JP4492523B2 - 圧縮比とバルブ特性を変更可能な内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮比とバルブ特性を変更可能な内燃機関に関する。

近年になり、機関効率の更なる向上のため、内燃機関の制御が多角的になされつつある。機関効率向上のためには、燃料混合ガスの充填効率の向上、高圧縮比下での燃料爆発などが有効であり、給排気バルブのバルブ特性を内燃機関の運転状態に基づいて可変制御しつつ、燃焼室の圧縮比をも内燃機関の運転状態に基づいて変更制御することが提案されている。

そして、圧縮比制御の結果として高圧縮比となると、ピストンの上死点位置がバルブ側に近づくことから、その際のバルブ特性制御の制御状況によっては、上死点或いはその付近まで達したピストンとバルブとの干渉（いわゆるバルブスタンプ）が起きることも有りえる。このため、こうしたバルブスタンプを回避するための対策が図られている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００１−２６３０９９号公報 特開２００５−８３２３８号公報

この特許文献１では、圧縮比制御の結果として高圧縮比とされた場合には、吸気バルブのリフト量を小さくしたり作用角を遅角側とすることでピストンとの距離を確保して、バルブスタンプを回避している。特許文献２では、圧縮比をその可変範囲における最小圧縮比の側に制御することでピストン上死点位置をバルブから遠ざけて、バルブスタンプを回避している。

これら特許文献によれば、バルブスタンプの回避を図っている状況において、次のような問題点が指摘されるに到った。つまり、吸気バルブは、そのリフト量が小さく、或いは遅角側の作用角で駆動することから、その際の内燃機関の運転状態における燃料混合気の充填効率が落ち、機関効率の低下が危惧される。また、圧縮比が最小圧縮比の側に制御されていることから、圧縮に伴う燃料混合気の昇温が進まず、燃費の悪化が懸念される。

本発明は、給排気バルブのバルブ特性制御と燃焼室の圧縮比制御とを行う場合のバルブスタンプ回避を図る上での上記問題点を解決するためになされ、バルブスタンプ回避状況下における機関効率向上と燃費の改善を図ることをその目的とする。

かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、圧縮比制御として、圧縮比を変更する圧縮比変更機構を内燃機関の運転状態に対応して定まる目標圧縮比に制御する。バルブ特性制御として、内燃機関の燃焼室内にリフトする吸気バルブまたは排気バルブの少なくとも一方のバルブの動作上のバルブ特性を変更可能に構成されたバルブ特性可変機構を内燃機関の運転状態に応じた動作上のバルブ特性に制御する。そして、こうした圧縮比制御とバルブ特性制御を行うに当たり、バルブ特性の変更対象となるバルブとピストンとが干渉しない圧縮比の上限である変更上限圧縮比を、前記バルブ可変制御部による前記バルブ特性可変機構の制御を経て実現されている前記動作上のバルブ特性に応じて定める。そして、前記目標圧縮比が前記変更上限圧縮比を越えると、前記目標圧縮比を前記変更上限圧縮比に制限するので、前記圧縮比制御機構は前記目標圧縮比に変えて前記変更上限圧縮比で制御される。よって、本発明によれば、次の利点がある。

今、バルブ特性の変更対象となるバルブ（以下、制御対象バルブ）がバルブ特性可変機構の制御を経た結果のバルブ特性（以下、制御結果バルブ特性）で駆動しているときに、当該バルブ特性でのバルブの駆動状況により、或いは、内燃機関の運転状態に対応して定まる目標圧縮比への圧縮比変更機構の制御の結果により、制御対象バルブとピストンとの干渉が起き得るような状況であると仮定する。こうした状況では、本発明の内燃機関では、制御対象バルブとピストンとが干渉しない圧縮比の上限である変更上限圧縮比を、制御結果バルブ特性に応じて定める。

この変更上限圧縮比は、圧縮比がこの変更上限圧縮比に制御されていると、制御対象バルブとピストンとの干渉を起こし得ることを意味するので、制御結果の圧縮比が変更上限圧縮比を越えていれば、制御対象バルブとピストンとの干渉が起き、制御結果の圧縮比が変更上限圧縮比以下であれば、制御対象バルブとピストンとの干渉は回避できることになる。従って、上記構成を有する本発明によれば、目標圧縮比が変更上限圧縮比を越えると、目標圧縮比をこの変更上限圧縮比に制限して、目標圧縮比に変えて当該目標圧縮比より小さい変更上限圧縮比で圧縮比制御機構を制御するので、制御結果バルブ特性で駆動している制御対象バルブとピストンとの干渉を回避できる。しかも、このように圧縮比を制御するに当たり、目標圧縮比より小さいものの上記の干渉を回避できる変更上限圧縮比まで、圧縮比を高めておくことができるので、機関効率の低下を抑制しつつ燃費を改善できる。また、目標圧縮比が変更上限圧縮比以下であれば、その目標圧縮比のままに圧縮比制御機構を制御するので、この場合であっても、制御結果バルブ特性で駆動している制御対象バルブとピストンとの干渉を回避できると共に、目標圧縮比での内燃機関運転を実現できるので、機関効率向上と燃費改善を両立できる。

このように変更上限圧縮比で圧縮比制御機構を制御する本発明の圧縮比変更において、次のような態様とすることもできる。例えば、内燃機関の運転状態が特定の運転状態にある状況と、前記バルブ特性の変更対象となるバルブに駆動異常が生じた状況の少なくともいずれかの状況のときに、前記バルブ可変制御部による前記バルブ特性の制御に制限をかけるようにし、その上で、前記変更上限圧縮比を、前記バルブ特性制限部により制限を受けた前記バルブ特性に応じて定める。こうすれば、内燃機関の圧縮比を、制限を受けたバルブ特性に応じた変更上限圧縮比に制御できることから、制御対象バルブとピストンとの干渉を回避しつつ、できるだけ圧縮比を高くできるので（上限は変更上限圧縮比）、機関効率の低下抑制と燃費改善を図ることができる。

このように制限を受けたバルブ特性に応じた変更上限圧縮比に制御するに当たり、制限を受けた前記バルブ特性を、制御対象バルブが前記ピストンと干渉を起こす可能性が高い側のバルブ特性であると仮定して、前記変更上限圧縮比を、前記干渉を起こす可能性が高い側のバルブ特性に応じて定めることもできる。こうすれば、より確実に制御対象バルブとピストンとの干渉を回避しつつ、機関効率の低下抑制と燃費改善を図ることができる。

また、制限を受けたバルブ特性として仮定するバルブ特性を、バルブ特性の変更対象となるバルブの作用角が最進角側となった場合のバルブ特性、或いは、バルブ特性の変更対象となるバルブのバルブリフト量が最大となった場合のバルブ特性の少なくともいずれかのバルブ特性とするようにすることもできる。こうすれば、ピストンに対する相対位置が近づく最進角側の作用角或いは最大バルブリフト量でバルブが駆動したとしても、バルブとピストンとの干渉を確実に回避しつつ、機関効率の低下抑制と燃費改善を図ることができる。この場合、上記のように仮定するバルブ特性を、バルブ作用角が最進角側で、なおかつバルブリフト量が最大となった場合のバルブ特性とすれば、最もバルブとピストンとの干渉が起きやすい状況においても、高い実効性で干渉回避を図ることができる。

更に、変更上限圧縮比の設定に当たり、内燃機関の回転数が高くなるに従ってこの変更上限圧縮比が小さくなるように設定することもできる。こうすれば、次の利点がある。内燃機関の回転数が高回転となると、ピストン等の駆動部材に働く慣性力が大きくなるので、ピストンがバルブ側に近づいて干渉を起こす可能性が高まることも有りえる。ところが、変更上限圧縮比を内燃機関の回転数が高くなるに従って小さく設定するので、ピストンに働く慣性力に起因した上記の干渉も回避できる。

本発明は、圧縮比とバルブ特性を変更可能な内燃機関とその運転方法の他、圧縮比とバルブ特性を変更可能な内燃機関を搭載した車両としても適用可能であることは勿論、車両以外の移動体、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。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。図１は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、図２はバルブ特性可変に構成されたカム機構の要部構成を概略的に示す説明図である。なお、本実施例のエンジンは車両に搭載されている。

Ａ−１．エンジンの構成：
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。

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。

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。よって、上部ブロック３１と下部ブロック３２およびアクチュエータ３３にて、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圧縮比変更機構が構成される。

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、吸気バルブ２１が配置されており、排気ポート２４には、排気バルブ２２が配置されている。吸気バルブ２１と排気バルブ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。このカム機構２５については後述する。

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。

本実施例では、吸気側のカム機構２５を、吸気バルブ２１のバルブ特性（バルブリフト量および作用角）が可変となるよう構成した。このカム機構２５は、図２にその要部を示すように、吸気カム２５ａとロッカーアーム２５ｂとの間に揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄを介在させ、この揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄとを相対位相差が変更できるよう、両部材を軸支する。本実施例のエンジン本体１０は、吸気バルブ・排気バルブをそれぞれ二つ有することから、カム機構２５は、図２に示すように、二つの吸気バルブ２１に対応するよう、一つの揺動カム２５ｃの両側に入力アーム２５ｄを有する。カム機構２５は、揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄの軸心に配置された図示しないスプラインギヤを、揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄに対応して備え、揺動カム２５ｃに対応するスプラインギヤと入力アーム２５ｄに対応するスプラインギヤは逆ネジとされている。そして、揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄは、その軸心に上記のスプラインギヤに噛み合うヘリカルスプラインを備えるので、図示しないアクチュエータを介したシャフト１２５の作動によるスプラインギヤ駆動により、相対位相差が変わるよう、駆動する。つまり、図２に示す状態から、例えば揺動カム２５ｃがそのカムローラ１２５ｃを時計回りに駆動させ、入力アーム２５ｄがアーム部１２５ｄを反時計回りに駆動させる。これにより、揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄは、吸気カム２５ａ或いはロッカーアーム２５ｂに対する作用部位であるカムローラ１２５ｃとアーム部１２５ｄとの相対位相差を変更するので、カム機構２５は、吸気バルブ２１のバルブリフト量および作用角のバルブ特性を上記の相対位相差変更を介して変更する。

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、エンジン冷却水温度を検出する冷却水温度センサ３５、上記したカム機構２５の相対位相差を検出するカム位相センサ１２６（図２参照）などが接続されている。ＥＣＵ６０は、これらセンサ出力に基づきエンジン制御に用いる種々のパラメータ、例えばクランク角や要求負荷、吸入空気量等を算出する他、カム機構２５における相対位相差とクランク角に基づき、吸気バルブ２１のバルブ特性であるバルブリフト量と作用角を算出する。そして、ＥＣＵ６０は、センサ検出結果や算出パラメータに基づいて、アクチュエータ３３や、燃料噴射弁５５、点火プラグ２７、カム機構２５などを制御する。つまり、このＥＣＵ６０は、上記したＣＰＵや後述のプログラムと協働して、圧縮比制御部、バルブ可変制御部等を構成する。

Ａ−２．エンジンの制御：
図３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。

ステップＳ１０１では、エンジンの運転状態が検出される。具体的には、ＥＣＵ６０は、運転状態として、エンジン回転数や要求トルクの他、吸気バルブ２１のバルブ特性（バルブリフト量・作用角）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。バルブ特性は、クランク角センサ６１の検出結果とカム位相センサ１２６の検出結果とに基づいて決定される。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で検出された運転状態に基づいて、以下に説明する種々の制御が並列的に実行される。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、検出された運転状態（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。

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４は運転状態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。

こうした圧縮比制御は、エンジンの運転状態に応じてなされるのであるが、吸気バルブ２１のバルブ特性の制御状況に応じて上記ステップＳ１０２ａの圧縮比制御に制限を受ける。この点については、後述する。

ステップＳ１０２ｂでは、検出された運転状態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。

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状態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。

ステップＳ１０２ｃでは、検出された運転状態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状態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。

ステップＳ１０２ｄでは、検出された運転状態に応じて吸気バルブ２１のバルブ特性制御が実行される。本実施例では、バルブ特性（バルブリフト量および作用角）は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納された運転状態に応じた目標バルブ特性を示すマップを用いて決定される。こうして決定されたバルブ特性に則った吸気バルブ２１の駆動は、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、その際には、吸気カム２５ａとロッカーアーム２５ｂとの間に介在する揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄの相対位相差が広狭変更される。

Ａ−３．バルブ特性を考慮した圧縮比制御：
上記したエンジンの運転状態に基づいた各種制御を行うことで、エンジンの機関効率は高まり、燃費向上といった利点があるものの、吸気バルブ２１の駆動状況によってはピストン４１との干渉（バルブスタンプ）が起き得るので、このバルブスタンプを回避すべく、圧縮比制御については、次のようにした。図５はバルブ特性を考慮した圧縮比制御手順を示すフローチャートである。

この図５に示す圧縮比制御は図３で説明したステップＳ１０２ａの圧縮比制御の一環としてＥＣＵ６０により繰り返し実行され、まず、ステップＳ１０２の並列制御におけるバルブ特性制御（ステップＳ１０２ｄ）の制御結果としての吸気バルブ２１のバルブ特性を把握する（ステップＳ２００）。つまり、ステップＳ１０２ｄでのバルブ特性制御を実行することで、吸気バルブ２１が発現させるバルブ特性を把握するのであり、その際には、クランク角センサ６１の検出結果やカム位相センサ１２６の検出結果等が参照される。

ＥＣＵ６０は、既述したように、運転状態（エンジン回転数および要求トルク）に応じた目標圧縮比εｔをマップ（図４参照）から読み込んで決定し（ステップＳ２１０）、現状のバルブ特性制御が、エンジン運転時におけるバルブ特性の通常制御であるか特異制御であるかを判定する（ステップＳ２１５）。カム機構２５は、揺動カム２５ｃと入力アーム２５ｄの上記した相対位相差の駆動源として、一般に油圧式のアクチュエータを用いる。油温が低いときと高いときでは粘度が相違するため、油温によって油圧の掛かり方が若干相違する。よって、油温が低いエンジン始動時には、カム機構２５を用いたバルブ特性制御の信頼性を担保するため、図示しない始動時バルブ制御により、例えばバルブ特性の変更範囲を制限するような特異的なバルブ特性制御が実行される。また、何らかの原因でカム機構２５における揺動カム２５ｃと揺動カム２５ｃの駆動に異常が起きたような場合には、図示しないバルブフェール制御によりバルブ特性を所定のものに固定するような特異的なバルブ特性制御が実行される。

つまり、ステップＳ２１５では、ＥＣＵ６０は、上記したバルブ特性制御の状況を、カム位相センサ１２６やクランク角センサ６１等の種々のセンサの検出信号と所定のバルブ特性マップとの照合を経て判定し、その判定結果に応じて、その後の圧縮比制御を規定する。ステップＳ２１５でバルブ特性制御が通常の制御状況であると判定すると、ＥＣＵ６０は、現状のバルブ特性に応じた圧縮比の上限圧縮比εｕｐを、バルブ特性とこの上限圧縮比εｕｐとを予め対応付けたマップから読み込む（ステップＳ２２０）。上限圧縮比εｕｐは、カム機構２５を介したバルブ特性制御の制御対象となる吸気バルブ２１とピストン４１との干渉を回避することができる圧縮比の変更上限として規定されている。図６は上限圧縮比εｕｐをバルブ特性に応じて規定する様子をバルブリフト量可変状況と作用角示可変状況とに分けて示す説明図である。

図示するように、吸気バルブ２１のバルブリフト量の可変範囲において、バルブ特性が最大リフト量側に制御されたり、最進角側に制御されると、これらバルブ特性制御を受けた吸気バルブ２１と、高圧縮比側に圧縮比制御を受けた場合のピストン４１との干渉が起き得る。よって、こうした干渉を回避するため、上限圧縮比εｕｐをバルブ特性に応じて規定する。つまり、吸気バルブ２１が図６（ａ）において符号ａで示される制御結果リフト量でのバルブ軌跡となるようバルブ特性制御を受けている場合には、この吸気バルブ２１は、圧縮比化可変範囲の最大圧縮比εｍａｘで圧縮比制御されているピストン４１と干渉しない。よって、この場合のバルブ特性であれば、上限圧縮比εｕｐは圧縮比化可変範囲の最大圧縮比εｍａｘとされる。その一方、吸気バルブ２１が図６（ａ）において符号ｂ、ｃで示される最大リフト量或いはその近傍のリフト量でのバルブ軌跡となるようバルブ特性制御を受けると、上限圧縮比εｕｐは、最大圧縮比εｍａｘより低圧縮比側の圧縮比とされる。これにより、図中の上限圧縮比εｕｐに圧縮比が制御されるのであれば、バルブ特性が最大リフト量側に制御された吸気バルブ２１とピストン４１との干渉は回避される。バルブの作用角が進角側に可変制御される場合も同様であり、このように、上限圧縮比εｕｐはバルブ特性制御を経て実現されているバルブ特性に応じて定まる。ＥＣＵ６０は、上限圧縮比εｕｐとバルブ特性とを対応付けたマップを予め用意しているので、このマップに現状のバルブ特性を照合させて、上限圧縮比εｕｐを読み込む。

上記したように上限圧縮比εｕｐをバルブ特性に応じて設定するに当たっては、吸気バルブ２１の軌跡とピストン４１の軌跡が干渉しない最低限度の幅を持たせるようにすればよく、その際に、慣性力によるピストン軌跡のズレ等を考慮することも好ましい。この点につき、説明する。

図７は上限圧縮比εｕｐとエンジン回転数との関係を示す説明図である。この図では、エンジン回転数が低回転領域では、上限圧縮比εｕｐを上記したようにバルブ特性に応じた圧縮比（上限圧縮比εｕｐ基準値）とするが、エンジン回転数が高くなるに従ってこの上限圧縮比εｕｐを上限圧縮比εｕｐ基準値より小さくなるように設定する様子を示している。つまり、ステップＳ２２０でのマップからの上限圧縮比εｕｐの読み込みに伴い、エンジン回転数に応じて図７のように上限圧縮比εｕｐを設定する。こうすれば、次の利点がある。

エンジン回転数が高回転となると、ピストン４１に働く慣性力が大きくなるので、ピストン４１がバルブ側に近づいて干渉を起こす可能性が高まることも有りえる。ところが、図７に示したように限圧縮比εｕｐをエンジン回転数が高くなるに従って小さく設定するので、ピストン４１に働く慣性力に起因した上記の干渉の回避の実効性が高まる。

ＥＣＵ６０は、こうして読み込んだ上限圧縮比εｕｐと目標圧縮比εｔを対比し、目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐより大きいか否かを判定し（ステップＳ２２５）、目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐより大きいと肯定判定すれば、圧縮比を上限圧縮比εｔに制御する（ステップＳ２３０）。目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐより大きいと云うことは、図６では、目標圧縮比εｔでのピストン軌跡は上限圧縮比εｕｐでのピストン軌跡より図において下方に位置することになる。そうすると、目標圧縮比εｔとなるよう圧縮比を制御したのでは、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉が起き得ることになるので、ステップＳ２２５で肯定判定した場合は、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔに変わる上限圧縮比εｔ（＜目標圧縮比εｔ）となるよう、ＥＣＵ６０はアクチュエータ３３を駆動制御し、圧縮比を上限圧縮比εｔとする。これにより、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉を回避しつつ、圧縮比を、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔより小さいものの、上記の干渉回避のための最大の圧縮比（上限圧縮比εｔ）まで圧縮比を高めることができる。

一方、ステップＳ２２５で目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐ以下であると否定判定すれば、圧縮比を目標圧縮比εｔに制御する（ステップＳ２４０）。目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐ以下であるので、目標圧縮比εｔでのピストン軌跡は上限圧縮比εｕｐでのピストン軌跡より図６において上方に位置することになる。よって、目標圧縮比εｔとなるよう圧縮比を制御しても、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉は回避できるので、ステップＳ２２５で否定判定に続いては、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔとなるよう、ＥＣＵ６０はアクチュエータ３３を駆動制御し、圧縮比を目標圧縮比εｔとする。これにより、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉を回避しつつ、圧縮比を、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔとできる。

ステップＳ２１５で現状のバルブ特性制御が、エンジン始動時やバルブフェール時といった既述した特異な制御の状況であると判定すると、最も吸気バルブ２１とピストン４１との干渉を招きやすいバルブ特性、即ち、図６に示したように、最大バルブリフト量或いは最進角側のバルブ特性、若しくはこの両者が発現したバルブ特性に応じて、圧縮比の上限圧縮比εｕｐ／ｅｍをマップから読み込む（ステップＳ２５０）。この上限圧縮比εｕｐ／ｅｍは、ピストン４１との干渉を招きやすいバルブ特性とされた吸気バルブ２１とピストン４１との干渉を回避することができる圧縮比として規定されている。

ＥＣＵ６０は、こうして読み込んだ上限圧縮比εｕｐ／ｅｍと目標圧縮比εｔの対比・大小判定を行う（ステップＳ２５５）。ここで目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐ／ｅｍより大きいと肯定判定すれば、圧縮比を上限圧縮比εｔ／ｅｍに制御する（ステップＳ２６０）。つまり、吸気バルブ２１がピストン４１との干渉を招きやすいバルブ特性に制御されているとしても、圧縮比を上限圧縮比εｔ／ｅｍ（＜目標圧縮比εｔ）とすることで、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉を回避しつつ、圧縮比を、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔより小さいものの、上記の干渉回避のための最大の圧縮比（上限圧縮比εｔ／ｅｍ）まで圧縮比を高めることができる。

一方、ステップＳ２５５で目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐ／ｅｍ以下であると否定判定した場合は、上限圧縮比εｕｐ／ｅｍと目標圧縮比εｔの偏差を判定し（ステップＳ２６５）、その判定結果に応じて以下のように圧縮比を制御する。上限圧縮比εｕｐ／ｅｍと目標圧縮比εｔの偏差が所定偏差αを越えていれば、目標圧縮比εｔは上限圧縮比εｕｐ／ｅｍより十分小さいことから、吸気バルブ２１がピストン４１との干渉を招きやすいバルブ特性に制御されているとしても、この干渉回避が可能であるとしてステップＳ２４０に移行し、圧縮比を目標圧縮比εｔに制御する。

しかしながら、上限圧縮比εｕｐ／ｅｍと目標圧縮比εｔの偏差が所定偏差α以下であれば、目標圧縮比εｔは上限圧縮比εｕｐ／ｅｍより小さいものの、この上限圧縮比εｕｐ／ｅｍの近傍であることから、吸気バルブ２１とピストン４１との干渉回避の実効を高めるために、圧縮比を、上限圧縮比εｕｐ／ｅｍより所定偏差αの分だけ小さい圧縮比（＜目標圧縮比εｔ）に制御する（ステップＳ２７０）。

以上説明したように、本実施例では、吸気バルブ２１のバルブ特性制御と圧縮比の変更制御とを行うに当たり、バルブ特性の制御結果として発現されているバルブ特性に応じて圧縮比の変更上限圧縮比である上限圧縮比εｕｐとして定め（ステップＳ２２０）、この上限圧縮比εｕｐを、バルブ特性の制御結果として発現されているバルブ特性で駆動している吸気バルブ２１とピストン４１との干渉を回避可能な圧縮比とした（図６参照）。そして、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐより大きければ、圧縮比を目標圧縮比εｔより小さい上限圧縮比εｔに制御する（ステップＳ２３０）。こうした圧縮比制御により、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉を回避しつつ、圧縮比を、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔより小さいものの、上記の干渉回避のための最大の圧縮比（上限圧縮比εｔ）まで圧縮比を高めることができる。この結果、エンジン本体１０の機関効率の低下を抑制しつつ燃費を改善できる。

その一方、目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐ以下であれば、圧縮比を目標圧縮比εｔに制御するので（ステップＳ２４０）、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉回避が可能である上に、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔでのエンジン運転により、機関効率向上と燃費改善を両立できる。

また、本実施例では、次のような圧縮比制御も行う。本実施例のエンジン本体１０では、吸気バルブ２１のバルブ特性を油圧駆動のアクチュエータを用いたカム機構２５にて行う。よって、油圧駆動の信頼性が低い低油温時のエンジン始動時にあっても、このカム機構２５を用いたバルブ特性制御の信頼性を担保するため、例えばバルブ特性（バルブリフト量或いは作用角）の変更範囲を制限するような特異的なバルブ特性制御が実行される。また、何らかの原因でカム機構２５における揺動カム２５ｃと揺動カム２５ｃの駆動に異常が起きたような場合には、バルブ特性を所定のものに固定するような特異的なバルブ特性制御が実行される。

こうした特異的なバルブ特性制御では、吸気バルブ２１とピストン４１との干渉を最も招きやすいと思われるバルブ特性（最大バルブリフト量或いは最進角側のバルブ特性、若しくはこの両者が発現したバルブ特性）で吸気バルブ２１が駆動していることも予想される。よって、こうした場合には、吸気バルブ２１とピストン４１との干渉を最も招きやすいと思われる上記のバルブ特性に応じて圧縮比の変更上限圧縮比である上限圧縮比εｕｐ／ｅｍを定める（ステップＳ２５０）。この上限圧縮比εｕｐ／ｅｍにあっても、ピストン４１との干渉を招きやすいバルブ特性とされた吸気バルブ２１とピストン４１との干渉を回避することができる圧縮比として規定したので、目標圧縮比εｔがこの上限圧縮比εｕｐ／ｅｍより大きければ、圧縮比を目標圧縮比εｔより小さい上限圧縮比εｔ／ｅｍに制御する（ステップＳ２６０）。なお、ステップＳ２５０での上限圧縮比εｔ／ｅｍ設定に際しては、吸気バルブ２１がピストン４１との干渉を最も招きやすいと思われるバルブ特性（最大バルブリフト量或いは最進角側のバルブ特性、若しくはこの両者が発現したバルブ特性）で実際に駆動している場合の他、こうしたバルブ特性で吸気バルブ２１が駆動していると仮定して、上限圧縮比εｔ／ｅｍを定めればよい。

こうした圧縮比制御により、吸気バルブ２１がピストン４１との干渉を招きやすいバルブ特性に制御されているとしても、ピストン４１と吸気バルブ２１との干渉を回避しつつ、圧縮比を、エンジンの運転状態に対応した目標圧縮比εｔより小さいものの、上記の干渉回避のための最大の圧縮比（上限圧縮比εｔ／ｅｍ）まで圧縮比を高めることができる。よって、上記した特異なバルブ特性制御状況下であっても、エンジン本体１０の機関効率の低下を抑制しつつ燃費を改善できる。

しかも、本実施例では、上記した特異なバルブ特性制御状況下において目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐ／ｅｍ以下であっても、目標圧縮比εｔ上限圧縮比εｕｐ／ｅｍの近傍である場合には、圧縮比を、上限圧縮比εｕｐ／ｅｍより所定偏差αの分だけ小さい圧縮比（＜目標圧縮比εｔ）に制御するので（ステップＳ２７０）、吸気バルブ２１とピストン４１との干渉回避の実効性を高めることができる。

また、本実施例では、上記した特異なバルブ特性制御状況下において目標圧縮比εｔが上限圧縮比εｕｐ／ｅｍより十分小さければ、吸気バルブ２１がピストン４１との干渉を招きやすいバルブ特性に制御されているとしても、この干渉回避が可能であるとして圧縮比を目標圧縮比εｔに制御する。よって、機関効率向上と燃費改善の両立を図ることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記した実施の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て実施することが可能である。例えば、上記の実施例では、エンジンにおける吸気バルブ２１のバルブ特性を変更可能なカム機構２５を有するものとしたが、排気バルブ２２においてもバルブ特性制御を行うエンジンにも適用できる。

また、上記した実施例では、燃焼室容積を上部ブロック３１と下部ブロック３２の相対的な位置関係を変えることで変更したが、こうした構成に限られるものではない。例えば、ピストン４１とクランクシャフト４３とを連結するコネクティングロッド４２を、屈曲構造のものとし、この屈曲程度を変更することでピストンストロークを変え、これにより燃焼室容積変更並びに圧縮比変更を起こす構成とすることもできる。

また、バルブ特性制御の状況に応じて（ステップＳ２１５）目標圧縮比εｔを上限圧縮比εｔや上限圧縮比εｔ／ｅｍに制限したが（ステップＳ２２０〜２３０、２５０〜２７０）、目標圧縮比の読み込みマップを切り換えるようにすることもできる。つまり、圧縮比の変更範囲の上限が上限圧縮比εｔや上限圧縮比εｔ／ｅｍとされた圧縮比マップ（上限制限マップ）を、エンジンの運転状態とバルブ特性とに対応させて予め用意し、この上限制限マップにて圧縮比の目標圧縮比を定めるようにすることもできる。

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。 バルブ特性可変に構成されたカム機構の要部構成を概略的に示す説明図である。 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。 運転状態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。 バルブ特性を考慮した圧縮比制御手順を示すフローチャートである。 上限圧縮比εｕｐをバルブ特性に応じて規定する様子をバルブリフト量可変状況と作用角示可変状況とに分けて示す説明図である。 上限圧縮比εｕｐとエンジン回転数との関係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...吸気バルブ
２２...排気バルブ
２３...吸気ポート
２４...排気ポート
２５...カム機構
２５ａ...吸気カム
２５ｂ...ロッカーアーム
２５ｃ...揺動カム
２５ｄ...入力アーム
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
３５...冷却水温度センサ
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...電子制御ユニット（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...エンジン
１２５...シャフト
１２５ｃ...カムローラ
１２５ｄ...アーム部
１２６...カム位相センサ

Claims (4)

1. 内燃機関であって、
   燃焼室の容積を変更し、圧縮比を変更する圧縮比変更機構と、
   内燃機関の運転状態に対応して定まる目標圧縮比に前記圧縮比制御機構を制御する圧縮比制御部と、
   内燃機関の燃焼室内にリフトする吸気バルブまたは排気バルブの少なくとも一方のバルブの動作上のバルブ特性を変更するバルブ特性可変機構と、
   内燃機関の運転状態に応じて定められる前記動作上のバルブ特性に前記バルブ特性可変機構を制御するバルブ可変制御部と、
   バルブ特性の変更対象となるバルブと前記ピストンとが干渉しない圧縮比の上限である変更上限圧縮比を、前記バルブ可変制御部による前記バルブ特性可変機構の制御を経て実現されている前記動作上のバルブ特性に応じて定め、前記目標圧縮比が前記変更上限圧縮比を越えると、前記目標圧縮比を前記変更上限圧縮比に制限する圧縮比制限部と、
   前記バルブ特性の変更対象となるバルブに駆動異常が生じた状況において、前記バルブ可変制御部による前記バルブ特性の制御に制限をかけるバルブ特性制限部とを備え、
   前記圧縮比制御部は、
   前記バルブ特性制限部により前記バルブ特性の制御に制限がかけられると、前記変更上限圧縮比を、前記バルブ特性制限部により制限を受けた前記バルブ特性に応じて定める
   内燃機関。
   
   
2. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記圧縮比制御部は、
   前記バルブ特性制限部により制限を受けた前記バルブ特性は、バルブ特性の変更対象となるバルブが前記ピストンと干渉を起こす可能性が高い側のバルブ特性であると仮定して、前記変更上限圧縮比を、前記干渉を起こす可能性が高い側のバルブ特性に応じて定める
   内燃機関。
3. 請求項２記載の内燃機関であって、
   前記仮定したバルブ特性は、バルブ特性の変更対象となるバルブの作用角が最進角側となった場合のバルブ特性、或いは、バルブ特性の変更対象となるバルブのバルブリフト量が最大となった場合のバルブ特性の少なくともいずれかのバルブ特性とされている
   内燃機関。
4. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関であって、
   前記変更上限圧縮比は、内燃機関の回転数が高くなるに従って小さく設定される
   内燃機関。

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