁を駆動するかの少なくとも一方の動作を行うことによって、前記燃焼ガスを前記燃焼室内に残留させる燃焼ガス残留手段を備え、

前記特性制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼ガス残留手段の動作を抑制する手段である内燃機関。

8 . 吸気弁を介して吸気通路から吸い込んだ吸入空気を燃焼室内で圧縮し、燃料とともに燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、前記吸入空気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、

を備える内'燃機関。

9 . 請求項 8記載の内燃機関であつて、

前記燃焼によって生じた燃焼ガスを排出するための排気通路と、

前記排気通路から排出される燃焼ガスの一部を前記吸気通路内に還流させる燃焼ガス還流手段と

を備え、

前記制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路内に還流される燃焼ガスの還流量を抑制する手段である内燃機関。

1 0 . 請求項 8記載の内燃機関であって、

前記吸気通路内で前記吸入空気を加熱する吸気加熱手段を備え、

前記制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記吸入空気の加熱を抑制する手段である内燃機関。

1 1 - 請求項 8記載の内燃機関であって、

前記吸気通路内に燃料を噴射する第 1の燃料噴射弁と、

前記燃焼室内に燃料を噴射する第 2の燃料噴射弁と、

前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、

前記検出した運転条件に応じて、前記第 1の燃料噴射弁および前記第 2の燃料噴射弁を駆動する燃料噴射弁駆動手段と

を備え、

前記制御手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記第 1の燃料噴射弁に対する前記第 2の燃料噴射弁の駆動割合を増加させる手段である内燃機関。

1 2 . 懲焼室内で空気および懲料による混合気を圧縮し、該圧縮した混合気を燧焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、

を備える内燃機関。

1 3 . 請求項 1 2記載の内燃機関であって、

前記燃焼室に供給される冷却水の温度を設定する冷却水温度設定手段を備え、前記燃焼室温度低下手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記冷却水温度の設定を低下させる手段である内燃機関。

1 4 . 請求項 1 2記載の内燃機関であって、

前記燃焼室に供給される冷却水の温度を設定する冷却水温度設定手段と、前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、

前記検出した運転条件が所定の運転条件にある場合には、前記冷却水温度の設定を高く設定して前記内燃機関を制御する高水温制御を行う高水温制御手段とを備え、

前記燃焼室温度低下手段は、前記故障状態が検出された場合には、前記高水温制御を抑制する手段である内燃機関。

1 5 . 燃焼室内で空気および燃料による混合気を圧縮し、該混合気を燃焼させたときに発生する動力を、出力軸から出力する内燃機関であって、前記内燃機関が出力する動力を、前記出力軸の回転速度を所定の比率で減速しながら、該内燃機関の負荷を駆動する駆動軸に伝達する動力伝達手段と、前記混合気の圧縮の程度を表す指標たる圧縮比を、少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能な圧縮比変更機構と、

を備える内燃機関。

1 6 . 吸気弁を介して燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であって、

前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室内で圧縮される吸入空気の温度を低下させる方向に、前記吸気弁の動弁特性を変更する

内燃機関の制御方法。

1 7 . 請求項 1 6記載の内燃機関の制御方法であって、

前記故障状態が検出された場合には、前記吸気弁の動弁特性の変更に加えて、または前記吸気弁の動弁特性の変更に代えて、前記燃焼された燃焼ガスを排気する排気弁の動弁特性を変更する

内燧機関の制御方法。

1 8 . 燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であり、該吸入空気を圧縮して燃料 O 2004/092560

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とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であつて、

前記圧縮比が前記高圧縮比状態から切り替え不能な故障状態となつたことを検し、

前記故障状態が検出された場合には、前記吸気通路から吸い込む吸入空気の温度が低下する所定の制御を行う

内燃機関の制御方法。

1 9 . 燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であリ、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させる内燃機関の制御方法であつて、

前記故障状態が検出された場合には、前記燃焼室の壁面温度を低下させる制御を行う

内燃機関の制御方法。

2 0 . 燃焼室に吸い込んだ吸入空気の圧縮の程度を表す圧縮比を少なくとも高圧縮比状態と低圧縮比状態とに変更可能であリ、該吸入空気を圧縮して燃料とともに燃焼させ、燃焼により発生する動力を動力軸から出力する内燃機関の制御方法であつて、

前記故障状態が検出された場合には、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率たる減速比が大きくなる方向に制御する

内燧機関の制御方法。