JP2008175109A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 内燃機関の良好な燃費の確保と、加速要求時における内燃機関の出力の応答性の向上とを両立できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 制御装置1は、検出された第2可変動弁機構70の作動量Cainに応じて、第1可変動弁機構50の制御用の第1制御入力Uliftinを算出し(ステップ51、52、図19)、内燃機関3に要求される加速度合を表す要求加速度合パラメータG_cmdを算出する(ステップ14)。また、第2可変動弁機構70の制御用の第2制御入力Ucainを、内燃機関3の出力を優先して算出するための出力優先型算出手段(ステップ43、44、図17)と、燃費を優先して算出するための燃費優先型算出手段(ステップ42、44、図16)とを備え、要求加速度合パラメータG_cmdに応じ、出力優先型算出手段および燃費優先型算出手段の一方を選択する(ステップ15〜17、41)。
【選択図】 図15

Description

本発明は、第1可変動弁機構とこれよりも応答速度が低い第2可変動弁機構とにより吸気弁の動作特性を変更することよって吸入空気量を変更可能に構成された内燃機関の制御装置に関する。
従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この内燃機関には、吸気弁のバルブリフトを変更する第1可変動弁機構と、吸気弁の作動角の中心角(以下、単に「中心角」という)を変更する第2可変動弁機構が設けられている。第1および第2の可変動弁機構は、電動機および油圧ポンプをそれぞれ動力源としており、第2可変動弁機構の応答速度、すなわちその制御入力に対する作動量の応答速度は、第1可変動弁機構よりも低い。上記の従来の制御装置では、これらの第1および第2の可変動弁機構を介してバルブリフトおよび中心角をそれぞれ次のように制御することにより、吸入空気量が制御される。
具体的には、センサなどを用いて求めた内燃機関の負荷に応じ、目標中心角マップを検索することによって、上記の中心角の目標値である目標中心角を算出するとともに、実際の中心角を実中心角度相当値として推定する。この目標中心角マップでは、目標中心角は、内燃機関の良好な燃費が得られるような値に設定されている。また、内燃機関の負荷および推定した実中心角度相当値に応じ、上記のバルブリフトの目標値である目標バルブリフトを算出する。そして、算出した目標バルブリフトに基づく制御入力を第1可変動弁機構に、目標中心角に基づく制御入力を第2可変動弁機構に、それぞれ入力することによって、バルブリフトおよび中心角が、目標バルブリフトおよび目標中心角にそれぞれ制御される。以上により、第2可変動弁機構の制御入力に対する作動量の応答遅れを補償し、吸入空気量を精度良く制御するようにしている。
上述したように、従来の制御装置では、目標中心角マップにおいて良好な燃費が得られるような値に設定された目標中心角を、中心角の目標値として用いているにすぎない。このため、従来の制御装置では、加速要求により内燃機関の負荷が急増するような場合には、第2可変動弁機構の応答遅れを十分には補償できず、十分な吸入空気量が得られないことによって、負荷に対して高い応答性で内燃機関の出力を増大させることができない。また、そのような不具合を解消するために、目標中心角マップにおいて、目標中心角を燃費ではなく、出力を優先に設定することが考えられるが、その場合には、内燃機関の良好な燃費が得られなくなってしまう。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の良好な燃費を確保できるとともに、加速要求時における内燃機関の出力の応答性を高めることが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。
特開2006−57573号公報
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、第1可変動弁機構(実施形態における(以下、本項において同じ)バルブリフト可変機構50)と第1可変動弁機構よりも応答速度が低い第2可変動弁機構(カム位相可変機構70)とにより吸気弁4の動作特性を変更することよって吸入空気量QAを変更可能に構成された内燃機関3を制御するための内燃機関3の制御装置1であって、吸気弁4に対する第2可変動弁機構の作動量(カム位相Cain)を検出する作動量検出手段(カム角センサ23)と、検出された第2可変動弁機構の作動量に応じて、第1可変動弁機構を制御するための第1制御入力(リフト制御入力Uliftin)を算出する第1制御入力算出手段(ECU2、ステップ51、52、図19)と、内燃機関3の負荷を表す負荷パラメータ(エンジン要求出力Bmep_cmd)を検出する負荷パラメータ検出手段(ECU2、ステップ1)と、内燃機関3に要求される加速度合を表す要求加速度合パラメータ(要求加速度G_cmd)を算出する要求加速度合パラメータ算出手段(ECU2、ステップ14)と、第2可変動弁機構を制御するための第2制御入力(位相制御入力Ucain)を、検出された負荷パラメータに応じ、内燃機関3の出力を優先して算出するための出力優先型算出手段(ECU2、ステップ43、44、図17)と、第2制御入力を、負荷パラメータに応じ、内燃機関3の燃費を優先して算出するための燃費優先型算出手段(ECU2、ステップ42、44、図16)と、算出された要求加速度合パラメータに応じ、第2制御入力を算出する算出手段として、出力優先型算出手段および燃費優先型算出手段の一方を選択する選択手段(ECU2、ステップ15〜17、61〜63、41)と、を備えることを特徴とする。
この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の負荷を表す負荷パラメータが負荷パラメータ検出手段によって検出されるとともに、内燃機関に要求される加速度合(以下「要求加速度合」という)を表す要求加速度合パラメータが、要求加速度合パラメータ算出手段によって算出される。また、検出された負荷パラメータに応じて第2制御入力を算出するための算出手段として、出力を優先して算出する出力優先型算出手段と燃費を優先して算出する燃費優先型算出手段とを備えており、算出された要求加速度合パラメータに応じ、出力優先型算出手段または燃費優先型算出手段を選択手段によって選択するとともに、選択した算出手段によって第2制御入力が算出される。
したがって、要求加速度合パラメータが加速要求を示しているときに、出力優先型算出手段を選択することによって、加速要求時に、加速要求に適した大きさの吸入空気量を得ることができ、内燃機関の出力を速やかに増大させ、その応答性を高めることができる。また、要求加速度合パラメータが加速要求を示していないときに、燃費優先型算出手段を選択することによって、加速要求時以外のときに、内燃機関の良好な燃費を得ることができる。以上により、内燃機関の良好な燃費を確保できるとともに、加速要求時における内燃機関の出力の応答性を高めることができる。
また、吸気弁に対する第2可変動弁機構の作動量が作動量検出手段によって検出されるとともに、検出された作動量に応じ、第1可変動弁機構を制御するための第1制御入力が、第1制御入力算出手段によって算出される。このように、応答速度の低い第2可変動弁機構の実際の作動量に応じ、応答速度の高い第1可変動弁機構の第1制御入力を算出するので、第2可変動弁機構の応答遅れを、第1可変動弁機構を介した吸入空気量の制御によって補償できる。これにより、上述した効果、すなわち、良好な燃費を確保できるとともに、加速要求時における内燃機関の出力の応答性を高められるという効果を、より良好に得ることができる。なお、本明細書中における「検出」には、センサによる検出に加え、演算による「算出」や「推定」も含むものとする。
前記目的を達成するため、請求項2に係る発明は、第1可変動弁機構と第1可変動弁機構よりも応答速度が低い第2可変動弁機構とにより吸気弁4の動作特性を変更することによって吸入空気量QAを変更可能に構成された内燃機関3を制御するための内燃機関3の制御装置1であって、吸気弁4に対する第2可変動弁機構の作動量を検出する作動量検出手段と、検出された第2可変動弁機構の作動量に応じて、第1可変動弁機構を制御するための第1制御入力を算出する第1制御入力算出手段と、内燃機関3の負荷を表す負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、内燃機関3に要求される加速度合を表す要求加速度合パラメータを算出する要求加速度合パラメータ算出手段と、第2可変動弁機構を制御するための第2制御入力を、検出された負荷パラメータに応じ、内燃機関3の出力を優先して算出するための出力優先型算出手段(ステップ82、図17)と、第2制御入力を、負荷パラメータに応じ、内燃機関3の燃費を優先して算出するための燃費優先型算出手段(ステップ81、図16)と、出力優先型算出手段によって算出された算出値(出力マップ値Cain_M_P)と燃費優先型算出手段によって算出された算出値(燃費マップ値Cain_M_FC)とを、算出された要求加速度合パラメータに応じた重み(加速要求判定値G_juda)で加重平均することにより、第2制御入力を算出する第2制御入力算出手段(ECU2、ステップ71、83、44)と、を備えることを特徴とする。
この内燃機関の制御装置によれば、請求項1と同様、負荷パラメータおよび要求加速度合パラメータが求められる。また、負荷パラメータに応じて出力優先型算出手段および燃費優先型算出手段でそれぞれ算出した算出値(以下、それぞれ「出力優先型算出値」「燃費優先型算出値」という)を、要求加速度合パラメータに応じた重みで加重平均することにより、第2制御入力が算出される。
このように、第2制御入力を、出力優先型および燃費優先型の算出値を要求加速度合パラメータに応じた重みで加重平均することにより算出するので、要求加速度合に応じてきめ細かく算出することができる。したがって、例えば、要求加速度合パラメータが加速要求を示しているときに、第2制御入力に対する出力優先型算出値の重みを大きくすることによって、請求項1と同様、加速要求時に、内燃機関の出力の応答性を高めることができる。また、要求加速度合パラメータが加速要求を示していないときに、燃費優先型算出値の重みを大きくすることによって、請求項1と同様、加速要求時以外のときに、内燃機関の良好な燃費を得ることができる。このように、請求項1と同様、良好な燃費を確保できるとともに、加速要求時における内燃機関の出力の応答性を高めることができる。
また、要求加速度合パラメータによって示される要求加速度合の大小に応じて、出力優先型算出値の重みを増減させることによって、請求項1と異なり、要求加速度合の大小に見合った適切な第2制御入力を得ることができる。したがって、良好な燃費の確保と、加速要求時における内燃機関の出力の応答性の向上とを、よりバランス良く両立させることができる。また、請求項1と同様、吸気弁に対する第2可変動弁機構の作動量が検出されるとともに、検出された作動量に応じて、第1可変動弁機構を制御するための第1制御入力が算出される。したがって、第2可変動弁機構の応答遅れを、第1可変動弁機構を介した吸入空気量の制御によって補償できるので、上述した効果をさらに良好に得ることができる。
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の内燃機関3の制御装置1において、内燃機関3は、車両Vに動力源として搭載されており、車両Vの駆動輪W,Wに要求される駆動輪要求トルクTq_tire_cmdを算出する駆動輪要求トルク算出手段(ECU2、ステップ12)と、車両Vの走行抵抗RLを算出する走行抵抗算出手段(ECU2、ステップ31)と、をさらに備え、要求加速度合パラメータ算出手段は、要求加速度合パラメータを、算出された駆動輪要求トルクTq_tire_cmdおよび走行抵抗RLに応じて算出する(ステップ14)ことを特徴とする。
この構成によれば、車両の駆動輪に要求される駆動輪要求トルクと車両の走行抵抗が算出されるとともに、算出された駆動輪要求トルクおよび走行抵抗に応じて、要求加速度合パラメータが算出される。一般に、車両の定速走行中、駆動輪要求トルクおよび走行抵抗は互いに等しく、釣り合っているのに対し、加速時には、駆動輪要求トルクが走行抵抗よりも大きくなり、その度合は、要求加速度合が大きいほど、より大きくなる。このように、駆動輪要求トルクおよび走行抵抗は、要求加速度合と密接な相関関係を有するので、本発明によれば、要求加速度合パラメータを適切に算出することができる。
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の内燃機関3の制御装置1において、駆動輪のトルクTq_tire_actを検出する駆動輪トルク検出手段(ECU2、ステップ23)と、車両Vの速度VPを検出する車速検出手段(車速センサ26)と、車両の加速度Accを検出する加速度検出手段(ECU2、ステップ26)と、をさらに備え、走行抵抗算出手段は、車両Vおよび車両Vが走行する路面が、それぞれの所定の基準状態にあるときに得られる走行抵抗を、検出された車速VPに応じ、基準走行抵抗RL_baseとして算出する基準走行抵抗算出手段(ECU2、ステップ28)と、車両Vが所定の基準状態にあるときに得られる加速抵抗を、検出された車両の加速度Accに応じ、基準加速抵抗Acc_rとして算出する基準加速抵抗算出手段(ECU2、ステップ27)と、検出された駆動輪のトルクTq_tire_actと、算出された基準走行抵抗RL_baseおよび基準加速抵抗Acc_rとに応じて、補正値RL_corを算出する補正値算出手段(ECU2、ステップ30)と、を有し、算出された補正値RL_corで基準走行抵抗RL_baseを補正することによって、走行抵抗RLを算出する(ステップ31)ことを特徴とする。
この構成によれば、走行抵抗の算出が次のようにして行われる。すなわち、駆動輪のトルクを検出し、車両および車両が走行する路面がそれぞれの所定の基準状態にあるときに得られる走行抵抗を、検出された車速に応じ、基準走行抵抗として算出するとともに、車両が所定の基準状態にあるときに得られる加速抵抗を、検出された車両の加速度に応じ、基準加速抵抗として算出する。また、駆動輪のトルク、基準走行抵抗および基準加速抵抗に応じて、補正値を算出するとともに、算出した補正値で基準走行抵抗を補正することによって、走行抵抗が算出される。
一般に、走行抵抗は、転がり抵抗や空気抵抗、勾配抵抗を足し合わせたものであり、車両の状態(例えば重量、前面投影面積)や、車両が走行する路面の状態(例えば路面の凹凸、勾配)に応じて変化する。このため、車両および路面が上述したそれぞれの基準状態になければ、実際の走行抵抗は上述した基準走行抵抗と異なる。また、通常、駆動輪のトルクは、車両の加速時には実際の走行抵抗と実際の加速抵抗との和(以下「実際の総走行抵抗」という)に相当し、加速時以外の定速走行中には実際の走行抵抗に相当する。また、定速走行中には、基準加速抵抗は値0になる。以上のことから、駆動輪のトルクと、基準走行抵抗および基準加速抵抗の和(以下「基準総走行抵抗」という)との差は、加速時には実際の総走行抵抗と基準総走行抵抗との差に相当し、定速走行中には実際の走行抵抗と基準走行抵抗との差に相当する。
したがって、本発明によれば、駆動輪のトルク、基準走行抵抗および基準加速抵抗に応じて算出した補正値による補正により、基準走行抵抗を基準として、実際の走行抵抗を精度良く算出することができる。また、上記のように、走行抵抗を、例えば車両の実際の重量や路面の勾配などの検出値を必要とすることなく、演算のみによって算出できるので、それらを検出するセンサが不要になり、その分、制御装置の製造コストを削減することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本実施形態による制御装置1を適用した内燃機関(以下「エンジン」という)3と、このエンジン3を動力源として搭載した車両Vなどを概略的に示している。車両Vには、変速装置80が搭載されている。この変速装置80は、マニュアル式のものであり、エンジン3の動力を、所定の複数の変速比の1つによって変速し、車両Vの駆動輪W,Wに伝達する。また、変速装置80は、第1速〜第5速およびリバースから成る6つのギヤ段を選択的に設定するように構成されており、変速装置80の動作は、運転者によって操作されるシフトレバー(図示せず)のシフト位置に応じ、制御装置1の後述するECU2によって制御される(図3参照)。
図2および図4に示すように、エンジン3は、4つの気筒3aおよびピストン3b(いずれも1つのみ図示)を有する直列4気筒DOHC型のガソリンエンジンである。また、エンジン3は、各気筒3aの吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁4および排気弁7と、吸気弁4を駆動するための、吸気カムシャフト5および吸気カム6を有する可変式吸気動弁機構40と、排気弁7を駆動するための、排気カムシャフト8および排気カム9を有する排気動弁機構30と、燃料噴射弁10と、点火プラグ11(図3参照)を備えている。
吸気弁4のステム4aは、ガイド4bに摺動自在に嵌合しており、このガイド4bは、シリンダヘッド3cに固定されている。吸気弁4には、上下のスプリングシート4c,4dと、これらの間に配置されたバルブスプリング4eが設けられており(図5参照)、吸気弁4は、このバルブスプリング4eによって、閉弁方向に付勢されている。
吸気カムシャフト5および排気カムシャフト8はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド3cに回転自在に取り付けられている。また、吸気カムシャフト5の一端部には、吸気スプロケット(図示せず)が同軸に配置され、回転自在に設けられている。この吸気スプロケットは、タイミングベルト(図示せず)を介してクランクシャフト3dに連結されるとともに、後述するカム位相可変機構70を介して吸気カムシャフト5に連結されている。これにより、吸気カムシャフト5は、クランクシャフト3dが2回転するごとに1回転する。吸気カム6は、気筒3aごとに、吸気カムシャフト5と一体に設けられている。
可変式吸気動弁機構40は、吸気カム6の回転に伴って、各気筒3aの吸気弁4を開閉するとともに、吸気弁4のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更する。その詳細については後述する。なお、本実施形態では、吸気弁4のリフト(以下「バルブリフト」という)Liftinは、吸気弁4の最大ストロークを表すものとする。
排気弁7のステム7aは、ガイド7bに摺動自在に嵌合しており、このガイド7bは、シリンダヘッド3cに固定されている。また、排気弁7には、上下のスプリングシート7c,7dと、これらの間に配置されたバルブスプリング7eが設けられている。排気弁7は、このバルブスプリング7eにより、閉弁方向に付勢されている。
排気カムシャフト8は、これと一体の排気スプロケット(図示せず)を有し、この排気スプロケットおよびタイミングベルト(図示せず)を介して、クランクシャフト3dに連結されており、それにより、クランクシャフト3dが2回転するごとに1回転する。排気カム9は、気筒3aごとに、排気カムシャフト8と一体に設けられている。
排気動弁機構30は、ロッカアーム31を有しており、このロッカアーム31が排気カム9の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング7eの付勢力に抗しながら、排気弁7を開閉する。
燃料噴射弁10は、気筒3aごとに設けられ、シリンダヘッド3cに傾斜した状態で取り付けられており、燃料を燃焼室内に直接、噴射する。すなわち、エンジン3は直噴エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁10の開弁時間および開弁タイミングはECU2によって制御される。
点火プラグ11も、気筒3aごとに設けられ、シリンダヘッド3cに取り付けられており、この点火プラグ11の点火時期もまた、ECU2によって制御される。
エンジン3には、クランク角センサ20が設けられている。このクランク角センサ20は、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、クランクシャフト3dの回転に伴い、いずれもパルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。
CRK信号は、所定クランク角(例えば10゜)ごとに出力され、ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。TDC信号は、各気筒3aのピストン3bが吸気行程の開始時のTDC位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、4気筒タイプの本例では、クランク角180゜ごとに出力される。
さらに、エンジン3の吸気管12には、スロットル弁機構は設けられておらず、その吸気通路12aが大口径に形成されており、それにより、通気抵抗が通常のエンジンよりも小さく設定されている。また、吸気管12には、エアフローセンサ21が設けられている。このエアフローセンサ21は、熱線式エアフローメータで構成されており、エンジン3に吸入される吸入空気量QAを表す検出信号をECU2に出力する。
次に、図5〜図8を参照しながら、前述した可変式吸気動弁機構40について説明する。この可変式吸気動弁機構40は、吸気カムシャフト5、吸気カム6、バルブリフト可変機構50(第1可変動弁機構)およびカム位相可変機構70(第2可変動弁機構)などで構成されている。
このバルブリフト可変機構50は、吸気カム6の回転に伴って吸気弁4を開閉するとともに、バルブリフトLiftinを所定の最大値Liftin_Hと所定の最小値Liftin_Lとの間で無段階に変更するものであり、気筒3aごとに設けられた四節リンク式のロッカアーム機構51と、これらのロッカアーム機構51を同時に駆動するリフトアクチュエータ60を有している。
各ロッカアーム機構51は、ロッカアーム52および上下のリンク53,54などで構成されている。この上リンク53の一端部は、シリンダヘッド3cに固定されたロッカアームシャフト56に回動自在に取り付けられるとともに、他端部は、上ピン55を介して、ロッカアーム52の上端部に回動自在に取り付けられている。
また、ロッカアーム52の上ピン55には、ローラ57が回動自在に設けられている。このローラ57は、吸気カム6のカム面に当接しており、吸気カム6が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム6上を転動する。これにより、ロッカアーム52は上下方向に駆動されるとともに、上リンク53が、ロッカアームシャフト56を中心として回動する。
さらに、ロッカアーム52の吸気弁4側の端部には、アジャストボルト52aが取り付けられている。このアジャストボルト52aは、吸気弁4のステム4aに当接しており、吸気カム6の回転に伴ってロッカアーム52が上下方向に移動すると、バルブスプリング4eの付勢力に抗しながら、ステム4aを上下方向に駆動し、吸気弁4を開閉する。
また、下リンク54の一端部は、下ピン58を介して、ロッカアーム52の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク54の他端部には、連結軸59が回動自在に取り付けられている。下リンク54は、この連結軸59を介して、リフトアクチュエータ60の後述する短アーム65に連結されている。
リフトアクチュエータ60は、ECU2により駆動されるものであり、図6に示すように、モータ61、ナット62、リンク63、長アーム64および短アーム65を有している。このモータ61は、ECU2に接続され、エンジン3のヘッドカバー3gの外側に配置されている。モータ61の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸61aになっており、このねじ軸61aに、ナット62が螺合している。リンク63の一端部は、ピン63aを介してナット62に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン63bを介して長アーム64の一端部に回動自在に取り付けられている。また、長アーム64の他端部は、回動軸66を介して短アーム65の一端部に固定されている。この回動軸66は、断面円形に形成され、エンジン3のヘッドカバー3gに回動自在に支持されている。長アーム64および短アーム65は、回動軸66を中心として、これと一体に回動する。
さらに、短アーム65の回転軸66と逆側の端部には、前述した連結軸59が回動自在に取り付けられており、これにより、短アーム65は、連結軸59を介して、下リンク54に連結されている。
次に、以上のように構成されたバルブリフト可変機構50の動作について説明する。このバルブリフト可変機構50では、ECU2からの後述するリフト制御入力Uliftin(第1制御入力)がリフトアクチュエータ60に入力されると、モータ61のねじ軸61aが回転し、それに伴うナット62の移動により、長アーム64および短アーム65が回動軸66を中心として回動するとともに、この短アーム65の回動に伴う連結軸59の移動により、ロッカアーム機構51の下リンク54が、下ピン58を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ60により、下リンク54が駆動される。
その際、ECU2の制御により、短アーム65の回動範囲は、図6(a)に示す最大リフト位置と図6(b)に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク54の回動範囲も、図5に実線で示す最大リフト位置と、図5に2点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。
下リンク54が最大リフト位置にある場合、ロッカアーム機構51では、上ピン55および下ピン58の中心間の距離が、ロッカアームシャフト56および連結軸59の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図7(a)に示すように、吸気カム6が回転すると、これとローラ57との当接点の移動量よりも、アジャストボルト52aの移動量の方が大きくなる。
一方、下リンク54が最小リフト位置にある場合、ロッカアーム機構51では、上ピン55および下ピン58の中心間の距離が、ロッカアームシャフト56および連結軸59の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図7(b)に示すように、吸気カム6が回転すると、これとローラ57との当接点の移動量よりも、アジャストボルト52aの移動量の方が小さくなる。
以上により、吸気弁4は、下リンク54が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフトLiftinで開弁する。具体的には、吸気カム6の回転中、吸気弁4は、下リンク54が最大リフト位置にあるときには、図8の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトLiftinは、その最大値Liftin_Hを示す。一方、下リンク54が最小リフト位置にあるときには、図8の2点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトLiftinは、その最小値Liftin_Lを示す。
以上のように、このバルブリフト可変機構50では、アクチュエータ60を介して、下リンク54を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、バルブリフトLiftinを、最大値Liftin_Hと最小値Liftin_Lとの間で無段階に変更することができる。また、前述したように、バルブリフト可変機構50は、モータ61を動力源とするので、リフト制御入力Uliftinに対する短アーム65の回動角θliftの応答速度は、比較的高い。
また、エンジン3には、回動角センサ22が設けられており(図3参照)、この回動角センサ22は、短アーム65の回動角θliftを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。この短アーム65の回動角θliftは、短アーム65が最大リフト位置と最小リフト位置との間のどの位置にあるかを表すものであり、ECU2は、この回動角θliftに基づき、バルブリフトLiftinを算出する。
次に、図9および図10を参照しながら、前述したカム位相可変機構70について説明する。このカム位相可変機構70は、吸気カムシャフト5のクランクシャフト3dに対する相対的な位相(以下「カム位相」という)Cainを無段階に進角側または遅角側に変更し、それにより、吸気弁4のバルブタイミングを無段階に変更するものであり、吸気カムシャフト5の吸気スプロケット側の端部に設けられている。図9に示すように、カム位相可変機構70は、ハウジング71、3枚羽根式のベーン72、油圧ポンプ73および電磁弁機構74などを備えている。
このハウジング71は、吸気カムシャフト5上の吸気スプロケットと一体に構成されており、互いに等間隔に形成された3つの隔壁71aを備えている。ベーン72は、吸気カムシャフト5の吸気スプロケット側の端部に同軸に取り付けられ、吸気カムシャフト5から外方に放射状に延びているとともに、ハウジング71内に回転可能に収容されている。また、ハウジング71では、隔壁71aとベーン72との間に、3つの進角室75および3つの遅角室76が形成されている。
油圧ポンプ73は、クランクシャフト3dに連結された機械式のものであり、クランクシャフト3dが回転すると、それに伴って、エンジン3のオイルパン3eに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路77cを介して吸い込むとともに、これを昇圧した状態で、油路77cを介して電磁弁機構74に供給する。
電磁弁機構74は、スプール弁機構74aおよびソレノイド74bを組み合わせたものであり、進角油路77aおよび遅角油路77bを介して、進角室75および遅角室76にそれぞれ接続されているとともに、油圧ポンプ73から供給された油圧を、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtとして、進角室75および遅角室76にそれぞれ出力する。電磁弁機構74のソレノイド74bは、ECU2に接続されており、ECU2からの後述する位相制御入力Ucain(第2制御入力)が入力された際、スプール弁機構74aのスプール弁体を、位相制御入力Ucainに応じて所定の移動範囲内で移動させることにより、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtをいずれも変化させる。
以上のカム位相可変機構70では、油圧ポンプ73の作動中、電磁弁機構74が位相制御入力Ucainに応じて作動することにより、進角油圧Padが進角室75に、遅角油圧Prtが遅角室76にそれぞれ供給され、それにより、ベーン72とハウジング71との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述したカム位相Cainが、最遅角値Cainrt(例えばカム角0゜に相当する値)と最進角値Cainad(例えばカム角55゜分に相当する値)の間で連続的に変化し、それにより、吸気弁4のバルブタイミングは、図10に実線で示す最遅角タイミングと、図10に2点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。また、前述したように、カム位相可変機構70は、油圧ポンプ73を動力源とするので、位相制御入力Ucainに対するカム位相Cainの応答速度は、バルブリフト可変機構50のリフト制御入力Uliftinに対する短アーム65の回動角θliftの応答速度よりも低い。
以上のように、本実施形態の可変式吸気動弁機構40では、バルブリフト可変機構50により、バルブリフトLiftinが無段階に変更されるとともに、カム位相可変機構70により、カム位相Cainすなわち吸気弁4のバルブタイミングが、上述した最遅角タイミングと最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。また、ECU2により、後述するように、バルブリフト可変機構50およびカム位相可変機構70を介して、バルブリフトLiftinおよびカム位相Cainがそれぞれ制御される。
一方、吸気カムシャフト5のカム位相可変機構70と反対側の端部には、カム角センサ23(図3参照)(作動量検出手段)が設けられている。このカム角センサ23は、例えばマグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、吸気カムシャフト5の回転に伴い、パルス信号であるCAM信号を所定のカム角(例えば1゜)ごとにECU2に出力する。ECU2は、このCAM信号および前述したCRK信号に基づき、カム位相Cainを算出する。
また、エンジン3の排気管13には、LAFセンサ24が取り付けられている。このLAFセンサ24は、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その酸素濃度を表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この検出信号に基づき、エンジン3で燃焼した混合気の空燃比を表す検出空燃比A/Fを算出する。なお、この検出空燃比A/Fは、当量比として算出される。
また、ECU2には、アクセル開度センサ25からアクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、車速センサ26(車速検出手段)から車両Vの速度である車速VPを表す検出信号が、出力される。さらに、前記変速装置80には、ギヤ段センサ27が取り付けられている。このギヤ段センサ27は、変速装置80のギヤ段を検出して、ギヤ段に対応するシフト位置NGRを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、このシフト位置NGRに基づき、変速装置80の変速比G_ratioを算出する。
ECU2は、CPU、RAM、ROMおよびI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成されている。また、ECU2は、上述した各種のセンサ20〜27の検出信号などに応じて、エンジン3や変速装置80の動作を制御する。
なお、本実施形態では、ECU2が、第1制御入力算出手段、負荷パラメータ検出手段、要求加速度合パラメータ算出手段、出力優先型算出手段、燃費優先型算出手段、選択手段、第2制御入力算出手段、駆動輪要求トルク算出手段、走行抵抗算出手段、駆動輪トルク検出手段、加速度検出手段、基準走行抵抗算出手段、基準加速抵抗算出手段、および補正値算出手段に相当する。
ECU2で行われる制御の概要を述べると、まず、エンジン3に要求される出力(以下「エンジン要求出力」という)Bmep_cmd(負荷パラメータ)を算出する(図11)とともに、加速要求の有無を表す加速要求判定値G_judを算出する(図13)。また、算出したエンジン要求出力Bmep_cmdおよび加速要求判定値G_judなどに応じて、カム位相可変機構70を制御するための位相制御入力Ucainを算出する(図15)とともに、算出したカム位相Cainに応じ、バルブリフト可変機構50を制御するためのリフト制御入力Uliftinを算出する(図18)。なお、以下に述べる処理はいずれも、所定の制御周期T(例えば10msec)で実行される。
図11に示すエンジン要求出力Bmep_cmdを算出する処理では、そのステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じ、図12に示すマップを検索することによって、エンジン要求出力Bmep_cmdを算出する。このマップでは、エンジン要求出力Bmep_cmdは、エンジン回転数NEが高いほど、また、アクセル開度APが高いほど、より大きな値に設定されている。なお、エンジン要求出力Bmep_cmdは、正味平均有効圧力として算出される。
次に、図13を参照しながら、上記の加速要求判定値G_judを算出する処理を説明する。まず、ステップ11において、上記ステップ1で算出したエンジン要求出力Bmep_cmdを用いて、次式(1)により、エンジン3に要求されるトルク(以下「エンジン要求トルク」という)Tq_eng_cmdを算出する。
Tq_eng_cmd=(Bmep_cmd×DI)/(Stroke×π)
……(1)
ここで、DIはエンジン3の排気量、Strokeは、エンジン3のストローク数、本実施形態では値4であり、πは円周率である。
次いで、算出したエンジン要求トルクTq_eng_cmdや前述した変速比G_ratioなどを用いて、次式(2)により、駆動輪W,Wに要求されるトルク(以下「駆動輪要求トルク」という)Tq_tire_cmdを算出する(ステップ12)。
Tq_tire_cmd=Tq_eng_cmd×η×G_ratio
×F_ratio/Tire_R ……(2)
ここで、ηは、変速装置80などにおける所定の動力損失、F_ratioは、終減速装置(図示せず)の減速比、Tire_Rは、駆動輪W,Wの半径である。なお、駆動輪要求トルクTq_tire_cmdは、力(N)で表される。
次に、車両の走行抵抗RLを算出する(ステップ13)。図14は、その算出処理を示している。まず、ステップ21では、エンジン3の実際の出力(以下「エンジン出力」という)Bmep_actを算出する。このエンジン出力Bmep_actは、吸入空気量QA、空燃比A/F、および点火時期に応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出される。このマップは、エンジン正味平均有効圧力Bmep_actと、吸入空気量QA、空燃比A/F、および点火時期との関係を実験によりあらかじめ求め、マップ化したものである。なお、エンジン出力Bmep_actは、正味平均有効圧力として算出される。
次いで、算出したエンジン出力Bmep_actや前記排気量DI、ストローク数Strokeを用いて、次式(3)により、エンジン3の実際のトルク(以下「エンジントルク」という)Tq_eng_actを算出する(ステップ22)。
Tq_eng_act=(Bmep_act×DI)/(Stroke×π)
……(3)
次に、算出したエンジントルクTq_eng_act、変速比G_ratio、動力損失η、終減速装置の減速比F_ratio、および駆動輪W,Wの半径Tire_Rを用いて、次式(4)により、駆動輪W,Wの実際のトルク(以下「駆動輪トルク」という)Tq_tire_actを算出する(ステップ23)。
Tq_tire_act=Tq_eng_act×η×G_ratio
×F_ratio/Tire_R ……(4)
次いで、基準転がり抵抗Roll_rを、次式(5)により算出する(ステップ24)。
Roll_r=μR×Weight ……(5)
ここで、μRは、車両Vが走行する路面がアスファルトの場合の摩擦係数に重力加速度を乗算したものであり(以下「基準摩擦係数」という)、所定値に設定されている。また、Weightは、乗員が一人で、かつ車両Vに荷物を搭載していない場合の車両Vの重量(以下「車両基準重量」という)であり、所定値に設定されている。
次に、車速VPなどを用いて、基準空気抵抗Air_rを、次式(6)により算出する(ステップ25)。
Air_r=μA×A×VP2 ……(6)
ここで、μAおよびAはそれぞれ、車両Vにスポイラやキャリアなどを取り付けていない場合の空気抵抗係数(以下「基準空気抵抗係数」という)および車両Vの前面投影面積(以下「基準前面投影面積」という)である。
次いで、車速の今回値VP、前回値VPZ(前回の制御タイミングで得られた車速VP)、および本処理の制御周期Tを用いて、次式(7)により、車両Vの加速度(以下「車両加速度」という)Accを算出する(ステップ26)。
Acc=(VP−VPZ)/T ……(7)
次に、算出した車両加速度Accを車両基準重量Weightで除算することによって、基準加速抵抗Acc_rを算出する(ステップ27)。
この基準加速抵抗Acc_rは、車両Vの重量が基準車両重量Weightである場合に得られる加速抵抗に相当する。
次いで、上記ステップ24および25でそれぞれ求めた基準転がり抵抗Roll_rおよび基準空気抵抗Air_rの和を、基準走行抵抗RL_baseとして算出する(ステップ28)。この基準走行抵抗RL_baseは、車両Vの重量が基準車両重量Weight、路面の摩擦係数が基準摩擦係数μR、空気抵抗係数が基準空気抵抗係数μA、車両Vの前面投影面積が基準前面投影面積A、路面が水平(勾配=0、すなわち勾配抵抗=0)である場合に得られる走行抵抗に相当する。
次に、算出した基準走行抵抗RL_baseに、上記ステップ27で算出した基準加速抵抗Acc_rを加算することによって、基準総走行抵抗ALL_RLを算出する(ステップ29)。
次いで、算出した基準総走行抵抗ALL_RLと、前記ステップ23で算出した駆動輪トルクTq_tire_actを用い、基準走行抵抗RL_baseを補正するための補正値RL_corを次のようにして算出する(ステップ30)。
まず、駆動輪トルクTq_tire_actと基準総走行抵抗ALL_RLとの偏差dRL(Tq_tire_act−ALL_RL)を算出する。次に、算出した偏差dRLを用いて、次式(8)により、補正値RL_corを算出する。
RL_cor=α×dRL+(1−α)×RL_corZ ……(8)
ここで、RL_corZは補正値の前回値、αは、所定のなまし係数であり、例えば値0.03に設定されている。
このように、補正値RL_corは、偏差dRLと補正値の前回値RL_corZを加重平均することによって算出される。このような加重平均により補正値RL_corを算出するのは、各種のセンサに含まれうる一時的なノイズなどに起因する演算の誤差を排除するためであり、また、実際の走行抵抗は、瞬時に変化するものではなく、上記のようにして算出しても、適正な補正値RL_corが得られるためである。
なお、車速の前回値VPZと車速の今回値VPとの偏差(VPZ−VP)が所定値よりも大きい場合には、上記式(8)による補正値RL_corの算出を行わず、補正値RL_corを、その前回値RL_corZに設定する。これは、上記の場合(VPZ−VP>所定値)、すなわち、運転者のブレーキ操作による減速が行われている場合には、前記ステップ27で算出される基準加速抵抗Acc_rには、減速抵抗が含まれるので、基準加速抵抗Acc_rを適切に算出できず、その結果、補正値RL_corを適切に算出できないためである。
次に、算出した補正値RL_corを基準走行抵抗RL_baseに加算することによって、走行抵抗RLを算出し(ステップ31)、本処理を終了する。
図13に戻り、前記ステップ13に続くステップ14では、車両基準重量Weightと、前記ステップ12および31でそれぞれ算出した駆動輪要求トルクTq_tire_cmdおよび走行抵抗RLを用いて、次式(9)により、エンジン3に要求される加速度(以下「要求加速度」という)G_cmd(要求加速度合パラメータ)を算出する。
G_cmd=(Tq_tire_cmd−RL)/Weight ……(9)
次いで、算出した要求加速度G_cmdが所定のしきい値G_cmd_SHよりも小さいか否かを判別する(ステップ15)。このしきい値G_cmd_SHは、緩加速時やクルーズ走行中に得られる加速度よりも若干、大きな値に設定されており、例えば0.1m/s2 に設定されている。
上記ステップ15の答がYESのときには、加速要求が行われていないとして、加速要求判定値G_judを値0に設定(算出)し(ステップ16)、本処理を終了する。一方、ステップ15の答がNOのときには、加速要求が行われているとして、加速要求判定値G_judを値1に設定(算出)し(ステップ17)、本処理を終了する。以上のように、加速要求判定値G_judは、加速要求が行われているときに値1に、それ以外のときに値0に、それぞれ設定される。
図15は、前述したカム位相可変機構70を制御するための位相制御入力Ucainを算出する処理を示している。まず、ステップ41では、上記ステップ16または17で設定された加速要求判定値G_judが値0であるか否かを判別する。この答がYESのとき、すなわち、加速要求が行われていないときには、エンジン回転数NEおよびエンジン要求出力Bmep_cmdに応じ、図16に示す燃費マップを検索することによって、燃費マップ値Cain_M_FCを算出するとともに、算出した燃費マップ値Cain_M_FCを目標カム位相Cain_cmdとして設定する(ステップ42)。
上記の燃費マップにおいて、燃費マップ値Cain_M_FCは、エンジン要求出力Bmep_cmdが小さい低負荷域や、エンジン回転数NEが低い低回転数域では、安定した燃焼を確保するために、遅角側の値に設定されている。また、エンジン要求出力Bmep_cmdが中の中負荷域や中・高回転域では、内部EGRによるポンピングロスの低減により燃費を向上させるために、進角側の値に設定されている。さらに、エンジン要求出力Bmep_cmdが高の高負荷域では、大きな新気量を確保するために、遅角側の値に設定されている。
一方、上記ステップ41の答がNOで、加速要求判定値G_judが値1のとき、すなわち、加速要求が行われているときには、エンジン回転数NEおよびエンジン要求出力Bmep_cmdに応じ、図17に示す出力マップを検索することによって、出力マップ値Cain_M_Pを算出するとともに、算出した出力マップ値Cain_M_Pを目標カム位相Cain_cmdとして設定する(ステップ43)。この出力マップでは、出力マップ値Cain_M_Pは、基本的には、エンジン回転数NEおよびエンジン要求出力Bmep_cmdに対し、燃費マップ値Cain_M_FCと同様の傾向に設定されており、より大きなエンジン3の出力を得るべく、より大きな吸入空気量QAを得るために、全体として、燃費マップ値Cain_M_FCよりも遅角側の値に設定されている。
前記ステップ42または43に続くステップ44では、算出した目標カム位相Cain_cmdとカム位相Cainとの偏差に応じ、所定のフィードバック制御アルゴリズム、例えばPID制御アルゴリズムによって、カム位相制御入力Ucainを算出し、本処理を終了する。以上のようにして算出されたカム位相制御入力Ucainは、カム位相可変機構70に入力され、それにより、カム位相Cainが、目標カム位相Cain_cmdになるように制御される。
図18は、前述したリフト制御入力Uliftinを算出する処理を示している。まず、ステップ51では、エンジン回転数NE、エンジン要求出力Bmep_cmd、およびカム位相Cainに応じ、図19に示すLiftincmdマップを検索することによって、目標バルブリフトLiftin_cmdを算出する。このLiftincmdマップは、カム位相Cainが前述した最遅角値Cainrtから最進角値Cainadまでの複数の所定値ごとに用意されており(図19には1つのみ図示)、カム位相Cainがこれらの所定値でないときには、目標バルブリフトLiftin_cmdは、補間演算によって算出される。
このLiftincmdマップは、バルブリフトLiftinと、エンジン回転数NEと、エンジン要求出力Bmep_cmdと、カム位相Cainとの関係を実験により求め、マップ化したものであり、Liftincmdマップでは、目標バルブリフトLiftin_cmdは、そのときのカム位相Cainに対し、エンジン要求出力Bmep_cmdが得られるような値に設定されている。
具体的には、目標バルブリフトLiftin_cmdは、エンジン回転数NEが高いほど、また、エンジン要求出力Bmep_cmdが高く、負荷が高いほど、エンジン3の大きな出力を得るべく、大きな吸入空気量QAを得るために、より大きな値に設定されている。また、カム位相Cainが進角側であるほど、より大きな値に設定されている。これは、カム位相Cainが進角側であるほど、吸気弁4の開弁時におけるピストン3bの速度が低いことや、内部EGR量が大きいことによって、同じバルブリフトLiftinに対して、吸入空気量QAが小さくなるので、これを補うためである。
上記ステップ51に続くステップ52では、算出した目標バルブリフトLiftin_cmdとバルブリフトLiftinとの偏差に応じ、所定のフィードバック制御アルゴリズム、例えばPID制御アルゴリズムによって、リフト相制御入力Uliftinを算出し、本処理を終了する。以上のようにして算出されたリフト位相制御入力Uliftinは、バルブリフト可変機構50に入力され、それにより、バルブリフトLiftinが、目標バルブリフトLiftin_cmdになるように制御される。
以上の位相制御入力Ucainおよびリフト制御入力Uliftinを用いた制御により、エンジン出力Bmep_actがエンジン要求出力Bmep_cmdに制御される。
次に、図20を参照しながら、制御装置1による制御結果について、比較例とともに説明する。図20(a)に示す比較例は、前述した従来の場合と同様、目標カム位相Cain_cmdを前述した燃費マップのみを用いて算出した場合の例である。その結果によれば、加速要求に伴ってエンジン要求出力Bmep_cmdが急増しても、カム位相可変機構70の応答遅れを十分には補償できず、吸入空気量QAが十分に得られないことによって、エンジン要求出力Bmep_cmdに対するエンジン出力Bmep_actの応答遅れが発生している。
これに対して、図20(b)に示すように、上述した制御装置1による制御結果によれば、加速要求に伴うエンジン要求出力Bmep_cmdの急増時、エンジン出力Bmep_actは、エンジン要求出力Bmep_cmdに迅速に応答しており、加速要求時におけるエンジン出力Bmep_actの高い応答性が得られることが確認できた。
また、図21は、制御装置1で制御した場合の燃費率FEA(mile/gallon)を、燃費マップのみを用いた場合および出力マップのみを用いた場合の燃費率FEFC,FEPとともに示している。同図に示すように、制御装置1で制御した場合の燃費率FEAは、出力マップのみを用いた場合の燃費率FEPよりも大きく、燃費マップのみを用いた場合の燃費率FEFCとほぼ同じになっており、エンジン3の良好な燃費を得られることが確認できた。
以上のように、本実施形態によれば、位相制御入力Ucainを、加速要求時には出力マップ値Cain_M_Pに応じて、加速要求時以外のときには燃費マップ値Cain_M_FCに応じて、それぞれ算出する(ステップ43、42、44)。したがって、エンジン3の良好な燃費を確保できるとともに、加速要求時におけるエンジン3の出力の応答性を高めることができる。また、リフト制御入力Uliftinを検出したカム位相Cainに応じて算出する(ステップ51、52)ので、カム位相可変機構70の応答遅れを、バルブリフト可変機構50を介した吸入空気量QAの制御によって補償できる。これにより、上述した効果、すなわち、良好な燃費を確保できるとともに、加速要求時におけるエンジン3の出力の応答性を高められるという効果を、より良好に得ることができる。
さらに、要求加速度G_cmdを、駆動輪要求トルクTq_tire_cmdと走行抵抗RLとの差に基づいて算出するので、エンジン3に要求される加速度合(以下「要求加速度合」という)を表すパラメータとして適切に算出することができる。また、駆動輪トルクTq_tire_actと、基準走行抵抗RL_baseおよび基準加速抵抗Acc_rの和である基準総走行抵抗All_RLとの偏差に基づいて、補正値RL_corを算出する(ステップ29、30)とともに、算出した補正値RL_corで基準走行抵抗RL_baseを補正することによって、走行抵抗RLを算出する(ステップ31)。したがって、基準走行抵抗RL_baseを基準として、走行抵抗RLを精度良く算出することができる。また、走行抵抗RLを、その算出手法から明らかなように、例えば車両Vの実際の重量や路面の勾配などの検出値を必要とすることなく、演算のみによって算出できるので、それらを検出するセンサが不要になり、その分、制御装置1の製造コストを削減することができる。
次に、図22を参照しながら、加速要求判定値算出処理の変形例について説明する。本処理は、前述した図13の加速要求判定値算出処理と比較して、加速要求判定値G_judの算出手法のみが異なっている。図22において、図13の処理と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付している。また、同図から明らかなように、ステップ15以降の処理が異なっているので、以下、ステップ15以降の処理について、図22を参照しながら説明する。
前記ステップ15の答がYES(G_cmd<G_cmd_SH)のときには、そのときに得られている加速要求判定値G_judをその前回値G_judZに設定する(ステップ61)。次いで、設定した前回値G_judZから所定値G_jref(例えば0.01)を減算することによって、加速要求判定値の今回値G_judを算出する(ステップ62)。
次に、算出した加速要求判定値G_judが値0以下であるか否かを判別し(ステップ63)、この答がNOのときには、そのまま、本処理を終了する一方、YESのときには、加速要求が行われていないとして、前記ステップ16を実行し、加速要求判定値G_judを値0に設定した後、本処理を終了する。
以上のように、本処理によれば、図23の時点t1〜t2に示すように、要求加速度G_cmdがしきい値G_cmd_SHを下回っても、前述した第1実施形態と異なり、加速要求判定値G_judは、値0にすぐには設定されず、値1から所定値G_jrefずつ、本処理の制御タイミングごとに減算した値に算出される(ステップ61、62)。そして、要求加速度G_cmdがしきい値G_cmd_SHを下回った状態がある程度、継続し、加速要求判定値の前回値G_judZから所定値G_jrefを減算した値が値0以下になると(ステップ63:YES)、加速要求判定値G_judは、その後、G_cmd<G_cmd_SHが成立している限り、値0に保持される(ステップ16)(時点t2以降)。
以上のような加速要求判定値G_judの算出は、次の理由による。すなわち、前述したように、要求加速度G_cmdは、アクセル開度APに応じて算出したエンジン要求出力Bmep_cmdを用いて算出される。これに対し、本実施形態のようなマニュアル式の変速装置80を備える車両では、通常、運転者は、シフトチェンジを行う際、アクセルペダルから足を離すので、アクセル開度APが値0になる。このため、加速要求時にシフトチェンジが行われるような場合には、上記のようにアクセル開度APが値0になることによって、要求加速度G_cmdが一時的に負値になる場合があるので、その場合に、加速要求判定値G_judをすぐには値0に設定しないことによって、出力マップを用いたカム位相Cain制御を維持するためである。
また、このときの出力マップを用いたカム位相Cain制御の維持時間は、所定値G_jrefの大きさによって定まる。したがって、この所定値G_jrefは、この維持時間が、シフトチェンジに伴ってアクセルペダルから足を一旦、離し、アクセルペダルを再度、踏み込むのに要する時間よりも若干、長くなるように設定される。それにより、加速要求時、シフトチェンジに伴って燃費マップを用いたカム位相Cain制御に不要に切り換えられるのを防止でき、出力マップを用いたカム位相Cain制御を維持することができる。
なお、要求加速度G_cmdがしきい値G_cmd_SHを下回った時点からの経過時間をタイマなどの計時手段で計時するとともに、計時した経過時間が所定時間を超えたときに、加速要求判定値G_judを値0に設定してもよい。この場合、この所定時間を、シフトチェンジに伴ってアクセルペダルから足を一旦、離し、アクセルペダルを再度、踏み込むのに要する時間よりも若干、長い時間に設定することによって、上述した効果を同様に得ることができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態と比較して、加速要求判定値算出処理および位相制御入力算出処理のみが異なっている。より具体的には、加速要求判定値G_judaの算出手法と目標カム位相Cain_cmdの算出手法のみが異なっているので、以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。本実施形態では、加速要求判定値G_judaが、本発明の「要求加速度合パラメータに応じた重み」に相当する。
まず、図24を参照しながら、加速要求判定値算出処理について説明する。前記ステップ14に続くステップ71では、要求加速度G_cmdに応じ、図25に示すG_judaテーブルを検索することによって、加速要求判定値G_judaを算出し、本処理を終了する。同図において、GminおよびGmaxはそれぞれ、要求加速度G_cmdの最小値および最大値である。
このG_judaテーブルでは、加速要求判定値G_judaは、要求加速度G_cmdが前記しきい値G_cmd_SHよりも小さい範囲では、値0に設定され、G_cmd値が所定値Gref(>G_cmd_SH)よりも大きい範囲では、値1に設定されるとともに、G_cmd_SH≦G_cmd≦Grefでは、G_cmd値が大きいほど、より大きな値にリニアに設定されている。この所定値Grefは、最大値Gmaxよりも若干、小さな値に設定されている。
次に、図25を参照しながら、位相制御入力算出処理について説明する。まず、ステップ81では、前記ステップ42と同様、エンジン回転数NEおよびエンジン要求出力Bmep_cmdに応じ、前述した図16に示す燃費マップを検索することによって、燃費マップ値Cain_M_FCを算出する。次いで、前記ステップ43と同様、エンジン回転数NEおよびエンジン要求出力Bmep_cmdに応じ、前述した図17に示す出力マップを検索することによって、出力マップ値Cain_M_Pを算出する(ステップ82)。
次に、上記ステップ71で算出した加速要求判定値G_judaと、ステップ81および82でそれぞれ算出した燃費マップ値Cain_M_FCおよび出力マップ値Cain_M_Pを用いて、次式(10)により目標カム位相Cain_cmdを算出する(ステップ83)。次いで、前記ステップ44を実行し、算出した目標カム位相Cain_cmdに応じて位相制御入力Ucainを算出した後、本処理を終了する。
Cain_cmd=G_juda×Cain_M_P+(1−G_juda)
×Cain_M_FC ……(10)
この式(10)から明らかなように、位相制御入力Ucainの算出に用いられる目標カム位相Cain_cmdは、加速要求判定値G_judaを重み係数として、出力マップ値Cain_M_Pと燃費マップ値Cain_M_FCとを加重平均することにより算出され、Cain_M_P値にはG_judaが、Cain_M_FC値には(1−G_juda)が、それぞれ乗算される。また、前述したG_judaテーブルの設定から明らかなように、加速要求判定値G_judaは、要求加速度G_cmdがしきい値G_cmd_SHよりも小さいときには値0に算出され、G_cmd値がG_cmd_SH値以上のときには、値0から値1までの間で、G_cmd値が大きいほど、より大きな値にリニアに算出される。
以上により、要求加速度G_cmdがしきい値G_cmd_SH以上のときには、加速要求判定値G_judaが大きいほど、すなわち、要求加速度合が大きいほど、目標カム位相Cain_cmdに対する出力マップ値Cain_M_Pの重みがより大きくなる。したがって、加速要求時に、目標カム位相Cain_cmdに対する出力マップ値Cain_M_Pの重みが大きくなるので、エンジン3の出力の応答性を高めることができる。また、G_cmd値<G_cmd_SHのとき、すなわち加速要求時以外のときには、目標カム位相Cain_cmdを燃費マップ値Cain_M_FCに設定できるので、それにより、エンジン3の良好な燃費を得ることができる。以上により、前述した第1実施形態と同様、良好な燃費を確保できるとともに、加速要求時におけるエンジン3の出力の応答性を高めることができる。
また、上記のように、要求加速度合が大きいほど、目標カム位相Cain_cmdに対する出力マップ値Cain_M_Pの重みがより大きくなるので、加速度合の大小に見合った適切な目標カム位相Cain_cmdを得ることができる。したがって、良好な燃費の確保と、加速要求時におけるエンジン3の出力の応答性の向上を、よりバランス良く両立させることができる。
なお、前述したG_judaテーブルにおいて、加速要求判定値G_judaを値0から値1までの間の値に設定する区間を、しきい値G_cmd_SHおよび所定値Grefで規定しているが、値0よりも大きく、かつ最大値Gmaxよりも小さい値であれば、これらのG_cmd_SH値およびGref値に限らず、他の任意の値を用いて規定してもよい。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態は、バルブリフト可変機構50がカム位相可変機構70よりも応答速度が高いタイプのエンジン3に、本発明を適用した例であるが、本発明は、逆に、カム位相可変機構がバルブリフト可変機構よりも応答速度が高いタイプの内燃機関に適用可能である。また、本実施形態では、本発明の第1および第2の可変動弁機構をそれぞれ、バルブリフト可変機構50およびカム位相可変機構70で構成しているが、吸気弁4の動作特性を変更することによって吸入空気量QAを変更可能な機構であれば、他の機構で構成してもよい。さらに、本実施形態は、バルブリフト可変機構50およびカム位相可変機構70により吸気弁4のバルブリフトLiftinおよびバルブタイミングをそれぞれ変更するエンジン3に本発明を適用した例であるが、本発明は、これに限らず、応答速度が互いに異なる2つの機構により吸気弁4の同じ動作特性を変更するタイプの内燃機関に適用可能である。
また、本実施形態では、目標カム位相Cain_cmdを、燃費マップまたは出力マップを検索することにより算出しているが、マップを用いずに演算により算出してもよい。さらに、本実形態では、負荷パラメータとして、算出したエンジン要求出力Bmep_cmdを用いているが、検出したアクセル開度APを用いてもよい。また、本実施形態では、駆動輪トルクTq_tire_actおよび車両加速度Accを演算によって求めているが、センサによる検出により求めてもよい。さらに、要求加速度G_cmdを、本実施形態の算出手法に代えて、他の算出手法により算出してもよく、例えば、要求加速度G_cmdを、アクセル開度APの変化量に応じて算出してもよい。また、走行抵抗RLも、本実施形態の算出手法に代えて、他の算出手法により算出してもよく、例えば、車両Vの重量や路面の勾配をセンサで検出するとともに、それらの検出値に応じて、走行抵抗RLを算出してもよい。
さらに、本実施形態は、本発明を車両用のエンジン3に適用した例であるが、本発明はこれに限らず、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンや、他の産業用の内燃機関に適用してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
本実施形態による制御装置を適用した内燃機関を、これを搭載した車両とともに示す図である。 図1の内燃機関の概略構成を示す模式図である。 制御装置の概略構成を示すブロック図である。 内燃機関の可変式吸気動弁機構および排気動弁機構の概略構成を示す断面図である。 可変式吸気動弁機構の可変バルブリフト機構の概略構成を示す断面図である。 リフトアクチュエータの短アームが、(a)最大リフト位置に位置している状態を、(b)最小リフト位置に位置している状態を、それぞれ示す図である。 吸気弁の開弁状態を、(a)可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときにおいて、(b)最小リフト位置にあるときにおいて、それぞれ示す図である。 可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁のバルブリフト曲線(実線)と、最小リフト位置にあるときのバルブリフト曲線(2点鎖線)を示す図である。 可変カム位相機構の概略構成を模式的に示す図である。 可変カム位相機構により、カム位相が最遅角値に設定されているときの吸気弁のバルブリフト曲線(実線)と、カム位相が最進角値に設定されているときの吸気弁のバルブリフト曲線(2点鎖線)を、それぞれ示す図である。 エンジン要求出力算出処理を示すフローチャートである。 エンジン要求出力Bmep_cmdを算出するためのマップの一例を示す図である。 加速要求判定値算出処理を示すフローチャートである。 走行抵抗算出処理を示すフローチャートである。 位相制御入力算出処理を示すフローチャートである。 燃費マップの一例を示す図である。 出力マップの一例を示す図である。 リフト制御入力算出処理を示すフローチャートである。 Liftincmdマップの一例を示す図である。 (a)燃費マップのみを用いて制御した場合の制御結果を、(b)本実施形態による制御装置の制御結果の一例を、それぞれ示す図である。 本実施形態による制御装置で制御した場合の燃費率FEAを、燃費マップのみを用いた場合の燃費率FEFCと、出力マップのみを用いた場合の燃費率FEPとともに示す図である。 加速要求判定値算出処理の変形例を示すフローチャートである。 図22の処理における要求加速度G_cmdおよび加速要求判定値G_judの推移の一例を示す図である。 第2実施形態による加速要求判定値算出処理を示すフローチャートである。 図24の処理で用いられるG_judaテーブルの一例を示す図である。 第2実施形態による位相制御入力算出処理を示すフローチャートである。
符号の説明
1 制御装置
2 ECU(第1制御入力算出手段、負荷パラメータ検出手段、要求加速度合パラメー
タ算出手段、出力優先型算出手段、燃費優先型算出手段、選択手段、第
2制御入力算出手段、駆動輪要求トルク算出手段、走行抵抗算出手段、駆
動輪トルク検出手段、加速度検出手段、基準走行抵抗算出手段、基準加速
抵抗算出手段、補正値算出手段)
3 エンジン
4 吸気弁
23 カム角センサ(作動量検出手段)
26 車速センサ(車速検出手段)
50 バルブリフト可変機構(第1可変動弁機構)
70 カム位相可変機構(第2可変動弁機構)
V 車両
W 駆動輪
QA 吸入空気量
Cain カム位相(吸気弁に対する第2可変動弁機構の作動量)
Uliftin リフト制御入力(第1制御入力)
Ucain 位相制御入力(第2制御入力)
Bmep_cmd エンジン要求出力(負荷パラメータ)
G_cmd 要求加速度(要求加速度合パラメータ)
Tq_tire_cmd 駆動輪要求トルク
RL 走行抵抗
Tq_tire_act 駆動輪トルク
RL_base 基準走行抵抗
VP 車速
Acc 車両加速度
Acc_r 基準加速抵抗
RL_cor 補正値
G_juda 加速要求判定値(要求加速度合パラメータに応じた重み)

Claims (4)

  1. 第1可変動弁機構と当該第1可変動弁機構よりも応答速度が低い第2可変動弁機構とにより吸気弁の動作特性を変更することよって吸入空気量を変更可能に構成された内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
    前記吸気弁に対する前記第2可変動弁機構の作動量を検出する作動量検出手段と、
    当該検出された第2可変動弁機構の作動量に応じて、前記第1可変動弁機構を制御するための第1制御入力を算出する第1制御入力算出手段と、
    前記内燃機関の負荷を表す負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
    前記内燃機関に要求される加速度合を表す要求加速度合パラメータを算出する要求加速度合パラメータ算出手段と、
    前記第2可変動弁機構を制御するための第2制御入力を、前記検出された負荷パラメータに応じ、前記内燃機関の出力を優先して算出するための出力優先型算出手段と、
    前記第2制御入力を、前記負荷パラメータに応じ、前記内燃機関の燃費を優先して算出するための燃費優先型算出手段と、
    前記算出された要求加速度合パラメータに応じ、前記第2制御入力を算出する算出手段として、前記出力優先型算出手段および燃費優先型算出手段の一方を選択する選択手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 第1可変動弁機構と当該第1可変動弁機構よりも応答速度が低い第2可変動弁機構とにより吸気弁の動作特性を変更することによって吸入空気量を変更可能に構成された内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
    前記吸気弁に対する前記第2可変動弁機構の作動量を検出する作動量検出手段と、
    当該検出された第2可変動弁機構の作動量に応じて、前記第1可変動弁機構を制御するための第1制御入力を算出する第1制御入力算出手段と、
    前記内燃機関の負荷を表す負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
    前記内燃機関に要求される加速度合を表す要求加速度合パラメータを算出する要求加速度合パラメータ算出手段と、
    前記第2可変動弁機構を制御するための第2制御入力を、前記検出された負荷パラメータに応じ、前記内燃機関の出力を優先して算出するための出力優先型算出手段と、
    前記第2制御入力を、前記負荷パラメータに応じ、前記内燃機関の燃費を優先して算出するための燃費優先型算出手段と、
    前記出力優先型算出手段によって算出された算出値と前記燃費優先型算出手段によって算出された算出値とを、前記算出された要求加速度合パラメータに応じた重みで加重平均することにより、前記第2制御入力を算出する第2制御入力算出手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 前記内燃機関は、車両に動力源として搭載されており、
    前記車両の駆動輪に要求される駆動輪要求トルクを算出する駆動輪要求トルク算出手段と、
    前記車両の走行抵抗を算出する走行抵抗算出手段と、をさらに備え、
    前記要求加速度合パラメータ算出手段は、前記要求加速度合パラメータを、前記算出された駆動輪要求トルクおよび走行抵抗に応じて算出することを特徴とする、請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記駆動輪のトルクを検出する駆動輪トルク検出手段と、
    前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
    前記車両の加速度を検出する加速度検出手段と、をさらに備え、
    前記走行抵抗算出手段は、
    前記車両および当該車両が走行する路面が、それぞれの所定の基準状態にあるときに得られる走行抵抗を、前記検出された車速に応じ、基準走行抵抗として算出する基準走行抵抗算出手段と、
    前記車両が前記所定の基準状態にあるときに得られる加速抵抗を、前記検出された車両の加速度に応じ、基準加速抵抗として算出する基準加速抵抗算出手段と、
    前記検出された駆動輪のトルクと、前記算出された基準走行抵抗および基準加速抵抗とに応じて、補正値を算出する補正値算出手段と、を有し、
    当該算出された補正値で前記基準走行抵抗を補正することによって、前記走行抵抗を算出することを特徴とする、請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
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