專利名稱：火花點火式內燃機的制作方法
技術領域：
本發明涉及火花點火式內燃機。
背景技術：
已知如下的內燃機具有由能夠繞軸線旋轉的中空套筒(sleeve)、和與在中空套筒內螺旋設置的母螺紋螺合且當使中空套筒旋轉時沿中空套筒的軸線方向移動的控制棒構成的傳遞機構，控制棒與控制活塞沖程的連接機構聯結，通過由電動馬達使中空套筒旋轉來使控制棒移動，由此使活塞的沖程變化、即使機械壓縮比變化(例如參考專利文獻I)。在該內燃機中，傳遞機構形成為不可逆式，使得即使壓縮壓力或燃燒壓發生變化活塞沖程也不變化即控制棒不移動。
現有技術文獻專利文獻I :日本特開2006-052682號公報

發明內容
發明要解決的問題然而，若使用如此不可逆式的傳遞機構，則在電動馬達發生了故障的情況下傳遞機構的控制棒不能移動，因此機械壓縮比被維持在電動馬達故障時的壓縮比。該情況下，若機械壓縮比被維持在高壓縮比，則會出現發生爆震等問題，該情況下，為了不產生這種問題，需要使機械壓縮比降低。然而專利文獻I對該情況沒有作出任何考慮。在除了機械壓縮比還控制進氣門的閉門正時的情況下，對于機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合，存在由于燃燒惡化而不能侵入的內燃機的運轉區域、即禁止侵入區域。因此，在故障時使機械壓縮比降低的情況下，需要使機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合不侵入該禁止侵入區域內。本發明的目的在于，提供一種在可變壓縮比機構發生了故障時確保良好的燃燒并使機械壓縮比降低的火花點火式內燃機。用于解決問題的技術方案根據本發明，提供一種火花點火式內燃機，其具有能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構和能夠控制進氣門的閉門正時的可變氣門正時機構，對機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合設定禁止侵入區域，禁止表示機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合的工作點侵入該禁止侵入區域內，在可變壓縮比機構發生了故障時使機械壓縮比以及進氣門閉門正時從當前的工作點向低機械壓縮比側的要求工作點不禁止侵入區域內地變化。發明的效果在可變壓縮比機構發生了故障時使機械壓縮比降低，此時機械壓縮比以及進氣門閉門正時不會侵入禁止侵入區域內，因此能夠確保良好的燃燒。


圖I是火花點火式內燃機的整體圖。圖2是可變壓縮比機構的分解立體圖。圖3是以圖解方式表示的內燃機的側面剖面圖。圖4是表示可變氣門正時機構的圖。圖5是表示進氣門以及排氣門的升程量的圖。圖6是用于說明機械壓縮比、實際壓縮比以及膨脹比的圖。圖7是表示理論熱效率與膨脹比的關系的圖。圖8是用于說明通常周期以及超高膨脹比周期的圖。
圖9是表示與內燃機負荷相應的機械壓縮比等的變化的圖。圖10是表示禁止侵入區域和目標工作線的圖。圖11是表示禁止侵入區域和目標工作線的圖。圖12是表示禁止侵入區域的圖。圖13是表示可變壓縮比機構發生了故障時的工作點的各種變化的圖。圖14是表示可變壓縮比機構發生了故障時的工作點的各種變化的圖。圖15是以圖解方式表示的內燃機的側面剖面圖。圖16是表示蝸桿和蝸輪的圖。圖17是表示傳遞效率的圖。圖18是表示凸輪軸的旋轉角度的變化速度的圖。圖19是表示目標工作點和工作點的圖。圖20是表示目標工作點和工作點的圖。圖21是表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度的變化的圖。圖22是表示一定時間內的機械壓縮比的可變更量的圖。圖23是表示一定時間內的機械壓縮比的可變更量的圖。圖24是表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度的變化的圖。圖25是表示目標工作點和工作點的圖。圖26是表示目標工作點和工作點的圖。圖27是表示目標工作點和工作點的圖。圖28是表示目標工作點和工作點的圖。圖29是表示目標工作點和工作點的圖。圖30是表示目標工作點和工作點的圖。圖31是表示目標工作點和工作點的圖。圖32是表示目標工作點和工作點的圖。圖33是表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度等的變化的時間圖。圖34是表示目標工作點和工作點的圖。圖35是表示目標工作點和工作點的圖。圖36是表示目標工作點和工作點的圖。圖37是表示目標工作點和工作點的圖。圖38是表示目標工作點和工作點的圖。圖39是表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度等的變化的時間圖。
圖40是表示目標工作點和工作點的圖。圖41是表示目標工作點和工作點的圖。圖42是表示目標工作點和工作點的圖。圖43是表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度等的變化的時間圖。圖44是表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度等的變化的時間圖。圖45是用于進行驅動馬達的故障診斷的流程圖。圖46是用于算出目標值的流程圖。圖47是用于算出目標值的流程圖。·
圖48是用于進行可變壓縮比機構等的驅動控制的流程圖。圖49是用于說明變形例的圖。圖50是表示另一實施例的內燃機的側面剖面圖。圖51是表示蝸桿以及蝸輪的另一實施例的圖。
具體實施例方式圖I中示出火花點火式內燃機的側面剖面圖。參照圖I, I表不曲軸箱,2表不氣缸體,3表不氣缸蓋,4表不活塞,5表不燃燒室，6表不配置于燃燒室5的頂面中央部的火花塞,7表不進氣門，8表不進氣口，9表不排氣門，10表示排氣口。進氣口 8經由進氣支管11連接于氣室12，在各進氣支管11配置有用于向分別對應的進氣口 8內噴射燃料的燃料噴射閥13。此外，燃料噴射閥13可以配置在各燃燒室5內來代替安裝于各進氣支管11。氣室12經由進氣管14聯結于空氣濾清器15，在進氣管14內配置有由促動器16驅動的節氣門17和使用了例如紅外線的吸入空氣量檢測器18。另一方面，排氣口 10經由排氣支管19連接于內置有例如三元催化劑的催化劑轉換器20，在排氣支管19內配置有空燃比傳感器21。另一方面，在圖I所示的實施例中，在曲軸箱I與氣缸體2的聯結部設置有可變壓縮比機構A，該可變壓縮比機構A能夠通過使曲軸箱I與氣缸體2在氣缸軸線方向上的相對位置變化來改變活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積，還設置有能夠改變實際壓縮作用的開始正時的實際壓縮作用開始正時變更機構B。此外，在圖I所示的實施例中，該實際壓縮作用開始正時變更機構B由能夠控制進氣門7的閉門正時的可變氣門正時機構構成。如圖I所示，在曲軸箱I和氣缸體2安裝有用于檢測曲軸箱I與氣缸體2之間的相對位置關系的相對位置傳感器22,從該相對位置傳感器22輸出表不曲軸箱I與氣缸體2的間隔的變化的輸出信號。另外，在可變氣門正時機構B安裝有產生表示進氣門7的閉門正時的輸出信號的氣門正時傳感器23，在節氣門驅動用的促動器16安裝有產生表示節氣門開度的輸出信號的節氣門開度傳感器24。電子控制單元30由數字計算機構成，具備由雙向總線31相互連接的ROM (readonly memory,只讀存儲器)32、RAM(random access memory,隨機存取存儲器)33、CPU(microprocessor，微處理器)34、輸入端口 35以及輸出端口 36。吸入空氣量檢測器18、空燃比傳感器21、相對位置傳感器22、氣門正時傳感器23以及節氣門開度傳感器24的輸出信號分別經由對應的AD變換器37輸入到輸入端口 35。此外，在加速踏板40連接有產生與加速踏板40的踏下量L成比例的輸出電壓的負荷傳感器41,負荷傳感器41的輸出電壓經由對應的AD變換器37輸入到輸入端口 35。而且，在輸入端口 35還連接有當曲軸每旋轉例如30°時產生輸出脈沖的曲軸轉角傳感器42。另一方面，輸出端口 36經由對應的驅動電路38連接于火花塞6、燃料噴射閥13、節氣門驅動用促動器16、可變壓縮比機構A以及可變氣門正時機構B。圖2示出了圖I所示的可變壓縮比機構A的分解立體圖，圖3示出了以圖解方式表示的內燃機的側面剖面圖。參照圖2，在氣缸體2的兩側壁的下方形成有彼此隔著間隔的多個突出部50，在各突出部50內 分別形成有截面圓形的凸輪插入孔51。另一方面，在曲軸箱I的上壁面上形成有彼此隔著間隔且分別嵌入對應的突出部50之間的多個突出部52，在這些各突出部52內也分別形成有截面圓形的凸輪插入孔53。如圖2所示設置有一對凸輪軸54、55，在各凸輪軸54、55上隔一地固定有以能夠旋轉的方式插入到各凸輪插入孔53內的圓形凸輪58。這些圓形凸輪58與各凸輪軸54、55的旋轉軸線形成為共軸。另一方面，在各圓形凸輪58的兩側，延伸有如在圖3所示相對于各凸輪軸54、55的旋轉軸線而偏心配置的偏心軸57，在該偏心軸57上以偏心配置且能夠旋轉的方式安裝有另外的圓形凸輪56。如圖2所示，這些圓形凸輪56被配置在各圓形凸輪58的兩側，這些圓形凸輪56以能夠旋轉的方式插入到對應的各凸輪插入孔51內。另外，如圖2所示，在凸輪軸55安裝有產生表示凸輪軸55的旋轉角度的輸出信號的凸輪轉角傳感器25。從圖3 (A)所示的狀態來看，若使在各凸輪軸54、55上固定的圓形凸輪58如圖3(A)中以箭頭所示向彼此相反方向旋轉，則偏心軸57向彼此分離的方向移動，所以圓形凸輪56在凸輪插入孔51內向與圓形凸輪58相反方向旋轉，如圖3 (B)所示，偏心軸57的位置從高位置達到中間高的位置。接著，若進一步使圓形凸輪58向以箭頭表示的方向旋轉，則如圖3 (C)所示，偏心軸57達到最低的位置。此外，在圖3 (A)、圖3 (B)、圖3 (C)示出了各個狀態下的圓形凸輪58的中心a、偏心軸57的中心b和圓形凸輪56的中心c的位置關系。比較圖3 (A)與圖3 (C)可知，曲軸箱I與氣缸體2的相對位置根據圓形凸輪58的中心a與圓形凸輪56的中心c的距離而確定，圓形凸輪58的中心a與圓形凸輪56的中心c的距離越大，則氣缸體2越遠離曲軸箱I。即，可變壓縮比機構A通過使用了旋轉的凸輪的曲軸機構使曲軸箱I與氣缸體2間的相對位置變化。若氣缸體2遠離曲軸箱1，則活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積增大，因此能夠通過使各凸輪軸54、55旋轉，從而改變活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積。如圖2所示，為了使各凸輪軸54、55在彼此相反方向上進行旋轉，在驅動馬達59的旋轉軸上分別安裝有螺旋方向相反的一對蝸桿61、62，與這些蝸桿61、62嚙合的蝸輪63、64分別固定在各凸輪軸54、55的端部。當根據電子控制單元30的輸出信號驅動驅動馬達59時，驅動馬達59的旋轉力經由蝸桿61、62以及蝸輪63、64傳遞到凸輪軸54、55，因此可知蝸桿61和蝸輪63以及蝸桿62和蝸輪64分別形成用于將驅動馬達59的旋轉力傳遞到對應的凸輪軸54、55的傳遞機構65、66。在圖2所示的實施例中，通過驅動驅動馬達59，可使活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積在寬范圍內變更。
另一方面，圖4示出了在圖I中用于驅動進氣門7的凸輪軸70的端部安裝的可變氣門正時機構B。參照圖4，該可變氣門正時機構B具有同步輪71，其通過內燃機的曲軸經由同步帶沿箭頭方向旋轉；圓筒狀殼72，其與同步輪71 —起旋轉；旋轉軸73，其與進氣門驅動用凸輪軸70 —起旋轉且能夠相對于圓筒狀殼72相對旋轉；多個區隔壁74，其從圓筒狀殼72的內周面延伸到旋轉軸73的外周面；以及葉片75，其在各區隔壁74之間從旋轉軸73的外周面延伸到圓筒狀殼72的內周面，在各葉片75的兩側分別形成有進角(提前)用液壓室76和遲角(延遲)用液壓室77。對各液壓室76、77供給工作油的控制，由工作油供給控制閥78來進行。該工作油供給控制閥78具備分別聯結于各液壓室76、77的液壓口 79、80 ;從液壓泵81排出的工作油的供給口 82 ;—對排出口 83、84 ;進行各口 79、80、82、83、84間的連通切斷控制的隨動閥85。在應當使進氣門驅動用凸輪軸70的凸輪的相位提前時，在圖4中使隨動閥85向右方移動，從供給口 82供給的工作油經由液壓口 79被供給到進角用液壓室76，并且遲角用液壓室77內的工作油被從排出口 84排出。此時旋轉軸73相對于圓筒狀殼72沿箭頭方向 相對旋轉。與此相對，在應當使進氣門驅動用凸輪軸70的凸輪的相位延遲時，在圖4中使隨動閥85向左方移動，從供給口 82供給的工作油經由液壓口 80被供給到遲角用液壓室77，并且進角用液壓室76內的工作油被從排出口 83排出。此時旋轉軸73相對于圓筒狀殼72沿與箭頭相反的方向相對旋轉。在旋轉軸73相對于圓筒狀殼72相對旋轉時，若隨動閥85返回到圖4所示的中立位置，則旋轉軸73的相對旋轉動作停止，旋轉軸73保持在當時的相對旋轉位置。因此，能夠通過可變氣門正時機構B使進氣門驅動用凸輪軸70的凸輪的相位提前或延遲所希望的量。在圖5中，實線表示通過可變氣門正時機構B使進氣門驅動用凸輪軸70的凸輪的相位最提前時，虛線表示使進氣門驅動用凸輪軸70的凸輪的相位最延遲時。因此，進氣門7的開門正時能夠在圖5中以實線所示的范圍與以虛線所示的范圍之間任意地設定，因此，進氣門7的閉門正時也能夠設定成圖5中以箭頭C所示的范圍內的任意的曲軸角。圖I和圖4所示的可變氣門正時機構B表示一個例子，也可以使用例如能夠使進氣門的開門正時維持恒定而僅改變進氣門的閉門正時的可變氣門正時機構等各種形式的可變氣門正時機構。接著參照圖6對本申請中使用的用語的意思進行說明。此外，在圖6的(A)、(B)、(C)中為了說明而示出了燃燒室容積為50ml、活塞的行程容積為500ml的發動機，在這些圖6的(A)、(B)、(C)中，燃燒室容積表示活塞位于壓縮上死點時的燃燒室的容積。圖6 (A)對機械壓縮比進行說明。機械壓縮比是僅根據壓縮行程時的活塞的行程容積和燃燒室容積而機械地確定的值，該機械壓縮比由(燃燒室容積+行程容積)/燃燒室容積來表示。在圖6 (A)所示的例子中，該機械壓縮比為(50ml + 500ml) /50ml = 11。圖6 (B)對實際壓縮比進行說明。該實際壓縮比是根據從實際上開始壓縮作用時到活塞到達上死點為止的實際的活塞行程容積和燃燒室容積而確定的值，該實際壓縮比由(燃燒室容積+實際的行程容積)/燃燒室容積來表示。也就是說，如圖6 (B)所示，在壓縮行程中即使活塞開始上升但在進氣門開啟的期間并不進行壓縮作用，而是從進氣門關閉時起開始實際的壓縮作用。因此，實際壓縮比使用實際的行程容積如上述那樣來表示。在圖6 (B)所示的例子中，實際壓縮比為(50ml + 450ml) /50ml = 10。圖6 (C)對膨脹比進行說明。膨脹比是根據膨脹行程時的活塞的行程容積和燃燒室容積而確定的值，該膨脹比由(燃燒室容積+行程容積)/燃燒室容積來表示。在圖6 (C)所示的例子中，該膨脹比為(50ml + 500ml)/50ml = 11。接著參照圖7以及圖8對本發明中使用的超高膨脹比周期進行說明。圖7示出了理論熱效率與膨脹比的關系，圖8示出了本發明中與根據負荷分別使用的通常周期與超高膨脹比周期的比較。圖8 (A)示出了進氣門在下死點附近關閉、大體從進氣下死點附近由活塞開始壓縮作用的情況下的通常周期。在該圖8 (A)所示例中，也與圖6 (A)、(B)、(C)所示例同樣，燃燒室容積設為50ml,活塞的行程容積設為500ml。從圖8 (A)可知,在通常周期中機械壓縮比為(50ml + 500ml)/50ml = 11，實際壓縮比也約為11，膨脹比也為(50ml + 500ml) /50ml = 11。也就是說，在通常的內燃機中機械壓縮比、實際壓縮比和膨脹比大致相等。圖7中的實線示出了在實際壓縮比與膨脹比大致相等的情況下的、即通常周期中的理論熱效率的變化。可知在該情況下，膨脹比越大、即實際壓縮比越高，則理論熱效率越高。因此，在通常周期中為了提高理論熱效率，提高實際壓縮比即可。然而，由于在內燃機高負荷運轉時產生爆震的制約，實際壓縮比最大只能提高至12左右，這樣在通常周期中不能充分地提高理論熱效率。另一方面，對在如此狀況下嚴密地區分機械壓縮比和實際壓縮比并提高理論熱效率的情況進行研究，其結果發現，理論熱效率由膨脹比決定，實際壓縮比幾乎不對理論熱效率產生影響。也就是說，當提高實際壓縮比時爆發力提高，但為了壓縮需要較大的能量，這樣即使提高實際壓縮比，理論熱效率也幾乎不會提高。與此相對，若增大膨脹比，則在膨脹行程時對活塞作用按壓力的期間變長，這樣活塞向曲軸提供旋轉力的期間變長。因此，若膨脹比越來越大，理論熱效率提高。圖7的虛線ε = ο示出了在將實際壓縮比固定為10的狀態下提高了膨脹比的情況下的理論熱效率。如此可知在將實際壓縮比ε維持較低值的狀態下提高了膨脹比時的理論熱效率的上升量、與如圖7的實線所示使實際壓縮比和膨脹比都增大的情況下的理論熱效率的上升量沒有大的差別。如此，當實際壓縮比維持較低值時不會發生爆震，因此，若在使實際壓縮比維持較低值的狀態下提高膨脹比，則能夠阻止爆震的發生且大幅地提高理論熱效率。圖8 (B)示出了使用可變壓縮比機構A和可變氣門正時機構B，使實際壓縮比維持較低值同時提高膨脹比的情況的一例。參照圖8(B)，在該例中通過可變壓縮比機構A使燃燒室容積從50ml減少至20ml。另一方面，通過可變氣門正時機構B使進氣門的閉門正時延遲直到實際的活塞行程容積從500ml變為200ml為止。其結果，在該例中實際壓縮比變為(20ml + 200ml)/20ml = 11，膨脹比變為(20ml + 500ml)/20ml = 26。在圖8 (A)所示的通常周期中，如上所述實際壓縮比約為11、膨脹比為11，與該情況相比，可知在圖8 (B)所示的情況下僅膨脹比被提高至
26。這是被稱為超高膨脹比周期的原因。
通常而言，在內燃機中內燃機負荷越低則熱效率越惡化，因此為了提高內燃機運轉時的熱效率、即為了提高燃料經濟性，需要提高內燃機負荷低時的熱效率。另一方面，在圖8 (B)所示的超高膨脹比周期中，由于壓縮行程時的實際的活塞行程容積減小，能夠吸入燃燒室5內的吸入空氣量少，因此該超高膨脹比周期只能在內燃機負荷較低時采用。因此，在本發明中在內燃機負荷較低時設為圖8 (B)所示的超高膨脹比周期，在內燃機高負荷運轉時設為圖8 (A)所示的通常周期。接著參照圖9對運轉控制整體進行說明。圖9中示出了與某內燃機轉速下的內燃機負荷相應的吸入空氣量、進氣門閉門正時、機械壓縮比、膨脹比、實際壓縮比以及節氣門17的開度的各變化。此外圖9中還示出了如下情況為了能夠通過催化轉換器20內的三元催化劑同時降低排氣氣體中的未燃HC、C0 以及NOx，基于空燃比傳感器21的輸出信號將燃燒室5內的平均空燃比反饋控制為理論空燃比。如上所述在內燃機高負荷運轉時執行圖8 (A)所示的通常周期。因此，如圖9所示，此時機械壓縮比被設得較低，因此膨脹比較低，如圖9中以實線所示，進氣門7的閉門正時比圖5中以實線所示提前。此外，此時吸入空氣量多，此時節氣門17的開度保持全開，因此泵氣損失成為零。另一方面，如圖9中以實線所示，若內燃機負荷變低，則與此相伴為了減少吸入空氣量而延遲進氣門7的閉門正時。另外，此時為了將實際壓縮比保持為大致恒定，如圖9所示隨著內燃機負荷變低，機械壓縮比增大，因此隨著內燃機負荷變低，膨脹比也增大。此外，此時節氣門17也保持全開狀態，因此供給到燃燒室5內的吸入空氣量不通過節氣門17，而是通過改變進氣門7的閉門正時來控制。如此在內燃機負荷從內燃機高負荷運轉狀態變低時，基于實際壓縮比大致恒定，隨著吸入空氣量減少，機械壓縮比增大。即，與吸入空氣量的減少成比例地，活塞4到達壓縮上死點時的燃燒室5的容積減少。因此活塞4到達壓縮上死點時的燃燒室5的容積，與吸入空氣量成比例地變化。此外，此時在圖9所示的例子中，燃燒室5內的空燃比變為理論空燃比，所以活塞4到達壓縮上死點時的燃燒室5的容積與燃料量成比例地變化。若內燃機負荷進一步變低，則機械壓縮比進一步增大，當內燃機負荷降低到稍接近低負荷的中負荷L1時，機械壓縮比達到成為燃燒室5的構造上界限的界限機械壓縮比。當機械壓縮比達到界限機械壓縮比時，在與機械壓縮比達到界限機械壓縮比時的內燃機負荷L1相比負荷低的區域中，機械壓縮比保持為界限機械壓縮比。因此，在低負荷側的內燃機中負荷運轉時以及內燃機低負荷運轉時、即在內燃機低負荷運轉側機械壓縮比最大，膨脹比也最大。換言之，在內燃機低負荷運轉側為了得到最大的膨脹比，使機械壓縮比最大。另一方面，在圖9所示的實施例中，當內燃機負荷降低到L1時，進氣門7的閉門正時成為能夠控制向燃燒室5內供給的吸入空氣量的界限閉門正時。當進氣門7的閉門正時達到界限閉門正時時，在與進氣門7的閉門正時達到界限閉門正時時的內燃機負荷L1相比負荷低的區域中，進氣門7的閉門正時保持界限閉門正時。若進氣門7的閉門正時保持界限閉門正時，則已經不能通過進氣門7的閉門正時的變化來控制吸入空氣量。在圖9所示的實施例中，此時、即在與進氣門7的閉門正時達到界限閉門正時時的內燃機負荷L1相比負荷低的區域中，通過節氣門17控制向燃燒室5內供給的吸入空氣量，內燃機負荷越低則節氣門17的開度越小。另一方面，如圖9中以虛線所示，通過隨著內燃機負荷變低而使進氣門7的閉門正時提前，從而也能夠不通過節氣門17而控制吸入空氣量。因此，若以能夠都包含圖9中以實線所示的情況和以虛線所示的情況的方式進行表現，則本發明的實施例中，進氣門7的閉門正時，隨著內燃機負荷變低，向從進氣下死點BDC遠離的方向移動直到能夠控制向燃燒室內供給的吸入空氣量的界限閉門正時U。如此，能夠使進氣門7的閉門正時如圖9中以實線所示那樣變化來控制吸入空氣量，也能夠使進氣門7的閉門正時如以虛線所示那樣變化來控制吸入空氣量，以下對本發明以使進氣門7的閉門正時如圖9中以實線所示那樣變化的情況為例進行說明。如上所述在圖8 (B)所示的超高膨脹比周期中膨脹比被設為26。該膨脹比越高越好，但從圖7可知相對于實際上能夠使用的下限壓縮比ε =5，只要為20以上就能夠得到相當高的理論熱效率。因此，在本發明中以使膨脹比為20以上的方式形成可變壓縮比機構A0 接著參照圖10 圖12對禁止侵入區域和與機械壓縮比以及進氣門閉門正時對應的基準工作線進行說明。圖10使出了為了獲得所要求的內燃機負荷所需要的吸入空氣量即要求吸入空氣量、機械壓縮比和進氣門閉門正時。此外，在圖10中，要求吸入空氣量隨著遠離原點O而增大，機械壓縮比隨著遠離原點O而增大。另外，在圖10中，進氣門閉門正時以進氣下死點后(ABDC)的曲軸角來表示，因此進氣門閉門正時隨著遠離原點O而延遲。另一方面，在圖10中，Qp Q2、Q3、Q4、Q5分別表示同一吸入空氣量面，Q6表示節氣門17全開的節氣門全開面。從圖10可知，該節氣門全開面Q6由向上凸的彎曲面構成。在該節氣門全開面Q6下方的區域，越向下方則節氣門開度越小。在圖10中，以陰影所示的區域表示各同一吸入空氣量面QpQyQyQpQ5內的禁止侵入區域。另一方面，圖11表示從圖10的上方觀察得到的圖，圖12 (A)表示從箭頭方向觀察圖10中的左側面SI得到的圖，圖12 (B)表示從箭頭方向觀察圖10中的右側面S2得到的圖，在這些圖11以及圖12 (A)、(B)中也是以陰影所示的區域表示禁止侵入區域。從圖10、圖11、圖12 (A)、(B)可知，禁止侵入區域以三維方式擴展，進而該禁止侵入區域包括高負荷側的區域X1和低負荷側的區域X2這2個區域。此外，從圖10、圖11、圖12 (A)、(B)可知，高負荷側禁止侵入區域X1中，要求吸入空氣量多，進氣門閉門正時形成在進角側且機械壓縮比高的側，低負荷側禁止侵入區域X2中，要求吸入空氣量少，進氣門閉門正時形成在遲角側且機械壓縮比低的側。圖9示出了對于要求吸入空氣量而言得到最小燃料消耗的進氣門閉門正時、機械壓縮比、實際壓縮比和節氣門開度的關系，滿足該關系的線在圖10以及圖11中以實線W表示。從圖10可知，該線W在與同一吸入空氣量面Q3相比吸入空氣量多的側在節氣門全開面Q6上延伸，在與同一吸入空氣量面Q3相比吸入空氣量少的側在右側面S2上延伸。該同一吸入空氣量面Q3對應于圖9的負荷Lp也就是說，在圖9中與L1相比內燃機負荷高的區域中，內燃機負荷越高、即要求吸入空氣量越大，則在節氣門17保持全開的狀態下進氣門閉門正時越被提前，此時以使實際壓縮比成為恒定的方式，要求吸入空氣量越大則使機械壓縮比越低。此時的機械壓縮比和進氣門閉門正時的關系由圖10的節氣門全開面Q6上的線W來表示。S卩，如圖10所示，在與同一吸入空氣量面Q3相比吸入空氣量多的側，要求吸入空氣量越大，在節氣門17保持全開的狀態下進氣門閉門正時越被提前，此時以使實際壓縮比成為恒定的方式，要求吸入空氣量越大則使機械壓縮比越低。另一方面，在圖9中與L1相比內燃機負荷低的區域中，機械壓縮比以及進氣門閉門正時保持恒定，內燃機負荷越低、即要求吸入空氣量越少，則節氣門17的開度越小。此時的機械壓縮比和進氣門閉門正時的關系由圖10的右側面S2上的線W來表示。S卩，如圖10所示，在與同一吸入空氣量面Q3相比吸入空氣量少的側，機械壓縮比以及進氣門閉門正時保持恒定，內燃機負荷越低、即要求吸入空氣量越少，則使節氣門17的開度越小。本申請說明書中，將在要求吸入空氣量發生了變化時機械壓縮比和進氣門閉門正時走向的線稱為工作線，特別是圖10所示的線W被稱為基準工作線。此外，如前所述，該基準工作線表示獲得最小燃料消耗的最小燃料消耗工作線。如前所述，在該基準工作線W上實際壓縮比設為恒定。實際壓縮比與節氣門17的 開度無關而僅根據機械壓縮比以及進氣門閉門正時來確定，因此圖10中在貫穿基準工作線W沿垂直方向延伸的曲面上為同一實際壓縮比。該情況下，在與該曲面相比機械壓縮比高的側實際壓縮比變高，在與該曲面相比機械壓縮比低的側實際壓縮比變低。即，概略而言，高負荷側禁止侵入區域X1位于與基準工作線W上的實際壓縮比相比實際壓縮比高的區域，低負荷側禁止侵入區域X2位于與基準工作線W上的實際壓縮比相比實際壓縮比低的區域。當為了提高燃料經濟性而提高實際壓縮比時會發生爆震，若為了阻止發生爆震而使點火正時延遲，則燃燒會變得不穩定，會發生轉矩變動。高負荷側禁止侵入區域X1是產生這樣的轉矩變動的運轉區域，因此在內燃機運轉時需要使內燃機的運轉狀態不進入產生這樣的轉矩變動的運轉區域內。另一方面，若吸入空氣量少而實際壓縮比低，則變得難以燃燒，若節氣門17的開度減小而壓縮端壓力降低，則燃燒惡化而產生轉矩變動。低負荷側禁止侵入區域X2是產生這樣的轉矩變動的運轉區域，因此在內燃機運轉時需要使內燃機的運轉狀態也不進入該運轉區域。另一方面，實際壓縮比越高則燃料經濟性越高，因此不產生爆震和轉矩變動地獲得最小燃料消耗的最小燃料消耗工作線，如圖10以及圖11中以W所示，在高負荷側禁止侵入區域X1的外部沿著高負荷側禁止侵入區域X1的外邊緣延伸。如前所述，在本發明的實施例中，該最小燃燒工作線被設為基準工作線W，基本上根據要求吸入空氣量控制機械壓縮t匕、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度，以使表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點在該基本工作線W上移動。此外，當前的工作點通過相對位置傳感器22、氣門正時傳感器23以及節氣門開度傳感器24 —直檢測。接著參照圖13 圖18對內燃機運轉中可變壓縮比機構A的驅動馬達59發生了故障的情況、即可變壓縮比機構A發生了故障的情況進行說明。此外，當驅動馬達59發生故障時無法通過驅動馬達59控制機械壓縮比，因此在本發明的實施例中，當驅動馬達59發生故障時停止向驅動馬達59供給電力。首先開始參照表示與圖10以及圖11同樣的圖的圖13以及圖14，對驅動馬達59發生了故障時的問題點以及機械壓縮比和進氣門閉門正時優選的變化方式進行說明。圖13以及圖14中示出了 在機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于基準工作線W上的點W1時驅動馬達59發生了故障的情況和在機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于基準工作線W上的點W2時驅動馬達59發生了故障的情況這兩種情況下，即在機械壓縮比高和進氣門閉門正時延遲時驅動馬達59發生了故障的情況。在機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于基準工作線W上的點W1時驅動馬達59發生故障、此時使機械壓縮比維持由點W1表示的高壓縮比的情況下，若要求吸入空氣量增大使進氣門閉門正時提前，則如圖13以及圖14中虛線WX1所示，表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點侵入高負荷側禁止侵入區域X1內。其結果，會發生異常燃燒。與此相對，此時若以不發生這樣的異常燃燒的方式使機械壓縮比以及進氣門閉門正時保持在由AWpW2表示的狀態，即通過控制節氣門17的開度來根據要求吸入空氣量進行控制以使表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點在點W1與點W2間的基本工作線W上移動，則下次再次啟動內燃機時內燃機的啟動會變得困難。也就是說，即使在內燃機運轉時使進氣門閉門正時保持在點Wp W2,即即使保持進 氣門閉門正時被延遲的狀態，在內燃機運轉時由于慣性也會向燃燒室5內供給一定程度的量的吸入空氣，這樣內燃機的運轉繼續進行。然而，在內燃機啟動時慣性對于吸入空氣的流入不起作用，因此向燃燒室5內供給的吸入空氣量成為內燃機運轉時的一半左右。因此，若保持進氣門閉門正時被延遲的狀態，則在內燃機啟動時吸入空氣量會不足，這樣內燃機的啟動會變得困難。因此在驅動馬達59發生了故障時不能使機械壓縮比以及進氣門閉門正時預先保持在點WpW2。另一方面，在機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于基準工作線W上的點W2時驅動馬達59發生故障、此時使機械壓縮比急速降低的情況下，如圖13以及圖14中以虛線WX2所示，表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點侵入低負荷側禁止侵入區域X2內。其結果，會發生異常燃燒。也就是說，若如上所述在驅動馬達59發生了故障時保持進氣門閉門正時被延遲的狀態，則在再次啟動內燃機時內燃機的啟動變得困難，為了在再次啟動內燃機時使內燃機的啟動容易而需要在驅動馬達59發生了故障時預先使進氣門閉門正時提前。然而，此時若僅使進氣門閉門正時提前，則表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點會侵入高負荷側禁止侵入區域X1內。與此相對，若以使表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點不侵入高負荷側禁止侵入區域X1內的方式使機械壓縮比急速降低，則表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點下次會侵入低負荷側禁止侵入區域X2內。也就是說，為了在驅動馬達59發生了故障時使表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點不侵入各負荷側禁止侵入區域Xp X2內而使進氣門閉門正時提前，如圖13中以實線Zp Z2所示，需要隨著使進氣門閉門正時提前，使機械壓縮比逐漸降低。即，為了在驅動馬達59發生了故障時使表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點向能夠確保容易再次啟動內燃機的要求工作點不侵入禁止侵入區域Xp X2地移動，需要使機械壓縮比降低。這在機械壓縮比以及進氣門閉門正時不處于點W1與點W2間的基準工作線W上時驅動馬達59發生了故障時也同樣。因此，本發明的基本特征是，具備能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構A和能夠控制進氣門7的閉門正時的可變氣門正時機構B，對機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合設定禁止侵入區域XpX2，禁止表示機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合的工作點侵入禁止侵入區域XpX2內，在可變壓縮比機構A發生了故障時使機械壓縮比以及進氣門閉門正時從當前的工作點向低機械壓縮比側的要求工作點不侵入禁止侵入區域XpX2內地變化。圖15的左側示出與圖3 (C)相同的狀態、即機械壓縮比為最大機械壓縮比時，圖15的右側示出與圖3 (A)相同的狀態、即機械壓縮比為最小機械壓縮比時。在本發明的實施例中，可變壓縮比機構A構成為，當驅動馬達59發生故障時，即當可變壓縮比機構A發生故障時，通過燃燒壓從圖15的左側的狀態向圖15的右側的狀態變化，即構成為通過燃燒壓使機械壓縮比逐漸降低，在可變壓縮比機構A發生故障而機械壓縮比逐漸降低時，使機械壓縮比以及進氣門閉門正時從當前的工作點向要求工作點不侵入禁止侵入區域Xp X2內地變化。如前所述在本發明的實施例中，如圖2所示，可變壓縮比機構A構成為通過凸輪軸54,55的旋轉使曲軸箱I與配置在曲軸箱I上方的氣缸體2的相對位置變化來使機械壓縮比變化，可變壓縮比機構A經由傳遞機構65、66通過驅動馬達59即電動式促動器的輸出而驅動，各傳遞機構65、66分別包括安裝于凸輪軸54、55的蝸輪63、64和與蝸輪63、64嚙合·且通過促動器59而旋轉的蝸桿61、62。圖16不出了這些傳遞機構65、66中的一方的傳遞機構65,在圖16中，d Θ表不蝸桿61的導程角。若該導程角d0小則能夠通過蝸桿61使蝸輪63旋轉，但不能通過蝸輪63使蝸桿61旋轉，此時傳遞機構65成為不可逆的。與此相對，若該導程角(1Θ大則能夠通過蝸桿61使蝸輪63旋轉，也能夠蝸輪63使蝸桿61旋轉，此時傳遞機構65成為可逆的。圖17示出了導程角d0與傳遞效率的關系。在圖17中，正效率表示通過蝸桿61使蝸輪63旋轉的情況下的傳遞效率，如圖17所示，導程角d0越大則該正效率越高。與此相對，在圖17中，逆效率表示通過蝸輪63使蝸桿61旋轉的情況下的傳遞效率。如圖17所示，該逆效率在導程角(1Θ為約6°以下時為零，若導程角(1Θ為約6°以上，則導程角d0越大該逆效率就越高。該情況下，逆效率為零意味著不能通過蝸輪63使蝸桿61旋轉。在內燃機正在運轉時通過燃燒壓對氣缸體2 —直作用拉升氣缸體2的方向的力，因此對各傳遞機構65、66的蝸輪63、64也作用向氣缸體2上升的方向的旋轉力。因此，若在內燃機正在運轉時驅動馬達59發生故障而停止了向驅動馬達59供給電力，此時也對蝸輪63、64作用向氣缸體2上升的方向的旋轉力。如此，即使對蝸輪63、64作用旋轉力，在逆效率為零的情況下蝸輪63、64也無法旋轉，因此該情況下機械壓縮比維持驅動馬達59發生了故障時的機械壓縮比。然而在逆效率具有正值的情況下、即傳遞機構65、66是可逆的情況下，蝸輪63、64在氣缸體2拉升的方向上旋轉，如此機械壓縮比降低。于是本發明中，在驅動馬達59發生了故障時將逆效率設為正值以使機械壓縮比降低。也就是說，在本發明的實施例中，可變壓縮比機構A具有電動式促動器、即在停止了向驅動馬達59供給電力時通過燃燒壓使傳遞機構65、66工作以使機械壓縮比逐漸降低的構造。圖18示出了在某內燃機的運轉狀態下當停止了向驅動馬達59供給電力時通過燃燒壓使凸輪軸54、55從旋轉角度S Θ I旋轉到旋轉角度S Θ 2時的情況。此外，圖18中示出了逆效率為20%、50%、80%時的凸輪軸54、55旋轉的情況。從圖18可知，逆效率越高，則凸輪軸54、55 ASQ1旋轉到S Θ 2所需的時間越短。使進氣門閉門正時提前也需要花費時間，若與該時間相比機械壓縮比的降低速度過快，則如圖13的WX2所示，表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點侵入了低負荷側禁止侵入區域X2內。從該點來看，逆效率優選為50%以下。另一方面，在逆效率為10%以下時施加于蝸輪63、64的旋轉力沒有超過對蝸桿61、62的靜摩擦力，因此蝸輪63、64不旋轉，為了使蝸輪63、64旋轉，需要使逆效率為10%以上。因此，在本發明的實施例 中，將逆效率設為從10%到50%的范圍。換言之，將傳遞機構65、66通過燃燒壓使傳遞機構65、66工作時的傳遞效率設為從10%到50%的范圍。此夕卜，在圖17中，逆效率從零上升時的導程角d Θ根據蝸輪63、64與蝸桿61、62之間的動摩擦系數的值而變化，圖17示出了動摩擦系數為O. I的情況。此外，即使該動摩擦系數的值不同，優選的逆效率的范圍也不變化。接著，對本發明的機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度的控制方式，從基本的控制方式開始說明。該基本的控制方式示出在圖19 圖21中。也就是說，圖19示出了機械壓縮比以及進氣門閉門正時維持在基準工作線W上的m點的值時使要求吸入空氣量增大了的情況。然而，在本發明的實施例中，例如每隔預先確定的時間算出要求吸入空氣量，依次算出滿足每隔該預先確定的時間算出的要求吸入空氣量的基準工作線W上的工作點。滿足該要求吸入空氣量的工作點、即要求工作點的一例，在圖19中由81、82、&3、&4、&5、86表示。即，在該例中，在使要求吸入空氣量增大之后滿足最開始所檢測出的要求吸入空氣量的要求工作點為al，滿足接著檢測出的要求吸入空氣量的要求工作點為a2,滿足接著檢測出的要求吸入空氣量的要求工作點為a3。當要求工作點變化時，表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點向新的要求工作點變化。即，在圖19所示的例子中，若要求工作點設為，則表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點從m點向S1點變化,若要求工作點設為a2,則表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點向a2變化。該情況下，如果在要求工作點變化之前機械壓縮比以及進氣門閉門正時到達要求工作點，則機械壓縮比以及進氣門閉門正時沒有任何問題地跟隨要求工作點的變化而變化。然而，在要求工作點變化之前機械壓縮比以及進氣門閉門正時沒有到達要求工作點的情況下，有時會發生問題。也就是說，在圖19中機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于點m時，當變為要求工作點％時機械壓縮比以及進氣門正時沒有變化，此時為了滿足要求吸入空氣量而使節氣門17的開度增大。由促動器16實現的節氣門17的開度變化的響應性非常快，因此當要求工作點成為S1時表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點從m點向S1點直線地移動。接著當要求工作點成為a2時，機械壓縮比稍微降低且進氣門閉門正時稍微提前同時節氣門17全開。此時機械壓縮比以及進氣門閉門正時，在算出下個要求工作點a3的時候到達要求工作點a2的附近。此時到達的機械壓縮比以及進氣門閉門正時，在表示從圖19的上方觀察得到的圖20中由工作點b2表示。當算出要求工作點&3時，機械壓縮比以及進氣門閉門正時從工作點匕向要求工作點％開始移動。S卩，在節氣門17全開的狀態下使機械壓縮比降低，使進氣門閉門正時提前。然而，由可變壓縮比機構A實現的機械壓縮比變化的響應性以及由可變氣門正時機構B實現的進氣門7的閉門正時變化的響應性沒有那么快，特別是由可變壓縮比機構A實現的機械壓縮比變化的響應性很慢。因此在要求吸入空氣量的增大速度快的情況下要求工作點和表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的實際的值的工作點順次遠離。例如在圖20中當要求工作點移動到a6時，出現表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的實際的值的工作點依然位于b2附近的狀態。然而，在這種情況下，當通過反饋控制使機械壓縮比以及進氣門閉門正時不侵入禁止侵入區域X1內地向要求工作點移動時，在機械壓縮比以及進氣門閉門正時到達要求工作點之前需要花費時間。即，該情況下，在通過使進氣門閉門正時提前而使工作點侵入了禁止侵入區域X1內時進氣門閉門正時的提前作用停止，接著使機械壓縮比減少恒定量。當使機械壓縮比減少恒定量時，進氣門閉門正時再次被提前，當工作點侵入了禁止侵入區域X1內時進氣門閉門正時的提前作用停止。以下，反復上述過程。也就是說，當通過反饋控制使機械壓縮比以及進氣門閉門正時向要求工作點移動時，表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點沿著禁止侵入區域X1的外邊沿以鋸齒狀的方式移動，如此在機械壓縮比以及進氣門閉門正時到達要求工作點之前需要花費時間。其結果，不能相對于要求吸入空氣量的變化獲得良好的內燃機的響應性。 于是在本發明中，算出在要求吸入空氣量發生了變化時機械壓縮比以及進氣門閉門正時從當前的工作點向滿足要求吸入空氣量的要求工作點不侵入禁止侵入區域Xp X2內地變化一定時間后可到達的目標工作點，使機械壓縮比以及進氣門閉門正時向該目標工作點變化。接著，參照表示節氣門全開面Q6的圖20對將本發明具體化得到的一個實施例進行說明。如前所述，圖20示出了要求工作點成為a3時表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點為b2的情況。在該情況下，箭頭R2表示機械壓縮比向要求工作點&3變化預先確定的一定時間可到達的量，箭頭S2表示進氣門閉門正時向要求工作點&3變化預先確定的一定時間可到達的量。另外，在圖20中，C2表示從當前的工作點b2向滿足要求吸入空氣量的要求工作點a3不侵入禁止侵入區域X1內地變化一定時間后可到達的目標工作點。如圖20所示，在使要求吸入空氣量增大且工作點b2以及要求工作點a3處于節氣門全開面Q6上時，該目標工作點C2位于基準工作線W上，在圖20所示的例子中位于最小燃料消耗工作線W上。即，在圖20所示的例子中，在節氣門17維持全開狀態時目標工作點在禁止侵入區域X1的外部且在沿著禁止侵入區域X1的外邊沿延伸的最小燃料消耗工作線W上移動。另外，在圖20中，若設為要求工作點為a6時表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點為bi;則在該情況下目標工作點也為基準工作線W上的點Ci。此外，在圖20中，箭頭Ri同樣地表示機械壓縮比變化一定時間后可到達的量，箭頭Si表示進氣門閉門正時變化一定時間后可到達的量。如此在圖20所示的例子中，在工作點為b2時算出目標工作點C2時，在一定時間后表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點到達目標工作點c2。此時,算出從當前的工作點C2向滿足要求吸入空氣量的要求工作點不侵入禁止侵入區域X1內地變化一定時間后可到達的下個新的目標工作點，工作點在一定時間后到達該新的目標工作點。該情況下，在本發明的實施例中。機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度通過PID (比例積分微分)控制到達目標工作點。
如此，在圖20所示的例子中，表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點沿著基準工作線W不停滯地圓滑地移動。S卩，若在圖19中機械壓縮比以及進氣門閉門正時維持在m點時使要求吸入空氣量增大，則機械壓縮比以及進氣門閉門正時如圖21中箭頭所示沿著基準工作線W不停滯地圓滑地變化。其結果，能夠相對于要求吸入空氣量的變化確保良好的內燃機的響應性。該情況下，為了進一步提高與要求吸入空氣量對應的內燃機的響應性，優選使目標工作點c2、Ci盡可能地遠離各自對應的當前的工作點b2、Iv因此在在本發明的實施例中，目標工作點C2、Ci被設為在從對應的當前的工作點b2、bi向滿足要求吸入空氣量的要求工作點不侵入禁止侵入區域X1內變化在一定時間后可到達的工作點中離當前的工作點b2、bi最遠的工作點。也就是說，在當前的工作點為b2的情況下從工作點b2開始的機械壓縮比的到達 界限設為目標工作點C2，關于進氣門閉門正時，其目標工作點C2成為相比于從工作點b2開 始的進氣門閉門正時的到達界限而是跟前的點。因此此時機械壓縮比以可能的最大速度降低，進氣門閉門正時以與可能的最大速度相比緩慢的速度提前。與此相對，在當前的工作點為K的情況下從工作點匕開始的進氣門閉門正時的到達界限設為目標工作點Ci，關于機械壓縮比，其目標工作點Ci成為相比于從工作點匕開始的進氣門閉門正時的到達界限而是跟前的點。因此此時進氣門閉門正時以可能的最大速度提前，機械壓縮比以與可能的最大速度相比緩慢的速度減少。進氣門閉門正時的可能的最大變化速度、即一定時間后可到達值幾乎不受內燃機的運轉狀態的影響，因此進氣門閉門正時在一定時間后可到達的值無關于內燃機的運轉狀態而是恒定的。與此相對，機械壓縮比的可能的最大變化速度、即一定時間后可到達的值很受內燃機的運轉狀態等的影響。接著參照圖22以及圖23對此進行說明。圖22示出了一定時間內的機械壓縮比的可變更量、即當前的機械壓縮比與一定時間后可到達的機械壓縮比的壓縮比差與內燃機負荷之間的關系。此外，圖22示出了機械壓縮比為某機械壓縮比時的壓縮比可變更量，在圖22中一點劃線Ftl示出了內燃機停止時的壓縮比可變更量。另外，圖22中以虛線示出了通過燃燒壓對可變壓縮比機構A施加的轉矩。該轉矩作用在將氣缸體2從曲軸箱I引離的方向即使壓縮比降低的方向上。如虛線所示，燃燒壓越高即內燃機負荷越高，該轉矩就越大。因為如此該轉矩對可變壓縮比機構A作用在使壓縮比降低的方向上，所以在使機械壓縮比降低的情況下機械壓縮比容易降低，因此該情況下壓縮比可變更量增大。在圖22中，實線F1示出該情況下的壓縮比可變更量，該情況下的壓縮比可變更量在內燃機負荷越高時就越大。與此相對，因為該轉矩對抗機械壓縮比的增大，因此在使機械壓縮比增大的情況下與使機械壓縮比降低的情況相比壓縮比可變更量減小。在圖22中，實線F2示出在使機械壓縮比增大的情況下的壓縮比可變更量，該情況下的壓縮比可變更量在內燃機負荷越高時就越小。在本發明的一個實施例中，預先存儲圖22中以Ftl所示的成為基準的壓縮比可變更量，通過將該基準壓縮比可變更量由圖22中以F1以及F2所示的關系進行修正，算出與內燃機負荷相應的壓縮比可變更量。接著，根據該算出的壓縮比可變更量算出在一定時間后可到達的機械壓縮比的到達值。即，在該實施例中，使在要求吸入空氣量發生了變化時一定時間后可到達的機械壓縮比的到達值根據內燃機負荷而變化。圖23示出了轉矩以及一定時間內的機械壓縮比的可變更量與凸輪軸54、55的旋轉角度即圓形凸輪58的旋轉角度之間的關系。此外，圖23中橫軸的左端表示圖3 (A)所示的機械壓縮比最低的狀態時，圖23中橫軸的右端表示圖3 (C)所示的機械壓縮比最高的狀態時。另外，圖23表示內燃機負荷為某負荷時的壓縮比可變更量，圖23中虛線Ta表示通過燃燒壓對可變壓縮比機構A施加的轉矩。圖23中一點劃線Gtl表示內燃機的運轉停止時的壓縮比可變更量。從圖3 (A)、(B)、(C)可知，在機械壓縮比處于中間時、即在圖3 (B)所示時凸輪軸54、55每單位旋轉角度的壓縮比變化量最大，因此如圖23的一點劃線Gtl所示，在機械壓縮比處于中間時壓縮比
可變更量最大。另外，如圖23中虛線Ta所示，通過燃燒壓對可變壓縮比機構A施加的轉矩，在圖3 (B)所示時即機械壓縮比處于中間時最高。另一方面，圖23中實線G1表示使機械壓縮比 降低的情況，實線G2表示使機械壓縮比增大的情況。如圖23所示，使機械壓縮比降低時的壓縮比可變更量匕比使機械壓縮比增大時的壓縮比可變更量G2大。另外，在機械壓縮比處于中間時由于基于燃燒壓的轉矩最高，所以此時壓縮比可變更量G1變高，壓縮比可變更量G2降低。在本發明的一個實施例中，預先存儲圖23中以Gtl所示的成為基準的壓縮比可變更量，通過將該基準壓縮比可變更量由圖23中以G1以及G2所示的關系進行修正，算出與凸輪軸54、55的旋轉角度相應的壓縮比可變更量。進而，通過將該壓縮比可變更量由圖22中以匕以及F2所示的關系進行修正，算出與凸輪軸54、55的旋轉角度以及內燃機負荷相應的壓縮比可變更量。接著根據該算出的壓縮比可變更量算出一定時間后可到達的機械壓縮比的到達值。也就是說，在本實施例中，在要求吸入空氣量發生了變化時一定時間后可到達的機械壓縮比的到達值根據旋轉的凸輪58的旋轉角度以及內燃機負荷而變化。此外，圖23中還以虛線Gr示出了在停止向驅動馬達59供給電力時一定時間內向低壓縮比側的壓縮比變更量。該壓縮比變更量Gr如圖23所示隨著轉矩Ta變高而變高。即，該壓縮比變更量Gr在圖3 (B)所示時即機械壓縮比處于中間時最高。進而，該壓縮比變更量Gr在內燃機負荷越高時就越大。在本發明的實施例中，該壓縮比變更量Gr作為內燃機負荷以及凸輪軸54、55的旋轉角度的函數預先存儲在R0M32內，根據該存儲的壓縮比變更量Gr算出一定時間后到達的機械壓縮比的到達值。接著參照圖24 圖39對使要求吸入空氣量減少的情況進行說明。此外，在圖24 圖39中，圖24以及圖25示出使要求吸入空氣量緩慢減少的情況，圖26 圖33示出使要求吸入空氣量比較快地減少的情況，圖34 圖39示出使要求吸入空氣量急劇減少的情況。此外，圖24 圖39示出在表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的組合的工作點位于基準工作線W上的η點時開始了要求吸入空氣量的減少作用的情況。首先開始參照圖24以及圖25對使要求吸入空氣量緩慢減少的情況進行說明。此夕卜，圖25示出了與圖20同樣的節氣門全開面Q6。圖25示出了該情況下的當前的工作點與要求工作點之間的關系。S卩，圖25中以Cli表示當前的工作點為^時的要求工作點，此時以Ri表示機械壓縮比在一定時間后可到達的量，此時以Si表示進氣門閉門正時在一定時間后可到達的量。進而，圖25中以dj示出當前的工作點為ej時的要求工作點，此時以Rj示出機械壓縮比在一定時間后可到達的量，此時以Sj示出進氣門閉門正時在一定時間后可到達的量。該情況下要求工作點Cli成為機械壓縮比的到達界限的跟前點，且成為進氣門閉門正時的到達界限的跟前點，因此要求工作點Cli成為目標工作點。同樣地，要求工作點Clj成為機械壓縮比的到達界限的跟前點，且成為進氣門閉門正時的到達界限的跟前點，因此要求工作點4成為目標工作點。因此該情況下工作點沿基準工作線W移動。S卩，在要求吸入空氣量緩慢減少時節氣門17保持全開的狀態下進氣門閉門正時逐漸延遲，機械壓縮比逐漸增大以使實際壓縮比恒定。 接著參照圖26 圖33對使要求吸入空氣量比較快地減少的情況進行說明。如前所述在本發明的實施例中，例如每隔預先確定的時間算出要求吸入空氣量，在圖26中以屯、d2、d3、d4、d5表示滿足所依次算出的要求吸入空氣量的基準工作線W上的要求工作點。此外，為了能夠容易理解本發明的控制，圖26示出了要求工作點Cl1的要求吸入空氣量為Q5、要求工作點d2的要求吸入空氣量為Q5與Q4的中間值、要求工作點d3的要求吸入空氣量為Q4、要求工作點d4的要求吸入空氣量為Q4與Q3的中間值、要求工作點d5的要求吸入空氣量為Q3的情況。即，示出了所依次算出的要求吸入空氣量從Q6 (η點)變化到Q5、Q5與Q4的中間值、Q4> Q4與Q3的中間值、Q3的情況。另外，圖27示出節氣門全開面Q6,圖28示出吸入空氣量為Q5的同一吸入空氣量面，圖29示出吸入空氣量為Q5與Q4的中間值的同一吸入空氣量面，圖30示出吸入空氣量為Q4的同一吸入空氣量面，圖31示出吸入空氣量為Q4與Q3的中間值的同一吸入空氣量面，圖32示出吸入空氣量為Q3的同一吸入空氣量面。在機械壓縮比以及進氣門閉門正時保持在圖26所示的工作點η時要求吸入空氣量從Q6變化到Q5，其結果，當要求工作點成為Cl1時，首先開始如圖27所示在節氣門全開面Q6上算出目標工作點ei。該目標工作點ei的算出方法與在此以前所述的算出方法相同，根據機械壓縮比在一定時間后可到達的量和進氣門閉門正時在一定時間可到達的量，算出不侵入禁止侵入區域X1內而與要求工作點Cl1最近的目標工作點ei。在圖27所示的例子中，該目標工作點e:位于基準工作線W上。然而，該目標工作點ei的吸入空氣量為Q6與Q5的中間值且處于比要求吸入空氣量Q5大的狀態。然而，吸入空氣量優選盡可能地與要求吸入空氣量一致。但是在使要求吸入空氣量減少的情況下能夠通過使節氣門17的開度變化來調整吸入空氣量。于是，在目標工作點ei的吸入空氣量處于比要求吸入空氣量Q5大的狀態的情況下使與機械壓縮比以及進氣門閉門正時對應的目標值不變化而使節氣門17關閉直到使吸入空氣量成為要求吸入空氣量Q5所需的目標開度。也就是說，在圖26中，將位于圖27所示的節氣門全開面Q6上的目標工作點的正下方的同一吸入空氣量面Q5上的點設為最終的目標工作點ei。該同一吸入空氣量面Q5上的最終的目標工作點ei示出在圖26以及圖28中，使機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度向該最終的目標工作點ei變化。即，此時使機械壓縮比增大，進氣門閉門正時延遲，節氣門17的開度從全開狀態減小。接著，當要求吸入空氣量成為Q5與Q4的中間值而要求工作點成為d2時，這次如圖28所示在當前的吸入空氣量Q5的同一吸入空氣量面上算出目標工作點e2。該目標工作點e2的算出方法也與在此之前所述的算出方法相同，根據機械壓縮比在一定時間后可到達的量和進氣門閉門正時在一定時間可到達的量算出不侵入禁止侵入區域X1內而與要求工作點d2最近的目標工作點e2。在圖28所示的例子中，該目標工作點e2位于同一吸入空氣量面05內的基準工作線W上。然而，該情況下目標工作點e2的吸入空氣量也處于比要求吸入空氣量大的狀態。因此該情況下，在圖26中，將位于圖28所示的同一吸入空氣量面Q5上的目標工作點e2的正下方的同一吸入空氣量面(Q5與Q4的中間值)上的點設為最終的目標工作點e2。該同一吸入空氣量面(Q5與Q4的中間值)上的最終的目標工作點e2示出在圖26以及圖29中，使機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度向該最終的目標工作點e2變化。此時也使機械壓縮比增大，進氣門閉門正時延遲，節氣門17的開度從全開狀態減小。接著要求吸入空氣量成為Q4,接著成為Q4與Q3的中間值，接著成為Q3,重復進行同樣的工作。即，當要求吸入空氣量成為Q4時，如圖30所示算出同一吸入空氣量面Q4上的最 終的目標工作點e3，當要求吸入空氣量成為Q4與Q3的中間值時，如圖31所示算出同一吸入空氣量面(Q4與Q3的中間值)上的最終的目標工作點e4，接著當要求吸入空氣量成為Q3時，如圖32所示算出同一吸入空氣量面Q3上的最終的目標工作點e50該期間即機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度依次向最終的目標工作點e3、e4、e5變化的期間，機械壓縮比增大，進氣門閉門正時延遲，節氣門17的開度減小。當要求吸入空氣量成為Q3時，如圖32所示在同一吸入空氣量面Q3上依次算出最終的目標工作點e6、e7、e8、e9、e1(1，機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度依次經過最終的目標工作點θ6、θ7、θ8、θ9、θ1(ι變化到要求工作點d5。在該期間，機械壓縮比增大，進氣門閉門正時延遲至到達e8，節氣門17的開度逐漸增大并在到達e8時全開。圖33示出了如圖26所示目標吸入空氣量從Q6 (η點)到Q3 (目標工作點d5)比較快地減少的情況下的進氣門閉門正時、機械壓縮比、實際壓縮比、節氣門開度的變化。從圖33可知該情況下要求吸入空氣量成為目標值之后(工作點％)，進氣門閉門正時的延遲作用結束(工作點％)，接著機械壓縮比的增大作用結束(目標工作點d5)。另一方面，實際壓縮比在進氣門閉門正時的延遲作用結束之前(工作點d8)逐漸減少，然后逐漸上升。另外，節氣門開度在工作點成為同一吸入空氣量面Q3上的工作點e5之前從全開狀態逐漸降低，接著在進氣門閉門正時的延遲作用結束之前(工作點e8)逐漸開啟到全開狀態。如圖26 圖33所示，在要求吸入空氣量比較快地減少時除了機械壓縮比以及進氣門閉門正時的控制以外還控制節氣門開度。在本發明中，此時對機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度的組合設定三維的禁止侵入區域Xp X2，禁止表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度的組合的工作點侵入該三維的禁止侵入區域XpX2內。接著參照圖34 圖39對使要求吸入空氣量急劇減少至最小吸入空氣量Q1的情況進行說明。如前所述在本發明的實施例中，例如每隔預先確定的時間算出要求吸入空氣量，在圖34中以屯、d2、d3示出滿足所依次算出的要求吸入空氣量的基準工作線W上的要求工作點。此外，在該情況下也為了容易理解本發明的控制，圖34示出了要求工作點Cl1的要求吸入空氣量為Q4、要求工作點d2的要求吸入空氣量為Q2與Q3的中間值、要求工作點d3的要求吸入空氣量為Q1的情況。即，示出了所依次算出的要求吸入空氣量從Q6 (η點)變換到Q4> Q3與Q2的中間值、Q1的情況。另外，圖35示出節氣門全開面Q6,圖36示出吸入空氣量為Q4的同一吸入空氣量面，圖37示出吸入空氣量為Q3與Q2的中間值的同一吸入空氣量面，圖38示出吸入空氣量為Q1的同一吸入空氣量面。在機械壓縮比以及進氣門閉門正時保持在圖34所示的工作點η時要求吸入空氣量從Q6變化為Q4，其結果，當要求工作點成為Cl1時，首先開始如圖32所示在節氣門全開面Q6上算出目標工作點ei。該目標工作點ei的算出方法與圖27所示的算出方法相同，根據機械壓縮比在一定時間后可到達的量和進氣門閉門正時在一定時間可到達的量，算出不侵入禁止侵入區域X1內而與要求工作點Cl1最近的目標工作點ei。在圖35所示的例子中，該目標工作點e:位于基準工作線W上。
另一方面，此時與圖26所示的情況同樣地，不使與機械壓縮比以及進氣門閉門正時對應的目標值變化而使節氣門17關閉直到使吸入空氣量成為要求吸入空氣量Q4所需的目標開度。也就是說，在圖34中，將位于圖35所示的節氣門全開面Q6上的目標工作點ei的正下方的同一吸入空氣量面Q4上的點設為最終的目標工作點ei。該同一吸入空氣量面Q4上的最終的目標工作點ei示出在圖34以及圖36中，使機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度向該最終的目標工作點ei變化。此時機械壓縮比增大，進氣門閉門正時延遲，節氣門17的開度從全開狀態減小。接著當要求吸入空氣量成為Q3與Q2的中間值且要求工作點成為d2時，此次如圖36所示,在當前的吸入空氣量Q4的同一吸入空氣量面上算出目標工作點e2。該目標工作點e2的算出方法也與在此之前所述的算出方法相同，根據機械壓縮比在一定時間后可到達的量和進氣門閉門正時在一定時間可到達的量算出不侵入禁止侵入區域X1內而與要求工作點d2最近的目標工作點e2。該情況下，在圖34中，也將位于圖36所示的同一吸入空氣量面Q4上的目標工作點e2的正下方的同一吸入空氣量面(Q3與Q2的中間值)上的點設為最終的目標工作點e2。該同一吸入空氣量面(Q3與Q2的中間值)上的最終的目標工作點e2示出在圖34以及圖37中。接著當要求吸入空氣量成為Q1且要求工作點成為(13時，如圖37所示，在同一吸入空氣量面(Q3與Q2的中間值)上算出目標工作點e3，接著如圖38所示，算出同一吸入空氣量面％上的最終的目標工作點e3。當算出最終的目標工作點e3時，使機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度向該最終的目標工作點e3變化。此時也使機械壓縮比增大，進氣門閉門正時延遲，節氣門17的開度從全開狀態減小。然而，當如此要求吸入空氣量減小時，在同一吸入空氣量面內出現低負荷側禁止侵入區域χ2。吸入空氣量越小，則在該同一吸入空氣量面內出現的低負荷側禁止侵入區域X2越大，在該同一吸入空氣量面出現的低負荷側禁止侵入區域X2，如圖38所示，在要求吸入空氣量成為最小Q1時最大。此外，在本發明的實施例中，在該低負荷側禁止侵入區域X2的周圍，從低負荷側禁止侵入區域X2隔著少許間隔，預先設定有防止向低負荷禁止侵入區域X2內侵入工作點的阻止侵入面，在圖34中以WX示出該阻止侵入面與同一吸入空氣量面的交線即阻止侵入線。在本發明的實施例中，當吸入空氣量成為要求吸入空氣量Q1時，如圖38所示,在同一吸入空氣量面Q1上根據機械壓縮比在一定時間后可到達的量和進氣門閉門正時在一定時間可到達的量依次算出與要求工作點d3最近的各目標工作點e4、e5、e6、e7、e8、e9、e1(l、en、e12。該情況下,在如目標工作點e4所示與要求工作點d3最近的所算出的目標工作點相對于阻止侵入線WX而位于與禁止侵入區域X2相反一側時，將所算出的目標工作點設為目標工作點e4。與此相對，在與要求工作點d3最近的所算出的目標工作點相比于阻止侵入線WX而位于與禁止侵入區域X2接近一側時，將成為機械壓縮比以及進氣門閉門正時的任一方的到達界限的阻止侵入線WX上的點設為目標工作點e5、e6、e7、e8、e9。也就是說，當要求吸入空氣量成為Q1時，使機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門17的開度在同一吸入空氣量面Q1上依次經過最終的目標工作點e4、e5、e6、e7、e8、e9、ei(l、en、e12變化到要求工作點d3。該期間，機械壓縮比增大，進氣門閉門正時在到達e1(l之前延遲，節氣門17的開度逐漸增大。 圖39示出如圖34所示目標吸入空氣量從Q6 (η點)到Q1 (目標工作點d3)急劇減少的情況下的進氣門閉門正時、機械壓縮比、實際壓縮比、節氣門開度的變化。從圖39可知，該情況下在要求吸入空氣量成為目標值之后(工作點e2)，進氣門閉門正時的延遲作用結束(工作點e1(l)，接著機械壓縮比的增大作用結束(目標工作點d3)。另一方面，實際壓縮比在進氣門閉門正時的延遲作用結束之前(工作點e1(l)逐漸減少，然后逐漸上升。另外，節氣門開度在工作點成為同一吸入空氣量面Q1上的工作點e3之前從全開狀態降低，接著在進氣門閉門正時的延遲作用結束之前(工作點e1(l)逐漸開啟。此外，在要求吸入空氣量發生了變化時有時滿足要求吸入空氣量的節氣門17的開度進入三維禁止侵入區域內即低負荷側禁止侵入區域X2內。該情況下，使節氣門17的開度變化直到所述的阻止侵入面即直到侵入三維禁止侵入區域內的跟前，接著使表示機械壓縮比、進氣門閉門正時和節氣門開度的組合的工作點向滿足要求吸入空氣量的工作點不侵入三維禁止侵入區域內地變化。接著參照圖40 圖44對驅動馬達59發生故障而停止了向驅動馬達59供給電力的情況進行說明。圖40中示出了在機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于點W1以及點W2時驅動馬達59發生故障而停止了向驅動馬達59供給電力的情況。該情況下使表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點各自從點Wp W2如箭頭Zp Z2所示向要求工作點dX變化。要求工作點dX是圖8 (B)所示的通常周期中的機械壓縮比以及進氣門閉門正時，在圖40所示的例子中，機械壓縮比為10且進氣門閉門正時為ABDC 55°。圖41示出了在機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于點W1時停止了向驅動馬達59供給電力時的各目標工作點S1、e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8、e9、e1(l、en、e12、e13，圖42不出了在機械壓縮比以及進氣門閉門正時處于點W2時停止了向驅動馬達59供給電力時的各目標工作點 e” e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、en、e12、e13。此外，圖 41 以及圖 42 的任一方所示的情況都是以目標工作點在同一吸入空氣量面內變化的情況為例進行的圖示。在圖41以及圖42所示的情況下，各目標工作點的算出方法都與在此之前所述算出方法同樣，根據機械壓縮比在一定時間內的壓縮比變更量Gr和進氣門閉門正時在一定時間可到達的量算出不侵入禁止侵入區域XpX2內而與要求工作點dX最近的下一個目標工作點。順便一提，在圖41以及圖42所示的例子中，目標工作點e2相對于目標工作點G1,機械壓縮比的減少量設為一定時間內的壓縮比變更量Gr，進氣門閉門正時設為進氣門閉門正時在一定時間后可到達的量。同樣地，目標工作點e3相對于目標工作點e2，機械壓縮比的減少量設為一定時間內的壓縮比變更量Gr，進氣門閉門正時設為進氣門閉門正時在一定時間后可到達的量。此外，該情況下，因為機械壓縮比的減少量無法控制，所示被控制的僅是進氣門閉門正時。另一方面，圖43示出了圖41所示的情況下的進氣門閉門正時、機械壓縮比、實際壓縮比、節氣門開度的變化，圖44示出了圖42所示的情況下的進氣門閉門正時、機械壓縮t匕、實際壓縮比、節氣門開度的變化。在圖43以及圖44的任一方所示的情況下，可知都是當驅動馬達59發生故障時，進氣門閉門正時提前，機械壓縮比降低，節氣門開度減小。此外，該情況下，當機械壓縮比以及進氣門閉門正時到達要求工作點dX時，機械壓縮比以及進氣門閉門正時保持在要求工作點dX，此時吸入空氣量由節氣門17來控制。如此在本發明的實施例中，當驅動馬達59發生了故障時即可變壓縮比機構A發生了故障時，算出從當前的工作點向要求工作點dX不侵入禁止侵入區域Xp X2內地變化一定·時間后可到達的目標工作點，使機械壓縮比以及進氣門閉門正時向目標工作點變化。該情況下，該目標工作點，優選設為在從當前的工作點向要求工作點dX不侵入禁止侵入區域XpX2內地變化一定時間后可到達的工作點中與當前的工作點最遠的工作點。進而在本發明的實施例中，在可變壓縮比機構A發生故障而機械壓縮比以及進氣門閉門正時到達要求工作點dX之后，吸入空氣量由節氣門來控制。圖45示出了用于進行驅動馬達59的故障診斷的例程，該例程通過一定時間的中斷來執行。參照圖45，首先開始在步驟100中判別表示驅動馬達59發生了故障的故障標記是否被設置。在故障標記沒有被設置時進入步驟101，算出從上次中斷時到本次中斷時的向驅動馬達59供給電力的供給量的變化量ΛΕ2。接著在步驟102中算出從上次中斷時到本次中斷時的凸輪軸55的旋轉角度的變化量AS Θ。接著在步驟103中判別驅動馬達59是否發生了故障。在AE2大于預先確定的基準量但AS0小于預先確定的基準量時判斷為驅動馬達59發生了故障，此時進入步驟104。在步驟104中設置故障標記，在步驟105中停止向驅動馬達59供給電力。圖46以及47示出了用于算出從當前的工作點變化預先確定的一定時間后可到達的目標工作點、即用于算出機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門開度的目標值的例程。在該例程中，每隔預先確定的一定時間算出在預先確定的一定時間后可到達的目標工作點。因此圖46所示的例程通過每隔預先確定的時間的中斷來執行。該預先確定的時間能夠任意設定，但在本發明的實施例中，該預先確定的一定時間設為8msec。因此在本發明的實施例中，圖46所示的目標值的算出例程每隔8msec執行一次，每隔8msec算出從當前的工作點變化8msec后可到達的目標工作點。參照圖46，首先開始在步驟150中算出要求吸入空氣量GX。該要求吸入空氣量GX例如作為加速踏板40的踏下量以及內燃機轉速的函數預先存儲在R0M32內。接著在步驟151中判別故障標記是否被設置。在故障標記沒有被設置時進入步驟15，算出與要求吸入空氣量GX相應的基準工作線W上的要求工作點。接著在步驟153中判別當前的工作點是否為要求工作點，在當前的工作點為要求工作點時處理循環結束。與此相對，在當前的工作點不是要求工作點時進入步驟154，判別要求吸入空氣量GX是否大于當前的工作點的吸入空氣量GA。在GX>GA時即應該增大吸入空氣量時進入步驟155，如圖19 圖21所進行的說明來確定目標工作點。即，在步驟155中算出與要求吸入空氣量GX相應的目標節氣門開度。該目標節氣門開度在要求工作點位于節氣門全開面Q6上時通常為全開。接著在步驟156中算出一定時間后可到達的進氣門閉門正時，接著在步驟157中算出一定時間后可到達的機械壓縮比。此時考慮參照圖22以及圖23說明的機械壓縮比的可變更量來算出一定時間后可到達的機械壓縮比。接著在步驟158中根據基于圖20說明的方法來確定目標工作點。接著在步驟159中根據所確定的目標工作點算出機械壓縮比的目標值以及進氣門閉門正時的目標值。節氣門開度的目標值在步驟155中已經作為目標節氣門開度而算出。另一方面，在步驟154中判別為GX含GA時，即應該減少吸入空氣量或者吸入空氣 量成為要求吸入空氣量時進入步驟160，如圖24 圖39所進行的說明來確定目標工作點。即，在步驟160中算出一定時間后可到達的進氣門閉門正時，接著在步驟161中算出一定時間后可到達的機械壓縮比。此時也考慮參照圖22以及圖23說明的機械壓縮比的可變更量來算出一定時間后可到達的機械壓縮比。接著在步驟162中確定目標工作點。接著在步驟163中算出滿足要求吸入空氣量的目標節氣門開度，該目標節氣門開度設為節氣門開度的目標值。但是，在滿足要求吸入空氣量GX的節氣門開度進入禁止侵入區域內時，目標節氣門開度設為所述的阻止侵入面上的值，隨著機械壓縮比以及進氣門閉門正時接近要求工作點，使目標節氣門開度沿阻止侵入面變化。此外，雖然在此之前沒有進行說明，但在要求吸入空氣量增大的情況下也可能發生同樣的問題。例如，在工作點位于圖19中高負荷側禁止侵入區域X1的下方區域時當要求吸入空氣量增大時有時目標節氣門開度進入高負荷側禁止侵入區域X1內。此時目標節氣門開度設為包含對各同一吸入空氣量面預先設定的各基準工作線W的基準動作面上的值，隨著機械壓縮比以及進氣門閉門正時接近要求工作點，使目標節氣門開度沿該基準動作面變化。另一方面，在步驟151中判斷為故障標記被設置時進入步驟164，算出要求工作點dX。接著在步驟165中判斷當前的工作點是否為要求工作點dX，在當前的工作點不是要求工作點dX時進入步驟166，基于圖41以及圖42進行的說明來確定目標工作點。S卩，在步驟166中算出一定時間后可到達的進氣門閉門正時，接著在步驟167中使用所存儲的機械壓縮比的壓縮比變更量Gr算出一定時間后到達的機械壓縮比。接著在步驟168中算出目標工作點，接著在步驟169中算出目標節氣門開度。另一方面，在步驟165中判斷為當前的工作點是要求工作點dX時進入步驟169，算出與要求吸入空氣量相應的目標節氣門開度。圖48示出了用于使用PID控制來驅動可變壓縮比機構A、可變氣門正時機構B以及節氣門17以使機械壓縮比、進氣門閉門正時以及節氣門開度成為圖46以及47所示的例程中算出的目標值的驅動例程。該例程在內燃機開始運轉時反復執行。參照圖48，在步驟200中，算出進氣門閉門正時的目標值ITtl與當前的進氣門閉門正時IT之間的差Λ IT (=ITci-IT),算出機械壓縮比的目標值CR。與當前的機械壓縮比CR之間的差ACR (=CRtl-CR),算出節氣門開度的目標值Qtl與當前的節氣門開度Θ之間的差Δθ (θ0_θ)。接著在步驟201中，通過對Λ IT乘以比例常數Kpl來算出對可變氣門正時機構B的驅動電壓的比例項Epl，通過對Λ CR乘以比例常數Kp2來算出對可變壓縮比機構A的驅動電壓的比例項Ep2，通過對Λ Θ乘以比例常數Kp3來算出對節氣門17的驅動電壓的比例項
F
Lp3。接著在步驟202中，通過對Λ IT乘以積分常數Kil并對該乘法運算結果(Kil · Λ IT)進行累計來算出對可變氣門正時機構B的驅動電壓的積分項Eil，通過對ACR乘以積分常數Ki2并對該乘法運算結果(Ki2 · ACR)進行累計來算出對可變壓縮比機構A的驅動電壓的 積分項Ei2，通過對Λ Θ乘以積分常數Ki3并對該乘法運算結果(Ki3 · Δ Θ )進行累計來算出對節氣門17的驅動電壓的積分項Ei3。接著在步驟203中，通過對當前的Λ IT與上次算出的Λ IT1的差(Λ IT-Λ 1!\)乘以微分常數Kdl來算出對可變氣門正時機構B的驅動電壓的微分項Edl，通過對當前的ACR與上次算出的ACR1的差(ACR-ACR1)乘以微分常數Kd2來算出對可變壓縮比機構A的驅動電壓的微分項Ed2，通過對當前的Λ Θ與上次算出的Λ Q1的差(Λ Θ-Δ Q1)乘以微分常數Kd3來算出對節氣門17的驅動電壓的微分項Ed3。接著在步驟204中，通過對比例項Epl、積分項Eil和微分項Edl進行加法運算來算出對可變氣門正時機構B的驅動電壓E1，通過對比例項Ep2、積分項Ei2和微分項Ed2進行加法運算來算出對可變壓縮比機構A的驅動電壓E2,通過對比例項Ep3、積分項ei3和微分項Ed3進行加法運算來算出對節氣門17的驅動電壓E3。在根據這些驅動電壓EpE2、E3分別驅動可變氣門正時機構B、可變壓縮比機構A以及節氣門17時，進氣門閉門正時、機械壓縮比以及節氣門開度分別向依次變化的目標值變化。此外，在故障標記被設置時停止對可變壓縮比機構A施加驅動電壓E2。圖49表示變形例。在如圖40 圖42所示在此之前說明的實施例中，在停止了向驅動馬達59供給電力時使機械壓縮比以及進氣門閉門正時向要求工作點dX變化。然而，在表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點處于圖49中以陰影S所示的區域時、即機械壓縮比低且進氣門閉門正時處于提前側時，在驅動馬達59發生了故障的情況下即使將表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點維持在驅動馬達59故障時的工作點也不會發生問題。因此在圖49所示的變形例中，在表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點處于圖49中以陰影S所示的區域時，在驅動馬達59發生了故障的情況下，使表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點維持在驅動馬達59故障時的工作點。進而,在圖49所示的變形例中，在表示機械壓縮比以及進氣門閉門正時的工作點處于圖49中以陰影S所示的區域之外時，在驅動馬達59發生了故障的情況下，可以使與機械壓縮比以及進氣門閉門正時對應的要求工作點dX位于以陰影S所示的區域內的任意的位置。圖50表不另一實施例。如前所述在本發明中使用了可逆式的傳遞機構65、66，因此在內燃機停止時氣缸體2由于重力下降而成為高壓縮比狀態。其結果，在再次啟動內燃機時存在發生異常燃燒的危險性。于是，在圖50所示的實施例中，為了阻止在內燃機停止時氣缸體2由于重力而下降，在曲軸箱I與氣缸體2間配置彈性部件例如壓縮彈簧67。另一方面，當設為圖50所示的構造時，由于使用了可逆式的傳遞機構65、66，在內燃機停止時氣缸體2升起而成為低壓縮比狀態。因此在內燃機再啟動時成為低壓縮比狀態。然而，在內燃機再啟動時若處于極低壓縮比狀態則難以啟動內燃機。于是，在圖51所示的實施例中，在蝸桿齒輪63形成欠缺部68并安裝有能夠與欠缺部68的兩端部68a、68b接合的阻止器69，通過該阻止器69限制蝸桿齒輪63的旋轉角度范圍以使壓縮比不會極低。即，在該實施例中，為了阻止在內燃機停止時機械壓縮比過度降低而通過傳遞機構65、66限制凸輪軸65、66的旋轉角度。標號的說明I曲軸箱 2氣缸體3氣缸蓋4 活塞5燃燒室7進氣門17節氣門65、66傳遞機構70進氣門驅動用凸輪軸A可變壓縮比機構B可變氣門正時機構
權利要求
1.一種火花點火式內燃機，具有能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構和能夠控制進氣門的閉門正時的可變氣門正時機構，對機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合設定禁止侵入區域，禁止表示機械壓縮比和進氣門閉門正時的組合的工作點侵入該禁止侵入區域內，在可變壓縮比機構發生了故障時，使機械壓縮比以及進氣門閉門正時從當前的工作點向低機械壓縮比側的要求工作點不侵入該禁止侵入區域內地變化。
2.根據權利要求I所述的火花點火式內燃機， 上述可變壓縮比機構構成為當該可變壓縮比機構發生故障時通過燃燒壓使機械壓縮比逐漸降低，在該可變壓縮比機構發生故障而機械壓縮比逐漸降低時使機械壓縮比以及進氣門閉門正時從當前的工作點向要求工作點不侵入該禁止侵入區域內地變化。
3.根據權利要求2所述的火花點火式內燃機， 在上述可變壓縮比機構發生了故障時，算出從當前的工作點向要求工作點不侵入該禁止侵入區域內地變化一定時間后可到達的目標工作點，使機械壓縮比以及進氣門閉門正時向目標工作點變化。
4.根據權利要求3所述的火花點火式內燃機， 根據在一定時間后可到達的進氣門閉門正時和所存儲的機械壓縮比的壓縮比變更量，算出上述目標工作點。
5.根據權利要求4所述的火花點火式內燃機， 上述目標工作點，被設為從當前的工作點向要求工作點不侵入上述禁止侵入區域內地變化一定時間后可到達的工作點中距當前的工作點最遠的工作點。
6.根據權利要求2所述的火花點火式內燃機， 具有用于控制吸入空氣量的節氣門，在上述可變壓縮比機構發生故障而機械壓縮比以及進氣門閉門正時到達要求工作點之后，通過節氣門控制吸入空氣量。
7.根據權利要求2所述的火花點火式內燃機， 上述可變壓縮比機構經由傳遞機構通過電動式促動器的輸出而驅動，上述可變壓縮比機構具有在停止向電動式促動器供給電力時通過燃燒壓使上述傳遞機構工作以使機械壓縮比逐漸降低的構造。
8.根據權利要求7所述的火花點火式內燃機， 上述傳遞機構，在通過燃燒壓使該傳遞機構工作時的傳遞效率為10% 50%。
9.根據權利要求7所述的火花點火式內燃機， 上述可變壓縮比機構，通過凸輪軸的旋轉使曲軸箱與配置在曲軸箱上方的氣缸體的相對位置變化來使機械壓縮比變化，上述傳遞機構包括安裝于該凸輪軸的蝸輪和與該蝸輪嚙合且通過上述促動器而旋轉的蝸桿。
10.根據權利要求7所述的火花點火式內燃機， 為了阻止在內燃機停止時氣缸體由于重力而下降，在曲軸箱與氣缸體之間配置有彈性部件。
11.根據權利要求10所述的火花點火式內燃機， 為了阻止在內燃機停止時機械壓縮比過度降低，通過上述傳遞機構限制凸輪軸的旋轉角度。
全文摘要
在內燃機中，具有能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構(A)和能夠控制進氣門(7)的閉門正時的可變氣門正時機構(B)。在可變壓縮比機構(A)發生了故障時使機械壓縮比以及進氣門閉門正時從當前的工作點向低機械壓縮比側的要求工作點(dX)不侵入禁止侵入區域(X1、X2)內地變化。
文檔編號F02D13/02GK102906395SQ201080066969
公開日2013年1月30日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者河崎高志 申請人:豐田自動車株式會社