WO2019043860A1 - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents

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啓史 宮内
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Definitions

  • the present invention is an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism that changes the mechanical compression ratio of the internal combustion engine and a variable valve timing mechanism that changes the closing timing of the intake valve, wherein the reference position of the variable valve timing mechanism Control method and control device for performing learning of
  • Patent Document 2 describes a variable compression ratio mechanism that changes the mechanical compression ratio of an internal combustion engine by vertically displacing the top dead center position of a piston using a multilink piston crank mechanism. Furthermore, it has been disclosed to control the ignition timing on the assumption that the actual compression ratio is at the maximum compression ratio in order to avoid knocking when any abnormality of this variable compression ratio mechanism is detected.
  • variable valve timing mechanism When an internal combustion engine is equipped with a variable compression ratio mechanism together with a variable valve timing mechanism of an intake valve, a learning requirement of the variable valve timing mechanism may occur under conditions where the mechanical compression ratio is controlled to be low.
  • the intake pressure is Due to the reduction of the effective compression ratio due to the retardation of the valve closing timing, the compression end temperature in the combustion chamber becomes low, which may make the combustion unstable.
  • Patent Document 2 The control method disclosed in Patent Document 2 can not avoid such a problem.
  • the mechanical compression ratio by the variable compression ratio mechanism is higher than the predetermined compression ratio when learning is required to control the variable valve timing mechanism to the predetermined reference position and read the sensor value. , Allowed to learn the reference position.
  • the high basic mechanical compression ratio prevents an excessive decrease in the compression end temperature. Therefore, the instability of the combustion at the time of learning execution can be suppressed.
  • FIG. 1 shows a system configuration of an automotive internal combustion engine 1 to which the present invention is applied.
  • the internal combustion engine 1 is, for example, a four-stroke cycle spark ignition internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism 2 utilizing a multilink piston crank mechanism, and a ceiling wall of each cylinder 3 is provided with a pair of intake valves 4.
  • a pair of exhaust valves 5 is disposed, and a spark plug 6 is disposed at a central portion surrounded by the intake valves 4 and the exhaust valves 5.
  • the internal combustion engine 1 of the illustrated example is provided with a turbocharger 8.
  • the intake valve 4 is provided with an intake-side variable valve timing mechanism 7 capable of variably controlling the open / close timing of the intake valve 4.
  • the variable valve timing mechanism 7 at least the closing timing may be delayed, but in the present embodiment, the opening timing and the closing timing are simultaneously delayed by delaying the phase of the camshaft. It has become.
  • Various types of such variable valve timing mechanisms are known, and the present invention is not limited to any particular type of variable valve timing mechanism.
  • variable valve timing mechanism 7 includes a sprocket concentrically disposed at the front end of the camshaft, and a hydraulic rotary actuator that relatively rotates the sprocket and the camshaft within a predetermined angular range; It is configured with.
  • the sprocket is interlocked with the crankshaft via a timing chain or timing belt (not shown). Therefore, the relative rotation between the sprocket and the camshaft changes the phase of the camshaft with respect to the crank angle.
  • the rotary actuator has an advancing side hydraulic chamber biased to the advancing side by hydraulic pressure, and a retarded hydraulic chamber urged to the retard side by hydraulic pressure, and the control signal from the engine controller 10
  • the phase of the camshaft is advanced or retarded by controlling the supply of hydraulic pressure to these hydraulic chambers via a hydraulic control valve (not shown).
  • the actual control position of the camshaft variably controlled by the variable valve timing mechanism 7 (which corresponds to the actual valve timing) is detected by the cam angle sensor 11 responsive to the rotational position of the camshaft.
  • the hydraulic pressure supply via the hydraulic pressure control valve is closed loop controlled such that the actual control position detected by the cam angle sensor 11 matches the target control position set according to the operating conditions.
  • a port injection fuel injection valve 15 is disposed for each cylinder.
  • in-cylinder fuel injection valves 16 are provided so as to directly inject fuel into the cylinders 3. That is, the illustrated example is a so-called dual injection type fuel injection system, and fuel is supplied by appropriately using the port injection fuel injection valve 15 and the in-cylinder injection fuel injection valve 16 according to the load etc. ing.
  • An electronically controlled throttle valve 19 whose opening degree is controlled by a control signal from the engine controller 10 is interposed upstream of the intake collector 18 of the intake passage 14, and a turbocharger 8 is further upstream thereof.
  • the compressor 8a is located.
  • An air flow meter 20 and an air cleaner 21 for detecting the amount of intake air are disposed upstream of the compressor 8 a of the intake passage 14.
  • An intercooler 22 is provided between the compressor 8 a and the throttle valve 19.
  • a recirculation valve 23 is provided to communicate the discharge side and the suction side of the compressor 8a. The recirculation valve 23 is opened at the time of deceleration when the throttle valve 19 is closed.
  • a turbine 8b of a turbocharger 8 is interposed in an exhaust passage 25 connected to the combustion chamber 13 via the exhaust valve 5, and a pre-catalyst device 26 and a main catalyst each consisting of a three-way catalyst are provided downstream thereof.
  • a device 27 is provided.
  • An air-fuel ratio sensor 28 that detects an air-fuel ratio is disposed upstream of the turbine 8 b of the exhaust passage 25.
  • the turbine 8 b includes a waste gate valve 29 that bypasses a portion of the exhaust according to the boost pressure to control the boost pressure.
  • An exhaust gas recirculation passage 30 is provided between the position of the exhaust passage 25 downstream of the turbine 8b and the position of the intake passage 14 upstream of the compressor 8a, for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system.
  • the exhaust gas recirculation passage 30 is provided with an EGR gas cooler 31 and an EGR valve 32.
  • the engine controller 10 in addition to the cam angle sensor 11, the air flow meter 20, the air-fuel ratio sensor 28, the crank angle sensor 34 for detecting the engine rotational speed, the water temperature sensor 35 for detecting the cooling water temperature, A detection signal of a sensor such as an accelerator opening degree sensor 36 which detects the depression amount of the operated accelerator pedal is input. Based on these detection signals, the engine controller 10 controls the fuel injection amount and injection timing by the fuel injection valves 15 and 16, the ignition timing by the spark plug 6, the mechanical compression ratio by the variable compression ratio mechanism 2, and the variable valve timing mechanism 7. The opening / closing timing of the intake valve 4, the opening degree of the throttle valve 19, the opening degree of the EGR valve 32, and the like are optimally controlled.
  • variable compression ratio mechanism 2 utilizes a known double link type piston crank mechanism described in Patent Document 2 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-116434, etc., and is rotatable about the crankpin 41a of the crankshaft 41.
  • a control link 47 connected and a control shaft 48 swingably supporting the other end of the control link 47 are mainly configured.
  • the crankshaft 41 and the control shaft 48 are rotatably supported in a crankcase 49a at a lower portion of the cylinder block 49 via a bearing structure (not shown).
  • the control shaft 48 has an eccentric shaft portion whose position changes as the control shaft 48 rotates, and the end of the control link 47 is rotatably fitted to the eccentric shaft portion in detail. ing.
  • the top dead center position of the piston 44 is displaced up and down with the rotation of the control shaft 48, so that the mechanical compression ratio changes.
  • an electric actuator 51 having a rotation center axis parallel to the crankshaft 41 is disposed on the outer wall surface of the crankcase 49a.
  • the electric actuator 51 and the control are controlled via the first arm 52 fixed to the output rotary shaft of the electric actuator 51, the second arm 53 fixed to the control shaft 48, and the intermediate link 54 connecting the two.
  • the shaft 48 is interlocked.
  • the electric actuator 51 includes an electric motor and a transmission mechanism arranged in series in the axial direction.
  • the actual value of the mechanical compression ratio is detected by the actual compression ratio detection sensor 56.
  • the actual compression ratio detection sensor 56 is formed of, for example, a rotary potentiometer, a rotary encoder, or the like that detects the rotation angle of the control shaft 48 or the rotation angle of the output rotary shaft of the electric actuator 51.
  • the amount of rotation of the electric motor is obtained from the command signal to the electric motor constituting the electric actuator 51, and the rotation angle of the control shaft 48 is obtained from the amount of rotation, so that the actual compression ratio can be obtained without using a separate sensor. May be detected.
  • the electric actuator 51 is driven and controlled by the engine controller 10 such that the actual compression ratio obtained as described above becomes the target compression ratio corresponding to the operating condition.
  • the engine controller 10 includes a target compression ratio map using the load of the internal combustion engine 1 and the rotational speed as parameters as operating conditions, and sets the target compression ratio based on this map.
  • the target compression ratio is basically a high compression ratio on the low load side, and the higher the load, the lower the compression ratio for knocking suppression or the like.
  • variable valve timing mechanism 7 executed by the engine controller 10
  • routines shown in these flowcharts are repeatedly executed at appropriate intervals (for example, minute time intervals).
  • FIG. 2 is a flowchart for setting a VTC control compression ratio aVCR, which is one of control parameters of the variable valve timing mechanism 7 (VTC).
  • step 1 it is determined whether or not there is an abnormality in the variable compression ratio mechanism 2 (VCR).
  • the determination target of the presence or absence of abnormality includes hardware of a related sensor, an actuator, etc., software of a control system, and the like.
  • the entire variable compression ratio system including the variable compression ratio mechanism 2 is to be diagnosed.
  • Typical abnormalities include an abnormality of the electric actuator 51 of the variable compression ratio mechanism 2, an abnormality of the actual compression ratio detection sensor 56, and the like. The presence or absence of these abnormalities is diagnosed sequentially or at an appropriate time by a self-diagnosis function realized by another routine not shown, and in step 1, the diagnosis result is referred to.
  • step 2 If the variable compression ratio system is normal, the process proceeds to step 2, where the actual compression ratio rVCR detected by the actual compression ratio detection sensor 56 is directly used as the VTC control compression ratio aVCR.
  • step 3 the maximum compression ratio VCRmax controllable by the variable compression ratio mechanism 2 is set to the VTC control compression ratio aVCR. That is, if there is any abnormality in the system, the reliability of the detected actual compression ratio rVCR is low, and in order to reliably avoid the interference between the piston 44 and the intake valve 4 in the vicinity of the top dead center, Under control of the variable valve timing mechanism 7, it is assumed that the mechanical compression ratio is at the maximum compression ratio VCRmax.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the main part of the control of the variable valve timing mechanism 7.
  • the target engine torque tTq and the engine rotational speed Ne are read as the engine operating conditions.
  • the above-described VTC control compression ratio aVCR is read as an additional parameter for avoiding the interference with the above.
  • the target engine torque tTq corresponds to the load of the internal combustion engine 1, and for example, from the accelerator opening degree (accelerator pedal depression amount) detected by the accelerator opening degree sensor 36, the intake air amount detected by the air flow meter 20, etc. Desired.
  • the target control position tVTC of the variable valve timing mechanism 7 is set based on the target engine torque tTq, the engine rotational speed Ne, and the VTC control compression ratio aVCR.
  • the target control position tVTC is set to an optimum value determined from the target engine torque tTq and the engine rotational speed Ne within a range in which the piston 44 determined from the VTC control compression ratio aVCR does not interfere with the intake valve 4. Then, in step 13, the variable valve timing mechanism 7 is controlled based on the target control position tVTC.
  • the VTC control compression ratio aVCR corresponds to the actual compression ratio rVCR. Therefore, there is a response delay in the actual compression ratio change at the time of transition such as acceleration of the internal combustion engine 1 Even in this case, the interference between the piston 44 and the intake valve 4 is reliably avoided. Further, if there is any abnormality in the variable compression ratio system, the VTC control compression ratio aVCR becomes the maximum compression ratio VCRmax. Therefore, even if the actual compression ratio is indefinite, there is interference between the piston 44 and the intake valve 4 It is surely avoided.
  • FIG. 4 is a flowchart regarding learning of the variable valve timing mechanism 7 at the reference position.
  • Learning at this reference position means, for example, temporarily moving a hydraulic actuator driven rotary actuator to a mechanically defined reference position for calibration of the control system of the variable valve timing mechanism 7. This is a process of reading a detected value by the cam angle sensor 11.
  • the rotary actuator is moved toward the retard side to a physically limited limit position, and learning is performed using this most retarded position as a reference position.
  • the lock mechanism may be provided immediately before the physically limited limit position on the retard side, and the most retarded position regulated by the lock mechanism may be used as the reference position.
  • step 21 it is determined whether or not there is a request for learning of the variable valve timing mechanism 7.
  • the learning request is output by another routine (not shown) after the start of operation of the internal combustion engine 1 when a predetermined condition is satisfied.
  • step 21 it is determined whether or not the output is present. For example, it is desirable to perform learning at least once during one trip.
  • the learning request may be output immediately after the start of operation of the internal combustion engine 1 (for example, immediately after the start of the independent operation).
  • step 21 If there is no learning request, the process proceeds from step 21 to step 25 and the operation of the internal combustion engine 1, that is, the normal control of the variable valve timing mechanism 7 is continued without learning at the reference position.
  • step 21 If it is determined in step 21 that there is a learning request, the process proceeds to step 22 and the VTC control compression ratio aVCR is compared with a predetermined compression ratio threshold VCRth. If the VTC control compression ratio aVCR is less than or equal to the compression ratio threshold VCRth, the process proceeds from step 22 to step 25 and learning is not performed. That is, when the VTC control compression ratio aVCR is equal to or less than the compression ratio threshold value VCRth, learning at the reference position is prohibited.
  • variable valve timing mechanism 7 Assuming that the variable valve timing mechanism 7 is at the most retarded position for learning execution of the variable valve timing mechanism 7 under the condition that the mechanical compression ratio is controlled to be low, in addition to the low mechanical compression ratio, Due to the reduction of the effective compression ratio due to the retardation of the valve closing timing, the compression end temperature in the combustion chamber becomes low, which may make the combustion unstable. Therefore, learning is not performed when the VTC control compression ratio aVCR corresponding to the actual compression ratio rVCR is less than or equal to the compression ratio threshold VCRth.
  • the compression ratio threshold value VCRth is set to a mechanical compression ratio at which combustion instability does not occur even when the variable valve timing mechanism 7 is controlled to a reference position for learning, that is, the most retarded position.
  • VTC control compression ratio aVCR is higher than the compression ratio threshold VCRth
  • the process proceeds to step 23, and it is determined whether or not the variable compression ratio mechanism 2 (VCR) is normal. This is the same as step 1 described above, and it is self-diagnosis whether there is any abnormality in the hardware such as the related sensor or actuator or the software of the control system in addition to the mechanical mechanism of the variable compression ratio mechanism 2 Refer to the diagnosis result. If there is any abnormality in the variable compression ratio system, the process proceeds to step 25 and learning is not performed.
  • VTC control compression ratio aVCR becomes the maximum compression ratio VCRmax through step 3, but the actual mechanical compression ratio of the internal combustion engine 1 is the compression ratio threshold Since it may be less than VCRth, learning of the variable valve timing mechanism 7 is prohibited.
  • step 23 If it is determined in step 23 that the system of the variable compression ratio mechanism 2 is normal, the process proceeds to step 24 and learning of the variable valve timing mechanism 7 is executed. That is, as described above, the variable valve timing mechanism 7 is temporarily moved to the most retarded position serving as the reference position, and the value detected by the cam angle sensor 11 at that time is read. After the end of learning, the control returns to the normal control.
  • variable valve timing mechanism 7 learning of the variable valve timing mechanism 7 is permitted on the condition that the variable compression ratio mechanism 2 is normal and the actual mechanical compression ratio is higher than the compression ratio threshold VCRth.
  • the mechanical compression ratio (VTC control compression ratio aVCR) under the control of the variable valve timing mechanism 7 is regarded as the maximum compression ratio VCRmax, so that the piston 44 and the intake valve 4
  • the learning is inhibited independently of the value of the VTC control compression ratio aVCR.
  • the reference position for learning is not limited to the most retarded position as in the above embodiment.
  • the rotary actuator of the variable valve timing mechanism 7 includes the lock mechanism, it is specified by the lock mechanism. Can be used as a reference position.

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Abstract

内燃機関（１）は、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構（２）と、吸気弁（４）のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構（７）と、を有する。可変バルブタイミング機構（７）のシステムの較正のための基準位置での学習が要求（ステップ２１）されたときに、機械的圧縮比が閾値ＶＣＲｔｈよりも高い（ステップ２２）ことを条件として学習を許可する。可変圧縮比機構２に何らかの異常がある場合には、可変バルブタイミング機構（７）の学習は禁止する（ステップ２３，２５）。

Description

内燃機関の制御方法および制御装置
　この発明は、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、吸気弁の閉時期を変更する可変バルブタイミング機構と、を備えた内燃機関において、上記可変バルブタイミング機構の基準位置での学習を行う制御方法および制御装置に関する。
　特許文献１には、可変バルブタイミング機構の学習が要求されたときに、可変バルブタイミング機構を一時的に基準位置である最遅角位置に制御し、そのときのカム角センサの値を読み込んで、学習を行うことが記載されている。
　特許文献２には、複リンク式ピストンクランク機構を利用してピストンの上死点位置を上下に変位させることで、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構が記載されている。さらに、この可変圧縮比機構の何らかの異常が検出されたときに、ノッキング回避のために、実圧縮比が最高圧縮比にあるものとみなして点火時期を制御することが開示されている。
　内燃機関が吸気弁の可変バルブタイミング機構とともに可変圧縮比機構を具備する場合、機械的圧縮比が低く制御されている条件下で可変バルブタイミング機構の学習要求が生じる可能性がある。このような場合、学習実行のために、例えば最遅角位置あるいは比較的遅角側に設定された基準位置に可変バルブタイミング機構が制御されると、機械的圧縮比が低いことに加えて吸気弁閉時期の遅角による有効圧縮比の低下によって、燃焼室内での圧縮端温度が低くなり、燃焼が不安定となるおそれがある。
　なお、特許文献２に開示されている制御方法では、このような問題を回避することはできない。
特開２００６－２２００７９号公報 特開２００６－１６１５８３号公報
　この発明は、可変バルブタイミング機構を所定の基準位置に制御してセンサ値を読み込む学習が要求されたときに、可変圧縮比機構による機械的圧縮比が所定の圧縮比よりも高いことを条件として、上記基準位置の学習を許可するようにした。
　従って、学習のための基準位置へ向かってバルブタイミングが一時的に遅角しても、基本となる機械的圧縮比が高いことで、圧縮端温度の過度の低下が回避される。そのため、学習実行時の燃焼の不安定化を抑制できる。
この発明に係る内燃機関のシステム構成を示す構成説明図。 ＶＴＣ制御用圧縮比を設定する処理の流れを示すフローチャート。 ＶＴＣ制御の処理の流れを示すフローチャート。 ＶＴＣ基準位置学習の処理の流れを示すフローチャート。
　以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関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式内燃機関であって、各シリンダ３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、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。また図示例の内燃機関１は、ターボチャージャ８を備えている。
　上記吸気弁４は、該吸気弁４の開閉時期を可変制御できる吸気側可変バルブタイミング機構７を備えている。可変バルブタイミング機構７としては、少なくとも閉時期が遅進するものであればよいが、本実施例では、カムシャフトの位相を遅進させることで開時期および閉時期が同時に遅進する構成のものとなっている。このような可変バルブタイミング機構は、種々の型式のものが知られており、本発明は特定の形式の可変バルブタイミング機構に限定されるものではない。
　例えば、可変バルブタイミング機構７は、カムシャフトの前端部に同心状に配置されるスプロケットと、このスプロケットとカムシャフトとを所定の角度範囲内において相対的に回転させる油圧式の回転型アクチュエータと、を備えて構成されている。上記スプロケットは、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介してクランクシャフトに連動している。従って、スプロケットとカムシャフトとが相対回転することで、カムシャフトのクランク角に対する位相が変化する。上記回転型アクチュエータは、油圧により進角側へ付勢する進角側油圧室と、油圧により遅角側へ付勢する遅角側油圧室と、を有し、エンジンコントローラ１０からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介してこれらの油圧室への油圧供給を制御することによって、カムシャフトの位相を進角もしくは遅角させる構成となっている。この可変バルブタイミング機構７によって可変制御されるカムシャフトの実際の制御位置（これは実際のバルブタイミングに対応する）は、カムシャフトの回転位置に応答するカム角センサ１１によって検出される。油圧制御弁を介した油圧供給は、カム角センサ１１によって検出される実際の制御位置が運転条件に応じて設定される目標制御位置に合致するようにクローズドループ制御される。
　上記吸気弁４を介して燃焼室１３に接続される吸気通路１４には、各気筒毎にポート噴射用燃料噴射弁１５が配置されている。また、各シリンダ３の中へ直接に燃料を噴射するように、筒内噴射用燃料噴射弁１６が設けられている。すなわち、図示例は、いわゆるデュアルインジェクション方式の燃料噴射システムとなっており、負荷等に応じてポート噴射用燃料噴射弁１５と筒内噴射用燃料噴射弁１６とを適宜に用いて燃料供給を行っている。吸気通路１４の吸気コレクタ１８よりも上流側には、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１９が介装されており、さらにその上流側に、ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａが位置している。吸気通路１４のコンプレッサ８ａよりも上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２０およびエアクリーナ２１が配設されている。コンプレッサ８ａとスロットルバルブ１９との間には、インタークーラ２２が設けられている。また、コンプレッサ８ａの吐出側と吸入側とを連通するようにリサーキュレーションバルブ２３が設けられている。このリサーキュレーションバルブ２３は、スロットルバルブ１９が閉じる減速時に開弁される。
　上記排気弁５を介して燃焼室１３に接続される排気通路２５には、ターボチャージャ８のタービン８ｂが介装されており、その下流側にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒装置２６およびメイン触媒装置２７が配設されている。排気通路２５のタービン８ｂよりも上流側には、空燃比を検出する空燃比センサ２８が配置されている。タービン８ｂは、過給圧を制御するために過給圧に応じて排気の一部をバイパスするウェストゲートバルブ２９を備えている。
　排気通路２５のタービン８ｂ下流側の位置と吸気通路１４のコンプレッサ８ａ上流側の位置との間に、排気の一部を吸気系に還流する排気還流通路３０が設けられている。この排気還流通路３０は、ＥＧＲガスクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２を備えている。
　上記エンジンコントローラ１０には、上記のカム角センサ１１、エアフロメータ２０、空燃比センサ２８のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ３４、冷却水温を検出する水温センサ３５、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ３６、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ１０は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁１５，１６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、可変圧縮比機構２による機械的圧縮比、可変バルブタイミング機構７による吸気弁４の開閉時期、スロットルバルブ１９の開度、ＥＧＲバルブ３２の開度、等を最適に制御している。
　一方、可変圧縮比機構２は、特許文献２や特開２００４－１１６４３４号公報等に記載の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４１のクランクピン４１ａに回転自在に支持されたロアリンク４２と、このロアリンク４２の一端部のアッパピン４３とピストン４４のピストンピン４４ａとを互いに連結するアッパリンク４５と、ロアリンク４２の他端部のコントロールピン４６に一端が連結されたコントロールリンク４７と、このコントロールリンク４７の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト４８と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト４１および上記コントロールシャフト４８は、シリンダブロック４９下部のクランクケース４９ａ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４８は、該コントロールシャフト４８の回動に伴って位置が変化する偏心軸部を有し、上記コントロールリンク４７の端部は、詳しくは、この偏心軸部に回転可能に嵌合している。上記の可変圧縮比機構２においては、コントロールシャフト４８の回動に伴ってピストン４４の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的な圧縮比が変化する。
　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、この実施例では、クランクシャフト４１と平行な回転中心軸を有する電動アクチュエータ５１がクランクケース４９ａの外壁面に配置されており、この電動アクチュエータ５１の出力回転軸に固定された第１アーム５２と、コントロールシャフト４８に固定された第２アーム５３と、両者を連結した中間リンク５４と、を介して、電動アクチュエータ５１とコントロールシャフト４８とが連動している。電動アクチュエータ５１は、軸方向に直列に配置された電動モータおよび変速機構を含んでいる。
　上記のようにして可変圧縮比機構２により可変制御される機械的圧縮比の実際の値つまり実圧縮比は、実圧縮比検出センサ５６によって検出される。この実圧縮比検出センサ５６は、例えば、コントロールシャフト４８の回動角あるいは電動アクチュエータ５１出力回転軸の回動角を検出するロータリ型ポテンショメータやロータリエンコーダなどから構成される。あるいは、電動アクチュエータ５１を構成する電動モータへの指令信号から該電動モータの回転量を求め、この回転量からコントロールシャフト４８の回動角を求めることで、別個のセンサを用いることなく実圧縮比を検知するようにしてもよい。
　上記電動アクチュエータ５１は、上記のようにして求められる実圧縮比が運転条件に対応した目標圧縮比となるように、エンジンコントローラ１０によって駆動制御される。例えば、エンジンコントローラ１０は、運転条件として内燃機関１の負荷と回転速度とをパラメータとした目標圧縮比マップを備えており、このマップに基づいて目標圧縮比を設定する。目標圧縮比は、基本的には、低負荷側では高圧縮比であり、負荷が高いほどノッキング抑制等のために低圧縮比となる。
　次に、図２～図４のフローチャートを参照して、上記エンジンコントローラ１０が実行する可変バルブタイミング機構７の制御について説明する。なお、これらのフローチャートに示すルーチンは、適宜な間隔（例えば微小時間間隔）で繰り返し実行される。
　図２は、可変バルブタイミング機構７（ＶＴＣ）の制御パラメータの１つとなるＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲを設定するためのフローチャートである。ステップ１（図中ではＳ１等と記す）では、可変圧縮比機構２（ＶＣＲ）の異常の有無を判定する。なお、異常の有無の判定対象は、上述した可変圧縮比機構２の機械的な機構のほか、関連するセンサやアクチュエータ等のハードウェアや制御システムのソフトウェア等を含む。換言すれば、可変圧縮比機構２を含む可変圧縮比システム全体が診断対象となる。典型的な異常としては、可変圧縮比機構２の電動アクチュエータ５１の異常、実圧縮比検出センサ５６の異常、などが挙げられる。これらの異常の有無は、図示しない別のルーチンによって実現される自己診断機能によって逐次あるいは適宜な時期に診断され、ステップ１では、その診断結果を参照する。
　可変圧縮比システムが正常であれば、ステップ２へ進み、そのときに実圧縮比検出センサ５６によって検出された実圧縮比ｒＶＣＲを、そのままＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲとする。これに対し、可変圧縮比システムに何らかの異常があれば、ステップ３へ進み、可変圧縮比機構２によって制御可能な最高圧縮比ＶＣＲｍａｘをＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲに設定する。つまり、システムに何らかの異常がある場合には、検出されている実圧縮比ｒＶＣＲの信頼性が低いので、上死点付近でのピストン４４と吸気弁４との干渉を確実に回避するために、可変バルブタイミング機構７の制御の上では、機械的圧縮比が最高圧縮比ＶＣＲｍａｘにあるものとみなす。
　図３は、可変バルブタイミング機構７の制御の主要部を示すフローチャートであって、ステップ１１では、機関運転条件として、目標エンジントルクｔＴｑと機関回転速度Ｎｅとを読み込むとともに、ピストン４４と吸気弁４との干渉を回避するための付加的なパラメータとして、上述したＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲを読み込む。なお、目標エンジントルクｔＴｑは、内燃機関１の負荷に相当し、例えば、アクセル開度センサ３６が検出するアクセル開度（アクセルペダル踏込量）や、エアフロメータ２０が検出する吸入空気量、などから求められる。ステップ１２では、これらの目標エンジントルクｔＴｑ、機関回転速度Ｎｅ、ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲ、に基づいて可変バルブタイミング機構７の目標制御位置ｔＶＴＣを設定する。目標制御位置ｔＶＴＣは、ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲから定まるピストン４４と吸気弁４とが干渉しない範囲内で、目標エンジントルクｔＴｑと機関回転速度Ｎｅとから定まる最適値に設定される。そして、ステップ１３において、目標制御位置ｔＶＴＣに基づいて可変バルブタイミング機構７が制御される。
　前述したように、可変圧縮比システムが正常である場合にＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲは実圧縮比ｒＶＣＲに相当するので、内燃機関１の加速等の過渡時に実際の圧縮比変化に応答遅れがあっても、ピストン４４と吸気弁４との干渉が確実に回避される。また可変圧縮比システムに何らかの異常があれば、ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲは最高圧縮比ＶＣＲｍａｘとなるので、仮に実際の圧縮比が不定であったとしても、ピストン４４と吸気弁４との干渉が確実に回避される。
　図４は、可変バルブタイミング機構７の基準位置での学習に関するフローチャートである。この基準位置での学習とは、可変バルブタイミング機構７の制御系の較正のために、例えば油圧で駆動される回転型アクチュエータを機械的に規定される基準位置に一時的に動かし、そのときのカム角センサ１１による検出値を読み込む処理である。一実施例では、回転型アクチュエータを遅角側へ向けて物理的に制限される限界位置まで動かし、この最遅角位置を基準位置として学習を行う。なお、物理的に制限される遅角側の限界位置直前にロック機構を設け、このロック機構によって規制される最遅角位置を基準位置として用いるようにしてもよい。
　ステップ２１では、可変バルブタイミング機構７の学習の要求があったか否かを判定する。学習要求は、図示しない別のルーチンによって、内燃機関１の運転開始後、所定の条件が成立したときに出力される。ステップ２１では、その出力の有無が判定される。例えば、１トリップの間に少なくとも１回は学習を行うことが望ましい。なお、内燃機関１の運転開始後（例えば自立運転開始直後）、直ちに学習要求が出力されるようにしてもよい。
　学習要求がなければ、ステップ２１からステップ２５へ進み、基準位置での学習は行わずに、内燃機関１の運転つまり可変バルブタイミング機構７の通常の制御を継続する。
　ステップ２１で学習要求が有りと判定した場合は、ステップ２２へ進み、ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲを所定の圧縮比閾値ＶＣＲｔｈと比較する。ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲが圧縮比閾値ＶＣＲｔｈ以下であれば、ステップ２２からステップ２５へ進み、学習は行わない。つまり、ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲが圧縮比閾値ＶＣＲｔｈ以下のときは、基準位置での学習を禁止する。仮に、機械的圧縮比が低く制御されている条件下で可変バルブタイミング機構７の学習実行のために可変バルブタイミング機構７が最遅角位置となると、機械的圧縮比が低いことに加えて吸気弁閉時期の遅角による有効圧縮比の低下によって、燃焼室内での圧縮端温度が低くなり、燃焼が不安定となるおそれがある。従って、実圧縮比ｒＶＣＲに相当するＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲが圧縮比閾値ＶＣＲｔｈ以下のときは学習は行わない。圧縮比閾値ＶＣＲｔｈは、可変バルブタイミング機構７を学習のための基準位置つまり最遅角位置に制御しても燃焼の不安定化が生じないレベルの機械的圧縮比に設定される。
　ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲが圧縮比閾値ＶＣＲｔｈよりも高ければ、ステップ２３へ進み、可変圧縮比機構２（ＶＣＲ）が正常であるか否かを判定する。これは、前述したステップ１と同様であり、可変圧縮比機構２の機械的な機構のほか、関連するセンサやアクチュエータ等のハードウェアや制御システムのソフトウェア等に何らかの異常がないかどうかを自己診断した診断結果を参照する。可変圧縮比システムに何らかの異常があれば、ステップ２５へ進み、学習は行わない。つまり、可変圧縮比システムに何らかの異常がある場合には、ステップ３を経てＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲが最高圧縮比ＶＣＲｍａｘとなっているが、内燃機関１の実際の機械的圧縮比は圧縮比閾値ＶＣＲｔｈ以下である可能性があるので、可変バルブタイミング機構７の学習を禁止する。
　ステップ２３で可変圧縮比機構２のシステムが正常であると判定した場合は、ステップ２４へ進み、可変バルブタイミング機構７の学習を実行する。すなわち、前述したように、可変バルブタイミング機構７を基準位置となる最遅角位置に一時的に動かし、そのときのカム角センサ１１による検出値を読み込む。なお、学習終了後は、通常の制御に復帰する。
　このように、上記実施例では、可変圧縮比機構２が正常であり、かつ実際の機械的圧縮比が圧縮比閾値ＶＣＲｔｈよりも高いことを条件として、可変バルブタイミング機構７の学習が許可される。可変圧縮比機構２の異常時には、可変バルブタイミング機構７の制御の上では、機械的圧縮比（ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲ）が最高圧縮比ＶＣＲｍａｘであるとみなすことでピストン４４と吸気弁４との干渉を確実に回避する一方で、可変バルブタイミング機構７の学習に関しては、ＶＴＣ制御用圧縮比ａＶＣＲの値に依存せずに学習を禁止する。これにより、可変圧縮比機構２の異常時に、学習のためのバルブタイミングの遅角化による燃焼の不安定化を回避できる。
　なお、学習のための基準位置としては、上記実施例のような最遅角位置に限らず、例えば可変バルブタイミング機構７の回転型アクチュエータがロック機構を具備する場合には、ロック機構によって規定される任意の制御位置を基準位置とすることが可能である。

Claims (6)

  1. 　内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、吸気弁の閉時期を変更する可変バルブタイミング機構と、を備えた内燃機関の制御方法であって、
    　内燃機関の運転条件に応じて上記可変圧縮比機構の目標圧縮比および上記可変バルブタイミング機構の目標制御位置を設定するとともに、
    　上記可変バルブタイミング機構を所定の基準位置に制御してセンサ値を読み込む学習が要求されたときに、上記可変圧縮比機構による機械的圧縮比が所定の圧縮比よりも高いことを条件として、上記基準位置の学習を許可する、内燃機関の制御方法。
  2. 　上記可変圧縮比機構の異常の有無を判定し、異常があると判定したときには、上記基準位置の学習を禁止する、請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
  3. 　上記可変圧縮比機構が正常であると判定したときには、そのときの機械的圧縮比をパラメータに含めて上記可変バルブタイミング機構の目標制御位置を設定し、
    　上記可変圧縮比機構の異常があると判定したときには、機械的圧縮比が上記可変圧縮比機構による最高圧縮比にあるものとみなして上記可変バルブタイミング機構の目標制御位置を設定する、請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
  4. 　上記基準位置は、上記可変バルブタイミング機構の最遅角位置である、請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
  5. 　上記可変圧縮比機構がピストンとシリンダとの相対的位置関係を変化させることで機械的圧縮比を変更する構成である、請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
  6. 　内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、吸気弁の閉時期を変更する可変バルブタイミング機構と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
    　内燃機関の運転条件に応じて上記可変圧縮比機構の目標圧縮比を設定する圧縮比制御部と、
    　内燃機関の運転条件に応じて上記可変バルブタイミング機構の目標制御位置を設定するバルブタイミング制御部と、
    　上記可変バルブタイミング機構の学習が要求されたときに、上記可変圧縮比機構による機械的圧縮比が所定の圧縮比よりも高いことを条件として、上記可変バルブタイミング機構を所定の基準位置に制御してそのときのセンサ値を学習する学習制御部と、
    　を備えてなる内燃機関の制御装置。
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