JP4583362B2 - 内燃機関の動弁制御装置 - Google Patents
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Description
しかし、前記ソニック領域は、アイドル運転で要求されるリフト量よりも小さい領域となる場合があり、作動角・リフトの学習補正値を学習する機会が充分に得られなくなってしまうことがあった。
そして、前記推定空気量と検出空気量とから、空気量ばらつきに対する中心位相及び/又は作動角・リフトの影響度合いを算出することで、そのときの発生している空気量のばらつきが、作動角・リフト(又は中心位相)にどの程度影響を受けて生じているかを判断し、前記影響度に応じて学習結果を補正することで、作動角・リフト依存分と中心位相依存分とに分離する。
請求項2記載の発明では、前記学習領域内において、中心位相に依存する吸入空気量のばらつきと、作動角・リフトに依存する吸入空気量のばらつきとの一方を学習し、前記学習結果を前記影響度合いで補正し、前記補正した学習結果に基づく補正制御状態で、他方に依存する吸入空気量のばらつきを学習することを特徴とする。
次いで、前記学習結果に基づいて補正制御することで、中心位相に依存する吸入空気量のばらつきと作動角・リフトに依存する吸入空気量のばらつきとの一方が解消された状態とし、このときに発生する吸入空気量のばらつきを他方の影響に因るものとして学習を行わせる。
請求項3記載の発明では、前記学習領域内において、吸入空気量のばらつきを作動角・リフトに依存するものとして学習し、学習結果を前記影響度合いで補正し、前記補正した学習結果に基づく補正制御状態で、中心位相に依存する吸入空気量のばらつきを学習することを特徴とする。
次いで、前記学習結果に基づいて補正制御することで、作動角・リフトに依存する吸入空気量のばらつきが解消された状態とし、このときに発生する吸入空気量のばらつきを中心位相に依存するものとして学習を行わせる。
請求項4記載の発明では、機関運転状態から推定される吸入空気量と、流量計によって検出された実際の吸入空気量との偏差に基づいて、吸入空気量のばらつきを学習することを特徴とする。
従って、吸気バルブの中心位相又は作動角・リフトにばらつきが生じても、機関運転状態(吸気バルブのリフト特性の指令値)から予測される吸入空気量に高精度に制御できるようになる。
上記発明によると、各バンクに設けられる中心位相可変機構及び作動角・リフト可変機構の特性がバンク間でばらつくことに因るバンク間での吸入空気量のばらつきが学習される。
請求項6記載の発明では、吸気バルブの開口面積に比例して機関の吸入空気量が変化する領域での吸入空気量のばらつきを、作動角・リフトに依存するものとして学習し、吸気バルブの開口面積の変化に対して機関の吸入空気量が略変化しない領域での吸入空気量のばらつきを、中心位相に依存するものとして学習することを特徴とする。
図1は、実施形態における車両用内燃機関のシステム図である。
図1において、内燃機関101は、左右2つのバンクからなるV型機関である。
前記機関101の吸気管102には、電子制御スロットル104が介装され、該電子制御スロットル104を通過した空気は、各バンクに分配された後、更に、各気筒に分配される。
燃焼排気は、燃焼室106から排気バルブ107を介して排出された後、バンク毎に排気が集合され、バンク毎に設けられるフロント触媒108a,108b及びリア触媒109a,109bで浄化される。
前記リア触媒109a,109bで浄化された後のバンク毎の排気は、合流してマフラーに103に流入し、その後大気中に放出される。
一方、吸気バルブ105側には、吸気バルブ105のリフトを作動角と共に連続的に可変とする作動角・リフト可変機構112a,112bがバンク毎に設けられる。
更に、吸気バルブ105側には、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ105の作動角の中心位相を連続的に可変制御する中心位相可変機構113a,113bがバンク毎に設けられる。
前記電子制御ユニット114には、機関101の吸入空気流量を検出するエアフローメータ115(流量計)、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ116、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ117、電子制御スロットル104の開度TVOを検出するスロットルセンサ118、機関101の冷却水温度を検出する水温センサ119、各バンクの排気空燃比を検出する空燃比センサ111a,111b等からの検出信号が入力される。
前記燃料噴射弁131には、燃料タンク132内の燃料が燃料ポンプ133により圧送され、該燃料噴射弁131が、前記電子制御ユニット114からの噴射パルス信号(空燃比制御信号)によって開弁駆動されると、噴射パルス幅(開弁時間)に比例する量の燃料が機関101に噴射される。
本実施形態の機関101は、各気筒に一対の吸気バルブ105,105が設けられており、これら吸気バルブ105,105の上方に、クランク軸によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸3が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気バルブ駆動軸3と揺動カム4との間には、吸気バルブ105の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する作動角・リフト可変機構112a,112bが設けられている。
前記作動角・リフト可変機構112a,112bは、図2及び図3に示すように、吸気バルブ駆動軸3に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム11と、この駆動カム11に相対回転可能に外嵌するリング状リンク12と、吸気バルブ駆動軸3と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸13と、この制御軸13に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム14と、この制御カム14に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク12の先端に連結されたロッカアーム15と、このロッカアーム15の他端と揺動カム4とに連結されたロッド状リンク16と、を有している。
上記の構成により、クランク軸に連動して吸気バルブ駆動軸3が回転すると、駆動カム11を介してリング状リンク12がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム15が制御カム14の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク16を介して揺動カム4が揺動して吸気バルブ105が開閉駆動される。
これにより、吸気バルブ105の作動角の中心位相を略一定としたままで、吸気バルブ105の作動角及びリフトが連続的に増減変化する。
図4は、前記中心位相可変機構113a,113bを示している。
前記中間ギア23は、ねじりスプリング29によって遅角方向(図4の左方向)へ付勢されており、電磁リターダ24に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム27及びネジ28を介して進角方向(図4の右方向)へ動かされる。
前記電動アクチュエータ17及び電磁リターダ24は、前記電子制御ユニット114からの制御信号により駆動制御される。
前記電子制御ユニット114は、前記制御軸13の目標角度(目標リフト)を設定し、角度センサ32で検出される実際の角度が前記目標角度に近づくように、前記電動アクチュエータ17の操作量をフィードバック制御する。
図5のフローチャートは、前記ばらつき学習のメインルーチンを示す。
この図5のフローチャートにおいて、まず、ステップS11では、そのときの吸気量ばらつきが予め記憶されている許容値を超えているか否かを判別する。
ここで、前記吸気量ばらつきは、そのときの吸気バルブ105の作動角,リフト及び中心位相や機関回転速度などから予測される吸入空気量と、前記エアフローメータ115で検出された実際の吸入空気量との偏差の絶対値として求められる。
前記吸気量ばらつきが許容値を超える場合には、吸気バルブ105の作動角,リフト及び中心位相が、前記作動角・リフト可変機構112a,112b及び中心位相可変機構113a,113bの操作量に対応する基準値(設計値)からずれているために、吸入空気量が予測値になっていないものと判断される。
ステップS12では、そのときの吸気バルブ105の開口面積(リフトの角度積分値)valveAAを機関回転速度Ne及び排気量Volで除算した値(valveAA/Ne/Vol)が閾値a以下であるか否かを判別する。
そして、前記領域Aに該当している場合には、ステップS13へ進んで、前記作動角・リフト可変機構112a,112b(フローチャート中では、“VEL”と記す)における作動角・リフトの学習を行う。
そこで、領域Aでは、吸気量ばらつきがすべて作動角・リフトのばらつきで発生しているものとして、前記作動角・リフト可変機構112a,112bにおける作動角・リフトの学習を行う。
前記閾値bは、吸気バルブの開口面積の変化に対して機関の吸入空気量が略変化しない領域Bにおける“valveAA/Ne/Vol”の最小値に相当し、“valveAA/Ne/Vol”が閾値b以上であれば、前記領域Bに該当しているものと判断される(図6参照)。
即ち、前記領域Bでは、前記作動角・リフト可変機構112a,112bにおける作動角・リフトのばらつきが吸気量のばらつきに大きく影響することがなく、吸気量のばらつきは専ら中心位相のばらつき(設計値に対するズレ)で発生する。
一方、ステップS14で“valveAA/Ne/Vol”が閾値b未満であると判別されたときには、“valveAA/Ne/Vol”が閾値aを越えていて、かつ、“valveAA/Ne/Vol”が閾値b未満である、領域Aと領域Bとで挟まれる領域Cであると判断される(図6参照)。
図7のフローチャートは、前記ステップS13における学習の詳細を示す。
ステップS131では、前記吸気量ばらつき(絶対値)が許容値を超えているか否かを判断し、前記許容値を超えている場合に、ステップS132へ進む。
次のステップS133では、前記リフト補正値を前回までのリフト学習値に加算し、該加算結果を新たなリフト学習値とする。
例えば、吸入空気量が設計値よりも少ない場合には、前記制御軸13の角度がより低リフト側に検出されるように前記リフト学習値を設定させることで、吸気バルブ105の作動角・リフトがより大きく制御されるようにする。
一方、図8のフローチャートは、前記ステップS15における学習の詳細を示す。
ステップS151では、前記吸気量ばらつき(絶対値)が許容値を超えているか否かを判断し、前記許容値を超えている場合に、ステップS152へ進む。
次のステップS153では、前記中心位相補正値を前回までの中心位相学習値に加算し、該加算結果を新たな中心位相学習値とする。
例えば、吸入空気量が設計値よりも少ない場合には、前記回転位相としてより吸入空気量が少なくなる側に検出されるように前記中心位相学習値を設定させることで、吸気バルブ105の中心位相を、吸入空気量がより多くなるように制御されるようにする。
図9のフローチャートは、前記ステップS16における学習の詳細を示す。
ステップS161〜ステップS164では、前記図7のフローチャートのステップS131〜ステップS134と同様に、そのときの吸気量ばらつきが、作動角・リフトのばらつきのみに因ると仮定して、リフト学習値を更新し、制御軸13の角度の検出結果を前記リフト学習値で補正させる。
ステップS165では、ステップS163において更新されるリフト学習値に、開口面積影響度を乗算することで、作動角・リフトのみの影響度合いによる吸気量ばらつき分に対応する学習値に補正する。
そこで、そのときの吸気量のばらつきに対する、作動角・リフトの影響度合いを推定し、この影響度合いでステップS163での学習結果を補正することで、作動角・リフトのみに依存するばらつき分に対応するリフト学習値を求めるようにする。
図10に示すように、前記影響度合いは、領域Aとの境界付近では1に近い値に設定され、領域Bに近づくほど小さい値に設定されることになり、領域Aに近いほど作動角・リフトの影響が強くなり、領域Bに近づくと中心位相の影響が増えることに対応している。
ステップS166では、前記影響度合いによる補正が施されたリフト学習値に基づいて前記角度センサ32の検出結果を補正し、該補正後の角度検出値を用いて作動角・リフト可変機構112a,112b(電動アクチュエータ17)の操作量をフィードバック制御させる。
そこで、ステップS167〜ステップS170では、前記図8のフローチャートのステップS151〜ステップS154と同様にして、中心位相学習値を更新学習させることで、最終的に吸気量ばらつきが解消されるようにする。
尚、領域Cにおいて、吸気量ばらつきが全て中心位相に依存するものとして中心位相学習値を学習し、この学習が収束したら中心位相の影響度合いで補正し、補正後の中心位相学習値による補正制御状態での吸気量ばらつきを、作動角・リフトに依存する分として学習させることができる。
ステップS21では、バンク間の吸入空気量の段差を示すパラメータの絶対値が許容値を超えているか否かを判断する。
そして、前記パラメータの絶対値が許容値を超えている場合には、ステップS22〜26へ進み、前記ステップS12〜16と同様に、“valveAA/Ne/Vol”と閾値a,bとの比較により、領域A,B,Cのいずれの領域に該当しているか否かを判別し、それぞれの領域A,B,C毎に学習処理を行わせる。
図12のフローチャートにおいて、ステップS211では、クランク角センサ117からの検出信号に基づいて気筒間における行程位相差(4気筒で180degCA, 6気筒で120degCA)毎の基準クランク角位置を検出し、前記基準クランク角位置の周期TINTを計測する。
前記パラメータMISCの演算においては、前記周期TINATについて、最新値TINT1から所定回数前のデータTINTnまでを時系列に記憶しておく。即ち、TINTnのnは正の整数であって、2であれば前回値を示し、3であれば前々回値であることを示す。
「4気筒の場合」
ステップS213では、前記パラメータMISCを右バンク成分と左バンク成分とに分ける。
そして、ステップS215では、バンク間トルク段差BNKSTPMSを、前記平均値MISCRAVE,MISCLAVEの偏差として求める(BNKSTPMS=MISCRAVE−MISCLAVE)。
図13のフローチャートは、前記バンク間の吸入空気量の段差を示すパラメータとして、バンク間の充填効率段差を演算する処理を示す。
ステップS221では、右バンクにおける吸入空気流量QRを右バンクに備えられたエアフローメータ115の検出信号に基づいて検出する。
ステップS223では、右バンクにおけるシリンダ空気量に相当する基本燃料噴射量(基本噴射パルス幅)TP0Rを演算する。
TP0R=K×QR/N
尚、Kは定数、Nは機関回転速度である。
TP0L=K×QL/N
ステップS225では、右バンクの基本燃料噴射量TP0Rを平滑化処理し、その結果をTPRとする。
ステップS227では、右バンクの充填効率ITACRを、全開時の基本燃料噴射量TPMAX#を用いて演算する。
ITACR=TPR/TPMAX#
ステップS228では、左バンクの充填効率ITACLを、全開時の基本燃料噴射量TPMAX#を用いて演算する。
ステップS229では、前記右バンクの充填効率ITACR及び左バンクの充填効率ITACLを平滑化処理し、その結果を、ITACRAVE,ITACLAVEとする。
ステップS230では、右バンクの平均充填効率ITACRAVEと、左バンクの平均充填効率ITACLAVEとの偏差として、バンク間の充填効率段差BNKSTPICを演算する(BNKSTPIC=ITACRAVE−ITACLAVE)。
図14のフローチャートは、前記バンク間の吸入空気量の段差を示すパラメータとして、バンク間の空燃比段差を求める処理を示す。
図14のフローチャートにおいて、ステップS241では、右バンクの酸素センサ111aの検出信号を読み込む。
ステップS243では、右バンクの空燃比を目標空燃比に一致させるための燃料噴射量のフィードバック補正係数ALPHARを、前記右バンクの酸素センサ111aの検出信号に基づいて演算する。
ステップS244では、左バンクの空燃比を目標空燃比に一致させるための燃料噴射量のフィードバック補正係数ALPHALを、前記左バンクの酸素センサ111bの検出信号に基づいて演算する。
ステップS246では、左バンクの空燃比フィードバック補正係数ALPHALを平滑化処理し、その結果をAVEALPLとする。
ステップS247では、前記右バンクの平均補正係数AVEALPRと、前記左バンクの平均補正係数AVEALPLとの偏差として、バンク間の空燃比段差BNKSTPALを演算する(BNKSTPAL=AVEALPR−AVEALPL)。
図11のフローチャートにおいて、前記ステップS21で、バンク間の吸入空気量の段差を示すパラメータ(トルク段差BNKSTPMS,充填効率段差BNKSTPIC,空燃比段差BNKSTPAL)の絶対値が許容値を超えていると判断されると、ステップS22へ進み、“valveAA/Ne/Vol”が閾値a以下であるか否かを判別する。
ステップS23における処理の詳細は、図15のフローチャートに示される。
ステップS251では、前記バンク間の吸入空気量の段差を示すパラメータ(トルク段差BNKSTPMS,充填効率段差BNKSTPIC,空燃比段差BNKSTPAL)の絶対値が許容値を超えているか否かを判断し、前記許容値を超えている場合に、ステップS252へ進む。
次のステップS253では、前記リフト補正値を前回までのリフト学習値に加算し、該加算結果を新たなリフト学習値とする。
前記ステップS253で求められるリフト学習値は、一方のバンクの吸入空気量を補正せずに、他方のバンクの吸入空気量を上げる(又は下げる)ことで、吸入空気量の段差を解消させることができる値として求められるが、一方のバンクの吸入空気量を下げると共に、他方のバンクの吸入空気量を上げるようにすれば、バンクにおける吸入空気量段差を縮小できることになる。
例えば前記学習値反映割合を0.5とすれば、バンク間の吸入空気量段差を解消するための要求を各バンクに均等に振り分け、吸入空気量の少ない方のバンクの吸入空気量を吸入空気量段差の半分だけ増やす共に、吸入空気量の多い方のバンクの吸入空気量を吸入空気量段差の半分だけ減らすことになる。
そして、前記吸気量ばらつき(絶対値)が許容値を超えている間、ステップS252〜255の処理を繰り返す。
ステップS25における処理の詳細は、図16のフローチャートに示される。
図16のフローチャートにおいて、ステップS261では、前記バンク間の吸入空気量の段差を示すパラメータ(トルク段差BNKSTPMS,充填効率段差BNKSTPIC,空燃比段差BNKSTPAL)の絶対値が許容値を超えているか否かを判断し、前記許容値を超えている場合に、ステップS262へ進む。
次のステップS263では、前記中心位相補正値を前回までの中心位相学習値に加算し、該加算結果を新たな中心位相学習値とする。
具体的には、各バンクの中心位相学習値を、右バンク中心位相学習値=(学習値反映割合−1)×中心位相学習値、左バンク中心位相学習値=学習値反映割合×中心位相学習値としてそれぞれに求める。
そして、前記吸気量ばらつき(絶対値)が許容値を超えている間、ステップS262〜265の処理を繰り返す。
そして、バンク間における吸入空気量段差を、前記作動角・リフト可変機構112a,112bにおける作動角・リフトのばらつきと、前記中心位相可変機構113a,113bにおける中心位相のばらつきとを分離して学習する処理を行わせる。
ステップS271〜ステップS275では、前記図15のフローチャートのステップS251〜ステップS255と同様に、そのときの吸気量ばらつきが、作動角・リフトのばらつきのみに因ると仮定してリフト学習値を更新し、更に、学習値反映割合に基づいて前記リフト学習値を各バンク用の値に振り分けて、作動角・リフト可変機構112a,112b(電動アクチュエータ17)の操作量をフィードバック制御させる。
ステップS276では、ステップS273において更新されるリフト学習値に、前記開口面積影響度を乗算することで、作動角・リフトのみの影響による吸気量ばらつき分に対応する学習値に補正する。
即ち、領域Cにおける吸気量のばらつきは、作動角・リフトの影響で発生するばらつきと、中心位相に影響されて発生するばらつきとの加算値となる。
そこで、そのときの吸気量のばらつきに対する、作動角・リフトの影響度合いを推定し、この影響度合いでステップS273での学習結果を補正することで、作動角・リフトのみに依存するばらつき分に対応する学習値を求めるようにする。
ステップS276でリフト学習値を、作動角・リフトの影響度合いで補正し、作動角・リフトのみに依存する吸気量ばらつきに対応するリフト学習値を求めると、次のステップS277では、影響度合いで補正されたリフト学習値を、前記ステップS274と同様にして、学習値反映割合に基づいて各バンクに振り分ける処理を行う。
上記フィードバック制御により、吸気量ばらつきのうち、作動角・リフトに影響された分が解消されることになり、この状態で発生する吸気量ばらつきは、中心位相に依存して発生しているものと推定される。
上記構成によると、作動角・リフト可変機構112a,112b及び中心位相可変機構113a,113bに依存するバンク間での吸入空気量のばらつきを解消して、機関運転性を向上させることができ、かつ、前記バンク間での吸入空気量のばらつき学習を、作動角・リフト可変機構112a,112b及び中心位相可変機構113a,113bの双方に影響を受ける領域においても行わせることができるので、充分な学習機会を得て、ばらつきの解消を速やかに実現できる。
(イ)前記領域を、前記吸気バルブの開口面積に基づいて判断することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁制御装置。
上記発明によると、吸気バルブの開口面積に基づき、前記開口面積に比例して機関の吸入空気量が変化する領域と、前記吸気バルブの開口面積の変化に対して機関の吸入空気量が略変化しない領域と、これらの領域で挟まれる領域とに弁別して、学習を行わせる。
(ロ)前記バンク間の吸入空気量の偏差を、バンク間におけるトルク段差,バンク間における充填効率段差,バンク間における空燃比段差のいずれかに基づいて判断することを特徴とする請求項5記載の内燃機関の動弁制御装置。
Claims (6)
- 吸気バルブの作動角の中心位相を可変とする中心位相可変機構と、前記吸気バルブの作動角及びリフトを可変とする作動角・リフト可変機構とを備えた内燃機関の動弁制御装置において、
前記吸気バルブの開口面積に比例して機関の吸入空気量が変化する領域と、前記吸気バルブの開口面積の変化に対して機関の吸入空気量が略変化しない領域とで挟まれる領域を学習領域として設定し、
前記学習領域内において、前記中心位相に依存する吸入空気量のばらつきと、前記作動角・リフトに依存する吸入空気量のばらつきとの少なくとも一方を学習する一方、
前記学習領域内において前記吸気バルブの開口面積に比例して機関の吸入空気量が変化すると仮定した場合の吸入空気量を推定し、該推定空気量と実際の吸入空気量とから、吸入空気量ばらつきに対する前記中心位相及び/又は作動角・リフトの影響度合いを算出し、
前記影響度合いに基づいて前記吸入空気量のばらつきの学習結果を補正することを特徴とする内燃機関の動弁制御装置。 - 前記学習領域内において、前記中心位相に依存する吸入空気量のばらつきと、前記作動角・リフトに依存する吸入空気量のばらつきとの一方を学習し、前記学習結果を前記影響度合いで補正し、前記補正した学習結果に基づく補正制御状態で、他方に依存する吸入空気量のばらつきを学習することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の動弁制御装置。
- 前記学習領域内において、前記吸入空気量のばらつきを前記作動角・リフトに依存するものとして学習し、前記学習結果を前記影響度合いで補正し、前記補正した学習結果に基づく補正制御状態で、前記中心位相に依存する吸入空気量のばらつきを学習することを特徴とする請求項2記載の内燃機関の動弁制御装置。
- 機関運転状態から推定される吸入空気量と、流量計によって検出された実際の吸入空気量との偏差に基づいて、吸入空気量のばらつきを学習することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁制御装置。
- 前記内燃機関が複数バンクからなる機関であり、バンク間の吸入空気量の偏差に基づいて前記吸入空気量のばらつきを学習することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁制御装置。
- 前記吸気バルブの開口面積に比例して機関の吸入空気量が変化する領域での吸入空気量のばらつきを、前記作動角・リフトに依存するものとして学習し、前記吸気バルブの開口面積の変化に対して機関の吸入空気量が略変化しない領域での吸入空気量のばらつきを、前記中心位相に依存するものとして学習することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁制御装置。
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