JP2008115829A - Control device and control method of reciprocation type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用してシリンダ内を往復動するピストンのピストンモーションを変更可能なレシプロ式内燃機関の制御に関する。 The present invention relates to control of a reciprocating internal combustion engine that can change the piston motion of a piston that reciprocates in a cylinder using a multi-link piston-crank mechanism.
特許文献1には、ピストンモーションの変化を伴って機関圧縮比を変更可能なレシプロ式内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の一例が開示されている。この機構では、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとが複数のリンクにより連係され、これら複数のリンクの一つに連結された制御リンクのリンク支持部の位置をアクチュエータにより変更・保持することにより、クランク角に対するピストンの動作すなわちピストンモーションの変化を伴って、機関圧縮比を変更することが可能である。
特許文献2には、同じようにピストンモーションを変更可能なレシプロ式内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の一例が開示されている。この機構では、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとが複数のリンクにより連係され、これら複数のリンクの一つに連結された制御リンクのリンク支持部がガイド部材に摺動自在に支持されている。このガイド部材はシリンダブロックに揺動可能に支持されており、このガイド部材の固定位置を変化させることで、クランク角に応じてピストンが往復移動するピストン作動状態と、クランク角にかかわらずピストンが停止状態に保持されるピストン停止状態と、を切り換えることが可能である。
このような複リンク式ピストン−クランク機構を備えるレシプロ式内燃機関の制御装置では、一般的には上記特許文献1や特許文献2に記載されているように、熱効率向上のために負荷に応じてピストンモーションが変更される。しかしながら、負荷領域によっては、ピストンモーションだけではトルク制御できないような領域、つまり要求トルクに応じた吸入空気量(以下、単に吸気量とも呼ぶ)が得られない領域が存在する。そのような領域では、吸気通路を開閉する電制のスロットル弁を用いて吸気量を制御することになるが、スロットル弁の制御によるトルク制御は、スロットル開度の変化に対する吸入空気量の変化に不可避的に時間遅れ・応答遅れを生じ、これに起因するトルク変動により車両の搭乗者に違和感を与えるおそれがある。
In a control apparatus for a reciprocating internal combustion engine having such a multi-link type piston-crank mechanism, generally, as described in
また、スロットル開度の変化に伴う吸気量の変化はピストンモーションの変化による吸気量の変化に比して応答性が非常に低いので、特に、負荷領域に応じて過渡時にピストンモーションだけで吸気量を変化させる領域と、スロットル弁だけで吸気量を変化させる領域と、が存在する設定の場合には、トルク応答性が運転領域によって異なることとなり、具体的にはスロットル弁で吸気量を調整する領域では、ピストンモーションで吸気量を制御する領域に比して、負荷が変化する加速・減速の過渡期における吸気量の応答性が低くなる傾向にある。 In addition, the change in the intake air amount due to the change in the throttle opening is much less responsive than the change in the intake air amount due to the change in the piston motion. When there is a setting where there is a region where the air intake is changed and a region where the intake air amount is changed only by the throttle valve, the torque response will differ depending on the operation region, and specifically, the intake air amount is adjusted by the throttle valve. In the region, the responsiveness of the intake air amount during the acceleration / deceleration transition period in which the load changes tends to be lower than in the region where the intake air amount is controlled by the piston motion.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、吸気通路を開閉する電制のスロットル弁と、ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクの一つに制御リンクが連結された複リンク式ピストン−クランク機構と、上記制御リンクのリンク支持部の位置を変更・保持するアクチュエータと、を有する4サイクルのレシプロ式内燃機関に適用され、上記リンク支持部の位置に応じて変化するピストンモーションと上記スロットル弁のスロットル開度とを制御することにより吸入空気量を調整することが可能である。そして、機関運転状態に応じてスロットル開度を変更する過渡期に、上記スロットル開度の変更に伴うトルク変動を相殺するように、上記ピストンモーションを一時的に変更することを特徴としている。 The present invention has been made in view of such problems, and a control link is provided as one of a plurality of links that link an electrically controlled throttle valve that opens and closes an intake passage and a piston and a crankpin of a crankshaft. Applied to a four-cycle reciprocating internal combustion engine having a coupled multi-link piston-crank mechanism and an actuator for changing / holding the position of the link support portion of the control link, and depending on the position of the link support portion It is possible to adjust the amount of intake air by controlling the piston motion that changes and the throttle opening of the throttle valve. Then, the piston motion is temporarily changed so as to cancel out the torque fluctuation accompanying the change in the throttle opening during the transition period in which the throttle opening is changed according to the engine operating state.
本発明によれば、例えば低負荷からの加速過渡期のように機関運転状態に応じてスロットル開度を変更する過渡期に、ピストンモーションを一時的に変更することによって、上記スロットル開度の変更に伴う吸入空気量つまりトルクの応答遅れに起因するトルク変動を良好に吸収・相殺することができ、トルク応答性能を向上することができる。 According to the present invention, the change in the throttle opening is performed by temporarily changing the piston motion in a transition period in which the throttle opening is changed according to the engine operating state, for example, in an acceleration transition period from a low load. As a result, it is possible to satisfactorily absorb and cancel the torque fluctuation caused by the intake air amount, that is, the torque response delay, and improve the torque response performance.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図1及び図2を参照して、この内燃機関(エンジン)は、膨張・排気・吸気・圧縮の4行程を1サイクルとする4サイクル・火花点火式の4気筒レシプロ式内燃機関である。シリンダブロック10には、機関出力軸としてのクランクシャフト11が回転可能に支持されているとともに、ピストン12が往復動可能に嵌合する複数、この例では4つの#1〜#4シリンダ(気筒)13が形成されている。このシリンダブロック10の上部に固定されるシリンダヘッド14には、ピストン12の冠面との間にペントルーフ型の燃焼室15が形成されるとともに、吸気通路(吸気ポート)16を開閉する吸気バルブ17と、排気通路(排気ポート)18を開閉する排気バルブ19とが設けられ、かつ、燃焼室15内の混合気を火花点火する点火プラグ20が設けられる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIGS. 1 and 2, this internal combustion engine (engine) is a four-cycle spark-ignition type four-cylinder reciprocating internal combustion engine in which four strokes of expansion, exhaust, intake, and compression are defined as one cycle. A
また、吸気通路16には、制御部40からの制御信号に応じて開度を調整・制御可能な電制のスロットル弁41が設けられるとともに、このスロットル弁41よりも上流側に吸気量(吸入空気量)を検出するエアフロメータ42が設けられ、かつ、吸気ポートへ燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)43が設けられている。機関運転状態を検出するセンサ類として、運転者によるアクセル操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ44,クランクシャフト11の回転角つまりクランク角(CA)を検出するクランク角センサ45,カムシャフトの回転角を検出するカム角センサ47,機関温度としての冷却水温度を検出する水温センサ46,車速を検出する車速センサ50及び上記のエアフロメータ42等が設けられ、上記のクランク角センサ45とカム角センサ47の検出信号との組合せで気筒判別やエンジン回転数の検出が行われる。
The
制御部40は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するデジタルコンピュータシステムであり、上記センサ類からの検出信号の他、スタータスイッチ(SW)48からの機関始動信号等に基づいて、スロットル弁41,インジェクタ43,点火プラグ20,機関始動時にクランクシャフト11を回転駆動すなわちクランキングするスタータ49の他、後述するように各気筒毎に設けられる複リンク式ピストン−クランク機構21の複数(この実施例では4つ)のアクチュエータ27等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。特に、吸入空気量の調整は、リンク支持部26の位置に応じて変化するピストンモーションとスロットル弁41のスロットル開度とを制御することにより行われる。
The
バッテリ52は、オルタネータやモータジェネレータ(図示省略)による発電電力を蓄電する。上記のスタータ49や図示せぬエアコン・コンプレッサ等の補機類は、バッテリ52からの供給電力(電圧・電流)により駆動される。このバッテリ52の蓄電状態、つまりは供給可能な電圧は、バッテリコントローラ(バッテリ状態検出手段)53により検出・モニタされる。
The
図2に示すように、複リンク式ピストン−クランク機構21は、各ピストン12とクランクシャフト11のクランクピン22とを複数のリンク23,24により連係し、これら複数のリンク23,24の一つに連結された制御リンク25のリンク支持部26の位置をアクチュエータ27により変更することによって、ピストン12のピストンモーション(PM)を変更可能なものである。より具体的には、複リンク式ピストン−クランク機構21は、クランクピン22に回転可能に取り付けられるロアリンク23と、このロアリンク23とピストン12とを連結するアッパリンク24と、一端がロアリンク23に回転可能に連結される制御リンク25と、を有し、この制御リンク25の他端に上記のリンク支持部26が設けられる。ピストン12とアッパリンク24の上端とはピストンピン28により連結されており、アッパリンク24の下端とロアリンク23とは第1連結ピン29により連結されており、ロアリンク23と制御リンク25の一端とは第2連結ピン30により連結されている。ロアリンク23は、機構的には、第1連結ピン29と第2連結ピン30を結ぶ第1アーム31と、第1連結ピン29とクランクピン22とを結ぶ第2アーム32と、第2連結ピン30とクランクピン22とを結ぶ第3アーム33と、を有している。上記アクチュエータ27は、この例では各気筒13毎にそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 2, the multi-link type piston-
アクチュエータ27には電気制御されるリニアモータ(線形誘導電動機)を利用したリニアアクチュエータを用いるのが良い。このリニアアクチュエータ27は、例えばシリンダブロック10の内面に固定される直線状の固定子としてのガイドレール34と、このガイドレール34に往復直線移動可能に支持されて、このガイドレール34上をシリンダ軸方向に平行な直線方向L1に沿って走行する可動子としてのリンク支持部26と、にそれぞれ電機子と界磁とが設けられ、リンク支持部26には誘導電流等を供給するためのケーブル35が接続されている。このようなリニアアクチュエータ27により運転条件や回転数に応じてピストンモーションを素早く正確に変更することが可能となり、エンジンの高速回転時においてもリンク支持部26を正確に動作させることができ、容易に高速化及び高精度化が実現できる上、リンク支持部26の摩擦を低減することができる。なお、各気筒毎にリンク支持部26をクランク角に応じて周知のフィードバック制御等により正確に制御するために、好ましくはリンク支持部26の位置を検出する位置センサ51が設けられている。
The
但し、このようなリニアアクチュエータ27に代えて、油圧を制御する電磁弁と、油圧で作動する油圧ピストンと、で構成される油圧アクチュエータを適用しても良い。このような電磁弁により油圧を制御して油圧ピストンによりリンク支持部を直動させる油圧アクチュエータを用いることで、低コスト化を図ることができるとともに、大きなトルクでの動作を安定して行うことが可能となる。
However, instead of such a
また、アクチェエータとして磁気粘性流体を利用する構造としても良い。つまり、リンク支持部26の動作方向の速度を抑えるように磁気粘性流体を連結し、リンク支持部26に加わる力でリンク支持部26のモーションを変化させる。運転条件により電磁石に流す電流値を変化させて、その粘性を変化させることで、ピストンモーションを切り替えることが可能である。この場合、機構が単純であり低コスト化を図ることができる。
Moreover, it is good also as a structure using a magnetorheological fluid as an actuator. That is, the magnetorheological fluid is connected so as to suppress the speed of the
図3は、クランク角に対するリンク支持部26の一設定例を示し、図4は、クランク角に対するピストン12の位置・動作すなわちピストンモーションを示している。図中、H1は中〜高負荷域で用いられる第1の設定を示し、H2は低〜中負荷域で用いられる第2の設定を示している。これら第1,第2の設定では、排気上死点の位置や膨張下死点の位置を変更することなく、吸気行程の長さである吸気ストローク量(図面では単に「吸気S量」とも記す)IS1,IS2と、圧縮上死点の位置とをそれぞれ変化させている。このような設定H1,H2はクランク角に応じてリンク支持部26の位置を素早く変更することによって実現可能である。
FIG. 3 shows a setting example of the
中〜高負荷域で用いられる第1の設定H1では、リンク支持部26を所定位置に保持することによって、ピストンモーションを音振性能に優れた単振動つまり正弦波に近い特性としている。なお、リンク支持部26をシリンダ軸方向の下方へ下げるほどピストンモーションの位置が全体的に高くなり、上限位置へ向けて上げるほどピストンモーションの位置が全体的に低くなるように設定されている。
In the first setting H1 used in the medium to high load range, the piston motion is made to have a characteristic close to a single vibration having excellent sound vibration performance, that is, a sine wave, by holding the
低・中負荷域で用いられる第2の設定H2では、リンク支持部26を各サイクル中の吸気行程から膨張行程にかけての所定の作動期間だけ、リンク支持部26をシリンダ下方側へ往復移動させることによって、特に、ピストンの吸気行程のストローク量すなわち吸気ストローク量IS2を、第1の設定H1での吸気ストロークIS1に比して十分に小さくしている。また、第1の設定H1に比して、圧縮上死点の位置を高くして、機関圧縮比を高くしている。これによって、吸気ストローク量の短縮により圧縮行程を短くしつつ、圧縮上死点位置を高くすることにより膨張行程を長くし、熱効率を高めることができる。
In the second setting H2 used in the low / medium load range, the
図5は、本発明の第1実施例に係るリンク支持部26の目標位置の演算処理を模式的に示すブロック図である。この処理は上記制御部40により記憶・実行される。要求トルク演算部B1では、アクセル開度(APO)とエンジン回転数(Ne)から要求トルク(tTe)を求める。一例としては、あらかじめ設定される図6に示すような制御マップを参照して要求トルク(tTe)を設定する。
FIG. 5 is a block diagram schematically showing target position calculation processing of the
目標スロットル開度・目標吸気ストローク量演算部B2では、上記の要求トルク演算部B1で求めた要求トルク(tTe)とエンジン回転数(Ne)から目標スロットル開度(tTVO)と目標吸気ストローク量(tQcyl0)を求める。一例としては、予め設定される図7に示すような制御マップを参照して、目標スロットル開度(tTVO)と目標吸気ストローク量(tQcyl0)を求める。図7に示すように、中〜高負荷域では、スロットル開度が全開とされ、吸気ストローク量の増減により吸入空気量を調整する。具体的には、要求トルク(負荷)が高いほど吸気ストローク量を大きくする。低〜中負荷域では、吸気ストローク量が最小値に固定され、スロットル開度の増減により吸入空気量を調整する。具体的には、要求トルクが高いほどスロットル開度を大きくする。図8は吸気ストローク量と機関圧縮比の関係を示している。同図に示すように、吸気ストローク量が大きくなるほど機関圧縮比が低くなる関係にある(図4参照)。 In the target throttle opening / target intake stroke amount calculation unit B2, the target throttle opening (tTVO) and the target intake stroke amount (from the required torque (tTe) obtained by the request torque calculation unit B1 and the engine speed (Ne) are calculated. tQcyl0) is obtained. As an example, a target throttle opening (tTVO) and a target intake stroke amount (tQcyl0) are obtained with reference to a control map that is set in advance as shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the middle to high load range, the throttle opening is fully opened, and the intake air amount is adjusted by increasing or decreasing the intake stroke amount. Specifically, the intake stroke amount is increased as the required torque (load) is higher. In the low to medium load range, the intake stroke amount is fixed to the minimum value, and the intake air amount is adjusted by increasing or decreasing the throttle opening. Specifically, the throttle opening is increased as the required torque is higher. FIG. 8 shows the relationship between the intake stroke amount and the engine compression ratio. As shown in the figure, the engine compression ratio decreases as the intake stroke amount increases (see FIG. 4).
再び図5を参照して、トルク変化量補正判定演算部B3では、要求トルク演算部B1で求めた要求トルク(tTe)を用いて、例えば下式(1)により要求トルクの変化量(所定時間Δtの間隔毎の変化量)(dTe)を求める。
dTe=tTe−tTe(Δt)…(1)
また、このトルク変化量補正判定演算部B3では、要求トルクの変化量(dTe)に基づいて、スロットル開度の増減に伴う吸入空気量の応答遅れに起因するトルク変動を相殺・吸収するために、吸気ストローク量の補正が必要な加速過渡期であるか否かの補正判定を行う。この加速過渡期は、この実施例では、ピストンモーションを変化させることなくスロットル開度を増加する低負荷域から中負荷域への加速時であって、図10にも示すように加速開始時の要求トルクの変化量(dTe)が所定値(Tacc)以上の場合であり、かつ、加速開始からトルク変化量(dTe)が所定値(Tacc)未満となってから所定期間(Tdelay)経過するまでの期間に相当する。加速過渡期であれば、後述する図9のルーチンによって補正判定フラグTareaが「1」に設定され、加速過渡期でなければ補正判定フラグTareaが「0」に設定される。
Referring to FIG. 5 again, the torque change amount correction determination calculation unit B3 uses the required torque (tTe) obtained by the required torque calculation unit B1, and for example, changes in the required torque (predetermined time) according to the following equation (1). (Change amount per interval of Δt) (dTe) is obtained.
dTe = tTe−tTe (Δt) (1)
Further, in this torque change amount correction determination calculation unit B3, in order to cancel and absorb the torque fluctuation caused by the response delay of the intake air amount accompanying the increase or decrease of the throttle opening, based on the change amount (dTe) of the required torque. Then, it is determined whether or not it is an acceleration transition period in which correction of the intake stroke amount is necessary. In this embodiment, this acceleration transition period is the time of acceleration from the low load range to the medium load range where the throttle opening is increased without changing the piston motion, as shown in FIG. The required torque change amount (dTe) is greater than or equal to a predetermined value (Tacc), and from the start of acceleration until the torque change amount (dTe) is less than the predetermined value (Tacc) until a predetermined period (Tdelay) elapses. Corresponds to the period of If it is the acceleration transition period, the correction determination flag Tarea is set to “1” by the routine of FIG. 9 described later, and if it is not the acceleration transition period, the correction determination flag Tare is set to “0”.
目標吸気ストローク量補正部B4では、トルク変化量補正判定演算部B3で加速過渡期であると判定された場合(Tarea=1)に、例えば下式(2)により、トルク偏差(deltaT)及び目標吸気量補正係数(kQcyl)を用いて目標吸気ストローク量(tQcyl0)を補正し、最終的な目標吸気ストローク量(tQcyl)を演算する。 In the target intake stroke amount correction unit B4, when it is determined that the torque change amount correction determination calculation unit B3 is in the acceleration transition period (Tare = 1), for example, the torque deviation (deltaT) and the target are calculated by the following equation (2). The target intake stroke amount (tQcyl0) is corrected using the intake amount correction coefficient (kQcyl), and the final target intake stroke amount (tQcyl) is calculated.
tQcyl=tQcyl0+kQcyl×deltaT×Tarea…(2)
ただし、tQcylは、設定可能な上限値tQcyl_max以下の範囲で設定される。なお、加速過渡期でなければ、上記(2)式のTareaを含む補正項が0となり、目標吸気ストローク量tQcyl0が補正されることなくそのまま目標吸気ストローク量tQcylとして設定される。
tQcyl = tQcyl0 + kQcyl × deltaT × Tarea (2)
However, tQcyl is set in a range equal to or smaller than a settable upper limit value tQcyl_max. If not in the acceleration transition period, the correction term including the Tarea in the above equation (2) becomes 0, and the target intake stroke amount tQcyl0 is set as it is as the target intake stroke amount tQcyl without being corrected.
上記の目標吸気量補正係数(kQcyl)は、簡易的には予め実験で適合した固定値とする。また、トルク偏差(deltaT)は要求トルク(tTe)と推定トルク(eTe)の偏差より求める(deltaT=tTe−eTe)。推定トルク(eTe)は要求トルク(tTe)より、エンジン回転数、吸気系の遅れ等を加味して算出する。例えば次式(3)に示すように簡易的に1次遅れとして処理し、時定数kを運転条件に応じて変更する。 The target intake air amount correction coefficient (kQcyl) is simply set to a fixed value that is adapted in advance through experiments. The torque deviation (deltaT) is obtained from the deviation between the required torque (tTe) and the estimated torque (eTe) (deltaT = tTe−eTe). The estimated torque (eTe) is calculated from the required torque (tTe) in consideration of the engine speed, the intake system delay, and the like. For example, as shown in the following equation (3), the first-order delay is simply processed, and the time constant k is changed according to the operating conditions.
eTe=k×tTe+(1−k)×eTe_old …(3)
目標位置演算部B5では、上記目標吸気ストローク量補正部B4より出力される目標吸気ストローク量(tQcyl)と、クランクアングルと、気筒判別結果と、に基づいて、各気筒のリンク支持部26の目標位置を、例えば予め設定される制御マップを参照して設定する。この目標位置に応じてアクチュエータ27が駆動制御され、目標吸気ストローク量に対応するピストンモーションが実現される。
eTe = k × tTe + (1−k) × eTe_old (3)
In the target position calculation unit B5, the target of the
図9は、本実施例に係る目標吸気ストローク量の演算処理の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは上記の制御部40により極短い所定の演算間隔Δt(例えば、10msあるいは所定クランク角)毎に繰り返し実行される。
FIG. 9 is a flowchart showing a flow of processing for calculating the target intake stroke amount according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the
ステップS11では、アクセル開度(APO)とエンジン回転数(Ne)を読み込む。アクセル開度は、例えば開度に応じて抵抗値が変化するアクセル開度センサ44の出力電圧を検出し、あらかじめ求めておいた出力電圧とアクセル開度の関係を示す制御マップを参照して求めることができる。エンジン回転数は、例えば、特定のクランク角度毎にパルスが発生するクランク角センサ45の出力等から求めることができる。
In step S11, the accelerator opening (APO) and the engine speed (Ne) are read. The accelerator opening is obtained, for example, by detecting the output voltage of the
ステップS12では、例えばあらかじめ設定される制御マップを参照して、アクセル開度(APO)とエンジン回転数(Ne)から要求トルク(tTe)を求める。ステップS13では、上記の要求トルク(tTe)を用いて、例えば上記の(1)式により要求トルクの変化量(所定時間Δt間隔毎の変化量)(dTe)を求める。 In step S12, for example, with reference to a control map set in advance, the required torque (tTe) is obtained from the accelerator opening (APO) and the engine speed (Ne). In step S13, using the required torque (tTe) described above, a change amount of the required torque (change amount per predetermined time Δt interval) (dTe) is obtained by, for example, the above equation (1).
ステップS14では、要求トルクの変化量(dTe)等を用いて、吸気ストローク量の補正を行うべき加速過渡期であるかを判定する。上述したように、ピストンモーションを変化させることなくスロットル開度を増加する低負荷域から中負荷域への加速時であって、その要求トルクの変化量(dTe)が所定値(Tacc)以上であり、かつ、加速開始時から、トルク変化量(dTe)が所定値(Tacc)未満となってから所定期間(Tdelay)経過するまでの期間が、加速過渡期として判定される判定される。あるいは、より簡易的に、要求トルクtTeが所定値Tmid以下の低・中負荷域であって、かつ加速開始(dTe≧Tacc)から所定期間内を加速過渡期と判定しても良い。 In step S14, it is determined using the amount of change in required torque (dTe) or the like whether or not it is an acceleration transition period in which the intake stroke amount should be corrected. As described above, at the time of acceleration from the low load range to the medium load range where the throttle opening is increased without changing the piston motion, the required torque change amount (dTe) is a predetermined value (Tacc) or more. In addition, it is determined that a period from the start of acceleration until the predetermined time period (Tdelay) elapses after the torque change amount (dTe) becomes less than the predetermined value (Tacc) is determined as the acceleration transition period. Or, more simply, the required torque tTe may be in the low / medium load region where the predetermined value Tmid is equal to or less than the predetermined value Tmid, and the acceleration transition period may be determined within the predetermined period from the acceleration start (dTe ≧ Tacc).
加速過渡期と判定されれば、補正判定フラグTareaを「1」とし(ステップS15)、加速過渡期以外の通常運転状態と判定されれば補正判定フラグTareaを「0」とする(ステップS16)。そしてステップS17では、例えば上述した(2)式により、目標吸気量(tQcyl0)、トルク偏差(deltaT)、目標吸気量補正係数(kQcyl)及び補正判定フラグ(Tarea)を用いて目標吸気ストローク量(tQcyl)を補正・演算する。 If the acceleration transition period is determined, the correction determination flag Tarea is set to “1” (step S15), and if it is determined that the normal operation state is other than the acceleration transition period, the correction determination flag Tarea is set to “0” (step S16). . In step S17, for example, the target intake stroke amount (tQcyl0), the torque deviation (deltaT), the target intake amount correction coefficient (kQcyl), and the correction determination flag (Tare) are calculated using the above-described equation (2). tQcyl) is corrected and calculated.
このように本実施例によれば、図10にも示すように、要求トルクの増加に応じてピストンモーションを変化させることなくスロットル開度を増加する低負荷域から中負荷域への加速過渡期に、図中に符号αで示すようにピストンモーションを一時的に変更し、具体的には吸気ストローク量を一時的に増大することによって、スロットル開度の増加に伴う吸気量増加の応答遅れによる吸気量の不足分を補い、そのトルク変動を良好に吸収・相殺することができ、トルク応答性能を向上することができる。 As described above, according to this embodiment, as shown in FIG. 10, the acceleration transition period from the low load range to the medium load range in which the throttle opening is increased without changing the piston motion in accordance with the increase in the required torque. Furthermore, as shown by the symbol α in the figure, the piston motion is temporarily changed, specifically, the intake stroke amount is temporarily increased, thereby causing a response delay of an increase in the intake amount accompanying an increase in the throttle opening. The shortage of the intake air amount can be compensated, the torque fluctuation can be absorbed and offset well, and the torque response performance can be improved.
特に本実施例では、加速過渡期における吸気量の不足分に対応するトルク偏差(deltaT)を求め、このトルク偏差に基づいてピストンモーションの吸気ストローク量を補正しているので、精度良くトルク応答性を向上することができる。 In particular, in this embodiment, the torque deviation (deltaT) corresponding to the shortage of the intake air amount in the acceleration transition period is obtained, and the intake stroke amount of the piston motion is corrected based on this torque deviation. Can be improved.
以下に説明する実施例では、既述した実施例と異なる部分について主に説明し、重複する説明を適宜省略する。 In the embodiment described below, portions different from the above-described embodiment will be mainly described, and overlapping description will be omitted as appropriate.
図11を参照して、本発明の第2実施例に係る低負荷域から中負荷域への加速過渡期における目標吸気ストローク量の補正処理について説明する。この第2実施例では、スロットル弁41の下流のマニフォルド圧力(Pmani)、スロットル通過空気量(Qth)、エンジン吸入空気量(Qeng)、及び吸気系容積(スロットル下流〜吸気バルブまでの容積)(Vint:固定値)に基づいて、加速過渡期における目標吸気ストローク量を補正・演算している。より具体的には下式(4)に示すように、マニフォルド圧力(Pmani)を用いて要求トルク(tTe)を実現可能な空気量Qengを確保するために必要な要求吸気量tQcylを算出する。
tQcyl=Qeng/Ne×Patm/Pmani …(4)
ただし、
tQcyl≦tQcyl_max
Qth=f(Ath、Pmani)
Qeng=f(Qcyl、Pmani、Ne)=Qcyl×Pmani/Patm×Ne
Pmani=f(Qth、Qeng、Pmani_old、Vint)
上記のスロットル通過空気量(Qth)は、例えば、スロットル上流圧を大気圧(Patm)とし、スロットル弁41よりも下流のマニフォルド圧力(Pmani)とスロットル弁の開口面積(Ath)とを用いてベルヌーイの式を用いて算出することができる。エンジン吸入空気量(Qeng)は、例えば、吸気下死点での筒内圧力がマニフォルド圧力(Pmani)と等しいと仮定し、吸気行程容積(Qcyl)とエンジン回転数(Ne)とにより算出することができる。吸気系容積(Vint:固定値)は、スロットル下流から吸気バルブまでの容積に相当し、吸気系の設計値により定まる固定値である。吸気行程容積(Qcyl)は、吸気行程におけるストローク長さとシリンダの断面積とから算出される。スロットル弁の開口面積(Ath)は、スロットルの角度(開度)と比例関係にあり、例えば、両者の関係を表す所定のテーブルデータを参照して求めることができる。
With reference to FIG. 11, the correction processing of the target intake stroke amount in the acceleration transition period from the low load range to the medium load range according to the second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the manifold pressure (Pmani) downstream of the
tQcyl = Qeng / Ne × Patm / Pmani (4)
However,
tQcyl ≦ tQcyl_max
Qth = f (Ath, Pmani)
Qeng = f (Qcyl, Pmani, Ne) = Qcyl × Pmani / Patm × Ne
Pmani = f (Qth, Qeng, Pmani_old, Vint)
The amount of air passing through the throttle (Qth) is, for example, Bernoulli using the throttle upstream pressure as the atmospheric pressure (Patm), the manifold pressure (Pmani) downstream of the
このように第2実施例ではピストンモーション変化によるマニフォルド圧力変化をも加味して、加速過渡期における吸気ストローク量tQcylの補正(演算)を行っているので、加速過渡期におけるトルク変動をより精度よく吸収・相殺することができる。 As described above, in the second embodiment, correction (calculation) of the intake stroke amount tQcyl in the acceleration transition period is performed in consideration of the manifold pressure change due to the piston motion change. Can be absorbed and offset.
図12及び図13を参照して、本発明の第3実施例に係る加速過渡期における目標吸気ストローク量の補正処理について説明する。この第3実施例では、目標吸気ストローク量tQcylの変化に伴う圧縮比変化による効率低下をさらに加味して、要求吸気量tQcylの補正・算出を行っており、これによって、より精度良く吸気量やトルクの応答遅れを低減・解消することができる。 With reference to FIGS. 12 and 13, the correction processing of the target intake stroke amount in the acceleration transition period according to the third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the required intake air amount tQcyl is corrected and calculated by further taking into account the reduction in efficiency due to the change in the compression ratio accompanying the change in the target intake stroke amount tQcyl. Torque response delay can be reduced or eliminated.
具体的には、目標吸気ストローク量が最小の時を基準(100%)として、図13に示す制御マップを参照して、現在の目標吸気ストローク量に応じた効率(η)を設定する。同図に示すように、吸気ストローク量が大きくなるほど効率ηは低下する関係にある。 Specifically, the efficiency (η) corresponding to the current target intake stroke amount is set with reference to the control map shown in FIG. 13 with reference to the time when the target intake stroke amount is the minimum (100%). As shown in the figure, the efficiency η decreases as the intake stroke amount increases.
そして、この効率ηを用いて、下式(5)により加速過渡期における目標吸気ストローク量tQcylを算出(補正)する。 Then, using this efficiency η, the target intake stroke amount tQcyl in the acceleration transition period is calculated (corrected) by the following equation (5).
tQcyl=Qeng/Ne×Patm/Pmani/η …(5)
(ただし、tQcyl≦tQcyl_max)
図14及び図15を参照して本発明の第4実施例を説明する。低負荷域からの加速過渡期には、燃焼室内や排気バルブ等の温度が高負荷時に比べて低いために、ノッキングに対して若干ゆとりがある。そこで、このような加速過渡期には、図14の実線で示す補正時のピストンモーションを、定常状態で求めた要求吸気量tQcylに対応した圧縮比よりも高く設定する。より具体的には、スロットル開度の変更による吸気応答遅れを相殺するように、ピストンモーションを一時的に変更・補正する際に、吸気ストローク量を変化させることなく圧縮上死点位置を高くしている。これによって、過渡時のトルク補正による効率低下を軽減することが可能になる。
tQcyl = Qeng / Ne × Patm / Pmani / η (5)
(However, tQcyl ≦ tQcyl_max)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. During the acceleration transition period from the low load region, the temperature of the combustion chamber and exhaust valve is lower than that at the time of high load, so there is some room for knocking. Therefore, during such an acceleration transition period, the piston motion at the time of correction indicated by the solid line in FIG. 14 is set higher than the compression ratio corresponding to the required intake air amount tQcyl obtained in the steady state. More specifically, when the piston motion is temporarily changed or corrected so as to cancel the intake response delay due to the change in the throttle opening, the compression top dead center position is increased without changing the intake stroke amount. ing. As a result, it is possible to reduce a decrease in efficiency due to torque correction during transition.
図16及び図17を参照して本発明の第5実施例を説明する。低負荷域からの加速過渡期には、吸入負圧の低下の応答遅れによって、吸気ストローク量を上限値(tQcyl_max)としても、目標トルクを実現するための吸気量が不足する可能性がある。そこで、加速過渡期にスロットル開度変化による吸気応答遅れを相殺するためにピストンモーションを一時的に変更する際に、図16の実線で示すように、そのストローク量を変化させることなく、吸気行程のクランク角度(以下、単に「吸気行程角度」とも呼ぶ)を、定常状態で求めた吸気行程角度よりも小さくし、吸気行程時のピストンスピードを増加させることで、吸気量を増大させている。ここで、吸気バルブタイミングを変更可能な機構を備えている場合、吸気行程に応じて吸気バルブが開弁するように、好ましくは吸気行程角度の変更に応じて吸気バルブの閉時期も変更する。 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the acceleration transition period from the low load range, there is a possibility that the intake amount for realizing the target torque is insufficient even if the intake stroke amount is set to the upper limit value (tQcyl_max) due to the response delay of the decrease in the intake negative pressure. Therefore, when the piston motion is temporarily changed to cancel the intake response delay due to the change in the throttle opening during the acceleration transition period, as shown by the solid line in FIG. 16, the intake stroke is not changed without changing the stroke amount. The intake air amount is increased by making the crank angle (hereinafter also simply referred to as “intake stroke angle”) smaller than the intake stroke angle obtained in the steady state and increasing the piston speed during the intake stroke. Here, when a mechanism capable of changing the intake valve timing is provided, the intake valve closing timing is preferably changed in accordance with the change in the intake stroke angle so that the intake valve opens according to the intake stroke.
なお、吸気行程角度Cintは、吸気ストローク量が最大値(tQcyl_max)を超えた分、つまり目標吸気ストローク量不足値(tQcyl_hos)に基づいて、図17に示すような予め設定された制御マップを参照して求めることができ、吸気行程角度の最小値はコントロールシャフトの動く速度が速くなりすぎない範囲で、かつ吸気量増大効果が得られる範囲で設定される(Cint=f(tQcyl_hos))。図17に示すように、目標吸気ストローク量不足値(tQcyl_hos)が大きくなるほど、吸気行程角度を小さくする。 Note that the intake stroke angle Cint refers to a preset control map as shown in FIG. 17 based on the amount by which the intake stroke amount exceeds the maximum value (tQcyl_max), that is, the target intake stroke amount deficiency value (tQcyl_hos). The minimum value of the intake stroke angle is set in a range where the moving speed of the control shaft does not become too fast and in a range where an effect of increasing the intake air amount can be obtained (Cint = f (tQcyl_hos)). As shown in FIG. 17, the intake stroke angle is reduced as the target intake stroke amount deficiency value (tQcyl_hos) increases.
上記の目標吸気ストローク量不足値(tQcyl_hos)は、例えば下式(6)により求めることができる。
tQcyl_hos=(tQcyl0+kQcyl×deltaT×Tarea)
−tQcyl_max…(6)
図18及び図19を参照して本発明の第6実施例について説明する。低負荷域からの加速過渡期には、吸入負圧低下の応答遅れの影響により、定常時よりも残留ガスが多くなり、燃焼が不安定になる可能性がある。そこで、このような加速過渡期におけるピストンモーション(図18の実線参照)を、そのストローク量を変化させることなく、定常状態で求めた吸気行程角度よりも長くするとともに、圧縮行程のクランク角度を短くし、圧縮行程時のピストンスピードを増加させることで、圧縮時の吸気乱れを増大させている。これによって、残留ガスが多い状態でも安定した燃焼が可能となる。ここで、吸気バルブタイミングを変更可能な機構を備えている場合、好ましくは、吸気行程角度に応じて良好に吸気バルブが開弁するように、吸気行程角度の変更に応じて吸気バルブの閉時期も変更する。
The target intake stroke amount shortage value (tQcyl_hos) can be obtained by the following equation (6), for example.
tQcyl_hos = (tQcyl0 + kQcyl × deltaT × Trea)
-TQcyl_max (6)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the acceleration transition period from the low load range, due to the influence of the response delay of the suction negative pressure drop, there is a possibility that the residual gas becomes more than in the steady state and the combustion becomes unstable. Therefore, the piston motion in the acceleration transition period (see the solid line in FIG. 18) is made longer than the intake stroke angle obtained in the steady state without changing the stroke amount, and the compression stroke crank angle is shortened. In addition, the intake air turbulence during compression is increased by increasing the piston speed during the compression stroke. As a result, stable combustion is possible even in a state where there is a large amount of residual gas. Here, when a mechanism capable of changing the intake valve timing is provided, it is preferable that the intake valve close timing according to the change in the intake stroke angle so that the intake valve opens favorably according to the intake stroke angle. Also change.
上記の吸気行程角度Cintは、下式(7)に示すように、マニフォルド圧力Pmaniに基づいて設定され、具体的には図19に示すようにマニフォルド圧力が小さいほど長くして、圧縮行程時のピストンスピードを増加させる。 The intake stroke angle Cint is set based on the manifold pressure Pmani as shown in the following equation (7). Specifically, as shown in FIG. 19, the intake stroke angle Cint is longer as the manifold pressure is smaller. Increase piston speed.
Cint=f(Pmani) …(7)
以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について列記する。但し、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、機関温度を検出するものとして上記実施例では冷却水温を検出する水温センサ46を用いているが、エンジンオイルの温度を検出する油温センサを単独又は水温センサ46と併用して機関温度を求めるようにしても良い。
Cint = f (Pmani) (7)
The characteristic technical ideas of the present invention that can be understood from the above description are listed. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and includes various modifications and changes without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the
[1]吸気通路16を開閉する電制のスロットル弁41と、ピストン12とクランクシャフト11のクランクピン22とを連係する複数のリンク23,24の一つに制御リンク25が連結された複リンク式ピストン−クランク機構21と、上記制御リンク25のリンク支持部26の位置を変更・保持するアクチュエータ27と、を有し、上記リンク支持部26の位置に応じて変化するピストンモーションと上記スロットル弁41のスロットル開度とを制御することにより吸入空気量を調整する4サイクルのレシプロ式内燃機関の制御装置であって、機関運転状態に応じてスロットル開度を変更する過渡期に、上記スロットル開度の変更に伴うトルク変動を相殺するように、上記ピストンモーションを一時的に変更する。
[1] A multi-link in which a
このような構成により、例えば低負荷からの加速過渡期のように機関運転状態に応じてスロットル開度を変更する過渡期に、ピストンモーションを一時的に変更することによって、上記スロットル開度の変更による吸入空気量つまりトルクの応答遅れに起因するトルク変動を良好に吸収・相殺することができ、トルク応答性能を向上することができる。 With such a configuration, the change in the throttle opening is changed by temporarily changing the piston motion in a transition period in which the throttle opening is changed according to the engine operating state, for example, in an acceleration transition period from a low load. Therefore, the torque fluctuation due to the intake air amount, that is, the torque response delay due to the torque can be satisfactorily absorbed and offset, and the torque response performance can be improved.
[2]スロットル開度の変化による吸気量の変化はピストンモーションの変化による吸気量の変化に比して応答性が非常に低いので、要求トルク(負荷)の変化に応じてピストンモーションだけで吸気量を変化させる領域と、スロットル弁だけで吸気量を変化させる領域と、が存在する設定の場合には、トルク応答性が運転領域によって異なることとなり、具体的にはスロットル弁で吸気量を調整する領域では、ピストンモーションで吸気量を調整する領域に比して、要求トルクが変化する加速・減速の過渡期における吸気量の応答性が低くなり、搭乗者に更に違和感を与えやすい。従って好ましくは、このようにピストンモーションを実質的に変更することなくスロットル開度を増加する低負荷域から中負荷域への加速過渡期で、上記[1]の制御を実施する。 [2] The change in the intake air amount due to the change in the throttle opening is much less responsive than the change in the intake air amount due to the change in the piston motion. In the case of a setting where there is a region where the amount is changed and a region where the intake air amount is changed only by the throttle valve, the torque response will differ depending on the operating region. Specifically, the intake air amount is adjusted by the throttle valve. In the area where the intake air amount is adjusted, the responsiveness of the intake air amount in the transition period of acceleration / deceleration where the required torque changes is lower than in the region where the intake air amount is adjusted by the piston motion, and the passenger is more likely to feel strange. Therefore, the control of [1] is preferably performed in the acceleration transition period from the low load range to the medium load range in which the throttle opening is increased without substantially changing the piston motion in this way.
なお、機関低〜中負荷域では吸気量制御にピストンモーションを用いない理由としては、機関低〜中負荷域では吸気ストローク量が既に小さく、それ以上吸気ストローク量を小さくしてしまうと圧縮比の確保が困難になること、また、吸気ストローク量を小さくするにしたがって、圧縮比の低下を抑制するために圧縮上死点位置を高くしていく必要があるが、これは機関の構成上、当然のことながら限界があること等が挙げられる。 The reason for not using piston motion for intake air amount control in the engine low to medium load range is that the intake stroke amount is already small in the engine low to medium load region, and if the intake stroke amount is further reduced, the compression ratio It is necessary to increase the compression top dead center position in order to suppress the decrease in the compression ratio as the intake stroke amount becomes smaller and the intake stroke amount becomes smaller. However, there is a limit.
[3]上記第1実施例のように、加速過渡期には、吸入空気量と直接的に関連する吸気行程の長さつまり吸気ストローク量を一時的に増加することによって、応答遅れによる吸気量の不足を精度良く相殺することが可能となる。 [3] As in the first embodiment, during the acceleration transition period, the length of the intake stroke directly related to the intake air amount, that is, the intake stroke amount, is temporarily increased, so that the intake amount due to the response delay is increased. It is possible to offset the shortage of
[4]また、上記第2実施例のように、加速過渡期には、スロットル弁41の下流のマニフォルド圧力を推定し、この圧力変化に基づいて、ピストンモーションを一時的に変更することによって、スロットル開度の変化による吸気量の応答遅れをより高精度に推定でき、トルク応答性を更に向上することができる。
[4] Further, as in the second embodiment, in the acceleration transition period, the manifold pressure downstream of the
[5]上記第3実施例のように、加速過渡期には、上記ピストンモーションの一時的な変更に伴う熱効率の変化を考慮して、ピストンモーションの変更量を設定することによって、スロットル開度の変化による吸気量の応答遅れを更に精度良く推定することが可能となる。 [5] As in the third embodiment, in the acceleration transition period, the throttle opening degree is set by setting the change amount of the piston motion in consideration of the change in the thermal efficiency accompanying the temporary change of the piston motion. It becomes possible to estimate the response delay of the intake air amount due to the change in the accuracy more accurately.
[6]上記第4実施例のように、加速過渡期には、圧縮上死点位置を一時的に高くすることによって、加速過渡期の熱効率を向上することができる。 [6] As in the fourth embodiment, in the acceleration transition period, the thermal efficiency in the acceleration transition period can be improved by temporarily increasing the compression top dead center position.
[7]上記第5実施例のように、加速過渡期には、吸気行程のクランク角度を一時的に短くすることによって、過渡時の吸入効率を向上させ、実際に発生するトルクを目標トルクにより近づけることができる。 [7] As in the fifth embodiment, during the acceleration transition period, the intake stroke efficiency during the transition is improved by temporarily shortening the crank angle of the intake stroke, and the actually generated torque is determined by the target torque. You can get closer.
[8]上記第6実施例のように、加速過渡期には、吸気行程のクランク角度を一時的に長くするとともに、圧縮行程のクランク角度を一時的に短くすることによって、圧縮行程における圧縮時のシリンダ内の乱れを強化し、燃焼をより安定させることができる。 [8] As in the sixth embodiment, during the acceleration transition period, the crank angle of the intake stroke is temporarily lengthened, and the crank angle of the compression stroke is temporarily shortened so that the compression stroke is compressed. The turbulence in the cylinder can be strengthened, and the combustion can be made more stable.
11…クランクシャフト
12…ピストン
13…シリンダ
21…複リンク式ピストン−クランク機構
22…クランクピン
23…ロアリンク
24…アッパリンク
25…制御リンク
26…リンク支持部
27…アクチュエータ
40…制御部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記リンク支持部の位置に応じて変化するピストンモーションと上記スロットル弁のスロットル開度とを制御することにより吸入空気量を調整する4サイクルのレシプロ式内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態に応じてスロットル開度を変更する過渡期に、上記スロットル開度の変更に伴うトルク変動を相殺するように、上記ピストンモーションを一時的に変更することを特徴とするレシプロ式内燃機関の制御装置。 An electronically controlled throttle valve that opens and closes the intake passage, a multi-link type piston-crank mechanism in which a control link is connected to one of a plurality of links that link a piston and a crank pin of a crankshaft, and link support of the control link An actuator for changing and holding the position of the part,
A control device for a four-cycle reciprocating internal combustion engine that adjusts an intake air amount by controlling a piston motion that changes according to a position of the link support and a throttle opening of the throttle valve,
A reciprocating internal combustion engine characterized by temporarily changing the piston motion so as to cancel out torque fluctuations associated with the change in the throttle opening during a transition period in which the throttle opening is changed in accordance with the engine operating state. Control device.
上記リンク支持部の位置に応じて変化するピストンモーションと上記スロットル弁のスロットル開度とを制御することにより吸入空気量を調整し、
かつ、機関運転状態に応じてスロットル開度を変更する過渡期には、上記ピストンモーションを一時的に変更することを特徴とするレシプロ式内燃機関の制御方法。 An electronically controlled throttle valve that opens and closes the intake passage, a multi-link type piston-crank mechanism in which a control link is connected to one of a plurality of links that link a piston and a crank pin of a crankshaft, and link support of the control link And a reciprocating internal combustion engine control method comprising:
Adjust the intake air amount by controlling the piston motion that changes according to the position of the link support and the throttle opening of the throttle valve,
And the control method of the reciprocating type internal combustion engine characterized by temporarily changing the piston motion in a transition period in which the throttle opening is changed according to the engine operating state.
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