WO2013061684A1 - 内燃機関の回転速度制御装置及び回転速度制御方法 - Google Patents

Abstract

吸気量の変更と機械的圧縮比の変更とを併用して、回転速度制御における目標回転速度と実回転速度との偏差を速やかに減少させることを目的とする。吸気量を変更可能な電制のスロットル弁（２３）と、機械的圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構（３０）と、を備える。ＥＣＵ（４０）は、アイドル運転時に、目標アイドル回転速度と実回転速度との偏差を算出し、この偏差の大きさに応じて、吸気量と機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を制御対象として選択し、選択した吸気量と機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を変更することにより、前記偏差を減少させる。

Description

内燃機関の回転速度制御装置及び回転速度制御方法

　本発明は、内燃機関の回転速度制御に関する。

　車両に搭載される内燃機関では、周知のように、クランク角センサ等により検出される内燃機関の実回転速度と目標アイドル回転速度との偏差に応じてスロットル弁等により吸気量（吸入空気量）を増減することにより、機関回転速度を目標アイドル回転速度に収束させる、いわゆるアイドル回転速度制御が行われる。

　一方、機関運転状態に応じてピストンストローク特性を変化させることによって、内燃機関の機械的圧縮比（膨張比）を変更可能な可変圧縮比機構が本出願人等により提案されている。このような可変圧縮比機構を利用したアイドル回転速度制御の一例として、特許文献１には、圧縮比変更の応答遅れに伴うアイドル回転速度制御の収束性の悪化を抑制するように、圧縮比センサにより実圧縮比を検出し、この実圧縮比に応じて吸気量を補正する技術が記載されている。

　また、特許文献２には、スロットル弁による吸気量制御に加え、点火時期制御を併用してアイドル回転速度制御を行う技術が記載されている。アイドル運転時には、目標アイドル回転速度を維持するようにスロットル開度を調整して吸気量を増減する一方、エアフローメータにより検出される実吸気量に基づいて点火時期を補正している。

特開２００４－２３９１４６号公報 特許第２７０９０６１号公報

　スロットル弁はシリンダから比較的離れた吸気通路の上流側に配置されるために、スロットル弁による吸気量の調整には、ある程度の応答遅れを伴う。従って、スロットル弁による吸気量の増減のみにより回転速度制御を行うと、特に、目標回転速度と実回転速度との偏差が比較的小さい場合に、偏差の収束性が悪い、という問題がある。一方、上記特許文献２のように、回転速度制御に点火時期制御を併用する場合、点火時期の進角が可能なように、点火時期を予め遅角しておく必要があり、その分、適切な点火時期（ＭＢＴ）に対する遅角量が増加して、燃費性能が低下する。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吸気量の変更制御と機械的圧縮比の変更制御とを併用して、回転速度制御における目標回転速度と実回転速度との偏差を良好に収束させるものである。すなわち、本発明では、内燃機関の前記実回転速度を目標回転速度に近づける回転速度制御中であるとき、目標回転速度と実回転速度との偏差を算出し、前記偏差の大きさに応じて前記吸気量と前記機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を制御対象として選択し、選択した前記吸気量と前記機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を変更することにより前記偏差を減少させることを特徴としている。

　本発明によれば、吸気量の変更制御と機械的圧縮比の変更制御とを併用して、回転速度制御における目標回転速度と実回転速度との偏差を良好に収束することが可能となる。

本発明の一実施例に係るアイドル回転速度制御装置が適用される内燃機関のシステム構成図。 上記内燃機関の可変圧縮比機構を示す構成図。 上記可変圧縮比機構の説明図であり、（Ａ），（Ｂ）が高圧縮比位置，低圧縮比位置のそれぞれにおけるリンクレイアウトを示す説明図、（Ｃ）が制御軸近傍の拡大図、（Ｄ）がピストンモーションを示す説明図。 本実施例に係るアイドル回転速度制御の流れを示すフローチャート。 図４のアイドル判定フラグの設定処理の詳細を示すフローチャート。 図４のアイドル回転速度制御の詳細を示すフローチャート。 図６のアイドル回転割付制御の詳細を示すフローチャート。 図７の圧縮比上限値設定処理の詳細を示すフローチャート。 圧縮比上限値設定用のマップを示す説明図。 重み係数設定用のテーブルを示す説明図。 上記アイドル回転速度制御の処理内容を簡略的に示すブロック図。 図１１のアイドル回転割付手段の詳細を示すブロック図。 同じく図１１のアイドル回転割付手段の詳細を示すブロック図。

　以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用されるポート噴射方式の火花点火式ガソリン機関のシステム構成を示す構成図である。内燃機関１０は、複数のシリンダ（ボア）１１Ａが設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１の上側に固定されるシリンダヘッド１２とを有している。シリンダブロック１１の下側には、エンジンオイルを貯留するオイルパン１４として、二分割のオイルパンアッパ１４Ａとオイルパンロア１４Ｂとが装着されている。なお、この図１では、一つの気筒のシリンダ１１Ａのみを描いており、実際には複数のシリンダ１１Ａが気筒列方向に並設されている。

　各シリンダ１１Ａにはピストン１５が摺動可能に配設されており、各ピストン１５の上方には、ペントルーフ型のシリンダヘッド１２の下面との間に燃焼室１３が形成されている。各燃焼室１３には吸気弁１６を介して吸気ポート１７が接続するとともに、排気弁１８を介して排気ポート１９が接続し、更に、燃焼室１３内の頂部中央に混合気を火花点火する点火プラグ２０が配設されている。

　各気筒の吸気ポート１７に接続する吸気通路２１には、吸気コレクタ２２の上流側に、吸気量（吸入空気量）を調整する電子制御式のスロットル弁２３が設けられるとともに、各気筒の吸気ポート１７へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２４が設けられている。なお、このようなポート噴射型の構成に限らず、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直噴式の構成であっても良い。また、スロットル弁２３の上流側には、図示していないが、吸気量を検出するエアフロメータや吸気中の異物を捕集するエアフィルタ等が設けられている。

　各気筒の排気ポート１９が接続・集合する排気通路２５には、三元触媒等の触媒２６が介装されるとともに、この触媒２６の上流側（及び下流側）に、排気の空燃比を検出する酸素濃度センサ等の空燃比センサ２７が設けられる。この空燃比センサ２７の検出信号に基づいて、排気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）に維持するように燃料噴射量を増減する空燃比フィードバック制御が行われる。

　また、この内燃機関１０には、吸気量を変更可能な装置として、上述した電制のスロットル弁２３の他に、吸気弁１６のバルブリフト特性を変更可能な吸気側可変動弁機構２８と、排気弁１８のバルブリフト特性を変更可能な排気側可変動弁機構２９と、が設けられている。これらの可変動弁機構２８，２９には、特開２００２－２３５５６７号公報等に記載されているように、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を遅角もしくは進角させることによって、バルブタイミングを遅角もしくは進角させる可変バルブタイミング機構や、吸気弁もしくは排気弁の作動角とバルブリフト量の双方を同時かつ連続的に変更可能なリフト作動角変更機構等を用いることができる。これらの機構の構成は上記公報等により公知であるために、ここでは説明を省略する。

　更に、内燃機関の機械的圧縮比（膨張比）を変更可能な装置として、ピストン１５の上死点位置及び下死点位置を含めたピストンストローク特性を変更することにより機械的圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構３０が設けられている。この可変圧縮比機構３０を駆動するアクチュエータとしての電動機３１には、実際の機械的圧縮比に対応する電動機３１の回転角を検出する電動機回転角センサ３２と、電動機３１の負荷を検出する電動機負荷センサ３３と、が内蔵されている。

　機関運転状態を検出する各種センサ類として、上述したセンサ類の他に、スロットル弁２３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ３４、クランクシャフト４１のクランク角を検出するクランク角センサ３５、ウォータジャケット３６内の冷却水の温度、つまり機関水温を検出する水温センサ３７、ノッキングを感知するノックセンサ３８、及び運転者により操作されるアクセルペダルのアクセル開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ３９等が設けられている。

　制御部としてのＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）４０は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するマイクロコンピュータを備えるもので、上述した各種センサ類からの入力信号に基づいて、スロットル弁２３、点火プラグ２０、燃料噴射弁２４、可変動弁機構２８，２９、及び可変圧縮比機構３０の電動機３１等へ制御信号を出力して、その動作を制御する。

　図２～図４を参照して、上記の可変圧縮比機構３０は、各気筒のピストン１５が受ける燃焼圧をクランクシャフト４１に回転動力として機械的に伝達する複リンク式のピストン－クランク機構を利用して機械的圧縮比を変更可能なものである。図２にも示すように、クランクシャフト４１には、ジャーナル中心に対して偏心したクランクピン４２が各気筒毎に設けられている。可変圧縮比機構３０は、クランクピン４２に回転可能に装着されるロアリンク４３と、このロアリンク４３とピストン１５とを連結するアッパリンク４４と、ロアリンク４３と制御軸４６とを連結する制御リンク４５と、を有している。アッパリンク４４は、棒状をなすリンク部品であり、その上端がピストンピン４７を介してピストン１５に対して揺動可能に連結されているとともに、その下端が第１連結ピン４８を介してロアリンク４３に対して揺動可能に連結されている。ロアリンク４３は、クランクピン４２を挟み込む２部材に分割構成されている。制御リンク４５の上端は第２連結ピン４９を介してロアリンク４３に対して揺動可能に連結されており、第１連結ピン４８と第２連結ピン４９とはクランクピン４２の中心に対して互いに反対側に配置されている。制御リンク４５の下端は、制御軸４６に偏心して設けられた偏心軸部５０に揺動可能に取り付けられている。

　制御軸４６は、メインベアリングキャップ５３及びサブベアリングキャップ５４を用いてシリンダブロック１１側に回転可能に支持されるとともに、その外周にギア５１が形成されており、このギア５１が電動機３１の回転軸５２に設けられたピニオン５２Ａと噛み合っている。この電動機３１によって制御軸４６の回転位置を変更することにより、偏心軸部５０の位置が変位し、この偏心軸部５０の変位に伴って、制御リンク４５を介してロアリンク４３の姿勢が変化して、ピストン上死点位置及び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する。

　図３に示すように、制御軸４６の回転位置が高圧縮比位置（Ａ）にある場合には、ピストン上死点位置（図では便宜的にピストンピン４７の中心位置として表している）が高い位置となり、制御軸回転位置が低圧縮比位置（Ｂ）にある場合には、ピストン上死点位置が上記の高圧縮比位置（Ａ）よりも所定量ΔＤだけ低い位置となる。図３（Ｄ）は、高圧縮比位置（Ａ）及び低圧縮比位置（Ｂ）のそれぞれにおけるピストンモーション、つまりピストンストローク特性を示している。

　このような可変圧縮比機構３０は、機関運転状態に応じて機械的圧縮比を変更できることに加え、図３（Ａ），（Ｂ）に示すようにリンクレイアウトを適切に設定することによって、図３（Ｄ）に示すように、ピストンストローク特性そのものを、単振動に近い適切な特性に設定することが可能となる。また、ピストンピン４７に対するアッパリンク４４の揺動角度を小さく抑制することによりピストンとシリンダ壁面との接触部分に作用するスラスト－反スラスト方向の荷重を抑制することができる。しかも、リンク部品の連結部分の大半が面接触となるために、潤滑が行い易く、信頼性・耐久性にも優れている。また、制御軸４６を、クランクシャフト４１の斜め下方であって、オイルパンアッパ１４Ａの側壁近傍に配置しているために、制御軸４６周りの潤滑性に優れ、かつ、オイルパンアッパ１４Ａの外側に取り付けられる電動機３１と制御軸４６との連結機構を簡素化することができる。なお、この例では、アクチュエータとして高い応答性が得られる電動機３１を用いているが、油圧式のアクチュエータを用いることもできる。

　次に、本実施例の要部をなすアイドル回転速度制御について、図５～図１３を参照して説明する。内燃機関がアイドル運転中であるアイドル運転時には、内燃機関の実回転速度ｒＮｅを目標アイドル回転速度ｔＮｅに収束させるためのアイドル回転速度制御が行われる。ここで、本実施例におけるアイドル回転速度制御においては、吸気量の変更制御と機械的圧縮比の変更制御とを併用して、目標アイドル回転速度ｔＮｅと実回転速度ｒＮｅとの偏差ΔＮｅ（ΔＮｅ＝ｔＮｅ－ｒＮｅ）を減少・収束させている。つまり、偏差ΔＮｅの大きさに応じて、吸気量と機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を制御対象として選択し、選択した吸気量と機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を変更することによって、偏差ΔＮｅを減少させるようにしている。

　図４は、このようなアイドル回転速度制御の処理の流れを示すフローチャートである。このルーチンは、上記のＥＣＵ４０に記憶され、所定期間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。ステップＳ１１では、アイドル運転の判定結果を示すアイドル判定フラグの設定処理を実行する。図５は、このアイドル判定フラグの設定処理の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ２１では、上記のアクセル開度センサ３９により検出されるアクセル開度ＡＰＯと実回転速度ｒＮｅとが読み込まれる。実回転速度ｒＮｅは、内燃機関の実際の回転速度を検出もしくは推定した値であり、例えば上記のクランク角センサ３５の出力信号を用いて求められ、あるいはカムシャフトのカム角を検出するカム角センサと上記のクランク角センサ３５の出力信号を併用して求められる（回転速度検出手段）。

　ステップＳ２２では、アクセル開度ＡＰＯが、予め設定された所定のしきい値ｔｈＡＰＯ以下であるかを判定する。このしきい値ｔｈＡＰＯは、アクセル開度ＡＰＯがほぼ全閉であることを判定するためのもので、「０」もしくは「０」に近い値に設定される。ステップＳ２３では、実回転速度ｒＮｅが所定のしきい値ｔｈＮｅ以下であるかを判定する。このしきい値ｔｈＮｅは、アイドル回転速度制御と通常制御との切換が頻繁に行われることにより運転性を阻害することのないように、目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも若干高い値に設定される。

　アクセル開度ＡＰＯがしきい値ｔｈＡＰＯ以下で、かつ、実回転速度ｒＮｅがしきい値ｔｈＮｅ以下である場合には、ステップＳ２４へ進み、アイドル判定フラグが、アイドル運転状態であることを示す「１」に設定される。それ以外の場合、つまり、アクセル開度ＡＰＯがしきい値ｔｈＡＰＯを超えているか、もしくは実回転速度ｒＮｅがしきい値ｔｈＮｅを超えている場合には、ステップＳ２５へ進み、アイドル判定フラグが、アイドル運転状態にないことを示す「０」に設定される。

　なお、アイドル運転の判定は、これに限らず、パーク／ニュートラルスイッチのＯＮ、ブレーキペダルのＯＮ、車速が所定のしきい値以下等の他の条件を組み合わせて行うことができる。

　再び図４を参照して、ステップＳ１２では、図５のサブルーチンにより設定されたアイドル判定フラグが「１」であるか否かを判定する。アイドル判定フラグが「１」であれば、ステップＳ１３へ進み、アイドル回転速度制御が実行される。一方、アイドル判定フラグが「０」であれば、ステップＳ１４へ進み、アイドル回転速度制御の実行が禁止され、通常制御が実施される。この通常制御では、アクセル開度ＡＰＯに応じた要求トルク・吸気量が得られるようにスロットル開度が制御されるとともに、上記の空燃比フィードバック制御により目標空燃比を維持するように燃料噴射量が増減され、かつ、アクセル開度ＡＰＯや実回転速度ｒＮｅ等に応じて可変動弁機構２８，２９が駆動制御される。

　図６は、図４のステップＳ１３のアイドル回転速度制御の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３１では、目標アイドル回転速度ｔＮｅと、実回転速度ｒＮｅと、を読み込む。目標アイドル回転速度ｔＮｅは、冷却水温、エアコン等の補機類の作動状態、自動変速機のギヤ位置などに応じて設定され、また、バッテリ電圧等に応じて補正される。ステップＳ３２では、上記の目標アイドル回転速度ｔＮｅと実回転速度ｒＮｅとの偏差ΔＮｅを求める。

　そしてステップＳ３３では、この偏差ΔＮｅに基づいて、アイドル回転割付制御を実施する。つまり、偏差ΔＮｅの大きさに応じて、スロットル弁２３により変更される吸気量と、可変圧縮比機構３０により変更される機械的圧縮比と、のいずれか一方又は両方を制御対象として選択する。具体的には後述するように、偏差ΔＮｅの絶対値の大きさに基づいて、偏差ΔＮｅを、吸気量の変更制御により収束させる吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａと、機械的圧縮比の変更制御により収束させる圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εと、に分配する。これによって、同一の偏差ΔＮｅを収束させる制御対象として吸気量と機械的圧縮比とを併用しているにもかかわらず、両制御の干渉によるハンチングを抑制することができる。

　なお、可変圧縮比機構３０による機械的圧縮比の変更に応じて各気筒のシリンダ内に供給される実際の吸気量は増減するものの、上記制御対象としての「吸気量」は、このような実際の吸気量ではなく、アイドル回転速度制御に用いられるスロットル弁２３の開度に応じて増減する「吸気量」を意味している。制御対象としての「吸気量」を変更するデバイスとしては、上記のスロットル弁２３に限らず、例えば上記の可変動弁機構２８，２９を単独もしくはスロットル弁２３と併用する構成としても良い。

　続くステップＳ３４では、上記のアイドル回転割付制御により選択された吸気量と機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を変更することにより、上記の偏差ΔＮｅを減少させるように、後述する圧縮比・吸気量フィードバック（ＦＢ）制御が実施される。吸気量フィードバック制御により偏差ΔＮｅを減少させる場合、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも低いときには吸気量を増加させ、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも高いときには吸気量を減少させるように、スロットル弁２３が駆動制御される。また、圧縮比フィードバック制御により機械的圧縮比を変更することにより偏差ΔＮｅを減少させる場合、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも低いときには機械的圧縮比を大きくし、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも高いときには機械的圧縮比を小さくするように、可変圧縮比機構３０が駆動制御される。

　図７は、図６のステップＳ３３のアイドル回転割付制御の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ４１では、アイドル運転条件でノッキング及びプレイグニッションが発生しない範囲での最大の機械的圧縮比に相当する圧縮比上限値εｍａｘを設定する。図８は、この圧縮比上限値εｍａｘの設定処理の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ５１では、上記の水温センサ３７の検出信号に基づいて、機関温度に相当する機関水温を読み込む。ステップＳ５２では、この機関水温を用いて、予め設定及び記憶された図９に示すような圧縮比上限値設定用のマップを検索して、機関水温の影響を考慮した補正値ε１を算出する。

　ステップＳ５３では、予め設定された基本圧縮比上限値ε０から上記の補正値ε１を減算することによって、最終的な圧縮比上限値εｍａｘを求める（εｍａｘ＝ε０－ε１）。ここで、基本圧縮比上限値ε０は、機関水温が暖機完了後の定常の水温（例えば８０℃）であるときに、アイドル運転条件でノッキング及びプレイグニッションが発生しない最大圧縮比に相当する値である。補正値ε１は、機関水温の上昇に伴う圧縮比低下分に相当する値であり、機関水温が高くなるほど、ノッキングやプレイグニッションが生じ易くなることから、補正値ε１も大きな値とされる。なお、この例では機関温度に相当するパラメータとして機関水温を用いているが、センサ等により検出もしくは推定される機関油温あるいは吸気温度を単独もしくは組み合わせて用いるようにしても良い。

　再び図７を参照して、ステップＳ４２では、機関水温が、予め設定された所定のしきい値を超えているか否かを判定する。ステップＳ４３では、機械的圧縮比εが上記の圧縮比上限値εｍａｘに達したか否かを判定する。ここでの機械的圧縮比εは制御目標値であるが、電動機回転角センサ３２等により検出もしくは推定される機械的圧縮比の検出値・推定値を用いるようにしても良い。

　機関水温がしきい値を超えておらず、かつ、機械的圧縮比εが圧縮比上限値εｍａｘに達していない場合には、ステップＳ４４へ進み、偏差ΔＮｅの絶対値を用いて、予め設定及び記憶された図１０に示すような重み係数設定用のテーブルを参照して、重み係数Ｋを算出する。この重み係数Ｋを用いて、トータルの偏差ΔＮｅが、吸気量の変更制御により減少させる吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａと、機械的圧縮比の変更制御により減少させる圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εと、に分配される。なお、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａと圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εとの和がトータルの偏差ΔＮｅである。

　図１０の破線の特性Ａは重み係数Ｋの一例を示している。この場合の重み係数Ｋは、トータルの偏差ΔＮｅに対する吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａの割合に相当する係数であり、偏差ΔＮｅの絶対値の大きさが大きくなるほど、連続的に大きな値となるように設定されている。但し、偏差ΔＮｅの絶対値に応じて重み係数Ｋを段階的に変更するようにしても良い。

　図１０に示すように、偏差ΔＮｅの絶対値が範囲α内の中間の大きさである場合には、重み係数Ｋが０より大きく１より小さな値とされて、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａと圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εの双方が０より大きな値となる。従って、この場合には、吸気量と機械的圧縮比の双方の変更制御を用いたアイドル回転速度制御により偏差ΔＮｅが減少・収束されることとなる。

　ステップＳ４５では、上記の重み係数Ｋと偏差ΔＮｅとに基づいて圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εと吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａとをそれぞれ算出する。吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａは、偏差ΔＮｅと重み係数Ｋとを乗じて求められる。一方、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εは、偏差ΔＮｅから吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａを減じた値であり、偏差ΔＮｅと（１－Ｋ）とを乗じて求められる。

　従って、目標アイドル回転速度ｔＮｅと実回転速度ｒＮｅとの偏差ΔＮｅが大きくなるほど、重み係数Ｋが大きな値とされて、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａの割合が大きくなり、偏差ΔＮｅが小さくなるほど、重み係数Ｋが小さな値とされて、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εの割合が大きくなる。このように、偏差ΔＮｅの絶対値が比較的大きいときには、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εよりも吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａを大きくすることで、機械的圧縮比の過度な変動を抑制して、これに伴う燃費の悪化や運転性の低下を抑制するとともに、ノッキングやプレイグニッションの発生を抑制することができる。一方、偏差ΔＮｅの絶対値が比較的小さいときには、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａよりも圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εを大きくすることで、応答性に優れた機械的圧縮比の変更分を大きくして、偏差ΔＮｅを速やかに収束させることができる。

　再び図７を参照して、機関水温がしきい値を超えているか、あるいは機械的圧縮比εが圧縮比上限値εｍａｘに達した場合には、ステップＳ４２もしくはＳ４３からステップＳ４６へ進み、重み係数Ｋが「１」に固定される。これによって、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εが「０」となり、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａが偏差ΔＮｅと等しい値とされる。

　つまり、機械的圧縮比εが圧縮比上限値εｍａｘに達した場合、偏差ΔＮｅの大きさにかかわらず、機械的圧縮比εの変更を禁止して、機械的圧縮比εを圧縮比上限値εｍａｘに固定し、吸気量を変更することのみによって偏差ΔＮｅを減少させる。これによって、機械的圧縮比εが圧縮比上限値εｍａｘを超えることを防止して、ノッキングやプレイグニッションの発生を抑制・回避することができ、かつ、吸気量の変更制御により偏差ΔＮｅを収束させることが可能となる。

　また、機関水温がしきい値を超えた場合、ステップＳ４２からステップＳ４６へ進み、重み係数Ｋを１に設定する。これによって、偏差ΔＮｅの大きさにかかわらず、機械的圧縮比εの変更を禁止して、機械的圧縮比εを圧縮比上限値εｍａｘもしくは圧縮比上限値εｍａｘよりも小さい所定の機械的圧縮比に固定し、吸気量を変更することによって偏差ΔＮｅを減少させる。これによって、機関水温の上昇に伴い機械的圧縮比εが圧縮比上限値εｍａｘを超えることを防止して、ノッキングやプレイグニッションの発生を抑制・回避することができ、かつ、吸気量の変更制御により偏差ΔＮｅを収束させることができる。なお、ステップＳ４２の判定処理を省略し、機関水温に応じて補正係数Ｋを補正するようにしても良い。この場合、上述の作用効果が得られるように、機関水温がしきい値を超える場合には、重み係数Ｋが「１」となるように補正される。

　図１０の実線の特性Ｂは重み係数Ｋの他の例を示しており、この場合の重み係数Ｋは、トータルの偏差ΔＮｅに対する圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εの割合に相当する係数であり、偏差ΔＮｅの絶対値の大きさが大きくなるほど、連続的に小さな値とされる。なお、偏差ΔＮｅの絶対値に応じて重み係数Ｋを段階的に変更するようにしても良い。

　この場合、上記のステップＳ４５とは異なり、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εは、偏差ΔＮｅと重み係数Ｋとを乗じて求められる。吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａは、トータルの偏差ΔＮｅから圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εを減じた値であり、偏差ΔＮｅと（１－Ｋ）とを乗じて求められる。また、上記のステップＳ４６とは異なり、機関水温がしきい値を超えているか、あるいは機械的圧縮比εが圧縮比上限値εｍａｘに達した場合には、重み係数が「０」に設定される。

　この特性Ｂの場合であっても、結果的には上記の特性Ａの場合と同様に、目標アイドル回転速度ｔＮｅと実回転速度ｒＮｅとの偏差ΔＮｅが大きくなるほど、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａの割合が大きくなり、偏差ΔＮｅが小さくなるほど、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εの割合が大きくなる。

　図１１～図１３は、上記のアイドル回転速度制御の処理の流れを簡略的に示すブロック図である。アイドル回転割付手段Ｂ１では、目標アイドル回転速度ｔＮｅと実回転速度ｒＮｅとの偏差ΔＮｅに基づいて、圧縮比制御電流を圧縮比変更手段Ｂ１２としての可変圧縮比機構３０の電動機３１へ出力して、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εを減少させるように、機械的圧縮比を制御するとともに、吸気量制御電流を吸気量変更手段Ｂ１３としての電制スロットル弁２３へ出力して、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａを減少させるように、吸気量を制御する。

　図１２及び図１３は、図１１のアイドル回転割付手段Ｂ１の詳細を示すブロック図である。重み係数演算部Ｂ２１では、図７のステップＳ４４と同様に、偏差ΔＮｅの絶対値の大きさに基づいて、重み係数Ｋを演算し、圧縮比制御用偏差演算部Ｂ２２及び吸気量制御用偏差演算部Ｂ２３へ出力する。圧縮比制御用偏差演算部Ｂ２２及び吸気量制御用偏差演算部Ｂ２３では、ステップＳ４５と同様に、重み係数Ｋと偏差ΔＮｅとに基づいて、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿ε及び吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａを演算する。図１３に示すように、圧縮比フィードバック制御部Ｂ３１では、求められた圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εに基づいて、周知のＰＩＤ制御等の偏差低減制御が実施されて、圧縮比制御電流が求められ、これが可変圧縮比機構３０の電動機３１に出力されて、圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εを「０」に近づけるように、可変圧縮比機構３０の電動機３１が駆動制御される。具体的には、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも低いときには、機械的圧縮比を大きくし、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅより高いときには、機械的圧縮比を小さくするように、可変圧縮比機構３０が駆動制御される。

　同様に、吸気量フィードバック制御部Ｂ３２では、求められた吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａに基づいて、周知のＰＩＤ制御等の偏差低減制御が実施されて、吸気量制御電流が求められ、これが電制スロットル弁２３に出力されて、吸気量制御用偏差ΔＮｅ＿Ｑａを「０」に近づけるように、電制スロットル弁２３が駆動制御される。具体的には、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも低いときには、吸気量を増加させ、実回転速度ｒＮｅが目標アイドル回転速度ｔＮｅよりも高いときには、吸気量を減少させるように、スロットル弁２３が駆動制御される。

　以上のように本実施例では、アイドル回転速度制御において、吸気量と機械的圧縮比とを併用して、目標アイドル回転速度ｔＮｅと実回転速度ｒＮｅとの偏差ΔＮｅを減少させるようにしたために、両者の特性をいかして偏差ΔＮｅを速やかに収束させることが可能となる。また、トータルの偏差ΔＮｅを、吸気量の変更により減少させる吸気量制御偏差ΔＮｅ＿Ｑａと、機械的圧縮比の変更により減少させる圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εと、に分配しているために、それぞれを独立してフィードバック制御することができ、両制御の干渉やハンチングの発生を抑制することができる。また、偏差ΔＮｅの絶対値が大きい場合には、吸気量制御偏差ΔＮｅ＿Ｑａを大きくするとともに圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εを小さくすることで、過度な機械的圧縮比の変更によるノッキングやプレイグニッションの発生を抑制しつつ、主に吸気量の変更により機関回転速度を目標アイドル回転速度の近傍に安定して維持することができる。一方、偏差ΔＮｅの絶対値が小さい場合には、圧縮比制御量偏差ΔＮｅを大きくして、応答性に優れた機械的圧縮比の変更制御を優先的に行うことによって、偏差ΔＮｅを速やかに収束させることができる。更に、吸気量制御偏差ΔＮｅ＿Ｑａと圧縮比制御用偏差ΔＮｅ＿εとの分配比率に相当する重み係数Ｋを、偏差ΔＮｅの絶対値の大きさに応じて連続的もしくは段階的に変化させることにより、分配比率の急激な変動による運転性の低下を抑制することができる。

　なお、上記では、アイドル回転速度制御に本発明を適用した実施例について説明したが、例えばハイブリッド車両などにおいて、内燃機関により発電機を目標回転速度で回転駆動して発電を行わせる場合など、機関回転速度を目標回転速度に近づける様々な制御に対して本発明を適用することができる。

 

Claims (13)

1. 　内燃機関の吸気量を変更する吸気量変更手段と、
   　内燃機関の機械的圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、
   　内燃機関の実回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   　内燃機関の前記実回転速度を目標回転速度に近づける回転速度制御中であるとき、目標回転速度と前記実回転速度との偏差を算出し、前記偏差の大きさに応じて前記吸気量と前記機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を制御対象として選択し、選択した前記吸気量と前記機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を変更することにより前記偏差を減少させる制御手段と、
   を備えた内燃機関の回転速度制御装置。
2. 　前記制御手段は、前記偏差の絶対値が比較的大きいときには、主に前記吸気量を変更することにより前記偏差を減少させる一方、前記偏差の絶対値が比較的小さいときには、主に前記機械的圧縮比を変更することにより前記偏差を減少させる、
   請求項１に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
3. 　前記制御手段は、前記偏差の絶対値が中間の大きさであるときには、前記吸気量と前記機械的圧縮比の両方を変更することにより前記偏差を減少させる、
   請求項２に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
4. 　前記制御手段は、前記偏差と前記偏差の絶対値の大きさとに基づいて、前記偏差を吸気量制御用偏差と圧縮比制御用偏差とに分配し、前記吸気量制御用偏差に応じて前記吸気量を変更するとともに前記圧縮比制御用偏差に応じて前記機械的圧縮比を変更する、
   請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
5. 　前記制御手段は、前記偏差の絶対値が比較的大きいとき、前記圧縮比制御用偏差よりも前記吸気量制御用偏差を大きくし、前記偏差の絶対値が比較的小さいとき、前記吸気量制御用偏差よりも前記圧縮比制御用偏差を大きくする、
   請求項４に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
6. 　前記制御手段は、前記偏差の絶対値の大きさが大きいときほど大きな値となる重み係数を算出し、前記偏差に前記重み係数を乗じて前記吸気量制御用偏差を算出し、前記偏差から前記吸気量制御用偏差を減じた値を前記圧縮比制御用偏差として算出する、
   請求項４又は５に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
7. 　前記重み係数は、前記偏差の絶対値の大きさが大きくなるに従って連続的又は段階的に大きな値となるように設定されている、
   請求項６に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
8. 　前記制御手段は、前記偏差の絶対値の大きさが大きいときほど小さな値となる重み係数を算出し、前記偏差に前記重み係数を乗じて前記圧縮比制御用偏差を算出し、前記偏差から前記圧縮比制御用偏差を減じた値を前記吸気量制御用偏差として算出する、
   請求項４又は５に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
9. 　前記重み係数は、前記偏差の絶対値の大きさが大きくなるに従って連続的又は段階的に小さな値となるように設定されている、
   請求項８に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
10. 　前記制御手段は、内燃機関の前記実回転速度を目標回転速度に近づける回転速度制御中であるとき、前記機械的圧縮比が圧縮比上限値に達した場合、前記偏差の大きさに関わらず、前記吸気量を変更することにより前記偏差を減少させる、
    請求項１から９の何れかに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
11. 　前記制御手段は、機関温度に応じて前記圧縮比上限値を補正する、
    請求項１０に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
12. 　前記制御手段は、機関温度が所定のしきい値より高い場合、前記偏差の大きさに関わらず、主に前記吸気量を変更することにより前記偏差を減少させる
    　請求項１から１１の何れかに記載の内燃機関の回転速度制御装置。
13. 　内燃機関の吸気量を変更する吸気量変更手段と、
    　内燃機関の機械的圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、
    　内燃機関の実回転速度を検出する回転速度検出手段と、
    を有する内燃機関の回転速度制御方法であって、
    　内燃機関の前記実回転速度を目標回転速度に近づける回転速度制御中であるとき、目標回転速度と前記実回転速度との偏差を算出し、前記偏差の大きさに応じて前記吸気量と前記機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を制御対象として選択し、選択した前記吸気量と前記機械的圧縮比のいずれか一方又は両方を変更することにより前記偏差を減少させる、
    内燃機関の回転速度制御方法。
    
     

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