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技術 内燃機関の制御装置

出願人 ダイハツ工業株式会社
発明者 椿山雄樹
出願日 2019年6月26日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-118744
公開日 2021年1月14日 (4ヶ月経過) 公開番号 2021-004576
状態 未査定
技術分野 特殊操作のための弁装置 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御
主要キーワード 巻掛伝動装置 巻掛伝動機構 判定電圧値 浄化能率 安全余裕 推算値 回転位相角 欠歯部分
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

制御装置が把握しているカムシャフト位相角と実際のバルブタイミングとのずれ量を精確に推定し、バルブタイミング制御を最適化して内燃機関をより効率的に運転する。

解決手段

吸気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相進角または遅角させることで吸気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構付帯した内燃機関を制御するものであって、カムシャフトの前記クランクシャフトに対する回転位相を目標位相角とするべく制御入力を与えることで実際に具現されるバルブタイミングと目標位相角とのずれ量を推定するにあたり、複数の目標位相角E0、E1の各々に対して、吸気圧から推算した吸入空気量と実際に気筒吸入された空気量とのずれ量をそれぞれ求め、複数の目標位相角E0、E1に対応する複数の吸入空気量のずれ量に基づいて前記ずれ量を推定する内燃機関の制御装置を構成した。

概要

背景

車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブ及び/または排気バルブ開閉タイミング可変制御できる位相変化型のVVT機構を備えたものが公知である(例えば、下記特許文献を参照)。この種のVVT機構は、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに対する、吸気バルブを開閉駆動する吸気カムシャフト及び/または排気バルブを開閉駆動する排気カムシャフト回転位相を変化させることにより、吸気バルブ及び/または排気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させる。

概要

制御装置が把握しているカムシャフト位相角と実際のバルブタイミングとのずれ量を精確に推定し、バルブタイミング制御を最適化して内燃機関をより効率的に運転する。吸気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角または遅角させることで吸気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構付帯した内燃機関を制御するものであって、カムシャフトの前記クランクシャフトに対する回転位相を目標位相角とするべく制御入力を与えることで実際に具現されるバルブタイミングと目標位相角とのずれ量を推定するにあたり、複数の目標位相角E0、E1の各々に対して、吸気圧から推算した吸入空気量と実際に気筒吸入された空気量とのずれ量をそれぞれ求め、複数の目標位相角E0、E1に対応する複数の吸入空気量のずれ量に基づいて前記ずれ量を推定する内燃機関の制御装置を構成した。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシャフトクランクシャフトに対する回転位相進角または遅角させることで吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構付帯した内燃機関を制御するものであって、前記カムシャフトの前記クランクシャフトに対する回転位相を目標位相角とするべく制御入力を与えることで実際に具現されるバルブタイミングと目標位相角とのずれ量を推定するにあたり、複数の目標位相角の各々に対して、吸気圧から推算した吸入空気量と実際に気筒吸入された空気量とのずれ量をそれぞれ求め、複数の目標位相角に対応する複数の吸入空気量のずれ量に基づいて前記ずれ量を推定する内燃機関の制御装置

技術分野

0001

本発明は、可変バルブイミング(Variable Valve Timing)機構付帯する内燃機関を制御する制御装置に関する。

背景技術

0002

車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブ及び/または排気バルブ開閉タイミング可変制御できる位相変化型のVVT機構を備えたものが公知である(例えば、下記特許文献を参照)。この種のVVT機構は、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに対する、吸気バルブを開閉駆動する吸気カムシャフト及び/または排気バルブを開閉駆動する排気カムシャフト回転位相を変化させることにより、吸気バルブ及び/または排気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させる。

先行技術

0003

特開2018−172967号公報

発明が解決しようとする課題

0004

内燃機関の運転制御を司る電子制御装置(Electronic Control Unit)は、VVT機構が具現しているカムシャフトのクランクシャフトに対する相対的な位相角変位角)を、クランクシャフトに付随するクランク角センサ出力信号、及びカムシャフトに付随するカム角センサの出力信号を参照して知得する。

0005

しかしながら、クランク角信号及びカム角信号が示す位相角と、実際に実現されているバルブタイミングとの間には、ずれが生じることがある。VVT機構やカムシャフト及びカムを含む部材の公差等がその要因である。

0006

そして、ECUが把握しているバルブタイミングと現実のバルブタイミングとが乖離することにより、気筒における混合気燃焼の安定性が損なわれ、エンジントルクの変動が起こるリスクが生じる。このような燃料不安定化を予防するため、現状、内燃機関の運転中のバルブタイミングを安全余裕を加味して設定している。吸気バルブの開閉タイミングであれば、最も効率のよいタイミングよりも遅角している。その安全余裕の分だけ、内燃機関の燃料消費率が増加、即ち燃費性能が悪化することとなっていた。

0007

本発明は、ECUが把握しているカムシャフトの位相角と実際のバルブタイミングとのずれ量を精確に推定し、バルブタイミングの制御を最適化して内燃機関をより効率的に運転できるようにすることを所期の目的としている。

課題を解決するための手段

0008

本発明では、吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角または遅角させることで吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、前記カムシャフトの前記クランクシャフトに対する回転位相を目標位相角とするべく制御入力を与えることで実際に具現されるバルブタイミングと目標位相角とのずれ量を推定するにあたり、複数の目標位相角の各々に対して、吸気圧から推算した吸入空気量と実際に気筒に吸入された空気量とのずれ量をそれぞれ求め、複数の目標位相角に対応する複数の吸入空気量のずれ量に基づいて前記ずれ量を推定する内燃機関の制御装置を構成した。

発明の効果

0009

本発明によれば、ECUが把握しているカムシャフトの位相角と実際のバルブタイミングとのずれ量を精確に推定でき、バルブタイミングの制御を最適化して内燃機関をより効率的に運転することが可能となる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
触媒上流側の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の内容を示すタイミング図。
補正FACFと遅延時間TDR、TDLとの関係を例示する図。
触媒の下流側の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の内容を示すタイミング図。
VVT機構が具現するバルブタイミングの変位量と、内燃機関の正味燃料消費率及び燃焼不安定化のリスクの大きさとの関係を例示する図。
VVT機構が具現するバルブタイミングの変位量と、気筒に吸入される空気量との関係を例示する図。
VVT機構が具現するバルブタイミングの変位量と、空燃比フィードバック補正量FAFとの関係を例示する図。

実施例

0011

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関概要を示す。本実施形態における内燃機関は、ポート噴射式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(例えば、三気筒。図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気バルブよりも上流、各気筒1に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧印加を受けて、中心電極接地電極との間で火花放電を起こすものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

0012

吸気を気筒1に供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。

0013

排気を気筒1から排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用三元触媒41を配置している。

0014

排気通路4における触媒41の上流及び下流には、排気通路4を流通するガス空燃比を検出するための空燃比センサ43、44を設置する。空燃比センサ43、44はそれぞれ、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアA/Fセンサであってもよく、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するO2センサであってもよいが、ここではリニアA/Fセンサを想定している。

0015

本実施形態の内燃機関には、各気筒1の少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できる吸気VVT機構5が付帯している。吸気バルブタイミングを調節するためのVVT機構5は、例えば、各気筒1の吸気バルブを駆動する吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を液圧潤滑油圧)によって変化させるベーン式のものや、電動機によって変化させる電動式のもの(モータドライブVT)である。周知の通り、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトは、クランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトとカムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット(または、プーリ)と、カムシャフト側に設けたカムスプロケット(または、プーリ)と、これらスプロケット若しくはプーリに巻き掛けタイミングチェーン(または、ベルト)とを要素とする。VVT機構5は、カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブの開閉タイミングを変更する。

0016

加えて、内燃機関に、各気筒1の排気バルブの開閉タイミングを可変制御できる排気VVT機構が付帯していることもある。排気バルブタイミングを調節するためのVVT機構もまた、例えば、各気筒1の排気バルブを駆動する排気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を液圧や電動機によって変化させるものである。このVVT機構は存在しないことがあり、その場合、排気バルブタイミングは不変である。

0017

本実施形態の内燃機関の制御装置たるECU0は、プロセッサメモリ入力インタフェース出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ECU0は、複数基のECUまたはコントローラが、CAN(Controller Area Network)等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

0018

ECU0の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダル踏込量またはスロットルバルブ32の開度アクセル開度(いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、内燃機関の冷却水温(内燃機関の温度を示唆する)を検出する水温センサから出力される冷却水温信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33若しくは吸気マニホルド34)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、触媒41の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ43から出力される空燃比信号f、触媒41の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ44から出力される空燃比信号g、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号h等が入力される。

0019

クランク角信号b及びカム角信号hに関して補足すると、クランク角センサは、クランクシャフトに固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起が形成されている。典型的には、クランクシャフトが10°CA(クランク角度)回転する毎に、歯または突起が配置される。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号bとしてパルス信号発信する。ECU0は、このパルスをクランク角信号bとして受信する。

0020

クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータの歯または突起は、その一部が欠けている。具体的には、十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目の欠歯部分、並びに三十五番目、三十六番目の欠歯部分という、大分して二つの欠歯部分が存在する。そして、これら欠歯部分に起因して、クランク角信号bのパルス列もまた一部が欠損する。この欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度(姿勢)、換言すれば各気筒1のピストンの現在位置を知ることが可能である。

0021

カム角センサもまた、カムシャフトに固定されカムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、少なくともカムシャフトの一回転を気筒数で割った角度毎に、歯または突起が配置される。三気筒エンジンの場合、カムシャフトが120°回転する毎に、歯または突起が配置される。カムシャフトは、巻掛伝動機構を介してクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転するもので、その回転速度はクランクシャフトの二分の一である。故に、上記の歯または突起は、クランク角度に換算すれば240°CA毎に配置されていることになる。さらに、ロータに、追加的にカム角信号hを発生させるための歯または突起が、240°CA毎の歯または突起の間に一つ設けられる。

0022

カム角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号hとしてパルス信号を発信する。ECU0は、このパルスをカム角信号hとして受信する。吸気カムシャフトに付随するカム角センサが出力するカム角信号hは、何れかの気筒1が所定の行程を迎えたことに加え、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相角原点となる初期位置から変位した角度)、つまりはVVT機構5が具現している吸気バルブタイミング(原点からの進角量または遅角量)をも表す。クランク角信号b及びカム角信号hをともに参照すれば、各気筒1の現在の行程を判別して知得できる上、VVT機構5が具現している現在の吸気バルブタイミングも明らかとなる。

0023

尤も、後述するように、クランク角信号b及びカム角信号hにより示されるカムシャフトの位相角と、吸気バルブを開閉駆動するカムの実際の角度(姿勢)との関係は、個体差を含め恒常的に一定ではない。そのため、両者のずれ量を較正する必要が生じる。

0024

ECU0の出力インタフェースからは、火花点火装置のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、EGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブ23に対して開度操作信号l、VVT機構5に対して吸気バルブタイミングの制御信号m等を出力する。

0025

ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラム解釈、実行し、運転パラメータ演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に吸入される空気(新気)量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸入空気量等に基づき、要求燃料噴射量燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射回数を含む)、燃料噴射圧要求EGR率(または、EGRガス量)、点火タイミング、吸気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、mを出力インタフェースを介して印加する。

0026

燃料噴射量を決定するに際して、ECU0は、まず、気筒1に吸入される空気の量を求め、その吸入空気量に比例する(吸入空気量に応じて理論空燃比またはその近傍の空燃比を実現できような)燃料噴射量の基本量TPを決定する。吸入空気量は、現在のエンジン回転数、現在のサージタンク33若しくは吸気マニホルド34内の吸気圧、並びに現在ECU0からVVT機構5に与えているバルブタイミングの目標位相角等を基に推算する。吸入空気量の推算値に、現在の吸気温や大気圧等に応じた補正を加えてもよい。この吸入空気量の推算の手法は、公知のものである。

0027

次いで、この基本噴射量TPを、触媒41に流入するガスの空燃比とその目標値との偏差に応じたフィードバック補正係数FAFや、環境条件その他の状況に応じて定まる各種補正係数Kにより補正する。補正係数FAF、Kはそれぞれ、1を中心に増減する正数である。さらに、インジェクタ11を開弁しても燃料が噴出しない無効噴射時間TAUVを加味して、最終的な燃料噴射時間T、即ちインジェクタ11を開弁する時間を算定する。燃料噴射時間Tは、
T=TP×FAF×K+TAUV
となる。ECU0は、燃料噴射時間Tだけインジェクタ11に対して信号jを入力し、インジェクタ11を開弁して燃料を噴射させる。

0028

空燃比フィードバック制御は、気筒1に充填される混合気の空燃比、ひいては気筒1から排出され触媒41へと導かれる排気ガスの空燃比を所望の目標空燃比収束させ、以て触媒41における有害物質浄化能率最大化するものである。空燃比フィードバック補正係数FAFは、触媒41の上流側の空燃比センサ43の出力信号fに基づいて定める。図2に示すように、ECU0は、触媒41の上流側のガスの空燃比を検出する空燃比センサ43の出力電圧fを、理論空燃比またはその近傍の目標空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリーン、判定電圧値よりも低ければリッチと判定する。そして、ECU0は、触媒41の上流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数FAFを増減調整する。

0029

具体的には、触媒41の上流側のガスの空燃比の判定結果がリーンからリッチに反転した(下記の遅延時間TDRが経過した)時点で、補正係数FAFをスキップ値SMだけ減少させる。加えて、空燃比がリッチであると判定している間、補正係数FAFを演算サイクル制御サイクル)あたりリーン積分値KIMだけ逓減させる。演算サイクルの周期は、内燃機関が備える個々の気筒1が新たなサイクル吸気行程圧縮行程膨脹行程排気行程一連)を迎える周期に等しい。なお、リーン積分値KIMの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ43の出力電圧値fとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。

0030

他方、触媒41の上流側のガスの空燃比の判定結果がリッチからリーンに反転した(下記の遅延時間TDLが経過した)時点で、補正係数FAFをスキップ値RSPだけ増加させる。加えて、空燃比がリーンであると判定している間、補正係数FAFを演算サイクルあたりリッチ積分値KIPだけ逓増させる。なお、リッチ積分値KIPの絶対値を、空燃比センサ43の出力電圧値fと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。

0031

基本噴射量TPに乗ずる補正係数FAFが減少すると、インジェクタ11による燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。補正係数FAFが増加すると、インジェクタ11による燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。

0032

但し、空燃比センサ43の出力電圧fが判定電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に触媒41の上流側のガスの空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間TDL、TDRの経過を待ってから判定結果を反転させる。即ち、空燃比センサ43の出力電圧fがリッチからリーンに切り替わった(判定電圧値を下回った)ときには、リーン判定遅延時間TDLの経過の後、空燃比がリッチからリーンに反転したと判断する。並びに、空燃比センサ43の出力電圧fがリーンからリッチに切り替わった(判定電圧値を上回った)ときには、リッチ判定遅延時間TDRの経過の後、空燃比がリーンからリッチに反転したと判断する。

0033

リーン判定遅延時間TDL及びリッチ判定遅延時間TDRを設けているのは、空燃比センサ43の出力信号fにノイズ混入した場合に、空燃比のリーン/リッチの判定結果が短期間に複数回反転して燃料噴射量が振動するように増減するチャタリングを起こすことを予防する意図である。

0034

遅延時間TDL、TDRは、制御中心補正量FACFに応じて増減する。図3に、補正量FACFと遅延時間TDL、TDRとの関係を例示する。図3中、リーン判定遅延時間TDLを破線で表し、リッチ判定遅延時間TDRを実線で表している。補正量FACFが大きくなるほど、リーン判定遅延時間TDLは短縮され、リッチ判定遅延時間TDRは延長される。さすれば、フィードバック補正係数FAFが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御の制御中心、換言すればフィードバック制御により収束させるべきガスの空燃比の目標がリッチ側に変位する。

0035

逆に、補正量FACFが小さくなるほど、リーン判定遅延時間TDLは延長され、リッチ判定遅延時間TDRは短縮される。さすれば、フィードバック補正係数FAFが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、空燃比フィードバック制御の制御中心がリーン側に変位する。

0036

ECU0は、空燃比フィードバック制御中、上記の制御中心補正量FACFをも算出する。図4に示すように、ECU0は、補正量FACFを算定するにあたり、触媒41の下流側のガスの空燃比を検出する空燃比センサ44の出力電圧gを、理論空燃比またはその近傍の空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリーン、判定電圧値よりも低ければリッチと判定する。この判定電圧値は、空燃比センサ43の出力信号fと比較される判定電圧値とは一致しないことがある。その上で、触媒41の下流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、補正量FACFを増減調整する。

0037

具体的には、触媒41の下流側のガスの空燃比がリッチであると判定している間、補正量FACFを演算サイクルあたりリーン積分値FACFKIMだけ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、補正量FACFを演算サイクルあたりリッチ積分値FACFKIPだけ逓増させる。なお、リーン積分値FACFKIMの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ44の出力電圧値gとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよく、リッチ積分値FACFKIPの絶対値を、空燃比センサ44の出力電圧gと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよい。既に述べた通り、補正量FACFが減少すると、空燃比制御中心はリーンへと向かい、補正量FACFが増加すると、空燃比制御中心はリッチへと向かう。

0038

ECU0は、内燃機関の運転領域[エンジン回転数,アクセル開度(または、サージタンク33若しくは吸気マニホルド34内吸気圧(空気(新気)圧であることがある)、気筒1に充填される吸入空気量若しくは燃料噴射量)]に応じて、吸気バルブの開閉タイミングを設定し制御する。即ち、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相角を、現在の運転領域に対応した目標バルブタイミング合致する目標位相角に操作するべく、クランク角信号b及びカム角信号hを参照して知得される吸気カムシャフトの位相角と、目標位相角との偏差を求める。その上で、その偏差を縮小する方向にカムシャフトを回動させるよう、VVT機構5に対して制御入力信号mを与える。

0039

図5に、ある運転領域における、VVT機構5による吸気バルブタイミングの変位量と、内燃機関の正味燃料消費率及び燃焼不安定化(エンジントルク変動)のリスクの大きさとの関係を例示している。図5(並びに、図6及び図7)中の横軸である変位量は、右方に向かうほど吸気カムシャフトの回転位相ひいては吸気バルブタイミングが進角することを意味する。因みに、VVT機構が排気バルブの開閉タイミングを進角/遅角させるものであるならば、右方に向かうほど排気カムシャフトの回転位相ひいては排気バルブタイミングが遅角することを意味する。

0040

VVT機構5を介して吸気バルブタイミングを進角させ、または排気バルブタイミングを遅角させると、燃料消費率の低減、即ち内燃機関の効率の向上を見込める一方で、混合気の燃焼が不安定化してエンジントルクの変動を惹起するリスクが高まる。図5に示す例に則して述べると、当該運転領域において、燃料消費率が最小となるバルブタイミングはA0であるが、バルブタイミングをこのA0に設定すると燃焼不安定化のリスクが許容される限度Dを超え、エンジントルクの変動が起こる。燃焼不安定化のリスクの許容限度Dを超えない理想的なバルブタイミングは、A1となる。

0041

しかしながら、単純にカムシャフトの目標位相角を上記のタイミングA1に設定してバルブタイミングを制御する訳にはいかない。ECU0がクランク角信号b及びカム角信号hを受信して把握するカムシャフトの位相角と、実際のカムシャフト及びカムの位相角、換言すればVVT機構5が具現しているバルブタイミングとの間に、ずれが生じることがあるからである。その要因としては、VVT機構5、カムシャフト及びカムを含む構成部材の公差等を挙げることができる。ECU0が把握しているカムシャフトの位相角と実際の物理的な位相角との間にずれが生じている場合に、VVT機構5が操作するカムシャフトの目標位相角をタイミングA1に設定すると、実際に具現されるバルブタイミングがA1を超えてしまい、燃焼の不安定化及びエンジントルクの変動を招来しかねない。

0042

そこで、従前の内燃機関の制御では、カムシャフトの目標位相角を、上記のタイミングA1に安全余裕を加味したA2に設定して、バルブタイミングを制御していた。図5中の横軸に沿って位相角A1から位相角A2までの間が、安全余裕に相当する。

0043

裏を返せば、ECU0が把握しているカムシャフトの位相角と実際の物理的な位相角との間のずれ量が判明しているならば、そのずれ量を考慮に入れて目標位相角を決定した上、VVT機構5に制御入力mを与えることにより、バルブタイミングを理想的なタイミングA1により近づけることが可能となる。

0044

本実施形態のECU0は、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を目標位相角とするべく制御入力mを与えることで具現される実際のバルブタイミングと目標位相角とのずれ量を推定するにあたり、複数の目標位相角の各々について、吸気圧信号eを参照して検出した吸気圧等から推算した(基本噴射量TPを決定する)吸入空気量と、実際に気筒1に吸入された空気量とのずれ量を、それぞれ求める。そして、複数の目標位相角に対応する複数の吸入空気量のずれ量の差分と、複数の目標位相角の差分との比に基づいて、上記のずれ量を推定する。

0045

図6に、ある運転領域における、VVT機構5による吸気バルブタイミングの変位量と、実際に気筒1に吸入される空気量との関係を例示する。図6中、公差の中央にあたる内燃機関の個体の特性を実線で表す。公差の中央にあたる個体とは、ECU0がクランク角信号b及びカム角信号hを受信して把握する吸気カムシャフトの位相角と、実際の吸気カムシャフトの位相角即ちVVT機構5が具現する吸気バルブタイミングとの間に、ずれが殆どまたは全く生じていない個体と言っていい。既に述べた通り、ECU0は、現在のエンジン回転数、並びに現在のサージタンク33若しくは吸気マニホルド34内の吸気圧等を基に吸入空気量を推算して、基本燃料噴射量TPを決定している。これら吸入空気量及び基本噴射量TPの算出は、VVT機構5によるバルブタイミングの制御のずれが生じていない公差の中央の個体を前提としている。従って、VVT機構5によるバルブタイミングの制御のずれ以外の外乱が存在していなければ、上記の吸入空気量及び燃料噴射量TPの算出の精度は十分に高く、図7に実線で表しているように、空燃比フィードバック補正係数FAFは1近傍の値となるであろう。

0046

図6中の破線は、公差の中央にあたる個体よりも吸気バルブタイミングが進角側にずれている個体の特性を表している。この個体は、ECU0がクランク角信号b及びカム角信号hを受信して把握している吸気カムシャフトの位相角が、実際の吸気カムシャフトの位相角即ち吸気バルブタイミングよりも遅角側にずれているものであると言える。図6に示す例に則して述べると、VVT機構5によるバルブタイミング制御の目標位相角をE0に設定したときには、実際に気筒1に吸入される空気量が公差の中央の個体と同等または略同等となる。だが、目標位相角をE1に設定してバルブタイミングを操作すると、実際に気筒1に吸入される空気量が公差の中央の個体よりも多くなる。それ故、ECU0が算定する基本噴射量TPが実際の吸入空気量に対して不足し、空燃比が目標よりもリーンとなる。結果、図7に破線で表しているように、空燃比フィードバック補正係数FAFが1よりも大きくなる、つまりは空燃比フィードバック制御により燃料噴射量が増量補正される。

0047

図6中の鎖線は、公差の中央にあたる個体よりも吸気バルブタイミングが遅角側にずれている個体の特性を表している。この個体は、ECU0がクランク角信号b及びカム角信号hを受信して把握している吸気カムシャフトの位相角が、実際の吸気カムシャフトの位相角即ち吸気バルブタイミングよりも進角側にずれているものであると言える。図6に示す例に則して述べると、VVT機構5によるバルブタイミング制御の目標位相角をE0に設定したときには、実際に気筒1に吸入される空気量が公差の中央の個体と同等または略同等となる。だが、バルブタイミング制御の目標位相角をE1に設定してバルブタイミングを操作すると、実際に気筒1に吸入される空気量が公差の中央の個体よりも少なくなる。それ故、ECU0が算定する基本噴射量TPが実際の吸入空気量に対して過剰となり、空燃比が目標よりもリッチとなる。結果、図7に鎖線で表しているように、空燃比フィードバック補正係数FAFが1よりも小さくなる、つまりは空燃比フィードバック制御により燃料噴射量が減量補正される。

0048

以上の知見に基づき、本実施形態のECU0は、内燃機関の運転領域を示すパラメータであるエンジン回転数及びアクセル開度(アクセル開度に代えて、サージタンク33若しくは吸気マニホルド34内吸気圧、エンジントルク等をパラメータとしてもよい)がある範囲内にて一定または略一定である条件の下で、敢えて複数の目標位相角E0、E1に向けて吸気バルブタイミングを操作し、前者の目標位相角E0にバルブタイミングを操作したときの空燃比フィードバック補正係数FAF、並びに後者の目標位相角E1にバルブタイミングを操作したときの空燃比フィードバック補正係数FAFをそれぞれ求める。これら補正係数FAFは、複数の目標位相角E0、E1の各々に対して、実際に気筒1に吸入された空気量を示唆する。補正係数FAFを求めることは、間接的に吸入空気量を計測していることになる。目標位相角E0は、VVT機構5によるバルブタイミングの制御のずれ量が吸入空気量に及ぼす影響が小さい位相角であり、目標位相角E1は、VVT機構5によるバルブタイミングの制御のずれ量が吸入空気量に及ぼす影響がより拡大する位相角である。

0049

しかして、ECU0は、VVT機構5に目標位相角E1に対応する制御入力mを与えたときの補正係数FAFと、VVT機構5に目標位相角E0に対応する制御入力mを与えたときの補正係数FAFとの差分を求める。図7に示す例に則して述べると、目標位相角E1に対する補正係数FAFから目標位相角E0に対する補正係数FAFを減じた差分が正であるならば、図7中に破線で表しているように、対象の内燃機関のVVT機構5の具現するバルブタイミングが公差中央の個体よりも進角側にずれているという事実が判明する。そのずれ量は、上記の差分の絶対値が大きいほど大きい。

0050

翻って、目標位相角E1に対する補正係数FAFから目標位相角E0に対する補正係数FAFを減じた差分が負であるならば、図7中に鎖線で表しているように、対象の内燃機関のVVT機構5の具現するバルブタイミングが公差中央の個体よりも遅角側にずれているという事実が判明する。そのずれ量は、上記の差分の絶対値が大きいほど大きい。

0051

このようにして、ECU0が制御する対象の内燃機関の個体における、VVT機構5によるバルブタイミング制御のずれ量を推定し学習することができる。ECU0は、推定したずれ量を学習値としてメモリに記憶保持する。

0052

図6に示しているように、目標位相角E0とE1とのうち一方E0を、VVT機構5によるバルブタイミング制御のずれ量が吸入吸気量に及ぼす影響が小さい位相角に設定し、他方E1をバルブタイミング制御のずれ量が吸入吸気量に及ぼす影響が大きい位相角に設定することにより、インジェクタ11等が補正係数FAFに及ぼす栄養を除外し、バルブタイミング制御のずれ量をより精度よく学習することができる。

0053

内燃機関の運転中、VVT機構5を介してバルブタイミングの制御を実行するECU0は、現在の内燃機関の運転領域に応じた目標位相角を設定する。ECU0のメモリには予め、内燃機関の運転領域を示すパラメータ[エンジン回転数,アクセル開度等]と、目標位相角の基本量との関係を規定したマップデータが格納されている。ECU0は、現在の内燃機関の運転領域のパラメータをキーとして当該マップ検索し、目標位相角の基本量を知得する。この基本量は、必要十分な安全余裕が加味されたものである。

0054

そして、上述したバルブタイミング制御のずれ量の学習が未だ完了していない段階では、この基本量を目標位相角とし、当該目標位相角にバルブタイミングを制御するようにVVT機構5に制御入力mを与える。

0055

バルブタイミング制御のずれ量の学習を既に完了しているのであれば、ずれ量の学習値をメモリから読み出し、ずれ量を相殺するように目標位相角を基本量から補正する。VVT機構5の具現するバルブタイミングが公差中央の個体よりも進角側にずれているならば、そのずれ量の分だけ基本量から遅角した目標位相角を設定し、当該目標位相角にバルブタイミングを制御するようにVVT機構5に制御入力mを与える。VVT機構5の具現するバルブタイミングが公差中央の個体よりも遅角側にずれているならば、そのずれ量の分だけ基本量から進角した目標位相角を設定し、当該目標位相角にバルブタイミングを制御するようにVVT機構5に制御入力mを与える。

0056

本実施形態では、吸気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角または遅角させることで吸気バルブの開閉タイミングを変化させるVVT機構5が付帯した内燃機関を制御するものであって、前記カムシャフトの前記クランクシャフトに対する回転位相を目標位相角とするべく制御入力mを与えることで実際に具現されるバルブタイミングと目標位相角とのずれ量を推定するにあたり、複数の目標位相角E0、E1の各々に対して、複数の目標位相角の各々に対して、吸気圧等から推算した吸入空気量と実際に気筒1に吸入された空気量とのずれ量(を示唆する空燃比フィードバック補正係数FAF)をそれぞれ求め、複数の目標位相角E0、E1に対応する複数の吸入空気量のずれ量の差分と、複数の目標位相角E0、E1の差分との比に基づいて前記ずれ量を推定する内燃機関の制御装置0を構成した。

0057

本実施形態によれば、ECU0がクランク角信号b及びカム角信号hを参照して知得しているカムシャフトの位相角と、実際にVVT機構5が具現するバルブタイミングとのずれ量を精確に推定、学習することができる。このずれ量の学習値を用いて、バルブタイミングの目標位相角に補正を加えることとすれば、安全余裕をより縮小してVVT機構5が具現するバルブタイミングを理想的なタイミングに近づけることが可能となるため、内燃機関の運転が一層効率化し、燃費性能の向上に寄与し得る。

0058

本実施形態の制御方法は、新たなハードウェア、例えば吸気通路3を気筒1に向かって流通する空気の流量を計測するエアフローメータ等を追加することなく実施でき、コストの騰貴を招かずに済む利点もある。

0059

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、外部EGR装置2が付帯した内燃機関の運転を制御するに際しては、基本噴射量TPを決定する吸入吸気量の推算にあたり、気筒1に吸入される吸気に占めるEGRガスの量を考慮に入れる必要がある。より詳しくは、現在のエンジン回転数及び現在のEGRバルブ23の開度(さらに必要であれば、現在のスロットルバルブ32の開度)を基に、気筒1に吸入される吸気に占めるEGRガスの分圧を推定し、吸気圧信号eを参照して知得される吸気圧からそのEGRガスの分圧を減じることで吸気中の空気の分圧を求める。そして、その空気の分圧と現在のエンジン回転数、及び現在ECU0がVVT機構5に指令している目標位相角等から、気筒1に吸入される空気量を推算する。この吸入空気量の推算値に、現在の吸気温や大気圧等に応じた補正を加えてもよい。EGRバルブ23を全閉せずに開いている状態でVVT機構5による制御のずれ量の推定、学習を行うのであれば、上に述べたような手法を以て吸入空気量を推算することが好ましい。

0060

また、上記実施形態と同様の考え方により、気筒1の排気バルブの開閉タイミングを可変調整する排気VVT機構による制御のずれ量を推定して学習し、排気VVT機構が具現する排気バルブタイミングの目標位相角を補正することも当然に可能である。

0061

上記実施形態では、複数の目標位相角E0、E1の各々に対し実際に気筒1に吸入された空気量を示唆する値として、空燃比フィードバック補正係数FAFを求めていたが、吸気通路3上にエアフローメータが設置されているならば、当該エアフローメータを介して複数の目標位相角E0、E1の各々に対し実際に気筒1に吸入された空気量を実測しても構わない。

0062

その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

0063

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。

0064

0…制御装置(ECU)
1…気筒
3…吸気通路
5…可変バルブタイミング(VVT)機構
b…クランク角信号
h…カム角信号
m…VVT機構に対する制御入力信号

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