JP4896417B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じて可変バルブリフト装置の制御モードを切り換える内燃機関の制御装置に関するものである。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、例えば、特許文献１（特許第２８２７７６８号公報）に記載されているように、吸気バルブや排気バルブのリフト量を切り換える可変バルブリフト装置を搭載したものがある。この特許文献１では、内燃機関の運転状態に応じて可変バルブリフト装置の制御モードを第１のリフトモードと第２のリフトモードとの間で切り換え、第１のリフトモードでは、吸気バルブを開閉駆動するカムを第１のカムに切り換えて吸気バルブのリフト量を小さくし、第２のリフトモードでは、吸気バルブを開閉駆動するカムを第２のカムに切り換えて吸気バルブのリフト量を大きくするようにしている。
特許第２８２７７６８号公報（第１頁〜第３頁等）

一般に、可変バルブリフト装置の制御モードが切り換えられてバルブリフト量が変更されると、それに伴って適正なエンジン制御パラメータ（例えば、点火時期、燃料噴射量等）が変化する。また、制御モード切換指令が出力されてから実際に可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わるまでには応答遅れが存在する。

そこで、本発明者らは、図６に示すように、要求制御モード信号が切り換えられて制御モード切換指令が出力されてから所定のディレイ時間（可変バルブリフト装置の応答遅れ時間に相当する時間）が経過した時点で可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わったと推定して推定制御モード信号を切り換え、この推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値から所定の計算遅角量（要求トルクに応じた遅角量）を減算して点火進角値を求めることで、推定制御モード信号の切り換えに応じて点火時期を切り換えて、可変バルブリフト装置の制御モード切換時のトルクショックを低減するシステムを研究している。

しかし、図６に示すように、可変バルブリフト制御システムの仕様等によっては、推定制御モード信号が切り換わるタイミングに対して実際に可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わるタイミングが遅れることがある。このような場合、推定制御モード信号が切り換えられてから実際に可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わるまでの期間は、可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わる前であるにも拘らず、切り換え後の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値を採用するため、図７に実線で示すように、可変バルブリフト装置の制御モード切換時に点火時期が適正なものとならず、トルクショックやノッキングが発生してドライバビリティが悪化する可能性がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、可変バルブリフト装置の制御モード切換時のトルクショック等を低減することができ、制御モード切換時のドライバビリティを向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の運転状態に応じて要求制御モード信号を切り換えて可変バルブリフト装置の制御モードをリフト特性が異なる複数の制御モード間で切り換える制御モード切換手段を備えた内燃機関の制御装置において、制御モード切換手段によって可変バルブリフト装置の制御モードを切り換える際に、特定気筒の吸気行程直前で該可変バルブリフト装置の制御モードを切り換えるように制御し、要求制御モード信号が切り換えられてから可変バルブリフト装置の応答遅れ時間に応じて設定された所定時間が経過した時点で該可変バルブリフト装置の制御モードを推定する推定制御モード信号を切り換えるように構成し、制御パラメータ算出手段によって要求制御モード信号又は前記推定制御モード信号（以下これらを単に「制御モード信号」という）に基づいて内燃機関の制御パラメータを算出すると共に、クランク角を検出するクランク角センサの出力パルスをカウントして実際に前記可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わるタイミングを検出し、制御パラメータ補正手段によって制御モード信号が切り換えられてから実際に可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わるタイミングが検出されるまでの期間中（以下該期間を「制御モード切換遅れ期間」という）に制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータを推定制御モード信号が切り換えられた時の制御パラメータに基づいて補正し続けるようにしたものである。

この構成では、制御モード切換遅れ期間は、可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わる前であるにも拘らず、切り換え後の制御モード信号が示す制御モードに対応した制御パラメータを算出することになるが、その切り換え後の制御モードに対応した制御パラメータを、推定制御モード信号が切り換えられた時の制御パラメータに基づいて補正するため、切り換え前の制御モード（可変バルブリフト装置の実際の制御モード）に対応した制御パラメータ付近に補正することができる。これにより、可変バルブリフト装置の制御モード切換時のトルクショックやノッキングを低減してドライバビリティを向上させることができる。

具体的には、請求項２のように、制御モード信号が切り換わる直前に制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータと、制御モード信号が切り換わった直後に制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータとの差を制御パラメータ補正量として求め、制御モード切換遅れ期間に制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータを制御パラメータ補正量を用いて補正するようにしても良い。

このようにすれば、制御モード切換遅れ期間に、切り換え後の制御モード信号が示す制御モードに対応した制御パラメータを算出しても、その切り換え後の制御モードに対応した制御パラメータを、制御パラメータ補正量（切り換え前の制御モードに対応した制御パラメータと切り換え後の制御モードに対応した制御パラメータとの差）を用いて補正できるため、切り換え後の制御モードに対応した制御パラメータを切り換え前の制御モード（可変バルブリフト装置の実際の制御モード）に対応した制御パラメータ付近に精度良く補正することができる。

一般に、内燃機関の制御パラメータ（例えば、点火時期、燃料噴射量等）は、内燃機関の回転速度や負荷に応じて変化するように算出されるため、請求項３のように、制御モード切換遅れ期間に内燃機関の回転速度と負荷のうちの少なくとも一方に基づいて制御パラメータ補正量を修正するようにしても良い。このようにすれば、制御モード切換遅れ期間に算出される制御パラメータが内燃機関の回転速度や負荷に応じて変化するのに対応して制御パラメータ補正量を修正することができるので、内燃機関の回転速度や負荷に左右されずに制御パラメータを精度良く補正することができる。

或は、請求項４のように、制御モード切換遅れ期間に、制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータを制御パラメータ補正量を用いて補正する処理と、補正後の制御パラメータと所定周期後に制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータとの差で制御パラメータ補正量を更新する処理とを繰り返すようにしても良い。このようにすれば、制御モード切換遅れ期間に算出される制御パラメータが内燃機関の回転速度や負荷に応じて変化するのに対応して制御パラメータ補正量を更新することができ、内燃機関の回転速度や負荷に左右されずに制御パラメータを精度良く補正することができる。

また、請求項５のように、本発明を適用する制御パラメータは、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量のうちの少なくとも１つにすると良い。要するに、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量は、トルクに及ぼす影響が比較的大きい制御パラメータであるため、これらの制御パラメータ（点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量）の演算に本発明を適用すれば、制御モード切換時のトルクショックを効果的に低減することができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の各気筒の吸気ポート１２には、それぞれ吸気バルブ１３が設けられ、各気筒の排気ポート１４には、それぞれ排気バルブ１５が設けられている。また、吸気バルブ１３には、該吸気バルブ１３のリフト量を変化させる可変バルブリフト装置１６が設けられている。

この可変バルブリフト装置１６は、制御モードを低リフトモードと高リフトモードとの間で２段階で切り換え可能に構成され、低リフトモードでは、吸気バルブ１３を開閉駆動するカムを低リフト用カムに切り換えて吸気バルブ１３のリフト量を小さくし、高リフトモードでは、吸気バルブ１３を開閉駆動するカムを高リフト用カムに切り換えて吸気バルブ１３のリフト量を大きくするようになっている。

また、各気筒の吸気ポート１２近傍には、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁１７が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ１８が取り付けられ、各点火プラグ１８の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

更に、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ１９や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２０が取り付けられている。このクランク角センサ２０の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２１に入力される。このＥＣＵ２１の電源端子には、メインリレー２２を介して車載バッテリ（図示せず）から電源電圧が供給される。このメインリレー２２のリレー接点２２ａを駆動するリレー駆動コイル２２ｂは、ＥＣＵ２１のメインリレーコントロール端子に接続され、ＥＣＵ２１のキーＳＷ端子には、イグニッションスイッチ２３のＯＮ／ＯＦＦ信号が入力される。ＩＧスイッチ２３をＯＮすると、メインリレー２２がＯＮされて、ＥＣＵ２１等への電源供給が開始され、ＩＧスイッチ２３をＯＦＦすると、メインリレー２２がＯＦＦされて、ＥＣＵ２１等への電源供給がＯＦＦされる。

ＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１７の燃料噴射量や点火プラグ１８の点火時期を制御する。また、ＥＣＵ２１は、エンジン運転状態に応じて要求制御モード信号を切り換え、この要求制御モード信号に応じて可変バルブリフト装置１６の制御モードを低リフトモードと高リフトモードとの間で切り換える。その際、ＥＣＵ２１は、次のようして点火時期を算出する。

図３に示すように、要求制御モード信号が切り換えられて制御モード切換指令が出力された時点で、推定カウンタのカウント値をカウントアップする処理を開始する。その後、推定カウンタのカウント値が所定値（可変バルブリフト装置１６の応答遅れ時間に相当する値）を越えた時点で、可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わったと判断して、推定制御モード信号を切り換えて、推定カウンタのカウント値をリセットする。尚、所定値（可変バルブリフト装置１６の応答遅れ時間に相当する値）は、予め実験データや設計データ等に基づいてエンジン運転状態毎に設定されている。

そして、図２に示すように、通常時（後述する制御モード切換遅れ期間以外のとき）には、推定制御モード信号が示す制御モード（低リフトモード又は高リフトモード）に対応したベース点火進角値を算出し、遅角要求がある場合には、推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値から所定の計算遅角量（要求トルクに応じた遅角量）だけ遅角して点火進角値を求める。この機能が特許請求の範囲でいう制御パラメータ算出手段としての役割を果たす。
点火進角値＝ベース点火進角値−計算遅角量

ところで、本実施例の可変バルブリフト制御システムは、可変バルブリフト装置１６の制御モード切換時に、最初に吸入空気量が変化する気筒（以下「吸気変化気筒」という）が特定気筒になるように特定気筒の吸気行程直前で可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わる仕様となっているため、推定制御モード信号が切り換わるタイミングに対して実際に可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わるタイミングが遅れることがある。このような場合、推定制御モード信号が切り換えられてから実際に可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わるまでの期間（以下「制御モード切換遅れ期間」という）は、可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わる前であるにも拘らず、切り換え後の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値を算出することになる。

そこで、ＥＣＵ２１は、図２に示すように、推定制御モード信号が切り換わったときに、今回のベース点火進角値と前回のベース点火進角値との差を求める。これにより、推定制御モード信号が切り換わった直後に算出したベース点火進角値（切り換え後の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値）と、推定制御モード信号が切り換わる直前に算出したベース点火進角値（切り換え前の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値）との差を求め、それを点火進角値補正量とする。
点火進角値補正量＝（今回のベース点火進角値）−（前回のベース点火進角値）

この後、クランク角センサ２０の出力パルスをカウントするクランクカウンタのカウント値（図４参照）に基づいて可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わるタイミング（特定気筒の吸気行程直前のタイミング）を通過したか否かを判定することで、制御モード切換遅れ期間が終了したか否かを判定する。そして、制御モード切換遅れ期間が終了する前、つまり、制御モード切換遅れ期間中は、切り換え後の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値を算出し、このベース点火進角値から点火進角値補正量を減算して点火進角値を求める。
点火進角値＝ベース点火進角値−点火進角値補正量

これにより、制御モード切換遅れ期間中は、切り換え後の制御モードに対応したベース点火進角値を切り換え前の制御モード（可変バルブリフト装置１６の実際の制御モード）に対応したベース点火進角値付近に補正した点火進角値を求める。この機能が特許請求の範囲でいう制御パラメータ補正手段としての役割を果たす。

このようにして算出した点火進角値は、クランク角センサ２０の出力パルスをカウントするクランクカウンタのカウント値（図４参照）に基づいて判定した進角値反映気筒の点火時期に反映される。可変バルブリフト装置１６の制御モード切換時には、進角値反映気筒が吸気変化気筒になるまでは、切り換え後の制御モードに対応したベース点火進角値を点火進角値補正量で補正した点火進角値が用いられ、進角値反映気筒が吸気変化気筒となった時点で、切り換え後の制御モードに対応したベース点火進角値から計算遅角量だけ遅角した点火進角値が用いられる。

以上説明した点火時期の算出は、ＥＣＵ２１によって図５に示す点火時期算出プログラムに従って実行される。以下、このプログラムの処理内容を説明する。
図５に示す点火時期算出プログラムは、ＥＣＵ２１の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、推定制御モード信号が切り換わったか否かを判定する。このステップ１０１で、推定制御モード信号が切り換わったと判定されたときに、ステップ１０２に進み、今回のベース点火進角値と前回のベース点火進角値との差を求めることで、推定制御モード信号が切り換わった直後に算出したベース点火進角値（切り換え後の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値）と、推定制御モード信号が切り換わる直前に算出したベース点火進角値（切り換え前の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値）との差を求め、それを点火進角値補正量とする。

点火進角値補正量＝（今回のベース点火進角値）−（前回のベース点火進角値）
推定制御モード信号が切り換わった後は、上記ステップ１０１からステップ１０３に進み、クランクカウンタのカウント値（図４参照）に基づいて可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わるタイミング（特定気筒の吸気行程直前のタイミング）を通過したか否かを判定することで、制御モード切換遅れ期間が終了したか否かを判定する。

このステップ１０３で、制御モード切換遅れ期間が終了する前であると判定された場合、つまり、制御モード切換遅れ期間中は、ステップ１０４に進み、点火進角値補正量を前回の点火進角値補正量で保持する。
点火進角値補正量＝前回の点火進角値補正量

この後、ステップ１０５に進み、遅角量反映フラグを、点火進角値に計算遅角量を反映させないことを意味する「０」にリセット又は維持する。これにより、次のステップ１０８で「Ｎｏ」と判定されて、ステップ１０９に進み、切り換え後の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値から点火進角値補正量を減算して点火進角値を求める。
点火進角値＝ベース点火進角値−点火進角値補正量

これにより、制御モード切換遅れ期間中は、切り換え後の制御モードに対応したベース点火進角値を切り換え前の制御モード（可変バルブリフト装置１６の実際の制御モード）に対応したベース点火進角値付近に補正した点火進角値を求める。

その後、上記ステップ１０３で、制御モード切換遅れ期間が終了したと判定された場合には、ステップ１０６に進み、点火進角値補正量を０にリセット又は維持する。
点火進角値補正量＝０

この後、ステップ１０７に進み、遅角量反映フラグを、遅角要求に応じた遅角要求フラグと同じ値にセット又は保持する。遅角要求がある場合（遅角量反映フラグ＝遅角要求フラグ＝１の場合）には、次のステップ１０８で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１１０に進み、推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値から計算遅角量（要求トルクに応じた遅角量）だけ遅角して点火進角値を求める。
点火進角値＝ベース点火進角値−計算遅角量

以上説明した本実施例では、推定制御モード信号が切り換わったときに、その切り換え前後のベース点火進角値の差を点火進角値補正量として求め、制御モード切換遅れ期間（推定制御モード信号が切り換えられてから実際に可変バルブリフト装置１６の制御モードが切り換わるまでの期間）は、切り換え後の推定制御モード信号が示す制御モードに対応したベース点火進角値を算出するが、その切り換え後の制御モードに対応したベース点火進角値を点火進角値補正量で補正して点火進角値を求めるようにしたので、切り換え後の制御モードに対応したベース点火進角値を切り換え前の制御モード（可変バルブリフト装置１６の実際の制御モード）に対応したベース点火進角値付近に補正した点火進角値を求めることができる。これにより、図７に破線で示すように、可変バルブリフト装置１５の制御モード切換時のトルクショックやノッキングを低減してドライバビリティを向上させることができる。

尚、上記実施例では、制御モード切換遅れ期間中は、点火進角値補正量を前回の点火進角値補正量に維持するようにしたが、一般に、ベース点火進角値は、エンジン回転速度や負荷に応じて変化するように算出されるため、制御モード切換遅れ期間にエンジン回転速度や負荷に応じて点火進角値補正量を修正するようにしても良い。このようにすれば、制御モード切換遅れ期間に算出されるベース点火進角値がエンジン回転速度や負荷に応じて変化するのに対応して点火進角値補正量を修正することができるので、エンジン回転速度や負荷に左右されずにベース点火進角値を精度良く補正することができる。

或は、制御モード切換遅れ期間に、算出したベース点火進角値を点火進角値補正量を用いて補正する処理と、補正後のベース点火進角値と所定周期後に算出したベース点火進角値との差で点火進角値補正量を更新する処理とを繰り返すようにしても良い。このようにすれば、制御モード切換遅れ期間に算出されるベース点火進角値がエンジン回転速度や負荷に応じて変化するのに対応して点火進角値補正量を更新することができ、エンジン回転速度や負荷に左右されずにベース点火進角値を精度良く補正することができる。

また、制御モード切換遅れ期間に、切り換え前の推定制御モード信号に対応したベース点火進角値を算出するようにしても良い。このようにすれば、制御モード切換遅れ期間に切り換え前の制御モード（可変バルブリフト装置１６の実際の制御モード）に対応したベース点火進角値を算出することができ、可変バルブリフト装置１６の制御モード切換時のトルクショックやノッキングを低減してドライバビリティを向上させることができる。

また、上記実施例では、点火時期の算出に本発明を適用したが、点火時期に限定されず、燃料噴射時期、燃料噴射量、スロットル開度、バルブタイミング等のエンジン制御パラメータの算出に本発明を適用しても良い。

また、上記実施例では、推定制御モード信号に応じてエンジン制御パラメータを算出するシステムに本発明を適用したが、要求制御モード信号に応じてエンジン制御パラメータベースを算出するシステムに本発明を適用しても良い。

また、上記実施例では、吸気側の可変バルブリフト装置の制御モードを切り換えるシステムに本発明を適用したが、排気側の可変バルブリフト装置の制御モードを切り換えるシステムに本発明を適用しても良い。

また、上記実施例では、２段階の制御モード間（低リフトモードと高リフトモードとの間）で切り換わる可変バルブリフト装置を搭載したシステムに本発明を適用したが、３段階以上の制御モード間で切り換わる可変バルブリフト装置を搭載したシステムに本発明を適用しても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 本実施例の点火時期の算出方法を説明するタイムチャートである。 推定制御モード信号を説明するタイムチャートである。 クランクカウンタの挙動を示すタイムチャートである。 点火時期算出プログラムの処理を流れを示すフローチャートである。 比較例の点火時期の算出方法を説明するタイムチャートである。 本実施例の効果を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１３…吸気バルブ、１５…排気バルブ、１６…可変バルブリフト装置、１７…燃料噴射弁、１８…点火プラグ、２０…クランク角センサ、２１…ＥＣＵ（制御パラメータ算出手段，制御パラメータ補正手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト特性を切り換える可変バルブリフト装置と、内燃機関の運転状態に応じて要求制御モード信号を切り換えて前記可変バルブリフト装置の制御モードを前記リフト特性が異なる複数の制御モード間で切り換える制御モード切換手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記制御モード切換手段は、前記可変バルブリフト装置の制御モード切換時に特定気筒の吸気行程直前で該可変バルブリフト装置の制御モードを切り換えるように制御し、
   前記要求制御モード信号が切り換えられてから前記可変バルブリフト装置の応答遅れ時間に応じて設定された所定時間が経過した時点で該可変バルブリフト装置の制御モードを推定する推定制御モード信号を切り換える手段と、
   前記要求制御モード信号又は前記推定制御モード信号（以下これらを単に「制御モード信号」という）に応じて内燃機関の制御パラメータを算出する制御パラメータ算出手段と、
   クランク角を検出するクランク角センサの出力パルスをカウントして実際に前記可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わるタイミングを検出する手段と、
   前記制御モード信号が切り換えられてから実際に前記可変バルブリフト装置の制御モードが切り換わるタイミングが検出されるまでの期間中（以下該期間を「制御モード切換遅れ期間」という）に前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータを前記推定制御モード信号が切り換えられた時の制御パラメータに基づいて補正し続ける制御パラメータ補正手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御パラメータ補正手段は、前記制御モード信号が切り換わる直前に前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータと、前記制御モード信号が切り換わった直後に前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータとの差を制御パラメータ補正量として求め、前記制御モード切換遅れ期間に前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータを前記制御パラメータ補正量を用いて補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御パラメータ補正手段は、前記制御モード切換遅れ期間に内燃機関の回転速度と負荷のうちの少なくとも一方に基づいて前記制御パラメータ補正量を修正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御パラメータ補正手段は、前記制御モード信号が切り換わる直前に前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータと、前記制御モード信号が切り換わった直後に前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータとの差を制御パラメータ補正量として求め、前記制御モード切換遅れ期間に、前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータを前記制御パラメータ補正量を用いて補正する処理と、補正後の制御パラメータと所定周期後に前記制御パラメータ算出手段で算出した制御パラメータとの差で前記制御パラメータ補正量を更新する処理とを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御パラメータは、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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