JP2004239174A - Control of internal combustion engine in time period of compression-ratio change - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for suppressing an abnormal combustion such as a knocking caused in the change from a high compression ratio to the low one. <P>SOLUTION: The internal combustion engine includes a compression-ratio-changing part for changing a compression ratio by changing a volume of the compression chamber, an intake-valve-operation adjusting part capable of adjusting the volume of air sucked in the combustion chamber by adjusting the operation of the intake valve, and a control part for detecting driving conditions and controlling the compression-ratio-changing part and the suction-valve-operation adjusting part in response to results of the detection. The control part, in the case of controlling the compression-ratio-changing part to change the compression ratio from a comparatively high 1st state to a comparatively low 2nd state, controls the suction-valve-operation adjusting part to set the intake-valve operation differently from a specific suction-valve operation set in the 2nd state. Thereby, the compression-end temperature in a prescribed time-period is dripped lower than a compression-end temperature in supposition that the suction valve carries out a specific operation in the prescribed time-period. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮比を変更可能な内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧縮比を変更可能な機構を有する種々の内燃機関が提案されている。圧縮比を高く設定すると、効率よく動力を得ることができるが、ノッキングが発生し易い。このため、圧縮比は、運転条件に応じて変更される。具体的には、内燃機関の負荷が低い場合（すなわちアクセル開度が小さい場合）には、ノッキングが発生し難いため、圧縮比は高く設定される。一方、内燃機関の負荷が高い場合には（すなわちアクセル開度が大きい場合）には、ノッキングが発生し易いため、圧縮比は低く設定される。
【０００３】
ところで、内燃機関の圧縮比が変更される変更期間においても、ノッキングの発生を抑制する必要がある。なお、ノッキングは、高圧縮比から低圧縮比に変更される際に発生し易い。特許文献１では、高圧縮比から低圧縮比への変更期間に発生し得るノッキングを抑制するために、変更期間において、点火時期および／または供給燃料量の設定値が高圧縮比に適した値に保持されている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平３−１０８８３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、ノッキングの発生を抑制することが困難な場合があるという問題があった。これは、運転条件の変化に応じて、圧縮比を速やかに変更するのが困難なためである。具体的には、要求される内燃機関の負荷の急激な増大に伴って、燃焼室への吸入空気量が急激に増大する場合にも、圧縮比は迅速に変更されない。このとき、燃焼室内では、エンドガス（燃焼時の未燃混合気）が自発火温度まで上昇して自発火し、この結果、ノッキングが発生してしまう。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、高圧縮比から低圧縮比への変更期間に発生し得るノッキングなどの異常燃焼を、より抑制することのできる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
吸気弁を含み、前記吸気弁の動作を調整することによって前記燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能な吸気弁動作調整部と、
前記内燃機関の運転条件を検出し、検出結果に応じて前記圧縮比変更部と前記吸気弁動作調整部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を比較的高い第１の状態から比較的低い第２の状態へ変更する場合に、前記吸気弁動作調整部を制御して、変更期間の初期を含む所定期間における前記吸気弁の動作を、前記第２の状態において設定される前記吸気弁の特定の動作とは異なる動作に設定することによって、前記所定期間における圧縮端温度を、前記所定期間において前記吸気弁が前記特定の動作を実行すると仮定したときの圧縮端温度よりも低くすることを特徴とする。
【０００８】
ここで、圧縮端温度とは、燃焼室内のガスが燃焼室内で最も圧縮されるときの温度を意味する。
【０００９】
この装置では、吸気弁の動作を調整することによって、変更期間の初期を含む所定期間における圧縮端温度を抑制することができる。具体的には、従来では、変更期間における吸気弁の動作は、第２の状態において設定される特定の動作と同じ動作に設定されるため、変更期間における吸入空気量は比較的大きくなり、この結果、変更期間における圧縮端温度は比較的高くなる。しかしながら、この装置では、所定期間における吸気弁の動作を調整することによって、所定期間における吸入空気量を比較的小さくすることができるため、所定期間における圧縮端温度を比較的低くすることができる。これにより、所定期間におけるエンドガスの温度を比較的低くすることができ、この結果、変更期間に発生し得るノッキングなどの異常燃焼をより抑制することが可能となる。
【００１０】
上記の装置において、
前記所定期間は、前記変更期間とほぼ等しいことが好ましい。
【００１１】
こうすれば、変更期間におけるノッキングの発生を確実に抑制することができる。
【００１２】
上記の装置において、
前記所定期間は、前記変更期間の始期に先行する期間を含むことが好ましい。
【００１３】
こうすれば、運転条件の変化から圧縮比の変更開始までの遅延期間に発生し得るノッキングを抑制することができる。
【００１４】
上記の装置において、
前記制御部は、前記吸気弁の閉タイミングを変更することによって、実圧縮比を変更可能であり、
前記所定期間における実圧縮比は、前記第２の状態における実圧縮比よりも小さく設定されるようにしてもよい。
【００１５】
ここで、実圧縮比とは、吸気弁の閉タイミングにおける燃焼室の容積と、燃焼室の最小容積と、の比である。
【００１６】
このように実圧縮比を変更すれば、所定期間における吸入空気量を抑制することができるため、所定期間における圧縮端温度を抑制することができる。また、燃焼室内の混合気が強い圧縮を受けずに済むため、所定期間における圧縮端温度をさらに低下させることができる。
【００１７】
上記の装置において、
前記所定期間における実圧縮比は、前記変更期間内の圧縮比の低下に伴って次第に増大するように設定されることが好ましい。
【００１８】
こうすれば、所定期間において吸入空気量を次第に増大させることができるため、所定期間の後期における内燃機関の出力を向上させることができる。
【００１９】
あるいは、上記の装置において、
前記制御部は、前記吸気弁の作動角を変更可能であり、
前記所定期間における作動角は、前記第２の状態における作動角よりも小さく設定されるようにしてもよい。
【００２０】
ここで、作動角とは、吸気弁が開いている期間を意味する。
【００２１】
このように吸気弁の作動角を変更すれば、所定期間における吸入空気量を抑制することができるため、所定期間における圧縮端温度を抑制することができる。
【００２２】
上記の装置において、
前記所定期間における作動角は、前記変更期間内の圧縮比の低下に伴って次第に増大するように設定されることが好ましい。
【００２３】
こうすれば、所定期間において吸入空気量を次第に増大させることができるため、所定期間の後期における内燃機関の出力を向上させることができる。
【００２４】
なお、この発明は、内燃機関、内燃機関を搭載した移動体、内燃機関を制御するための制御装置および制御方法、制御装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の種々の態様で実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．エンジンの構成：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、第１実施例におけるガソリンエンジン１００の概略構成を示す説明図である。なお、本実施例のエンジンは車両に搭載されている。
【００２６】
エンジン１００は、エンジン本体１０を備えており、エンジン本体１０は、シリンダヘッド２０とシリンダブロック３０とを備えている。
【００２７】
シリンダブロック３０は、シリンダとして機能する上部ブロック３１と、クランクケースとして機能する下部ブロック３２と、を含んでいる。シリンダ内には、上下に往復運動するピストン４１が設けられており、クランクケース内には、回転運動するクランクシャフト４３が設けられている。ピストン４１とクランクシャフト４３とは、コネクティングロッド４２を介して接続されている。この構成によって、ピストン４１の往復運動とクランクシャフト４３の回転運動との変換が行われる。なお、シリンダヘッド２０とシリンダブロック３０とピストン４１とで囲まれた領域は、燃焼室を形成する。
【００２８】
また、上部ブロック３１と下部ブロック３２との間には、上部ブロック３１を下部ブロック３２に対して上下方向に移動させるためのアクチュエータ３３が設けられている。上部ブロック３１を上方に移動させると、シリンダヘッド２０も上方に移動する。このとき、燃焼室の容積が大きくなるため、圧縮比は小さくなる。逆に、上部ブロック３１を下方に移動させると、シリンダヘッド２０も下方に移動する。このとき、燃焼室の容積が小さくなるため、圧縮比は大きくなる。なお、圧縮比は、ピストンが下死点に位置するときの燃焼室の最大容積Ｖｂとピストンが上死点に位置するときの燃焼室の最小容積Ｖｔとを用いて、Ｖｂ／Ｖｔで表される。
【００２９】
シリンダヘッド２０には、吸気ポート２３と排気ポート２４とが形成されている。吸気ポート２３には、吸気弁２１が配置されており、排気ポート２４には、排気弁２２が配置されている。吸気弁２１と排気弁２２とは、それぞれ、ピストン４１の往復運動に応じて動作する動弁機構（カム機構）２５，２６によって駆動される。なお、吸気弁２１を駆動する動弁機構２５は、可変動弁機構である。
【００３０】
吸気ポート２３には、吸気管５０が接続されており、排気ポート２４には、排気管５８が接続されている。吸気管５０には、スロットル弁５２と燃料噴射弁５５とが設けられている。吸気管５０の上流側からはエアクリーナ５１を介して空気が供給される。電動アクチュエータ５３によって制御されるスロットル弁５２は、燃焼室に導かれる空気量を調整する。燃料噴射弁５５は、図示しない燃料ポンプから供給される燃料（ガソリン）を吸気ポート２３内に噴射する。これにより、空気と燃料との混合気が生成される。混合気は、燃焼室内に供給された後、点火プラグ２７が形成する電気火花によって、燃焼する。燃焼済みの排気ガスは、燃焼室から排出される。
【００３１】
また、エンジン１００は、エンジン全体を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ ）６０を備えている。ＥＣＵ６０は、バスで互いに接続されたＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力回路とを備えている。ＥＣＵ６０には、クランクシャフト４３に設けられたクランク角センサ６１や、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ６２、吸気管５０に設けられた吸気圧センサ５６などが接続されている。そして、ＥＣＵ６０は、これらの検出結果に基づいて、アクチュエータ３３や、可変動弁機構２５、点火プラグ２７、燃料噴射弁５５などを制御する。
【００３２】
Ａ−２．エンジンの制御：
図２は、エンジンの制御の概要を示すフローチャートである。なお、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理を繰り返し実行する。
【００３３】
ステップＳ１０１では、エンジンの運転条件が検出される。具体的には、ＥＣＵ６０は、運転条件として、エンジン回転速度とアクセル開度とを検出する。なお、エンジン回転速度は、クランク角センサ６１の検出結果に基づいて決定され、アクセル開度は、アクセル開度センサ６２の検出結果に基づいて決定される。
【００３４】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で検出された運転条件に基づいて、種々の制御が実行される。
【００３５】
ステップＳ１０２ａでは、圧縮比の制御が実行される。具体的には、ＥＣＵ６０は、まず、検出された運転条件（エンジン回転速度およびアクセル開度）に基づいて、目標圧縮比を決定する。また、ＥＣＵ６０は、アクチュエータ３３を駆動させることによって、エンジンの圧縮比を決定された目標圧縮比に設定する。
【００３６】
なお、本実施例では、目標圧縮比は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納されたマップを用いて決定されている。図３は、運転条件に応じた目標圧縮比を示すマップを模式的に示す説明図である。図示するように、アクセル開度が比較的大きい条件（すなわち、エンジン負荷が比較的高い条件）では、目標圧縮比は比較的低い値に設定される。逆に、アクセル開度が比較的小さい条件（すなわち、エンジン負荷が比較的低い条件）では、目標圧縮比は比較的高い値に設定される。また、エンジン回転速度が比較的低い条件では、目標圧縮比は比較的低い値に設定される。
【００３７】
図３のマップを用いれば、ノッキングの発生を抑制すると共に、比較的高い圧縮比での運転を実行することが可能となる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には、ノッキングが発生し易い。ノッキングの発生は、圧縮比を低くすることによって抑制可能である。このため、図３のマップでは、エンジン負荷が高くなるほど目標圧縮比が低く設定されている。また、エンジン回転速度が低い場合にも、ノッキングが発生し易い。このため、図３のマップでは、回転速度が低くなるほど目標圧縮比が低く設定されている。
【００３８】
ステップＳ１０２ｂ（図２）では、検出された運転条件に応じて吸気弁の動作の制御が実行される。具体的には、ＥＣＵ６０は、可変動弁機構２５を制御することによって、吸気弁２１の動作を調整する。これによって、燃焼室内に実際に吸入される吸入空気量が調整される。ここで、「吸入空気量」とは、圧縮行程において、燃焼室内で圧縮を受ける空気量を意味している。なお、吸気弁の動作の制御については、さらに後述する。
【００３９】
ステップＳ１０２ｃでは、検出された運転条件に応じて燃料噴射の制御が実行される。具体的には、ＥＣＵ６０は、燃焼室内に吸入される空気量を求め、吸入空気量に基づいて燃料供給量を決定する。
【００４０】
吸入空気量は、本実施例では、吸気圧センサ５６の検出結果に基づいて求められる。燃料供給量は、混合気の空燃比が所定の空燃比となるように決定される。本実施例では、所定の空燃比は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納された運転条件に応じた目標空燃比を示すマップを用いて決定される。目標空燃比が決定されると、上記の吸入空気量を用いて、燃料供給量が決定される。本実施例では、単位時間あたりの燃料噴射量と燃料噴射終了時期とが予め定められている。このため、燃料供給量は、燃料噴射開始時期を調整することによって、変更される。燃料噴射弁５５による燃料噴射は、クランク角センサ６１からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。
【００４１】
ステップＳ１０２ｄでは、検出された運転条件に応じて点火時期の制御が実行される。本実施例では、点火時期は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納された運転条件に応じた目標点火時期を示すマップを用いて決定される。点火プラグ２７による点火は、クランク角センサ６１からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。
【００４２】
Ａ−３．圧縮比変更期間の制御：
ところで、圧縮比が比較的高い状態から比較的低い状態へ変更される場合には、変更期間において、ノッキングが発生し易い。これは、運転条件の変化に対して、圧縮比の変更が遅れるためである。具体的には、ユーザがアクセル開度を急激に大きく設定すると、これに伴って、スロットル開度も急激に大きく設定される。このとき、燃焼室に吸入される吸入空気量は、急激に大きくなる。しかしながら、圧縮比は、迅速に変更されない。すなわち、変更期間では、現行圧縮比に対して、吸入空気量が過大となる。このとき、燃焼室内では、圧縮端温度がかなり高くなる。ここで、圧縮端温度とは、燃焼室に吸入されたガスが燃焼室内で最も圧縮されるときの温度、換言すれば、圧縮行程においてピストンが上死点に位置するときのガス温度を意味する。そして、圧縮端温度が高くなると、エンドガス（燃焼時の未燃混合気）が自発火温度まで上昇して自発火し、この結果、ノッキングなどの異常燃焼が発生してしまう。
【００４３】
なお、大型のアクチュエータを用いれば、運転条件の変化に伴って、圧縮比を迅速に変更することができる。しかしながら、大型のアクチュエータを駆動するためには、大きなエネルギが必要となり、この結果、燃料消費率が悪化してしまう。
【００４４】
そこで、本実施例では、図２のステップＳ１０２ｂにおいて、吸気弁の動作を工夫することによって、変更期間における吸入空気量を抑制し、この結果、変更期間における圧縮端温度を抑制してノッキングの発生を抑制している。より具体的には、本実施例では、吸気弁の位相を変更している。この説明から分かるように、本実施例の可変動弁機構２５は、可変バルブタイミング方式を採用している。この方式では、カムの位相を変更することによって、吸気弁２１の開閉タイミングが変更される。
【００４５】
なお、変更期間では、図２のステップ１０２ｃ，１０２ｄにおける燃料噴射および点火時期の制御は、例えば、変更前の比較的高い圧縮比に適した設定で実行されていてもよいし、変更後の比較的低い圧縮比に適した設定で実行されていてもよい。また、変更途中の現行圧縮比に適した設定で実行されていてもよい。変更途中における現行圧縮比は、例えば、アクチュエータ３３に対する制御量から求められる。
【００４６】
図４は、第１実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。図４（ａ）は、スロットル開度の変化を示し、図４（ｂ）は、圧縮比の変化を示す。図４（ｃ）は、吸気弁の位相の変化を示し、図４（ｄ）は、吸入空気量の変化を示す。
【００４７】
図４（ｂ）に示すように、期間Ｔａでは、圧縮比は比較的高い値に設定されており、期間Ｔｃでは、圧縮比は比較的低い値に設定されている。そして、期間Ｔｂでは、圧縮比の値が次第に変更されている。なお、このような圧縮比の変更は、例えば、図３のマップにおいて、アクセル開度が増大し、運転条件が点Ｃａから点Ｃｃに変化したときに実行される。
【００４８】
アクセル開度が急激に大きくなると、図４（ａ）に示すように、スロットル開度も急激に大きくなる。このとき、図２のステップＳ１０２ａにおいて、目標圧縮比は、比較的小さな値に決定される。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、圧縮比は、比較的長い期間Ｔｂを経て変更される。すなわち、圧縮比の変更は、運転条件の変化に対して遅れている。このため、本実施例では、図４（ｃ）に示すように、変更期間Ｔｂにおいて吸気弁の位相を遅角側に変更している。
【００４９】
図５は、第１実施例における吸気弁の動作を示す説明図である。なお、図５では、吸気弁２１の動作と共に、排気弁２２の動作も示されている。リフト量の変化から分かるように、排気弁２２は、排気行程において開状態に設定され、吸気弁２１は、吸入行程において開状態に設定される。曲線Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ１ｃは、それぞれ、図４の期間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにおける吸気弁２１の動作を示している。
【００５０】
図示するように、各期間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにおける作動角（すなわち吸気弁が開いている期間）は等しく設定されているが、期間Ｔａ，Ｔｃにおける開閉タイミングと期間Ｔｂにおける開閉タイミングとは異なっている。より具体的には、期間Ｔｂでは、吸気弁の開閉タイミングは、期間Ｔａ，Ｔｃにおける開閉タイミングよりも遅角側にシフトしている。このとき、期間Ｔｂにおける吸気弁の閉タイミングと下死点との角度差は、期間Ｔａ，Ｔｃにおける吸気弁の閉タイミングと下死点との角度差よりも、大きく設定される。すなわち、図５に示すように吸気弁の位相を変更することによって、期間Ｔｂにおける実圧縮比を、期間Ｔａ，Ｔｃにおける実圧縮比よりも小さく設定することができる。なお、実圧縮比は、吸気弁の閉タイミングを基準とする容積比を意味しており、吸気弁の閉タイミングにおける燃焼室の容積Ｖｍと、ピストンが上死点に位置するときの燃焼室の最小容積Ｖｔとを用いて、Ｖｍ／Ｖｔで表される。
【００５１】
このように、期間Ｔｂにおいて吸気弁の位相を変更することによって、換言すれば、実圧縮比を変更することによって、期間Ｔｂ，Ｔｃにおけるスロットル開度が同じであるにも関わらず（図４（ａ））、期間Ｔｂにおける吸入空気量を抑制することができる（図４（ｄ））。このため、期間Ｔｂにおける圧縮端温度を抑制することが可能となる。すなわち、期間Ｔｂにおいて吸気弁の位相を変更しない場合（図４（ｃ），（ｄ）の破線）と比較して、換言すれば、期間Ｔｂにおける吸気弁の位相が、期間Ｔｃにおいて設定されるべき位相に設定される場合と比較して、期間Ｔｂにおける吸入空気量を小さくすることができ、この結果、期間Ｔｂにおける圧縮端温度を低くすることが可能となる。また、本実施例では、期間Ｔｂにおいて実圧縮比が比較的低く設定されるため、圧縮行程において燃焼室内の混合気が強い圧縮を受けずに済み、この結果、圧縮端温度をより低くすることができるという利点もある。
【００５２】
本実施例の構成を採用すれば、変更期間における圧縮端温度を比較的低くすることができるため、変更期間における燃焼室内のエンドガスの温度を比較的低くすることができ、この結果、変更期間におけるノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
なお、本実施例では、期間Ｔａにおける吸気弁の位相と期間Ｔｃにおける吸気弁の位相とは、ほぼ同じ位相に設定されているが、異なる位相に設定されていてもよい。
【００５４】
また、本実施例では、変更期間Ｔｂにおいて、吸気弁２１の位相を遅角側にシフトさせることによって実圧縮比を低下させているが、これに代えて、吸気弁の位相を進角側にシフトさせることによって、より具体的には、吸気弁の閉タイミングを下死点よりも前に設定することによって、実圧縮比を低下させるようにしてもよい。
【００５５】
一般には、吸気弁の閉タイミングを変更することによって、期間Ｔｂにおける実圧縮比を、期間Ｔｃにおける実圧縮比よりも小さく設定すればよい。
【００５６】
以上の説明から分かるように、本実施例におけるエンジン本体１０が本発明における圧縮比変更部に相当し、吸気弁５１と可変動弁機構２５とが本発明における吸気弁動作調整部に相当する。また、ＥＣＵ６０とクランク角センサ６１とアクセル開度センサ６２とが本発明における制御部に相当する。
【００５７】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。図６は、図４とほぼ同じであるが、図６（ｃ）が変更されている。
【００５８】
具体的には、第１実施例では、変更期間Ｔｂにおける吸気弁の位相は、一定に保持されているが、本実施例では、次第に進角側に変更されている。なお、この変更は、吸気弁の位相を図５の曲線Ｖ１ｂから曲線Ｖ１ｃへ連続的にシフトさせることによって実現される。このとき、図６（ｄ）に示すように、変更期間Ｔｂにおける吸入空気量は次第に増大する。
【００５９】
前述のように、圧縮比が比較的高い状態から比較的低い状態へ変更される場合には、変更期間においてノッキングが発生し易いが、ノッキングは、特に、変更期間の初期において生じ易い。これは、変更期間の初期では、圧縮比が比較的高い状態であるにも関わらす、吸入空気量が大きくなり、圧縮端温度が高くなるためである。一方、変更期間の後期では、圧縮比が比較的低い状態であるため、ノッキングは比較的発生し難い。したがって、本実施例のように、期間Ｔｂにおいて吸気弁の位相を次第に進角側にシフトさせれば、換言すれば、期間Ｔｂにおいて実圧縮比を次第に増大させれば、変更期間の初期においてノッキングの発生を確実に抑制することができると共に、変更期間の後期における吸入空気量を増大させることによってエンジンの出力を向上させることができる。
【００６０】
Ｃ．第３実施例：
第１および第２実施例では、吸気弁の動作の調整期間は、圧縮比の変更期間とほぼ等しく設定されている。ところで、圧縮比の変更は、吸入空気量が既に増大した後に、開始される場合もある。この場合には、圧縮比の変更開始時に、圧縮比が比較的高い状態であるにも関わらず、吸入空気量が大きくなる。そこで、本実施例では、圧縮比の変更開始前に、吸気弁の動作を調整している。
【００６１】
図７は、第３実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。図７は、図４とほぼ同じであるが、図７（ｃ）が変更されている。
【００６２】
図示するように、本実施例では、スロットル開度が大きく設定されると（より具体的には、アクセル開度が大きく設定されると）、直ちに、吸気弁の位相が遅角側にシフトされ、実圧縮比が小さく設定される。このように、変更期間の始期（変更開始点）に先行する期間において吸気弁の動作を変更すれば、圧縮比の変更開始前における吸入空気量の増大を抑制することができるため、運転条件の変化から圧縮比の変更開始までの遅延期間に発生し得るノッキングを抑制することができる。
【００６３】
Ｄ．第４実施例：
第１ないし第３実施例では、変更期間におけるノッキングの発生は、吸気弁の位相（すなわち実圧縮比）を変更することによって抑制されている。一方、本実施例では、吸気弁の作動角を変更することによって、変更期間におけるノッキングの発生が抑制されている。ただし、本実施例では、吸気弁の作動角の変更に伴って、吸気弁のリフト量も変更されている。この説明から分かるように、本実施例の可変動弁機構２５は、可変バルブタイミング・リフト方式を採用している。この方式では、カムのプロフィルを変更することによって、吸気弁２１の作動角とリフト量とが変更される。
【００６４】
図８は、第４実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。図８（ａ）は、スロットル開度の変化を示し、図８（ｂ）は、圧縮比の変化を示す。図８（ｃ）は、吸気弁の作動角の変化を示し、図８（ｄ）は、吸入空気量の変化を示す。
【００６５】
図９は、第４実施例における吸気弁の動作を示す説明図である。なお、図９では、吸気弁２１の動作と共に、排気弁２２の動作も示されている。曲線Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ２ｃは、それぞれ、図８の期間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにおける吸気弁２１の動作を示している。
【００６６】
なお、可変バルブタイミング・リフト方式を採用するエンジンでは、通常、スロットル弁の動作（開度）と吸気弁の動作（作動角およびリフト量）とは、アクセル開度（すなわち要求空気量）に応じて、予め対応付けられている。すなわち、本実施例では、エンジン負荷に応じて、スロットル開度の動作と吸気弁の動作との双方が変更されている。
【００６７】
具体的には、図８，図９に示すように、エンジン負荷が比較的低く、圧縮比が比較的高く設定される期間Ｔａでは、スロットル開度が比較的小さな値に設定されていると共に、吸気弁の作動角（およびリフト量）が比較的小さな値に設定されている。また、エンジン負荷が比較的大きく、圧縮比が比較的低く設定される期間Ｔｃでは、スロットル開度が比較的大きな値に設定されていると共に、吸気弁の作動角が比較的大きな値に設定されている。
【００６８】
そして、本実施例では、期間Ｔｂにおけるスロットル開度は、期間Ｔｃにおけるスロットル開度と等しい値に設定されており、期間Ｔｂにおける作動角は、期間Ｔａにおける作動角より大きく、期間Ｔｃにおける作動角より小さな値に設定されている。このように、期間Ｔｂにおいて吸気弁の作動角を変更することによって、期間Ｔｂ，Ｔｃにおけるスロットル開度が同じであるにも関わらず（図８（ａ））、期間Ｔｂにおける吸入空気量を抑制することができる（図８（ｄ））。このため、期間Ｔｂにおける圧縮端温度を抑制することが可能となる。すなわち、吸気弁の作動角を変更しない場合（図８（ｃ），（ｄ）の破線）と比較して、換言すれば、期間Ｔｂにおける吸気弁の作動角が、期間Ｔｃにおいて設定されるべき作動角に設定される場合と比較して、期間Ｔｂにおける吸入空気量を小さくすることができ、この結果、期間Ｔｂにおける圧縮端温度を低くすることができる。
【００６９】
なお、図９に示すように、期間Ｔｂにおける吸気弁の閉タイミングと下死点との角度差と、期間Ｔｃにおける吸気弁の閉タイミングと下死点との角度差とは、ほぼ同じである。換言すれば、期間Ｔｂにおける実圧縮比と期間Ｔｃにおける実圧縮比とは、ほぼ同じである。しかしながら、期間Ｔｂにおける吸気弁の作動角（およびリフト量）は、期間Ｔｃにおける吸気弁の作動角（およびリフト量）よりも小さいため、期間Ｔｂにおける吸入空気量を抑制することが可能となっている。
【００７０】
本実施例の構成を採用すれば、第１実施例と同様に、変更期間における圧縮端温度を比較的低くすることができるため、変更期間における燃焼室内のエンドガスの温度を比較的低くすることができ、この結果、変更期間におけるノッキングの発生を抑制することが可能となる。
【００７１】
なお、本実施例では、図８（ａ），（ｃ）に示すように、期間Ｔｂにおけるスロットル開度は、期間Ｔａにおける開度よりも大きく、期間Ｔｃにおける開度と等しい値に設定されており、期間Ｔｂにおける吸気弁の作動角（およびリフト量）は、期間Ｔａにおける作動角よりも大きく、期間Ｔｃにおける作動角よりも小さな値に設定されている。しかしながら、これに代えて、期間Ｔｂにおけるスロットル開度を、期間Ｔａ，Ｔｃにおける２つの開度の中間の値に設定すると共に、期間Ｔｂにおける吸気弁の作動角を、図８（ｃ）に示す作動角よりもやや大きな値に設定するようにしてもよい。このようにしても、期間Ｔｂにおける吸入空気量を、図８（ｄ）と同じ吸入空気量に設定することができる。また、期間Ｔｂにおけるスロットル開度を、図８（ａ）と同様に、期間Ｔｃにおける開度と等しい値に設定すると共に、期間Ｔｂにおける吸気弁の作動角を、期間Ｔａにおける吸気弁の作動角と等しい値に設定するようにしてもよい。こうすれば、変更期間におけるノッキングの発生をより抑制することができる。
【００７２】
また、本実施例では、期間Ｔａにおける吸気弁の作動角（およびリフト量）は、期間Ｔｃにおける吸気弁の作動角と異なる値に設定されている。しかしながら、これに代えて、期間Ｔａにおける吸気弁の作動角と期間Ｔｃにおける吸気弁の作動角とをほぼ等しい値に設定し、期間Ｔｂにおける吸気弁の作動角を、期間Ｔａ，Ｔｃにおける吸気弁の作動角よりも小さな値に設定するようにしてもよい。このようにしても、図８（ｄ）と同様の吸入空気量変化を実現することができる。
【００７３】
一般には、期間Ｔｂにおける作動角は、期間Ｔｃにおける作動角よりも小さく設定されていればよい。
【００７４】
Ｅ．第５実施例：
図１０は、第５実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。図１０は、図８とほぼ同じであるが、図１０（ｃ）が変更されている。
【００７５】
具体的には、第４実施例では、変更期間Ｔｂにおける吸気弁の作動角およびリフト量は、一定に保持されているが、本実施例では、次第に増大している。なお、この変更は、吸気弁の作動角およびリフト量を図９の曲線Ｖ２ｂから曲線Ｖ２ｃへ連続的にシフトさせることによって実現される。このとき、図１０（ｄ）に示すように、変更期間Ｔｂにおける吸入空気量は次第に増大する。
【００７６】
本実施例の構成を採用すれば、第２実施例と同様に、変更期間の初期においてノッキングの発生を確実に抑制することができると共に、変更期間の後期における吸入空気量を増大させることによってエンジンの出力を向上させることができる。
【００７７】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態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において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７８】
（１）上記実施例では、圧縮比は予め定められた複数の値（図３では、４つ）のうちのいずれかに設定可能であるが、圧縮比は、予め定められた最大値と最小値との間で連続的に設定可能であってもよいし、最大値と最小値とのいずれかのみに設定可能であってもよい。
【００７９】
また、上記実施例では、圧縮比は、上部ブロック３１を下部ブロック３２に対して上下方向に移動させることによって変更されているが、他の方法で変更されてもよい。
【００８０】
一般には、圧縮比変更部は、燃焼室を含み、燃焼室の容積を変更することによって、より具体的には、燃焼室の最大容積と最小容積とのうちの少なくとも一方を変更することによって、圧縮比を変更すればよい。
【００８１】
（２）第１ないし第３実施例の可変動弁機構では、カムの位相を変更可能な可変バルブタイミング方式が採用されている。また、第４および第５実施例の可変動弁機構では、カムの位相およびリフト量を変更可能な可変バルブタイミング・リフト方式が採用されている。しかしながら、可変動弁機構は、カムのリフト量のみを変更可能な可変バルブリフト方式や、カムの作動角のみを変更可能な可変バルブ作動角方式などの他の方式を採用していてもよい。
【００８２】
また、上記実施例では、吸気弁の動作は、カムを有する可変動弁機構によって制御されているが、これに代えて、ソレノイドコイルを有する電磁駆動機構によって制御されていてもよい。こうすれば、吸気弁の位相や、リフト量、作動角などを任意に変更することができるという利点がある。
【００８３】
一般には、吸気弁動作調整部は、吸気弁を含み、吸気弁の動作を調整することによって燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能であればよい。
【００８４】
（３）上記実施例では、圧縮比の変更期間のうちの全期間において、吸気弁の動作が調整されているが、これに代えて、圧縮比の変更期間の初期を含む一部の期間においてのみ、吸気弁の動作を調整するようにしてもよい。例えば、図４において、期間Ｔｂの前半期間で、吸気弁の位相を遅角側にシフトさせ、後半期間で、吸気弁の位相を戻すようにしてもよい。こうすれば、ノッキングが比較的発生し易い変更期間の初期において、効率よくノッキングを抑制することができる。ただし、上記実施例のように、吸気弁の動作の調整期間と変更期間とをほぼ等しく設定すれば、変更期間に生じ得るノッキングなどの異常燃焼を確実に抑制することができるという利点がある。
【００８５】
一般には、制御部は、圧縮比を比較的高い第１の状態から比較的低い第２の状態へ変更する場合に、変更期間の初期を含む所定期間における圧縮端温度が抑制されるように、吸気弁の動作を調整すればよい。なお、圧縮端温度は、例えば、燃焼室に温度センサを設けることによって、測定可能である。
【００８６】
（４）上記実施例では、エンジンは車両に搭載されているが、船舶などの移動体に搭載されていてもよい。また、定置式の装置に搭載されていてもよい。
【００８７】
一般には、本発明は、圧縮比変更部を備える内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例におけるガソリンエンジン１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】エンジンの制御の概要を示すフローチャートである。
【図３】運転条件に応じた目標圧縮比を示すマップを模式的に示す説明図である。
【図４】第１実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。
【図５】第１実施例における吸気弁の動作を示す説明図である。
【図６】第２実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。
【図７】第３実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。
【図８】第４実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。
【図９】第４実施例における吸気弁の動作を示す説明図である。
【図１０】第５実施例における圧縮比変更期間の制御内容を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン本体
２０…シリンダヘッド
２１…吸気弁
２２…排気弁
２３…吸気ポート
２４…排気ポート
２５…可変動弁機構
２６…動弁機構
２７…点火プラグ
３０…シリンダブロック
３１…上部ブロック
３２…下部ブロック
３３…アクチュエータ
４１…ピストン
４２…コネクティングロッド
４３…クランクシャフト
５０…吸気管
５１…エアクリーナ
５２…スロットル弁
５３…電動アクチュエータ
５５…燃料噴射弁
５６…吸気圧センサ
５８…排気管
６０…ＥＣＵ
６１…クランク角センサ
６２…アクセル開度センサ
１００…エンジン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine capable of changing a compression ratio.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various internal combustion engines having a mechanism capable of changing a compression ratio have been proposed. When the compression ratio is set high, power can be efficiently obtained, but knocking is likely to occur. Therefore, the compression ratio is changed according to the operating conditions. Specifically, when the load on the internal combustion engine is low (that is, when the accelerator opening is small), knocking is unlikely to occur, so the compression ratio is set to a high value. On the other hand, when the load on the internal combustion engine is high (that is, when the accelerator opening is large), knocking is likely to occur, so the compression ratio is set low.
[0003]
Incidentally, it is necessary to suppress the occurrence of knocking even during a change period in which the compression ratio of the internal combustion engine is changed. Note that knocking is likely to occur when changing from a high compression ratio to a low compression ratio. In Patent Literature 1, in order to suppress knocking that may occur during a change period from a high compression ratio to a low compression ratio, the set value of the ignition timing and / or the supplied fuel amount is set to a value suitable for the high compression ratio during the change period. Is held in.
[0004]
[Patent Document 1]
Published Japanese Utility Model Application No. 3-108833
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technique has a problem that it is sometimes difficult to suppress the occurrence of knocking. This is because it is difficult to quickly change the compression ratio according to changes in operating conditions. Specifically, the compression ratio is not quickly changed even when the amount of intake air to the combustion chamber is rapidly increased with a sudden increase in the required load on the internal combustion engine. At this time, in the combustion chamber, the end gas (the unburned air-fuel mixture at the time of combustion) rises to the auto-ignition temperature and auto-ignites, and as a result, knocking occurs.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems in the conventional technology, and is a technology that can further suppress abnormal combustion such as knocking that can occur during a change period from a high compression ratio to a low compression ratio. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
To solve at least part of the above-mentioned problems, an apparatus according to the present invention is an internal combustion engine,
Including a combustion chamber, a compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber,
An intake valve operation adjusting unit that includes an intake valve and that can adjust an amount of intake air drawn into the combustion chamber by adjusting an operation of the intake valve;
A control unit for detecting operating conditions of the internal combustion engine, and controlling the compression ratio changing unit and the intake valve operation adjusting unit according to the detection result;
With
The control unit includes:
When the compression ratio changing unit is controlled to change the compression ratio from the relatively high first state to the relatively low second state, the intake valve operation adjustment unit is controlled to set the initial period of the change period. By setting the operation of the intake valve in the predetermined period including the operation different from the specific operation of the intake valve set in the second state, the compression end temperature in the predetermined period is set in the predetermined period. The temperature may be lower than a compression end temperature when it is assumed that the intake valve performs the specific operation.
[0008]
Here, the compression end temperature means a temperature at which gas in the combustion chamber is most compressed in the combustion chamber.
[0009]
In this device, by adjusting the operation of the intake valve, it is possible to suppress the compression end temperature in a predetermined period including the initial period of the change period. Specifically, conventionally, since the operation of the intake valve during the change period is set to the same operation as the specific operation set in the second state, the intake air amount during the change period becomes relatively large. As a result, the compression end temperature during the change period becomes relatively high. However, in this device, by adjusting the operation of the intake valve in the predetermined period, the amount of intake air in the predetermined period can be made relatively small, so that the compression end temperature in the predetermined period can be made relatively low. As a result, the temperature of the end gas in the predetermined period can be relatively low, and as a result, abnormal combustion such as knocking that can occur in the change period can be further suppressed.
[0010]
In the above device,
Preferably, the predetermined period is substantially equal to the change period.
[0011]
By doing so, it is possible to reliably suppress the occurrence of knocking during the change period.
[0012]
In the above device,
It is preferable that the predetermined period includes a period preceding the beginning of the change period.
[0013]
By doing so, knocking that can occur during a delay period from a change in operating conditions to the start of a change in compression ratio can be suppressed.
[0014]
In the above device,
The control unit can change the actual compression ratio by changing the closing timing of the intake valve,
The actual compression ratio in the predetermined period may be set smaller than the actual compression ratio in the second state.
[0015]
Here, the actual compression ratio is a ratio between the volume of the combustion chamber at the timing of closing the intake valve and the minimum volume of the combustion chamber.
[0016]
By changing the actual compression ratio in this manner, the intake air amount during a predetermined period can be suppressed, and thus the compression end temperature during a predetermined period can be suppressed. In addition, since the air-fuel mixture in the combustion chamber does not need to be strongly compressed, the compression end temperature for a predetermined period can be further reduced.
[0017]
In the above device,
It is preferable that the actual compression ratio in the predetermined period is set so as to gradually increase as the compression ratio in the change period decreases.
[0018]
With this configuration, the intake air amount can be gradually increased in the predetermined period, so that the output of the internal combustion engine in the latter period of the predetermined period can be improved.
[0019]
Alternatively, in the above device,
The control unit can change the operating angle of the intake valve,
The operating angle in the predetermined period may be set smaller than the operating angle in the second state.
[0020]
Here, the operating angle means a period during which the intake valve is open.
[0021]
If the operating angle of the intake valve is changed in this manner, the amount of intake air during a predetermined period can be suppressed, so that the compression end temperature during a predetermined period can be suppressed.
[0022]
In the above device,
It is preferable that the operation angle in the predetermined period is set so as to gradually increase as the compression ratio decreases in the change period.
[0023]
With this configuration, the intake air amount can be gradually increased in the predetermined period, so that the output of the internal combustion engine in the latter period of the predetermined period can be improved.
[0024]
The present invention relates to an internal combustion engine, a moving object equipped with the internal combustion engine, a control device and a control method for controlling the internal combustion engine, a computer program for realizing the functions of the control device, and a recording medium storing the computer program , Including the computer program, a data signal embodied in a carrier wave, and the like.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A. First embodiment:
A-1. Engine configuration:
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a gasoline engine 100 according to the first embodiment. The engine of this embodiment is mounted on a vehicle.
[0026]
The engine 100 includes an engine body 10, and the engine body 10 includes a cylinder head 20 and a cylinder block 30.
[0027]
The cylinder block 30 includes an upper block 31 functioning as a cylinder and a lower block 32 functioning as a crankcase. A piston 41 that reciprocates up and down is provided in the cylinder, and a crankshaft 43 that rotates is provided in the crankcase. The piston 41 and the crankshaft 43 are connected via a connecting rod 42. With this configuration, conversion between the reciprocating motion of the piston 41 and the rotational motion of the crankshaft 43 is performed. Note that a region surrounded by the cylinder head 20, the cylinder block 30, and the piston 41 forms a combustion chamber.
[0028]
An actuator 33 is provided between the upper block 31 and the lower block 32 to move the upper block 31 vertically with respect to the lower block 32. When the upper block 31 is moved upward, the cylinder head 20 is also moved upward. At this time, since the volume of the combustion chamber increases, the compression ratio decreases. Conversely, when the upper block 31 is moved downward, the cylinder head 20 also moves downward. At this time, since the volume of the combustion chamber is reduced, the compression ratio is increased. The compression ratio is expressed as Vb / Vt using the maximum volume Vb of the combustion chamber when the piston is located at the bottom dead center and the minimum volume Vt of the combustion chamber when the piston is located at the top dead center. You.
[0029]
An intake port 23 and an exhaust port 24 are formed in the cylinder head 20. An intake valve 21 is arranged at the intake port 23, and an exhaust valve 22 is arranged at the exhaust port 24. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 are driven by valve operating mechanisms (cam mechanisms) 25 and 26 that operate according to the reciprocating motion of the piston 41, respectively. The valve operating mechanism 25 that drives the intake valve 21 is a variable valve operating mechanism.
[0030]
An intake pipe 50 is connected to the intake port 23, and an exhaust pipe 58 is connected to the exhaust port 24. The intake pipe 50 is provided with a throttle valve 52 and a fuel injection valve 55. Air is supplied from an upstream side of the intake pipe 50 via an air cleaner 51. The throttle valve 52 controlled by the electric actuator 53 adjusts the amount of air guided to the combustion chamber. The fuel injection valve 55 injects fuel (gasoline) supplied from a fuel pump (not shown) into the intake port 23. Thus, a mixture of air and fuel is generated. After the mixture is supplied into the combustion chamber, it is burned by the electric spark formed by the spark plug 27. The burned exhaust gas is discharged from the combustion chamber.
[0031]
Further, the engine 100 includes an electronic control unit (ECU) 60 for controlling the entire engine. The ECU 60 includes a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output circuit connected to each other by a bus. The ECU 60 is connected with a crank angle sensor 61 provided on the crankshaft 43, an accelerator opening sensor 62 provided on the accelerator pedal, an intake pressure sensor 56 provided on the intake pipe 50, and the like. Then, the ECU 60 controls the actuator 33, the variable valve mechanism 25, the spark plug 27, the fuel injection valve 55, and the like based on these detection results.
[0032]
A-2. Engine control:
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of control of the engine. Note that the ECU 60 repeatedly executes the processing of steps S101 and S102.
[0033]
In step S101, operating conditions of the engine are detected. Specifically, the ECU 60 detects an engine rotation speed and an accelerator opening as operating conditions. Note that the engine speed is determined based on the detection result of the crank angle sensor 61, and the accelerator opening is determined based on the detection result of the accelerator opening sensor 62.
[0034]
In step S102, various controls are executed based on the operating conditions detected in step S101.
[0035]
In step S102a, control of the compression ratio is executed. Specifically, first, the ECU 60 determines a target compression ratio based on the detected operating conditions (engine rotation speed and accelerator opening). The ECU 60 drives the actuator 33 to set the compression ratio of the engine to the determined target compression ratio.
[0036]
In the present embodiment, the target compression ratio is determined using a map stored in the ROM of the ECU 60. FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a map indicating a target compression ratio according to operating conditions. As shown in the drawing, the target compression ratio is set to a relatively low value under a condition where the accelerator opening is relatively large (that is, a condition where the engine load is relatively high). Conversely, the target compression ratio is set to a relatively high value under a condition where the accelerator opening is relatively small (that is, a condition where the engine load is relatively low). Also, under conditions where the engine speed is relatively low, the target compression ratio is set to a relatively low value.
[0037]
By using the map of FIG. 3, it is possible to suppress the occurrence of knocking and to execute the operation at a relatively high compression ratio. That is, when the engine load is high, knocking is likely to occur. The occurrence of knocking can be suppressed by lowering the compression ratio. Therefore, in the map of FIG. 3, the target compression ratio is set lower as the engine load increases. Also, knocking is likely to occur even when the engine rotation speed is low. For this reason, in the map of FIG. 3, the target compression ratio is set lower as the rotation speed decreases.
[0038]
In step S102b (FIG. 2), the operation of the intake valve is controlled according to the detected operating condition. Specifically, the ECU 60 controls the operation of the intake valve 21 by controlling the variable valve mechanism 25. As a result, the intake air amount actually sucked into the combustion chamber is adjusted. Here, the “intake air amount” means the amount of air that is compressed in the combustion chamber during the compression stroke. The control of the operation of the intake valve will be further described later.
[0039]
In step S102c, fuel injection control is executed according to the detected operating conditions. Specifically, the ECU 60 obtains the amount of air taken into the combustion chamber, and determines the fuel supply amount based on the amount of intake air.
[0040]
In this embodiment, the intake air amount is obtained based on the detection result of the intake pressure sensor 56. The fuel supply amount is determined so that the air-fuel ratio of the mixture becomes a predetermined air-fuel ratio. In the present embodiment, the predetermined air-fuel ratio is determined using a map indicating a target air-fuel ratio corresponding to the operating conditions stored in the ROM of the ECU 60. When the target air-fuel ratio is determined, the fuel supply amount is determined using the above intake air amount. In this embodiment, the fuel injection amount per unit time and the fuel injection end timing are determined in advance. For this reason, the fuel supply amount is changed by adjusting the fuel injection start timing. The fuel injection by the fuel injection valve 55 is executed at an appropriate timing based on the detection result from the crank angle sensor 61.
[0041]
In step S102d, control of the ignition timing is executed according to the detected operating condition. In the present embodiment, the ignition timing is determined using a map indicating a target ignition timing according to the operating conditions stored in the ROM of the ECU 60. The ignition by the ignition plug 27 is executed at an appropriate timing based on the detection result from the crank angle sensor 61.
[0042]
A-3. Control of compression ratio change period:
When the compression ratio is changed from a relatively high state to a relatively low state, knocking is likely to occur during the change period. This is because the change in the compression ratio is delayed with respect to the change in the operating condition. Specifically, when the user sets the accelerator opening sharply large, the throttle opening is also sharply set large accordingly. At this time, the amount of intake air sucked into the combustion chamber rapidly increases. However, the compression ratio does not change quickly. That is, during the change period, the intake air amount becomes excessive with respect to the current compression ratio. At this time, the compression end temperature becomes considerably high in the combustion chamber. Here, the compression end temperature means the temperature at which the gas sucked into the combustion chamber is compressed most in the combustion chamber, in other words, the gas temperature when the piston is located at the top dead center in the compression stroke. . When the compression end temperature increases, the end gas (unburned air-fuel mixture during combustion) rises to the spontaneous ignition temperature and spontaneously ignites. As a result, abnormal combustion such as knocking occurs.
[0043]
If a large-sized actuator is used, the compression ratio can be quickly changed according to a change in operating conditions. However, driving a large actuator requires a large amount of energy, and as a result, the fuel consumption rate deteriorates.
[0044]
Therefore, in the present embodiment, in step S102b of FIG. 2, the operation of the intake valve is devised to suppress the amount of intake air during the change period, and as a result, the compression end temperature is suppressed during the change period to cause knocking. Has been suppressed. More specifically, in this embodiment, the phase of the intake valve is changed. As can be seen from this description, the variable valve mechanism 25 of the present embodiment employs a variable valve timing system. In this method, the opening / closing timing of the intake valve 21 is changed by changing the phase of the cam.
[0045]
In the change period, the control of the fuel injection and the ignition timing in steps 102c and 102d in FIG. 2 may be executed, for example, at a setting suitable for a relatively high compression ratio before the change, or may be performed after the change. It may be executed with a setting suitable for an extremely low compression ratio. Further, it may be executed with a setting suitable for the current compression ratio being changed. The current compression ratio during the change is obtained, for example, from the control amount for the actuator 33.
[0046]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the control contents of the compression ratio change period in the first embodiment. FIG. 4A shows a change in the throttle opening, and FIG. 4B shows a change in the compression ratio. FIG. 4C shows a change in the phase of the intake valve, and FIG. 4D shows a change in the intake air amount.
[0047]
As shown in FIG. 4B, in the period Ta, the compression ratio is set to a relatively high value, and in the period Tc, the compression ratio is set to a relatively low value. Then, in the period Tb, the value of the compression ratio is gradually changed. Such a change in the compression ratio is executed, for example, when the accelerator opening increases in the map of FIG. 3 and the operating condition changes from the point Ca to the point Cc.
[0048]
When the accelerator opening sharply increases, as shown in FIG. 4A, the throttle opening also sharply increases. At this time, in step S102a of FIG. 2, the target compression ratio is determined to be a relatively small value. However, as shown in FIG. 4B, the compression ratio is changed after a relatively long period Tb. That is, the change in the compression ratio is behind the change in the operating condition. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 4C, the phase of the intake valve is changed to the retard side during the change period Tb.
[0049]
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the operation of the intake valve according to the first embodiment. FIG. 5 shows the operation of the exhaust valve 22 together with the operation of the intake valve 21. As can be seen from the change in the lift amount, the exhaust valve 22 is set to the open state during the exhaust stroke, and the intake valve 21 is set to the open state during the intake stroke. Curves V1a, V1b, and V1c show the operation of the intake valve 21 during the periods Ta, Tb, and Tc in FIG. 4, respectively.
[0050]
As shown in the figure, the operating angles (that is, the periods during which the intake valve is open) in each of the periods Ta, Tb, and Tc are set to be equal. I have. More specifically, in the period Tb, the opening and closing timing of the intake valve is shifted to a more retarded side than the opening and closing timing in the periods Ta and Tc. At this time, the angle difference between the closing timing of the intake valve and the bottom dead center in the period Tb is set to be larger than the angle difference between the closing timing of the intake valve and the bottom dead center in the periods Ta and Tc. That is, by changing the phase of the intake valve as shown in FIG. 5, the actual compression ratio in the period Tb can be set smaller than the actual compression ratio in the periods Ta and Tc. Note that the actual compression ratio means a volume ratio based on the closing timing of the intake valve, and the volume Vm of the combustion chamber at the closing timing of the intake valve and the volume Vm of the combustion chamber when the piston is located at the top dead center. It is expressed by Vm / Vt using the minimum volume Vt.
[0051]
As described above, by changing the phase of the intake valve in the period Tb, in other words, by changing the actual compression ratio, the throttle openings in the periods Tb and Tc are the same (see FIG. a)), the intake air amount during the period Tb can be suppressed (FIG. 4D). For this reason, it is possible to suppress the compression end temperature in the period Tb. That is, in comparison with the case where the phase of the intake valve is not changed in the period Tb (broken lines in FIGS. 4C and 4D), in other words, the phase of the intake valve in the period Tb is set in the period Tc. The intake air amount in the period Tb can be reduced as compared with the case where the power phase is set, and as a result, the compression end temperature in the period Tb can be reduced. Further, in the present embodiment, since the actual compression ratio is set relatively low during the period Tb, the air-fuel mixture in the combustion chamber does not need to be strongly compressed during the compression stroke, and as a result, the compression end temperature can be further reduced. There is also an advantage that can be.
[0052]
By employing the configuration of the present embodiment, the compression end temperature during the change period can be relatively low, so that the temperature of the end gas in the combustion chamber during the change period can be relatively low. It is possible to suppress the occurrence of abnormal combustion such as knocking.
[0053]
In the present embodiment, the phase of the intake valve in the period Ta and the phase of the intake valve in the period Tc are set to be substantially the same, but may be set to different phases.
[0054]
In the present embodiment, in the change period Tb, the actual compression ratio is lowered by shifting the phase of the intake valve 21 to the retard side, but instead, the phase of the intake valve 21 is shifted to the advance side. By shifting, more specifically, the actual compression ratio may be reduced by setting the closing timing of the intake valve before the bottom dead center.
[0055]
In general, the actual compression ratio in the period Tb may be set smaller than the actual compression ratio in the period Tc by changing the closing timing of the intake valve.
[0056]
As can be understood from the above description, the engine body 10 in the present embodiment corresponds to a compression ratio changing unit in the present invention, and the intake valve 51 and the variable valve mechanism 25 correspond to an intake valve operation adjusting unit in the present invention. Further, the ECU 60, the crank angle sensor 61, and the accelerator opening sensor 62 correspond to a control unit in the present invention.
[0057]
B. Second embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the control contents of the compression ratio change period in the second embodiment. FIG. 6 is almost the same as FIG. 4, but FIG. 6C is modified.
[0058]
Specifically, in the first embodiment, the phase of the intake valve during the change period Tb is kept constant, but in this embodiment, it is gradually changed to the advanced side. This change is realized by continuously shifting the phase of the intake valve from the curve V1b in FIG. 5 to the curve V1c. At this time, as shown in FIG. 6D, the intake air amount in the change period Tb gradually increases.
[0059]
As described above, when the compression ratio is changed from a relatively high state to a relatively low state, knocking is likely to occur during the change period, but knocking is particularly likely to occur early in the change period. This is because at the beginning of the change period, although the compression ratio is relatively high, the intake air amount increases, and the compression end temperature increases. On the other hand, in the latter half of the change period, knocking is relatively unlikely to occur because the compression ratio is relatively low. Therefore, as in the present embodiment, if the phase of the intake valve is gradually shifted to the advanced side during the period Tb, in other words, if the actual compression ratio is gradually increased during the period Tb, knocking occurs early in the change period. Can be reliably suppressed, and the output of the engine can be improved by increasing the intake air amount in the latter half of the change period.
[0060]
C. Third embodiment:
In the first and second embodiments, the adjustment period of the operation of the intake valve is set substantially equal to the change period of the compression ratio. By the way, the change of the compression ratio may be started after the intake air amount has already increased. In this case, at the start of the change of the compression ratio, the intake air amount becomes large in spite of the state where the compression ratio is relatively high. Therefore, in this embodiment, the operation of the intake valve is adjusted before the start of the change of the compression ratio.
[0061]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the control content of the compression ratio change period in the third embodiment. FIG. 7 is substantially the same as FIG. 4, but FIG. 7 (c) is modified.
[0062]
As shown in the drawing, in this embodiment, when the throttle opening is set to a large value (more specifically, when the accelerator opening is set to a large value), the phase of the intake valve is immediately shifted to the retard side. , The actual compression ratio is set small. As described above, if the operation of the intake valve is changed in a period preceding the beginning of the change period (change start point), an increase in the intake air amount before the start of the change in the compression ratio can be suppressed. Knocking that can occur during a delay period from the change to the start of changing the compression ratio can be suppressed.
[0063]
D. Fourth embodiment:
In the first to third embodiments, the occurrence of knocking during the change period is suppressed by changing the phase of the intake valve (that is, the actual compression ratio). On the other hand, in the present embodiment, the occurrence of knocking during the change period is suppressed by changing the operating angle of the intake valve. However, in this embodiment, the lift amount of the intake valve is also changed in accordance with the change in the operating angle of the intake valve. As can be understood from this description, the variable valve mechanism 25 of the present embodiment employs a variable valve timing / lift system. In this method, the operating angle and the lift amount of the intake valve 21 are changed by changing the profile of the cam.
[0064]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing control contents of a compression ratio change period in the fourth embodiment. FIG. 8A shows a change in the throttle opening, and FIG. 8B shows a change in the compression ratio. FIG. 8C shows a change in the operating angle of the intake valve, and FIG. 8D shows a change in the intake air amount.
[0065]
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the operation of the intake valve according to the fourth embodiment. FIG. 9 shows the operation of the exhaust valve 22 together with the operation of the intake valve 21. Curves V2a, V2b, and V2c show the operation of the intake valve 21 during the periods Ta, Tb, and Tc in FIG. 8, respectively.
[0066]
In an engine employing the variable valve timing / lift system, the operation of the throttle valve (opening degree) and the operation of the intake valve (operating angle and lift amount) usually depend on the accelerator opening degree (that is, the required air amount). Are associated in advance. That is, in this embodiment, both the operation of the throttle opening and the operation of the intake valve are changed according to the engine load.
[0067]
Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, during a period Ta in which the engine load is set relatively low and the compression ratio is set relatively high, the throttle opening is set to a relatively small value, and The operating angle (and lift amount) of the intake valve is set to a relatively small value. Further, during a period Tc in which the engine load is relatively large and the compression ratio is set relatively low, the throttle opening is set to a relatively large value and the operating angle of the intake valve is set to a relatively large value. ing.
[0068]
In this embodiment, the throttle opening in the period Tb is set to a value equal to the throttle opening in the period Tc. The operating angle in the period Tb is larger than the operating angle in the period Ta, and the operating angle in the period Tc. It is set to a smaller value. Thus, by changing the operating angle of the intake valve in the period Tb, the amount of intake air in the period Tb is suppressed despite the same throttle opening in the periods Tb and Tc (FIG. 8A). (FIG. 8D). For this reason, it is possible to suppress the compression end temperature in the period Tb. That is, in comparison with the case where the operating angle of the intake valve is not changed (broken lines in FIGS. 8C and 8D), in other words, the operating angle of the intake valve in the period Tb should be set in the period Tc. As compared with the case where the operating angle is set, the intake air amount in the period Tb can be reduced, and as a result, the compression end temperature in the period Tb can be lowered.
[0069]
As shown in FIG. 9, the angle difference between the closing timing of the intake valve and the bottom dead center in the period Tb is substantially the same as the angle difference between the closing timing of the intake valve and the bottom dead center in the period Tc. . In other words, the actual compression ratio in the period Tb is substantially the same as the actual compression ratio in the period Tc. However, since the operating angle (and the lift amount) of the intake valve in the period Tb is smaller than the operating angle (and the lift amount) of the intake valve in the period Tc, the intake air amount in the period Tb can be suppressed. I have.
[0070]
By adopting the configuration of the present embodiment, similarly to the first embodiment, the compression end temperature during the change period can be made relatively low, so that the temperature of the end gas in the combustion chamber during the change period can be made relatively low. As a result, knocking during the change period can be suppressed.
[0071]
In this embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8C, the throttle opening in the period Tb is set to a value larger than the opening in the period Ta and equal to the opening in the period Tc. The operating angle (and the lift amount) of the intake valve in the period Tb is set to a value larger than the operating angle in the period Ta and smaller than the operating angle in the period Tc. However, instead of this, the throttle opening in the period Tb is set to an intermediate value between the two openings in the periods Ta and Tc, and the operating angle of the intake valve in the period Tb is shown in FIG. A value slightly larger than the operating angle may be set. Even in such a case, the intake air amount in the period Tb can be set to the same intake air amount as in FIG. 8A, the throttle opening in the period Tb is set to a value equal to the opening in the period Tc, and the operating angle of the intake valve in the period Tb is set to the operating angle of the intake valve in the period Ta. May be set to a value equal to. By doing so, it is possible to further suppress the occurrence of knocking during the change period.
[0072]
Further, in the present embodiment, the operating angle (and the lift amount) of the intake valve in the period Ta is set to a value different from the operating angle of the intake valve in the period Tc. However, instead of this, the operating angle of the intake valve in the period Ta and the operating angle of the intake valve in the period Tc are set to substantially equal values, and the operating angle of the intake valve in the period Tb is changed to the intake valve in the periods Ta and Tc. May be set to a value smaller than the operating angle of. Even in this case, the same change in the amount of intake air as in FIG. 8D can be realized.
[0073]
Generally, the operating angle in the period Tb may be set smaller than the operating angle in the period Tc.
[0074]
E. FIG. Fifth embodiment:
FIG. 10 is an explanatory diagram showing control contents of a compression ratio change period in the fifth embodiment. FIG. 10 is almost the same as FIG. 8, but FIG. 10C is modified.
[0075]
Specifically, in the fourth embodiment, the operating angle and the lift amount of the intake valve during the change period Tb are kept constant, but in this embodiment, they gradually increase. This change is realized by continuously shifting the operating angle and the lift amount of the intake valve from the curve V2b in FIG. 9 to the curve V2c. At this time, as shown in FIG. 10D, the intake air amount in the change period Tb gradually increases.
[0076]
By adopting the configuration of this embodiment, similarly to the second embodiment, it is possible to reliably suppress the occurrence of knocking at the beginning of the change period, and to increase the intake air amount in the latter half of the change period, thereby increasing the engine speed. Output can be improved.
[0077]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0078]
(1) In the above embodiment, the compression ratio can be set to one of a plurality of predetermined values (four in FIG. 3), but the compression ratio is set to a predetermined maximum value and a predetermined minimum value. The value may be set continuously between values, or may be set to only one of the maximum value and the minimum value.
[0079]
Further, in the above embodiment, the compression ratio is changed by moving the upper block 31 in the vertical direction with respect to the lower block 32, but may be changed by another method.
[0080]
In general, the compression ratio changing unit includes a combustion chamber, and by changing the volume of the combustion chamber, more specifically, by changing at least one of the maximum volume and the minimum volume of the combustion chamber, What is necessary is just to change a compression ratio.
[0081]
(2) In the variable valve mechanisms of the first to third embodiments, a variable valve timing system capable of changing the cam phase is adopted. In the variable valve mechanisms of the fourth and fifth embodiments, a variable valve timing / lift system capable of changing the cam phase and the lift amount is employed. However, the variable valve mechanism may adopt another method such as a variable valve lift method in which only the lift amount of the cam can be changed or a variable valve operation method in which only the operation angle of the cam can be changed.
[0082]
In the above embodiment, the operation of the intake valve is controlled by a variable valve mechanism having a cam. Alternatively, the operation of the intake valve may be controlled by an electromagnetic drive mechanism having a solenoid coil. This has the advantage that the phase, lift amount, operating angle, and the like of the intake valve can be arbitrarily changed.
[0083]
In general, the intake valve operation adjustment unit may include an intake valve, and may adjust the amount of intake air drawn into the combustion chamber by adjusting the operation of the intake valve.
[0084]
(3) In the above embodiment, the operation of the intake valve is adjusted in the entire period of the compression ratio change period. Instead, the operation of the intake valve is adjusted in a partial period including the initial period of the compression ratio change period. Only the operation of the intake valve may be adjusted. For example, in FIG. 4, the phase of the intake valve may be shifted to the retard side in the first half of the period Tb, and the phase of the intake valve may be returned in the second half. By doing so, knocking can be efficiently suppressed in the early part of the change period in which knocking is relatively likely to occur. However, if the adjustment period and the change period of the operation of the intake valve are set substantially equal to each other as in the above-described embodiment, there is an advantage that abnormal combustion such as knocking that may occur during the change period can be reliably suppressed.
[0085]
In general, when the compression ratio is changed from the relatively high first state to the relatively low second state, the control unit suppresses the compression end temperature during a predetermined period including the beginning of the change period. The operation of the intake valve may be adjusted. The compression end temperature can be measured, for example, by providing a temperature sensor in the combustion chamber.
[0086]
(4) In the above embodiment, the engine is mounted on the vehicle, but may be mounted on a moving body such as a ship. Further, it may be mounted on a stationary device.
[0087]
Generally, the present invention is applicable to an internal combustion engine including a compression ratio changing unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a gasoline engine 100 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of engine control.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a map indicating a target compression ratio according to operating conditions.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing control contents of a compression ratio change period in the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation of an intake valve in the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing control contents of a compression ratio change period in a second embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing control contents of a compression ratio change period in a third embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing control contents of a compression ratio change period in a fourth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an operation of an intake valve according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing control contents of a compression ratio change period in a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 engine body 20 cylinder head 21 intake valve 22 exhaust valve 23 intake port 24 exhaust port 25 variable valve mechanism 26 valve actuation mechanism 27 spark plug 30 cylinder block 31 upper block 32 lower part Block 33 Actuator 41 Piston 42 Connecting rod 43 Crankshaft 50 Intake pipe 51 Air cleaner 52 Throttle valve 53 Electric actuator 55 Fuel injection valve 56 Intake pressure sensor 58 Exhaust pipe 60 ECU
61 ... Crank angle sensor 62 ... Accelerator opening sensor 100 ... Engine

Claims (7)

内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
吸気弁を含み、前記吸気弁の動作を調整することによって前記燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能な吸気弁動作調整部と、
前記内燃機関の運転条件を検出し、検出結果に応じて前記圧縮比変更部と前記吸気弁動作調整部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を比較的高い第１の状態から比較的低い第２の状態へ変更する場合に、前記吸気弁動作調整部を制御して、変更期間の初期を含む所定期間における前記吸気弁の動作を、前記第２の状態において設定される前記吸気弁の特定の動作とは異なる動作に設定することによって、前記所定期間における圧縮端温度を、前記所定期間において前記吸気弁が前記特定の動作を実行すると仮定したときの圧縮端温度よりも低くすることを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine,
Including a combustion chamber, a compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber,
An intake valve operation adjusting unit that includes an intake valve and that can adjust an amount of intake air drawn into the combustion chamber by adjusting an operation of the intake valve;
A control unit for detecting operating conditions of the internal combustion engine, and controlling the compression ratio changing unit and the intake valve operation adjusting unit according to the detection result;
With
The control unit includes:
When the compression ratio changing unit is controlled to change the compression ratio from the relatively high first state to the relatively low second state, the intake valve operation adjustment unit is controlled to set the initial period of the change period. By setting the operation of the intake valve in the predetermined period including the operation different from the specific operation of the intake valve set in the second state, the compression end temperature in the predetermined period is set in the predetermined period. An internal combustion engine, wherein the temperature is lower than a compression end temperature when it is assumed that the intake valve performs the specific operation. 請求項１記載の内燃機関であって、
前記所定期間は、前記変更期間とほぼ等しい、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1,
The internal combustion engine, wherein the predetermined period is substantially equal to the change period. 請求項１記載の内燃機関であって、
前記所定期間は、前記変更期間の始期に先行する期間を含む、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1,
The internal combustion engine, wherein the predetermined period includes a period preceding a start of the change period. 請求項１記載の内燃機関であって、
前記制御部は、前記吸気弁の閉タイミングを変更することによって、実圧縮比を変更可能であり、
前記所定期間における実圧縮比は、前記第２の状態における実圧縮比よりも小さく設定される、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1,
The control unit can change the actual compression ratio by changing the closing timing of the intake valve,
The internal combustion engine, wherein the actual compression ratio in the predetermined period is set smaller than the actual compression ratio in the second state. 請求項４記載の内燃機関であって、
前記所定期間における実圧縮比は、前記変更期間内の圧縮比の低下に伴って次第に増大するように設定される、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 4, wherein
The internal combustion engine, wherein the actual compression ratio in the predetermined period is set so as to gradually increase as the compression ratio in the change period decreases. 請求項１記載の内燃機関であって、
前記制御部は、前記吸気弁の作動角を変更可能であり、
前記所定期間における作動角は、前記第２の状態における作動角よりも小さく設定される、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1,
The control unit can change the operating angle of the intake valve,
The internal combustion engine, wherein the operation angle in the predetermined period is set smaller than the operation angle in the second state. 請求項６記載の内燃機関であって、
前記所定期間における作動角は、前記変更期間内の圧縮比の低下に伴って次第に増大するように設定される、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 6, wherein
An internal combustion engine, wherein the operating angle in the predetermined period is set to gradually increase as the compression ratio decreases in the change period.

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