JP5790882B2 - 過給エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、過給エンジンに用いられるトルクデマンド制御型の制御装置に関する。
内燃機関の制御方法の1つとして、トルクを制御量としてアクチュエータの操作量を決定するトルクデマンド制御が知られている。トルクデマンド制御にて操作されるアクチュエータには、空気量に関係するもの、点火時期に関係するもの、及び、空燃比に関係するものが含まれる。このうち空気量に関係するアクチュエータには、例えば、スロットル、吸気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構、排気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構が含まれる。
図7は、従来提案されているトルクデマンド制御を行うNAエンジンの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図7に示す制御装置200は、スロットル10、吸気弁用可変バルブタイミング機構(以下、IN-VVTと表記する)20、及び、排気弁用可変バルブタイミング機構(以下、EX-VVTと表記する)30を操作対象とする。そして、制御装置200は、目標空気量演算ユニット210、VVT制御ユニット220、及び、スロットル制御ユニット230を備えている。
目標空気量演算ユニット210は、要求トルクの実現に必要な空気量を目標空気量として算出する。その計算には、トルクと空気量とをエンジン回転数、点火時期、空燃比等の種々のエンジン情報を引数にして関連付けられたマップが用いられる。
VVT制御ユニット220は、IN-VVT20の操作によって実現可能な吸気弁のバルブタイミングと、EX-VVT30の操作によって実現可能な排気弁のバルブタイミングとの組み合わせの中から燃費が最適になる組み合わせを選択する。そのような組み合わせはベースバルブタイミングとして予め記憶されている。VVT制御ユニット220は、ベースバルブタイミングに従ってIN-VVT20に対する指示値(IN−VVT指示値)と、EX-VVT30に対する指示値(EX−VVT指示値)とをそれぞれ決定する。
また、VVT制御ユニット220は、バルブオーバーラップ量と吸気圧と空気量との間に成り立つ関係をマップにして記憶している。図7においてVVT制御ユニット220を示すブロック内にはマップのイメージがグラフで表されている。このマップにおいてバルブオーバーラップ量及び吸気圧に関連付けられている空気量は、厳密には、吸気弁を通過して筒内に入った空気の量である。一方、要求トルクから計算される目標空気量は、厳密には、燃焼に供される空気量、すなわち、筒内空気量の目標値である。しかし、後述するように、少なくともNAエンジンでは吸気弁通過空気量は筒内空気量に一致することから、上述のマップに目標空気量を当てはめることに問題は無い。VVT制御ユニット220は、目標空気量を実現できる吸気圧とバルブオーバーラップ量との組み合わせの中から、ベースバルブタイミングにおけるバルブオーバーラップ量に対応する吸気圧を選択し、選択した吸気圧を目標吸気圧として決定する。
スロットル制御ユニット230は、目標吸気圧と目標空気量とからスロットル開度を計算する。スロットル開度の計算にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットルの動作に対する吸気通路内の圧力や流量の動的特性をモデル化した物理モデルである。スロットル制御ユニット230は、算出したスロットル開度を操作量としてスロットル10を操作する。
このように構成される制御装置によれば、スロットル10とIN-VVT20とEX-VVT30との協調操作によって、エンジンの筒内空気量を要求トルクを実現するのに過不足のない空気量に制御することができる。
ところで、上述のトルクデマンド制御をターボ過給機や機械式過給機を備えた過給エンジンの制御に応用することが考えられている。過給エンジンのトルクデマンド制御に必要な制御装置の構成としては、図7に示すNAエンジンのトルクデマンド制御のための構成をそのまま利用するならば、例えば図8に示す構成を採用することができる。図8に示す制御装置201は、スロットル10、IN-VVT20、EX-VVT30に加えてウエストゲートバルブ(以下、WGVと表記する)40を操作対象とする。そして、制御装置201は、目標空気量演算ユニット210、VVT制御ユニット220、スロットル制御ユニット230に加えて、目標過給圧演算ユニット240とWGV制御ユニット250とを備えている。
過給エンジンの場合、過給機による過給が行われる過給域では、スロットル10が全開まで開かれることで吸気圧が上限に達する場合がある。その場合、VVT制御ユニット220は、前述のマップを用いて目標空気量を実現できる吸気圧とバルブオーバーラップ量との組み合わせを特定し、それら組み合わせの中から吸気圧の上限値に対応するバルブオーバーラップ量を選択する。ただし、選択したバルブオーバーラップ量を実現することができる吸気弁と排気弁の各バルブタイミングの組み合わせは多数存在するため、各可変バルブタイミング機構20,30に対する指示値は一意には決まらない。一例として、ベースバルブタイミングに最も近い組み合わせを選択し、その選択に従って各可変バルブタイミング機構20,30に対する指示値を決定することが考えられる。なお、吸気圧が上限に達していない場合には、NAエンジンの場合と同様、吸気弁と排気弁の各バルブタイミングの組み合わせとしてベースバルブタイミングが選択され、ベースバルブタイミングにおけるバルブオーバーラップ量に対応する吸気圧が目標吸気圧として決定される。
目標過給圧演算ユニット240は、目標吸気圧に所定のリザーブ圧を加算した値を目標過給圧として算出する。WGV制御ユニット250は、目標過給圧に基づいてWGV40を駆動するソレノイドに与えるデューティ値を決定する。デューティ値の決定方法の例としては、過給圧にデューティ値を関連付けるマップを用意しておき、そのマップから目標過給圧に対応するデューティ値を算出する方法を挙げることができる。また、実際の過給圧を計測或いは推定し、実際の過給圧が目標過給圧になるようにデューティ値をフィードバック制御する方法を挙げることもできる。
このように構成される制御装置によれば、ターボ過給機による過給が行われていないNA域では、NAエンジンの場合と変わることのない制御により、要求通りのトルクをエンジンに出力させることができる。
しかし、ターボ過給機による過給が行われる過給域では、要求トルクの実現精度に関して次のような問題が生じる。
図9は、図8に示す構成の制御装置による過給域での制御結果のイメージを示している。図8の制御装置によれば、要求トルクから目標空気量が算出され、目標空気量を実現するようにスロットル10、IN-VVT20、EX-VVT30及びWGV40が協調操作される。しかし、図8の制御装置によって実際に実現される空気量は、目標空気量よりも少ないものとなる。
このような空気量の不足が生じる原因は、NAエンジンのための制御方法を過給エンジンにそのまま応答したことによる。NAエンジンでは吸気圧力よりも排気圧力の方が高いため、吸気弁の開期間と排気弁の開期間とがオーバーラップしている場合、そのオーバーラップ量に応じて筒内に燃焼ガスが残留する、いわゆる内部EGRが発生する。この場合、吸気弁を通過して筒内に入った空気(新気)はそのまま筒内に残り、吸気弁通過空気量と内部EGRによる残留燃焼ガスの量との合計が筒内の全ガス量となる。よって、NAエンジンの場合は、オーバーラップの有無に関係なく、吸気弁通過空気量と実際に燃焼に供される筒内空気量とは一致する。
一方、過給エンジンの場合は、過給域では排気圧力よりも吸気圧力の方が高くなる。このため、吸気弁の開期間と排気弁の開期間とがオーバーラップしている場合、過給域では吸気管から排気管へ空気が吹きぬけるスカベンジが発生する。スカベンジが発生している場合、吸気弁を通過して筒内に入った空気のうちの一部は排気管に流れてしまうため、実際に燃焼に供される筒内空気量はスカベンジの分だけ吸気弁通過空気量よりも少なくなる。その結果、図9に示すように、実際に実現された筒内空気量は目標空気量に足りなくなり、要求トルクに対する実現トルクの不足が生じてしまう。
以上のことから分かるように、過給エンジンにトルクデマンド制御を適用する場合には、NAエンジンのトルクデマンド制御のための構成をそのまま利用することは適当ではない。過給エンジンのトルクデマンド制御のためには、スカベンジが発生する過給域でも要求トルクを精度良く実現することのできる制御装置が必要とされる。
なお、以下に列挙する文献は、本出願に係る技術分野の技術水準を示す先行技術文献である。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、スカベンジが発生する過給域での要求トルクの実現性を高めることができる過給エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る過給エンジンの制御装置は、スロットルと吸気弁駆動装置と過給機とを有する過給エンジンに適用される。吸気弁駆動装置は少なくとも吸気弁の閉時期を変更することができる装置であればよい。本発明に係る過給エンジンの制御装置は、要求トルクから算出した目標筒内空気量から吸気弁駆動装置の操作量を決定する。そして、それと並行して、目標筒内空気量に筒内を吹き抜ける空気量の分を加えた目標吸気弁通過空気量からスロットルの操作量を決定する。筒内を吹き抜ける空気量とは、吸気弁を通過して筒内に入った空気のうち排気管に流れてしまう空気量を意味する。目標筒内空気量に加える空気量はエンジン性能に関する何らかの要求により決まる目標値でもよいし、固定値や運転状態に応じた変動値等の所定値でもよい。
本発明に係る過給エンジンの制御装置は、過給機による過給が行われ、且つ、吸気圧がスロットルの操作によって調整可能な範囲の上限に達する場合、吸気弁駆動装置の操作によって要求トルクの実現を図る。その場合の吸気弁駆動装置の操作量は、吸気弁の閉時期と吸気圧と筒内空気量との間に成り立つ関係に基づいて、要求トルクから算出された目標筒内空気量から決定される。
吸気弁駆動装置の操作量を確定することにより吸気弁の開時期と閉時期とが決まる。ただし、重要なのは筒内空気量を決定する要素である吸気弁の閉時期である。吸気圧が上限に達する場合には、吸気弁の閉時期によって筒内空気量は一意に決まるからである。一方、吸気弁の開時期は、吸気弁の開期間と排気弁の開期間とのオーバーラップ量に影響する。しかし、スカベンジが発生する過給域でのバルブオーバーラップ量は筒内空気量には影響せず、したがって、要求トルクの実現精度にも影響しない。よって、吸気弁の開期間については特に限定はない。
過給エンジンは排気弁駆動装置を備えることができる。排気弁駆動装置は少なくとも排気弁の閉時期を変更することができる装置であればよい。排気弁の閉時期を確定させればバルブオーバーラップ量が確定する。バルブオーバーラップ量は要求トルクの実現精度には影響しないが、その大きさに応じてスカベンジ量、つまり、筒内を吹き抜ける空気量が増減する。スカベンジ量と筒内空気量との合計値が吸気弁通過空気量であるから、吸気圧が上限に達している場合には、バルブオーバーラップ量によって吸気弁通過空気量は一意に決まる。スカベンジ量については触媒暖機やプレイグニッションの防止等の観点からの種々の要求があることから、そのような要求を踏まえて目標吸気弁通過空気量を決定し、目標吸気弁通過空気量を実現するように排気弁駆動装置の操作量を決定してもよい。その場合の排気弁駆動装置の操作量は、バルブオーバーラップ量と吸気圧と吸気弁通過空気量との間に成り立つ関係に基づき、目標吸気弁通過空気量と吸気弁駆動装置の操作量(詳しくは吸気弁の開時期)とから決定することができる。
また、本発明において過給エンジンが備える過給機は、機械式過給機でも良いしターボ過給機でも良い。しかし、付設のアクチュエータによって過給特性を変更可能なターボ過給機であるならば、同アクチュエータの操作によって過給圧を能動的に制御することができる。例えば、目標筒内空気量とエンジン回転数とから単位時間当り筒内空気量の目標値を算出し、アクチュエータの操作量とターボ過給機の過給特性との間に成り立つ関係に基づき、単位時間当り筒内空気量の目標値と目標過給圧とからアクチュエータの操作量を決定するようにしてもよい。この場合、単位時間当り筒内空気量の目標値に対して現在値が不足しているのであれば、スカベンジを利用して見かけの空気量を増やすことができる。具体的には、単位時間当り筒内空気量の目標値に対する現在値の不足分から目標スカベンジ量を算出し、目標筒内空気量と目標スカベンジ量との合計値を目標吸気弁通過空気量として排気弁駆動装置の操作量を決定すればよい。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本実施の形態に係る制御装置が適用される過給エンジンは、WGV(ウエストゲートバルブ)付きのターボ過給機を備えた火花点火式の4サイクルレシプロエンジンである。この過給エンジンの吸気通路には電子制御式のスロットルが取り付けられている。また、吸気弁にはIN−VVT(吸気弁用可変バルブタイミング機構)が取り付けられ、排気弁にはEX−VVT(排気弁用可変バルブタイミング機構)が取り付けられている。
過給エンジンの運転は車載ECU(Electronic Control Unit)によって制御される。ECUは車両制御、エンジン制御、変速機制御等の種々の機能を備えている。本実施の形態に係る制御装置はECUが備える機能の一部として実現される。ECUには、エアフローメータやクランク角センサを含む各種のセンサから、過給エンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報が入力される。ECUが本実施の形態に係る制御装置として機能する場合、ECUは、メモリに記憶されているトルクデマンド制御のための制御プログラムに従って空気量に関係するアクチュエータ、すなわち、スロットル、IN−VVT、EX−VVT、及び、WGVを協調操作する。
図1は、制御プログラムに従いECUが機能することで実現される制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態に係る制御装置100は、目標空気量演算ユニット110、IN−VVT制御ユニット120、スロットル制御ユニット130、EX−VVT制御ユニット160、目標過給圧演算ユニット140、及び、WGV制御ユニット150によって構成される。ただし、図1に示す構成は、ターボ過給機による過給が行われる過給域で用いられる構成である。ターボ過給機による過給が行われていない(つまり、過給圧が立ち上がっていない)NA域では、図7に示す従来のNAエンジンのトルクデマンド制御のための構成を用いることができる。以下、過給域において採られる制御装置100の構成について説明する。
目標空気量演算ユニット110は、要求トルクの実現に必要な筒内空気量を目標筒内空気量として算出する。その計算には、トルクと筒内空気量とをエンジン回転数、点火時期、空燃比等の種々のエンジン情報を引数にして関連付けられたマップが用いられる。ここで用いられるマップは、NAエンジンのトルクデマンド制御において用いられる要求トルクから目標空気量を算出するためのマップと同じものである。
IN−VVT制御ユニット120は、IN−VVT20の操作量であるバルブタイミング指示値(IN−VVT指示値)と目標吸気圧とを目標筒内空気量から決定する。その決定には、筒内空気量を吸気弁のバルブタイミングと吸気圧とに関連付けるマップが用いられる。図1においてIN−VVT制御ユニット120を示すブロック内には、そのマップのイメージがグラフで表されている。
図2は、IN−VVT20のマップで定義されている吸気圧と筒内空気量との関係について説明するための図である。図2に示すグラフでは、吸気弁及び排気弁の各バルブタイミングとエンジン回転数とを一定とした場合の吸気圧に対する筒内空気量、吸気弁通過空気量、筒内全ガス量の各関係が線で表されている。筒内全ガス量は吸気圧の上昇に比例して増大する。これに対して吸気弁通過空気量は、吸気圧の上昇に応じて増大するが、その増大の仕方は一様ではない。吸気圧が大気圧よりも低いNA域では、内部EGRによる残留ガス量の分だけ、吸気弁通過空気量は筒内全ガス量よりも少なくなる。しかし、吸気圧が大気圧近くなるにつれて残留ガス量はどんどん減っていき、吸気圧が大気圧に一致した時点では筒内全ガス量に吸気弁通過空気量が一致する。そして、吸気圧が大気圧よりも高い過給域では、スカベンジ量、つまり、筒内を吹き抜けて吸気管から排気管へ流れる空気量の分だけ、吸気弁通過空気量は筒内全ガス量よりも多くなる。吸気圧と筒内全ガス量との関係は吸気弁のバルブタイミング、より詳しくは、吸気弁の閉時期にのみ依存する。一方、吸気圧と吸気弁通過空気量との関係は吸気弁と排気弁の両方のバルブタイミングに依存する。
トルクに寄与する筒内空気量は、吸気弁通過空気量と筒内全ガス量のうちより少ない方となる。よって、吸気圧が大気圧よりも低いNA域では、筒内空気量は吸気弁通過空気量に一致するが、吸気圧が大気圧よりも高い過給域では、筒内空気量は筒内全ガス量に一致する。このため、過給域では筒内空気量は吸気圧に比例し、筒内空気量と吸気圧との関係は吸気弁の閉時期のみに依存する。
図3及び図4には、横軸を吸気圧とし縦軸を筒内空気量とするグラフにより、吸気弁のバルブタイミングと吸気圧と筒内空気量との関係を表している。各グラフには、異なる4つのバルブタイミング(IN−VT1,IN−VT2,IN−VT3,IN−VT4)における吸気圧と筒内空気量との関係が線で表されている。各バルブタイミングは、少なくとも吸気弁の閉時期において違いがあるものとする。ただし、これら4つのバルブタイミングはあくまでも例示であり、実際のマップではより多くのバルブタイミングに関して吸気圧と筒内空気量との関連付けが行われている。以下、図3及び図4を用いて、吸気弁のバルブタイミングと目標吸気圧とを目標筒内空気量から決定する方法について説明する。
目標筒内空気量が与えられた場合、目標筒内空気量を実現することができる吸気弁のバルブタイミングと吸気圧との組み合わせは複数存在する場合がある。この場合、IN−VVT制御ユニット120は、予め定められたベースバルブタイミングを選択し、そのバルブタイミングにおける筒内空気量と吸気圧との関係に基づいて目標筒内空気量を実現できる吸気圧を算出する。各図に示す例では、IN−VT1がベースバルブタイミングとなっている。ベースバルブタイミングは、例えば、エンジンの燃費が最適となるバルブタイミングである。
しかし、各図に示すように、吸気圧には上限値が存在する。この上限値はスロットル10の操作によって調整可能な吸気圧の範囲の上限である。例えば、スロットル10を全開まで開いたときの吸気圧や、スロットル10を最大速度で開いたときの吸気圧がその上限値である。過給域における吸気圧の上限値は、過給圧に近い過給圧以下の圧力となる。
目標吸気圧は上限値を超えて設定することはできない。図3に示す例では、IN−VT1のもとで目標筒内空気量を実現できる吸気圧は上限値を超えていない。よって、この場合は、IN−VT1のもとで目標筒内空気量を実現できる吸気圧が目標吸気圧として決定されるとともに、IN−VT1がIN−VVT20に対するバルブタイミング指示値(IN−VVT指示値)として決定される。
一方、図4に示す例では、IN−VT1のもとで目標筒内空気量を実現できる吸気圧は上限値を超えてしまう。この場合は、吸気圧の上限値を目標吸気圧とした場合に、目標筒内空気量を実現できる吸気弁のバルブタイミングが選択される。スカベンジが発生しているときの筒内空気量は吸気弁が閉じたときの筒内容積と吸気圧とで決まることから、吸気圧が上限値に達している場合には目標筒内空気量を実現できる吸気弁のバルブタイミング(より詳しくは、吸気弁の閉時期)は一意に決まる。
そこで、IN−VVT制御ユニット120は、吸気圧がスロットル10の操作によって調整可能な範囲の上限に達する場合は、吸気弁の閉時期によって筒内空気量を制御すべく、目標筒内空気量に応じて吸気弁のバルブタイミングを決定する。図4に示す例では、IN−VT3が選択され、IN−VT3がIN−VVT20に対するバルブタイミング指示値(IN−VVT指示値)とされる。
IN−VVT制御ユニット120で決定された吸気弁のバルブタイミングは、IN−VVT20に対して指示されるとともに、EX−VVT制御ユニット160に入力される。また、IN−VVT制御ユニット120で決定された目標吸気圧は、EX−VVT制御ユニット160、スロットル制御ユニット130、及び、目標過給圧演算ユニット140に入力される。
EX−VVT制御ユニット160には、吸気弁のバルブタイミングと目標吸気圧とともに目標吸気弁通過空気量が入力される。目標吸気弁通過空気量は目標筒内空気量と後述する目標スカベンジ量との合計値である。目標スカベンジ量は、スカベンジによって吸気管から排気管へ吹き抜ける空気の量の目標値を意味する。吸気弁の閉時期と吸気圧とで決まる筒内空気量よりも吸気弁通過空気量が多い場合、その差分がスカベンジ量となる。
EX−VVT制御ユニット160は、バルブオーバーラップ量と吸気圧と空気量との間に成り立つ関係をマップにして記憶している。図1のブロック内にはマップのイメージがグラフで表されている。このマップにおいてバルブオーバーラップ量と吸気圧とに関連付けられている空気量は吸気弁通過空気量を意味する。過給域において吸気圧が上限値に達している状況では、バルブオーバーラップ量によって吸気弁通過空気量が一意に定まる。また、吸気弁のバルブタイミングは確定しているので、バルブオーバーラップ量が定まれば目標吸気弁通過空気量を実現できる排気弁のバルブタイミング(より詳しくは、排気弁の閉時期)が一意に定まる。
そこで、EX−VVT制御ユニット160は、目標吸気弁通過空気量と目標吸気圧とを同時に実現するバルブオーバーラップ量をマップを用いて特定する。そして、特定したバルブオーバーラップ量とIN−VVT制御ユニット120で決定された吸気弁のバルブタイミングとに基づいて排気弁のバルブタイミングを算出し、算出したバルブタイミングをEX-VVT30に対する指示値(EX−VVT指示値)として決定する。
スロットル制御ユニット130は、エアモデルの逆モデルを用いて目標吸気圧と目標吸気弁通過空気量とからスロットル開度を計算する。過給域において吸気圧が上限値に達している状況では、エアモデルの逆モデルにより算出されるスロットル開度は全開開度となる。スロットル制御ユニット130は、算出したスロットル開度を操作量としてスロットル10を操作する。
目標過給圧演算ユニット140は、目標吸気圧に0気圧以上の大きさのリザーブ圧を加算した値を目標過給圧として算出する。リザーブ圧は固定値でもよいし、運転状態に応じて変更される変動値でもよい。
WGV制御ユニット150は、WGV40の操作量を目標過給圧から決定する。WGV40の操作量はWGV40を駆動するソレノイドに与えるデューティ値である。デューティの決定には、WGV40のデューティ値をターボ過給機の過給特性に関連付けるマップが用いられる。図1においてWGV制御ユニット150を示すブロック内には、そのマップのイメージがグラフで表されている。
ターボ過給機の過給特性は、単位時間当り筒内空気量(以下、GAと表記する)と過給圧との関係で表すことができる。GAは、筒内空気量(厳密には、1サイクル当り筒内空気量)とエンジン回転数との掛け算によって算出される。WGV制御ユニット150には、目標過給圧とともに、目標GAと現在GAとが入力されている。GAの目標値である目標GAは、目標筒内空気量にエンジン回転数を掛け算することによって算出される。GAの現在値である現在GAは、エアフローメータによって計測された吸入空気流量(単位時間当り吸気弁通過空気量)から、単位時間当り推定スカベンジ量を差し引くことによって算出される。単位時間当り推定スカベンジ量は、エンジンの運転状態を引数とするマップから算出される。
図5には、WGV制御ユニット150が用いるマップのイメージが横軸をGAとし縦軸を過給圧とするグラフで表されている。グラフには、異なる3つのデューティ値(Duty1,Duty2,Duty3)におけるGAと過給圧との関係が曲線で表されている。ただし、これら4つのデューティ値はあくまでも例示であり、実際のマップではより多くのデューティ値に関して吸気圧と筒内空気量との関連付けが行われている。WGV制御ユニット150は、目標過給圧と目標GAとを同時に満足するデューティ値をマップから検索し、WGV40のデューティ値として決定する。図5に示す例では、Duty2がWGV40のデューティ値として決定される。
さらに、WGV制御ユニット150は、目標GAに対する現在GAの不足分を算出する。過給圧はWGV40の開度だけでなくGAにも依存しているので、現在GAが目標GAに対して不足している場合は所望の過給圧は得ることができない。そこで、スカベンジを利用して見かけの空気量を増やすべく、目標GAに対する現在GAの不足分から目標スカベンジ量を算出する。詳しくは、目標GAに対する現在GAの不足分を単位時間当たりの目標スカベンジ量とすることで、エンジン回転数から1サイクル当りの目標スカベンジ量を算出することできる。スカベンジ量を増やすのであれば、トルクに影響を与えることなく過給圧を上昇させることができる。1サイクル当りの目標スカベンジ量は、前述のように目標吸気弁通過空気量の計算に用いられ、目標吸気弁通過空気量に応じて排気弁のバルブタイミングが決定される。そして、決定されたバルブタイミングに従いEX-VVT30が操作されることで目標スカベンジ量が実現され、ひいては目標GAに対する現在GAの不足分が補われる。これにより、目標過給圧に対する実過給圧の追従性が担保される。
以上述べたように、本実施の形態に係る制御装置100によれば、ターボ過給機により過給が行われる過給域では、要求トルクから目標筒内空気量が計算される。そして、吸気圧がスロットル10の操作によって調整可能な範囲の上限に達する場合は、吸気弁のバルブタイミングによって、より詳しくは、吸気弁の閉時期によって筒内空気量が制御される。これにより、図6に示すように、目標筒内空気量に対して実際に実現される筒内空気量が不足することも過剰になることもなく、ひいては、要求トルクに対して実現トルクが不足することも過剰になることもない。つまり、本実施の形態に係る制御装置100によれば、スカベンジが発生する過給域での要求トルクの実現性を高めることができる。また、本実施の形態に係る制御装置100によれば、排気弁のバルブタイミングによってスカベンジ量を任意に制御することができるという利点もある。これによれば、トルクに影響を与えることなく吸気弁通過空気量を任意の量に調整することができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、目標空気量演算ユニット110による目標筒内空気量の計算では、マップに代えて、トルクと筒内空気量とを種々のエンジン情報に関連付けた関数式を用いてもよい。IN−VVT制御ユニット120、EX−VVT制御ユニット160、及び、WGV制御ユニット150による計算についても同様である。それらの計算でもマップに代えて関数式を用いることができる。
また、上述の実施の形態ではWGV制御ユニット150によるWGV制御の1つの処理として目標スカベンジ量を決定しているが、触媒暖機やプレイグニッションの防止等の観点から目標スカベンジ量を決定することもできる。また、目標スカベンジ量ではなく、スカベンジ量に相当する所定値を目標筒内空気量に加算することによって目標吸気弁通過空気量を決定してもよい。その場合の所定値はゼロ以上の値であればよく、固定値でもよいし、エンジンの運転状態に応じて変更される変動値でもよい。
また、本発明に係る制御装置が適用される過給エンジンでは、吸気弁駆動装置は少なくとも吸気弁の閉時期を変更することができる装置であればよい。よって、可変バルブタイミング装置だけではなく、リフト量や作用角も変更可能な可変バルブリフト装置や、電磁弁で吸気弁を開閉する電磁式バルブリフト装置などでもよい。排気弁駆動装置についても同様である。排気弁駆動装置は少なくとも排気弁の閉時期を変更することができる装置であればよいので、可変バルブリフト装置や電磁式バルブリフト装置でもよい。また、本発明に係る制御装置は、ウエストゲートバルブ付きターボ過給機を有する過給エンジンだけでなく、可変容量型ターボ過給機を有する過給エンジンにも適用することができる。
10 スロットル
20 IN−VVT(吸気弁用可変バルブタイミング機構)
30 EX−VVT(排気弁用可変バルブタイミング機構)
40 ウエストゲートバルブ
100 制御装置
110 目標空気量演算ユニット
120 IN−VVT制御ユニット
130 スロットル制御ユニット
140 目標過給圧演算ユニット
150 WGV制御ユニット
160 EX−VVT制御ユニット
20 IN−VVT(吸気弁用可変バルブタイミング機構)
30 EX−VVT(排気弁用可変バルブタイミング機構)
40 ウエストゲートバルブ
100 制御装置
110 目標空気量演算ユニット
120 IN−VVT制御ユニット
130 スロットル制御ユニット
140 目標過給圧演算ユニット
150 WGV制御ユニット
160 EX−VVT制御ユニット
Claims (6)
- 吸気弁の閉時期を変更することができる吸気弁駆動装置とスロットルと過給機とを有する過給エンジンの制御装置において、
要求トルクから目標筒内空気量を算出する手段と、
前記目標筒内空気量に筒内を吹き抜ける空気量の分を加えることによって目標吸気弁通過空気量を算出する手段と、
前記目標筒内空気量から前記吸気弁駆動装置の操作量を決定する手段と、
前記目標吸気弁通過空気量から前記スロットルの操作量を決定する手段と、
を備えることを特徴とする過給エンジンの制御装置。 - 前記吸気弁駆動装置の操作量を決定する手段は、前記過給機による過給が行われ、且つ、吸気圧が前記スロットルの操作によって調整可能な範囲の上限に達する場合において吸気弁の閉時期と吸気圧と筒内空気量との間に成り立つ関係に基づき、前記吸気弁駆動装置の操作量を決定することを特徴とする請求項1に記載の過給エンジンの制御装置。
- 前記過給エンジンは、排気弁の閉時期を変更することができる排気弁駆動装置をさらに有し、
前記制御装置は、前記目標吸気弁通過空気量と前記吸気弁駆動装置の操作量とから前記排気弁駆動装置の操作量を決定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の過給エンジンの制御装置。 - 前記排気弁駆動装置の操作量を決定する手段は、前記過給機による過給が行われ、且つ、吸気圧が前記スロットルの操作によって調整可能な範囲の上限に達する場合において前記吸気弁の開期間と前記排気弁の開期間とのオーバーラップ量と吸気圧と吸気弁通過空気量との間に成り立つ関係に基づき、前記排気弁駆動装置の操作量を決定することを特徴とする請求項3に記載の過給エンジンの制御装置。
- 前記過給機は、付設のアクチュエータによって過給特性を変更可能なターボ過給機であり、
前記制御装置は、
目標過給圧を決定する手段と、
前記目標筒内空気量とエンジン回転数とから目標単位時間当り筒内空気量を算出する手段と、
前記アクチュエータの操作量と前記ターボ過給機の過給特性との間に成り立つ関係に基づき、前記目標単位時間当り筒内空気量と前記目標過給圧とから前記アクチュエータの操作量を決定する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の過給エンジンの制御装置。 - 前記制御装置は、
単位時間当り筒内空気量の現在値を取得する手段と、
前記目標単位時間当り筒内空気量に対する前記現在値の不足分から筒内を吹き抜ける空気量の目標値を算出する手段と、をさらに備え、
前記目標吸気弁通過空気量を決定する手段は、前記目標筒内空気量と筒内を吹き抜ける空気量の前記目標値との合計値を前記目標吸気弁通過空気量として決定することを特徴とする請求項5に記載の過給エンジンの制御装置。
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