JP3620381B2

JP3620381B2 - 可変動弁エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP3620381B2
Application number: JP34390499A
Authority: JP
Inventors: 創三浦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JP2001159343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁及び排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変動弁エンジンの制御装置としては、例えば特開平８−２０００２５号公報に示されるように、１気筒につき２つずつ備えられる主副の吸気弁及び排気弁を電磁駆動式として、エンジン運転条件に応じて異なる組み合わせで作動させることにより、出力制御を行うようにしたものがある。
【０００３】
更に、近年は、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、吸気弁閉時期を制御（早閉じ制御）することにより、吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行うものが注目され、その開発が進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変動弁エンジンでは、吸気弁及び排気弁の開閉時期で負荷（空気量）を制御するノンスロットル運転が可能になるが、負荷を上げる方法としては、吸気弁閉時期を遅らせて、各エンジン回転数での最適点に近づけていく方法と、排気弁と吸気弁とのオーバーラップを大きく持たせて掃気効果を用いる方法（但し、排気系が最適化され、オーバーラップ中に排気の脈動負圧波が来ていることが前提）との２通りがある。
【０００５】
しかし、吸気弁閉時期のみによる制御では、負荷の上昇に制約がある一方、オーバーラップを大きく持たせて掃気効果を用いると、体積効率は向上するものの、混合気の吹き抜けにより、ＨＣエミッションの悪化が起こり、特に通常の排気行程噴射では、吸気弁付近で気化していた燃料が吸気弁の開弁と同時に排気側に吹き抜けるため、一段とＨＣエミッションの悪化、筒内空燃比のリーン化等が起こる。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、可変動弁エンジンにおいて、広範囲の負荷制御を可能にすると共に、エミッションの悪化を最小限に抑えることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、吸気弁及び排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンにおいて、図１に示すように、エンジン運転条件に応じて目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、目標空気量に応じて吸気弁閉時期を制御する吸気弁閉時期制御手段と、目標空気量が所定値以上のときに、吸気弁閉時期を固定した状態で、目標空気量に応じて、排気弁と吸気弁とのオーバーラップを大側に制御し、目標空気量が所定値未満のときは、オーバーラップを小側の設定値に固定するオーバーラップ制御手段と、を設けて、可変動弁エンジンの制御装置を構成する。
【０００９】
請求項２に係る発明では、燃料噴射弁による燃料噴射を、前記オーバーラップ制御手段によりオーバーラップを大側に制御しているときは吸気行程噴射とし、それ以外のときは排気行程噴射とする燃料噴射時期切換手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
【００１０】
請求項３に係る発明では、吸気管負圧が略一定になるように開度制御されるスロットル弁を備える場合に、前記オーバーラップ制御手段によりオーバーラップを大側に制御するに先立ってスロットル弁を全開にするスロットル開度制御手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
【００１１】
請求項４に係る発明では、前記吸気弁閉時期制御手段は、目標空気量が第１の所定値未満のときに、目標空気量に応じて吸気弁閉時期を制御し、前記スロットル開度制御手段は、目標空気量が前記第１の所定値以上で、前記第１の所定値より大きい第２の所定値未満のときに、目標空気量に応じてスロットル開度を制御し、前記オーバーラップ制御手段は、目標空気量が前記第２の所定値以上のときに、目標空気量に応じてオーバーラップを大側に制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、要求負荷（目標空気量）が増大した場合に、先ず吸気弁閉時期を最適点まで遅らせていき、吸気弁閉時期で対応できなくなったときに、オーバーラップを大側に制御して、掃気効果を用いることで、要求負荷を実現でき、また、掃気効果を用いる領域を全負荷付近のみとして、ＨＣエミッションの悪化を最小限にすることができる。
【００１３】
更に、掃気効果を用いる場合に、目標空気量に応じて、オーバーラップを大側に制御することで、掃気効果の大きさを制御して、きめ細かな負荷制御を実現できる。
【００１４】
更に、掃気効果を用いない場合は、オーバーラップを小側の設定値に固定して、ＨＣエミッションの悪化を防止する。また、低中負荷域では、エミッション要求から掃気効果の起こらないタイミング（ＢＴＤＣ）に大オーバーラップを設定して、内部ＥＧＲを与えてもよい。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、掃気効果を用いる場合に、吸気行程噴射に切換えることで、燃料の吹き抜けを極力低減して、ＨＣエミッションの悪化をより改善できる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、吸気管負圧を確保するためにスロットル弁を併用している場合に、スロットル弁を全開にしてから、オーバーラップを拡大することで、より良好な掃気効果が得られる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、目標空気量が第１の所定値未満のときに、目標空気量に応じて吸気弁閉時期を制御し、目標空気量が第１の所定値〜第２の所定値のときに、目標空気量に応じてスロットル弁の開度を制御し、目標空気量が第２の所定値以上のときに、目標空気量に応じてオーバーラップを大側に制御することで、滑らかな制御が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図２〜図８により説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【００１９】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００２０】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００２１】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００２２】
図２に戻って、吸気通路７には、全気筒共通の集合部に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００２３】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを計測するエアフローメータ１４等から、信号が入力されている。
【００２４】
このエンジン１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉時期を制御、特に吸気弁５の閉時期（ＩＶＣ）を制御（早閉じ制御）することにより吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁９は、所定のエンジン運転条件（低中負荷域）にて、キャニスタパージ、クランクケースパージ等のため、吸気通路７内に負圧を得る目的で設けられている。
【００２５】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
【００２６】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ又はノック限界に制御する。
次に、吸入空気量等の制御について、更に詳細に、フローチャートにより説明する。
【００２７】
図４は吸入空気量等の制御ルーチンであり、所定時間毎又は所定回転毎に実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転数Ｎｅに基づき、マップを参照するなどして、シリンダに吸入されるべき目標空気量を算出する。
【００２８】
ステップ２では、目標空気量を第１の所定値Ｌ１と比較し、目標空気量≧Ｌ１か否かを判定する。また、目標空気量≧Ｌ１の場合は、ステップ３へ進み、目標空気量を第２の所定値Ｌ２（但し、Ｌ２＞Ｌ１）と比較し、目標空気量≧Ｌ２か否かを判定する。すなわち、図５に示す３領域のいずれにあるかを判定するのである。
【００２９】
これらの判定の結果、目標空気量＜Ｌ１の場合は、ステップ４〜７を実行し、Ｌ１≦目標空気量＜Ｌ２の場合は、ステップ８〜１１を実行し、目標空気量≧Ｌ２の場合は、ステップ１２〜１５を実行する。
【００３０】
〔目標空気量＜Ｌ１の場合〕
ステップ４では、目標空気量に応じ、またエンジン回転数Ｎｅにより補正して、吸気弁閉時期ＩＶＣを設定し、制御する。すなわち、図６に示すようなエンジン回転数Ｎｅ毎のテーブルを参照し、若しくは要求ＩＶＣ算出式を用い、目標空気量に対応する吸気弁閉時期ＩＶＣを求めて、これに制御するのである。尚、図６において、低回転側では、ＩＶＣが下死点（ＢＤＣ）のときに吸入空気量（体積効率）が最大となるが、高回転側では、吸入空気の慣性により吸気弁閉時期ＩＶＣがＢＤＣ以降のときに吸入空気量が最大となる。
【００３１】
ステップ５では、吸気弁開時期ＩＶＯと排気弁閉時期ＥＶＣとを固定設定し、これらのオーバーラップＯ／Ｌを小側の設定値に固定する。
ステップ６では、吸気管負圧が略一定となるように、目標空気量に応じて、スロットル開度ＴＶＯを設定し、制御する。
【００３２】
ステップ７では、燃料噴射を排気行程噴射とするように、燃料噴射時期を設定する。
すなわち、目標空気量＜Ｌ１の場合は、図７（ａ）に示すように、目標空気量に応じて、吸気弁閉時期ＩＶＣを制御して、目標空気量が大きくなるに従って、吸気弁閉時期ＩＶＣを最適点まで遅らせることで、吸気弁閉時期ＩＶＣの制御により目標空気量を実現する。また、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣ）の設定によりオーバーラップＯ／Ｌを与えるが、掃気効果を生じない小オーバーラップとして、ＨＣエミッションの悪化を防止する。また、低中負荷域では、エミッション要求から掃気効果の起こらないタイミング（ＢＴＤＣ）に大オーバーラップを設定して、内部ＥＧＲを与えてもよい。
【００３３】
〔Ｌ１≦目標空気量＜Ｌ２の場合〕
ステップ８では、吸気弁閉時期ＩＶＣを各エンジン回転数Ｎｅでの最適点に固定して、制御する。
【００３４】
ステップ９では、吸気弁開時期ＩＶＯと排気弁閉時期ＥＶＣとを固定設定し、これらのオーバーラップＯ／Ｌを小側の設定値に固定する。
ステップ１０では、目標空気量に応じ、またエンジン回転数Ｎｅにより補正して、スロットル開度ＴＶＯを設定し、制御する。具体的には、この領域で目標空気量が増大するに従って、スロットル開度ＴＶＯを全開まで増大させる。
【００３５】
ステップ１１では、燃料噴射を排気行程噴射とするように、燃料噴射時期を設定する。
すなわち、Ｌ１≦目標空気量＜Ｌ２の場合は、図７（ｂ）に示すように、吸気弁閉時期ＩＶＣは各エンジン回転数Ｎｅでの最適点まで遅らせ、排気弁と吸気弁とのオーバーラップＯ／Ｌは引き続き小側の設定値とするが、目標空気量の増大に伴って、スロットル開度ＴＶＯを増大させて、目標空気量を実現する。
【００３６】
〔目標空気量≧Ｌ２の場合〕
ステップ１２では、吸気弁閉時期ＩＶＣを各エンジン回転数Ｎｅでの最適点に固定して、制御する。
【００３７】
ステップ１３では、吸気弁開時期ＩＶＯを進め、排気弁閉時期ＥＶＣを遅らせて、これらのオーバーラップＯ／Ｌを大きくする一方、目標空気量に応じ、またエンジン回転数Ｎｅにより補正して、オーバーラップＯ／Ｌを設定し、制御する。具体的には、この領域で目標空気量が増大するに従って、オーバーラップＯ／Ｌを大きくする。
【００３８】
ステップ１４では、スロットル開度ＴＶＯを全開に固定する。
ステップ１５では、燃料噴射を遅らせて、吸気行程噴射とするように、燃料噴射時期を設定する。
【００３９】
すなわち、目標空気量≧Ｌ２の場合は、図７（ｃ）に示すように、吸気弁閉時期ＩＶＣは各エンジン回転数Ｎｅでの最適点まで遅らせ、スロットル開度ＴＶＯは全開とする。そして、排気弁と吸気弁とのオーバーラップＯ／Ｌを大きくして、掃気効果を発揮させ、かつ、目標空気量の増大に伴って、オーバーラップＯ／Ｌを更に増大させて、目標空気量を実現する。
【００４０】
掃気効果について説明すれば、図８に示すように、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣを設定して、オーバーラップを持たせることで、排気脈動圧の方が吸気脈動圧より低いために掃気効果を利用できる。但し、吸気の圧力レベルが低いと、掃気効果が少なくなるため、スロットル開度を全開にして、吸気管負圧を０にしてから、オーバーラップを広げていく。また、一般的な排気行程噴射では吸気弁付近で気化していた燃料が吸気弁の開弁と同時に排気側に吹き抜けるため、掃気効果利用中は吸気行程噴射とする。
【００４１】
ここで、ステップ１の部分が目標空気量算出手段に相当し、ステップ４，８，１２の部分が吸気弁閉時期制御手段に相当し、ステップ５，９，１３の部分がオーバーラップ制御手段に相当し、ステップ６，１０，１４の部分がスロットル開度制御手段に相当し、スロットル７，１１，１５の部分が燃料噴射時期切換手段に相当する。
【００４２】
尚、以上の実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】制御内容を示すフローチャート
【図５】制御領域を示す図
【図６】吸気弁閉時期（ＩＶＣ）設定用テーブルを示す図
【図７】吸気弁及び排気弁の開閉特性図
【図８】オーバーラップによる掃気効果の説明図
【符号の説明】
１エンジン
４点火栓
５電磁駆動式の吸気弁
６電磁駆動式の排気弁
９電制スロットル弁
１０燃料噴射弁
１１コントロールユニット
１２クランク角センサ
１３アクセルペダルセンサ
１４エアフローメータ

Claims

吸気弁及び排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンにおいて、
エンジン運転条件に応じて目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、
目標空気量に応じて吸気弁閉時期を制御する吸気弁閉時期制御手段と、
目標空気量が所定値以上のときに、吸気弁閉時期を固定した状態で、目標空気量に応じて、排気弁と吸気弁とのオーバーラップを大側に制御し、目標空気量が所定値未満のときは、オーバーラップを小側の設定値に固定するオーバーラップ制御手段と、
を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの制御装置。
燃料噴射弁による燃料噴射を、前記オーバーラップ制御手段によりオーバーラップを大側に制御しているときは吸気行程噴射とし、それ以外のときは排気行程噴射とする燃料噴射時期切換手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの制御装置。
吸気管負圧が略一定になるように開度制御されるスロットル弁を備え、
前記オーバーラップ制御手段によりオーバーラップを大側に制御するに先立ってスロットル弁を全開にするスロットル開度制御手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の可変動弁エンジンの制御装置。
前記吸気弁閉時期制御手段は、目標空気量が第１の所定値未満のときに、目標空気量に応じて吸気弁閉時期を制御し、
前記スロットル開度制御手段は、目標空気量が前記第１の所定値以上で、前記第１の所定値より大きい第２の所定値未満のときに、目標空気量に応じてスロットル開度を制御し、
前記オーバーラップ制御手段は、目標空気量が前記第２の所定値以上のときに、目標空気量に応じてオーバーラップを大側に制御することを特徴とする請求項３記載の可変動弁エンジンの制御装置。