JP3820848B2 - Intake air amount control device for internal combustion engine - Google Patents

Intake air amount control device for internal combustion engine Download PDF

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置に係り、特に、吸気弁の開閉時期を制御して出力を制御することができる内燃機関の吸入空気量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電磁駆動の吸排気弁を備えた内燃機関がある。例えば、特開平10−311231号公報に示されるように、内燃機関の吸排気弁を電磁力により駆動し、内燃機関の稼働状況に応じて吸排気弁の開閉時期を可変とするシステムが知られている。このようなシステムでは、吸気絞り弁を持たないか、あるいは、吸気絞りを極小さくして、吸気管内圧力を大気圧に近い状態とし、吸気弁の開弁期間で吸入空気量の制御を行っている。これにより、従来の吸気絞り弁で吸入空気量制御を行う機関と比較して吸気損失(ポンピングロス)を低減し、燃料消費率を低下させることが可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような開閉時期を可変とした吸排気弁を備えた機関においては、吸気管内圧力を概ね大気圧として運転した場合には、従来の吸気絞り弁で吸気量制御を行なう機関に比べて機関に吸入される混合気の流速が下がる為に燃焼室内の流動が低下し、燃焼安定度が下がる場合がある。また、燃料タンクの蒸発燃料を吸着したキャニスターを再生するために吸気管に所定の負圧を発生させる場合がある。
【0004】
このように、吸気管内に所定の負圧を発生させる必要性から、吸気管に吸気絞り弁を設けて、例えば、冷機時等の燃焼状態が悪化するような条件においては、吸気絞りによって吸入空気量制御を行なって、比較的吸気管内圧力が小さい状態とし、混合気の流速を高めて燃焼状態を良好に保ちながら運転し、一方、暖気後において吸気絞りを極小さくして、吸気管内圧力を大気圧に近い状態に保ち、吸排気弁の開閉時期制御による吸入空気量制御を行ない燃料消費率を低下させる、という運転を行なうことが考えられる。
【0005】
しかしながら、上記従来の稼働中に吸気絞り弁制御と吸気弁開閉時期制御との2種類の方式の吸入空気量制御を行なう機関においては、その制御方式を切り換える際に機関出力に段差を生じ、運転性が悪化するという問題点が生じる。
【0006】
この機関出力の段差が生じることの原因として、まず第一に、吸気絞り弁によって吸入空気量制御を行なう場合と、吸気管内圧力を大気圧に近い状態として吸排気弁の開閉時期を用いて吸入空気量制御を行なう場合では、ポンプロスや燃焼効率が異なるので所定の機関出力を得るために必要な空気量が異なる上に、吸気量制御方式を切り換えた際には吸気管内圧力が過渡的に変化するので必要な空気量が過渡的に変化するということが挙げられる。
【0007】
また、第二に、吸気絞り弁で吸気量制御を行なう場合と、吸排気弁の開閉時期で吸気量制御を行なう場合では吸気量制御の応答性が異なることである。即ち、前者の場合には、吸気絞り弁から吸気弁までの容積が遅延要素として作用するので、目標吸入空気量に対して実際の吸入空気量は遅れをもって変化するのに対して、後者の場合には、目標吸入空気量に対して実際の吸入空気量の遅れが無いことである。
【0008】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、トルク段差を発生することなく、吸気絞り弁制御と吸気弁開閉時期制御との2つの吸気量制御方式の切換を稼働中に行なうことのできる内燃機関の制御装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記吸気弁の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標機関トルクと前記定常目標閉時期とに基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標機関トルクと前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、前記吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、前記定常目標閉時期と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記目標機関トルクと前記実吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、を備えたことを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
【0010】
上記目的を達成するため請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを要旨とする。
【0011】
上記目的を達成するため請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを要旨とする。
【0012】
上記目的を達成するため請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段をさらに備え、前記目標機関トルク算出手段は、前記定常目標機関トルクに対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記目標機関トルクを算出することを要旨とする。
【0013】
上記目的を達成するため請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第2応答時定数を算出する第2応答時定数算出手段をさらに備え、前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記定常目標吸気通路内圧力に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して前記実吸気通路内圧力を取得することを要旨とする。
【0014】
上記目的を達成するため請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記吸気通路内の実際の圧力を検出する圧力センサを含んで構成されることを要旨とする。
【0015】
上記目的を達成するため請求項7に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第1の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第2の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第1の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量にポンピングロス低下分の補正を施して前記目標吸入空気量を算出することを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
上記目的を達成するため請求項8に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第1の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第2の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第1の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量に燃焼効率悪化分の補正を加えて前記目標吸入空気量を算出することを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
上記目的を達成するため請求項9に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第1の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空 気量に基づいて、前記第2の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、制御方式の選択切換時の吸入空気量の目標値を示す制御方式切換時目標吸入空気量を算出する制御方式切換時目標吸入空気量算出手段と、制御方式の選択が切り換えられたときに、前記制御方式切換時目標吸入空気量に基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出する制御方式切換時目標閉時期算出手段と、を備えたことを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
【0016】
上記目的を達成するため請求項10に記載の発明は、請求項7乃至9の何れか1項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを要旨とする。
【0017】
上記目的を達成するため請求項11に記載の発明は、請求項7乃至9の何れか1項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを要旨とする。
【0021】
上記目的を達成するため請求項12に記載の発明は、請求項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第1の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段とをさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、前記目標吸入空気量と前記実吸入空気量とに基づいて前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【0022】
上記目的を達成するため請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第2応答時定数を算出する第2応答時定数算出手段をさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第1の制御方式から前記第2の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記実吸入空気量と切り換え後の前記目標吸入空気量に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【0023】
上記目的を達成するため請求項14に記載の発明は、請求項12に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第2応答時定数を算出する第2応答時定数算出手段をさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第2の制御方式から前記第1の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記目標吸入空気量と切り換え後の前記実吸入空気量に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【0024】
上記目的を達成するため請求項15に記載の発明は、請求項13または14に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、前記第2の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を前記基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記吸気通路内の圧力が前記定常目標吸気通路内圧力と一致していると仮定した場合に吸入空気量が前記制御方式切換時目標吸入空気量と一致する前記吸気弁の閉時期を示す仮閉時期を算出する仮閉時期算出手段とをさらに備え、前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記仮閉時期に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを要旨とする。
【0025】
上記目的を達成するため請求項16に記載の発明は、請求項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記実吸気通路内圧力とに基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを要旨とする。
【0026】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れの制御方式が選択されているかに関わらず、定常目標機関トルクに基づいてスロットル弁開度または吸気弁閉時期を制御するようにしたので、機関運転者の操作に対する機関のトルク特性、即ち、操作に対するトルク応答性と操作量に対する発生トルクの大きさを常に等しくすることができるという効果がある。
【0027】
さらに、目標機関トルクと実吸気通路内圧力とに基づいて吸気弁の目標閉時期を算出しているので、制御方式の切り換え時には、トルク段差を生じて運転性を悪化させることなく2つの制御方式を切り換えることが出来るという効果がある。
【0028】
請求項2記載の発明によれば、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を基準閉時期としたので、第1の制御方式選択時における機関トルクを大きくすることができる。
【0029】
請求項3記載の発明によれば、第2の制御方式選択時に吸気通路内の圧力の定常目標値を大気圧近傍の圧力としているので、ポンピングロスがなくなり、第2の制御方式選択時における燃料消費率を第1の制御方式選択時の燃料消費率よりも大幅に低下させることができる。
【0030】
請求項4記載の発明によれば、前記基準時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸気通路内の圧力変化の応答遅れを示す第1応答遅れ時定数を用いて目標トルクを算出しているので、機関運転者の操作に対する機関のトルク応答性を比較的簡単な演算で常に等しくすることが可能である。
【0031】
請求項5記載の発明によれば、前記目標閉時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸気通路内の圧力変化の応答遅れを示す第2応答遅れ時定数を用いて実吸気通路内圧力を取得しているので、機関運転者の操作量に対する機関の発生トルクの大きさを比較的簡単な演算で常に等しくすることが可能である。
【0032】
請求項6記載の発明によれば、吸気通路内の実際の圧力を圧力センサで検出しているので、新たなセンサが必要となるものの、機関の発生トルクの大きさを常に等しくするための演算が請求項5記載の発明よりさらに簡単となる。
【0033】
請求項7または8記載の発明によれば、主にスロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れの制御方式が選択されているかに関わらず、定常目標吸入空気量に基づいてスロットル弁開度または吸気弁閉時期を制御し、基準閉時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れを示す第1応答遅れ時定数を用いて実吸入空気量を算出しているので、機関運転者の操作に対する機関のトルク特性、即ち、操作に対するトルク応答性と操作量に対する発生トルクの大きさを比較的簡単な演算で常に等しくすることができるという効果がある。
【0034】
請求項9記載の発明によれば、制御方式切換時目標吸入空気量算出手段により制御方式切り換え時の吸入空気量目標値を算出し、この吸入空気量目標値に基づいて制御方式切換時の吸気弁の目標閉時期を算出するようにしたので、第1及び第2の制御方式の切り換え時にトルク段差を生じさせることなく2つの制御方式を切り換えることが可能である。
【0035】
請求項10記載の発明によれば、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を基準閉時期としたので、第1の制御方式選択時における機関トルクを大きくすることができる。
【0036】
請求項11記載の発明によれば、第2の制御方式選択時に吸気通路内の圧力の定常目標値を大気圧近傍の圧力としているので、ポンピングロスがなくなり、第2の制御方式選択時における燃料消費率を第1の制御方式選択時の燃料消費率よりも大幅に低下させることができる。
【0039】
請求項12記載の発明によれば、目標吸入空気量と、定常目標吸入空気量に対して吸入空気量変化の応答遅れを示す第1応答時定数により一次遅れ処理を施した実吸入空気量とに基づいて制御方式切換時目標吸入空気量を算出するようにしたので、第1及び第2の制御方式の切り換え時にトルク段差を生じさせることなく2つの制御方式を切り換えることが可能である。
【0040】
請求項13,14,15記載の発明によれば、吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第2応答時定数を用いて、制御方式切換時の実吸入空気量と目標吸入空気量とに対して一次遅れ処理を施して制御方式切換時目標吸入空気量を算出するようにしたので、制御方式の切り換え時にトルク段差が生じるのを回避するための演算を比較的簡単にすることができる。
【0041】
請求項16記載の発明によれば、吸気通路内の実際の圧力を圧力センサで検出しているので、新たなセンサが必要となるものの、制御方式の切り換え時にトルク段差が生じるのを回避するための演算が請求項13,14,15記載の発明よりさらに簡単となる。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明に係る内燃機関の吸入空気量制御装置の一実施の形態を採用した内燃機関の構成図である。
【0043】
機関の吸気通路101には、上流側からエアクリーナ102,エアフロセンサ103,ストッロルチャンバ104が配設されている。スロットルチャンバ104の内部に収められたスロットル弁105は、スロットルアクチュエータ106によってその開度を調整することが可能である。ストットルチャンバ104の下流側は吸気コレクタ107に接続されており、この吸気コレクタ107から気筒毎の吸気通路108が分岐形成されている。
【0044】
この吸気通路108にインジェクタ109が配設されており、このインジェクタ109から吸気通路108内へ燃料が噴射供給される。吸気通路108と燃焼室110との間に配設される吸気弁111は、電磁アクチュエータ112によって開閉駆動されるようになっている。これと同様に、排気通路113と燃焼室110との間に配設される排気弁114も電磁アクチュエータ115で開閉駆動されるようになっている。排気通路113へ排出された排気ガスは、触媒116によって浄化された後大気へ放出される。117は点火プラグである。
【0045】
機関を運転する際の各種の制御は、エンジンコントロールモジュール120(以下、ECM120)によって行われる。ECM120は入力ポート121、マイクロプロセッサ122、メモリ123、出力ポート124等から構成されている。メモリ123は、マイクロプロセッサ122が実行する制御プログラムや各種の制御マップ、制御データ等を記憶しているROMと、制御プログラム実行中に一時的に情報の記憶を行うRAMとから構成されている。
【0046】
ECM120には、エアフロセンサ103が検出した吸入空気量を示す信号の他、クランク角センサ125が検出したクランク角度を示す信号、アクセル開度センサ126が検出したアクセル開度を示す信号、水温センサ127が検出した冷却水温を示す信号、空燃比センサ128が検出した排気ガスの空燃比を示す信号、圧力センサ129が検出した吸気コレクタ107内の圧力を示す信号等が送られ、これらの信号は入力ポート121を介して読み込まれ、マイクロプロセッサ122が実行する演算処理に使用される。この演算処理によって得られた各種の制御信号は、出力ポート124を介してスロットルアクチュエータ106、インジェクタ109、電磁アクチュエータ112、115、点火プラグ117へ送られる。
【0047】
またECM120は、スロットルアクチュエータ106を介して、スロットル弁105が目標開度となるように開度を制御するとともに、電磁アクチュエータ112を介して吸気弁111の閉時期が目標閉時期となるように制御する。
【0048】
さらに、ECM120は、主にスロットル弁105の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に吸気弁111の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、第1の制御方式が選択されているときに、吸気弁111の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、第1の制御方式が選択されているときに、定常目標機関トルクと定常目標閉時期とに基づいて、吸気通路101内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、第2の制御方式が選択されているときに、定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、第2の制御方式が選択されているときに、目標機関トルクと定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、吸気通路101内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、定常目標閉時期と定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、目標開度を算出する目標開度算出手段と、目標機関トルクと実吸気通路内圧力とに基づいて、目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段とを兼ねるものである。
【0049】
スロットルアクチュエータ106はECM120からの目標開度信号を受けて作動し、スロットル弁105の開度を目標開度に一致させる。インジェクタ109はECM120からの燃料噴射信号を受けて作動し、燃焼室110内に形成される混合気の空燃比が所定の空燃比(例えば理論空燃比)となるような量の燃料を所定の時期に噴射する。点火プラグ117はECMからの点火信号を受けて作動し、所定の時期に火花点火を実行する。
【0050】
電磁アクチュエータ112、115は、ECM120からの目標開閉時期信号を受けて作動し、吸気弁111、排気弁114を所定の時期に開閉する。この電磁アクチュエータ112、115の構造を、図2を用いて以下に説明する。図2の電磁アクチュエータは、電磁アクチュエータ112、115の何れにも適用可能である。すなわち、図中のバルブ202は、吸気弁111、排気弁114の何れでも良い。
【0051】
図2において、201はエンジンのシリンダヘッド、202はバルブである。バルブ202はシリンダヘッド201に対して摺動可能になっているものとする。バルブ202の軸部にはバルブリテーナ203が固定されている。バルブリテーナ203とシリンダヘッド201の間にはバルブスプリング204が圧縮されて装着されており、このためバルブ202はシリンダヘッド201のポート201aを閉じる方向(閉弁方向)に付勢されることになる。
【0052】
シリンダヘッド201には装置の筐体である205,206および207が固定されている。筐体内には電磁石208および209が設けられている。電磁石208および209は直接筐体206および207に固定されて設置されている。
【0053】
電磁石208,209にはそれぞれ電気コイル208a,209aが設けられており、各電気コイル208a,209aには図外の駆動回路により所望のタイミングで電流が流される。その場合には、電磁石の吸引面208b,209bが吸引力を発生することになる。
【0054】
電磁石208および209の中心部にはシャフト210が摺動可能に設置されている。シャフト210の中間部分には電磁石208の吸引面208bと電磁石209の吸引面209bとの間に軟磁性体からなる可動板211が固定されている。また、シャフト210のシリンダヘッド201と反対側の端部にはスプリングシート214が固定されており、筐体に固定されたスプリングカバー216との間に圧縮されて設置された開弁スプリング215の作用により、シャフト210は開弁方向(図の下向き)に付勢されている。
【0055】
シャフト210はバルブ202の軸部と同軸上に設けられており、シャフト210のシリンダヘッド側の端部はバルブ202の軸の頂面202aと対向している。そのためシャフト210に開弁方向(図の下向き)の力が作用した場合には、シャフト210がバルブ202を押し、バルブ202を開弁することになり、逆にシャフト210が閉弁方向(図の上向き)に移動した場合には、バルブ202はポート201aを塞ぐまで閉弁方向に変位することになる。このようにして、電磁石208,209の吸引動作により、バルブの開閉を可能にしている。
【0056】
217はシャフト202の変位を計測するセンサであり、例えばポテンショメータを使用してシャフト202の変位を検出し、この検出信号によりバルブの開閉状態を図外の駆動制御回路へ伝えるようになっている。
【0057】
次に、本実施形態の吸入空気量制御について説明する。本実施形態では、吸気弁111の閉時期を基準閉時期とした状態でスロットル弁105の開度調整によって吸入空気量を制御する第1の制御方式と、吸気通路108部の圧力を基準圧力とした状態で吸気弁111の閉時期調整によって吸入空気量を制御する第2の制御方式とを選択的に切り換えて実行するようにしている。なお、吸気弁111の開時期は常に所定時期(例えば吸気TDC)に固定され、排気弁114の開・閉時期も常に所定時期に固定されているものとする。
【0058】
第1の制御方式によれば、吸気通路108部の圧力が大気圧よりも低下するので、この吸気通路108内へ噴射供給される燃料が気化し易くなる他、燃焼室110内のガス流動が比較的強くなる。このため、第1の制御方式は機関の燃焼安定度を確保するのに有利な制御方式である。一方、第2の制御方式において基準圧力をほぼ大気圧とすれば、部分負荷運転時のポンピングロスを大幅に低下させることが可能となり、非常に燃費の良い運転を行うことができる。また、第1の制御方式ではスロットル弁105の開度調整に対して実際の吸入空気量の変化に遅れが生じる一方、第2の制御方式では吸気弁111の閉時期調整に対して実際の吸入空気量の変化に遅れが生じないという違いもある。
【0059】
図3は、ECM120内のマイクロプロセッサ122が実行する吸入空気量制御プログラムを示すフローチャートであり、例えば、10msec周期で定期的に実行されるものとする。
【0060】
ステップ1(以下、S1のように表記する)では、機関運転条件としてのアクセル開度APSと機関回転速度Neとに基づいて定常目標機関トルクstTeを算出する。具体的には、APS、Neに対応させてstTeを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。定常目標機関トルクstTeは機関トルクの定常目標値を示す。
【0061】
すなわち、定常状態(APS、Neが変化しない状態)における機関トルクはいずれ定常目標機関トルクstTeに収束することになる。なお、このステップで使用するアクセル開度APSと機関回転速度Neは、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ122が実行する制御プログラム内でアクセル開度Neは、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ122が実行する制御プログラム内でアクセル開度センサ126,クランク角センサ125からの信号に基づいて算出され、メモリ123に記憶されているものとする。
【0062】
S2では、機関回転速度Neに基づいて吸気弁111の基準閉時期IVCbを算出する。具体的には、Neに対応させてIVCbを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。基準閉時期IVCbは、吸気充填効率を最大とする吸気弁閉時期であり、基本的には吸気BDC付近の時期となるが、機関回転速度Neが大きくなるとBDCを過ぎてから吸気弁111を閉じた方が吸気充填効率が大きくなるので、この点を考慮するためにNeからIVCbを算出するようにしている。
【0063】
S3では、基準閉時期IVCbに基づいて吸気通路内圧力の応答時定数Taを算出する。具体的には、IVCbに対応させてTaを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。応答時定数Taは、スロットル弁105の開閉動作に対する吸気通路108内の圧力の応答遅れの特性を示す時定数であり、吸気弁111の閉時期が基準閉時期IVCbとなっている場合の値である。この応答遅れ特性は、主に吸気弁111の閉時期の影響を受けて変化するが、他にも機関回転速度や機関負荷(吸入空気量)の影響も受けるので、これらのパラメータも考慮してTaを算出するようにすれば精度が高くなる。
【0064】
S4では、S1で算出した定常目標機関トルクstTeに対して応答時定数Taの一次遅れ処理を施して目標機関トルクtTeを算出する。このような方法で算出した目標機関トルクtTeの変化特性は、吸気弁111の閉時期を基準閉時期IVCbとした状態でスロットル弁105の開度を変化させたときに機関が発生するトルクの変化特性と一致することになる。
【0065】
S5では、第1の制御方式が選択されているか否かを判断する。制御方式の選択は、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ122が実行する制御プログラムで行われており、例えば、冷却水温が低く機関の暖機が完了していないようなとき、あるいは機関の回転変動が大きいときなどは第1の制御方式を選択し、それ以外のときは第2の制御方式を選択するようになっている。
【0066】
S5で第1の制御方式が選択されていると判断された場合はS6からS7へ処理を進め、第1の制御方式が選択されていない(第2の制御方式を選択中)と判断された場合はS8からS9へ処理を進める。
【0067】
S6では、吸気弁111の定常目標閉時期stIVCを基準閉時期IVCbとする。定常目標閉時期stIVCは、吸気弁111の閉時期の定常目標値である。
【0068】
S7では、定常目標機関トルクstTeと定常目標閉時期stIVCとに基づいて定常目標吸気通路内圧力stPを算出する。定常目標吸気通路内圧力stPは、吸気通路108内の圧力の定常目標値であり、吸気弁111の閉時期がstIVCに一致している状態で機関の発生トルクがstTeとなるときの吸気通路108内の圧力である。ここで行われる演算について以下に説明する。
【0069】
機関トルクは、燃料の燃焼によって発生するトルクからポンピングロスによる損失トルクを差し引いたものとなる。また、燃料の燃焼によって発生するトルクの大きさは燃焼室110内に吸入される空気量で決まる。よって、これらの間には以下の式(1)に示す関係が成立する。
【0070】
【数1】
機関トルク=f(吸入空気量、ポンピングロストルク) …(1)
吸入空気量は、吸気通路108内の圧力と吸気弁111が開弁している時間で決まる。本実施形態では吸気弁111の閉時期のみを可変としており、吸気弁閉時期に応じて吸気弁111の開弁時間が決まる。よって、これらの間には以下の式(2)に示す関係が成立する。
【0071】
【数2】
吸入空気量=f(吸気通路内圧力、吸気弁閉時期) …(2)
ポンピングロストルクは、吸気通路内圧力と吸入空気量で決まる。よって、これらの間には以下の式(3)に示す関係が成立する。
【0072】
【数3】
ホンピングロストルク=f(吸気通路内圧力、吸入空気量) …(3)
以上のように、機関トルク、吸入空気量、ポンピングロストルク、吸気通路内圧力、吸気弁閉時期の間に、式(1)〜(3)の3つの関係式が成立するので、5つの値のうち2つを決定すれば残りの値を求めることができる。
【0073】
S7は、先に決定した機関トルクと吸気弁閉時期から吸気通路内圧力を求める演算を行うものである。なお、具体的な算出方法としては、3つの式を直接解くようにしても良いし、予め演算を行った結果を制御マップに記憶させておき、記憶値をルックアップするようにしても良い。
【0074】
第2の制御方式が選択されているときに実行されるS8では、定常目標吸気通路内圧力stPを基準圧力Pbとする。ポンピングロストルクの最小化を図る場合は基準圧力Pbを大気圧とすれば良いが、キャニスタに補集された蒸発燃料を吸気通路内へ吸引する必要がある等の理由から、ここでは大気圧よりもわずかに低い圧力(例えば、大気圧に対し−50mmHg)を基準圧力Pbとする。
【0075】
S9では、目標機関トルクtTeと定常目標吸気通路内圧力stPとに基づいて定常目標閉時期stIVCを算出する。ここでは、吸気通路108内の圧力がstPに一致している状態で機関の発生トルクがstTeとなるときの吸気弁111の閉時期を定常目標閉時期stIVCとして算出する。ここで行われる演算も、前述の3つの関係式に基づく演算である。
【0076】
S10では、定常目標閉時期stIVCと定常目標吸気通路内圧力stPとに基づいて目標スロットル開度tTVOを算出する。吸気通路内圧力、吸気弁閉時期、スロットル開度の間には、定常状態では一定の関係が成立するので、この関係に基づいてスロットル弁105の目標開度を算出する。ここで算出された目標スロットル開度tTVOに応じて目標開度信号が生成され、この信号がスロットルアクチュエータ106へ送られる。
【0077】
S11では、吸気弁111の目標閉時期tIVCの前回値tIVCzに基づいて吸気通路内圧力の応答時定数Tbを算出する。具体的には、tIBCに対応させてTbを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。
【0078】
S12では、S7あるいはS8で算出した定常目標吸気通路内圧力stPに対し応答時定数Tbの一次遅れ処理を施して実吸気通路内圧力rPを算出する。実吸気通路内圧力rPは、吸気通路108内の実際の圧力を示す値である。なお、圧力センサ129が十分な精度と応答性を有している場合は、このセンサ出力からrPを求めるようにしても良い。この場合、本ステップおよびS11は不要となる。
【0079】
S13では、目標機関トルクtTeと実吸気通路内圧力rPとに基づいて目標閉時期tIVCを算出する。ここで行われる演算も、前述の3つの関係式に基づく演算である。ここで算出された目標閉時期tIVCに応じて目標閉時期信号が生成され、この信号が電磁アクチュエータ112へ送られる。
【0080】
図4は、吸入空気量の制御方式を第1の制御方式から第2の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートであり、図5は、第2の制御方式から第1の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートである。
【0081】
図4において、時刻t0までは定常状態が維持されており、定常目標機関トルクstTeと目標機関トルクtTe、定常目標吸気通路内圧力stPと実吸気通路内圧力rP、定常目標閉時期stIVCと目標閉時期tIVCはそれぞれ一致した状態にある。特に、第1の制御方式による運転中であるから、吸気弁111の閉時期は基準閉時期IVCbとなっている。
【0082】
時刻t0においてアクセル開度APSがステップ状に増加すると、これに応じて定常目標機関トルクstTeもステップ状に増加する。これに対し、目標機関トルクtTeは一次遅れで定常目標機関トルクstTeに漸近する値として算出される。このときの時定数はTaである。
【0083】
時刻t0からt1の間は、引き続き第1の制御方式が選択されている状態なので、定常目標閉時期stIVCは基準閉時期IVCbのままである。この定常目標閉時期stIVCとステップ状に増加した定常目標機関トルクstTeとから定常目標吸気通路内圧力stPを算出するので、定常目標吸気通路内圧力stPもt0の時点でステップ状に増加する。同様に、定常目標閉時期stIVCとステップ状に増加した定常目標吸気通路内圧力stPとから算出する目標スロットル開度tTVOもt0の時点でステップ状に増加する。
【0084】
実吸気通路内圧力rPは、一次遅れで定常目標吸気通路内圧力stPに漸近する値として算出される。このとき、実際の機関では、スロットル弁105の開度増加に追随して吸気通路108内の圧力が徐々に増加しているところであり、実吸気通路内圧力rPは実際の吸気通路108内の圧力とほぼ一致するはずである。
【0085】
目標閉時期tIVCは、常に目標機関トルクtTeと実吸気通路内圧力rPとから算出されるようになっており、目標閉時期tIVCを強制的に基準閉時期IVCbに設定することはないが、結果的には基準閉時期IVCb近傍の時期に維持される。これは、もともとの目標機関トルクtTeの算出方法から見て当然の結果である。
【0086】
時刻t1において吸入空気量の制御方式が第1の制御方式から第2の制御方式へ切り換わると、定常目標吸気通路内圧力stPは基準圧力Pbに設定される。この定常目標吸気通路内圧力stPと増加途中の目標機関トルクtTeとから定常目標閉時期stIVCを算出するので、定常目標閉時期stIVCはt1の時点でステップ状に早められた後、徐々に遅れ側へ変化する。このような定常目標閉時期stIVCの変化を受け、目標スロットル開度tTVOはt1の時点でステップ状に増加した後、徐々に増加する。
【0087】
実吸気通路内圧力rPは、再びステップ状に増加した定常目標吸気通路内圧力stPに一次遅れで漸近する値として算出する。このときの実吸気通路内圧力rPも実際の吸気通路108内の圧力とほぼ一致するはずであるが、目標機関トルクtTeの変化特性とは全く異なる特性で変化することになる。しかしながら、目標機関トルクtTeと実吸気通路内圧力rPとから算出される目標閉時期tIVCが徐々に早まるので、機関が発生するトルクは目標機関トルクtTeと一致することになる。
【0088】
一方、図5においても、時刻t4までは定常状態が維持されており、定常目標機関トルクstTeと目標機関トルクtTe、定常目標吸気通路内圧力stPと実吸気通路内圧力rP、定常目標閉時期stIVCと目標閉時期tIVCはそれぞれ一致した状態にある。ただし、第2の制御方式による運転中であるから、吸気通路108内の圧力が基準圧力Pbに一致した状態となっている。
【0089】
時刻t4からt5の間は、引き続き第2の制御方式が選択されている状態なので、定常目標吸気通路内圧力stPは基準圧力Pbのままである。この定常目標吸気通路内圧力stPと徐々に増加する目標機関トルクtTeとから定常目標閉時期stIVCを算出するので、定常目標閉時期stIVCもt4の時点から徐々に遅れ側へ変化する。同様に、定常目標吸気通路内圧力stPと徐々に増加する定常目標閉時期stIVCとから算出する目標スロットル開度tTVOもt4の時点から徐々に増加する。この間、実吸気通路内圧力rPは基準圧力Pbのまま不変であるから、定常目標閉時期stIVCがそのまま目標閉時期tIVCとして算出される。
【0090】
時刻t5において吸入空気量の制御方式が第2の制御方式から第1の制御方式へ切り換わると、定常目標閉時期stIVCは基準閉時期IVCbに設定される。この定常目標閉時期stIVCと定常目標機関トルクstTeとから定常目標吸気通路内圧力stPを算出するので、定常目標吸気通路内圧力stPはt5の時点でステップ状に減少する。このような定常目標吸気通路内圧力stPの変化を受け、目標スロットル開度tTVOもt5の時点でステップ状に減少する。
【0091】
実吸気通路内圧力rPは、ステップ状に減少した定常目標吸気通路内圧力stPに一次遅れで漸近する値として算出される。このときの実吸気通路内圧力rPも実際の吸気通路108内の圧力とほぼ一致するはずである。ここでは、目標機関トルクtTeと実吸気通路内圧力rPとから算出される目標閉時期tIVCが徐々に遅れ側に変化し、機関が発生するトルクは目標機関トルクtTeと一致する。
【0092】
以上のように、第1の制御方式が選択されている場合、第2の制御方式からの切り換え直後を除いて吸気弁111の閉時期が基準閉時期IVCbとなり、スロットル弁105の開度調整によって吸入空気量、すなわち機関の発生トルクが制御される。一方、第2の制御方式が選択されている場合、第1の制御方式から切り換え直後を除いて吸気通路108内の圧力が基準圧力Pbとなり、吸気弁111の閉時期調整によって吸入空気量が制御される。
【0093】
また、機関が発生するトルクは常に目標機関トルクtTeと一致し、吸入空気量の制御方式の切り換え前後でトルクが急変することはない。なお、図4,図5ではアクセル開度APSが変化した直後の通過状態において制御方式の切り換えが発生した場合について説明したが、定常状態での運転中に制御方式の切り換えが発生してもトルクの急変がないのはもちろんである。
【0094】
次に、本発明の第2の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。内燃機関の構成は図1,図2に示した構成と同一であり、ECM120内のマイクロプロセッサ122が実行する制御プログラムだけが先の実施形態と異なっている。
【0095】
図6は、例えば10msec周期で定期的に実行されるメイン制御プログラムを示すフローチャートであり、定常目標吸入空気量stQH01を算出するS600、実吸入空気量rQH01を算出するS700、定常目標吸気通路内圧力stPを算出するS800、目標吸入空気量tQH02を算出するS900、吸入空気量制御方式切換ときの目標吸入空気量tQH03を算出するS1000、目標スロットル開度tTVOを算出するS1100、目標閉時期tIVCを算出するS1200からなっている。以下、各ステップ内での詳細な処理を説明する。
【0096】
図7は、図6のS600で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【0097】
S601では、アイドル保持空気量Qiを算出する。このアイドル保持空気量Qiは、機関回転速度をアイドル設定回転速度に維持するための空気量やエアコン等の補機負荷に対応するトルクを得る為の空気量を含んでいる。
【0098】
S602では、アイドル保持空気量Qiに基づいてアイドル保持分スロットル開口面積Aiを算出する。具体的には、アイドル保持空気量Qiに対しソニック流量でのスロットル通過流量とスロットル開口面積との関係を示す係数を乗じたものをアイドル保持分スロットル開口面積Aiとする。
【0099】
S603では、アクセル開度APSに基づいてドライバ要求出力分スロットル開口面積Aaを算出する。具体的には、APSに対応させてAaを記憶させてある制御テーブル(図8)から値をルックアップする。
【0100】
S604では、アイドル保持分スロットル開口面積Aiとドライバ要求出力分スロットル開口面積Aaとを加算してスロットル開口面積Aを算出する。
S605では、スロットル開口面積Aを機関回転速度Neと機関の排気量Vで除算してパラメータANVを算出する。
【0101】
S606では、パラメータANVに基づいて体積流量比QH0を算出する。具体的には、ANVに対応させてQH0を記憶させてある制御テーブル(図9)から値をルックアップする。体積流量比QH0は機関の行程容積に対する吸入空気量の標準状態での体積を示す値であり、図9の制御テーブルには、例えば吸気弁111を吸気TDCで開弁して吸気BDCを閉弁した場合の体積流量比が記憶されている。なお、本実施形態では、吸入空気量としてこの体積流量比を使用する。
【0102】
S607では、定常目標吸入空気量stQH01を体積流量比QH0とする。定常目標吸入空気量stQH01は、第1の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値である。すなわち、第1の制御方式選択時の定常状態における吸入空気量はいずれ定常目標吸入空気量stQH01に収束することになる。
【0103】
図10は、図6のS700で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
S701では、応答時定数Taを算出する。この応答時定数Taは、先の実施形態の応答時定数Taと同じものである。
【0104】
S702では、図7のS607で算出した定常目標吸入空気量stQH01に対し応答時定数Taの一次遅れ処理を施して実吸入空気量rQH01を算出する。実吸入空気量rQH01は、第1の制御方式で運転しているときの実際の吸入空気量を示す値である。
【0105】
図11は、図6のS800で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【0106】
S801では、第1の制御方式が選択されているか否かを判断する。
S801で第1の制御方式が選択されていると判断された場合はS802へ処理を進め、定常目標吸入空気量stQH01と機関回転速度Neとに基づいて定常目標吸気通路内圧力stPを算出する。具体的には、stQH01とNeとに対応させてstPを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。定常目標吸気通路内圧力stPは、吸気通路108内の圧力の定常目標値を示す値である。
【0107】
S801で第1の制御方式が選択されていない(第2の制御方式を選択中)と判断された場合はS803へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力stPを基準圧力Pbとする。なお、冷却水温等の機関運転条件に応じてPbを変化させるようにしても良い。
【0108】
図12は、図6のS900で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【0109】
S901では、第1の制御方式と第2の制御方式のポンピングロスの差分を補正するための補正係数PUMP1を算出する。補正係数PUMP1は、第1の制御方式と第2の制御方式とで機関が同じトルクを出力する空気量を予め実験を行って測定し、その変化率のデータに基づいて作成した制御マップから値をルックアップすることで求められることができる。
【0110】
S902では、第1の制御方式と第2の制御方式の燃焼効率の差分を補正するための補正係数kを算出する。補正係数kは、第1の制御方式と第2の制御方式と出機関が同じトルクを出力する空気量を予め実験を行って測定し、その変化率のデータに基づいて作成した制御マップから値をルックアップすることで求められることができる。
【0111】
S903では、図10のS702で算出した実吸入空気量rQH01を補正係数PUMP1とkとで補正し、目標吸入空気量tQH02を算出する。目標吸入空気量tQH02は、第2の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す値である。第2の制御方式による運転中は、吸入空気量を目標吸入空気量tQH02に一致させることで第1の制御方式による運転中と等しいトルクを発生させることができ、かつ、アクセル操作に対するトルクの応答性も等しくすることができる。
【0112】
図13は、図6のS1000で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【0113】
S1001では、応答時定数Tbを算出する。この応答時定数Tbは、先の実施形態の応答時定数Tbと同じものである。
S1002では、第1の制御方式が選択されているか否かを判断する。
S1003では、前回本プログラムを実行したとき第2の制御方式が選択されていたか否かを判断する。
【0114】
S1002の判断がNO,S1003の判断がYESであるとき、すなわち、第2の制御方式が継続して選択されているときはS1004へ処理を進め、目標吸入空気量tQH03を目標吸入空気量tQH02の前回算出値tQH02(old)とする。すなわち、第2の制御方式が継続して選択されているときは直前の目標吸入空気量tQH02を初期値として以降の目標吸入空気量tQH03を算出する。
【0115】
S1002の判断がNOでS1003の判断がNOであるとき、すなわち第1の制御方式から第2の制御方式への切り換えが行われたときはS1005へ処理を進め、切り換え直前の実吸入空気量rQH01と切り換え後の目標吸入空気量tQH02に対して応答時定数Tbの一次遅れ処理を施して吸入空気量制御方式切り換え時の目標吸入空気量tQH03を算出する。
【0116】
S1006では前回本プログラムを実行したとき第1の制御方式が選択されていたか否かを判断する。
【0117】
S1002の判断がYESでS1006の判断がYESであるとき、すなわち、第1の制御方式が継続して選択されているときはS1007へ処理を進め、目標吸入空気量tQH03を実吸入空気量rQH01の前回算出値rQH01(old)とする。すなわち、第1の制御方式が継続して選択されているときは直前の実吸入空気量rQH01を初期値として以降の目標吸入空気量tQH03を算出する。
【0118】
S1002の判断がYES、S1006の判断がNOであるとき、すなわち第2の制御方式から第1の制御方式への切り換えが行われたときはS1008へ処理を進め、目標吸入空気量tQH02と実吸入空気量rQH01に対して応答時定数Tbの一次遅れ処理を施して吸入空気量制御方式切り換え時の目標吸入空気量tQH03を算出する。
【0119】
図14は、図6のS1100で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【0120】
S1101では、第1の制御方式が選択されているか否かを判断する。本ステップの判断がYESである場合は続いてS1102、S1103を実行し、本ステップの判断がNOである場合はS1104からS1106を実行する。
【0121】
S1102では、定常目標空気量stQH01に基づいてパラメータANVmを算出する。具体的は、stQH01に対応させてANVmを記憶させてある制御テーブル(図15)から値をルックアップする。パラメータANVmは、第1の制御方式において設定する吸気弁閉時期とした場合におけるスロットル開口面積Aを機関回転速度Neと機関の排気量Vで除算した値を示す。
【0122】
S1103では、パラメータANVmに機関回転速度Neと機関の排気量Vを乗じてスロットル開口面積Atを算出する。
【0123】
S1104では、定常目標吸気通路内圧力stPに基づいて係数Cを算出する。具体的には、stPに対応させてCを記憶させてある制御テーブル(図16)から値をルックアップする。吸気通路内圧力を一定とした場合、スロットル開口面積Aを機関回転速度Neと機関の排気量Vで除算した値と体積流量比との間には比例関係が成立する。このときの比例係数が係数Cである。なお、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力stPは図11のS803で設定されたstP(=Pb)である。
【0124】
S1105では、目標吸入空気量tQH02に係数Cを乗じてパラメータANVeを算出する。パラメータANVeは、第2の制御方式におけるスロットル開口面積Aを機関回転速度Neと機関の排気量Vで除算した値を示す。
S1106では、パラメータANVeに機関回転速度Neと機関の排気量Vを乗じてスロットル開口面積Atを算出する。
【0125】
S1107では、S1103またはS1106で算出したスロットル開口面積Atに基づいて目標スロットル開度tTVOを算出する。具体的には、Atに対応させてtTVOを記憶させてある制御テーブル(図17)から値をルックアップする。
【0126】
図18では、図6のS1200実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【0127】
S1201では、第1の制御方式が選択されているか否かを判断する。
S1201で第1の制御方式が選択されていると判断された場合はS1202へ処理を進め、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
【0128】
S1202で経過時間がεを越えていると判断された場合はS1203へ処理を進め、目標閉時期tIVCを基準閉時期IVCbとする。
【0129】
経過時間がεを越えていない場合はS1204へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力stPに基づいて最大吸入空気量QH0maxを算出する。具体的には、stPに対応させてQH0maxを記憶させてある制御テーブル(図19)から値をルックアップする。最大吸入空気量QH0maxは、吸気通路108内の圧力が定常目標吸気通路内圧力stPと一致している状態で吸入することができる最大の空気量を示す値である。なお、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力stPは図11のS802で算出されたstPである。
【0130】
S1205では、TDCからBDCまでのクランク角度である180°に目標吸入空気量tQH03と最大吸入空気量QH0maxとの比を乗じて吸気弁開弁期間IVPを算出する。
【0131】
S1206では、吸気弁開弁期間IVPに基づいて吸気弁111の仮閉時期IVC0を算出する。仮閉時期IVC0は、吸気通路108内の圧力が定常目標吸気通路内圧力stPとなっている場合に吸入空気量が目標吸入空気量tQH03となる吸気弁111の閉時期を示す値である。
【0132】
S1207では、仮閉時期IVC0に対し応答時定数Tbの一次遅れ処理を施して目標閉時期tIVCを算出する。この処理により、実際の吸入空気量が目標吸入空気量tQH03と一致することになる。
【0133】
S1201で第1の制御方式が選択されていない(第2の制御方式を選択中)と判断された場合はS1208へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力stPに基づいて最大吸入空気量QH0maxを算出する。この算出はS1204で行われる処理と同じであるが、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力stPは図11のS803で設定されたstP(=Pb)である。
【0134】
S1209では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
S1209で経過時間がεを越えていると判断された場合はS1210へ処理を進め、180°に目標吸入空気量tQH02と最大吸入空気量QH0maxとの比を乗じて吸気弁開弁期間IVPを算出する。
【0135】
S1211では、吸気弁開弁期間IVPに基づいて吸気弁111の仮閉時期IVC0を算出する。
S1212では、仮閉時期IVC0をそのまま目標閉時期tIVCとする。
【0136】
経過時間がεを越えていない場合はS1213へ処理を進め、180°に目標吸入空気量tQH03と最大吸入空気量QH0maxとの比を乗じて吸気弁開弁期間IVPを算出する。
【0137】
S1214では、吸気弁開弁期間IVPに基づいて吸気弁111の仮閉時期IVC0を算出する。
S1215では、仮閉時期IVC0に対し応答時定数Tbの一次遅れ処理を施して目標閉時期tIVCを算出する。
【0138】
図20は、吸入空気量の制御方式を第1の制御方式から第2の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートであり、図21は、第2の制御方式から第1の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートである。
【0139】
図20において、まず第1の制御方式における時刻t0において、アクセル開度APSがステップ状に増加したとする。これにより第1の制御方式における定常目標吸入空気量stQH01もステップ状に増加するが、実際に吸入される空気量は、実吸入空気量rQH01に示すように遅れて追随する。目標スロットル開度tTVOは、t0の直後にステップ状に増加した定常目標吸入空気量stQH01に応じてステップ的に増加する。
【0140】
このとき、目標吸入空気量tQH02は、実吸入空気量rQH01の増加に応じて増加するが、その漸近線は定常目標吸入空気量stQH01より少ない位置にある。これは切換時の出力を一定に保持するのに必要な空気量が異なるためである。
【0141】
次いで時刻t1において、吸入空気量制御の切り換え条件が成立し、第1の制御方式から第2の制御方式への切り換えが開始されたとする。
【0142】
吸入空気量制御方式切換時の目標吸入空気量tQH03は、切換開始点(t1)の直前の実吸入空気量rQH01を初期値として、応答時定数Tbを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて、目標吸入空気量tQH02に漸近するよう算出される。また、目標閉時期tIVCも、応答時定数Tbを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて算出される。
【0143】
一方、図21においては、切換開始点(t5)の直前の目標吸入空気量tQH02を初期値として、応答時定数Tbを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて、実吸入空気量rQH01に漸近するよう切り換え時の目標吸入空気量tQH03が算出される。
【0144】
また、目標スロットル開度tTVOの演算においては、吸入空気量制御の切り換えに合わせて、定常目標吸入空気量stQH01と目標吸入空気量tQH02を切り換えて、その目標吸入空気量に基づいて開度演算を行う。
【0145】
次に、本発明の第3の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。この実施形態は、第2の実施形態に対し目標閉時期tIVCを算出するサブプログラム(図6のS1200)の処理内容だけが異なっている。図22に示すこのサブプログラムは、圧力センサ129が十分な精度と応答性を有している場合に使用できる。
【0146】
S1221では、圧力センサ129の信号から求めた実吸気通路内圧力rPに基づいて最大吸入空気量QH0maxを算出する。ここで使用する制御テーブルは、第2の実施形態において使用した図19に示すテーブルと同じものである。ただし、吸気通路108内の実際の圧力から最大吸入空気量QH0maxを求めるので、この最大吸入空気量QH0maxは機関が実際に吸入可能な最大の空気量を示す値となる。
【0147】
S1222では、第1の制御方式が選択されているか否かを判断する。
S1223では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
【0148】
S1224では、目標閉時期tIVCを基準閉時期IVCbとする。
S1225では、TDCからBDCまでのクランク角度である180°に目標吸入空気量tQH03と最大吸入空気量QH0maxとの比を乗じて吸気弁開弁期間IVPを算出する。
【0149】
S1226では、吸気弁開弁期間IVPに基づいて目標閉時期tIVCを算出する。この実施形態では、第2の実施形態と異なり、仮閉時期IVC0を求めることなく吸気弁開弁期間IVPから直接目標閉時期tIVCを算出することができる。
【0150】
S1227では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
S1228では、180°に目標吸入空気量tQH02と最大吸入空気量QH0maxとの比を乗じて吸気弁開弁期間IVPを算出する。
【0151】
S1229では、吸気弁開弁期間IVPに基づいて目標閉時期tIVCを算出する。
S1230では、180°に目標吸入空気量tQH03と最大吸入空気量QH0maxとの比を乗じて吸気弁開弁期間IVPを算出する。
S1231では、吸気弁開弁期間IVPに基づいて目標閉時期tIVCを算出する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内燃機関の吸入空気量制御装置を適用した内燃機関の構成を示すシステム構成図である。
【図2】本発明における吸排気弁の構成の一実施形態を示す断面図である。
【図3】第1実施形態におけるエンジンコントロールモジュール(ECM)内のマイクロプロセッサが実行する吸入空気量制御プログラムを示すフローチャートである。
【図4】第1実施形態における吸入空気量の制御方式を第1の制御方式から第2の制御方式へ切り換える際の(a)アクセル開度、(b)機関トルク、(c)吸気通路内圧力、(d)吸気弁閉時期、(e)スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図5】第1実施形態における吸入空気量の制御方式を第2の制御方式から第1の制御方式へ切り換える際の(a)アクセル開度、(b)機関トルク、(c)吸気通路内圧力、(d)吸気弁閉時期、(e)スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図6】第2実施形態におけるエンジンコントロールモジュール(ECM)内のマイクロプロセッサが実行する吸入空気量制御プログラムを示す概略フローチャートである。
【図7】第2実施形態における定常目標吸入空気量tQH01算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図8】アクセル開度APSに対応してドライバ要求出力分スロットル開口面積Aaを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図9】パラメータANVに対応して体積流量比QH0を記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図10】第2実施形態における実吸入空気量rQH01算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図11】第2実施形態における定常目標吸気通路内圧力stP算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図12】第2実施形態における目標吸入空気量tQH02算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図13】第2実施形態における吸入空気量制御方式切換ときの目標吸入空気量tQH03算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図14】第2実施形態における目標スロットル開度tTVO算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図15】定常目標空気量stQH01に対応してパラメータANVmを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図16】定常目標吸気通路内圧力stPに対応して係数Cを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図17】スロットル開口面積Atに対応して目標スロットル開度tTVOを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図18】第2実施形態における目標閉時期tIVC算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図19】定常目標吸気通路内圧力stPに対応して最大吸入空気量QH0maxを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図20】第2実施形態における吸入空気量の制御方式を第1の制御方式から第2の制御方式へ切り換える際の(a)アクセル開度、(b)吸入空気量、(c)吸気通路内圧力、(d)吸気弁閉時期、(e)スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図21】第2実施形態における吸入空気量の制御方式を第2の制御方式から第1の制御方式へ切り換える際の(a)アクセル開度、(b)吸入空気量、(c)吸気通路内圧力、(d)吸気弁閉時期、(e)スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図22】第3実施形態における目標閉時期tIVC算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
101 吸気通路
102 エアクリーナ
103 エアフロセンサ
104 スロットルチャンバ
105 スロットル弁
106 スロットルアクチュエータ
107 吸気コレクタ
108 吸気通路
109 インジェクタ
110 燃焼室
111 吸気弁
112 電磁アクチュエータ
113 排気通路
114 排気弁
115 電磁アクチュエータ
116 触媒
117 点火プラグ
120 エンジンコントロールモジュール(ECM)
121 入力ポート
122 マイクロプロセッサ
123 メモリ
124 出力ポート
125 クランク角センサ
126 アクセル開度センサ
127 水温センサ
128 空燃比センサ
129 圧力センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake air amount control device for an internal combustion engine, and more particularly to an intake air amount control device for an internal combustion engine that can control the output by controlling the opening / closing timing of an intake valve.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is an internal combustion engine provided with an electromagnetically driven intake / exhaust valve. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-311231, a system is known in which an intake / exhaust valve of an internal combustion engine is driven by electromagnetic force so that the opening / closing timing of the intake / exhaust valve is variable according to the operating state of the internal combustion engine. ing. In such a system, there is no intake throttle valve, or the intake throttle is made extremely small so that the pressure in the intake pipe is close to atmospheric pressure, and the amount of intake air is controlled during the valve opening period of the intake valve. Yes. As a result, it is possible to reduce the intake loss (pumping loss) and the fuel consumption rate as compared with a conventional engine that controls the intake air amount with an intake throttle valve.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In an engine equipped with such an intake / exhaust valve with variable opening / closing timing, when the engine is operated with the intake pipe pressure approximately at atmospheric pressure, the engine is compared to an engine that controls the intake air amount with a conventional intake throttle valve. Since the flow rate of the intake air-fuel mixture decreases, the flow in the combustion chamber may decrease, and the combustion stability may decrease. In some cases, a predetermined negative pressure is generated in the intake pipe in order to regenerate the canister that has adsorbed the evaporated fuel in the fuel tank.
[0004]
As described above, since it is necessary to generate a predetermined negative pressure in the intake pipe, an intake throttle valve is provided in the intake pipe. For example, in a condition where the combustion state deteriorates during cold operation, the intake air is reduced by the intake throttle. By controlling the amount, the intake pipe pressure is set to a relatively small state, and the operation is performed while increasing the flow rate of the air-fuel mixture to keep the combustion state in good condition. It is conceivable to perform an operation of maintaining the state close to the atmospheric pressure and reducing the fuel consumption rate by controlling the intake air amount by controlling the opening and closing timing of the intake and exhaust valves.
[0005]
However, in an engine that performs intake air amount control of the two types of intake throttle valve control and intake valve opening / closing timing control during the above-described conventional operation, a step is generated in the engine output when the control method is switched, resulting in an operation There arises a problem that the sex is deteriorated.
[0006]
The cause of this engine output step is, first of all, when the intake air amount is controlled by the intake throttle valve, and when the intake pipe pressure is close to atmospheric pressure and the intake / exhaust valve opening / closing timing is used. When performing air volume control, the pump loss and combustion efficiency differ, so the air volume required to obtain the specified engine output differs, and the intake pipe pressure changes transiently when the intake air volume control method is switched. Therefore, the necessary amount of air changes transiently.
[0007]
Second, the response of the intake air amount control differs between when the intake air amount control is performed by the intake throttle valve and when the intake air amount control is performed at the opening and closing timing of the intake and exhaust valves. That is, in the former case, since the volume from the intake throttle valve to the intake valve acts as a delay element, the actual intake air amount changes with a delay with respect to the target intake air amount, whereas the latter case Is that there is no delay in the actual intake air amount with respect to the target intake air amount.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of switching between two intake amount control methods, intake throttle valve control and intake valve opening / closing timing control, during operation without generating a torque step. It is to provide a control device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided: a throttle valve disposed in an intake passage of an engine, the opening of which is controlled so as to become a target opening; the intake passage, a combustion chamber of the engine; Between the intake valve and the first control method for controlling the intake air amount mainly by controlling the opening degree of the throttle valve, Control system selection means for selecting one of the second control systems for controlling the intake air amount by controlling the closing timing of the intake valve, and a steady target value of the engine torque based on the operating condition of the engine A steady target engine torque calculating means for calculating a steady target engine torque; a target engine torque calculating means for calculating a target engine torque that follows the steady target engine torque with a predetermined delay based on the steady target engine torque; The first system When the method is selected, the steady target closing timing setting means for setting the steady target closing timing indicating the steady target value of the closing timing of the intake valve as the reference closing timing, and the first control method are selected. A steady target intake passage pressure calculating means for calculating a steady target intake passage pressure indicating a steady target value of the pressure in the intake passage based on the steady target engine torque and the steady target closing timing; When the second control method is selected, the steady target intake passage pressure setting means for setting the steady target intake passage pressure to a reference pressure, and when the second control method is selected. In addition, a steady target closing timing calculation means for calculating the steady target closing timing based on the target engine torque and the steady target intake passage pressure, and an actual intake passage pressure indicating an actual pressure in the intake passage. To get Intake passage pressure acquisition means, target opening calculation means for calculating the target opening based on the steady target closing timing and the steady target intake passage pressure, the target engine torque and the actual intake passage An intake air amount control device for an internal combustion engine, comprising: target closing timing calculating means for calculating the target closing timing based on pressure.
[0010]
In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to the first aspect, the closing timing of the intake valve that maximizes the charging efficiency of the intake air is set as the reference closing timing. It is a summary.
[0011]
In order to achieve the above object, a third aspect of the invention is characterized in that, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to the first aspect, a pressure in the vicinity of atmospheric pressure is set as the reference pressure.
[0012]
In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided an intake air amount control device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the intake passage with respect to a change in opening of the throttle valve based on the reference closing timing. A first response time constant calculating means for calculating a first response time constant indicating a time constant of a response delay of the pressure change in the engine, wherein the target engine torque calculating means is configured to output the first response to the steady target engine torque. The gist is to calculate the target engine torque by performing a first-order delay process of a time constant.
[0013]
In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided an intake air amount control device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the intake passage with respect to a change in the opening of the throttle valve based on the target closing timing. And a second response time constant calculating means for calculating a second response time constant indicating a time constant of a response delay of the pressure change in the engine, wherein the actual intake passage internal pressure acquisition means is adapted to the steady target intake passage internal pressure. The gist is to perform the first-order lag processing of the second response time constant to acquire the actual intake passage pressure.
[0014]
In order to achieve the above object, according to a sixth aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to the first aspect, the actual intake passage pressure obtaining means obtains the actual pressure in the intake passage. The gist is to include a pressure sensor for detection.
[0015]
  In order to achieve the above object, an invention according to claim 7 is provided: a throttle valve disposed in an intake passage of an engine, the opening of which is controlled so as to become a target opening; the intake passage, a combustion chamber of the engine; Between the intake valve and the first control method for controlling the intake air amount mainly by controlling the opening degree of the throttle valve, Control method selection means for selecting one of the second control methods for controlling the intake air amount by controlling the closing timing of the intake valve, and when the first control method is selected based on the operating condition of the engine A steady target intake air amount calculating means for calculating a steady target intake air amount indicating a steady target value of the intake air amount, and based on the steady target intake air amount, the intake air amount when the second control method is selected. Calculate target intake air amount to calculate target intake air amount indicating target value And when the first control method is selected, the target opening calculation means for calculating the target opening based on the steady target intake air amount and the first control method are selected. When the target closing timing setting means for setting the target closing timing to the reference closing timing and the second control method are selected, the target opening is determined based on the pressure in the intake passage. Target opening timing calculation means for calculating the target closing timing based on the target intake air amount when the target opening setting means for setting the predetermined opening for pressure and the second control method are selected. Means,A first response time constant calculating means for calculating a first response time constant indicating a time constant of a response delay of an intake air amount change with respect to a change in the opening of the throttle valve based on the reference closing timing; and the steady target intake air An actual intake air amount calculating means for performing a first-order lag process on the first response time constant to calculate an actual intake air amount indicating an actual intake air amount when the first control method is selected, The target intake air amount calculating means calculates the target intake air amount by correcting the actual intake air amount for a decrease in pumping loss.This is an intake air amount control device for an internal combustion engine.
  In order to achieve the above object, the invention according to claim 8 provides:A throttle valve that is disposed in the intake passage of the engine and whose opening is controlled so as to achieve a target opening, and is disposed between the intake passage and the combustion chamber of the engine, and is closed so that the target closing timing is reached. The intake valve whose timing is controlled and the first control method which mainly controls the opening degree of the throttle valve to control the intake air amount, or the intake valve amount which is mainly controlled by closing timing of the intake valve A steady target intake air amount indicating a steady target value of the intake air amount when the first control method is selected, based on control method selection means for selecting any one of the second control methods to be performed and operating conditions of the engine And a target intake air amount for calculating a target intake air amount indicating a target value of the intake air amount when the second control method is selected, based on the steady target intake air amount calculating means. When the calculation means and the first control method are selected The target opening timing is set to the reference closing timing when the target opening calculation means for calculating the target opening and the first control method are selected based on the steady target intake air amount. Target closing time setting means, and when the second control method is selected, target opening setting means for setting the target opening to a predetermined opening at which the pressure in the intake passage becomes a reference pressure; When the second control method is selected, target closing timing calculating means for calculating the target closing timing based on the target intake air amount, and opening of the throttle valve based on the reference closing timing. First response time constant calculating means for calculating a first response time constant indicating a time constant of a response delay of a change in intake air amount with respect to a change in degree, and a first-order delay process for the first response time constant with respect to the steady target intake air amount To select the first control method Actual intake air amount calculating means for calculating an actual intake air amount indicating the actual intake air amount, and the target intake air amount calculating means adds a correction for deterioration of combustion efficiency to the actual intake air amount. An intake air amount control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that the target intake air amount is calculated.
  In order to achieve the above object, the invention according to claim 9 provides:A throttle valve that is disposed in the intake passage of the engine and whose opening is controlled so as to achieve a target opening, and is disposed between the intake passage and the combustion chamber of the engine, and is closed so that the target closing timing is reached. The intake valve whose timing is controlled and the first control method which mainly controls the opening degree of the throttle valve to control the intake air amount, or the intake valve amount which is mainly controlled by closing timing of the intake valve A steady target intake air amount indicating a steady target value of the intake air amount when the first control method is selected, based on control method selection means for selecting any one of the second control methods to be performed and operating conditions of the engine A steady target intake air amount calculating means for calculating the steady target intake air amount; When a target intake air amount calculating means for calculating a target intake air amount indicating a target value of the intake air amount at the time of selecting the second control method based on the air amount and the first control method are selected. In addition, when the target opening calculation means for calculating the target opening based on the steady target intake air amount and the first control method are selected, the target closing timing is set as the reference closing timing. Target closing timing setting means for performing, when the second control method is selected, target opening setting means for setting the target opening to a predetermined opening at which the pressure in the intake passage becomes a reference pressure; When the second control method is selected, a target closing timing calculation means for calculating the target closing timing based on the target intake air amount, and a target of the intake air amount at the time of switching the control method selection Calculate target intake air amount when switching control method A control method for calculating the target closing timing at the time of switching the control method based on the target intake air amount at the time of switching the control method based on the target intake air amount at the time of switching the control method when the control method selection is switched. An intake air amount control device for an internal combustion engine characterized by comprising a target closing timing calculation means at the time of switching.
[0016]
  Claims to achieve the above object10The invention described in claim 71 to any one of 9In the intake air amount control device for an internal combustion engine described in 1), the closing timing of the intake valve that maximizes the charging efficiency of the intake air is set as the reference closing timing.
[0017]
  Claims to achieve the above object11The invention described in claim 71 to any one of 9In the intake air amount control device for an internal combustion engine described in 1), the gist is that a pressure near atmospheric pressure is set as the reference pressure.
[0021]
  Claims to achieve the above object12The invention described in claim9In the intake air amount control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, a first response time constant indicating a time constant of a response delay of a change in the intake air amount with respect to a change in the opening amount of the throttle valve is calculated based on the reference closing timing. 1 response time constant calculation means, and an actual intake air amount indicating an actual intake air amount when the first control method is selected by performing a first-order lag process on the steady target intake air amount. An actual intake air amount calculating means for calculating, and the control method switching target intake air amount calculating means based on the target intake air amount and the actual intake air amount based on the target intake air amount. The gist is to calculate.
[0022]
  Claims to achieve the above object13The invention described in claim12In the intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 2, a second response time constant indicating a time constant of a response delay of a pressure change in the intake passage with respect to a change in the opening degree of the throttle valve based on the target closing timing. A second response time constant calculating means for calculating, wherein the control method switching target intake air amount calculating means is switched when the control method is switched from the first control method to the second control method; The gist is to calculate the target intake air amount at the time of switching the control method by performing a first-order lag process for the second response time constant for the actual intake air amount just before and the target intake air amount after the switching.
[0023]
  Claims to achieve the above object14The invention described in claim12In the intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 2, a second response time constant indicating a time constant of a response delay of a pressure change in the intake passage with respect to a change in the opening degree of the throttle valve based on the target closing timing. A second response time constant calculating means for calculating, wherein the control method switching target intake air amount calculating means switches when the control method is switched from the second control method to the first control method; The gist is to calculate the target intake air amount at the time of switching the control method by performing first-order lag processing on the second response time constant for the immediately preceding target intake air amount and the actual intake air amount after switching.
[0024]
  Claims to achieve the above object15The invention described in claim13Or14In the intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1, when the first control method is selected, a steady target value indicating a steady target value of the pressure in the intake passage is based on the steady target intake air amount. A steady target intake passage pressure calculating means for calculating a target intake passage pressure and a steady target intake passage for setting the steady target intake passage pressure to the reference pressure when the second control method is selected. Based on the internal pressure setting means, the control system switching target intake air amount and the steady target intake passage internal pressure, it is assumed that the pressure in the intake passage matches the steady target intake passage internal pressure. And a temporary closing timing calculating means for calculating a temporary closing timing indicating a closing timing of the intake valve when the intake air amount coincides with the target intake air amount at the time of switching the control method. Calculation It is summarized in that to calculate the target closing timing of applying the control method switching the first-order lag processing of the second response time constant with respect to the temporary closing timing.
[0025]
  Claims to achieve the above object16The invention described in claim9The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a pressure sensor for detecting an actual intake passage pressure indicating an actual pressure in the intake passage, wherein the control system switching target closing timing calculation means is the control The gist is to calculate the target closing timing at the time of switching the control method based on the target intake air amount at the time of switching the method and the pressure in the actual intake passage.
[0026]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the intake air amount is mainly controlled by the first control method for controlling the intake air amount mainly by controlling the opening degree of the throttle valve or mainly by controlling the closing timing of the intake valve. Regardless of which control method of the second control method to be controlled is selected, the throttle valve opening or the intake valve closing timing is controlled based on the steady target engine torque. Therefore, there is an effect that the torque response of the engine, that is, the torque response to the operation and the magnitude of the generated torque with respect to the operation amount can always be made equal.
[0027]
Furthermore, since the target closing timing of the intake valve is calculated based on the target engine torque and the actual intake passage pressure, the two control methods can be used without switching the control method without causing a torque step and deteriorating operability. There is an effect that can be switched.
[0028]
According to the second aspect of the present invention, since the intake valve closing timing at which the intake air charging efficiency is maximized is set as the reference closing timing, it is possible to increase the engine torque when the first control method is selected.
[0029]
According to the third aspect of the present invention, since the steady target value of the pressure in the intake passage is set to a pressure close to the atmospheric pressure when the second control method is selected, there is no pumping loss, and the fuel when the second control method is selected. The consumption rate can be significantly reduced from the fuel consumption rate when the first control method is selected.
[0030]
According to the fourth aspect of the invention, the target torque is calculated using the first response delay time constant indicating the response delay of the pressure change in the intake passage with respect to the change in the throttle valve opening based on the reference time. Therefore, the torque response of the engine with respect to the operation of the engine driver can always be made equal by a relatively simple calculation.
[0031]
According to the fifth aspect of the present invention, the actual intake passage pressure is determined using the second response delay time constant indicating the response delay of the pressure change in the intake passage with respect to the opening change of the throttle valve based on the target closing timing. Since it is obtained, it is possible to always make the magnitude of the generated torque of the engine with respect to the operation amount of the engine driver equal by a relatively simple calculation.
[0032]
According to the sixth aspect of the present invention, since the actual pressure in the intake passage is detected by the pressure sensor, a new sensor is required, but the calculation for always equalizing the magnitude of the generated torque of the engine. This is further simplified than the invention according to the fifth aspect.
[0033]
  Claim 7Or 8According to the described invention,ToThe first control method for controlling the intake air amount by controlling the opening of the Lottle valve or the mainSuckRegardless of which of the second control methods for controlling the intake air amount by controlling the closing timing of the air valve is selected, the throttle valve opening or intake valve closing is based on the steady target intake air amount. Control the timingSince the actual intake air amount is calculated using the first response delay time constant indicating the response delay of the intake air amount change with respect to the change in the throttle valve opening based on the reference closing timing,The torque characteristics of the engine with respect to the operation of the engine driver, that is, the torque response to the operation and the magnitude of the generated torque with respect to the operation amount.With relatively simple calculationsThere is an effect that it can always be made equal.
[0034]
  According to the ninth aspect of the present invention, the intake air amount target value at the time of switching the control method is calculated by the control method switching target intake air amount calculating means, and the intake air at the time of the control method switching is calculated based on this intake air amount target value. Since the target closing timing of the valve is calculated, it is possible to switch between the two control methods without causing a torque step when switching between the first and second control methods.
[0035]
  Claim10According to the described invention, since the closing timing of the intake valve that maximizes the charging efficiency of the intake air is set as the reference closing timing, it is possible to increase the engine torque when the first control method is selected.
[0036]
  Claim11According to the described invention, when the second control method is selected, the steady target value of the pressure in the intake passage is set to a pressure in the vicinity of the atmospheric pressure. Therefore, there is no pumping loss, and the fuel consumption rate when the second control method is selected is reduced. The fuel consumption rate when the first control method is selected can be greatly reduced.
[0039]
  Claim12According to the described invention, based on the target intake air amount and the actual intake air amount subjected to the first-order lag processing by the first response time constant indicating the response delay of the intake air amount change with respect to the steady target intake air amount. Since the target intake air amount at the time of switching the control method is calculated, it is possible to switch between the two control methods without causing a torque step when switching between the first and second control methods.
[0040]
  Claim13, 14, 15According to the described invention, using the second response time constant indicating the response delay time constant of the pressure change in the intake passage, the first order delay with respect to the actual intake air amount and the target intake air amount at the time of switching the control method. Since the processing is performed to calculate the target intake air amount at the time of switching the control method, the calculation for avoiding the occurrence of a torque step at the time of switching the control method can be made relatively simple.
[0041]
  Claim16According to the described invention, since the actual pressure in the intake passage is detected by the pressure sensor, a new sensor is required, but calculation for avoiding the occurrence of a torque step when switching the control method is performed. Claim13, 14, 15It is even simpler than the described invention.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine that employs an embodiment of an intake air amount control device for an internal combustion engine according to the present invention.
[0043]
In the intake passage 101 of the engine, an air cleaner 102, an air flow sensor 103, and a stall chamber 104 are disposed from the upstream side. The throttle valve 105 housed in the throttle chamber 104 can be adjusted in opening degree by a throttle actuator 106. The downstream side of the stottle chamber 104 is connected to an intake collector 107, and an intake passage 108 for each cylinder is branched from the intake collector 107.
[0044]
An injector 109 is disposed in the intake passage 108, and fuel is injected and supplied from the injector 109 into the intake passage 108. An intake valve 111 disposed between the intake passage 108 and the combustion chamber 110 is driven to open and close by an electromagnetic actuator 112. Similarly, the exhaust valve 114 disposed between the exhaust passage 113 and the combustion chamber 110 is also opened and closed by an electromagnetic actuator 115. The exhaust gas discharged to the exhaust passage 113 is purified by the catalyst 116 and then released to the atmosphere. 117 is a spark plug.
[0045]
Various controls when operating the engine are performed by an engine control module 120 (hereinafter, ECM 120). The ECM 120 includes an input port 121, a microprocessor 122, a memory 123, an output port 124, and the like. The memory 123 includes a ROM that stores a control program executed by the microprocessor 122, various control maps, control data, and the like, and a RAM that temporarily stores information during execution of the control program.
[0046]
The ECM 120 includes a signal indicating the intake air amount detected by the airflow sensor 103, a signal indicating the crank angle detected by the crank angle sensor 125, a signal indicating the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 126, and a water temperature sensor 127. A signal indicating the coolant temperature detected by the air-fuel ratio, a signal indicating the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 128, a signal indicating the pressure in the intake collector 107 detected by the pressure sensor 129, and the like are sent. It is read through the port 121 and used for arithmetic processing executed by the microprocessor 122. Various control signals obtained by this arithmetic processing are sent to the throttle actuator 106, the injector 109, the electromagnetic actuators 112 and 115, and the spark plug 117 via the output port 124.
[0047]
Further, the ECM 120 controls the opening degree through the throttle actuator 106 so that the throttle valve 105 reaches the target opening degree, and controls the closing timing of the intake valve 111 through the electromagnetic actuator 112 so as to become the target closing time. To do.
[0048]
Further, the ECM 120 mainly controls the intake air amount by controlling the opening degree of the throttle valve 105 or the second control method mainly controlling the closing timing of the intake valve 111 to control the intake air amount. A control method selecting means for selecting one of the control methods, a steady target engine torque calculating means for calculating a steady target engine torque indicating a steady target value of the engine torque based on an operating condition of the engine, and the steady target engine The target engine torque calculating means for calculating the target engine torque that follows the steady target engine torque with a predetermined delay based on the torque and the closing timing of the intake valve 111 when the first control method is selected. When the first target control method and the steady target closing timing setting means for setting the steady target closing timing indicating the steady target value as the reference closing timing and the first control method are selected, The steady target intake passage pressure calculating means for calculating the steady target intake passage pressure indicating the steady target value of the pressure in the intake passage 101 based on the closing timing and the second control method are selected. Based on the target engine torque and the steady target intake passage pressure when the second control method is selected and the steady target intake passage pressure setting means for setting the steady target intake passage pressure to the reference pressure A steady target closing timing calculating means for calculating a steady target closing timing, an actual intake passage pressure acquisition means for acquiring an actual intake passage pressure indicating an actual pressure in the intake passage 101, a steady target closing timing and a steady target. The target opening calculating means for calculating the target opening based on the intake passage pressure and the target closing timing calculating means for calculating the target closing time based on the target engine torque and the actual intake passage pressure. Is.
[0049]
The throttle actuator 106 operates in response to a target opening signal from the ECM 120, and makes the opening of the throttle valve 105 coincide with the target opening. The injector 109 operates in response to a fuel injection signal from the ECM 120, and supplies an amount of fuel such that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 110 becomes a predetermined air-fuel ratio (for example, the theoretical air-fuel ratio) at a predetermined time. To spray. The spark plug 117 operates upon receiving an ignition signal from the ECM, and performs spark ignition at a predetermined timing.
[0050]
The electromagnetic actuators 112 and 115 operate in response to a target opening / closing timing signal from the ECM 120 to open and close the intake valve 111 and the exhaust valve 114 at a predetermined timing. The structure of the electromagnetic actuators 112 and 115 will be described below with reference to FIG. The electromagnetic actuator shown in FIG. 2 can be applied to both the electromagnetic actuators 112 and 115. That is, the valve 202 in the figure may be either the intake valve 111 or the exhaust valve 114.
[0051]
In FIG. 2, 201 is an engine cylinder head, and 202 is a valve. The valve 202 is assumed to be slidable with respect to the cylinder head 201. A valve retainer 203 is fixed to the shaft portion of the valve 202. A valve spring 204 is compressed and mounted between the valve retainer 203 and the cylinder head 201. For this reason, the valve 202 is biased in the direction in which the port 201a of the cylinder head 201 is closed (the valve closing direction). .
[0052]
The cylinder head 201 is fixed with 205, 206, and 207 which are casings of the apparatus. Electromagnets 208 and 209 are provided in the housing. The electromagnets 208 and 209 are directly fixed to the housings 206 and 207.
[0053]
The electromagnets 208 and 209 are provided with electric coils 208a and 209a, respectively, and a current is passed through the electric coils 208a and 209a at a desired timing by a drive circuit (not shown). In that case, the attracting surfaces 208b and 209b of the electromagnet generate an attracting force.
[0054]
A shaft 210 is slidably installed at the center of the electromagnets 208 and 209. A movable plate 211 made of a soft magnetic material is fixed between the suction surface 208b of the electromagnet 208 and the suction surface 209b of the electromagnet 209 at an intermediate portion of the shaft 210. A spring seat 214 is fixed to the end of the shaft 210 opposite to the cylinder head 201, and the valve opening spring 215 that is compressed and installed between the spring cover 214 and the spring cover 216 fixed to the casing is used. Thus, the shaft 210 is urged in the valve opening direction (downward in the figure).
[0055]
The shaft 210 is provided coaxially with the shaft portion of the valve 202, and the end of the shaft 210 on the cylinder head side faces the top surface 202 a of the shaft of the valve 202. Therefore, when a force in the valve opening direction (downward in the figure) acts on the shaft 210, the shaft 210 pushes the valve 202 and opens the valve 202, and conversely, the shaft 210 is closed in the valve closing direction (shown in the figure). When the valve 202 moves upward, the valve 202 is displaced in the valve closing direction until the port 201a is blocked. In this way, the valve can be opened and closed by the suction operation of the electromagnets 208 and 209.
[0056]
217 is a sensor for measuring the displacement of the shaft 202. For example, the displacement of the shaft 202 is detected by using a potentiometer, and the open / close state of the valve is transmitted to a drive control circuit (not shown) by this detection signal.
[0057]
Next, intake air amount control of this embodiment will be described. In the present embodiment, the first control method for controlling the intake air amount by adjusting the opening degree of the throttle valve 105 with the closing timing of the intake valve 111 set as the reference closing timing, and the pressure in the intake passage 108 part as the reference pressure In this state, the second control method for controlling the intake air amount by adjusting the closing timing of the intake valve 111 is selectively switched and executed. It is assumed that the opening timing of intake valve 111 is always fixed at a predetermined timing (for example, intake TDC), and the opening / closing timing of exhaust valve 114 is always fixed at the predetermined timing.
[0058]
According to the first control method, since the pressure in the intake passage 108 is lower than the atmospheric pressure, the fuel injected into the intake passage 108 is easily vaporized, and the gas flow in the combustion chamber 110 is changed. It becomes relatively strong. For this reason, the first control method is an advantageous control method for ensuring the combustion stability of the engine. On the other hand, if the reference pressure is almost atmospheric pressure in the second control method, the pumping loss at the time of partial load operation can be greatly reduced, and operation with very good fuel consumption can be performed. Further, in the first control method, a delay occurs in the actual change of the intake air amount with respect to the adjustment of the opening degree of the throttle valve 105, whereas in the second control method, the actual intake air is adjusted with respect to the adjustment of the closing timing of the intake valve 111. There is also a difference that there is no delay in the change of air volume.
[0059]
FIG. 3 is a flowchart showing an intake air amount control program executed by the microprocessor 122 in the ECM 120. For example, it is assumed that it is periodically executed at a cycle of 10 msec.
[0060]
In step 1 (hereinafter referred to as S1), the steady target engine torque stTe is calculated based on the accelerator opening APS and the engine speed Ne as engine operating conditions. Specifically, the value is looked up from the control map in which stTe is stored in association with APS and Ne. The steady target engine torque stTe indicates a steady target value of the engine torque.
[0061]
That is, the engine torque in the steady state (a state where APS and Ne do not change) will eventually converge to the steady target engine torque stTe. Note that the accelerator opening APS and the engine speed Ne used in this step are set in the control program executed by the microprocessor 122 separately from the control program, and the accelerator opening Ne is set in the microprocessor 122 separately from the control program. It is assumed that the control program to be executed is calculated based on signals from the accelerator opening sensor 126 and the crank angle sensor 125 and stored in the memory 123.
[0062]
In S2, the reference closing timing IVCb of the intake valve 111 is calculated based on the engine rotational speed Ne. Specifically, the value is looked up from the control table in which IVCb is stored in correspondence with Ne. The reference closing timing IVCb is an intake valve closing timing that maximizes the intake charging efficiency and is basically a timing in the vicinity of the intake BDC. However, when the engine speed Ne increases, the intake valve 111 is closed after the BDC has passed. Therefore, IVCb is calculated from Ne to take this point into consideration.
[0063]
In S3, the response time constant Ta of the intake passage pressure is calculated based on the reference closing timing IVCb. Specifically, a value is looked up from a control table in which Ta is stored in association with IVCb. The response time constant Ta is a time constant indicating a response delay characteristic of the pressure in the intake passage 108 with respect to the opening / closing operation of the throttle valve 105, and is a value when the closing timing of the intake valve 111 is the reference closing timing IVCb. is there. This response delay characteristic changes mainly under the influence of the closing timing of the intake valve 111, but is also affected by the engine speed and the engine load (intake air amount). If Ta is calculated, the accuracy increases.
[0064]
In S4, the target engine torque tTe is calculated by subjecting the steady target engine torque stTe calculated in S1 to the first-order lag processing of the response time constant Ta. The change characteristic of the target engine torque tTe calculated by such a method is the change in torque generated by the engine when the opening degree of the throttle valve 105 is changed in a state where the closing timing of the intake valve 111 is the reference closing timing IVCb. It will match the characteristics.
[0065]
In S5, it is determined whether or not the first control method is selected. The control method is selected by a control program executed by the microprocessor 122 separately from this control program. For example, when the cooling water temperature is low and the engine has not been warmed up, or when the engine speed varies. The first control method is selected when the value is large, and the second control method is selected otherwise.
[0066]
If it is determined in S5 that the first control method is selected, the process proceeds from S6 to S7, and it is determined that the first control method is not selected (the second control method is selected). In this case, the process proceeds from S8 to S9.
[0067]
In S6, the steady target closing timing stIVC of the intake valve 111 is set as the reference closing timing IVCb. The steady target closing timing stIVC is a steady target value for the closing timing of the intake valve 111.
[0068]
In S7, the steady target intake passage pressure stP is calculated based on the steady target engine torque stTe and the steady target closing timing stIVC. The steady target intake passage pressure stP is a steady target value of the pressure in the intake passage 108, and the intake passage 108 when the generated torque of the engine becomes stTe in a state where the closing timing of the intake valve 111 coincides with stIVC. Is the pressure inside. The calculation performed here will be described below.
[0069]
The engine torque is obtained by subtracting loss torque due to pumping loss from torque generated by fuel combustion. Further, the magnitude of the torque generated by the combustion of the fuel is determined by the amount of air taken into the combustion chamber 110. Therefore, the relationship shown in the following formula (1) is established between them.
[0070]
[Expression 1]
Engine torque = f (intake air amount, pumping loss torque) (1)
The intake air amount is determined by the pressure in the intake passage 108 and the time during which the intake valve 111 is open. In the present embodiment, only the closing timing of the intake valve 111 is variable, and the valve opening time of the intake valve 111 is determined according to the intake valve closing timing. Therefore, the relationship shown in the following formula (2) is established between them.
[0071]
[Expression 2]
Intake air amount = f (intake passage pressure, intake valve closing timing) (2)
The pumping loss torque is determined by the intake passage pressure and the intake air amount. Therefore, the relationship shown in the following formula (3) is established between them.
[0072]
[Equation 3]
Heading loss torque = f (intake passage pressure, intake air amount) (3)
As described above, the three relational expressions (1) to (3) are established among the engine torque, the intake air amount, the pumping loss torque, the intake passage pressure, and the intake valve closing timing. If two of them are determined, the remaining values can be obtained.
[0073]
S7 is a calculation for obtaining the intake passage pressure from the previously determined engine torque and intake valve closing timing. As a specific calculation method, the three formulas may be solved directly, or the calculation result may be stored in the control map in advance and the stored value may be looked up.
[0074]
In S8 executed when the second control method is selected, the steady target intake passage pressure stP is set as the reference pressure Pb. In order to minimize the pumping loss torque, the reference pressure Pb may be set to atmospheric pressure. However, the vaporized fuel collected in the canister needs to be sucked into the intake passage. A slightly lower pressure (for example, −50 mmHg with respect to atmospheric pressure) is set as the reference pressure Pb.
[0075]
In S9, the steady target closing timing stIVC is calculated based on the target engine torque tTe and the steady target intake passage pressure stP. Here, the closing timing of the intake valve 111 when the generated torque of the engine becomes stTe in a state where the pressure in the intake passage 108 matches stP is calculated as the steady target closing timing stIVC. The calculation performed here is also a calculation based on the above-described three relational expressions.
[0076]
In S10, the target throttle opening tTVO is calculated based on the steady target closing timing stIVC and the steady target intake passage pressure stP. Since a certain relationship is established in the steady state among the intake passage pressure, the intake valve closing timing, and the throttle opening, the target opening of the throttle valve 105 is calculated based on this relationship. A target opening signal is generated according to the target throttle opening tTVO calculated here, and this signal is sent to the throttle actuator 106.
[0077]
In S11, the response time constant Tb of the intake passage pressure is calculated based on the previous value tIVCz of the target closing timing tIVC of the intake valve 111. Specifically, the value is looked up from the control table in which Tb is stored in association with tIBC.
[0078]
In S12, the first-order lag processing of the response time constant Tb is applied to the steady target intake passage pressure stP calculated in S7 or S8 to calculate the actual intake passage pressure rP. The actual intake passage pressure rP is a value indicating the actual pressure in the intake passage 108. If the pressure sensor 129 has sufficient accuracy and responsiveness, rP may be obtained from the sensor output. In this case, this step and S11 are unnecessary.
[0079]
In S13, the target closing timing tIVC is calculated based on the target engine torque tTe and the actual intake passage pressure rP. The calculation performed here is also a calculation based on the above-described three relational expressions. A target closing timing signal is generated according to the target closing timing tIVC calculated here, and this signal is sent to the electromagnetic actuator 112.
[0080]
FIG. 4 is a time chart when the intake air amount control method is switched from the first control method to the second control method, and FIG. 5 is a case where the intake air amount control method is switched from the second control method to the first control method. It is a time chart.
[0081]
In FIG. 4, the steady state is maintained until time t0, the steady target engine torque stTe and the target engine torque tTe, the steady target intake passage pressure stP and the actual intake passage pressure rP, the steady target closing timing stIVC and the target closing. The timings tIVC are in agreement. In particular, since the operation is being performed by the first control method, the closing timing of the intake valve 111 is the reference closing timing IVCb.
[0082]
When the accelerator opening APS increases stepwise at time t0, the steady target engine torque stTe also increases stepwise accordingly. On the other hand, the target engine torque tTe is calculated as a value asymptotic to the steady target engine torque stTe with a first-order lag. The time constant at this time is Ta.
[0083]
Between time t0 and t1, since the first control method is still selected, the steady target closing timing stIVC remains the reference closing timing IVCb. Since the steady target intake passage pressure stP is calculated from the steady target closing timing stIVC and the steady target engine torque stTe increased stepwise, the steady target intake passage pressure stP also increases stepwise at time t0. Similarly, the target throttle opening tTVO calculated from the steady target closing timing stIVC and the steady target intake passage pressure stP increased stepwise also increases stepwise at time t0.
[0084]
The actual intake passage pressure rP is calculated as a value that gradually approaches the steady target intake passage pressure stP with a first-order lag. At this time, in the actual engine, the pressure in the intake passage 108 gradually increases following the increase in the opening of the throttle valve 105, and the actual intake passage pressure rP is the actual pressure in the intake passage 108. Should almost match.
[0085]
The target closing timing tIVC is always calculated from the target engine torque tTe and the actual intake passage pressure rP, and the target closing timing tIVC is not forcibly set to the reference closing timing IVCb. Specifically, it is maintained at a time in the vicinity of the reference closing time IVCb. This is a natural result when viewed from the original method of calculating the target engine torque tTe.
[0086]
When the control method of the intake air amount is switched from the first control method to the second control method at time t1, the steady target intake passage pressure stP is set to the reference pressure Pb. Since the steady target closing timing stIVC is calculated from the steady target intake passage pressure stP and the increasing target engine torque tTe, the steady target closing timing stIVC is advanced stepwise at the time t1, and then gradually delayed. To change. In response to such a change in the steady target closing timing stIVC, the target throttle opening tTVO increases stepwise at the time t1, and then gradually increases.
[0087]
The actual intake passage pressure rP is calculated as a value that gradually approaches the steady target intake passage pressure stP, which has increased stepwise again, with a primary delay. The actual intake passage pressure rP at this time should also be substantially equal to the actual intake passage 108 pressure, but changes with a characteristic completely different from the change characteristic of the target engine torque tTe. However, since the target closing timing tIVC calculated from the target engine torque tTe and the actual intake passage pressure rP is gradually advanced, the torque generated by the engine coincides with the target engine torque tTe.
[0088]
On the other hand, in FIG. 5, the steady state is maintained until time t4, the steady target engine torque stTe, the target engine torque tTe, the steady target intake passage pressure stP, the actual intake passage pressure rP, and the steady target closing timing stIVC. And the target closing timing tIVC are in agreement. However, since the operation is being performed according to the second control method, the pressure in the intake passage 108 is in a state of matching the reference pressure Pb.
[0089]
From time t4 to t5, since the second control method is still selected, the steady target intake passage pressure stP remains at the reference pressure Pb. Since the steady target closing timing stIVC is calculated from the steady target intake passage pressure stP and the gradually increasing target engine torque tTe, the steady target closing timing stIVC also gradually changes from the time t4 to the delay side. Similarly, the target throttle opening tTVO calculated from the steady target intake passage pressure stP and the gradually increasing steady target closing timing stIVC also gradually increases from the time t4. During this time, the actual intake passage pressure rP remains unchanged at the reference pressure Pb, so that the steady target closing timing stIVC is directly calculated as the target closing timing tIVC.
[0090]
When the control method of the intake air amount is switched from the second control method to the first control method at time t5, the steady target closing timing stIVC is set to the reference closing timing IVCb. Since the steady target intake passage pressure stP is calculated from the steady target closing timing stIVC and the steady target engine torque stTe, the steady target intake passage pressure stP decreases stepwise at time t5. In response to such a change in the steady target intake passage pressure stP, the target throttle opening tTVO also decreases stepwise at the time t5.
[0091]
The actual intake passage pressure rP is calculated as a value that gradually approaches the steady target intake passage pressure stP, which decreases stepwise, with a first-order lag. The actual intake passage pressure rP at this time should also substantially match the actual intake passage 108 pressure. Here, the target closing timing tIVC calculated from the target engine torque tTe and the actual intake passage pressure rP gradually changes to the delay side, and the torque generated by the engine coincides with the target engine torque tTe.
[0092]
As described above, when the first control method is selected, the closing timing of the intake valve 111 becomes the reference closing timing IVCb except immediately after switching from the second control method, and by adjusting the opening of the throttle valve 105 The intake air amount, that is, the generated torque of the engine is controlled. On the other hand, when the second control method is selected, the pressure in the intake passage 108 becomes the reference pressure Pb except immediately after switching from the first control method, and the intake air amount is controlled by adjusting the closing timing of the intake valve 111. Is done.
[0093]
Further, the torque generated by the engine always coincides with the target engine torque tTe, and the torque does not change suddenly before and after the switching of the intake air amount control method. 4 and 5, the case where the control method is switched in the passing state immediately after the accelerator opening APS is changed has been described. However, even if the control method is switched during the steady state operation, the torque is changed. Of course, there is no sudden change.
[0094]
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The configuration of the internal combustion engine is the same as that shown in FIGS. 1 and 2, and only the control program executed by the microprocessor 122 in the ECM 120 is different from the previous embodiment.
[0095]
FIG. 6 is a flowchart showing a main control program periodically executed, for example, at a period of 10 msec. S600 for calculating the steady target intake air amount stQH01, S700 for calculating the actual intake air amount rQH01, and the steady target intake passage pressure. S800 for calculating stP, S900 for calculating the target intake air amount tQH02, S1000 for calculating the target intake air amount tQH03 at the time of switching the intake air amount control method, S1100 for calculating the target throttle opening tTVO, and calculating the target closing timing tIVC. S1200. Hereinafter, detailed processing in each step will be described.
[0096]
FIG. 7 is a flowchart showing the subprogram executed in S600 of FIG.
[0097]
In S601, an idle holding air amount Qi is calculated. The idle holding air amount Qi includes an air amount for maintaining the engine rotational speed at the idle set rotational speed and an air amount for obtaining torque corresponding to an auxiliary machine load such as an air conditioner.
[0098]
In S602, an idle hold amount throttle opening area Ai is calculated based on the idle hold air amount Qi. Specifically, a value obtained by multiplying the idle holding air amount Qi by a coefficient indicating the relationship between the throttle passing flow rate at the sonic flow rate and the throttle opening area is set as an idle holding throttle opening area Ai.
[0099]
In step S603, the throttle opening area Aa is calculated for the driver requested output based on the accelerator opening APS. Specifically, a value is looked up from a control table (FIG. 8) in which Aa is stored in association with APS.
[0100]
In S604, the throttle opening area A is calculated by adding the throttle opening area Ai for the idle holding amount and the throttle opening area Aa for the driver request output.
In S605, the parameter ANV is calculated by dividing the throttle opening area A by the engine speed Ne and the engine displacement V.
[0101]
In S606, the volume flow rate ratio QH0 is calculated based on the parameter ANV. Specifically, the value is looked up from the control table (FIG. 9) in which QH0 is stored in correspondence with ANV. The volume flow ratio QH0 is a value indicating the volume of the intake air amount in the standard state with respect to the engine stroke volume. In the control table of FIG. 9, for example, the intake valve 111 is opened by the intake TDC and the intake BDC is closed. The volume flow rate ratio is stored. In the present embodiment, this volume flow rate ratio is used as the intake air amount.
[0102]
In S607, the steady target intake air amount stQH01 is set to the volume flow rate ratio QH0. The steady target intake air amount stQH01 is a steady target value of the intake air amount when the first control method is selected. That is, the intake air amount in the steady state when the first control method is selected eventually converges to the steady target intake air amount stQH01.
[0103]
FIG. 10 is a flowchart showing the subprogram executed in S700 of FIG.
In S701, a response time constant Ta is calculated. This response time constant Ta is the same as the response time constant Ta of the previous embodiment.
[0104]
In S702, the actual target intake air amount rQH01 is calculated by subjecting the steady target intake air amount stQH01 calculated in S607 of FIG. The actual intake air amount rQH01 is a value indicating the actual intake air amount when operating in the first control method.
[0105]
FIG. 11 is a flowchart showing the subprogram executed in S800 of FIG.
[0106]
In S801, it is determined whether or not the first control method is selected.
If it is determined in S801 that the first control method is selected, the process proceeds to S802, and the steady target intake passage pressure stP is calculated based on the steady target intake air amount stQH01 and the engine speed Ne. Specifically, the value is looked up from the control map in which stP is stored in association with stQH01 and Ne. The steady target intake passage pressure stP is a value indicating a steady target value of the pressure in the intake passage 108.
[0107]
If it is determined in S801 that the first control method is not selected (the second control method is selected), the process proceeds to S803, and the steady target intake passage pressure stP is set as the reference pressure Pb. Note that Pb may be changed according to engine operating conditions such as cooling water temperature.
[0108]
FIG. 12 is a flowchart showing the subprogram executed in S900 of FIG.
[0109]
In S901, a correction coefficient PUMP1 for correcting the difference in pumping loss between the first control method and the second control method is calculated. The correction coefficient PUMP1 is a value obtained from a control map created based on the rate of change data obtained by conducting an experiment in advance to measure the amount of air that the engine outputs the same torque in the first control method and the second control method. Can be obtained by looking up.
[0110]
In S902, a correction coefficient k for correcting the difference in combustion efficiency between the first control method and the second control method is calculated. The correction coefficient k is a value obtained from a control map created based on the change rate data obtained by conducting an experiment in advance to measure the amount of air in which the first control method, the second control method, and the output engine output the same torque. Can be obtained by looking up.
[0111]
In S903, the actual intake air amount rQH01 calculated in S702 of FIG. 10 is corrected with the correction coefficients PUMP1 and k to calculate the target intake air amount tQH02. The target intake air amount tQH02 is a value indicating the target value of the intake air amount when the second control method is selected. During operation by the second control method, the same amount of torque as that during operation by the first control method can be generated by matching the intake air amount with the target intake air amount tQH02, and the torque response to the accelerator operation The gender can be equal.
[0112]
FIG. 13 is a flowchart showing the subprogram executed in S1000 of FIG.
[0113]
In S1001, a response time constant Tb is calculated. This response time constant Tb is the same as the response time constant Tb of the previous embodiment.
In S1002, it is determined whether or not the first control method is selected.
In S1003, it is determined whether or not the second control method was selected when the program was executed last time.
[0114]
  S1002NO judgment, Judgment of S1003Is YWhen ES, that is, the second control methodIs selected continuouslyWhen the process proceeds to S1004,EyeThe target intake air amount tQH03 is set to the previously calculated value tQH02 (old) of the target intake air amount tQH02. That is, the second control methodIs selected continuouslyWhenStraightThe subsequent target intake air amount tQH03 is calculated using the previous target intake air amount tQH02 as an initial value.
[0115]
  When the determination of S1002 is NO and the determination of S1003 is NO, that is, when switching from the first control method to the second control method is performed, the process proceeds to S1005,Just before switchingActual intake air volume rQH01And the target intake air amount tQH02 after switchingAgainst,Apply first-order lag processing for response time constant Tb,A target intake air amount tQH03 at the time of switching the intake air amount control method is calculated.
[0116]
In S1006, it is determined whether or not the first control method was selected when the program was executed last time.
[0117]
  S1002 is determinedYESWhen the determination in S1006 is YES, that is, the first control methodIs selected continuouslyWhen the process proceeds to S1007,EyeThe target intake air amount tQH03 is set as the previous calculated value rQH01 (old) of the actual intake air amount rQH01. That is, the first control methodIs selected continuouslyWhenStraightThe subsequent target intake air amount tQH03 is calculated with the previous actual intake air amount rQH01 as an initial value.
[0118]
  When the determination in S1002 is YES and the determination in S1006 is NO, that is, when switching from the second control method to the first control method is performed, the process proceeds to S1008, and the target intake air amount tQH02And actual intake air amount rQH01Against,Apply first-order lag processing for response time constant Tb,A target intake air amount tQH03 at the time of switching the intake air amount control method is calculated.
[0119]
FIG. 14 is a flowchart showing the subprogram executed in S1100 of FIG.
[0120]
In S1101, it is determined whether the first control method is selected. If the determination in this step is YES, S1102 and S1103 are subsequently executed, and if the determination in this step is NO, S1104 to S1106 are executed.
[0121]
In S1102, the parameter ANVm is calculated based on the steady target air amount stQH01. Specifically, the value is looked up from the control table (FIG. 15) in which ANVm is stored in correspondence with stQH01. The parameter ANVm indicates a value obtained by dividing the throttle opening area A by the engine rotational speed Ne and the engine exhaust amount V when the intake valve closing timing set in the first control method is set.
[0122]
In S1103, the throttle opening area At is calculated by multiplying the parameter ANVm by the engine rotational speed Ne and the engine displacement V.
[0123]
In S1104, the coefficient C is calculated based on the steady target intake passage pressure stP. Specifically, the value is looked up from the control table (FIG. 16) in which C is stored in correspondence with stP. When the pressure in the intake passage is constant, a proportional relationship is established between the value obtained by dividing the throttle opening area A by the engine rotational speed Ne and the engine displacement V and the volume flow rate ratio. The proportionality coefficient at this time is the coefficient C. The steady target intake passage pressure stP used here is stP (= Pb) set in S803 of FIG.
[0124]
In S1105, the parameter ANVe is calculated by multiplying the target intake air amount tQH02 by the coefficient C. The parameter ANVe indicates a value obtained by dividing the throttle opening area A in the second control method by the engine rotational speed Ne and the engine displacement V.
In S1106, the throttle opening area At is calculated by multiplying the parameter ANVe by the engine rotational speed Ne and the engine displacement V.
[0125]
In S1107, the target throttle opening tTVO is calculated based on the throttle opening area At calculated in S1103 or S1106. Specifically, a value is looked up from a control table (FIG. 17) in which tTVO is stored in association with At.
[0126]
FIG. 18 is a flowchart showing a subprogram executed in S1200 of FIG.
[0127]
In S1201, it is determined whether or not the first control method is selected.
If it is determined in S1201 that the first control method has been selected, the process proceeds to S1202, and it is determined whether or not the elapsed time since the switching of the intake air amount control has exceeded a predetermined time ε. To do.
[0128]
If it is determined in S1202 that the elapsed time exceeds ε, the process proceeds to S1203, and the target closing timing tIVC is set as the reference closing timing IVCb.
[0129]
If the elapsed time does not exceed ε, the process proceeds to S1204, and the maximum intake air amount QH0max is calculated based on the steady target intake passage pressure stP. Specifically, the value is looked up from the control table (FIG. 19) in which QH0max is stored in association with stP. The maximum intake air amount QH0max is a value indicating the maximum amount of air that can be sucked in a state where the pressure in the intake passage 108 matches the steady target intake passage pressure stP. The steady target intake passage pressure stP used here is stP calculated in S802 of FIG.
[0130]
In S1205, the intake valve opening period IVP is calculated by multiplying the crank angle from TDC to BDC by 180 ° by the ratio of the target intake air amount tQH03 and the maximum intake air amount QH0max.
[0131]
In S1206, the temporary closing timing IVC0 of the intake valve 111 is calculated based on the intake valve opening period IVP. The temporary closing timing IVC0 is a value indicating the closing timing of the intake valve 111 at which the intake air amount becomes the target intake air amount tQH03 when the pressure in the intake passage 108 is the steady target intake passage pressure stP.
[0132]
In step S1207, a first-order delay process for the response time constant Tb is performed on the temporary closing timing IVC0 to calculate the target closing timing tIVC. With this processing, the actual intake air amount becomes equal to the target intake air amount tQH03.
[0133]
If it is determined in S1201 that the first control method is not selected (the second control method is selected), the process proceeds to S1208, and the maximum intake air amount QH0max is set based on the steady target intake passage pressure stP. calculate. This calculation is the same as the processing performed in S1204, but the steady target intake passage pressure stP used here is stP (= Pb) set in S803 of FIG.
[0134]
In S1209, it is determined whether or not the elapsed time since the switching of the intake air amount control has exceeded a predetermined time ε.
If it is determined in S1209 that the elapsed time exceeds ε, the process proceeds to S1210, and the intake valve opening period IVP is calculated by multiplying 180 ° by the ratio of the target intake air amount tQH02 and the maximum intake air amount QH0max. To do.
[0135]
In S1211, the temporary closing timing IVC0 of the intake valve 111 is calculated based on the intake valve opening period IVP.
In S1212, the temporary closing timing IVC0 is set as the target closing timing tIVC as it is.
[0136]
If the elapsed time does not exceed ε, the process proceeds to S1213, and the intake valve opening period IVP is calculated by multiplying 180 ° by the ratio of the target intake air amount tQH03 and the maximum intake air amount QH0max.
[0137]
In S1214, the temporary closing timing IVC0 of the intake valve 111 is calculated based on the intake valve opening period IVP.
In step S1215, a first-order lag process for the response time constant Tb is performed on the temporary closing timing IVC0 to calculate the target closing timing tIVC.
[0138]
FIG. 20 is a time chart when the intake air amount control method is switched from the first control method to the second control method, and FIG. 21 is a case where the intake air amount control method is switched from the second control method to the first control method. It is a time chart.
[0139]
In FIG. 20, first, it is assumed that at time t0 in the first control method, the accelerator opening APS increases stepwise. As a result, the steady target intake air amount stQH01 in the first control method also increases stepwise, but the actually sucked air amount follows with a delay as indicated by the actual intake air amount rQH01. The target throttle opening tTVO increases stepwise according to the steady target intake air amount stQH01 that increases stepwise immediately after t0.
[0140]
At this time, the target intake air amount tQH02 increases as the actual intake air amount rQH01 increases, but the asymptote is at a position smaller than the steady target intake air amount stQH01. This is because the amount of air required to keep the output during switching constant is different.
[0141]
Next, at time t1, it is assumed that the switching condition for intake air amount control is satisfied and switching from the first control method to the second control method is started.
[0142]
The target intake air amount tQH03 at the time of switching the intake air amount control method is adjusted to the change characteristic of the pressure in the intake passage having the response time constant Tb with the actual intake air amount rQH01 immediately before the switching start point (t1) as an initial value. Then, it is calculated so as to approach the target intake air amount tQH02. The target closing timing tIVC is also calculated in accordance with the change characteristic of the intake passage pressure having the response time constant Tb.
[0143]
On the other hand, in FIG. 21, the target intake air amount tQH02 immediately before the switching start point (t5) is set as an initial value, and asymptotic to the actual intake air amount rQH01 in accordance with the change characteristic of the intake passage pressure having the response time constant Tb. Thus, the target intake air amount tQH03 at the time of switching is calculated.
[0144]
Further, in calculating the target throttle opening tTVO, the steady target intake air amount stQH01 and the target intake air amount tQH02 are switched in accordance with the switching of the intake air amount control, and the opening calculation is performed based on the target intake air amount. Do.
[0145]
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment differs from the second embodiment only in the processing contents of the subprogram (S1200 in FIG. 6) for calculating the target closing time tIVC. This subprogram shown in FIG. 22 can be used when the pressure sensor 129 has sufficient accuracy and responsiveness.
[0146]
In S1221, the maximum intake air amount QH0max is calculated based on the actual intake passage pressure rP obtained from the signal of the pressure sensor 129. The control table used here is the same as the table shown in FIG. 19 used in the second embodiment. However, since the maximum intake air amount QH0max is obtained from the actual pressure in the intake passage 108, the maximum intake air amount QH0max is a value indicating the maximum amount of air that the engine can actually inhale.
[0147]
In S1222, it is determined whether the first control method is selected.
In S1223, it is determined whether or not the elapsed time since the switching of the intake air amount control has exceeded a predetermined time ε.
[0148]
In S1224, the target closing timing tIVC is set as the reference closing timing IVCb.
In S1225, the intake valve opening period IVP is calculated by multiplying 180 °, which is the crank angle from TDC to BDC, by the ratio of the target intake air amount tQH03 and the maximum intake air amount QH0max.
[0149]
In S1226, the target closing timing tIVC is calculated based on the intake valve opening period IVP. In this embodiment, unlike the second embodiment, the target closing timing tIVC can be calculated directly from the intake valve opening period IVP without obtaining the temporary closing timing IVC0.
[0150]
In S1227, it is determined whether or not the elapsed time since the switching of the intake air amount control has exceeded a predetermined time ε.
In S1228, the intake valve opening period IVP is calculated by multiplying 180 ° by the ratio of the target intake air amount tQH02 and the maximum intake air amount QH0max.
[0151]
In S1229, the target closing timing tIVC is calculated based on the intake valve opening period IVP.
In S1230, the intake valve opening period IVP is calculated by multiplying 180 ° by the ratio of the target intake air amount tQH03 and the maximum intake air amount QH0max.
In S1231, the target closing timing tIVC is calculated based on the intake valve opening period IVP.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of an internal combustion engine to which an intake air amount control device for an internal combustion engine according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a configuration of an intake / exhaust valve according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an intake air amount control program executed by a microprocessor in an engine control module (ECM) in the first embodiment.
FIGS. 4A and 4B are: (a) accelerator opening, (b) engine torque, and (c) in the intake passage when the intake air amount control method in the first embodiment is switched from the first control method to the second control method. 4 is a time chart showing pressure, (d) intake valve closing timing, and (e) throttle opening.
FIGS. 5A and 5B show (a) accelerator opening, (b) engine torque, and (c) in the intake passage when the intake air amount control method in the first embodiment is switched from the second control method to the first control method. 4 is a time chart showing pressure, (d) intake valve closing timing, and (e) throttle opening.
FIG. 6 is a schematic flowchart showing an intake air amount control program executed by a microprocessor in an engine control module (ECM) in the second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of a steady target intake air amount tQH01 calculation subprogram in the second embodiment.
FIG. 8 is a graph showing an example of a control table storing a throttle opening area Aa for a driver requested output corresponding to an accelerator opening APS.
FIG. 9 is a graph showing an example of a control table storing a volume flow rate ratio QH0 corresponding to a parameter ANV.
FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of an actual intake air amount rQH01 calculation subprogram in the second embodiment.
FIG. 11 is a flowchart illustrating the operation of a steady target intake passage pressure stP calculation subprogram in the second embodiment.
FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of a target intake air amount tQH02 calculation subprogram in the second embodiment.
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of a target intake air amount tQH03 calculation subprogram when the intake air amount control method is switched in the second embodiment.
FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of a target throttle opening tTVO calculation subprogram in the second embodiment.
FIG. 15 is a graph showing an example of a control table storing a parameter ANVm corresponding to the steady target air amount stQH01.
FIG. 16 is a graph showing an example of a control table in which a coefficient C is stored corresponding to the steady target intake passage pressure stP.
FIG. 17 is a graph showing an example of a control table storing a target throttle opening tTVO corresponding to the throttle opening area At.
FIG. 18 is a flowchart illustrating an operation of a target closing timing tIVC calculation subprogram in the second embodiment.
FIG. 19 is a graph showing an example of a control table storing a maximum intake air amount QH0max corresponding to a steady target intake passage pressure stP.
FIGS. 20A and 20B are (a) accelerator opening, (b) intake air amount, and (c) intake passage when switching the intake air amount control method from the first control method to the second control method in the second embodiment. It is a time chart which respectively shows internal pressure, (d) intake valve closing timing, and (e) throttle opening.
FIG. 21 shows (a) accelerator opening, (b) intake air amount, and (c) intake passage when switching the intake air amount control method from the second control method to the first control method in the second embodiment. It is a time chart which respectively shows internal pressure, (d) intake valve closing timing, and (e) throttle opening.
FIG. 22 is a flowchart for explaining the operation of a target closing time tIVC calculation subprogram in the third embodiment.
[Explanation of symbols]
101 Intake passage
102 Air cleaner
103 Air flow sensor
104 Throttle chamber
105 Throttle valve
106 Throttle actuator
107 Intake collector
108 Air intake passage
109 injector
110 Combustion chamber
111 Intake valve
112 Electromagnetic actuator
113 Exhaust passage
114 Exhaust valve
115 Electromagnetic actuator
116 Catalyst
117 spark plug
120 Engine control module (ECM)
121 Input port
122 Microprocessor
123 memory
124 output port
125 Crank angle sensor
126 Accelerator position sensor
127 Water temperature sensor
128 Air-fuel ratio sensor
129 Pressure sensor

Claims (16)

機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、
機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、
前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記吸気弁の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標機関トルクと前記定常目標閉時期とに基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標機関トルクと前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、
前記吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、
前記定常目標閉時期と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記目標機関トルクと前記実吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
A throttle valve disposed in the intake passage of the engine, the opening degree of which is controlled so as to be the target opening degree;
An intake valve which is disposed between the intake passage and the combustion chamber of the engine and whose closing timing is controlled so as to reach a target closing timing;
Either a first control method that mainly controls the opening degree of the throttle valve to control the intake air amount or a second control method that mainly controls the intake valve closing timing to control the intake air amount. Control method selection means for selecting one;
A steady target engine torque calculating means for calculating a steady target engine torque indicating a steady target value of the engine torque based on an engine operating condition;
Target engine torque calculating means for calculating a target engine torque that follows the steady target engine torque with a predetermined delay based on the steady target engine torque;
A stationary target closing timing setting means for setting a stationary target closing timing indicating a stationary target value of the closing timing of the intake valve as a reference closing timing when the first control method is selected;
When the first control method is selected, a steady target intake passage pressure indicating a steady target value of the pressure in the intake passage is calculated based on the steady target engine torque and the steady target closing timing. A steady target intake passage pressure calculating means for
A steady target intake passage pressure setting means for setting the steady target intake passage pressure to a reference pressure when the second control method is selected;
A steady target closing timing calculating means for calculating the steady target closing timing based on the target engine torque and the steady target intake passage pressure when the second control method is selected;
An actual intake passage pressure acquisition means for acquiring an actual intake passage pressure indicating an actual pressure in the intake passage;
A target opening calculation means for calculating the target opening based on the steady target closing timing and the steady target intake passage pressure;
Target closing timing calculating means for calculating the target closing timing based on the target engine torque and the actual intake passage internal pressure;
An intake air amount control device for an internal combustion engine, comprising:
吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the closing timing of the intake valve that maximizes the charging efficiency of the intake air is set as the reference closing timing. 大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  2. The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a pressure near atmospheric pressure is set as the reference pressure. 前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段をさらに備え、
前記目標機関トルク算出手段は、前記定常目標機関トルクに対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記目標機関トルクを算出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
A first response time constant calculating means for calculating a first response time constant indicating a time constant of a response delay of a pressure change in the intake passage with respect to a change in the opening of the throttle valve based on the reference closing timing;
2. The intake of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the target engine torque calculation means calculates the target engine torque by performing a first-order lag processing of the first response time constant with respect to the steady target engine torque. Air quantity control device.
前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第2応答時定数を算出する第2応答時定数算出手段をさらに備え、
前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記定常目標吸気通路内圧力に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して前記実吸気通路内圧力を取得することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
A second response time constant calculating means for calculating a second response time constant indicating a time constant of a response delay of a pressure change in the intake passage with respect to a change in the opening degree of the throttle valve based on the target closing timing;
2. The actual intake passage pressure obtaining unit obtains the actual intake passage pressure by performing first-order lag processing of the second response time constant on the steady target intake passage pressure. An intake air amount control device for an internal combustion engine as described.
前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記吸気通路内の実際の圧力を検出する圧力センサを含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  2. The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the actual intake passage pressure acquisition means includes a pressure sensor for detecting an actual pressure in the intake passage. 機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、
機関の運転条件に基づいて、前記第1の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第2の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、
前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第1の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、
前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量にポンピングロス低下分の補正を施して前記目標吸入空気量を算出することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
A throttle valve disposed in the intake passage of the engine, the opening degree of which is controlled so as to be the target opening degree;
An intake valve which is disposed between the intake passage and the combustion chamber of the engine and whose closing timing is controlled so as to reach a target closing timing;
Either the first control method that controls the intake air amount mainly by controlling the opening degree of the throttle valve or the second control method that controls the intake air amount mainly by controlling the closing timing of the intake valve. Control method selection means for selecting one;
A steady target intake air amount calculating means for calculating a steady target intake air amount indicating a steady target value of the intake air amount when the first control method is selected, based on the operating condition of the engine;
A target intake air amount calculating means for calculating a target intake air amount indicating a target value of the intake air amount when the second control method is selected based on the steady target intake air amount;
Target opening degree calculating means for calculating the target opening degree based on the steady target intake air amount when the first control method is selected;
Target closing timing setting means for setting the target closing timing to a reference closing timing when the first control method is selected;
Target opening setting means for setting the target opening to a predetermined opening at which the pressure in the intake passage becomes a reference pressure when the second control method is selected;
A target closing timing calculating means for calculating the target closing timing based on the target intake air amount when the second control method is selected;
A first response time constant calculating means for calculating a first response time constant indicating a time constant of a response delay of a change in intake air amount with respect to a change in opening of the throttle valve based on the reference closing timing;
An actual intake air amount calculation means for performing a first-order lag process on the steady target intake air amount to calculate an actual intake air amount indicating an actual intake air amount when the first control method is selected. And comprising
The intake air amount control device for an internal combustion engine, wherein the target intake air amount calculation means calculates the target intake air amount by correcting the actual intake air amount for a decrease in pumping loss .
機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、A throttle valve disposed in the intake passage of the engine, the opening degree of which is controlled so as to be the target opening degree;
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、  An intake valve which is disposed between the intake passage and the combustion chamber of the engine and whose closing timing is controlled so as to reach a target closing timing;
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、  Either the first control method that controls the intake air amount mainly by controlling the opening degree of the throttle valve or the second control method that controls the intake air amount mainly by controlling the closing timing of the intake valve. Control method selection means for selecting one;
機関の運転条件に基づいて、前記第1の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、  A steady target intake air amount calculating means for calculating a steady target intake air amount indicating a steady target value of the intake air amount when the first control method is selected, based on the operating condition of the engine;
前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第2の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、  A target intake air amount calculating means for calculating a target intake air amount indicating a target value of the intake air amount when the second control method is selected based on the steady target intake air amount;
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、  Target opening degree calculating means for calculating the target opening degree based on the steady target intake air amount when the first control method is selected;
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、  Target closing timing setting means for setting the target closing timing to a reference closing timing when the first control method is selected;
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、  Target opening setting means for setting the target opening to a predetermined opening at which the pressure in the intake passage becomes a reference pressure when the second control method is selected;
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、  A target closing timing calculating means for calculating the target closing timing based on the target intake air amount when the second control method is selected;
前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段と、  A first response time constant calculating means for calculating a first response time constant indicating a time constant of a response delay of a change in intake air amount with respect to a change in the opening of the throttle valve based on the reference closing timing;
前記定常目標吸入空気量に対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第1の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、  An actual intake air amount calculation means for performing a first-order lag process on the steady target intake air amount to calculate an actual intake air amount indicating an actual intake air amount when the first control method is selected. And comprising
前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量に燃焼効率悪化分の補正を加えて前記目標吸入空気量を算出することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。  The target intake air amount calculation device is configured to calculate the target intake air amount by correcting the actual intake air amount by correcting the deterioration of combustion efficiency.
機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるArranged in the intake passage of the engine, the opening degree is controlled so as to be the target opening degree スロットル弁と、A throttle valve,
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、  An intake valve which is disposed between the intake passage and the combustion chamber of the engine and whose closing timing is controlled so as to reach a target closing timing;
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第1の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第2の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、  Either the first control method that controls the intake air amount mainly by controlling the opening degree of the throttle valve or the second control method that controls the intake air amount mainly by controlling the closing timing of the intake valve. Control method selection means for selecting one;
機関の運転条件に基づいて、前記第1の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、  A steady target intake air amount calculating means for calculating a steady target intake air amount indicating a steady target value of the intake air amount when the first control method is selected, based on the operating condition of the engine;
前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第2の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、  A target intake air amount calculating means for calculating a target intake air amount indicating a target value of the intake air amount when the second control method is selected based on the steady target intake air amount;
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、  Target opening degree calculating means for calculating the target opening degree based on the steady target intake air amount when the first control method is selected;
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、  Target closing timing setting means for setting the target closing timing to a reference closing timing when the first control method is selected;
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、  Target opening setting means for setting the target opening to a predetermined opening at which the pressure in the intake passage becomes a reference pressure when the second control method is selected;
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、  A target closing timing calculating means for calculating the target closing timing based on the target intake air amount when the second control method is selected;
制御方式の選択切換時の吸入空気量の目標値を示す制御方式切換時目標吸入空気量を算出する制御方式切換時目標吸入空気量算出手段と、  Control method switching target intake air amount calculating means for calculating a control method switching target intake air amount indicating a target value of intake air amount at the time of control method selection switching;
制御方式の選択が切り換えられたときに、前記制御方式切換時目標吸入空気量に基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出する制御方式切換時目標閉時期算出手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。  And a control system switching target closing timing calculating means for calculating the target closing timing at the time of control system switching based on the control system switching target intake air amount when the selection of the control system is switched. An intake air amount control apparatus for an internal combustion engine.
吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを特徴とする請求項7乃至9の何れか1項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 7 to 9, wherein the closing timing of the intake valve that maximizes the charging efficiency of the intake air is set as the reference closing timing. 大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを特徴とする請求項7乃至9の何れか1項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 7 to 9, wherein a pressure near atmospheric pressure is set as the reference pressure. 前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第1応答時定数を算出する第1応答時定数算出手段と、  A first response time constant calculating means for calculating a first response time constant indicating a time constant of a response delay of a change in intake air amount with respect to a change in the opening of the throttle valve based on the reference closing timing;
前記定常目標吸入空気量に対し前記第1応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第1の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段とをさらに備え、  An actual intake air amount calculation means for performing a first-order lag process on the steady target intake air amount to calculate an actual intake air amount indicating an actual intake air amount when the first control method is selected. And further comprising
前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、前記目標吸入空気量と前記実吸入空気量とに基づいて前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  10. The control method switching target intake air amount calculating means calculates the control method switching target intake air amount based on the target intake air amount and the actual intake air amount. Intake air amount control device for internal combustion engine.
前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第2応答時定数を算出する第2応答時定数算出手段をさらに備え、  A second response time constant calculating means for calculating a second response time constant indicating a time constant of a response delay of a pressure change in the intake passage with respect to a change in the opening degree of the throttle valve based on the target closing timing;
前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第1の制御方式から前記第2の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記実吸入空気量と切り換え後の前記目標吸入空気量に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項12に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  When the control method is switched from the first control method to the second control method, the target intake air amount calculating means at the time of switching the control method is changed to the actual intake air amount immediately before the switching and the target after the switching. 13. The intake air amount control apparatus for an internal combustion engine according to claim 12, wherein a first-order lag process is performed on the intake air amount to calculate a target intake air amount at the time of switching the control method.
前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第2応答時定数を算出する第2応答時定数算出手段をさらに備え、  A second response time constant calculating means for calculating a second response time constant indicating a time constant of a response delay of a pressure change in the intake passage with respect to a change in the opening degree of the throttle valve based on the target closing timing;
前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第2の制御方式から前記第1の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記目標吸入空気量と切り換  The target intake air amount calculating means at the time of switching the control method switches to the target intake air amount immediately before the switching when the control method is switched from the second control method to the first control method. え後の前記実吸入空気量に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項12に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。13. The intake of the internal combustion engine according to claim 12, wherein a first-order lag process of the second response time constant is performed on the actual intake air amount after calculation to calculate the target intake air amount at the time of switching the control method. Air quantity control device.
前記第1の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、  When the first control method is selected, a steady target intake passage pressure that calculates a steady target intake passage pressure indicating a steady target value of the pressure in the intake passage is calculated based on the steady target intake air amount. Pressure calculating means;
前記第2の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を前記基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、  Steady target intake passage pressure setting means for setting the steady target intake passage pressure to the reference pressure when the second control method is selected;
前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記吸気通路内の圧力が前記定常目標吸気通路内圧力と一致していると仮定した場合に吸入空気量が前記制御方式切換時目標吸入空気量と一致する前記吸気弁の閉時期を示す仮閉時期を算出する仮閉時期算出手段とをさらに備え、  Based on the target intake air amount when switching the control method and the steady target intake passage pressure, it is assumed that the intake air amount is the same as the steady target intake passage pressure. A temporary closing timing calculating means for calculating a temporary closing timing indicating a closing timing of the intake valve that coincides with the target intake air amount at the time of switching the control method;
前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記仮閉時期に対し前記第2応答時定数の一次遅れ処理を施して制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを特徴とする請求項13または14に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  The control system switching target closing time calculating means performs a first-order lag processing of the second response time constant on the temporary closing timing to calculate the target closing timing at the time of control system switching. The intake air amount control device for an internal combustion engine according to 13 or 14.
吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を検出する圧力センサをさらに備え、  A pressure sensor for detecting an actual intake passage pressure indicating an actual pressure in the intake passage;
前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記実吸気通路内圧力とに基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。  The control system switching target closing timing calculation means calculates the target closing timing at the time of control system switching based on the control system switching target intake air amount and the actual intake passage pressure. The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 9.
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