JP3807173B2 - 可変動弁エンジンの吸入空気量検出装置及び燃料噴射制御装置 - Google Patents

可変動弁エンジンの吸入空気量検出装置及び燃料噴射制御装置

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動式など開閉時期を任意に可変制御できる吸気弁を備えた可変動弁エンジンのトルクを調整する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来一般のエンジンでは、スロットル弁の開度によって吸入空気量を制御するが、近年、電磁駆動式の吸・排気弁を備え、主として吸気弁の開閉時期の制御によって吸入空気量を制御するようにしたものが提案されている(特開平8−200025号公報参照) 。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この種の吸気弁の開閉時期で吸入空気量を制御するものでは、通常のエアフロメータによって吸入空気量を検出すると、少なくとも所定の運転条件では吸気脈動の影響や過渡時の応答遅れなどにより良好な吸入空気量の検出が行えず、ひいては良好な燃料噴射量、空燃比の制御が行えないことがあった。
【0004】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、吸入空気量の検出を高精度に行え、また、これにより、燃料噴射量制御を高精度に行えるようにした可変動弁エンジンの吸入空気量検出装置及び燃料噴射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に係る発明は、図1に示すように、
任意の開閉時期に可変制御でき、開時期及び閉時期のそれぞれについて目標時期が設定される吸気弁を備えた可変動弁エンジンにおいて、
吸気弁の開閉時期を検出する吸気弁開閉時期検出手段と、
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
吸気弁の閉時期の変化に対して最大体積吸入空気量、吸気弁の閉時期及びエンジン回転速度に基づいて設定される係数を乗じて体積吸入空気量を算出する体積吸入空気量算出手段と、
吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、
吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、
前記体積吸入空気量を吸気温度と吸気圧力とで補正して質量吸入空気量を算出する質量吸入空気量算出手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【0006】
請求項1に係る発明によると、
吸気弁開閉時期検出手段が吸気弁の閉時期を検出し、エンジン回転速度検出手段によってエンジン回転速度を検出する。
【0007】
ここで、エンジン回転速度一定の条件では吸気弁の閉時期が所定の時期であるときに体積吸入空気量が最大となり、それより閉時期が早い場合、遅い場合は体積吸入空気量が最大値より減少する。一方、エンジン回転速度が高くなるほど、吸気弁からの吸気の遅れが大きくなるため、前記吸入空気量が最大となる吸気弁の閉時期は遅れ側にシフトする。
そこで、体積吸入空気量算出手段が、前記最大となる体積吸入空気量(すなわち、吸気弁の閉時期の変化に対して最大の体積吸入空気量)に、吸気弁の時期及びエンジン回転速度に基づいて設定される係数を乗じて体積吸入空気量を算出する。これにより、体積吸入空気量を高精度に算出することができる。
【0008】
また、質量吸入空気量は、吸気温度,吸気圧力によって変化するので、質量吸入空気量算出手段により、前記体積吸入空気量を、吸気温度検出手段によって検出した吸気温度と吸気圧力検出手段によって検出した吸気圧力とに基づいて補正して質量吸入空気量を算出する。
【0009】
これにより、吸気脈動の影響や過渡時の応答遅れの影響を無くした良好な吸入空気量の検出が行える。
また、請求項2に係る発明は、
前記吸気弁開閉時期検出手段は、気筒毎に吸気弁開閉時期を検出し、該気筒毎の吸気弁の開閉時期に基づいて気筒毎に質量吸入空気量を算出することを特徴とする。
【0010】
請求項2に係る発明によると、
吸気弁開閉時期を気筒毎に検出し、気筒毎に求めた体積吸入空気量を吸気温度と吸気圧力とで補正して気筒毎の質量吸入空気量を算出する。これにより、気筒毎に開閉時期のバラツキがあっても高精度に吸入空気量を検出することができる。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
また、請求項3に係る発明は、請求項1は請求項2に記載の吸入空気量検出装置によって検出された吸入空気量に基づいてエンジンに供給される燃料噴射量を設定し、該設定された燃料噴射量をエンジンに供給することを特徴とする。
【0015】
請求項3に係る発明によると、
上記の吸入空気量検出装置によって高精度に検出された質量吸入空気量に基づいて、エンジンに供給される燃料噴射量を高精度に制御することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図2は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【0017】
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。
【0018】
吸気弁5及び排気弁6の電磁駆動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。
【0019】
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。
【0020】
また、吸気弁5の弁軸21の上端に検出ロッド31を係合させてハウジングの上端にリフトセンサ32が配置される。該リフトセンサ32は、検出ロッド31の移動量を、弁体20のリフト量として検出する。リフトセンサとしてはこの他、赤外線,超音波等による無接点方式の距離測定センサ等も使用できる。また、本発明で要求されるのは、吸・排気弁のリフト量自体の検出は不要であり、開閉時期を検出すればよいから、圧電ピックアップのように開閉時に可動子22の着座振動音を検出するものを使用することもできる。
【0021】
図2に戻って、吸気通路7には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁9が設けられている。
ここにおいて、吸気弁5、排気弁6、燃料噴射弁9及び点火栓4の作動は、コントロールユニット10により制御され、このコントロールユニット10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エンジン回転速度を検出可能なクランク角センサ11、アクセル開度(アクセルペダルの踏込み量)を検出するアクセルペダルセンサ12、吸気温度を検出する吸気温度センサ(吸気温度検出手段) 13、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ(吸気圧力検出手段) 14の他、前記吸気弁5,排気弁6の開閉時期を検出するリフトセンサ(吸気弁開閉時期検出手段) 32等から、信号が入力されている。
【0022】
そして、アクセル開度,エンジン回転速度等のエンジンの運転条件に基づいて目標トルクを発生するように吸気弁5と排気弁6の目標開閉時期が設定され、該目標開閉時期が得られるように吸気弁5,排気弁6の開閉時期が制御される。
【0023】
一方、前記各種センサ類により検出された値に基づいて、質量吸入空気量が検出され、該質量吸入空気量に基づいて前記燃料噴射弁9からの燃料噴射量が制御される。
【0024】
以下に、前記質量吸入空気量及び燃料噴射量を検出するルーチンを、図4のフローチャートに従って詳細に説明する。
ステップ1では、アクセルペダルセンサ12によて検出されたアクセル開度及びクランク角センサ11によって検出されたエンジン回転速度を読み込む。
【0025】
ステップ2では、前記アクセル開度,エンジン回転速度に応じた各運転状態毎の目標トルクを発生する吸気弁5と排気弁5の目標開閉時期をマップ(図5参照) から検索する。
【0026】
ステップ3では、吸気弁5と排気弁5の開閉を前記目標開閉時期に応じて制御する。
ステップ4では、前記リフトセンサ32によって検出される吸気弁5の実際の開閉時期を読み込む。
【0027】
ステップ5では、前記吸気弁5の開閉時期とエンジン回転速度とに基づいてシリンダに吸入される体積吸入空気量Qvを算出する。
具体的には、エンジン回転速度一定の条件では図6に示すように、吸気弁の閉時期が所定の時期であるときに吸入空気量が最大となり、それより閉時期が早い場合、遅い場合は吸入空気量が最大値より減少する。一方、エンジン回転速度が高くなるほど、吸気弁からの吸気の遅れが大きくなるため、前記吸入空気量が最大となる吸気弁の閉時期は遅れ側にシフトする。即ち、吸気弁5を下死点より前に閉じる早閉じ制御の場合には、図7に示すように、吸気弁の閉時期を遅らせるほど、目標トルクしたがって吸入空気量は増大するが、エンジン回転速度が高くなるほど、同一の吸入空気量を得るのに吸気弁閉時期を遅らせる必要がある。
【0028】
そこで、体積吸入空気量Qvを次式により算出する。このステップ5の機能が、体積吸入空気量算出手段を構成する。
Qiv=QiMAX×IVCt
ここで、Qivは#i気筒の体積吸入空気量、QiMAX#i気筒の最大体積吸入空気量、IVCtは、吸気弁の閉時期とエンジン回転速度(例えば400rpm毎) とに基づいて設定される係数を乗じることにより、体積吸入空気量Qivを高精度に算出することができる。
【0029】
ステップ6では、吸気温度センサ13により検出された吸気温度T及び吸気圧力センサ14により検出された吸気圧力Pを読み込む。
ステップ7では、前記体積吸入空気量Qivを前記吸気温度T及び吸気圧力Pによって補正して質量吸入空気量Qimを算出する。このステップ7の機能が、質量吸入空気量算出手段を構成する。
【0030】
Qim=R・T/P・Qiv(但し、Rはガス定数)
ステップ8では、前記気筒iの質量吸入空気量Qimに比例的に基本燃料噴射量TPi=k・Qimを算出し、該基本燃料噴射量Tiをエンジン冷却水温度や燃料噴射弁9を駆動するバッテリの電圧などで補正して、最終的な燃料噴射量TIiを算出する。
【0031】
このようにすれば、最大体積吸入空気量、吸気弁の閉時期及びエンジン回転速度により高精度に算出した体積吸入空気量を、吸気温度と吸気圧力とで補正して質量吸入空気量を算出することにより、吸気脈動の影響や過渡時の応答遅れの影響を無くした良好な吸入空気量の検出が行える。
【0032】
なお、前記の実施の形態では、気筒毎に吸入空気量を検出して気筒毎に燃料噴射量を設定する構成としたため、気筒毎に高精度な燃料噴射量制御を行えるが、気筒毎の吸入空気量Qimの平均値QmAV[例えば4気筒エンジンの場合、QmAV=1/4(Q1m+Q2m+Q3m+Q4m) ]を算出し、該平均値QmAVに対応して各気筒共通の燃料噴射量TIを設定してもよく、気筒毎の吸入空気量のバラツキによるトルク変動を抑制することができる。
【0033】
また、吸気弁の閉時期とエンジン回転速度とをパラメータとした体積吸入空気量の3次元マップを作成し、該マップからの検索により体積吸入空気量を算出する構成としてもよい。
【0034】
さらに、目標トルクを微調整するため、吸気弁の開閉時期を調整したり、スロットル弁を備えたものでは、スロットル弁開度を調整する構成を備えていてもよい。
【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】燃料噴射量設定ルーチンのフローチャート
【図5】吸・排気弁の目標開閉時期を示す図。
【図6】吸気弁の閉時期と吸入空気量との関係を示す線図。
【図7】吸気弁の閉時期を及びエンジン回転速度をパラメータとした目標トルク特性を示す図。
【符号の説明】
1 エンジン
2 ピストン
3 燃焼室
4 点火栓
5 電磁駆動式の吸気弁
7 吸気通路
8 排気通路
9 燃料噴射弁
10 コントロールユニット
11 クランク角センサ
12 アクセルペダルセンサ
13 吸気温度センサ
14 吸気圧力センサ
31 検出ロッド
32 リフトセンサ

Claims (3)

  1. 任意の開閉時期に可変制御でき、開時期及び閉時期のそれぞれについて目標時期が設定される吸気弁を備えた可変動弁エンジンにおいて、
    吸気弁の開閉時期を検出する吸気弁開閉時期検出手段と、
    エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
    吸気弁の閉時期の変化に対して最大体積吸入空気量、吸気弁の閉時期及びエンジン回転速度に基づいて設定される係数を乗じて体積吸入空気量を算出する体積吸入空気量算出手段と、
    吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、
    吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、
    前記体積吸入空気量を吸気温度と吸気圧力とで補正して質量吸入空気量を算出する質量吸入空気量算出手段と、
    を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの吸入空気量検出装置。
  2. 前記吸気弁開閉時期検出手段は、気筒毎に吸気弁開閉時期を検出し、該気筒毎の吸気弁の開閉時期に基づいて気筒毎に質量吸入空気量を算出することを特徴とする請求項1に記載の可変動弁エンジンの吸入空気量検出装置。
  3. 請求項1は請求項2に記載の吸入空気量検出装置によって検出された吸入空気量に基づいてエンジンに供給される燃料噴射量を設定し、該設定された燃料噴射量をエンジンに供給することを特徴とする可変動弁エンジンの燃料噴射制御装置。
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