JP6528604B2 - 可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御に関し、特に、アイドルストップを実行可能な車両に関する。

内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御技術として、特許文献１には、内燃機関の停止を検知した場合、内燃機関の停止中に、次回始動時の目標圧縮比に制御しておくことが開示されている。これにより、次回の始動時に機関圧縮比を変更する必要がなく、無駄時間を短縮して始動性の向上を図っている。

特開２００４−２９３４１１号公報

車両運転中に内燃機関を自動的に停止する、いわゆるアイドルストップを実行可能な車両では、アイドルストップ中には内燃機関が停止しており、内燃機関の振動や騒音が生じることがないことから、振動や騒音が非常に低いレベルにあり、このようなアイドルストップからの再始動時には、内燃機関の始動に伴う振動や騒音が車両の搭乗者に不快感や違和感を与えやすい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アイドルストップからの再始動時における振動や騒音を低減することをその目的としている。

本発明は、内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、所定の運転条件が成立したときに内燃機関を自動停止するアイドルストップを実行可能な車両の制御に関する。そして本発明では、アイドルストップから内燃機関を自動再始動する再始動時には、機関圧縮比を少なくともアイドルストップ前のアイドル運転時の機関圧縮比よりも低くした低圧縮比で内燃機関の運転を再開し、再始動から所定期間経過後の上記低圧縮比でのアイドル運転中に機関圧縮比を高くするものである。

本発明によれば、内燃機関が無音状態であるアイドルストップからの再始動時に、機関圧縮比を低くすることで、筒内圧を低くして燃焼加振力を低減することができる。これにより、燃焼加振力に起因する振動や騒音の発生を低減することができ、車室内の搭乗者に与える不快感や違和感を軽減することができる。

また、再始動から所定期間が経過して、運転者が内燃機関の振動に慣れてくると、高圧縮比側に制御して、熱効率の高い省燃費運転を行なうことができる。

本発明の一実施例に係る内燃機関を簡略的に示す構成図。 上記実施例の可変圧縮比機構を簡略的に示す構成図。 本実施例の制御の流れを示すフローチャート。 同じく本実施例の制御の流れを示すフローチャート。 本実施例の制御を適用した場合の動作を示すタイミングチャート。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１に示すように、この発明の一実施例が適用される内燃機関１には、排気通路４と吸気通路３との間に、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機２が設けられている。内燃機関の出力は自動変速機８により変速されて駆動輪へ伝達される。

制御部６は、各種機関制御を記憶及び実行する機能を有しており、機関回転数センサ１１や車両の勾配を検出する勾配計１２等から入力される信号に基づいて、スロットルバルブ１３，燃料噴射弁１４及び点火プラグ１５等へ制御信号を出力して、スロットル開度，燃料噴射量，燃料噴射時期及び点火時期等を制御する。また、制御部６は、過給圧センサ５により検出される過給圧に基づいて、過給圧調整機構としての排気バイパス弁７の開度を調整することにより、過給圧を所望の目標過給圧に制御する。

また、本実施例の車両は、信号待ちのように車両一時停止時に内燃機関を自動停止する、いわゆるアイドルストップを実行可能なものである。更に、吸気弁のバルブタイミング（開閉時期）を制御する可変バルブタイミング機構１６を備えており、この可変バルブタイミング機構１６の動作もまた上記の制御部６により制御される。この可変バルブタイミング機構１６は既に公知であるために詳細な説明は省略する。

図２は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構２０を示している。なお、この機構は特開２００６−２２６１３３号公報等にも記載のように公知であるので、簡単な説明にとどめる。内燃機関の機関本体の一部を構成するシリンダブロック２１には、各気筒のピストン２２がシリンダ２３内に摺動可能に嵌合しているとともに、クランクシャフト２４が回転可能に支持されている。可変圧縮比機構２０は、クランクシャフト２４のクランクピン２４Ａに回転可能に取り付けられるロアリンク２５と、このロアリンク２５とピストン２２とを連結するアッパリンク２６と、シリンダブロック２１等の機関本体側に回転可能に支持される制御軸２７と、この制御軸２７に偏心して設けられた制御偏心軸部とロアリンク２５とを連結する制御リンク２８と、を有している。ピストン２２とアッパリンク２６の上端とはピストンピン３０を介して相対回転可能に連結され、アッパリンク２６の下端とロアリンク２５とは第１連結ピン３１を介して相対回転可能に連結され、制御リンク２８の上端とロアリンク２５とは第２連結ピン３２を介して相対回転可能に連結され、制御リンク２８の下端は制御軸２７の制御偏心軸部に回転可能に取り付けられている。

制御軸２７にはアクチュエータとしての駆動モータ３３が連結されており、この駆動モータ３３により制御軸２７の回転位置を変更・保持することによって、ロアリンク２５の姿勢の変化を伴って、ピストン上死点位置やピストン下死点位置を含むピストンストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化する。従って、上記の制御部６（図１参照）により駆動モータ３３を駆動制御することによって、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御することができる。具体的には、可変圧縮比機構２０により変更される実際の機関圧縮比に相当する実圧縮比を検出するデバイスとして、この実圧縮比に対応する制御軸２７の回転位置を検出する制御軸センサ３４（図１参照）が設けられ、制御部６は、この制御軸センサ３４により検出される実圧縮比に基づいて、実圧縮比を目標圧縮比の近傍に維持するように駆動モータ３３をフィードバック制御する。

図３及び図４は本実施例の制御の流れを示すフローチャートであり、図５は本実施例を適用した場合のエンジン回転数や機関圧縮比等の挙動を示すタイミングチャートである。

ステップＳ１０では、車速やブレーキ信号等を読み込む。ステップＳ１１では、車速が０で、かつブレーキペダルが踏み込まれてブレーキ信号がオンであるか否かを判定する。車速が０で、かつブレーキ信号がオンであれば、ステップＳ１２へ進み、信号待ち等の一時的な車両停止であると判断し、それ以外の場合、本ルーチンを終了する。

車両停止と判断されると、所定ディレイタイムの経過後（ステップＳ１３）に、アイドルストップを実行する（ステップＳ１４）。つまり、内燃機関の燃料噴射及び火花点火を停止して、内燃機関を自動停止する。

アイドルストップ中には、ステップＳ１５において、ステップＳ１４のアイドルストップ解除条件のサブルーチンに基づいて、アイドルストップ解除条件が成立しているか否かを判定する。図４はアイドルストップ解除条件のサブルーチンの詳細を示している。ステップＳ２２では、ブレーキ信号がオフ（ＯＦＦ）であるか、つまりブレーキペダルが踏み離されているかを判定する。ステップＳ２３では、ステアリング入力がオン（ＯＮ）であるか、つまりステアリング操作がなされているかを判定する。ステップＳ２４では、右折もしくは左折を示すターンシグナルがオンであるかを判定する。これらステップＳ２２〜Ｓ２４のアイドルストップ解除条件のいずれかが成立していれば、ステップＳ２５へ進み、アイドルストップ解除の指示がなされる（つまり、図３のステップＳ１５でアイドルストップ解除条件が成立していると判定される）。ステップＳ２２〜Ｓ２４のアイドルストップ解除条件のいずれも成立していなければ、アイドルストップ解除の指示を行なうことなく本ルーチンを終了する。

なお、アイドルストップ解除条件は、上記の例に限らず、例えば、水温が低い場合、急勾配の場合、バッテリの蓄電量が所定値以下の場合等には、アイドルストップが解除される。

再び図３を参照して、アイドルストップ解除条件が成立していれば、ステップＳ１６へ進み、アイドルストップを解除して、内燃機関の自動再始動を行なう。つまり、スタータモータ等によりクランキングを開始し、燃料噴射及び点火を再開する。

ステップＳ１７では、自動再始動時における機関圧縮比（ε）を、少なくともアイドル運転時に用いられる機関圧縮比（本実施例では、図５に示すようなアイドルストップ前の中間圧縮比）よりも低い低圧縮比側に制御する。ステップＳ１８では、所定期間である所定のディレイ期間ΔＤ（図５参照）、機関圧縮比を低圧縮比に保持する。このディレイ期間ΔＤは、車両の搭乗者が内燃機関の再始動に伴う振動や騒音に慣れてくるまでの時間に相当し、数秒程度に設定される。

所定のディレイ期間ΔＤが経過すると、機関圧縮比を、高圧縮比側に制御する。図５にも示すように、この実施例では高効率で燃費向上を図るために、アイドル運転時の機関圧縮比よりも高く設定される。

［１］以上のように本実施例では、アイドルストップから内燃機関を自動再始動する再始動時に、機関圧縮比を、少なくともアイドル運転時の機関圧縮比よりも低くしている。従って、再始動直後における筒内圧を相対的に低くして、燃焼加振力を低減することができる。この結果、内燃機関の振動や騒音のないアイドルストップ状態からの再始動時には、車両の搭乗者が振動や騒音を感じ易い状況にあるが、この際に、燃焼加振力に起因する振動や騒音の発生を抑制することができる。

また、再始動から所定のディレイ期間ΔＤが経過し、車両の搭乗者が再始動後の内燃機関の振動や騒音にある程度慣れてきた状況となると、機関圧縮比を高くすることで、熱効率の高い省燃費運転を行ない、燃費向上を図ることができる。

［２］内燃機関の長期の使用により軸受部品の隙間が増加するなどの理由により、振動や騒音が徐々に増加することが懸念される。そこで本実施例では、車両の総走行距離が長くなるほど、ディレイ期間ΔＤが長くなるように設定することで、経年的な劣化により振動や騒音が増加した場合にも、再始動時に車両の搭乗者が感じる振動や騒音を抑制し、搭乗者が違和感や不快感を感じることを抑制することができる。

［３］また、所定のディレイ期間ΔＤが経過した後の車両の走行負荷が高いことが予測される場合、機関圧縮比を高くすることをキャンセルする。これにより、特に本実施例のようにターボ過給機２を備えた内燃機関の場合に、機関圧縮比を低くすることで過給圧を高め、高い出力を得ることができる。

［４］車両の走行負荷は、例えば車両の勾配を検出する勾配計１２により検出される車両の勾配に基づいて、車両の走行負荷を予測することができる。

［５］更に本実施例のように吸気弁のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１６を備える構成の場合、吸気弁のバルブタイミングが、吸気弁閉時期の遅閉じ等、実圧縮比が低くなる設定であるときには、可変圧縮比機構２０により機関圧縮比を高くしても、振動や騒音があまり問題とならないことから、上記再始動時における機関圧縮比を低くすることをキャンセルするようにしても良い。
本実施例のアイドルストップでは、車両停止時に内燃機関を自動停止したが、車両が停止していない状態（例えば、低車速状態）でアイドルストップを実施する車両に本発明を適用しても構わない。また、本実施例では、アイドルストップから内燃機関を自動再始動した後に機関圧縮比を低圧縮比側に制御したが、内燃機関の再始動前から機関圧縮比を低圧縮比側に制御しても構わない。さらに、本実施例では、内燃機関の再始動から所定期間経過後の機関圧縮比をアイドル運転時の機関圧縮比よりも高くするよう制御したが、アイドル運転時の機関圧縮比に制御しても構わない。

１…内燃機関
６…制御部
１６…可変バルブタイミング機構
２０…可変圧縮比機構

Claims (6)

1. 内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、所定の運転条件が成立したときに内燃機関を自動停止するアイドルストップを実行可能な車両の制御方法において、
   アイドルストップから内燃機関を自動再始動する再始動時には、機関圧縮比を少なくともアイドルストップ前のアイドル運転時の機関圧縮比よりも低くした低圧縮比で内燃機関の運転を再開し、再始動から所定期間経過後の上記低圧縮比でのアイドル運転中に機関圧縮比を高くすることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
2. 車両の総走行距離が長くなるほど、上記所定期間が長く設定されることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
3. 上記所定期間経過後の車両の走行負荷が高いことが予測される場合、上記機関圧縮比を高くすることをキャンセルすることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
4. 上記車両の走行負荷は、車両の勾配を検出する勾配計により検出される車両の勾配に基づいて、上記車両の走行負荷を予測することを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
5. 吸気弁のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を備え、
   上記吸気弁のバルブタイミングが、実圧縮比が低くなる設定であるとき、上記再始動時における機関圧縮比を低くすることをキャンセルすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御方法。
6. 内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、車両一時停止時に内燃機関を自動停止するアイドルストップを実行可能な車両の制御装置において、
   機関圧縮比を制御する制御部を有し、
   この制御部は、アイドルストップから内燃機関を自動再始動する再始動時には、機関圧縮比を少なくともアイドルストップ前のアイドル運転時の機関圧縮比よりも低くした低圧縮比で内燃機関の運転を再開し、再始動から所定期間経過後の上記低圧縮比でのアイドル運転中に機関圧縮比を高くすることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置。

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