JP2010168953A - Internal combustion engine injecting fuel in proportion to lift quantity of variable intake valve - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、可変吸気バルブのリフト量に応じた燃料を噴射するよう制御される内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine controlled to inject fuel according to a lift amount of a variable intake valve.
最近の内燃機関においては、吸気バルブのリフト量を変更可能な機構を搭載し、該機構を利用して、内燃機関への吸入空気量を制御することが提案されている。特許文献1には、このような機構を搭載した内燃機関において、該機構の応答能力を超えるリフトカーブの変更が要求された場合には、アクセル開度に対応する目標吸入空気量を目標リフトカーブの決定のための基礎とするのではなく、その目標吸入空気量になまし処理を施した最終目標吸入空気量を基礎とする手法が記載されている。リフト期間中の最終目標吸入空気量の時間平均値から推定吸入空気量を算出し、該推定吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出する。
In recent internal combustion engines, it has been proposed to mount a mechanism capable of changing the lift amount of the intake valve and control the intake air amount to the internal combustion engine using the mechanism. In
また、特許文献2には、吸気バルブのリフト量を可変制御可能な内燃機関において、クランク角に対するリフト量の制御履歴データを参照して燃料噴射量を制御することが記載されている。
本願の出願人による特願2008-046351において、発明者は、吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、吸気バルブの実リフト量(ALIFT)を、所定の時定数(τp)で目標リフト量(ALCMD)に収束するようフィードバック制御し、目標リフト量および実リフト量の差に所定のゲイン(C)を乗算した値を該実リフト量に加算することにより、次の制御周期のリフト量の予測値(HALIFT)を算出し、このリフト量の予測値に基づいて、次の制御周期で噴射すべき燃料噴射量を算出することを提案した。 In Japanese Patent Application No. 2008-046351 by the applicant of the present application, the inventor, in an internal combustion engine having a variable valve mechanism that can change the lift amount of the intake valve, sets the actual lift amount (ALIFT) of the intake valve to a predetermined time constant. Feedback control is performed so that the target lift amount (ALCMD) converges at (τp), and a value obtained by multiplying the difference between the target lift amount and the actual lift amount by a predetermined gain (C) is added to the actual lift amount. It has been proposed to calculate the predicted value (HALIFT) of the lift amount in the control cycle and to calculate the fuel injection amount to be injected in the next control cycle based on the predicted value of the lift amount.
この提案によれば、次の制御周期のリフト量が予測され、この予測値に基づいて燃料噴射量を算出するので、バルブリフト量を変化させる過渡期においても適正な燃料噴射を行うことができる。 According to this proposal, the lift amount of the next control cycle is predicted, and the fuel injection amount is calculated based on the predicted value. Therefore, proper fuel injection can be performed even in a transition period in which the valve lift amount is changed. .
吸気バルブのリフト量は機械的構造を駆動することによって変化させるので、目標値に到達するのに時間がかかる。この過渡期において、バルブリフト量と吸入空気量との相関関係と実際の吸入空気量との間に不一致が生じ、それにより燃料噴射量の制御精度が低下するおそれがある。また、特許文献2に記載される手法では、開弁タイミングと閉弁タイミングのみに基づいて制御履歴を算出するので、実際の可変動弁系の作動特性が変化すると、推定した制御履歴の精度が低下し、燃料噴射量の制御精度が低下する。これにより、空燃比が目標値からずれてしまい、加速性能の低下およびエミッションの低下を招くおそれがある。
Since the lift amount of the intake valve is changed by driving the mechanical structure, it takes time to reach the target value. In this transitional period, there is a discrepancy between the correlation between the valve lift amount and the intake air amount and the actual intake air amount, which may reduce the control accuracy of the fuel injection amount. Further, in the method described in
したがって、実際の可変動弁系の作動特性に応じてバルブリフト量を算出し、燃料噴射量の制御精度を向上させることができる技術が必要とされている。 Therefore, there is a need for a technique that can calculate the valve lift amount according to the actual operating characteristics of the variable valve system and improve the control accuracy of the fuel injection amount.
この発明の内燃機関は、プログラム制御の電子制御装置と、クランク角度を検出する手段と、吸気バルブの実リフト量を検出する手段と、吸気バルブのリフト量を可変とする機構と、を備える。電子制御装置は、所定のクランク角度ごとに次の制御周期の対応するクランク角度ごとのリフト量の予測値を求め、該所定のクランク角度ごとのリフト量の予測値から、次の制御周期における前記所定のクランク角度ごとのバルブリフトの成分値を求め、該成分値を積分して前記次の制御周期における合計リフト量(トータルリフト量)の予測値を求め、該次の制御周期における合計リフト量の予測値に基づいて、前記次の制御周期における燃料の噴射量を算出するよう構成されている。 The internal combustion engine of the present invention includes a program-controlled electronic control unit, means for detecting a crank angle, means for detecting the actual lift amount of the intake valve, and a mechanism for making the lift amount of the intake valve variable. The electronic control unit obtains a predicted value of the lift amount for each crank angle corresponding to the next control cycle for each predetermined crank angle, and calculates the predicted value for the lift amount for each predetermined crank angle from the predicted value for the next control cycle. A component value of the valve lift for each predetermined crank angle is obtained, and the component value is integrated to obtain a predicted value of the total lift amount (total lift amount) in the next control cycle, and the total lift amount in the next control cycle. The fuel injection amount in the next control cycle is calculated based on the predicted value.
この発明によると、所定のクランク角度ごとのリフト量予測値から次の制御周期における対応するクランク角度におけるバルブリフトの成分値を求め、この成分値を積分して合計リフト量の予測値を算出するので、可変動弁系の作動特性に応じたリフト量が求められるので、このリフト量に基づいて次の制御周期における燃料噴射量が算出されるので、燃料噴射量の制御精度を向上させることができる。 According to this invention, the component value of the valve lift at the corresponding crank angle in the next control cycle is obtained from the predicted lift amount for each predetermined crank angle, and this component value is integrated to calculate the predicted value of the total lift amount. Therefore, since the lift amount corresponding to the operating characteristics of the variable valve system is obtained, the fuel injection amount in the next control cycle is calculated based on this lift amount, so that the control accuracy of the fuel injection amount can be improved. it can.
この発明の一実施形態では、電子制御装置は、検出された実リフト量を所定の時定数で目標リフト量に収束させるため、所定のクランク角度ごとに実リフト量を検出する手段から得られる実リフト量と前記内燃機関の運転状態に基づいて定められる目標リフト量との差に所定のゲインを乗算した値を、前記実リフト量に加算することにより、前記次の制御周期における前記所定のクランク角ごとのリフト量の予測値を求める。前記ゲインは、前記所定の時定数にしたがって定められる。 In one embodiment of the present invention, the electronic control unit converges the detected actual lift amount to the target lift amount with a predetermined time constant, so that the actual lift amount obtained from the means for detecting the actual lift amount for each predetermined crank angle is obtained. A value obtained by multiplying a difference between a lift amount and a target lift amount determined based on an operating state of the internal combustion engine by a predetermined gain is added to the actual lift amount, whereby the predetermined crank in the next control cycle is added. Obtain the predicted lift value for each corner. The gain is determined according to the predetermined time constant.
この発明のさらに具体的な実施形態では、前記目標リフト量は、ピストンの上死点と同期して算出される。また、前記ゲインは、内燃機関の回転数の逆数である回転周期に演算実施時(i)のクランク角CAiを360度で割った値を乗じて得られる時間(Stimei)および前記所定の時定数の関数である。 In a more specific embodiment of the present invention, the target lift amount is calculated in synchronization with the top dead center of the piston. Further, the gain is obtained by multiplying the rotation period, which is the reciprocal of the rotation speed of the internal combustion engine, by the value obtained by multiplying the crank angle CA i at the time of calculation (i) by 360 degrees (Stime i ) and the predetermined value. It is a function of time constant.
この発明のもう一つの実施形態では、所定のクランク角ごとにリフト量の予測値を求める際、クランク角度の間隔は、内燃機関の回転数に応じて可変に構成されている。 In another embodiment of the present invention, when the predicted value of the lift amount is obtained for each predetermined crank angle, the crank angle interval is configured to be variable according to the rotational speed of the internal combustion engine.
さらに他の実施形態では、電子制御装置は、次の制御周期における全リフト量の予測値と内燃機関の吸入空気量との相関関係を利用して、内燃機関の吸入空気量を求め、この吸入空気量に基づいて燃料噴射量を決定する。 In yet another embodiment, the electronic control unit obtains the intake air amount of the internal combustion engine using the correlation between the predicted value of the total lift amount in the next control cycle and the intake air amount of the internal combustion engine, The fuel injection amount is determined based on the air amount.
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図1は、この発明の一実施形態に従う、内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ)およびその制御装置の全体的な構成図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) and its control device according to an embodiment of the present invention.
電子制御ユニット(以下、「ECU」)という)1は、中央演算処理装置(CPU)およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータ(マップを含む)を格納することができる。ECU1は、車両の各部から信号を受取ると共に、該メモリに記憶されたデータおよびプログラムに従って演算を行い、車両の各部を制御するための制御信号を生成する。
An electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 1 is a computer including a central processing unit (CPU) and a memory. The memory can store a computer program for realizing various controls of the vehicle and data (including a map) necessary for executing the program. The
エンジン2は、たとえば4気筒を有するエンジンである。エンジン2には、吸気管3および排気管4が連結されている。吸気管4には、スロットル弁5が設けられている。スロットル弁5の開度は、ECU1からの制御信号に従って制御される。スロットル弁5の開度を制御することにより、エンジン2に吸入される空気の量を制御することができる。スロットル弁5には、スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度(θTH)センサ6が連結されており、この検出値は、ECU1に送られる。
The
燃料噴射弁7が、エンジン2とスロットル弁5との間であって、エンジン2の吸気バルブ(図示せず)の少し上流側に、気筒ごとに設けられている。燃料噴射弁7は、図示しない燃料ポンプに接続されている。燃料噴射弁7の燃料噴射時期および燃料噴射量は、ECU1からの制御信号に従って変更される。代替的に、燃料噴射弁を、エンジン2の気筒内に臨むように取り付けてもよい。
A fuel injection valve 7 is provided for each cylinder between the
スロットル弁5の上流には、吸気管3を流れる空気の量を検出するエアフローメータ(AFM)8が設けられている。
An air flow meter (AFM) 8 that detects the amount of air flowing through the
スロットル弁5の下流には、吸気管内絶対圧(PBA)センサ10が設けられており、吸気管内の圧力を検出する。また、吸気管内絶対圧センサ10の下流には吸気温(TA)センサ11が設けられており、吸気管内の温度を検出する。これらの検出値は、ECU1に送られる。また、エンジン2には、エンジンの水温TWを検出するためのエンジン水温センサ12が設けられており、該センサの検出値は、ECU1に送られる。
An intake pipe absolute pressure (PBA)
エンジン2には、吸気バルブおよび排気弁のリフト量および開角(開弁期間)を連続的に変更することができる第1の機構21と、吸気バルブを駆動するカムのクランク軸を基準とした位相を連続的に変更する第2の機構22とを有する弁作動特性可変装置20を備える。第2の機構22により吸気バルブを駆動するカムの位相が変更され、よって吸気バルブの位相が変更される。
The
ECU1には、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ13およびエンジン1の吸気バルブを駆動するカムが連結されたカム軸の回転角度を検出するカム角センサ14が接続されており、これらのセンサの検出値はECU1に供給される。クランク角センサ13は、所定のクランク角度(たとえば30度)毎に1パルス(CRK信号)を発生し、該パルスにより、クランク軸の回転角度位置を特定することができる。また、カム角センサ14は、エンジン2の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス(CYL信号)と、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)でパルス(TDC信号)を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種の制御タイミングおよびエンジン回転数NEの検出に使用される。なお、カム角センサ14より出力されるTDC信号と、クランク角センサ13より出力されるCRK信号との相対関係から、吸気バルブのカム軸の実際の位相が検出される。
The
弁作動特性可変装置20には、吸気バルブのリフト量を制御する制御軸の回転角度位置を検出するための制御軸回転角度センサ(CSA)センサ15が設けられている。
The valve operating characteristic
ECU1は、上記各種センサからの入力信号に応じて、メモリに記憶されたプログラムおよびデータ(マップを含む)に従い、エンジン2の運転状態を検出すると共に、スロットル弁5、燃料噴射弁7、弁作動特性可変装置20を制御するための制御信号を生成する。
The
図2は、弁作動特性可変装置20のより具体的な構成図を示す。図に示すように、弁作動特性可変装置20は、吸気バルブのリフト量および開角(以下、単にリフト量と呼ぶ)を連続的に変更することができる第1の機構21と、吸気バルブの位相を連続的に変更することができる第2の機構22と、該第1の機構21を介して吸気バルブのリフト量を連続的に変更するためのモータ23を備えるアクチュエータ24と、該第2の機構22を介して吸気バルブの位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁25を備えるアクチュエータ26と、を備えている。
FIG. 2 shows a more specific configuration diagram of the valve operation characteristic
吸気バルブの位相を示すパラメータとして、吸気バルブのカム軸の位相CAINが用いられる。電磁弁25には、オイルパン28の潤滑油がオイルポンプ27により加圧されて供給される。モータ23および電磁弁25は、ECU1からの制御信号に従って作動する。なお、第2の機構22のより具体的な構成は、例えば特開2000−227013号公報に示されている。
As a parameter indicating the phase of the intake valve, the cam axis phase CAIN of the intake valve is used. Lubricating oil in the
図3を参照して、第1の機構21を説明する。(a)に示すように、カム32が設けられたカム軸31と、シリンダヘッドに軸35aを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム35と、コントロールアーム35を揺動させるコントロールカム37が設けられた制御軸36と、コントロールアーム35に支軸33bを介して揺動可能に支持されると共に、カム32に従動して揺動するサブカム33と、サブカム33に従動し、吸気バルブ40を駆動するロッカーアーム34とを備えている。ロッカーアーム34は、コントロールアーム35内に揺動可能に支持されている。
The
サブカム33は、カム32に当接するローラ33aを有し、カム軸31の回転により、軸33bを中心として揺動する。ロッカーアーム34は、サブカム33に当接するローラ34aを有し、サブカム33の動きが、ローラ34aを介して、ロッカーアーム34に伝達される。
The
コントロールアーム35は、コントロールカム37に当接するローラ35bを有し、制御軸36の回転により軸35aを中心として揺動する。(a)に示す状態では、サブカム33の動きはロッカーアーム34にほとんど伝達されないため、吸気バルブ40はほぼ全閉の状態を維持する。(b)に示す状態では、サブカム33の動きがロッカーアーム34を介して吸気バルブ40に伝達され、吸気バルブ40は最大リフト量LFTMAX(たとえば12mm)まで開弁する。
The
したがって、アクチュエータ24のモータ23(図2)の出力軸に、ギアを介して制御軸36を接続し、該モータ23によって制御軸36を回転させることにより、吸気バルブ40のリフト量を連続的に変更することができる。この実施形態では、第1の機構21に、制御軸36の回転角度位置を検出するCSAセンサ15(図1)が設けられており、該検出される回転角度位置CSAが、リフト量を示すパラメータとして使用される。なお、第1の機構21のより詳細な構成は、本出願人による特許出願(特願2006−197254号)に示されている。
Therefore, the
なお、この発明は、図に示すような第1の機構21に限定されず、吸気バルブのリフト量を可変に制御可能な機構を、任意の適切な手段で実現することができる点に注意されたい。また、上記の例では、第1の機構21によって、リフト量だけでなく開角も変更されるが、リフト量のみを変更するような構成の機構でも、本願発明は適用されうる。
It should be noted that the present invention is not limited to the
図4は、本願発明の一実施形態に従う、吸気バルブのリフト量を制御するための制御装置のブロック図である。リフトコントローラ51は、ECU1に実現される。プラント52は、ここでは、図2の第1の機構21およびアクチュエータ24を含む。リフトコントローラ51は、後述される制御手法に従い、吸気バルブの実リフト量を目標リフト量に収束させるための操作量を算出する。アクチュエータ24のモータ23は、該操作量に従って第1の機構21を作動させ、吸気バルブのリフト量を変更する。変更されたリフト量は、実リフト量としてCSAセンサ15(図1)によって検出され、リフトコントローラ51にフィードバックされる。
FIG. 4 is a block diagram of a control device for controlling the lift amount of the intake valve according to an embodiment of the present invention. The
図5は、先に引用した本願の出願人による特願2008-046351に従う予測値算出の原理を説明するための図である。まず、この内容を引用した後にこの発明の原理を説明する。リフト量および燃料噴射量の制御は、所定の周期に従って実行され、各周期において、エンジンの運転状態(たとえば、アクセルペダルの開度等)に応じて目標リフト量が決定される。図には、或る気筒について、3周期n〜(n+2)にわたる目標リフト量、実リフト量(CSAセンサ15によって検出される)、および予測リフト量の挙動が示されている。1周期の長さは、Stimeで表されている。制御周期は、たとえば10ミリ秒のような固定した時間でもよく、TDC信号に同期させ、エンジン回転数に基づいて決定してもよい。たとえば、TDC信号が吸入行程の上死点で出力され、検出されたエンジン回転数がNE(rpm)である場合、周期nの長さは、以下のように算出される。回転数NEを秒速に換算するとNE/60である。これに360度をかけて角速度に換算し、その逆数をとると、周期60/NE x 1/360が得られる。これに吸気行程のTDCからのクランク角(CA)をかけてStimeを求める。すなわち、Stimeは、吸入行程の周期に対応している。
各周期において、リフトコントローラ51は、実リフト量を目標リフト量に向けて吸気バルブを制御する。周期nを参照すると、目標リフト量はX(mm)であり、周期nで検出された実リフト量はZ(mm)である。目標リフト量および実リフト量に基づいて算出される予測リフト量はY(mm)である。周期nにおいて、次の周期(n+1)で噴射すべき燃料噴射量を、この予測リフト量に基づいて決定する。周期(n+1)において、実リフト量は、周期nで算出された予測リフト量の値Yにほぼ到達するので、周期(n+1)で実現される実リフト量に適した量の燃料噴射量が噴射されることとなる。
In each cycle, the
このように、燃料噴射量は、噴射時期よりも1周期前に算出される。周期nにおいて検出された実リフト量で燃料噴射量を算出すると、実際の噴射が行われる制御周期(n+1)の実リフト量に適した量の燃料が噴射されないおそれがある。これは、空燃比のずれを招くおそれがある。本願発明によれば、1周期後のリフト量を予測し、該予測リフト量に基づいて燃料噴射量を算出するので、実際の噴射が行われる時の実リフト量に適した量の燃料を供給することができる。 Thus, the fuel injection amount is calculated one cycle before the injection timing. If the fuel injection amount is calculated with the actual lift amount detected in the cycle n, there is a possibility that an amount of fuel suitable for the actual lift amount in the control cycle (n + 1) in which actual injection is performed may not be injected. This may cause a deviation of the air-fuel ratio. According to the present invention, since the lift amount after one cycle is predicted and the fuel injection amount is calculated based on the predicted lift amount, an amount of fuel suitable for the actual lift amount when actual injection is performed is supplied. can do.
予測リフト量は、以下の式に従って算出される。
HALIFT(n)
=C(ALCMD(n)―ALIFT(n))+ALIFT(n) (2)
ここで、C=Stime/(τp+Stime)
The predicted lift amount is calculated according to the following formula.
HALIFT (n)
= C (ALCMD (n) -ALIFT (n)) + ALIFT (n) (2)
Here, C = Stime / (τp + Stime)
ALIFT(n)は、周期nで検出された実リフト量を示す。ALCMD(n)は、周期nにおける目標リフト量を示す。Cはゲインであり、周期の長さStimeおよびリフトコントローラ51によるリフト量制御の時定数τpに基づいて算出される。HALIFT(n)は、周期nで算出される、次の周期のための予測リフト量を示す。予測リフト量は、目標リフト量と実リフト量の偏差にゲインを乗じた値を、実リフト量に加算することにより算出される。
ALIFT (n) indicates the actual lift amount detected in the cycle n. ALCMD (n) indicates the target lift amount in period n. C is a gain, which is calculated based on the period length Stime and the time constant τp of lift amount control by the
上記式(2)に従い、周期nにおいて予測値HALIFT(n)を算出し、該予測値に従って、次の周期(n+1)で供給すべき燃料噴射量を決定する。リフト量を変化させるには、図3を参照して説明したように、機械的な構造を動かさなければならないので、一定の時間を要する。一方、燃料噴射量の変更は、インジェクタの噴射弁を開く時間を変更することにより、行われるので、短時間で変更することができる。上記のような制御を行うことにより、目標リフト量に向けて変更される過渡期にある吸気バルブの過渡的なリフト量に応じた吸入空気量に基づく燃料噴射をすることが可能になる。上記式(1)の根拠は、上に参照した先願の明細書に詳細に説明されている。 According to the above equation (2), the predicted value HALIFT (n) is calculated in the cycle n, and the fuel injection amount to be supplied in the next cycle (n + 1) is determined according to the predicted value. In order to change the lift amount, as described with reference to FIG. 3, it is necessary to move the mechanical structure, so that a certain time is required. On the other hand, since the fuel injection amount is changed by changing the time for opening the injector's injection valve, it can be changed in a short time. By performing the control as described above, it is possible to perform fuel injection based on the intake air amount corresponding to the transient lift amount of the intake valve in the transition period that is changed toward the target lift amount. The basis of the above formula (1) is explained in detail in the specification of the prior application referred to above.
図6は、前記先願発明における燃料噴射量を制御するための装置の機能ブロック図である。本願発明の一実施形態においても、これと同様の構成を用いることができる。各機能ブロックによる機能は、ECU1において実現されることができる。
FIG. 6 is a functional block diagram of an apparatus for controlling the fuel injection amount in the prior invention. In one embodiment of the present invention, the same configuration can be used. The function by each functional block can be realized in the
目標リフトデシメーション部91は、吸気バルブの無効時間を周期Stimeで除算することにより、値pを得る。目標リフト量の過去値(以前の周期で算出された目標リフト量)は、ECU1のメモリに記憶されている。デシメーション部91は、p回前の周期(n−p)において算出された目標リフト量を出力する。
The target
可変リフト機構(第1の機構21)において、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移するのに無効時間が発生する。すなわち、リフトコントローラ51は、目標リフト量に応じて吸気バルブのリフト量を制御するための操作量を図2のアクチュエータ24に出力するが、該操作量に従って実際に吸気バルブが動き出すまでには、無効時間分の遅れがある。したがって、実リフト量と目標リフト量のより正確な対応づけを行うため、上記のようなデシメーション処理を行う。
In the variable lift mechanism (first mechanism 21), an invalid time is generated for the intake valve to transition from the stationary state to the operating state. That is, the
たとえば、無効時間が30msであり、演算周期が10msであるとすると、3周期前(n−3)において決定された目標リフト量が、デシメーション部91により出力される。この場合、吸気バルブの今回の演算周期の作動開始は、3周期前に決定された目標リフト量に基づいている、ということを表している。無効時間は、可変リフト機構に依存して、シミュレーション等によって予め算出し、ECU1のメモリに記憶しておくことができる。
For example, if the invalid time is 30 ms and the calculation cycle is 10 ms, the
作動判定部92は、今回の周期nにおいて、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したかどうかを判定する。より具体的には、作動判定部92は、CSAセンサ15を介して今回の周期nで検出された実リフト量と前回の周期(n−1)で検出された実リフト量との差を算出し、該差を、周期Stimeで除算する。該除算により得た値は、吸気バルブの作動速度を表している。該作動速度が所定値以上ならば、吸気バルブが作動している最中であると判定し、値1の作動フラグを出力する。該作動速度が該所定値より小さければ、前回の周期では吸気バルブが静止しており、今回の周期において吸気バルブが作動を開始したと判定し、ゼロ値の作動フラグを出力する。
The
切換え部93は、作動フラグの値を調べ、該作動フラグの値が1ならば、目標リフト量ALCMD(n)として、今回の周期nに与えられた目標リフト量の値を採用する。目標リフト量は、前述したように、エンジンの運転状態に応じて、既知の任意の手法で決定されることができる。該作動フラグの値がゼロならば、目標リフト量ALCMD(n)として、デシメーション部91から渡されたp回前の目標リフト量の値を採用する。こうして、吸気バルブが作動中ではなく、静止状態から作動状態に遷移した時には、無効時間が生じていることを示すので、p回前の目標リフト量を用いるようにする。弁作動特性可変装置20(図3)の機械的な状態を反映するためである。
The switching
このように、吸気バルブが作動中であるときには、無効時間は実質的に発生しないと考えることができる。代替的に、吸気バルブが作動中であるとき、より厳格な意味においては無効時間がわずかながら生じることがある。たとえば、リフトコントローラ51が算出した操作量がアクチュエータ24に到達するまでには通信ラインを介しているので、このような無効時間が生じるおそれがある。したがって、吸気バルブが作動中であるときにも無駄時間を考慮するようにしてもよい。その場合には、無効時間を予めシミュレーション等を介して計測してECU1のメモリに記憶しておき、デシメーション部91は、該無効時間を周期の長さで除算した値p’を算出し、p’回前の周期で決定された目標リフト量を出力する。切換部93は、作動フラグの値に従い、p’回前の周期の目標リフト量またはp回前の周期の目標リフト量を、今回の周期の目標リフト量ALCMD(n)として選択する。
Thus, it can be considered that the invalid time does not substantially occur when the intake valve is in operation. Alternatively, when the intake valve is in operation, there may be a slight dead time in the stricter sense. For example, since the operation amount calculated by the
ゲイン算出部94は、周期Stimeおよびを時定数τpに基づいて、前述した式(2)に従い、ゲインCを算出する。時定数τpは、前述したように、所望の値に設定されることができ、ECU1のメモリに予め記憶しておくことができる。
The
予測リフト算出部95は、上記の式(2)に、ゲインC、今回の制御周期nにおいてCSAセンサ15によって検出された実リフト量ALIFT(n)、切換え部93により今回の周期nで選択された目標リフト量ALCMD(n)を代入し、予測リフト量HALIFT(n)を算出する。
The predicted
燃料噴射量算出部96は、今回の周期nにおいて、予測値HALIFT(n)に基づいて燃料噴射量を算出する。該燃料噴射量は、ECU1に実現される燃料コントローラ(図示せず)に渡され、該コントローラにより、次の周期(n+1)において該燃料噴射量が噴射されるように燃料噴射弁が駆動される。
The fuel injection
なお、制御がTDC信号に応じて実行される場合のように、周期の長さStimeが一定でない場合について補足する。まず、前記pの値の算出についてであるが、この場合、周期の時間長の過去値をECU1のメモリに記憶しておく。デシメーション部91は、無効時間が、何個の周期に相当するかを見極める。たとえば、無効時間が30msであり、周期(n−1)の長さが9ms、(n−2)の長さが11ms、(n−3)の長さが12msである場合には、無効時間30ms遡った所が周期(n−3)に相当するので(30−9−11−12がゼロ以下になる)、p=3を得ることができる。周期の長さの過去値を記憶する代わりに、エンジン回転数の過去値を記憶してもよい。前述したように、周期nで検出されたエンジン回転数から、周期nの長さを求めることができる。
In addition, it supplements about the case where the period length Stime is not constant like the case where control is performed according to a TDC signal. First, regarding the calculation of the value of p, in this case, the past value of the time length of the cycle is stored in the memory of the
また、前回の実リフト量は前回のTDC信号に応じて検出され、今回の実リフト量は今回のTDC信号に応じて検出されるので、作動判定部92は、作動速度を算出するのに、前回の周期n−1の長さを用いるのが好ましい。また、ゲインCは、今回のTDC信号に応じて検出された実リフト量が、次のTDC信号に応じたリフト量検出時までにどれほど変化するかを予測するための値であるので、ゲイン算出部94は、今回の周期nの長さStimeを用いてゲインCを算出するのが好ましい。
Further, since the previous actual lift amount is detected according to the previous TDC signal, and the current actual lift amount is detected according to the current TDC signal, the
図7は、燃料噴射量を算出するプロセスのフローチャートである。該プロセスは、前述した制御周期に従って、ECU1により実行され、より具体的には、図6に示される機能ブロックによって実現される。
FIG. 7 is a flowchart of a process for calculating the fuel injection amount. The process is executed by the
ステップS11において、図6を参照して前述したように、無効時間に基づいてp回前の目標リフト量を求める。ステップS12において、吸気バルブの作動速度を算出することにより、今回の周期において吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したと判定したならば、作動フラグにゼロを設定し、今回の周期にわたって吸気バルブが作動していると判定したならば、作動フラグに1を設定する。 In step S11, as described above with reference to FIG. 6, the target lift amount p times before is obtained based on the invalid time. If it is determined in step S12 that the intake valve has moved from the stationary state to the operating state in the current cycle by calculating the operating speed of the intake valve, the operation flag is set to zero, and the intake valve is set over the current cycle. If it is determined that is operating, the operation flag is set to 1.
ステップS13において、作動フラグが、吸気バルブの作動中を示す値1であれば、今回の周期で決定された目標リフト量を、目標リフト量ALCMD(n)に設定する(S14)。作動フラグが、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したことを示す値ゼロであれば、p回前の周期で決定された目標リフト量を、目標リフト量ALCMD(n)に設定する(S15)。
In step S13, if the operation flag is a
ステップS16において、周期の長さStimeおよび時定数τpに基づいて、前述した式(2)に従い、ゲインCを算出する。ステップS17おいて、ゲインCと、CSAセンサ15によって検出された実リフト量ALIFT(n)および目標リフト量ALCMD(n)を用い、上記式(2)に従って予測リフト量HALIFT(n)を算出する。ステップS18において、今回の周期で検出されたエンジン回転数およびステップS17で求めた予測リフト量HALIFT(n)値に基づいて所定のマップを参照し、吸入空気量を求める。該マップは、リフト量、エンジン回転数、および吸入空気量の3次元マップとなっている。
In step S16, the gain C is calculated according to the above-described equation (2) based on the period length Stime and the time constant τp. In step S17, using the gain C, the actual lift amount ALIFT (n) and the target lift amount ALCMD (n) detected by the
該マップの一例が図8(a)に示され、エンジン回転数が高くなるほど、またリフト量が大きくなるほど、吸入空気量が増える。予測リフト量HALIFTに対応するマップを選択し、該マップを、検出されたエンジン回転数に基づいて参照して、対応する吸入空気量を求める。 An example of the map is shown in FIG. 8 (a). The intake air amount increases as the engine speed increases and the lift amount increases. A map corresponding to the predicted lift amount HALIFT is selected, and the map is referred to based on the detected engine speed to obtain the corresponding intake air amount.
ステップS19において、ステップS18で求めた吸入空気量に基づいて所定のマップを参照し、燃料噴射量を求める。該マップの一例が図8(b)に示されている。吸入空気量が大きくなるほど、燃料噴射量は増やされる。図8(a)および(b)に示されるマップは、ECU1のメモリに記憶されている。
In step S19, the fuel injection amount is obtained by referring to a predetermined map based on the intake air amount obtained in step S18. An example of the map is shown in FIG. As the intake air amount increases, the fuel injection amount increases. The maps shown in FIGS. 8A and 8B are stored in the memory of the
以上に、本願発明の基礎となる、先願の特願2008-046351の内容を引用した。本願発明は、この先願発明を変形するもので、より精度の高い燃料噴射量制御を実現するものである。本願発明の実施例を図9から図13を参照して説明する。 The contents of Japanese Patent Application No. 2008-046351, which is the basis of the present invention, are cited above. The invention of the present application is a modification of the invention of the prior application and realizes fuel injection amount control with higher accuracy. An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図9は、吸気バルブのリフト量がL1、L2、L3のときのクランク角(CA)を時間軸(横軸)としたリフト量の変化を示す波形である。吸入空気量は、この波形と時間軸とで規定される面積(エリア)に比例する。この発明の一実施例では、所定のクランク角度ごと、たとえばクランク角10度ごとに、バルブリフトの値とクランク角度10度に対応する時間軸の微小幅とで作る微小矩形の面積AKAREA(i)を求める。この面積をタイムエリア(時間面積)と呼ぶ。タイムエリアを吸気バルブが開く時点から閉じる時点まで積分してリフト量の変化を表す波形と時間軸とでつくる合計のタイムエリアを求める。こうして求めた合計のタイムエリアに基づいて次の吸入行程における燃料噴射量を求める。 FIG. 9 is a waveform showing changes in the lift amount with the crank angle (CA) as the time axis (horizontal axis) when the lift amount of the intake valve is L1, L2, and L3. The amount of intake air is proportional to the area defined by this waveform and the time axis. In one embodiment of the present invention, an area AKAREA (i) of a minute rectangle formed by a valve lift value and a minute width of a time axis corresponding to a crank angle of 10 degrees at every predetermined crank angle, for example, every 10 degrees of crank angle. Ask for. This area is called a time area (time area). The time area is integrated from the time when the intake valve opens to the time when it closes, and the total time area created by the waveform representing the change in lift amount and the time axis is obtained. Based on the total time area thus obtained, the fuel injection amount in the next intake stroke is obtained.
この手法によると、バルブリフト量を微小なクランク角度ごとにサンプリングするので、弁作動特性可変装置20(図3)がリフト量を変えるよう作動中であっても、精度よくリフト量変化の波形を検出することができ、したがって精度よく次の吸入行程における燃料噴射量を求めることができる。 According to this method, since the valve lift amount is sampled at every minute crank angle, even if the valve operating characteristic variable device 20 (FIG. 3) is operating so as to change the lift amount, the lift amount change waveform can be accurately obtained. Therefore, the fuel injection amount in the next intake stroke can be obtained with high accuracy.
図10は、この発明に従う燃料噴射量を算出するプロセスのメインルーチンを示す。このプロセスは、吸気行程開始時のピストンの上死点(TDC)に同期して実行される。カム角センサ14(図1)からのTDC信号に基づいて、新たな吸気行程の上死点が検出されると(S101)、サンプリングのクランク角(CA)の間引き数を算出する(S102)。一定のクランク角でサンプリングを実施すると、高いエンジン回転数では、時間軸でのサンプリング頻度が高くなり、演算の負荷が過大になるので、エンジン回転数に応じて、サンプリングを間引くようにしている。 FIG. 10 shows a main routine of a process for calculating the fuel injection amount according to the present invention. This process is executed in synchronization with the top dead center (TDC) of the piston at the start of the intake stroke. When a top dead center of a new intake stroke is detected based on the TDC signal from the cam angle sensor 14 (FIG. 1) (S101), a sampling crank angle (CA) thinning number is calculated (S102). When sampling is performed at a constant crank angle, the sampling frequency on the time axis increases at a high engine speed, and the calculation load becomes excessive. Therefore, sampling is thinned out according to the engine speed.
図11は、間引き数を算出するプロセスのフローを示す。エンジン回転数が予め定めた値NE_CA未満であれば(S111)、予め定めた値m_CAをmとして設定する。m_CAの値は、たとえば18で、180/m=10で求められるクランク角10度周期でタイムエリア算出が実施される。エンジン回転数がNE_CA以上であれば、m_CAの1/2の値をmとして設定する。この場合、m=9となり、180/9=20で求められるクランク角20度の周期でタイムエリア算出が実施される。 FIG. 11 shows a flow of a process for calculating the thinning number. If the engine speed is less than a predetermined value NE_CA (S111), a predetermined value m_CA is set as m. The value of m_CA is 18, for example, and the time area is calculated at a cycle of a crank angle of 10 degrees obtained by 180 / m = 10. If the engine speed is greater than or equal to NE_CA, m is set to 1/2 of m_CA. In this case, m = 9, and the time area calculation is performed with a cycle of a crank angle of 20 degrees obtained by 180/9 = 20.
こうして演算の周期が決まると、タイムエリア算出のルーチンS103に入る。図12を参照すると、このルーチンは、i=1からはじめて、i=mまで巡回して実行するループをなしている(S121)。演算に用いるクランク角CAiは、ステップS123のブロックに示す式で求められる。いま、m=18とすると、最初のクランク角CAiは、10度で、後続のループにおいて20度、30度、・・・・、180度となる。 When the calculation cycle is thus determined, the routine enters time area calculation routine S103. Referring to FIG. 12, this routine forms a loop that starts from i = 1 and circulates until i = m (S121). The crank angle CA i used for the calculation is obtained by the equation shown in the block of step S123. If m = 18, the first crank angle CA i is 10 degrees, and 20 degrees, 30 degrees,..., 180 degrees in the subsequent loop.
上に引用した先願で用いた制御周期の長さStimeを表す式(1)は、この発明の実施例においては、ステップS125に示す形に変形されている。すなわち、
Stimei ← 60/NE × CAi/360 (3)
In the embodiment of the present invention, the expression (1) representing the control cycle length Stime used in the prior application cited above is modified to the form shown in step S125. That is,
Stime i ← 60 / NE × CA i / 360 (3)
エンジン回転数NE(rpm)を60で割って秒速NE/60に換算し、これに360度をかけて角速度NE/60 x 360に換算する。この角速度の周期は、60/NE x 1/360である。Stimeiは、この周期にループ演算で対象としているクランク角 CAiを乗算した値である。すなわち、Stimeiは、CAiをエンジンの回転周期内の時間に換算した値である。先願発明におけるStimeは、本願発明においては、Stimei (i=1, …., m)に細分されている。
Divide the engine speed NE (rpm) by 60 to convert it to NE / 60 per second, multiply this by 360 degrees and convert it to angular speed NE / 60 x 360. The cycle of this angular velocity is 60 /
次いで、ステップS127において、演算ループにおけるゲインKiを求める。
Ki ← Stimei/(τp+Stimei) (4)
ゲインKi は、上に引用した先願発明におけるゲインCに対応するが、Stimeiの定義が異なるので、表記を変えてKi で表す。ステップS121からS127で明らかなように、ゲインKi は、ループごとに値が更新される。
Then, in step S127, obtains the gain K i in the calculation loop.
K i ← Stime i / (τp + Stime i ) (4)
The gain K i corresponds to the gain C in the prior invention cited above, but the definition of Stime i is different, so the notation is changed and expressed as K i . Step S121 as evidenced by S127, the gain K i, the value for each loop is updated.
次にステップS129において、次の式により演算ループにおける予測リフト量ALIFT(n+1) iを求める。この予測リフト量は次の周期の燃料噴射量を算出するためのものであるから、この発明の実施例では、ALIFT(n+1)の表記を用いる。
ALIFT(n+1)i ← Ki(ALCMD(n)−ALIFT(n)i) + ALIFT(n)i (5)
Next, in step S129, the predicted lift amount ALIFT (n + 1) i in the calculation loop is obtained by the following equation. Since the predicted lift amount is for calculating the fuel injection amount in the next cycle, the notation of ALIFT (n + 1) is used in the embodiment of the present invention.
ALIFT (n + 1) i ← K i (ALCMD (n) −ALIFT (n) i ) + ALIFT (n) i (5)
この式において、ALCMD(n)は、今回の吸入行程の時点での目標リフト量である。この値は演算ループごとには変化しない。ALIFT(n)iは、演算ループにおける実リフト量であり、CSAセンサ15(図1)によって検出される値である。実リフト量は、必ずしも演算ループごとに更新される必要はなく、演算の負荷を軽減するため、たとえば2つの演算ループに1回更新してもよい。 In this equation, ALCMD (n) is the target lift amount at the time of the current intake stroke. This value does not change for each calculation loop. ALIFT (n) i is the actual lift amount in the calculation loop, and is a value detected by the CSA sensor 15 (FIG. 1). The actual lift amount does not necessarily need to be updated for each calculation loop, and may be updated once, for example, in two calculation loops in order to reduce the calculation load.
こうして求めた予測リフト量ALIFT(n+1) i およびCAiに基づいて、図13(a)の3次元マップを参照して演算ループごとのタイムエリアALAREA(i)を求める(S131)。このマップに示す複数の曲線は、i=1,・・・・, mに対応する予測リフト量ALIFT(n+1) i の値を表す。同じクランク角でもALIFTが大きいほどタイムエリアがおおきくなる。このマップは、予め作成されて、ECU1のメモリに格納されている。
Based on the predicted lift amount ALIFT (n + 1) i and CA i thus obtained, the time area ALAREA (i) for each calculation loop is obtained with reference to the three-dimensional map of FIG. 13A (S131). A plurality of curves shown in this map represent values of the predicted lift amount ALIFT (n + 1) i corresponding to i = 1,..., M. The larger the ALIFT at the same crank angle, the larger the time area. This map is created in advance and stored in the memory of the
図10のメインルーチンにもどり、演算ループごとに求められたタイムエリアALAREA(i)を用いて、タイムエリア積分を実施して制御周期nにおける合計タイムエリアALAREAFを算出する(S105)。ALAREAFは、図9を参照して説明したバルブリフト曲線と時間軸とで規定される面積である。この積分は、次の式で表すことができる。
続いて、ステップS105において、図13(b)の3次元マップを参照して制御周期nにおけるエンジン回転数NEおよび合計タイムエリアALAREAFに基づいて吸入空気量を求める。図13(b)の曲線のそれぞれは、一つの合計タイムエリアALAREAFの値を示す。同じエンジン回転数でもALAREAFが大きいほど、吸入空気量が大きくなる。このマップも予め作成されて、ECU1のメモリに格納されている。
Subsequently, in step S105, the intake air amount is obtained based on the engine speed NE and the total time area ALAREAF in the control cycle n with reference to the three-dimensional map of FIG. 13 (b). Each of the curves in FIG. 13 (b) shows the value of one total time area ALAREAF. The larger the ALAREAF at the same engine speed, the larger the intake air amount. This map is also created in advance and stored in the memory of the
次に燃料噴射量算出ステップS106に進み、図13(c)のマップを参照して、ステップS105で求めた吸入空気量に対応する燃料噴射量を求める。 Next, the process proceeds to a fuel injection amount calculation step S106, and a fuel injection amount corresponding to the intake air amount obtained in step S105 is obtained with reference to the map of FIG.
以上に、この発明を具体的な実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated about the specific Example, this invention is not limited to such an Example.
Claims (7)
前記電子制御装置は、所定のクランク角度ごとに次の制御周期の対応するクランク角度ごとのリフト量の予測値を求め、該所定のクランク角度ごとのリフト量の予測値から、次の制御周期における前記所定のクランク角度ごとのバルブリフトの成分値を求め、該成分値を積分して前記次の制御周期におけるリフト量の全体予測値を求め、該次の制御周期におけるリフト量の全体予測値に基づいて、前記次の制御周期における燃料の噴射量を算出するよう構成されている、前記内燃機関。 An internal combustion engine comprising an electronic control unit for program control, a means for detecting a crank angle, a means for detecting an actual lift amount of an intake valve, and a mechanism for making the lift amount of an intake valve variable,
The electronic control unit obtains a predicted lift amount for each crank angle corresponding to the next control cycle for each predetermined crank angle, and calculates the predicted lift amount for each predetermined crank angle in the next control cycle. A valve lift component value for each predetermined crank angle is obtained, and the component value is integrated to obtain an overall predicted value of the lift amount in the next control cycle. The internal combustion engine is configured to calculate a fuel injection amount in the next control cycle based on the control period.
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