(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備える一方、エンジン運転条件に基づいてシリンダ内に吸入されるべき目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、目標空気量を実現するように吸気弁閉時期を制御する吸気弁閉時期制御手段とを備える可変動弁エンジンの制御装置であって、
エンジン運転条件に基づいて目標負圧を演算する目標負圧演算手段と、目標負圧を実現するように吸気通路に設けた電制スロットル弁の開度を制御するスロットル開度制御手段とを備えるものにおいて、
前記目標空気量演算手段は、前記目標空気量として、目標体積流量比を演算するものとし、
前記目標体積流量比を、前記スロットル開度制御手段への目標負圧又は制御結果である実負圧に応じて設定される負圧補正係数で除算して、補正後目標体積流量比を求める負圧補正手段を設け、
前記吸気弁閉時期制御手段は、前記補正後目標体積流量比に基づいて吸気弁閉時期を算出して制御するものとしたことを特徴とする可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記目標負圧演算手段は、冷却水温に基づいて冷却水温が低くなるほど高くなるように、目標負圧を演算するものであることを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備え、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する可変動弁エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変動弁エンジンとして、例えば特開平１１−１１７７７７号公報に示されるように、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を用い、吸気弁の閉時期を制御（早閉じ制御）することにより、吸入空気量を制御するものがある。
【０００３】
このような可変動弁エンジンでは、ノンスロットル運転（ポンプロス低減）による燃費向上を目的としているため、基本的に吸気管内を大気圧相当にして運転を行い、シリンダ内吸入空気量は吸気弁閉時期のシリンダ体積によって制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低水温時、ブローバイ、エバポパージ、ブレーキマスターバック用等で、負圧要求のある場合に対応させるため、電制スロットル弁を用いて、所望の負圧を発生させることがあり、吸気弁閉時期によって吸入空気量を制御しているときは、シリンダ体積によって空気量制御を行っているため、負圧変化が起きた場合は、空気密度が変化してしまい、シリンダ内の吸入空気質量が変化してしまうという問題があり、特に、目標負圧を要求によって可変制御する場合に対応できなかった。
【０００５】
本発明は、可変動弁装置による吸入空気量制御を行っているときに、所望の負圧を与えた場合でも、負圧変化によらず要求トルクに見合ったシリンダ内吸入空気質量を実現させ、吸入空気量制御精度を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、図１に示すように、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備える一方、エンジン運転条件に基づいてシリンダ内に吸入されるべき目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、目標空気量を実現するように吸気弁閉時期を制御する吸気弁閉時期制御手段とを備える可変動弁エンジンの制御装置であって、エンジン運転条件に基づいて目標負圧を演算する目標負圧演算手段と、目標負圧を実現するように吸気通路に設けた電制スロットル弁の開度を制御するスロットル開度制御手段とを備えるものにおいて、前記目標空気量演算手段は、前記目標空気量として、目標体積流量比を演算するものとし、前記目標体積流量比を、前記スロットル開度制御手段への目標負圧又は制御結果である実負圧に応じて設定される負圧補正係数で除算して、補正後目標体積流量比を求める負圧補正手段を設け、前記吸気弁閉時期制御手段は、前記補正後目標体積流量比に基づいて吸気弁閉時期を算出して制御するものとしたことを特徴とする。
【０００７】
前記目標負圧演算手段は、冷却水温に基づいて冷却水温が低くなるほど高くなるように、目標負圧を演算するものであるとよい。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、可変動弁装置による吸入空気量制御を行っているときに、所望の負圧を与えた場合、これによる負圧変化に応じて、目標空気量相当の目標体積流量比を補正することで、負圧変化によらず要求トルクに見合ったシリンダ内吸入空気質量を実現させることができ、目標負圧を可変とした場合の吸入空気量制御精度を向上させることができる。
【０００９】
目標負圧に応じて補正する場合は、負圧センサを設けることなく、簡易に実施できる。
負圧センサにより検出される実負圧に応じて補正する場合は、吸入空気量制御精度をより向上できると共に、目標負圧が変化した場合のみならず、外乱による負圧変化があった場合にも対応できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明の第１実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【００１１】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１２】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００１３】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１４】
図２に戻って、吸気通路７には、全気筒共通の集合部に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００１５】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ（アクセル全閉でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを計測するエアフローメータ１４、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１５等から、信号が入力されている。
【００１６】
このエンジン１では、通常は、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉動作を制御、特に吸気弁５の開時期ＩＶＯを上死点近傍に設定して、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを可変制御することにより吸入空気量を目標空気量に制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。
【００１７】
電制スロットル弁９については、ノンスロットル運転のためには全開とするのが望ましいが、吸気通路７内に必要とする負圧を得る目的で、開度を制御する。
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
【００１８】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
次に、吸気弁５（吸気弁開時期ＩＶＯ、閉時期ＩＶＣ）及び電制スロットル弁９（スロットル開度ＴＶＯ）の制御について、更に詳細に、図４〜図６のフローチャートにより説明する。
【００１９】
図４は目標空気量（目標体積流量比）演算のフローチャートである。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、マップを参照して、要求トルク相当の目標空気量を、目標体積流量比ＴＱＨ０として算出する。但し、アイドル運転時（アイドルスイッチＯＮ）の場合は、エンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎidleとの偏差ΔＮｅ＝Ｎｅ−Ｎidleに基づいて、該偏差がマイナス側のときは、増量方向、プラス側のときは、減量方向に、目標体積流量比ＴＱＨ０を補正する。この部分が目標空気量演算手段に相当する。
【００２０】
尚、体積流量比ＱＨ０（目標体積流量比ＴＱＨ０）をηｖ（体積効率）と同等のものと考えると、ＱＨ０＝１の時は静的に見ると吸気弁閉時期ＩＶＣが下死点にある時、つまりシリンダ吸気行程容積が最大の時となる。また、ＱＨ０＝０．７の時はシリンダ吸気行程容積が最大行程容積に対して７０％になることを表している。
【００２１】
図５はスロットル制御のフローチャートである。
ステップ１１では、負圧要求フラグを判定し、フラグ＝０のとき（通常時）は、ステップ１２へ進み、通常時テーブルを参照して、冷却水温Ｔｗから目標負圧ＴＢＯＯＳＴを算出する。
【００２２】
フラグ＝１のとき（負圧要求時）は、ステップ１３へ進み、負圧要求時テーブルを参照して、冷却水温Ｔｗから目標負圧ＴＢＯＯＳＴを算出する。
ここで、負圧要求フラグは、ブローバイ、エバポパージ、ブレーキマスターバック用等の負圧要求のある場合に、１にセットされる。また、通常時テーブル及び負圧要求時テーブルのいずれも冷却水温Ｔｗが低くなるほど目標負圧ＴＢＯＯＳＴが高く設定されるが、負圧要求時テーブルの方がより高めに設定されるようになっている。
【００２３】
ステップ１４では、ステップ１２又は１３で算出した目標負圧ＴＢＯＯＳＴを、テーブルを参照して、体積流量比ＱＨ０相当の目標負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴ（％）に変換する。
【００２４】
ステップ１５では、図９に示すＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性曲線より、ＱＨ０＝ＣＢＯＯＳＴのときのＡ／ＮＶ値（目標負圧時Ａ／ＮＶ値）ＡＳＬＢＳＴを算出する。
【００２５】
ここで、Ａ／ＮＶ値とは、スロットル開口面積Ａを、エンジン回転数Ｎｅと排気量Ｖとの積（ＮＶ）で割った値であり、図９に示すＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性曲線は、吸気弁閉時期ＩＶＣが変化せず、スロットル開口面積のみで空気量（ＱＨ０）を制御した場合（シリンダ体積１００％時）の特性である。尚、ＱＨ０＝１のときは大気圧状態、ＱＨ０＝０のときは真空状態に相当する。
【００２６】
ステップ１６では、ステップ１４で算出した目標負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴと、ステップ１５で算出した目標負圧時Ａ／ＮＶ値ＡＳＬＢＳＴとから、次式により、スロットル開度演算係数ＲＫＯＴＥＮを算出する。
【００２７】
ＲＫＯＴＥＮ＝ＡＳＬＢＳＴ／ＣＢＯＯＳＴ
このスロットル開度演算係数ＲＫＯＴＥＮは、図９からわかるように、ＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性曲線上で目標負圧を与える点を通る直線の傾き、すなわち、この直線上で体積流量比ＱＨ０＝１のときのＡ／ＮＶ値に相当する。
【００２８】
負圧一定制御時には、ＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性は直線で与えられ、このときの直線の傾きは、図９に示したシリンダ体積１００％時のＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性曲線上で所望の負圧（ＣＢＯＯＳＴ）となる点を通る傾きとなるから、負圧一定制御時の目標負圧を変化させるためには、この傾き（ＲＫＯＴＥＮ）を変化させることで、任意の負圧制御が可能となるからである。
【００２９】
ステップ１７では、図４の目標空気量演算フローにて算出されている目標体積流量比ＴＱＨ０を適宜なまし処理して読込む。
ステップ１８では、ステップ１７で読込んだ目標体積流量比ＴＱＨ０とステップ１６で算出したスロットル開度演算補正係数（傾き）ＲＫＯＴＥＮとから、次式により、負圧制御用Ａ／ＮＶ値ＴＡＮＶを算出する。
【００３０】
ＴＡＮＶ＝ＴＱＨ０×ＲＫＯＴＥＮ
負圧制御用Ａ／ＮＶ値ＴＡＮＶが算出されれば、エンジン回転数Ｎｅと排気量Ｖとから、負圧制御用スロットル開口面積Ａを算出できるので、ステップ１９では、これを目標スロットル開度ＴＶＯに変換して、電制スロットル弁を制御する。ここで、ステップ１１〜１３の部分が目標負圧演算手段に相当し、ステップ１４〜１９の部分がスロットル開度制御手段に相当する。
【００３１】
図６はバルブタイミング制御のフローチャートである。
ステップ２１では、図４の目標空気量演算フローにて算出されている目標空気量としての目標体積流量比ＴＱＨ０を読込む。
【００３２】
ステップ２２では、図５のスロットル制御フローにて算出されている目標負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴを読込む。
ステップ２３では、目標体積流量比ＴＱＨ０と目標負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴとから、次式により、補正後目標空気量としての補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’を算出する。
【００３３】
ＴＱＨ０’＝ＴＱＨ０／ＣＢＯＯＳＴ
ステップ２４では、補正後目標空気量を得るように、バルブタイミングを演算する。すなわち、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点近傍に固定する一方、補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’から、テーブルを参照して、吸気弁閉時期ＩＶＣを演算し、制御する。具体的には、補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’が小さい程、吸気弁閉時期ＩＶＣを上死点側に設定し、補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’が大きい程、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点側に設定する。
【００３４】
ここで、本フローが吸気弁閉時期制御手段に相当し、特にステップ２２，２３の部分が、目標負圧（目標負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴ）に応じて、吸気弁閉時期を算出するための目標空気量（目標体積流量比ＴＱＨ０）を補正する負圧補正手段に相当する。
【００３５】
図１０は、吸気弁閉時期ＩＶＣ（シリンダ体積Ｖcyl ）が変化した時のＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性を示し、これはベース（Ｖcyl ：１００％）でのＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性を相似縮小した形になる。
【００３６】
例えば、吸気弁閉時期ＩＶＣ最大（Ｖcyl ：１００％）の時、目標体積流量比ＴＱＨ０を１とすると、Ｖcyl の割合でＱＨ０が変化するため、Ｖcyl が６０％の時の目標体積流量比ＴＱＨ０は０．６となる。
【００３７】
例えば、Ｖcyl ：６０％の時にある目標負圧となるＱＨ０は、Ｖcyl ：６０％のＱＨ０では０．９２となり、Ｖcyl ：１００％のＱＨ０（この値がＴＱＨ０）では０．６×０．９２＝０．５５となる。
【００３８】
このことは、ＴＱＨ０＝０．５５の時に、ある目標負圧を得るためには、ＱＨ０＝０．５５を通る特性曲線の０．５５／０．９２＝０．６となる点で最大空気量となる吸気弁閉時期ＩＶＣにしなければならない。よって、負圧補正を行っているのである。
【００３９】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図７は第２実施形態での可変動弁エンジンのシステム図である。
第２実施形態では、吸気通路７のスロットル弁９下流に、実負圧ＢＯＯＳＴを検出する負圧センサ１６が設けられ、その信号がコントロールユニット１１に入力されている。
【００４０】
図８は第２実施形態でのバルブタイミング制御のフローチャートであり、図６のフローに代わりに実行される。
ステップ３１では、図４の目標空気量演算フローにて算出されている目標空気量としての目標体積流量比ＴＱＨ０を読込む。
【００４１】
ステップ３２では、負圧センサにより検出されている実負圧ＢＯＯＳＴを読込む。
ステップ３３では、ステップ３２で検出した実負圧ＴＢＯＯＳＴを、テーブルを参照して、体積流量比ＱＨ０相当の実負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴ（％）に変換する。
【００４２】
ステップ３４では、目標体積流量比ＴＱＨ０と実負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴとから、次式により、補正後目標空気量としての補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’を算出する。
【００４３】
ＴＱＨ０’＝ＴＱＨ０／ＣＢＯＯＳＴ
ステップ３５では、補正後目標空気量を得るように、バルブタイミングを演算する。すなわち、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点近傍に固定する一方、補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’から、テーブルを参照して、吸気弁閉時期ＩＶＣを演算し、制御する。具体的には、補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’が小さい程、吸気弁閉時期ＩＶＣを上死点側に設定し、補正後目標体積流量比ＴＱＨ０’が大きい程、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点側に設定する。
【００４４】
ここで、本フローが吸気弁閉時期制御手段に相当し、特にステップ３２〜３４の部分が、実負圧（実負圧補正係数ＣＢＯＯＳＴ）に応じて、吸気弁閉時期を算出するための目標空気量（目標体積流量比ＴＱＨ０）を補正する負圧補正手段に相当する。
【００４５】
尚、本実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の第１実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】  吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】  目標空気量演算のフローチャート
【図５】  スロットル制御のフローチャート
【図６】  バルブタイミング制御のフローチャート
【図７】  第２実施形態での可変動弁エンジンのシステム図
【図８】  第２実施形態でのバルブタイミング制御のフローチャート
【図９】  シリンダ体積１００％時のＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性図
【図１０】  吸気弁閉時期ＩＶＣ変化時のＱＨ０−Ａ／ＮＶ特性図
【符号の説明】
１  エンジン
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
７  吸気通路
８  排気通路
９  燃料噴射弁
１０  電制スロットル弁
１１  コントロールユニット
１２  クランク角センサ
１３  アクセルペダルセンサ
１４  エアフローメータ
１５  水温センサ
１６  負圧センサ
【図１】
0003637825.tif 000002
【図２】
0003637825.tif 000003
【図３】
0003637825.tif 000004
【図４】
0003637825.tif 000005
【図５】
0003637825.tif 000006
【図６】
0003637825.tif 000007
【図７】
0003637825.tif 000008
【図８】
0003637825.tif 000009
【図９】
0003637825.tif 000010
【図１０】
0003637825.tif 000011