JP4777331B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
一方、吸気バルブ上流側の圧力を絶対圧として検出する絶対圧センサを用い、該絶対圧センサで検出される圧力と目標圧との比較に基づいて電子制御スロットルの開度をフィードバック制御すれば、吸気バルブ上流側の絶対圧を目標圧に収束させることができる。
上記のように、大気圧の変化に影響されて目標負圧が得られなくなると、負圧を用いてキャニスタから燃料蒸気をパージさせる蒸発燃料処理装置、負圧を用いて排気を吸気側に還流させる排気還流装置、負圧を用いて倍力を行うブレーキマスターバックなどにおいて、必要とする負圧が得られなくなることで、排気エミッションや走行性が低下してしまう可能性があった。
しかし、大気圧の低下に伴って前記差圧を目標差圧に収束させるには、電子制御スロットルの開度をより絞って吸気バルブ上流側の絶対圧を低下させる必要があり、これによって、要求トルクに見合う機関の吸入空気量を確保することが難しくなるという問題が生じる。
請求項2記載の発明では、前記第2のトルク制御手段が、前記吸気バルブのバルブリフト量を最大値に固定し、かつ、前記吸気バルブのバルブタイミングを最遅角位置に固定することを特徴とする。
従って、低地走行時で大気圧が標準圧であるときには、吸気抵抗が少なく、かつ、高いレスポンスでの吸入空気量を制御できると共に、燃料蒸気処理装置や排気還流装置において必要となる負圧を発生させることができる。
図1は、実施形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
図1において、エンジン(ガソリン内燃機関)101の吸気管102には、スロットルモータ103aでスロットルバルブ103bを開閉駆動する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及び吸気バルブ105を介して、燃焼室106内に空気が吸入される。
そして、燃焼室106内に形成される混合気は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
前記排気バルブ107は、排気側カムシャフト110に設けられたカム111によって一定のバルブリフト量,バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動される。
一方、前記吸気バルブ105は、後述する可変動弁機構によってバルブリフト量,バルブ作動角及びバルブタイミングが可変に制御される。
前記蒸発燃料処理装置700は、燃料タンク701にて発生した燃料蒸気をキャニスタ702に吸着させ、前記キャニスタ702から脱離させた燃料蒸気をエンジン101に供給する装置である。
燃料タンク701にて発生した蒸発燃料は、前記導入管704を通って、キャニスタ702に導かれ、吸着剤703に吸着される。
また、キャニスタ702には、新気導入口705が形成されると共に、パージ配管706が導出される。
また、前記パージ配管706には、前記エンジンコントロールユニット114からの制御信号によって制御されるパージ制御弁707が介装される。
上記蒸発燃料処理装置700において、パージ制御弁707が開くと、エンジン101の吸入負圧がキャニスタ702に作用する。すると、新気導入口705から導入される空気によって、吸着剤11から蒸発燃料が脱離し、パージエアがパージ配管706を通って吸気コレクタ102aに導入される。
前記排気還流通路801は、排気管803と吸気コレクタ102aとを接続するものであり、該排気還流通路801に前記排気還流制御弁802が介装されている。
前記排気還流制御弁802は、前記エンジンコントロールユニット114からの制御信号によって制御され、排気還流制御弁802が開くと、吸気コレクタ102a内の負圧によって排気が吸気コレクタ102a内に吸引される。
図2に示すように、ブレーキペダル901とマスタシリンダ902との間にサーボユニット903を配置し、ブレーキペダル901の踏力を倍力して、マスタシリンダ902のピストンに作用させる。
前記サーボユニット903には、チェックバルブ906を介してエンジン101の吸気コレクタ102a内の負圧が導入されるようになっている。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット114は、予め記憶されたプログラムに従った演算処理によって、燃料噴射量,点火時期,目標トルク,目標マニホールド圧を設定すると共に、これらに基づいて燃料噴射弁131,点火コイル用のパワートランジスタ,電子制御スロットル104,VEL機構112及びVTC機構113に制御信号を出力する。
図3は、前記VEL機構112の構造を示す斜視図である。
実施形態のエンジン101は、各気筒に一対の吸気バルブ105が設けられており、これら吸気バルブ105の上方に、前記クランクシャフト120によって回転駆動される吸気駆動軸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ためのVEL機構112が設けられている。
また、前記吸気駆動軸3の一端部には、クランクシャフト120に対する前記吸気駆動軸3の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ105の作動角の中心位相を連続的に変更するVTC機構113が配設されている。
上記の構成により、クランクシャフト120に連動して吸気駆動軸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共に、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が略一定のままで、吸気バルブ105の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
図5は、前記VTC機構113の構造を示す。
前記ハウジング56は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング56の軸方向に沿って設けられる4つの隔壁部63が90°間隔で突設されている。
前記第1〜第4ベーン78a〜78dは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部63間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン78a〜78dの両側と各隔壁部63の両側面との間に、進角側油圧室82と遅角側油圧室83を構成する。
前記油圧回路54は、進角側油圧室82に対して油圧を給排する第1油圧通路91と、遅角側油圧室83に対して油圧を給排する第2油圧通路92との2系統の油圧通路を有し、この両油圧通路91,92には、供給通路93とドレン通路94a,94bとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁95を介して接続されている。
前記第1油圧通路91は、回転部材53の基部77内に略放射状に形成されて各進角側油圧室82に連通する4本の分岐路91dに接続され、第2油圧通路92は、各遅角側油圧室83に開口する4つの油孔92dに接続される。
前記エンジンコントロールユニット114は、前記電磁切換弁95を駆動する電磁アクチュエータ99に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
従って、遅角側油圧室83の内圧が高くなる一方で、進角側油圧室82の内圧が低くなり、回転部材53は、ベーン78a〜78bを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ105の開期間(バルブ作動角の中心位相)が遅くなる。
このため、回転部材53は、ベーン78a〜78dを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ105の開期間(バルブ作動角の中心位相)が早くなる。
また、前記吸気バルブ105の開特性を可変とするための機構を、VEL機構112とVTC機構113との組み合わせに限定するものではなく、例えば、特開2001−182563号公報に開示されるように立体カムを用いる機構や、特開2000−213663号公報に開示されるような電磁石によってエンジンバルブを開閉駆動する機構を採用することができる。
尚、本実施形態において、第1のトルク制御手段,第2のトルク制御手段及び負圧制御手段としての機能は、後述するように、エンジンコントロールユニット114が備えている。
尚、大気圧をセンサで検出させる代わりに、走行位置の情報などから大気圧を推定させたり、外部からの通信によって大気圧情報を取得したりすることができる。
前記通常の制御とは、VEL機構112及びVTC機構113によって吸気バルブ105の開特性(リフト量、作動角、作動角の中心位相)を変更することで、(目標吸入空気量を実現して)目標トルクを発生させる一方、負圧を用いてキャニスタ702から燃料蒸気をパージさせる蒸発燃料処理装置700、負圧を用いて排気を吸気側に還流させる排気還流装置800、負圧を用いて倍力を行うダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ900などの動作源としての負圧を吸気バルブ105の上流側に発生させるべく、電子制御スロットル104を制御する。
上記通常制御の詳細を、図7〜図9のフローチャートに従って説明する。
図7のフローチャートは、VEL機構112の通常制御を示し、まず、ステップS201では、アクセルペダルセンサ116の出力信号に基づいてアクセル開度を検出し、次のステップS202では、クランク角センサ117の出力信号に基づいてエンジン回転数Ne(rpm)を検出する。
次のステップS204では、予め目標トルクとエンジン回転数とを変数としてVEL目標値(制御軸13の目標角度:目標リフト量)を記憶したマップを参照し、ステップS203で求めた目標トルク及びそのときのエンジン回転数に対応するVEL目標値を検索する。
ステップS205では、前記VEL目標値に基づいてVEL機構112(モータ17)をフィードバック制御する。
そして、ステップS213では、予めアクセル開度とエンジン回転数(エンジン回転速度)とを変数として目標トルクを記憶したマップを参照し、そのときのアクセル開度及びエンジン回転数に対応する目標トルクを検索する。
前記VTC目標値は、低回転・低負荷時には小進角に設定され、中回転・中負荷時には最進角に設定され、高回転・高負荷時には小進角に設定される。
尚、前記VEL目標値及びVTC目標値は、運転条件(エンジン回転速度・エンジン負荷)毎にそのときの目標マニホールド圧に制御されることを前提に、目標トルク(目標吸入空気量)が得られるような値として設定される。
図9のフローチャートは、電子制御スロットル104の通常制御を示し、まず、ステップS221では、吸気圧センサ134の出力信号に基づいて吸気マニホールド圧を検出する。
次のステップS223では、前記目標マニホールド圧に吸気圧センサ134で検出される実際の圧力が近づくように、目標スロットル開度を演算する。
ステップS224では、前記目標スロットル開度に基づいて前記電子制御スロットル104(スロットルモータ103a)を制御する。
上記のようにして、負圧センサ908で検出された負圧に基づいて電子制御スロットル104の目標開度を補正すれば、前記ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ900が要求する負圧に精度良く制御できる。
即ち、高地走行状態などで大気圧が所定圧以下になると、吸気バルブ105の開特性を通常よりも吸入空気量が多くなる側に制限し、スロットル開度を絞ることで目標トルクに制御すると同時に、スロットル開度が絞られることで蒸発燃料処理装置700,排気還流装置800,ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ900などの動作に必要な吸気マニホールド負圧が発生するようにする。
図11のフローチャートは、VEL機構112の低気圧時制御を示す。
ステップS301では、VEL目標値を最大リフト・最大作動角に設定する。
即ち、大気圧が所定圧を超える場合には、目標トルクに応じてリフト・作動角を変化させるが、大気圧が所定圧以下である場合には、吸気バルブ105のリフト・作動角によるシリンダ吸入空気量の制限を解除して、VEL機構112の制御としては、最大吸入空気量が得られる状態にする。
図12のフローチャートは、VTC機構113の低気圧時制御を示す。
ステップS311では、VTC目標値を最遅角に設定する。
上記VEL機構112及びVTC機構113の制御によって、吸気バルブ105は、最大リフト・最大作動角で、かつ、作動角の中心位相が最遅角に固定されることになり、係る状態は、VEL機構112及びVTC機構113を備えずに、吸気バルブ105を一定のカムプロフィールのカムで開閉駆動する場合に略相当する。
尚、上記可変リフト機構112における最大バルブリフト量・最大作動角状態、及び/又は、可変バルブタイミング機構113の最遅角状態が、上記可変リフト機構112及び可変バルブタイミング機構113を備えないエンジンでの吸気バルブ105の標準的な開特性と異なる場合には、前記標準的な開特性になるように、可変リフト機構112及び可変バルブタイミング機構113を制御することが好ましい。
また、VTC機構113の低気圧時の制御目標は、最遅角に限定されるものではなく、例えば、最進角位置と最遅角位置との間の予め記憶させた所定値とすることができる。
図13のフローチャートは、電子制御スロットル104の低気圧時の制御を示す。
そして、ステップS323では、予めアクセル開度とエンジン回転数(エンジン回転速度)とを変数として目標トルクを記憶したマップを参照し、そのときのアクセル開度及びエンジン回転数に対応する目標トルクを検索する。
ステップS325では、前記目標スロットル開度に基づいて前記電子制御スロットル104(スロットルモータ103a)を制御する。
大気圧が低い条件で、吸気バルブ105の開特性でエンジンの吸入空気量(エンジンの発生トルク)を制御しつつ、スロットル開度で目標マニホールド圧に制御すると、蒸発燃料処理装置700,排気還流装置800,ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ900などの動作に必要とされる吸気マニホールド負圧を発生させることができなくなったり、負圧を確保できても要求トルクを発生させることができなくなったりする。
そこで、以下では、低気圧時に吸気バルブ105の開特性を固定させない参考例を説明する。
図14のフローチャートは、第1参考例におけるVEL機構112の低気圧時制御を示す。
ステップS331では、アクセルペダルセンサ116の出力信号に基づいてアクセル開度を検出し、次のステップS332では、クランク角センサ117の出力信号に基づいてエンジン回転数Ne(rpm)を検出する。
次のステップS334では、予め目標トルクとエンジン回転数とを変数としてVEL目標値(制御軸13の目標角度:目標リフト量)を記憶したマップを参照し、ステップS333で求めた目標トルク及びそのときのエンジン回転数に対応するVEL目標値を検索する。
ステップS335では、ステップS334で求めた目標トルクに対応するVEL目標値(目標リフト・作動角)が、予め記憶した制限値を下回る場合に、VEL目標値(目標リフト・作動角)として前記制限値を設定する。
ステップS336では、制限が加えられた前記VEL目標値(制御軸13の目標角度:目標リフト量)に基づいてVEL機構112(モータ17)をフィードバック制御する。
ステップS341では、アクセルペダルセンサ116の出力信号に基づいてアクセル開度を検出し、次のステップS342では、クランク角センサ117の出力信号に基づいてエンジン回転数Ne(rpm)を検出する。
そして、ステップS343では、予めアクセル開度とエンジン回転数(エンジン回転速度)とを変数として目標トルクを記憶したマップを参照し、そのときのアクセル開度及びエンジン回転数に対応する目標トルクを検索する。
ステップS345では、前記VTC目標値(目標進角量)に基づいてVTC機構113(電磁アクチュエータ99)をフィードバック制御する。
図16のフローチャートは、第1参考例における電子制御スロットル104の低気圧時制御を示す。
そして、ステップS353では、予めアクセル開度とエンジン回転数(エンジン回転速度)とを変数として目標トルクを記憶したマップを参照し、そのときのアクセル開度及びエンジン回転数に対応する目標トルクを検索する。
ステップS355では、前記目標スロットル開度に基づいて前記電子制御スロットル104(スロットルモータ103a)を制御する。
即ち、VEL目標値が制限値を下回るために、制限値が目標値とされる領域では、目標トルクに対応するリフト量よりも実際のリフト量が大きく制御される結果、目標トルク相当量よりも吸入空気量が多くなってしまう。
そして、目標トルク相当量よりも吸入空気量が多くなってしまう分だけスロットル開度を絞れば、同時に、負圧を発生させることになり、図11〜図13に示した実施形態と同様に、目標トルクを発生させつつ、蒸発燃料処理装置700,排気還流装置800,ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ900などの動作に必要とされる吸気マニホールド負圧を発生させることができる。
図17のフローチャートは、第2参考例におけるVEL機構112の低気圧時制御を示す。
ステップS361では、アクセルペダルセンサ116の出力信号に基づいてアクセル開度を検出し、次のステップS362では、クランク角センサ117の出力信号に基づいてエンジン回転数Ne(rpm)を検出する。
次のステップS364では、予め目標トルクとエンジン回転数とを変数としてVEL目標値(制御軸13の目標角度)を記憶したマップを参照し、ステップS363で求めた目標トルク及びそのときのエンジン回転数に対応するVEL目標値を検索する。
ステップS365では、ステップS364で求めたVEL目標値(目標リフト・作動角)に対して所定値を一律に加算することで、目標トルクに対応する目標リフト・作動角よりもより大きなリフト量・作動角に補正する。
ステップS366では、目標トルクに対応する目標リフト・作動角よりも増大補正された目標値に基づいてVEL機構112(モータ17)をフィードバック制御する。
図18のフローチャートは、第2参考例におけるVTC機構113の低気圧時制御を示す。
そして、ステップS373では、予めアクセル開度とエンジン回転数(エンジン回転速度)とを変数として目標トルクを記憶したマップを参照し、そのときのアクセル開度及びエンジン回転数に対応する目標トルクを検索する。
ステップS375では、前記VTC目標値(目標進角量)に基づいてVTC機構113(電磁アクチュエータ99)をフィードバック制御する。
図19のフローチャートは、第2参考例における電子制御スロットル104の低気圧時制御を示す。
そして、ステップS383では、予めアクセル開度とエンジン回転数(エンジン回転速度)とを変数として目標トルクを記憶したマップを参照し、そのときのアクセル開度及びエンジン回転数に対応する目標トルクを検索する。
ステップS385では、前記目標スロットル開度に基づいて前記電子制御スロットル104(スロットルモータ103a)を制御する。
そこで、VEL目標値の増大補正によって過剰となる吸入空気量を、スロットル開度を絞ることで目標トルクに見合う吸入空気量にまで減少させるように、前記ステップS384で参照する目標スロットル開度のマップが設定されている。
Claims (3)
- 吸気バルブのバルブリフト量を作動角と共に連続的に可変する可変バルブリフト機構と、前記吸気バルブの作動角の中心位相を連続的に可変する可変バルブタイミング機構と、前記吸気バルブの上流側の吸気通路に設けられる電子制御スロットルとを備えた内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態に応じた目標トルクを発生させるべく前記可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構を制御する第1のトルク制御手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記大気圧が所定圧以下であるときに、前記吸気バルブのバルブリフト量を、吸入空気量が実質的に絞られないバルブリフト量に固定し、かつ、前記吸気バルブの作動角の中心位相を予め記憶した所定値に固定し、機関運転状態に応じた目標トルクを発生させるべく前記電子制御スロットルを制御する第2のトルク制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 吸気バルブのバルブリフト量を作動角と共に連続的に可変する可変バルブリフト機構と、前記吸気バルブの作動角の中心位相を連続的に可変する可変バルブタイミング機構と、前記吸気バルブの上流側の吸気通路に設けられる電子制御スロットルとを備えた内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態に応じた目標トルクを発生させるべく前記可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構を制御する第1のトルク制御手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記大気圧が所定圧以下であるときに、前記吸気バルブのバルブリフト量を最大値に固定し、かつ、前記吸気バルブのバルブタイミングを最遅角位置に固定し、機関運転状態に応じた目標トルクを発生させるべく前記電子制御スロットルを制御する第2のトルク制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記大気圧が前記所定圧を越えていて、前記第1のトルク制御手段により前記可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構が制御されるときに、前記電子制御スロットルと前記吸気バルブとの間の吸気通路における目標圧力を設定し、前記目標圧力に応じて前記電子制御スロットルを制御する負圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の制御装置。
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