JP2011226311A - 内燃機関の吸入空気量補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の加速時に、内部ＥＧＲガスの増加に伴って機関出力が低下する際の要因を精査することにより、精度よく加速時の不具合の抑制を図ることを目的とする。
【解決手段】内燃機関が、吸気弁と排気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを目標バルブタイミングとなるように制御することにより、内燃機関の運転状況に応じて両方の弁が同時に開いている際のバルブオーバラップ量を調整する可変バルブタイミング制御装置を備えてなり、可変バルブタイミング制御装置が作動中における内燃機関の運転状態を検知し、検出した内燃機関の運転状態が加速であることを判定した場合に目標バルブタイミングに対する可変バルブタイミング制御装置の作動遅れとバルブタイミングの変化量とに基づいて吸入空気量の補正量を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変バルブタイミング制御装置を備える内燃機関の吸入空気量補正方法に関するものである。

従来、例えば吸気弁の開閉タイミング（バルブタイミング）を制御する可変バルブタイミング制御装置を備える内燃機関では、排気弁に対する吸気弁の開タイミングを進角あるいは遅角させることにより、運転状態毎の出力や燃費を向上させるようにしている。

このような可変バルブタイミング制御装置を備えた内燃機関において、可変バルブタイミング制御装置が作動していない運転状態から、スロットル開度を増加させた後に一定に保って加速して、可変バルブタイミング制御装置が急に作動する場合、吸気弁と排気弁とが同時に開くオーバラップ状態が生じることで、排気ガスの吹き戻しによるいわゆる内部ＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスが増加する。この場合、内部ＥＧＲガスが増加することにより、エンジン出力（トルク）が低下し、機関回転数変動が生じ、加速感が一時的に妨げられる運転状態が現れる。

このような内燃機関の運転状態の変化に鑑みて、例えば、特許文献１では、機関回転数と機関負荷とに基づいてバルブタイミングを調整するためのバルブタイミングの設定値を設定しておき、この時の機関回転数における全負荷運転時の最適バルブタイミングとバルブタイミングの設定値との差が所定値以内である場合に、設定したバルブタイミングの設定値と現在のバルブタイミング値とに基づいてバルブタイミングの作動量を定めることが示されている。

しかしながら、上述した加速時のもたつき現象は、機関回転数や可変バルブタイミング制御装置の応答性などに影響されるもので、このような特許文献１に示されるような構成であると、バルブタイミングの作動量に対して、全負荷運転時の最適バルブタイミングに基づいて制限を与えるのみであるので、加速時の不具合を精度よく解消することが困難であった。

特開平７‐２５３０３２号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、内燃機関の加速時に、内部ＥＧＲガスの増加に伴って機関出力が低下する際の要因を精査することにより、精度よく加速時の不具合の抑制を図ることを目的とする。

すなわち、本発明の内燃機関の吸入空気量補正方法は、内燃機関が、吸気弁と排気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを目標バルブタイミングとなるように制御することにより、内燃機関の運転状況に応じて両方の弁が同時に開いている際のバルブオーバラップ量を調整する可変バルブタイミング制御装置を備えてなり、可変バルブタイミング制御装置が作動中における内燃機関の運転状態を検知し、検出した内燃機関の運転状態が加速であることを判定した場合に目標バルブタイミングに対する可変バルブタイミング制御装置の作動遅れとバルブタイミングの変化量とに基づいて吸入空気量の補正量を設定することを特徴とする。

このような構成であれば、可変バルブタイミング制御装置が作動している際に、内燃機関が加速運転状態であると判定した場合は、可変バルブタイミング制御装置が弁を制御する際の制御の開始から実際に弁が作動するまでの間の制御遅れと、作動した弁のバルブタイミングの変化量とに基づいて、吸入空気量の補正量を設定する。したがって、可変バルブタイミング制御装置の加速に伴う作動により内部ＥＧＲガスが増加しても、吸入空気量が補正されることで、機関回転数の変動が抑制され、機関出力の変動が抑制されて操作に対応した加速感を体感することが可能になる。

機関出力の変動を、さらに精度よく向上させるためには、吸入空気量の補正量は、前記作動遅れ及び変化量と、さらに目標バルブタイミングの更新速度とに基づいて設定することが好ましい。

本発明は、以上説明したような構成であり、可変バルブタイミング制御装置が作動している際に、内燃機関が加速運転状態であっても、可変バルブタイミング制御装置の制御遅れとバルブタイミングの変化量とに基づいて、吸入空気量の補正量を設定して吸入空気量を補正することで、機関回転数の変動を抑制することができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。 同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。 同実施形態の作用説明図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に１気筒の構成を概略的に示した三気筒のエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。このエンジン１００は、吸気系１、シリンダ２及び排気系５を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットル弁１１が設けてあり、そのスロットル弁１１の下流には、サージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２が取り付けてある。また、スロットル弁１１を迂回する迂回路１４を設け、その迂回路１４に空気の流量を制御する流量制御弁１５を設けている。迂回路１４と流量制御弁１５と後述する電子制御装置４とにより、アイドル回転制御装置が構成される。

シリンダ２上部に形成される燃焼室２３の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。この燃料噴射弁３は、後述する電子制御装置４により制御される。

このエンジン１００は、吸気弁２1の開閉タイミングを変更するための可変バルブタイミング機構９を備えている。可変バルブタイミング機構９は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、吸気カムシャフト９１に固定されたロータと、ロータの外側に嵌められるハウジングと、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁であるオイルコントロールバルブ９２と、互いに噛み合うように一方をハウジングに取り付けて他方を排気カムシャフト９３に固定した一対のギア９４，９５と、排気カムシャフト９３の端部に取り付けられてクランク角度信号及び気筒判別用信号を出力するクランクセンサ９６と、吸気カムシャフト９１の端部に取り付けられて２４０°ＣＡ（クランク角度）回転する毎に排気カム信号を出力するタイミングセンサ９７とを備える構成である。可変バルブタイミング機構９と電子制御装置４とにより、可変バルブタイミング制御装置が構成される。

このような構成において、吸気弁２１の開閉タイミング、つまりバルブタイミングは、電子制御装置４から出力される開閉タイミング信号ｐにより可変バルブタイミング機構９が作動して変更されるものである。すなわち、可変バルブタイミング機構９は、開閉タイミング信号ｐを受けると、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ９２により制御する。これにより、ロータに対するハウジングの相対角度が変化し、吸気カムシャフト９１と排気カムシャフト９３との間に所望の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフトの回転に対して、排気弁２４を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁２１の開閉タイミングを変化させることにより、吸気弁２１の開閉タイミングと排気弁２４の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。このように、吸気弁２１のバルブタイミングを調整することにより、吸気弁２１と排気弁２４とが同時に開いている際のオーバーラップ量を調整することができ、適正に内部ＥＧＲガス量を制御することができる。

電子制御装置４は、中央演算装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを備えてなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算装置４１は、記憶装置４２に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。中央演算装置４１には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース４３を介して入力されるとともに、中央演算装置４１は、燃料制御弁３、オイルコントロールバルブ９２などに対して制御信号を、出力インターフェース４４を介して出力する。

具体的には、入力インターフェース４３には、吸気マニホルド１２に流入する空気流量を検出するためのエアフロメータ７１から出力される空気流量信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、スロットル弁１１の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ７４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温度を検出するための水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、Ｏ₂センサ５１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、流量制御弁１５に対して補正量信号ｏ、可変バルブタイミング機構９のオイルコントロールバルブ９２に対して開閉タイミング信号ｐなどが出力される。

このような構成において、電子制御装置４は、エアフロメータ７１から出力される空気流量信号ａと回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁３に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁３を制御して、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。

また、電子制御装置４には、可変バルブタイミング制御装置が作動中におけるエンジン１００の運転状態を検知し、検出したエンジン１００の運転状態が加速であることを判定した場合に目標バルブタイミングに対する可変バルブタイミング機構９の作動遅れとバルブタイミングの変化量と目標バルブタイミングの更新速度とに基づいて吸入空気量の補正量を設定する吸入空気量補正プログラムが格納してある。この吸入空気量補正プログラムの動作を、図２を交えて以下に説明する。なお、可変バルブタイミング制御装置を作動させる運転領域及びその際の目標バルブタイミングの設定については、この分野で広く知られているものと同様であってよいので、説明を省略する。

このような運転状態において、まず、ステップＳ１では、バルブタイミング制御中にエンジン１００が加速運転状態であるか否かを判定する。吸気弁２１のバルブタイミングが制御中であるか否かは、オイルコントロールバルブ９２に対する制御信号の有無により判定するもので、その制御信号が可変バルブタイミング機構９に対して出力されている場合に、バルブタイミングの制御中であると判定する。また、加速時は、スロットル弁１１の単位時間あたりの変化率を測定して判定する。

ステップＳ１において、バルブタイミング制御中の加速であると判定した場合は、ステップＳ２において、吸入吸気量の補正量を設定する。補正量は、目標バルブタイミングに対する可変バルブタイミング機構９の作動遅れとバルブタイミングの変化量と目標バルブタイミングの更新速度とに基づいて設定する。この場合に、この吸入空気量補正プログラムの実行時点におけるスロットル弁１１の開度と車速とに基づいて、マップを用いて目標バルブタイミングの更新速度を設定する。この目標バルブタイミングの更新速度は、目標バルブタイミングをエンジン１００の運転状態に応じて更新する間隔を指すものであり、スロットル開度が大きくなるほど、また車速が高くなるほど大きな値に設定してあり、例えば最小値が０で最大値が１とする。

次に、可変バルブタイミング機構９に対するバルブタイミングの作動信号の出力から、実際に可変バルブタイミング機構９が作動するまでの時間で示される作動遅れと、実際のバルブタイミングの変化量（作動角の変化量（進角量））とに基づいて、基本補正量を設定してあるマップを検索して、同じく同プログラムの実行時点における作動遅れとバルブタイミングの変化量とに対応する基本補正量を求める。そして、得られた基本補正量を目標バルブタイミングの更新速度により除して、吸入空気量の補正量を演算して設定する。基本補正量は、応答遅れが大きくなるほど、又、バルブタイミングの変化量が大きくなるほど多くなるように設定してある。したがって、応答遅れ及びバルブタイミングの変化量が大きい運転状態において、目標バルブタイミングの更新速度が小さい場合は、補正量は多くなる。

この後、ステップＳ３において、設定した補正量により吸入空気量を補正して増量させる。この吸入空気量の補正は、流量制御弁１５の開度を制御することにより、迂回路１４を通過する空気量を制御することにより実行する。

ステップＳ４では、スロットル開度の変化率に基づいて、加速が終了したか否かを判定する。加速が終了していない場合は、ステップＳ２に戻って改めて吸入空気量の補正量を設定するとともに、ステップＳ３にて設定した補正量により吸入空気量を補正する。加速の終了は、スロットル弁１１の開度の変化率が、判定のための基準値を下回ったことを判定して、判定する。

ステップＳ５では、それまで実施していた吸入空気量の補正量を漸次減少、すなわち減衰する。このように吸入空気量の補正量を減衰させることにより、吸入空気量の補正の終了による回転変動を抑制している。

このような構成において、エンジン１００が、バルブタイミングを制御している運転状態において加速される場合は、図３に示すように、吸入空気量の補正量を、加速が終了するまでの期間、補正して増量し続ける。同補正量は、スロットル弁１１の開度と車速に基づいて設定する目標バルブタイミングの更新速度とバルブタイミングの応答遅れと変化量とに基づいて設定する。

この間において、実際にバルブタイミングが更新された目標バルブタイミングに対応して作動し始める時点で、内部ＥＧＲガス量が増加しても、エンジン回転数及びエンジントルクは、一点鎖線により示す従来の場合のように一時的に降下することなく、円滑に連続的に加速する方向に推移する。

したがって、スロットル弁１１の開度と車速に基づいて設定する目標バルブタイミングの更新速度とバルブタイミングの応答遅れと変化量とに基づいて吸入空気量の補正量を設定することにより、エンジン１００の加速状態に応じて精度よく吸入空気量の補正量を設定することができる。このため、加速中にその運転状態に応じてバルブタイミングを制御することによって内部ＥＧＲガス量が増加して燃焼が低下しても、吸入空気量を増量しているのでエンジン回転数及びエンジン出力の変動を抑制することができる。そして、加速中に、一時的に加速感が低下するもたつきを抑制することができ、ドライバビリティを良好に維持することができる。

なお、上述の実施形態においては、バルブタイミングの応答遅れとバルブタイミングの変化量とに基づく基本補正量を、目標バルブタイミングの更新速度で補正して吸入空気量の補正量を設定したが、基本補正量により吸入空気量を増量補正する構成であってもよい。

また、上述の実施形態にあっては吸気弁のバルブタイミングを変更し得るものを説明したが、吸気弁に代えて排気弁のバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング制御装置であってもよい。また、吸気弁と排気弁との両弁を可変する構成のものであってもよい。加えて、可変バルブタイミング機構は、上述したような油圧制御式のもの以外に、電磁アクチュエータによりそれぞれのバルブタイミングを可変するものであってもよい。

スロットル弁を電磁アクチュエータにより開閉する、いわゆる電子スロットルでは、上述した迂回路１４及び流量制御弁１５を省略することができる。電子スロットルの場合、設定した補正量による吸入空気量の増量補正は、スロットル弁の開度を調整することによって実施するものであってよい。

エアフロメータに代えて、吸気管圧力を例えばサージタンクにおいて検出し、エンジン回転数と吸気管圧力とに基づいて吸入空気量を設定するものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、可変バルブタイミング機構を備え、内部ＥＧＲ制御を実施する内燃機関が挙げられる。

４…電子制御装置
９…可変バルブタイミング機構
２１…吸気弁
２４…排気弁

Claims (2)

1. 内燃機関が、吸気弁と排気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを目標バルブタイミングとなるように制御することにより、内燃機関の運転状況に応じて両方の弁が同時に開いている際のバルブオーバラップ量を調整する可変バルブタイミング制御装置を備えてなり、
   可変バルブタイミング制御装置が作動中における内燃機関の運転状態を検知し、
   検出した内燃機関の運転状態が加速であることを判定した場合に目標バルブタイミングに対する可変バルブタイミング制御装置の作動遅れとバルブタイミングの変化量とに基づいて吸入空気量の補正量を設定する内燃機関の吸入空気量補正方法。
2. 吸入空気量の補正量は、前記作動遅れ及び変化量と、さらに目標バルブタイミングの更新速度とに基づいて設定する請求項１記載の内燃機関の吸入空気量補正方法。

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