JP4155069B2 - Control at the start of operation in an internal combustion engine with variable compression ratio - Google Patents

Control at the start of operation in an internal combustion engine with variable compression ratio Download PDF

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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（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、内燃機関では、大気に排出される排気ガス中の有害成分を低減することが要求されている。排気ガス中の有害成分は、内燃機関の運転開始時においても少ないことが望ましい。特許文献１では、メタノールとガソリンとの混合燃料を使用する内燃機関において、冷却水温度に基づいて、クランキング時の圧縮比を、通常運転実行時の圧縮比よりも高い値に設定することによって、クランキング時の燃焼性を改善する技術が開示されている。また、特許文献２では、冷間始動時において、触媒が活性温度に達しているときに高圧縮比に設定し、達していないときに低圧縮比に保持することによって、早期に触媒を活性化させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１６４５３８号公報
【特許文献２】
特開平２−１６３４２９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、内燃機関の運転開始から触媒が活性化するまでの期間における有害成分の低減について、充分に考慮されていなかった。
【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、圧縮比を変更可能な内燃機関における運転開始から触媒が活性化するまでの期間における有害成分の排出を低減させ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、本発明の一形態による内燃機関は、
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、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間は前記圧縮比変更部の圧縮比を同一運転条件で暖機期間で無い場合よりも高めることを特徴とする。
この内燃機関では、浄化装置の暖機期間の圧縮比が高いので、燃焼室内のガス温度を上昇させて未燃炭化水素化合物の排出量を低減することができる。
【０００８】
本発明の他の形態による内燃機関は、
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、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記圧縮比変更部の圧縮比を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間中において前記内燃機関の要求トルクが所定値以上の場合には前記所定値未満の場合よりも前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させることを特徴とする。
この内燃機関では、浄化装置の暖機期間中に内燃機関の要求トルクが所定値以上となると、圧縮比が低下するため、浄化装置の暖機期間中における炭化水素化合物や窒素酸化物の排出量を低減させることが可能となる。すなわち、圧縮比が低い場合には、内燃機関の熱効率が低いため、排気ガス温度が高い。このため炭化水素化合物の排出量を、後燃え反応によって低減させることができる。また、圧縮比が低い場合には、燃焼温度が低いため、窒素酸化物の排出量を低減させることができる。さらに、この装置では、上記のように、排気ガス温度が高められているため、浄化装置の暖機期間の終了を早めることができる。
【０００９】
上記の内燃機関において、前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間終了後の通常運転中において、前記内燃機関の要求トルクが前記所定値以上となっても第２の所定値未満の場合には前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させず、前記内燃機関の要求トルクが前記第２の所定値以上となる場合に前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させることが好ましい。
【００１０】
本発明の更に他の形態による内燃機関は、
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、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記圧縮比変更部の圧縮比を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間は前記圧縮比変更部の圧縮比を同一運転条件で暖機期間で無い場合よりも高めることを特徴とする。
この内燃機関では、浄化装置の暖機期間の圧縮比が高いので、燃焼室内のガス温度を上昇させて未燃炭化水素化合物の排出量を低減することができる。
【００１１】
本発明の他の形態による内燃機関は、
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、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記圧縮比変更部の圧縮比を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間中において前記燃焼室内の圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達した後に前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させることを特徴とする。
この内燃機関では、圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達すると、圧縮比が低下すため、排気ガス温度を高めることができ、この結果、浄化装置の暖機期間の終了を早めることができる。
【００１２】
なお、制御部は、所定の検出値に基づいて、燃焼室内の圧縮時のガス温度を推定することが好ましい。また、これに代えて、制御部は、燃焼室内の圧縮時のガス温度を直接測定するようにしてもよい。
【００１３】
本発明の他の形態による内燃機関は、
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、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部と前記燃料噴射部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記圧縮比変更部は、複数の圧縮比を実現可能であり、
前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間内の少なくとも一部の期間に、前記圧縮比変更部の圧縮比を前記複数の圧縮比のうちの最大値と最小値の中間値以上の値に設定すると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を圧縮行程で噴射させる第１の処理を実行することを特徴とする。
【００１４】
前記制御部は、前記第１の処理を実行することによって前記燃焼室内のガス温度を上昇させて未燃炭化水素化合物の排出量を低減するようにしてもよい。
【００１５】
この装置では、圧縮比が中間値以上の高い値に設定されると共に、圧縮行程で燃料が噴射される。このため、燃料噴射時には、燃焼室内の圧力が高く、燃焼室内のガス温度も高い。これにより、燃焼室内に直接噴射された燃料の霧化を促進させることができ、この結果、浄化装置の暖機期間中における炭化水素化合物や粒子状物質の排出量を低減させることが可能となる。
【００１６】
前記制御部は、
前記第１の処理を実行した後の前記浄化装置の暖機期間内に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を低下させると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を吸入行程で噴射させる第２の処理を実行するようにしてもよい。
【００１７】
こうすれば、排気ガス温度を上昇させることができるため、浄化装置の暖機期間の終了を早めることができる。
【００１８】
前記制御部は、前記内燃機関の始動期間において、前記圧縮比変更部の圧縮比を前記高められた圧縮比に設定することが好ましい。
【００１９】
ここで、内燃機関の始動期間とは、クランキング期間と、クランキング期間と浄化装置の暖機期間との間の移行期間と、を含む期間を意味している。
【００２０】
こうすれば、移行期間における燃焼性を向上させることができるため、燃焼室に供給される燃料を比較的少なく設定することができ、この結果、炭化水素化合物の排出量を低減させることができる。
【００２１】
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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、ピストン４１が設けられており、クランクケース内には、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。
【００２５】
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、圧縮比は低くなる。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、圧縮比は高くなる。
【００２６】
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、動弁機構（カム機構）２５，２６によって駆動される。
【００２７】
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（ポート噴射）。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。排気管５８には、排気ガスを浄化するための三元触媒を含む浄化装置７０が設けられている。浄化装置７０は、エンジンの運転開始時の排気ガスを早期に浄化可能とするために、排気ポート２４に比較的近い位置に設けられている。
【００２８】
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、浄化装置７０に設けられた温度センサ７１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、燃料噴射弁５５、点火プラグ２７などを制御する。
【００２９】
なお、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と吸気圧センサ５６と温度センサ７１とが本発明における制御部に相当する。
【００３０】
Ａ−２．エンジンの制御：
図２は、通常の運転が実行される場合の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。
【００３１】
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、エンジン回転数と要求トルクとを検出する。なお、エンジン回転数は、クランク角センサ６１の検出結果に基づいて決定され、要求トルクは、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。
【００３２】
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。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、検出された運転条件（エンジン回転数および要求トルク）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目標圧縮比に設定する。
【００３３】
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、本実施例では、要求トルクが比較的小さい条件では、目標圧縮比は比較的高い値に設定される。また、要求トルクが比較的大きい条件では、目標圧縮比は比較的低い値に設定される。
【００３４】
ステップＳ１０２ｂ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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
ステップＳ１０２ｃ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。
【００３７】
Ａ−３．運転開始時の圧縮比制御：
ところで、エンジンが通常の運転を実行する場合には、浄化装置７０は、排気ガス中の有害成分（炭化水素化合物（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）など）を効率よく浄化することができる。しかしながら、エンジンの運転開始時（すなわち、冷間始動時）には、排気ガス中の有害成分を浄化するのが困難となる。これは、浄化装置７０の暖機には、換言すれば、浄化装置に含まれる触媒が活性温度に到達するまでには、ある程度時間が掛かるためである。なお、触媒の活性温度とは、触媒が酸化還元反応の促進能力を発揮することができる温度を意味している。そこで、本実施例では、運転開始時における圧縮比の設定を工夫することによって、運転開始時のＨＣ排出量およびＮＯｘ排出量を低減させている。
【００３８】
図４は、運転開始時の圧縮比の制御手順を示すフローチャートである。なお、この処理は、内燃機関が冷間始動する場合に、換言すれば、触媒が活性温度に到達していない場合に実行される。ユーザがイグニションスイッチをスタート位置に設定することによってクランキングが開始されると、ステップＳ２０１において、まず、圧縮比が高圧縮比に設定される。具体的には、前回の運転終了時の圧縮比が高圧縮比である場合には、そのままの圧縮比で保たれ、前回の運転終了時の圧縮比が低圧縮比である場合には、高圧縮比に変更される。
【００３９】
ステップＳ２０２では、クランキング期間終了後の浄化装置７０の暖機期間において、要求トルクが所定値以上であるか否かが判断される。なお、要求トルクは、前述のように、アクセル開度センサ６２の検出結果を用いて決定される。また、上記の所定値は、車両の走行開始を検出することができるような比較的小さな値に設定されている。
【００４０】
要求トルクが所定値以上であると判断されると、ステップＳ２０３において、圧縮比が低圧縮比に変更される。一方、要求トルクが所定値未満であると判断されると、ステップＳ２０４において、圧縮比は高圧縮比のまま保たれる。
【００４１】
ステップＳ２０５では、浄化装置７０の暖機が終了したか否か、換言すれば、触媒が活性温度に到達したか否かが判断される。本実施例では、触媒温度は、浄化装置７０に設けられた温度センサ７１の検出結果を用いて決定される。しかしながら、触媒温度は、運転開始から現在までの運転状態に基づいて推定されるようにしてもよい。具体的には、運転開始からの累積吸入空気量に応じた触媒温度を示すマップをＲＯＭ内に予め準備しておき、このマップを用いて、触媒温度を推定すればよい。なお、累積吸入空気量は、運転開始から現在までの吸気圧センサ５６の検出結果を用いて求められる。このように、触媒温度を推定すれば、温度センサを省略することができるという利点がある。
【００４２】
浄化装置の暖機が終了したと判断されると、ステップＳ２０６では、図３のマップに基づいて、現行の運転条件に応じた圧縮比に設定される。一方、浄化装置の暖機が終了していないと判断されると、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５の処理が繰り返し実行される。
【００４３】
なお、本実施例では、浄化装置の暖機が終了する前に、要求トルクが所定値未満となった場合（例えば、車両の走行が中止された場合）には、圧縮比は低圧縮比から高圧縮比へ変更されるが、これに代えて、変更されないようにしてもよい。すなわち、浄化装置の暖機が終了する前の要求トルクの変動の有無に関わらず、浄化装置の暖機が終了するまで、低圧縮比のまま保たれるようにしてもよい。
【００４４】
図５は、運転開始時の制御内容を示す説明図である。なお、図５では、比較例が破線で示されている。比較例は、圧縮比が一定値で変更不能な場合を示しており、該圧縮比は、本実施例における高圧縮比と低圧縮比との中間値よりも高い値に設定されている。
【００４５】
運転開始直後の期間Ｔ１１では、圧縮比は、まず、高圧縮比に設定される（ステップＳ２０１）。具体的には、クランキング期間Ｔｃと、移行期間Ｔｔと、浄化装置の暖機期間Ｔｗの前半期間と、において、高圧縮比に設定される。
【００４６】
図５では、触媒装置の暖機期間（以下、単に「暖機期間」とも呼ぶ）Ｔｗ中に、要求トルク（アクセル開度）が増大している。そして、要求トルクの増大に伴って、エンジン回転数と車速とが増大している。すなわち、図５では、暖機期間Ｔｗ中に、車両の走行が開始されている。なお、図中、エンジン回転数が鋸歯状に変化するのは、エンジンに連結された図示しない変速機のギヤ比が変更されるためである。
【００４７】
車両の走行開始に伴って要求トルク（アクセル開度）が所定値以上となると、その後の期間Ｔ１２では、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に変更される（ステップＳ２０３）。
【００４８】
低圧縮比における熱効率、すなわち、燃焼のエネルギが仕事に変換される効率は、高圧縮比における熱効率よりも低い。換言すれば、低圧縮比では、燃焼のエネルギは、熱に変換され易い。また、低圧縮比では、燃焼速度が低下し、燃焼期間が長くなるため、排気弁２２が開く直前まで燃焼が継続される。このため、図５では、高圧縮比から低圧縮比に変更されると、燃焼室から排出された直後の排気ガス温度（すなわち、触媒の上流側における排気ガス温度）は、比較例の排気ガス温度よりも高くなる。この結果、触媒温度は、比較例よりも早期に活性温度に到達する。
【００４９】
触媒温度が活性温度に到達すると、換言すれば、浄化装置７０の暖機が終了すると、期間Ｔ１３では、現行の運転条件（要求トルクおよびエンジン回転数）に応じた圧縮比に設定される（ステップＳ２０６）。図５では、浄化装置の暖機が終了したときの要求トルクおよびエンジン回転数はあまり高くないため、図３のマップに基づいて、圧縮比は高圧縮比に変更されている。
【００５０】
ところで、暖機期間Ｔｗ中には、要求トルクが所定値（第１の所定値）以上となると、高圧縮比から低圧縮比に変更されている。また、暖機期間終了後に通常の運転が実行される場合にも、要求トルクが所定値（第２の所定値）以上となると、高圧縮比から低圧縮比に変更される。ただし、暖機期間中において用いられる第１の所定値は、通常運転実行中において用いられる第２の所定値よりも小さく設定されている。このため、通常運転実行中には、要求トルクが比較的小さな第１の所定値以上となっても、高圧縮比から低圧縮比に変更されず、要求トルクが比較的大きな第２の所定値以上となったときに、高圧縮比から低圧縮比に変更される。すなわち、暖機期間Ｔｗ中に車両の走行が開始される場合（要求トルクが比較的小さな第１の所定値以上である場合）には、要求トルクがあまり高くないにも関わらず、強制的に低圧縮比に変更される。
【００５１】
触媒の上流側における排気ガス中のＨＣ量（ＨＣ排出量）は、期間Ｔ１１，Ｔ１２において、比較例よりも少なくなっている。これは、高圧縮比に設定される期間Ｔ１１では、燃焼性を向上させることができ、この結果、燃料供給量を少なく設定することができるためである。また、低圧縮比に設定される期間Ｔ１２では、排気ガス温度を高めることができ、この結果、排気ガス中のＨＣの後燃え反応を促すことができるためである。なお、触媒の下流側におけるＨＣ排出量は、期間Ｔ１１，Ｔ１２において、触媒の上流側のＨＣ排出量と同様に、減少している。
【００５２】
また、触媒の上流側および下流側におけるＮＯｘ排出量は、期間Ｔ１２において、比較例よりも少なくなっている。これは、低圧縮比に設定される期間Ｔ１２では、燃焼温度を低くすることができるためである。なお、期間Ｔ１１では、触媒の上流側および下流側におけるＮＯｘ排出量は、比較例とほぼ同じであり、少ない。これは、運転開始直後の燃焼温度がかなり低いためである。
【００５３】
具体的には、期間Ｔ１１，Ｔ１２におけるＨＣ排出量および期間Ｔ１２におけるＮＯｘ排出量は、以下の現象に起因して減少している。すなわち、燃焼室内のガス温度（以下、単に「筒内ガス温度」とも呼ぶ）が比較的低い場合には、燃料が充分に霧化（および気化）せず、燃焼室の壁面などに付着し易い。このため、筒内ガス温度が比較的低い場合には、通常、燃料供給量は比較的多く設定される。また、筒内ガス温度が比較的低い場合には、一部の燃料は、空気と充分に混合されて可燃混合気を形成するが、他の燃料は、空気と充分に混合されず凝集する。凝集した燃料は、酸素不足のため、完全燃焼しない。このとき、ＨＣが多く排出される。しかしながら、本実施例のように、筒内ガス温度が比較的低い期間Ｔ１１において圧縮比を高圧縮比に設定すれば、筒内ガス温度が比較的高くなるため、燃料が霧化（および気化）し易くなる。このため、期間Ｔ１１では、燃料供給量を比較的少なく設定することができると共に、可燃混合気を効率よく形成させることができ、この結果、ＨＣ排出量を低減させることが可能となる。なお、燃焼室にスキッシュエリアが設けられている場合には、期間Ｔ１１で高圧縮比に設定することによって、スキッシュ流を増大させて混合気の燃焼を促進させることができ、この結果、ＨＣ排出量をさらに低減させることができる。
【００５４】
また、要求トルクが増大すると、筒内ガス温度が高くなり易い。このため、仮に、要求トルクが増大したときに高圧縮比のまま維持されると、ＮＯｘ排出量が増大する。しかしながら、本実施例のように、要求トルクが増大した後の期間Ｔ１２において圧縮比を低圧縮比に設定すれば、筒内ガス温度が低下するため、ＮＯｘ排出量を低減させることができる。
【００５５】
さらに、期間Ｔ１２において圧縮比を低圧縮比に設定することによって、排気ガス中のＨＣは、高温の排気ガスに曝される。このとき、ＨＣの後燃え反応が促進され、ＨＣ排出量を抑制することができる。
【００５６】
触媒温度が活性温度以上となると、排気ガス中のＨＣ，ＮＯｘは、触媒によって無害なガスに変換される。このため、暖機期間Ｔｗ終了後の期間Ｔ１３では、触媒の下流側におけるＨＣ排出量およびＮＯｘ排出量が、急激に減少している。
【００５７】
なお、図５では、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量とに注目して説明したが、実際には、一酸化炭素（ＣＯ）や粒子状物質（ＰＭ）なども排出される。しかしながら、本実施例では、ＣＯ排出量およびＰＭ排出量も、ＨＣ排出量と同様に低減させることができる。すなわち、ＣＯ排出量およびＰＭ排出量は、期間Ｔ１１では、燃料の霧化（および気化）を促進させることによって低減し、期間Ｔ１２では、後燃え反応を促進させることによって低減する。
【００５８】
また、図５では、暖機期間Ｔｗ中に、要求トルク（アクセル開度）が所定値以上となっているため、高圧縮比から低圧縮比へ変更されているが、要求トルクが所定値以上にならない場合には、高圧縮比のまま保たれる。
【００５９】
一般には、浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、浄化装置の暖機期間中に、エンジンの要求負荷（要求トルク）が所定値以上となる場合に、圧縮比を比較的低い状態に変更すればよい。
【００６０】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例におけるガソリンエンジン１００Ｂの概略構成を示す説明図である。図６は、図１とほぼ同じであるが、燃料噴射弁が変更されている。具体的には、図１では、吸気通路を形成する吸気ポート２３内に燃料を噴射する燃料噴射弁５５が用いられている（ポート噴射）が、図６では、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５７が用いられている（筒内噴射）。
【００６１】
ところで、燃料が燃焼室内に直接噴射される場合には、エンジンの運転開始時において、炭化水素化合物（ＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ）が発生し易い。そこで、本実施例では、運転開始時における圧縮比の設定を工夫することによって、運転開始時のＨＣ排出量およびＰＭ排出量を低減させている。
【００６２】
図７は、第２実施例における運転開始時の制御内容を示す説明図である。なお、図７においても、図５と同様に、比較例が破線で示されている。
【００６３】
運転開始直後の期間Ｔ２１では、圧縮比は高圧縮比に設定される。具体的には、クランキング期間Ｔｃと、移行期間Ｔｔと、暖機期間Ｔｗの前半期間と、において、高圧縮比に設定される。
【００６４】
このように、運転開始直後の期間Ｔ２１の圧縮比を高圧縮比に設定すれば、燃焼室内の圧縮時のガス温度、より具体的には、圧縮端温度を高めることができるため、燃焼室内に直接噴射された燃料の霧化（および気化）を促進することができる。これにより、触媒の上流側におけるＨＣ排出量およびＰＭ排出量を低減させることが可能となる。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している。
【００６５】
圧縮端温度が所定の目標値以上となると、その後の期間Ｔ２２では、圧縮比が低圧縮比に変更される。本実施例では、圧縮端温度は、運転開始から現在までの運転状態に基づいて推定され、該推定値が所定の目標値以上であるか否かが判断される。具体的には、運転開始からの累積吸入空気量に応じた圧縮端温度を示すマップをＲＯＭ内に予め準備しておき、このマップを用いて、圧縮端温度が推定される。なお、累積吸入空気量は、運転開始から現在までの吸気圧センサ５６の検出結果を用いて求められる。
【００６６】
このように、期間Ｔ２２において、圧縮比を低圧縮比に変更することによって、第１実施例で説明したように、排気ガス温度を高めることができ、この結果、触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００６７】
なお、圧縮端温度が所定の目標値以上となった後に、仮に、高圧縮比のまま維持されると、燃焼温度が高くなってＮＯｘ排出量が増大してしまう。しかしながら、本実施例のように、圧縮端温度が所定の目標値以上となった後の期間Ｔ２２において圧縮比を低圧縮比に設定すれば、圧縮端温度を低くすることができるため、換言すれば、燃焼温度を低くすることができるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００６８】
また、期間Ｔ２２において圧縮比を低圧縮比に設定することによって、排気ガス中のＨＣ，ＰＭは、高温の排気ガスに曝される。このとき、ＨＣ，ＰＭの後燃え反応が促進され、ＨＣ，ＰＭの排出量を抑制することができる。
【００６９】
触媒温度が活性温度に到達すると、換言すれば、浄化装置７０の暖機が終了すると、期間Ｔ２３では、現行の運転条件に応じた圧縮比（図７では、高圧縮比）に設定される。なお、触媒温度は、第１実施例で説明したように、温度センサ７１の検出結果を用いて決定されてもよいし、マップを用いて推定されてもよい。
【００７０】
なお、図７では、ＨＣ排出量とＰＭ排出量とに注目して説明したが、実際には、ＣＯも排出される。しかしながら、本実施例では、ＣＯ排出量も、ＨＣ排出量と同様に低減させることができる。
【００７１】
また、本実施例では、燃焼室内の圧縮時のガス温度として、圧縮端温度が推定されているが、吸気弁が閉じたときのガス温度などが推定されていてもよい。あるいは、燃焼室内の圧縮時のガス温度に関連する物理量が推定されるようにしてもよい。該物理量としては、例えば、燃焼室内のガスが最も圧縮されるときの圧力（圧縮端圧力）を用いることができる。さらに、本実施例では、燃焼室内の圧縮時のガス温度は、検出された吸入空気量の累積値に基づいて推定されているが、これに代えて、燃焼室に温度センサを設けて、圧縮時のガス温度を直接測定するようにしてもよい。ただし、本実施例のように、圧縮時のガス温度を推定すれば、燃焼室に温度センサを設ける必要がないため、比較的容易に圧縮時のガス温度を知ることができるという利点がある。
【００７２】
一般には、浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、浄化装置の暖機期間中に、燃焼室内の圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達した後に、圧縮比を比較的低い状態に変更すればよい。
【００７３】
Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例における運転開始時の制御内容を示す説明図である。なお、図８においても、図５と同様に、比較例が破線で示されている。また、本実施例では、第２実施例と同じエンジン、すなわち、図６の筒内噴射型のエンジンが用いられている。
【００７４】
本実施例では、運転開始直後の期間Ｔ３１では、圧縮比は低圧縮比に設定されている。具体的には、クランキング期間Ｔｃと、移行期間Ｔｔと、において、低圧縮比に設定されている。また、期間Ｔ３１では、燃料噴射時期は、吸入行程に設定されている。
【００７５】
暖機期間Ｔｗの前半期間Ｔ３２では、圧縮比が高圧縮比に変更されると共に、燃料噴射時期が圧縮行程に変更される。また、本実施例では、期間Ｔ３２において、点火時期が遅角側に変更される。
【００７６】
このように、期間Ｔ３２において、高圧縮比に設定すると共に、圧縮行程で燃料噴射を実行すれば、燃料噴射時における燃焼室内の圧力をかなり高くすることができ、この結果、燃焼室内のガス温度をかなり高くすることができる。これにより、噴射された燃料の霧化（および気化）を促進させることができ、この結果、ＨＣ排出量やＰＭ排出量を低減させることが可能となる。また、期間Ｔ３２において、点火時期を遅角側に変更すれば、熱効率が低くなるため、排気ガス温度を高めることができ、この結果、触媒の活性化を早めることができる。
【００７７】
燃料噴射時における燃焼室内のガス温度が所定の目標値以上となると、その後の期間Ｔ３３では、圧縮比が低圧縮比に変更されると共に、燃料噴射時期が吸気行程に変更される。本実施例では、燃料噴射時のガス温度は、運転開始から現在までの運転状態に基づいて推定され、該推定値が所定の目標値以上であるか否かが判断される。具体的には、運転開始からの累積吸入空気量に応じた燃料噴射時のガス温度を示すマップをＲＯＭ内に予め準備しておき、このマップを用いて、燃料噴射時のガス温度が推定される。なお、累積吸入空気量は、運転開始から現在までの吸気圧センサ５６の検出結果を用いて求められる。
【００７８】
このように、期間Ｔ３３において、圧縮比を低圧縮比に変更することによって、第１実施例で説明したように、排気ガス温度を高めることができ、この結果、触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００７９】
なお、第２実施例と同様に、燃焼室内のガス温度が所定の目標値以上となった後の期間Ｔ３３において圧縮比を低圧縮比に設定すれば、燃焼温度を低くすることができるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、期間Ｔ３３において圧縮比を低圧縮比に設定することによって、排気ガス中のＨＣ，ＰＭの後燃え反応を促進させ、ＨＣ，ＰＭの排出量を抑制することができる。
【００８０】
触媒温度が活性温度に到達すると、換言すれば、浄化装置７０の暖機が終了すると、期間Ｔ３４では、現行の運転条件に応じた圧縮比（図８では、高圧縮比）に設定される。なお、触媒温度は、第１実施例で説明したように、温度センサ７１の検出結果を用いて決定されてもよいし、マップを用いて推定されてもよい。
【００８１】
なお、図８では、ＨＣ排出量とＰＭ排出量とに注目して説明したが、実際には、ＣＯも排出される。しかしながら、本実施例では、ＣＯ排出量も、ＨＣ排出量と同様に低減させることができる。
【００８２】
また、図８では、期間Ｔ３３において、圧縮比が低圧縮比に変更されているが、浄化装置の暖機が終了するまで、期間Ｔ３２と同様に、圧縮比を高圧縮比に保つと共に、圧縮行程での燃料噴射を継続するようにしてもよい。
【００８３】
さらに、図８では、期間Ｔ３２の終期は、燃料噴射時のガス温度の推定値を用いて決定されているが、これに代えて、燃料噴射時のガス温度に関連する物理量の推定値を用いて決定されてもよい。該物理量としては、例えば、圧縮端温度や圧縮端圧力などを用いることができる。あるいは、期間Ｔ３２の時間を予め設定し、該時間が経過したときを、期間Ｔ３２の終期としてもよい。なお、該時間は、一定の値に設定されてもよいし、吸気温センサ（図示せず）によって検出される吸入空気の温度などに応じて変更されてもよい。
【００８４】
一般には、浄化装置の暖機期間内の少なくとも一部の期間に、圧縮比を設定可能な範囲内で比較的高い状態に設定すると共に、燃料を圧縮行程で噴射すればよい。
【００８５】
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。
【００８６】
（１）第１および第２実施例（図５，図７）では、クランキング期間Ｔｃおよび移行期間Ｔｔにおいて高圧縮比に設定されているが、これに代えて、低圧縮比に設定されるようにしてもよい。また、第３実施例（図８）では、クランキング期間Ｔｃおよび移行期間Ｔｔにおいて低圧縮比に設定されているが、これに代えて、高圧縮比に設定されるようにしてもよい。ただし、クランキング期間Ｔｃにおいて、低圧縮比に設定されていれば、クランキングトルクを低下させることができるという利点がある。一方、移行期間Ｔｔにおいて、高圧縮比に設定されていれば、燃焼性を向上させることができるため、燃焼室に供給される燃料を比較的少なく設定することができ、この結果、ＨＣ排出量を低減させることができるという利点がある。
【００８７】
また、図５，図７では、クランキング開始時に、既に、高圧縮比に設定されているが、これに代えて、クランキング開始後に、高圧縮比に設定されるようにしてもよい。一般には、クランキング期間と移行期間とを含む内燃機関の始動期間において、圧縮比を比較的高い状態に設定することが好ましい。
【００８８】
（２）上記実施例では、圧縮比は予め定められた２つの値（図３）のうちのいずれかに設定可能であるが、予め定められた３つ以上の値のうちのいずれかに設定可能であってもよい。また、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。
【００８９】
なお、圧縮比が複数の値のうちのいずれかに設定可能である場合には、以下のように圧縮比を設定することが好ましい。すなわち、圧縮比が比較的高い状態で運転が実行される場合には、筒内ガス温度が低い程、圧縮比の値を高く設定することが好ましい。こうすれば、筒内ガス温度が低い場合に、燃焼室の壁面に付着する燃料量が増大し、ＨＣ，ＣＯ，ＰＭ排出量が増大するのを抑制することができる。一方、圧縮比が比較的低い状態で運転が実行される場合には、筒内ガス温度が高く、かつ、要求トルクが高い程、圧縮比の値を低く設定することが好ましい。こうすれば、筒内ガス温度の上昇に起因するＮＯｘ排出量の増大を抑制することができる。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
（３）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。
【００９３】
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】 通常の運転が実行される場合の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】 運転開始時の圧縮比の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】 運転開始時の制御内容を示す説明図である。
【図６】 第２実施例におけるガソリンエンジン１００Ｂの概略構成を示す説明図である。
【図７】 第２実施例における運転開始時の制御内容を示す説明図である。
【図８】 第３実施例における運転開始時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
２５，２６…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
７０…浄化装置
７１…温度センサ
１００，１００Ｂ…エンジン[0001]
BACKGROUND 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 mechanisms capable of changing the compression ratio have been proposed. If the compression ratio is set high, power can be obtained efficiently, but knocking is likely to occur. For this reason, 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 hardly occurs, so the compression ratio is set high. 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]
By the way, an internal combustion engine is required to reduce harmful components in exhaust gas discharged to the atmosphere. It is desirable that there are few harmful components in the exhaust gas even at the start of operation of the internal combustion engine. In Patent Document 1, in an internal combustion engine using a mixed fuel of methanol and gasoline, the compression ratio at the time of cranking is set to a higher value than the compression ratio at the time of normal operation based on the coolant temperature. A technique for improving the flammability during cranking is disclosed. Further, in Patent Document 2, at the time of cold start, the catalyst is activated at an early stage by setting a high compression ratio when the catalyst reaches the activation temperature and maintaining the low compression ratio when the catalyst does not reach the activation temperature. Techniques for making them disclosed are disclosed.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-3-164538
[Patent Document 2]
JP-A-2-163429
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, the reduction of harmful components during the period from the start of operation of the internal combustion engine to the activation of the catalyst has not been sufficiently considered.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and reduces the emission of harmful components during the period from the start of operation to the activation of the catalyst in an internal combustion engine capable of changing the compression ratio. It aims at providing the technology that can do.
[0007]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
  In order to solve at least a part of the problems described above,According to one formInternal combustion engineIs,
  A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
  A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
  A control unit for controlling the compression ratio changing unit;
With
  The controller isThe warming-up period of the purification device is higher than the case where the compression ratio of the compression ratio changing unit is not the warming-up period under the same operating conditions.It is characterized by that.
In this internal combustion engine, since the compression ratio of the purification device during the warm-up period is high, the gas temperature in the combustion chamber can be raised to reduce the amount of unburned hydrocarbon compounds discharged.
[0008]
  An internal combustion engine according to another aspect of the present invention includes:
A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit that sets a compression ratio of the compression ratio changing unit in accordance with operating conditions of the internal combustion engine;
With
The control unit lowers the compression ratio of the compression ratio changing unit when the required torque of the internal combustion engine is equal to or greater than a predetermined value during the warm-up period of the purification device as compared with a case where the required torque is less than the predetermined value. And
This internal combustion engineThen, during the warm-up period of the purification device,When the required torque exceeds a predetermined value, the compression ratio decreases.It becomes possible to reduce the discharge amount of hydrocarbon compounds and nitrogen oxides during the warm-up period of the purification device. That is, the compression ratio isLowIn some cases, the thermal efficiency of the internal combustion engineLowBecause of the exhaust gas temperaturehigh. For this reason, the discharge | emission amount of a hydrocarbon compound can be reduced by afterburning reaction. The compression ratio isLowIf the combustion temperature isLowTherefore, the amount of nitrogen oxide discharged can be reduced. Furthermore, in this apparatus, since the exhaust gas temperature is increased as described above, the end of the warm-up period of the purification apparatus can be accelerated.
[0009]
  aboveInternal combustion engineIn the control unit,
  During normal operation after the end of the warm-up period of the purification device, the internal combustion engineRequired torqueSaidEven if it exceeds the predetermined value, it is less than the second predetermined value.in case ofWithout reducing the compression ratio of the compression ratio changing unitThe internal combustion engineRequired torqueBeforeNo.When the value exceeds 2Decreasing the compression ratio of the compression ratio changing unitIt is preferable.
[0010]
  An internal combustion engine according to still another aspect of the present invention is provided.
A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A fuel injection section for directly injecting fuel into the combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit that sets a compression ratio of the compression ratio changing unit in accordance with operating conditions of the internal combustion engine;
With
The control unit is characterized in that the warm-up period of the purification device increases the compression ratio of the compression ratio change unit as compared with a case where it is not a warm-up period under the same operating conditions.
  In this internal combustion engine, since the compression ratio of the purification device during the warm-up period is high, the gas temperature in the combustion chamber can be raised to reduce the amount of unburned hydrocarbon compounds discharged.
[0011]
  An internal combustion engine according to another aspect of the present invention includes:
  A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A fuel injection section for directly injecting fuel into the combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit that sets a compression ratio of the compression ratio changing unit in accordance with operating conditions of the internal combustion engine;
With
The control unit reduces the compression ratio of the compression ratio changing unit after the gas temperature during compression in the combustion chamber reaches a predetermined target value during a warm-up period of the purification device.
  thisIn an internal combustion engine,When the gas temperature during compression reaches a predetermined target value, the compression ratio isDeclineTherefore, the exhaust gas temperature can be increased, and as a result, the end of the warm-up period of the purification device can be accelerated.
[0012]
In addition, it is preferable that a control part estimates the gas temperature at the time of compression in a combustion chamber based on a predetermined detection value. Alternatively, the control unit may directly measure the gas temperature during compression in the combustion chamber.
[0013]
  Of the present inventionOther forms of internal combustion engines,
  A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
  A fuel injection section for directly injecting fuel into the combustion chamber;
  A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
  A control unit for controlling the compression ratio changing unit and the fuel injection unit;
With
The compression ratio changing unit can realize a plurality of compression ratios,
  The controller is
  In at least a part of the warm-up period of the purification device,The compression ratio of the compression ratio changing unit is set to a value equal to or greater than the intermediate value between the maximum value and the minimum value of the plurality of compression ratios.At the same time, the fuel injection unit is controlled to execute a first process for injecting fuel in a compression stroke.
[0014]
  The control unit may increase the gas temperature in the combustion chamber by executing the first process to reduce the discharge amount of the unburned hydrocarbon compound.
[0015]
  With this device, the compression ratio isHigher than intermediate valueAnd the fuel is injected in the compression stroke. For this reason, at the time of fuel injection, the pressure in the combustion chamber is high and the gas temperature in the combustion chamber is also high. Thereby, atomization of the fuel directly injected into the combustion chamber can be promoted, and as a result, it is possible to reduce the discharge amount of hydrocarbon compounds and particulate matter during the warm-up period of the purification device. .
[0016]
The controller is
  During the warm-up period of the purifier after the first process is performed, the compression ratio changing unit is controlled to reduce the compression ratio.DeclineIn addition, the fuel injection unit may be controlled to execute a second process for injecting fuel in the intake stroke.
[0017]
In this way, since the exhaust gas temperature can be raised, the end of the warm-up period of the purification device can be accelerated.
[0018]
In the starting period of the internal combustion engine, the control unitOf the compression ratio changing unitCompression ratioSaid increased compression ratioIt is preferable to set to.
[0019]
Here, the starting period of the internal combustion engine means a period including a cranking period and a transition period between the cranking period and the warm-up period of the purification device.
[0020]
By so doing, the combustibility during the transition period can be improved, so that the amount of fuel supplied to the combustion chamber can be set relatively small, and as a result, the amount of hydrocarbon compound emissions can be reduced.
[0021]
The present invention relates to an internal combustion engine, a moving body 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 function of the control device, and a recording medium on which the computer program is recorded. It can be realized in various modes such as a data signal including the computer program and embodied in a carrier wave.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF 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 showing a schematic configuration of a gasoline engine 100 in the first embodiment. Note that the engine of this embodiment is mounted on a vehicle.
[0023]
The engine 100 includes an engine body 10, and the engine body 10 includes a cylinder head 20 and a cylinder block 30.
[0024]
The cylinder block 30 includes an upper block 31 that functions as a cylinder and a lower block 32 that functions as a crankcase. A piston 41 is provided in the cylinder, and a crankshaft 43 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.
[0025]
In addition, an actuator 33 is provided between the upper block 31 and the lower block 32 to move the upper block 31 in the vertical direction 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 is also moved downward. At this time, since the volume of the combustion chamber is reduced, the compression ratio is increased.
[0026]
An intake port 23 and an exhaust port 24 are formed in the cylinder head 20. An intake valve 21 is disposed in the intake port 23, and an exhaust valve 22 is disposed in the exhaust port 24. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 are driven by valve mechanisms (cam mechanisms) 25 and 26, respectively.
[0027]
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 the 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 (port injection). As a result, an air-fuel mixture is generated. After the air-fuel 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. The exhaust pipe 58 is provided with a purification device 70 including a three-way catalyst for purifying exhaust gas. The purification device 70 is provided at a position relatively close to the exhaust port 24 so that the exhaust gas at the start of engine operation can be purified at an early stage.
[0028]
The engine 100 also 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 that are connected to each other via a bus. The ECU 60 includes 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 a temperature sensor provided on the purification device 70. 71 etc. are connected. The ECU 60 controls the actuator 33, the fuel injection valve 55, the spark plug 27, and the like based on these detection results.
[0029]
In addition, the engine main body 10 in a present Example is equivalent to the compression ratio change part in this invention. Further, the ECU 60, the crank angle sensor 61, the accelerator opening sensor 62, the intake pressure sensor 56, and the temperature sensor 71 correspond to a control unit in the present invention.
[0030]
A-2. Engine control:
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of engine control when normal operation is performed. In addition, ECU60 repeatedly performs the process of step S101, S102.
[0031]
In step S101, engine operating conditions are detected. Specifically, the ECU 60 detects the engine speed and the required torque as operating conditions. The engine speed is determined based on the detection result of the crank angle sensor 61, and the required torque is determined based on the detection result of the accelerator opening sensor 62.
[0032]
In step S102, various controls are executed based on the operating conditions detected in step S101. In step S102a, the compression ratio is controlled. Specifically, ECU 60 determines a target compression ratio based on the detected operating conditions (engine speed and required torque). Further, the ECU 60 drives the actuator 33 to set the compression ratio of the engine to the target compression ratio.
[0033]
In this 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 showing the target compression ratio according to the operating conditions. As shown in the figure, in this embodiment, the target compression ratio is set to a relatively high value under the condition that the required torque is relatively small. Further, under a condition where the required torque is relatively large, the target compression ratio is set to a relatively low value.
[0034]
In step S102b, fuel injection control is executed according to the detected operating condition. Specifically, the ECU 60 obtains the amount of air taken into the combustion chamber and determines the fuel supply amount based on the intake air amount.
[0035]
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 air-fuel mixture becomes a predetermined air-fuel ratio. In the present embodiment, the predetermined air-fuel ratio is determined using a map showing the 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 intake air amount. 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.
[0036]
In step S102c, the ignition timing is controlled according to the detected operating condition. In the present embodiment, the ignition timing is determined using a map showing the target ignition timing corresponding to the operating conditions stored in the ROM of the ECU 60. The ignition by the spark plug 27 is executed at an appropriate timing based on the detection result from the crank angle sensor 61.
[0037]
A-3. Compression ratio control at the start of operation:
By the way, when the engine performs normal operation, the purification device 70 can efficiently purify harmful components (such as hydrocarbon compounds (HC) and nitrogen oxides (NOx)) in the exhaust gas. However, it is difficult to purify harmful components in the exhaust gas at the start of engine operation (ie, during cold start). This is because it takes some time for the catalyst included in the purification device to reach the activation temperature in order to warm up the purification device 70. The catalyst activation temperature means a temperature at which the catalyst can exhibit the ability to promote the oxidation-reduction reaction. Therefore, in this embodiment, the HC discharge amount and NOx discharge amount at the start of operation are reduced by devising the setting of the compression ratio at the start of operation.
[0038]
FIG. 4 is a flowchart showing a compression ratio control procedure at the start of operation. This process is executed when the internal combustion engine is cold-started, in other words, when the catalyst has not reached the activation temperature. When cranking is started by the user setting the ignition switch to the start position, first, in step S201, the compression ratio is set to a high compression ratio. Specifically, when the compression ratio at the end of the previous operation is a high compression ratio, the compression ratio is maintained as it is, and when the compression ratio at the end of the previous operation is a low compression ratio, the compression ratio is high. Changed to compression ratio.
[0039]
In step S202, it is determined whether the required torque is equal to or greater than a predetermined value during the warm-up period of the purification device 70 after the cranking period ends. The required torque is determined using the detection result of the accelerator opening sensor 62 as described above. The predetermined value is set to a relatively small value that can detect the start of traveling of the vehicle.
[0040]
If it is determined that the required torque is greater than or equal to the predetermined value, the compression ratio is changed to a low compression ratio in step S203. On the other hand, if it is determined that the required torque is less than the predetermined value, the compression ratio is maintained at the high compression ratio in step S204.
[0041]
In step S205, it is determined whether or not the warming-up of the purification device 70 has ended, in other words, whether or not the catalyst has reached the activation temperature. In this embodiment, the catalyst temperature is determined using the detection result of the temperature sensor 71 provided in the purification device 70. However, the catalyst temperature may be estimated based on the operation state from the start of operation to the present. Specifically, a map indicating the catalyst temperature corresponding to the cumulative intake air amount from the start of operation is prepared in advance in the ROM, and the catalyst temperature may be estimated using this map. The cumulative intake air amount is obtained using the detection result of the intake pressure sensor 56 from the start of operation to the present. Thus, if the catalyst temperature is estimated, there is an advantage that the temperature sensor can be omitted.
[0042]
If it is determined that the purification device has been warmed up, in step S206, the compression ratio is set according to the current operating conditions based on the map of FIG. On the other hand, if it is determined that the purification device has not been warmed up, the processes in steps S202 to S205 are repeated.
[0043]
In the present embodiment, when the required torque becomes less than a predetermined value (for example, when the vehicle is stopped) before the warm-up of the purification device is finished, the compression ratio is reduced from the low compression ratio. Although the compression ratio is changed to a high compression ratio, it may be not changed instead. In other words, the low compression ratio may be maintained until the purification device is warmed up regardless of whether the required torque fluctuates before the purification device is warmed up.
[0044]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the contents of control at the start of operation. In FIG. 5, the comparative example is indicated by a broken line. The comparative example shows a case where the compression ratio is a constant value and cannot be changed. The compression ratio is set to a value higher than the intermediate value between the high compression ratio and the low compression ratio in the present embodiment.
[0045]
In the period T11 immediately after the start of operation, the compression ratio is first set to a high compression ratio (step S201). Specifically, the high compression ratio is set in the cranking period Tc, the transition period Tt, and the first half period of the warm-up period Tw of the purification device.
[0046]
In FIG. 5, the required torque (accelerator opening) increases during the warm-up period (hereinafter also simply referred to as “warm-up period”) Tw of the catalyst device. As the required torque increases, the engine speed and the vehicle speed increase. That is, in FIG. 5, the vehicle starts to travel during the warm-up period Tw. In the drawing, the engine speed changes in a sawtooth shape because the gear ratio of a transmission (not shown) connected to the engine is changed.
[0047]
When the required torque (accelerator opening) becomes equal to or greater than the predetermined value as the vehicle starts to travel, the compression ratio is changed from the high compression ratio to the low compression ratio in the subsequent period T12 (step S203).
[0048]
The thermal efficiency at the low compression ratio, i.e. the efficiency at which the energy of combustion is converted into work, is lower than the thermal efficiency at the high compression ratio. In other words, at a low compression ratio, the energy of combustion is easily converted into heat. Further, at a low compression ratio, the combustion speed decreases and the combustion period becomes longer, so that combustion is continued until just before the exhaust valve 22 is opened. For this reason, in FIG. 5, when the high compression ratio is changed to the low compression ratio, the exhaust gas temperature immediately after being discharged from the combustion chamber (that is, the exhaust gas temperature upstream of the catalyst) is the exhaust gas of the comparative example. It becomes higher than the temperature. As a result, the catalyst temperature reaches the activation temperature earlier than the comparative example.
[0049]
When the catalyst temperature reaches the activation temperature, in other words, when the warming-up of the purification device 70 is finished, in the period T13, the compression ratio is set according to the current operating conditions (required torque and engine speed) (step). S206). In FIG. 5, since the required torque and the engine speed when the warming-up of the purification device is finished are not so high, the compression ratio is changed to a high compression ratio based on the map of FIG.
[0050]
By the way, during the warm-up period Tw, when the required torque becomes a predetermined value (first predetermined value) or more, the high compression ratio is changed to the low compression ratio. In addition, when the normal operation is executed after the warm-up period ends, the high compression ratio is changed to the low compression ratio when the required torque becomes a predetermined value (second predetermined value) or more. However, the first predetermined value used during the warm-up period is set smaller than the second predetermined value used during the normal operation. For this reason, during the normal operation, even if the required torque becomes equal to or higher than the first predetermined value that is relatively small, the high predetermined compression ratio is not changed from the high compression ratio to the second predetermined value. When this is the case, the high compression ratio is changed to the low compression ratio. In other words, when the vehicle starts to travel during the warm-up period Tw (when the required torque is not less than the first predetermined value that is relatively small), the required torque is not forcibly high, but forcibly. It is changed to a low compression ratio.
[0051]
The amount of HC in the exhaust gas (HC emission amount) on the upstream side of the catalyst is smaller than that in the comparative example in the periods T11 and T12. This is because the combustibility can be improved in the period T11 set to the high compression ratio, and as a result, the fuel supply amount can be set small. Moreover, in the period T12 set to the low compression ratio, the exhaust gas temperature can be raised, and as a result, the afterburning reaction of HC in the exhaust gas can be promoted. Note that the HC emission amount on the downstream side of the catalyst decreases in the periods T11 and T12, similarly to the HC emission amount on the upstream side of the catalyst.
[0052]
Further, the NOx emission amount on the upstream side and downstream side of the catalyst is smaller than that in the comparative example in the period T12. This is because the combustion temperature can be lowered in the period T12 set to the low compression ratio. In the period T11, the NOx emission amount on the upstream side and the downstream side of the catalyst is almost the same as that in the comparative example and is small. This is because the combustion temperature immediately after the start of operation is quite low.
[0053]
Specifically, the HC emission amount in the periods T11 and T12 and the NOx emission amount in the period T12 are reduced due to the following phenomenon. That is, when the gas temperature in the combustion chamber (hereinafter also simply referred to as “in-cylinder gas temperature”) is relatively low, the fuel is not sufficiently atomized (and vaporized) and easily adheres to the wall surface of the combustion chamber. . For this reason, when the in-cylinder gas temperature is relatively low, the fuel supply amount is usually set to be relatively large. Further, when the in-cylinder gas temperature is relatively low, some fuels are sufficiently mixed with air to form a combustible mixture, while other fuels are aggregated without being sufficiently mixed with air. Agglomerated fuel does not burn completely due to lack of oxygen. At this time, a lot of HC is discharged. However, if the compression ratio is set to a high compression ratio in the period T11 when the in-cylinder gas temperature is relatively low as in the present embodiment, the in-cylinder gas temperature becomes relatively high, so that the fuel is atomized (and vaporized). It becomes easy to do. For this reason, in the period T11, the fuel supply amount can be set to be relatively small, and the combustible air-fuel mixture can be efficiently formed. As a result, the HC emission amount can be reduced. When the squish area is provided in the combustion chamber, the squish flow can be increased and the combustion of the air-fuel mixture can be promoted by setting the high compression ratio in the period T11. The amount can be further reduced.
[0054]
Further, when the required torque increases, the in-cylinder gas temperature tends to increase. For this reason, if the high compression ratio is maintained when the required torque increases, the NOx emission amount increases. However, if the compression ratio is set to a low compression ratio in the period T12 after the required torque is increased as in the present embodiment, the in-cylinder gas temperature is lowered, so that the NOx emission amount can be reduced.
[0055]
Furthermore, by setting the compression ratio to a low compression ratio in the period T12, the HC in the exhaust gas is exposed to the high-temperature exhaust gas. At this time, the afterburning reaction of HC is promoted, and the HC emission amount can be suppressed.
[0056]
When the catalyst temperature becomes equal to or higher than the activation temperature, HC and NOx in the exhaust gas are converted into harmless gas by the catalyst. For this reason, in the period T13 after the end of the warm-up period Tw, the HC emission amount and the NOx emission amount on the downstream side of the catalyst are rapidly reduced.
[0057]
In FIG. 5, the description has been made by paying attention to the HC emission amount and the NOx emission amount, but actually, carbon monoxide (CO), particulate matter (PM), and the like are also emitted. However, in this embodiment, the CO emission amount and the PM emission amount can also be reduced similarly to the HC emission amount. That is, the CO emission amount and the PM emission amount are reduced by promoting the atomization (and vaporization) of the fuel in the period T11, and are reduced by promoting the afterburning reaction in the period T12.
[0058]
Further, in FIG. 5, the required torque (accelerator opening) is not less than a predetermined value during the warm-up period Tw, and thus the high compression ratio is changed to the low compression ratio, but the required torque is not less than the predetermined value. If not, the high compression ratio is maintained.
[0059]
In general, the compression ratio is set to a relatively high state during the warm-up period of the purification device, and the required load (required torque) of the engine exceeds a predetermined value during the warm-up period of the purification device. May be changed to a relatively low state.
[0060]
B. Second embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a gasoline engine 100B in the second embodiment. FIG. 6 is substantially the same as FIG. 1, but the fuel injection valve is changed. Specifically, in FIG. 1, a fuel injection valve 55 that injects fuel into the intake port 23 that forms the intake passage is used (port injection), but in FIG. 6, the fuel is directly injected into the combustion chamber. A fuel injection valve 57 is used (in-cylinder injection).
[0061]
By the way, when fuel is directly injected into the combustion chamber, hydrocarbon compounds (HC) and particulate matter (PM) are likely to be generated at the start of engine operation. Therefore, in this embodiment, the HC discharge amount and the PM discharge amount at the start of operation are reduced by devising the setting of the compression ratio at the start of operation.
[0062]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the control contents at the start of operation in the second embodiment. In FIG. 7 as well, as in FIG. 5, the comparative example is indicated by a broken line.
[0063]
In the period T21 immediately after the start of operation, the compression ratio is set to a high compression ratio. Specifically, the high compression ratio is set in the cranking period Tc, the transition period Tt, and the first half period of the warm-up period Tw.
[0064]
Thus, if the compression ratio in the period T21 immediately after the start of operation is set to a high compression ratio, the gas temperature during compression in the combustion chamber, more specifically, the compression end temperature can be increased. Atomization (and vaporization) of directly injected fuel can be promoted. Thereby, it becomes possible to reduce the HC discharge amount and the PM discharge amount on the upstream side of the catalyst. Here, the compression end temperature means a temperature at which the gas in the combustion chamber is compressed most in the combustion chamber.
[0065]
When the compression end temperature becomes equal to or higher than the predetermined target value, the compression ratio is changed to a low compression ratio in the subsequent period T22. In the present embodiment, the compression end temperature is estimated based on the operation state from the start of operation to the present, and it is determined whether or not the estimated value is equal to or greater than a predetermined target value. Specifically, a map indicating the compression end temperature corresponding to the cumulative intake air amount from the start of operation is prepared in advance in the ROM, and the compression end temperature is estimated using this map. The cumulative intake air amount is obtained using the detection result of the intake pressure sensor 56 from the start of operation to the present.
[0066]
As described above, by changing the compression ratio to the low compression ratio in the period T22, the exhaust gas temperature can be increased as described in the first embodiment, and as a result, the catalyst can be activated early. Is possible.
[0067]
Note that, if the compression ratio is maintained at a high compression ratio after the compression end temperature becomes equal to or higher than a predetermined target value, the combustion temperature increases and the NOx emission amount increases. However, since the compression end temperature can be lowered by setting the compression ratio to a low compression ratio in the period T22 after the compression end temperature becomes equal to or higher than a predetermined target value as in this embodiment, in other words, Since the combustion temperature can be lowered, the generation of NOx can be suppressed.
[0068]
Further, by setting the compression ratio to a low compression ratio in the period T22, the HC and PM in the exhaust gas are exposed to the high-temperature exhaust gas. At this time, the afterburning reaction of HC and PM is promoted, and the discharge amount of HC and PM can be suppressed.
[0069]
When the catalyst temperature reaches the activation temperature, in other words, when the warming-up of the purification device 70 is completed, in the period T23, the compression ratio (high compression ratio in FIG. 7) corresponding to the current operating condition is set. The catalyst temperature may be determined using the detection result of the temperature sensor 71 as described in the first embodiment, or may be estimated using a map.
[0070]
In FIG. 7, the description has been made by paying attention to the HC emission amount and the PM emission amount, but in actuality, CO is also emitted. However, in this embodiment, the CO emission amount can be reduced similarly to the HC emission amount.
[0071]
In this embodiment, the compression end temperature is estimated as the gas temperature at the time of compression in the combustion chamber. However, the gas temperature when the intake valve is closed may be estimated. Alternatively, a physical quantity related to the gas temperature at the time of compression in the combustion chamber may be estimated. As the physical quantity, for example, a pressure when the gas in the combustion chamber is most compressed (compression end pressure) can be used. Furthermore, in this embodiment, the gas temperature at the time of compression in the combustion chamber is estimated based on the accumulated value of the detected intake air amount. Instead, a compression sensor is provided by providing a temperature sensor in the combustion chamber. The gas temperature at the time may be directly measured. However, if the gas temperature at the time of compression is estimated as in this embodiment, there is no need to provide a temperature sensor in the combustion chamber, so there is an advantage that the gas temperature at the time of compression can be known relatively easily.
[0072]
In general, the compression ratio is set to a relatively high state during the warm-up period of the purification device, and after the gas temperature during compression in the combustion chamber reaches a predetermined target value during the warm-up period of the purification device, the compression is performed. The ratio may be changed to a relatively low state.
[0073]
C. Third embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the contents of control at the start of operation in the third embodiment. In FIG. 8, as in FIG. 5, the comparative example is indicated by a broken line. In the present embodiment, the same engine as that of the second embodiment, that is, the in-cylinder injection type engine shown in FIG. 6 is used.
[0074]
In the present embodiment, the compression ratio is set to a low compression ratio in the period T31 immediately after the start of operation. Specifically, the low compression ratio is set in the cranking period Tc and the transition period Tt. In the period T31, the fuel injection timing is set to the intake stroke.
[0075]
In the first half period T32 of the warm-up period Tw, the compression ratio is changed to a high compression ratio, and the fuel injection timing is changed to a compression stroke. In this embodiment, the ignition timing is changed to the retard side in the period T32.
[0076]
In this way, if the fuel compression is performed in the compression stroke while setting the high compression ratio in the period T32, the pressure in the combustion chamber at the time of fuel injection can be considerably increased. As a result, the gas temperature in the combustion chamber Can be quite high. Thereby, the atomization (and vaporization) of the injected fuel can be promoted, and as a result, the HC emission amount and the PM emission amount can be reduced. Further, if the ignition timing is changed to the retard side in the period T32, the thermal efficiency is lowered, so that the exhaust gas temperature can be increased, and as a result, the activation of the catalyst can be accelerated.
[0077]
When the gas temperature in the combustion chamber at the time of fuel injection becomes equal to or higher than a predetermined target value, the compression ratio is changed to a low compression ratio and the fuel injection timing is changed to the intake stroke in the subsequent period T33. In the present embodiment, the gas temperature at the time of fuel injection is estimated based on the operation state from the start of operation to the present, and it is determined whether or not the estimated value is equal to or greater than a predetermined target value. Specifically, a map indicating the gas temperature at the time of fuel injection corresponding to the cumulative intake air amount from the start of operation is prepared in advance in the ROM, and the gas temperature at the time of fuel injection is estimated using this map. The The cumulative intake air amount is obtained using the detection result of the intake pressure sensor 56 from the start of operation to the present.
[0078]
As described above, by changing the compression ratio to the low compression ratio in the period T33, the exhaust gas temperature can be increased as described in the first embodiment, and as a result, the catalyst can be activated early. Is possible.
[0079]
As in the second embodiment, if the compression ratio is set to a low compression ratio in the period T33 after the gas temperature in the combustion chamber becomes equal to or higher than a predetermined target value, the combustion temperature can be lowered. Generation of NOx can be suppressed. In addition, by setting the compression ratio to a low compression ratio in the period T33, it is possible to promote the afterburning reaction of HC and PM in the exhaust gas and suppress the discharge amount of HC and PM.
[0080]
When the catalyst temperature reaches the activation temperature, in other words, when the purification device 70 has been warmed up, the compression ratio (high compression ratio in FIG. 8) corresponding to the current operating condition is set in the period T34. The catalyst temperature may be determined using the detection result of the temperature sensor 71 as described in the first embodiment, or may be estimated using a map.
[0081]
In FIG. 8, the description has been made by paying attention to the HC emission amount and the PM emission amount, but in actuality, CO is also emitted. However, in this embodiment, the CO emission amount can be reduced similarly to the HC emission amount.
[0082]
In FIG. 8, the compression ratio is changed to the low compression ratio in the period T33, but the compression ratio is maintained at the high compression ratio and the compression ratio is maintained in the same manner as in the period T32 until the purification apparatus is warmed up. The fuel injection in the stroke may be continued.
[0083]
Further, in FIG. 8, the end of the period T32 is determined using the estimated value of the gas temperature at the time of fuel injection, but instead of this, the estimated value of the physical quantity related to the gas temperature at the time of fuel injection is used. May be determined. As the physical quantity, for example, a compression end temperature or a compression end pressure can be used. Alternatively, the time of the period T32 may be set in advance, and the time when the time has elapsed may be set as the end of the period T32. The time may be set to a constant value or may be changed according to the temperature of intake air detected by an intake air temperature sensor (not shown).
[0084]
In general, during at least a part of the warm-up period of the purification device, the compression ratio may be set to a relatively high state within a settable range, and fuel may be injected in the compression stroke.
[0085]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0086]
(1) In the first and second embodiments (FIGS. 5 and 7), the high compression ratio is set in the cranking period Tc and the transition period Tt. Instead, the low compression ratio is set. You may do it. In the third embodiment (FIG. 8), the low compression ratio is set in the cranking period Tc and the transition period Tt, but instead, a high compression ratio may be set. However, if the compression ratio is set to a low compression ratio in the cranking period Tc, there is an advantage that the cranking torque can be reduced. On the other hand, if the high compression ratio is set in the transition period Tt, the combustibility can be improved, so that the amount of fuel supplied to the combustion chamber can be set relatively small. As a result, the HC emission amount There is an advantage that can be reduced.
[0087]
5 and 7, the high compression ratio is already set at the start of cranking. Alternatively, the high compression ratio may be set after the cranking is started. In general, it is preferable to set the compression ratio to a relatively high state during the start-up period of the internal combustion engine including the cranking period and the transition period.
[0088]
(2) In the above embodiment, the compression ratio can be set to one of two predetermined values (FIG. 3), but is set to one of three or more predetermined values. It may be possible. Further, the compression ratio may be set continuously between a predetermined maximum value and minimum value.
[0089]
When the compression ratio can be set to any of a plurality of values, it is preferable to set the compression ratio as follows. That is, when the operation is performed with a relatively high compression ratio, it is preferable to set the compression ratio value higher as the in-cylinder gas temperature is lower. In this way, when the in-cylinder gas temperature is low, it is possible to suppress an increase in the amount of fuel adhering to the wall surface of the combustion chamber and an increase in the HC, CO, and PM emissions. On the other hand, when the operation is performed in a state where the compression ratio is relatively low, it is preferable to set the value of the compression ratio to be lower as the in-cylinder gas temperature is higher and the required torque is higher. By so doing, it is possible to suppress an increase in the NOx emission amount due to the rise in the in-cylinder gas temperature.
[0090]
Moreover, in the said Example, although the compression ratio is changed by moving the upper block 31 to an up-down direction with respect to the lower block 32, you may change by another method.
[0091]
Generally, 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.
[0092]
(3) In the above embodiment, the engine is mounted on the vehicle, but may be mounted on a moving body such as a ship. Moreover, you may mount in the stationary apparatus.
[0093]
In general, 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 showing a schematic configuration of a gasoline engine 100 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of engine control when normal operation is performed.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a map showing a target compression ratio according to operating conditions.
FIG. 4 is a flowchart showing a compression ratio control procedure at the start of operation.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing control contents at the start of operation.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a gasoline engine 100B in a second embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing control contents at the start of operation in the second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing control contents at the start of operation in the third embodiment.
[Explanation of symbols]
10 ... Engine body
20 ... Cylinder head
21 ... Intake valve
22 Exhaust valve
23 ... Intake port
24 ... Exhaust port
25, 26 ... Valve mechanism
27 ... Spark plug
30 ... Cylinder block
31 ... Upper block
32 ... Lower 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
70 ... Purification device
71 ... Temperature sensor
100,100B ... Engine

Claims (11)

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、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記圧縮比変更部の圧縮比を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間は前記圧縮比変更部の圧縮比を同一運転条件で暖機期間で無い場合よりも高めることを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine,
A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit that sets a compression ratio of the compression ratio changing unit in accordance with operating conditions of the internal combustion engine ;
With
The control unit increases the compression ratio of the compression ratio change unit during the warm-up period of the purification device as compared with a case where the purification ratio is not the warm-up period under the same operating conditions . 請求項１記載の内燃機関であって、The internal combustion engine according to claim 1,
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間に前記圧縮比変更部の圧縮比を高めることによって前記燃焼室内のガス温度を上昇させて未燃炭化水素化合物の排出量を低減する、内燃機関。  The said control part is an internal combustion engine which raises the gas temperature in the said combustion chamber by raising the compression ratio of the said compression ratio change part during the warming-up period of the said purification apparatus, and reduces the discharge | emission amount of an unburned hydrocarbon compound. 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、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記圧縮比変更部の圧縮比を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間中において前記内燃機関の要求トルクが所定値以上の場合には前記所定値未満の場合よりも前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させることを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine,
A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit that sets a compression ratio of the compression ratio changing unit in accordance with operating conditions of the internal combustion engine ;
With
The control unit lowers the compression ratio of the compression ratio changing unit when the required torque of the internal combustion engine is equal to or greater than a predetermined value during the warm-up period of the purification device as compared with a case where the required torque is less than the predetermined value. An internal combustion engine. 請求項３記載の内燃機関であって、An internal combustion engine according to claim 3,
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間中において前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させることによって前記燃焼室内のガス温度を低下させて窒素酸化物の排出量を低減する、内燃機関。  The said control part is an internal combustion engine which reduces the discharge | emission amount of a nitrogen oxide by reducing the gas temperature in the said combustion chamber by reducing the compression ratio of the said compression ratio change part during the warming-up period of the said purification apparatus. 請求項３又は４記載の内燃機関であって、
前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間終了後の通常運転中において、前記内燃機関の要求トルクが前記所定値以上となっても第２の所定値未満の場合には前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させず、前記内燃機関の要求トルクが前記第２の所定値以上となる場合に前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させる、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 3 or 4 ,
The controller is
During normal operation after the warm-up period of the purification device, if the required torque of the internal combustion engine is greater than or equal to the predetermined value but less than a second predetermined value , the compression ratio of the compression ratio changing unit is reduced. allowed without the lowering the compression ratio of the compression ratio changing unit when the required torque of the internal combustion engine is pre-Symbol second predetermined value or more, the internal combustion engine. 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、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記圧縮比変更部の圧縮比を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間は前記圧縮比変更部の圧縮比を同一運転条件で暖機期間で無い場合よりも高めることを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine,
A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A fuel injection section for directly injecting fuel into the combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit that sets a compression ratio of the compression ratio changing unit in accordance with operating conditions of the internal combustion engine ;
With
The control unit increases the compression ratio of the compression ratio change unit during the warm-up period of the purification device as compared with a case where the purification ratio is not the warm-up period under the same operating conditions . 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、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記圧縮比変更部の圧縮比を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記浄化装置の暖機期間中において前記燃焼室内の圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達した後に前記圧縮比変更部の圧縮比を低下させることを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine,
A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A fuel injection section for directly injecting fuel into the combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit that sets a compression ratio of the compression ratio changing unit in accordance with operating conditions of the internal combustion engine ;
With
The control unit reduces the compression ratio of the compression ratio changing unit after the gas temperature during compression in the combustion chamber reaches a predetermined target value during a warm-up period of the purification device. . 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、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部と前記燃料噴射部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記圧縮比変更部は、複数の圧縮比を実現可能であり、
前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間内の少なくとも一部の期間に、前記圧縮比変更部の圧縮比を前記複数の圧縮比のうちの最大値と最小値の中間値以上の値に設定すると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を圧縮行程で噴射させる第１の処理を実行することを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine,
A compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber, including a combustion chamber;
A fuel injection section for directly injecting fuel into the combustion chamber;
A purification device including a catalyst for purifying exhaust gas from the combustion chamber;
A control unit for controlling the compression ratio changing unit and the fuel injection unit;
With
The compression ratio changing unit can realize a plurality of compression ratios,
The controller is
The compression ratio of the compression ratio changing unit is set to a value equal to or higher than an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the plurality of compression ratios in at least a part of the warm-up period of the purifier. An internal combustion engine that performs a first process of controlling a fuel injection unit to inject fuel in a compression stroke. 請求項８記載の内燃機関であって、An internal combustion engine according to claim 8,
前記制御部は、前記第１の処理を実行することによって前記燃焼室内のガス温度を上昇させて未燃炭化水素化合物の排出量を低減する、内燃機関。  The said control part is an internal combustion engine which raises the gas temperature in the said combustion chamber by performing a said 1st process, and reduces the discharge | emission amount of an unburned hydrocarbon compound. 請求項８又は９記載の内燃機関であって、
前記制御部は、
前記第１の処理を実行した後の前記浄化装置の暖機期間内に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を低下させると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を吸入行程で噴射させる第２の処理を実行する、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 8 or 9,
The controller is
During the warm-up period of the purifier after the first process is performed, the compression ratio changing unit is controlled to lower the compression ratio, and the fuel injection unit is controlled to suck the fuel. An internal combustion engine that executes a second process of injecting the fuel. 請求項１又は６記載の内燃機関であって、
前記制御部は、前記内燃機関の始動期間において、前記圧縮比変更部の圧縮比を前記高められた圧縮比に設定する、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1 or 6 ,
The said control part is an internal combustion engine which sets the compression ratio of the said compression ratio change part to the said increased compression ratio in the starting period of the said internal combustion engine.
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