エンジンの制御装置
【課題】実ＶＶＴ遅角の応答遅れが生じてもプリイグニッションの発生を抑制することが出来るエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】本発明によるエンジンの制御装置は、吸気バルブ２２をＶＶＴ遅角させ或いはＶＶＴ進角させてその開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構７０を備え、この可変バルブタイミング機構を、アイドル時にＶＶＴ進角させ、オフアイドル時に、そのＶＶＴ進角位置からＶＶＴ遅角させるＶＶＴ遅角制御手段と、アイドル時からオフアイドル時への移行時、その移行時のＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する限界空気量演算手段と、この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定するスロットル弁開度設定手段と、を有する。
【解決手段】本発明によるエンジンの制御装置は、吸気バルブ２２をＶＶＴ遅角させ或いはＶＶＴ進角させてその開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構７０を備え、この可変バルブタイミング機構を、アイドル時にＶＶＴ進角させ、オフアイドル時に、そのＶＶＴ進角位置からＶＶＴ遅角させるＶＶＴ遅角制御手段と、アイドル時からオフアイドル時への移行時、その移行時のＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する限界空気量演算手段と、この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定するスロットル弁開度設定手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に係り、特に、アイドル時にＶＶＴを進角し、オフアイドル時にＶＶＴを遅角するエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮行程の上死点付近で過早着火する、いわゆる、プリイグニッションは、主に、筒内温度や筒内圧力を減少させることで、その発生が抑制される。
ここで、吸気バルブタイミングの開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ機構）が知られている。このＶＶＴにより、ＶＶＴ遅角、即ち、吸気バルブの閉じタイミングを遅くすることにより、筒内の有効圧縮比を下げ、その結果、断熱圧縮を生じにくくし、筒内圧力を減少させて、プリイグニッションの発生を抑制することが出来ることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、低回転／高負荷時、吸気弁の開閉時期を遅角して有効圧縮比を低下させ、過早着火を抑制するエンジンの制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０７６４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、アイドル時から、ドライバーがスロットルペダルを踏み込み、オフアイドル時へと移行する状況は、筒内に比較的急激に空気量が増大すると共に筒内圧力が上昇することなどに起因して、最もプリイグニッションが生じやすい状況である。このようなプリイグにションは、エンジンの信頼性に影響を与えるので、このようなアイドル時からオフアイドル時への移行時に、ＶＶＴ機構により吸気バルブをＶＶＴ遅角させ、プリイグニッションの発生を抑制する必要がある。
【０００６】
ここで、ＶＶＴ機構には、主に、油圧式と、電動モータ式のものがある。電動モータ式のものは、油圧式に比べて応答速度が速く、正確にＶＶＴ遅角速度及び進角量を得ることが出来るものとされている。
しかしながら、本発明者らは、実験、開発過程において、電動モータを使用したＶＶＴ機構においても、アイドル時からオフアイドル時への移行時、プリイグニッションを抑制するための目標とする所定のＶＶＴ遅角に対して、実際に得られるＶＶＴ遅角に応答遅れが生じることを見出した。この応答遅れは、吸気バルブの閉じタイミングが、目標とするタイミングより早いタイミングとなるものであり、その結果、筒内の有効圧縮比並びに筒内圧力などを十分に減少させることが出来ず、プリイグニッションの発生を抑制することが出来ないという問題を本発明者らは見出した。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、実ＶＶＴ遅角の応答遅れが生じてもプリイグニッションの発生を抑制することが出来るエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために本発明は、吸気バルブをＶＶＴ遅角させ或いはＶＶＴ進角させてその開閉タイミングを可変にする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であって、可変バルブタイミング機構を、アイドル時にＶＶＴ進角させ、オフアイドル時に、そのＶＶＴ進角位置からＶＶＴ遅角させるＶＶＴ遅角制御手段と、アイドル時からオフアイドル時への移行時、その移行時のＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する第１限界空気量演算手段と、この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第１スロットル弁開度設定手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、アイドル時からオフアイドル時への移行時、ＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算し、その演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度（変化）を設定するので、プリイグニッションの発生を抑制することが出来る。また、演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度（変化）を設定するので、一律にスロットル開度になましをかけることなく、プリイグニッションの発生を抑制しつつ可及的速やかにスロットル弁を開いて、車両の発進性を確保することが出来る。即ち、一律にスロットル開度になましをかけると、プリイグニッションの発生に余裕があるような空気量でもスロットル弁が閉じ気味となり、発進性が犠牲になるが、本発明においては、限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度（変化）を設定するので、このようなことを防止することが出来る。
【０００９】
本発明において、好ましくは、さらに、低回転時において、ＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションの限界空気量を演算する第２限界空気量演算手段と、この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第２スロットル弁開度設定手段と、を有する。
このように構成された本発明においては、低回転時、プリイグニッション限界空気量以上にならないようにスロットル弁の（最大）開度が設定されるので、アイドル時からオフアイドル時への移行し、車両が発進した後の低回転時にも、プリイグニッションの発生を抑制することが出来る。
【００１０】
本発明において、好ましくは、第１限界空気量演算手段及び／又は第２限界空気量演算手段によるプリイグニッションの限界空気量の演算は、先ず、実インマニ圧から所定の多項式モデルを使用してプリイグニッションが生じる有効圧縮比限界を演算し、次に、ＶＶＴの実位相から所定の多項式モデルの逆関数を使用してプリイグニッションが生じる限界空気量を演算する。
このように構成された本発明においては、所定の多項式モデルを用いて、実インマニ圧からプリイグニッションが生じる有効圧縮比限界を演算し、さらに、所定の多項式モデルの逆関数を用いて、ＶＶＴの実位相からプリイグニッションが生じる限界空気量を演算するので、実ＶＶＴ遅角の応答が目標ＶＶＴ遅角より遅れても、効果的に、プリイグニッションが生じる限界空気量を求めることが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるエンジンの制御装置によれば、実ＶＶＴ遅角の応答遅れが生じてもプリイグニッションの発生を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す一部断面側面図である。
【図３】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す正面図である。
【図４】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により実行される制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図６】図５の制御フロー内で実行される演算内容を説明するための図である。
【図７】インマニ圧／限界空気量と有効圧縮比／ＶＶＴ実位相とに対する有効圧縮比限界／ＶＶＴ進角限界を示す線図である。
【図８】アイドル時からオフアイドル時の移行時における実ＶＶＴ遅角の応答遅れを説明するための実ＶＶＴ進角量と目標ＶＶＴ進角量とを示す線図である。
【図９】アイドル時からオフアイドル時の移行時におけるスロットル開度とインマニ圧との関係を示す線図である。
【図１０】図５の制御フローで実行される演算結果の一例を説明するための目標空気量を示す線図である。
【図１１】図５の制御フローで実行される制御結果の一例を説明するためのインマニ圧及びスロットル開度を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。
先ず、図１により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの概略構成を説明する。図１は本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。
【００１４】
先ず、図１に示すように、エンジン１は、燃焼室２ａを形成するシリンダ２と、このシリンダ２内で往復運動するピストン４と、このピストン４に一端が連結されたコネクティングロッド６と、このコネクティングロッド６の他端が連結されたクランクシャフト８と、燃焼室２ａに燃料を供給する燃料供給装置１０とを有する。
【００１５】
また、エンジン１の燃焼室２ａに空気を供給する吸気系統には、吸気を浄化するエアクリーナ１２と、このエアクリーナ１２から吸気ポート２０まで延びる吸気通路１３とが設けられ、吸気通路１３には、エアクリーナ１２を介して吸入された空気の温度及び流量を検出する吸気温／流量センサ１４と、吸入空気量を変化させる電子制御スロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度を検出するスロットルバルブ開度センサ１８とが設けられている。これらの吸気系統を介して吸入された空気は、燃焼室２ａの吸気開口に連通した吸気ポート２０及びその吸気開口を開閉する吸気バルブ２２を介して、燃焼室２ａ内に流入する。また、エンジン１は、燃焼室２ａ内に流入した空気に燃料を噴射することによって得られる混合気を燃焼させる点火プラグ２３を有する。
【００１６】
燃焼室２ａ内で燃焼された排気ガスは、燃焼室２ａの排気開口に連通した排気ポート２４及び排気開口を開閉する排気弁２６を介して、エンジン１の排気系統に排出される。エンジン１の排気ガスを排気する排気系統には、リニアＯ2センサ２８と、第１触媒３０と、ラムダＯ2センサ３２と、第２触媒３４とが設けられている。
【００１７】
また、エンジン１は、クランクシャフト８の回転角を検出するクランク角センサ３６と、エンジンのシリンダブロックのウォータージャケットを流れるエンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ３８とを有する。
【００１８】
次に、図１に示すように、燃料供給装置１０は、燃料を貯留する燃料タンク４０と、この燃料タンク４０内の燃料を圧送する低圧燃料ポンプ４２と、この低圧燃料ポンプ４２によって圧送された燃料を濾過する燃料フィルタ４４と、低圧燃料ポンプによる加圧圧力を一定にする圧力レギュレータ４６と、低圧燃料ポンプ４２から圧送された燃料を加圧する高圧燃料ポンプ４８と、高圧燃料ポンプ４８によって加圧された燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ５０と、高圧燃料ポンプ４８によって加圧された燃料を燃焼室２ａ内に噴射する燃料噴射弁であるインジェクタ５２と、このインジェクタ５２に供給される圧力が所定の圧力以上になったとき、加圧された燃料を高圧燃料ポンプ４８の上流側に戻す第２燃料圧力調整手段であるリリーフ弁５４とを有する。
【００１９】
次に、図１に示すように、エンジン１は、そのシリンダヘッドの上部に、吸気側カムシャフト６０と、排気側カムシャフト６２を有する。これらの吸気側カムシャフト６０及び排気側カムシャフト６２には、カムシャフト６０、６２の回転に伴って回転し、吸気バルブ２２及び排気弁２６を作動させ、その作動により吸気ポート２０の吸気開口を所定のタイミングで開閉し、また、排気ポート２４の排気開口を所定のタイミングで開閉するように構成された吸気カム６４及び排気カム６６が設けられている。
【００２０】
また、エンジン１は、カムシャフト６０の回転位相を検出する吸気カム角センサ６８を有する。吸気カム角センサ６８は、エンコーダであり、カムシャフト６０が所定単位角度回転する毎に１パルスづつタイミングパルスを出力するよう構成されている。
【００２１】
また、エンジン１は、吸気バルブ２２の開閉タイミングの位相を変化させる可変バルブタイミング機構７０を有する。この可変バルブタイミング機構７０を図２及び図３により説明する。図２は本発明の実施形態による制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す一部断面側面図であり、図３は本発明の実施形態による制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す正面図である。
【００２２】
図２に示すように、可変バルブタイミング機構７０は、吸気側カムシャフト６０の一側端部に設けられている。
この可変バルブタイミング機構７０は、回転自在なケース７２と、吸気側カムシャフト６０の一側端部にボルト等により締結固定された回転体７４と、ケース７２に固定された電動モータ７６と、吸気バルブ２２が所定のバルブタイミング量進角し或いは遅角する（以下、「ＶＶＴ進角（量）」、「ＶＶＴ遅角（量）」という）よう、電動モータ７６の所定の回転量を回転体７４に伝達する動力伝達機構（図示せず）等から構成されている。
動力伝達機構は、外歯歯車のサンギアと、サンギアに対して同心円上に配置された内歯歯車のリングギアと、これらのサンギアとリングギアとに噛合するピニオンギアを自転且つ公転自在に保持するキャリアとを回転要素とする歯車機構である。
【００２３】
図３に示すように、ケース７２の外周面には、クランクシャフト８により駆動されるタイミングチェーン７８に係合可能な歯が形成された環状のスプロケット８０が設けられ、クランクシャフト８の回転動力は、ケース７２、電動モータ７６、動力伝達機構、回転体７４を介して吸気側カムシャフト６０に伝達されるよう構成されている。
【００２４】
次に、ケース７２の内周面には、吸気側カムシャフト６０の軸心方向に突出する突出部７２ａ及び突出部７２ｂが設けられている。突出部７２ａは吸気側カムシャフト６０に対して進角側に設けられ、突出部７２ｂは吸気側カムシャフト６０に対して遅角側に設けられている。一方、回転体７４の外周側には、放射方向へ突出する突部８２が設けられている。
【００２５】
回転体７４は、電動モータ７６の作動により動力伝達機構を介して、ケース７２に対して相対的に回転可能に形成され、吸気バルブ２２が開閉するバルブタイミングを変更可能に構成されている。即ち、例えば、図３の矢印Ａに示すように、回転体７４がケース７２に対して相対的に遅角側に回転するよう電動モータ７６を作動させると、吸気側カムシャフト６２の回転のクランクシャフト８の回転に対する位相を遅らせて、吸気バルブ２２を遅角させることが出来る。突部８２と突出部７２ｂが当接する位置が、最遅角位置である。
【００２６】
次に、図４により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。図４は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態によるエンジン１は、各センサの検出信号に基づいてエンジン１を制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）９０を有する。エンジン制御ユニット９０は、具体的には、マイクロプロセッサ、メモリ及びそれらを作動させるプログラム等（以上、図示せず）から構成され、所定の条件下で吸気バルブ２２が開閉するバルブタイミングを制御するために、可変バルブタイミング機構７０の電動モータ７６を制御するＶＶＴ進角／遅角制御手段９２、及び、所定の条件下で電子制御スロットルバルブ１６の開度を制御するスロットルバルブ開度制御手段９４を有する。
【００２７】
エンジン制御ユニット９０には、吸気温／流量センサ１４により検出された吸気通路１３内の空気温度及び空気量の各値、スロットルバルブ開度センサ１８により検出されたスロットル開度の値、クランク角センサ３６により検出されたクランクシャフト８の回転数の値、エンジン水温センサ３８により検出されたエンジン水温の値、吸気カム角センサ６８により検出された吸気バルブ２２のバルブタイミング進角量或いは遅角量の値がそれぞれ入力される。エンジン制御ユニット９０は、これらの値に基づいて、ＶＶＴ進角／遅角制御手段９２、及び、スロットルバルブ開度制御手段９２により、電動モータ７６、電子制御スロットルバルブ１６を制御するよう構成されている。
【００２８】
次に、図５乃至図１１により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の制御内容を説明する。図５は本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により実行される制御の制御フローを示すフローチャートであり、図６は図５の制御フロー内で実行される演算内容を説明するための図であり、図７は、インマニ圧／限界空気量と有効圧縮比／ＶＶＴ実位相とに対する有効圧縮比限界／ＶＶＴ進角限界を示す線図であり、図８はアイドル時からオフアイドル時の移行時における実ＶＶＴ遅角の応答遅れを説明するための実ＶＶＴ進角量と目標ＶＶＴ進角量とを示す線図であり、図９はアイドル時からオフアイドル時の移行時におけるスロットル開度とインマニ圧との関係を示す線図であり、図１０は図５の制御フローで実行される演算結果の一例を説明するための目標空気量を示す線図であり、図１１は図５の制御フローで実行される制御結果の一例を説明するためのインマニ圧を示す線図である。図５においてＳは各ステップを示す。
【００２９】
以下では、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の制御を、車両停止時からドライバーがアクセルを踏み込み、エンジン回転数が、アイドリング状態から上昇し始める場合（アイドル時からオフアイドル時へと移行する場合）に適用した例を説明する。
【００３０】
先ず、図５に示すように、Ｓ１において、アイドル時からオフアイドル時、ＶＶＴ遅角させる。即ち、本実施形態では、ドライバーによるスロットル操作により、スロットル開度が立ち上がる場合、プリイグニッションを抑制するために、ＶＶＴ進角量（以下、本実施形態では、「ＶＶＴ進角量」とは「最遅角位置に対する進角量」を表すものとする）を図６に示すように遅角するように目標を設定（図６の破線で示す目標ＶＶＴ進角）し、そのような目標ＶＶＴ進角が得られるよう、可変バルブタイミング機構７０の電動モータ７６を制御する。目標ＶＶＴ進角量は、現時点でのエンジン運転状態での目標トルクなどから決定される。
【００３１】
ここで、Ｓ１の制御を行った場合における、本実施形態の可変バルブタイミング機構７０の特性を図６により説明すると共に、比較例として、本実施形態におけるエンジンの制御装置による制御（図５）を実行しない場合にプリイグニッションが発生し易いことを図７により説明する。
上述したように、Ｓ１では、ＶＶＴ進角量を図６に示すように遅角するように目標を設定し、そのような目標ＶＶＴ進角が得られるよう電動モータ７６を制御するが、実際には、図６の破線で示す実ＶＶＴ進角で示すように、ＶＶＴ遅角に応答遅れが生じ、吸気バルブ２２の閉じタイミングが、目標とするタイミングより早くなる。このような応答遅れに伴い、図７に示すように、スロットルバルブ１６の開度の上昇に対して吸気通路１３の吸気圧力（以下、「インマニ圧」という）の上昇の応答が早くなり、図６及び図７のＡで示すような時期範囲でプリイグニッションが発生し、或いは、発生し易くなってしまう。なお、図７に示すスロットル開度の線図は、ドライバーのアクセル要求に対応したスロットル開度である。本実施形態によるエンジンの制御装置による制御（図５）では、このような時期範囲Ａのプリイグニッションを抑制するよう、以下のようにＳ２以降の処理を実行する。
【００３２】
本実施形態によるエンジンの制御装置の制御内容の説明に戻る。
Ｓ１において、ＶＶＴ遅角させた後、Ｓ２において、現時点でのエンジン運転状態、より詳細には、現時点でのクランク角における、有効圧縮比限界を演算する。本実施形態における有効圧縮比限界とは、プリイグニッションが生じない有効圧縮比の限界である。
図８（ａ）に示すように、有効圧縮比限界（ｙ）は、インマニ圧（ｘ）を変数とし、有効圧縮比限界多項式モデルを使用して演算される。
【００３３】
この演算内容を具体的に説明する。
先ず、有効圧縮比限界多項式モデルとは、最も簡単に表すと「有効圧縮比（ｙ）＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ」のような２次式で表されるモデル（ｙ＝ｆ（ｘ））であり、このモデルにおいて、変数ｘはインマニ圧、ａ、ｂ、ｃは定数である。実際に使用される２次式のモデルは、有効圧縮比限界をより正確に予測するために、より複雑な式となる。定数には、図８（ａ）に示すように、燃料噴射時期、エンジン回転数、吸気バルブを閉じた時点での筒内温度、燃料のオクタン価が代入される。
【００３４】
燃料噴射時期は、Ｓ２の処理時点でのエンジン運転状態に応じた燃料噴射時期の値がエンジン制御ユニット９０から出力され、上記モデルの定数として代入される。
エンジン回転数は、Ｓ２の処理時点においてクランク角センサ３６により検出された値が、上記モデルの定数として代入される。
筒内温度は、Ｓ２の処理時点において、吸気温／流量センサ１４により検出された吸気通路１３内の空気温度、及び、エンジン水温センサ３８により検出されたエンジン水温の値より推定され、上記モデルの定数として代入される。なお、吸気バルブを閉じた時点は、吸気カム角センサ６８により検出される。
燃料のオクタン価は、エンジン制御ユニット９０のメモリに学習されたオクタン価が、上記モデルの定数として代入される。
【００３５】
Ｓ２による演算結果は、図９のように、インマニ圧（ｘ）と、有効圧縮比（ｙ）との関係として得られる。
【００３６】
次に、Ｓ３に進み、ＶＶＴ進角限界を演算する。本実施形態におけるＶＶＴ進角限界とは、プリイグニッションが生じないＶＶＴ進角量の限界である。
このＳ３では、Ｓ２により演算され得られた限界有効圧縮比を基に、可変バルブタイミング機構７０のＶＶＴ進角限界を演算する。即ち、可変バルブタイミング機構７０のＶＶＴ進角量の増大による吸気バルブ２２の閉じタイミングの早期化と、それに伴う有効圧縮比の増大との関係から、ＶＶＴ進角限界を演算する。このＳ３で演算されたＶＶＴ進角限界も、図９に示すように、Ｓ２で演算された限界有効圧縮比限界と同様の２次曲線となる。
【００３７】
次に、Ｓ４に進み、上述した目標ＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいか否かを判定する。目標ＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいと判定された場合には、Ｓ５に進み、Ｓ１で設定した目標ＶＶＴ進角量を、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界に制限する。即ち、Ｓ５では、ＶＶＴ進角量が、プリイグニッションが生じるようなＶＶＴ進角量とならないよう目標ＶＶＴ進角量を設定し、そのようなＶＶＴ進角量が得られるよう、可変バルブタイミング機構７０の電動モータ７６を制御する。
【００３８】
次に、Ｓ５の処理がなされた後、或いは、Ｓ４において、目標ＶＶＴ進角量がＳ３で演算されたＶＶＴ進角限界以下であると判定された場合、Ｓ６に進み、現時点でのＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいか否かを判定する。このＳ６において、現時点でのＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいと判定された場合には、Ｓ７に進み、限界インマニ圧を演算する。
【００３９】
このＳ７における限界インマニ圧の演算について、図８（ｂ）及び図９により、具体的に説明する。
Ｓ７において、現時点でのＶＶＴ進角量を、吸気カム角センサ６８により検出された吸気バルブ２２のバルブ閉じタイミングを基に演算し、それを変数ｙとする。そして、Ｓ２で使用した有効圧縮比限界多項式モデル（２次式）の逆関数「ｘ＝ｇ（ｙ）」により、インマニ圧ｘを求める。なお、現時点での有効圧縮比を変数ｙとして、限界インマニ圧を演算しても良い。ここで、現時点でのＶＶＴ進角量ｙから、有効圧縮比限界多項式モデルの逆関数を使用してインマニ圧を演算しているので、その演算されたインマニ圧ｘは、現時点での、プリイグニッションが生じない限界インマニ圧である。
【００４０】
このＳ７の処理を図９により説明する。上述したようにＳ２及びＳ３において、有効圧縮比限界多項式モデルを使用して、図９に示すような有効圧縮比限界／ＶＶＴ進角限界の２次曲線を既に得ているので、Ｓ７では、図９の破線で示すように、ＶＶＴ進角限界の２次曲線に対し、現時点でのＶＶＴ進角量ｙから限界のインマニ圧を演算する。
【００４１】
ここで、有効圧縮比限界多項式モデルの逆関数（ｘ＝ｇ（ｙ））は、上述した最も簡単な２次式に対応して説明すると、「ａｘ2＋ｂｘ＋（ｃ−ｙ）＝φ」で表され、この式に、有効圧縮比ｙの値を代入として、インマニ圧ｘ（「ｘ＝（−ｂ±√（ｂ2−４ａｃ））／２ａ」）が得られる。上述したように、実際に使用される２次式のモデルは、有効圧縮比限界をより正確に予測するためにより複雑な式を使用するため、これは最も簡単な例である。定数ａ、ｂ、ｃに代入される値は、Ｓ２で説明したものと同様である。
【００４２】
Ｓ７で限界インマニ圧が演算された後、Ｓ８に進み、Ｓ７で演算された限界インマニ圧に相当する限界空気充填効率（吸気負圧）Ｃｅを演算する。ここで、ＶＶＴ進角量が同じ条件下では、吸気負圧Ｃｅ（空気量をエンジン回転数で割った１回転当たりの空気充填率）は、インマニ圧と比例関係にあり、このＳ８では、そのような比例関係を利用すると共に、現時点でのＶＶＴ進角量に応じて限界空気充填効率を演算する。
【００４３】
Ｓ８で限界空気充填効率が演算された後、Ｓ９に進み、そのような限界空気充填効率と同等の空気充填効率となるように、電子制御スロットルバルブ１６の開度を制限する。
【００４４】
そして、Ｓ１〜Ｓ９の処理を繰り返す。
Ｓ１〜Ｓ９の処理の繰り返しにより、Ｓ８においては、図１０に示すように、クランク角に応じた限界空気充填効率が演算され、このような図１０のような限界空気充填効率に従って、Ｓ９でスロットル開度が調整され、図１１に示すように電子制御スロットルバルブ１６の開度が制御され、それに応じて、図１１に示すような、インマニ圧の応答が得られる。
【００４５】
即ち、Ｓ１〜Ｓ９の処理の繰り返しにより、ＶＶＴ遅角の応答が上述したように遅れる場合、且つ、ドライバーのアクセル要求がプリイグニッションを生じるようなものである場合、例えば、アイドル時からオフアイドル時の発進時や低速走行時に、アクセルを短時間で大きく踏み込むような場合、電子制御スロットルバルブ１６の開度により得られる空気充填効率が、限界空気充填効率となるように、電子制御スロットルバルブ１６を徐々に開くように制御される。即ち、一律にスロットル開度になましをかけることなく、エンジン１の運転状態及び可変バルブタイミング機構７０のＶＶＴ遅角状態に応じて、エンジンクランク角が回転する時点で常に、限界有効圧縮比を求めるなどのＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返し実行して、スロットル開度を調整し、インマニ圧を得るようにしている。そして、図１１に示すように、プリイグニッションが生じる領域Ａにおいてインマニ圧の応答が抑制されるように、電子制御スロットルバルブ１６の開度が制御される。
【００４６】
また、本実施形態では、基本的に、ＶＶＴの応答遅れがなくなる時点（目標ＶＶＴに追いつく時点）までＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返すことにより、図９の実線の矢印で示すように、プリイグニッションが発生する領域に入らないようにして、有効圧縮比を下げる、即ち、ＶＶＴ遅角を行うようにしている。一方、図９の二点鎖線の矢印で示すように、従来技術、或いは、本実施形態による制御を行わない場合には、図７において説明したように、スロットル開度に対してインマニ圧の応答が早く、プリイグニッション発生領域に入る。
【００４７】
なお、上述した制御内容は、主に、発進時にアイドル時からオフアイドル時にＶＶＴ遅角させる場合について説明したが、本実施形態によるエンジンの制御装置は、発進後、エンジン回転数が低回転数となり、ドライバーがアクセルを踏むような場合にＶＶＴ遅角させる場合にも適用可能である。
【００４８】
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の主な作用効果を説明する。
本実施形態によれば、アイドル時からオフアイドル時への移行時、検出されるＶＶＴ進角量（ＶＶＴの実位相）に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算し、その演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットルバルブ１６の開度を制限するので、ＶＶＴの応答遅れに伴う期間Ａでのプリイグニッションの発生を抑制することが出来る（図６、図７、図１１参照）。
【００４９】
また、本実施形態によれば、演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットルバルブ１６の開度を制限するので、一律にスロットル開度になましをかけることなく、プリイグニッションの発生を抑制しつつ可及的速やかにスロットル弁を開いて、車両の発進性を確保することが出来る。即ち、一律にスロットル開度になましをかけると、プリイグニッションの発生に余裕があるような空気量でもスロットル弁が閉じ気味となり、発進性が犠牲になるが、本実施形態においては、エンジン運転状態に応じて、その都度、演算処理を繰り返し、その運転状態に応じた限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットルバルブ１６の開度を制限するので、このようなことを防止することが出来る。
【００５０】
また、本実施形態によれば、エンジン低回転時にも、プリイグニッションが発生する限界空気量以上にならないようにスロットルバルブ１６の開度が設定されるので、アイドル時からオフアイドル時への移行し、車両が発進した後の低回転時にも、プリイグニッションの発生を抑制することが出来る。
【００５１】
また、本実施形態によれば、有効圧縮比多項式モデルを用いて、検出されるインマニ圧（実インマニ圧）からプリイグニッションが生じる限界有効圧縮比限界を演算し、さらに、有効圧縮比多項式モデルの逆関数を用いて、検出されるＶＶＴ進角量（ＶＶＴの実位相）からプリイグニッションが生じる限界空気量を演算するので、実ＶＶＴ遅角の応答が目標ＶＶＴ遅角より遅れても（ＶＶＴ遅角をさせようとする場合、電動モータ７６で制御される実際のＶＶＴ進角量（最遅角位置に対する進角量）に、目標とするＶＶＴ進角量に対する応答遅れが生じても）、効果的に、プリイグニッションが生じる限界空気量を求めることが出来る。
【符号の説明】
【００５２】
１ 多気筒直噴式エンジン
１４ 吸気温／流量センサ
１６ 電子制御スロットルバルブ
１８ スロットルバルブ開度センサ
３６ クランク角センサ
３８ エンジン水温センサ
６８ 吸気カム角センサ
７０ 可変バルブタイミング機構
７６ 可変バルブタイミング機構のＶＶＴ進角用或いはＶＶＴ遅角用の電動モータ
９０ エンジン制御ユニット
９２ ＶＶＴ進角／遅角制御手段
９４ スロットルバルブ開度制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に係り、特に、アイドル時にＶＶＴを進角し、オフアイドル時にＶＶＴを遅角するエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮行程の上死点付近で過早着火する、いわゆる、プリイグニッションは、主に、筒内温度や筒内圧力を減少させることで、その発生が抑制される。
ここで、吸気バルブタイミングの開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ機構）が知られている。このＶＶＴにより、ＶＶＴ遅角、即ち、吸気バルブの閉じタイミングを遅くすることにより、筒内の有効圧縮比を下げ、その結果、断熱圧縮を生じにくくし、筒内圧力を減少させて、プリイグニッションの発生を抑制することが出来ることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、低回転／高負荷時、吸気弁の開閉時期を遅角して有効圧縮比を低下させ、過早着火を抑制するエンジンの制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０７６４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、アイドル時から、ドライバーがスロットルペダルを踏み込み、オフアイドル時へと移行する状況は、筒内に比較的急激に空気量が増大すると共に筒内圧力が上昇することなどに起因して、最もプリイグニッションが生じやすい状況である。このようなプリイグにションは、エンジンの信頼性に影響を与えるので、このようなアイドル時からオフアイドル時への移行時に、ＶＶＴ機構により吸気バルブをＶＶＴ遅角させ、プリイグニッションの発生を抑制する必要がある。
【０００６】
ここで、ＶＶＴ機構には、主に、油圧式と、電動モータ式のものがある。電動モータ式のものは、油圧式に比べて応答速度が速く、正確にＶＶＴ遅角速度及び進角量を得ることが出来るものとされている。
しかしながら、本発明者らは、実験、開発過程において、電動モータを使用したＶＶＴ機構においても、アイドル時からオフアイドル時への移行時、プリイグニッションを抑制するための目標とする所定のＶＶＴ遅角に対して、実際に得られるＶＶＴ遅角に応答遅れが生じることを見出した。この応答遅れは、吸気バルブの閉じタイミングが、目標とするタイミングより早いタイミングとなるものであり、その結果、筒内の有効圧縮比並びに筒内圧力などを十分に減少させることが出来ず、プリイグニッションの発生を抑制することが出来ないという問題を本発明者らは見出した。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、実ＶＶＴ遅角の応答遅れが生じてもプリイグニッションの発生を抑制することが出来るエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために本発明は、吸気バルブをＶＶＴ遅角させ或いはＶＶＴ進角させてその開閉タイミングを可変にする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であって、可変バルブタイミング機構を、アイドル時にＶＶＴ進角させ、オフアイドル時に、そのＶＶＴ進角位置からＶＶＴ遅角させるＶＶＴ遅角制御手段と、アイドル時からオフアイドル時への移行時、その移行時のＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する第１限界空気量演算手段と、この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第１スロットル弁開度設定手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、アイドル時からオフアイドル時への移行時、ＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算し、その演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度（変化）を設定するので、プリイグニッションの発生を抑制することが出来る。また、演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度（変化）を設定するので、一律にスロットル開度になましをかけることなく、プリイグニッションの発生を抑制しつつ可及的速やかにスロットル弁を開いて、車両の発進性を確保することが出来る。即ち、一律にスロットル開度になましをかけると、プリイグニッションの発生に余裕があるような空気量でもスロットル弁が閉じ気味となり、発進性が犠牲になるが、本発明においては、限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度（変化）を設定するので、このようなことを防止することが出来る。
【０００９】
本発明において、好ましくは、さらに、低回転時において、ＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションの限界空気量を演算する第２限界空気量演算手段と、この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第２スロットル弁開度設定手段と、を有する。
このように構成された本発明においては、低回転時、プリイグニッション限界空気量以上にならないようにスロットル弁の（最大）開度が設定されるので、アイドル時からオフアイドル時への移行し、車両が発進した後の低回転時にも、プリイグニッションの発生を抑制することが出来る。
【００１０】
本発明において、好ましくは、第１限界空気量演算手段及び／又は第２限界空気量演算手段によるプリイグニッションの限界空気量の演算は、先ず、実インマニ圧から所定の多項式モデルを使用してプリイグニッションが生じる有効圧縮比限界を演算し、次に、ＶＶＴの実位相から所定の多項式モデルの逆関数を使用してプリイグニッションが生じる限界空気量を演算する。
このように構成された本発明においては、所定の多項式モデルを用いて、実インマニ圧からプリイグニッションが生じる有効圧縮比限界を演算し、さらに、所定の多項式モデルの逆関数を用いて、ＶＶＴの実位相からプリイグニッションが生じる限界空気量を演算するので、実ＶＶＴ遅角の応答が目標ＶＶＴ遅角より遅れても、効果的に、プリイグニッションが生じる限界空気量を求めることが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるエンジンの制御装置によれば、実ＶＶＴ遅角の応答遅れが生じてもプリイグニッションの発生を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す一部断面側面図である。
【図３】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す正面図である。
【図４】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により実行される制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図６】図５の制御フロー内で実行される演算内容を説明するための図である。
【図７】インマニ圧／限界空気量と有効圧縮比／ＶＶＴ実位相とに対する有効圧縮比限界／ＶＶＴ進角限界を示す線図である。
【図８】アイドル時からオフアイドル時の移行時における実ＶＶＴ遅角の応答遅れを説明するための実ＶＶＴ進角量と目標ＶＶＴ進角量とを示す線図である。
【図９】アイドル時からオフアイドル時の移行時におけるスロットル開度とインマニ圧との関係を示す線図である。
【図１０】図５の制御フローで実行される演算結果の一例を説明するための目標空気量を示す線図である。
【図１１】図５の制御フローで実行される制御結果の一例を説明するためのインマニ圧及びスロットル開度を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。
先ず、図１により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの概略構成を説明する。図１は本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。
【００１４】
先ず、図１に示すように、エンジン１は、燃焼室２ａを形成するシリンダ２と、このシリンダ２内で往復運動するピストン４と、このピストン４に一端が連結されたコネクティングロッド６と、このコネクティングロッド６の他端が連結されたクランクシャフト８と、燃焼室２ａに燃料を供給する燃料供給装置１０とを有する。
【００１５】
また、エンジン１の燃焼室２ａに空気を供給する吸気系統には、吸気を浄化するエアクリーナ１２と、このエアクリーナ１２から吸気ポート２０まで延びる吸気通路１３とが設けられ、吸気通路１３には、エアクリーナ１２を介して吸入された空気の温度及び流量を検出する吸気温／流量センサ１４と、吸入空気量を変化させる電子制御スロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度を検出するスロットルバルブ開度センサ１８とが設けられている。これらの吸気系統を介して吸入された空気は、燃焼室２ａの吸気開口に連通した吸気ポート２０及びその吸気開口を開閉する吸気バルブ２２を介して、燃焼室２ａ内に流入する。また、エンジン１は、燃焼室２ａ内に流入した空気に燃料を噴射することによって得られる混合気を燃焼させる点火プラグ２３を有する。
【００１６】
燃焼室２ａ内で燃焼された排気ガスは、燃焼室２ａの排気開口に連通した排気ポート２４及び排気開口を開閉する排気弁２６を介して、エンジン１の排気系統に排出される。エンジン１の排気ガスを排気する排気系統には、リニアＯ2センサ２８と、第１触媒３０と、ラムダＯ2センサ３２と、第２触媒３４とが設けられている。
【００１７】
また、エンジン１は、クランクシャフト８の回転角を検出するクランク角センサ３６と、エンジンのシリンダブロックのウォータージャケットを流れるエンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ３８とを有する。
【００１８】
次に、図１に示すように、燃料供給装置１０は、燃料を貯留する燃料タンク４０と、この燃料タンク４０内の燃料を圧送する低圧燃料ポンプ４２と、この低圧燃料ポンプ４２によって圧送された燃料を濾過する燃料フィルタ４４と、低圧燃料ポンプによる加圧圧力を一定にする圧力レギュレータ４６と、低圧燃料ポンプ４２から圧送された燃料を加圧する高圧燃料ポンプ４８と、高圧燃料ポンプ４８によって加圧された燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ５０と、高圧燃料ポンプ４８によって加圧された燃料を燃焼室２ａ内に噴射する燃料噴射弁であるインジェクタ５２と、このインジェクタ５２に供給される圧力が所定の圧力以上になったとき、加圧された燃料を高圧燃料ポンプ４８の上流側に戻す第２燃料圧力調整手段であるリリーフ弁５４とを有する。
【００１９】
次に、図１に示すように、エンジン１は、そのシリンダヘッドの上部に、吸気側カムシャフト６０と、排気側カムシャフト６２を有する。これらの吸気側カムシャフト６０及び排気側カムシャフト６２には、カムシャフト６０、６２の回転に伴って回転し、吸気バルブ２２及び排気弁２６を作動させ、その作動により吸気ポート２０の吸気開口を所定のタイミングで開閉し、また、排気ポート２４の排気開口を所定のタイミングで開閉するように構成された吸気カム６４及び排気カム６６が設けられている。
【００２０】
また、エンジン１は、カムシャフト６０の回転位相を検出する吸気カム角センサ６８を有する。吸気カム角センサ６８は、エンコーダであり、カムシャフト６０が所定単位角度回転する毎に１パルスづつタイミングパルスを出力するよう構成されている。
【００２１】
また、エンジン１は、吸気バルブ２２の開閉タイミングの位相を変化させる可変バルブタイミング機構７０を有する。この可変バルブタイミング機構７０を図２及び図３により説明する。図２は本発明の実施形態による制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す一部断面側面図であり、図３は本発明の実施形態による制御装置を備えたエンジンの可変バルブタイミング機構の構成を示す正面図である。
【００２２】
図２に示すように、可変バルブタイミング機構７０は、吸気側カムシャフト６０の一側端部に設けられている。
この可変バルブタイミング機構７０は、回転自在なケース７２と、吸気側カムシャフト６０の一側端部にボルト等により締結固定された回転体７４と、ケース７２に固定された電動モータ７６と、吸気バルブ２２が所定のバルブタイミング量進角し或いは遅角する（以下、「ＶＶＴ進角（量）」、「ＶＶＴ遅角（量）」という）よう、電動モータ７６の所定の回転量を回転体７４に伝達する動力伝達機構（図示せず）等から構成されている。
動力伝達機構は、外歯歯車のサンギアと、サンギアに対して同心円上に配置された内歯歯車のリングギアと、これらのサンギアとリングギアとに噛合するピニオンギアを自転且つ公転自在に保持するキャリアとを回転要素とする歯車機構である。
【００２３】
図３に示すように、ケース７２の外周面には、クランクシャフト８により駆動されるタイミングチェーン７８に係合可能な歯が形成された環状のスプロケット８０が設けられ、クランクシャフト８の回転動力は、ケース７２、電動モータ７６、動力伝達機構、回転体７４を介して吸気側カムシャフト６０に伝達されるよう構成されている。
【００２４】
次に、ケース７２の内周面には、吸気側カムシャフト６０の軸心方向に突出する突出部７２ａ及び突出部７２ｂが設けられている。突出部７２ａは吸気側カムシャフト６０に対して進角側に設けられ、突出部７２ｂは吸気側カムシャフト６０に対して遅角側に設けられている。一方、回転体７４の外周側には、放射方向へ突出する突部８２が設けられている。
【００２５】
回転体７４は、電動モータ７６の作動により動力伝達機構を介して、ケース７２に対して相対的に回転可能に形成され、吸気バルブ２２が開閉するバルブタイミングを変更可能に構成されている。即ち、例えば、図３の矢印Ａに示すように、回転体７４がケース７２に対して相対的に遅角側に回転するよう電動モータ７６を作動させると、吸気側カムシャフト６２の回転のクランクシャフト８の回転に対する位相を遅らせて、吸気バルブ２２を遅角させることが出来る。突部８２と突出部７２ｂが当接する位置が、最遅角位置である。
【００２６】
次に、図４により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。図４は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態によるエンジン１は、各センサの検出信号に基づいてエンジン１を制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）９０を有する。エンジン制御ユニット９０は、具体的には、マイクロプロセッサ、メモリ及びそれらを作動させるプログラム等（以上、図示せず）から構成され、所定の条件下で吸気バルブ２２が開閉するバルブタイミングを制御するために、可変バルブタイミング機構７０の電動モータ７６を制御するＶＶＴ進角／遅角制御手段９２、及び、所定の条件下で電子制御スロットルバルブ１６の開度を制御するスロットルバルブ開度制御手段９４を有する。
【００２７】
エンジン制御ユニット９０には、吸気温／流量センサ１４により検出された吸気通路１３内の空気温度及び空気量の各値、スロットルバルブ開度センサ１８により検出されたスロットル開度の値、クランク角センサ３６により検出されたクランクシャフト８の回転数の値、エンジン水温センサ３８により検出されたエンジン水温の値、吸気カム角センサ６８により検出された吸気バルブ２２のバルブタイミング進角量或いは遅角量の値がそれぞれ入力される。エンジン制御ユニット９０は、これらの値に基づいて、ＶＶＴ進角／遅角制御手段９２、及び、スロットルバルブ開度制御手段９２により、電動モータ７６、電子制御スロットルバルブ１６を制御するよう構成されている。
【００２８】
次に、図５乃至図１１により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の制御内容を説明する。図５は本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により実行される制御の制御フローを示すフローチャートであり、図６は図５の制御フロー内で実行される演算内容を説明するための図であり、図７は、インマニ圧／限界空気量と有効圧縮比／ＶＶＴ実位相とに対する有効圧縮比限界／ＶＶＴ進角限界を示す線図であり、図８はアイドル時からオフアイドル時の移行時における実ＶＶＴ遅角の応答遅れを説明するための実ＶＶＴ進角量と目標ＶＶＴ進角量とを示す線図であり、図９はアイドル時からオフアイドル時の移行時におけるスロットル開度とインマニ圧との関係を示す線図であり、図１０は図５の制御フローで実行される演算結果の一例を説明するための目標空気量を示す線図であり、図１１は図５の制御フローで実行される制御結果の一例を説明するためのインマニ圧を示す線図である。図５においてＳは各ステップを示す。
【００２９】
以下では、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の制御を、車両停止時からドライバーがアクセルを踏み込み、エンジン回転数が、アイドリング状態から上昇し始める場合（アイドル時からオフアイドル時へと移行する場合）に適用した例を説明する。
【００３０】
先ず、図５に示すように、Ｓ１において、アイドル時からオフアイドル時、ＶＶＴ遅角させる。即ち、本実施形態では、ドライバーによるスロットル操作により、スロットル開度が立ち上がる場合、プリイグニッションを抑制するために、ＶＶＴ進角量（以下、本実施形態では、「ＶＶＴ進角量」とは「最遅角位置に対する進角量」を表すものとする）を図６に示すように遅角するように目標を設定（図６の破線で示す目標ＶＶＴ進角）し、そのような目標ＶＶＴ進角が得られるよう、可変バルブタイミング機構７０の電動モータ７６を制御する。目標ＶＶＴ進角量は、現時点でのエンジン運転状態での目標トルクなどから決定される。
【００３１】
ここで、Ｓ１の制御を行った場合における、本実施形態の可変バルブタイミング機構７０の特性を図６により説明すると共に、比較例として、本実施形態におけるエンジンの制御装置による制御（図５）を実行しない場合にプリイグニッションが発生し易いことを図７により説明する。
上述したように、Ｓ１では、ＶＶＴ進角量を図６に示すように遅角するように目標を設定し、そのような目標ＶＶＴ進角が得られるよう電動モータ７６を制御するが、実際には、図６の破線で示す実ＶＶＴ進角で示すように、ＶＶＴ遅角に応答遅れが生じ、吸気バルブ２２の閉じタイミングが、目標とするタイミングより早くなる。このような応答遅れに伴い、図７に示すように、スロットルバルブ１６の開度の上昇に対して吸気通路１３の吸気圧力（以下、「インマニ圧」という）の上昇の応答が早くなり、図６及び図７のＡで示すような時期範囲でプリイグニッションが発生し、或いは、発生し易くなってしまう。なお、図７に示すスロットル開度の線図は、ドライバーのアクセル要求に対応したスロットル開度である。本実施形態によるエンジンの制御装置による制御（図５）では、このような時期範囲Ａのプリイグニッションを抑制するよう、以下のようにＳ２以降の処理を実行する。
【００３２】
本実施形態によるエンジンの制御装置の制御内容の説明に戻る。
Ｓ１において、ＶＶＴ遅角させた後、Ｓ２において、現時点でのエンジン運転状態、より詳細には、現時点でのクランク角における、有効圧縮比限界を演算する。本実施形態における有効圧縮比限界とは、プリイグニッションが生じない有効圧縮比の限界である。
図８（ａ）に示すように、有効圧縮比限界（ｙ）は、インマニ圧（ｘ）を変数とし、有効圧縮比限界多項式モデルを使用して演算される。
【００３３】
この演算内容を具体的に説明する。
先ず、有効圧縮比限界多項式モデルとは、最も簡単に表すと「有効圧縮比（ｙ）＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ」のような２次式で表されるモデル（ｙ＝ｆ（ｘ））であり、このモデルにおいて、変数ｘはインマニ圧、ａ、ｂ、ｃは定数である。実際に使用される２次式のモデルは、有効圧縮比限界をより正確に予測するために、より複雑な式となる。定数には、図８（ａ）に示すように、燃料噴射時期、エンジン回転数、吸気バルブを閉じた時点での筒内温度、燃料のオクタン価が代入される。
【００３４】
燃料噴射時期は、Ｓ２の処理時点でのエンジン運転状態に応じた燃料噴射時期の値がエンジン制御ユニット９０から出力され、上記モデルの定数として代入される。
エンジン回転数は、Ｓ２の処理時点においてクランク角センサ３６により検出された値が、上記モデルの定数として代入される。
筒内温度は、Ｓ２の処理時点において、吸気温／流量センサ１４により検出された吸気通路１３内の空気温度、及び、エンジン水温センサ３８により検出されたエンジン水温の値より推定され、上記モデルの定数として代入される。なお、吸気バルブを閉じた時点は、吸気カム角センサ６８により検出される。
燃料のオクタン価は、エンジン制御ユニット９０のメモリに学習されたオクタン価が、上記モデルの定数として代入される。
【００３５】
Ｓ２による演算結果は、図９のように、インマニ圧（ｘ）と、有効圧縮比（ｙ）との関係として得られる。
【００３６】
次に、Ｓ３に進み、ＶＶＴ進角限界を演算する。本実施形態におけるＶＶＴ進角限界とは、プリイグニッションが生じないＶＶＴ進角量の限界である。
このＳ３では、Ｓ２により演算され得られた限界有効圧縮比を基に、可変バルブタイミング機構７０のＶＶＴ進角限界を演算する。即ち、可変バルブタイミング機構７０のＶＶＴ進角量の増大による吸気バルブ２２の閉じタイミングの早期化と、それに伴う有効圧縮比の増大との関係から、ＶＶＴ進角限界を演算する。このＳ３で演算されたＶＶＴ進角限界も、図９に示すように、Ｓ２で演算された限界有効圧縮比限界と同様の２次曲線となる。
【００３７】
次に、Ｓ４に進み、上述した目標ＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいか否かを判定する。目標ＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいと判定された場合には、Ｓ５に進み、Ｓ１で設定した目標ＶＶＴ進角量を、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界に制限する。即ち、Ｓ５では、ＶＶＴ進角量が、プリイグニッションが生じるようなＶＶＴ進角量とならないよう目標ＶＶＴ進角量を設定し、そのようなＶＶＴ進角量が得られるよう、可変バルブタイミング機構７０の電動モータ７６を制御する。
【００３８】
次に、Ｓ５の処理がなされた後、或いは、Ｓ４において、目標ＶＶＴ進角量がＳ３で演算されたＶＶＴ進角限界以下であると判定された場合、Ｓ６に進み、現時点でのＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいか否かを判定する。このＳ６において、現時点でのＶＶＴ進角量が、Ｓ３で演算されたＶＶＴ進角限界より大きいと判定された場合には、Ｓ７に進み、限界インマニ圧を演算する。
【００３９】
このＳ７における限界インマニ圧の演算について、図８（ｂ）及び図９により、具体的に説明する。
Ｓ７において、現時点でのＶＶＴ進角量を、吸気カム角センサ６８により検出された吸気バルブ２２のバルブ閉じタイミングを基に演算し、それを変数ｙとする。そして、Ｓ２で使用した有効圧縮比限界多項式モデル（２次式）の逆関数「ｘ＝ｇ（ｙ）」により、インマニ圧ｘを求める。なお、現時点での有効圧縮比を変数ｙとして、限界インマニ圧を演算しても良い。ここで、現時点でのＶＶＴ進角量ｙから、有効圧縮比限界多項式モデルの逆関数を使用してインマニ圧を演算しているので、その演算されたインマニ圧ｘは、現時点での、プリイグニッションが生じない限界インマニ圧である。
【００４０】
このＳ７の処理を図９により説明する。上述したようにＳ２及びＳ３において、有効圧縮比限界多項式モデルを使用して、図９に示すような有効圧縮比限界／ＶＶＴ進角限界の２次曲線を既に得ているので、Ｓ７では、図９の破線で示すように、ＶＶＴ進角限界の２次曲線に対し、現時点でのＶＶＴ進角量ｙから限界のインマニ圧を演算する。
【００４１】
ここで、有効圧縮比限界多項式モデルの逆関数（ｘ＝ｇ（ｙ））は、上述した最も簡単な２次式に対応して説明すると、「ａｘ2＋ｂｘ＋（ｃ−ｙ）＝φ」で表され、この式に、有効圧縮比ｙの値を代入として、インマニ圧ｘ（「ｘ＝（−ｂ±√（ｂ2−４ａｃ））／２ａ」）が得られる。上述したように、実際に使用される２次式のモデルは、有効圧縮比限界をより正確に予測するためにより複雑な式を使用するため、これは最も簡単な例である。定数ａ、ｂ、ｃに代入される値は、Ｓ２で説明したものと同様である。
【００４２】
Ｓ７で限界インマニ圧が演算された後、Ｓ８に進み、Ｓ７で演算された限界インマニ圧に相当する限界空気充填効率（吸気負圧）Ｃｅを演算する。ここで、ＶＶＴ進角量が同じ条件下では、吸気負圧Ｃｅ（空気量をエンジン回転数で割った１回転当たりの空気充填率）は、インマニ圧と比例関係にあり、このＳ８では、そのような比例関係を利用すると共に、現時点でのＶＶＴ進角量に応じて限界空気充填効率を演算する。
【００４３】
Ｓ８で限界空気充填効率が演算された後、Ｓ９に進み、そのような限界空気充填効率と同等の空気充填効率となるように、電子制御スロットルバルブ１６の開度を制限する。
【００４４】
そして、Ｓ１〜Ｓ９の処理を繰り返す。
Ｓ１〜Ｓ９の処理の繰り返しにより、Ｓ８においては、図１０に示すように、クランク角に応じた限界空気充填効率が演算され、このような図１０のような限界空気充填効率に従って、Ｓ９でスロットル開度が調整され、図１１に示すように電子制御スロットルバルブ１６の開度が制御され、それに応じて、図１１に示すような、インマニ圧の応答が得られる。
【００４５】
即ち、Ｓ１〜Ｓ９の処理の繰り返しにより、ＶＶＴ遅角の応答が上述したように遅れる場合、且つ、ドライバーのアクセル要求がプリイグニッションを生じるようなものである場合、例えば、アイドル時からオフアイドル時の発進時や低速走行時に、アクセルを短時間で大きく踏み込むような場合、電子制御スロットルバルブ１６の開度により得られる空気充填効率が、限界空気充填効率となるように、電子制御スロットルバルブ１６を徐々に開くように制御される。即ち、一律にスロットル開度になましをかけることなく、エンジン１の運転状態及び可変バルブタイミング機構７０のＶＶＴ遅角状態に応じて、エンジンクランク角が回転する時点で常に、限界有効圧縮比を求めるなどのＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返し実行して、スロットル開度を調整し、インマニ圧を得るようにしている。そして、図１１に示すように、プリイグニッションが生じる領域Ａにおいてインマニ圧の応答が抑制されるように、電子制御スロットルバルブ１６の開度が制御される。
【００４６】
また、本実施形態では、基本的に、ＶＶＴの応答遅れがなくなる時点（目標ＶＶＴに追いつく時点）までＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返すことにより、図９の実線の矢印で示すように、プリイグニッションが発生する領域に入らないようにして、有効圧縮比を下げる、即ち、ＶＶＴ遅角を行うようにしている。一方、図９の二点鎖線の矢印で示すように、従来技術、或いは、本実施形態による制御を行わない場合には、図７において説明したように、スロットル開度に対してインマニ圧の応答が早く、プリイグニッション発生領域に入る。
【００４７】
なお、上述した制御内容は、主に、発進時にアイドル時からオフアイドル時にＶＶＴ遅角させる場合について説明したが、本実施形態によるエンジンの制御装置は、発進後、エンジン回転数が低回転数となり、ドライバーがアクセルを踏むような場合にＶＶＴ遅角させる場合にも適用可能である。
【００４８】
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の主な作用効果を説明する。
本実施形態によれば、アイドル時からオフアイドル時への移行時、検出されるＶＶＴ進角量（ＶＶＴの実位相）に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算し、その演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットルバルブ１６の開度を制限するので、ＶＶＴの応答遅れに伴う期間Ａでのプリイグニッションの発生を抑制することが出来る（図６、図７、図１１参照）。
【００４９】
また、本実施形態によれば、演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットルバルブ１６の開度を制限するので、一律にスロットル開度になましをかけることなく、プリイグニッションの発生を抑制しつつ可及的速やかにスロットル弁を開いて、車両の発進性を確保することが出来る。即ち、一律にスロットル開度になましをかけると、プリイグニッションの発生に余裕があるような空気量でもスロットル弁が閉じ気味となり、発進性が犠牲になるが、本実施形態においては、エンジン運転状態に応じて、その都度、演算処理を繰り返し、その運転状態に応じた限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットルバルブ１６の開度を制限するので、このようなことを防止することが出来る。
【００５０】
また、本実施形態によれば、エンジン低回転時にも、プリイグニッションが発生する限界空気量以上にならないようにスロットルバルブ１６の開度が設定されるので、アイドル時からオフアイドル時への移行し、車両が発進した後の低回転時にも、プリイグニッションの発生を抑制することが出来る。
【００５１】
また、本実施形態によれば、有効圧縮比多項式モデルを用いて、検出されるインマニ圧（実インマニ圧）からプリイグニッションが生じる限界有効圧縮比限界を演算し、さらに、有効圧縮比多項式モデルの逆関数を用いて、検出されるＶＶＴ進角量（ＶＶＴの実位相）からプリイグニッションが生じる限界空気量を演算するので、実ＶＶＴ遅角の応答が目標ＶＶＴ遅角より遅れても（ＶＶＴ遅角をさせようとする場合、電動モータ７６で制御される実際のＶＶＴ進角量（最遅角位置に対する進角量）に、目標とするＶＶＴ進角量に対する応答遅れが生じても）、効果的に、プリイグニッションが生じる限界空気量を求めることが出来る。
【符号の説明】
【００５２】
１ 多気筒直噴式エンジン
１４ 吸気温／流量センサ
１６ 電子制御スロットルバルブ
１８ スロットルバルブ開度センサ
３６ クランク角センサ
３８ エンジン水温センサ
６８ 吸気カム角センサ
７０ 可変バルブタイミング機構
７６ 可変バルブタイミング機構のＶＶＴ進角用或いはＶＶＴ遅角用の電動モータ
９０ エンジン制御ユニット
９２ ＶＶＴ進角／遅角制御手段
９４ スロットルバルブ開度制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブをＶＶＴ遅角させ或いはＶＶＴ進角させてその開閉タイミングを可変にする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であって、
上記可変バルブタイミング機構を、アイドル時にＶＶＴ進角させ、オフアイドル時に、そのＶＶＴ進角位置からＶＶＴ遅角させるＶＶＴ遅角制御手段と、
アイドル時からオフアイドル時への移行時、その移行時のＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する第１限界空気量演算手段と、
この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第１スロットル弁開度設定手段と、を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
さらに、低回転時において、ＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する第２限界空気量演算手段と、
この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第２スロットル弁開度設定手段と、を有する請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
上記第１限界空気量演算手段及び／又は上記第２限界空気量演算手段によるプリイグニッションの限界空気量の演算は、先ず、実インマニ圧から所定の多項式モデルを使用してプリイグニッションが生じる有効圧縮比限界を演算し、次に、ＶＶＴの実位相から上記所定の多項式モデルの逆関数を使用して上記プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する請求項１又は請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１】
吸気バルブをＶＶＴ遅角させ或いはＶＶＴ進角させてその開閉タイミングを可変にする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であって、
上記可変バルブタイミング機構を、アイドル時にＶＶＴ進角させ、オフアイドル時に、そのＶＶＴ進角位置からＶＶＴ遅角させるＶＶＴ遅角制御手段と、
アイドル時からオフアイドル時への移行時、その移行時のＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する第１限界空気量演算手段と、
この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第１スロットル弁開度設定手段と、を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
さらに、低回転時において、ＶＶＴの実位相に基づいて、プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する第２限界空気量演算手段と、
この演算された限界空気量以上に実空気量が増加しないようにスロットル弁開度を設定する第２スロットル弁開度設定手段と、を有する請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
上記第１限界空気量演算手段及び／又は上記第２限界空気量演算手段によるプリイグニッションの限界空気量の演算は、先ず、実インマニ圧から所定の多項式モデルを使用してプリイグニッションが生じる有効圧縮比限界を演算し、次に、ＶＶＴの実位相から上記所定の多項式モデルの逆関数を使用して上記プリイグニッションが生じる限界空気量を演算する請求項１又は請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−５２４７２（Ｐ２０１２−５２４７２Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９５８５１（Ｐ２０１０−１９５８５１）
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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