JP3637784B2 - 可変動弁エンジンの制御装置 - Google Patents
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- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
【０００１】
【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
【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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