JP4919878B2 - Intake control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、吸気弁の有効開度を連続的に変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、必要に応じて吸気負圧を確保する技術に関する。 The present invention relates to an intake control device for an internal combustion engine having a variable valve mechanism that can continuously change the effective opening of an intake valve, and more particularly to a technique for ensuring intake negative pressure as required.
従来、一般的な内燃機関(ガソリンエンジン)では、スロットル弁によって吸入空気量を制御しているが、特許文献1には、スロットル弁による絞り損失を小さくし、燃費向上を図るため、吸気弁の作動角(およびリフト量)を可変制御することによって、吸気量を制御するものが開示してある。 Conventionally, in a general internal combustion engine (gasoline engine), the intake air amount is controlled by a throttle valve. However, in Patent Document 1, in order to reduce the throttle loss due to the throttle valve and improve fuel efficiency, A device that controls the intake air amount by variably controlling the operating angle (and the lift amount) is disclosed.
特許文献1では、小吸気量領域でスロットル弁の絞り制御も併用しているが、スロットル弁の閉じ速度が大きいときに、エンジンブレーキ確保のため、吸気弁の作動角・リフト量をより小さく制御している。
特許文献1のように、吸気弁の作動角やリフト量で定まる有効開度によって吸気量を制御するものでは、目標空気量が小さい領域で吸気弁の有効開度を小さくすると、吸気弁上流の吸気負圧が小さくなって、ブレーキ踏力を軽減する真空倍力装置の負圧源やパージガス、ブローバイガスを吸気系に吸引するための吸気負圧の要求を満たしにくくなる。 As in Patent Document 1, in the case where the intake air amount is controlled by the effective opening determined by the operating angle and the lift amount of the intake valve, if the effective opening of the intake valve is reduced in a region where the target air amount is small, The intake negative pressure is reduced, and it becomes difficult to satisfy the negative pressure source for the vacuum booster that reduces the brake pedal force, the intake negative pressure for sucking the purge gas and blow-by gas into the intake system.
スロットル弁の絞り量を大きくすれば、吸気負圧は確保できるが、絞り損失が大きくなって燃費を低下させてしまう。 If the throttle amount of the throttle valve is increased, the intake negative pressure can be secured, but the throttle loss increases and the fuel consumption is lowered.
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、吸気弁による吸気量制御を行いつつ良好な燃費と必要な吸気負圧の確保を両立することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and an object of the present invention is to achieve both good fuel efficiency and necessary intake negative pressure while performing intake air amount control by an intake valve.
このため本発明は、
吸気弁の有効開度を連続的に変更可能な可変動弁機構と、該可変動弁機構によって吸気弁の有効開度を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
機関運転状態に基づいて要求トルクに見合った目標シリンダ空気量を求め、この目標シリンダ空気量に応じて吸気弁の目標有効開度を設定する手段と、
機関回転速度に基づいて、吸気弁上流側に所定の吸気負圧を確保するのに必要な有効開度の下限値を設定する手段と、
を備え、
アクセル開放時に、前記目標有効開度と前記下限値とを比較して大きい方を選択することで、前記目標有効開度を前記下限値以上に制限し、該下限値を下回らないようにすることを特徴としている。
For this reason, the present invention
In an intake control device for an internal combustion engine, comprising: a variable valve mechanism that can continuously change the effective opening of the intake valve; and a control unit that controls the effective opening of the intake valve by the variable valve mechanism.
Means for determining a target cylinder air amount corresponding to the required torque based on the engine operating state, and setting a target effective opening of the intake valve according to the target cylinder air amount ;
Means for setting a lower limit value of an effective opening necessary for securing a predetermined intake negative pressure on the upstream side of the intake valve based on the engine rotational speed;
With
When the accelerator is released, the target effective opening is compared with the lower limit value, and the larger one is selected, so that the target effective opening is limited to the lower limit value or more and not lower than the lower limit value. It is characterized by.
吸気弁の目標有効開度を必要に応じて下限値以上に制限することにより、必要な吸気負圧を確保しながら、良好な燃費も確保できる。 By limiting the target effective opening degree of the intake valve to a lower limit value or more as necessary, it is possible to ensure good fuel efficiency while ensuring the necessary intake negative pressure.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、エンジン(内燃機関)の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of an engine (internal combustion engine).
エンジン1の各気筒のピストン51により画成される燃焼室52には、点火栓53を囲むように、吸気弁54及び排気弁55を備えている。吸気は吸気通路56を通って吸気弁54から燃焼室52内に吸入され、該吸気通路56の途中にマニホールド部(吸気マニホールド)57が配設されている。燃焼室52内の排気は、排気弁55から排気通路58を通って排出される。
The
吸気弁54は、バルブ作動特性を可変な可変動弁機構100により制御される。前記可変動弁機構は、後述するように吸気弁54の作動角及びリフト量を連続的に変更する第1可変動弁機構10と、吸気弁54の作動角の中心位相を連続的に変更する第2可変動弁機構20とで構成される。排気弁55については、本実施形態では弁特性を固定とするが、吸気弁同様に可変動弁機構によって弁特性を可変な構成としてもよい。
The
吸気通路56には、マニホールド部57の上流に、電制スロットル弁59が設けられている。吸気通路56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60が設けられている。
In the
ここにおいて、点火栓53、第1可変動弁機構10、第2可変動弁機構20、電制スロットル弁59および燃料噴射弁60の作動は、コントロールユニット(ECU)61により制御される。
Here, the operation of the
このECU61には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力することによりクランク角位置θと共にエンジン回転速度Neを検出可能なクランク角センサ62、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63、吸気通路56のスロットル弁59上流にてマニホールド部57へ流入する空気流量を計測する熱線式のエアフローメータ64、マニホールド部57内の温度(吸気温度)を検出する吸気温度センサ65等からの信号が入力される。
The
燃料噴射弁60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、後述のごとく制御されるシリンダ吸入空気量に対し、所望の空燃比となるように制御する。
The fuel injection timing and the fuel injection amount of the
点火栓53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。
The ignition timing by the
図2は、上記第1可変動弁機構10を示している。各気筒には一対の吸気弁54が設けられ、これら吸気弁54の上方には中空状の吸気駆動軸3が気筒列方向に延在している。吸気駆動軸3には、吸気弁54のバルブリフタ54aに当接して吸気弁54を開閉駆動する揺動カム4が相対回転可能に外嵌している。
FIG. 2 shows the first
吸気駆動軸3と揺動カム4との間に、吸気弁54の作動角及びリフト量を連続的に変更する電動式の第1可変動弁機構10が設けられる。本実施形態では、吸気弁54の作動角およびリフト量によって、吸気弁開期間における平均的な開度に相当する有効開度が定まる。なお、上記のように作動角とリフト量とが同時に変更され、一方を検出して制御することで、他方も同時に制御されるから、以下では、作動角のみの制御で説明する。有効開度を可変な可変動弁機構としては、作動角とリフト量のいずれか一方を連続的に変更するものであってもよい。
Between the
吸気駆動軸3の一端部には、図外のクランクシャフトに対する吸気駆動軸3の位相を変化させることにより、上記吸気作動角の中心位相である吸気中心位相を連続的に変更する第2可変動弁機構20が配設されている。
At one end of the
第1可変動弁機構10は、図2及び図3に示すように、吸気駆動軸3に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム11と、この駆動カム11に相対回転可能に外嵌するリング状リンク12と、吸気駆動軸3と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸13と、この制御軸13に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム14と、この制御カム14に相対回転可能に外嵌するとともに、一端がリング状リンク12の先端に連結されたロッカアーム15と、このロッカアーム15の他端と揺動カム4とに連結されたロッド状リンク16と、を有している。制御軸13は、電動アクチュエータ17によりギヤ列18を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the first
上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸3が回転すると、駆動カム11を介してリング状リンク12がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム15が制御カム14の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク16を介して揺動カム4が揺動して吸気弁2が開閉駆動される。
With the above configuration, when the
また、制御軸13の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム15の揺動中心となる制御カム14の軸心位置が変化して揺動カム4の姿勢が変化する。これにより、吸気中心位相が略一定のままで、吸気作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
Further, by changing the rotation angle of the
吸気弁54の作動角中心位相を変更する第2可変動弁機構については、詳細な説明を省略するが、油圧式、摩擦制動式、電磁制動式等の周知の機構を用いればよい。
Although a detailed description of the second variable valve mechanism that changes the operating angle center phase of the
図4は、上記ECU61においてなされる可変動弁機構10と電制スロットル弁59の制御ブロック図を示す。
FIG. 4 is a control block diagram of the
目標シリンダ空気量算出部は、アクセルペダルセンサ63によって検出されるアクセル開度APO、クランク角センサ62によって検出される機関回転速度Ne等に基づいて、要求トルクに見合った目標シリンダ空気量を算出する。
The target cylinder air amount calculation unit calculates a target cylinder air amount commensurate with the required torque based on the accelerator opening APO detected by the
目標作動角算出部は、前記目標シリンダ空気量に応じて吸気弁2の目標作動角を算出する。 The target operating angle calculation unit calculates a target operating angle of the intake valve 2 according to the target cylinder air amount.
シリンダ実効容積算出部は、機関1の運転状態および前記吸気弁54の作動特性、特に作動角と作動角中心位相で決まる開時期と閉時期とによって、シリンダの吸気行程相当のシリンダ実効容積を算出する。
The cylinder effective volume calculation unit calculates the cylinder effective volume corresponding to the intake stroke of the cylinder based on the operating state of the engine 1 and the operating characteristics of the
目標スロットル開度算出部は、前記吸気温度センサ65で検出される吸気温度の検出値も考慮して、前記シリンダ実効容積で目標シリンダ空気量を得るのに必要な目標吸気圧を、目標とする応答(規範応答)で得られる目標スロットル開度を算出する。
The target throttle opening calculation unit sets the target intake pressure required to obtain the target cylinder air amount with the cylinder effective volume in consideration of the detected value of the intake air temperature detected by the intake
ここで、目標シリンダ空気量(要求トルク)が小さいときは、吸気弁54の目標作動角が小さい値に算出され、シリンダ吸入空気量の減少によって吸気弁54上流の吸気負圧が小さくなる。このため、ブレーキ踏力を軽減する真空倍力装置の負圧源やパージガス、ブローバイガスを吸気系に吸引するための吸気負圧を十分に得にくくなる可能性がある。
Here, when the target cylinder air amount (required torque) is small, the target operating angle of the
そこで、本実施形態では、以下の手段を設けて、上記の可能性が大きくなるアクセル開放時に、吸気弁54の目標作動角を吸気負圧確保用の下限値で制限する。
Therefore, in the present embodiment, the following means is provided to limit the target operating angle of the
作動角下限値設定部は、アクセル開度APOが0に近い所定値以下のアクセル開放時において、機関回転速度毎に、上記必要な吸気負圧を得られる吸気弁54の作動角下限値を設定する。例えば、予め、実験等で求めたデータをテーブル化し、機関回転速度に基づいて検索する構成とすればよい。なお、バラツキ分を加算して設定するのが望ましい。
The operating angle lower limit value setting unit sets the operating angle lower limit value of the
セレクトハイ部は、前記目標作動角算出部で算出された目標作動角と、作動角下限値設定部で設定された下限値とのうち、大きい方を最終的な目標作動角として選択し、出力する。つまり、目標作動角を下限値以上となるように制限する。 The select high portion selects the larger one of the target operating angle calculated by the target operating angle calculating portion and the lower limit value set by the operating angle lower limit setting portion as the final target operating angle, and outputs it. To do. That is, the target operating angle is limited to be equal to or greater than the lower limit value.
目標作動角切換部は、アクセルペダルセンサからの信号に基づいて、前記アクセル開放状を検出した時は、前記セレクトハイ部を経た下限値以上に制限された目標作動角を選択し、アクセル開度APOがアクセル開放より大きいことを検出したときには、目標作動角算出部で算出された目標作動角をそのまま選択して、第1可変動弁機構10に出力する。
When the accelerator operating state is detected based on a signal from the accelerator pedal sensor, the target operating angle switching unit selects a target operating angle that is limited to a lower limit value or more that has passed through the select high unit, and the accelerator opening degree When it is detected that APO is larger than the accelerator release, the target operating angle calculated by the target operating angle calculation unit is selected as it is and is output to the first
このようにすれば、アクセル開放時に、目標作動角が下限値以上に制限されることにより、ブレーキの真空倍力装置の負圧源として必要な吸気負圧を確保することができ、ブレーキ踏力軽減効果を確保することができ、また、パージガス、ブローバイガスへの吸気系に吸引量を確保することができる。 In this way, when the accelerator is released, the target operating angle is limited to the lower limit value or more, so that the intake negative pressure required as a negative pressure source for the vacuum booster of the brake can be secured, and the brake pedal force can be reduced. An effect can be secured, and a suction amount can be secured in an intake system for purge gas and blow-by gas.
特に、本実施形態では、アクセル開放毎に目標作動角の制限を行って吸気負圧を確保することにより、以下の効果が得られる。 In particular, in the present embodiment, the following effects can be obtained by restricting the target operating angle every time the accelerator is released to ensure the intake negative pressure.
ブレーキ操作はアクセル開放操作に伴って行われるから、リアルタイムで必要な吸気負圧を確保できる。 Since the brake operation is performed in conjunction with the accelerator release operation, the necessary intake negative pressure can be secured in real time.
ブレーキ操作毎に真空倍力装置の負圧源から負圧が供給されて負圧源内の負圧が弱められるが、アクセル開放毎に吸気負圧を大きくして負圧源に負圧を供給しておくことで、効率よく負圧源内の負圧を確保できる。 Every time the brake is operated, negative pressure is supplied from the negative pressure source of the vacuum booster and the negative pressure in the negative pressure source is weakened, but every time the accelerator is released, the intake negative pressure is increased and negative pressure is supplied to the negative pressure source. Therefore, the negative pressure in the negative pressure source can be secured efficiently.
アクセル開放時以外は、目標作動角の制限を行わず、要求トルクに応じて設定することで、燃費も良好に維持できる。 Except when the accelerator is released, the target operating angle is not limited, and it is set according to the required torque, so that the fuel efficiency can be maintained well.
なお、目標作動角を下限値以上としてシリンダ吸入空気量を増大しても、アクセル開放時は、燃料カットが行われるか、行われない場合でも燃料噴射量は小さいのでこの際の燃費は無視できる。 Even if the cylinder intake air amount is increased by setting the target operating angle to be equal to or greater than the lower limit value, the fuel injection amount is small even when the accelerator is released or the fuel injection amount is small even when it is not performed. .
また、目標作動角を下限値以上とするときは、スロットル弁の開度を所定量減少するような構成としてもよく、さらに、吸気負圧を大きくし、エンジンブレーキ効果を高めることができる。 Further, when the target operating angle is set to the lower limit value or more, the throttle valve opening may be decreased by a predetermined amount, and the intake negative pressure can be increased to enhance the engine braking effect.
また、上記実施形態では、アクセル開放時に目標作動角を下限値以上に制限するものを示したが、アクセル開放以外の所定の運転条件、例えば、目標シリンダ吸入空気量が所定値以下の低負荷領域で、目標作動角の制限を行う構成としてもよい。 In the above embodiment, the target operating angle is limited to the lower limit value or more when the accelerator is released. However, a predetermined operating condition other than the accelerator opening, for example, a low load region where the target cylinder intake air amount is a predetermined value or less. Thus, the target operating angle may be limited.
また、上記実施形態のように目標作動角と下限値とを比較して大きい方を選択することで、容易に制限することができる。 Moreover, it can restrict | limit easily by comparing a target operating angle and a lower limit, and selecting the larger one like the said embodiment.
また、上記実施形態では、第1可変動弁機構10による吸気弁の作動角(有効開度)と、電制スロットル弁59の開度とを協調制御することにより、低吸気量域で目標作動角が小さくなって吸気負圧を得にくいものに適用したが、この他の制御方式、例えば、スロットル弁を段階的に切り換えるような方式のものにも適用して同様の効果を得られることは勿論である。
In the above embodiment, the target operation is performed in the low intake amount region by cooperatively controlling the operation angle (effective opening) of the intake valve by the first
1 エンジン(内燃機関)
10 第1可変動弁機構
20 第2可変動弁機構
54 吸気弁
57 マニホールド部
59 電動スロットル弁
61 ECU
62 クランク角センサ
63 アクセルペダルセンサ
64 エアフローメータ
65 吸気温度センサ
1 engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF
62
Claims (3)
機関運転状態に基づいて要求トルクに見合った目標シリンダ空気量を求め、この目標シリンダ空気量に応じて吸気弁の目標有効開度を設定する手段と、
機関回転速度に基づいて、吸気弁上流側に所定の吸気負圧を確保するのに必要な有効開度の下限値を設定する手段と、
を備え、
アクセル開放時に、前記目標有効開度と前記下限値とを比較して大きい方を選択することで、前記目標有効開度を前記下限値以上に制限し、該下限値を下回らないようにすることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。 In an intake control device for an internal combustion engine, comprising: a variable valve mechanism that can continuously change the effective opening of the intake valve; and a control unit that controls the effective opening of the intake valve by the variable valve mechanism.
Means for determining a target cylinder air amount corresponding to the required torque based on the engine operating state, and setting a target effective opening of the intake valve according to the target cylinder air amount ;
Means for setting a lower limit value of an effective opening necessary for securing a predetermined intake negative pressure on the upstream side of the intake valve based on the engine rotational speed;
With
When the accelerator is released, the target effective opening is compared with the lower limit value, and the larger one is selected, so that the target effective opening is limited to the lower limit value or more and not lower than the lower limit value. An air intake control device for an internal combustion engine.
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