JP2012219741A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の減速運転中、良好な減速性能および減速感を確保しながら、燃焼の安定性を確保することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関3の制御装置1は、ECU2を備える。ECU2は、減速条件が成立しているときには、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDの保持制御処理およびリミット処理を実行することにより、排気還流率REGRが安定限界値REGR_STABを下回るように制御する(ステップ10〜25)とともに、要求トルクTRQが所定値TRQREFよりも小さく、所定の低負荷域にあるときには、可変動弁機構11の動作モードを休止モードに制御する(ステップ30〜37)。
【選択図】図13
【解決手段】内燃機関3の制御装置1は、ECU2を備える。ECU2は、減速条件が成立しているときには、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDの保持制御処理およびリミット処理を実行することにより、排気還流率REGRが安定限界値REGR_STABを下回るように制御する(ステップ10〜25)とともに、要求トルクTRQが所定値TRQREFよりも小さく、所定の低負荷域にあるときには、可変動弁機構11の動作モードを休止モードに制御する(ステップ30〜37)。
【選択図】図13
Description
本発明は、内燃機関の減速運転中に吸気弁の開閉タイミングなどを制御する内燃機関の制御装置に関する。
従来、内燃機関の制御装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。この内燃機関は、吸入空気量を変更するスロットル弁と、排気通路内の排ガスの一部を吸気通路に還元する排気還流機構などを備えている。この制御装置では、内燃機関の減速運転中における失火の発生を抑制し、燃焼の安定性を確保することを目的として、以下に述べるように、排気還流機構のEGR弁の開度(以下「EGR弁開度」という)およびスロットル弁の開度(以下「スロットル弁開度」という)が制御される。
すなわち、アクセルペダルの操作量に基づいて、運転者からの減速要求の有無を判定し、減速要求が有ると判定されたときには、EGR弁開度が減速要求の無いときよりも減少するように制御される。また、減速要求があると判定されたときには、スロットル弁開度を減少側に制御するとともに、その際、EGR弁開度や機関回転数などに基づいて、排気還流量を算出し、この排気還流量に基づいて、燃焼限界空気量Klref2を算出し、実際の吸入空気量が燃焼限界空気量Klref2に達したときには、スロットル弁開度がその時点の値に一時的に保持される。そして、燃焼限界空気量Klref2が目標値KLref以下になったときに、スロットル弁開度が最終的な目標開度まで減少するように制御される。
上記従来の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の減速運転中、実際の空気量が燃焼限界空気量Klref2に達した場合、スロットル弁開度がその時点の値に一時的に保持され、吸入空気量がほとんど変化しなくなるので、減速性能の低下や減速感の悪化を招き、結果的に、商品性が低下してしまうという問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内燃機関の減速運転中、良好な減速性能および減速感を確保しながら、燃焼の安定性を確保することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、気筒3a内における筒内流動の強さを変更する可変筒内流動機構(可変動弁機構11)と、吸気弁4の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構(可変カム位相機構12)とを有し、排気通路15内の排ガスの一部が吸気通路13に還流するとともに、減速運転中、吸気通路13の吸気絞り弁(スロットル弁14a)が絞られることによって、吸入空気量が減少する内燃機関3の制御装置1であって、内燃機関3を減速すべき減速条件が成立しているか否かを判定する減速条件判定手段(ECU2、ステップ10,30)と、内燃機関3の負荷を検出する負荷検出手段(クランク角センサ20、アクセル開度センサ26)と、減速条件が成立している場合(ステップ10,30の判別結果がYESの場合)において、検出された内燃機関3の負荷が所定の高負荷領域にあるときには、排ガスの還流度合が気筒3a内での混合気の燃焼状態が安定するような所定の安定領域内に保持されるように、可変バルブタイミング機構を介して吸気弁4の開閉タイミングを制御し、検出された内燃機関3の負荷が所定の高負荷領域よりも低い所定の低負荷域にあるとき(ステップ34の判別結果がYESのとき)には、可変筒内流動機構を介して気筒3a内における筒内流動を減速条件の成立前よりも強くなるように制御する制御手段(ECU2、ステップ10〜25,35)と、を備えることを特徴とする。
この内燃機関の制御装置によれば、減速条件が成立している場合において、検出された内燃機関の負荷が所定の高負荷領域にあるときには、可変バルブタイミング機構を介して、排ガスの還流度合が気筒内での混合気の燃焼状態が安定するような所定の安定領域内に保持されるように、吸気弁の開閉タイミングが制御されるので、従来の制御装置と異なり、吸気絞り弁の開度を一時的に保持することなく、吸気弁の開閉タイミングの制御によって、燃焼の安定性を確保することができる。すなわち、減速条件が高負荷運転中に成立したときでも、良好な減速性能および減速感を確保しながら、燃焼の安定性を確保することができる。さらに、内燃機関の負荷が所定の高負荷領域よりも低い所定の低負荷域にあるときには、可変筒内流動機構を介して、気筒内における筒内流動が減速条件の成立前よりも強くなるように制御されるので、減速条件が低負荷運転中に成立したときでも、従来の制御装置と異なり、吸気絞り弁の開度を一時的に保持することなく、筒内流動の強化によって混合気の燃焼速度を高めることができ、燃焼の安定性を確保することができる。すなわち、減速条件が低負荷運転中に成立したときでも、良好な減速性能および減速感を確保しながら、燃焼の安定性を確保することができる。以上のように、内燃機関の減速運転中、減速条件が成立したときの内燃機関の負荷にかかわらず、良好な減速性能および減速感を確保しながら、燃焼の安定性を確保することができ、商品性を向上させることができる(なお、本明細書における「負荷の検出」は、センサなどにより負荷を直接検出することに限らず、パラメータに応じて、負荷を算出することも含む)。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関3の制御装置1において、制御手段は、減速条件が成立している場合(ステップ10,30の判別結果がYESの場合)において、内燃機関3の負荷が所定の低負荷域にあるときには、筒内流動の制御に加えて、排ガスの還流度合が所定の安定領域内に保持されるように、可変バルブタイミング機構を介して吸気弁4の開閉タイミングをさらに制御する(ステップ10〜25)ことを特徴とする。
この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関に対する減速条件が成立している場合において、内燃機関の負荷が所定の低負荷域にあるときには、筒内流動の制御に加えて、排ガスの還流度合が所定の安定領域内に保持されるように、可変バルブタイミング機構を介して吸気弁の開閉タイミングがさらに制御されるので、減速条件が低負荷運転中に成立したときの燃焼の安定性をさらに向上させることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。本実施形態の制御装置1は、後述するように、図1に示す内燃機関(以下「エンジン」という)3の吸入空気量や排気還流量などを制御するものであり、図2に示すECU2を備えている。このECU2は、後述するIVC制御処理などの各種の制御処理を実行する。
エンジン3は、4組の気筒3aおよびピストン3b(1組のみ図示)を有する直列4気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。また、エンジン3は、気筒3a毎に設けられた2つの吸気弁4,4(1つのみ図示)と、気筒3a毎に設けられた2つの排気弁5,5(1つのみ図示)と、2つの吸気弁4,4を開閉駆動する吸気動弁機構10などを備えている。
吸気動弁機構10は、吸気弁4,4の一方(以下「通常吸気弁4」という)を駆動する通常動弁機構(図示せず)と、吸気弁4,4の他方(以下「可変吸気弁4」という)を駆動する可変動弁機構11と、可変カム位相機構12などで構成されている。通常動弁機構は、吸気カムおよび吸気カムシャフト(いずれも図示せず)などで構成されており、クランクシャフト3cの回転に伴って、通常吸気弁4を開閉駆動する。それにより、通常吸気弁4は、図3に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁する。
また、可変動弁機構11(可変筒内流動機構)は、クランクシャフト3cの回転に伴い、可変吸気弁4を開閉駆動するとともに、油圧で駆動されることによって、可変吸気弁4の開弁時の動作特性を以下に述べるように2段階に切り換えるものである。この可変動弁機構11は、具体的には、本出願人が特開平7−97971号公報などで既に提案したものと同様に構成されているので、その詳細な説明はここでは省略するが、吸気カム、吸気カムシャフトおよび動作モード制御弁11a(図2参照)などを備えている。
この動作モード制御弁11aは、ECU2に電気的に接続されており、ECU2からの制御入力信号によって、可変動弁機構11内に供給される油圧を変化させる。それにより、エンジン運転中、可変動弁機構11の動作モードが、高リフトモードと休止モードとの間で切り換えられる。その場合、高リフトモードのときには、可変吸気弁4は、図3に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁する。すなわち、高リフトモードのときには、可変吸気弁4は、通常吸気弁4と比べて、最大揚程がより大きくなるとともに、開弁タイミングがほぼ同じでかつ閉弁タイミングがより遅くなるように開弁する。
さらに、可変吸気弁4は、休止モードのときには、図3に2点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って、微少な最大揚程で開弁する。それにより、通常吸気弁4を介して気筒3a内に流入するガスの流速が上昇し、気筒3a内のスワール流がより強くなることで、混合気の燃焼速度が上昇する。なお、休止モード中、可変吸気弁4を全閉状態に保持することなく、微少な最大揚程で開弁させる理由は、可変吸気弁4を全閉状態に保持した場合、燃料噴射弁7から噴射された燃料が可変吸気弁4に付着してしまうので、それを回避するためである。
次に、前述した可変カム位相機構12について説明する。この可変カム位相機構12は、吸気カムシャフトのクランクシャフト3cに対する相対的な位相(以下「カム位相」という)を無段階に(すなわち連続的に)進角側または遅角側に変更するものであり、吸気カムシャフトの吸気スプロケット(図示せず)側の端部に設けられている。
この可変カム位相機構12(可変バルブタイミング機構)は、具体的には、本出願人が特開2007−100522号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、カム位相制御弁12a(図2参照)などを備えており、ECU2からの制御入力信号によりカム位相制御弁12aが駆動されると、カム位相を、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化させる。それにより、通常吸気弁4および高リフトモードの可変吸気弁4のバルブタイミングは、図4に実線で示す最遅角タイミングと、図4に2点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。
同図に示すように、通常吸気弁4および高リフトモードの可変吸気弁4は、最遅角タイミングおよび最進角タイミングの双方において、吸気BDCよりも遅い所定クランク角で閉弁する。より具体的には、両者の閉弁タイミングは、内燃機関の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなるタイミング(すなわちオットーサイクル運転での閉弁タイミング)よりも遅いタイミングになるように設定されており、それにより、エンジン3は、膨張比が圧縮比よりも高くなる高膨張比サイクル(すなわちアトキンソンサイクル)で運転される。
なお、以下の説明では、通常吸気弁4の実際の閉弁タイミングを「吸気閉弁タイミングIVC」といい、この吸気閉弁タイミングIVCは、吸気下死点のクランク角度位置を値0として、吸気下死点よりも遅角側であるほど、より大きい正値を示すものとする。
また、エンジン3には、点火プラグ6、燃料噴射弁7およびクランク角センサ20が設けられており、これらの点火プラグ6および燃料噴射弁7はいずれも、気筒3a毎に設けられている(いずれも1つのみ図示)。燃料噴射弁7は、各気筒3aの吸気ポート内に燃料を噴射するようにインテークマニホールドの分岐部に取り付けられている。点火プラグ6および燃料噴射弁7はいずれも、ECU2に電気的に接続されており、ECU2によって、燃料噴射弁7による燃料の噴射量および噴射時期と、点火プラグ6による混合気の点火時期とが制御される。
さらに、クランク角センサ20(負荷検出手段)は、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、クランクシャフト3cの回転に伴い、いずれもパルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。このCRK信号は、所定クランク角(例えば1゜)毎に1パルスが出力され、ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。また、TDC信号は、各気筒3aのピストン3bが吸気行程のTDC位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に1パルスが出力される。
一方、エンジン3の吸気通路13には、上流側から順に、エアフローセンサ21、スロットル弁機構14および吸気圧センサ22などが設けられている。
このエアフローセンサ21は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路13内を流れる空気(新気)の流量(以下「吸入空気量」という)を検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、エアフローセンサ21の検出信号に基づき、吸入空気量GAIRを算出する。この吸入空気量GAIRは質量流量として算出される。
スロットル弁機構14は、スロットル弁14aおよびこれを開閉駆動するTHアクチュエータ14bなどを備えている。スロットル弁14a(吸気絞り弁)は、吸気通路13の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により、スロットル弁14aを通過する空気の流量すなわち吸入空気量GAIRを変化させる。THアクチュエータ14bは、ECU2に接続された電気モータにギヤ機構(いずれも図示せず)を組み合わせたものであり、ECU2からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁14aの開度(以下「スロットル弁開度」という)を変化させる。
さらに、吸気圧センサ22は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気通路13の吸気チャンバ13aの部分に設けられているとともに、吸気通路13内の圧力(以下「吸気圧」という)PBを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。この吸気圧PBは、絶対圧として検出される。
また、エンジン3には、排気還流機構16が設けられている。この排気還流機構16は、排気通路15内の排ガスの一部を吸気通路13側に還流するものであり、吸気通路13および排気通路15の間に接続されたEGR通路17と、このEGR通路17を開閉するEGR制御弁機構18などで構成されている。
EGR制御弁機構18は、EGR弁18aおよびこれを開閉駆動するEGRアクチュエータ18bなどを備えている。EGRアクチュエータ18bは、ECU2に接続された電気モータにギヤ機構(いずれも図示せず)を組み合わせたものであり、ECU2からの制御入力信号によって制御されることにより、EGR弁18aのリフト(以下「EGRリフト」という)LACTを最大値と最小値との間で変化させる。それにより、排ガスの還流量(以下「排気還流量」という)が制御される。
なお、前述したTHアクチュエータ14bは、EGRアクチュエータ18bよりも高い応答性を備えており、それにより、吸入空気量の方が排気還流量よりも高い応答性で制御される。
また、EGR制御弁機構18には、EGRリフトセンサ23が設けられており、このEGRリフトセンサ23は、EGRリフトLACTを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。
さらに、ECU2には、大気圧センサ24、大気温センサ25およびアクセル開度センサ26が電気的に接続されている。この大気温センサ24は、大気温TAを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。
また、大気圧センサ25は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧PAを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。さらに、アクセル開度センサ26(負荷検出手段)は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。
一方、ECU2は、CPU、RAM、ROMおよびI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成されており、以上の各種のセンサ20〜26の検出信号などに基づいて、エンジン3の運転状態を判別するとともに、以下に述べるように、パラメータ算出処理およびIVC制御処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ECU2が、減速条件判定手段、負荷検出手段および制御手段に相当する。
次に、図5を参照しながら、パラメータ算出処理について説明する。この算出処理は、以下に述べるように、各種のパラメータを算出するものであり、ECU2によって所定の制御周期ΔT(例えば10msec)で実行される。同図に示すように、まず、ステップ1(図では「S1」と略す。以下同じ)で、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクTRQ(負荷)を算出する。
次いで、ステップ2に進み、エアフローセンサ21の検出信号に基づいて、吸入空気量GAIRを算出した後、ステップ3で、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図示しないマップを検索することにより、排気圧PEXを算出する。
次に、ステップ4に進み、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図示しないマップを検索することにより、排気温TEXを算出する。
この排気還流量GEGRの算出式(1)は、本出願人が特願2010−001400号において提案済みのモデリング手法、すなわちEGR弁18aをノズルと見なすモデリング手法を用いて導出される。同式(1)において、FEGRはEGRリフト関数値であり、EGRリフトLACTに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。また、Φ1は流量関数であり、EGR弁18aの上流側圧力と下流側圧力の比PEX/PB、および還流ガスの比熱比を用いて算出される。さらに、Rは気体定数を表している。
次に、図6を参照しながら、IVC制御処理について説明する。このIVC制御処理は、可変カム位相機構12を駆動することによって、吸気閉弁タイミングIVCを制御するものであり、ECU2によって前述した所定の制御周期ΔTで実行される。
同図に示すように、まず、ステップ10で、減速条件フラグF_ENGBRKが「1」であるか否かを判別する。この減速条件フラグF_ENGBRKは、エンジン3を減速すべき減速条件が成立したか否かを表すものであり、図示しない判定処理において、減速条件が成立しているときには「1」に、それ以外のときには「0」にそれぞれ設定される。なお、減速条件の成立判定の手法としては、例えば、アクセル開度APの変化量DAP(アクセル開度APの前回値と今回値の偏差)が所定値よりも大きいときに、減速条件が成立していると判定する手法などが用いられる。
ステップ10の判別結果がNOで、減速条件が成立していないときには、ステップ11に進み、通常制御処理を実行する。この通常制御処理では、エンジン回転数NEおよび要求トルクTRQに応じて、図示しないマップを検索することにより、吸気閉弁タイミングIVCの目標となる目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDが算出される。以上のようにステップ11の通常制御処理を実行した後、後述するステップ25に進む。
一方、ステップ10の判別結果がYESのときには、ステップ12に進み、減速条件フラグの前回値F_ENGBRKzが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がNOで、今回の制御タイミングが減速条件の成立したタイミングであるときには、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDを減速条件が成立したタイミングの値に保持する制御処理(以下「タイミング保持制御処理」という)を実行すべきであると判定して、それを表すために、ステップ13に進み、保持制御フラグF_KEEPを「1」に設定する。次いで、ステップ14に進み、保持制御カウンタの計数値の前回値CTzを値0に設定した後、後述するステップ16に進む。
一方、ステップ12の判別結果がYESで、前回以前の制御タイミングにおいて減速条件が成立済みであったときには、ステップ15に進み、保持制御フラグF_KEEPが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESのときには、ステップ16に進む。
以上のステップ14または15に続くステップ16で、保持制御カウンタの計数値CTをその前回値CTzと値1の和CTz+1に設定する。すなわち、保持制御カウンタの計数値CTを値1インクリメントする。
次に、ステップ17に進み、保持制御カウンタの計数値CTが所定値CTREF以上であるか否かを判別する。この所定値CTREFは、予め実験によって求められた一定値に設定されている。ステップ17の判別結果がNOのときには、前述したタイミング保持制御処理を継続して実行すべきであると判定して、ステップ18に進み、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDをその前回値IVC_CMDzに設定した後、後述するステップ25に進む。
一方、ステップ17の判別結果がYESのときには、前述したタイミング保持制御処理の実行時間が所定時間(ΔT・CTREFに相当する時間)に達したことで、タイミング保持制御処理を中止すべきであると判定して、それを表すために、ステップ19に進み、保持制御フラグF_KEEPを「0」に設定する。このように、ステップ19で保持制御フラグF_KEEPが「0」に設定されると、次回以降の制御タイミングで、前述したステップ15の判別結果がNOとなり、その場合には、ステップ20に進む。
以上のステップ15または19に続くステップ20で、エンジン回転数NEおよび要求トルクTRQに応じて、図7に示すマップを検索することにより、目標吸気閉弁タイミングのマップ値IVC_MAPを算出する。同図において、NE1〜3は、エンジン回転数NEの所定値であり、NE1<NE2<NE3が成立するように設定される。
同図に示すように、このマップでは、目標吸気閉弁タイミングのマップ値IVC_MAPは、エンジン回転数NEが高いほど、より大きい値(すなわちより遅角側の値)に設定されている。これは、エンジン回転数NEが高いほど、筒内流動が強くなり、燃焼状態が安定するので、その分、吸気閉弁タイミングIVCをより遅角側の値に設定し、膨張比が圧縮比を上回る度合をより大きくすることで、燃費の向上を図るためである。また、このマップでは、目標吸気閉弁タイミングのマップ値IVC_MAPは、要求トルクTRQが大きいほど、それを確保するために、より小さい値に設定されている。
次いで、ステップ21に進み、吸入空気量GAIRおよび排気還流率REGRに応じて、図8に示すマップを検索することにより、リミット値IVC_LMTを算出する。このリミット値IVC_LMTは、吸気閉弁タイミングIVCがこの値以下のとき、すなわちこれよりも進角側の値であるときに、実質的な排気還流率を良好な燃焼安定性が得られる所定の安定領域内に保持できるように設定されている。
同図に示すように、リミット値IVC_LMTは、排気還流率REGRが低いほど、または吸入空気量GAIRが大きいほど、より大きい値(すなわちより遅角側の値)に設定されている。これは、排気還流率REGRが低いほど、または吸入空気量GAIRが大きく、高負荷であるほど、燃焼安定性がより高くなるためである。
次に、ステップ22で、マップ値IVC_MAPがリミット値IVC_LMTより小さいか否かを判別する。この判別結果がYESで、IVC_MAP<IVC_LMTのときには、マップ値IVC_MAPを用いた場合でも、実質的な排気還流率を良好な燃焼安定性が得られる所定の安定領域内に保持できると判定して、ステップ23に進み、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDをマップ値IVC_MAPに設定する。その後、後述するステップ25に進む。
一方、ステップ22の判別結果がNOで、IVC_MAP≧IVC_LMTのときには、マップ値IVC_MAPに代えてリミット値IVC_LMTを用いた方が、実質的な排気還流率を良好な燃焼安定性が得られる所定の安定領域内に保持できると判定して、ステップ24に進み、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDをリミット値IVC_LMTに設定した後、ステップ25に進む。このように、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDは、リミット値IVC_LMT以下になるようにリミット処理される。
以上のステップ11,18,23,24に続くステップ25で、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDに対応する制御入力信号をカム位相制御弁12aに供給し、これを駆動した後、本処理を終了する。それにより、吸気閉弁タイミングIVCが目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDになるように制御される。
次に、図9を参照しながら、動作モード制御処理について説明する。この動作モード制御処理は、エンジン3の運転状態に応じて、可変動弁機構11の動作モードを高リフトモードまたは休止モードに制御するものであり、ECU2によって前述した所定の制御周期ΔTで実行される。
同図に示すように、まず、ステップ30で、前述した減速条件フラグF_ENGBRKが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がNOで、減速条件が成立していないときには、ステップ31に進み、通常制御処理を実行する。この通常制御処理では、エンジン回転数NEおよび要求トルクTRQに応じて、図示しないマップを検索することにより、後述する休止モードフラグF_IVSTOPが「1」または「0」に設定される。以上のようにステップ31の通常制御処理を実行した後、後述するステップ37に進む。
一方、ステップ30の判別結果がYESのときには、ステップ32に進み、減速条件フラグの前回値F_ENGBRKzが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、前回以前の制御タイミングにおいて減速条件が成立済みであったときには、後述するステップ37に進む。
一方、ステップ32の判別結果がNOで、今回の制御タイミングが減速条件の成立したタイミングであるときには、ステップ33に進み、減速条件が成立する直前の要求トルクTRQをRAM内から読み出す。
次いで、ステップ34に進み、要求トルクTRQが所定値TRQREFより小さいか否かを判別する。この判別結果がYESで、TRQ<TRQREFが成立しているときには、減速条件の成立直前におけるエンジン負荷が所定の低負荷域にあり、可変動弁機構11の動作モードを休止モードに制御すべきであると判定して、それを表すために、ステップ35に進み、休止モードフラグF_IVSTOPを「1」に設定する。その後、後述するステップ37に進む。
一方、ステップ34の判別結果がNOで、TRQ≧TRQREFが成立しているときには、減速条件の成立直前におけるエンジン負荷が所定の高負荷域にあり、可変動弁機構11の動作モードを高リフトモードに制御すべきであると判定して、それを表すために、ステップ36に進み、休止モードフラグF_IVSTOPを「0」に設定する。その後、ステップ37に進む。
以上のステップ31,35,36に続くステップ37で、休止モードフラグF_IVSTOPの値に対応する制御入力信号を動作モード制御弁11aに供給し、これを駆動した後、本処理を終了する。それにより、可変動弁機構11の動作モードが高リフトモードまたは休止モードに制御される。
次に、図10を参照しながら、吸気制御処理について説明する。この処理は、以下に述べるように、エンジン3の運転状態に応じて、スロットル弁機構14および排気還流機構16を介して、吸入空気量GAIRおよび排気還流量GEGRを制御するものであり、ECU2によって前述した所定の制御周期ΔTで実行される。
同図に示すように、まず、ステップ40で、エンジン回転数NEおよび要求トルクTRQに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸入空気量GAIR_CMDを算出する。
次いで、ステップ41に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクTRQに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標排気還流率REGR_CMDを算出する。
ステップ43に続くステップ44で、エンジン回転数NE、吸気閉弁タイミングIVCおよび目標筒内吸入ガス量GCYL_CMDに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気圧PB_CMDを算出する。
次いで、ステップ44に進み、吸入空気量制御処理を実行する。この吸入空気量制御処理は、具体的には、図11に示すように実行される。同図に示すように、まず、ステップ50で、下式(5)により、目標開度関数値FTH_CMDを算出する。
この目標開度関数値FTH_CMDの算出式(5)は、前述した式(1)と同様の手法、すなわちスロットル弁14aをノズルと見なすモデリング手法を用いて導出される。同式(5)のΦ2は流量関数であり、スロットル弁14aの上流側圧力と下流側圧力の目標値との比PA/PB_CMD、および吸入空気の比熱比を用いて算出される。
ステップ50に続くステップ51で、目標開度関数値FTH_CMDに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標スロットル弁開度TH_CMDを算出する。
次に、ステップ52で、目標スロットル弁開度TH_CMDに対応する制御入力信号をTHアクチュエータ14bに供給し、これを駆動する。その後、本処理を終了する。それにより、スロットル弁開度THが目標スロットル弁開度TH_CMDになるように制御されることで、吸入空気量GAIRが目標吸入空気量GAIR_CMDになるように制御される。
以上のような吸入空気量制御処理の実行中、アクセル開度APが減少したときには、前述したステップ40で、目標吸入空気量GAIR_CMDが前回の制御タイミングよりも減少するように算出される。その結果、スロットル弁14aが閉じ側に制御され、吸入空気量GAIRが減少することによって、エンジン回転数NEが低下し、減速運転状態に移行する。
図10に戻り、ステップ45で、以上のように吸入空気量制御処理を実行した後、ステップ46に進み、EGR制御処理を実行する。このEGR制御処理は、具体的には、図12に示すように実行される。
この式(6)は、前述した排気還流量GEGRの算出式(1)において、EGRリフト関数値FEGRを目標EGRリフト関数値FEGR_CMDに、排気還流量GEGRを目標排気還流量GEGR_CMDに、流量関数Φ1を流量関数Φ3にそれぞれ置き換えることによって導出されるものである。また、流量関数Φ3は、EGR弁18aの上流側圧力と下流側圧力の目標値との比PEX/PB_CMD、および還流ガスの比熱比を用いて算出される。
ステップ60に続くステップ61で、目標EGRリフト関数値FEGR_CMDに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標EGRリフトL_CMDを算出する。
次に、ステップ62で、目標EGRリフトL_CMDに対応する制御入力信号をEGRアクチュエータ18bに供給し、これを駆動する。その後、本処理を終了する。それにより、EGRリフトLACTが目標EGRリフトL_CMDになるように制御されることで、排気還流量GEGRが目標排気還流量GEGR_CMDになるように制御される。
図10に戻り、ステップ46で、以上のようにEGR制御処理を実行した後、図10の吸気制御処理を終了する。
次に、図13〜15を参照しながら、以上のように構成された本実施形態の制御装置1による制御結果について説明する。図13は、TRQ<TRQREFが成立している状態(すなわち、エンジン3の負荷が所定の低負荷域にある状態)で、減速条件が成立した場合の、本実施形態の制御装置1による制御結果例を示しており、同図中の安定限界値REGR_STABは、燃焼状態の安定性を確保可能な排気還流率REGRの上限値に相当する。
また、図14は、比較のために、図13と同じ運転条件下で減速条件が成立した場合において、図9の動作モード制御処理において、休止モードフラグF_IVSTOPを「0」に保持し、可変動弁機構の動作モードを高リフトモードに保持したときの制御結果例(以下「比較例1」という)を示している。さらに、図15は、比較のために、図13と同じ運転条件下で減速条件が成立した場合において、図6のIVC制御処理において、前述したタイミング保持制御処理を実行することなく、ステップ20〜25を実行すると同時に、図9の動作モード制御処理において、休止モードフラグF_IVSTOPを「0」に保持し、可変動弁機構の動作モードを高リフトモードに保持したときの制御結果例(以下「比較例2」という)を示している。
まず、比較例2の制御結果の場合、減速条件が時刻t21で成立すると、要求トルクTRQ、目標吸入空気量GAIR_CMDおよび目標排気還流率REGR_CMDがいずれも急減すると同時に、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDが急増する。すなわち、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDがより遅角側の値に急変する。その際、EGRアクチュエータ18bの応答性が、THアクチュエータ14bの応答性よりも低いことに起因して、実際の排気還流率REGRが、目標排気還流率REGR_CMDの急激な変化に対して遅れを生じ、その結果、時刻t22〜t23の間、排気還流率REGRが安定限界値REGR_STABを超えてしまい、燃焼状態が不安定になってしまうことが判る。
また、比較例1の制御結果の場合、減速条件が時刻t11で成立すると、要求トルクTRQ、目標吸入空気量GAIR_CMDおよび目標排気還流率REGR_CMDがいずれも急減すると同時に、保持制御フラグF_KEEPが「1」に設定される。それにより、時刻t11〜t12の間、タイミング保持制御処理が実行され、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDが減速条件が成立する直前の値に保持されることで、排気還流率REGRは、時刻t11以降、安定限界値REGR_STABを常に下回る状態に保持される。すなわち、可変動弁機構の動作モードを高リフトモードに保持したままでも、タイミング保持制御処理を実行することによって、これを実行しない比較例2と比べて、安定した燃焼状態を確保できることが判る。これは、高膨張比サイクル運転される内燃機関の場合、膨張比が圧縮比を上回っている度合が小さいほど、混合気の燃焼安定性が高まるので、減速条件が成立したタイミングでタイミング保持制御処理を実行することによって、実際の排気還流率REGRが目標排気還流率REGR_CMDの急激な変化に対して遅れを生じやすい条件下でも、燃焼の安定性を確保できることによる。
さらに、本実施形態の制御結果の場合、減速条件が時刻t1で成立すると、要求トルクTRQ、目標吸入空気量GAIR_CMDおよび目標排気還流率REGR_CMDがいずれも急減する。それと同時に、休止モードフラグF_IVSTOPが「1」に設定されることにより、可変動弁機構11の動作モードが高リフトモードから休止モードに切り換えられるのに伴い、気筒3a内のスワール流がより強くなることで、混合気の燃焼速度が上昇する。それにより、安定限界値REGR_STABが急上昇する。さらに、上記と同時に、保持制御フラグF_KEEPが「1」に設定されることにより、時刻t1〜t2の間、前述したタイミング保持制御処理が実行されることで、排気還流率REGRは、時刻t1以降、安定限界値REGR_STABを常に下回る状態に保持される。その場合、上記比較例1と比べて、排気還流率REGRが安定限界値REGR_STABを下回る度合が大きくなっており、可変動弁機構11の動作モードを休止モードに切り換え、気筒3a内のスワール流を強くすることによって、可変動弁機構11の動作モードを高リフトモードに保持する比較例1と比べて、燃焼状態の安定性がより向上していることが判る。
以上のように、本実施形態の制御装置1によれば、図6のIVC制御処理において、減速条件フラグF_ENGBRK=1で、減速条件が成立している場合、エンジン3の負荷にかかわらず(すなわち要求トルクTRQの大小にかかわらず)、減速条件の成立以降の所定時間(ΔT・CTREFに相当する時間)の間、タイミング保持制御処理が実行されるので、排気還流率REGRを安定限界値REGR_STABを常に下回る状態に保持することができ、燃焼の安定性を確保することができる。特に、本実施形態のように、EGRアクチュエータ18bの応答性がTHアクチュエータ14bよりも低いことに起因して、実際の排気還流率REGRが目標排気還流率REGR_CMDの急激な変化に対して遅れを生じやすい場合でも、タイミング保持制御処理の実行中、応答性の低いEGRアクチュエータ18bを作動させる必要がないことで、安定した燃焼状態を容易に確保することができる。
さらに、IVC制御処理では、減速条件が成立している場合、上記のリタイミング保持制御処理に加えて、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDがリミット値IVC_LMT以下になるようにリミット処理される。このリミット値IVC_LMTは、前述したように、吸気閉弁タイミングIVCがこの値以下のときに、実質的な排気還流率を良好な燃焼安定性が得られる所定の安定領域内に保持できるように設定されているので、エンジン3の負荷にかかわらず、減速条件が成立したときに、より安定した燃焼状態を確保することができる。
また、減速条件が成立している場合において、TRQ<TRQREFが成立し、エンジン負荷が所定の低負荷域にあるときには、図9の動作モード制御処理において、可変動弁機構11の動作モードが休止モードに設定されることで、可変吸気弁4が微少な最大揚程で開弁する。それにより、通常吸気弁4を介して気筒3a内に流入するガスの流速が上昇し、気筒3a内のスワール流がより強くなることによって、混合気の燃焼速度を高めることができ、燃焼状態が不安定になりやすい低負荷域においても、燃焼の安定性を確保することができる。
以上のように、エンジン3の減速運転中、減速運転の開始前におけるエンジン3の負荷にかかわらず、良好な減速性能および減速感を確保しながら、燃焼の安定性を確保することができ、商品性を向上させることができる。
なお、実施形態は、可変筒内流動機構として、可変動弁機構11を用いた例であるが、本発明の可変筒内流動機構はこれに限らず、スワール流やタンブル流などの、気筒内における筒内流動の強さを変更するものであればよい。例えば、可変筒内流動機構として、吸気通路に設けたスワール弁を用いてもよい。
また、実施形態は、可変バルブタイミング機構として、カム位相を無段階に変更する可変カム位相機構12を用いた例であるが、本発明の可変バルブタイミング機構はこれに限らず、吸気弁の開閉タイミングを変更するものであればよい。例えば、可変バルブタイミング機構として、吸気弁の最大揚程およびカム位相を無段階または多段階に変更するものや、吸気弁の最大揚程を無段階または多段階に変更するものを用いてもよい。
さらに、実施形態は、吸気絞り弁として、スロットル弁14aを備えたスロットル弁機構14を用いた例であるが、本発明の吸気絞り弁はこれに限らず、吸気通路から気筒内に吸入される吸入空気量を変更するものであればよい。
一方、実施形態は、負荷検出手段として、クランク角センサ20およびアクセル開度センサ26を用いた例であるが、本発明の負荷検出手段はこれに限らず、内燃機関の負荷を検出するものであればよい。例えば、負荷検出手段として、エアフローセンサ21を用いてもよい。
また、実施形態は、内燃機関の負荷として要求トルクTRQを用いた例であるが、本発明の内燃機関の負荷はこれに限らず、内燃機関の負荷に相当するものであればよい。例えば、内燃機関の負荷として、アクセル開度APや吸入空気量GAIRなどを用いてもよい。
さらに、実施形態は、減速条件が成立している場合において、排ガスの還流度合を気筒内での混合気の燃焼状態が安定するような所定の安定領域内に保持するように、吸気弁の開閉タイミングを制御する手法として、タイミング保持制御処理と目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDのリミット処理とを実行した例であるが、本発明の吸気弁の開閉タイミングを制御する手法はこれに限らず、排ガスの還流度合が気筒内での混合気の燃焼状態が安定するような所定の安定領域内に保持されるものであればよい。例えば、減速条件が成立したタイミングで、タイミング保持制御処理および目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDのリミット処理の一方を中止し、他方のみを実行するように構成してもよく、減速条件が成立したタイミングで、目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDをより進角側に設定してもよい。
また、実施形態は、減速条件が成立している場合において、内燃機関の負荷が所定の低負荷領域にあるときに、IVC制御処理におけるタイミング保持制御処理と目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDのリミット処理とを実行するとともに、動作モード制御処理において、可変動弁機構11の動作モードを休止モードに設定した例であるが、減速条件が成立している場合において、内燃機関の負荷が所定の低負荷領域にあるときに、IVC制御処理におけるタイミング保持制御処理と目標吸気閉弁タイミングIVC_CMDのリミット処理とを実行することなく、動作モード制御処理において、可変動弁機構11の動作モードを休止モードに設定する処理のみを実行するように構成してもよい。
一方、実施形態は、タイミング保持制御処理の実行時間を規定する値として、一定値である所定値CTREFを用いた例であるが、この所定値CTREFを、制御タイミングごとに、その制御タイミングでの排気還流率REGRや目標排気還流率REGR_CMDなどの運転状態を表すパラメータに応じて設定してもよい。
また、実施形態は、本発明の制御装置を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明の制御装置が適用される内燃機関はこれに限らず、吸気絞り弁と、可変筒内流動機構と、可変バルブタイミング機構とを有し、排気還流動作が実行される内燃機関であればよい。例えば、本発明の制御装置を、船舶用の内燃機関や、軽油や天然ガスを燃料とする内燃機関に適用してもよい。
1 制御装置
2 ECU
3 内燃機関(減速条件判定手段、負荷検出手段、制御手段)
3a 気筒
4 吸気弁
11 可変動弁機構(可変筒内流動機構)
12 可変カム位相機構(可変バルブタイミング機構)
13 吸気通路
14a スロットル弁(吸気絞り弁)
15 排気通路
20 クランク角センサ(負荷検出手段)
26 アクセル開度センサ(負荷検出手段)
TRQ 要求トルク(負荷)
2 ECU
3 内燃機関(減速条件判定手段、負荷検出手段、制御手段)
3a 気筒
4 吸気弁
11 可変動弁機構(可変筒内流動機構)
12 可変カム位相機構(可変バルブタイミング機構)
13 吸気通路
14a スロットル弁(吸気絞り弁)
15 排気通路
20 クランク角センサ(負荷検出手段)
26 アクセル開度センサ(負荷検出手段)
TRQ 要求トルク(負荷)
Claims (2)
- 気筒内における筒内流動の強さを変更する可変筒内流動機構と、吸気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構とを有し、排気通路内の排ガスの一部が吸気通路に還流するとともに、減速運転中、当該吸気通路の吸気絞り弁が絞られることによって、吸入空気量が減少する内燃機関の制御装置であって、
当該内燃機関を減速すべき減速条件が成立しているか否かを判定する減速条件判定手段と、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記減速条件が成立している場合において、前記検出された前記内燃機関の負荷が所定の高負荷領域にあるときには、前記排ガスの還流度合が前記気筒内での混合気の燃焼状態が安定するような所定の安定領域内に保持されるように、前記可変バルブタイミング機構を介して前記吸気弁の開閉タイミングを制御し、前記検出された前記内燃機関の負荷が前記所定の高負荷領域よりも低い所定の低負荷域にあるときには、前記可変筒内流動機構を介して前記気筒内における筒内流動を前記減速条件の成立前よりも強くなるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制御手段は、前記減速条件が成立している場合において、前記内燃機関の負荷が前記所定の低負荷域にあるときには、前記筒内流動の制御に加えて、前記排ガスの還流度合が前記所定の安定領域内に保持されるように、前記可変バルブタイミング機構を介して前記吸気弁の開閉タイミングをさらに制御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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011087529A JP2012219741A (ja) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | 内燃機関の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011087529A JP2012219741A (ja) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | 内燃機関の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012219741A true JP2012219741A (ja) | 2012-11-12 |
Family
ID=47271521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011087529A Withdrawn JP2012219741A (ja) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | 内燃機関の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012219741A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013079613A (ja) * | 2011-10-04 | 2013-05-02 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の吸気パラメータ算出装置 |
JP2019206969A (ja) * | 2014-11-10 | 2019-12-05 | トゥラ テクノロジー インコーポレイテッドTula Technology,Inc. | 多段スキップファイア |
US11236689B2 (en) | 2014-03-13 | 2022-02-01 | Tula Technology, Inc. | Skip fire valve control |
-
2011
- 2011-04-11 JP JP2011087529A patent/JP2012219741A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013079613A (ja) * | 2011-10-04 | 2013-05-02 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の吸気パラメータ算出装置 |
US11236689B2 (en) | 2014-03-13 | 2022-02-01 | Tula Technology, Inc. | Skip fire valve control |
JP2019206969A (ja) * | 2014-11-10 | 2019-12-05 | トゥラ テクノロジー インコーポレイテッドTula Technology,Inc. | 多段スキップファイア |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140701 |