可変圧縮比内燃機関
【課題】可変圧縮比内燃機関において、より確実に異常燃焼の発生を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】可変圧縮比機構と、ノックセンサと、ノックセンサの出力値に基づいて内燃機関の気筒においてノッキングが発生したことを検出するＥＣＵと、を備え、ＥＣＵによってノッキングの発生が検出された場合に、ノッキングを抑制すべく内燃機関の点火時期を変化させるＫＣＳ制御を行う可変圧縮比内燃機関であって、可変圧縮比機構による圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において（Ｓ１０２）ＫＣＳ制御を禁止する（Ｓ１０３）。
【解決手段】可変圧縮比機構と、ノックセンサと、ノックセンサの出力値に基づいて内燃機関の気筒においてノッキングが発生したことを検出するＥＣＵと、を備え、ＥＣＵによってノッキングの発生が検出された場合に、ノッキングを抑制すべく内燃機関の点火時期を変化させるＫＣＳ制御を行う可変圧縮比内燃機関であって、可変圧縮比機構による圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において（Ｓ１０２）ＫＣＳ制御を禁止する（Ｓ１０３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における異常燃焼を検出して抑制する機能を有するとともに、内燃機関の圧縮比を変更する機能を有する可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更し、以って内燃機関の圧縮比を変更する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
上記の技術においては、運転状態に応じてノッキングの抑制などのために圧縮比を低圧縮比側に変更する制御と、燃費向上のために圧縮比を高圧縮比側に変更する制御とが適宜実行される。また、この圧縮比制御とは独立に、内燃機関におけるノッキングなどの異常燃焼が生じた場合に、異常燃焼の発生を音や衝撃によって検出し、異常燃焼を抑制する制御を行う場合もある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
ここで、上記の圧縮比制御と、異常燃焼の発生を音や衝撃によって検出し、異常燃焼を抑制する制御とを組み合わせた場合（例えば、特許文献４参照。）、圧縮比の変更過渡時には、異常燃焼の発生の検出において、ピストンと気筒との相対運動の変化や可変圧縮比機構の運動に起因するノイズが発生し、異常燃焼の発生の検出精度が悪化する場合があった。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７３８３号公報
【特許文献３】特公平８−１１５０号公報
【特許文献４】特公平８−３３１１２号公報
【特許文献５】特開２００４−９２６３９号公報
【特許文献６】特開２００５−３０２２２号公報
【特許文献７】特開２００５−２８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可変圧縮比内燃機関において、より確実に異常燃焼の発生を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、可変圧縮比内燃機関における圧縮比の変更動作中においては、異常燃焼抑制制御を禁止することを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更す
ることによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値に基づいて前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御を禁止することを特徴とする。
【０００９】
ここで、可変圧縮比内燃機関において、異常燃焼の発生を異常燃焼検出手段によって検出し、該異常燃焼を抑制すべく異常燃焼抑制制御を実施する場合について考える。この場合、可変圧縮比機構の作動中は、ピストンとシリンダとの相対運動の状態変化や可変圧縮比機構の作動自体によって、振動や衝撃が発生するために、燃焼センサの出力にノイズが混入し易くなる。
【００１０】
そうすると、異常燃焼が発生していないにも拘らず異常燃焼の発生が検出されることにより、前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因が無駄に変化させられる場合があった。そして、そのことが前記内燃機関の燃焼効率の低下や、エミッションの悪化の原因となるとなる場合があった。
【００１１】
そこで、本発明においては、可変圧縮比内燃機関における圧縮比の変更動作中には、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御を禁止することとした。そうすれば、圧縮比の変更動作中に発生するノイズによって異常燃焼の発生が誤検出され、無駄に異常燃焼抑制制御が実施されることを抑制できる。その結果、異常燃焼抑制制御の無駄な実施に起因する可変圧縮比内燃機関の燃焼効率の低下や、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１２】
ここで内燃機関の燃焼状態とは、例えばノッキングなどの異常燃焼の度合いを意味する。そして、燃焼センサとは、異常燃焼の度合いと相関の深い音、衝撃、振動などの大きさに応じた信号を出力するセンサである。
【００１３】
また、本発明においては、内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値と所定の判定値とを比較することにより前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記判定値の値を変更するようにしてもよい。
【００１４】
すなわち、可変圧縮比内燃機関において、可変圧縮比機構の作動中に、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御の実施を禁止するのではなく、異常燃焼が発生したか否かを判断する判定値の値を変更し、ノイズによる異常燃焼の誤検出を抑制することとした。そうすれば、本当に異常燃焼の発生が発生し、燃焼センサの出力が判定値を超えた場合には、異常燃焼の発生を検出することができる。その結果、無駄に異常燃焼抑制制御が実施されることを抑制できるとともに、実際に異常燃焼が発生した場合には、より確実に異常燃焼抑制制御を実施することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記内燃機関の点火栓の点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備え、
前記一部の期間において、前記異常燃焼抑制制御とは独立に、前記点火時期制御手段によって前記内燃機関の点火栓の点火時期を所定量遅角させるようにしてもよい。
【００１６】
すなわち上記において、可変圧縮比機構の作動中には、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御の実施が禁止されるにしても、異常燃焼の検出のための判定値を変化させるにしても、より異常燃焼抑制制御が実施されづらくなる。そうすると、可変圧縮比機構の作動中は、異常燃焼の発生に対する対応が不十分になることも考えられる。
【００１７】
そこで、本発明においては、可変圧縮比機構の作動中には、可変圧縮比機構の作動中には、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御の実施が禁止されるにしても、異常燃焼の検出のための判定値を変化させるにしても、異常燃焼抑制制御とは独立に、前記点火時期制御手段によって前記内燃機関における点火栓の点火時期を所定量遅角させるようにした。そうすれば、前記異常燃焼抑制制御の実施の有無に拘らず、点火栓の点火時期の遅角により異常燃焼の発生を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記異常燃焼検出手段は、前記燃焼センサの出力のうちの特定の周波数成分を選択して前記出力値とする出力選択手段をさらに有し、
該出力選択手段は、前記内燃機関の圧縮比に応じて、前記出力値として選択する周波数成分の周波数を変更するようにしてもよい。
【００１９】
ここで、内燃機関で異常燃焼が発生した場合、そのことは、一定の周波数を有する衝撃波として検出される場合が多い。この周波数は、その時点における内燃機関の構造によって定まる固有振動数に基づく。そのことに対応し、異常燃焼検出手段においては、燃焼センサの出力のうち所定の周波数成分を選択したうえで、その大きさを出力値として検出する場合がある。
【００２０】
その場合、異常燃焼の発生による衝撃波が有する周波数自体は、可変圧縮比内燃機関の圧縮比によって変化する。例えば燃焼室の体積を大きして圧縮比を低くする場合には衝撃波の周波数も低くなり、燃焼室の体積を小さくして圧縮比を高くする場合には衝撃波の周波数も高くなる。
【００２１】
従って、本発明においては、前記燃焼センサの出力の周波数成分のうち、前記異常燃焼検出手段が前記燃焼センサの出力値として選択的に取得する周波数を、可変圧縮比内燃機関の圧縮比に応じて変更することとした。
【００２２】
そうすれば、圧縮比が変更され、内燃機関の固有振動数が変化した場合にも、その際に異常燃焼の発生による衝撃波が有する周波数の出力を選択的に取得することができ、異常燃焼の発生をより高感度に検出することができる。
【００２３】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にあっては、可変圧縮比内燃機関において、より確実に異常燃焼の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明す
る。
【実施例１】
【００２６】
以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、ピストンが連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の中心軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。
【００２７】
先ず、図１を用いて、本実施例に係る可変圧縮比機構の構成について説明する。図1に
示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔５は、円形をしており、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。軸受収納孔５はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００２８】
クランクケース４には、上述した軸受収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のクランクケース４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。また、各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。カム収納孔８の形状は、上述した軸受収納孔５と同一である。
【００２９】
複数のカム収納孔８は、軸受収納孔５と同様に、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これらの複数のカム収納孔８も、シリンダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複数のカム収納孔８はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側の軸受収納孔５の間の距離と、両側のカム収納孔８との間の距離は同一である。
【００３０】
交互に配置される二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸９は、図１に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、後述するギア１０の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは一致している。
【００３１】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一直径の正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。
【００３２】
各カム軸９の一端にはギア１０が取り付けられている。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を回転させると、一対のカム軸９は、ギア１０を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に
移動する。
【００３３】
次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。
【００３４】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は図２(ｃ)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で回転し、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００３５】
上述したような機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して、シリンダ２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を可変制御することができる。
【００３６】
図３には上記の内燃機関１の各気筒近傍の詳細図を示す。ここで、内燃機関１における運転に関わる制御の他、上述の圧縮比を変更する制御はＥＣＵ３０（Electronic Control
Unit）からの指令によって実行される。また、後述するノッキングを抑制する制御もＥ
ＣＵ３０によって実行される。
【００３７】
また、シリンダブロック３にはノックセンサ１５が設けられている。このノックセンサ１５は圧電素子を含む衝撃ピックアップであり、ノッキングが発生した場合にシリンダブロック３に伝わる衝撃の大きさに応じた信号を出力する。このノックセンサ１５からの出力信号によってノッキングの発生が検出される。このノックセンサ１５は、本実施例において燃焼センサに相当する。
【００３８】
そして、本実施例においては、ノックセンサ１５からの信号によってノッキングの発生が検出された場合には、内燃機関１の気筒における点火栓１８の点火時期を遅角させることによってノッキングを抑制することとしている。これは、点火栓１８の点火時期を遅角させることにより、気筒における最大燃焼圧力、温度を低下させて異常な燃焼の発生を抑制するものである（以下、ＫＣＳ制御と呼ぶ。）。なお、このＫＣＳ制御は本実施例における異常燃焼抑制制御に相当し、このＫＣＳ制御を実施するＥＣＵ３０は、本実施例において異常燃焼抑制手段を構成する。
【００３９】
次に、図４を用いて、このノッキングの発生の検出方法について詳細に説明する。本実施例においては図４（Ａ）に示すように、内燃機関１の各気筒におけるノックセンサ１５の出力をＥＣＵ３０に取り込むことによりモニターしている。そして、各気筒におけるＴＤＣから９０度のクランク角範囲において、ノックセンサ１５の出力のピーク値を検出している。このように本実施例においては、ノックセンサ１５の出力のピーク値がノック判定閾値を超えることによりノッキングの発生を検出するとともにピーク値の値によってノックの強度を判定している。ここで、ノックセンサ１５の出力のピーク値とノック判定閾値との比較はＥＣＵ３０によって行われており、その意味でＥＣＵ３０は本実施例におい
て異常燃焼検出手段を構成する。
【００４０】
そして、各気筒におけるノックセンサ１５の出力がノック判定閾値を超える毎に機関全体の点火栓１８の点火時期を変更させ、ノッキングの発生を抑制することとしている。具体的には、一定期間内にノックセンサ１５の出力がノック判定閾値を超えたノックセンサ１５の出力ピーク値が大きいほど点火栓１８の点火時期を大きく遅角させ、一定期間内にノックセンサ１５の出力がノック判定閾値を超えない場合には進角させることとしている。
【００４１】
このノック判定閾値は以下のように決定される。図４（Ｂ）は、所定のモニター期間内におけるノックセンサ１５の出力ピーク値の分布である。横軸は出力ピーク値、縦軸は頻度を表している。ここでＸは平均値、σは標準偏差である。この場合のノック判定閾値の値は、以下のように決定される。
ノック判定閾値＝σ×Ｕ＋Ｘ （１）
ここでＵは実験的に最適化された係数である。
【００４２】
従って、ノック判定閾値はノックセンサ１５の出力ピーク値の平均値とバラツキが大きくなるほど大きく設定され、ノックセンサ１５の出力ピーク値の平均値とバラツキが小さくなるほど小さく設定され、ノッキングの発生を適切に判定できるようになっている。
【００４３】
ここで、モータ１２に通電されることにより圧縮比が変更される際には、クランクケース４とシリンダブロック３とが相対移動するために、ピストンとシリンダ２の間の摺動状態が変化する。そうすると、圧縮比一定の場合には生じない振動や衝撃が発生し、その振動や衝撃がノックセンサ１５に検出されることにより、ノッキングの発生を誤検出してしまうおそれがある。
【００４４】
その場合、内燃機関１の点火栓１８の点火時期が無駄に遅角され、内燃機関１の燃焼効率の低下や、未燃燃料の増加によるエミッションの悪化を招くおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施例においては、圧縮比を変更している期間中は、ＫＣＳ制御を禁止することとした。
【００４６】
図５には、本実施例における圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンを示す。本ルーチンはＥＣＵ３０によって内燃機関１の稼動中の所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００４７】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、この時点における内燃機関１の回転数及び負荷から、最適の圧縮比である目標圧縮比εｔが導出される。具体的には目標圧縮比εｔと回転数及び負荷との関係を格納したマップから、この時点の回転数及び負荷に対応する目標圧縮比εｔの値が読み出されることによって導出される。
【００４８】
次にＳ１０２において現状の圧縮比εが目標圧縮比εｔと同等になっているかどうかが判定される。ここで、現状の圧縮比εが目標圧縮比εｔと同等になっている場合には、圧縮比を変更する必要がないと判断され、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４においてはＫＣＳ制御が継続または再開される。なお、ＫＣＳ制御が再開される場合とは、圧縮比が変更されて現状圧縮比εが目標圧縮比εｔに到達した場合に、後述するように禁止されていたＫＣＳ制御が開始されることを示している。この場合には、Ｓ１０２の処理の終了後、所定の待ち時間が経過した後にＳ１０４の処理を実行するようにしてもよい。そうすれば、圧縮比の変更動作の終了後、燃焼等が安定してからＫＣＳ制御を開始することができ、より精度のよいノッキング抑制が可能となる。また、ＫＣＳ制御が継続される場合とは、現状圧縮比εが目標圧縮比εｔと一致している状態が継続している場合を示している。
【００４９】
一方、Ｓ１０２において現状の圧縮比εが目標圧縮比εｔとなっていないと判定された場合には、別ルーチンによって圧縮比の変更制御が行われるとともに、本ルーチンにおいては、Ｓ１０３に進む。Ｓ１０３においては、ＫＣＳ制御が禁止され、あるいは禁止の状態を継続する。具体的にはノックセンサ１５の出力のＥＣＵ３０への取り込みが停止され、点火栓１８の点火時期が通常運転時の点火時期に固定される。
【００５０】
Ｓ１０３またはＳ１０４の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。
【００５１】
以上、説明したように、本実施例においては、現状圧縮比εと目標圧縮比εｔとが異なる場合、すなわち圧縮比の変更が行われる場合にはＫＣＳ制御を禁止することとした。それにより、圧縮比変更中のノイズによるノッキングの誤検出を抑制できる。その結果、無駄にＫＣＳ制御が行われ、点火栓１８の点火時期が遅角されることにより、内燃機関１の燃焼効率の低下や、エミッションの悪化が起きることを抑制できる。
【００５２】
次に、本実施例における圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンの別の態様について説明する。図６には、本実施例における圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチン２のフローチャートを示す。図５に示した圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンと本ルーチンとの相違点は、Ｓ２０１及びＳ２０２の処理が加えられている点である。
【００５３】
本ルーチンにおいては、Ｓ２０１の処理において、点火栓１８における点火時期を一定時間遅角させる。ここで、この遅角量については予め実験的に定められた一定値とする。また、Ｓ２０２においては、点火栓１８における点火時期を復帰させ、あるいは復帰した状態を継続させる。
【００５４】
すなわち、この態様においては、圧縮比の変更中はＫＣＳ制御を禁止するとともに、ＫＣＳ制御とは独立して、内燃機関１の気筒２における点火時期を一律に一定値遅角させることとしている。このことで、まず第１に圧縮比の変更中のノイズによりノッキングの誤検出が発生し、無駄に点火栓１８における点火時期が遅角されることを抑制できる。第２に、ＫＣＳ制御の有無とは独立して適宜点火時期が遅角されるので、圧縮比の変更中に実際にノッキングが発生することも抑制できる。
【００５５】
なお、この態様における点火栓１８の点火時期の遅角量は、上述のように予め実験的に定められた一定値とした。この値は、点火栓１８の点火時期をこの量だけ遅角させれば、ノッキングの発生は殆ど抑制できるという遅角量である。この値は内燃機関１の圧縮比または運転状態に応じて最適値をマップから読み出して決定するようにしてもよい。
【００５６】
また、この態様のフローにおいてＳ２０１及びＳ２０２の処理を実行するＥＣＵ３０は、本実施例において点火時期制御手段を構成する。
【実施例２】
【００５７】
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、圧縮比の変更中はＫＣＳ制御を禁止するのではなく、圧縮比の変更中はＫＣＳ制御におけるノック判定閾値を変更する制御について説明する。
【００５８】
図７には、本実施例における圧縮比変更時判定値補正ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンのＳ１０１及びＳ１０２の処理は実施例１で説明した圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンと同等であるので説明を省略する。
【００５９】
Ｓ１０２において現状圧縮比εと目標圧縮比εｔが異なると判定された場合には、Ｓ３
０１に進む。Ｓ３０１においては、ノック判定閾値の補正値であるevkdupが導出される。このevkdupの値は、基準となるノック判定閾値evkdに加えられて新たなノック判定閾値が導出されることで、圧縮比変更時におけるノッキングの誤検出を抑制できると考えられるノック判定閾値の補正値である。このevkdupの値は、内燃機関１の回転数、負荷とevdkupの値との関係が格納されたマップから、この時点における内燃機関１の回転数、負荷に対応するevdkupの値を読み出すことによって導出される。
【００６０】
一方、Ｓ１０２において現状圧縮比εと目標圧縮比εｔが同等であると判定された場合には、Ｓ３０２に進む。Ｓ３０２においては、ノック判定閾値の補正値であるevkdupがクリアされ、０に設定される。
【００６１】
次に、Ｓ３０３においては、ノック判定閾値evkdに対してＳ３０１またはＳ３０２において得られた補正値evkdupを加えて、新たなノック判定閾値にする。
【００６２】
Ｓ３０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。このように、本ルーチンにおいては、圧縮比の変更中にはノック判定閾値evkdに補正値evkdupを加えることによりノック判定閾値を大きくする。一方、圧縮比の変更中でない場合にはノック判定閾値はevkdのままとする。
【００６３】
図８には、上記の圧縮比変更時判定値補正ルーチンによってノック判定閾値を補正した場合の、各パラメータの変化のタイムチャートを示す。図８に示すように、圧縮比が変更している期間中は、ノックセンサ１５の出力にノイズが乗り、ノックセンサ１５の出力自体が高くなる。そうすると、前述の（１）式で決定されるノック判定閾値は図中破線で示すような変化をする。その結果、圧縮比を変更している期間の少なくとも前半部分においてノックセンサ出力がノック判定閾値を超え、ノッキングが継続的に発生していると誤検出されてしまう。
【００６４】
しかし、本実施例においては、圧縮比が変更している期間は、破線で示した従来のノック判定閾値evkdに対して補正値evkdupを加算することとしているため、圧縮比が変更している期間の初期の段階から、ノック判定閾値を適当な値にすることができ、ノッキングの誤検出をより確実に抑制することができる。
【００６５】
ここで、ノッキングにより発生した燃焼圧は、内燃機関１の構造で決まる固有振動数に基づく周波数を有する衝撃波として検出される場合が多い。従って、上記の実施例においてノックセンサ１５の出力をＥＣＵ３０に取り込む際には、出力信号のうちの特定の周波数の成分を選択的に取り込んでもよい。そうすれば、ノイズ成分を可及的に除去することができ、より高感度にノッキングの発生を検出することができる。そして、この場合は、選択的に取り込む出力の周波数を圧縮比によって変更するようにしてもよい。例えば、低圧縮比になるほど低い周波数の成分を、高圧縮比になるほど高い周波数の成分を選択的に取り込むようにし、各圧縮比の状態における内燃機関の構造によって変化する固有振動数にあわせて選択的に取り込む信号の周波数を変化させる。
【００６６】
そうすれば、内燃機関１の圧縮比に拘らず高感度にノッキングの発生を検出することができ、より的確にノッキングを抑制することができる。なお、ここでノックセンサ１５の出力のうちの特定の周波数の成分をＥＣＵ３０に選択的に取り込む処理は、ＥＣＵ３０の内部でソフト的に実施してもよいし、ノックセンサ１５とＥＣＵ３０との間に周波数特性を可変としたフィルタを設けて実施してもよい。この場合、ＥＣＵ３０またはフィルタは本実施例において出力選択手段を構成する。
【００６７】
なお、上記の実施例においては、カム軸を回転させることによって、シリンダブロック
をクランクケースに対して相対移動させる構成を例にとって説明した。しかし本発明を適用する構成は上記に限られるものではない。例えば、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更する構成に対して本発明を適用してもよい。
【００６８】
また、上記の実施例においては、異常燃焼としてのノッキングの発生を抑制する場合について説明したが、これを燃焼室内のホットスポットで着火が生じる、所謂表面着火現象などに対して適用してもよい。また、本発明における異常燃焼抑制制御は、本実施例で説明した点火時期を遅角する制御に限られない。内燃機関の燃焼室における燃焼圧または温度を低下させる制御であれば、他の制御を採用しても構わない。
【００６９】
さらに、上記の実施例においては、ガソリンエンジンで発生する異常燃焼を前提として説明したが、異常燃焼抑制制御の内容を変更したうえで、ディーゼルエンジンにおいて発生する異常燃焼に対して同様の考え方を適用することが可能である。
【００７０】
また、上記の実施例においては、内燃機関の圧縮比が変更されている期間の全期間に亘って、ＫＣＳ制御を禁止またはノック判定閾値を変更することとしたが、これらの制御を、内燃機関の圧縮比が変更されている期間の一部においてのみ実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関におけるシリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する経過を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る内燃機関の気筒近傍の詳細を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るノッキングの発生の検出方法について説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１に係る圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンの別の態様を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２に係る圧縮比変更時判定値補正ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係る圧縮比変更時判定値補正ルーチンを実行した場合の各パラメータの変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・内燃機関
２・・・シリンダ
３・・・シリンダブロック
４・・・クランクケース
９・・・カム軸
１０・・・ギア
１１ａ、１１ｂ・・・ウォームギア
１２・・・モータ
１５・・・ノックセンサ
１８・・・点火栓
３０・・・ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における異常燃焼を検出して抑制する機能を有するとともに、内燃機関の圧縮比を変更する機能を有する可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更し、以って内燃機関の圧縮比を変更する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
上記の技術においては、運転状態に応じてノッキングの抑制などのために圧縮比を低圧縮比側に変更する制御と、燃費向上のために圧縮比を高圧縮比側に変更する制御とが適宜実行される。また、この圧縮比制御とは独立に、内燃機関におけるノッキングなどの異常燃焼が生じた場合に、異常燃焼の発生を音や衝撃によって検出し、異常燃焼を抑制する制御を行う場合もある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
ここで、上記の圧縮比制御と、異常燃焼の発生を音や衝撃によって検出し、異常燃焼を抑制する制御とを組み合わせた場合（例えば、特許文献４参照。）、圧縮比の変更過渡時には、異常燃焼の発生の検出において、ピストンと気筒との相対運動の変化や可変圧縮比機構の運動に起因するノイズが発生し、異常燃焼の発生の検出精度が悪化する場合があった。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７３８３号公報
【特許文献３】特公平８−１１５０号公報
【特許文献４】特公平８−３３１１２号公報
【特許文献５】特開２００４−９２６３９号公報
【特許文献６】特開２００５−３０２２２号公報
【特許文献７】特開２００５−２８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可変圧縮比内燃機関において、より確実に異常燃焼の発生を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、可変圧縮比内燃機関における圧縮比の変更動作中においては、異常燃焼抑制制御を禁止することを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更す
ることによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値に基づいて前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御を禁止することを特徴とする。
【０００９】
ここで、可変圧縮比内燃機関において、異常燃焼の発生を異常燃焼検出手段によって検出し、該異常燃焼を抑制すべく異常燃焼抑制制御を実施する場合について考える。この場合、可変圧縮比機構の作動中は、ピストンとシリンダとの相対運動の状態変化や可変圧縮比機構の作動自体によって、振動や衝撃が発生するために、燃焼センサの出力にノイズが混入し易くなる。
【００１０】
そうすると、異常燃焼が発生していないにも拘らず異常燃焼の発生が検出されることにより、前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因が無駄に変化させられる場合があった。そして、そのことが前記内燃機関の燃焼効率の低下や、エミッションの悪化の原因となるとなる場合があった。
【００１１】
そこで、本発明においては、可変圧縮比内燃機関における圧縮比の変更動作中には、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御を禁止することとした。そうすれば、圧縮比の変更動作中に発生するノイズによって異常燃焼の発生が誤検出され、無駄に異常燃焼抑制制御が実施されることを抑制できる。その結果、異常燃焼抑制制御の無駄な実施に起因する可変圧縮比内燃機関の燃焼効率の低下や、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１２】
ここで内燃機関の燃焼状態とは、例えばノッキングなどの異常燃焼の度合いを意味する。そして、燃焼センサとは、異常燃焼の度合いと相関の深い音、衝撃、振動などの大きさに応じた信号を出力するセンサである。
【００１３】
また、本発明においては、内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値と所定の判定値とを比較することにより前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記判定値の値を変更するようにしてもよい。
【００１４】
すなわち、可変圧縮比内燃機関において、可変圧縮比機構の作動中に、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御の実施を禁止するのではなく、異常燃焼が発生したか否かを判断する判定値の値を変更し、ノイズによる異常燃焼の誤検出を抑制することとした。そうすれば、本当に異常燃焼の発生が発生し、燃焼センサの出力が判定値を超えた場合には、異常燃焼の発生を検出することができる。その結果、無駄に異常燃焼抑制制御が実施されることを抑制できるとともに、実際に異常燃焼が発生した場合には、より確実に異常燃焼抑制制御を実施することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記内燃機関の点火栓の点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備え、
前記一部の期間において、前記異常燃焼抑制制御とは独立に、前記点火時期制御手段によって前記内燃機関の点火栓の点火時期を所定量遅角させるようにしてもよい。
【００１６】
すなわち上記において、可変圧縮比機構の作動中には、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御の実施が禁止されるにしても、異常燃焼の検出のための判定値を変化させるにしても、より異常燃焼抑制制御が実施されづらくなる。そうすると、可変圧縮比機構の作動中は、異常燃焼の発生に対する対応が不十分になることも考えられる。
【００１７】
そこで、本発明においては、可変圧縮比機構の作動中には、可変圧縮比機構の作動中には、異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御の実施が禁止されるにしても、異常燃焼の検出のための判定値を変化させるにしても、異常燃焼抑制制御とは独立に、前記点火時期制御手段によって前記内燃機関における点火栓の点火時期を所定量遅角させるようにした。そうすれば、前記異常燃焼抑制制御の実施の有無に拘らず、点火栓の点火時期の遅角により異常燃焼の発生を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記異常燃焼検出手段は、前記燃焼センサの出力のうちの特定の周波数成分を選択して前記出力値とする出力選択手段をさらに有し、
該出力選択手段は、前記内燃機関の圧縮比に応じて、前記出力値として選択する周波数成分の周波数を変更するようにしてもよい。
【００１９】
ここで、内燃機関で異常燃焼が発生した場合、そのことは、一定の周波数を有する衝撃波として検出される場合が多い。この周波数は、その時点における内燃機関の構造によって定まる固有振動数に基づく。そのことに対応し、異常燃焼検出手段においては、燃焼センサの出力のうち所定の周波数成分を選択したうえで、その大きさを出力値として検出する場合がある。
【００２０】
その場合、異常燃焼の発生による衝撃波が有する周波数自体は、可変圧縮比内燃機関の圧縮比によって変化する。例えば燃焼室の体積を大きして圧縮比を低くする場合には衝撃波の周波数も低くなり、燃焼室の体積を小さくして圧縮比を高くする場合には衝撃波の周波数も高くなる。
【００２１】
従って、本発明においては、前記燃焼センサの出力の周波数成分のうち、前記異常燃焼検出手段が前記燃焼センサの出力値として選択的に取得する周波数を、可変圧縮比内燃機関の圧縮比に応じて変更することとした。
【００２２】
そうすれば、圧縮比が変更され、内燃機関の固有振動数が変化した場合にも、その際に異常燃焼の発生による衝撃波が有する周波数の出力を選択的に取得することができ、異常燃焼の発生をより高感度に検出することができる。
【００２３】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にあっては、可変圧縮比内燃機関において、より確実に異常燃焼の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明す
る。
【実施例１】
【００２６】
以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、ピストンが連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の中心軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。
【００２７】
先ず、図１を用いて、本実施例に係る可変圧縮比機構の構成について説明する。図1に
示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔５は、円形をしており、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。軸受収納孔５はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００２８】
クランクケース４には、上述した軸受収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のクランクケース４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。また、各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。カム収納孔８の形状は、上述した軸受収納孔５と同一である。
【００２９】
複数のカム収納孔８は、軸受収納孔５と同様に、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これらの複数のカム収納孔８も、シリンダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複数のカム収納孔８はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側の軸受収納孔５の間の距離と、両側のカム収納孔８との間の距離は同一である。
【００３０】
交互に配置される二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸９は、図１に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、後述するギア１０の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは一致している。
【００３１】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一直径の正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。
【００３２】
各カム軸９の一端にはギア１０が取り付けられている。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を回転させると、一対のカム軸９は、ギア１０を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に
移動する。
【００３３】
次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。
【００３４】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は図２(ｃ)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で回転し、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００３５】
上述したような機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して、シリンダ２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を可変制御することができる。
【００３６】
図３には上記の内燃機関１の各気筒近傍の詳細図を示す。ここで、内燃機関１における運転に関わる制御の他、上述の圧縮比を変更する制御はＥＣＵ３０（Electronic Control
Unit）からの指令によって実行される。また、後述するノッキングを抑制する制御もＥ
ＣＵ３０によって実行される。
【００３７】
また、シリンダブロック３にはノックセンサ１５が設けられている。このノックセンサ１５は圧電素子を含む衝撃ピックアップであり、ノッキングが発生した場合にシリンダブロック３に伝わる衝撃の大きさに応じた信号を出力する。このノックセンサ１５からの出力信号によってノッキングの発生が検出される。このノックセンサ１５は、本実施例において燃焼センサに相当する。
【００３８】
そして、本実施例においては、ノックセンサ１５からの信号によってノッキングの発生が検出された場合には、内燃機関１の気筒における点火栓１８の点火時期を遅角させることによってノッキングを抑制することとしている。これは、点火栓１８の点火時期を遅角させることにより、気筒における最大燃焼圧力、温度を低下させて異常な燃焼の発生を抑制するものである（以下、ＫＣＳ制御と呼ぶ。）。なお、このＫＣＳ制御は本実施例における異常燃焼抑制制御に相当し、このＫＣＳ制御を実施するＥＣＵ３０は、本実施例において異常燃焼抑制手段を構成する。
【００３９】
次に、図４を用いて、このノッキングの発生の検出方法について詳細に説明する。本実施例においては図４（Ａ）に示すように、内燃機関１の各気筒におけるノックセンサ１５の出力をＥＣＵ３０に取り込むことによりモニターしている。そして、各気筒におけるＴＤＣから９０度のクランク角範囲において、ノックセンサ１５の出力のピーク値を検出している。このように本実施例においては、ノックセンサ１５の出力のピーク値がノック判定閾値を超えることによりノッキングの発生を検出するとともにピーク値の値によってノックの強度を判定している。ここで、ノックセンサ１５の出力のピーク値とノック判定閾値との比較はＥＣＵ３０によって行われており、その意味でＥＣＵ３０は本実施例におい
て異常燃焼検出手段を構成する。
【００４０】
そして、各気筒におけるノックセンサ１５の出力がノック判定閾値を超える毎に機関全体の点火栓１８の点火時期を変更させ、ノッキングの発生を抑制することとしている。具体的には、一定期間内にノックセンサ１５の出力がノック判定閾値を超えたノックセンサ１５の出力ピーク値が大きいほど点火栓１８の点火時期を大きく遅角させ、一定期間内にノックセンサ１５の出力がノック判定閾値を超えない場合には進角させることとしている。
【００４１】
このノック判定閾値は以下のように決定される。図４（Ｂ）は、所定のモニター期間内におけるノックセンサ１５の出力ピーク値の分布である。横軸は出力ピーク値、縦軸は頻度を表している。ここでＸは平均値、σは標準偏差である。この場合のノック判定閾値の値は、以下のように決定される。
ノック判定閾値＝σ×Ｕ＋Ｘ （１）
ここでＵは実験的に最適化された係数である。
【００４２】
従って、ノック判定閾値はノックセンサ１５の出力ピーク値の平均値とバラツキが大きくなるほど大きく設定され、ノックセンサ１５の出力ピーク値の平均値とバラツキが小さくなるほど小さく設定され、ノッキングの発生を適切に判定できるようになっている。
【００４３】
ここで、モータ１２に通電されることにより圧縮比が変更される際には、クランクケース４とシリンダブロック３とが相対移動するために、ピストンとシリンダ２の間の摺動状態が変化する。そうすると、圧縮比一定の場合には生じない振動や衝撃が発生し、その振動や衝撃がノックセンサ１５に検出されることにより、ノッキングの発生を誤検出してしまうおそれがある。
【００４４】
その場合、内燃機関１の点火栓１８の点火時期が無駄に遅角され、内燃機関１の燃焼効率の低下や、未燃燃料の増加によるエミッションの悪化を招くおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施例においては、圧縮比を変更している期間中は、ＫＣＳ制御を禁止することとした。
【００４６】
図５には、本実施例における圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンを示す。本ルーチンはＥＣＵ３０によって内燃機関１の稼動中の所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００４７】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、この時点における内燃機関１の回転数及び負荷から、最適の圧縮比である目標圧縮比εｔが導出される。具体的には目標圧縮比εｔと回転数及び負荷との関係を格納したマップから、この時点の回転数及び負荷に対応する目標圧縮比εｔの値が読み出されることによって導出される。
【００４８】
次にＳ１０２において現状の圧縮比εが目標圧縮比εｔと同等になっているかどうかが判定される。ここで、現状の圧縮比εが目標圧縮比εｔと同等になっている場合には、圧縮比を変更する必要がないと判断され、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４においてはＫＣＳ制御が継続または再開される。なお、ＫＣＳ制御が再開される場合とは、圧縮比が変更されて現状圧縮比εが目標圧縮比εｔに到達した場合に、後述するように禁止されていたＫＣＳ制御が開始されることを示している。この場合には、Ｓ１０２の処理の終了後、所定の待ち時間が経過した後にＳ１０４の処理を実行するようにしてもよい。そうすれば、圧縮比の変更動作の終了後、燃焼等が安定してからＫＣＳ制御を開始することができ、より精度のよいノッキング抑制が可能となる。また、ＫＣＳ制御が継続される場合とは、現状圧縮比εが目標圧縮比εｔと一致している状態が継続している場合を示している。
【００４９】
一方、Ｓ１０２において現状の圧縮比εが目標圧縮比εｔとなっていないと判定された場合には、別ルーチンによって圧縮比の変更制御が行われるとともに、本ルーチンにおいては、Ｓ１０３に進む。Ｓ１０３においては、ＫＣＳ制御が禁止され、あるいは禁止の状態を継続する。具体的にはノックセンサ１５の出力のＥＣＵ３０への取り込みが停止され、点火栓１８の点火時期が通常運転時の点火時期に固定される。
【００５０】
Ｓ１０３またはＳ１０４の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。
【００５１】
以上、説明したように、本実施例においては、現状圧縮比εと目標圧縮比εｔとが異なる場合、すなわち圧縮比の変更が行われる場合にはＫＣＳ制御を禁止することとした。それにより、圧縮比変更中のノイズによるノッキングの誤検出を抑制できる。その結果、無駄にＫＣＳ制御が行われ、点火栓１８の点火時期が遅角されることにより、内燃機関１の燃焼効率の低下や、エミッションの悪化が起きることを抑制できる。
【００５２】
次に、本実施例における圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンの別の態様について説明する。図６には、本実施例における圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチン２のフローチャートを示す。図５に示した圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンと本ルーチンとの相違点は、Ｓ２０１及びＳ２０２の処理が加えられている点である。
【００５３】
本ルーチンにおいては、Ｓ２０１の処理において、点火栓１８における点火時期を一定時間遅角させる。ここで、この遅角量については予め実験的に定められた一定値とする。また、Ｓ２０２においては、点火栓１８における点火時期を復帰させ、あるいは復帰した状態を継続させる。
【００５４】
すなわち、この態様においては、圧縮比の変更中はＫＣＳ制御を禁止するとともに、ＫＣＳ制御とは独立して、内燃機関１の気筒２における点火時期を一律に一定値遅角させることとしている。このことで、まず第１に圧縮比の変更中のノイズによりノッキングの誤検出が発生し、無駄に点火栓１８における点火時期が遅角されることを抑制できる。第２に、ＫＣＳ制御の有無とは独立して適宜点火時期が遅角されるので、圧縮比の変更中に実際にノッキングが発生することも抑制できる。
【００５５】
なお、この態様における点火栓１８の点火時期の遅角量は、上述のように予め実験的に定められた一定値とした。この値は、点火栓１８の点火時期をこの量だけ遅角させれば、ノッキングの発生は殆ど抑制できるという遅角量である。この値は内燃機関１の圧縮比または運転状態に応じて最適値をマップから読み出して決定するようにしてもよい。
【００５６】
また、この態様のフローにおいてＳ２０１及びＳ２０２の処理を実行するＥＣＵ３０は、本実施例において点火時期制御手段を構成する。
【実施例２】
【００５７】
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、圧縮比の変更中はＫＣＳ制御を禁止するのではなく、圧縮比の変更中はＫＣＳ制御におけるノック判定閾値を変更する制御について説明する。
【００５８】
図７には、本実施例における圧縮比変更時判定値補正ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンのＳ１０１及びＳ１０２の処理は実施例１で説明した圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンと同等であるので説明を省略する。
【００５９】
Ｓ１０２において現状圧縮比εと目標圧縮比εｔが異なると判定された場合には、Ｓ３
０１に進む。Ｓ３０１においては、ノック判定閾値の補正値であるevkdupが導出される。このevkdupの値は、基準となるノック判定閾値evkdに加えられて新たなノック判定閾値が導出されることで、圧縮比変更時におけるノッキングの誤検出を抑制できると考えられるノック判定閾値の補正値である。このevkdupの値は、内燃機関１の回転数、負荷とevdkupの値との関係が格納されたマップから、この時点における内燃機関１の回転数、負荷に対応するevdkupの値を読み出すことによって導出される。
【００６０】
一方、Ｓ１０２において現状圧縮比εと目標圧縮比εｔが同等であると判定された場合には、Ｓ３０２に進む。Ｓ３０２においては、ノック判定閾値の補正値であるevkdupがクリアされ、０に設定される。
【００６１】
次に、Ｓ３０３においては、ノック判定閾値evkdに対してＳ３０１またはＳ３０２において得られた補正値evkdupを加えて、新たなノック判定閾値にする。
【００６２】
Ｓ３０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。このように、本ルーチンにおいては、圧縮比の変更中にはノック判定閾値evkdに補正値evkdupを加えることによりノック判定閾値を大きくする。一方、圧縮比の変更中でない場合にはノック判定閾値はevkdのままとする。
【００６３】
図８には、上記の圧縮比変更時判定値補正ルーチンによってノック判定閾値を補正した場合の、各パラメータの変化のタイムチャートを示す。図８に示すように、圧縮比が変更している期間中は、ノックセンサ１５の出力にノイズが乗り、ノックセンサ１５の出力自体が高くなる。そうすると、前述の（１）式で決定されるノック判定閾値は図中破線で示すような変化をする。その結果、圧縮比を変更している期間の少なくとも前半部分においてノックセンサ出力がノック判定閾値を超え、ノッキングが継続的に発生していると誤検出されてしまう。
【００６４】
しかし、本実施例においては、圧縮比が変更している期間は、破線で示した従来のノック判定閾値evkdに対して補正値evkdupを加算することとしているため、圧縮比が変更している期間の初期の段階から、ノック判定閾値を適当な値にすることができ、ノッキングの誤検出をより確実に抑制することができる。
【００６５】
ここで、ノッキングにより発生した燃焼圧は、内燃機関１の構造で決まる固有振動数に基づく周波数を有する衝撃波として検出される場合が多い。従って、上記の実施例においてノックセンサ１５の出力をＥＣＵ３０に取り込む際には、出力信号のうちの特定の周波数の成分を選択的に取り込んでもよい。そうすれば、ノイズ成分を可及的に除去することができ、より高感度にノッキングの発生を検出することができる。そして、この場合は、選択的に取り込む出力の周波数を圧縮比によって変更するようにしてもよい。例えば、低圧縮比になるほど低い周波数の成分を、高圧縮比になるほど高い周波数の成分を選択的に取り込むようにし、各圧縮比の状態における内燃機関の構造によって変化する固有振動数にあわせて選択的に取り込む信号の周波数を変化させる。
【００６６】
そうすれば、内燃機関１の圧縮比に拘らず高感度にノッキングの発生を検出することができ、より的確にノッキングを抑制することができる。なお、ここでノックセンサ１５の出力のうちの特定の周波数の成分をＥＣＵ３０に選択的に取り込む処理は、ＥＣＵ３０の内部でソフト的に実施してもよいし、ノックセンサ１５とＥＣＵ３０との間に周波数特性を可変としたフィルタを設けて実施してもよい。この場合、ＥＣＵ３０またはフィルタは本実施例において出力選択手段を構成する。
【００６７】
なお、上記の実施例においては、カム軸を回転させることによって、シリンダブロック
をクランクケースに対して相対移動させる構成を例にとって説明した。しかし本発明を適用する構成は上記に限られるものではない。例えば、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更する構成に対して本発明を適用してもよい。
【００６８】
また、上記の実施例においては、異常燃焼としてのノッキングの発生を抑制する場合について説明したが、これを燃焼室内のホットスポットで着火が生じる、所謂表面着火現象などに対して適用してもよい。また、本発明における異常燃焼抑制制御は、本実施例で説明した点火時期を遅角する制御に限られない。内燃機関の燃焼室における燃焼圧または温度を低下させる制御であれば、他の制御を採用しても構わない。
【００６９】
さらに、上記の実施例においては、ガソリンエンジンで発生する異常燃焼を前提として説明したが、異常燃焼抑制制御の内容を変更したうえで、ディーゼルエンジンにおいて発生する異常燃焼に対して同様の考え方を適用することが可能である。
【００７０】
また、上記の実施例においては、内燃機関の圧縮比が変更されている期間の全期間に亘って、ＫＣＳ制御を禁止またはノック判定閾値を変更することとしたが、これらの制御を、内燃機関の圧縮比が変更されている期間の一部においてのみ実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関におけるシリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する経過を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る内燃機関の気筒近傍の詳細を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るノッキングの発生の検出方法について説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１に係る圧縮比変更時ＫＣＳ禁止ルーチンの別の態様を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２に係る圧縮比変更時判定値補正ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係る圧縮比変更時判定値補正ルーチンを実行した場合の各パラメータの変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・内燃機関
２・・・シリンダ
３・・・シリンダブロック
４・・・クランクケース
９・・・カム軸
１０・・・ギア
１１ａ、１１ｂ・・・ウォームギア
１２・・・モータ
１５・・・ノックセンサ
１８・・・点火栓
３０・・・ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値に基づいて前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御を禁止することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値と所定の判定値とを比較することにより前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記判定値の値を変更することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関の点火栓の点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備え、
前記一部の期間において、前記異常燃焼抑制制御とは独立に、前記点火時期制御手段によって前記内燃機関の点火栓の点火時期を所定量遅角させることを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記異常燃焼検出手段は、前記燃焼センサの出力のうちの特定の周波数成分を選択して前記出力値とする出力選択手段をさらに有し、
該出力選択手段は、前記内燃機関の圧縮比に応じて、前記出力値として選択する周波数成分の周波数を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値に基づいて前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記異常燃焼抑制手段による異常燃焼抑制制御を禁止することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関における燃焼状態に応じた信号を出力する燃焼センサと、
前記燃焼センサの出力値と所定の判定値とを比較することにより前記内燃機関において異常燃焼が発生したことを検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼検出手段によって異常燃焼の発生が検出された場合に、該異常燃焼を抑制すべく前記内燃機関における燃焼状態に影響を及ぼす要因を変化させる異常燃焼抑制制御を行う異常燃焼抑制手段と、を備え、
前記可変圧縮比機構による前記内燃機関の圧縮比の変更動作中の少なくとも一部の期間において前記判定値の値を変更することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関の点火栓の点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備え、
前記一部の期間において、前記異常燃焼抑制制御とは独立に、前記点火時期制御手段によって前記内燃機関の点火栓の点火時期を所定量遅角させることを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記異常燃焼検出手段は、前記燃焼センサの出力のうちの特定の周波数成分を選択して前記出力値とする出力選択手段をさらに有し、
該出力選択手段は、前記内燃機関の圧縮比に応じて、前記出力値として選択する周波数成分の周波数を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−９２６１０（Ｐ２００７−９２６１０Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８２１０４（Ｐ２００５−２８２１０４）
【出願日】平成１７年９月２８日（２００５．９．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２８日（２００５．９．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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