JP2005030253A - 可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変圧縮比機構付き内燃機関で、始動性を確保しつつ始動直後の機関回転速度のオーバーシュートを抑制できるようにした。
【解決手段】機関回転速度、アクセル開度、機関水温を順次読込み（Ｓ１〜Ｓ３）、始動（クランキング）時に設定した高い目標圧縮比を（Ｓ４，Ｓ５）、始動完了（完爆）後は低下補正するようにした（Ｓ６，Ｓ７）。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を可変制御する内燃機関において始動（クランキング）時から始動完了（完爆）後にかけて圧縮比を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮比を可変にできる内燃機関において、低負荷側を高圧縮比、高負荷側を低圧縮比とすることによって、燃料消費率を向上させつつノッキングを回避するようにしたものがある（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−２２９４３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に混合気は同一吸気量、同一空燃比の場合、圧縮比が高いほど着火性が高くなるため、始動時の圧縮比を高圧縮比とすれば、初爆を得るまでのクランキング時間が短縮し、始動性を向上できる。
【０００５】
したがって、例えば、アクセル開度が小さいほど目標圧縮比を高くなるように設定すれば、アクセル開度０の始動時に高圧縮比に制御でき良好な始動性を得られると共に、通常運転時はアクセル開度の小さい低負荷時に高圧縮比、アクセル開度の大きい高負荷時に低圧縮比とする上記特許文献１の特性を得て、燃料消費率を向上させつつノッキングを回避することができる。
【０００６】
しかしながら、上記の設定では始動完了直後は圧縮比が高く維持され、この場合、始動中の燃料噴射によって、吸気バルブやポート内に残留し壁流となった未吸入の燃料が、始動完了直後に生じる吸気流速の急激な上昇に引っぱられ、シリンダー内へ急激に吸入されることによって、一時的に機関回転速度が大きくオーバーシュートしてしまうこととなる。
【０００７】
このように大きなオーバーシュートの発生は、不快感を与え燃費を悪化させるだけでなく冷機始動時には未燃ＨＣ排出量を増大させ、また潤滑油供給不足状態で高回転することにより機関摺動部が摩耗するなど多くの問題を生じるので、できるだけ回避する必要がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、始動時から始動完了後にかけての圧縮比を適切に制御することによって、良好な始動を確保しつつ始動完了後のオーバーシュートを抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、機関の始動時と始動完了とを検出し、始動時の目標圧縮比に対して始動完了後の目標圧縮比を減少補正して設定し、前記可変動弁機構により圧縮比を前記目標圧縮比に制御する構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、始動時に高圧縮比としてクランキング時間を短縮して速やかに始動させ、始動完了後は圧縮比を減少させることによってオーバーシュートを抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態における可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図である。
【００１２】
内燃機関１の吸気通路５５のコンプレッサ５３上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２が配置され、コンプレッサ５３の下流に介装されるインタークーラ３の下流側に、過給圧を検出する吸気圧センサ４が配置されている。
【００１３】
また、機関１のクランク角を検出するクランク角センサ５と、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ６と、冷却水温を検出する水温センサ７と、ノッキングを検出するノッキングセンサ８と、スロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１０と、インタークーラ３出口部で吸気温を検出する吸気温センサ６０、機関１を始動（クランキング）するスタータをＯＮ，ＯＦＦするスタータスイッチ６１と、を備えており、これらのセンサ類の検出信号及びバッテリ電圧ＶＢの信号が、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１１に入力される。
【００１４】
前記内燃機関１は、過給機としてターボ過給機５１を備えている。
このターボ過給機５１は、排気通路５４に位置するタービン５２と吸気通路５５に位置するコンプレッサ５３とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン５２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁５６を備えている。
【００１５】
機関１の吸気ポート部には、各気筒毎に燃料噴射弁１６が設けられ、該燃料噴射弁１６から噴射される燃料によって、燃焼室内に混合気が形成される。
前記燃焼室内に形成された混合気は、点火栓１７による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、前記タービン５２に回転エネルギーを与えた後、触媒１９で浄化され、マフラー２０を介して排気中に放出される。
【００１６】
また、本実施形態の内燃機関１には、図２に示す構成の可変圧縮比機構１００が備えられている。
機関１のクランク軸３１は、複数のジャーナル部３２とクランクピン部３３とカウンタウエィト部３１ａとを備えており、図示せぬシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部３２が回転自在に支持されている。
【００１７】
上記クランクピン部３３は、ジャーナル部３２から所定量偏心しており、ここにロアーリンク３４が回転自在に連結されている。
上記ロアーリンク３４は、略中央の連結孔に上記クランクピン部３３が嵌合している。
【００１８】
アッパーリンク３５は、下端側が連結ピン３６によりロアーリンク３４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン３７によりピストン３８に回動可能に連結されている。
【００１９】
上記ピストン３８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ３９内を往復動する。
制御リンク４０は、上端側が連結ピン４１によりロアーリンク３４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸４２を介して機関本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。
【００２０】
詳しくは、制御軸４２は、小径部４２ｂを中心として回転するように機関本体に支持されており、この小径部４２ｂに対し偏心している大径部４２ａに、上記制御リンク４０下端部が回転可能に嵌合している。
【００２１】
上記のような可変圧縮比機構１００においては、上記制御軸４２がアクチュエータ４３によって回動されると、小径部４２ｂに対して偏心している大径部４２ａの軸中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。
【００２２】
これにより、制御リンク４０の下端の揺動支持位置が変化する。
そして、上記制御リンク４０の揺動支持位置が変化すると、ピストン３８の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン３８の位置が高くなったり低くなったりする。
【００２３】
これにより、機関圧縮比を吸気行程中においても変えることが可能となる。
かかる構成の内燃機関において、前記エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１１は、各種機関制御（燃料噴射制御、点火制御等）と共に、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御を以下のように実行する。
【００２４】
図３は、第１の実施形態における圧縮比制御のフローを示す。このフローは、スタータスイッチのＯＮ動作により開始される（他のフローも同様）。
図３において、ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、回転速度センサ６２によって検出される機関回転速度ｒＮｅ１を読み込む。
【００２５】
ステップ２では、アクセル開度センサ６１によって検出されるアクセル開度ｒＡＰＯ１を読み込む。
ステップ３では、水温センサ６５によって検出される機関水温ｒＴｗ１を読み込む。
【００２６】
ステップ４では、始動完了（完爆）したかを、スタータスイッチ６１がＯＦＦ操作されたかによって判定する。
ステップ４でスタータスイッチ６１がＯＮ（始動）のままと判定されたときは、ステップ５へ進んで、機関回転速度ｒＮｅ１とアクセル開度ｒＡＰＯ１に基づいて、図４の基本目標圧縮比設定マップを参照し、該参照した基本目標圧縮比ｔε０を始動時の目標圧縮比ｔεとして設定する。この基本目標圧縮比ｔε０は、アクセル開度ｒＡＰＯ１が大きくなるほど低圧縮比に設定され、したがって、アクセルペダルを踏み込まないアクセル開度ｒＡＰＯ１が０の状態で操作される始動時は、最も高圧縮比に設定される。
【００２７】
これにより、前記可変圧縮比機構が駆動されて、高圧縮比ｔεに制御されることにより、圧縮圧力が増大して着火性が良化するので、初爆して始動するまでのクランキング時間が短縮し、始動性が向上する。
【００２８】
次いで、ステップ４でスタータスイッチ６１がＯＦＦ操作されて始動完了（完爆）と判定されたときはステップ６へ進み、始動完了後所定時間が経過したかを判定する。
【００２９】
所定時間経過前と判定されたときは、ステップ７へ進んで、前記始動時に高圧縮比に設定された目標圧縮比ｔεを低下させる補正を行う。具体的には、このフローの周期毎に所定値♯ＤＬＴＤＥＣずつ漸減させていく。
【００３０】
このようにすれば、図５に示すように始動完了（完爆）後は、圧縮比を低下させることにより、図６に示すように、機関発生トルクが減少するので、機関回転速度のオーバーシュートを抑制できる。
【００３１】
このようにして、始動完了直後のオーバーシュートを抑制しつつ、ステップ６で所定時間の経過が判定されると、ステップ８へ進み、アクセル操作による通常運転に移行するので、該通常運転に応じた圧縮比制御に切り換える。
【００３２】
すなわち、ステップ８では、機関回転速度ｒＮｅ１とアクセル開度ｒＡＰＯ１に基づいて、前記図４の基本目標圧縮比設定マップを参照して基本目標圧縮比ｔε０を設定する。
【００３３】
ステップ９では、機関水温ｒＴｗ１に基づいて図７に示したテーブルにより圧縮比の水温補正係数ｈｏｓ−Ｔｗε１を算出し、ステップ１０で前記基本目標圧縮比ｔε０に水温補正係数ｈｏｓ−Ｔｗε１を乗算して、最終的な目標圧縮比ｔεを設定する。ここで、前記水温補正係数ｈｏｓ−Ｔｗε１は、機関水温ｒＴｗ１が低いときほど大きい値（＞１．０）に設定されている。すなわち、低水温時はノッキングが発生しにくくなるので、目標圧縮比を通常より高めに設定することにより、機関出力ひいては燃費を向上できる。
【００３４】
図８は、第２の実施形態における圧縮比制御のフローを示す。
第１の実施形態と相違するのは、ステップ６で、始動完了後で所定時間経過前と判定されたとき、ステップ１１で機関回転速度ｒＮｅ１が所定回転速度（例えばアイドル時の目標回転速度）Ｎ０以上になったかを判定し、所定回転速度Ｎ０未満のときは、前記所定時間経過前でも始動時の目標圧縮比を低下する補正を行うことなくステップ５に進み、始動時の高圧縮比を維持し、所定回転速度Ｎ０以上となってから、ステップ７へ進んで目標圧縮比の低下補正を行うことである。
【００３５】
もともと始動直後は燃焼が不安定（特に冷機時）であるので、圧縮比の低下補正を早くしすぎると失火サイクルなどが発生し、その頻度が高まり、最悪の場合エンストに至る可能性があるが、本実施形態では、完爆判定した上で、さらに実際の機関回転速度が所定値以上に上昇し、充分安定したことが確認できてから、目標圧縮比を低下補正するようにしたので、このような事態を回避でき、機関安定性を確保しつつオーバーシュートを抑制することができる（図９参照）。
【００３６】
図１０は、第３の実施形態における圧縮比制御のフローを示す。
本実施形態では、前記第２の実施形態と同様ステップ１１で機関回転速度ｒＮｅ１が所定回転速度（例えばアイドル時の目標回転速度）Ｎ０以上になったかを判定した後、さらに、ステップ１２で機関回転速度ｒＮｅ１の増加率が所定値θ１以上であるかを判定し、回転速度増加率が所定値ΔＮ０未満のときはまだ始動時の目標圧縮比を低下する補正を行うことなく始動時の高圧縮比を維持し、回転速度増加率ΔＮｅが所定値θ１以上となってから、初めてステップ７へ進んで目標圧縮比の低下補正を行うようにしたものである。
【００３７】
このようにすれば、完爆が判定され、実機関回転速度が所定値以上となって、燃焼が安定したことが確認された場合であっても、さらに実際の機関回転速度の増加率を見て圧縮比低下補正の有無を判断するので、実際に機関回転速度が急激に増大してオーバーシュートを発生するような状態で圧縮比を低下させてオーバーシュートを抑制する一方、機関回転速度の増加が既に穏やかになっている場合は、圧縮比の低下補正を停止することで機関回転速度を速やかに目標値（例えばアイドル目標回転速度）に収束させることができ、安定性をより高めることができる（図１１参照）。
【００３８】
また、簡易的には、ステップ１１での機関回転速度ｒＮｅ１が所定値Ｎ０以上であるかの判定を省略し、ステップ１２の回転速度増加率ΔＮｅが所定値θ１以上であるかを判定するのみでもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、目標圧縮比低下補正の開始時期を機関回転速度増加率ΔＮｅで判定する構成としたが、開始時期判定の代わりもしくは該判定と併用して、ステップ７での目標圧縮比低下の補正量を、図１２に示すように、機関回転速度増加率ΔＮｅに基づいて設定する構成とすることもできる。具体的には、機関回転速度増加率ΔＮｅが大きくなるほど、１回あたりの圧縮比の低下補正量を大きくする。
【００４０】
このようにすれば、機関回転速度の増加率ΔＮｅに応じた目標圧縮比に低下補正することができるので、機関回転が急上昇しているようなときには、圧縮比低下補正量を大きくすることで、オーバーシュートの発生を素早く押さえ込んだり、また機関回転の変化が既に穏やかになっている場合は、圧縮比の低下補正量を減少させて、機関回転速度をより速やかに目標値に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図。
【図２】可変圧縮比機構の機構図。
【図３】第１の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図４】機関運転状態に基づいて設定される目標圧縮比の特性を示す線図。
【図５】第１実施形態の圧縮比制御の様子を示すタイムチャート。
【図６】圧縮比と発生トルクの関係を示す線図。
【図７】始動完了後の圧縮比の機関水温に対する補正係数の特性を示す線図。
【図８】第２の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図９】第１実施形態の圧縮比制御の様子を示すタイムチャート。
【図１０】第２の実施形態の制御の様子を示す図。
【図１１】第２の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図１２】第３の実施形態における機関回転速度増加率と目標圧縮比低下補正量の関係を示す線図。
【符号の説明】
１…内燃機関
５…クランク角センサ
１０…スロットル開度センサ
１１…エンジンコントロールモジュール
１６…燃料噴射弁
３４…ロアーリンク
３５…アッパーリンク
４０…制御リンク
４２…制御軸
４３…アクチュエータ
６１…スタータスイッチ
１００…可変圧縮比機構

Claims (5)

1. 圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
   機関の始動時と始動完了とを検出し、始動時の目標圧縮比に対して始動完了後の目標圧縮比を減少補正して設定し、前記可変動弁機構により圧縮比を前記目標圧縮比に制御することを特徴とする可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
2. 機関の始動完了をスタータスイッチのＯＦＦ操作によって検出することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
3. 機関始動完了後の目標圧縮比の補正を、機関回転速度を含むパラメータに基づいて設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
4. 機関始動完了後の目標圧縮比の補正を、機関回転速度の変化量を含むパラメータに基づいて設定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。
5. 前記圧縮比可変機構は、
   一端がピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、
   前記アッパリンクの他端が第１連結ピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、
   このロアリンクに第２連結ピンを介して一端が連結されるとともに、他端が機関本体に対して揺動可能に支持されるコントロールリンクと、
   圧縮比の変更時に、前記コントロールリンクの他端の位置を機関本体に対して変位させる支持位置可変手段と、
   を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の制御装置。

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