JP3724312B2 - 可変動弁エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、可変動弁装置、例えば電磁駆動装置を用いて、吸気弁及び排気弁を駆動し、これらの開閉動作を任意に制御するものがある(特開平10−311231号公報参照)。
【0003】
可変動弁装置によりバルブタイミングを変化させ、シリンダ内吸入空気量を制御しているエンジンでは、ノンスロットル運転による燃費向上を目的としているため、基本的にブーストは大気圧相当で運転を行っているが、ブローバイ、エバポパージ、ブレーキマスターバック用等で、負圧要求のある場合に対応させるため、電制スロットル弁などを用いて、所望のブーストを発生させつつ運転を行っている。
【0004】
その一方、全開近傍領域にて目標吸入空気量が大きくなった時は、バルブタイミングを最大吸入空気量となる時期に固定したまま、スロットル弁を更に開けてブーストを大気圧側に変化させることによって、吸入空気量を制御する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可変動弁装置による吸入空気量制御と、スロットル弁による吸入空気量制御とを切換える際に、目標吸入空気量のみで切換えを行うと、実負圧が可変動弁装置による吸入空気量制御時の目標負圧と一致していない時にも切換えを行うこととなり、切換時にトルク段差が発生してしまうという問題点があった。
【0006】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、切換時のトルク段差を無くし、良好な運転性を得られるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、図1に示すように、スロットル弁により吸気通路内を目標負圧に制御しつつ、可変動弁装置により吸気弁閉時期を制御して吸入空気量を制御する第1の吸入空気量制御手段と、吸気弁閉時期を固定し、スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第2の吸入空気量制御手段と、エンジン運転領域に応じて前記第1及び第2の吸入空気量制御手段を選択的に作動させる切換手段とを備える可変動弁エンジンの制御装置において、吸気通路内の実負圧を検出する実負圧検出手段を設け、前記切換手段を、エンジン回転数と要求トルクとにより定まるエンジン運転領域による切換指令の後、前記実負圧検出手段により検出される実負圧が目標負圧に一致した時点で切換えを行うように構成したことを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明では、前記実負圧検出手段は、目標吸入空気量の変化に対し、1次遅れの特性で、実負圧を推定する手段であることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、1次遅れの時定数を目標吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて設定することを特徴とする。
【0009】
請求項4に係る発明では、前記実負圧検出手段は、吸気通路内の実負圧を直接検出する負圧センサであることを特徴とする。
請求項5に係る発明では、前記スロットル弁は、電制スロットル弁であることを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、可変動弁装置による吸入空気量制御と、スロットル弁による吸入空気量制御との切換えに際し、エンジン運転領域による切換指令の後、実負圧が目標負圧に一致した時点で切換えを行うようしたことで、トルク段差を生じることなく切換えを行うことができ、運転性を向上できる。
【0011】
請求項2に係る発明によれば、目標吸入空気量の変化に対し、1次遅れの特性で、実負圧を推定することで、負圧センサを用いることなく、簡易かつ安価に実施できる。
【0012】
請求項3に係る発明によれば、1次遅れの時定数を目標吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて設定することで、目標吸入空気量やエンジン回転数による応答性の変化に良好に対応でき、推定精度を向上できる。
【0013】
請求項4に係る発明によれば、負圧センサにより吸気通路内の実負圧を直接検出することで、制御精度を向上できる。
請求項5に係る発明によれば、電制スロットル弁を用いることで、制御性が向上する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図2は本発明の第1実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【0015】
エンジン1の各気筒のピストン2により画成される燃焼室3には、点火栓4を囲むように、電磁駆動式の吸気弁5及び排気弁6を備えている。7は吸気通路、8は排気通路である。
【0016】
吸気弁5及び排気弁6の電磁駆動装置(可変動弁装置)の基本構造を図3に示す。弁体20の弁軸21にプレート状の可動子22が取付けられており、この可動子22はスプリング23,24により中立位置に付勢されている。そして、この可動子22の下側に開弁用電磁コイル25が配置され、上側に閉弁用電磁コイル26が配置されている。
【0017】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル26への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル25に通電して、可動子22を下側へ吸着することにより、弁体20をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル25への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル26に通電して、可動子22を上側へ吸着することにより、弁体20をシート部に着座させて閉弁させる。
【0018】
図2に戻って、吸気通路7には、全気筒共通の集合部に、電制スロットル弁9が設けられている。
吸気通路7にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁10が設けられている。
【0019】
ここにおいて、吸気弁5、排気弁6、電制スロットル弁9、燃料噴射弁10及び点火栓4の作動は、コントロールユニット11により制御され、このコントロールユニット11には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Neを検出可能なクランク角センサ12、アクセル開度(アクセルペダル踏込み量)APOを検出するアクセルペダルセンサ(アクセル全閉でONとなるアイドルスイッチを含む)13、吸気通路7のスロットル弁9上流にて吸入空気量Qaを検出するエアフローメータ14、エンジン冷却水温Twを検出する水温センサ15等から、信号が入力されている。
【0020】
このエンジン1では、通常運転領域では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁5及び排気弁6の開閉動作を制御、特に吸気弁5の開時期IVOを上死点近傍に設定して、吸気弁5の閉時期IVCを可変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9は、吸気通路7内に必要とする目標負圧を得る目的で、開度を制御する。
【0021】
一方、全開近傍領域(WOT領域)では、吸気弁5の閉時期IVCを下死点近傍に固定し、電制スロットル弁9の開度TVOを可変制御することにより吸入空気量を制御する。
【0022】
燃料噴射弁10の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ14により検出される吸入空気量Qaに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
【0023】
点火栓4による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、MBT(トルク上の最適点火時期)又はノック限界に制御する。
次に、吸気弁5(特に吸気弁閉時期IVC)及び電制スロットル弁9(スロットル開度TVO)の制御について、更に詳細に、図4〜図7のフローチャートにより説明する。
【0024】
図4はメインルーチンのフローチャートであり、所定時間又は所定回転毎に実行される。
ステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、アクセル開度APOとエンジン回転数Neとを読込む。
【0025】
ステップ2では、アクセル開度APOとエンジン回転数Neとから、マップを参照して、要求トルク相当の目標吸入空気量TQH0を演算する。但し、アイドル運転時(アイドルスイッチON)の場合は、エンジン回転数Neと目標アイドル回転数Nidleとの偏差ΔNe=Ne−Nidleに基づいて、該偏差がマイナス側のときは、増量方向、プラス側のときは、減量方向に、目標吸入空気量TQH0を補正する。
【0026】
尚、目標吸入空気量TQH0は目標体積流量比として演算する。体積流量比QH0(目標体積流量比TQH0)については、QH0=1の時は静的に見ると吸気弁閉時期IVCが下死点にある時、つまりシリンダ吸気行程容積が最大の時となる。また、QH0=0.7の時はシリンダ吸気行程容積が最大行程容積に対して70%になることを表している。
【0027】
ステップ3では、後述する図5の実負圧推定サブルーチンによって実負圧を推定する。
具体的には、図5のステップ21にて、エンジン回転数Neと目標吸入空気量TQH0とから、マップを参照して、1次遅れの時定数FLOADを演算する。
【0028】
そして、次のステップ22にて、次式により、目標吸入空気量TQH0を1次遅れ処理して、実負圧推定値FQH0を算出する。
FQH0=TQH0×FLOAD+FQH0z×(1−FLOAD)
FQH0zはFQH0の前回値である。
【0029】
この実負圧推定値FQH0は、目標吸入空気量TQH0を1次遅れ処理して求められるものであるから、FQH0大のとき負圧小(大気圧側)、FQH0小のとき負圧大となる。
【0030】
尚、エンジン回転数Neが高いほど目標吸入空気量TQH0の変化に対する負圧変化の応答性が高いので、エンジン回転数Neが高いほど時定数FLOADを大きくし、また、目標吸入空気量TQH0が大きいほどその変化に対する負圧変化の応答性が高いので、目標吸入空気量TQH0が大きいほど時定数FLOADを大きく設定する。
【0031】
ステップ4では、可変動弁制御領域(通常運転領域)かスロットル制御領域(全開近傍領域)かの領域判定を行う。この領域判定は、エンジン回転数Neとトルク(目標吸入空気量TQH0)とに基づいて行う。
【0032】
可変動弁制御領域の場合は、ステップ5へ進んでフラグFTH=0(現在、可変動弁制御中)か否かを判定し、Yesの場合は、ステップ9へ進んで可変動弁制御を続ける。
【0033】
ステップ5での判定でNoの場合、すなわち、現在、スロットル制御中で、可変動弁制御への切換指令の場合は、ステップ6へ進む。
ステップ6では、前記ステップ3にて求めた実負圧推定値FQH0を目標負圧相当のしきい値と比較し、実負圧推定値FQH0≦しきい値(実負圧BOOST≧目標負圧TBOOST)となったか否かを判定し、Noの場合はステップ11へ進んでスロットル制御を続ける。
【0034】
ステップ6での判定でYesの場合、すなわち、可変動弁制御への切換指令後に、実負圧推定値FQH0≦しきい値(実負圧BOOST≧目標負圧TBOOST)となった場合は、ステップ9へ進んで可変動弁制御に切換える。
【0035】
ステップ4での判定でスロットル制御領域の場合は、ステップ7へ進んでフラグFTH=1(現在、スロットル制御中)か否かを判定し、Yesの場合は、ステップ11へ進んでスロットル制御を続ける。
【0036】
ステップ7での判定でNoの場合、すなわち、現在、可変動弁制御中で、スロットル制御への切換指令の場合は、ステップ8へ進む。
ステップ8では、前記ステップ3にて求めた実負圧推定値FQH0を目標負圧相当のしきい値と比較し、実負圧推定値FQH0≧しきい値(実負圧BOOST≦目標負圧TBOOST)となったか否かを判定し、Noの場合はステップ9へ進んで可変動弁制御を続ける。
【0037】
ステップ8での判定でYesの場合、すなわち、スロットル制御への切換指令後に、実負圧推定値FQH0≧しきい値(実負圧BOOST≦目標負圧TBOOST)となった場合は、ステップ11へ進んでスロットル制御に切換える。
【0038】
ステップ9での可変動弁制御、及びステップ11でのスロットル制御については、後述するが、ステップ9での可変動弁制御の後は、ステップ10にてフラグFTH=0として本ルーチンを終了し、ステップ11でのスロットル制御の後は、ステップ12にてフラグFTH=1として本ルーチンを終了する。
【0039】
ここで、ステップ3の部分が実負圧検出手段(実負圧推定手段)に相当し、ステップ4〜8の部分が運転領域判定手段(ステップ4)を含む切換手段に相当する。
【0040】
図6は前記ステップ9にて実行される可変動弁制御サブルーチンのフローチャートであり、第1の吸入空気量制御手段に相当する。
ステップ31では、目標負圧TBOOST及び目標吸入空気量TQH0から、目標負圧TBOOSTを得るように、スロットル開度TVOを算出して、電制スロットル弁9を制御する。
【0041】
ステップ32では、目標吸入空気量TQH0及び目標負圧TBOOSTから、目標吸入空気量TQH0を得るように、吸気弁閉時期IVCを算出して、電磁駆動式の吸気弁5を制御する。
【0042】
図7は前記ステップ11にて実行されるスロットル制御サブルーチンのフローチャートであり、第2の吸入空気量制御手段に相当する。
ステップ41では、吸気弁閉時期IVCを下死点近傍に固定するように、電磁式の吸気弁5を制御する。
【0043】
ステップ42では、目標吸入空気量TQH0及びエンジン回転数Neから、目標吸入空気量TQH0を得るように、スロットル開度TVOを算出して、電制スロットル弁9を制御する。
【0044】
図8は全開近傍領域(スロットル制御)から通常運転領域(可変動弁制御)への切換えのタイムチャートであり、図9は通常運転領域(可変動弁制御)から全開近傍領域(スロットル制御)への切換えのタイムチャートである。
【0045】
図中、APOはアクセル開度、TQH0は目標吸入空気量、IVCは吸気弁閉時期、TVOはスロットル開度、BOOSTは負圧、Qcylはシリンダ吸入空気量の変化を示している。
【0046】
全開近傍領域(スロットル制御)から通常運転領域(可変動弁制御)への切換えの場合は、図8に示すように、目標吸入空気量TQH0を1次遅れ処理して得た実負圧推定値FQH0が目標負圧相当のしきい値をよぎった時点、すなわち、実負圧BOOSTが目標負圧TBOOSTとなった時点で、スロットル制御から可変動弁制御に切換えられる。
【0047】
逆に、通常運転領域(可変動弁制御)から全開近傍領域(スロットル制御)への切換えの場合は、図9に示すように、目標吸入空気量TQH0を1次遅れ処理して得た実負圧推定値FQH0が目標負圧相当のしきい値をよぎった時点、すなわち、実負圧BOOSTが目標負圧TBOOSTとなった時点で、可変動弁制御からスロットル制御に切換えられる。
【0048】
以上のように、可変動弁装置による吸入空気量制御と、電制スロットル弁による吸入空気量制御とを切換える際に、切換過渡時の実際の負圧を吸気マニホールドによる1次遅れを用いて算出し、可変動弁装置による吸入空気量制御時の目標負圧と一致した時点で切換えを行うことによって、トルク段差なく切換えを行うことができる。
【0049】
切換時、実負圧が目標負圧と一致するまで、前回の領域の制御を継続して行うことにより、シリンダ吸入空気量を従来エンジンと同等の応答性でトルク段差なく領域の切換えを行うことができる。
【0050】
次に本発明の第2実施形態について説明する。
図10は第2実施形態での可変動弁エンジンのシステム図である。
第2実施形態では、吸気通路7のスロットル弁9下流に、実負圧BOOSTを直接検出する負圧センサ16が設けられ、その信号がコントロールユニット11に入力されている。
【0051】
図11は第2実施形態でのメインルーチンのフローチャートであり、図4のフローに対し、ステップ3、6、8の処理内容が異なる。
ステップ3では、負圧センサ16からの信号に基づいて、実負圧BOOSTを検出する。
【0052】
ステップ6では、前記ステップ3にて検出した実負圧BOOSTを目標負圧TBOOSTと比較し、実負圧BOOST≧目標負圧TBOOSTとなったか否かを判定する。この結果、可変動弁制御への切換指令後に、実負圧BOOST≧目標負圧TBOOSTとなった場合に、ステップ9へ進んで可変動弁制御に切換える。
【0053】
ステップ8では、前記ステップ3にて検出した実負圧BOOSTを目標負圧TBOOSTと比較し、実負圧BOOST≦目標負圧TBOOSTとなったか否かを判定する。この結果、スロットル制御への切換指令後に、実負圧BOOST≦目標負圧TBOOSTとなった場合に、ステップ11へ進んでスロットル制御に切換える。
【0054】
この第2実施形態では、負圧センサ16を必要とすることで、コストは上昇するが、実負圧を直接検出するので、制御精度は向上する。
尚、以上の実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
【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】 本発明の第1実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図3】 吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図4】 メインルーチンのフローチャート
【図5】 実負圧推定サブルーチンのフローチャート
【図6】 可変動弁制御サブルーチンのフローチャート
【図7】 スロットル制御サブルーチンのフローチャート
【図8】 スロットル制御→可変動弁制御の切換えのタイムチャート
【図9】 可変動弁制御→スロットル制御の切換えのタイムチャート
【図10】 第2実施形態での可変動弁エンジンのシステム図
【図11】 第2実施形態でのメインルーチンのフローチャート
【符号の説明】
1 エンジン
4 点火栓
5 電磁駆動式の吸気弁
6 電磁駆動式の排気弁
7 吸気通路
8 排気通路
9 燃料噴射弁
10 電制スロットル弁
11 コントロールユニット
12 クランク角センサ
13 アクセルペダルセンサ
14 エアフローメータ
15 水温センサ
16 負圧センサ
Claims (5)
- 吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置と、吸気通路に設けた開度を任意に制御可能なスロットル弁とを備える一方、スロットル弁により吸気通路内を目標負圧に制御しつつ、可変動弁装置により吸気弁閉時期を制御して吸入空気量を制御する第1の吸入空気量制御手段と、吸気弁閉時期を固定し、スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第2の吸入空気量制御手段と、エンジン運転領域に応じて前記第1及び第2の吸入空気量制御手段を選択的に作動させる切換手段とを備える可変動弁エンジンの制御装置において、
吸気通路内の実負圧を検出する実負圧検出手段を設け、
前記切換手段を、エンジン回転数と要求トルクとにより定まるエンジン運転領域による切換指令の後、前記実負圧検出手段により検出される実負圧が目標負圧に一致した時点で切換えを行うように構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの制御装置。 - 前記実負圧検出手段は、目標吸入空気量の変化に対し、1次遅れの特性で、実負圧を推定する手段であることを特徴とする請求項1記載の可変動弁エンジンの制御装置。
- 1次遅れの時定数を目標吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて設定することを特徴とする請求項2記載の可変動弁エンジンの制御装置。
- 前記実負圧検出手段は、吸気通路内の実負圧を直接検出する負圧センサであることを特徴とする請求項1記載の可変動弁エンジンの制御装置。
- 前記スロットル弁は、電制スロットル弁であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
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