(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変動弁式の吸気弁を備え、吸気弁のバルブタイミングを制御することにより吸入空気量を制御する可変動弁エンジンにおいて、吸入空気量計測手段の故障時に吸入空気量を推定する装置であって、
吸入空気量計測手段の故障時に、排気弁の閉タイミングと吸気弁の開タイミングとを、オーバーラップを無くすように固定するバルブタイミング制約手段を設ける一方、
吸入空気量計測手段の故障時に、吸気弁の閉タイミングに基づいて、吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置。
【請求項２】
吸気弁の実際の閉タイミングを検出するバルブタイミング検出手段を有し、前記吸入空気量算出手段は、吸気弁の実際の閉タイミングに基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置。
【請求項３】
前記吸入空気量算出手段は、可変動弁式の吸気弁への指令値である目標閉タイミングに基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置。
【請求項４】
前記吸入空気量算出手段は、吸気弁の閉タイミングの他、少なくともエンジン回転数に基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置。
【請求項５】
前記吸入空気量算出手段は、可変動弁式の吸気弁への指令値である目標閉タイミングを決定するための目標吸入空気量に基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置。
【請求項６】
前記可変動弁式の吸気弁は、電磁駆動式であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブタイミングを任意に制御可能な可変動弁式の吸気弁を備え、吸気弁のバルブタイミングを制御することにより吸入空気量を制御する可変動弁エンジンにおいて、吸入空気量計測手段の故障時に吸入空気量を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可変動弁エンジンにおいても、吸気通路にエアフローメータ等の吸入空気量計測手段を設けて、吸入空気量を計測している（特開平１０−３７７２７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エアフローメータ等の吸入空気量計測手段により計測される吸入空気量は、燃料噴射量の決定等、エンジンの運転に重要なものであり、吸入空気量計測手段の故障時には、空気量を計測できず、エンジンの運転に重大な影響を及ぼす。
【０００４】
通常のエンジンでは、スロットル弁により吸入空気量の制御を行っており、吸入空気量計測手段の故障時には、上記の不都合を回避するため、スロットル弁の開度（開口面積）から吸入空気量を推定し、バックアップとして使用していた。
しかしながら、可変動弁を用い、吸入空気量を吸気弁のバルブタイミングで制御する場合には、スロットル弁が無いか、あるいは吸気管内の負圧を得るために付いているため、吸入空気量計測手段の故障時にスロットル開度から吸入空気量を推定することは不可能であり、上記の不都合を解決できない。
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑み、可変動弁式の吸気弁を備え、吸気弁のバルブタイミングを制御することにより吸入空気量を制御する可変動弁エンジンにおいて、エアフローメータ等の吸入空気量計測手段の故障時に、吸入空気量を的確に推定することのできる吸入空気量推定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、吸入空気量計測手段の故障時に、排気弁の閉タイミングと吸気弁の開タイミングとを、オーバーラップを無くすように固定するバルブタイミング制約手段を設ける一方、吸入空気量計測手段の故障時に、吸気弁の閉タイミングに基づいて、吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
【０００７】
請求項２に係る発明では、吸気弁の実際の閉タイミングを検出するバルブタイミング検出手段を有し、前記吸入空気量算出手段は、吸気弁の実際の閉タイミングに基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記吸入空気量算出手段は、可変動弁式の吸気弁への指令値である目標閉タイミングに基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする。
請求項４に係る発明では、前記吸入空気量算出手段は、吸気弁の閉タイミングの他、少なくともエンジン回転数に基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項５に係る発明では、前記吸入空気量算出手段は、可変動弁式の吸気弁への指令値である目標閉タイミングを決定するための目標吸入空気量に基づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記可変動弁式の吸気弁は、電磁駆動式であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、吸入空気量計測手段の故障時のバックアップ用の吸入空気量を吸気弁の閉タイミングから求めることで、吸入空気量を的確に推定でき、吸入空気量計測手段の故障時のエンジンの運転が可能となる。
また、吸入空気量計測手段の故障時に、排気弁の閉タイミングと吸気弁の開タイミングとを、オーバーラップを無くすように固定することで、吸気弁の閉タイミングに基づく吸入空気量推定の精度を向上させ、かつ推定を簡素にすることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、吸気弁の実際の閉タイミングを検出して用いることで、吸入空気量算出の精度が向上する。
請求項３に係る発明では、吸気弁への指令値である目標閉タイミングを用いることで、センサ類を設けることなく、実施できる。
請求項４に係る発明によれば、吸気弁の閉タイミングの他、エンジン回転数を用いることで、エンジン回転数によって空気の慣性等により充填効率が変わり、吸入空気量に影響を与えるのに対処できる。
【００１１】
請求項５に係る発明によれば、目標閉タイミングを決定するための目標吸入空気量を用いることで、最も簡単に実施できる。
請求項６に係る発明によれば、電磁駆動式の吸気弁を用いることで、制御性が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１３】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００１４】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１５】
図２に戻って、吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、燃料噴射弁９及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１０により制御され、このコントロールユニット１０には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりエンジン回転数を検出可能なクランク角センサ１１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検出するアクセルペダルセンサ１２、吸気通路７にて吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段としてのエアフローメータ１３等から、信号が入力されている。
【００１６】
このエンジン１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６のバルブタイミングを制御、特に吸気弁５の閉タイミング（ＩＶＣ）を早閉じ制御することにより吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行う。
燃料噴射弁９による燃料噴射量は、エアフローメータ１３により計測される吸入空気量に基づいて、所望の空燃比となるように、制御する。但し、エアフローメータ１３の故障時には、吸気弁５のバルブタイミングに基づいて後述するように算出されるバックアップ用の吸入空気量が用いられる。
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ又はノック限界に制御する。
【００１７】
図４はバルブタイミング制御ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、アクセル開度、エンジン回転数等を入力する。
ステップ２では、アクセル開度等に基づいて、目標トルク相当の目標吸入空気量を演算する。この部分は目標吸入空気量演算手段である。
【００１８】
次のステップ１０１では、エアフローメータ１３の故障判定を行う。例えば、エンジン回転数が所定値以上であるにもかかわらず、エアフローメータ１３により計測される吸入空気量が０相当である場合などに、エアフローメータ１３の故障と判定する。
エアフローメータ故障と判定された場合は、ステップ３での目標バルブタイミングの演算に先立って、ステップ１０２で、目標バルブタイミングに制約条件を付加する。具体的には、排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）と吸気弁の開タイミング（ＩＶＯ）とを、オーバーラップを無くすように固定する。この部分がバルブタイミング制約手段に相当する。
【００１９】
ＥＶＣ、ＩＶＯによる吸入空気量への影響は、特にＥＶＣより先にＩＶＯが来るような場合（バルブオーバーラップを有する場合）に、非常に複雑になる。また、ＥＶＣは、シリンダ内の残留ガス量への影響が大きく、残留ガスが多いほど新規に入ってくる空気量が減少する。ＩＶＯは、ＥＶＣと関連して、残留ガス量、新気の吹き抜け量に影響する。よって、これらの条件に予め制約を加えることで、後述する吸入空気量の推定を簡素にしかつ精度を上げることができるようにしている。
【００２０】
ステップ３では、吸気弁及び排気弁の目標バルブタイミングを演算する。この部分は目標バルブタイミング演算手段である。
具体的には、エアフローメータ正常で、制約条件のない場合、吸気弁５の開タイミング（ＩＶＯ）は上死点（ＴＤＣ）付近のタイミングとし、吸気弁５の閉タイミング（ＩＶＣ）は目標吸入空気量及びエンジン回転数に応じて決定する。
排気弁６の開タイミング（ＥＶＯ）及び閉タイミング（ＥＶＣ）は、最も熱効率の良いタイミングとなるように決定する。
【００２１】
エアフローメータ故障で、制約条件がある場合、排気弁６の閉タイミング（ＥＶＣ）と吸気弁５の開タイミング（ＩＶＯ）とを、オーバーラップを無くすように固定した上で、吸気弁５の閉タイミング（ＩＶＣ）を目標吸入空気量及びエンジン回転数に応じて決定する。
ステップ４では、決定された目標バルブタイミングを出力して、吸気弁５及び排気弁６のバルブタイミング制御を行わせる。
【００２２】
図５は吸入空気量演算ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
ステップ１１では、エアフローメータ１３の故障判定を行う。例えば、エンジン回転数が所定値以上であるにもかかわらず、エアフローメータ１３により計測される吸入空気量が０相当である場合などに、エアフローメータ１３の故障と判定する。
エアフローメータ正常と判定された場合は、ステップ１２へ進んで、エアフローメータ１３の出力に基づいて、吸入空気量を演算する。従って、エアフローメータ１３により計測される吸入空気量に基づいて燃料噴射量制御が行われる。
【００２３】
エアフローメータ故障と判定された場合は、ステップ１３，１４へ進む。
ステップ１３では、吸気弁５の実際のバルブタイミングを検出する。具体的には、図２に示してあるように、吸気弁５に対し、バルブタイミング検出手段として、バルブリフトセンサ１４を設け、これにより、吸気弁５の閉タイミング（ＩＶＣ）を検出する。
【００２４】
ステップ１４では、実バルブタイミング（吸気弁５の実際の閉タイミングＩＶＣ）と、エンジン回転数とから、式又はマップなどを用いて、吸入空気量を算出する。この部分がバックアップ用の吸入空気量算出手段に相当する。
具体的には、図６に示すように、エンジン回転数毎のテーブルにより、実ＩＶＣから、吸入空気量を求める。尚、図６において、低回転側では、ＩＶＣが下死点（ＢＤＣ）のときに吸入空気量が最大となるが、高回転側では、吸入空気の慣性によりＩＶＣがＢＤＣ以降のときに吸入空気量が最大となる。
【００２５】
また、必要により、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）とエンジン回転数とから算出した吸入空気量を、大気圧、吸気温度などにより補正する。大気圧、吸気温度は、空気密度が変わることによる空気量（質量）変化分を補正する必要からである。
また、吸気管内の負圧を生成する目的などでスロットル弁を併用している場合は、スロットル開度により補正する。吸気管内の圧力が吸入空気量に影響を及ぼすからである。
【００２６】
このようにして、エアフローメータ１３の故障時には、吸気弁５のバルブタイミングに基づいて算出されたバックアップ用の吸入空気量に基づいて燃料噴射量制御が行われる。
本実施形態によれば、バルブリフトセンサ１４を必要とするが、実際のバルブタイミングを検出して用いることで、吸入空気量算出の精度が向上する。
【００２７】
図７は第２実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフローチャートである。
この実施形態では、エアフローメータ故障と判定された場合に、ステップ１５，１６を実行する。
ステップ１５では、図４のフローのステップ３で演算された目標バルブタイミング、特に吸気弁５の目標閉タイミング（目標ＩＶＣ）を読込む。この部分は目標バルブタイミング読込み手段である。
【００２８】
ステップ１６では、目標バルブタイミング（特に吸気弁５の目標閉タイミング）と、エンジン回転数とから、吸入空気量を算出する。この部分が吸入空気量算出手段に相当する。
本実施形態によれば、バルブリフトセンサ１４を設けずに、実施できる。
【００２９】
図８は第３実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフローチャートである。
この実施形態では、エアフローメータ故障と判定された場合に、ステップ１７，１８を実行する。
ステップ１７では、図４のフローのステップ２で演算された目標吸入空気量を読込む。この部分は目標吸入空気量読込み手段である。
【００３０】
ステップ１８では、目標吸入空気量に基づいて、吸入空気量を算出する。すなわち、目標吸入空気量をそのまま吸入空気量とする。この部分が吸入空気量算出手段に相当する。
本実施形態によれば、バルブリフトセンサ１４を設けずに、最も簡単に実施できる。
尚、以上の実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】第１実施形態のバルブタイミング制御ルーチンのフローチャート
【図５】第１実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフローチャート
【図６】吸入空気量算出方法の説明図
【図７】第２実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフローチャート
【図８】第３実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１  エンジン
２  ピストン
３  燃焼室
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
７  吸気通路
８  排気通路
９  燃料噴射弁
１０  コントロールユニット
１１  クランク角センサ
１２  アクセルペダルセンサ
１３  エアフローメータ
１４  バルブリフトセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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