JP3637784B2 - 可変動弁エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、開閉時期を任意に制御可能な可変動弁式の吸気弁を備え、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御す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、特開昭59−162312号公報に示されるように、吸気弁及び排気弁を電磁的に開閉制御すると共に、吸気弁及び排気弁の開閉タイミング及びリフト特性を運転状態に応じて可変とし、かつ吸気弁及び排気弁の開度を調整することによりエンジン出力の調整を行おうとするものがある。
【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、吸気弁の閉時期を制御(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】
しかしながら、吸気弁閉時期を制御して吸入空気量を制御する場合、燃料噴射量制御との同期がとられていないと、加減速時に、空燃比のずれを生じるという問題点があった。
すなわち、前記公報に記載のように、所定の周期で、エンジン運転条件に基づいて吸気弁閉時期を算出すると共に、燃料噴射量を算出している場合、燃料噴射時期に比べ、吸気弁閉時期は遅いため、燃料噴射時期にて最新に算出されている燃料噴射量に基づいて燃料噴射した後に、吸気弁の閉じ制御を最新に算出されている吸気弁閉時期に基づいて制御すると、燃料噴射量算出に用いたエンジン運転条件と吸気弁閉時期の算出に用いたエンジン運転条件とが加減速時には異なるため、燃料噴射量制御と吸入空気量制御とがバラバラになって、空燃比のずれを生じるのである。
【0005】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、燃料噴射量の制御と吸気弁閉時期の制御とを確実に同期させて、空燃比の制御精度を向上させることを目的とする。
【0006】
【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、図1に示すように、エンジン運転条件に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、エンジン運転条件に基づいて燃料噴射時期を算出する燃料噴射時期算出手段とを備えて、これらにより燃料噴射弁の燃料噴射を制御する一方、エンジン運転条件に基づいて吸気弁閉時期を算出する吸気弁閉時期算出手段を備えて、これにより可変動弁式の吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する可変動弁エンジンの制御装置において、前記燃料噴射量算出手段による燃料噴射量の算出及び前記吸気弁閉時期算出手段による吸気弁閉時期の算出は、所定の時間周期で、同時に行わせる一方、前記燃料噴射時期算出手段によって算出されて実際に燃料噴射を行う燃料噴射時期にて、燃料噴射量を前記燃料噴射量算出手段により最新に算出されている燃料噴射量によって確定する燃料噴射量確定手段と、燃料噴射量の確定と同時に、吸気弁閉時期を前記吸気弁閉時期算出手段により最新に算出されている吸気弁閉時期によって確定する吸気弁閉時期確定手段と、を設けたことを特徴とする。
【0007】
請求項2に係る発明では、前記燃料噴射時期算出手段は、燃料噴射量及び吸気弁閉時期の算出と同時に、燃料噴射時期を算出するものであることを特徴とする。
【0008】
請求項3に係る発明では、燃料噴射時期は、所定のクランク角位置にて、前記燃料噴射時期算出手段により最新に算出されている燃料噴射時期によって確定されることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、前記燃料噴射量算出手段は、吸入空気量計測手段により計測される吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出するものであることを特徴とする。
【0009】
請求項5に係る発明では、前記燃料噴射時期算出手段は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて燃料噴射時期を算出するものであることを特徴とする。
請求項6に係る発明では、前記吸気弁閉時期算出手段は、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて定められる目標空気量に応じて吸気弁閉時期を算出するものであることを特徴とする。
【0010】
請求項7に係る発明では、前記可変動弁式の吸気弁は、電磁駆動式であることを特徴とする。
【0011】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、吸気弁閉時期を制御して吸入空気量を制御することにより、吸入空気量制御の応答性の高い可変動弁エンジンにおいて、実際に燃料噴射を行う燃料噴射時期にて、燃料噴射量を確定すると同時に、吸気弁閉時期を確定して、これ以降、実際の吸気弁閉時期までに、吸気弁閉時期を変更しないようにすることにより、燃料噴射量の制御と吸気弁閉時期の制御とを確実に同期させて、空燃比の制御精度を向上させることができる。
また、所定の時間周期で燃料噴射量及び吸気弁閉時期を同時に算出することで、これらを完全に同一のエンジン運転条件下で算出して、より確実に同期させることができる。
【0012】
請求項2に係る発明によれば、燃料噴射量及び吸気弁閉時期の算出と同時に、燃料噴射時期を算出することで、燃料噴射時期についても同一のエンジン運転条件下で算出できる。
【0013】
請求項3に係る発明によれば、所定のクランク角位置にて燃料噴射時期を確定することで、燃料噴射時期の制御を確実化できる。
請求項4に係る発明によれば、吸入空気量計測手段の計測結果に基づいて燃料噴射量を算出することで、空燃比の制御精度を更に向上できる。
請求項5に係る発明によれば、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて燃料噴射時期を算出することで、燃料噴射時期を最適化できる。
【0014】
請求項6に係る発明によれば、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて定められる目標空気量に応じて吸気弁閉時期を算出することで、要求トルクに応じた吸入空気量制御が可能となる。
請求項7に係る発明では、電磁駆動式の吸気弁を用いることで、制御性が向上する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図2〜図11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。
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
図2に戻って、吸気通路7には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁9が設けられている。
ここにおいて、吸気弁5、排気弁6、燃料噴射弁9及び点火栓4の作動は、コントロールユニット10により制御され、このコントロールユニット10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エンジン回転数Neを検出可能なクランク角センサ11、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12、吸気通路7にて吸入空気量Qaを計測するエアフローメータ13から、信号が入力されている。
【0019】
この他、冷却水温Twを検出する水温センサ、排気中の酸素濃度を介して空燃比のリッチ・リーンを検出する酸素センサ等からも信号が入力されるが、図示は省略した。
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のバルブタイミングを制御、特に吸気弁5の開時期(IVO)を排気上死点(TDC)付近の略一定タイミングとして、閉時期(IVC)を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。但し、所定のエンジン運転条件にて吸気通路7内に負圧を得る目的で、電制スロットル弁を設けてもよい。
【0020】
燃料噴射弁9による燃料噴射量及び燃料噴射時期は、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13により検出される吸入空気量Qaに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
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。
【0021】
次に、燃料噴射量及び燃料噴射時期の制御、吸気弁閉時期による吸入空気量の制御について、更に詳細に、フローチャートにより説明する。
図4は1msジョブである。
ステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、吸入空気量計測手段としてのエアフローメータ(AFM)の出力電圧を読込んでA/D変換する。
【0022】
ステップ2では、エアフローメータ出力特性に基づき、A/D変換値をリニアライズ処理して、吸入空気量Qaを得る。
ステップ3では、4気筒の場合、180°CA毎のタイミングか否かを判定し、NOの場合はステップ4へ、YESの場合はステップ5へ進む。
すなわち、180°CA間では、ステップ4でQaの積算を行い(ΣQa←ΣQa+Qa)、180°CA毎に、ステップ5で積算結果をシリンダ吸入空気量Qcyl とする(Qcyl ←ΣQa,Qcyl 確定後、ΣQa←0)。
【0023】
ステップ6では、10ms毎のタイミングか否かを判定し、NOの場合は処理を終了し、YES(10ms毎のタイミング)の場合はステップ7へ進む。従って、ステップ7以降は実質的に10msジョブである。
ステップ7では、次式のごとく、シリンダ吸入空気量Qcyl に定数K#を乗じて、基本燃料噴射量(基本燃料噴射パルス幅)Tpを算出する。
【0024】
Tp=Qcyl ×K#
ステップ8では、目標当量比TFBYAを計算する。具体的には、次式のごとく、エンジン回転数Ne及び基本燃料噴射量Tpに基づいて定められる基本目標当量比KMR、水温Twから定められる水温補正分KTW、始動後時間等から定められる始動後補正分KASを加算して、目標当量比TFBYAを算出する。
【0025】
TFBYA=KMR+KTW+KAS
尚、目標当量比TFBYAは、目標空燃比をtA/F、理論空燃比を14.7とすると、TFBYA=14.7/tA/Fによって表される。
ステップ9では、過渡補正係数(加減速壁流補正係数)KTRを計算する。具体的には、水温Tw、基本燃料噴射量Tp、エンジン回転数Neの関数として、吸気ポート壁流量を予測し、加速時には壁流による燃料不足を補正すべく燃料噴射量を増量補正するように、減速時には壁流による燃料過剰を補正すべく燃料噴射量を減量補正するように、定める。
【0026】
ステップ10では、次式のごとく、基本燃料噴射量Tpを、目標当量比TFBYA、過渡補正係数KTR、空燃比フィードバック補正係数α、学習補正係数αm、電圧補正分(無効噴射時間分)Tsにより補正して、燃料噴射量(燃料噴射パルス幅)Ti(ms)を算出する。
Ti=Tp×TFBYA×KTR×α×αm+Ts
ここで、ステップ7〜10の部分が燃料噴射量算出手段に相当する。
【0027】
ステップ11では、燃料噴射時期I/Tを計算する。具体的には、図8のマップを参照し、エンジン回転数Neと燃料噴射量Tiとから、燃料噴射時期I/T(排気上死点前CA;°BTDC)を設定する。この部分が燃料噴射時期算出手段に相当する。
ステップ12では、図5のフロー(ステップ21〜ステップ26)に従って、吸気弁閉時期IVCを計算する。この部分が吸気弁閉時期算出手段に相当する。
【0028】
図5のIVC計算フローについて説明する。
ステップ21では、基本目標空気量TTAを計算する。具体的には、図9のマップを参照し、アクセル開度APOとエンジン回転数Neとから、要求トルク相当の基本目標空気量TTAを設定する。
ステップ22では、アイドル空気量ISCを計算する。
【0029】
具体的には、アイドル空気量ISCは、次式のように、アイドル制御分ISCQと負圧制御分BCVとのうち大きい方とする。
ISC=MAX(ISCQ,BCV)
アイドル制御分ISCQは、次式のごとく、補機負荷(エアコン、パワステ、電気負荷など)の状態に基づいて定められる補機負荷補正分ISCLDと、アイドル運転時に実アイドル回転数を目標アイドル回転数と比較して設定されるアイドル回転数フィードバック補正分である積分分ISCI及び比例分ISCPを加算して、算出する。
【0030】
ISCQ=ISCLD+ISCI+ISCP
負圧制御分BCVは、吸気弁の早閉じ制御によりシリンダ内の負圧が過大となってオイル上がりを生じるのを防止すべく、エンジン回転数Neに応じて設定する。
ステップ23では、次式のごとく、基本目標空気量TTAに、アイドル空気量ISCを加算して、目標空気量TTPを算出する。
【0031】
TTP=TTA+ISC
ステップ24では、吸気弁閉時期IVCφを計算する。具体的には、図10のテーブルを参照し、目標空気量TTPから、吸気弁閉時期IVC(排気上死点後CA;°ATDC)を設定する。尚、エンジン回転数Neによって吸入空気の慣性により充填効率が変化することから、目標空気量TTPと、エンジン回転数Neとから、吸気弁閉時期IVCを設定するようにしてもよい。
【0032】
ステップ25では、電磁駆動式の吸気弁の閉指令から実際に閉じるまでの動作遅れ時間(例えば3ms)をクランク角に変換することにより、遅れ角IVDLYを求める。
ステップ26では、次式のごとく、吸気弁閉時期IVCφから遅れ角IVDLYを減算して、吸気弁閉時期(指令値)IVCを求める。
【0033】
IVC=IVCφ−IVDLY
以上により処理を終了する。
尚、吸気弁の開時期(IVO)は排気上死点(TDC)付近の略一定タイミングとする。また、排気弁の開時期(EVO)及び閉時期(EVC)は、最も熱効率の良いタイミングとなるように制御する。
【0034】
図6はクランク角センサからの基準クランク角信号REF(4気筒の場合、180°CA毎に、例えば排気上死点前110°CAにて発生)に同期して実行されるREFジョブである。
ステップ31では、10msジョブで算出されている最新の燃料噴射時期I/Tを、燃料噴射時期出力レジスタI/TOUTにセットする。この部分が燃料噴射時期確定手段に相当する。
【0035】
これにより、その燃料噴射時期I/Tになると、燃料噴射弁への燃料噴射パルス信号の出力が開始されて、燃料噴射が開始される。
REFジョブでは、この他、ステップ32で、酸素センサからの信号に基づいて、空燃比フィードバック制御のための空燃比フィードバック補正係数αの計算を行っている。また、ステップ33で、空燃比フィードバック補正係数αの定常偏差を学習することにより、空燃比学習制御のための学習補正係数αmの計算を行っている。
【0036】
図7は実際の燃料噴射時期I/Tにて割込み処理されるI/T割込みジョブである。
ステップ41では、10msジョブで算出されている最新の燃料噴射量(燃料噴射パルス幅)Tiを、燃料噴射量(燃料噴射パルス幅)出力レジスタTiOUTにセットする。この部分が燃料噴射量確定手段に相当する。
【0037】
これにより、燃料噴射開始後、Ti時間経過すると、燃料噴射弁への燃料噴射パルス信号の出力が停止されて、燃料噴射が終了する。
ステップ42では、10msジョブで算出されている最新の吸気弁閉時期(指令値)IVCを、吸気弁閉時期出力レジスタIVCOUTにセットする。この部分が吸気弁閉時期確定手段に相当する。
【0038】
これにより、その吸気弁閉時期IVCになると、吸気弁の開弁用電磁コイルヘの通電が停止されると共に、閉弁用電磁コイルへの通電が開始されて、吸気弁が閉弁する。
図11はある気筒についてのタイミングチャートである。
所定の時間周期、すなわち10ms毎に、燃料噴射量Ti、燃料噴射時期I/T、吸気弁閉時期IVCが計算される。
【0039】
ここにおいて、所定のクランク角位置、すなわち排気上死点前110°CAの基準クランク角信号REFに同期して、燃料噴射時期I/Tを、このときに最新に算出されている燃料噴射時期I/Tによって確定する。
確定された燃料噴射時期I/Tになると、燃料噴射量Tiを、このときに最新に算出されている燃料噴射量Tiによって確定し、同時に、吸気弁閉時期IVCを、このときに最新に算出されている吸気弁閉時期IVCによって確定する。言い換えれば、これ以降、実際の吸気弁閉時期IVCまでに、吸気弁閉時期IVCが新たに算出されても、吸気弁閉時期IVCを変更しない。
【0040】
よって、燃料噴射量Tiの制御と吸気弁閉時期IVCの制御とを確実に同期させて、空燃比の制御精度を向上させることができる。
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、油圧駆動式のものであってもよい。
【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】 1msジョブ(及び10msジョブ)のフローチャート
【図5】 IVC計算のフローチャート
【図6】 REFジョブのフローチャート
【図7】 I/T割込みジョブのフローチャート
【図8】 I/T設定用マップを示す図
【図9】 TTA設定用マップを示す図
【図10】 IVC設定用テーブルを示す図
【図11】 ある気筒についてのタイミングチャート
【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 燃料噴射弁
10 コントロールユニット
11 クランク角センサ
12 アクセルペダルセンサ
13 エアフローメータ
Claims (7)
- エンジン運転条件に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、エンジン運転条件に基づいて燃料噴射時期を算出する燃料噴射時期算出手段とを備えて、これらにより燃料噴射弁の燃料噴射を制御する一方、
エンジン運転条件に基づいて吸気弁閉時期を算出する吸気弁閉時期算出手段を備えて、これにより可変動弁式の吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する可変動弁エンジンの制御装置において、
前記燃料噴射量算出手段による燃料噴射量の算出及び前記吸気弁閉時期算出手段による吸気弁閉時期の算出は、所定の時間周期で、同時に行わせる一方、
前記燃料噴射時期算出手段によって算出されて実際に燃料噴射を行う燃料噴射時期にて、燃料噴射量を前記燃料噴射量算出手段により最新に算出されている燃料噴射量によって確定する燃料噴射量確定手段と、
燃料噴射量の確定と同時に、吸気弁閉時期を前記吸気弁閉時期算出手段により最新に算出されている吸気弁閉時期によって確定する吸気弁閉時期確定手段と、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。 - 前記燃料噴射時期算出手段は、燃料噴射量及び吸気弁閉時期の算出と同時に、燃料噴射時期を算出するものである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。
- 燃料噴射時期は、所定のクランク角位置にて、前記燃料噴射時期算出手段により最新に算出されている燃料噴射時期によって確定される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。
- 前記燃料噴射量算出手段は、吸入空気量計測手段により計測される吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出するものであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
- 前記燃料噴射時期算出手段は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて燃料噴射時期を算出するものであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
- 前記吸気弁閉時期算出手段は、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて定められる目標空気量に応じて吸気弁閉時期を算出するものであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
- 前記可変動弁式の吸気弁は、電磁駆動式であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
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