JP2009046995A - Control system of variable valve train of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の可変動弁機構の制御システムに関する。 The present invention relates to a control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine.
内燃機関の動弁系の動作特性を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関が知られている。動弁系の動作特性とは、吸気バルブや排気バルブのバルブ作用角、バルブリフト量(開弁量)、バルブタイミングを意味する。可変動弁機構を備えた内燃機関では、バルブ作用角の大小、バルブリフト量の大小、バルブタイミングの進角や遅角を、内燃機関の運転状態に応じて最適に変更することによって、内燃機関の出力、燃費、排気エミッション、アイドル安定性等の性能を向上させることができる。 2. Description of the Related Art An internal combustion engine that includes a variable valve mechanism that varies the operating characteristics of a valve system of the internal combustion engine is known. The operating characteristics of the valve operating system mean the valve operating angle, valve lift amount (valve opening amount), and valve timing of the intake and exhaust valves. In an internal combustion engine equipped with a variable valve mechanism, the internal combustion engine is optimally changed in accordance with the operating state of the internal combustion engine by changing the valve operating angle, the valve lift amount, and the valve timing advance angle or delay angle according to the operating state of the internal combustion engine. Performance such as output, fuel consumption, exhaust emission, and idle stability can be improved.
例えば、カム軸の回転位相をクランク軸の回転位相に対して進角又は遅角させることによってバルブタイミングを進角又は遅角させる可変バルブタイミング(VVT)機構を備えた内燃機関に関する技術が開示された文献としては、特許文献1がある。
ところで、筒内噴射式エンジンにおいては、カム軸は吸気バルブや排気バルブを駆動するだけでなく、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁へ燃料タンク内の燃料を高圧で圧送するための高圧燃料ポンプをも駆動するように構成されることがある。このような構成では、高圧燃料ポンプを駆動するための負荷がカム軸にかかるため、この負荷によってVVT機構によるカム軸の回転位相の変化速度が遅くなり、VVT制御に応答遅れが生じる場合がある。この場合、特に目標バルブタイミングが変化する過渡運転状態において、VVT制御の応答遅れのために適切なバルブタイミングが実現されず、排気エミッションやドライバビリティが悪化するという問題があった。 By the way, in the cylinder injection engine, the camshaft not only drives the intake valve and the exhaust valve, but also high pressure fuel for pumping the fuel in the fuel tank to the fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder at a high pressure. The pump may also be configured to drive. In such a configuration, since the load for driving the high-pressure fuel pump is applied to the camshaft, the speed of change of the rotational phase of the camshaft by the VVT mechanism is slowed by this load, and a response delay may occur in VVT control. . In this case, particularly in a transient operation state in which the target valve timing changes, there is a problem that an appropriate valve timing is not realized due to a delay in response of VVT control, and exhaust emission and drivability deteriorate.
この問題に対し、上記特許文献1に記載の従来技術によれば、機関回転数、機関負荷、冷却水温、VVT機構を駆動する油圧アクチュエータの作動油の油温、燃料噴射量等に応じて、高圧燃料ポンプの負荷を推定し、VVT制御の応答速度を補正するようにしている。
In response to this problem, according to the prior art described in
ところで、高圧燃料ポンプの負荷は燃料の圧力(燃圧)による影響も大きい。そして、高圧燃料ポンプの負荷における燃圧の影響は、上述の燃料噴射量その他の物理量との間の単純な相関関係に基づいて推定することが困難な場合もある。上記の従来技術では、燃料の圧力を考慮していないので、VVT制御の応答遅れを十分に解消することができない可能性があった。 By the way, the load of the high-pressure fuel pump is greatly influenced by the fuel pressure (fuel pressure). The influence of the fuel pressure on the load of the high-pressure fuel pump may be difficult to estimate based on the simple correlation between the fuel injection amount and other physical quantities described above. In the above prior art, since the fuel pressure is not taken into consideration, there is a possibility that the response delay of the VVT control cannot be sufficiently eliminated.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高圧燃料ポンプをカム軸で駆動する内燃機関においても、VVT機構によるバルブタイミングの可変制御を応答性良く実行可能にする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a technology that enables variable control of valve timing by the VVT mechanism to be executed with good responsiveness even in an internal combustion engine in which a high-pressure fuel pump is driven by a camshaft. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構の制御システムは、
内燃機関の機関バルブを開閉駆動するカムシャフトと、
前記カムシャフトの回転位相を前記内燃機関のクランクシャフトの回転位相に対して可変とすることによって前記機関バルブのバルブタイミングを可変とするVVT機構と、
前記VVT機構を駆動して前記機関バルブのバルブタイミングを所定の目標バルブタイミングに変化させるVVT制御を実行する制御手段と、
前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁に供給される燃料を前記カムシャフトの駆動力によって加圧する加圧手段と、
前記燃料噴射弁による燃料噴射量と前記加圧手段によって加圧された燃料の圧力とに少なくとも基づいて、前記加圧手段を駆動するために前記カムシャフトにかかる負荷を算出する負荷算出手段と、
前記負荷算出手段によって算出される前記負荷に基づいて、前記VVT制御による前記バルブタイミングの変化速度を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine of the present invention includes:
A camshaft for opening and closing an engine valve of an internal combustion engine;
A VVT mechanism that makes the valve timing of the engine valve variable by making the rotational phase of the camshaft variable with respect to the rotational phase of the crankshaft of the internal combustion engine;
Control means for driving the VVT mechanism to perform VVT control for changing the valve timing of the engine valve to a predetermined target valve timing;
A fuel injection valve for injecting fuel into the internal combustion engine;
Pressurizing means for pressurizing the fuel supplied to the fuel injection valve by the driving force of the camshaft;
Load calculating means for calculating a load applied to the camshaft to drive the pressurizing means based at least on the fuel injection amount by the fuel injection valve and the pressure of the fuel pressurized by the pressurizing means;
Correction means for correcting the change rate of the valve timing by the VVT control based on the load calculated by the load calculation means;
It is characterized by providing.
加圧手段を駆動するためにカムシャフトにかかる負荷は、燃料噴射弁による燃料噴射量と、加圧手段によって加圧された燃料の圧力(以下、「燃圧」とも言う)と、に主に依存して決まる。具体的には、燃料噴射量が多くなるほど、また、燃圧が高くなるほど、カムシャフトにかかる負荷は高くなる傾向がある。従って、燃料噴射量と燃圧とに少なくとも基づくことによって、カムシャフトにかかる負荷を精度良く算出することができる。 The load applied to the camshaft for driving the pressurizing means mainly depends on the fuel injection amount by the fuel injection valve and the pressure of the fuel pressurized by the pressurizing means (hereinafter also referred to as “fuel pressure”). Is determined. Specifically, the load on the camshaft tends to increase as the fuel injection amount increases and the fuel pressure increases. Therefore, the load applied to the camshaft can be accurately calculated based on at least the fuel injection amount and the fuel pressure.
上述のように、カムシャフトにかかる負荷が大きくなるほど、VVT制御によるバルブタイミングの変化速度が低下して、VVT制御によるバルブタイミングの変化の応答が遅くなる傾向がある。これに対し、本発明によれば、負荷算出手段によって算出されたカムシャフトにかかる負荷に基づいて、VVT制御によるバルブタイミングの変化速度が補正される。具体的には、制御手段がVVT機構を駆動してバルブタイミングを目標バルブタイミングに向かって変化させる際の変化速度が補正される。例えば、カムシャフトにかかる負荷が大きくなるほど、VVT制御によるバルブタイミングの変化速度を速くする。こうすることによって、加圧手段を駆動するための負荷がカムシャフトにかかるように構成された内燃機関においても、該負荷によるVVT制御の応答遅れを抑制することができる。従って、目標バルブタイミングが変化する過渡運転状態においても、バルブタイミングを目標バルブタイミングに応答性良く制御することが可能になり、過渡運転状態における排気エミッションやドライバビリティの悪化を抑制することができる。 As described above, as the load applied to the camshaft increases, the valve timing change speed by the VVT control tends to decrease, and the response of the valve timing change by the VVT control tends to be delayed. On the other hand, according to the present invention, the change rate of the valve timing by the VVT control is corrected based on the load applied to the camshaft calculated by the load calculating means. Specifically, the change speed when the control means drives the VVT mechanism to change the valve timing toward the target valve timing is corrected. For example, the greater the load on the camshaft, the faster the valve timing change rate by VVT control. By doing so, even in an internal combustion engine configured such that a load for driving the pressurizing means is applied to the camshaft, a response delay in VVT control due to the load can be suppressed. Therefore, even in a transient operation state in which the target valve timing changes, the valve timing can be controlled with good responsiveness to the target valve timing, and deterioration of exhaust emission and drivability in the transient operation state can be suppressed.
本発明においては、加圧手段を駆動するためにカムシャフトにかかる負荷によるVVT制御の応答遅れを、前記負荷算出手段によって算出される負荷に基づいて算出し、該算出された応答遅れを補正するようにVVT制御によるバルブタイミングの変化速度を増加させるようにしても良い。 In the present invention, the response delay of the VVT control due to the load applied to the camshaft for driving the pressurizing means is calculated based on the load calculated by the load calculating means, and the calculated response delay is corrected. As described above, the change speed of the valve timing by the VVT control may be increased.
本発明の負荷算出手段によれば、燃料噴射量と燃圧とに基づいて精度良くカムシャフトにかかる負荷を算出することができるので、このようにして算出された負荷に基づいてVVT制御の応答遅れを精度良く算出することもできる。従って、このようにして算出された応答遅れを補正するようにVVT制御によるバルブタイミングの変化速度を増加させるようにすれば、より好適にカムシャフトにかかる負荷によるVVT制御の応答遅れを抑制することができる。 According to the load calculation means of the present invention, the load applied to the camshaft can be accurately calculated based on the fuel injection amount and the fuel pressure. Therefore, the response delay of the VVT control is based on the load thus calculated. Can also be calculated with high accuracy. Therefore, if the change rate of the valve timing by the VVT control is increased so as to correct the response delay calculated in this way, the response delay of the VVT control due to the load on the camshaft can be suppressed more preferably. Can do.
例えば、算出された応答遅れに相当する分だけVVT制御によるバルブタイミングの変化速度が速くなるようにしても良いし、或いは、算出された応答遅れが所定の許容限度を超えた場合に、所定速度だけVVT制御によるバルブタイミングの変化速度を増速するような補正も考えられる。 For example, the change rate of the valve timing by the VVT control may be increased by an amount corresponding to the calculated response delay, or when the calculated response delay exceeds a predetermined allowable limit, the predetermined speed A correction that increases the speed of change of the valve timing by the VVT control is also conceivable.
ここで、VVT機構が油圧アクチュエータによって駆動される機構である場合には、加圧手段を駆動するためにカムシャフトにかかる負荷によるVVT制御の応答遅れを、油圧
アクチュエータの作動油の油温を考慮して算出するようにしても良い。油圧アクチュエータによるVVT機構の駆動力は、油圧が高くなるほど大きくなる。そして、油圧アクチュエータの作動油の油温が低くなるほど油圧は高くなる。従って、油温が低い状態においては、油圧アクチュエータによるVVT機構の駆動力が油温が高い状態と比較して大きくなるため、カムシャフトにかかる負荷によるVVT制御の応答遅れの度合が小さくなる傾向がある。このように、VVT制御の応答遅れを算出するために、カムシャフトにかかる負荷に加えて油圧アクチュエータの作動油の油温をも考慮することによって、より精度良くVVT制御の応答遅れを算出することができるようになる。よって、VVT制御によるバルブタイミングの変化速度をより精度良く補正することが可能になる。
Here, when the VVT mechanism is a mechanism driven by a hydraulic actuator, the response delay of the VVT control due to the load applied to the camshaft to drive the pressurizing means is considered in consideration of the oil temperature of the hydraulic oil of the hydraulic actuator. It may be calculated as follows. The driving force of the VVT mechanism by the hydraulic actuator increases as the hydraulic pressure increases. The hydraulic pressure increases as the temperature of the hydraulic oil of the hydraulic actuator decreases. Therefore, when the oil temperature is low, the driving force of the VVT mechanism by the hydraulic actuator is larger than that when the oil temperature is high, and therefore the degree of response delay of VVT control due to the load on the camshaft tends to be small. is there. Thus, in order to calculate the response delay of the VVT control, the response delay of the VVT control can be calculated more accurately by considering the oil temperature of the hydraulic actuator hydraulic fluid in addition to the load applied to the camshaft. Will be able to. Therefore, it is possible to correct the change speed of the valve timing by the VVT control with higher accuracy.
油温を考慮したVVT制御によるバルブタイミングの変化速度の補正としては、例えば、負荷算出手段によって算出されたカムシャフトにかかる負荷によるVVT制御の応答遅れを、低油温による応答遅れの改善分を考慮して補正し、このように油温を考慮して補正された応答遅れに相当する分だけ、補正手段によってVVT制御によるバルブタイミングの変化速度を速くするようにしても良い。こうすることで、低油温の条件下で補正後のバルブタイミングの変化速度が過剰に速くなってしまうことを抑制できる。 As a correction of the valve timing change speed by the VVT control in consideration of the oil temperature, for example, the response delay of the VVT control due to the load applied to the camshaft calculated by the load calculation means is reduced, and the improvement of the response delay due to the low oil temperature is reduced. Correction may be made in consideration, and the change speed of the valve timing by the VVT control may be increased by the correction means by an amount corresponding to the response delay corrected in consideration of the oil temperature. By doing so, it is possible to suppress an excessive increase in the change speed of the valve timing after correction under the low oil temperature condition.
以上の説明において、補正手段による「VVT制御によるバルブタイミングの変化速度の増加」を実現する具体的な手段としては、例えば、油圧アクチュエータによって駆動されるVVT機構を備えた構成において、油圧アクチュエータに供給される作動油量を増加させることを例示できる。また、油圧アクチュエータに供給される油圧を高くしても良い。また、VVT機構によるカムシャフトの駆動を補助する補助手段を更に備え、補助手段によってVVT機構によるカムシャフトの駆動を補助するようにしても良い。補助手段としては、油圧アクチュエータによって駆動されるVVT機構を備えた構成において、電動モータによってカムシャフトの駆動を補助する装置等を例示できる。 In the above description, as specific means for realizing “increase in valve timing change speed by VVT control” by the correction means, for example, in a configuration including a VVT mechanism driven by a hydraulic actuator, the supply to the hydraulic actuator It can be exemplified to increase the amount of hydraulic fluid that is produced. Further, the hydraulic pressure supplied to the hydraulic actuator may be increased. Further, auxiliary means for assisting the drive of the camshaft by the VVT mechanism may be further provided, and the assisting means may assist the drive of the camshaft by the VVT mechanism. Examples of the auxiliary means include a device that assists driving of the camshaft by an electric motor in a configuration including a VVT mechanism driven by a hydraulic actuator.
上述したように、カムシャフトにかかる負荷は、燃料噴射量が多くなるほど、また、燃圧が高くなるほど、大きくなる傾向がある。また、燃料噴射量や燃圧は、内燃機関の要求トルクが大きくなるほど大きくなる。従って、内燃機関が加速過渡運転状態の時に、カムシャフトにかかる負荷によるVVT制御の応答遅れが顕著になる傾向がある。例えば、現在の運転状態と比較して、正のオーバーラップ量が増加するような運転状態に移行する加速過渡状態において、VVT制御の応答が遅れると、正のオーバーラップの増加が間に合わなくなり、筒内吸入空気量が不足する虞がある。その場合、十分な加速が得られず、ドライバビリティが悪化する。 As described above, the load applied to the camshaft tends to increase as the fuel injection amount increases and the fuel pressure increases. Further, the fuel injection amount and the fuel pressure increase as the required torque of the internal combustion engine increases. Therefore, when the internal combustion engine is in the acceleration transient operation state, the response delay of the VVT control due to the load applied to the camshaft tends to become remarkable. For example, when the response of the VVT control is delayed in an acceleration transient state in which the positive overlap amount increases as compared with the current operation state, the increase in the positive overlap is not in time, and the cylinder There is a possibility that the amount of intake air is insufficient. In that case, sufficient acceleration cannot be obtained and drivability deteriorates.
そこで、本発明においては、加速過渡状態となった場合には、機関バルブのバルブタイミングを加速後の運転状態に対応する目標バルブタイミングに変化させるVVT制御を、燃料噴射量や燃圧を加速後の運転状態に対応するそれぞれの目標値に向かって変化させる制御に先行して実行するようにしても良い。こうすることにより、燃料噴射量や燃圧の増加によってカムシャフトにかかる負荷が増加し、ひいてはVVT制御の応答速度が低下してしまう前に、加速過渡状態に合わせたVVT制御が実行されるので、VVT制御の応答遅れが発生することを抑制できる。従って、加速過渡状態におけるドライバビリティの悪化をより確実に抑制することができる。 Therefore, in the present invention, when the acceleration transient state occurs, the VVT control for changing the valve timing of the engine valve to the target valve timing corresponding to the operating state after acceleration is performed, and the fuel injection amount and fuel pressure after acceleration are increased. You may make it perform prior to the control changed toward each target value corresponding to a driving | running state. By doing this, the load applied to the camshaft increases due to the increase in the fuel injection amount and the fuel pressure, and thus the VVT control in accordance with the acceleration transient state is executed before the response speed of the VVT control decreases. It is possible to suppress the occurrence of response delay in VVT control. Accordingly, it is possible to more reliably suppress the deterioration of drivability in the acceleration transient state.
なお、以上説明した各要素は、可能な限り組み合わせて本発明を構成し得る。 The elements described above can be combined as much as possible to constitute the present invention.
本発明により、カムシャフトの回転位相をクランクシャフトの回転位相に対して可変とすることによってバルブタイミングを可変とするVVT機構を備え、該VVT機構によって駆動されるカムシャフトの駆動力で燃料噴射弁に供給される燃料を加圧する加圧手段を
備えた内燃機関において、該加圧手段の負荷によるVVT制御の応答遅れを抑制することができる。
According to the present invention, the fuel injection valve is provided with a VVT mechanism that makes the valve timing variable by making the rotational phase of the camshaft variable with respect to the rotational phase of the crankshaft, and the driving force of the camshaft driven by the VVT mechanism. In the internal combustion engine provided with the pressurizing means for pressurizing the fuel supplied to the engine, it is possible to suppress a delay in response of the VVT control due to the load of the pressurizing means.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
図1は、本実施例に係る内燃機関の制御システムの概略構成を示す概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a control system for an internal combustion engine according to the present embodiment.
図1に示す内燃機関1は、複数の気筒2を有するディーゼルエンジンである。気筒2内には、ピストン15が摺動可能に挿入されている。気筒2内には、ピストン15と気筒2の内壁とによって区画されて燃焼室23が形成されている。気筒2の上部には、燃焼室23内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁5が設けられている。燃料噴射弁5には、コモンレール72から燃料が供給される。コモンレール72には図示しない燃料タンク内の燃料が高圧燃料ポンプ68によって高圧に加圧されて供給される。ピストン15はコンロッド16を介してクランクシャフト17に接続されている。内燃機関1には、クランクシャフト17の回転角度を測定する回転数センサ18が設けられている。回転数センサ18の出力は後述するECU20に入力され、該出力に基づいて内燃機関1のエンジン回転数が検出される。燃焼室23は吸気ポート3を介して吸気通路30と連通している。また、排気ポート4を介して排気通路40と連通している。吸気ポート3は吸気バルブ10によって開閉され、吸気バルブ10は吸気カムシャフト12の回転に連動して駆動される。また、排気ポート4は排気バルブ11によって開閉され、排気バルブ11は排気カムシャフト13の回転に連動して駆動される。本実施例の内燃機関1では、高圧燃料ポンプ68は吸気カムシャフト12の駆動力によって駆動されるように構成されている。本実施例の高圧燃料ポンプ68が本発明における加圧手段に相当する。
An
本実施例の内燃機関1には、吸気カムシャフト12の回転位相をクランクシャフト17の回転位相に対して可変とする可変バルブタイミング機構(以下「VVT機構」という)66が備えられている。本実施例のVVT機構66は油圧によって駆動される機構である。VVT機構66を駆動する作動油は、油圧制御弁(以下「OCV」という)70から吐出されてVVT機構66に供給される。OCV70には、図示しないエンジンオイルパンから図示しないオイルポンプによって作動油が供給される。本実施例のVVT機構66は、本発明でいうところの油圧アクチュエータによって駆動されるVVT機構の一例となっている。VVT機構66に供給される油圧をOCV70によって制御することで、吸気カムシャフト12の回転位相がクランクシャフト17の回転位相に対して変化させられ、これにより吸気バルブ10のバルブタイミングが可変制御される。
The
以上のように構成された内燃機関1には、内燃機関1の運転状態を制御するECU20が備えられている。ECU20はCPU、ROM、RAM等を有して構成される電子制御コンピュータである。ECU20には、上述した回転数センサ18の他、吸気カムシャフト12の回転角度を検出するカム位置センサ74、内燃機関1の冷却水温を測定する水温センサ19、アクセルペダル(不図示)の踏み込み量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ22、コモンレール72における燃料の圧力(以下「燃圧」という)を検出する燃圧センサ75等の各種のセンサの出力が入力されるようになっている。また、ECU20には、上述した燃料噴射弁5、OCV70の他各種の機器が接続され、前記各センサから入力されるデータに基づいてECU20から出力される制御信号によってこれら各機器の動作が制御される。
The
ECU20は、回転数センサ18及びカム位置センサ74からの出力に基づいてECU20は現在の吸気バルブ10のバルブタイミングを算出する。また、回転数センサ18、アクセル開度センサ22、水温センサ19その他の各種センサの出力に基づいて内燃機関1の運転状態を検出し、該検出された運転状態に対応する目標バルブタイミングを予め記憶されたマップ等から読み込む。そして、吸気バルブ10のバルブタイミングが該目標バルブタイミングになるようにVVT機構66を駆動すべく、OCV70を制御する。以下、ECU20によって行われるこの吸気バルブ10のバルブタイミングの可変制御を「VVT制御」と称する。
The
ところで、本実施例のように、燃料を加圧する高圧燃料ポンプ68を吸気カムシャフト12の駆動力によって駆動する構成では、高圧燃料ポンプ68を駆動するための負荷が吸気カムシャフト12にかかるため、この負荷によってVVT制御の応答速度が変化する。特に、本実施例のようにコモンレールシステムを搭載したディーゼルエンジンでは、コモンレール72に高圧燃料を供給するために高圧燃料ポンプ68を駆動する負荷がガソリンエンジンと比較して非常に大きいため、高圧燃料ポンプ68の負荷によるVVT制御の応答遅れが顕著に現れる傾向がある。
By the way, in the configuration in which the high
VVT制御の応答が遅れることによって、特に内燃機関1の過渡運転状態において以下のような問題が生じる可能性がある。例えば、中負荷領域ではバルブオーバーラップが少ないベースバルブタイミングを目標バルブタイミングに設定し、軽負荷領域及び高負荷領域においてはベースバルブタイミングと比較して正のバルブオーバーラップを拡大した目標バルブタイミングを設定してVVT制御を実行するシステムについて考察する。このようなシステムでは、軽負荷から中負荷への過渡時には、VVT制御の応答遅れによって正のオーバーラップの減少が遅れると、内部EGR量が過渡的に過剰になり、スモークが増大するという問題が発生する可能性がある。また、中負荷から高負荷への過渡時には、VVT制御の応答遅れによって正のオーバーラップの増加が遅れると、筒内吸入空気量が過渡的に不足し、良好な加速性能を得られないという問題が発生する可能性がある。
Due to the delay in the response of the VVT control, the following problems may occur particularly in the transient operation state of the
この問題に対し、燃料噴射量に応じて高圧燃料ポンプ68の負荷を推定し、それに応じてVVT制御の応答遅れを補正することが考えられる。しかしながら、高圧燃料ポンプ68の負荷は、燃料噴射量だけでなく、燃圧による影響も大きい。そして、高圧燃料ポンプ68の負荷における燃圧の影響は、燃料噴射量との間の単純な相関関係に基づいて推定することが困難な場合もある。例えば、高地走行時に筒内圧が低下した場合、噴霧が飛び過ぎてHCの排出量が増加する可能性があるため、平地走行時と比較して燃圧を下げる燃圧制御を行う場合がある。また、加速過渡時は定常運転時と比較して筒内への空気の充填やEGRガスの掃気が遅れてスモークが発生し易くなるため、霧化改善のために燃圧を上げる燃圧制御を行う場合がある。その他、噴射燃料の貫徹力制御の要求に応じた燃圧制御、噴射燃料の霧化特性に応じた燃圧制御、コモンレール内の燃料へのエア混入に対応する燃圧制御、機関始動時の燃料温度に応じた燃圧制御、機関停止後の燃料噴射弁からの燃料漏れに対応するための燃圧制御など、燃圧を積極的に制御する場合、これらの燃圧制御を実行するための高圧燃料ポンプ68の負荷を考慮しないで高圧燃料ポンプ68の負荷を推定するシステムでは、VVT制御の応答遅れを十分に補正することができない可能性があった。
To solve this problem, it is conceivable to estimate the load of the high-
この点、本実施例のシステムでは、少なくとも燃料噴射量と燃圧とに基づいて高圧燃料ポンプ68の負荷によるVVT制御の応答遅れを算出し、算出された応答遅れを補正すべくVVT制御の応答速度を増加させるようにした。さらに、VVT制御の応答速度がVVT機構66に供給される油圧に依存していることに着目し、燃料噴射量と燃圧とに基づいて算出されるVVT制御の応答遅れを、油圧に基づいて補正し、より最適な応答遅れを算
出できるようにした。
In this respect, in the system of this embodiment, the response delay of the VVT control due to the load of the high-
ここで、このVVT制御の応答速度補正制御を実行するためのルーチンの処理内容を説明する。ECU20は、このルーチンを実行することで、本発明でいうところの負荷算出手段及び補正手段に相当する役割を果たす。図2は、本実施例のVVT制御の応答速度補正制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、VVT制御を実行する要求がなされた場合に、ECU20によって実行される。
Here, processing contents of a routine for executing the response speed correction control of the VVT control will be described. By executing this routine, the
まず、このルーチンが起動されると、ステップS101において、ECU20は、燃圧及び燃料噴射量を取得する。燃圧は燃圧センサ75によって検出される実燃圧であっても良いし、上述したような燃圧制御を実行する場合にECU20から出力される目標燃圧であっても良い。
First, when this routine is started, in step S101, the
ステップS102において、ステップS101において取得した燃圧及び燃料噴射量に基づいて、高圧燃料ポンプ68を駆動するために吸気カムシャフト12にかかる負荷を算出する。燃圧及び燃料噴射量と高圧燃料ポンプ68の負荷との関係は、予め実験やシミュレーション等によって求められている。本実施例においてステップS102を実行するECU20が、本発明における負荷算出手段に相当する。
In step S102, the load applied to the
ステップS103において、ECU20は、エンジン回転数及びエンジン冷却水温を取得する。
In step S103, the
ステップS104において、ECU20は、ステップS103において取得したエンジン回転数及びエンジン冷却水温に基づいてエンジン油圧を算出する。エンジン油圧は油温に相関しており、油温が低くなるほど油圧が高くなる傾向がある。そして、油温はエンジン冷却水温に相関している。また、油圧はエンジン回転数に相関しており、エンジン回転数が高回転になるほど油圧は高くなる傾向がある。
In step S104, the
ステップS105において、ECU20は、ステップS102において算出した負荷と、ステップS104において算出したエンジン油圧と、に基づいてVVT制御の応答速度を算出する。上述したように、カムシャフト12にかかる負荷が大きくなるほど、VVT制御の応答速度が遅くなる。一方、VVT機構66に供給される油圧が高くなるほど、VVT制御の応答速度は速くなる。吸気カムシャフト12にかかる負荷と、OCV70からVVT機構66に供給される油圧と、の両者を考慮することで、VVT制御の応答速度を精度良く算出することができる。本実施例においてステップS105を実行するECU20が、本発明における応答遅れ算出手段に相当する。
In step S105, the
ステップS106において、ECU20は、ステップS105において算出したVVT制御の応答速度が、所定の目標応答速度より遅いか否かを判定する。ここで、目標応答速度は、VVT制御の応答遅れによる上述したような排気エミッションやドライバビリティの悪化が発生しないようなVVT制御の応答速度の下限値に基づいて予め定められる。ステップS106において肯定判定された場合、ECU20はステップS107に進む。ステップS106において否定判定された場合、ECU20はステップS108に進む。
In step S106, the
ステップS107において、ECU20は、VVT制御の応答速度を増加させる補正を行う。具体的には、VVT機構66に供給される作動油量が補正を行わない通常制御時より増加するようにOCV70を制御する。これにより、VVT機構66を駆動する油圧が上昇するため、VVT機構66によるVVT制御の応答速度が速くなる。本実施例においてステップS107を実行するECU20が、本発明における補正手段に相当する。
In step S107, the
ステップS108において、ECU20は、VVT制御の応答速度に対する補正を行わない。
In step S108, the
ステップS109において、ECU20は、VVT機構66を駆動して吸気バルブ10のバルブタイミングを目標バルブタイミングに変化させる制御を実行する。
In step S109, the
以上説明したルーチンを実行することによって、VVT制御の応答速度が目標応答速度を下回るほどの負荷が吸気カムシャフト12にかかっている状況においても、目標応答速度を満たす良好な応答速度でVVT制御を実行することが可能になる。よって、吸気バルブ10のバルブタイミングを、内燃機関1の運転状態に応じた目標バルブタイミングに、応答遅れを抑制しつつ好適に変化させることができるようになる。特に、本実施例によれば、VVT制御の応答遅れを決定づける主要なパラメータの一つであるところの吸気カムシャフト12にかかる高圧燃料ポンプ68による負荷を、燃料噴射量と燃圧との両方を考慮することによって算出するようにしているので、より正確にVVT制御の応答遅れを求めることが可能となっている。また、油圧によるVVT制御の応答速度への影響も考慮して、VVT制御の応答速度を算出するようにしているので、例えば、油温が低く、VVT機構66に供給される油圧が高い状態においては、VVT制御の応答速度の増速補正の補正幅を小さくすることができる。これにより、VVT制御の応答速度の増速補正によってかえって過剰に速い応答速度にVVT制御の応答速度が補正されてしまうことを抑制できる。つまり、本実施例によれば、吸気カムシャフト12に高圧燃料ポンプ68による負荷がかかる構成においても、VVT制御の応答速度を過不足無く目標応答速度に補正することが可能となる。従って、目標バルブタイミングが変化する過渡状態においても、上述したようなバルブオーバーラップの変化の遅れに起因するスモークの悪化や加速性能の悪化を抑制できる。
By executing the routine described above, the VVT control is performed at a satisfactory response speed that satisfies the target response speed even in a situation where a load is applied to the
なお、上記実施例では、VVT制御の応答速度を速くするために、OCV70からVVT機構66に供給される作動油量を増量することによって、VVT機構66を駆動する油圧を高くするようにしたが、VVT制御の応答速度を速くする手段はこれに限られない。例えば、VVT機構66に供給される作動油を加圧するポンプを更に備え、ステップS106で肯定判定された場合には、このポンプを駆動してVVT機構66に供給される油圧を高めるようにしても良い。また、VVT機構66による吸気カムシャフト12の駆動を補助する機構、例えば吸気カムシャフト12を回転駆動する電動モーターを更に備え、ステップS106で肯定判定された場合には、この電動モーターを駆動することでVVT機構66による吸気カムシャフト12の駆動を補助するようにしても良い。
In the above embodiment, the hydraulic pressure for driving the
また、高圧燃料ポンプ68による負荷はエンジン負荷が高くなるほど大きくなる傾向があるため、特に加速過渡時においてVVT制御の応答遅れによる影響が顕著に現れる可能性がある。従って、加速過渡時には、燃料噴射量及び燃圧をそれぞれの目標値に変化させる制御に先行して、吸気バルブ10のバルブタイミングを目標バルブタイミングに変化させるVVT制御を実行するようにしても良い。具体的には、加速要求が発せられた場合(例えばアクセル開度センサ22によってアクセルペダルの踏み込み量の所定量以上の増加が検出された場合)に、図3のフローチャートで示されるようなルーチンをECU20が実行するようにする。まずステップS201において、ECU20はVVT制御を実行する。すなわち、吸気バルブ10のバルブタイミングを加速過渡に対応した目標バルブタイミングに変化させるべくVVT機構66を駆動する。そして、ステップS201を実行した後、ECU20は燃料噴射量及び燃圧の制御を実行する。すなわち、燃料噴射量を加速過渡に対応した目標燃料噴射量に増加させるとともに、燃圧を加速過渡に対応した目標燃圧に増加させる。加速要求時にこのルーチンを実行することによって、図4に示すように、時刻t1でアクセル開度が増加して加速要求が発せられると、時刻t2(>t1)においてまずVVT制御が実行されることによって正のオーバーラップ量が所望の応答速度で
増加し、時刻t2より後の時刻t3において燃料噴射量及び燃圧の制御が実行され、燃料噴射量及び燃圧が増加する。このルーチンを実行することにより、燃料噴射量及び燃圧の増加によるVVT制御の応答遅れが大きくなる前の段階でVVT制御を実行することができるので、良好な応答速度で正のオーバーラップ量を増加させることができ、加速性能の悪化を抑制することが可能になる。
In addition, since the load due to the high-
なお、以上述べた各実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。また、各実施例は可能な限り組み合わせて本発明を実施することができる。例えば、本実施例では、高圧燃料ポンプ68を吸気カムシャフト12で駆動する構成を例に説明したが、高圧燃料ポンプ68を排気カムシャフト13で駆動する構成についても本発明を同様に適用することができる。また、本実施例では油圧駆動式のVVT機構66を備えた構成に本発明を適用する例を説明したが、電動アクチュエータによって駆動されるVVT機構を備えた構成に本発明を適用することも可能である。また、本実施例はディーゼルエンジンに本発明を適用した例であるが、ガソリンエンジンに本発明を適用することも可能である。
Each of the above-described embodiments is an example for explaining the present invention, and various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention can be implemented by combining the embodiments as much as possible. For example, in the present embodiment, the configuration in which the high-
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気ポート
4 排気ポート
5 燃料噴射弁
10 吸気バルブ
11 排気バルブ
12 吸気カムシャフト
13 排気カムシャフト
15 ピストン
16 コンロッド
17 クランクシャフト
18 回転数センサ
19 水温センサ
20 ECU
22 アクセル開度センサ
23 燃焼室
30 吸気通路
40 排気通路
66 VVT機構
68 高圧燃料ポンプ
70 OCV
72 コモンレール
74 カム位置センサ
75 燃圧センサ
DESCRIPTION OF
22
72
Claims (7)
前記カムシャフトの回転位相を前記内燃機関のクランクシャフトの回転位相に対して可変とすることによって前記機関バルブのバルブタイミングを可変とするVVT機構と、
前記VVT機構を駆動して前記機関バルブのバルブタイミングを所定の目標バルブタイミングに変化させるVVT制御を実行する制御手段と、
前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁に供給される燃料を前記カムシャフトの駆動力によって加圧する加圧手段と、
前記燃料噴射弁による燃料噴射量と前記加圧手段によって加圧された燃料の圧力とに少なくとも基づいて、前記加圧手段を駆動するために前記カムシャフトにかかる負荷を算出する負荷算出手段と、
前記負荷算出手段によって算出される前記負荷に基づいて、前記VVT制御による前記バルブタイミングの変化速度を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。 A camshaft for opening and closing an engine valve of an internal combustion engine;
A VVT mechanism that makes the valve timing of the engine valve variable by making the rotational phase of the camshaft variable with respect to the rotational phase of the crankshaft of the internal combustion engine;
Control means for driving the VVT mechanism to perform VVT control for changing the valve timing of the engine valve to a predetermined target valve timing;
A fuel injection valve for injecting fuel into the internal combustion engine;
Pressurizing means for pressurizing the fuel supplied to the fuel injection valve by the driving force of the camshaft;
Load calculating means for calculating a load applied to the camshaft to drive the pressurizing means based at least on the fuel injection amount by the fuel injection valve and the pressure of the fuel pressurized by the pressurizing means;
Correction means for correcting the change rate of the valve timing by the VVT control based on the load calculated by the load calculation means;
A control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine.
前記負荷算出手段によって算出される前記負荷に基づいて、前記加圧手段を駆動するために前記カムシャフトにかかる負荷による前記VVT制御の応答遅れを算出する応答遅れ算出手段を更に備え、
前記補正手段は、前記応答遅れ算出手段によって算出される前記応答遅れを補正するように前記VVT制御による前記バルブタイミングの変化速度を増加させることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。 In claim 1,
Response delay calculating means for calculating a response delay of the VVT control due to a load applied to the camshaft to drive the pressurizing means based on the load calculated by the load calculating means;
The control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine, wherein the correction means increases a change speed of the valve timing by the VVT control so as to correct the response delay calculated by the response delay calculation means. .
前記VVT機構は油圧アクチュエータによって駆動される機構であり、
前記応答遅れ算出手段は、前記油圧アクチュエータの作動油の油温を考慮して前記VVT制御の前記応答遅れを求めることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。 In claim 2,
The VVT mechanism is a mechanism driven by a hydraulic actuator,
The control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine, wherein the response delay calculation means obtains the response delay of the VVT control in consideration of the oil temperature of the hydraulic oil of the hydraulic actuator.
前記VVT機構は油圧アクチュエータによって駆動される機構であり、
前記補正手段は、前記油圧アクチュエータに供給される作動油量を増加させることによって、前記VVT制御による前記バルブタイミングの変化速度を増加させることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。 In any one of Claims 1-3,
The VVT mechanism is a mechanism driven by a hydraulic actuator,
The control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine, wherein the correction means increases a change speed of the valve timing by the VVT control by increasing an amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic actuator.
前記VVT機構は油圧アクチュエータによって駆動される機構であり、
前記補正手段は、前記油圧アクチュエータに供給される油圧を高くすることによって、前記VVT制御による前記バルブタイミングの変化速度を増加させることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。 In any one of Claims 1-4,
The VVT mechanism is a mechanism driven by a hydraulic actuator,
The control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine, wherein the correction means increases a change speed of the valve timing by the VVT control by increasing a hydraulic pressure supplied to the hydraulic actuator.
前記VVT機構による前記カムシャフトの駆動を補助する補助手段を更に備え、
前記補正手段は、前記補助手段によって前記VVT機構による前記カムシャフトの駆動を補助することによって、前記VVT制御による前記バルブタイミングの変化速度を増加させることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。 In any one of Claims 1-5,
An auxiliary means for assisting driving of the camshaft by the VVT mechanism;
In the variable valve mechanism for an internal combustion engine, the correction means increases the change speed of the valve timing by the VVT control by assisting the driving of the camshaft by the VVT mechanism by the auxiliary means. Control system.
前記内燃機関の運転状態が加速過渡運転状態となった時に、前記機関バルブのバルブタイミングを加速後の運転状態に対応する目標バルブタイミングに変化させるVVT制御を、前記燃料噴射弁による燃料噴射量及び前記加圧手段による加圧される燃料の圧力を加速後の運転状態に対応するそれぞれの目標値に変化させる制御に先行して実行することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。 In any one of Claims 1-6,
VVT control for changing the valve timing of the engine valve to a target valve timing corresponding to the operating state after acceleration when the operating state of the internal combustion engine becomes an acceleration transient operating state, fuel injection amount by the fuel injection valve and A control system for a variable valve mechanism of an internal combustion engine, which is executed prior to control for changing the pressure of fuel pressurized by the pressurizing means to each target value corresponding to the operating state after acceleration. .
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JP2020084954A (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | トヨタ自動車株式会社 | Control device of internal combustion engine |
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