JP5949450B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構と、
内燃機関に要求された目標吸気量指標値に向けて吸気量指標値が変化していく過渡状態におけるバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
を備え、
前記バルブタイミング制御手段は、所定時間中に移動可能なバルブタイミングの可動範囲内で、現在の吸気量指標値から当該所定時間の経過時の吸気量指標値への変化量が最大となる吸気量変化最大バルブタイミングを目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする。
前記バルブタイミング制御手段は、
バルブタイミングをx座標とし、吸気圧もしくは排気圧をy座標とするxy平面上で吸気量指標値が等しい等吸気量指標値曲線に対して、現在の機関運転状態のバルブタイミングおよび吸気圧もしくは排気圧をそれぞれx座標値およびy座標値とする現在の動作点を通る近似直線を算出し、
前記近似直線の傾きの絶対値が所定値未満である場合には、前記可動範囲内のバルブタイミングであって、かつ、前記吸気量変化最大バルブタイミングでの前記変化量に対して吸気量指標値の変化量の減少量が所定の許容幅内にあるバルブタイミングの範囲内で前記内燃機関の所定の性能値を最も高められるバルブタイミングを、目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする。
今回の過渡状態は、吸気量指標値が増加方向に変化する加速状態であって、
前記バルブタイミング制御手段は、近似直線の傾きの絶対値が前記所定値未満である場合であって、かつ、吸気量指標値が今回の過渡状態の目標吸気量指標値で等しい等目標吸気量指標値曲線上において吸気圧もしくは排気圧が最も低い動作点でのバルブタイミングである最低圧力下バルブタイミングに関して、当該最低圧力下バルブタイミングと現在の動作点でのバルブタイミングとの乖離幅が所定値以上である場合には、前記可動範囲内のバルブタイミングであって、かつ、前記吸気量変化最大バルブタイミングでの前記変化量に対して吸気量指標値の変化量の減少量が所定の許容幅内にあるバルブタイミングの範囲内で前記最低圧力下バルブタイミングに最も近いバルブタイミングを、目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする。
今回の過渡状態は、吸気量指標値が減少方向に変化する減速状態であって、
前記バルブタイミング制御手段は、近似直線の傾きの絶対値が前記所定値未満である場合であって、かつ、吸気量指標値が今回の過渡状態の目標吸気量指標値で等しい等目標吸気量指標値曲線上において吸気圧もしくは排気圧が最も高い動作点でのバルブタイミングである最高圧力下バルブタイミングに関して、当該最高圧力下バルブタイミングと現在の動作点でのバルブタイミングとの乖離幅が所定値以上である場合には、前記可動範囲内のバルブタイミングであって、かつ、前記吸気量変化最大バルブタイミングでの前記変化量に対して吸気量指標値の変化量の減少量が所定の許容幅内にあるバルブタイミングの範囲内で前記最高圧力下バルブタイミングに最も近いバルブタイミングを、目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする。
前記可変動弁機構は、前記バルブタイミングとしての吸気バルブタイミングを変更可能な吸気可変動弁機構であって、
前記バルブタイミング制御手段は、前記吸気バルブタイミングを制御するものであることを特徴とする。
前記可変動弁機構は、吸気バルブタイミングを変更可能な吸気可変動弁機構と、排気バルブタイミングを変更可能な排気可変動弁機構と、を含み、
前記バルブタイミング制御手段は、前記過渡状態における前記吸気バルブタイミングおよび前記排気バルブタイミングをそれぞれ制御するものであって、
前記過渡状態において前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を縮小させることが要求された場合には、吸気弁用の前記近似直線および排気弁用の前記近似直線のうちで傾きの絶対値が小さい近似直線を利用する方の弁のバルブタイミングを、要求されたバルブオーバーラップ期間の縮小のために、他方の弁のバルブタイミングよりも優先して調整するバルブタイミング制御調整手段を更に備えることを特徴とする。
前記可変動弁機構は、吸気バルブタイミングを変更可能な吸気可変動弁機構と、排気バルブタイミングを変更可能な排気可変動弁機構と、を含み、
前記バルブタイミング制御手段は、前記過渡状態における前記吸気バルブタイミングおよび前記排気バルブタイミングをそれぞれ制御するものであって、
前記バルブタイミング制御手段は、吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングと吸気圧との間の関係を3次元で見たときに、前記所定時間中に移動可能な吸気バルブタイミングの可動範囲内であって、かつ、前記所定時間中に移動可能な排気バルブタイミングの可動範囲内で、現在の吸気量指標値から当該所定時間の経過時の吸気量指標値への変化量が最大となる吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングをそれぞれ目標吸気バルブタイミングおよび目標排気バルブタイミングとする吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする。
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関10のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関(例えば、ガソリンエンジン)10を備えている。内燃機関10の各気筒には、吸気通路12および排気通路14が連通している。
(吸気量KLを目標吸気量KLrefに近づけるフェーズ1)
加速時には、ドライバーからの要求に基づく目標トルクが得られる目標吸気量指標値(例えば、目標吸気量KLref)に向けて吸気量指標値(例えば、吸気量KL)を速やかに近づけること(すなわち、加速時のトルク応答性を向上させること)が要求される。吸気量KLなどの吸気量指標値は、後述の(1)式に示すように吸気バルブタイミングおよび吸気圧などとの間で一意的な関係にある。トルク応答性の向上のために加速時に吸気バルブタイミングを目標値に向けて動かす際に、上記関係をうまく利用しないと、トルク応答性を効果的に向上させることができない場合が生じ得る。尚、KLは、より具体的には、筒内への新気の充填率(負荷率)を表す吸気量指標値であるが、以下、単に吸気量KLと表記する。
pm=f(KL、INVT、EXVT、NE) ・・・(1)
この関係式において排気バルブタイミングEXVTおよびエンジン回転数NEを固定することで、図2に示すように吸気バルブタイミングINVTをx座標とし、吸気圧pmをy座標とするxy平面上に等吸気量曲線を描くことができるようになる。
また、本実施形態では、吸気量KLが目標吸気量KLrefの近傍に到達した後の加速状態においては、図2(A)に示すように、目標吸気量KLrefを維持しつつ、加速時の最終的な目標動作点Oでの吸気バルブタイミングである目標吸気バルブタイミングVT(O)に近づけられるように吸気バルブタイミングが所定時間T毎に調整されていく。
本実施形態では、フェーズ2において所定時間T毎の目標吸気バルブタイミングを算出する際に用いるために、図3に示すような手法で、現在の動作点(現在値P)を通る等吸気量曲線の近似直線Aの算出が行われる。
pm0=f(KL0、VT0、EXVT、NE)
pm0’=f(KL0、VT0−d、EXVT、NE)
尚、吸気量(負荷率)KLは、エアフローメータ18により計測される吸入空気量とクランク角センサ52を用いて取得されたエンジン回転数とに基づいて算出することができる。また、現在の吸気バルブタイミングVTは吸気カム角センサ40とクランク角センサ52とを用いて取得することができる。尚、近似直線Aの算出に用いられる排気バルブタイミングEXVTおよびエンジン回転数NEには所定の固定値(現在値)が代入されるものとする。
pm=a×(INVT)+pm0−a×VT0
pm1=f(KLref、VT0、EXVT、NE)
図5における点C’は、近似直線Bを求めるための点であって、吸気バルブタイミングINVTがVT0に対して所定量dだけ移動された値(VT0−d)であるときに特定動作点Cと同じ等吸気量曲線上にある点である。この点C’における吸気圧pm1’は、上記(1)式を用いて次のように算出することができる。
pm1’=f(KLref、VT0−d、EXVT、NE)
pm=b×(INVT)+pm1−b×VT0
図6は、上述した加速時の吸気バルブタイミング制御を実現するために、本実施の形態1においてECU50が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、アクセル開度センサ54を用いて加速要求が出された際に起動され、目標動作点Oでの吸気バルブタイミングVT(O)が目標吸気バルブタイミングに設定されるまで所定の制御周期(上記所定時間T)毎に繰り返し実行されるものとする。
次に、図7および図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施の形態2は、実施の形態1と同様の構成および加速時の吸気バルブタイミング制御に対して、現在値Pでの近似直線Aの傾きの絶対値が所定値以上であるか否かに応じてフェーズ1での吸気バルブタイミングの制御内容を変更したことに特徴を有している。尚、本実施形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。また、近似直線Aの傾きの絶対値が上記所定値以上である場合の制御は、実施の形態1と同じである。
(加速時に近似直線Aの絶対値が小さい場合の吸気バルブタイミング制御の概要)
図7は、加速時に近似直線Aの傾きの絶対値が小さい場合における吸気バルブタイミング制御を説明するための図である。
図8は、上述した加速時の吸気バルブタイミング制御を実現するために、本実施の形態2においてECU50が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図8において、実施の形態1における図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
次に、図9乃至図13を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施の形態3は、実施の形態1と同様の構成および実施の形態1、2と同様の加速時の吸気バルブタイミング制御に対して、近似直線Aの傾きの絶対値が上記所定値未満であり、かつ、等目標吸気量曲線上で吸気圧が最低となる動作点での吸気バルブタイミング(吸気バルブタイミングVT1(図9参照))と現在の動作点の吸気バルブタイミングVTとの乖離幅が所定値以上であるか否かに応じてフェーズ1での吸気バルブタイミングの制御内容を変更したことに特徴を有している。尚、本実施形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。また、近似直線Aの傾きの絶対値が上記所定値以上である場合の制御は、実施の形態1と同じであり、かつ、近似直線Aの傾きの絶対値が上記所定値未満であり、かつ、上記吸気バルブタイミングVT1と現在の吸気バルブタイミングVTとの乖離幅が上記所定値未満である場合の制御は、実施の形態2と同じである。
(加速時に近似直線Aの絶対値が小さく、かつ、吸気バルブタイミングVT1と現在の吸気バルブタイミングVTとの乖離幅が大きい場合の吸気バルブタイミング制御の概要)
図9は、加速時に近似直線Aの傾きの絶対値が小さい場合であって、かつ、VT1と現在のVTとの乖離幅が大きい場合における吸気バルブタイミング制御を説明するための図である。
先ず、図10および図11を参照して、等目標吸気量曲線上で吸気圧が最低となる動作点での吸気バルブタイミングVT1の算出手法の一例について説明する。
次に、図14および図15を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
本実施の形態4は、実施の形態1〜3と同様の構成および加速時の吸気バルブタイミングの制御に対して、更に以下に説明する制御を行う点に特徴を有している。尚、本実施形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施形態では、排気バルブタイミングについても、上述した実施の形態1乃至3における吸気バルブタイミング制御と同様の思想の制御が加速時に行われる。具体的には、上記(1)式において吸気バルブタイミングINVTおよびエンジン回転数NEを固定することで、ここでは図示を省略するが、排気バルブタイミングEXVTをx座標とし、吸気圧pmをy座標とするxy平面上に等吸気量曲線を描くことができるようになる。加速時のフェーズ1では、加速状態における所定時間T中に移動可能な排気バルブタイミングの可動範囲Q内で、現在値Pでの吸気量KLに対する吸気量KLの増加量が最大となる動作点P’KLHIでの排気バルブタイミングを目標排気バルブタイミングとする排気バルブタイミングを、吸気量KLが目標吸気量KLrefに到達するまで(より具体的には、目標吸気量KLrefが得られる等目標吸気量曲線の近傍に動作点が移動するまで)所定時間T毎に繰り返し実行される。フェーズ2における排気バルブタイミングの制御、および実施の形態2、3で説明した特定の状況下での排気バルブタイミングの制御についても、これまでに説明した吸気バルブタイミングの制御と同じ考え方に基づいて行うことができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
図14は、本発明の実施の形態4で実行される加速時の吸排気バルブタイミング制御を実現するために、ECU50が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、吸気弁用および排気弁用の近似直線AIN、AEXが算出される加速時のフェーズ1において、所定時間T毎に繰り返し実行されるものとする。
次に、図16および図17を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
本実施の形態5は、実施の形態1と同様の構成および加速時の吸気バルブタイミングの制御に対して、更に以下に説明する制御を行う点に特徴を有している。尚、本実施形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
図16は、吸気バルブタイミング、吸気圧、排気バルブタイミングをそれぞれx、y、z座標とする空間上に等吸気量曲面を表した図である。図17は、図16中の矢視A、Bのそれぞれの方向から見た等吸気量曲線を表した図である。
12 吸気通路
12a 吸気通路の吸気マニホールド
14 排気通路
16 エアクリーナ
18 エアフローメータ
20 ターボ過給機
20a ターボ過給機のコンプレッサ
20b ターボ過給機のタービン
22 インタークーラ
24 スロットルバルブ
26 吸気圧センサ
28 燃料噴射弁
30 点火プラグ
32 吸気可変動弁機構(吸気VVT)
34 排気可変動弁機構(排気VVT)
36 吸気カム軸
38 排気カム軸
40 吸気カム角センサ
42 排気カム角センサ
44 排気バイパス通路
46 ウェイストゲートバルブ(WGV)
48 排気浄化触媒
50 ECU(Electronic Control Unit)
52 クランク角センサ
54 アクセル開度センサ
Claims (7)
- 吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構と、
内燃機関に要求された目標吸気量指標値に向けて吸気量指標値が変化していく過渡状態におけるバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
を備え、
前記バルブタイミング制御手段は、所定時間中に移動可能なバルブタイミングの可動範囲内で、現在の吸気量指標値から当該所定時間の経過時の吸気量指標値への変化量が最大となる吸気量変化最大バルブタイミングを目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記バルブタイミング制御手段は、
バルブタイミングをx座標とし、吸気圧もしくは排気圧をy座標とするxy平面上で吸気量指標値が等しい等吸気量指標値曲線に対して、現在の機関運転状態のバルブタイミングおよび吸気圧もしくは排気圧をそれぞれx座標値およびy座標値とする現在の動作点を通る近似直線を算出し、
前記近似直線の傾きの絶対値が所定値未満である場合には、前記可動範囲内のバルブタイミングであって、かつ、前記吸気量変化最大バルブタイミングでの前記変化量に対して吸気量指標値の変化量の減少量が所定の許容幅内にあるバルブタイミングの範囲内で前記内燃機関の所定の性能値を最も高められるバルブタイミングを、目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 今回の過渡状態は、吸気量指標値が増加方向に変化する加速状態であって、
前記バルブタイミング制御手段は、近似直線の傾きの絶対値が前記所定値未満である場合であって、かつ、吸気量指標値が今回の過渡状態の目標吸気量指標値で等しい等目標吸気量指標値曲線上において吸気圧もしくは排気圧が最も低い動作点でのバルブタイミングである最低圧力下バルブタイミングに関して、当該最低圧力下バルブタイミングと現在の動作点でのバルブタイミングとの乖離幅が所定値以上である場合には、前記可動範囲内のバルブタイミングであって、かつ、前記吸気量変化最大バルブタイミングでの前記変化量に対して吸気量指標値の変化量の減少量が所定の許容幅内にあるバルブタイミングの範囲内で前記最低圧力下バルブタイミングに最も近いバルブタイミングを、目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする請求項2記載の内燃機関の制御装置。 - 今回の過渡状態は、吸気量指標値が減少方向に変化する減速状態であって、
前記バルブタイミング制御手段は、近似直線の傾きの絶対値が前記所定値未満である場合であって、かつ、吸気量指標値が今回の過渡状態の目標吸気量指標値で等しい等目標吸気量指標値曲線上において吸気圧もしくは排気圧が最も高い動作点でのバルブタイミングである最高圧力下バルブタイミングに関して、当該最高圧力下バルブタイミングと現在の動作点でのバルブタイミングとの乖離幅が所定値以上である場合には、前記可動範囲内のバルブタイミングであって、かつ、前記吸気量変化最大バルブタイミングでの前記変化量に対して吸気量指標値の変化量の減少量が所定の許容幅内にあるバルブタイミングの範囲内で前記最高圧力下バルブタイミングに最も近いバルブタイミングを、目標バルブタイミングとするバルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする請求項2記載の内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、前記バルブタイミングとしての吸気バルブタイミングを変更可能な吸気可変動弁機構であって、
前記バルブタイミング制御手段は、前記吸気バルブタイミングを制御するものであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、吸気バルブタイミングを変更可能な吸気可変動弁機構と、排気バルブタイミングを変更可能な排気可変動弁機構と、を含み、
前記バルブタイミング制御手段は、前記過渡状態における前記吸気バルブタイミングおよび前記排気バルブタイミングをそれぞれ制御するものであって、
前記過渡状態において前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を縮小させることが要求された場合には、吸気弁用の前記近似直線および排気弁用の前記近似直線のうちで傾きの絶対値が小さい近似直線を利用する方の弁のバルブタイミングを、要求されたバルブオーバーラップ期間の縮小のために、他方の弁のバルブタイミングよりも優先して調整するバルブタイミング制御調整手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、吸気バルブタイミングを変更可能な吸気可変動弁機構と、排気バルブタイミングを変更可能な排気可変動弁機構と、を含み、
前記バルブタイミング制御手段は、前記過渡状態における前記吸気バルブタイミングおよび前記排気バルブタイミングをそれぞれ制御するものであって、
前記バルブタイミング制御手段は、吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングと吸気圧との間の関係を3次元で見たときに、前記所定時間中に移動可能な吸気バルブタイミングの可動範囲内であって、かつ、前記所定時間中に移動可能な排気バルブタイミングの可動範囲内で、現在の吸気量指標値から当該所定時間の経過時の吸気量指標値への変化量が最大となる吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングをそれぞれ目標吸気バルブタイミングおよび目標排気バルブタイミングとする吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングの制御を前記所定時間毎に実行することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。
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