内燃机的控制方法以及内燃机的控制装置与流程

本发明涉及能够对压缩比进行变更的内燃机的控制方法以及能够对压缩比进行变更的内燃机的控制装置。

背景技术

例如，专利文献1、2中公开了如下技术，即，在能够对压缩比进行变更的内燃机中，在对压缩比进行变更时，限制目标压缩比的变化量而避免急剧的扭矩变化、驾驶性的恶化。

这里，如果进行反复踏入、释放加速器踏板的驾驶，则目标压缩比因负荷的变动而变动。即，目标压缩比反复从高压缩比向低压缩比、从低压缩比向高压缩比而产生高低变化。此时，如专利文献1、2所公开的那样，如果对目标压缩比的变化量设置限制，则目标压缩比和实际压缩比的偏离得到抑制，因此能够减少用于对可变压缩比机构进行驱动的电机的耗电量。

另外，在可变压缩比机构是由将活塞和曲轴连接的多个连杆构成的多连杆式活塞曲柄机构的情况下，燃烧载荷作用于向下推压活塞的方向，因此与将压缩比向高压缩比侧变更的情况相比，将压缩比向低压缩比侧变更的情况下的响应速度更快。这样，在可变压缩比机构的响应速度在向低压缩比侧的变更和向高压缩比侧的变更下不同的情况下，例如，如果与响应速度较慢的高压缩比侧相应地对目标压缩比的变化量设置限制，则存在如下问题，即，对针对向低压缩比侧的变更而原本能够变化的量施加限制，响应性会恶化。

专利文献1：日本特开2013-79607号公报

专利文献2：日本特开2005-9366号公报

技术实现要素：

本发明是具有由能够对压缩比进行变更的多连杆式活塞曲柄机构构成的可变压缩比机构的内燃机的控制方法，其特征在于，将向低压缩比侧的响应速度设定为，比向高压缩比侧的响应速度快。

根据本发明，针对向低压缩比侧的变更，不与高压缩比侧的响应速度匹配而以比高压缩比侧更快的响应速度进行变更，因此能够抑制响应性的恶化。

附图说明

图1是示意性地表示应用了本发明的内燃机的说明图。

图2是示意性地表示应用了本发明的可变压缩比机构的驱动源的说明图。

图3是表示未考虑实际压缩比相对于目标值的追随性的极限而对可变压缩比机构进行控制的情况下的一个例子的时序图。

图4是表示本发明所涉及的内燃机的控制流程的流程图。

图5是表示用于对第1变化量阈值的计算的对应图的概略的说明图。

图6是表示用于对第2变化量阈值的计算的对应图的概略的说明图。

图7是表示考虑了实际压缩比相对于目标值的追随性的极限而对可变压缩比机构进行控制的情况下的一个例子的时序图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。图1是示意性地表示应用了本发明的内燃机1的概略结构的说明图，图2是示意性地表示应用了本发明的内燃机1的可变压缩比机构5的驱动源的概略结构的说明图。

如图1所示，内燃机1具有可变压缩比机构5，该可变压缩比机构5通过对在构成内燃机主体的气缸体2的气缸3内往返移动的活塞4的上止点位置进行变更，从而能够对内燃机压缩比进行变更。

可变压缩比机构5利用由多个连杆将活塞4和曲轴6的曲柄销7连接的多连杆式活塞-曲柄机构，具有：下连杆8，其以能够旋转的方式安装于曲柄销7；上连杆9，其将该下连杆8和活塞4连结；控制轴10，其设置有偏心轴部11；以及控制连杆12，其将偏心轴部11和下连杆8连结。

曲轴6具有多个轴颈部13以及曲柄销7。轴颈部13以能够旋转的方式支撑于气缸体2与曲轴轴承托架14之间。

上连杆9的一端以能够旋转的方式安装于活塞销15，另一端利用第1连结销16以能够旋转的方式与下连杆8连结。控制连杆12的一端利用第2连结销17以能够旋转的方式与下连杆8连结，另一端以能够旋转的方式安装于控制轴10的偏心轴部11。相对于下连杆8而对第1连结销16以及第2连结销17进行压入固定。

控制轴10配置为与曲轴6平行、且以能够旋转的方式支撑于气缸体2。详细而言，控制轴10以能够旋转的方式支撑于曲轴轴承托架14与控制轴轴承托架18之间。

在气缸体2的下部安装有上油盘19。另外，在上油盘19的下部安装有下油盘20。

经由致动器连杆21以及驱动轴臂部件22而将驱动轴23的旋转传递至控制轴10。驱动轴23处于上油盘19的外侧且配置为与控制轴10平行。驱动轴臂部件22压入固定于驱动轴23。驱动轴臂部件22具有：筒状的基部22a，其压入于驱动轴23；以及臂部22b，其从基部22a朝向基部径向外侧伸出。致动器连杆21的一端经由销部件24以能够旋转的方式与驱动轴臂部件22的臂部22b连结。致动器连杆21是配置为与控制轴10正交的细长棒状的部件，另一端经由销部件25以能够旋转的方式连结于控制轴10的从旋转中心c偏心的位置。

驱动轴23、驱动轴臂部件22以及致动器连杆21的一端侧收容于在上油盘19的侧面安装的壳体26。

如图2所示，驱动轴23的一端经由减速器27与作为致动器的电动机28连结。即，利用电动机28而能够对驱动轴23进行旋转驱动。驱动轴23的转速是利用减速器27对电动机28的转速进行减速后的转速。

如果驱动轴23由于电动机28的驱动而旋转，则致动器连杆21沿着与驱动轴23正交的平面进行往返运动。而且，致动器连杆21的另一端和控制轴10的连结位置随着致动器连杆21的往返运动而摆动，控制轴10进行旋转。如果控制轴10旋转而其旋转位置发生变化，则成为控制连杆12的摆动支点的偏心轴部11的位置发生变化。即，利用电动机28对控制轴10的旋转位置进行变更，由此下连杆8的姿势发生变化，内燃机1的压缩比随着活塞4的活塞运动(行程特性)、即活塞4的上止点位置以及下止点位置的变化而连续地变更。

电动机28安装于壳体26的后端侧。在壳体26的前端侧安装有对驱动轴23的旋转角度进行检测的旋转角度传感器29。

旋转角度传感器29的检测信号输入至控制单元31。控制单元31是具有cpu、rom、ram以及输入输出接口的众所周知的数字计算机，输入有来自对表示内燃机1的请求负荷状态的加速器踏板踏入量(加速器开度apo)进行检测的加速器开度传感器32、能够对内燃机转速和曲轴6的曲轴转角一同进行检测的曲轴转角传感器33、对内燃机1的油温进行检测的油温传感器34等各种传感器的检测信号。

而且，控制单元31基于从上述各种传感器类等输入的信号等，将控制信号向燃料喷射阀(未图示)、火花塞(未图示)、可变压缩比机构5的电动机28等输出，统一对燃料喷射量、燃料喷射时机、点火时机、内燃机转速、压缩比等进行控制。

上述可变压缩比机构5是由将活塞4和曲轴6连接的多个连杆构成的多连杆式活塞曲柄机构，因此燃烧载荷作用于向下推压活塞4的方向。因此，在本实施例的可变压缩比机构5中，与将压缩比向高压缩比侧变更的情况相比，将压缩比向低压缩比侧变更的情况下的可变压缩比机构5的响应速度设定得更快。因此，对于可变压缩比机构5而言，在压缩比向低压缩比侧变更时，不与压缩比向高压缩比侧变更时的响应速度匹配，而是以比向高压缩比侧变更时的响应速度更快的响应速度进行变更，因此能够抑制响应性的恶化。

另外，在具有这种可变压缩比机构5的内燃机1中对压缩比进行变更的情况下，实际压缩比相对于目标压缩比的追随性(响应性)存有极限。因此，如果连续且频繁地进行例如使得目标压缩比的值变化增大的变更，则在实际压缩比无法追随目标压缩比的状态下对可变压缩比机构5进行驱动的电动机28的耗电量增多。这是因为，实际压缩比和目标压缩比的偏离越大，电动机28的耗电量越多。

图3是表示未考虑实际压缩比相对于目标值的追随性的极限而对可变压缩比机构5进行控制的情况下的一个例子(参考例)的时序图。

在时刻t1以前，处于压缩比保持为规定的高压缩比的稳定状态，因此电动机28的耗电量相对减少。

在时刻t1，目标压缩比(图3中的虚线)变更为规定的中间压缩比。从时刻t1至电动机28达到规定的最高转速的时刻t2的期间，是电动机28的转速升高的期间。即，时刻t1～时刻t2的期间是电动机28的旋转速度加速的期间，对电动机28请求较大的扭矩，因此电动机28的耗电量相对增多。

如果电动机28的转速达到最高转速，则直至实际压缩比(图3中的实线)以某种程度接近目标压缩比的时刻t3为止，电动机28的转速维持最高转速。即，时刻t2～时刻t3的期间是电动机28的旋转速度恒定的期间，在电动机28的转速大致恒定的状态下对压缩比进行变更(低压缩比化)，因此电动机28的耗电量相对减少。

时刻t3～时刻t4的期间是实际压缩比与目标压缩比的差减小的期间，使电动机28的转速降低以使得实际压缩比超过目标压缩比而不会减小(对旋转速度进行减速)，因此电动机28的耗电量相对增多。

时刻t4～时刻t5的期间处于将压缩比保持为低压缩比的状态，因此电动机28的耗电量相对减少。

在时刻t5以后，反复且频繁地进行使得目标压缩比的值变化增大的变更。即，目标压缩比从中间压缩比向规定的低压缩比变更，并且此后目标压缩比在短时间内反复且连续地从规定的低压缩比向规定的高压缩比变更、或者从规定的高压缩比向规定的低压缩比变更。即，在时刻t5以后，形成为目标压缩比以不允许实际压缩比的追随的水平小刻度地反复进行高低变化的状态。因此，在时刻t5以后，目标压缩比与实际压缩比的差总体上较大的状态持续，电动机28的旋转速度加速的状态延长，因此电动机28的耗电量相对增多。例如，如果进行反复踏入、释放加速器踏板的驾驶，则如时刻t6以后那样形成为目标压缩比以小刻度反复发生高低变化的状态。

此外，在时刻t6～时刻t7，实际压缩比接近目标压缩比，因此电动机28的耗电量暂时减少。

这样，如果未考虑实际压缩比相对于目标值的追随性的极限而对可变压缩比机构5进行控制，则反复且频繁地进行使目标压缩比的值变化增大的变更，目标压缩比与实际压缩比的偏离较大的状态持续，因此结果导致电动机28的旋转速度加速或减速的状态持续，电动机28的耗电量增加。

因此，在本实施例中，考虑实际压缩比相对于目标值的追随性的极限而对压缩比进行控制。

图4是表示本发明所涉及的内燃机1的控制流程的流程图。在s1中，读入内燃机1的驾驶状态。具体而言，读入内燃机1的内燃机转速、负荷(节流阀开度)、内燃机1的油温。

在s2中，基于驾驶状态而对作为基本目标压缩比的第1目标压缩比进行计算。即，根据内燃机转速和负荷而对第1目标压缩比进行计算。在本实施例中，将根据内燃机转速和负荷而分配了第1目标压缩比的第1目标压缩比计算对应图(未图示)存储于控制单元31，基于第1目标压缩比计算对应图而对第1目标压缩比进行计算。

在s3中，根据负荷和油温而对变化量阈值进行计算。这里，变化量阈值中包括第1变化量阈值以及第2变化量阈值。第1变化量阈值是作为控制用目标压缩比的第2目标压缩比在每单位时间内向高压缩比侧的变化量阈值。第2变化量阈值是作为控制用目标压缩比的第2目标压缩比在每单位时间内向低压缩比侧的变化量阈值。

在本实施例中，将根据负荷和油温而分配了第1变化量阈值的第1变化量阈值计算对应图存储于控制单元31，基于第1变化量阈值计算对应图而对第1变化量阈值进行计算。如图5所示，第1变化量阈值计算对应图设定为，负荷越低且油温越高，则使得计算出的第1变化量阈值越大。换言之，将第1变化量阈值计算对应图设定为，负荷越高且油温越低，则使得计算出的第1变化量阈值越小。

在本实施例中，将根据负荷和油温而分配了第2变化量阈值的第2变化量阈值计算对应图存储于控制单元31，基于第2变化量阈值计算对应图而对第2变化量阈值进行计算。如图6所示，将第2变化量阈值计算对应图设定为，负荷越高且油温越高，则使得计算出的第2变化量阈值越大。换言之，将第2变化量阈值计算对应图设定为，负荷越低且油温越低，则使得计算出的第2变化量阈值越小。另外，如果驾驶状态相同，则将第2变化量阈值设定为大于第1变化量阈值。

在s4中，判定第1目标压缩比与第2目标压缩比的前次值的差是否小于或等于规定的容许值，如果小于或等于规定的容许值则进入s5，如果大于规定的容许值则进入s6。这里，作为规定的容许值，在压缩比向升高的方向变化的情况下是指第1变化量阈值，在压缩比向降低的方向变化的情况下是指第2变化量阈值。

在s5中，将第1目标压缩比设为第2目标压缩比。在s6中，利用变化量阈值对第2目标压缩比进行计算。即，在压缩比向升高的方向变化的情况下，将对第2目标压缩比的前次值加上第1变化量阈值所得的值设为第2目标压缩比。在压缩比向降低的方向变化的情况下，将从第2目标压缩比的前次值减去第2变化量阈值所得的值设为第2目标压缩比。这样，将第2目标压缩比限制为使得每单位时间的变化量小于或等于第1变化量阈值或者小于或等于第2变化量阈值。

第2目标压缩比在第1目标压缩比和实际压缩比一致的稳定状态下成为与第1目标压缩比相同的值。

此外，在控制单元31内进行第1目标压缩比以及第2目标压缩比的计算。因此，控制单元31相当于第1目标压缩比计算部、第2目标压缩比计算部。另外，第1目标压缩比计算部与基本目标压缩比计算部的含义相同，第2目标压缩比计算部与控制用目标压缩比计算部的含义相同。

图7是表示考虑了实际压缩比相对于目标值的追随性的极限而对可变压缩比机构5进行控制的情况下的一个例子的时序图。即，图7是表示利用限制了每单位时间的变化量的第2目标压缩比而对可变压缩比机构5进行控制的情况下的一个例子的时序图。

直至时刻t1’为止而处于压缩比保持为规定的高压缩比的稳定状态，因此电动机28的耗电量相对减少。

在时刻t1’，第1目标压缩比(图7中的细虚线)变更为规定的中间压缩比。利用以第2变化量阈值对第2目标压缩比(图7中的虚线)相对于前次值的变化量进行限制后的第2目标压缩比而对可变压缩比机构5进行控制。因此，在刚到达时刻t1’之后，第2目标压缩比和实际压缩比(图7中的实线)的差相对减小，与利用第1目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制的情况相比，耗电量缓慢地增加。

从时刻t1’至电动机28达到规定的最高转速的时刻t2’的期间是电动机28的转速升高的期间。即，时刻t1’～时刻t2’的期间是电动机28的旋转速度加速的期间，对电动机28请求较大的扭矩，因此电动机28的耗电量相对增多。

如果电动机28的转速达到最高转速，则直至实际压缩比以某种程度接近目标压缩比的时刻t3’为止，电动机28的转速维持最高转速。即，时刻t2’～时刻t3’的期间是电动机28的旋转速度恒定的期间，在电动机28的转速大致恒定的状态下对压缩比进行变更(低压缩比化)，因此电动机28的耗电量相对减少。

时刻t3’～时刻t4’的期间是实际压缩比和第2目标压缩比的差减小的期间，以使得实际压缩比超过第2目标压缩比而不会减小的方式使电动机28的转速降低(使旋转速度减速)，因此电动机28的耗电量相对增多。

此外，在第1目标压缩比变更之后，在直至实际压缩比与第1目标压缩比一致为止而第1目标压缩比未变更的情况下，以第1目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制时的电动机28的耗电量、和以第2目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制时电动机28的耗电量成为大致相等的值。即，如果图3中的时刻t1～t4之间的压缩比变化量、和图7中的时刻t1’～t4’之间的压缩比变化量成为大致相同的值，则图3中的时刻t1～t4之间的电动机28的耗电量、和图7中的时刻t1’～t4’之间的电动机28的耗电量变得大致相等。

在时刻t4’～时刻t5’的期间处于将压缩比保持低压缩比的状态，因此电动机28的耗电量相对减少。

在时刻t5’以后，反复且频繁地进行使得第1目标压缩比的值变化增大的变更。即，第1目标压缩比从中间压缩比向规定的低压缩比变更，并且此后第1目标压缩比在短时间内反复从规定的低压缩比向规定的高压缩比、或者从规定的高压缩比向规定的低压缩比变更。即，在时刻t5’以后，处于第1目标压缩比以不允许实际压缩比的追随的水平小刻度地反复进行高低变化的状态。

然而，在本实施例中，利用限制了每单位时间的变化量的第2目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制，因此在时刻t5’以后能够形成为使得第2目标压缩比和实际压缩比的差相对较小的状态。因此，与利用第1目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制的情况相比，能够减少电动机28的耗电量。

即，时刻t5’～时刻t6’的期间的第2目标压缩比高于时刻t5’～时刻t6’的期间的第1目标压缩比，实际压缩比的追随变得容易，因此与利用第1目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制的情况相比，能够抑制电动机28的耗电量。将刻t5’～时刻t6’的期间的第2目标压缩比限制为，使得第2目标压缩比相对于前次值的变化量达到第2变化量阈值。

另外，时刻t6’～时刻t7’的期间的第2目标压缩比低于时刻t6’～时刻t7’的期间的第1目标压缩比，实际压缩比的追随变得容易，因此与利用第1目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制的情况相比，能够抑制电动机28的耗电量。将时刻t6’～时刻t7’的期间的第2目标压缩比限制为，使得第2目标压缩比相对于前次值的变化量达到第1变化量阈值。

在本实施例中，对第2目标压缩比进行计算时所使用的第1变化量阈值以及第2变化量阈值设定为互不相同的值。即，在压缩比向高压缩比侧变更的情况下、和压缩比向低压缩比侧变更的情况下，设定为第2目标压缩比的每单位时间的变化量的限制值不同。

因此，能够不过度限制每单位时间的变化量地设定第2目标压缩比。即，能够根据压缩比向高压缩比侧变更的情况、和压缩比向低压缩比侧变更的情况而设定第2目标压缩比，能够抑制可变压缩比机构5的响应性的恶化、且减少对可变压缩比机构5进行驱动的电机的耗电量。

另外，将第2变化量阈值设定为大于第1变化量阈值，由此能够抑制压缩比向低压缩比侧变更时的可变压缩比机构5的响应性的恶化。

内燃机1的负荷越高，缸内压力越高，活塞4受到的力(推压活塞4的力)相对增大。即，要使作用于可变压缩比机构5的压缩比向低压缩比侧变更的力相对增大。因此，可变压缩比机构5的压缩比难以向高压缩比侧变更，压缩比向高压缩比侧变更时的响应速度相对减慢。

因此，内燃机1的负荷越高，越减小第1变化量阈值，由此能够将第2目标压缩比设为能够更切合实际地追随的目标值，能够进一步抑制对可变压缩比机构5进行驱动的电动机28的耗电量。

另外，内燃机1的负荷越高，越增大第2变化量阈值，由此能够将第2目标压缩比设为能够更切合实际地追随的目标值，能够抑制第2变化量阈值过度减小而过度地限制可变压缩比机构5的响应性(响应速度)的情况。

内燃机1的油温越低，机油的粘度越高，压缩比变更时的可变压缩比机构5的响应速度减慢。

因此，内燃机1的油温越低则越减小第1变化量阈值以及第2变化量阈值，由此能够将第2目标压缩比设为能够更切合实际地追随的目标值，能够进一步抑制对可变压缩比机构5进行驱动的电动机28的耗电量。

此外，在上述实施例中，根据驾驶状态而对第1变化量阈值以及第2变化量阈值进行了变更，但也可以根据驾驶状态而仅对第1变化量阈值以及第2变化量阈值中的任一者进行变更，不根据驾驶状态，而是将另一者固定为预先设定的规定值。即使在该情况下，第2目标压缩比也变为与第1目标压缩比相比而能够更切合实际地追随的目标值。因此，与利用第1目标压缩比对可变压缩比机构5进行控制的情况相比，能够减少过渡时的电动机28的耗电量。

另外，上述实施例涉及内燃机1的控制方法以及控制装置。