JP2017031961A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】デポジット付着によるノッキングの発生をより適切に抑えることの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1は、機関始動時において吸気バルブ9のバルブタイミングを最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持可能な可変動弁機構13を備えている。制御装置26は、燃焼室2内のデポジットの付着度合いを算出し、その算出されたデポジットの付着度合に応じて設定される点火時期の遅角補正量であるデポジット補正量を算出する。この制御装置26は、バルブタイミングの基準位相における点火時期の遅角補正量の適合値である第1補正量と、バルブタイミングの適合位相における点火時期の遅角補正量の適合値である第2補正量とを算出する。そして、第1補正量と第2補正量とに基づいてデポジット補正量を設定する。【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
内燃機関の燃焼室内には、未燃燃料やブローバイガス、あるいは潤滑油等に由来するデポジットが次第に付着していく。そうしたデポジットの付着量が増大すると、燃焼室の実質的な容積が減少して燃焼時の筒内圧力が増大すること等に起因してノッキングが発生し易くなる。
また、吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備える内燃機関では、そうしたバルブタイミングの変更によって内部EGR量や実圧縮比、あるいは気筒内での気流の流れなどが変化する。そのため、デポジット付着量が同じであっても吸気バルブのバルブタイミングが異なれば、デポジット付着によるノッキングの発生し易さが変化する。
このように内燃機関では、燃焼室内に付着したデポジットの量や吸気バルブのバルブタイミングに応じてノッキングの発生しやすさが変化するため、そうしたデポジットの付着量やバルブタイミングを考慮して点火時期の遅角補正量が設定される。
例えば、特許文献1に記載の装置では、想定される最大量のデポジットが付着した状態にて要求される点火時期の補正量である最大点火時期遅角量(DLAKNOK)を予め求めている。そして、この最大点火時期遅角量に対して、デポジットの付着度合を示す比率学習値(rgknk)と、デポジット付着に応じた点火時期補正に対するバルブタイミングの影響分を示すVVT進角補正係数(kavvt)とを乗算することにより、現在のデポジット付着量及びバルブタイミングに見合った点火時期の遅角補正量を算出するようにしている。
また、例えば特許文献2に記載の装置では、ノッキングに対するバルブタイミングの影響分を考慮した点火時期の補正量を次のように算出している。すなわち、バルブオーバラップ量が現在の機関回転速度及び機関負荷において最適な適合値(例えば現在の機関回転速度及び機関負荷における目標バルブオーバラップ量など)になっているときに必要な点火時期の補正量を予め求めておき、その求められた補正量をベース点火補正量とするマップを用意している。そして、現在の機関回転速度及び機関負荷におけるベース点火補正量に対して実バルブオーバラップ量と目標バルブオーバラップ量との比率を乗算した値を算出することにより、実バルブオーバラップ量に応じた点火時期の補正量を求めるようにしている。つまり、機関運転状態に応じた最適なバルブタイミングを適合位相として、この適合位相に対応する点火時期の補正量を予め求めておく。そして、その点火時期の補正量を、バルブタイミングの適合位相に関係する値(目標バルブオーバラップ量など)と実バルブタイミングに関係する値(実バルブオーバラップ量)との比率に応じて補正することにより、現状のバルブタイミングに応じた点火時期の補正量を求めるようにしている。
ところで、点火時期の遅角補正量に対するバルブタイミングの影響分をほぼ無視できる位相(例えば内部EGR量が非常に小さくなる位相など)を基準位相とした場合、この基準位相における点火時期の遅角補正量を例えば「0」に設定する。この場合において、実バルブタイミングが基準位相と上記適合位相との間の位相になっているときの点火時期の遅角補正量は、上記適合位相に対応する点火時期の遅角補正量に対して上記VVT進角補正係数(kavvt)及び上記比率学習値(rgknk)を乗算することにより求められる。ただし、こうした実バルブタイミングに対応する遅角補正量の算出態様では、デポジット付着によるノッキングの発生を抑えるために基準位相においてもある程度の遅角補正量が必要になるにもかかわらず、基準位相での遅角補正量が「0」になってしまう。そのため、実バルブタイミングが基準位相近傍の位相になっているときには、算出される遅角補正量と実際に要求される遅角補正量との誤差が大きくなる。そのため、次のような不都合の発生が懸念される。
すなわち、近年の内燃機関には、機関始動時において吸気バルブのバルブタイミングを最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持可能な可変動弁機構が設けられることがある。こうした可変動弁機構は、機関始動時に吸気バルブのバルブタイミングを最遅角位相または最進角位相のいずれか一方に保持可能な従来の可変動弁機構と比べて、吸気バルブのバルブタイミングを吸気下死点から遅角位相側へより大きく変更することが可能となっており、例えば熱効率の改善に効果のあるアトキンソンサイクルの実施等に適している。
ここで、上記文献等に記載されている従来の可変動弁機構、つまり機関始動時において吸気バルブのバルブタイミングを中間位相に保持するための機構を備えていない可変動弁機構を有する内燃機関では、実バルブタイミングが、遅角補正量を求めるために設定されている上記適合位相付近のバルブタイミングになっていることが多く、上記基準位相近傍のバルブタイミングが使用される機会が少ない。そのため、上述したような態様で実バルブタイミングに対応した遅角補正量を算出するようにしても、その算出された遅角補正量と実際に要求される遅角補正量との誤差は比較的小さい状態に抑えられる。
一方、機関始動時において吸気バルブのバルブタイミングを中間位相に保持可能な上記可変動弁機構を備える内燃機関では、実バルブタイミングの使用範囲が適合位相付近だけではなく進角側位相から遅角側位相までの間の幅広い範囲に渡っているため、バルブタイミングの変更時において、遅角補正量の誤差が大きい上記基準位相を通過する頻度が高い。また、上述したように、吸気バルブのバルブタイミングを中間位相に保持可能な上記可変動弁機構では、従来の可変動弁機構と異なり、実バルブタイミングが遅角位相側に大きく変更されることがある。ここで上記適合位相は、通常、上記基準位相よりも進角側の位相に設定されることが多い。そのため、実バルブタイミングが遅角位相側に大きく変更された場合には、実バルブタイミングが上記適合位相から大きく離れるようになり、この場合にも遅角補正量の誤差が大きくなりやすい。
このように、吸気バルブのバルブタイミングを中間位相に保持可能な可変動弁機構を備える内燃機関では、算出された遅角補正量と実際に要求される遅角補正量との誤差が大きくなる場合があり、デポジット付着によるノッキングの発生を抑えるための遅角補正量を精度よく算出することができないおそれがある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、デポジット付着によるノッキングの発生をより適切に抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、吸気バルブのバルブタイミングを変更するとともに、機関始動時において前記バルブタイミングを最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持可能な可変動弁機構と、燃焼室内のデポジットの付着度合いを算出するデポジット算出部と、前記デポジットの付着度合いに応じて設定される点火時期の遅角補正量であるデポジット補正量を算出する補正量算出部とを備えている。そして、前記補正量算出部は、燃焼室内の内部EGR量が最少になる前記バルブタイミングを基準位相とした場合に、前記バルブタイミングの現状値が前記基準位相となっているときにおいて、想定される最大量のデポジットが付着している状態でもノッキングの発生を抑えることのできる点火時期の遅角補正量の適合値を基準補正量として算出し、前記基準補正量を前記デポジットの付着度合いに応じて補正することにより第1補正量を算出する処理を行う。また、補正量算出部は、機関運転状態に応じた最適な前記バルブタイミングを適合位相とした場合に、前記バルブタイミングの現状値が前記適合位相になっているときにおいて、想定される最大量のデポジットが付着している状態でもノッキングの発生を抑えることのできる点火時期の遅角補正量の適合値を適合補正量として算出し、前記適合補正量から前記基準補正量を減じた値を相対補正量として算出し、前記デポジットの付着度合いに応じた点火時期の補正に対して現状の前記バルブタイミングが与える影響度合いを示す補正比率を算出し、前記相対補正量を前記デポジットの付着度合い及び前記補正比率に応じて補正することにより第2補正量を算出する処理を行う。そして、前記補正量算出部は、前記第1補正量と前記第2補正量との和を前記デポジット補正量として設定する処理を行う。
同構成によれば、上記第1補正量が算出されることにより、現状のデポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量であってバルブタイミングが上記基準位相となっているとき、つまり燃焼室内の内部EGR量が最少になるバルブタイミングが設定されることにより、デポジットの付着度合に応じた点火時期の遅角補正量を算出するにあたって、バルブタイミングがほとんど影響しなくなるときの点火時期の遅角補正量の最適値が算出される。
また、上記相対補正量は、上記適合補正量から上記基準補正量を減じた値であり、適合位相における遅角補正量の適合値から基準位相における遅角補正量の適合値を減じた値となっているため、この相対補正量も適合位相における遅角補正量の適合値になる。そして、この適合値である相対補正量を上記補正比率及びデポジットの付着度合いに応じて補正した上記第2補正量は、適合値を使って求められる値であって、現状のバルブタイミング及び現状のデポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量のうちで現状のバルブタイミングの影響分が反映された最適値になる。
そして、上記基準補正量を使って求められる上記第1補正量と、上記相対補正量や上記補正比率を使って求められる第2補正量との和がデポジット補正量として設定される。従って、このデポジット補正量は、基準位相における適合値と適合位相における適合値とを使って求められる値であって、基準位相における遅角補正量の最適値と適合位相における遅角補正量の最適値とをつなぐ線上に存在する遅角補正量を補間処理にて求めた値になる。そのため、デポジット補正量はノッキングの発生を抑えるために実際に要求される遅角補正量に近い値になる。
このように同構成によれば、燃焼室内における現状のデポジットの付着度合い及び現状の吸気バルブのバルブタイミングに応じた点火時期の遅角補正量であるデポジット補正量を精度よく算出することができる。従って、デポジット付着によるノッキングの発生を適切に抑えることができるようになる。
また、上記制御装置において、前記補正量算出部は、ノッキングに対する前記バルブタイミングの影響度合いに応じて算出される点火時期の補正量であって前記バルブタイミングが前記適合位相であるときの補正量であるベース補正量と、ノッキングに対する前記バルブタイミングの影響度合に応じて算出される点火時期の補正量であって現状のバルブタイミングに応じた補正量であるタイミング補正量とを算出し、前記ベース補正量に対する前記タイミング補正量の比率を前記補正比率として設定する、という構成を採用することもできる。
また、上記ベース補正量に対する上記タイミング補正量の比率を前記補正比率として設定する場合には、前記補正量算出部は、前記ベース補正量が予め設定された閾値以下のときには、前記補正比率を「0」に設定する、という構成を採用することが好ましい。同構成によれば、ベース補正量が比較的小さい値である場合において、バルブタイミングがわずかに変化しただけでも補正比率が大きく変化するといった不都合の発生が抑えられるようになり、上記デポジット補正量が安定するようになる。
また、吸気バルブのバルブタイミングを最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持可能な可変動弁機構としては、電動機によって駆動される電動式の機構を採用したり、油圧式の機構であって前記バルブタイミングを前記中間位相に固定するロックピンを備える機構を採用することができる。
以下、内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
図1に示すように、内燃機関1には、吸気通路3及び吸気ポート3aを通じて燃焼室2に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁4から噴射された燃料が燃焼室2に供給される。空気及び燃料で構成される混合気に対して点火プラグ5による点火が行われると、混合気が燃焼してピストン6が往復移動し、内燃機関1の出力軸であるクランクシャフト7が回転する。燃焼後の混合気は排気として燃焼室2から排気通路8に排出される。
図1に示すように、内燃機関1には、吸気通路3及び吸気ポート3aを通じて燃焼室2に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁4から噴射された燃料が燃焼室2に供給される。空気及び燃料で構成される混合気に対して点火プラグ5による点火が行われると、混合気が燃焼してピストン6が往復移動し、内燃機関1の出力軸であるクランクシャフト7が回転する。燃焼後の混合気は排気として燃焼室2から排気通路8に排出される。
内燃機関1の吸気通路3には、吸入空気量を調量するスロットルバルブ29が設けられている。このスロットルバルブ29は、電動モータによって開度が調整される。
吸気通路3に繋がる吸気ポート3aには吸気バルブ9が設けられている。排気通路8に繋がる排気ポート8aには排気バルブ10が設けられている。これら吸気バルブ9及び排気バルブ10は、クランクシャフト7の回転が伝達される吸気カムシャフト11及び排気カムシャフト12の回転に伴って開閉動作する。
吸気通路3に繋がる吸気ポート3aには吸気バルブ9が設けられている。排気通路8に繋がる排気ポート8aには排気バルブ10が設けられている。これら吸気バルブ9及び排気バルブ10は、クランクシャフト7の回転が伝達される吸気カムシャフト11及び排気カムシャフト12の回転に伴って開閉動作する。
吸気カムシャフト11には、吸気バルブ9のバルブタイミングを変更する可変動弁機構13が設けられている。可変動弁機構13は、クランクシャフト7に対する吸気カムシャフト11の相対回転位相を調節することにより吸気バルブ9のバルブタイミングを変更する位相可変機構13Aと、位相可変機構13Aを駆動する電動式のモータ13Bとを備えている。
図2に示すように、モータ13Bの駆動制御を通じて可変動弁機構13が作動すると、吸気バルブ9の開弁時期IVO及び閉弁時期IVCは共に進角側又は遅角側に変更される。なお、吸気バルブ9のバルブタイミングの最遅角位相としては、吸気バルブ9の閉弁時期IVCが吸気行程の下死点BDCから遅角側に大きく離れた時期となる位相に設定されている。また、吸気バルブ9のバルブタイミングが最遅角位相となっているときには、吸気バルブ9の開弁時期IVOが排気バルブ10の閉弁時期EVCよりも遅い時期になっており、吸気バルブ9及び排気バルブ10の開弁期間が重ならないようになっている。
一方、吸気バルブ9のバルブタイミングの最進角位相としては、吸気バルブ9の開弁時期IVOが吸気行程の上死点TDCよりも所定量だけ早い時期となる位相に設定されている。また、吸気バルブ9のバルブタイミングが最進角位相となっているときには、吸気バルブ9の開弁時期IVOが排気バルブ10の閉弁時期EVCよりも早い時期になっており、吸気バルブ9及び排気バルブ10の開弁期間が重なるようになっている。
また、機関始動時には、吸気バルブ9のバルブタイミングが最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持される。なお、そうした中間位相としては、機関始動時に適した位相であって且つ内部EGR量が最も少なくなる位相、例えば吸気バルブ9の開弁時期IVOと排気バルブ10の閉弁時期EVCとがほぼ同じ時期になる位相が設定されている。
内燃機関1では、可変動弁機構13による吸気バルブ9の遅閉じ制御、すなわち、ピストン6の吸気下死点よりも大きく遅角した時期に吸気バルブ9を閉弁させる制御を行うことにより、アトキンソンサイクルが実施される。このアトキンソンサイクルでは、吸気バルブ9の閉弁時期がピストン6の吸気下死点よりも遅くなるために、圧縮行程の初期では気筒内に吸入された吸気が吸気ポート3aに吹き返されるようになる。これにより、圧縮行程の実質的な開始が遅れるようになり、結果として実圧縮比を高めることなく高い膨張比を得ることが可能になっている。そして、このように膨張比を高めることができるアトキンソンサイクルでは、燃料の持つ熱エネルギーが効率よく運動エネルギーに変換されるため、内燃機関1の熱効率が向上する。
内燃機関1の各種制御は、制御装置26によって行われる。この制御装置26は、内燃機関1の制御にかかる演算処理を実行するCPU、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたROM、CPUの演算結果が一時的に記憶されるRAM、バックアップメモリ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。
制御装置26の入力ポートには、以下に示す各種センサやスイッチが接続されている。
・車両の運転者によって操作されるアクセルペダル27の操作量(アクセル操作量)を検出するアクセルポジションセンサ28。
・車両の運転者によって操作されるアクセルペダル27の操作量(アクセル操作量)を検出するアクセルポジションセンサ28。
・吸気通路3に設けられたスロットルバルブ29の開度(スロットル開度)を検出するスロットルポジションセンサ30。
・吸気通路3を通じて燃焼室2に吸入される空気の量(吸入空気量GA)を検出するエアフロメータ31。
・吸気通路3を通じて燃焼室2に吸入される空気の量(吸入空気量GA)を検出するエアフロメータ31。
・吸気通路3内の吸気圧PMを検出する吸気圧センサ32。
・内燃機関1の冷却水温THWを検出する水温センサ33。
・クランクシャフト7のクランク角を検出するクランク角センサ34。
・内燃機関1の冷却水温THWを検出する水温センサ33。
・クランクシャフト7のクランク角を検出するクランク角センサ34。
・カムシャフトの回転位置に対応した信号を出力することで吸気バルブ9の実位相、つまり実バルブタイミングVTrを検出するカムポジションセンサ35。
・燃焼室2で発生するノッキングを検出するノックセンサ36。
・燃焼室2で発生するノッキングを検出するノックセンサ36。
制御装置26の出力ポートには、スロットルバルブ29の電動モータ、燃料噴射弁4、点火プラグ5、及び可変動弁機構13を駆動するアクチュエータなどの駆動回路が接続されている。
そして、制御装置26は、上記各種センサ等の入力信号に基づいて機関運転状態を把握し、その把握した機関運転状態に応じて上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして燃料噴射弁4による燃料噴射量の制御、点火プラグ5の点火時期の制御、吸気バルブ9のバルブタイミング制御、及びスロットルバルブ29の開度制御等が制御装置26によって実施される。
制御装置26は、上記バルブタイミング制御として、機関回転速度NE及び機関負荷KLに基づいて吸気バルブ9のバルブタイミングの制御目標値である目標バルブタイミングVTpを算出する。そしてカムポジションセンサ35によって検出される吸気バルブ9の実バルブタイミングVTrが目標バルブタイミングVTpとなるようにモータ13Bの駆動制御を行うことにより、吸気バルブ9のバルブタイミング制御を行う。
なお、本実施形態では、上記最遅角位相を「0」として、この最遅角位相からのバルブタイミングの進角量を用いて吸気バルブ9のバルブタイミングを表している。また、以下では、吸気バルブ9のバルブタイミングを、吸気バルブタイミングという。
ところで、内燃機関1の燃焼室2内には、未燃燃料やブローバイガス、あるいは潤滑油等に由来するデポジットが次第に付着していく。そうしたデポジットの付着量が増大すると、燃焼室2の実質的な容積が減少して燃焼時の筒内圧力が増大すること等に起因してノッキングが発生し易くなる。
また、吸気バルブタイミングが変更されると、内部EGR量や内燃機関1の実圧縮比、あるいは気筒内での気流の流れなどが変化する。そのため、たとえデポジット付着量が同じであっても吸気バルブタイミングが異なれば、デポジットの付着によるノッキングの発生し易さは変化する。
そこで、本実施形態では、デポジットの付着量や吸気バルブタイミングを考慮して点火時期の補正を行うようにしている。以下、制御装置26が実施する内燃機関1の点火時期制御について説明する。
図3に示すように、制御装置26は、次式(1)に基づいて最終点火時期afinを算出して、その算出された最終点火時期afinを実際の点火時期として設定する。この最終点火時期afinは、ノッキングの発生を抑えつつ可能な限り進角側の点火時期となるように算出される値である。
afin=akmf+agknk−akcs …(1)
afin:最終点火時期
akmf:最遅角点火時期
agknk:ノッキング学習値
akcs:フィードバック補正値
式(1)において、フィードバック補正値akcsは、ノッキングの発生の有無に応じて最終点火時期afinを速やかに補正するための値であり、上記ノックセンサ36により検出されるノッキングの発生状況に応じてその値が設定される。具体的には、検出されたノッキングのレベルが所定の判定値未満で、ノッキングが十分許容できるレベル以下に収まっていると判断されたときには、フィードバック補正値akcsの値は徐々に減少される。また検出されたノッキングのレベルが上記判定値以上であるときには、フィードバック補正値akcsの値は所定値だけ増大される。なお、フィードバック補正値akcsの値が負の場合には、上記式(1)から求められる最終点火時期afinがフィードバック補正値akcsによって進角側の時期へと補正される。一方、フィードバック補正値akcsの値が正の場合には、上記式(1)から求められる最終点火時期afinがフィードバック補正値akcsによって遅角側の時期へと補正される。
また、式(1)において、ノッキング学習値agknkは、上記フィードバック補正値akcsの絶対値がある程度大きくなると更新される値であって、フィードバック補正値akcsの絶対値が過度に大きくなることを抑えるための値である。すなわち、このノッキング学習値agknkは、フィードバック補正値akcsの絶対値が所定値Aよりも大きい状態(|akcs|>A)が所定時間以上継続したときに、そのフィードバック補正値akcsの絶対値を徐々に縮小するように更新される。
より詳細には、フィードバック補正値akcsが正の値であって絶対値が所定値Aよりも大きい状態(akcs>A)が継続したときには、正の値である所定値Bがノッキング学習値agknkの値から減算されるとともにフィードバック補正値akcsの値からも同じく所定値Bが減算される。これにより減算後のフィードバック補正値akcsの絶対値は所定値A以下の値になる。また、ノッキング学習値agknk及びフィードバック補正値akcsは共に同じ値(所定値B)で更新されるため、フィードバック補正値akcsから所定値Bを減算しても、最終点火時期afinの値は減算前の値から変化することなく同じ値に維持される。一方、フィードバック補正値akcsが負の値であって絶対値が所定値Aよりも大きい状態(akcs<−A)が継続したときには、ノッキング学習値agknkの値及びフィードバック補正値akcsの値にはそれぞれ上記所定値Bが加算される。これにより加算後のフィードバック補正値akcsの絶対値は所定値A以下の値になる。また、ノッキング学習値agknk及びフィードバック補正値akcsは共に同じ値(所定値B)で更新されるため、フィードバック補正値akcsに所定値Bを加算しても、最終点火時期afinの値は加算前の値から変化することなく同じ値に維持される。なお、こうして更新されたノッキング学習値agknkの値は、制御装置26のバックアップメモリに記憶され、機関停止中もその値が保持される。
また、式(1)において、最遅角点火時期akmfは、想定される最悪の条件下でも十分にノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の最遅角時期としてその値が設定される。具体的には、次式(2)に示すように、ノック限界点火時期aknokに対して、デポジット補正量adepvt及び予め定められた定数RTDの分だけ遅角させた値が、最遅角点火時期akmfとして設定される。
akmf=aknok−adepvt−RTD …(2)
式(2)において、ノック限界点火時期aknokは、ノック限界の低い低オクタン価燃料の使用時に、想定される最良の条件下で、ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界時期である。なお、ノック限界点火時期aknokは、現状の機関回転速度NE、機関負荷、及び可変動弁機構13による吸気バルブ9のバルブタイミングの設定値等を考慮してその値が可変設定される。
また、式(2)において、デポジット補正量adepvtは、燃焼室2内における現状のデポジットの付着度合い及び吸気バルブ9の現状のバルブタイミングに応じた点火時期の遅角補正量を示す値である。
また、式(2)において、定数RTDは、デポジット以外の要因(例えば吸気温度、冷却水温、吸気の湿度、混合気の圧縮比のばらつき、オクタン価の低い粗悪燃料の使用)によるノッキングの発生を確実に抑えるために必要な点火時期の遅角量であって、予めの試験などによって求められた適合値が設定されている。
制御装置26は、次式(3)に示すように、基準補正量DLAKNOKBS、比率学習値rgknk、相対補正量DLAKNOKRE、及び補正比率kavvtを用いてデポジット補正量adepvtを算出する。なお、デポジット補正量adepvtを算出する制御装置26は、上記補正量算出部を構成する。
adepvt=DLAKNOKBS×rgknk+DLAKNOKRE×rgknk×kavvt …(3)
式(3)において、上記比率学習値rgknkは、上述した燃焼室2へのデポジットの付着度合いを示す値である。ここでは、デポジットの付着が完全に無い状態を比率学習値rgknk=「0」とし、デポジットの付着量が想定される最大値となった状態を比率学習値rgknk=「1」として、デポジットの付着度合いを比率学習値rgknkの値で表すようにしている。
比率学習値rgknkは、デポジットの付着の無い工場出荷時に初期値としてその値が「0」に設定されている。その後、比率学習値rgknkの値は、「0」以上、「1」以下の範囲内で、ノックセンサ36により検出されるノッキングの発生頻度に応じて徐々に増減される。具体的には、制御装置26は、ノッキングの発生頻度が増大すれば比率学習値rgknkの値を徐々に増大させる一方、ノッキングの発生頻度が低下すれば比率学習値rgknkの値を徐々に減少させる。この比率学習値rgknkを設定する制御装置26は、上記デポジット算出部を構成する。
式(3)において、補正比率kavvtは、デポジット付着に応じた点火時期補正に対して現状の吸気バルブタイミングが与える影響度合いを示す値であり、次式(4)に示すように、タイミング補正量avvtをベース補正量avvtbで除した値、つまりベース補正量avvtbに対するタイミング補正量avvtの比率を示す値である。
kavvt=avvt/avvtb …(4)
式(4)において、ベース補正量avvtbは、ノッキングに対する吸気バルブタイミングの影響度合いに応じて点火時期を補正する場合に必要となる点火時期補正量である。より詳細には、吸気バルブタイミングが現在の機関回転速度NE及び機関負荷KLにおける適合位相VTadになっているときに必要な点火時期の進角補正量であり、現在の機関回転速度NE及び機関負荷KLに基づき、予め設定されたマップ等を参照して求められる。
なお、現在の機関回転速度NE及び機関負荷KLにおける吸気バルブタイミングの上記適合位相VTadとは、機関運転状態に応じた理想的な吸気バルブタイミングのことをいい、例えば本実施形態では、機関運転状態に基づいて設定される目標バルブタイミングVTpが適合位相VTadに相当する。
また、タイミング補正量avvtも、ノッキングに対する吸気バルブタイミングの影響度合いに応じて点火時期を補正する場合に必要となる点火時期補正量であり、実バルブタイミングVTrが上記適合位相VTadへと変化していく過渡時において算出される点火時期の進角補正量である。つまり、現在の実バルブタイミングVTrにおいて必要な点火時期の進角補正量であって、実バルブタイミングVTr及び吸気圧PM等に基づき、予め設定されたマップ等を参照して求められる。
図4に示すように、本実施形態では、実バルブタイミングVTrが上述した中間位相近傍の位相であって内部EGR量(混合気の燃焼後に気筒内に残留する排気の量)が最少となるときの位相を基準位相VTbとしている。そして、実バルブタイミングVTrが基準位相VTbのときには、タイミング補正量avvtは「0」に設定される。
また、実バルブタイミングVTrが基準位相VTbよりも進角側の位相になると、吸気バルブ9及び排気バルブ10のバルブオーバラップ量が増加するため、内部EGR量は増大してノッキングは発生しにくくなる。従って、実バルブタイミングVTrが基準位相VTbよりも進角側の位相へと変化していくにつれて、タイミング補正量avvtは点火時期を進角側に補正する値であってその補正量が大きくなるように、実バルブタイミングVTr及び吸気圧PM等に基づいて可変設定される。
また、実バルブタイミングVTrが基準位相VTbよりも遅角側の位相になると、圧縮行程の前半では気筒内に吸入された吸気が吸気ポート3aに吹き返されるようになるため、実圧縮比が低くなってノッキングは発生しにくくなる。従って、実バルブタイミングVTrが基準位相VTbよりも遅角側の位相へと変化していく場合にも、タイミング補正量avvtは点火時期を進角側に補正する値であってその補正量が大きくなるように、実バルブタイミングVTr及び吸気圧PM等に基づいて可変設定される。
上述したようにタイミング補正量avvtは、実バルブタイミングVTrが上記適合位相VTadへと変化していく過渡時において算出される点火時期の進角補正量であり、吸気バルブタイミングの適合位相VTadと実バルブタイミングVTrとが一致している場合には、タイミング補正量avvtはベース補正量avvtbと同一の値になる。
上記態様にて求められる補正比率kavvtは、現在の機関運転状態に応じた吸気バルブタイミングの適合位相VTadに対応する点火時期補正量と現在の実バルブタイミングVTrに応じた点火時期補正量との比率を示す値である。そして、ベース補正量avvtb及びタイミング補正量avvtの少なくとも一方が「0」の場合には、補正比率kavvtは「0」になる。また、現在の機関回転速度NE及び機関負荷KLにおける吸気バルブタイミングの適合位相VTadに対して実バルブタイミングVTrが近づくにつれて、つまりベース補正量avvtbとタイミング補正量avvtとの偏差が少なくなるにつれて補正比率kavvtは「1」に近づいていく。そして、現在の機関回転速度NE及び機関負荷KLにおける吸気バルブタイミングの適合位相VTadと実バルブタイミングVTrとが一致することにより、ベース補正量avvtbとタイミング補正量avvtとが一致すると、補正比率kavvtは「1」になる。
また、吸気バルブ9のバルブタイミング制御では、目標バルブタイミングVTpと実バルブタイミングVTrが一致するように可変動弁機構13の駆動制御が行われる。しかし、実際には、吸気バルブ9に設けられるバルブスプリングの反力などに起因して、実バルブタイミングVTrは目標バルブタイミングVTpに対して若干進角側または遅角側へと変動する場合がある。このようにして実バルブタイミングVTrが変動するとタイミング補正量avvtも変動する。
ここで、ベース補正量avvtbが比較的小さい値の場合(例えば目標バルブタイミングVTpが基準位相VTb近傍の値の場合)には、ベース補正量avvtbが比較的大きい値の場合と比較して、上記式(4)における分母の数が小さくなる。そのため、実バルブタイミングVTrの変動によるタイミング補正量avvtの変化量が同一であっても、ベース補正量avvtbが比較的小さい値の場合には、タイミング補正量avvtの変化に伴う補正比率kavvtの変化量が大きくなってしまう。この場合には、実バルブタイミングVTrがわずかに変動しただけでも、上記式(3)において「DLAKNOKRE×rgknk×kavvt」から求められる値が大きく変化するため、デポジット補正量adepvtも大きく変化する。従って、実バルブタイミングVTrのわずかな変動が、上記式(1)及び式(2)から求められる最終点火時期afinを大きく変化させてしまい、最終点火時期afinの算出に対して悪影響を与えてしまう。
そこで、制御装置26は、設定されたベース補正量avvtbが予め設定された閾値αよりも小さい場合(例えばα=1°CAなど)には、補正比率kavvtを「0」に設定するゼロ設定処理を行う。このゼロ設定処理が行われることにより、ベース補正量avvtbが閾値αよりも小さい場合には、実バルブタイミングVTrの値にかかわらず補正比率kavvtは「0」に設定される。そのため、実バルブタイミングVTrの変動に伴う補正比率kavvtの大きな変化が抑えられるようになり、これによりデポジット補正量adepvtの大きな変化も抑えられるようになり、同デポジット補正量adepvtが安定するようになる。そのため、実バルブタイミングVTrの変動が最終点火時期afinの算出に与える悪影響を抑えることができる。
他方、上記式(3)において、基準補正量DLAKNOKBSは、実バルブタイミングVTrが基準位相VTbとなっているときにおいて、想定される最大量のデポジットが付着している状態でもノッキングの発生を抑えることのできる点火時期の遅角補正量の適合値である。この基準補正量DLAKNOKBSは、機関運転状態に応じて種々変化するため、本実施形態では、機関回転速度NE及び機関負荷KLに基づき、予め設定された適合マップを参照して基準補正量DLAKNOKBSの値が設定される。
また、上記式(3)における相対補正量DLAKNOKREは、適合補正量DLAKNOKから上記基準補正量DLAKNOKBSを減算した値であり、次式(5)から求められる。
DLAKNOKRE=DLAKNOK−DLAKNOKBS …(5)
式(5)において、適合補正量DLAKNOKは、吸気バルブタイミングが現在の機関回転速度NE及び機関負荷KLにおける適合位相VTadになっている状態において、想定される最大量のデポジットが付着している状態でもノッキングの発生を抑えることのできる点火時期の遅角補正量の適合値である。この適合補正量DLAKNOKも、機関運転状態に応じて種々変化するため、本実施形態では、機関回転速度NE及び機関負荷KLに基づき、予め設定された適合マップを参照して適合補正量DLAKNOKの値が設定される。
次に、図5を参照しつつ、上記式(3)を使ってデポジット補正量adepvtを算出することにより得られる作用について説明する。
なお、図5には、機関回転速度NE及び機関負荷KLが一定の状態であって、吸気バルブ9の実バルブタイミングVTrが適合位相VTadに向けて変化していくときのデポジット補正量adepvtの変化を示している。
なお、図5には、機関回転速度NE及び機関負荷KLが一定の状態であって、吸気バルブ9の実バルブタイミングVTrが適合位相VTadに向けて変化していくときのデポジット補正量adepvtの変化を示している。
この図5に示すように、まず、吸気バルブタイミングが適合位相VTadになっている状態において、現状のデポジット付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量H1は、次式(6)に示すように、上記適合補正量DLAKNOKに対して、現状のデポジットの付着度合いを示す上記比率学習値rgknkを乗算することによって求められる。
H1=DLAKNOK×rgknk …(6)
また、吸気バルブタイミングに依存することなく現状のデポジットの付着度合いに応じて最低限必要とされる点火時期の遅角補正量を第1補正量HAとした場合、この第1補正量HAは、次式(7)に示すように、上記基準補正量DLAKNOKBSに対して、デポジットの付着度合いを示す上記比率学習値rgknkを乗算することによって求められる。
HA=DLAKNOKBS×rgknk …(7)
そして、次式(8)に示すように、上記遅角補正量H1から上記第1補正量HAを減じることにより、吸気バルブタイミングが適合位相VTadになっている状態において、デポジット付着に応じた点火時期の遅角補正量のうちで吸気バルブタイミングの影響分に応じた点火時期の遅角補正量H3が求められる。
H3=H1−HA …(8)
=(DLAKNOK×rgknk)−(DLAKNOKBS×rgknk)
=(DLAKNOK−DLAKNOKBS)×rgknk
ここで、上記式(5)より、上記遅角補正量H3は、次式(9)で表すことができる。
H3=DLAKNOKRE×rgknk …(9)
そして、デポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量のうちで現状の吸気バルブタイミングの影響分に応じた点火時期の遅角補正量を第2補正量HBとした場合、この第2補正量HBは、次式(10)に示すように、適合位相VTadにおける上記遅角補正量H3に対して上記補正比率kavvtを乗算することによって求められる。
HB=H3×kavvt …(10)
そして、燃焼室2内における現状のデポジットの付着度合い及び吸気バルブ9の現状のバルブタイミングに応じた点火時期の遅角補正量である上記デポジット補正量adepvtは、次式(11)によって求められる。
adepvt=HA+HB …(11)
すなわち、吸気バルブタイミングに依存することなく現状のデポジットの付着度合いに応じて最低限必要とされる上記第1補正量HAと、デポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量のうちで現状の吸気バルブタイミングの影響分に応じた上記第2補正量HBとの和を求めることにより、上記デポジット補正量adepvtは求められる。
ここで、上記式(7)に示したように「HA=DLAKNOKBS×rgknk」である。また、上記式(9)に示したように、「H3=DLAKNOKRE×rgknk」である。また、上記式(10)に示したように、「HB=H3×kavvt」である。従って、上記式(11)は「adepvt=DLAKNOKBS×rgknk+DLAKNOKRE×rgknk×kavvt」と等価であり、上記式(3)と一致する式である。
このように上記式(3)によって算出されるデポジット補正量adepvtは、上記第1補正量HAと上記第2補正量HBとの和として算出される。
上記第1補正量HAが算出されることにより、現状のデポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量であってバルブタイミングが上記基準位相VTbとなっているとき、つまり燃焼室2内の内部EGR量が最少になるバルブタイミングが設定されることにより、デポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量を算出するにあたって、バルブタイミングがほとんど影響しなくなるときの点火時期の遅角補正量の最適値が算出される。
上記第1補正量HAが算出されることにより、現状のデポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量であってバルブタイミングが上記基準位相VTbとなっているとき、つまり燃焼室2内の内部EGR量が最少になるバルブタイミングが設定されることにより、デポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量を算出するにあたって、バルブタイミングがほとんど影響しなくなるときの点火時期の遅角補正量の最適値が算出される。
また、上記相対補正量DLAKNOKREは、上記式(5)に示したように、適合補正量DLAKNOKから基準補正量DLAKNOKBSを減じた値であり、適合位相VTadにおける遅角補正量の適合値から基準位相VTbにおける遅角補正量の適合値を減じた値となっている。そのため、この相対補正量DLAKNOKREも適合位相VTadにおける遅角補正量の適合値になる。
そして、上記式(9)及び上記式(10)に示したように、適合値である相対補正量DLAKNOKREを補正比率kavvt及び比率学習値rgknkで補正した上記第2補正量HBは、適合値を使って求められる値であって、現状のバルブタイミング及び現状のデポジットの付着度合いに応じた点火時期の遅角補正量のうちで現状のバルブタイミングの影響分が反映された最適値になる。
そして、上記式(11)に示したように、適合値である基準補正量DLAKNOKBSを使って求められる第1補正量HAと、同じく適合値である相対補正量DLAKNOKREや補正比率kavvt等を使って求められる第2補正量HBとの和がデポジット補正量adepvtとして設定される。
従って、このデポジット補正量adepvtは、基準位相VTbにおける適合値と適合位相VTadにおける適合値とを使って求められる値である。すなわち、図5に示すように、デポジット補正量adepvtは、基準位相VTbにおける遅角補正量の最適値(上記式(7)から求められる上記第1補正量HA:図5の丸点K1)と適合位相VTadにおける遅角補正量の最適値(上記式(6)から求められる遅角補正量H1:図5の丸点K2)とをつなぐ線L1上に存在する遅角補正量を補間処理にて求めた値になる。そのため、デポジット補正量adepvtは、ノッキングの発生を抑えるために実際に要求される遅角補正量に近い値になる。従って、本実施形態では、燃焼室2内における現状のデポジットの付着度合い及び現状の吸気バルブのバルブタイミングに応じた点火時期の遅角補正量であるデポジット補正量adepvtが精度よく算出される。そのため、デポジット付着によるノッキングの発生を適切に抑えることができる。
他方、ベース補正量avvtbが閾値αよりも小さい場合には、上述したゼロ設定処理が行われるため、補正比率kavvtは「0」に設定される。従って、このゼロ設定処理が行われる場合には、上記式(10)から算出される上記第2補正量HBは「0」になる。しかし、この場合でも、デポジット補正量adepvtは第1補正量HAと第2補正量HBとの和で構成されているため、デポジット補正量adepvtには少なくとも上記第1補正量HA、つまりデポジットの付着により最低限必要とされる遅角補正量が設定される。そのため、ゼロ設定処理の実行時において仮にデポジット補正量adepvtが「0」に設定される場合と比較して、少なくとも第1補正量HAの分だけは点火時期が遅角補正される。従って、ゼロ設定処理の実行時におけるノッキングの発生をより適切に抑えることができる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)デポジット補正量adepvtを、上記第1補正量HAと上記第2補正量HBとの和として設定することにより、デポジット付着によるノッキングの発生を適切に抑えることができる。また、精度よくデポジット補正量adepvtを算出することが可能になるため、点火時期が過剰に遅角補正されることによる機関出力の低下も抑えることができる。
(1)デポジット補正量adepvtを、上記第1補正量HAと上記第2補正量HBとの和として設定することにより、デポジット付着によるノッキングの発生を適切に抑えることができる。また、精度よくデポジット補正量adepvtを算出することが可能になるため、点火時期が過剰に遅角補正されることによる機関出力の低下も抑えることができる。
(2)デポジット補正量adepvtを上記第1補正量HAと上記第2補正量HBとの和で構成しているため、上述したゼロ設定処理の実行時でも、少なくとも第1補正量HAの分だけは点火時期が遅角補正される。そのため、ゼロ設定処理の実行時におけるノッキングの発生をより適切に抑えることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・基準補正量DLAKNOKBS、適合補正量DLAKNOK、ベース補正量avvtb、及びタイミング補正量avvtをマップから求めるようにした。この他、関数式等を使ってそれらの各補正量を求めるようにしてもよい。
・基準補正量DLAKNOKBS、適合補正量DLAKNOK、ベース補正量avvtb、及びタイミング補正量avvtをマップから求めるようにした。この他、関数式等を使ってそれらの各補正量を求めるようにしてもよい。
・上記ゼロ設定処理を必ず実行する必要はなく、同処理の実行を省略してもよい。
・可変動弁機構13は、電動式の可変動弁機構であったが、油圧式の可変動弁機構でもよい。
・可変動弁機構13は、電動式の可変動弁機構であったが、油圧式の可変動弁機構でもよい。
図6に、油圧式の可変動弁機構50の基本的な構造を示す。この可変動弁機構50は、遅角油圧室64及び進角油圧室65を内部に備えるハウジング51と、ハウジング51内に設けられた内部ロータ61とを備えている。ハウジング51の外周には、内燃機関のクランクシャフトとともに回転するタイミングチェーンが巻き掛けられるスプロケット52が設けられている。遅角油圧室64及び進角油圧室65には、適宜の油圧回路を通じて油圧が供給される。内部ロータ61の回転中心には吸気カムシャフトが固定されている。また、内部ロータ61には、遅角油圧室64と進角油圧室65とを区画するベーン62が設けられている。この可変動弁機構50では、遅角油圧室64や進角油圧室65に供給される油圧を制御してハウジング51と内部ロータ61とを相対回転させることにより、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対回転位相が変化して、これにより吸気バルブのバルブタイミングが変更される。また、ベーン62には、吸気バルブのバルブタイミングを最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持するためのロックピン69が設けられており、このロックピン69がハウジング51に形成された穴に係合することにより、吸気バルブのバルブタイミングは中間位相に固定される。
こうした油圧式の可変動弁機構50でも、ロックピン69を作動させることにより、電動式の可変動弁機構と同様に、機関始動時における吸気バルブ9のバルブタイミングを最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持することが可能である。
1…内燃機関、2…燃焼室、3…吸気通路、3a…吸気ポート、4…燃料噴射弁、5…点火プラグ、6…ピストン、7…クランクシャフト、8…排気通路、8a…排気ポート、9…吸気バルブ、10…排気バルブ、11…吸気カムシャフト、12…排気カムシャフト、13…可変動弁機構、13A…位相変更機構、13B…モータ、26…制御装置、27…アクセルペダル、28…アクセルポジションセンサ、29…スロットルバルブ、30…スロットルポジションセンサ、31…エアフロメータ、32…吸気圧センサ、33…水温センサ、34…クランク角センサ、35…カムポジションセンサ、36…ノックセンサ、50…可変動弁機構、51…ハウジング、52…スプロケット、61…ロータ、62…ベーン、64…遅角圧力室、65…進角圧力室、69…ロックピン。
Claims (5)
- 吸気バルブのバルブタイミングを変更するとともに、機関始動時において前記バルブタイミングを最遅角位相から最進角位相までの間の中間に設定された中間位相に保持可能な可変動弁機構と、
燃焼室内のデポジットの付着度合いを算出するデポジット算出部と、
前記デポジットの付着度合いに応じて設定される点火時期の遅角補正量であるデポジット補正量を算出する補正量算出部と、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記補正量算出部は、
燃焼室内の内部EGR量が最少になる前記バルブタイミングを基準位相とした場合に、前記バルブタイミングの現状値が前記基準位相となっているときにおいて、想定される最大量のデポジットが付着している状態でもノッキングの発生を抑えることのできる点火時期の遅角補正量の適合値を基準補正量として算出し、前記基準補正量を前記デポジットの付着度合いに応じて補正することにより第1補正量を算出する処理と、
機関運転状態に応じた最適な前記バルブタイミングを適合位相とした場合に、前記バルブタイミングの現状値が前記適合位相になっているときにおいて、想定される最大量のデポジットが付着している状態でもノッキングの発生を抑えることのできる点火時期の遅角補正量の適合値を適合補正量として算出し、前記適合補正量から前記基準補正量を減じた値を相対補正量として算出し、前記デポジットの付着度合いに応じた点火時期の補正に対して現状の前記バルブタイミングが与える影響度合いを示す補正比率を算出し、前記相対補正量を前記デポジットの付着度合い及び前記補正比率に応じて補正することにより第2補正量を算出する処理と、
前記第1補正量と前記第2補正量との和を前記デポジット補正量として設定する処理と、を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記補正量算出部は、ノッキングに対する前記バルブタイミングの影響度合いに応じて算出される点火時期の補正量であって前記バルブタイミングが前記適合位相であるときの補正量であるベース補正量と、ノッキングに対する前記バルブタイミングの影響度合いに応じて算出される点火時期の補正量であって現状のバルブタイミングに応じた補正量であるタイミング補正量とを算出し、前記ベース補正量に対する前記タイミング補正量の比率を前記補正比率として設定する
請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正量算出部は、前記ベース補正量が予め設定された閾値以下のときには、前記補正比率を「0」に設定する
請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、電動機によって駆動される電動式の機構である
請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、油圧式の機構であって、前記バルブタイミングを前記中間位相に固定するロックピンを備える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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