JP2003083116A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
内燃機関の制御装置Info
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Abstract
おいて、トルク段差の発生を抑制すると共に、燃費及び
排気性能を向上させる。 【解決手段】可変バルブタイミング装置を備えた内燃機
関において、バルブタイミングが変化する過渡的な運転
条件で(S1〜S5)、バルブタイミングの変更に応じ
て吸入空気量の補正量を算出し、該補正量に応じてスロ
ットル開度を調整する(S6、S7)。そして、そのと
きの運転条件において発生すべき目標吸入負圧と検出し
た実際の吸入負圧との差分に応じて燃料噴射量を調整す
る(S8〜S12)。
Description
ング装置を備えた内燃機関の制御装置に関し、実際のバ
ルブタイミングが変更する過渡的な状態における制御に
関する。
(バルブタイミング)を可変制御する可変バルブタイミ
ング装置を備えた内燃機関において、バルブタイミング
の切換時に発生するトルク段差を抑制する技術として、
例えば、特開平11−324733号公報に記載された
ものがある。
ル開度と機関回転速度と必要トルクの3次元マップに基
づいて機関が発生すべき必要トルクを算出し、あらかじ
め設定された機関回転速度と算出された必要トルクと必
要スロットルバルブ開度との3次元マップに基づいて必
要スロットル開度を算出することで、発生する機関トル
クの変化を滑らかにしている。
ップは、アクセル開度と機関回転速度、又は、機関回転
速度と必要トルクに応じて設定された定常状態でのバル
ブタイミングに対して、必要トルク又は必要スロットル
開度を求めるものであるため、以下のような問題があっ
た。
のバルブタイミングが刻々と変化する過渡的な運転領域
においては、スロットル開度及び機関回転速度が同一で
あっても、実バルブタイミングの変化に応じて筒内吸入
空気量は変化するので、発生トルクの段差感が生じる。
すなわち、上記従来技術では、定常状態におけるトルク
段差は抑制できるものの、過渡状態におけるトルク段差
は十分に抑制できない。
けられた吸入空気量検出手段によって検出された吸入空
気量に基づいて算出されているが、この吸入空気量は、
吸気系容積分の慣性による吸気応答遅れを考慮していな
いため、実際の筒内吸入空気量とずれが生じる。従っ
て、空燃比のリーン化/リッチ化といったはね返りが発
生する。
ものであって、バルブタイミングが変化している過渡的
な運転条件においても、トルク段差の発生を抑制すると
共に、燃費及び排気性能を向上させることを目的とす
る。
る発明は、可変バルブタイミング装置を備えた内燃機関
の制御装置であって、バルブタイミングが変化する過渡
的な運転条件で、バルブタイミングとスロットル開度と
機関回転速度とに基づいて、筒内に吸入される吸入空気
量を推定しつつ、吸入空気量の変動を抑制するようにス
ロットル開度を調整することを特徴とする。
空気量とスロットルバルブ上流側で検出した吸入空気量
検出値との差に応じてスロットル開度を調整することを
特徴とする。請求項3に係る発明は、前記吸入空気量の
推定は、スロットル開度と、機関回転速度と、バルブタ
イミングとの3次元マップを参照して行われることを特
徴とする。
ング装置を備えた内燃機関の制御装置であって、バルブ
タイミングが変化する過渡的な運転条件で、バルブタイ
ミングとスロットル開度と機関回転速度とに基づいて目
標吸入負圧を算出し、算出した目標吸入負圧と吸入負圧
検出値との差に基づいて燃料噴射量を調整することを特
徴とする。
上流側で検出した吸入空気量に基づいて設定された基本
燃料噴射量に対して、前記目標吸入負圧と実際の吸入負
圧との差分に応じた補正を行うことを特徴とする。請求
項6に係る発明は、前記目標吸入負圧は、スロットル開
度と、機関回転速度と、バルブタイミングとの3次元マ
ップを参照して算出されることを特徴とする。
の変化に対して、スロットル開度を調整することにより
筒内に吸入される吸入空気量の変動を抑制することを特
徴とする。
イミングとスロットル開度と機関回転速度に基づいて、
筒内に吸入される吸入空気量を推定しつつ、該推定した
吸入空気量に基づいて実際の吸入空気量が変動しないよ
うにスロットル開度を調整するので、バルブタイミング
変更時においても、ドライバーが意図しないトルク段差
を改善し、運転性のはね返りなく燃費性能及び排気性能
を向上させることができる。
た吸入空気量とスロットルバルブ上流側で検出した吸入
空気量検出値との差に応じてスロットル開度を調整する
ので、吸気容積分の応答遅れによって発生するトルク段
差、リーン/リッチスパイクを抑制できる。請求項3に
係る発明によれば、スロットル開度と、機関回転速度
と、バルブタイミングとの3次元マップをあらかじめ作
成しておくことで、筒内吸入空気量を容易に推定でき
る。
明による制御に用いる他、検出した機関回転速度とバル
ブタイミングに対して、推定吸入空気量を一定とするよ
うなスロットル開度をマップから求めて直接スロットル
バルブを制御することも可能である。請求項4に係る発
明によれば、バルブタイミングとスロットル開度と機関
回転速度とに基づいて目標吸入負圧を算出し、算出した
目標吸入負圧と吸入負圧検出値との差に応じて燃料噴射
量を調整することにより、実際の筒内吸入空気量に応じ
た燃料噴射量を設定することができ、空燃比のリーン/
リッチ化のはね返りなく燃費性能を向上できる。
有する吸入空気量検出値に基づいて設定された基本燃料
噴射量に対して、前記目標吸入負圧と検出した実際の吸
入負圧との差分に応じた補正を行うので、検出した吸入
空気量と実際に筒内に吸入される空気量との変動分を考
慮した燃料噴射量を設定でき、空燃比の変動を抑制でき
る。
吸入負圧との差に基づいて、筒内吸入空気量を推定し、
該推定した筒内吸入空気量に基づいて直接燃料噴射量を
設定することも可能である。請求項6に係る発明によれ
ば、スロットル開度と、機関回転速度と、バルブタイミ
ングとの3次元マップをあらかじめ作成しておくこと
で、目標吸入負圧を容易に算出できる。
ミングの変更により発生するトルク段差、リーン/リッ
チスパイクを抑制すると共に、空燃比の変動も抑制でき
るので、燃費性能及び排気性能をより向上できる。
づいて説明する。図1は本発明の一実施形態に係る機関
のシステム図、図2は制御ブロック図である。図1、2
において、機関1の吸気通路2には、上流側からエアク
リーナ3、エアフローメータ4、スロットルバルブ5、
コレクタ6が設けられている。エアフローメータ4は通
過する空気流量(吸入空気量Qa)を検出し、スロット
ルバルブ5はそのバルブ開度(スロットル開度TVO)
により空気流量を制御する。
噴射する燃料噴射弁8、燃焼室7内で火花点火を行う点
火プラグ9が設けられており、吸気バルブ10を介して
吸入された空気に対して前記燃料噴射弁8から燃料を噴
射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室7内で圧
縮し、点火プラグ9による火花点火によって着火する。
室7から排気通路12に排出され、図示しない排気浄化
触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。前記吸
気バルブ10及び排気バルブ11は、それぞれ吸気側カ
ム軸13及び排気側カム軸14に設けられたカムにより
開閉駆動される。吸気側カム軸13には、クランク軸に
対するカム軸の回転位相を変化させることで、吸気バル
ブ10の開閉時期(バルブタイミング)を可変制御する
可変バルブタイミング装置15が設けられている。
ては、公知のものを利用できるので詳細な説明を省略す
るが、例えば特開平10−18869号公報に記載され
たものがある。なお、可変バルブタイミング装置15に
よって吸気バルブ10の開弁時期を進角/遅角制御する
ことにより、吸気バルブ10及び排気バルブ11の双方
が開弁している期間(バルブオーバーラップ量)を制御
できる。
(AFM)4、吸入負圧を検出する吸入負圧センサ1
6、機関冷却水温度を検出する水温センサ17、前記ス
ロットルバルブ5の開度を検出するスロットル開度セン
サ18、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ1
9からの信号が入力される。また、クランク角度センサ
20からの信号に基づいて回転速度演算回路34により
算出された機関回転速度Ne、クランク角度センサ20
及びカム角度センサ21からの信号に基づいてバルタイ
演算回路35により算出された吸気側カム軸13の現在
の作動角(実VTC作動角)が入力される。
されたアクセル開度信号と機関回転速度Neに基づいて
機関が発生すべきトルクを算出し、算出したトルクと機
関回転速度Neとに基づいて目標スロットル開度及び目
標作動角(目標VTC作動角)を設定すると共に、AF
M4で検出される吸入空気量Qaに応じて、所定の空燃
比となるように基本燃料噴射量(基本燃料噴射パルス
幅)Tpを設定する。
開度となるようにスロットルバルブ5を制御し、燃料噴
射制御回路32は燃料噴射弁8を制御して設定されて燃
料を噴射し、可変動弁制御回路33は吸気側カム軸13
が前記目標作動角(VTC目標角)となるように可変バ
ルブタイミング装置15を制御する。ここで、本実施形
態では、バルブタイミングが刻々と変化している過渡的
な運転条件において、まず、スロットル開度TVOを調
整することにより、実際に筒内に吸入される吸入空気量
の変動を抑制するようにしている。
応じた量の燃料を精度よく噴射することにより空燃比の
変動を抑制するようにしている。以下、本発明に係る吸
入空気量制御、燃料噴射量制御について説明する。ま
ず、吸気応答遅れについて説明する。図3は、吸気バル
ブ10のバルブタイミングの進角制御(VTC進角制
御)に伴う筒内吸入空気量、コレクタ6出口部空気流
量、エアフローメータ4通過空気流量の変化を示すもの
である。
定の加速により、機関の運転条件がVTC非作動領域か
らVTC作動領域、例えば、低中速・低負荷領域から低
中速・高負荷領域へと移行すると、吸気側カム軸13の
位相角が最遅角の位置から目標VTC角へと短時間(t
1〜t2)で移行(進角)する。すると吸気バルブ10
の閉時期IVCが早まり、筒内に流入した空気が逆流す
ることなく留まるので(吸気吹き返しが低減されるの
で)、スロットル開度TVO、機関回転速度Neが同一
であっても筒内吸入空気量が増大する。このため、ドラ
イバーが意図しないトルク段差が発生する。
吸入空気量の増大分だけ流量が増大するが、吸気バルブ
10からコレクタ6までの吸気系容積分の慣性による応
答遅れtaが発生する。AFM4を通過する空気流量
は、前記筒内吸入空気量の増大分だけ流量が増大する
が、同様に吸気バルブ10からAFM4までの吸気系容
積分による応答遅れtbが発生する。
入空気量の増加分については、応答遅れ(吸気応答遅
れ)の影響により、瞬時にAFM4を通過する空気流量
に反映されない。このため、一時的にAFM4で検出し
た吸入空気量Qaよりも多くの空気が筒内に流入する
が、燃料噴射量TpはAFM4で検出した吸入空気量Q
aに基づいて設定されるため、リーンスパイクが発生す
る。
機関の運転条件が、VTC作動域からVTC非作動域、
例えば、低中速・高負荷領域から低中速・低負荷領域へ
と移行すると、吸気側カム軸13の位相角が進角した位
置から最遅角位置へと短時間で移行(遅角)する。この
とき、上述した図3の場合とは逆に、スロットル開度T
VO、機関回転速度Neが同一であっても筒内吸入空気
量が減少するため、ドライバーが意図しないトルク段差
が発生する。
容積分の慣性による応答遅れの影響により、瞬時にAF
M4を通過する空気流量に反映されないため、一時的に
AFM4で検出した量よりも少ない空気が筒内に流入す
ることとなり、リッチスパイクが発生する。そこで、バ
ルブタイミングが変更するVTC作動時においては、筒
内吸入空気量の変動を抑制するように、スロットル開度
TVOを調整する。
回転速度Ne、バルブタイミング(実VTC作動角)を
検出し、このときに筒内に吸入される筒内吸入空気量
(推定吸入空気量Qt)を推定する。そして、推定吸入
空気量QtとAFM4で検出した応答遅れを有する吸入
空気量Qaとの差分に応じて、スロットル開度TVOを
調整することで筒内吸入空気量の変動を抑制する。
ブタイミング(実VTC作動角)に対して、バルブタイ
ミング変更直前の筒内吸入空気量を一定に保持するよう
にスロットル開度を求めて、スロットルバルブ5を直接
制御するようにしてもよい。これによりトルク段差の発
生及びリーン/リッチスパイクの発生を抑制する。従っ
て、本実施形態においては、吸気バルブ10のバルブタ
イミングを早める制御(VTC進角制御)を行っている
ときは、スロットル開度を絞る方向に調整することにな
り、バルブタイミングを遅くする制御(VTC遅角制
御)を行っているときは、スロットル開度を開く方向に
調整することになる。
においては、AFM4を通過する空気流量は、前記吸気
応答遅れの影響により吸入負圧が発達の過程にあるた
め、上述したようにスロットル開度を調整したとして
も、AFM4で検出した吸入空気量Qaが実際に筒内に
吸入される筒内吸入空気量の変動を十分に反映したもの
とは言えない。
及び排気性能の向上を図るには、実際の筒内吸入空気量
を更に精度よく推定し、この推定した筒内吸入空気量に
基づいて燃料噴射量を設定する必要がある。ここで、V
TC進角制御に伴う定常時の吸入負圧の変動、吸入空気
量の変動、燃料噴射量の要求値の変動は、図4に示すよ
うな関係にあり、吸入負圧に対応する吸入空気量及び要
求燃料噴射量を求めることが可能である。
際の筒内吸入空気量を精度よく推定して直接燃料噴射量
を設定するようにしてもよいが、本実施形態では、AF
M4で検出された吸入空気量Qaに基づいて設定された
基本燃料噴射量Tpを、吸入負圧の未発達分に応じた補
正を行うことにより、空燃比の変動を抑制するようにし
ている。
回転速度Ne、バルブタイミング(実VTC作動角)を
検出し、あらかじめ設定されたスロットル開度TVO、
機関回転速度Ne、バルブタイミングの3次元マップを
参照して、その状態で発生すべき目標吸入負圧(目標B
oost)を算出する。そして、算出した目標吸入負圧
(目標Boost)と吸入負圧センサ16により検出さ
れる応答遅れを有する実際の吸入負圧(実Boost)
との差分に応じて、設定された基本燃料噴射量(燃料噴
射パルス幅)Tpを補正する。
は、そのときの機関の運転条件において定常時に発生す
べき吸入負圧のことである。これにより、空燃比のリー
ン化/リッチ化を防止して、燃費性能を向上させること
ができる。従って、本実施形態においては、筒内吸入空
気量の変動を抑制するようにスロットル開度が調整され
るため、VTC進角制御時及びその直後は、設定された
基本燃料噴射量Tpを減少させる方向に補正し、VTC
遅角制御時及びその直後は、設定された基本燃料噴射量
Tpを増加させる方向に調整することになる。
す。ステップ1では、VTC作動許可条件が成立してい
るか否かを判定する。VTC作動許可条件が成立してい
ればステップ2に進み、成立していなければ本制御を終
了する。ステップ2では、機関回転速度Ne、燃料噴射
量(燃料噴射パルス幅)Tp、及び実VTC作動角を読
み込む。
する。これは、前記バルタイ演算回路35により機関の
運転条件に基づいて算出される。ステップ4では、前記
目標作動角と実作動角との差(絶対値)がVTC制御不
感帯Δθ以上であるか否かを判定する。 本制御を終了する。
置15により吸気側カム軸13を前記目標VTC作動角
へと回転させ、バルブタイミング制御を実行する。ステ
ップ6では、実VTC作動角に応じた要求補正空気量を
算出する。具体的には、筒内に吸入される吸入空気量の
推定値(推定筒内吸入空気量)Qtを算出すると共に、
AFM4で実際の吸入空気量Qaを検出し、その差分Δ
Q(要求補正空気量)を算出する。
スロットル開度TVO、機関回転速度Ne及びバルブタ
イミング(吸気側カム軸13の実VTC作動角)を検出
して、例えば図6に示すような3次元マップを参照して
算出する。ステップ7では、吸入空気量の補正を実行す
る。具体的には、前記推定筒内吸入空気量QtとAFM
4で検出した吸入空気量Qaとの差ΔQに相当するスロ
ットル開度ΔTVOを算出し、ΔTVOだけスロットル
バルブ5の開度を調整する。
制御に伴う筒内吸入空気量の変動を防止してトルク段差
の発生、リーン/リッチスパイクの発生を抑制する。ス
テップ8では、現状の吸入負圧(実Boost)を吸入
負圧センサ16により検出する。ステップ9では、目標
吸入負圧(目標Boost)を算出する。
開度TVO、機関回転速度Ne及びバルブタイミング
(吸気側カム軸13の実VTC作動角)を検出して、例
えば図7に示すような3次元マップを参照して算出す
る。ステップ10では、目標吸入負圧と現状の吸入負圧
との差(絶対値)を算出し、その差が吸入負圧補正閾値
ΔPb以上であるか否かを判定する。
ップ11では、目標吸入負圧と現状の吸入負圧との差分
に応じた燃料噴射量補正値ΔTpを、あらかじめ実験等
により求めてある図8に示すようなテーブル等を検索し
て算出する。
入空気量Qaに基づいて設定された基本燃料噴射量(基
本燃料噴射パルス幅)Tpから、ステップ11で算出し
た燃料噴射量補正値ΔTpを減算することで基本燃料噴
射量Tpを補正する。そして、補正後の燃料噴射量(燃
料噴射パルス幅)Tp'を出力して、燃料噴射を実行す
る。
した量の燃料を噴射でき、空燃比のリーン化/リッチ化
のはね返りを防止できる。図9は、VTC進角制御時に
おける本制御のタイムチャートを従来のものと比較した
ものである。なお、VTC進角制御時としては、例えば
アイドル停止又は自走からの発進加速時やコースティン
グ減速(アイドルSW ON)からの再加速時がある。
進角制御時においてスロットル開度TVOは一定である
ので、上述したように、吸入負圧(Boost)は低下
し、筒内吸入空気量は一時的に急増した後、体積効率が
向上した分増加する。基本燃料噴射量(基本燃料噴射パ
ルス幅)Tpは、エアフローメータ4が検出した吸入空
気量Qaに応じて設定されているので、筒内吸入空気量
の変動を反映したものとはなっていない。従って、筒内
吸入空気量が一時的に急増したときにリーンスパイクが
発生すると共にトルク段差が発生する。
伴う筒内吸入空気量の増加を抑制するようにスロットル
開度TVOを絞る方向に補正するので、トルク段差の発
生とリーンスパイクの発生を抑制できる。燃料噴射量
(燃料噴射パルス幅)Tp'は、エアフローメータ4が
検出した吸入空気量Qaに応じて設定された基本燃料噴
射量Tp(破線)を、目標吸入負圧(目標Boost:
破線)と実際の吸入負圧(実Boost:実線)との差
分に応じて補正して設定する。これにより、実際の筒内
吸入空気量に応じた燃料噴射量を設定できる。
御のタイムチャートを従来のものと比較したものであ
る。なお、VTC遅角制御時としては、例えばパーシャ
ル領域(VTC作動条件)からのアクセルOFF減速時
やアクセル一定加速でのシフトUP時がある。前記VT
C進角制御時とは逆に、従来の制御では、VTC遅角制
御時において吸入負圧(Boost)が増加し、筒内吸
入空気量は一時的に急減した後、体積効率の低下分減少
する。従って、筒内吸入空気量が一時的に急減したとき
にリッチスパイクが発生すると共にトルク段差が発生す
る。
筒内吸入空気量の減少を抑制するようにスロットル開度
TVOを開く方向に調整する。これにより、トルク段差
の発生とリッチスパイクの発生を抑制できる。燃料噴射
量(燃料噴射パルス幅)Tp'は、VTC進角制御時と
同様に、エアフローメータ4が検出した吸入空気量Qa
に応じて設定された基本燃料噴射量Tp(破線)を、目
標吸入負圧(目標Boost:破線)と実際の吸入負圧
(実Boost:実線)との差分に応じて補正して設定
する。これにより、実際の筒内吸入空気量に応じた燃料
噴射量を設定できる。
タイミングを可変制御する内燃機関について説明した
が、これに限られるものではなく、例えば吸気バルブ及
び排気バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機
関に対しても適用できる。この場合は、バルブタイミン
グとして吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミング
を検出する。
タ出口部空気流量、AFM通過空気流量の変化を示す
図。
圧、吸入空気量、燃料噴射量の変化を示す図。
すフローチャート。
1例を示す図。
示す図。
ャート(A)と本発明に係る制御のタイムチャート
(B)。
チャート(A)と本発明に係る制御のタイムチャート
(B)。
Claims (7)
- 【請求項1】可変バルブタイミング装置を備えた内燃機
関の制御装置であって、 バルブタイミングが変化する過渡的な運転条件で、 バルブタイミングとスロットル開度と機関回転速度とに
基づいて、筒内に吸入される吸入空気量を推定しつつ、 吸入空気量の変動を抑制するようにスロットル開度を調
整することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 【請求項2】前記推定した吸入空気量とスロットルバル
ブ上流側で検出した吸入空気量検出値との差に応じてス
ロットル開度を調整することを特徴とする請求項1記載
の内燃機関の制御装置。 - 【請求項3】前記吸入空気量の推定は、スロットル開度
と、機関回転速度と、バルブタイミングとの3次元マッ
プを参照して行われることを特徴とする請求項1又は請
求項2記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項4】可変バルブタイミング装置を備えた内燃機
関の制御装置であって、 バルブタイミングが変化する過渡的な運転条件で、 バルブタイミングとスロットル開度と機関回転速度とに
基づいて目標吸入負圧を算出し、 算出した目標吸入負圧と吸入負圧の検出値との差に基づ
いて燃料噴射量を調整することを特徴とする内燃機関の
制御装置。 - 【請求項5】スロットルバルブ上流側で検出した吸入空
気量に基づいて設定された基本燃料噴射量に対して、前
記目標吸入負圧と実際の吸入負圧との差分に応じた補正
を行うことを特徴とする請求項4記載の内燃機関の制御
装置。 - 【請求項6】前記目標吸入負圧は、スロットル開度と、
機関回転速度と、バルブタイミングとの3次元マップを
参照して算出されることを特徴とする請求項4又は請求
項5記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項7】バルブタイミングの変化に対して、スロッ
トル開度を調整することにより筒内に吸入される吸入空
気量の変動を抑制することを特徴とする請求項4から請
求項6記載のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装
置。
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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JP2003083116A true JP2003083116A (ja) | 2003-03-19 |
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