JP2004100471A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】筒内圧力センサで検出した筒内圧力CPに基づいて実吸気ポンプ損失INLOSSと実排気ポンプ損失EXLOSSを算出し、その時のエンジン運転状態において許容される範囲内で実吸気ポンプ損失INLOSSを最小にするように目標吸気ポンプ損失TGINLOSSを設定すると共に、目標排気ポンプ損失TGEXLOSSを例えば0に設定する。そして、実吸気ポンプ損失INLOSSを目標吸気ポンプ損失TGINLOSSに一致させるように吸気バルブリフト量VVLinと吸気バルブタイミングVVTinを補正し、実排気ポンプ損失EXLOSSを目標排気ポンプ損失TGEXLOSSに一致させるように排気バルブリフト量VVLexと排気バルブタイミングVVTexを補正する。
【選択図】 図16
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブ及び/又は排気バルブのバルブ制御量を可変する可変バルブ機構を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両に搭載される内燃機関においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミング、リフト量、作用角(開弁期間)等のバルブ制御量を可変する可変バルブ制御装置を採用したものが増加しつつある。
【0003】
一般に、このような可変バルブ制御装置では、エンジン運転状態等に応じてマップ等により吸気バルブや排気バルブの目標バルブ制御量を設定し、吸気バルブや排気バルブの実バルブ制御量を目標バルブ制御量に制御することで、内燃機関の目標性能を確保するようにしている。
【0004】
例えば、極低負荷時に、吸気バルブの開弁タイミングを吸気上死点よりも遅角側に設定した目標開弁位置に制御することで、吸気行程中に吸気バルブが開弁する前にピストンの下降によって筒内圧力を負圧にするように低下させ、これにより吸気バルブ開弁時の吸気流速を上昇させて筒内混合気の流動特性を向上させ、燃焼状態を安定させるようにしたものがある。また、低負荷時に、吸気バルブの開弁タイミングを吸気上死点付近に設定した目標開弁位置まで進角制御することで、吸気行程中の筒内圧力の低下量(負圧量)を少なくしてポンプ損失を低減し、燃費を向上させるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−263105号公報(第6頁等)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の可変バルブ制御装置では、吸気バルブや排気バルブの実バルブ制御量を目標バルブ制御量に制御することで、内燃機関の目標性能を確保するようにしているため、何等かの原因で、実バルブ制御量を検出するセンサ(例えば実リフト量を検出するリフトセンサ)の検出誤差が大きくなったり、バルブ制御量の基準位置(例えばバルブタイミングの最遅角位置)の学習値の誤差が大きくなったりすると、実バルブ制御量を目標バルブ制御量に精度良く制御できなくなって、内燃機関の目標性能を達成することができなくなってしまう。また、実バルブ制御量を検出するセンサを用いる場合は、そのセンサが故障すると、可変バルブ制御を行うことができなくなってしまう。
【0007】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、吸気バルブや排気バルブのバルブ制御量を内燃機関の目標性能が得られる適正値に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の内燃機関の制御装置は、内燃機関の少なくとも1つの気筒の筒内圧力を筒内圧力検出手段により検出又は推定し、その筒内圧力に基づいて内燃機関のポンプ損失又はこれと相関関係にあるパラメータ(以下これらを「ポンプ損失パラメータ」と総称する)をポンプ損失算出手段により算出し、そのポンプ損失パラメータを所定の目標値に一致させるように可変バルブ機構をポンプ損失制御手段によって制御するようにしたものである。
【0009】
この構成では、内燃機関のポンプ損失によって内燃機関の諸性能が変化することに着目して、実際に算出したポンプ損失パラメータを目標値に一致させるように可変バルブ機構を制御するので、内燃機関の目標性能が得られる適正なポンプ損失となるように吸気バルブや排気バルブのバルブ制御量を制御することができ、出力向上、燃費節減、排気エミッション低等に貢献することができる。
【0010】
この場合、請求項2のように、筒内圧力検出手段として、内燃機関の少なくとも1つの気筒に設けられた筒内圧力センサを用いるようにすると良い。このようにすれば、筒内圧力センサにより実際の筒内圧力を精度良く検出することができるので、筒内圧力に基づいて算出するポンプ損失パラメータの算出精度を向上させることができる。
【0011】
また、ポンプ損失パラメータの算出方法の具体例としては、請求項3のように、筒内圧力(指圧)と筒内容積との関係を示す指圧線図(PV線図)において、筒内圧力が排気圧力に対して負圧になる領域の面積をポンプ損失パラメータとして算出すると良い。このようにすれば、ポンプ損失の総量を精度良く現わしたポンプ損失パラメータを算出することができる。
【0012】
或は、請求項4のように、排気圧力と所定クランク角における筒内圧力との差をポンプ損失パラメータとして算出するようにしても良い。排気圧力と、その排気圧力に対して筒内圧力が負圧になる領域の筒内圧力との差によってポンプ損失が変化するので、排気圧力と、その排気圧力に対して筒内圧力が負圧になる所定クランク角における筒内圧力との差をポンプ損失パラメータとして算出すれば、ポンプ損失を反映したポンプ損失パラメータを算出することができる。この場合、筒内圧力が排気圧力に対して負圧になる領域の面積をポンプ損失パラメータとして算出する場合に比べて、ポンプ損失パラメータを算出する際の演算負荷を軽減することができる利点がある。
【0013】
また、請求項5のように、ポンプ損失パラメータの目標値は、内燃機関の運転状態において許容される範囲内でポンプ損失パラメータを最小にするように設定すると良い。このようにすれば、内燃機関の運転に悪影響を及ぼすことなく適正な運転状態を確保しながら、ポンプ損失を最小にして燃費を向上させることができる。
【0014】
或は、請求項6のように、ポンプ損失パラメータの目標値は、ポンプ損失パラメータを所定値以上にするように設定するようにしても良い。このようにすれば、吸気行程で発生するポンプ損失(吸気ポンプ損失)を増加させて、吸気行程中の筒内圧力を負圧にするように低下させることができ、これにより吸気バルブ開弁時の吸気流速を上昇させて筒内混合気の流動特性を向上させ、燃焼状態を安定させることができる。
【0015】
一般に、ポンプ損失は吸気行程で発生する他、アイドル運転時等の低負荷時には、膨張行程の終了前に筒内圧力が排気圧力よりも低くなって、膨張行程後半から排気行程前半にかけてポンプ損失(排気ポンプ損失)が発生することがある。
【0016】
そこで、請求項7のように、吸気行程で発生するポンプ損失を制御する場合には吸気バルブのバルブ制御量を可変し、膨張行程から排気行程で発生するポンプ損失を制御する場合には排気バルブのバルブ制御量を可変するようにすると良い。これにより、吸気行程で発生するポンプ損失と、膨張行程から排気行程で発生するポンプ損失とを独立して制御することができる。
【0017】
また、請求項8のように、ポンプ損失パラメータの目標値は、内燃機関の減速運転時にポンプ損失パラメータを増加させるように設定しても良い。このようにすれば、減速運転時のエンジンブレーキ性能をポンプ損失の増加によって向上させることができる。また、減速運転時は、吸入空気量が減少して燃焼状態が悪化しやすいが、ポンプ損失の増加によって燃焼状態を安定化させてドライバビリティ向上効果やエンスト防止効果も得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
《実施形態(1)》
以下、本発明の実施形態(1)を図1乃至図16に基づいて説明する。まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ14が設けられている。このエアフロメータ14の下流側には、DCモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ15とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
【0019】
更に、スロットルバルブ15の下流側には、サージタンク17が設けられ、このサージタンク17に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ18が設けられている。また、サージタンク17には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ21が取り付けられ、各点火プラグ21の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【0020】
また、エンジン11の吸気バルブ28と排気バルブ29には、それぞれバルブリフト量を可変する可変吸気バルブリフト機構30と可変排気バルブリフト機構31が設けられている。更に、吸気バルブ28と排気バルブ29には、それぞれバルブタイミング(開閉タイミング)を可変する可変吸気バルブタイミング機構と可変排気バルブタイミング機構(いずれも図示せず)が設けられている。
【0021】
一方、エンジン11の排気管22には、排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化する三元触媒等の触媒23が設けられ、この触媒23の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーン等を検出する排出ガスセンサ24(空燃比センサ、酸素センサ等)が設けられている。また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ25や、エンジン11のクランク軸が一定クランク角(例えば30℃A)回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ26が取り付けられている。このクランク角センサ26の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【0022】
更に、エンジン11の少なくとも1つの気筒には、筒内圧力(指圧)を検出する筒内圧力センサ42(筒内圧力検出手段)が設けられている。或は、少なくとも1つの気筒の点火プラグ21を、筒内圧力センサ付きの点火プラグとしても良い。
【0023】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)27に入力される。このECU27は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁20の燃料噴射量や点火プラグ21の点火時期を制御する。
【0024】
次に、図2乃至図5に基づいて可変吸気バルブリフト機構30の構成を説明する。尚、可変排気バルブリフト機構31は、可変吸気バルブリフト機構30と実質的に同一構成であるため、説明を省略する。
【0025】
図2に示すように、吸気バルブ28を駆動するためのカムシャフト32とロッカーアーム33との間に、リンクアーム34が設けられ、このリンクアーム34の上方に、ステッピングモータ等のモータ41で回動駆動されるコントロールシャフト35が設けられている。コントロールシャフト35には、偏心カム36が一体的に回動可能に設けられ、この偏心カム36の軸心に対して偏心した位置に、リンクアーム34が支持軸(図示せず)を介して揺動可能に支持されている。このリンクアーム34の中央部には、揺動カム38が設けられ、この揺動カム38の側面が、カムシャフト32に設けられたカム37の外周面に当接している。また、リンクアーム34の下端部には、押圧カム39が設けられ、この押圧カム39の下端面が、ロッカーアーム33の中央部に設けられたローラ40の上端面に当接している。
【0026】
これにより、カムシャフト32の回転によってカム37が回転すると、そのカム37の外周面形状に追従してリンクアーム34の揺動カム38が左右に移動して、リンクアーム34が左右に揺動する。リンクアーム34が左右に揺動すると、押圧カム39が左右に移動するため、押圧カム39の下端面形状に応じてロッカーアーム33のローラ40が上下に移動して、ロッカーアーム33が上下に揺動する。このロッカーアーム33の上下動によって吸気バブル28が上下動するようになっている。
【0027】
一方、コントロールシャフト35の回転によって偏心カム36が回転すると、リンクアーム34の支持軸の位置が移動して、リンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置(図3、図4参照)が変化する。また、図2に示すように、リンクアーム34の押圧カム39の下端面は、左側部分にロッカーアーム33の押圧量が0(吸気バルブ28のバルブリフト量が0)となるような曲率でベース曲面39aが形成され、このベース曲面39aから右方に向かうに従ってロッカーアーム33の押圧量が大きくなる(吸気バルブ28のバルブリフト量が大きくなる)ような曲率で押圧曲面39bが形成されている。
【0028】
図3に示すように、吸気バルブ28のバルブリフト量を大きくする高リフトモードの場合には、コントロールシャフト35の回転によってリンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置を右方に移動させる。これにより、カム37の回転によって押圧カム39が左右に移動したときに押圧カム39の下端面のうちローラ40に接触する区間が右方に移動するため、ロッカーアーム33の最大押圧量が大きくなって吸気バルブ28の最大バルブリフト量が大きくなると共に、ロッカーアーム33が押圧される期間が長くなって吸気バブル28の開弁期間が長くなる。
【0029】
一方、図4に示すように、吸気バルブ28のバルブリフト量を小さくする低リフトモードの場合には、コントロールシャフト35の回転によってリンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置を左方に移動させる。これにより、カム37の回転によって押圧カム39が左右に移動したときに押圧カム39の下端面のうちローラ40に接触する区間が左方に移動するため、ロッカーアーム33の最大押圧量が小さくなって吸気バルブ28の最大バルブリフト量が小さくなると共に、ロッカーアーム33が押圧される期間が短くなって吸気バブル28の開弁期間が短くなる。
【0030】
以上説明した可変吸気バルブリフト機構30では、モータ41でコントロールシャフト35を回転させてリンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置を連続的に移動させれば、図5に示すように、全気筒の吸気バルブ28の最大バルブリフト量と開弁期間(以下単に「バルブリフト量」という)を一括して連続的に可変することができる。
【0031】
ECU27は、ROMに記憶された可変バルブ制御プログラム(図示せず)を実行することで、アクセル開度やエンジン運転状態等に基づいて可変吸気バルブリフト機構30を制御して、吸気バルブ28のバルブリフト量を連続的に可変して吸入空気量を制御する。尚、可変吸気バルブリフト機構30と可変吸気バルブタイミング機構を併用したシステムの場合には、バルブリフト量とバルブタイミングの両方を連続的に可変して吸入空気量を制御するようにしても良い。
【0032】
また、ECU27は、後述するポンプ損失制御用の各ルーチンを実行することで、筒内圧力センサ42で検出した筒内圧力CP(指圧)に基づいてエンジン11の吸気行程で発生する実吸気ポンプ損失INLOSS(図13参照)と膨張行程後半から排気行程前半で発生する実排気ポンプ損失EXLOSS(図13参照)を算出する。そして、実吸気ポンプ損失INLOSSを目標吸気ポンプ損失TGINLOSSに一致させるように、吸気バルブ28のバルブリフト量VVLinとバルブタイミングVVTinを補正し、実排気ポンプ損失EXLOSSを目標排気ポンプ損失TGEXLOSSに一致させるように、排気バルブ29のバルブリフト量VVLexとバルブタイミングVVTexを補正する。
以下、本実施形態(1)でECU27が実行するポンプ損失制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。
【0033】
[ポンプ損失制御ベースルーチン]
図6に示すポンプ損失制御ベースルーチンは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいうポンプ損失制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、可変バルブ制御を実行中であるか否かを判定する。可変バルブ制御を実行中でなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
【0034】
一方、可変バルブ制御を実行中であると判定された場合には、ステップ102に進み、筒内圧力センサ42で検出した筒内圧力CPを読み込む。そして、次のステップ103で、後述する図12に示す実ポンプ損失算出ルーチンを実行して、吸気行程で発生する実吸気ポンプ損失INLOSSと、膨張行程から排気行程で発生する実排気ポンプ損失EXLOSSを算出する。
【0035】
この後、ステップ104に進み、後述する図14に示す目標ポンプ損失算出ルーチンを実行して、目標吸気ポンプ損失TGINLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSを算出する。
【0036】
そして、次のステップ105で、実吸気ポンプ損失INLOSSと目標吸気ポンプ損失TGINLOSSとの偏差ΔINLOSSと、実排気ポンプ損失EXLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSとの偏差ΔEXLOSSを算出する。
ΔINLOSS=INLOSS−TGINLOSS
ΔEXLOSS=EXLOSS−TGEXLOSS
【0037】
この後、ステップ106に進み、図7に示す吸気バルブリフト変更量ΔVVLinのマップを検索して、現在の実吸気ポンプ損失INLOSSと目標吸気ポンプ損失TGINLOSSとの偏差ΔINLOSSに応じた吸気バルブリフト変更量ΔVVLinを算出し、この吸気バルブリフト変更量ΔVVLinを用いて吸気バルブリフト量VVLinを次式により補正する。
VVLin=VVLin+ΔVVLin
【0038】
ここで、図7に示す吸気バルブリフト変更量ΔVVLinのマップは、実吸気ポンプ損失INLOSSと目標吸気ポンプ損失TGINLOSSとの偏差ΔINLOSSが0のときに吸気バルブリフト変更量ΔVVLinが0となり、偏差ΔINLOSSが0よりも大きくなるほど吸気バルブリフト変更量ΔVVLinが大きくなり、偏差ΔINLOSSが0よりも小さくなるほど吸気バルブリフト変更量ΔVVLinが0よりも小さくなるように設定されている。
【0039】
この後、ステップ107に進み、図8に示す吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinのマップを検索して、現在の実吸気ポンプ損失INLOSSと目標吸気ポンプ損失TGINLOSSとの偏差ΔINLOSSに応じた吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinを算出し、この吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinを用いて吸気バルブタイミングVVTinを次式により補正する。
VVTin=VVTin+ΔVVTin
【0040】
ここで、図8に示す吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinのマップは、実吸気ポンプ損失INLOSSと目標吸気ポンプ損失TGINLOSSとの偏差ΔINLOSSが0のときに吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinが0となり、偏差ΔINLOSSが0よりも大きくなるほど吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinが大きくなり、偏差ΔINLOSSが0よりも小さくなるほど吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinが0よりも小さくなるように設定されている。
【0041】
この後、ステップ108に進み、図9に示す排気バルブリフト変更量ΔVVLexのマップを検索して、現在の実排気ポンプ損失EXLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSとの偏差ΔEXLOSSに応じた排気バルブリフト変更量ΔVVLexを算出し、この排気バルブリフト変更量ΔVVLexを用いて排気バルブリフト量VVLexを次式により補正する。
VVLex=VVLex+ΔVVLex
【0042】
ここで、図9に示す排気バルブリフト変更量ΔVVLexのマップは、実排気ポンプ損失EXLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSとの偏差ΔEXLOSSが0以下の領域で排気バルブリフト変更量ΔVVLexが0となり、偏差ΔEXLOSSが0よりも大きくなるほど排気バルブリフト変更量ΔVVLexが0よりも小さくなるように設定されている。
【0043】
この後、ステップ109に進み、図10に示す排気バルブタイミング進角量ΔVVTexのマップを検索して、現在の実排気ポンプ損失EXLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSとの偏差ΔEXLOSSに応じた排気バルブタイミング進角量ΔVVTexを算出し、この排気バルブタイミング進角量ΔVVTexを用いて排気バルブタイミング量VVTexを補正する。
VVTex=VVTex+ΔVVTex
【0044】
ここで、図10に示す排気バルブタイミング進角量ΔVVTexのマップは、実排気ポンプ損失EXLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSとの偏差ΔEXLOSSが0以下の領域で排気バルブタイミング進角量ΔVVTexが0となり、偏差ΔEXLOSSが0よりも大きくなるほど排気バルブタイミング進角量ΔVVTexが0よりも小さくなるように設定されている。
【0045】
以上の処理により、図11に示すように、偏差ΔINLOSSが0よりも大きくなるほど(つまり実吸気ポンプ損失INLOSSが目標吸気ポンプ損失TGINLOSSに対して大きくなるほど)、吸気バルブリフト量VVLinを大きくすると共に、吸気バルブタイミングVVTinを進角する(吸気バルブ28の開弁タイミングを進角する)。これにより、吸気行程中の筒内圧力CPの低下量(負圧量)を小さくして、吸気行程付近で筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積(図13参照)を小さくし、実吸気ポンプ損失INLOSSを小さくする。
【0046】
一方、偏差ΔINLOSSが0よりも小さくなるほど(つまり実吸気ポンプ損失INLOSSが目標吸気ポンプ損失TGINLOSSに対して小さくなるほど)、吸気バルブリフト量VVLinを小さくすると共に、吸気バルブタイミングVVTinを遅角する(吸気バルブ28の開弁タイミングを遅角する)。これにより、吸気行程中の筒内圧力CPの低下量(負圧量)を大きくして、吸気行程付近で筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積(図13参照)を大きくし、実吸気ポンプ損失INLOSSを大きくする。
【0047】
また、偏差ΔEXLOSSが0よりも大きくなるほど(つまり実排気ポンプ損失EXLOSSが目標排気ポンプ損失TGEXLOSSに対して大きくなるほど)、排気バルブリフト量VVLexを小さくすると共に、排気バルブタイミングVVTexを遅角する(排気バルブ29の開弁タイミングを遅角する)。これにより、排気行程初期の筒内圧力CPを低下させて、膨張行程後半から排気行程前半にかけて筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積(図13参照)を小さくして、実排気ポンプ損失EXLOSSを小さくする。
【0048】
[実ポンプ損失算出ルーチン]
図12に示す実ポンプ損失算出ルーチンは、図6のステップ103で起動されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいうポンプ損失算出手段としての役割を果たす。
【0049】
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、クランク角センサ26の出力信号から検出した現在のクランク角θを読み込んだ後、ステップ202に進み、現在のクランク角θに対応する筒内圧力CP(θ)を読み込むと共に、現在のクランク角θに対応する筒内容積V(θ)を算出して読み込む。
【0050】
この後、ステップ203に進み、図13に示すように、筒内圧力CPと筒内容積Vとの関係を示す指圧線図(PV線図)において、圧縮行程の指圧線が排気行程の指圧線を横切るときのクランク角θ1 と、排気行程の指圧線が圧縮行程の指圧線を横切るときのクランク角θ2 を次のようにして求める。
【0051】
圧縮行程中の筒内圧力CP(θ1 )=排気行程中の筒内圧力CP(θ2 )と、圧縮行程中の筒内容積V(θ1 )=排気行程中の筒内容積V(θ2 )の両条件を満たす圧縮行程中のクランク角θ1 と排気行程中のクランク角θ2 を求める。
【0052】
この後、ステップ204に進み、クランク角θ2 からクランク角θ1 まで筒内圧力CP(θ)を積算して吸気行程付近で筒内圧力CPが排気圧力(ほぼ大気圧)に対して負圧になる領域の面積を求め、それを実吸気ポンプ損失INLOSS(ポンプ損失パラメータ)とする。
【0053】
【数1】
【0054】
但し、筒内容積Vの減少時(排気行程時と圧縮行程時)には、筒内圧力CPをマイナス値(CP=−CP)として積算する。実吸気ポンプ損失INLOSSは絶対値(プラス値)として求める。
【0055】
この後、ステップ205に進み、膨張行程中の筒内圧力CP(θ3 )=排気行程中の筒内圧力CP(θ4 )と、膨張行程中の筒内容積V(θ3 )=排気行程中の筒内容積V(θ4 )の両条件を満たす膨張行程中のクランク角θ3 と排気行程中のクランク角θ4 が存在するか否かを判定する。これにより、図13に示すように、筒内圧力CPと筒内容積Vとの関係を示す指圧線図において、膨張行程の指圧線と排気行程の指圧線とが交差しているか否かを判定する。
【0056】
その結果、クランク角θ3 、θ4 が存在する(つまり膨張行程の指圧線と排気行程の指圧線とが交差している)と判定された場合には、ステップ206に進み、クランク角θ3 からクランク角θ4 まで筒内圧力CP(θ)を積算して膨張行程後半から排気行程前半にかけて筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積を求め、それを実排気ポンプ損失EXLOSS(ポンプ損失パラメータ)とする。
【0057】
【数2】
【0058】
但し、筒内容積Vの減少時(排気行程時)には、筒内圧力CPをマイナス値(CP=−CP)として積算する。実排気ポンプ損失EXLOSSは絶対値(プラス値)として求める。
【0059】
[目標ポンプ損失算出ルーチン]
図14に示す目標ポンプ損失算出ルーチンは、図6のステップ104で起動されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ301で、エンジン運転状態の情報として、例えばエンジン回転速度NEと吸入空気量GAを読み込む。
【0060】
この後、ステップ302に進み、図15に示す目標吸気ポンプ損失TGINLOSSのマップを検索して、現在のエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度NEと吸入空気量GA)に応じた目標吸気ポンプ損失TGINLOSSを算出する。この図15に示す目標吸気ポンプ損失TGINLOSSのマップは、現在のエンジン運転状態において許容される範囲内で実吸気ポンプ損失INLOSSを最小にするように目標吸気ポンプ損失TGINLOSSが設定されている。
そして、次のステップ303で、目標排気ポンプ損失TGEXLOSSを「0」に設定する。
【0061】
以上説明した本実施形態(1)のポンプ損失制御の実行例を図16に示すタイムチャートを用いて説明する。
エンジン11の1サイクル毎(720℃A毎)に筒内圧力センサ42で検出した筒内圧力CPに基づいて実吸気ポンプ損失INLOSSと実排気ポンプ損失EXLOSSを算出する。
【0062】
そして、実吸気ポンプ損失INLOSSと目標吸気ポンプ損失TGINLOSSとの偏差ΔINLOSSに応じて、吸気バルブリフト量VVLinと吸気バルブタイミングVVTinを補正し、実吸気ポンプ損失INLOSSを目標吸気ポンプ損失TGINLOSSに近づける。
【0063】
更に、実排気ポンプ損失EXLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSとの偏差ΔEXLOSSに応じて、排気バルブリフト量VVLexと排気バルブタイミングVVTexを補正し、実排気ポンプ損失EXLOSSを目標排気ポンプ損失TGEXLOSSに近づける。
【0064】
以上説明した本実施形態(1)では、エンジン11のポンプ損失によってエンジン性能が変化することに着目して、筒内圧力CPに基づいて算出した実吸気ポンプ損失INLOSSや実排気ポンプ損失EXLOSSを、目標吸気ポンプ損失TGINLOSSや目標排気ポンプ損失TGEXLOSSに一致させるように、吸気バルブ28や排気バルブ29のバルブ制御量(バルブリフト量とバルブタイミング)を補正するようにしたので、エンジン11の目標性能が得られる適正なポンプ損失となるように吸気バルブ28や排気バルブ29のバルブ制御量を制御することができる。このため、実リフト量を検出するリフトセンサの検出誤差やバルブタイミングの最遅角位置の学習値の誤差が大きくなったとしても、吸気バルブ28や排気バルブ29のバルブ制御量をエンジン11の目標性能が得られる適正値に制御することができる。
【0065】
しかも、本実施形態(1)では、エンジン11の少なくとも1つの気筒に筒内圧力センサ42を設けるようにしたので、筒内圧力センサ42により実際の筒内圧力CPを精度良く検出することができ、筒内圧力CPに基づいて算出する実吸気ポンプ損失INLOSSや実排気ポンプ損失EXLOSSの算出精度を向上させることができる。
【0066】
また、本実施形態(1)では、筒内圧力CPと筒内容積Vとの関係を示す指圧線図において、吸気行程付近で筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積を実吸気ポンプ損失INLOSSとして算出し、膨張行程後半から排気行程前半にかけて筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積を実排気ポンプ損失EXLOSSとして算出するようにしたので、ポンプ損失の総量を精度良く反映した実吸気ポンプ損失INLOSS、実排気ポンプ損失EXLOSSを算出することができる。
【0067】
また、本実施形態(1)では、目標吸気ポンプ損失TGINLOSSは、エンジン運転状態において許容される範囲内で実吸気ポンプ損失INLOSSを最小にするように設定したので、エンジン11の運転に悪影響を及ぼすことなく適正な運転状態を確保しながら、実吸気ポンプ損失INLOSSを最小にして燃費を向上させることができる。
【0068】
また、本実施形態(1)では、実吸気ポンプ損失INLOSSを制御する場合に吸気バルブ28のバルブ制御量を可変し、実排気ポンプ損失EXLOSSを制御する場合に排気バルブ29のバルブ制御量を可変するようにしたので、実吸気ポンプ損失INLOSSと実排気ポンプ損失EXLOSSとを独立して制御することができ、実吸気ポンプ損失INLOSSと実排気ポンプ損失EXLOSSをそれぞれ目標吸気ポンプ損失TGINLOSSと目標排気ポンプ損失TGEXLOSSに精度良く制御することができる。
【0069】
《実施形態(2)》
上記実施形態(1)では、吸気行程付近で筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積を実吸気ポンプ損失INLOSS(ポンプ損失パラメータ)として算出するようにしたが、図17及び図18に示す本発明の実施形態(2)では、排気圧力と吸気行程中の所定クランク角(吸気バルブ28の目標開弁位置θtg)における筒内圧力CPとの差を実吸気ポンプ損失INLOSS(ポンプ損失パラメータ)として算出するようにしている。
【0070】
[実ポンプ損失算出ルーチン]
本実施形態(2)で実行する図17に示す実ポンプ損失算出ルーチンでは、まず、ステップ401で、吸気バルブ28の目標開弁位置θtgを読み込んだ後、ステップ402に進み、吸気バルブ28の目標開弁位置θtgにおける筒内容積V(θtg)=排気行程中の筒内容積V(θ5 )となる排気行程中のクランク角θ5 (図18参照)を算出する。
【0071】
この後、ステップ403に進み、排気行程中のクランク角θ5 における筒内圧力CP(θ5 )と吸気行程中の吸気バルブ28の目標開弁位置θtgにおける筒内CP(θtg)との差を求め、それを実吸気ポンプ損失INLOSS(図18参照)とする。
INLOSS=CP(θ5 )−CP(θtg)
更に、本実施形態(2)では、この実吸気ポンプ損失INLOSSを所定値以上にするように目標吸気ポンプ損失TGINLOSSを設定する。
【0072】
以上説明した本実施形態(2)では、排気圧力と所定クランク角(吸気バルブ28の目標開弁位置θtg)における筒内圧力CPとの差を実吸気ポンプ損失INLOSSとして算出するようにしたので、筒内圧力CPが排気圧力に対して負圧になる領域の面積を実吸気ポンプ損失INLOSSとして算出する場合に比べて、ECU27で実吸気ポンプ損失INLOSSを算出する際の演算負荷を軽減することができる。
【0073】
また、本実施形態(2)では、実吸気ポンプ損失INLOSS、つまり、排気圧力と吸気バルブ28の目標開弁位置θtgにおける筒内CP(θtg)との差を所定値以上にするように目標吸気ポンプ損失TGINLOSSを設定するようにしたので、吸気バルブ28の開弁時の吸気流速を上昇させて筒内混合気の流動特性を向上させることができて、燃焼状態を安定させることができる。
【0074】
しかしながら、本実施形態(2)おいて、エンジン運転状態において許容される範囲内で実吸気ポンプ損失INLOSS(排気圧力と所定クランク角における筒内CPとの差)を最小又は小さくするように目標吸気ポンプ損失TGINLOSSを設定するようにしても良い。
【0075】
また、前記実施形態(1)において、実吸気ポンプ損失INLOSS(排気圧力に対して筒内CPが負圧になる領域の面積)を所定値以上にするように目標吸気ポンプ損失TGINLOSSを設定するようにしても良い。
【0076】
また、前記各実施形態(1)、(2)において、エンジン11の減速運転時に実ポンプ損失を増加させるように目標ポンプ損失を設定するようにしても良い。このようにすれば、減速運転時のエンジンブレーキ性能をポンプ損失の増加によって向上させることができる。また、減速運転時は、吸入空気量が減少して燃焼状態が悪化しやすいが、ポンプ損失の増加によって燃焼状態を安定させてドライバビリティ向上効果やエンスト防止効果も得ることができる。
【0077】
また、前記各実施形態(1)、(2)では、筒内圧力センサ42で筒内圧力を検出するようにしたが、吸気バルブ28や排気バルブ29のバルブ制御量(バルブリフト量やバルブタイミング)、吸気管圧力、吸入空気量等に基づいて筒内圧力を推定するようにしても良い。
【0078】
また、前記各実施形態(1)、(2)では、可変吸気バルブリフト機構30、可変排気バルブリフト機構31、可変吸気バルブタイミング機構、可変排気バルブタイミング機構を全て備えたシステムに本発明を適用したが、可変吸気バルブリフト機構30、可変排気バルブリフト機構31、可変吸気バルブタイミング機構、可変排気バルブタイミング機構のうちの少なくとも1つ以上を備えたシステムに本発明を適用しても良い。
【0079】
また、前記各実施形態(1)、(2)では、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を行うシステムに本発明を適用したが、スロットルバルブ制御による吸入空気量制御を行うシステムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図2】可変吸気バルブリフト機構の正面図
【図3】可変吸気バルブリフト機構の高リフトモード時の動作を説明するための図
【図4】可変吸気バルブリフト機構の高リフトモード時の動作を説明するための図
【図5】可変吸気バルブリフト機構によるバルブリフト量の連続可変動作を説明するためのバルブリフト特性図
【図6】実施形態(1)のポンプ損失制御ベースルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図7】吸気バルブリフト変更量ΔVVLinのマップを概念的に示す図
【図8】吸気バルブタイミング進角量ΔVVTinのマップを概念的に示す図
【図9】排気バルブリフト変更量ΔVVLexのマップを概念的に示す図
【図10】排気バルブタイミング進角量ΔVVTexのマップを概念的に示す図
【図11】吸気バルブと排気バルブのバルブリフト量及びバルブタイミングの補正方法を説明するためのバルブ特性図
【図12】実施形態(1)の実ポンプ損失算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図13】実施形態(1)の実ポンプ損失の算出方法の説明に用いる筒内圧力CPと筒内容積Vとの関係の一例を示す指圧線図
【図14】実施形態(1)の目標ポンプ損失算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図15】目標ポンプ損失TGINLOSSのマップを概念的に示す図
【図16】実施形態(1)のポンプ損失制御の実行例を示すタイムチャート
【図17】実施形態(2)の実ポンプ損失算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図18】実施形態(2)の実ポンプ損失の算出方法の説明に用いる筒内圧力CPと筒内容積Vとの関係の一例を示す指圧線図
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、14…エアフロメータ、15…スロットルバルブ、18…吸気管圧力センサ、20…燃料噴射弁、21…点火プラグ、22…排気管、24…排出ガスセンサ、26…クランク角センサ、27…ECU(ポンプ損失制御手段,ポンプ損失算出手段)、28…吸気バルブ、29…排気バルブ、30…可変吸気バルブリフト機構、31…可変排気バルブリフト機構、42…筒内圧力センサ(筒内圧力検出手段)。
Claims (8)
- 内燃機関の吸気バルブ及び/又は排気バルブのバルブ制御量を可変する可変バルブ機構を備えた内燃機関の制御装置において、
内燃機関の少なくとも1つの気筒の筒内圧力を検出又は推定する筒内圧力検出手段と、
前記筒内圧力に基づいて前記内燃機関のポンプ損失又はこれと相関関係にあるパラメータ(以下これらを「ポンプ損失パラメータ」と総称する)を算出するポンプ損失算出手段と、
前記ポンプ損失パラメータを所定の目標値に一致させるように前記可変バルブ機構を制御するポンプ損失制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記筒内圧力検出手段は、前記内燃機関の少なくとも1つの気筒に設けられた筒内圧力センサであることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポンプ損失算出手段は、前記筒内圧力と筒内容積との関係を示す指圧線図において前記筒内圧力が排気圧力に対して負圧になる領域の面積を前記ポンプ損失パラメータとして算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポンプ損失算出手段は、排気圧力と所定クランク角における前記筒内圧力との差を前記ポンプ損失パラメータとして算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポンプ損失パラメータの目標値は、前記内燃機関の運転状態において許容される範囲内で前記ポンプ損失パラメータを最小にするように設定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポンプ損失パラメータの目標値は、前記ポンプ損失パラメータを所定値以上にするように設定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポンプ損失制御手段は、吸気行程で発生するポンプ損失を制御する場合には前記吸気バルブのバルブ制御量を可変し、膨脹行程から排気行程で発生するポンプ損失を制御する場合には前記排気バルブのバルブ制御量を可変することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポンプ損失パラメータの目標値は、前記内燃機関の減速運転時に前記ポンプ損失パラメータを増加させるように設定されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
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-
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