JP2015094250A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、運転者の運転操作に応じてバルブタイミングを適切に制御することにより、内燃機関の運転状態により適した出力性能が得られるとともに、燃費の向上を図ることにある。
【解決手段】制御手段（２５）は、アクセル操作量検出手段（２６）により検出されたアクセル操作量の変化量を算出するアクセル操作量変化量検出手段（３１）と、運転者の運転操作に応じてバルブタイミングを適切に制御するバルブタイミング制御手段（３２）とを備える。このバルブタイミング制御手段（３２）は、内燃機関（１）が通常運転時に使用する第１のマップ（３２Ａ）と、アクセル操作量（ＡＰ）の変化量（ΔＡＰ）が設定値（ΔＡＰＨ）以上であることが検出された場合に使用する第２のマップ（３２Ｂ）とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載された内燃機関には、バルブタイミングを可変にする可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）を備えたものがある。この可変バルブタイミング機構は、内燃機関の運転状態に応じて、バルブタイミング制御手段によって制御される。
従来では、吸気弁の閉じるタイミングを圧縮行程中に設定することにより、有効膨張比を大きく採った上で、有効圧縮比を下げることにより、熱効率を向上させている。
しかし、このような場合、圧縮行程に移行した後も、しばらく吸気弁が開いているため、混合気が吸気弁に逆流する現象が起きるので、シリンダ内の充填効率が低下して高負荷領域でトルクが低下する問題があった。
このため、スロットル開度を全開で運転する場合は、トルクを確保するようなバルブタイミングに設定しなければならず、トルク変化によるショックを低減するために、スロットルバルブが全開になる手前の高負荷領域でも熱効率を狙ったバルブタイミングに設定することができず、燃費が悪化していた。
また、バルブタイミングを燃費優先で設定してしまうと、高負荷運転時のトルクの低下により、ドライバビリティの悪化に繋がってしまう問題があった。
このため、内燃機関の制御装置としては、例えば、以下のような先行技術文献がある。

特開平６−２４１０７３号公報 特開２００９−２０９７８６号公報

特許文献１に係る内燃機関のカム切換制御装置は、燃費カムと出力カムとの２つのカムを備え、運転状態に応じてこれらのカムを切り換えて使用するものであって、アクセル開度の増加率が大きくなる程、カムの切換領域を同一のアクセル開度に対する燃費カムと出力カムとの発生トルクが等しい、等トルク特性側に移行させ、燃費の向上とトルクの確保とを図るものである。つまり、この特許文献１に係る内燃機関のカム切換制御装置では、カムの切り替わりを、急加速要求時は低速側で行い、一方、緩加速要求時は高速側で行うことにより、緩加速要求時の燃費領域を広げている。
特許文献２に係る内燃機関の制御装置は、可変バルブタイミング機構を備えたものであって、エンジン回転速度と過給圧とに基づいて吸気バルブのバルブタイミングを進角側と遅角側とのいずれかに決定し、バルブタイミングに応じた目標過給圧の切り換えを行いつつ、過給圧をフィードバック制御するものである。

ところが、上記の特許文献１では、２つのカムを用いることから、内燃機関の搭載上制約大きくなり、また、カムの切り替わり時に、トルクショックを低減するために、点火時期の遅角や燃料噴射量の増加を行っており、燃費の悪化や、ドライバビリティの悪化に繋がるおそれがあった。
また、近年、トルク制御を用いてスロットル開度とバルブタイミングとを制御しているが、開発工数が増加するという不都合があった。

そこで、この発明は、運転者の運転操作に応じてバルブの開閉時期を適切に制御することにより、内燃機関の運転状態により適した出力性能が得られるとともに、燃費の向上を図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。

この発明は、内燃機関のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可変バルブタイミング機構を制御するバルブタイミング制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量の変化量を算出するアクセル操作量変化量算出手段とを備え、前記バルブタイミング制御手段は、前記内燃機関が通常運転時に使用する第１のマップと、前記アクセル操作量変化量算出手段により算出されたアクセル操作量の変化量が設定値以上であることが検出された場合に使用する第２のマップとを備えていることを特徴とする。

この発明は、運転者の運転操作に応じてバルブの開閉時期を適切に制御することにより、内燃機関の運転状態により適した出力性能が得られるとともに、燃費の向上を図ることができる。

図１は内燃機関の制御装置のシステム構成図である。（実施例） 図２は内燃機関の制御のフローチャートである。（実施例） 図３は内燃機関の制御のタイムチャートである。（実施例）

この発明は、内燃機関の運転状態により適した出力性能が得られるとともに、燃費の向上を図る目的を、運転者の運転操作に応じてバルブの開閉時期を適切に制御して実現するものである。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、車両に搭載された内燃機関１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備える。シリンダブロック２には、シリンダ４が形成され、このシリンダ４でピストン５が往復動可能に設けられている。
シリンダヘッド３には、吸気ポート６と排気ポート７と燃焼室８とが形成されている。
また、シリンダヘッド４には、吸気ポート６を開閉する吸気弁９と、排気ポート７を開閉する排気弁１０と、中央部位で燃焼室８に臨む点火プラグ１１と、吸気ポート６側で燃焼室８に燃料を噴射する燃料噴射弁１２とが設置されている。吸気弁９には、吸気タペット１３が設けられている。排気弁１０には、排気タペット１４が設けられている。
更に、シリンダヘッド３には、吸気弁９を開閉動作するように吸気カム１５を備えた吸気カム軸１６と、排気弁１０を動作するように排気カム１７を備えた排気カム軸１８とが設置されている。
また、シリンダヘッド４には、吸気通路１９を形成する吸気管２０が接続している。この吸気管２０には、スロットルバルブ２１を備えたスロットルボディ２２が設けられている。

内燃機関１には、内燃機関１のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）２３が設けられる。この可変バルブタイミング機構２３は、例えば、吸気弁９のバルブタイミングを可変するものである。可変バルブタイミング機構２３により、排気弁１０のバルブタイミングを可変させることも可能である。
可変バルブタイミング機構２３は、内燃機関１の制御装置２４の制御手段（ＥＣＭ）２５によって制御される。
制御手段２５には、点火プラグ１１と燃料噴射弁１２とスロットルバルブ２１とが接続する。
また、制御手段２５には、アクセル操作量検出手段２６と、スロットル開度検出手段２７と、エンジン回転数検出手段２８と、吸入空気量検出手段２９と、バルブタイミング検出手段３０とが接続する。
アクセル操作量検出手段２６は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量（踏み込み状態）を検出する。
スロットル開度検出手段２７は、スロットルバルブ２１のスロットル開度を検出する。
エンジン回転数検出手段２８は、内燃機関１のエンジン回転数を検出する。
吸入空気量検出手段２９は、内燃機関１への吸入空気量を検出する。
バルブタイミング検出手段３０は、吸気弁９のバルブタイミングを検出する。

また、制御手段２５は、アクセル操作量変化量算出手段３１と、バルブタイミング制御手段３２と、スロットル開度調整量算出手段３３と、点火時期調整量算出手段３４と、燃料噴射量調整量算出手段３５とを備える。
アクセル操作量変化量算出手段３１は、アクセル操作量検出手段２６により検出されたアクセル操作量（ＡＰ）の変化量（ΔＡＰ）を算出する。
バルブタイミング制御手段３２は、内燃機関１の運転状態に応じて可変バルブタイミング機構２３を制御するものである。このバルブタイミング制御手段３２は、内燃機関１が通常運転時に使用する第１のマップ（燃費重視マップ）３２Ａと、アクセル操作量変化量算出手段３１により算出されたアクセル操作量（ＡＰ）の変化量（ΔＡＰ）が設定値（ΔＡＰＨ）以上であることが検出された場合に使用する第２のマップ（出力重視マップ）３２Ｂとを備えている。
スロットル開度調整量算出手段３３は、スロットルバルブ２１のスロットル開度の調整量を算出する。
点火時期調整量算出手段３４は、点火プラグ１１の点火時期の調整量を算出する。
燃料噴射量調整量算出手段３５は、燃料噴射弁１２からの燃料噴射量の調整量を算出する。

次に、この実施例に係る制御について、図２のフローチャート及び図３のフローチャートに沿って説明する。
図２に示すように、制御手段２５のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、アクセル変化量（ΔＡＰ）が設定値（ΔＡＰＨ）以上（ΔＡＰ≧ΔＡＰＨ）か否かを判断する（ステップＡ０２）。この設定値（ΔＡＰＨ）は、アクセル変化量（ΔＡＰ）の増加側の高負荷側の値である。
このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、出力重視のバルブタイミングとするように、バルブタイミング制御手段３２では、第２のマップ３２Ｂを選択する（ステップＡ０３）。
一方、このステップＡ０２がＮＯの場合には、燃費重視のバルブタイミングとするように、バルブタイミング制御手段３２では、第１のマップ３２Ａを選択する（ステップＡ０４）。
そして、アクセル操作量（ＡＰ）が設定値（ＡＰＨ）以上（ＡＰ≧ＡＰＨ）か否かを判断する（ステップＡ０５）。この設定値（ＡＰＨ）は、アクセル操作量（ＡＰ）の増加側の高負荷側の値である。
このステップＡ０５がＹＥＳの場合には、バルブタイミングの切り替えの要求を行う（ステップＡ０６）（図３の時間ｔ１で示す）。つまり、このステップＡ０６では、第１のマップ３２Ａから第２のマップ３２Ｂへの切り替えの要求を行う。
そして、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量、バルブタイミング制御の補正を行う（ステップＡ０７）。つまり、このステップＡ０７では、第１のマップ３２Ａから第２のマップ３２Ｂへの切り替え時のトルクショックを低減するために、第１のマップ３２Ａと第２のマップ３２Ｂとで同一トルクとなるように、図３に示すように、第１のマップ３２Ａから第２のマップ３２Ｂへの切り替えの要求時（図３の時間ｔ１で示す）から切り替わり区間（図３の時間ｔ１〜ｔ２の間）の所定時間Ｔだけ、バルブタイミングの動き出しとともに、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量を補正する制御を行う。
ここでは、図３に示すように、バルブタイミング機構２３によるトルク変化は、アクセル操作量の補正によるトルクの変化に比べて応答性が良く、少しでもバルブタイミング機構２３が作動すると大きくトルクが出るため、アクセル操作の動き出しに対して、バルブタイミング機構２３の切り替わりが非線形となり、トルクショックを低減できる。また、点火時期や燃料噴射量は、吸入空気量によって決定されるため、スロットル開度の動きに合わせて、第１のマップ３２Ａから第２のマップ３２Ｂへ切り替える。
その後、切り替わり区間Ｔが経過した時に（図３の時間ｔ２で示す）、第１のマップ３２Ａから第２のマップ３２Ｂに切り替える（ステップＡ０８）。
このステップＡ０８の処理後、前記ステップＡ０３の処理後、又は前記ステップＡ０５がＮＯの場合には、このプログラムをエンドする（ステップＡ０９）。

この結果、この実施例の制御によれば、運転者のアクセル操作状態に基づいてバルブタイミングを切り替えることから、運転者の加速要求に応じた出力性能と燃費性能との両立が可能になる。
具体的には、急加速等の出力を要する要求時には、バルブタイミングの切り替えを行う必要がなく、違和感のない加速をすることができる。
また、通常運転時には、高負荷領域まで燃費重視のバルブタイミングに設定することにより、燃費を向上することができる。
更に、燃費重視のマップ（第１のマップ３２Ａ）のバルブタイミングから出力重視のマップ（第２のマップ３２Ｂ）のバルブタイミングへの切り替わりがスムーズになり、トルクショックを低減し、違和感を無くするとともに、ドライバビリティを向上することができる。
また、点火時期や燃料噴射量は、計測された吸入空気量で決定されるため、スロットル開度の動きに合わせてマップを切り替えて行くことで、バルブタイミング毎の適合が必要でなく、切り替えたいモードのバルブタイミングに合わせたマップのみを用意すればいいため、適合工数を増やすことなく、燃費の向上を図ることができる。
更に、運転者がスイッチ等を操作する煩わしい動作を要求することがなく、スロットル開度の全開運転時のトルクの低下を防止し、さらに、高負荷領域の燃費を向上させることができる。
また、細かなバルブタイミングによる適合を必要とせず、開発工数をかけることなく、出力性能と燃費性能との両立が可能になる。

なお、この実施例においては、バルブタイミングだけでなく、バルブリフトを連続的に変化させる機構の場合でも、燃費要求と出力要求との切り替えタイミングをスロットル開度が全開付近で設定することが可能であり、燃費を向上させることができる。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、各種内燃機関に適用可能である。

１ 内燃機関
９ 吸気弁
１１ 点火プラグ
１２ 燃料噴射弁
１６ 吸気カム軸
２１ スロットルバルブ
２３ バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
２４ 内燃機関の制御装置
２５ 制御手段
２６ アクセル操作量検出手段
３０ バルブタイミング検出手段
３１ アクセル操作量変化量算出手段
３２ バルブタイミング制御手段
３２Ａ 第１のマップ
３２Ｂ 第２のマップ
３３ スロットル開度調整量算出手段
３４ 点火時期調整量算出手段
３５ 燃料噴射量調整量算出手段

Claims (1)

1. 内燃機関のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可変バルブタイミング機構を制御するバルブタイミング制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量の変化量を算出するアクセル操作量変化量算出手段とを備え、前記バルブタイミング制御手段は、前記内燃機関が通常運転時に使用する第１のマップと、前記アクセル操作量変化量算出手段により算出されたアクセル操作量の変化量が設定値以上であることが検出された場合に使用する第２のマップとを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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