JP4710738B2

JP4710738B2 - 内燃機関の吸気流動制御弁の開度検出装置

Info

Publication number: JP4710738B2
Application number: JP2006174862A
Authority: JP
Inventors: 功大津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP2008002428A

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられて、燃焼室内に吸気のガス流動（タンブル流及び／又はスワール流）を生成する吸気流動制御弁に関し、特に、その開度検出装置に関する。

内燃機関の吸気流動制御弁として、特許文献１に開示のように、吸気通路壁面の近傍に配置された弁軸回りに回動するフラップ型の弁体を備え、この弁体によって吸気通路断面の一部を遮蔽することにより、吸気のガス流動を生じさせるようにしたものがある。
特開２００３−２０６７６１号公報

ところで、吸気流動制御弁を任意の目標開度（中間開度）に制御する場合、吸気流動制御弁の開度に応じた信号を出力する開度センサを用いて、実開度を検出しつつ、目標開度へフィードバック制御する。
開度センサの出力から実開度を検出する場合は、全閉位置での出力である全閉出力と全開位置での出力である全開出力とを予め学習し、これらに基づいて補正することで、検出精度を向上できる。

このため、機関始動時（イグニッションＯＮ時；厳密にはクランキング前）に、強制的に全閉位置と全開位置とに制御して、全閉出力と全開出力とを学習するのが望ましい。
しかし、機関始動時には、機関要求から、吸気流動を強化すべく、全閉位置に制御する必要があり、イグニッションＯＮと同時に全閉位置に制御して待機する必要があるので、全閉出力の学習はできるが、全開位置の学習はできない。

従って、機関始動後に中間開度へ制御する場合などに、全開出力を学習していないので、検出精度の低下による制御精度の低下を招くという問題点があった。
本発明は、このような実状に鑑み、機関始動時に全閉出力及び全開出力を実質的に学習可能として、検出精度、ひいては制御精度の向上を図ることができるようにすることを目的とする。

このため、本発明では、機関停止時に、吸気流動制御弁を全閉位置及び全開位置に強制的に制御して、全閉出力と全開出力とを学習しておき、機関始動時に、機関要求に従って吸気流動制御弁を全閉位置と全開位置のうち全閉位置のみに制御して、全閉出力と全開出力のうち全閉出力のみを学習すると共に、得られた全閉出力の学習値と、機関停止時に学習した全閉出力及び全開出力の学習値とから、機関始動時の全開出力を推定学習する構成とする。

本発明によれば、機関始動時に、吸気流動制御弁を速やかに全閉位置に制御したいという要求を損なうことなく、全開出力を高精度に推定学習することができ、これによって検出精度を大幅に向上させることができる。よって、機関始動直後に中間開度に制御する場合などの制御精度の向上を図ることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（エンジン）の燃焼室回りの構成図である。
エンジンにおいて、シリンダヘッド１、シリンダブロック２及びピストン３によって画成される燃焼室４には、燃料噴射弁５と点火プラグ６とが設置されている。
そして、燃焼室４は、吸気バルブ７を介して吸気通路（吸気ポート）８と接続され、また排気バルブ９を介して排気通路（排気ポート）１０と接続されている。

エンジンの吸気通路８には、吸気ポート入口部（吸気マニホールド出口部）に、片持ちフラップ型の吸気流動制御弁１１が設けられている。
吸気流動制御弁１１については、図２により説明する。
吸気流動制御弁１１が配置される吸気通路８は、その通路断面が略矩形をなしている。
吸気流動制御弁１１の弁軸１２は、吸気通路壁面（底面）８ａの近傍（格納空間）に、吸気流れ方向と直交する方向に配置され、回動自在に支持されている。

吸気流動制御弁１１の弁体１３は、吸気通路断面を遮蔽し得るような略矩形の板状体であり、その一端側（基端側）が弁軸１２に固定されている。
ここにおいて、弁軸１２はモータ１４により駆動可能としている。尚、モータ１４から弁軸１２への伝達系には、ウォーム及びウォームホイールが介装され、モータ１４側からのみ駆動可能としている。従って、モータ１４により、弁軸１２を介して、弁体１３を回動することができる。

すなわち、弁体１３は、吸気通路壁面８ａに沿って倒伏した全開位置（実線示）から、弁軸１２回りを図２で時計方向に回動して、起立することで（点線示）、吸気通路断面の一部を遮蔽することができる。このときの弁体１３の起立角度は任意に制御でき、弁体１３の先端が弁軸１２とは反対側の吸気通路壁面（天井面）８ｂ近傍に達する全閉位置の他、全開位置と全閉位置との間の中間位置（中間開度）をとることができ、各位置で、様々な強度のガス流動（本実施形態では主にタンブル流）を生起することができる。尚、全開位置及び全閉位置に対してはこれらを規制するストッパ（図示せず）が設けられる。

吸気流動制御弁１１駆動用のモータ１４は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５からの信号で作動するようになっている。また、吸気流動制御弁１１の開度（弁軸１２の回動位置）に応じた電圧信号を出力するポテンショメータ等の開度センサ１６が設けられ、開度センサ１６の出力はＥＣＵ１５に入力されている。
ここにおいて、ＥＣＵ１５では、エンジン回転数、負荷等を検出する各種センサ（図示せず）からの信号に基づいて検出されるエンジン運転条件に基づいて、吸気流動制御弁１１の目標開度を設定し、開度センサ１６を用いて実開度を検出しつつ、実開度が目標開度に一致するように、モータ１４を駆動して、フィードバック制御する。

本発明では、開度センサ１６の出力から実開度を検出する場合に、全閉位置での出力である全閉出力と、全開位置での出力である全開出力とを予め学習し、これらに基づいて補正することで、検出精度を向上させている。
図３は開度検出ルーチンのフローチャートであり、一定時間毎に実行される。
Ｓ１では、開度センサのセンサ出力（出力電圧）Ａを読込む。

Ｓ２では、後述する学習によりメモリに記憶保持されている全閉出力学習値Ａ０及び全開出力学習値Ａ１を読込む。
Ｓ３では、次式により、センサ出力Ａに基づき、全閉出力学習値Ａ０及び全開出力学習値Ａ１を考慮して、開度Ｂを算出する（図７参照）。
開度Ｂ＝Ｂmax ×（Ａ−Ａ０）／（Ａ１−Ａ０）
ここでは、全閉位置を０°とし、全開位置をＢmax °としている。従って、Ｂmax は定数である。尚、Ｂmax ＝１として、開度Ｂを０（全閉）〜１（全開）の範囲の数値として表してもよい。

このように最新の全閉出力学習値Ａ０及び全開出力学習値Ａ１を考慮することで、開度センサの出力バラツキや、経時劣化、更には温度変化に対応できる。
次に全閉出力（Ａ０）及び全開出力（Ａ１）の学習について説明する。
図４はエンジン停止時（ＩＧ−ＯＦＦ時）の学習ルーチンであり、イグニッションスイッチＯＦＦをトリガとして実行される。本ルーチンがエンジン始動時学習手段に相当する。

Ｓ１１では、全閉出力学習のため、吸気流動制御弁を強制的に全閉に制御する（図８参照）。
Ｓ１２では、全閉制御から一定時間後に、センサ出力を読込み、全閉出力学習値Ａ０としてメモリに記憶する。
Ｓ１３では、全開出力学習のため、吸気流動制御弁を強制的に全開に制御する（図８参照）。

Ｓ１４では、全開制御から一定時間後に、センサ出力を読込み、全開出力学習値Ａ１として記憶する。
Ｓ１５では、初期位置を中間開度とする場合、初期位置（中間開度）まで駆動して停止させる（図８参照）。尚、モータを停止すると、動力伝達系中のウォーム部分の摩擦により停止状態（中間開度）に保持される。

尚、先にＳ１３、Ｓ１４の処理を実行し、次いでＳ１１、Ｓ１２の処理を実行するようにしてもよい。
前記学習値Ａ０、Ａ１を記憶するメモリは、バックアップ電源により、エンジン停止中も記憶内容が保持されることは言うまでもない。
図５はエンジン始動時（ＩＧ−ＯＮ時）の学習ルーチンであり、イグニッションスイッチＯＮをトリガとして実行される。

Ｓ２１では、メモリに記憶保持されているエンジン停止時に学習した全閉出力学習値Ａ０及び全開出力学習値Ａ１を読込んで、それぞれＡ０ｅ、Ａ１ｅとする。
Ｓ２２では、エンジン要求に従って、吸気流動制御弁を全閉に制御する（図８参照）。エンジン始動時（特に冷機時）に、吸気流動を強化して、始動性や排気要求に応えるべく、全閉位置で待機させるためである。このとき、初期位置が全開位置ではなく、中間開度であれば、より早く全閉位置に制御できる。

Ｓ２３では、全閉制御から一定時間後に、センサ出力を読込み、全閉出力学習値Ａ０としてメモリに記憶する。Ｓ２２、Ｓ２３の部分がエンジン始動時学習手段に相当する。
Ｓ２４では、Ｓ２３で学習したエンジン始動時の全閉出力学習値Ａ０と、エンジン停止時に学習した全閉出力学習値Ａ０ｅ及び全開出力学習値Ａ１ｅとから、エンジン始動時の全開出力学習値Ａ１を算出することで、推定学習を行い（図９参照）、全開出力学習値（仮値）Ａ１としてメモリに記憶する。本ステップが推定学習手段に相当する。

具体的には、次の（１）〜（３）のような算出式が考えられる。
（１）Ａ１＝Ａ０×（Ａ１ｅ／Ａ０ｅ）
（２）Ａ１＝Ａ１ｅ＋（Ａ０−Ａ０ｅ）
（３）Ａ１＝Ａ１ｅ＋（Ａ０−Ａ０ｅ）×Ｋ
（１）は、エンジン停止時に学習した全閉出力学習値Ａ０ｅと全開出力学習値Ａ１ｅとの比（Ａ１ｅ／Ａ０ｅ）を算出し、エンジン始動時に学習した全閉出力学習値Ａ０と、前記比（Ａ１ｅ／Ａ０ｅ）とから、乗算により、エンジン始動時の全開出力Ａ１を算出することで、推定学習を行う。

（２）は、エンジン始動時に学習した全閉出力学習値Ａ０とエンジン停止時に学習した全閉出力学習値Ａ０ｅとの差（Ａ０−Ａ０ｅ）を算出し、エンジン停止時に学習した全開出力学習値Ａ１ｅと、前記差（Ａ０−Ａ０ｅ）とから、加算により、エンジン始動時の全開出力Ａ１を算出することで、推定学習を行う。
（３）は、（２）の改良版であり、エンジン始動時に学習した全閉出力学習値Ａ０とエンジン停止時に学習した全閉出力学習値Ａ０ｅとの差（Ａ０−Ａ０ｅ）を算出し、エンジン停止時に学習した全開出力学習値Ａ１ｅと、前記差（Ａ０−Ａ０ｅ）に所定の係数Ｋを掛けたものとから、加算により、エンジン始動時の全開出力Ａ１を算出することで、推定学習を行う。係数Ｋは、例えば全開位置側で全閉位置側に比べ温度変化による出力変化が大きいような場合に、これを補正するためのもので、定数として与えることができる。

以上により、エンジン始動時に、吸気流動制御弁を速やかに全閉位置に制御したいという要求を損なうことなく、全閉出力及び全開出力の学習値Ａ０、Ａ１を得ることができ、始動直後に全閉から中間開度へ制御する場合でも、学習値に基づく補正により、検出精度を大幅に向上させることができ、ひいては制御精度を向上させることができる。よって、制御精度の悪化によるノックやサージの発生、燃費の悪化を回避できるようになる。

尚、エンジン停止時（イグニッションＯＦＦ時）に、強制的に全閉位置と全開位置とに制御して学習しておき、エンジン始動時に、これをそのまま学習値として用いることも考えられるが、エンジン停止時とエンジン始動時とでは、温度状況が全く異なるため、センサ部品の温度特性の影響をキャンセルしたいという学習目的については達成することができないのである。

図６は通常運転時の学習ルーチンであり、通常運転時に一定時間毎に実行される。
Ｓ３１では、吸気流動制御弁が全閉状態か否かを判定する。より詳しくは、全閉指令が与えられてから一定時間経過したか否かを判定する。
ＹＥＳの場合は、Ｓ３２へ進んで、センサ出力を読込み、全閉出力学習値Ａ０として記憶（更新）する。

Ｓ３３では、吸気流動制御弁が全開状態か否かを判定する。より詳しくは、全開指令が与えられてから一定時間経過したか否かを判定する。
ＹＥＳの場合は、Ｓ３４へ進んで、センサ出力を読込み、全開出力学習値Ａ１として記憶（更新）する。
このように、始動後は、適宜更新することで、最新のデータにより、温度特性の影響をキャンセルでき、検出精度、ひいては制御精度の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態を示すエンジン燃焼室回りの構成図吸気流動制御弁の拡大図開度検出ルーチンのフローチャートＩＧ−ＯＦＦ時学習ルーチンのフローチャートＩＧ−ＯＮ時学習ルーチンのフローチャート通常学習ルーチンのフローチャート開度検出の説明図吸気流動制御弁の状態遷移図推定学習の説明図

符号の説明

１シリンダヘッド
２シリンダブロック
３ピストン
４燃焼室
５燃料噴射弁
６点火プラグ
７吸気バルブ
８吸気通路
９排気バルブ
１０排気通路
１１吸気流動制御弁
１２弁軸
１３弁体
１４モータ
１５ＥＣＵ
１６開度センサ

Claims

内燃機関の吸気流動制御弁の開度検出装置であって、
吸気流動制御弁の開度に応じた信号を出力する開度センサを備え、
吸気流動制御弁の全閉位置での開度センサの出力である全閉出力と全開位置での開度センサの出力である全開出力とを予め学習し、開度センサの出力と全閉出力及び全開出力の学習値とから開度を検出するものにおいて、
機関停止時に、吸気流動制御弁を全閉位置及び全開位置に制御して、全閉出力と全開出力とを学習する機関停止時学習手段と、
機関始動時に、吸気流動制御弁を全閉位置と全開位置のうち全閉位置にのみ制御して、全閉出力と全開出力のうち全閉出力のみを学習する機関始動時学習手段と、
機関始動時に全閉出力の学習値が得られた時に、その全閉出力の学習値と、機関停止時に学習した全閉出力及び全開出力の学習値とから、機関始動時の全開出力を推定学習する推定学習手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の吸気流動制御弁の開度検出装置。
前記推定学習手段は、機関停止時に学習した全閉出力の学習値と全開出力の学習値との比を算出し、機関始動時に学習した全閉出力の学習値と、前記比とから、機関始動時の全開出力を算出することで、推定学習を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気流動制御弁の開度検出装置。
前記推定学習手段は、機関始動時に学習した全閉出力の学習値と機関停止時に学習した全閉出力の学習値の差を算出し、機関停止時に学習した全開出力の学習値と、前記差とから、機関始動時の全開出力を算出することで、推定学習を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気流動制御弁の開度検出装置。
前記推定学習手段は、機関停止時に学習した全開出力の学習値と、前記差に所定の係数を掛けたものとから、機関始動時の全開出力を算出することで、推定学習を行うことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の吸気流動制御弁の開度検出装置。