JP3589131B2 - 可変動弁式内燃機関の吸入空気量制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変動弁機構により吸入空気量を制御する可変動弁式内燃機関の吸入空気量制御装置において、特に、アイドル運転時における安定性を向上する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、例えば、特開平１０−３７７２７号公報に開示されるように、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁機構が知られている。可変動弁機構を備えた内燃機関では、吸気弁の閉時期を変化させることにより吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変動弁機構を備えた内燃機関では、吸気弁の閉時期により吸入空気量を制御していることから、従来のようなスロットル弁により吸入空気量を制御するものに比べて、吸入空気量の応答性が早くなる特性がある。このため、ガクガク感等が感じられて運転性が低下するおそれがあり、かかる不具合を解消する観点から、可変動弁機構の制御信号に対して応答性を低下させるなまし等の処理を行わなければならない。しかし、可変動弁機構により制御される吸入空気量には、所定のアイドル回転速度を維持するための補助空気量も含まれているため、高応答性が必要である補助空気量も応答性が低下し、アイドル運転時の安定性が低下してしまうおそれがあった。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、補助空気量の応答性の低下を防止して、アイドル運転時における安定性を向上した可変動弁式内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、図１に示すように、吸気弁Ａの開閉時期を任意に制御可能な可変動弁手段Ｂと、ドライバ要求に基づいて主空気量を演算する主空気量演算手段Ｃと、機関要求に基づいて補助空気量を演算する補助空気量演算手段Ｄと、前記主空気量に対して応答性遅れ処理を行う応答性遅れ処理手段Ｅと、前記応答性遅れ処理が行われた主空気量に前記補助空気量を加算した目標空気量を演算する目標空気量演算手段Ｆと、前記目標空気量に基づいて前記可変動弁手段Ｂにより吸気弁Ａの開閉時期を制御して吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段Ｇと、を含んで可変動弁式内燃機関の吸入空気量制御装置を構成したことを特徴とする。
【０００６】
かかる構成によれば、応答性遅れ処理手段Ｅでは、主空気量に対してのみ応答性遅れ処理が行われる。そして、目標空気量演算手段Ｆにより、応答性遅れ処理が行われた主空気量と補助空気量とを加算した目標空気量が演算され、吸入空気量制御手段Ｇにより、目標空気量に基づいて吸入空気量の制御が行われる。即ち、応答性を低下させたくない補助空気量に対しては応答性遅れ処理が行われないため、例えば、補機負荷の印加により補助空気量がステップ的に増大しても、迅速に対応可能となる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記応答性遅れ処理手段は、前記主空気量に対して内燃機関の吸気マニホルド１次遅れ相当のなまし処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、補助空気量に対して応答性遅れ処理が行われないので、例えば、補機負荷の印加により補助空気量がステップ的に増大しても、その増加量に迅速に対応でき、アイドル運転の安定性を向上することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、ドライバが要求する主空気量に対しては、吸気マニホルド１次遅れ相当のなまし処理が行われるので、アクセル開度の変化に対応して過敏に吸入空気量が増減することが防止され、運転領域全体に亘り滑らかな運転特性を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図２は、本発明の一実施形態を示すシステム図である。
【００１１】
内燃機関１のシリンダヘッド２には、燃焼室３を望むように、点火プラグ４及び電磁駆動弁５，６（可変動弁手段）が配設される。各吸気ポート７には、機関運転状態に応じて燃料を噴射する燃料噴射弁８が配設される。吸気ポート７に接続された吸気通路９には、燃焼室３に吸入される吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１０、及び、電制スロットル弁１１が配設される。
【００１２】
電制スロットル弁１１には、そのスロットル開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１２が付設される。また、クランクプーリ１３には、基準クランク角で基準角度信号Ｒｅｆを出力すると共に、単位クランク角ごとに単位角度信号Ｐｏｓを出力するクランク角センサ１４が配設される。この他には、アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１５、機関本体温度を代表する冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１６、及び、各種補機の作動中にＯＮとなる各種補機スイッチ１７が配設される。ここで、各種補機スイッチ１７としては、例えば、パワーステアリングスイッチ，エアコンディショナスイッチ，電気負荷スイッチ，ラジエータファンスイッチ及びブロアファンスイッチ等がある。
【００１３】
エアフローメータ１０，スロットルセンサ１２，クランク角センサ１４，アクセルペダルセンサ１５，水温センサ１６及び各種補機スイッチ１７の出力信号は、夫々、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット１８に入力される。そして、コントロールユニット１８は、クランク角センサ１４からの信号に基づいて、機関回転速度Ｎｅの算出及び気筒判別（どの気筒が上死点にあるかの判定）を行うと共に、各センサからの信号に基づいて、点火プラグ４，電磁駆動弁５，６，燃料噴射弁８及び電制スロットル弁１１の制御を行う。
【００１４】
なお、コントロールユニット１８は、主空気量演算手段，補助空気量演算手段，応答性遅れ処理手段，目標空気量演算手段及び吸入空気量制御手段をソフトウエアにより実現する。
【００１５】
次に、電磁駆動弁５，６の構成を図３に基づいて説明する。
吸・排気弁たる弁体２０の軸部２１には、プレート状の可動子２２が取り付けられる。可動子２２の上下には、非作動時に弁体２０が中立位置に弾性支持されるように、スプリング２３，２４が配設される。また、可動子２２の上下には、閉弁用電磁石２５及び開弁用電磁石２６が夫々配設される。
【００１６】
そして、弁体２０を開弁させるには、閉弁用電磁石２５への通電を停止した後、開弁用電磁石２６に通電して、可動子２２の下面をスプリング２４の付勢力に抗して開弁用電磁石２６に吸着させ、弁体２０をシート部から離間させる。一方、弁体２０を閉弁させるには、開弁用電磁石２６への通電を停止した後、閉弁用電磁石２５に通電して、可動子２２の上面をスプリング２３の付勢力に抗して閉弁用電磁石２５に吸着させ、弁体２０をシート部に着座させる。このような動作を周期的に繰り返すことで、内燃機関の動弁装置としての機能が発揮される。
【００１７】
また、この内燃機関では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動弁５，６により吸・排気弁の開閉時期、特に、吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）を制御（早閉じ制御）することにより、吸入空気量を制御して実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁１１は、所定の運転条件にて吸気通路内に目標負圧を得る目的で使用される。
【００１８】
具体的には、吸気弁の開時期（ＩＶＯ）は、排気上死点（ＴＤＣ）付近の略一定時期とし、吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）は、ドライバ要求トルクと機関要求トルクとからなる目標トルク相当の目標空気量に応じて、スロットル開度ＴＶＯを考慮して制御される。一方、排気弁の開時期（ＥＶＯ）及び閉時期（ＥＶＣ）は、最も熱効率の良い時期となるように制御される。
【００１９】
次に、可変動弁式内燃機関の吸入空気量の制御内容について説明する。
制御ブロックの構成は、図４に示すように、主空気量演算部３０と、補助空気量演算部３１と、応答性遅れ処理部３２と、目標空気量演算部３３と、ＩＶＣ演算部３４と、を含んで構成される。
【００２０】
主空気量演算部３０は、主空気量演算手段として機能し、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、ドライバが要求するトルク相当の主空気量を演算する。
【００２１】
補助空気量演算部３１は、補助空気量演算手段として機能し、冷却水温度Ｔｗに基づくフリクション分、補機負荷印加状態に基づく補機負荷分及びアイドル回転速度制御分等からなるアイドル要求トルク相当の補助空気量を演算する。ここで、アイドル回転速度制御分は、アイドル運転条件にて、実際の機関回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度になるようにフィードバック制御により増減する空気量である。
【００２２】
応答性遅れ処理部３２は、応答性遅れ処理手段として機能し、主空気量演算部３０により演算された主空気量に対して、機関運転性悪化を防止するための応答遅れ処理を行う。即ち、電磁駆動弁５では、吸気弁の開閉時期の制御により吸入空気量が応答性良く増減するので、ガクガク感等を防止する観点から、従来のスロットル弁による吸入空気量の制御と同等となるように、例えば、次式により吸気マニホルド１次遅れ相当のいわゆるなまし処理を行う。
【００２３】
補正後の主空気量＝Ｑｔ’×（１−Ｆ）＋Ｑｔ ×Ｆ
ここで、Ｑｔ は主空気量演算部３０で最新に演算された主空気量、Ｑｔ’は現在の補正後の主空気量、Ｆは加重平均重み付け定数（０＜Ｆ＜１）を示す。
【００２４】
このような補正を行うことにより、アクセル開度ＡＰＯの変化に対応して過敏に吸入空気量が増減することが防止され、従来のスロットル弁による吸入空気量制御と同様に、運転領域全域に亘り滑らかな運転特性を得ることができる。
【００２５】
目標空気量演算部３３は、応答性遅れ処理部３２により応答性遅れ処理が行われた主空気量に、補助空気量演算部３１により演算された補助空気量を加算して目標空気量を演算する。
【００２６】
ＩＶＣ演算部３４は、目標空気量演算部３３により演算された目標空気量に基づいて、吸気弁の閉時期を演算する。そして、演算結果に基づいて、電磁駆動弁５を制御する。なお、これら一連の処理が、吸入空気量制御手段に相当する。
【００２７】
図５は、吸入空気量の制御を示すフローチャートである。なお、詳細な制御内容は、図４の制御ブロックの説明と重複するので、ここでは、その概要についてのみ説明する。
【００２８】
補助空気量演算部３１により補助空気量を演算すると共に（Ｓ１）、主空気量演算部３０により主空気量を演算する（Ｓ２）。そして、主空気量に対して応答性遅れ処理部３２により応答性遅れ処理を行い（Ｓ３）、目標空気量演算部３３により応答性遅れ処理が行われた主空気量に補助空気量が加算され目標空気量が演算される（Ｓ４）。その後、ＩＶＣ演算部３４により吸気弁の閉時期が演算され（Ｓ５）、演算結果に基づいて電磁駆動弁５が制御される（Ｓ６）。
【００２９】
このようにすれば、応答性を低下させたくない補助空気量に対しては応答遅れ処理が行われず、補助空気量と応答遅れ処理が行われた主空気量とを加算した目標空気量に基づいて、電磁駆動弁５が制御される。この効果を、アイドル運転中にエアコンディショナ等の補機の負荷が印加したときを例として、図６を参照しつつ説明する。目標空気量全体に対して応答性遅れ処理を行うと、吸入空気量は特性Ａのように増加し、補機負荷分に相当する補助空気量を迅速に増加することができない。しかし、本実施形態によれば、吸入空気量は特性Ｂのように増加するので、補機負荷分に相当する補助空気量が迅速に増加し、アイドル運転の安定性が維持される。
【００３０】
電制スロットル弁１１は、目標空気量（主空気量＋補助空気量）及び目標負圧に基づいて、目標負圧を実現するようにその開度を制御するが、この場合の目標空気量は、応答性遅れ処理前の主空気量と補助空気量とを加算して求める。スロットル弁による空気量の制御は、応答遅れを生じるからである。
【００３１】
なお、吸気弁の開閉時期は、本実施形態のような電磁駆動弁５だけでなく、何らかの手段により制御できる構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示すシステム図
【図３】電磁駆動弁の基本構造図
【図４】制御ブロックの構成図
【図５】吸入空気量の制御フローチャート
【図６】補機負荷が印加したときの吸入空気量の変化を示す線図
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 電磁駆動弁
１１ 電制スロットル弁
１４ クランク角センサ
１５ アクセルペダルセンサ
１６ 水温センサ
１７ 各種補機スイッチ
１８ コントロールユニット
３０ 主空気量演算部
３１ 補助空気量演算部
３２ 応答性遅れ処理部
３３ 目標空気量演算部
３４ ＩＶＣ演算部

Claims (2)

1. 吸気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁手段と、
   ドライバ要求に基づいて主空気量を演算する主空気量演算手段と、
   機関要求に基づいて補助空気量を演算する補助空気量演算手段と、
   前記主空気量に対して応答性遅れ処理を行う応答性遅れ処理手段と、
   前記応答性遅れ処理が行われた主空気量に前記補助空気量を加算した目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、
   前記目標空気量に基づいて前記可変動弁手段により吸気弁の開閉時期を制御して吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする可変動弁式内燃機関の吸入空気量制御装置。
2. 前記応答性遅れ処理手段は、前記主空気量に対して内燃機関の吸気マニホルド１次遅れ相当のなまし処理を行うことを特徴とする請求項１記載の可変動弁式内燃機関の吸入空気量制御装置。

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