JP5104948B2 - 可変動弁機構付き内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
そこで、このようなプレイグニッションの発生を防止するための技術として、日本国特許庁が2002年に発行したJP2002−129994Aは、プレイグニッションの発生が予測される運転条件では、スロットル開度の制限等により機関の吸気量を低減することを提案している。
そこで、本発明では、プレイグニッションの発生を防止し、かつ車両に発生する振動や騒音の悪化を抑制することのできる可変動弁機構付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、吸気弁の閉時期及び作動角を連続可変に制御する可変動弁機構と、プレイグニッションが発生する可能性を検知する手段と、吸気量を制御するスロットルバルブと、を備え、プレイグニッションが発生する可能性を検知した場合に、吸気弁作動角の増大によって吸気弁閉時期を下死点よりも遅角化するものであって、運転状態から定まる音振要求から吸気弁作動角の上限値を制限する作動角上限リミット値を算出する作動角上限リミット値算出手段と、スロットル開度の上限値を制限するスロットル開度上限リミット値を吸気弁作動角に基づいて算出するスロットル開度上限リミット値算出手段と、を有する。
この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以降の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
FIG.2は、可変動弁機構の構成図である。
FIGS.3Aと3Bは、バルブタイミングの一例を示す図である。
FIG.4は、この発明によるバルブタイミング制御及びスロットルバルブ開度制御のブロック図である。
FIG.5は、この発明による作動角上限リミッタ算出部の制御ブロック図である。
FIG.6は、この発明による作動角上限リミッタ値の特性を示す図である。
FIG.7は、この発明による作動角上限リミッタオフセット量の特性を示す図である。
FIG.8は、この発明による目標吸気圧リミッタ算出部の構成を示すブロック図である。
内燃機関は、吸気バルブ7と排気バルブ8を各気筒にそれぞれ2つ備える。対応して吸気通路5及び排気通路6も各気筒にそれぞれ2本設けられる。2本の吸気通路5は、シリンダヘッド2の一方の側面に開口部を有する1本の通路をシリンダヘッド2の内部で分岐したものである。2本の排気通路6はシリンダヘッド2内部で合流し、シリンダヘッド2の他方の側面に開口部を有する1本の通路に統合される。
第1燃料噴射弁11は燃焼室1の側面から燃焼室1に直接燃料を噴射する。
点火栓12は燃焼室1の天井面の中央近傍に設けられる。
スロットル15は、分岐前の吸気通路5に設けられる。スロットル15は基本的に全開位置に保持される。この内燃機関の吸気量の調節は吸気バルブ7のバルブタイミングとリフト量及び作動角の制御により行う。ただし、ブレーキマスターバック用の負圧が必要な場合等は吸気通路5内に負圧を発生させるためにスロットル15の開度を小さくする。スロットルバルブ14を設ける代わりに、負圧発生用のポンプを設けることで負圧が必要な場合に対応するようにしてもよい。
また、排気カムシャフト10は一般的な回転式のカムシャフトである。可変動弁機構9は吸気バルブ7のリフト量と作動角を可変に制御すべく、次に説明するような構成を備える。
なお、ここでいう吸気バルブ7のリフト量とは、吸気バルブ7の最大リフト量のことをいう。また、リフト量の可変制御とは最大リフト量を可変制御することをいい、吸気バルブ7の開閉サイクル内のリフト量変化を意味しない。
また、本実施形態では吸気バルブ7側にのみ前記可変動弁機構を設けるが、排気弁側にも同様の可変動弁機構を設けて、運転状態に応じて排気弁の開閉時期を制御しても構わない。
可変動弁機構9は、吸気バルブ7のリフトと作動角を変化させるリフト及び作動角可変機構20と、そのリフトの中心位置を進角もしくは遅角させる位相可変機構21と、が組み合わされて構成されている。
なお、このリフト及び作動角可変機構20は、位相可変機構21とともに日本国特許庁が2002年に発行したJP200289303AやJP200289341A等により公知である。
リフト及び作動角可変機構20は、FIG.1のシリンダヘッド2の上部のカムブラケットに回転自在に支持された中空状の駆動軸22と、この駆動軸22に圧入等により固定された偏心カム23と、駆動軸22の上方に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸22と平行に配置された制御軸24と、この制御軸24の偏心カム部25に揺動自在に支持されたロッカーアーム28と、各吸気バルブ7の上端部に配置されたタペット42に当接する揺動カム31と、を備える。ロッカーアーム28は一方の端部付近が連結ピン27を介してリンクアーム26と連結されており、他方の端部付近が連結ピン29を介してリンク部材30の上方側端部と連結されている。リンク部材30の下方側端部は連結ピン45を介して揺動カム31と連結されている。
駆動軸22は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関の偏心カム23に駆動される。
偏心カム23は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸22の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム26の環状部26aが回転可能に嵌合する。
ロッカーアーム28は、略中央部を偏心カム部25が回転可能に貫通する。偏心カム部25は、制御軸24の軸心から偏心し、ロッカーアーム28の揺動中心は制御軸24の角度位置に応じて変化する。
揺動カム31は、駆動軸22の外周に嵌合して回転自在に支持され、駆動軸22の軸方向に対して直角方向へ延びた端部31aに、リンク部材30の下端部が連結ピン45を介して連結する。この揺動カム31の下面には、駆動軸22と同心状の円弧をなす基円面31cと、基円面31cから上記端部へと曲線を描いて延びるカム面31bと、が連続して形成される。これらの基円面31cならびにカム面31bは、揺動カム31の揺動位置に応じてタペット42の上面に当接する。
すなわち、基円面31cはベースサークル区間として、吸気バルブ7のリフト量がゼロとなる区間であり、揺動カム31が揺動してカム面31bがタペット42に接触すると、吸気バルブ7は徐々にリフトする。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられる。
制御軸24は、一方の端部に設けられたリフト及び作動角制御用油圧アクチュエータ44によって所定角度範囲内で回転するように構成される。このリフト及び作動角制御用油圧アクチュエータ44への油圧供給は、コントローラ13からの制御信号により制御される。
このリフト及び作動角可変機構20において、駆動軸22が回転すると、偏心カム23のカム作用によってリンクアーム26が上下動し、これに伴ってロッカーアーム28が制御軸24を揺動軸として揺動する。このロッカーアーム28の揺動は、リンク部材30を介して揺動カム31へ伝達され、揺動カム31が揺動する。この揺動カム31のカム作用によって、タペット42が押圧され、吸気バルブ7がリフトする。ここで、リフト及び作動角制御用油圧アクチュエータ44が制御軸24の回転角度を変化させると、ロッカーアーム28の揺動中心位置が変化し、ひいては揺動カム31の初期揺動位置が変化する。
例えば、偏心カム部25が上方へ位置しているとすると、ロッカーアーム28は全体として上方へ位置し、揺動カム31の端部31aが相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム31の初期揺動位置は、そのカム面31bがタペット42から離れる方向に傾く。従って、駆動軸22の回転に伴って揺動カム31が揺動した際に、基円面31cが長い間タペット42に接触し続け、カム面31bがタペット42に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつ、その開時期から閉時期までの角度範囲、すなわちカムの作動角も縮小する。
逆に、偏心カム部25が下方へ位置しているとすると、ロッカーアーム28は全体として下方へ位置し、揺動カム31の端部31aが相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム31の初期揺動位置は、そのカム面31bがタペット42に近付く方向に傾く。従って、駆動軸22の回転に伴って揺動カム31が揺動した際に、タペット42と接触する部位が基円面31cからカム面31bへと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
偏心カム部25の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性も連続的に変化する。
つまり、リフト及び作動角可変機構20は、リフトならびに作動角を、両者同時に連続的に拡大、縮小させることができる。
位相可変機構21は、駆動軸22の前端部に設けられたスプロケット46と、このスプロケット46と駆動軸22とを、所定の角度範囲内において相対回転させる位相制御用アクチュエータ43と、から構成されている。スプロケット46は、タイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトと同期して回転する。位相制御用アクチュエータ43は、コントローラ13からの制御信号により制御される。この位相制御用アクチュエータ43の作動に応じて、スプロケット46と駆動軸22とが相対回転し、リフト中心角が進角あるいは遅角する。つまり、位相可変機構21によれば、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。この変化も連続的に得ることができる。位相制御用アクチュエータ33には、油圧式や電磁式など、種々な形式のアクチュエータを使用可能である。
上述したように、可変動弁機構9によれば、吸気バルブ7のリフト量ならびに作動角を両者同時に、連続的に拡大あるいは縮小させることができ、かつリフト特性を変えずに連続的に全体を進角もしくは遅角させることができる。つまり、吸気バルブ7の開くタイミングと閉じるタイミングを独立して制御することができる。
本実施形態では、吸気バルブ7のバルブタイミングを次のように設定する。
FIG.3Aは通常アイドル運転用(プレイグニッションのおそれがないアイドル運転用)のバルブタイミングの一例を示し、FIG.3Bはプレイグニッション防止用のバルブタイミングの一例を示す。
アイドル運転時のように燃料消費の抑制要求が高い場合には、ポンピングロスを少なくするために、FIG.3Aに示すように、作動角を小さくして吸気バルブ閉時期IVCを下死点前にする。
この状態では、冷却水温や吸気温度が上昇する等して筒内温度が高くなった場合に、プレイグニッションが発生しやすい。
プレイグニッション発生を防止するためには、FIG.3Bに示すように、作動角を増大させて、吸気バルブ閉時期IVCを下死点より遅角側、かつ吸気バルブ閉時期IVCにおけるピストン位置が通常アイドル運転時よりも高くなるように変更することが有効である。閉弁時におけるピストン位置を高くすることで吸気量を低減し、かつ、実圧縮比を低下させることができるからである。
しかしながら、FIG.3Bのように作動角を大きくすると、吸気バルブ7の駆動に伴って揺動カム31に作用する反力が大きくなる。このため、可変動弁機構9の各リンク26、28、30等の摺動部、例えば偏心カム23の外周面とリンクアーム26の内周面との摺動面等、の面圧が増大して、異音の発生及び振動の増大という問題が生じる。特にアイドル運転時のようにエンジン回転数が低い場合には、面圧の増大量が大きく、また、車両の運転者には騒音及び振動が顕著に感じられる。
この騒音及び振動を許容量に抑えるためには、例えばFIG.3Bの矢印に示すように、吸気バルブ7の作動角をプレイグニッション発生防止のための作動角よりも小さくする必要がある。
しかし、このバルブタイミングでは、吸気バルブ7の閉弁時期が下死点に近づくため、実圧縮比はプレイグニッション防止用のバルブタイミングより高くなる。このため、このバルブタイミングでは、プレイグニッションを防止することができない。
そこで、プレイグニッション防止のためには、スロットル15の開度を小さくして、さらに吸気量を減らす必要がある。
コントローラ13は吸気バルブ7のバルブタイミングとスロットル15の開度を制御する。
なお、コントローラ13は中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ70を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
FIG.4は、コントローラ13が実行するバルブタイミング制御及びスロットル制御を説明するブロック図である。コントローラ13は、この制御を一定周期(例えば10ミリ秒)ごとに繰り返し実行する。なお、この図に示す各ブロックはコントローラ13の機能を仮想なユニットとして示したものであり、物理的な存在を意味しない。
目標負荷算出部B51では、FIG.2に示すアクセル開度センサ51及びクランク角センサ52等の検出値に基づいて、予め設定しておいた目標負荷マップを検索する等して、内燃機関の出力の目標値である目標負荷を算出する。この目標負荷は、目標負荷増加速度検出手段としての目標バルブタイミング算出部B52、急加速判定手段としての目標負荷増加速度算出部B53、目標空気量算出部B54、及び作動角上限リミット値算出手段としての作動角上限リミッタ算出部B55に入力される。
目標バルブタイミング算出部B52では、目標負荷と、プレイグニッション条件判定部B60からの信号に基づいて、予め設定した目標バルブタイミングマップを検索する等して目標バルブタイミングを算出する。目標バルブタイミングは、基本的には目標負荷を達成するためのバルブタイミングであり、プレイグニッション発生のおそれがある場合には、これを回避するためのバルブタイミングとなる。このようにして算出した目標バルブタイミングは、目標作動角算出部B56に入力される。
目標負荷増加速度算出部B53では、前回演算時からの今回演算時までの、目標負荷の増加速度を演算し、これを作動角上限リミッタ算出部B55に入力する。
目標空気量算出部B54では、目標負荷を達成するための空気量である目標空気量を予め設定したマップを検索する等して算出し、これを目標スロットル開度算出部B58に入力する。
作動角上限リミッタ算出部B55では、目標負荷及び目標負荷増加速度に基づいて、後述する制御によって、作動角を制限するための作動角上限リミッタを算出し、これを目標作動角算出部に入力する。
目標作動角算出部B56では、目標バルブタイミングと作動角上限リミッタに基づいて目標作動角を算出する。すなわち、目標バルブタイミングから定まる作動角に、作動角上限リミッタによる制限を加えたものを目標作動角とする。この目標作動角は可変動弁機構用アクチュエータ制御部B57に入力される。
プレイグニッション条件判定部B60は、プレイグニッションが発生する可能性を検知する手段として、プレイグニッション発生の可能性に関する条件を検知する。プレイグニッションは、冷却水温や吸気温の上昇により筒内温度が上昇すると発生し易くなるので、プレイグニッション発生の可能性に関する条件として、冷却水温及び吸気温を用いることとし、冷却水温度センサ及び吸気温センサによりこれらを検出する。そして検出した冷却水温及び吸気温を、目標バルブタイミング算出部B52及び後述するようにスロットル開度上限リミット値算出手段に相当する目標吸気圧上限リミッタ算出部B61に入力する。なお、ここで検出する条件は、冷却水温及び吸気温に限られず、プレイグニッション発生に影響のある条件であれば、他の条件を検出するようにしてもよい。
実作動角検出部B62では、可変動弁機構用アクチュエータ制御部B57が目標作動角に基づいて制御を行った結果の実際の作動角を検出し、検出結果をシリンダ実効容積算出部B63に入力する。
シリンダ実効容積算出部B63では、実作動角に基づいてシリンダ実効容積を算出する。
シリンダ実効容積は、静的には吸気弁閉時期IVCでのシリンダ容積から上死点TDCでのシリンダ容積を差し引いた値が行程容積であるが、実際には、吸気行程開始時期及び終了時期は、それぞれ上死点TDC、吸気弁閉時期IVCに対してずれを生じる。
これは、吸気弁閉時期IVCより前に、シリンダ内圧が吸気圧に達するためである。この吸気弁閉時期IVCに対して実際の吸気行程が終了する時期の進み量は、エンジン回転速度が高いときほど、またバルブリフト量が小さいときほど慣性の影響が大きくなって増大する。
そこで、シリンダ実効容積算出部B63では、吸気バルブ7のバルブ特性から最大リフト量を算出する。そして、前述した進み量をIVCオフセット量として、エンジン回転速度とバルブリフト量をパラメータとするマップを設定し、このマップを参照してIVCオフセット量IVCOFSを求め、吸気弁閉時期IVCからIVCオフセット量IVCOFSを差し引いたクランク角位置を、吸気行程が終了する実効IVCとして算出する。
一方、吸気行程が開始する時期の吸気上死点TDCからのずれは、バルブオーバーラップによる排気の吹き返しに起因する。
すなわち、バルブオーバーラップ状態で吸気バルブ7が開いてからシリンダ内圧は排気圧から徐々に低下して、吸気上死点TDCより遅れて吸気圧と等しくなり、この時点から吸気行程が開始される。吸気バルブ開弁開始付近では開口面積が小さいためシリンダ内圧の低下は小さく、実質的な低下は排気の吹き返し流量が最大となるオーバーラップ中心角O/LCA付近から始まる。シリンダ内圧が低下し始めてから実際の吸気行程が開始される時期(実効TDC)までの遅れ量は、エンジン回転速度が高くなるほど、また、バルブオーバーラップ量(オーバーラップ開口面積)が小さくなるほど慣性の影響が大きくなってシリンダ内圧の低下度合いが鈍ることにより増大する。
そこで、シリンダ実効容積算出部B63では、まず、吸気バルブ開時期IVO、吸気バルブ閉時期IVCを入力して、オーバーラップ中心角O/LCAを演算する。具体的には、吸気バルブ開時期IVO、吸気バルブ閉時期IVCにより決定される吸気バルブ7のバルブ特性IVと、既知の排気バルブ8のバルブ特性EVとに基づいて、両特性のリフト量が一致する点(交点)におけるクランク角を、オーバーラップ中心角O/LCAとして算出する。
次いで、オーバーラップ中心角O/LCAに対するオーバーラップ開口面積O/LAを、予め設定したマップを参照して算出する。オーバーラップ中心角O/LCAが小さいとき(進角側にあるとき)ほど、オーバーラップ開口面積O/LAは大きい特性を有している。
次いで、エンジン回転速度とオーバーラップ開口面積O/LAをパラメータとして、オーバーラップ中心角O/LCAから実効TDCまでの遅れ量をTDCオフセット量としたマップを設定しておき、このマップを参照してTDCオフセット量TDCOFSを求め、オーバーラップ中心角O/LCAにTDCオフセット量TDCOFSを加算したクランク角位置を実効TDCとして算出する。
そして、吸気バルブ開時期IVO、吸気バルブ閉時期IVC、実効TDCを入力して、吸気バルブ7のバルブ特性から実効TDCにおけるシリンダ容積VETDCを、マップを参照して算出し、同じく、IVO、IVC、実効IVCを入力して、実効IVCにおけるシリンダ容積VEIVCを、マップを参照して算出する。
このシリンダ実効容積は目標スロットル開度算出部B58及び目標吸気圧上限リミッタ算出部B61に入力される。
目標吸気圧上限リミッタ算出部B61では、目標吸気圧の上限値を制限するための目標吸気圧上限リミッタを算出する。なお、吸気圧はスロットル開度により変化するものであるから、吸気圧を制限するということは、スロットル開度を制限することを意味する。したがって、目標吸気圧上限リミッタ値は目標スロットル開度上限リミッタ値に相当する。目標吸気上限リミッタ算出部B61が行う計算については後で詳しく説明する。
目標スロットル開度算出部B58では、目標空気量、シリンダ実効容積、及び目標吸気圧上限リミッタに基づいて目標スロットル開度を算出する。すなわち、目標空気量及びシリンダ実効容積に基づいて定まるスロットル開度に、目標吸気圧上限リミッタによる制限を加えたものを目標スロットル開度とする。この目標スロットル開度はスロット制御用アクチュエータ制御部B59に入力される。
なお、目標空気量及びシリンダ実効容積に基づいて目標スロットル開度を算出する方法については、公知の方法、例えば日本国特許庁が2007年に発行したJP2007−278083Aに開示された方法を用いることができる。
次に、作動角上限リミッタ算出部B55及び目標吸気圧上限リミッタ算出部B61について説明する。
FIG.5は、作動角上限リミッタ算出部B55が実行する制御を説明するブロック図である。まず、作動角上限リミッタオフセット量設定部B71が、目標負荷増加速度に基づいてマップ検索により作動角上限リミッタオフセット量を算出する。
ここで用いるマップは、図中に示す特性を備える、すなわち目標負荷増加速度が所定値V1以下では作動角上限リミッタオフセット量はゼロであり、所定値V1以上では目標増加速度の増大に比例して作動角上限リミッタオフセット量が大きくなる。
作動角上限リミッタ値設定部B72では、この作動角上限リミッタオフセット量と目標負荷とに基づいて、マップ検索により作動角上限リミッタ値を設定する。ここで用いるマップは、図中に示す特性を備える。すなわち、所定負荷T1以下では作動角上限リミッタ値は一定であり、所定負荷T1から所定負荷T3の間では負荷の増大に比例して作動角上限リミッタ値が増大し、所定負荷T3以上では作動角上限リミッタ値は再び一定となる。
FIG.6は、作動角上限リミッタ値について説明するための図である。この図はあるエンジン回転数においてプレイグニッション発生のおそれがない場合の、負荷に対する作動角及び作動角上限リミッタ値の特性を示す。図中の作動角θ1は騒音や振動を抑制する条件を満たす作動角の上限値であり、作動角θ2はプレイグニッション防止のための作動角である。また、負荷T2以下を低中負荷、負荷T2以上を高負荷とする。
図に示すように、作動角上限リミッタ値は、低中負荷域の負荷T1以下では騒音や振動を許容範囲に抑える条件を満たす作動角θ1に等しい。低中負荷域では騒音や振動を発生させないことが要求されるため、このような作動角上限リミッタ値を設定する。この状態ではプレイグニッションを防止できないおそれがあるので、スロットル15の開度制御を併用する。スロットル15の開度制御によって出力性能の低下が懸念されるが、低中負荷域では要求負荷が低いため問題にはならない。
一方、高負荷域の負荷T3以上では、プレイグニッション防止のための作動角を上回る作動角θ2で一定とする。これは、高負荷域では出力性能の優先度が高まり、また、燃焼音や吸気音が大きくなることにより可変動弁機構の作動音が目立たなくなり、騒音や振動を抑制するという要求の優先度が低下するためである。すなわち、スロットル開度制御を行わずに、作動角の変更のみでプレイグニッションを防止することで、出力性能の低下を回避するためである。作動角θ2はプレイグニンション防止のための作動角であればよいが、より確実にプレイグニッションを防止するために、プレイグニッション防止のための作動角を上回る値に設定する。
すなわち、コントローラ13は低中負荷域では出力性能よりも騒音や振動を許容範囲に抑えるという要求を優先し、スロットル開度制御を併用することによりプレイグを回避する。これに対して高負荷域では、出力性能を騒音や振動の抑制より優先し、作動角の変更のみによってプレイグニッションを防止する。
低中負荷域と高負荷域との境界(負荷T2)を挟む負荷T1から負荷T3に至る領域では、騒音や振動を抑制するという要求を満たす上限の作動角θ1からプレイグニッション防止のための作動角θ2を上回る作動角まで、機関の負荷の増大に比例して吸気バルブ7の作動角を増大させる。作動角リミット上限値を所定負荷でステップ的に切り換えると、スロットル開度もステップ的に変化することとなり、トルクショックが発生する。負荷T1から負荷T3に至る領域で作動角を負荷に応じて増大させるのは、このようなトルクショックを防止するためである。
このように作動角上限リミット値を設定すると、負荷T1以下においてプレイグニッション発生のおそれが生じると、作動角はθ1までしか拡大されない。この作動角ではプレイグニッションを防止することができないので、スロットル15の開度制御により吸気量を低減してプレイグニッションを防止する。
これに対して、負荷T3以上においてプレイグニッション発生のおそれが生じると、作動角の拡大のみでプレイグニッションを防止することができ、出力の低下を回避しつつプレイグニッションを防止することができる。
作動角上限リミッタオフセット量は、作動角上限値リミッタ値の切り換え位置を、低負荷側に移動させる量である。目標負荷増加速度が大きいほど作動角上限リミッタ値が大きくなるので、FIG.7に示すように、目標負荷増加速度が大きいほど、より低負荷から作動角上限値が大きくなるような特性となる。このような特性にすることで、より低負荷から作動角上限リミット値が大きくなるので、可変動弁機構9を駆動するアクチュエータの応答遅れ等があっても、過渡時における出力低下を抑制することができる。
また、例えば通常走行モードと、このモードより高いエンジン回転数で変速するスポーツ走行モードを切換可能な自動変速機を備える車両において、スポーツ走行モードが選択されている状態のように、急加速の頻度が高まることが予測される状態では、作動角上限リミッタ値をオフセットするようにしてもよい。これにより、制御切換頻度が高まることによる不安定化を回避しながら、運転性を良好に保つことができる。この場合、変速機コントローラからの信号により走行モードを検知するコントローラ13が、急加速の頻度を予測するセンサとなる。
なお、負荷T1〜T3間の、負荷に比例して作動角上限リミンタ値が大きくなる領域をなくし、負荷T2以下では作動角上限リミッタ値を作動角θ1、負荷T2より高負荷では作動角上限リミッタ値を作動角θ2、としてもよい。この場合、作動角上限リミッタオフセット量に応じて、作動角上限リミッタ値が切変わる負荷が変化することになる。このような簡素な構成にすることで、演算負荷の低減、及びエンジン仕様ごとの適合の簡略化を図ることができる。
また、低負荷から高負荷まで負荷に比例して作動角上限リミッタ値が増大するようにしてもよい。この場合も、作動角上限リミッタオフセット量に応じて作動角上限リミッタ値が切り換わる負荷が変化することとなる。
FIG.8は、FIG.4の目標吸気圧リミッタ算出部B61の詳細について示した図である。
有効圧縮比演算部B91では、シリンダ実効容積Vcと、ピストンストローク及びシリンダボアにより定まる行程容積Veとから、有効圧縮比ε(=Ve/Vc)を算出する。
筒内上死点温度算出部B92では、有効圧縮比εと吸気温度Tmとから、式(1)により上死点における筒内温度である筒内上死点温度Tcを算出する。
Tc=Tm×εκ−1 ・・・(1)
κ:空気比熱比
プレイグニッション限界上死点筒内吸気圧算出部B93では、筒内上死点温度Tcと冷却水温Twとから、プレイグニッションが発生しない上限の上死点吸気圧であるプレイグニッション限界上死点筒内吸気圧Pcをマップ検索により算出する。
ここで用いるマップは、縦軸がプレイグニッション限界上死点筒内吸気圧Pc、横軸が筒内上死点温度Tcであり、冷却水温ごとのプレイグニッション限界上死点筒内温度Pcと筒内上死点温度Tcとの関係を定めたものである。プレイグニッション限界上死点筒内吸気圧Pcは、筒内上死点温度Tcが低いほど高く、また、冷却水温が高いほど低くなっている。すなわち、同じ筒内上死点温度Tcであれば、冷却水温Twが高いほどプレイグニッションは低い吸気圧から発生し、同じ冷却水温Twであれば、筒内上死点温度Tcが高いほどプレイグニッションは低い吸気圧から発生するという特性を示している。
目標吸気圧上限リミッタ算出部B94では、上死点時の筒内圧をプレイグニッション限界上死点筒内吸気圧Pc以下に抑えるための吸気管内の圧力(吸気圧)の上限値である、目標吸気圧上限リミッタを算出する。
具体的には、筒内上死点温度算出部B92で用いた有効圧縮比εと、プレイグニッション限界上死点筒内吸気圧Pcとから、式(2)により目標吸気圧の上限側の制限値である目標吸気圧上限リミッタPmを算出する。
Pm=Pc/εκ ・・・(2)
なお、式(2)は圧縮行程を断熱圧縮と仮定した場合の演算式であるが、この池に、冷却損失等を考慮した式を用いてもよい。
このようにして算出された目標吸気圧上限リミッタPmは、上述したように、目標空気量及びシリンダ実効容積VcとともにFIG.4の目標スロットル開度算出部B58に入力される。
式(2)によれば、プレイグニッション限界上死点筒内吸気圧Pcが大きいほど、また有効圧縮比εが小さいほど目標吸気圧上限リミッタPmが大きくなる。一方、作動角が大きくなるほどシリンダ実効容積Vcは大きくなって有効圧縮比εは小さくなり、また、有効圧縮比εが小さくなるほど筒内上死点温度Tcが低くなり、プレイグニッション限界上死点筒内吸気圧Pcが高くなる。
したがって、作動角が大きくなるほど、目標吸気圧上限リミットPm、つまりスロットル開度の上限リミッタ値は大きくなる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
以上の説明に関して、2008年6月30日を出願日とする日本国における特願2008−170112の内容をここに引用により取り込む。
この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。
Claims (8)
- 吸気弁(7)の閉時期及び作動角を連続可変に制御し得る可変動弁機構(9)と、
プレイグニッションが発生する可能性を検知するセンサ(B60)と、
吸気量を制御するスロットル(15)と、
を備え、
プレイグニッションが発生する可能性を検知した場合に、吸気弁作動角を増大させることによって吸気弁閉タイミングを下死点よりも遅角化する可変動弁機構(9)付き内燃機関の制御装置において:
次のようにプログラムされたプログラマブルコントローラ(70):吸気弁作動角の上限値を制限する制限値であって、機関低負荷領域における騒音及び振動を抑制するために機関高負荷領域に対して機関低負荷領域の方が小さな値である作動角上限リミット値を算出し(B55);スロットル開度の上限値を制限するスロットル開度上限リミット値を吸気弁作動角に基づいて算出する(B61);
を有する。 - 請求項1に記載の可変動弁機構付き内燃機関の制御装置において、
コントローラ(70)は、前記機関低負荷領域では、作動角を前記作動角上限リミット値にした状態で前記スロットルバルブの開度制御によりプレイグニッション発生を回避し、前記機関高負荷領域では、作動角の変更のみによりプレイグニッション発生を回避するように、さらにプログラムされる。 - 請求項1または2に記載の可変動弁機構付き内燃機関の制御装置において、
目標負荷の増加する速度を検出するセンサ(B53)をさらに備え、
コントローラ(70)は、目標負荷増加速度が大きくなるほど同一負荷における前記作動角上限リミット値を大きな値とするように、さらにプログラムされる。 - 請求項1から3のいずれかに記載の変動弁機構付き内燃機関の制御装置において、
前記作動角上限リミット値は、所定の切換負荷より高負荷側では相対的に大きい一定値であり、低負荷側では相対的に小さい一定値である。 - 請求項4に記載の可変動弁機構付き内燃機関の制御装置において、
コントローラ(70)は、前記切換負荷より所定量低負荷から所定量高負荷までの所定範囲では、前記作動角上限リミット値が前記切換負荷より低負荷側の作動角上限リミット値から高負荷側の作動角上限リミット値まで負荷の増大に応じて大きくなるように、さらにプログラムされる。 - 請求項4または5に記載の可変動弁機構付き内燃機関の制御装置において、
急加速状態か否かを判定するセンサ(B53)をさらに備え、
このセンサ(B53)が急加速状態であると判定した場合には、コントローラ(70)は前記切換負荷を低下させるように、さらにプログラムされる。 - 請求項4から6のいずれかに記載の可変動弁機構付き内燃機関の制御装置において、
急加速の頻度を予測するセンサ(13)をさらに備え、
このセンサ(13)によって急加速の頻度が高まることが予測される場合には、コントローラ(70)は前記切換負荷を予め低下させるように、さらにプログラムされる。 - 吸気弁(7)の閉時期及び作動角を連続可変に制御し得る可変動弁機構(9)と、
プレイグニッションが発生する可能性を検知するセンサ(B60)と、
吸気量を制御するスロットルバルブ(15)と、
を備え、
プレイグニッションが発生する可能性を検知した場合に、吸気弁作動角を増大させることによって吸気弁閉時期を下死点よりも遅角化する可変動弁機構(9)付き内燃機関の制御方法において、
吸気弁作動角の上限値を制限する制限値であって、機関低負荷領域における騒音及び振動を抑制するために機関高負荷領域に対して機関低負荷領域の方が小さな値である作動角上限リミット値を算出し(B55)、
スロットル開度の上限値を制限するスロットル開度上限リミット値を吸気弁作動角に基づいて算出する(B61)。
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