JP2003184587A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
内燃機関の制御装置Info
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
を行う内燃機関において、可変動弁機構とスロットル弁
とを協調させた制御を適切に行う。 【解決手段】内燃機関の制御装置において、機関の少な
くとも吸気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁
機構と、機関の目標トルク相当の目標体積流量比を算出
する目標体積流量演算部aと、前記目標体積流量比に基
づいて可変動弁機構(VEL)の目標バルブ作動特性を
設定するVEL目標作動特性演算部bと、前記目標吸入
空気量とバルブ作動特性に基づいて吸気通路に設けられ
たスロットル弁の目標スロットル開度を設定する目標ス
ロットル開度演算部cと、を備え、実際の可変動弁機構
の作動特性が前記VEL目標作動特性となるように制御
し、実際のスロットル弁開度が前記目標スロットル開度
となるように制御する。
Description
り吸入空気量制御を行うと共に、該可変動弁機構を補助
するため又は要求負圧を発生させるためにスロットル弁
の制御を併用する内燃機関の制御装置に関する。
ルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の
可変バルブ機構が知られている(特開2001−012
262号公報参照)。この可変バルブ機構は、カム軸と
略平行に配設された制御軸と、該制御軸の外周に偏心し
て固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支
されたロッカアームと、前記カム軸の回転に応じて前記
ロッカアームの一端部を揺動駆動するリンクアーム・偏
心カムと、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動し
て吸・排気バルブを開動作させる揺動カムと、前記制御
軸を回転駆動するDCサーボモータと、を備える。
御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する
目標作動角に一致させるべく、前記DCサーボモータを
フィードバック制御するよう構成される。
ルブ機構により吸入空気量を制御しようとする場合、以
下の点が問題となる。 (1)キャニスタパージ及びブローバイガスの処理のた
めに、吸気通路内に負圧を発生させることができない。
小作動角特性があるため、条件によっては、可変バルブ
機構のみでは吸入空気量制御が行えない場合がある。従
って、前記可変バルブ機構により吸入空気量を制御する
場合には、可変動弁機構の制御とスロットル弁の制御と
を併用することが必要となるが、これらをどのようにし
て制御するかが問題となる。
あり、可変バルブ機構とスロットル弁とを適切に協調制
御することにより、吸入空気量制御及び要求負圧の確保
共に実現できる内燃機関の制御装置を提供することを目
的とする。
内燃機関の制御装置は、機関の少なくとも吸気バルブの
バルブ作動特性を可変する可変動弁機構と、機関の運転
状態に応じて目標トルク相当の目標吸入空気量を設定す
る目標吸入空気量設定手段と、前記目標吸入空気量に基
づいて前記可変動弁機構の目標バルブ作動特性を設定す
る目標バルブ作動特性設定手段と、実際のバルブ作動特
性が前記目標バルブ作動特性に収束するように前記可変
動弁機構の駆動を制御する可変動弁機構駆動手段と、前
記目標吸入空気量とバルブ作動特性に基づいて吸気通路
に設けられたスロットル弁の目標スロットル開度を設定
する目標スロットル開度設定手段と、実際のスロットル
弁開度が前記目標スロットル開度に収束するように前記
スロットル弁を制御するスロットル弁制御手段と、を備
えることを特徴とする。
量設定手段がアクセル開度と機関回転速度とに基づいて
前記目標トルク相当の目標吸入空気量を設定することを
特徴とする。請求項3に係る発明は、前記目標バルブ作
動特性設定手段が機関の目標体積流量比と前記可変動弁
機構で制御可能な体積流量比の下限値とを比較して大き
い方を可変動弁機構に要求される要求体積流量比として
設定し、該要求体積流量比に基づいて可変動弁機構の目
標バルブ作動特性を設定することを特徴とする。
回転速度に基づいて算出されることを特徴とする。請求
項5に係る発明は、前記目標バルブ作動特性設定手段
が、前記要求体積流量比を吸気バルブに要求される要求
開口面積に変換するバルブ開口面積変換手段と、前記要
求開口面積を機関の運転状態に応じて補正する開口面積
補正手段と、補正後の開口面積をバルブ作動特性に変換
するバルブ作動特性変換手段と、を備え、前記バルブ作
動特性変換手段により変換されたバルブ作動特性を目標
バルブ作動特性として設定することを特徴とする。
動特性設定手段が、前記バルブ作動特性変換手段により
変換されたバルブ作動特性と前記可変動弁機構で吸入空
気量制御可能なバルブ作動特性の上限値とを比較する比
較手段を更に備え、前記変換されたバルブ作動特性が前
記上限値以上であるときには、該上限値を目標バルブ作
動特性として設定することを特徴とする。
回転速度に基づいて算出されることを特徴とする。請求
項8に係る発明は、前記開口面積補正手段が、前記要求
開口面積を実際の吸気バルブの閉弁タイミングに応じて
補正することを特徴とする。請求項9に係る発明は、前
記開口面積補正手段が、前記要求開口面積を吸気バルブ
上流側の吸気圧力に応じて補正することを特徴とする。
正手段が、前記目標体積流量比が前記可変動弁機構で制
御可能な体積流量比の下限値以下である場合には、前記
吸気バルブ上流側の吸気圧力に応じた補正を行わないこ
とを特徴とする。請求項11に係る発明は、前記開口面
積補正手段が、前記要求開口面積を機関回転速度に応じ
て補正することを特徴とする。
トル開度設定手段が、機関の目標体積流量比を吸気バル
ブが基準バルブ作動特性であるときに要求されるスロッ
トル要求開口面積に変換するスロットル開口面積変換手
段と、前記スロットル要求開口面積を実際の吸気バルブ
のバルブ作動特性に応じて補正するスロットル開口面積
補正手段と、補正後のスロットル開口面積をスロットル
弁開度に変換するスロットル開度変換手段と、を備える
ことを特徴とする。
開口面積補正手段が、吸気バルブが前記基準バルブ作動
特性であるときの吸気バルブ上流側の吸気圧力と大気圧
の比と、実際の吸気バルブバルブ上流側の吸気圧力と大
気圧の比と、に基づいて補正係数を算出し、算出した補
正係数を用いて前記スロットル要求開口面積を補正する
ことを特徴とする。
バルブ上流側の吸気圧力と大気圧との比は、実際に機関
に吸入される実吸入空気量と、スロットル弁を全開とし
たときに機関に吸入される全開時吸入空気量と、機関の
運転状態に応じて設定される新気割合と、に基づいて算
出されることを特徴とする。請求項15に係る発明は、
前記可変動弁機構が、クランク軸に同期して回転する駆
動軸と、該駆動軸の固定された駆動カムと、揺動するこ
とでバルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動
カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機
構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する
制御軸と、該制御軸を回動するアクチュエータと、を含
んで構成され、前記アクチュエータによって前記制御軸
を回動制御することによりバルブリフト量を可変するこ
とを特徴とする。
転状態に応じて所望とする目標トルク相当の目標吸入空
気量を設定し、設定した目標吸入空気量に基づいて設定
される目標バルブ作動特性となるように可変動弁機構を
駆動すると共に、前記目標吸入空気量とバルブ作動特性
とに基づいて設定される目標スロットル開度となるよう
にスロットル弁を制御するので、可変動弁機構によって
吸入空気量制御を実行しつつ、可変動弁機構のみで吸入
空気量制御が行えない場合や負圧要求がある場合におい
ては、併せてスロットル弁を制御し、各運転状態に対応
した適切な可変動弁制御及びスロットル制御を行うこと
ができる。
度と機関回転速度とに基づいて目標吸入空気量を設定す
るので、運転状態に応じて要求される目標吸入空気量を
適切に設定できる。請求項3に係る発明によれば、機関
の目標体積流量比と前記可変動弁機構で制御可能な体積
流量比の下限値とを比較して大きい方を可変動弁機構に
要求される要求体積流量比として設定し、該要求体積流
量比を可変動弁機構の目標バルブ作動特性に変換するの
で、運転状態にかかわらず可変動弁機構の目標バルブ作
動特性を設定でき、可変動弁機構を主体とした吸入空気
量制御が実行できる。
構で吸入空気量制御可能な体積流量比の下限値を機関回
転速度に基づいて算出するので、各運転状態に対応して
前記要求体積流量比を適切に設定できる。請求項5に係
る発明によれば、前記要求体積流量比に応じたバルブ要
求開口面積を設定し、該要求開口面積を機関の運転状態
に応じて補正した補正後の開口面積をバルブ作動特性に
変換して目標バルブ作動特性を設定するので、目標バル
ブ作動特性が精度よく設定でき、可変動弁機構による吸
入空気量制御の精度を向上できる。
弁機構による吸入空気量制御を行いつつ、体積効率を高
く維持できる。すなわち、圧縮流体の式は、バルブ前後
の圧力比がほとんどない状態(バルブが全開に近い状
態)では正確さに欠けるため、可変動弁機構による吸入
空気量制御の精度が低下することになる。一方、バルブ
が全開に近い状態においては、できるだけ体積効率が確
保できるバルブ作動特性を設定することが望まれる。従
って、可変動弁機構による吸入空気量制御が可能なバル
ブ作動特性の限界値をバルブ作動特性の上限値として設
定し、変換したバルブ作動特性がこの上限値以上となる
場合には、該上限値を目標バルブ作動特性として設定す
る。これにより、吸入空気量制御を可能な限り実行しつ
つ、体積効率を最大限確保することができる。
弁機構で吸入空気量制御可能なバルブ作動特性の上限値
を機関回転速度に基づいて算出するので、各運転状態に
対応して前記上限値を適切に設定できる。請求項8に係
る発明によれば、前記要求開口面積を実際の吸気バルブ
の閉弁タイミングに応じて補正するので、有効シリンダ
容積の変化を考慮しつつ、目標吸入空気量を確保するた
めのバルブ開口面積を精度よく設定できる。
口面積を吸気バルブ上流側の吸気圧力に応じて補正する
ので、スロットル弁を制御に伴い発生する負圧分を考慮
しつつ、目標吸入空気量を確保するためのバルブ開口面
積を精度よく設定できる。請求項10に係る発明によれ
ば、前記目標体積流量比が前記可変動弁機構で制御可能
な体積流量比の下限値以下である場合には、前記吸気バ
ルブ上流側の吸気圧力に応じた補正を行わないので、吸
気バルブ上流側の吸気圧力にかかわらず、可変動弁機構
によって体積流量比を前記下限値へと制御できる。
開口面積を機関回転速度に応じて補正するので、機関回
転速度の上昇に伴う慣性力の影響を考慮しつつ、目標吸
入空気量を確保するためのバルブ開口面積を精度よく設
定できる。請求項12に係る発明によれば、機関の目標
体積流量比を吸気バルブが基準バルブ作動特性であると
きに要求されるスロットル要求開口面積に変換し、該ス
ロットル要求開口面積を実際の吸気バルブのバルブ作動
特性に応じて補正した補正後のスロットル開口面積をス
ロットル弁開度に変換するので、可変動弁機構の制御
(駆動)状態に対応したスロットル弁開度を設定でき
る。これにより、可変動弁機構とスロットル弁を協調さ
せた吸入空気量制御が精度よく実行できる。
ブが前記基準バルブ作動特性であるときの吸気バルブ上
流側の吸気圧力と大気圧の比と、実際の吸気バルブバル
ブ上流側の吸気圧力と大気圧の比と、に基づいて補正係
数を算出し、算出した補正係数を用いて前記スロットル
要求開口面積を補正するので、実際の吸気バルブの作動
特性に対応したスロットル開口面積を適切に設定でき
る。
ホールド圧力を実際に検出することなく(すなわち、吸
気マニホールド圧力を検出するセンサのないシステムに
おいても)前記補正係数の算出に用いる実際の吸気バル
ブ上流側の吸気圧力と大気圧との比を容易に算出でき
る。請求項15に係る発明によれば、アクチュエータに
よって制御軸の作動角を変化させることによりバルブリ
フト量及びバルブ作動角を連続的に変化させ、可変動弁
機構を主体とした吸入空気量制御が実行できる。
づいて説明する。図1は、車両用内燃機関の構成図であ
る。図1において、内燃機関101の吸気通路102に
は、スロットルモータ103aでスロットル弁103b
を開閉駆動する電子制御スロットル104が介装されて
おり、該電子制御スロットル104及び吸気バルブ10
5を介して、燃焼室106内に空気が吸入される。
107を介して排出され、排気浄化触媒108により浄
化された後、マフラー109を介して大気中に放出され
る。前記排気バルブ107は、排気側カム軸110に軸
支されたカム111によって一定のバルブリフト量及び
バルブ作動角を保ったまま駆動されるが、吸気バルブ1
05は、可変バルブ機構(VEL)112によってバル
ブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられるよう
になっている。
ランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで
バルブリフト量を固定したままバルブの開閉タイミング
を連続的に可変する公知の構成の可変バルブタイミング
機構(VTC)114が設けられている。マイクロコン
ピュータを内蔵するコントロールユニット(C/U)1
15には、アクセル開度センサAPS116、吸入空気
量(質量流量)Qaを検出するエアフローメータ11
7、クランク軸から回転信号Neを取り出すクランク角
センサ118、吸気側カム軸113の回転位置を検出す
るカムセンサ119、スロットル弁103bの開度TV
Oを検出するスロットルセンサ120、シリンダ内の燃
焼圧を検出する燃焼圧センサ121等からの各種検出信
号が入力される。
115は、前記クランク角センサ118及びカムセンサ
119の検出信号に基づき、クランク軸に対する吸気側
カム軸113の回転位相(VTCNOW)を検出して吸
気バルブ105の開閉タイミングを検出すると共に、運
転状態に応じて目標進角値又は遅角値(TRGVTC)
を設定し、吸気側カム軸の回転位相が前記目標進角値又
は遅角値(TRGVTC)となるよう可変バルブタイミ
ング機構(VTC)114を制御することで吸気バルブ
105の開閉タイミングを制御する。
気バルブ105の開特性によって、アクセル開度に対応
する吸入空気量が得られるように、アクセル開度センサ
APS116で検出されるアクセル開度APOに応じて
前記電子制御スロットル104及び可変バルブ機構(V
EL)112の駆動を制御する。具体的には、前記可変
バルブ機構(VEL)112によりバルブリフト量(及
びバルブ作動角)を制御することで吸入空気量を制御し
つつ、キャニスタパージ及びブローバイガスの処理のた
めに一定の負圧(目標Boost:例えば−50mmH
g)を発生させるようにスロットル弁103bの開度を
制御する。
ットル弁103bを全開に保持して、可変バルブ機構
(VEL)112のみで吸入空気量を制御する、いわゆ
るスロットルレス制御を行う。また、前記可変バルブ機
構(VEL)112のみでは吸入空気量を制御できない
場合においては、可変バルブ機構(VEL)112の駆
動を制御すると共に、前記スロットル弁103bの開度
制御を行う。
12の構造について説明する。可変バルブ機構(VE
L)は、図2〜図4に示すように、一対の吸気バルブ1
05、105と、シリンダヘッド11のカム軸受14に
回転自在に支持された中空状のカム軸13と、該カム軸
13に軸支された回転カムである2つの偏心カム15、
15と、前記カム軸13の上方位置に同じカム軸受14
に回転自在に支持された制御軸16と、該制御軸16に
制御カム17を介して揺動自在に支持された一対のロッ
カアーム18、18と、各吸気バルブ105、105の
上端部にバルブリフター19、19を介して配置された
一対のそれぞれ独立した揺動カム20、20とを備えて
いる。
8、18とは、リンクアーム25、25によって連係さ
れ、ロッカアーム18、18と揺動カム20、20と
は、リンク部材26、26によって連係されている。前
記偏心カム15は、図5に示すように、略リング状を呈
し、小径なカム本体15aと、該カム本体15aの外端
面に一体に設けられたフランジ部15bとからなり、内
部軸方向にカム軸挿通孔15cが貫通形成されていると
共に、カム本体15aの軸心Xがカム軸13の軸心Yか
ら所定量だけ偏心している。また、前記偏心カム15
は、カム軸13に対し前記バルブリフター19に干渉し
ない両外側にカム軸挿通孔15cを介して圧入固定され
ていると共に、カム本体15aの外周面15dが同一の
カムプロフィールに形成されている。
に、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部18aが
制御カム17に回転自存に支持されている。また、基部
18aの外端部に突設された一端部18bには、リンク
アーム25の先端部と連結するピン21が圧入されるピ
ン孔18dが貫通形成されている一方、基部18aの内
端部に突設された他端部18cには、各リンク部材26
の後述する一端部26aと連結するピン28が圧入され
るピン孔18eが形成されている。
軸16外周に固定されていると共に、図2に示すように
軸心P1位置が制御軸16の軸心P2からαだけ偏心し
ている。前記揺動カム20は、図2及び図6、図7に示
すように略横U字形状を呈し、略円環状の基端部22に
カム軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔2
2aが貫通形成されていると共に、ロッカアーム18の
他端部18c側に位置する端部23にピン孔23aが貫
通形成されている。
22側の基円面24aと該基円面24aから端部23端
縁側に円弧状に延びるカム面24bとが形成されてお
り、該基円面24aとカム面24bとが、揺動カム20
の揺動位置に応じて各バルブリフター19の上面所定位
置に当接するようになっている。すなわち、図8に示す
バルブリフト特性からみると、図2に示すように基円面
24aの所定角度範囲θ1がベースサークル区間にな
り、また、カム面24bの前記ベースサークル区間θ1
から所定角度範囲θ2が所謂ランプ区間となり、更に、
カム面24bのランプ区間θ2から所定角度範囲θ3が
リフト区間になるように設定されている。
5aと、該基部25aの外周面所定位置に突設された突
出端25bとを備え、基部25aの中央位置には、前記
偏心カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌
合する嵌合穴25cが形成されている一方、突出端25
bには、前記ピン21が回転自在に挿通するピン孔25
dが貫通形成されている。なお、前記リンクアーム25
と偏心カム15とによって揺動駆動部材が構成される。
に形成され、円形状の両端部26a、26bには前記ロ
ッカアーム18の他端部18cと揺動カム20の端部2
3の各ピン孔18d、23aに圧入した各ピン28、2
9の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔26c、26
dが貫通形成されている。 なお、各ピン21、28、
29の一端部には、リンクアーム25やリンク部材26
の軸方向の移動を規制するスナップリング30、31、
32が設けられている。
一端部に設けられたDCサーボモータ等のアクチュエー
タ201によって所定回転角度範囲内で回転駆動される
ようになっており、前記制御軸16の作動角を前記アク
チュエータ201で変化させることで、吸気バルブ10
5、105のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的
に変化する(図9参照)。すなわち、図10において、
アクチュエータ(DCサーボモータ)201の回転は、
伝達部材202を介してネジ切り加工が施された軸10
3に伝達され、該軸203が通されたナット204の軸
方向位置が変化する。そして、制御軸16の先端の取り
付けられ、その一端が前記ナット204に固定された一
対のステー部材205a、205bにより制御軸16が
回転する。
ナット204の位置を前記伝達部材202に近づけるこ
とでバルブリフト量を小さくし、逆に、ナット204の
位置を前記伝達部材202から遠ざけることでバルブリ
フト量を大きくする。また、前記制御軸16の先端に
は、該制御軸16の作動角(VEL作動角)VSC−A
NGLを検出するポテンショメータ式の作動角センサ2
06(調整位置センサ)が設けられており、該作動角セ
ンサ206で検出される実際のVEL作動角VSC−A
NGLが、目標VEL作動角TGVELに一致するよう
に、前記コントロールユニット(C/U)115が前記
アクチュエータ(DCサーボモータ)201をフィード
バック制御する。
U)115による吸入空気量制御(トルク制御)につい
て説明する。 図11に示すように、本実施形態におけ
るコントロールユニット(C/U)115は、目標体積
流量比演算部a、VEL目標作動角演算部b及び目標ス
ロットル開度演算部cを含んで構成される。まず、前記
目標体積流量比演算部aにおける演算処理について説明
する。
ク相当の目標体積流量比TQH0STを算出する。具体
的には、アクセル開度APO及び機関回転速度Neに対
応する(あるいは、アクセル開度APO及び機関回転速
度Neに基づき設定される目標トルクが得られるよう
な)要求空気量(機関要求空気量)Q0を算出する一
方、アイドル回転速度制御(ISC)で要求されるIS
C要求空気量QISCを算出する。そして、前記機関要
求空気量Q0に、前記ISC要求空気量QISCを加算
して全要求空気量(吸入空気量)Q(=Q0+QIS
C)を算出し、これを機関回転速度Ne、排気量(シリ
ンダ総容積)VOL#で順次除算することにより、目標
体積流量比TQH0ST(=Q/(Ne・VOL#))
を算出する。
ける演算処理について説明する。前記VEL目標作動角
演算部bは、前記目標体積流量比TQH0STに基づい
て、圧縮流体式をベースに、前記目標体積流量比TQH
0STを逆変換することで目標バルブ開口面積TVEL
AAを算出する。そして、該目標バルブ開口面積TVE
LAAに基づき算出される目標作動角TGVEL0と前
記可変バルブ機構112の最大作動角VELHLMTと
を比較して最終的な目標作動角TGVELを設定する。
2の目標作動角の設定 図12に具体的な制御ブロック図を示す。図12におい
て、A部では、前記目標体積流量比TQH0STと最小
体積流量比QH0LMTとを比較して大きい方を選択
し、可変バルブ機構VEL112で実現すべき体積流量
比(以下、VEL実現体積流量比という)TQH0VE
Lを設定する。なお、前記最小体積流量比QH0LMT
は、可変バルブ機構(VEL)112によって実現可能
(制御可能)な最小体積流量比(すなわち、VEL作動
角が最小のときの体積流量比)であり、a1部におい
て、機関回転速度Neに基づき図に示すようなテーブル
TQH0LMTを検索することにより算出する。
H0VELを、以下のようにしてバルブ開口面積Av相
当の状態量VACDNV=Av・Cd/N/V(バルブ
開口面積・損失係数/回転速度/排気量)を求める。ま
ず、吸気バルブ105を通過する空気流量(すなわち、
シリンダ吸入空気量)Qc(t)(kg/sec)は、
圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式(1)、
(2)のように表すことができる。
K))、γ:比熱比(=1.4)、Cd:吸気バルブ流
量損失係数、Av:吸気バルブ開口面積(m2)、P
0:吸気バルブ上流圧(例えば、吸気マニホールド圧P
m)(Pa)、Pc:吸気バルブ下流圧(すなわち、シ
リンダ内圧)(Pa)、T0:吸気バルブ上流温度(例
えば、吸気マニホールド温度Tm)(K)である。
は、吸気バルブ105を通過させる空気量を機関(エン
ジン)回転速度Ne、排気量VOL#で除算したもので
あるから、同様にして次式(3)、(4)のように表す
ことができる。
リンダ内圧Pcが分かれば、Cd・Av/(Ne・VO
L#)を算出することでA・Cd/N/V特性に変換で
き、バルブ開口面積Avに相当する状態量VACDNV
を求めることができる。
テーブルTVACDNVをあらかじめ作成しておき、前
記VEL実現体積流量比TQH0VELに基づいて、該
テーブルを検索することでA・Cd/N/V特性への変
換を行っている。なお、前記テーブルTVACDNV
は、例えば以下のようにして作成する。すなわち、前記
VEL実現体積流量比TQH0VELは、非チョーク時
においては、上記式(3)よりCd・Av/(Ne・V
OL#)及びバルブ前後差圧比(Pc/P0)に応じた
値として、チョーク時においては、上記式(4)よりC
d・Av/(Ne・VOL#)に比例した値となること
が判るので、シミュレーションや実験等によりTQH0
VELとCd・Av/(Ne・VOL#)との相関を求
めることで作成する。
NVに、C部において機関回転速度Neを、D部におい
て排気量VOL#を乗算し、流量特性TVELAA0
(=Av・Cd)を算出する。これが、基本的に吸気バ
ルブに要求される開口面積(以下、要求バルブ開口面積
という)とする。E部では、前記要求バルブ開口面積T
VELAA0のVTC補正を行う。具体的には、前記要
求バルブ開口面積TVELAA0を、吸気バルブの閉弁
タイミングに応じたバルブタイミング補正値KHOSI
VCで除算してTVELAA1を算出する。これは、吸
気バルブのバルブタイミング(閉弁タイミングIVC)
を進角させると有効シリンダ容積が減少し、同じバルブ
開口面積であっても体積流量比が減少するため、これに
対応させるように前記基本バルブ開口面積TVELAA
0を補正するものである。なお、バルブタイミング補正
値KHOSIVCの設定は後述する。
AA1に吸気バルブ上流圧(以下、単にバルブ上流圧と
いう)に応じた補正を行う。具体的には、前記TVEL
AA1にバルブ上流圧補正値KMANIPを乗算してT
VELAA2を算出する。これは、スロットル開度に応
じて発生する負圧により体積流量比も変化するため、か
かる変化に対応したバルブ開口面積を求めるものであ
る。スロットル弁103bを全開とするスロットルレス
時においては、バルブ上流圧が大気圧となるので不要で
あるが、実際には、パージ等の負圧要求によりスロット
ルを絞るため必要となる。なお、かかるバルブ上流圧補
正値KMANIPの設定については後述する。
LAA2に機関回転速度Neに応じた補正を行う。具体
的には、前記TVELAA2をVEL開口面積回転補正
値KHOSNEで除算してTVELAAを算出する。こ
れは、可変バルブ機構(VEL)112の特性上、機関
回転速度Neの上昇により慣性力が増加し、同一のVE
L作動角であってもバルブリフト量(バルブ開口面積)
が増えてしまうため、その分の補正を行うものである。
ここで算出されたTVELAAが目標バルブ開口面積で
ある。かかる補正に用いるVEL開口面積回転補正値K
HOSNEは、g1部において、機関回転速度Neに基
づき図に示すようなテーブルTKHOSNEを検索する
ことにより算出する。
LAAに基づき、図に示すようなテーブルTTGVEL
0を用いて、前記目標バルブ開口面積TVELAAをV
EL作動角TGVEL0に変換する。すなわち、バルブ
の開口面積からVEL作動角は一義的に求めることがで
きるので、前記テーブルTTGVEL0をあらかじめ設
定しておくことで、バルブ開口面積をVEL作動角に変
換できる。
Aは流量特性として算出されたものであるので、バルブ
流量損失係数Cdを含んだ状態となっているが、かかる
バルブ流量損失係数Cdはバルブリフト量によって決定
されるため、前記テーブルTTGVEL0(バルブ開口
面積―バルブ作動角変換テーブル)を設定する際に、該
バルブ流量損失係数Cd分もあらかじめ含めておくよう
にする。
作動角TGVEL0と可変バルブ機構(VEL)112
で吸入空気量制御が可能なVEL作動角の上限値、すな
わち、最大VEL作動角VELHLMTとを比較して、
目標VEL作動角TGVELを設定する。具体的には、
図に示すように、TGVEL0≧VELHLMTであれ
ば、VELHLMTを目標VEL作動角TGVELとし
て設定し、TGVEL0<VELHLMTであれば、T
GVEL0を目標VEL作動角TGVELとして設定す
る。
Tは、i1部において、機関回転速度Neに基づきテー
ブル基づき図に示すようなテーブルTVELHLMTを
検索することにより算出する。この結果、コントロール
ユニットC/U115は、実際のVEL作動角VELC
OMが前記目標VEL作動角TGVELとなるように、
前記アクチュエータ201を制御することになる。
SIVCの設定 ここで、図12のE部において用いるバルブタイミング
補正値KHOSIVCの設定について説明する。図13
に制御ブロック図を示す。図13において、e1部で
は、前記可変バルブタイミング機構(VTC)114が
動作していないとき、すなわち、VTC最遅角時におけ
る吸気バルブの閉弁タイミング(以下、IVCという)
の角度V0IVCを、前記可変バルブ機構(VEL)1
12及び可変バルブタイミング機構(VTC)114の
作動角VSC−ANGLに基づき、図に示すようなテー
ブルTV0IVCを参照して求める。
ら吸気側カム軸の回転位相VTCNOWを減算すること
で、実際のIVC角度REALIVCを求める。そし
て、e3部において、前記実際のIVC角度REALI
VCに基づき、図に示すようなテーブルTKHOSIV
Cを検索してバルブタイミング補正値KHOSIVCを
設定し、図12のE部に出力する。
OSIVCには、(1)静的補正(有効シリンダ容積減
少分の補正)、(2)動的補正(機関回転中は、IVC
時の有効シリンダ相当容積の空気量を吸入できないこと
を考慮し、バルブリフト量によって有効シリンダ相当容
積を0〜100%の範囲で可変とする)、(3)バルブ
オーバーラップ分の補正(吸気バルブ105の開弁タイ
ミングIVOに応じた補正)も含まれる(すなわち、前
記テーブルTKHOSIVCは、以上の(1)〜(3)
の要因を含めて設定される)。
Pの設定 次に、図12のF部で用いるバルブ上流圧補正値KMA
NIPの設定について説明する。図14に制御ブロック
図を示す。まず、スロットル弁103bを絞ることによ
りバルブ上流圧(吸気マニホールド内圧力)が変化(P
m0→Pm1)しても吸気バルブ105を通過する空気
量を一定とするには、圧縮性流体の一次元定常流れの式
より次式(5)、(6)が成立する必要がある。
気マニホールド圧≒大気圧)、Pm1:目標Boost
時のバルブ上流圧(吸気マニホールド圧)、Pc0:ス
ロットル弁全開時のバルブ下流圧(≒シリンダ内圧)、
Pc1:目標Boost時のバルブ下流圧(≒シリンダ
内圧)、Av0:スロットル弁全開時の吸気バルブ開口
面積、A1:目標Boost時の吸気バルブ開口面積で
ある。
のときのバルブ開口面積A0に対するバルブ上流圧補正
値KMANIPは、次式(7)、(8)のようになる。
時においては、大気圧/目標Boost(マニホールド
圧)により一義的に決まる。また、(Pc0/Pm0)
≒(Pc1/Pm1)になると考えられるため、非チョ
ーク時においても大気圧/目標Boostが支配的とな
り、いずれの場合においても、バルブ上流圧補正値KM
ANIPを大気圧/目標Boostとすることができ
る。
f1部において、バルブ上流圧補正値KMANIPとし
て大気圧/目標Boost(目標マニホールド圧)を1
点定数で設定(例えば、101.3KPa/88KP
a)し、これを図12のF部に出力するようにした。但
し、前記目標体積流量TQH0STが前記最小体積流量
比QH0LMT以下の場合、すなわち、A部において最
小体積流量比QH0LMTが選択された場合は、バルブ
上流圧の如何にかかわらず最終的に最小体積流量比QH
0LMT相当のバルブ作動角が得られるようにバルブ上
流圧補正値KMANIPとして1.0を出力するように
した。
おける演算処理について説明する。目標スロットル開度
演算部cは、吸気バルブ105が基準のバルブ作動特性
(本実施形態では、前記可変バルブ機構(VEL)11
2が作動してないときとする。以下、Std.バルブ作
動特性という)であるときに要求されるスロットル弁の
開口面積(以下、スロットル要求開口面積という)TV
OAA0を算出し、これを実際の(制御された)吸気バ
ルブのバルブ作動特性変化に応じて補正して目標スロッ
トル開口面積TVOAAを算出する。そして、該目標ス
ロットル開口面積TVOAAに基づいて目標スロットル
開度TDTVOを設定する。
の設定 図15に制御ブロック図を示す。図15において、J部
では、Std.バルブ作動特性時に要求されるスロット
ル弁の開口面積Atに相当する状態量TADNV0を算
出する。具体的には、前記目標体積流量比TQH0ST
に基づいて、図に示すような変換テーブルTTADNV
0を検索することによりTADNV0を算出する。な
お、前記状態量TADNV0は、スロットル弁開口面積
をAt、機関回転速度をNe、排気量(シリンダ容積)
をVOL#としたときにAt/(Ne・VOL#)で表
されるものである。
おいて機関回転速度Neを、L部において排気量VOL
#を乗算し、Std.バルブ作動特性時におけるスロッ
トル要求開口面積TVOAA0を算出する。M部では、
算出したスロットル要求開口面積TVOAA0に、実際
の吸気バルブ105の作動特性、すなわち、作動特性の
変化に応じた補正を行う。具体的には、前記スロットル
要求開口面積TVOAAに吸気バルブ開度補正値KAV
ELを乗算して目標スロットル開口面積TVOAAを算
出する。なお、吸気バルブ開度補正値KAVELの設定
については後述する。
積TAVOAAに基づいて、図に示すような変換テーブ
ルTTDTVOを検索して目標スロットル開度TDTV
Oを設定する。この結果、コントロールユニット(C/
U)115は、実際のスロットル弁103bの開度が前
記目標スロットル開度TDTVOに収束するように前記
電子制御スロットル104を制御することになる。
Lの設定 ここで、図15のM部で用いる吸気バルブ開度補正値K
AVELの設定について説明する。図16に制御ブロッ
ク図を示す。まず、スロットル弁103bを通過する空
気流量Qth(t)(kg/sec)は、圧縮性流体の
一次元定常流れの式より次式(9)、(10)のように
表すことができる。
(Pa)、Ta:外気温度(K)、At:スロットル開
口面積(m2)である。これより、吸気バルブ105の
作動特性が変化(状態0→状態1)しても空気量を一定
にするためには、次式(11)が成立する必要がある。
d.バルブ作動特性時の吸気マニホールド圧、Pm'
1:可変バルブ機構(VEL)作動時の吸気マニホール
ド圧、At0:Std.バルブ作動特性時のスロットル
弁開口面積、At1:可変バルブ機構(VEL)作動時
のスロットル開口面積である。
ットル開口面積At0に対する吸気バルブ開度補正値K
AVELは、次式(12)のようになる。
td.バルブ作動特性時の圧力比(Pm'0/Pa)
を、目標体積流量比TQH0STと機関回転速度Neに
基づいて図に示すようなあらかじめ全性能的に割り付け
られたマップを参照して求める。
ルブ作動特性時の圧力比(Pm'/Pa)に基づいて、
図に示すテーブルTBLKPA0を検索して係数KPA
0を算出する。なお、かかる係数KPA0は、次式(1
3)で表せるものであり、前記式(12)の分子の値に
相当する。
(Pm'1/Pa)は、以下のようにして算出する。ま
ず、シリンダ内に吸入される空気量(実吸入空気量)Q
acylは、新気割合をηとすると次式(14)で表す
ことができる。
る。
(実吸入空気量)Qacylであり、「TP100」
は、スロットル弁103b全開時においてシリンダに吸
入される空気量でTP100=(VOL・Pa)/(R
・Ta)で算出されるものである。また、「VOL」
は、吸気バルブ105の各バルブ作動特性における有効
シリンダ容積である。
合ηを求めることで、吸気マニホールド圧力Pm'を検
出することなく圧力比(Pm'1/Pa)が算出でき
る。そこで、本実施形態では、図13のm3部におい
て、スロットル弁103b全開時の各バルブ作動特性に
おける吸気バルブ105通過体積流量比WQH0VEL
に変換定数TPGAIN#を乗算することでTP100
を算出する。なお、ここで用いる体積流量比WQH0V
ELの算出については後述する。
ロットル弁103bが絞られている時の各バルブ作動特
性における吸気バルブ105通過体積流量比RQH0V
EL(=実機関体積流量比)と機関回転速度Neに基づ
いて、図に示すようなあらかじめ全性能的に割り付けら
れたマップを参照して算出する。なお、ここで用いる体
積流量比RQH0VELの算出については後述する。
て算出するものに限られず、例えば運転状態に基づいて
推定するようにしてもよい。そして、m5部において実
吸入空気量「TP」に前記新気割合ηを乗算して「TP
100・η」を算出し、m6部において「TP/(TP
100.η)」を算出する。これが、可変動弁機構(V
EL)112作動時の圧力比(Pm'1/Pa)であ
る。
EL)112作動時の圧力比(Pm'/Pa)に基づい
て、図に示すテーブルTKPA1を検索して係数KPA
1を算出する。かかる係数KPA1は、次式(16)で
表せるものであり、前記式(12)の分母の値に相当す
る。
で算出した係数KAP1で除算することで吸気バルブ開
度補正値KAVELを設定し、図15のM部に出力す
る。
吸気バルブ105通過体積流量比WQH0VEL及び実
機関体積流量比RQH0VELの算出 かかる算出は、可変バルブ機構(VEL)112及び可
変バルブタイミング機構(VTC)114の作動角から
吸気バルブ105の開口面積を求め、これを体積流量比
に変換して行う。図17に制御ブロック図を示す。
L)112及び可変バルブタイミング機構(VTC)1
14の作動角から求まる可変バルブ機構(VEL)11
2の実際の角度VELREALに基づいて、図に示すよ
うなテーブルTAAVEL0を検索して吸気バルブ10
5の開口面積AAVEL0を算出する。m11部では、
図12のG部と同様に、機関回転速度Neに応じてVE
L開口面積回転補正を行い、AAVELを算出する。
において機関回転速度Neで除算し、m13部において
排気量(シリンダ容積)VOL#で除算して、A/N/
V特性とする。m14部では、図に示すようなテーブル
TWH0VEL0を検索して、A/N/V特性を体積流
量比WH0VEL0へと変換する。
と同様にVTC補正を行い、スロットル弁103b全開
時の吸気バルブ105通過体積流量比WQH0VELを
算出して、図16のm3部へ出力する。一方、m16部
では、m11部で算出したAAVELに、実際の吸気マ
ニホールド圧Pmと大気圧Paの比(Pm/Pa)を乗
算してAAVEL'を算出する。
おいて機関回転速度Neで除算し、m18部において排
気量(シリンダ容積)VOL#で除算して、A/N/V
特性とする。m19部では、m14部と同様に、図に示
すようなテーブルTRH0VEL0を検索して、A/N
/V特性を体積流量比RH0VEL0へと変換する。
12のE部)と同様にVTC補正を行い、実体積流量比
RQH0VELを算出して、図16のm4部へ出力す
る。以上説明したように、可変バルブ機構(VEL)1
12と前記電子制御スロットル104とを協調させた制
御を行うので、可変バルブ機構(VEL)112による
吸入空気量制御(トルク制御)を可能にしつつ、可変バ
ルブ機構(VEL)のみでは対応できない負圧要求に対
しては、電子制御スロットル104を制御し、運転状態
に応じて最適な制御を実現できる。
成のものに限定するものではなく、他の構成によるもの
であってもよく、また、吸気バルブ105のバルブ作動
特性を可変するものに限られず、排気バルブ107のバ
ルブ作動特性を吸気バルブ105と共に可変するもので
あってもよい。
Lの断面図(図3のA−A断面図)。
ムを示す斜視図。
を示す断面図(図3のB−B断面図)。
を示す断面図(図3のB−B断面図)。
基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
とバルブリフトの特性図。
回転駆動機構を示す斜視図。
御を示す全体ブロック図。
すブロック図。
ためのバルブタイミング補正値KHOSIVCの設定を
示すブロック図。
めのバルブ上流圧補正値KMANIPの設定を示す図。
すブロック図。
量比WQH0VEL及び実際の吸気バルブ通過体積流量
比RQH0VELの算出を示すブロック図。
Claims (15)
- 【請求項1】機関の少なくとも吸気バルブのバルブ作動
特性を可変する可変動弁機構と、 機関の運転状態に応じて目標トルク相当の目標吸入空気
量を設定する目標吸入空気量設定手段と、 前記目標吸入空気量に基づいて前記可変動弁機構の目標
バルブ作動特性を設定する目標バルブ作動特性設定手段
と、 実際のバルブ作動特性が前記目標バルブ作動特性に収束
するように前記可変動弁機構の駆動を制御する可変動弁
機構駆動手段と、 前記目標吸入空気量とバルブ作動特性に基づいて吸気通
路に設けられたスロットル弁の目標スロットル開度を設
定する目標スロットル開度設定手段と、 実際のスロットル弁開度が前記目標スロットル開度に収
束するように前記スロットル弁を制御するスロットル弁
制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 【請求項2】前記目標吸入空気量設定手段は、アクセル
開度と機関回転速度とに基づいて前記目標トルク相当の
目標吸入空気量を設定することを特徴とする請求項1記
載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項3】前記目標バルブ作動特性設定手段は、機関
の目標体積流量比と前記可変動弁機構で吸入空気量制御
可能な体積流量比の下限値とを比較して大きい方を可変
動弁機構に要求される要求体積流量比として設定し、該
要求体積流量比に基づいて可変動弁機構の目標バルブ作
動特性を設定することを特徴とする請求項1又は請求項
2記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項4】前記下限値は、機関回転速度に基づいて算
出されることを特徴とする請求項3記載の内燃機関の制
御装置。 - 【請求項5】前記目標バルブ作動特性設定手段は、 前記要求体積流量比を吸気バルブに要求される要求開口
面積に変換するバルブ開口面積変換手段と、 前記要求開口面積を機関の運転状態に応じて補正する開
口面積補正手段と、 補正後の開口面積をバルブ作動特性に変換するバルブ作
動特性変換手段と、 を備え、 前記バルブ作動特性変換手段により変換されたバルブ作
動特性を目標バルブ作動特性として設定することを特徴
とする請求項3又は請求項4記載の内燃機関の制御装
置。 - 【請求項6】前記目標バルブ作動特性設定手段は、 前記バルブ作動特性変換手段により変換されたバルブ作
動特性と前記可変動弁機構で吸入空気量制御可能なバル
ブ作動特性の上限値とを比較する比較手段を更に備え、 前記変換されたバルブ作動特性が前記上限値以上である
ときには、該上限値を目標バルブ作動特性として設定す
ることを特徴とする請求項5記載の内燃機関の制御装
置。 - 【請求項7】前記上限値は、機関回転速度に基づいて算
出されることを特徴とする請求項6記載の内燃機関の制
御装置。 - 【請求項8】前記開口面積補正手段は、前記要求開口面
積を実際の吸気バルブの閉弁タイミングに応じて補正す
ることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1
つに記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項9】前記開口面積補正手段は、前記要求開口面
積を吸気バルブ上流側の吸気圧力に応じて補正すること
を特徴とする請求項5から請求項8のいずれか1つに記
載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項10】前記開口面積補正手段は、前記目標体積
流量比が前記可変動弁機構で制御可能な体積流量比の下
限値以下である場合には、前記吸気バルブ上流側の吸気
圧力に応じた補正を行わないことを特徴とする請求項9
記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項11】前記開口面積補正手段は、前記要求開口
面積を機関回転速度に応じて補正することを特徴とする
請求項5から請求項10のいずれか1つに記載の内燃機
関の制御装置。 - 【請求項12】前記目標スロットル開度設定手段は、 機関の目標体積流量比を吸気バルブが基準バルブ作動特
性であるときに要求されるスロットル要求開口面積に変
換するスロットル開口面積変換手段と、 前記スロットル要求開口面積を実際の吸気バルブのバル
ブ作動特性に応じて補正するスロットル開口面積補正手
段と、 補正後のスロットル開口面積をスロットル弁開度に変換
するスロットル開度変換手段と、 を備えることを特徴とする請求項1から請求項11のい
ずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項13】前記スロットル開口面積補正手段は、吸
気バルブが前記基準バルブ作動特性であるときの吸気バ
ルブ上流側の吸気圧力と大気圧との比と、実際の吸気バ
ルブ上流側の吸気圧力と大気圧との比と、に基づいて補
正係数を算出し、算出した補正係数を用いて前記スロッ
トル要求開口面積を補正することを特徴とする請求項1
2記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項14】前記実際の吸気バルブ上流側の吸気圧力
と大気圧との比は、実際に機関に吸入される実吸入空気
量と、スロットル弁を全開としたときに機関に吸入され
る全開時吸入空気量と、機関の運転状態に応じて設定さ
れる新気割合と、に基づいて算出されることを特徴とす
る請求項13記載の内燃機関の制御装置。 - 【請求項15】前記可変動弁機構は、 クランク軸に同期して回転する駆動軸と、 該駆動軸の固定された駆動カムと、 揺動することでバルブを開閉作動する揺動カムと、 一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と
連係する伝達機構と、 該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸
と、 該制御軸を回動するアクチュエータと、を含んで構成さ
れ、 前記アクチュエータによって前記制御軸を回動制御する
ことによりバルブリフト量を可変することを特徴とする
請求項1から請求項14のいずれか1つに記載の可変動
弁機構の制御装置。
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2001
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