過給式エンジンの吸気量制御装置
【課題】滑らかに出力トルクを変化させることができる過給式エンジンの吸気量制御装置を提供する。
【解決手段】吸気通路３０の吸気流通面積を変化させるスロットルバルブ３２と、吸気を過給する過給器３５と、エンジン運転状態に応じて吸気バルブ５１のバルブタイミングを変更する吸気可変動弁装置５３と、を備え、アクセルペダル踏込み量の増加に応じてスロットル開度を増加させ、所定のスロットル開度に達した時に過給器３５による吸気の過給を開始して吸気量を増加させる吸気量制御装置であって、吸気バルブ５１のバルブタイミングに応じて所定のスロットル開度を変更する吸気制御手段７０を備える、ことを特徴とする。
【解決手段】吸気通路３０の吸気流通面積を変化させるスロットルバルブ３２と、吸気を過給する過給器３５と、エンジン運転状態に応じて吸気バルブ５１のバルブタイミングを変更する吸気可変動弁装置５３と、を備え、アクセルペダル踏込み量の増加に応じてスロットル開度を増加させ、所定のスロットル開度に達した時に過給器３５による吸気の過給を開始して吸気量を増加させる吸気量制御装置であって、吸気バルブ５１のバルブタイミングに応じて所定のスロットル開度を変更する吸気制御手段７０を備える、ことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給式エンジンの吸気量を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スロットルバルブのスロットル開度に応じて吸気量を制御するスロットル制御と、過給器による過給圧に応じて吸気量を制御する過給圧制御とを組み合わせて、過給式エンジンに供給される吸気量を制御する吸気量制御装置が開示されている。
【０００３】
車両が平坦路から登坂路に進入した場合等においては、アクセルペダルを踏み込んでもエンジン回転速度が上昇せずに一定となることがある。エンジン回転速度が一定である場合、スロットル開度が飽和スロットル開度に達すると、それ以上スロットル開度を大きくしても吸気量が増加しなくなる。そのため特許文献１の吸気量制御装置では、スロットル開度が飽和スロットル開度より大きくなった時に、スロットル制御から過給圧制御に移行して、吸気量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７６４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１に記載の吸気量制御装置では、飽和スロットル開度をエンジン回転速度のみによって決定し、アクセルペダル踏込み量とエンジン回転速度とに基づいて目標スロットル開度及び目標圧力比を設定する。
【０００６】
しかしながら、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングによってもコレクタ内圧力は変動するので、飽和スロットル開度はバルブ作動状態によっても変化する。吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変更する過給式エンジンでは、特許文献１のようにアクセルペダル踏込み量とエンジン回転速度とに基づいて目標スロットル開度及び目標圧力比を設定すると、バルブ作動状態によっては過給開始時等にトルク変化が大きくなって、滑らかに出力トルクを変化させることができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、滑らかに出力トルクを変化させることができる過給式エンジンの吸気量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】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００９】
本発明は、吸気通路の吸気流通面積を変化させるスロットルバルブと、吸気を過給する過給器と、エンジン運転状態に応じて吸気バルブのバルブタイミングを変更する吸気可変動弁装置と、を備え、アクセルペダル踏込み量の増加に応じてスロットル開度を増加させ、所定のスロットル開度に達した時に過給器による吸気の過給を開始して吸気量を増加させる吸気量制御装置であって、吸気バルブのバルブタイミングに応じて所定のスロットル開度を変更する吸気制御手段を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過給器による吸気の過給を開始する所定のスロットル開度を吸気バルブのバルブタイミングに応じて変更するので、吸気バルブの作動状態が変化しても、アクセルペダル踏込み量に応じて吸気量を滑らかに変化させることができ、過給式エンジンの出力トルクを滑らかに変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】過給式エンジンの概略構成図である。
【図２】エンジン冷機時における過給式エンジンの運転状態を説明する図である。
【図３】エンジン暖機時における過給式エンジンの運転状態を説明する図である。
【図４】吸気量比−スロットル開度特性を示す図である。
【図５】コントローラが実行するメインルーチンを説明するフローチャートである。
【図６】基礎シリンダ最大吸気量特性及び内部ＥＧＲ補正値特性を示す図である。
【図７】アクセルペダル踏込み量と、吸気量比及び目標圧力比との関係を説明する図である。
【図８】コントローラが実行するサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図９】アクセルペダル踏込み量に応じた吸気量の変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、過給式エンジン１００の概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、車両用の過給式エンジン１００は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上側に配置されるシリンダヘッド２０とを備える。
【００１５】
シリンダブロック１０には、ピストン１１の冠面と、シリンダ壁面と、シリンダヘッド２０の下面とによって燃焼室１２が形成される。燃焼室１２で混合気が燃焼すると、ピストン１１は燃焼による燃焼圧力を受けてシリンダ内を往復動する。
【００１６】
シリンダヘッド２０は、燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２１と、混合気に点火する点火プラグ２２と、燃焼室１２に吸気を供給する吸気ポート２３と、燃焼室１２からの排気を排出する排気ポート２４とを備える。
【００１７】
吸気ポート２３には、外部から取り入れた吸気を流す吸気通路３０が接続する。排気ポート２４には、排気を外部に排出する排気通路４０が接続する。
【００１８】
吸気通路３０は、エアフローメータ３１と、過給制御バルブ３２と、スロットルバルブ３３と、分岐部３０Ａから分岐して合流部３０Ｂで合流するバイパス通路３４とを備える。
【００１９】
エアフローメータ３１は、分岐部３０Ａよりも上流側の吸気通路３０に設けられる。エアフローメータ３１は、熱線式のエアフローメータであって、過給式エンジン１００に供給される吸気の吸気流量を検出する。
【００２０】
過給制御バルブ３２は、分岐部３０Ａと合流部３０Ｂとの間の吸気通路３０に設けられる。過給制御バルブ３２は、エンジン運転状態に応じて吸気通路３０を開閉する。
【００２１】
スロットルバルブ３３は、合流部３０Ｂよりも下流側の吸気通路３０に設置される。スロットルバルブ３３は、吸気通路３０の吸気流通面積を変化させることで、過給式エンジン１００に導入される吸気の吸気量を調整する。
【００２２】
バイパス通路３４には、過給器３５と、インタークーラ３６とが設置される。
【００２３】
過給器３５は、クランクシャフトによって駆動されるルーツ式スーパーチャージャであって、エンジン運転状態に応じてバイパス通路３４内を流れる吸気を過給する。過給器３５によって過給される吸気の過給圧は、過給制御バルブ３２の開度を制御することで調整される。なお、過給器３５は、電動モータ等によって駆動するようにしてもよい。
【００２４】
インタークーラ３６は、過給器３５よりも下流側のバイパス通路３４に設置される。インタークーラ３６は、過給器３５により圧縮されて高温となった吸気を冷却する。
【００２５】
一方、吸気ポート２３には、吸気バルブ５１が設けられる。吸気バルブ５１は、吸気カムシャフト５２に一体形成されるカムによって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて吸気ポート２３を開閉する。吸気バルブ５１のバルブタイミングは、吸気側可変動弁装置（以下「吸気ＶＴＣ」という）５３によって調整される。吸気ＶＴＣ５３は、油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフト５２の相対位相角を変更する装置である。
【００２６】
排気ポート２４には、排気バルブ６１が設けられる。排気バルブ６１は、排気カムシャフト６２に一体形成されるカムによって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて排気ポート２４を開閉する。排気バルブ６１のバルブタイミングは、排気側可変動弁装置（以下「排気ＶＴＣ」という）６３によって調整される。排気ＶＴＣ６３は、油圧制御によってクランクシャフトに対する排気カムシャフト６２の相対位相角を変更する装置である。
【００２７】
過給制御バルブ３２、スロットルバルブ３３、吸気ＶＴＣ５３及び排気ＶＴＣ６３は、コントローラ７０によって制御される。
【００２８】
コントローラ７０は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００２９】
コントローラ７０には、大気圧を検出する大気圧センサ７１、過給圧を検出する過給圧センサ７２、所定クランク角度ごとにクランク角度信号を生成するクランク角度センサ７３と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ７４と、吸気カムシャフト５２のカム角度を検出する吸気カム角センサ７５と、排気カムシャフト６２のカム角度を検出する排気カム角センサ７６とからの検出データがそれぞれ信号として入力する。コントローラ７０は、これらの入力信号に基づき、過給制御バルブ３２の開度やスロットルバルブ３３のスロットル開度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングを調整する。
【００３０】
次に、図２及び図３を参照して、過給式エンジン１００の運転状態について説明する。
【００３１】
エンジン冷機時には、過給式エンジン１００は、図２（Ａ）に示す運転マップに基づいて運転される。過給式エンジン１００では、過給境界線Ａよりも高エンジン負荷側の領域において過給器３５による過給を行う。
【００３２】
エンジン冷機時には全運転領域において、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングが図２（Ｂ）に示す第１バルブタイミングに設定され、ミラーサイクル運転が実行される。
【００３３】
図２（Ｂ）の第１バルブタイミングでは、排気バルブ６１は、膨張下死点前の所定時期ＥＶＯ1で開弁し、排気上死点前の所定時期ＥＶＣ1で閉弁する。吸気バルブ５１は、排気バルブ閉弁時期とほぼ同タイミングであって、排気上死点前の所定時期ＩＶＯ1で開弁し、吸気下死点後の所定時期ＩＶＣ1で閉弁する。過給式エンジン１００では、実圧縮比が低下するように吸気バルブ５１の閉弁時期を吸気下死点後に設定することで、いわゆる吸気バルブ遅閉じのミラーサイクル運転を実現する。
【００３４】
一方、エンジン暖機時には、過給式エンジン１００は、図３（Ａ）に示す運転マップに基づいて運転される。
【００３５】
図３（Ａ）の運転マップは、低エンジン回転速度側と低エンジン負荷側とを含む低回転速度・低負荷領域Ｒ1と、過給境界線Ｂよりも低エンジン負荷側の中負荷領域Ｒ2と、過給境界線Ｂよりも高エンジン負荷側の過給領域Ｒ3との３つに分けられる。なお、図３（Ａ）において、エンジン暖機時における過給境界線Ｂ（実線）はエンジン冷機時における過給境界線Ａ（破線）よりも低エンジン負荷側にシフトする。
【００３６】
低回転速度・低負荷領域Ｒ1では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は、エンジン冷機時と同様の第１バルブタイミングに設定される。
【００３７】
過給領域Ｒ3では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は図３（Ｂ）に示す第３バルブタイミングに設定され、ミラーサイクル運転が実行される。
【００３８】
図３（Ｂ）の第３バルブタイミングでは、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は、第１バルブタイミングに対して遅角制御される。排気バルブ６１は、膨張下死点前の所定時期ＥＶＯ2で開弁し、排気上死点である所定時期ＥＶＣ2で閉弁する。吸気バルブ５１は、排気バルブ閉弁時期とほぼ同タイミングであって、排気上死点である所定時期ＩＶＯ2で開弁し、吸気下死点後９０度の所定時期ＩＶＣ2で閉弁する。
【００３９】
第３バルブタイミングでは、吸気バルブ５１は第１バルブタイミングよりも遅閉じされるので、実圧縮比がさらに低下する。
【００４０】
中負荷領域Ｒ2では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は図３（Ｃ）に示す第２バルブタイミングに設定され、ミラーサイクル運転が実行される。
【００４１】
図３（Ｃ）の第２バルブタイミングでは、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は第３バルブタイミングに対して遅角制御される。排気バルブ６１は、膨張下死点前の所定時期ＥＶＯ3で開弁し、排気上死点後の所定時期ＥＶＣ3で閉弁する。吸気バルブ５１は、排気上死点後の所定時期ＩＶＯ3で開弁し、吸気下死点後９０度よりも遅い所定時期ＩＶＣ3で閉弁する。
【００４２】
第２バルブタイミングでは、吸気バルブ５１の開弁期間と排気バルブ６１の開弁期間がオーバラップするように設定され、排気ポート２４内の排気の一部を内部ＥＧＲガスとして燃焼室１２に供給する。また、第２バルブタイミングでは、吸気バルブ５１は第３バルブタイミングよりも遅閉じされるので、実圧縮比がさらに低下する。
【００４３】
ところで、車両が平坦路から登坂路に進入した場合等においては、アクセルペダルを踏み込んでもエンジン回転速度が上昇せずに一定となることがある。エンジン回転速度が一定の場合には、スロットル開度が飽和スロットル開度に達すると、それ以上スロットル開度を大きくしても吸気量が増加しなくなる。そこで、特許文献１に記載の過給式エンジンでは、エンジン回転速度と飽和スロットル開度との関係について考慮し、アクセルペダル踏込み量とエンジン回転速度とに基づいて目標スロットル開度及び目標圧力比を設定する。
【００４４】
しかしながら、飽和スロットル開度は、吸気バルブや排気バルブのバルブ作動状態によっても変化する。
【００４５】
図４は、過給式エンジン１００の吸気量比とスロットル開度との関係を示した図である。吸気量比は、シリンダ内に導入された吸気量と、ＮＡ時におけるシリンダ最大吸気量となるシリンダ実効容積との割合である。線Ｃは、低回転速度・低負荷領域Ｒ1の所定運転点における吸気量比特性を示す。線Ｄは、中負荷領域Ｒ2の所定運転点における吸気量比特性を示す。破線Ｅは、等ブーストラインを示す。
【００４６】
図４に示すように、低回転速度・低負荷領域Ｒ1での第１バルブタイミングにおけるシリンダ実効容積を基準にすると、中負荷領域Ｒ2での第２バルブタイミングにおけるシリンダ実効容積は約６０％程度となる。吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに応じてシリンダ実効容積が変化すると、線Ｃ及び線Ｄに示すように、スロットル開度を増大しても吸気量が増加しなくなる飽和スロットル開度Ｔ1、Ｔ2も変化する。
【００４７】
過給式エンジン１００では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングは、同じ運転点にあってもエンジン暖機状態によって変化し、暖機後には運転領域によって変化する。そのため過給式エンジン１００において、特許文献１のようにエンジン回転速度と飽和スロットル開度の関係について考慮して目標スロットル開度及び目標圧力比を設定すると、バルブ作動状態によっては過給開始時等にトルク変化が大きくなって、滑らかに出力トルクを変化させることができないという問題がある。
【００４８】
そこで、本実施形態の過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、上記問題を解決するため、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブ作動状態を考慮して目標スロットル開度及び目標圧力比を設定し、スロットルバルブ３３及び過給制御バルブ３２を制御する。
【００４９】
図５は、コントローラ７０が実行する制御ルーチンを説明するフローチャートである。この制御ルーチンは、エンジン１００の運転中に一定間隔、例えば１０ミリ秒間隔で繰り返し実行される。
【００５０】
ステップＳ１０１では、コントローラ７０は、エンジン回転速度とアクセルペダル踏込み量とに基づき、基礎要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＴＳＣを算出する。
【００５１】
なお、エンジン回転速度はクランク角度センサ７３によって検出され、アクセルペダル踏込み量はアクセルペダルセンサ７４によって検出される。アクセルペダル踏込み量は、過給式エンジン１００のエンジン負荷を代表する。
【００５２】
ステップＳ１０２では、コントローラ７０は、エンジン回転速度とアクセルペダル踏込み量とに基づき、目標当量比ＤＭＬを算出する。目標当量比ＤＭＬは、理論空燃比を目標空燃比で割った値である。
【００５３】
ステップＳ１０３では、コントローラ７０は、基礎要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＴＳＣを目標当量比ＤＭＬで割って、要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＣを算出する。要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＣは、目標空燃比に対して必要な吸気量である。
【００５４】
ステップ１０４では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、吸気バルブ５１のバルブタイミングとに基づいて図６（Ａ）に示すマップから、基礎シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶＴＣを算出する。吸気バルブ５１のバルブタイミングは、吸気カム角センサ７５によって検出されるカム角度に基づいて算出される。
【００５５】
図６（Ａ）において、線Ｆは吸気バルブ５１が第１バルブタイミングに設定されている場合を、線Ｇは吸気バルブ５１が第２バルブタイミングに設定されている場合を、線Ｈは吸気バルブ５１が第３バルブタイミングに設定されている場合を示す。
【００５６】
なお、本実施形態では、エンジン回転速度と吸気バルブタイミングとに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を算出したが、吸気バルブタイミングだけで基礎シリンダ最大吸気量を算出してもよく、エンジン回転速度と吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングとに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を算出してもよい。
【００５７】
ステップＳ１０５では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、排気バルブ６１のバルブタイミングとに基づいて図６（Ｂ）のマップから、内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲを算出する。排気バルブ６１のバルブタイミングは、排気カム角センサ７６によって検出されるカム角度に基づいて算出される。
【００５８】
図６（Ｂ）において、線Ｉは排気バルブ６１が第１及び第３バルブタイミングに設定されている場合を示し、線Ｊは排気バルブ６１が第２バルブタイミングに設定されている場合を示す。
【００５９】
なお、本実施形態では、エンジン回転速度と排気バルブタイミングとに基づいて内部ＥＧＲ補正値を算出したが、排気バルブタイミングだけで内部ＥＧＲ補正値を算出してもよく、エンジン回転速度と吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングとに基づいて内部ＥＧＲ補正値を算出してもよい。
【００６０】
ステップＳ１０６では、コントローラ７０は、基礎シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶＴＣに内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲを乗じて、シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶを算出する。
【００６１】
ステップＳ１０７では、コントローラ７０は、ステップＳ１０３で求めた要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＣを、ステップＳ１０６で求めたシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶで割って、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを算出する。
【００６２】
ステップＳ１０８では、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さいか否かを判定する。過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０は、一定値であって、１または１よりも小さな値として設定される。
【００６３】
要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さい場合には、コントローラ７０は、ステップＳ１０９の処理を実行する。それ以外の場合には、コントローラ７０は、ステップＳ１１０の処理を実行する。
【００６４】
ステップＳ１０９では、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０として設定する。また、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０で割った値と、１とを比較して大きい方を、目標圧力比ＴＧＰＲとして設定する。
【００６５】
ステップＳ１１０では、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣと、１とを比較して小さい方を、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０として設定する。また、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０で割った値を、目標圧力比ＴＧＰＲとして設定する。
【００６６】
ステップＳ１１１では、コントローラ７０は、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて目標スロットル開度ＴＴＶＯを算出し、実スロットル開度が目標スロットル開度ＴＴＶＯとなるようにスロットルバルブ３３を駆動する。なお、スロットルバルブ３３の制御については、図８を参照して後述する。
【００６７】
ステップＳ１１２では、コントローラ７０は、実圧力比が目標圧力比ＴＧＰＲとなるように過給制御バルブ３２を駆動する。実圧力比は、過給圧センサ７２によって検出される過給圧を、大気圧センサ７１によって検出される大気圧で割った値である。
【００６８】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を参照して、ステップＳ１０８〜Ｓ１１２の内容についてさらに説明する。
【００６９】
運転者によってアクセルペダルが踏込まれると、アクセルペダル踏込み量、エンジン回転速度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに基づいて算出される要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが図７（Ａ）の実線Ｋに示すように増大する。
【００７０】
要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが、１より小さい値に設定された過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さい場合には、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０は実線Ｌに示すように要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣに設定され、目標圧力比は実線Ｍに示すように１に設定される。
【００７１】
スロットルバルブ３３は図７（Ｂ）に示すように目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて開弁され、過給制御バルブ３２は図７（Ｃ）に示すように目標圧力比ＴＧＰＲに基づいて全開とされる。要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さい場合には、スロットルバルブ３３によって、過給式エンジン１００に供給される吸気量を制御する。
【００７２】
これに対して、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも大きくなると、実線Ｌに示すように、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが１を越えるまでは目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０は要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣに設定され、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが１を１越えた後は目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０は１に設定される。目標圧力比は、実線Ｍに示すように、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０で割った値に設定される。
【００７３】
スロットルバルブ３３は、図７（Ｂ）に示すように目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて開弁され、過給制御バルブ３２は図７（Ｃ）に示すように目標圧力比ＴＧＰＲに基づいて閉弁される。要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも大きい場合には、過給制御バルブ３２によって過給器３５の過給圧を制御し、過給式エンジン１００に供給される吸気量を制御する。すなわち、要求吸気量比が過給開始吸気量比より大きくなる時のスロットル開度が飽和スロットル開度となる。
【００７４】
図８を参照して、図５のステップＳ１１１で実行されるスロットルバルブ制御のサブルーチンについて説明する。
【００７５】
ステップＳ２０１では、コントローラ７０は、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて、目標基本正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶ０を算出する。
【００７６】
ステップＳ２０２では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、基準吸気バルブタイミングとに基づいて、基準シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴを算出する。基準吸気バルブタイミングは、例えば第１バルブタイミングにおける吸気バルブタイミングである。したがって、基準シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴは、図６（Ａ）の線Ｆを参照することで得られる。
【００７７】
ステップＳ２０３では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、基準排気バルブタイミングとに基づいて、基準内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲＳＴを算出する。基準排気バルブタイミングは、例えば第１バルブタイミングにおける排気バルブタイミングである。したがって、基準内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲＳＴは、図６（Ｂ）の線Ｉを参照することで得られる。
【００７８】
ステップＳ２０４では、コントローラ７０は、基準シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴに基準内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲＳＴを乗ずることで、基準バルタイシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴＶを算出する。
【００７９】
ステップＳ２０５では、コントローラ７０は、基準バルタイシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴＶを、図５のＳ１０６で求めたシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶで割ることによって、シリンダ実効容積比ＶＣＹＬＲを算出する。
【００８０】
ステップＳ２０６では、コントローラ７０は、ステップＳ２０１で求めた目標基本正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶ０にシリンダ実効容積比ＶＣＹＬＲを乗ずることで、目標正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶを算出する。
【００８１】
ステップＳ２０７では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、エンジン毎に定まる排気量と、目標正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶとに基づき、目標スロットル開口面積ＴＡＴＨを算出する。
【００８２】
ステップＳ２０８では、コントローラ７０は、目標スロットル開口面積ＴＡＴＨから開口面積−開度変換テーブルを参照して、目標スロットル開度ＴＴＶＯを算出する。
【００８３】
ステップＳ２０９では、コントローラ７０は、実スロットル開度が目標スロットル開度となるように、スロットルバルブ３３を駆動する。
【００８４】
次に、過給式エンジン１００の吸気量制御装置における作用・効果について説明する。
【００８５】
過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、アクセルペダル踏込み量、エンジン回転速度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに基づいて算出される要求吸気量比に基づいて、目標スロットル開度及び目標圧力比を設定する。より具体的には、図６（Ａ）に示すように、吸気バルブタイミングが遅閉じになるほどシリンダ最大吸気量が小さくなるので、要求吸気量比が大きくなる傾向になり、その結果要求シリンダ吸気量が小さい段階から過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。すなわち、吸気バルブタイミングが遅閉じになるほど飽和スロットル開度が小さくなり、スロットル開度が小さい段階から過給を開始する。
【００８６】
図９は、エンジン暖機時にアクセルペダルを踏み込んで、過給式エンジン１００の運転点が中負荷領域Ｒ2から過給領域Ｒ3に移行した場合を例示したものである。
【００８７】
図９に示すようにアクセルペダルが踏み込まれて、時刻ｔ１においてスロットル開度が中負荷領域Ｒ2での飽和スロットル開度Ｔ1（図４参照）に達すると、過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。
【００８８】
しかしながら、中負荷領域Ｒ2からの加速にかかわらず、図９（Ｃ）の一点鎖線に示すように低回転速度・低負荷領域Ｒ1での飽和スロットル開度Ｔ2（図４参照）で過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始すると、スロットル開度がＴ1からＴ2になるまでの時刻ｔ1〜ｔ2の間は、図９（Ｄ）の破線に示すように吸気量がほとんど増加しなくなるので、アクセルペダル踏込み量に応じて過給式エンジン１００の出力トルクが滑らかに変化しなくなる。
【００８９】
過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、図９（Ｂ）の実線に示すようにスロットル開度がＴ1となる時に、図９（Ｃ）の実線に示すように過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。そのため、図９（Ｄ）の実線に示すように、アクセルペダル踏込み量に応じて吸気量を滑らかに変化させることができる。
【００９０】
また、図３（Ｃ）に示す第２バルブタイミングの特性のように吸気バルブ５１の開弁期間と排気バルブ６１の開弁期間がオーバラップして内部ＥＧＲガスが燃焼室１２に供給される場合には、シリンダへの吸気量が減少するため、シリンダ最大吸気量が減少する。その結果、要求吸気量比が大きくなる傾向になって、要求シリンダ吸気量が小さい段階から過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。すなわち、内部ＥＧＲガスが多いほど飽和スロットル開度が小さくなり、スロットル開度が小さい段階から過給を開始する。
【００９１】
以上により、過給式エンジン１００の吸気量制御装置では下記の効果を得ることができる。
【００９２】
過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、アクセルペダル踏込み量、エンジン回転速度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに基づいて算出される要求吸気量比に基づいて、目標スロットル開度及び目標圧力比を設定するので、アクセルペダル踏込み量に応じて吸気量を滑らかに変化させることができ、過給式エンジン１００の出力トルクを滑らかに変化させることができる。
【００９３】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００９４】
本実施形態では、過給式エンジン１００の過給器３５をスーパーチャージャで構成するようにしたが、これに限れるものではなく、過給器３５をターボチャージャで構成するようにしてもよい。この場合には、ウェストゲートバルブの開度を制御することで過給圧制御を行う。
【００９５】
また、過給式エンジン１００は、吸気バルブ５１の開閉時期を制御する吸気ＶＴＣ５３を備えるように構成したが、吸気バルブ５１の開閉時期だけでなくリフト量も制御する可変動弁装置を備えるように構成してもよい。この場合には、図５のステップＳ１０６において、基礎シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶＴＣに内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲを乗じ、さらにバルブリフト流速補正係数を乗ずることで、シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶを算出する。バルブリフト流速補正係数は、エンジン回転速度と吸気バルブ５１のリフト量とに基づいて算出される。
【符号の説明】
【００９６】
１００ 過給式エンジン
２３ 吸気ポート
２４ 排気ポート
３０ 吸気通路
３１ エアフローメータ
３２ 過給制御バルブ
３３ スロットルバルブ
３５ 過給器
３６ インタークーラ
４０ 排気通路
５１ 吸気バルブ
６１ 排気バルブ
７０ コントローラ（吸気制御手段）
７１ 大気圧センサ
７２ 過給圧センサ
７３ クランク角度センサ
７４ アクセルペダルセンサ
７５ 吸気カム角センサ
７６ 排気カム角センサ
Ｓ１０３ 要求シリンダ吸気量算出手段
Ｓ１０６ シリンダ最大吸気量算出手段
Ｓ１０７ 要求吸気量比算出手段
Ｓ１０８〜Ｓ１１０ 目標値設定手段
Ｓ１１１、Ｓ１１２ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給式エンジンの吸気量を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スロットルバルブのスロットル開度に応じて吸気量を制御するスロットル制御と、過給器による過給圧に応じて吸気量を制御する過給圧制御とを組み合わせて、過給式エンジンに供給される吸気量を制御する吸気量制御装置が開示されている。
【０００３】
車両が平坦路から登坂路に進入した場合等においては、アクセルペダルを踏み込んでもエンジン回転速度が上昇せずに一定となることがある。エンジン回転速度が一定である場合、スロットル開度が飽和スロットル開度に達すると、それ以上スロットル開度を大きくしても吸気量が増加しなくなる。そのため特許文献１の吸気量制御装置では、スロットル開度が飽和スロットル開度より大きくなった時に、スロットル制御から過給圧制御に移行して、吸気量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７６４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１に記載の吸気量制御装置では、飽和スロットル開度をエンジン回転速度のみによって決定し、アクセルペダル踏込み量とエンジン回転速度とに基づいて目標スロットル開度及び目標圧力比を設定する。
【０００６】
しかしながら、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングによってもコレクタ内圧力は変動するので、飽和スロットル開度はバルブ作動状態によっても変化する。吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変更する過給式エンジンでは、特許文献１のようにアクセルペダル踏込み量とエンジン回転速度とに基づいて目標スロットル開度及び目標圧力比を設定すると、バルブ作動状態によっては過給開始時等にトルク変化が大きくなって、滑らかに出力トルクを変化させることができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、滑らかに出力トルクを変化させることができる過給式エンジンの吸気量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】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００９】
本発明は、吸気通路の吸気流通面積を変化させるスロットルバルブと、吸気を過給する過給器と、エンジン運転状態に応じて吸気バルブのバルブタイミングを変更する吸気可変動弁装置と、を備え、アクセルペダル踏込み量の増加に応じてスロットル開度を増加させ、所定のスロットル開度に達した時に過給器による吸気の過給を開始して吸気量を増加させる吸気量制御装置であって、吸気バルブのバルブタイミングに応じて所定のスロットル開度を変更する吸気制御手段を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過給器による吸気の過給を開始する所定のスロットル開度を吸気バルブのバルブタイミングに応じて変更するので、吸気バルブの作動状態が変化しても、アクセルペダル踏込み量に応じて吸気量を滑らかに変化させることができ、過給式エンジンの出力トルクを滑らかに変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】過給式エンジンの概略構成図である。
【図２】エンジン冷機時における過給式エンジンの運転状態を説明する図である。
【図３】エンジン暖機時における過給式エンジンの運転状態を説明する図である。
【図４】吸気量比−スロットル開度特性を示す図である。
【図５】コントローラが実行するメインルーチンを説明するフローチャートである。
【図６】基礎シリンダ最大吸気量特性及び内部ＥＧＲ補正値特性を示す図である。
【図７】アクセルペダル踏込み量と、吸気量比及び目標圧力比との関係を説明する図である。
【図８】コントローラが実行するサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図９】アクセルペダル踏込み量に応じた吸気量の変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、過給式エンジン１００の概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、車両用の過給式エンジン１００は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上側に配置されるシリンダヘッド２０とを備える。
【００１５】
シリンダブロック１０には、ピストン１１の冠面と、シリンダ壁面と、シリンダヘッド２０の下面とによって燃焼室１２が形成される。燃焼室１２で混合気が燃焼すると、ピストン１１は燃焼による燃焼圧力を受けてシリンダ内を往復動する。
【００１６】
シリンダヘッド２０は、燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２１と、混合気に点火する点火プラグ２２と、燃焼室１２に吸気を供給する吸気ポート２３と、燃焼室１２からの排気を排出する排気ポート２４とを備える。
【００１７】
吸気ポート２３には、外部から取り入れた吸気を流す吸気通路３０が接続する。排気ポート２４には、排気を外部に排出する排気通路４０が接続する。
【００１８】
吸気通路３０は、エアフローメータ３１と、過給制御バルブ３２と、スロットルバルブ３３と、分岐部３０Ａから分岐して合流部３０Ｂで合流するバイパス通路３４とを備える。
【００１９】
エアフローメータ３１は、分岐部３０Ａよりも上流側の吸気通路３０に設けられる。エアフローメータ３１は、熱線式のエアフローメータであって、過給式エンジン１００に供給される吸気の吸気流量を検出する。
【００２０】
過給制御バルブ３２は、分岐部３０Ａと合流部３０Ｂとの間の吸気通路３０に設けられる。過給制御バルブ３２は、エンジン運転状態に応じて吸気通路３０を開閉する。
【００２１】
スロットルバルブ３３は、合流部３０Ｂよりも下流側の吸気通路３０に設置される。スロットルバルブ３３は、吸気通路３０の吸気流通面積を変化させることで、過給式エンジン１００に導入される吸気の吸気量を調整する。
【００２２】
バイパス通路３４には、過給器３５と、インタークーラ３６とが設置される。
【００２３】
過給器３５は、クランクシャフトによって駆動されるルーツ式スーパーチャージャであって、エンジン運転状態に応じてバイパス通路３４内を流れる吸気を過給する。過給器３５によって過給される吸気の過給圧は、過給制御バルブ３２の開度を制御することで調整される。なお、過給器３５は、電動モータ等によって駆動するようにしてもよい。
【００２４】
インタークーラ３６は、過給器３５よりも下流側のバイパス通路３４に設置される。インタークーラ３６は、過給器３５により圧縮されて高温となった吸気を冷却する。
【００２５】
一方、吸気ポート２３には、吸気バルブ５１が設けられる。吸気バルブ５１は、吸気カムシャフト５２に一体形成されるカムによって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて吸気ポート２３を開閉する。吸気バルブ５１のバルブタイミングは、吸気側可変動弁装置（以下「吸気ＶＴＣ」という）５３によって調整される。吸気ＶＴＣ５３は、油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフト５２の相対位相角を変更する装置である。
【００２６】
排気ポート２４には、排気バルブ６１が設けられる。排気バルブ６１は、排気カムシャフト６２に一体形成されるカムによって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて排気ポート２４を開閉する。排気バルブ６１のバルブタイミングは、排気側可変動弁装置（以下「排気ＶＴＣ」という）６３によって調整される。排気ＶＴＣ６３は、油圧制御によってクランクシャフトに対する排気カムシャフト６２の相対位相角を変更する装置である。
【００２７】
過給制御バルブ３２、スロットルバルブ３３、吸気ＶＴＣ５３及び排気ＶＴＣ６３は、コントローラ７０によって制御される。
【００２８】
コントローラ７０は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００２９】
コントローラ７０には、大気圧を検出する大気圧センサ７１、過給圧を検出する過給圧センサ７２、所定クランク角度ごとにクランク角度信号を生成するクランク角度センサ７３と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ７４と、吸気カムシャフト５２のカム角度を検出する吸気カム角センサ７５と、排気カムシャフト６２のカム角度を検出する排気カム角センサ７６とからの検出データがそれぞれ信号として入力する。コントローラ７０は、これらの入力信号に基づき、過給制御バルブ３２の開度やスロットルバルブ３３のスロットル開度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングを調整する。
【００３０】
次に、図２及び図３を参照して、過給式エンジン１００の運転状態について説明する。
【００３１】
エンジン冷機時には、過給式エンジン１００は、図２（Ａ）に示す運転マップに基づいて運転される。過給式エンジン１００では、過給境界線Ａよりも高エンジン負荷側の領域において過給器３５による過給を行う。
【００３２】
エンジン冷機時には全運転領域において、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングが図２（Ｂ）に示す第１バルブタイミングに設定され、ミラーサイクル運転が実行される。
【００３３】
図２（Ｂ）の第１バルブタイミングでは、排気バルブ６１は、膨張下死点前の所定時期ＥＶＯ1で開弁し、排気上死点前の所定時期ＥＶＣ1で閉弁する。吸気バルブ５１は、排気バルブ閉弁時期とほぼ同タイミングであって、排気上死点前の所定時期ＩＶＯ1で開弁し、吸気下死点後の所定時期ＩＶＣ1で閉弁する。過給式エンジン１００では、実圧縮比が低下するように吸気バルブ５１の閉弁時期を吸気下死点後に設定することで、いわゆる吸気バルブ遅閉じのミラーサイクル運転を実現する。
【００３４】
一方、エンジン暖機時には、過給式エンジン１００は、図３（Ａ）に示す運転マップに基づいて運転される。
【００３５】
図３（Ａ）の運転マップは、低エンジン回転速度側と低エンジン負荷側とを含む低回転速度・低負荷領域Ｒ1と、過給境界線Ｂよりも低エンジン負荷側の中負荷領域Ｒ2と、過給境界線Ｂよりも高エンジン負荷側の過給領域Ｒ3との３つに分けられる。なお、図３（Ａ）において、エンジン暖機時における過給境界線Ｂ（実線）はエンジン冷機時における過給境界線Ａ（破線）よりも低エンジン負荷側にシフトする。
【００３６】
低回転速度・低負荷領域Ｒ1では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は、エンジン冷機時と同様の第１バルブタイミングに設定される。
【００３７】
過給領域Ｒ3では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は図３（Ｂ）に示す第３バルブタイミングに設定され、ミラーサイクル運転が実行される。
【００３８】
図３（Ｂ）の第３バルブタイミングでは、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は、第１バルブタイミングに対して遅角制御される。排気バルブ６１は、膨張下死点前の所定時期ＥＶＯ2で開弁し、排気上死点である所定時期ＥＶＣ2で閉弁する。吸気バルブ５１は、排気バルブ閉弁時期とほぼ同タイミングであって、排気上死点である所定時期ＩＶＯ2で開弁し、吸気下死点後９０度の所定時期ＩＶＣ2で閉弁する。
【００３９】
第３バルブタイミングでは、吸気バルブ５１は第１バルブタイミングよりも遅閉じされるので、実圧縮比がさらに低下する。
【００４０】
中負荷領域Ｒ2では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は図３（Ｃ）に示す第２バルブタイミングに設定され、ミラーサイクル運転が実行される。
【００４１】
図３（Ｃ）の第２バルブタイミングでは、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１は第３バルブタイミングに対して遅角制御される。排気バルブ６１は、膨張下死点前の所定時期ＥＶＯ3で開弁し、排気上死点後の所定時期ＥＶＣ3で閉弁する。吸気バルブ５１は、排気上死点後の所定時期ＩＶＯ3で開弁し、吸気下死点後９０度よりも遅い所定時期ＩＶＣ3で閉弁する。
【００４２】
第２バルブタイミングでは、吸気バルブ５１の開弁期間と排気バルブ６１の開弁期間がオーバラップするように設定され、排気ポート２４内の排気の一部を内部ＥＧＲガスとして燃焼室１２に供給する。また、第２バルブタイミングでは、吸気バルブ５１は第３バルブタイミングよりも遅閉じされるので、実圧縮比がさらに低下する。
【００４３】
ところで、車両が平坦路から登坂路に進入した場合等においては、アクセルペダルを踏み込んでもエンジン回転速度が上昇せずに一定となることがある。エンジン回転速度が一定の場合には、スロットル開度が飽和スロットル開度に達すると、それ以上スロットル開度を大きくしても吸気量が増加しなくなる。そこで、特許文献１に記載の過給式エンジンでは、エンジン回転速度と飽和スロットル開度との関係について考慮し、アクセルペダル踏込み量とエンジン回転速度とに基づいて目標スロットル開度及び目標圧力比を設定する。
【００４４】
しかしながら、飽和スロットル開度は、吸気バルブや排気バルブのバルブ作動状態によっても変化する。
【００４５】
図４は、過給式エンジン１００の吸気量比とスロットル開度との関係を示した図である。吸気量比は、シリンダ内に導入された吸気量と、ＮＡ時におけるシリンダ最大吸気量となるシリンダ実効容積との割合である。線Ｃは、低回転速度・低負荷領域Ｒ1の所定運転点における吸気量比特性を示す。線Ｄは、中負荷領域Ｒ2の所定運転点における吸気量比特性を示す。破線Ｅは、等ブーストラインを示す。
【００４６】
図４に示すように、低回転速度・低負荷領域Ｒ1での第１バルブタイミングにおけるシリンダ実効容積を基準にすると、中負荷領域Ｒ2での第２バルブタイミングにおけるシリンダ実効容積は約６０％程度となる。吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに応じてシリンダ実効容積が変化すると、線Ｃ及び線Ｄに示すように、スロットル開度を増大しても吸気量が増加しなくなる飽和スロットル開度Ｔ1、Ｔ2も変化する。
【００４７】
過給式エンジン１００では、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングは、同じ運転点にあってもエンジン暖機状態によって変化し、暖機後には運転領域によって変化する。そのため過給式エンジン１００において、特許文献１のようにエンジン回転速度と飽和スロットル開度の関係について考慮して目標スロットル開度及び目標圧力比を設定すると、バルブ作動状態によっては過給開始時等にトルク変化が大きくなって、滑らかに出力トルクを変化させることができないという問題がある。
【００４８】
そこで、本実施形態の過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、上記問題を解決するため、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブ作動状態を考慮して目標スロットル開度及び目標圧力比を設定し、スロットルバルブ３３及び過給制御バルブ３２を制御する。
【００４９】
図５は、コントローラ７０が実行する制御ルーチンを説明するフローチャートである。この制御ルーチンは、エンジン１００の運転中に一定間隔、例えば１０ミリ秒間隔で繰り返し実行される。
【００５０】
ステップＳ１０１では、コントローラ７０は、エンジン回転速度とアクセルペダル踏込み量とに基づき、基礎要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＴＳＣを算出する。
【００５１】
なお、エンジン回転速度はクランク角度センサ７３によって検出され、アクセルペダル踏込み量はアクセルペダルセンサ７４によって検出される。アクセルペダル踏込み量は、過給式エンジン１００のエンジン負荷を代表する。
【００５２】
ステップＳ１０２では、コントローラ７０は、エンジン回転速度とアクセルペダル踏込み量とに基づき、目標当量比ＤＭＬを算出する。目標当量比ＤＭＬは、理論空燃比を目標空燃比で割った値である。
【００５３】
ステップＳ１０３では、コントローラ７０は、基礎要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＴＳＣを目標当量比ＤＭＬで割って、要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＣを算出する。要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＣは、目標空燃比に対して必要な吸気量である。
【００５４】
ステップ１０４では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、吸気バルブ５１のバルブタイミングとに基づいて図６（Ａ）に示すマップから、基礎シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶＴＣを算出する。吸気バルブ５１のバルブタイミングは、吸気カム角センサ７５によって検出されるカム角度に基づいて算出される。
【００５５】
図６（Ａ）において、線Ｆは吸気バルブ５１が第１バルブタイミングに設定されている場合を、線Ｇは吸気バルブ５１が第２バルブタイミングに設定されている場合を、線Ｈは吸気バルブ５１が第３バルブタイミングに設定されている場合を示す。
【００５６】
なお、本実施形態では、エンジン回転速度と吸気バルブタイミングとに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を算出したが、吸気バルブタイミングだけで基礎シリンダ最大吸気量を算出してもよく、エンジン回転速度と吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングとに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を算出してもよい。
【００５７】
ステップＳ１０５では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、排気バルブ６１のバルブタイミングとに基づいて図６（Ｂ）のマップから、内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲを算出する。排気バルブ６１のバルブタイミングは、排気カム角センサ７６によって検出されるカム角度に基づいて算出される。
【００５８】
図６（Ｂ）において、線Ｉは排気バルブ６１が第１及び第３バルブタイミングに設定されている場合を示し、線Ｊは排気バルブ６１が第２バルブタイミングに設定されている場合を示す。
【００５９】
なお、本実施形態では、エンジン回転速度と排気バルブタイミングとに基づいて内部ＥＧＲ補正値を算出したが、排気バルブタイミングだけで内部ＥＧＲ補正値を算出してもよく、エンジン回転速度と吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングとに基づいて内部ＥＧＲ補正値を算出してもよい。
【００６０】
ステップＳ１０６では、コントローラ７０は、基礎シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶＴＣに内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲを乗じて、シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶを算出する。
【００６１】
ステップＳ１０７では、コントローラ７０は、ステップＳ１０３で求めた要求シリンダ吸気量ＴＴＰＳＣを、ステップＳ１０６で求めたシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶで割って、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを算出する。
【００６２】
ステップＳ１０８では、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さいか否かを判定する。過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０は、一定値であって、１または１よりも小さな値として設定される。
【００６３】
要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さい場合には、コントローラ７０は、ステップＳ１０９の処理を実行する。それ以外の場合には、コントローラ７０は、ステップＳ１１０の処理を実行する。
【００６４】
ステップＳ１０９では、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０として設定する。また、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０で割った値と、１とを比較して大きい方を、目標圧力比ＴＧＰＲとして設定する。
【００６５】
ステップＳ１１０では、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣと、１とを比較して小さい方を、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０として設定する。また、コントローラ７０は、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０で割った値を、目標圧力比ＴＧＰＲとして設定する。
【００６６】
ステップＳ１１１では、コントローラ７０は、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて目標スロットル開度ＴＴＶＯを算出し、実スロットル開度が目標スロットル開度ＴＴＶＯとなるようにスロットルバルブ３３を駆動する。なお、スロットルバルブ３３の制御については、図８を参照して後述する。
【００６７】
ステップＳ１１２では、コントローラ７０は、実圧力比が目標圧力比ＴＧＰＲとなるように過給制御バルブ３２を駆動する。実圧力比は、過給圧センサ７２によって検出される過給圧を、大気圧センサ７１によって検出される大気圧で割った値である。
【００６８】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を参照して、ステップＳ１０８〜Ｓ１１２の内容についてさらに説明する。
【００６９】
運転者によってアクセルペダルが踏込まれると、アクセルペダル踏込み量、エンジン回転速度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに基づいて算出される要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが図７（Ａ）の実線Ｋに示すように増大する。
【００７０】
要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが、１より小さい値に設定された過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さい場合には、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０は実線Ｌに示すように要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣに設定され、目標圧力比は実線Ｍに示すように１に設定される。
【００７１】
スロットルバルブ３３は図７（Ｂ）に示すように目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて開弁され、過給制御バルブ３２は図７（Ｃ）に示すように目標圧力比ＴＧＰＲに基づいて全開とされる。要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも小さい場合には、スロットルバルブ３３によって、過給式エンジン１００に供給される吸気量を制御する。
【００７２】
これに対して、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも大きくなると、実線Ｌに示すように、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが１を越えるまでは目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０は要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣに設定され、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが１を１越えた後は目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０は１に設定される。目標圧力比は、実線Ｍに示すように、要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣを過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０で割った値に設定される。
【００７３】
スロットルバルブ３３は、図７（Ｂ）に示すように目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて開弁され、過給制御バルブ３２は図７（Ｃ）に示すように目標圧力比ＴＧＰＲに基づいて閉弁される。要求吸気量比ＴＧＱＨ０ＳＣが過給開始吸気量比ＳＣＱＨ０よりも大きい場合には、過給制御バルブ３２によって過給器３５の過給圧を制御し、過給式エンジン１００に供給される吸気量を制御する。すなわち、要求吸気量比が過給開始吸気量比より大きくなる時のスロットル開度が飽和スロットル開度となる。
【００７４】
図８を参照して、図５のステップＳ１１１で実行されるスロットルバルブ制御のサブルーチンについて説明する。
【００７５】
ステップＳ２０１では、コントローラ７０は、目標スロットル通過吸気量比ＴＧＴＨＱＨ０に基づいて、目標基本正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶ０を算出する。
【００７６】
ステップＳ２０２では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、基準吸気バルブタイミングとに基づいて、基準シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴを算出する。基準吸気バルブタイミングは、例えば第１バルブタイミングにおける吸気バルブタイミングである。したがって、基準シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴは、図６（Ａ）の線Ｆを参照することで得られる。
【００７７】
ステップＳ２０３では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、基準排気バルブタイミングとに基づいて、基準内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲＳＴを算出する。基準排気バルブタイミングは、例えば第１バルブタイミングにおける排気バルブタイミングである。したがって、基準内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲＳＴは、図６（Ｂ）の線Ｉを参照することで得られる。
【００７８】
ステップＳ２０４では、コントローラ７０は、基準シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴに基準内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲＳＴを乗ずることで、基準バルタイシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴＶを算出する。
【００７９】
ステップＳ２０５では、コントローラ７０は、基準バルタイシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＳＴＶを、図５のＳ１０６で求めたシリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶで割ることによって、シリンダ実効容積比ＶＣＹＬＲを算出する。
【００８０】
ステップＳ２０６では、コントローラ７０は、ステップＳ２０１で求めた目標基本正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶ０にシリンダ実効容積比ＶＣＹＬＲを乗ずることで、目標正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶを算出する。
【００８１】
ステップＳ２０７では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と、エンジン毎に定まる排気量と、目標正規化総開口面積ＴＧＡＤＮＶとに基づき、目標スロットル開口面積ＴＡＴＨを算出する。
【００８２】
ステップＳ２０８では、コントローラ７０は、目標スロットル開口面積ＴＡＴＨから開口面積−開度変換テーブルを参照して、目標スロットル開度ＴＴＶＯを算出する。
【００８３】
ステップＳ２０９では、コントローラ７０は、実スロットル開度が目標スロットル開度となるように、スロットルバルブ３３を駆動する。
【００８４】
次に、過給式エンジン１００の吸気量制御装置における作用・効果について説明する。
【００８５】
過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、アクセルペダル踏込み量、エンジン回転速度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに基づいて算出される要求吸気量比に基づいて、目標スロットル開度及び目標圧力比を設定する。より具体的には、図６（Ａ）に示すように、吸気バルブタイミングが遅閉じになるほどシリンダ最大吸気量が小さくなるので、要求吸気量比が大きくなる傾向になり、その結果要求シリンダ吸気量が小さい段階から過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。すなわち、吸気バルブタイミングが遅閉じになるほど飽和スロットル開度が小さくなり、スロットル開度が小さい段階から過給を開始する。
【００８６】
図９は、エンジン暖機時にアクセルペダルを踏み込んで、過給式エンジン１００の運転点が中負荷領域Ｒ2から過給領域Ｒ3に移行した場合を例示したものである。
【００８７】
図９に示すようにアクセルペダルが踏み込まれて、時刻ｔ１においてスロットル開度が中負荷領域Ｒ2での飽和スロットル開度Ｔ1（図４参照）に達すると、過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。
【００８８】
しかしながら、中負荷領域Ｒ2からの加速にかかわらず、図９（Ｃ）の一点鎖線に示すように低回転速度・低負荷領域Ｒ1での飽和スロットル開度Ｔ2（図４参照）で過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始すると、スロットル開度がＴ1からＴ2になるまでの時刻ｔ1〜ｔ2の間は、図９（Ｄ）の破線に示すように吸気量がほとんど増加しなくなるので、アクセルペダル踏込み量に応じて過給式エンジン１００の出力トルクが滑らかに変化しなくなる。
【００８９】
過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、図９（Ｂ）の実線に示すようにスロットル開度がＴ1となる時に、図９（Ｃ）の実線に示すように過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。そのため、図９（Ｄ）の実線に示すように、アクセルペダル踏込み量に応じて吸気量を滑らかに変化させることができる。
【００９０】
また、図３（Ｃ）に示す第２バルブタイミングの特性のように吸気バルブ５１の開弁期間と排気バルブ６１の開弁期間がオーバラップして内部ＥＧＲガスが燃焼室１２に供給される場合には、シリンダへの吸気量が減少するため、シリンダ最大吸気量が減少する。その結果、要求吸気量比が大きくなる傾向になって、要求シリンダ吸気量が小さい段階から過給制御バルブ３２を閉弁して過給を開始する。すなわち、内部ＥＧＲガスが多いほど飽和スロットル開度が小さくなり、スロットル開度が小さい段階から過給を開始する。
【００９１】
以上により、過給式エンジン１００の吸気量制御装置では下記の効果を得ることができる。
【００９２】
過給式エンジン１００の吸気量制御装置は、アクセルペダル踏込み量、エンジン回転速度、吸気バルブ５１及び排気バルブ６１のバルブタイミングに基づいて算出される要求吸気量比に基づいて、目標スロットル開度及び目標圧力比を設定するので、アクセルペダル踏込み量に応じて吸気量を滑らかに変化させることができ、過給式エンジン１００の出力トルクを滑らかに変化させることができる。
【００９３】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００９４】
本実施形態では、過給式エンジン１００の過給器３５をスーパーチャージャで構成するようにしたが、これに限れるものではなく、過給器３５をターボチャージャで構成するようにしてもよい。この場合には、ウェストゲートバルブの開度を制御することで過給圧制御を行う。
【００９５】
また、過給式エンジン１００は、吸気バルブ５１の開閉時期を制御する吸気ＶＴＣ５３を備えるように構成したが、吸気バルブ５１の開閉時期だけでなくリフト量も制御する可変動弁装置を備えるように構成してもよい。この場合には、図５のステップＳ１０６において、基礎シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶＴＣに内部ＥＧＲ補正値ＩＮＴＥＧＲを乗じ、さらにバルブリフト流速補正係数を乗ずることで、シリンダ最大吸気量ＴＰＭＡＸＶを算出する。バルブリフト流速補正係数は、エンジン回転速度と吸気バルブ５１のリフト量とに基づいて算出される。
【符号の説明】
【００９６】
１００ 過給式エンジン
２３ 吸気ポート
２４ 排気ポート
３０ 吸気通路
３１ エアフローメータ
３２ 過給制御バルブ
３３ スロットルバルブ
３５ 過給器
３６ インタークーラ
４０ 排気通路
５１ 吸気バルブ
６１ 排気バルブ
７０ コントローラ（吸気制御手段）
７１ 大気圧センサ
７２ 過給圧センサ
７３ クランク角度センサ
７４ アクセルペダルセンサ
７５ 吸気カム角センサ
７６ 排気カム角センサ
Ｓ１０３ 要求シリンダ吸気量算出手段
Ｓ１０６ シリンダ最大吸気量算出手段
Ｓ１０７ 要求吸気量比算出手段
Ｓ１０８〜Ｓ１１０ 目標値設定手段
Ｓ１１１、Ｓ１１２ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路の吸気流通面積を変化させるスロットルバルブと、吸気を過給する過給器と、エンジン運転状態に応じて吸気バルブのバルブタイミングを変更する吸気可変動弁装置と、を備え、アクセルペダル踏込み量の増加に応じてスロットル開度を増加させ、所定のスロットル開度に達した時に前記過給器による吸気の過給を開始して吸気量を増加させる吸気量制御装置であって、
前記吸気バルブのバルブタイミングに応じて前記所定のスロットル開度を変更する吸気制御手段を備える、
ことを特徴とする吸気量制御装置。
【請求項２】
前記所定のスロットル開度は、前記スロットルバルブがこれ以上開いても吸気量が増加しない飽和スロットル開度である、
ことを特徴とする請求項１に記載の吸気量制御装置。
【請求項３】
前記吸気制御手段は、内部ＥＧＲガス量に応じて前記所定のスロットル開度を変更する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸気量制御装置。
【請求項４】
前記吸気制御手段は、
エンジン回転速度とアクセルペダル踏込み量とに基づいて要求シリンダ吸気量を算出する要求シリンダ吸気量算出手段と、
吸気バルブタイミングに基づいてシリンダ最大吸気量を算出するシリンダ最大吸気量算出手段と、
前記要求シリンダ吸気量と前記シリンダ最大吸気量とに基づいて要求吸気量比を算出する要求吸気量比算出手段と、
前記要求吸気量比に基づいて、前記スロットルバルブの目標スロットル開度と前記過給器の目標過給圧とを設定する目標値設定手段と、
前記スロットルバルブのスロットル開度を目標スロットル開度に制御するとともに、前記過給器による過給圧を目標過給圧に制御する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の吸気量制御装置。
【請求項５】
前記過給式エンジンは、排気バルブのバルブタイミングを変更する排気可変動弁装置を備え、
前記シリンダ最大吸気量算出手段は、吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングとエンジン回転速度とに基づいて前記シリンダ最大吸気量を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の吸気量制御装置。
【請求項６】
前記シリンダ最大吸気量算出手段は、吸気バルブタイミングに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を算出し、排気バルブタイミングに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を補正する補正値を算出し、基礎シリンダ最大吸気量と補正値とに基づいて前記シリンダ最大吸気量を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の吸気量制御装置。
【請求項７】
前記要求吸気量比算出手段は、前記要求シリンダ吸気量を前記シリンダ最大吸気量で割ることで前記要求吸気量比を算出する、
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１つに記載の吸気量制御装置。
【請求項１】
吸気通路の吸気流通面積を変化させるスロットルバルブと、吸気を過給する過給器と、エンジン運転状態に応じて吸気バルブのバルブタイミングを変更する吸気可変動弁装置と、を備え、アクセルペダル踏込み量の増加に応じてスロットル開度を増加させ、所定のスロットル開度に達した時に前記過給器による吸気の過給を開始して吸気量を増加させる吸気量制御装置であって、
前記吸気バルブのバルブタイミングに応じて前記所定のスロットル開度を変更する吸気制御手段を備える、
ことを特徴とする吸気量制御装置。
【請求項２】
前記所定のスロットル開度は、前記スロットルバルブがこれ以上開いても吸気量が増加しない飽和スロットル開度である、
ことを特徴とする請求項１に記載の吸気量制御装置。
【請求項３】
前記吸気制御手段は、内部ＥＧＲガス量に応じて前記所定のスロットル開度を変更する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸気量制御装置。
【請求項４】
前記吸気制御手段は、
エンジン回転速度とアクセルペダル踏込み量とに基づいて要求シリンダ吸気量を算出する要求シリンダ吸気量算出手段と、
吸気バルブタイミングに基づいてシリンダ最大吸気量を算出するシリンダ最大吸気量算出手段と、
前記要求シリンダ吸気量と前記シリンダ最大吸気量とに基づいて要求吸気量比を算出する要求吸気量比算出手段と、
前記要求吸気量比に基づいて、前記スロットルバルブの目標スロットル開度と前記過給器の目標過給圧とを設定する目標値設定手段と、
前記スロットルバルブのスロットル開度を目標スロットル開度に制御するとともに、前記過給器による過給圧を目標過給圧に制御する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の吸気量制御装置。
【請求項５】
前記過給式エンジンは、排気バルブのバルブタイミングを変更する排気可変動弁装置を備え、
前記シリンダ最大吸気量算出手段は、吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングとエンジン回転速度とに基づいて前記シリンダ最大吸気量を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の吸気量制御装置。
【請求項６】
前記シリンダ最大吸気量算出手段は、吸気バルブタイミングに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を算出し、排気バルブタイミングに基づいて基礎シリンダ最大吸気量を補正する補正値を算出し、基礎シリンダ最大吸気量と補正値とに基づいて前記シリンダ最大吸気量を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の吸気量制御装置。
【請求項７】
前記要求吸気量比算出手段は、前記要求シリンダ吸気量を前記シリンダ最大吸気量で割ることで前記要求吸気量比を算出する、
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１つに記載の吸気量制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１６４０４５（Ｐ２０１０−１６４０４５Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１９２６６（Ｐ２００９−２１９２６６）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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