JP2008157057A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】過給機と可変バルブタイミング機構とを備える内燃機関の低回転域において、エミッションの悪化抑制と高負荷時の出力確保とを、高い次元で両立することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】過給機を備えた内燃機関において、吸気弁および排気弁の開閉時期を変更可能な動弁機構と、内燃機関の低回転域において、運転条件に応じて吸気弁および排気弁の目標開閉時期を設定する目標開閉時期設定手段と、目標開閉時期に基づいて、動弁機構を制御する制御手段と、を備える。目標開閉時期は、過給機が駆動されない負圧域で設けられた、吸気弁および排気弁のオーバーラップ期間が、中低負荷過給域では縮小されように設定される。更に、要求負荷の大きい高負荷過給域では、中低負荷過給域で縮小されたオーバーラップ期間が拡大されるように目標開閉時期が設定される。
【選択図】図3

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、過給機と可変バルブタイミング機構とを備える内燃機関の制御装置に関する。
従来、例えば特開平5−296070号公報に開示されるように、低回転の過給域において、吸気バルブおよび排気バルブが共に開弁されている期間(以下、「オーバーラップ期間」と称す)を小さくするようにした装置が知られている。この装置では、より具体的には、バルブタイミング可変機構を備え、低回転域における吸気バルブの閉タイミングを、高回転域の閉タイミングよりも遅角側に制御する。低回転域ではオーバーラップ期間が高回転域に比して相対的に長いため、特に過給機付きエンジンにおいては燃料の排気ポートへの吹き抜けの問題が顕著に表れる。このため、低回転域のオーバーラップ期間を小さくすることとすれば、かかる領域での燃料の吹き抜けに起因する空燃比の変動を抑制することができ、燃費を向上させることができる。
特開平5−296070号公報 特開平3−26816号公報 特公平6−21579号公報 特開2003−83134号公報
しかしながら、オーバーラップ期間を小さくするために吸気バルブを遅閉じとした場合、吸気の慣性力が小さい低回転域では、シリンダ内の吸気の一部が吸気ポートへ吹き返してしまう。このため、吸気の充填効率が低下して、特に高負荷域において出力が低下するなどの問題が生じる可能性があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、過給機を有する内燃機関の低回転域において、エミッションの悪化抑制と高負荷時の出力確保とを、高い次元で両立することの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。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
過給機を備えた内燃機関の低回転域において、
吸気弁および排気弁の開閉時期を変更可能な動弁機構と、
前記内燃機関の低回転域において、運転条件に応じて前記吸気弁および前記排気弁の目標開閉時期を設定する目標開閉時期設定手段と、
前記目標開閉時期に基づいて、前記動弁機構を制御する制御手段と、を備え、
前記目標開閉時期設定手段は、
前記過給機が駆動されない負圧域と、前記過給機が駆動される過給域とで異なる目標開閉時期を設定し、更に前記過給域では、要求負荷が大きい高負荷過給域と、それ以外の中低負荷過給域とで異なる目標開閉時期を設定する手段であって、
前記負圧域では、前記吸気弁および前記排気弁が共に開弁しているオーバーラップ期間が設けられるように前記目標開閉時期を設定し、
前記中低負荷過給域では、前記負圧域において設けられたオーバーラップ期間が縮小されるように前記目標開閉時期を設定し、
前記高負荷過給域では、前記低負荷過給域において縮小されたオーバーラップ期間が拡大されるように前記目標開閉時期を設定することを特徴とする。
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記目標開閉時期設定手段は、
前記負圧域では、前記内燃機関の要求負荷が大きいほど、前記オーバーラップ期間が大きくなるように前記目標開閉時期を設定することを特徴とする。
また、第3の発明は、第1または2の発明において、
前記過給域は、前記内燃機関の吸気管圧力が正圧となる運転領域であることを特徴とする。
また、第4の発明は、第1乃至3の何れか1つの発明において、
前記目標開閉時期設定手段は、
前記中低負荷過給域では、前記内燃機関の機関回転数が小さいほど、前記オーバーラップ期間が縮小されるように前記目標開閉時期を設定することを特徴とする。
また、第5の発明は、第1乃至4の何れか1つの発明において、
前記内燃機関のスロットル開度が所定の判定値より大きい場合に、前記内燃機関の運転領域が前記高負荷過給域であると判定する判定手段と、
前記内燃機関の機関回転数が小さいほど、前記判定値を小さい値として算出する判定値算出手段と、
を更に備えることを特徴とする。
また、第6の発明は、第1乃至5の何れか1つの発明において、
前記高負荷過給域は、要求負荷が前記内燃機関の全負荷近傍となる運転領域であることを特徴とする。
また、第7の発明は、第1乃至6の何れか1つの発明において、
前記過給域において、
前記吸気弁および前記排気弁の実開閉時期を取得する実開閉時期取得手段と、
目標空燃比と実空燃比の偏差に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気が目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御を行うとともに、前記フィードバック制御時の空燃比のズレを補正するための空燃比学習を行う空燃比学習制御手段と、
前記目標開閉時期と前記実開閉時期との偏差が所定量を超えた場合に、前記空燃比学習を禁止する禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする。
第1の発明によれば、過給機が駆動されていない低回転の負圧域において、ポンピングロス低減のために拡大されていたオーバーラップ期間が、過給域においては縮小される。これにより、過給域で問題となる燃料および吸気の吹き抜けが抑制され、燃費向上を図るとともに、排気エミッションの悪化を抑制することができる。一方、オーバーラップ期間が縮小されると、吸気弁の閉じタイミングが遅閉じとなる。低回転域において吸気弁が遅閉じとなると、吸気の吹き返し量が増大し体積効率が低下するため、特に、高負荷が要求される高負荷過給域においては要求負荷に対応する出力を発揮することができない。このため、本発明によれば、高負荷過給域については、オーバーラップ期間が拡大される。これにより、過給域において、排気エミッションの悪化抑制と、高負荷要求に応じた出力確保を高い次元で両立させることができる。
また、要求負荷が大きいほど筒内に吸入される空気量が増大するため、ポンピングロスによる効率低下の影響が大きくなる。第2の発明によれば、過給機が駆動されていない負圧域において、要求負荷が大きいほど、オーバーラップ期間が拡大されるので、ポンピングロスを効果的に低減し、燃費を向上させることができる。
また、吸気管圧力が正圧となると吸気および燃料の吹き抜け量が増大する。第3の発明によれば、内燃機関の備える過給機が駆動され、吸気管圧力が正圧となる運転領域が過給域とされるので、かかる領域のオーバーラップ期間が縮小されることにより、効果的に吹き抜けを抑制することができ、燃費向上を図るとともに、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
また、機関回転数が大きいほど実質的なオーバーラップ期間が短くなるため、燃料および吸気の吹き抜けは発生し難くなる。第4の発明によれば、オーバーラップ期間が縮小される低過給域において、内燃機関の機関回転数が大きいほどオーバーラップ期間が拡大される。これにより、吹き抜けによる排気エミッションの悪化を効果的に抑制しつつ、ポンピングロスを効果的に低減し燃費向上を図ることができる。
また、機関回転数が小さいのであれば、スロットル開度が全開とならなくても高負荷要求に対応するための吸入空気量を確保することができる。第5の発明によれば、判定値が、機関回転数が小さいほど小さな値とされるので、機関回転数が小さいほどスロットル開度が小さい値において高負荷過給域であることを判定することができる。
第6の発明によれば、要求負荷が内燃機関の全負荷近傍、すなわち、最大トルク時の負荷近傍である場合に、負荷過給域の運転領域として判定することができる。
第7の発明によれば、低回転の過給域において、内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉時期の目標値と実測値とが比較されることにより、動弁機構の応答遅れ、或いは異常等の有無が確認される。応答遅れ等が発生している状況においては、オーバーラップ期間の縮小が正確に行われないため、エミッションが悪化するおそれがある。このため、本発明によれば、応答遅れ等が発生している場合には、空燃比フィードバック制御における空燃比学習を禁止することにより、空燃比学習の誤学習を防止することができ、誤ったフィードバック制御によるエミッションの悪化を効果的に抑制することができる。
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1としての制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかる内燃機関(エンジン)10は、火花点火式の4ストロークエンジンである。図1に示すとおり、エンジン10の排気側には、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド12が接続されている。排気マニホールド12の出口には、排気管14が接続されている。排気管14の途中には、排気浄化触媒16が配置されている。また、排気管14における排気浄化触媒16の上流には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ18が配置されている。空燃比センサ18は、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出するセンサであって、排気浄化触媒16に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて、エンジン10で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するセンサである。また、排気管14における排気浄化触媒16の下流には、酸素センサ20が配置されている。酸素センサ20は、排気ガス中の酸素濃度が所定値よりも大きいか小さいかを検出するためのセンサである。
エンジン10の吸気側には、各気筒に吸入空気を分配するための吸気マニホールド22が接続されている。吸気マニホールド22の入口には、空気を大気中から取り込んで吸気マニホールド22に導くための吸気管24が接続されている。吸気管24の入口には、エアクリーナ26が取り付けられている。また、吸気管24のエアクリーナ26の下流近傍には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ52が設置されている。また、吸気マニホールド22の上流には、スロットル28が設けられている。
吸気管24におけるスロットル28の上流には、ターボ過給機32が設けられている。ターボ過給機32は、コンプレッサ34とタービン36とから構成されている。タービン36は、排気マニホールド12から排気浄化触媒16に至る排気管14の途中に設けられている。コンプレッサ34とタービン36とは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ34はタービン36が排気ガスから受ける排気エネルギによって回転駆動される。吸気管24におけるコンプレッサ34の下流には、コンプレッサ34によって過給された空気を冷却するインタークーラ38が設けられている。
エンジン10の総合制御は、ECU(Electronic Control Unit)50により行われる。ECU50の出力部には、スロットル28や、図示しない種々のアクチュエータが接続されている。ECU50の入力部には、エアフロメータ52、アクセル開度センサ54、エンジン回転数センサ56、車速センサ58等の種々のセンサ類が接続されている。これらセンサ52、54、56、58から入力される吸入空気量Ga(g/s)、エンジン回転数NE(rpm)、アクセル開度ACCP(%)、車速SPD(m/s)は、何れもエンジン制御に係る情報として用いられる。ECU50は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。
図2は、図1に示すシステムにおける内燃機関10の一つの気筒の断面を示す図である。以下、図2を参照して、内燃機関10について更に説明する。図2に示すとおり、エンジン10は内部にピストン60が配置されたシリンダブロック62と、シリンダブロック62に組み付けられたシリンダヘッド64を備えている。シリンダブロック62およびシリンダヘッド64の内壁とピストン60の上面とで囲まれる空間は、燃焼室66を形成している。
吸気マニホールド22には、吸気ポート68に燃料を噴射するためのインジェクタ70が設けられている。また、吸気ポート68と燃焼室66との接続部には、吸気ポート68と燃焼室66との連通状態を制御する吸気弁72が設けられている。吸気弁72には、そのバルブタイミングを可変制御する吸気バルブタイミング制御装置74が備えられている。一方、排気ポート76と燃焼室66との接続部には、排気ポート76と燃焼室66との連通状態を制御する排気弁78が設けられている。排気弁78には、そのバルブタイミングを可変制御する排気バルブタイミング制御装置80が備えられている。本実施形態では、吸気バルブタイミング制御装置74および排気バルブタイミング制御装置80として、クランク軸82に対するカム軸(図示略)の位相角を変化させることで、作用角は一定のまま開閉タイミングを進角或いは遅角する可変バルブタイミング機構(VVT)が用いられているものとする。以下、吸気バルブタイミング制御装置74および排気バルブタイミング制御装置80を、それぞれ、単に「VVT74」 および「VVT80」と称す。VVT74、80は、それぞれECU50に接続されている。
[実施の形態1の動作]
次に、図3を参照して、本実施形態の動作について説明する。本実施形態のシステムは、エンジン10の運転条件に基づいてVVT74を駆動制御することにより、オーバーラップ期間を拡大させることができる。より具体的には、VVT74の変位量[CA](以下、「VVT値」と称す)を進角するほど、作用角一定のまま吸気弁72の開閉タイミングを進角させることができ、オーバーラップ期間を拡大させることができる。尚、VVT74の代わりに、或いはVVT74と合わせてVVT80を駆動制御することとして、オーバーラップ期間を変化させることとしてもよい。
(負圧域におけるVVT変位量の制御)
図3は、エンジン10の機関回転数NEが一定(例えば、NE=2000rpm)である場合の、負荷率klに対するVVT値を示す図である。この図に示すとおり、ターボ過給機32が駆動していない負圧域において、アイドル運転等の極低負荷運転時は、VVT74を駆動制御することによるオーバーラップ期間の拡大は行われず、燃焼ガスが吸気ポート68および燃焼室66に吹き返す量を抑えることとしている。これにより、燃焼が安定するため、燃費を向上させることができる。
しかしながら、オーバーラップ期間が小さいと、負荷が大きくなるにつれ、次第にポンピングロスの影響が大きくなり燃費が悪化してしまう。このため、図3に示すとおり、負圧域においては、要求負荷が大きくなるほどオーバーラップ期間が大きくなるようにVVT値が徐々に進角される。これにより、ポンピングロスを低減することができ、燃費の向上を図ることができる。また、燃焼室66内に残留する燃焼ガス量が増大するため、燃焼によるNOxの発生を低減することができ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
(過給域におけるVVT変位量の制御)
本実施形態の内燃機関10はターボ過給機32を備えている。ここで、負荷が高くなりターボ過給機32が駆動されると、吸気管圧力が正圧となる過給域となる。かかる領域において、図3に点線で示すとおり、上記負圧域と同様に、オーバーラップ期間が大きくなるようにVVT値が進角されると、燃料および吸気の吹き抜けによるエミッション悪化が問題となる。より具体的には、吸気の吹き抜けが発生すると、吸気の一部が排気ポート76に吹き抜けてしまうため、燃焼室66の燃焼A/Fはリッチとなる。しかしながら、空燃比フィードバック制御においては、空燃比センサ18により検出される排気A/F値、つまり、吹き抜けた吸気の影響が重畳したA/F値により制御されるため、常にリッチ燃焼が行われてしまい、燃費の低下や、排気浄化触媒16の浄化効率低下によるエミッションの悪化を招いてしまう。
また、燃料の吹き抜けが発生すると、燃料の一部が排気ポート76に吹き抜けるため、空燃比センサ18により検出される排気A/Fはリーンとなる。このため、空燃比フィードバック制御においては燃料増量制御が行われ、A/F学習値のズレや、エミッションの悪化を招いてしまう。
そこで、燃料および吸気の吹き抜けが問題となる過給域においては、図3に実線で示すとおり、オーバーラップ期間が抑制されるようにVVT値が遅角される。これにより、過給域における燃料および吸気の吹き抜けを効果的に抑制することができ、エミッションの悪化抑制、および燃費の向上を図ることができる。
(WOT域におけるVVT変位量の制御)
上述した過給域のオーバーラップ期間の抑制制御により、過給域における燃料および吸気の吹き抜けを効果的に抑制することができる。しかしながら、オーバーラップ期間が抑制されると高負荷要求への対応が困難となる。すなわち、VVT値が遅角されると、吸気弁72の閉じタイミングが遅閉じとなるため、燃焼室66に吸入された空気の一部が吸気ポート68へ吹き返し、体積効率が低下してしまう。このため、全負荷(最大トルクを発揮しうる負荷)近傍の高負荷要求に対しては、スロットル28を全開としても要求負荷に対応する出力を発揮することができないこととなる。
そこで、本実施の形態においては、図3に示すとおり、出力が低下してしまう全負荷近傍の運転領域(例えば、最大トルクの80%以上の領域、以下、「WOT域」と称す)の吸気弁72が早閉じとなるように、VVT74を制御することとする。より具体的には、VVT値を進角させることにより、吸気弁72の開閉タイミングが進角される。これにより、吸気弁72を早閉じとすることができ、WOT域において体積効率を向上させ、出力低下を抑制することができる。このように、WOT域のオーバーラップ期間を拡大することにより、過給域における排気エミッションの悪化抑制と、高負荷要求に応じた出力確保を効果的に両立させることができる。
尚、過給域のオーバーラップ期間が抑制されている状況においては、WOT域の要求負荷を出力することができないため、エンジン負荷率klに基づいて、WOT域の運転領域判定を行うことができない。このため、WOT域は要求負荷等から決定される機関回転数NEとスロットル開度TAに基づいて判定される。
[実施の形態1における具体的処理]
次に、図4乃至図8を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図4は、ECU50が上述した機能を実現するために実行するルーチンのフローチャートである。
図4に示すルーチンでは、先ず、スロットル開度TA、エンジン負荷率kl、機関回転数NEが取り込まれる(ステップ100)。ここでは、具体的には、エアフロメータ52、アクセル開度センサ54、エンジン回転数センサ56、車速センサ58から検出された信号等に基づいて算出された値が取り込まれる。
次に、VVT74の進角量である目標VVT値(vvt)が算出される(ステップ102)。図5は、目標VVT値(vvt)を算出するためにECU50が記憶しているマップを示す。ここでは、具体的には、上記ステップ100において取り込まれた機関回転数NE、およびエンジン負荷率klに対応する目標VVT値(vvt)が算出される。
次に、エンジン10の運転領域が過給域か否かが判定される(ステップ104)。ここでは、具体的には、上記ステップ100において取り込まれた負荷率klと判定値αとの大小が比較される。判定値αは、エンジン10の過給域を判定するために予め設定された値(例えば、α=80[%])が使用される。
上記ステップ104において、負荷率kl>判定値αの成立が認められた場合には、次のステップに移行し、エンジン10の運転領域がWOT域か否かが判定される(ステップ106)。ここでは、具体的には、上記ステップ100において取り込まれたスロットル開度TAと判定値βとの大小が比較される。
図6は、判定値βを算出するためにECU50が記憶しているマップを示す。上記ステップ106において、判定値βは、このマップに従って算出される。ここで、機関回転数NEが小さい場合には、スロットル開度TAが全開(100[%])でなくてもスロットル全開相当の吸入空気量を確保することができる。このため、このマップにおいては、判定値βが、機関回転数NEが小さいほど小さな値とされるように規定されている。
上記ステップ108において、機関回転数NE<判定値βの成立が認められた場合には、エンジン10の運転領域はWOT域ではない過給域であると判定されたこととなる。かかる場合には、次のステップに移行し、VVT74の遅角量である吹き返し抑制VVT遅角量(kvvt)が算出される(ステップ108)。図7は、VVT遅角量(kvvt)を算出するためにECU50が記憶しているマップを示す。ここでは、具体的には、上記ステップ100において取り込まれた機関回転数NE、およびエンジン負荷率klに対応するVVT遅角量(kvvt)が算出される。
一方、上記ステップ104において、負荷率kl>判定値αの成立が認められない場合には、次のステップに移行し、VVT遅角量(kvvt)がゼロとして算出される(ステップ110)。
図4に示すルーチンでは、次に、最終目標VVT値(VT)が算出される(ステップ112)。ここでは、具体的には、以下の演算式(1)に、上記ステップ102において算出された目標VVT値(vvt)と、上記ステップ108または110において算出されたVVT遅角量(kvvt)とが代入され、最終目標VVT値(VT)が算出される。
最終目標VVT値(VT)= 目標VVT値(vvt)−VVT遅角量(kvvt) ・・・(1)
一方、上記ステップ108において、機関回転数NE<判定値βの成立が認められない場合には、エンジン10の運転領域はWOT域であると判定されたこととなる。かかる場合には、次のステップに移行し、WOT域におけるVVT74の進角量であるWOT要求VVT値(vvtwot)が算出される(ステップ114)。図8は、WOT要求VVT値(vvtwot)を算出するためにECU50が記憶しているマップを示す。ここでは、具体的には、上記ステップ100において取り込まれた機関回転数NEに対応するVVT進角量(vvtwot)が算出される。
次に、WOT域における最終目標VVT値(VT)が算出される(ステップ116)。ここでは、具体的には、上記ステップ114において算出されたWOT要求VVT値(vvtwot)が最終目標VVT値(VT)とされる。
次に、VVT74が、最終目標VVT値(VT)に制御される(ステップ118)。ここでは、具体的には、上記ステップ112または116において算出された最終目標VVT値(VT)に基づいてVVT74が駆動制御され、本ルーチンは終了される。
以上説明したとおり、本実施の形態1によれば、最終目標VVT値(VT)をエンジン10の運転領域毎に、すなわち、負圧域、過給域、およびWOT域においてそれぞれ算出することができる。これにより、負圧域におけるポンピングロス低減、過給域における吹き抜け抑制、およびWOT域における吹き返し抑制を効果的に行うことができ、排気エミッションの悪化抑制と高負荷要求に対する出力確保とを高い次元で両立させることができる。
ところで、上述した実施の形態1においては、算出された負荷率klと判定値αとを比較することにより、運転領域が過給域か否かの判定をすることとしているが、過給域の判定はこれに限られない。すなわち、吸気管圧力を測定或いは推定し、かかる圧力が正圧となった場合に過給域を判定してもよいし、要求負荷および種々の運転条件から過給域を推定することとしてもよい。
また、上述した実施の形態1においては、算出されたスロットル開度TAと機関回転数NEをパラメータとする判定値βとを比較することにより、運転領域がWOT域か否かの判定をすることとしているが、WOT域の判定はこれに限られない。すなわち、要求負荷等から算出される運転条件から判定するのであれば、スロットル開度TAに限らず、他の運転条件に基づいて判定することとしてもよい。
また、上述した実施の形態1においては、吸気バルブタイミング制御装置74および排気バルブタイミング制御装置80として、可変バルブタイミング機構(VVT)が用いられているが、バルブタイミング制御装置は特にこれに限定されず、電磁駆動弁などの公知の機構を用いた装置を用いることとしてもよい。
また、上述した実施の形態1においては、先ず、図5に示すマップに従い目標VVT値(vvt)を算出した後に、過給域である場合に限り、図7に示すマップに従い吹き返し抑制VVT値(kvvt)を算出し、最終的に上式(1)に代入することにより、最終目標VVT値(VT)を算出することとしている。しかしながら、最終目標VVT値(VT)を算出する手法はこれに限られない。すなわち、図7に規定する吹き返し抑制遅角量(kvvt)を予め図5に示すマップに組み込み、かかるマップを使用することとしても、上述した実施の形態1と同様に最終目標VVT値(VT)を算出することができる。
より具体的には、上述した図4に示すフローチャートのステップ102において、図5に示すマップに吹き返し抑制VVT値(kvvt)が予め組み込まれたマップが使用される。これにより、ステップ108に示す吹き返し抑制遅角量(kvvt)が重畳された目標VVT値(vvt)が算出されるので、ステップ104に示す過給域判定が不要となる。
尚、上述した実施の形態1においては、VVT74、78が前記第1の発明における「動弁機構」に、過給域が前記第1の発明における「中低負荷過給域」に、WOT域が前記第1の発明における「高負荷過給域」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、上記ステップ112または114の処理を実行することにより、前記第1の発明における「目標開閉時期設定手段」が、上記ステップ118の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第5の発明における「判定手段」が、実現されている。
実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1および図2に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に後述する図9に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
(空燃比フィードバック制御)
本実施の形態2のシステムにおいては、空燃比のフィードバック制御および空燃比学習が行われる。より具体的には、空燃比センサ18の出力信号に基づいて、実際の空燃比が目標空燃比に一致するようにインジェクタ70から噴射される燃料噴射量を制御するメインフィードバック制御が行われる。
また、メインフィードバック制御時には、実空燃比と目標空燃比の偏差に基づいて、メインフィードバック制御時の定常的な空燃比ズレを補正するための空燃比学習が行われる。メインフィードバック制御量に定常的な誤差をも含めることとすると、その値が適正値に更新されるまでに長い期間が必要となる。このため、空燃比学習を導入して、その定常的誤差分を移し替えると、メインフィードバック制御量の更新に要する時間を短縮することができる。
空燃比学習では、メインフィードバック制御の実行に関わる種々の要素に重畳している定常的な誤差分が、学習値として学習される。より具体的には、適当なタイミングで、メインフィードバック制御量の平均的な値をメインフィードバック学習量に移し替える処理が行われる。
また、メインフィードバック制御および空燃比学習が行われている状況下においても、空燃比がリッチ側あるいはリーン側に偏ることがある。かかる状況が継続すると、NOx等の未浄化成分を排気浄化触媒16において浄化できず、エミッションが悪化するおそれがある。そこで、本実施の形態2においては、酸素センサ20の出力信号に基づいて、排気浄化触媒16を通過した排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するようにメインフィードバック制御を補完するサブフィードバック制御が行われる。
また、サブフィードバック制御においても、メインフィードバック制御と同様に、空燃比学習が行われる。このように、空燃比フィードバック制御および空燃比学習が正常に行われていれば、実空燃比を常に目標空燃比近傍に制御することができ、エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。
(VVT変位量の制御)
ここで、本実施の形態2においては、実施の形態1と同様のVVT制御が行われる。より具体的には、エンジン10の運転領域が低回転の過給域である場合において、算出された最終目標VVT値(VT)に基づいて、オーバーラップが縮小されるようにVVT74が駆動制御される。これにより、過給域における吹き抜け抑制を効果的に行うことができ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
しかしながら、VVT制御においては、VVT74の応答遅れや異常等が発生する場合があり、最終目標VVT値(VT)と実VVT値との間にズレが発生してしまう。かかる場合においては、VVT制御が正確に行われていないため実空燃比が乱れてしまい、誤った空燃比学習が行われるおそれがある。
そこで、本実施の形態2においては、VVT制御が実行される低回転の過給域において、VVT制御が正確に行われていない場合には、空燃比学習を禁止することとする。これにより、空燃比学習の誤学習を防止することができ、誤ったフィードバック制御によるエミッションの悪化を効果的に抑制することができる。
[実施の形態2における具体的処理]
次に、図9を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図9は、ECU50が上述した機能を実現するために実行するルーチンのフローチャートである。
図9に示すルーチンでは、先ず、VVT74が、最終目標VVT値(VT)に制御される(ステップ200)。ここでは、具体的には、図4に示すステップ100乃至118の処理が実行され、算出された最終目標VVT値(VT)に基づいてVVT74が駆動制御される。
次に、実VVT値(tv)が取得される(ステップ202)。次いで、最終目標VVT値(VT)と実VVT値(tv)との偏差(Δvvt)が算出される(ステップ204)。ここでは、具体的には、上記ステップ200において算出された最終目標VVT値(VT)と、上記ステップ202において取得された実VVT値(tv)との偏差が算出される。
次に、現在、空燃比フィードバック制御が実行されているか否かが判定される(ステップ206)。エンジンの始動時や高負荷時等のように、オープンループ制御が行われている場合には、空燃比が乱れるおそれがあるため、空燃比学習が禁止される(ステップ214)ここでは、具体的には、上述したメインフィードバック学習、およびサブフィードバック学習が共に禁止される。
一方、上記ステップ206において、空燃比フィードバック制御中と判定された場合には、次に、エンジン10の運転領域が過給域か否かが判定される(ステップ208)。ここでは、具体的には、図4に示すステップ104と同様の処理が実行される。
上記ステップ208において、負荷率kl>判定値αの成立が認められない場合には、エンジン10の運転領域が負圧域であるため、次のステップに移行し、空燃比学習が許可される(ステップ216)。一方、上記ステップ208において、負荷率kl>判定値αの成立が認められた場合には、次のステップに移行し、現在の機関回転数NEが所定の低回転域か否かが判定される(ステップ210)。ここでは、具体的には、上記ステップ200において取り込まれた機関回転数NEが、低回転を判定するための判定値として設定された所定値γより小さいか否かが判定される。
上記ステップ210において、機関回転数NE<所定値γの成立が認められない場合には、ステップ216に移行し、空燃比学習が許可される。一方、上記ステップ210において、機関回転数NE<所定値γの成立が認められた場合には、次のステップに移行し、最終目標VVT値(VT)と実VVT値(tv)との偏差(Δvvt)が所定値Fより大きいか否かが判定される(ステップ212)。ここでは、具体的には、上記ステップ204において算出された偏差(Δvvt)が、VVT制御の応答遅れとして許容し得る範囲であるかが判定される。偏差(Δvvt)>所定値Fの成立が認められない場合には、VVT制御の応答遅れとしては許容範囲であると判断されたこととなるため、ステップ216に進み、空燃比学習が許可される。
一方、偏差(Δvvt)>所定値Fの成立が認められた場合には、VVT制御の応答遅れとしては許容範囲外であり、空燃比が乱れるおそれがあるため、ステップ214に進み、空燃比学習が禁止される。
以上説明したとおり、本実施の形態2によれば、エンジン10が低回転の過給域において、空燃比フィードバック制御を実行している状況において、VVT制御の応答遅れが発生している場合に、空燃比学習を禁止することができる。これにより、空燃比学習の誤学習を防止することができ、誤ったフィードバック制御によるエミッションの悪化を効果的に抑制することができる。
ところで、上述した実施の形態2においては、算出された負荷率klと判定値αとを比較することにより、運転領域が過給域か否かの判定をすることとしているが、過給域の判定はこれに限られない。すなわち、吸気管圧力を測定或いは推定し、かかる圧力が正圧となった場合に過給域を判定してもよいし、要求負荷および種々の運転条件から過給域を推定することとしてもよい。
また、上述した実施の形態2においては、吸気バルブタイミング制御装置74および排気バルブタイミング制御装置80として、可変バルブタイミング機構(VVT)が用いられているが、バルブタイミング制御装置は特にこれに限定されず、電磁駆動弁などの公知の機構を用いた装置を用いることとしてもよい。
尚、上述した実施の形態2においては、ECU50が、上記ステップ202の処理を実行することにより、前記第7の発明における「実開閉時期取得手段」が、上記ステップ214の処理を実行することにより、前記第7の発明における「禁止手段」が、上記ステップ216の処理を実行することにより、前記第7の発明における「空燃比学習制御手段」が、それぞれ実現されている。
本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。 図1に示すシステムにおけるエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。 機関回転数NEが一定である場合の、負荷率klに対するVVT値を示した図である。 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。 負荷率klおよび機関回転数NEをパラメータとして、目標VVT値(vvt)を算出するためのマップである。 機関回転数NEをパラメータとして、判定値βを算出するためのマップである。 負荷率klおよび機関回転数NEをパラメータとして、吹き返し抑制VVT遅角量(kvvt)を算出するためのマップである。 機関回転数NEをパラメータとして、WOT要求VVT値(vvtwot)を算出するためのマップである。 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。
符号の説明
10 内燃機関(エンジン)
12 排気マニホールド
14 排気管
16 排気浄化触媒
18 空燃比センサ
20 酸素センサ
22 吸気マニホールド
24 吸気管
26 エアクリーナ
28 スロットル
32 ターボ過給機
34 コンプレッサ
36 タービン
38 インタークーラ
52 エアフロメータ
54 アクセル開度センサ
56 エンジン回転数センサ
58 車速センサ
60 ピストン
62 シリンダブロック
64 シリンダヘッド
66 燃焼室
68 吸気ポート
70 インジェクタ
72 吸気弁
74 吸気バルブタイミング制御装置(VVT)
76 排気ポート
78 排気弁
80 排気バルブタイミング制御装置(VVT)
82 クランク軸
ACCP アクセル開度
Ga 吸入空気量
kl 負荷率
NE 機関回転数
SPD 車速
TA スロットル開度

Claims (7)

  1. 過給機を備えた内燃機関において、
    吸気弁および排気弁の開閉時期を変更可能な動弁機構と、
    前記内燃機関の低回転域において、運転条件に応じて前記吸気弁および前記排気弁の目標開閉時期を設定する目標開閉時期設定手段と、
    前記目標開閉時期に基づいて、前記動弁機構を制御する制御手段と、を備え、
    前記目標開閉時期設定手段は、
    前記過給機が駆動されない負圧域と、前記過給機が駆動される過給域とで異なる目標開閉時期を設定し、更に前記過給域では、要求負荷が大きい高負荷過給域と、それ以外の中低負荷過給域とで異なる目標開閉時期を設定する手段であって、
    前記負圧域では、前記吸気弁および前記排気弁が共に開弁しているオーバーラップ期間が設けられるように前記目標開閉時期を設定し、
    前記中低負荷過給域では、前記負圧域において設けられたオーバーラップ期間が縮小されるように前記目標開閉時期を設定し、
    前記高負荷過給域では、前記低負荷過給域において縮小されたオーバーラップ期間が拡大されるように前記目標開閉時期を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記目標開閉時期設定手段は、
    前記負圧域では、前記内燃機関の要求負荷が大きいほど、前記オーバーラップ期間が大きくなるように前記目標開閉時期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。
  3. 前記過給域は、前記内燃機関の吸気管圧力が正圧となる運転領域であることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記目標開閉時期設定手段は、
    前記中低負荷過給域では、前記内燃機関の機関回転数が小さいほど、前記オーバーラップ期間が縮小されるように前記目標開閉時期を設定することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記内燃機関のスロットル開度が所定の判定値より大きい場合に、前記内燃機関の運転領域が前記高負荷過給域であると判定する判定手段と、
    前記内燃機関の機関回転数が小さいほど、前記判定値を小さい値として算出する判定値算出手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記高負荷過給域は、要求負荷が前記内燃機関の全負荷近傍となる運転領域であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記過給域において、
    前記吸気弁および前記排気弁の実開閉時期を取得する実開閉時期取得手段と、
    目標空燃比と実空燃比の偏差に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気が目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御を行うとともに、前記フィードバック制御時の空燃比のズレを補正するための空燃比学習を行う空燃比学習制御手段と、
    前記目標開閉時期と前記実開閉時期との偏差が所定量を超えた場合に、前記空燃比学習を禁止する禁止手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
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