(57)【要約】【課題】加減速時等の過渡時における可変動弁機構の機械的応答遅れ等に起因する燃焼性悪化等を解消すべく、点火時期の過渡補正に用いる補正係数を、計算モデルの複雑化・大規模を招くことなく、正確に求めることのできるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】吸排気弁21、22の現在の実位相と吸入空気量等のエンジン負荷相当量に基づいて設定される目標位相との角度差を求めるとともに、吸気管内圧力を用いて計算される、前記吸排気弁の位相が前記目標位相に達した際の吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量とのずれ量ないしその相関値を求め、さらに、該ずれ量ないしその相関値を、前記角度差に応じたものとするための補正係数を求め、該補正係数を用いて点火時期の過渡補正を行なう。【選択図】図5
2010275871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁及び/又は排気弁の位相を変えることのできる可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置であって、
前記吸排気弁の現在の実位相と吸入空気量等のエンジン負荷相当量に基づいて設定される目標位相との角度差を求めるとともに、吸気管内圧力を用いて計算される、前記吸排気弁の位相が前記目標位相に達した際の吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量とのずれ量ないしその相関値を求め、さらに、該ずれ量ないしその相関値を、前記角度差に応じたものとするための補正係数を求め、該補正係数を用いて点火時期の過渡補正を行なうことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記ずれ量ないしその相関値として、エンジン回転数、エンジン排気量、ガス常数、及び吸気温度と理想気体の状態方程式とを用いて計算される吸入空気量理論値と実吸入空気量との比を求めることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記ずれ量ないしその相関値として、エンジン回転数、エンジン排気量、ガス常数、及び所定温度に固定した吸気温度と理想気体の状態方程式とを用いて計算される吸入空気量理論値と実吸入空気量との比を求めることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
運転領域毎に前記吸排気弁の位相と吸入空気量との関係を表す近似曲線を求めて、該近似曲線の係数を運転領域毎に記憶しておき、この記憶されている係数を用いて、前記目標位相時における吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量との比を求めることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
過渡時における点火時期を、前記実吸入空気量に対する前記吸入空気量理論値の比が1.0以上のときは遅角側へ、1.0未満のときは進角側へ補正することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
点火時期の過渡補正時には、点火時期を吸入空気量に応じた感度で補正することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
点火時期の過渡補正時には、点火時期を吸入空気量に応じた移行幅及び移行間隔で補正することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁及び/又は排気弁の位相を変えることのできる可変動弁(VVT=可変バルブタイミング)機構を備えたエンジンの制御装置に係り、特に、加減速時等の過渡時における可変動弁機構の機械的応答遅れやオーバーシュートに起因する燃焼性悪化、トルク低下等を解消し得るようにされたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば下記特許文献1にも見られるように、エンジンの運転状態に応じて吸気弁の開時期から排気弁の閉時期に至るオーバーラップ量を変化させるべく、動弁機構として吸気弁及び/又は排気弁(以下、吸排気弁と略称することがある)の位相を可変とするものが用いられている。
【０００３】
かかる可変動弁機構を備えたエンジンでは、通常、前記オーバーラップ量を大きくすると、内部EGR量が増加して充填効率が低下し、逆に、前記オーバーラップ量を小さくすると、内部EGR量が減少して充填効率が増大する。この内部EGR量と充填効率とは、エンジンの出力トルク、燃焼性、排気性能(排気エミッション特性)等に密接に関わる。
【０００４】
また、前記可変動弁機構では、弁位相を油圧式、電動式等のアクチュエータで変えるようになっているため、過渡時における弁位相(少なくとも吸気弁の開時期及び/又は排気弁の閉時期)の変更には、機械的応答遅れ(追従遅れ)やオーバーシュートが発生する。
【０００５】
それに対し、吸排気弁の位相変更が行なわれる過渡時の点火時期は、吸排気弁の位相が目標位相に達しているものとして設定されており、前記追従遅れやオーバーシュートが発生した場合には、最適な点火時期から外れ、トルクの低下や燃焼性の悪化(ノッキングの発生等)を引き起こす。
【０００６】
このような問題を解消すべく、例えば下記特許文献2には、過渡時における点火時期の補正について、吸気弁の位相変更に伴う燃焼室内の温度、圧力の変化を加味して点火時期を補正することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平8−261026号公報
【特許文献２】特開2006−090198号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献2では、燃焼室内の温度、圧力を内部状態変数として、吸排気弁の目標位相時の燃焼室内の温度、圧力と現在の燃焼室内の温度、圧力との偏差により点火時期を補正しようとしており、燃焼室内温度及び圧力は燃焼という化学変化によるものであり、それを内部状態変数とした場合、計算が複雑となりかつ誤差も大きくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、加減速時等の過渡時における可変動弁機構の機械的応答遅れ等に起因する燃焼性悪化等を解消すべく、点火時期の過渡補正に用いる補正係数を、計算モデルの複雑化・大規模を招くことなく、正確に求めることのできるエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置は、基本的には、吸気弁及び/又は排気弁の位相を変えることのできる可変動弁機構を備え、前記吸排気弁の現在の実位相と吸入空気量等のエンジン負荷相当量に基づいて設定される目標位相との角度差を求めるとともに、吸気管内圧力を用いて計算される、前記吸排気弁の位相が前記目標位相に達した際の吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量とのずれ量ないしその相関値を求め、さらに、該ずれ量ないしその相関値を、前記角度差に応じたものとするための補正係数を求め、該補正係数を用いて点火時期の過渡補正を行なうことを特徴としている。
【００１１】
好ましい態様では、前記ずれ量ないしその相関値として、エンジン回転数、エンジン排気量、ガス常数、及び吸気温度と理想気体の状態方程式とを用いて計算される吸入空気量理論値と実吸入空気量との比を求めるようにされる。
【００１２】
別の好ましい態様では、前記ずれ量ないしその相関値として、エンジン回転数、エンジン排気量、ガス常数、及び所定温度に固定した吸気温度と理想気体の状態方程式とを用いて計算される吸入空気量理論値と実吸入空気量との比を求めるようにされる。
【００１３】
この場合、好ましい態様では、運転領域毎に前記吸排気弁の位相と吸入空気量との関係を表す近似曲線を求めて、該近似曲線の係数を運転領域毎に記憶しておき、この記憶されている係数を用いて、前記目標位相時における吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量との比を求めるようにされる。
【００１４】
他の好ましい態様では、過渡時における点火時期を、前記実吸入空気量に対する前記吸入空気量理論値の比が1.0以上のときは遅角側へ、1.0未満のときは進角側へ補正するようにされる。
【００１５】
他の好ましい態様では、点火時期の過渡補正時には、点火時期を吸入空気量に応じた感度で補正するようにされる。
【００１６】
別の好ましい態様では、点火時期の過渡補正時には、点火時期を吸入空気量に応じた移行幅及び移行間隔で補正するようにされる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るエンジンの制御装置では、吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量とのずれ量もしくはその相関値を求めるとともに、このずれ量ないしその相関値を、実位相と目標位相との角度差に応じて補正する補正係数を求め、この補正係数を用いて点火時期の過渡補正を行なうようにされる。この場合、前記補正係数の変化は、エンジンの充填効率が変化していることを示し、充填効率の変化は、内部EGR量が変化していることを示している。したがって、この内部EGR量の変化に対して点火時期を補正すれば、過渡時における吸排気弁の過進角による燃焼性悪化(ノックの発生等)や過遅角によるトルクダウン等は防止できる。ひいては、トルクを最適にコントロールできることとなり、燃費の向上等が望める。
【００１８】
また、前記補正係数の計算過程において簡易的に近似式を用いることにより、計算モデルの複雑化・大規模化を回避でき、かつ実際のデータから変数を決定できるため、誤差も小さくなる。
【００１９】
さらに、前記点火時期の補正係数に対して、吸入空気量等の運転状態(を表すパラメータ)に応じた感度や移行幅、間隔等を設定することにより、誤差をより小さくできるとともに、燃焼性等を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る制御装置の一実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図。
【図２】図1に示されるコントロールユニットの内部構成を示す概略図。
【図３】コントロールユニットが実行する制御概要等を示す機能ブロック図。
【図４】エンジンの吸気系の物理モデルの一例を示す図。
【図５】シリンダ流入空気量を求める処理過程の一例を示すブロック線図。
【図６】吸気弁の位相と吸入空気量比率との関係の一例を示す図。
【図７】吸気弁の位相と吸入空気量比率との関係を近似曲線に置き換えた例を示す図。
【図８】吸気弁の現在の実位相と目標位相、排気弁の現在の実位相と目標位相、吸入空気量比率の現在値と目標値の一例を示す図。
【図９】吸気効率補正係数を求める処理過程の一例を示すブロック線図。
【図１０】吸入空気量比率を求めるブロック線図の一例を示す図。
【図１１】吸気効率補正係数Vを用いて点火時期を補正する際の処理過程の一例を示すブロック線図。
【図１２】点火時期補正値の補正分のベース値移行処理のタイムチャートの一例を示す図。
【図１３】エンジンの充填効率と内部EGR率との関係の一例を示す特性図。
【図１４】点火時期の過渡補正を行なった場合のタイムチャートの一例を示す図。
【図１５】コントロールユニットが実行する点火時期過渡補正を中心とした制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１６】シリンダ流入空気量(吸入空気量理論値)の計算手順の一例を示すフローチャート。
【図１７】吸気効率補正係数の計算手順の一例を示すフローチャート。
【図１８】吸入空気量比率の計算手順の一例を示すフローチャート。
【図１９】吸入空気量比率を求める処理過程の一例を示すブロック線図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る制御装置の一実施形態(第1実施例)を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。
【００２２】
図1において、本実施例の制御装置1が適用されたエンジン10は、例えば4つの気筒#1、#2、#3、#4(図には#1を代表して示す)を有する火花点火式の多気筒ガソリンエンジンであって、シリンダヘッド及びシリンダブロックからなるシリンダ12と、このシリンダ12の各気筒#1、#2、#3、#4内に摺動自在に嵌挿されたピストン15と、を有し、ピストン15はコンロッド14を介してクランクシャフト13に連結されている。ピストン15上方には、所定形状の燃焼室(天井ないしルーフ部)を持つ燃焼作動室17が画成され、各気筒#1、#2、#3、#4の燃焼作動室17には、点火コイル34等からなる点火ユニットに接続された点火プラグ35が臨設されている。
【００２３】
燃料の燃焼に供せられる空気は、エアークリーナ(図示せず)から、ホットワイヤ式等のエアフローセンサ53や電制スロットル弁25が配在された管状通路部分(スロットルボディ)、コレクタ27、吸気マニホールド(多岐管)28、吸気ポート29等からなる吸気通路20を通り、その下流端(吸気ポート29端部)に配在された吸気弁21を介して各気筒#1、#2、#3、#4の燃焼作動室17に吸入される。そして、吸気通路20の下流部分(吸気マニホールド28)には、各気筒(#1、#2、#3、#4)毎に、吸気ポート29に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁30が臨設され、また、コレクタ27には吸気温センサ52が配在されている。
【００２４】
燃焼作動室室17に吸入された空気と燃料噴射弁30から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ35による火花点火により燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス(排気ガス)は、燃焼作動室17から排気弁22を介して排気ポート、排気マニホールド、排気浄化用触媒(例えば三元触媒)が設けられた排気管等からなる排気通路40を通って外部(大気中)に排出される。排気通路40における触媒より上流側には酸素濃度センサ(空燃比センサ)57が配在されている。
【００２５】
また、各気筒(#1、#2、#3、#4)毎に配備された燃料噴射弁30には、燃料タンク内の燃料(ガソリン等)が燃料ポンプや燃圧レギュレータ等を備えた燃料供給機構60により所定燃圧に調圧されて供給され、燃料噴射弁30は、後述するエンジンコントロールユニット(ECU)100から供給される、そのときの運転状態に応じたパルス幅(開弁時間に相当する)を持つ開弁パルス信号により開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート29に向けて噴射するようになっている。
【００２６】
上記に加えて、本例のエンジン1には、吸気弁21及び排気弁22の位相を変えるべく、より詳しくは、エンジンの運転状態に応じて、主として吸気弁21の開時期から排気弁22の閉時期に至るオーバーラップ量を変化させるべく、吸排気カムシャフト23、24に、それぞれ可変動弁(VVT=可変バルブタイミング)機構としての吸気弁油圧アクチュエータ41、排気弁油圧アクチュエータ42が付設されるとともに、吸排気弁21、22の位相(カムシャフト23、24の位相)を検出するための吸気弁位相センサ61及び排気弁位相センサ62が添設されている。
【００２７】
本例では、加減速時等の過渡時には、後述するコントロールユニット100により、前記吸排気弁油圧アクチュエータ41、42を制御して吸気弁21の位相と排気弁22の位相をそれぞれ、例えば、同角度ずつ逆方向に変化させるようになっている(吸排気弁21、22は、同時に前記オーバーラップ量を増大させる方向か、減少させる方向のいずれかに動かされる)。
【００２８】
また、吸気通路20には、アイドル回転数制御を行うべく、スロットル弁25を迂回するバイパス通路が設けられるとともに、該通路にISCバルブ45が介装されている。なお、本例では、アイドル回転数はISCバルブ45を開閉制御することにより行うようになっているが、アイドル回転数は、前記スロットル25の開度を制御することにより行うこともできる。
【００２９】
一方、前記エンジン10の種々の制御、つまり、前記燃料噴射弁30における燃料噴射制御、前記点火プラグ35における点火時期制御等を行うべく、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(ECU)100が備えられている。
【００３０】
コントロールユニット100は、基本的には、図2に示される如くに、それ自体はよく知られているもので、CPU90、ROM91、RAM92、入出力ポート(I.O)95、入力回路96、ドライバ(駆動回路)97等で構成される。コントロールユニット100においては、前記センサ類からの信号は入力回路96にてノイズ除去等の処理後、入出力ポート95に送られる。入力ポート95の値はRAM92に保管され、CPU90内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM91に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はRAM92に保管された後、出力ポート95に送られる。
【００３１】
コントロールユニット100には、入力信号として、エアフローセンサ53により検出される吸入空気量に応じた信号、クランクシャフト13に添設されたクランク角センサ(回転数センサ)55から得られるクランクシャフト13の回転(エンジン回転数)・位相(クランク角)をあらわす信号(クランク角センサ55からは、例えば、回転角1度毎にパルス信号が出力される)、吸排気カムシャフト23、24に添設された吸気弁位相センサ61及び排気弁位相センサ62により検出される吸排気弁21、22の位相をあらわす信号、排気通路40における三元触媒より上流側に配在された酸素濃度センサ57からの酸素濃度(空燃比)に応じた信号、シリンダ12に配設された水温センサ54により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、エンジン10の運転、停止のメインスイッチであるイグニッションキースイッチ59からの信号、吸気通路20のコレクタ27部分に設けられた吸気温センサ52により検出される吸気温に応じた信号、スロットル開度センサ58により検出されるスロットル開度信号等が供給される。
【００３２】
コントロールユニット100は、前記各種の入力信号に基づいてエンジンの運転状態を認識し、この運転状態に基づいて、燃料噴射量及び点火時期等のエンジンの主要な操作量を演算する。
【００３３】
より詳細には、コントロールユニット100においては、エンジンの運転状態に基づいて、各気筒#1、#2、#3、#4毎に噴射すべき燃料噴射量が演算され、この演算された燃料噴射量量に相当するパルス幅を持つ開弁パルス信号が生成され、この開弁パルス信号がドライバ97で燃料噴射弁30を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて、燃料噴射弁駆動信号として各気筒#1、#2、#3、#4毎に所定のタイミングで燃料噴射弁30に供給される。また、コントロールユニット100で演算された点火時期で点火されるようにドライバ97から駆動信号が各気筒#1、#2、#3、#4の点火コイル34に送られる。
【００３４】
次に、コントロールユニット100が、加減速時等の過渡時における可変動弁機構の機械的応答遅れに起因する燃焼性悪化等を解消すべく実行する点火時期の過渡補正について説明する。
【００３５】
本実施例では、吸気管内圧力(推定値)に基づいて計算される、吸排気弁21、22の位相が目標位相に達した際の吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量とのずれ量ないしその相関値としてそれらの比を求めるとともに、この比を、さらに、吸排気弁21、22の実位相と目標位相との角度差に応じて補正する補正係数を求め、この補正係数を用いて点火時期の過渡補正を行なうようにされる。
【００３６】
以下、これを詳細に説明する。
コントロールユニット100は、図3に機能ブロック図で示されているように、エンジン回転数計算手段101、吸入空気量計算手段102、基本噴射量計算手段103、基本噴射量補正係数計算手段104、吸排気弁目標位相計算手段105、吸気効率補正手段106、空燃比帰還制御係数計算手段107、基本噴射量補正手段108、基本点火時期計算手段109、点火時期補正手段110、目標アイドル回転数計算手段111、を備える。
【００３７】
前記エンジン回転数計算手段101は、クランク角センサ55からのパルス信号の単位時間当たりの変化(例えばパルスの立ち上がりもしくは立ち下がり)の回数(到来数)をカウントして所定の演算処理を行うことにより単位時間あたりのエンジン回転数を計算する。
【００３８】
吸入空気量計算手段102は、エアフローセンサ53からの信号を電圧-流量変換し、吸気通路20におけるエアフローセンサ53部分を通過する吸入空気量(検出吸入空気量=実吸入空気量)を求め、該吸入空気量、エンジン回転数、吸気温度等に基づいて、吸気管内圧力推定値を計算するともに、シリンダ12内(燃焼作動室17)に吸入されるシリンダ流入空気量(理論値)を計算し、さらに、それらに基づいて、現在の実吸気効率と吸排気弁21、22の位相が目標位相に達した際の吸気効率(目標吸気効率)とを計算して、それらの比(実吸入空気量に対する吸入空気量理論値の比であり、ずれ量ないしその相関値に相当する)。
【００３９】
基本噴射量計算手段103は、エンジン回転数と吸入空気量により、一つの気筒におけるエンジン1回転あたりの吸入空気量(エンジン負荷に相当する)を計算するとともに、該エンジン負荷に基づいて各気筒#1、#2、#3、#4共通の基本噴射量を計算する。
【００４０】
基本噴射量補正係数計算手段104は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づき、基本噴射量計算手段103で計算された基本噴射量に対するエンジンの各運転領域における補正係数を設定する(補正係数マップから対応する運転領域の係数を読み出すことで、本明細書において「設定する」や「求める」は、「計算する」や「算出する」と同義に扱われる)。
【００４１】
吸排気弁目標位相計算手段105は、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて、吸排気弁21、22の目標位相を設定する(マップから読み出す)。
【００４２】
吸気効率補正手段106は、吸排気弁21、22の現在の実位相と目標位相との角度差を求め、この角度差に基づいて、前記吸気効率の比を補正するための補正係数、すなわち、点火時期の過渡補正を行なうための補正係数ηを算出する。
【００４３】
空燃比帰還制御係数計算手段107は、酸素濃度センサ57からの信号に基づき、燃焼に供せられる混合気が目標空燃比に保たれるようにPID制御による空燃比帰還制御係数を計算する。なお、前記酸素濃度センサ57は、本例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものが使用されているが、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側/リーン側にあるかでHigh-Lowレベル信号を出力するものでも差し支えはない。
【００４４】
基本噴射量補正手段108は、基本噴射量計算手段103で計算された基本噴射量を、基本噴射量補正係数計算手段104で求められた基本噴射量補正係数、空燃比帰還制御係数計算手段108で求められた空燃比帰還制御係数、水温センサ54により検出されたエンジンの冷却水温に基づいて設定される水温補正係数等により補正する。
【００４５】
基本点火時期計算手段109は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づきエンジンの各運転領域における最適な基本点火時期をマップ検索等で設定する。
【００４６】
点火時期補正手段110は、基本点火時期計算手段105でマップ検索された点火時期に対して、エンジンの冷却水温等による補正、吸気効率補正手段106で算出された補正係数η等による補正を施す。
【００４７】
図4は、本発明の対象となるエンジンの吸気系の物理モデルの一例を示す。本吸気系の入り口には、吸気系内に実際に吸入される吸入空気量を検出するエアフローセンサ53が取り付けられており、該センサ53により検出される検出(実)吸入空気量QA00、吸気管内圧力(の推定値)PMMHG、エンジン回転数、エンジン排気量、吸気温、及びエンジン運転領域で決まる非線形の吸気効率を用いることにより、シリンダ12(燃焼作動室17)内に流入するシリンダ流入空気量(吸入空気量理論値)QARが求められる。
【００４８】
図5は、前記シリンダ流入空気量QARを求めるブロック線図の一例を示す。ブロック501では、エアフローセンサ53により検出される吸入空気量QA00、前回のシリンダ流入空気量QAR、及び前回のPMMHGを用いて、今回の吸気管内圧力PMMHGを計算(推定)する。
【００４９】
ブロック502では、エンジン回転数Ne及び前回の吸気管内圧力PMMHGから非線形要素である吸気効率ηをマップ検索して求める。ブロック503では、エンジン回転数Neと前述した図3のブロック103で求められたエンジン負荷LDATAにより吸排気弁21、22の目標位相をマップ検索する。ブロック504では、ブロック503で求めた目標位相と吸排気弁位相センサ61、62により検出される現在の位相(実位相)との角度差に基づいて、前記吸気効率ηの補正係数VVTCRGを計算する(後で詳述)。計算された吸気効率補正係数VVTCRGは、乗算器505にてブロック502でマップ検索により求められた吸気効率に乗ぜられ、これによって吸気効率ηが前記角度差に応じて補正される。ブロック506では、前記補正された吸気効率η、吸気管内圧力PMMHG、吸気温度THA、及びエンジン回転数によりシリンダ流入空気量(吸入空気量理論値)QARを計算する。なお、前記計算された吸気効率補正係数VVTCRGは、点火時期制御(過渡補正)に用いられる(後述)。また、吸気温センサ52が設けられていない場合は、吸気温度を所定温度(例えば27℃)に固定して計算しても、誤差は問題にならない。
【００５０】
次に、前記吸気管内圧力PMMHG及びシリンダ流入空気量QARを求める理論式を下記の式(1)、式(2)、式(3)に示す。
【００５１】
【数１】
2010275871.tif 000003
【００５２】
【数２】
2010275871.tif 000004
【００５３】
【数３】
2010275871.tif 000005
【００５４】
ただし、下記式(1)、式(2)、式(3)において、
R      :ガス定数
KIMV   :吸気マニホールド容積
ΔT    :計算周期
η     :吸排気弁の位相が目標位相のときの吸気効率
VVTCRG :吸気効率補正係数
とする。
【００５５】
式(1)は、連続域での理論式を示しており、吸気管(スロットル弁−吸気弁間)への微小時間での空気の流入/流出が吸気管内の圧力勾配となることを示している。式(2)は、式(1)の式を離散化したものであり、本式を実行することで、吸気管内圧力PMMHGを求めている。式(3)は、式(2)で求められた吸気管内圧力PMMHG、エンジン回転数Ne、吸気温THA等からシリンダ流入空気量QARを求める式を表しており、基本は理想気体の状態方程式である(吸入空気量理論値を求める)が、吸排気気弁の開く状況に応じて理論値から外れるため、非線形要素として吸気効率η及び吸気効率補正係数VVTCRGを前記吸入空気量理論値に乗じている。また前述したように吸気温度は所定の値に固定しておいてもよい。
【００５６】
図6は、吸気弁21の位相IN_VVTと、吸入空気量比率VVTETAとの関係の一例を示している。縦軸の吸入空気量比率VVTETAは、吸排気弁21、22がデフォルト位置(油圧を掛けないときの位置で位相が0°)での吸入空気量を1.0とした場合の比率を示している。横軸は吸気弁21の位相IN_VVTを示し、曲線L64は排気弁22の位相EX_VVTが0°(排気弁のデフォルト位置)、曲線L65〜68は排気弁22の位相が-10°〜-40°のときの吸入空気量比率曲線を示している。ちなみに本実施例では、吸気弁21の位相が10°の場合は、排気上死点前10°で開くことを指し、排気弁22の位相が-10°の場合は排気上死点後10°で閉じることを指している(この場合、吸排気弁21、22のオーバーラップ量はクランク角度で見て20°ということになる)。
【００５７】
図7は、吸気弁21の位相IN_VVTと、吸入空気量比率VVTETAとの関係を近似曲線に置き換えた例を示す。点P71は、所定エンジン回転数、所定吸気管内圧力、吸気弁21の位相が所定クランク角度、排気弁22の位相が所定クランク角度であるときの実測の吸入空気量比率を示している。これらにより、吸気弁21の位相IN_VVTと吸入空気量比率VVTETAとの関係を表す近似曲線がL72である。本近似曲線L72は簡易的にマイコンの計算負荷を考慮し、2〜3次曲線で近似するが、計算負荷が許すようであればそれより高次であってもよい。
【００５８】
前記した図7に示される吸気弁21の位相IN_VVTと吸入空気量比率VVTETAとの関係を近似曲線に置き換える理論式を下記の式(4)に示す。本例では、3次関数近似としており、所定エンジン回転数、所定吸気管内圧力、排気弁22の位相が所定クランク角度であるときの吸入空気量比率VVTETAと、吸気弁21の位相の3次関数近似時のそれぞれの係数(A、B、C、及びD)を示している(詳細は図10を参照しながら後述する)。
【００５９】
【数４】
2010275871.tif 000006
【００６０】
図8は、吸気弁21の現在の実位相IN_VVT_realと目標位相IN_VVT_target、排気弁22の現在の実位相EX_VVT_realと目標位相EX_VVT_target)、吸入空気量比率VVTETAの現在値と目標値(_real、_target)の一例を示している。吸排気弁21、22の位相が実位相(_real)から目標位相(_target)へ近づくにつれて、吸入空気量比率VVTETAは曲線L83上を目標値(_target)に近づいて行き、最終的にはその目標値(_target)に達することとなる。
【００６１】
ここで、前述した式(3)では、エンジン回転数Ne、吸気管内圧力PMMHG、吸気温THA等を用いて求められる吸入空気量理論値に、非線形要素としての吸気効率η及び吸気効率補正係数VVTCRGを乗じてシリンダ流入空気量QARを求めている。一方、吸気効率補正係数VVTCRGは、下記式(5)に示されるように、吸入空気量比率の現在値VVTETA_realを、吸排気弁21、22の位相が目標位相に達したときの吸入空気量比率(目標値)VVTETA_targetで除した値(係数)で表される。
【００６２】
【数５】
2010275871.tif 000007
【００６３】
上記式(5)から、目標位相=実位相となったときは、吸気効率補正係数VVTCRG=1.0となり、吸気効率ηに補正がかからなくなることがわかる。
【００６４】
図9は、前記吸気効率補正係数VVTCRGを求めるブロック線図の一例を示す。ブロック901において、吸排気弁の目標位相(IN&EX_VVT_target)、エンジン回転数Ne、及び吸気管圧力PMMHGを用いて、吸入空気量比率の目標値VVTETA_targetを求め、また、ブロック902において、吸排気弁の実位相(IN&EX_VVT_real)、エンジン回転数Ne、及び吸気管圧力PMMHGを用いて、吸入空気量比率の現在値VVTETA_realを求める。除算器903で前記吸入空気量比率VVTETAの現在値(_real)を目標値(_target)で除して(その比を求め)、該比を吸気効率補正係数VVTCRGとする。
【００６５】
図10は、前記吸入空気量比率VVTETAを求めるブロック線図の一例を示す。ブロック1001において、排気弁22の位相EX_VVTとエンジン回転数Neとを用いて、吸気管内圧力PMMHGが各所定圧力(圧力1、圧力2、圧力3、圧力4)時の3次関数係数Aを求める。ブロック1002で前記所定圧力時の3次関数係数Aに圧力方向の補間を施し、現在の実際の係数Aを求める。同様にして、ブロック1003で3次関数係数Bを、ブロック1005で3次関数係数Cを、ブロック1007で3次関数係数D求め、ブロック1004、1006、1008でそれぞれ3次関数係数B、C、Dに、圧力方向の補間を施し、実際の係数B、C、Dを求める。
【００６６】
次に、ブロック1009において、前記求められた3次関数係数A、B、C及びDと吸気弁21の位相IN_VVTで3次関数を計算して吸入空気量比率VVTETAを求める(前述した式(4)も参照)。
【００６７】
図11は、上記のようにして求められた吸気効率補正係数VVTCRGを用いて点火時期を補正するブロック線図の一例を示す。ブロック1101でシリンダ流入空気量QARでフィルタ重みをテーブル検索する。ブロック1102において、前記吸気効率補正係数VVTCRGを前述のフィルタ重みでフィルタリングを行う(フィルタ後の吸気効率補正係数はVVTCRGFとする)。加算器1103でVVTCRGF-1.0を計算する。ブロック1104でシリンダ流入空気量QARでゲインをテーブル検索する。乗算器1105で[(VVTCRGF-1.0)×ゲイン]を計算する。ブロック1106及びブロック1107で移行処理の移行間隔と移行幅をシリンダ流入空気量QARでテーブル検索する。ブロック1108は移行処理ブロックで、前述の[(VVTCRGF-1.0)×ゲイン]を点火時期補正値の補正量のベース値として、この値に変化があった場合に、前記移行間隔と移行幅で追従するようにする。ブロック1109でエンジン回転数Neとエンジン負荷LDATAで点火時期補正値の補正量をマップ検索する。加算器1110で前記点火時期補正値の補正量と移行処理出力を加算し、点火時期補正値VVTAVDとし、これを基本点火時期に加算する。
【００６８】
図12は、上記点火時期補正値の補正分のベース値移行処理のタイムチャートの一例を示す。領域(幅)D121は移行処理の上昇側不感帯を示している。この不感帯の領域D121からベース値が上昇したときから移行処理が開始される。移行処理は移行幅D122、移行間隔D123でベース値B124に追従する。領域(幅)D125は下降側不感帯を示している。この不感帯の領域D125からベース値が下降したときから移行処理が再度開始される。なお、領域E126は移行処理幅及び間隔がシリンダ流入空気量の変化により変わった状態を示している。
【００６９】
図13は、エンジンの充填効率と内部EGR率との関係の一例を示す特性図である。特性曲線L131で表されるように、充填効率と内部EGR率は反比例の関係にあり、充填効率が高い側では、シリンダ内の不活性ガス(燃焼残留ガス)が多いため燃焼速度が速くなるので、点火時期は遅角側設定となり、充填効率が低い側では、シリンダ内の不活性ガスが少ないため燃焼速度が遅くなるので点火時期は進角設定となる。
【００７０】
ここで、充填効率は、吸気管内圧力PMMHG、吸気効率η、吸気効率補正係数VVTCRGを用いれば、次式のように表される。
【００７１】
充填効率=(吸気管内圧力/101.3kPa)×吸気効率×吸気効率補正係数
上式は、充填効率と吸気効率補正係数VVTCRGが比例関係にあることを示している。従って、前述した図13に示される充填効率と内部EGR率の関係を鑑みると、吸気効率補正係数VVTCRGが1.0以上の場合、つまり、吸入空気量比率の現在値VVTETA_realが目標値VVTETA_target以上のときは、充填効率が高く、内部EGR率が低いので、点火時期を遅角側に補正し、吸気効率補正係数が1.0より小さい場合は、充填効率が低く、内部EGR率が高いので、点火時期を進角側に補正する。
【００７２】
図14は、上記のように点火時期の過渡補正を行なった場合のタイムチャートの一例を示し、(A)はエンジン回転数Ne、(B)は排気弁22の位相EX_VVT、(C)は吸気弁21の位相IN_VVT、(D)は吸気効率補正係数VVTCRG、(E)はVVT点火時期補正値VVTAVDの変化を示している。図において、時点t1でエンジン回転数Neが上昇し始めており、この時点t1から時点t3まで点火時期の過渡補正が行なわれる。この時点t1から時点t3までは、(B)、(C)において仮想線で示される如くに、排気弁22の目標位相、吸気弁21の目標位相がそれぞれ計算されるとともに、実線で示される如くに、それらの現在の実位相が検出される。当初は、現在の実位相が目標位相より小なので、吸気効率補正係数VVTCRGは1.0より小さく(時点t2まで)、VVT点火時期補正値VVTAVDは、時点t1からt2までは、(E)において仮想線で示されるベース値より進角側に補正される。吸気効率補正係数VVTCRGが1.0以上になる時点t2から時点t3までは、VVT点火時期補正値VVTAVDは、前記ベース値より遅角側に補正される。
【００７３】
図15は、コントロールユニット100が実行する点火時期過渡補正を中心とした制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００７４】
まず、割り込み後、ステップ1501でクランク角度センサからの信号に基づいてエンジン回転数を計算する。ステップ1502でエアフローセンサで計測された吸入空気量QA00、吸気温センサで計測された吸気温THA、前回のシリンダ流入空気量QARを読み込む。ステップ1503で前記吸入空気量QA00、前回の吸気管内圧力PMMHG(推定値)、及び前回のシリンダ流入空気量を基に現在の吸気管内圧力PMMHG(推定値)を計算する。ステップ1504において吸気効率補正係数VVTCRGを計算する。ステップ1505でエンジン回転数とエンジン負荷とで吸気効率ηをマップ検索する。ステップ1505で前記エンジン回転数、前記吸気温THA、前記吸気管内圧力PMMHG、及び前記吸気効率補正係数VVTCRGで補正された吸気効率ηでシリンダ流入空気量QARを計算する。
【００７５】
ステップ1507で前記エンジン回転数と前記シリンダ流入空気量QARで基本噴射量及びエンジン負荷を計算する。ステップ1508で前記エンジン回転数とエンジン負荷で基本噴射量補正係数をマップ検索する。ステップ1509で前記エンジン回転数とエンジン負荷により吸気弁21、排気弁22の目標位相をマップ検索する。ステップ1510で吸気弁21、排気弁22の実位相を検出する。ステップ1511で吸気弁21、排気弁22の目標位相と実位相との角度差を検出する。
【００７６】
ステップ1512で前記角度差に基づいて吸気効率補正係数VVTCRGを計算する。本計算には、前記エンジン回転数、吸気管内圧力を用いる。ステップ1513で前記吸気効率補正係数VVTCRGからVVT点火時期補正値VVTADVを計算する。
【００７７】
ステップ1514で酸素濃度センサ57の出力を読み込む。ステップ1515で目標空燃比(理論空燃比)を実現するように空燃比帰還制御係数を計算する。ステップ1516で前記空燃比帰還制御係数、前記基本噴射量補正係数で基本噴射量を補正する。ステップ1517で基本点火時期をエンジン回転数、エンジン負荷でマップ検索する。ステップ1518で前記基本点火時期を吸気効率補正係数VVTCRGで補正する。ステップ1519でアイドル目標回転数を計算し、ステップ1520でアイドル回転数が前記目標回転数となるように目標流量を計算してISCバルブ45を帰還制御等で制御する。
【００７８】
図16は、前述したシリンダ流入空気量(吸入空気量理論値)の計算手順の一例を示すフローチャートである。ステップ1601で前回の吸気管内圧力PMMHG、検出吸入空気量QA00、前回のシリンダ流入空気量QARから、今回の吸気管内圧力PMMHGを計算する。ステップ1602で前回のPMMHGとエンジン回転数Neから、吸気効率ηをマップ検索する。なお、吸気管内圧力は前回値を用いているが、制御の流れ(プログラムコール)によっては、今回の吸気管内圧力を用いても良い。ステップ1603でエンジン回転数Neとエンジン負荷LDATAで吸気弁21、排気弁22の目標位相をマップ検索する。ステップ1604で吸気弁21、排気弁22の現在位相を読み込む。ステップ1605で吸気弁21、排気弁22の目標位相、現在位相、エンジン回転数、及び吸気管内圧力を用いて吸気効率補正係数VVTCRGを演算する。ステップ1606で前記吸気効率補正係数VVTCRGで前記吸気効率ηを補正する。ステップ1607でエンジン回転数、吸気温、今回の吸気管内圧力、及び補正された吸気効率ηでシリンダ流入空気量QARを計算する。ステップ1608で吸気効率補正係数VVTCRGをVVT点火時期補正へ出力する。
【００７９】
図17は、前述した吸気効率補正係数VVTCRGの計算手順の一例を示すフローチャートである。ステップ1701で吸気弁21、排気弁22の目標位相、エンジン回転数、吸気管内圧力により目標位相時の吸入空気量比率を計算する。ステップ1702で吸気弁21、排気弁22の現在位相、エンジン回転数Ne、吸気管内圧力により現在の吸入空気量比率を計算する。ステップ1703で現在の吸入空気量比率を目標位相時の吸入空気量比率で除し、吸気効率補正係数VVTCRGを計算する。
【００８０】
図18は、前述した吸入空気量比率の計算手順の一例を示すフローチャートである。ステップ1801において、排気弁22の位相EX_VVTとエンジン回転数Neとを用いて、吸気管内圧力PMMHGが各所定圧力(圧力1、圧力2、圧力3、圧力4)時の3次関数係数Aを求める。ステップ1802で前記所定圧力時の3次関数係数Aに圧力方向の補間を施し、現在の実際の係数Aを求める。同様にして、ステップ1803で3次関数係数Bを、ステップ1805で3次関数係数Cを、ブロック1007で3次関数係数D求め、ブロック1004、1006、1008でそれぞれ3次関数係数B、C、Dに、圧力方向の補間を施し、現在の実際の係数B、C、Dを求める。最後に、ステップ1809で前記係数A、B、C、及びDと吸気弁21の位相とで吸入空気量比率VVTETAを計算する。
【００８１】
図19は、前述したVVT点火時期補正のフローチャートの一例である。ステップ1901でシリンダ流入空気量QARでフィルタ重みを計算する。ステップ1902で吸気効率補正係数VVTCRGを前記フィルタ重みでフィルタリングする。ステップ1903でVVTCRGフィルタ値-1.0で補正量の正規化値を計算する。ステップ1904でシリンダ流入空気量QARで偏差ゲイン(前記補正量正規化値に対する感度)をテーブル検索する。ステップ1905で前記補正量正規化値に前記偏差ゲインを乗じて、点火補正量ベース値を計算する。ステップ1906でシリンダ流入空気量QARで、後述の移行処理の移行間隔をテーブル検索する。ステップ1907でシリンダ流入空気量QARで、後述の移行処理の移行幅をテーブル検索する。ステップ1908で前記点火補正量ベース値に対して前記移行間隔毎に前記移行幅で追従する移行処理を施す。ステップ1909でエンジン負荷とエンジン回転数で点火時期補正値の補正量をマップ検索する。ステップ1910で点火時期補正値に前記移行処理が施された補正量を加算し、点火時期補正量VVTADVとする。ステップ1911で点火時期補正量VVTADVを基本点火時期に加算する。
【００８２】
以上述べたように、本実施例のエンジンの制御装置1では、吸入空気量理論値と現在の実吸入空気量とのずれ量もしくはその相関値に相当する吸入空気量比率の現在値と目標値との比を求めるとともに、この比を、実位相と目標位相との角度差に応じて補正する吸気効率補正係数を求め、この補正係数を用いて点火時期の過渡補正を行なうようにされる。この場合、前記補正係数の変化は、エンジンの充填効率が変化していることを示し、また、充填効率の変化は、内部EGR量が変化していることを示している。したがって、この内部EGR量の変化に対して点火時期を補正すれば、過渡時における吸排気弁の過進角による燃焼性悪化(ノックの発生等)や過遅角によるトルクダウン等は防止できる。ひいては、トルクを最適にコントロールできることとなり、燃費の向上等が望める。
【００８３】
また、前記補正係数の計算過程において簡易的に近似式を用いることにより、計算モデルの複雑化・大規模化を回避でき、かつ実際のデータから変数を決定できるため、誤差も小さくなる。
【００８４】
さらに、前記点火時期の補正係数に対して、吸入空気量等の運転状態(を表すパラメータ)に応じた感度や移行幅、間隔等を設定することにより、誤差をより小さくできるとともに、燃焼性等を一層向上させることができる。
【符号の説明】
【００８５】
20    吸気通路
25    スロットル
30    燃料噴射弁
35    点火プラグ
52    吸気温センサ
53    エアフローセンサ
41    吸気弁油圧アクチュエータ
42    排気弁油圧アクチュエータ
61    吸気弁位相センサ
62    排気弁位相センサ
100  コントロールユニット
102  吸入空気量計算手段
105  吸排気弁目標位相計算手段
106  吸気効率補正手段
110  点火時期補正手段
【図１】
2010275871.tif 000008
【図２】
2010275871.tif 000009
【図３】
2010275871.tif 000010
【図４】
2010275871.tif 000011
【図５】
2010275871.tif 000012
【図６】
2010275871.tif 000013
【図７】
2010275871.tif 000014
【図８】
2010275871.tif 000015
【図９】
2010275871.tif 000016
【図１０】
2010275871.tif 000017
【図１１】
2010275871.tif 000018
【図１２】
2010275871.tif 000019
【図１３】
2010275871.tif 000020
【図１４】
2010275871.tif 000021
【図１５】
2010275871.tif 000022
【図１６】
2010275871.tif 000023
【図１７】
2010275871.tif 000024
【図１８】
2010275871.tif 000025
【図１９】
2010275871.tif 000026