内燃机的控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及内燃机的控制装置及其控制方法。

背景技术：

在可变压缩比机构的控制中，如(日本)特开2006-226133号公报(专利文献1)所记载的那样，使用根据多连杆机构的控制轴的旋转角来检测压缩比的压缩比传感器。压缩比传感器包括检测执行构件的相对角度的相对角度传感器和检测经由减速机与执行构件的输出轴连结的控制轴的绝对角度的绝对角度传感器。而且，在内燃机的起动时，绝对角度传感器的输出值作为基点而被求出，随后，根据相对角度传感器的输出值计算控制轴的旋转角。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2006-226133号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在绝对角度传感器中，存在由公差、热膨胀等引起的偏差、由传感器自身的精度引起的偏差、由控制器的输入回路引起的偏差等。因此，在绝对角度传感器中，多种偏差叠加，存在绝对角度的检测精度降低的隐患。如果绝对角度的检测精度降低，例如，难以控制为与内燃机运转状态对应的目标压缩比。

于是，本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置及其控制方法，使绝对角度的检测精度提高。

用于解决技术问题的技术方案

因此，内燃机的控制装置基于检测执行构件的输出轴的相对角度的相对角度传感器以及检测经由减速机与执行构件的输出轴连结的驱动轴的绝对角度的绝对角度传感器的各输出值，对控制对象设备进行控制。此时，控制装置基于以内燃机起动时的绝对角度传感器的输出值为基点根据相对角度传感器的输出值求出的驱动轴的绝对角度和绝对角度传感器的输出值，对绝对角度传感器的输出值进行修正。

发明的效果

根据本发明，能够使绝对角度的检测精度提高。

附图说明

图1是表示车辆用内燃机的一个例子的系统图。

图2是表示限位机构的一个例子的部分放大图。

图3是表示基准位置及修正值的学习处理的一个例子的流程图。

图4是表示基准位置及修正值的学习处理的一个例子的流程图。

图5是表示学习处理的作用的一个例子的时序图。

图6是表示对绝对角度传感器的输出值进行修正的修正值的一个例子的说明图。

图7是不对绝对角度传感器的输出值进行修正的情况下的角度偏差的说明图。

图8是对绝对角度传感器的输出值进行修正的情况下的角度偏差的说明图。

图9是表示基点设定处理的一个例子的流程图。

图10是表示通常控制的一个例子的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的实施方式详细地进行说明。

图1表示车辆用内燃机的一个例子。

内燃机100具有气缸体110、能够往复运动地插嵌在气缸体110的缸膛112中的活塞120、形成有进气口130a及排气口130b的气缸盖130、对进气口130a及排气口130b的开口端进行开闭的进气阀132及排气阀134。

活塞120经由包括下杆150a及上杆150b的连杆(连结杆)150连结于曲轴140。而且，在活塞120的冠面120a与气缸盖130的下表面之间形成有燃烧室160。在形成燃烧室160的气缸盖130的大致中央安装有对燃料与空气的混合气进行点火的火花塞170。

另外，内燃机100具备使进气阀132的开期间相对于曲轴140的相位可变的可变气门正时(vtc：valvetimingcontrol)机构180和通过改变燃烧室160的容积来使压缩比可变的可变压缩比(vcr：variablecompressionratio)机构190。在这里，vcr机构190作为控制对象设备的一个例子而被例举。

vtc机构180例如通过利用电动马达等执行构件来改变进气凸轮轴200相对于曲轴140的相位，从而使进气阀132的工作角一定，使工作角的中心相位提前或滞后。

vcr机构190例如利用(日本)特开2002-276446号公报所公开的多连杆机构，来改变燃烧室160的容积，从而使内燃机100的压缩比可变。以下，对vcr机构190的一个例子进行说明。

曲轴140具有多个轴颈部140a和多个曲柄销部140b，轴颈部140a旋转自如地支承于气缸体110的主轴承(未图示)。曲柄销部140b从轴颈部140a偏心，在这里旋转自如地连结有下杆150a。上杆150b的下端侧经由连结销152转动自如地与下杆150a的一端连结，上端侧经由活塞销154转动自如地与活塞120连结。控制杆192的上端侧经由连结销194转动自如地与下杆150a的另一端连结，下端侧经由控制轴196转动自如地与气缸体110的下部连结。详细地说，控制轴196能够旋转地支承于内燃机主体(气缸体110)，并且具有从其旋转中心偏心的偏心凸轮部196a，控制杆192的下端部能够旋转地与该偏心凸轮部196a嵌合。通过使用电动马达的压缩比控制执行构件198对控制轴196的转动位置进行控制。在这里，控制轴196作为驱动轴的一个例子而被例举。并且，压缩比控制执行构件198作为执行构件的一个例子而被例举。

在使用这样的多连杆机构的vcr机构190中，在利用压缩比控制执行构件198使控制轴196转动时，偏心凸轮部196a的中心位置，也就是说，相对于内燃机主体(气缸体110)的相对位置发生变化。由此，控制杆192的下端的摆动支承位置发生变化，活塞上死点(tdc)处的活塞120的位置会变高或变低，燃烧室160的容积发生增减，内燃机100的压缩比发生变化。此时，如果使压缩比控制执行构件198停止工作，由于活塞120的往复运动，控制杆192相对于控制轴196的偏心凸轮部196a旋转，压缩比向低压缩侧移动。

如图2所示，在vcr机构190中安装有在控制轴196超过通常的控制范围而旋转时，限制其位移(旋转)的限位机构210。限位机构210具有主要部分固定于控制轴196的大致扇形的第一部件210a和固定于气缸体110的板形的第二部件210b。第一部件210a与控制轴196成为一体地旋转。第二部件210b在控制轴196超过通常的控制范围即最高压缩比(上限)或最低压缩比(下限)而旋转时，与规定第一部件210a的中心角的两边抵接，对作为机构部件的一个例子的控制轴196的位移进行限制。在这里，由于限位机构210在控制轴196超过通常的控制范围时发挥作用，因此在通常控制中第一部件210a与第二部件210b不会抵接，例如，能够抑制异响发生。此外，限位机构210用于学习控制轴196的基准位置。

作为限位机构210，相对于控制轴196的旋转，只要能够限制向最高压缩比侧及最低压缩比侧中至少一方的位移即可。另外，限位机构210不限于大致扇形的第一部件210a及板形的第二部件210b，只要能够利用成为其它形状的两个部件对控制轴196的位移进行限制即可。

vtc机构180及vcr机构190内置微型计算机等处理器，分别被vtc控制器220及vcr控制器230电子控制。vtc控制器220及vcr控制器230经由例如作为车载网络的一个例子的can(controllerareanetwork)240与对内燃机100进行电子控制的、内置微型计算机等处理器的发动机控制器250连接。因此，在vtc控制器220、vcr控制器230及发动机控制器250之间，经由can240能够发送和接收任意的数据。需要说明的是，作为车载网络，不限于can240，可以使用flexray(注册商标)等公知的网络。在这里，vcr控制器230作为控制装置的一个例子而被例举。

在发动机控制器250中，作为内燃机100的运行状态的一个例子，输入有检测内燃机100的转速ne的转速传感器260以及检测内燃机100的负荷q的负荷传感器270的各输出信号。在这里，作为内燃机100的负荷q，可以使用例如进气负压、进气流量、增压压力、加速踏板开度、节气门开度等与扭矩密切相关的状态量。发动机控制器250参照例如设定有与转速及负荷对应的目标值的数据图表，分别计算与内燃机100的转速ne及负荷q匹配的、vtc机构180的目标角度及vcr机构190的目标压缩比。然后，发动机控制器250经由can240分别向vtc控制器220及vcr控制器230发送目标角度及目标压缩比。

接收目标角度的vtc控制器220对输出至vtc机构180的执行构件的驱动电流进行控制，以使未图示的传感器所检测到的实际的角度(实际角度)收敛于目标角度。另外，接收目标压缩比的vcr控制器230对输出至vcr机构190的压缩比控制执行构件198的驱动电流进行控制，以使后述传感器所检测到的实际的压缩比(实际压缩比)收敛于目标压缩比。这样，vtc机构180及vcr机构190被控制为与内燃机100的运行状态对应的目标值。

检测内燃机100的实际压缩比的压缩比传感器包括对压缩比控制执行构件198的输出轴的相对角度θr进行检测的相对角度传感器280和对经由减速机198a与压缩比控制执行构件198的输出轴连结的控制轴196的绝对角度θa进行检测的绝对角度传感器290。在这里，相对角度传感器280由在压缩比控制执行构件198中内置的旋转传感器等构成，在0～360°的范围内对该输出轴的旋转角进行检测。而且，vcr控制器230以内燃机起动时的绝对角度传感器290的输出值为基点，分别考虑后述基准位置及修正值，根据相对角度传感器280的输出值检测控制轴196的绝对角度、进而检测内燃机100的压缩比。这是由于相对角度传感器280的分解能高，但是不能对例如同一相位的0°和360°进行区分，另外，绝对角度传感器290虽然能够检测控制轴196的绝对角度，但是其分解能低。

vcr控制器230以例如在车辆的装配工厂从与can240连接的诊断工具输出的初始化要求标记从low变为hi为契机，学习基准位置及修正值。即，vcr控制器230使内燃机100的压缩比向高压缩比侧移动，针对每个规定的基准角度，将根据相对角度传感器280的输出值求出的控制轴196的绝对角度减去绝对角度传感器290的输出值，将其差值1存储于例如ram(randomaccessmemory)。在这里，在学习基准位置及修正值时，vcr机构190的控制轴196处于向低压缩比侧的移动被限位机构210限制的初始状态。

然后，vcr控制器230使内燃机100的压缩比向高压缩比侧移动，其结果是，在控制轴196处于向高压缩比侧的位移被限位机构210限制的状态时，将绝对角度传感器290的输出值设定为基准位置。由于该基准位置在之后的控制中会被参照，因此写入例如快闪rom(readonlymemory)等非易失性存储器。

另外，vcr控制器230使内燃机100的压缩比向低压缩比侧移动，针对每个规定的基准角度，将根据相对角度传感器280的输出值求出的控制轴196的绝对角度减去绝对角度传感器290的输出值，将其差值2存储于例如ram。

然后，vcr控制器230针对每个基准角度，计算差值1与差值2的平均值，将其作为修正值写入非易失性存储器。

图3及图4表示vcr控制器230的处理器按照非易失性存储器中所存储的控制程序执行的基准位置及修正值的学习处理的一个例子。需要说明的是，该学习处理除了以诊断工具的初始化要求标记从low变为hi为契机之外，也能够以例如车辆行驶规定时间或规定距离为契机，在自关停中执行。

在步骤1(在附图中简记为“s1”。以下相同。)中，vcr控制器230的处理器通过例如向vcr机构190的压缩比控制执行构件198输出驱动信号，使压缩比控制执行构件198旋转，以使内燃机100的压缩比向高压缩比侧移动。此时，vcr控制器230的处理器通过速度反馈控制对压缩比控制执行构件198的旋转进行控制(以下相同)。

在步骤2中，vcr控制器230的处理器以初始状态的控制轴196的绝对角度为基点，判定根据相对角度传感器280的输出值求出的控制轴196的绝对角度是否达到基准角度。在这里，作为基准角度，可以是例如10°、20°、30°…等每隔10°的角度。而且，在vcr控制器230的处理器判定为控制轴196的绝对角度达到基准角度时，使处理进入步骤3(是)，在判定为控制轴196的绝对角度没有达到基准角度时使处理进入步骤4(否)。

在步骤3中，vcr控制器230的处理器将考虑基点而根据相对角度传感器280的输出值求出的控制轴196的绝对角度减去绝对角度传感器290的输出值，将其差值1以与基准角度关联的状态存储于ram。在这里，在差值1中，包括在控制轴196的绝对角度变小的方向上减速机198a的空转及挠曲等。

在步骤4中，vcr控制器230的处理器例如通过相对角度传感器280的输出值是否发生变化，对压缩比控制执行构件198是否停止进行判定。在压缩比控制执行构件198停止时，限位机构210的第一部件210a与第二部件210b抵接而处于控制轴196向高压缩比侧的位移被限制的状态。而且，vcr控制器230的处理器在判定为压缩比控制执行构件198停止时使处理进入步骤5(是)，在判定为压缩比控制执行构件198没有停止时使处理返回步骤1(否)。

在步骤5中，vcr控制器230的处理器例如利用内置的计时功能，对从压缩比控制执行构件198停止开始是否经过了第一规定时间进行判定。在这里，第一规定时间是确保控制轴196向高压缩比侧的位移被切实地限制的状态为止的时间，例如能够根据压缩比控制执行构件198的输出特性及减速比等适当地进行设定。而且，vcr控制器230的处理器在判定为经过第一规定时间时使处理进入步骤6(是)，在判定为没有经过第一规定时间时待机(否)。

在步骤6中，vcr控制器230的处理器将绝对角度传感器290的输出值写入非易失性存储器。即，在限位机构210的第一部件210a按压第二部件210b的状态下，由于能够唯一地指定控制轴196的绝对角度，因此能够学习该状态下的绝对角度传感器290的输出值作为基准位置。

在步骤7中，vcr控制器230的处理器例如通过向vcr机构190的压缩比控制执行构件198输出驱动信号，使压缩比控制执行构件198旋转，以使内燃机100的压缩比向低压缩比侧移动。

在步骤8中，vcr控制器230的处理器对以初始状态的控制轴196的绝对角度为基点，根据相对角度传感器280的输出值求出的控制轴196的绝对角度是否达到基准角度进行判定。而且，vcr控制器230的处理器在判定为控制轴196的绝对角度达到基准角度时使处理进入步骤9(是)，在判定为控制轴196的绝对角度没有达到基准角度时使处理进入步骤10(否)。

在步骤9中，vcr控制器230的处理器将考虑基点而根据相对角度传感器280的输出值求出的控制轴196的绝对角度减去绝对角度传感器290的输出值，将其差值2以与基准角度关联的状态存储于ram。在这里，在差值2中包括在控制轴196的绝对角度变大的方向上减速机198a的空转及挠曲等。

在步骤10中，vcr控制器230的处理器通过例如相对角度传感器280的输出值是否发生，对压缩比控制执行构件198是否停止进行判定。在压缩比控制执行构件198停止时，限位机构210的第一部件210a与第二部件210b抵接而处于控制轴196向低压缩比侧的位移被限制的状态。而且，vcr控制器230的处理器在判定为压缩比控制执行构件198停止时使处理进入步骤11(是)，在判定为压缩比控制执行构件198没有停止时使处理返回步骤7(否)。

在步骤11中，vcr控制器230的处理器例如利用内置的计时功能，对从压缩比控制执行构件198停止开始是否经过了第二规定时间进行判定。在这里，第二规定时间是确保控制轴196向低压缩比侧的位移被切实地限制的状态为止的时间，例如能够根据压缩比控制执行构件198的输出特性及减速比等适当地进行设定。该第二规定时间可以与第一规定时间相同或不同。而且，vcr控制器230的处理器在判定为经过第二规定时间时使处理进入步骤12(是)，在判定为没有经过第二规定时间时待机(否)。

在步骤12中，vcr控制器230的处理器将通过压缩比向高压缩比侧的位移被限制的状态和压缩比向低压缩比侧的位移被限制的状态划定的范围设定为控制轴196的工作范围，将其写入非易失性存储器。该工作范围能够抑制例如控制轴196超过工作范围而旋转，有助于减少压缩比控制执行构件198的发热量、电能消耗等。

在步骤13中，vcr控制器230的处理器参照在ram中存储的差值1及差值2，针对每个基准角度求出差值1和差值2的平均值(修正值)，将其作为修正值图表写入非易失性存储器。在这里，求出差值1与差值2的平均值的理由在于，存在依存于控制轴196的旋转方向的变速器的空转及挠曲等，将其平均化而能够使其相互抵消。

在步骤14中，vcr控制器230的处理器针对每个基准角度对修正值是否收敛在规定范围内进行判定。在这里，规定范围是用于判定修正值的学习是否正常结束的阈值，例如可以使其成为能够确保所需的控制精度的范围。而且，vcr控制器230的处理器在判定为修正值收敛在规定范围内时使处理进入步骤15(是)，在判定为修正值脱离规定范围时使处理进入步骤16(否)。

在步骤15中，vcr控制器230的处理器向诊断工具通知基准位置及修正值的学习正常结束。因此，对诊断工具进行操作的作业者通过参照从vcr控制器230发送的信息，能够确认学习正常结束。需要说明的是，vcr控制器230的处理器除了向诊断工具通知学习正常结束之外，还能够将表示学习正常结束的初始化完成标记从low改变为hi。

在步骤16中，vcr控制器230的处理器例如通过修正值从规定范围的偏差是否在规定值以下，而针对每个基准角度对修正值的偏差是否小进行判定。在这里，规定值是用于判定修正值的偏差是否由压缩比控制执行构件198的安装精度等引起的阈值，可以是例如与压缩比控制执行构件198的公差等对应的值。而且，vcr控制器230的处理器在判定为修正值的偏差小时使处理进入步骤17(是)，在判定为修正值的偏差不小、即判定为偏差大时使处理进入步骤18(否)。

在步骤17中，vcr控制器230的处理器向诊断工具通知压缩比控制执行构件198的再调整要求。因此，对诊断工具进行操作的作业者通过参照从vcr控制器230发送的信息，例如能够意识到对压缩比合控制执行构件198的安装等进行再调整的必要性。在这种情况下，作业者在对压缩比控制执行构件198的安装等进行再调整之后，对诊断工具进行操作，再次向vcr控制器230发送初始化要求即可。

在步骤18中，vcr控制器230的处理器向诊断工具通知压缩比控制执行构件198的更换要求。因此，对诊断工具进行操作的作业者通过参照从vcr控制器230发送的信息，能够意识到对压缩比控制执行构件198进行更换的必要性。在这种情况下，作业者在对压缩比控制执行构件198进行更换后，对诊断工具进行操作，再次向vcr控制器230发送初始化要求即可。

根据上述学习处理，如图5所示，在从诊断工具输出的初始化要求标记从low变为hi时，vcr机构190的控制轴196向高压缩比侧旋转，相对角度传感器280及绝对角度传感器290的各输出值逐渐开始朝向高压缩比侧的位移限制位置变化。在控制轴196朝向高压缩比侧的限制位置变化的过程中，每当其绝对角度达到基准角度时，将考虑基点而根据相对角度传感器280的输出值求出的绝对角度减去绝对角度传感器290的输出值，对其差值1进行存储。然后，在限位机构210的第一部件210a与第二部件210b抵接的状态、即向高压缩比侧的位移被限制的状态下经过第一规定时间时，学习(存储)绝对角度传感器290的输出值作为基准位置。

在基准位置的学习完成时，vcr机构190的控制轴196向低压缩比侧旋转，相对角度传感器280及绝对角度传感器290的各输出值逐渐开始朝向低压缩比侧的位移限制位置变化。在控制轴196朝向低压缩比侧的限制位置变化的过程中，每当其绝对角度达到基准角度时，将考虑基点而根据相对角度传感器280的输出值求出的绝对角度减去绝对角度传感器290的输出值，对其差值2进行存储。然后，在限位机构210的第一部件210a与第二部件210b抵接的状态、即向低压缩比侧的位移被限制的状态下经过第二规定时间时，设定压缩比控制执行构件198的工作范围。

在压缩比控制执行构件198的工作范围的设定完成时，针对每个基准角度，求出差值1与差值2的平均值，设定以该平均值为修正值的修正值图表。因此，在修正值图表中，如图6所示，设定有将考虑基点而根据相对角度传感器280的输出值求出的绝对角度减去绝对角度传感器290的输出值的修正值。该修正值表示在每个基准角度绝对角度传感器290的输出值的偏差，通过利用该修正值对绝对角度传感器290的输出值进行修正，能够使绝对角度的检测精度提高。而且，由于绝对角度的检测精度提高，因此能够使内燃机100的压缩比的控制精度提高。

通过实施对绝对角度的检测精度进行验证，对图7所示的没有修正的情况和图8所示的有修正的情况进行比较，绝对角度的检测角度的偏差大幅下降至约1/10。需要说明的是，该效果是使基准角度为每隔10°而得到的，通过更精细地设定基准角度，能够期待精度的进一步提高。另外，该效果是通过实施而得到的一个例子，但不限于在多样的条件下得到同一结果。

图9表示在基准位置及修正值的学习处理结束后，vcr控制器230的处理器以电源的投入为契机执行的基点设定处理的一个例子。

在步骤21中，vcr控制器230的处理器读入绝对角度传感器290的输出值。

在步骤22中，vcr控制器230的处理器参照在非易失性存储器中存储的修正值图表，对绝对角度传感器290的输出值、即控制轴196的绝对角度进行修正。具体地说，vcr控制器230的处理器参照修正值图表，求出与控制轴196的绝对角度对应的修正值。此时，在修正值图表中设定有离散的修正值，因此可以根据需要进行增补处理。然后，vcr控制器230的处理器例如通过将控制轴196的绝对角度加上修正值，对该绝对角度进行修正。

在步骤23中，vcr控制器230的处理器将在步骤22中修正的控制轴196的绝对角度作为基点写入非易失性存储器。

根据上述基点设定处理，例如，伴随着点火开关的打开，向vcr控制器230投入电源，从绝对角度传感器290读入电源投入时的控制轴196的绝对角度。然后，利用与控制轴196的绝对角度对应的修正值，对该绝对角度进行修正，将其设定为基点。因此，在之后的通常控制中，考虑精度提高的基点，基于根据分解能比绝对角度高的相对角度传感器280的输出值求出的控制轴196的绝对角度，对内燃机100的压缩比进行控制。因此，vcr机构190的控制精度提高，例如能够使燃油经济性、输出等提高。另外，由于vcr机构190的控制精度提高，因此能够抑制阀与活塞的干涉、控制轴196与限位机构210的干涉以及运行性低下等。

在这里，对通常控制的一个例子进行说明。

随着点火开关的打开，如图10所示，在投入vcr控制器230的电源时，经过通过定子实现的曲轴转动，进入根据内燃机100的运行状态来改变压缩比的通常控制。在通常控制中，vcr控制器230根据从发动机控制器250发送的目标压缩比(目标角度)，对vcr机构190的压缩比控制执行构件198的驱动信号进行控制。此时，vcr控制器230将内燃机100的压缩比控制在通过最高压缩比及最低压缩比划定的控制范围内，例如能够抑制限位机构210工作所产生的异响。需要说明的是，利用vcr机构190控制的实际压缩比晚于目标压缩比发生变化，因此如该图所示，绝对角度传感器290的输出值晚于规定的控制而发生变化。

附图标记说明

190vcr机构(控制对象设备)；

196控制轴(驱动轴)；

198压缩比控制执行构件(执行构件)；

198a减速机；

210限位机构；

230vcr控制器(控制装置)；

280相对角度传感器；

290绝对角度传感器。