(57)【要約】【課題】吸気量を正確に検出する。【解決手段】吸気弁６をリフトするための可変動弁装置１６であって、吸気弁の開弁量を変更可能な可変動弁装置を備える。吸気弁の開弁時における機関運転状態に関するパラメータから吸気量の第１の推定値Ｇａｏを算出する手段と、吸気弁の閉弁時における機関運転状態に関するパラメータから吸気量の第２の推定値Ｇａｃを算出する手段と、第１の推定値と第２の推定値とに基づいて実際の吸気量Ｇａを算出する吸気量算出手段とを具備する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁をリフトするための可変動弁装置であって、吸気弁の開弁量を変更可能な可変動弁装置を備えた内燃機関において、吸気弁の開弁時における機関運転状態に関するパラメータから吸気量の第１の推定値を算出する手段と、吸気弁の閉弁時における機関運転状態に関するパラメータから吸気量の第２の推定値を算出する手段と、第１の推定値と第２の推定値とに基づいて実際の吸気量を算出する吸気量算出手段とを具備することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
実際の吸気量に対する各吸気量の推定値の重みを表す重み係数を算出する係数算出手段をさらに具備し、上記吸気量算出手段は、第１の推定値と第２の推定値と上記重み係数とに基づいて実際の吸気量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
上記係数算出手段は、吸気弁の開弁時から吸気弁の閉弁時の間における機関運転状態に関するパラメータの変化過程を考慮して上記重み係数を算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変動弁装置を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁をリフトするための動弁装置であって、吸気弁の開弁量（最大リフト量および作用角）を変更可能な動弁装置（以下、可変動弁装置と称す）を備えた内燃機関が、特許文献１に開示されている。こうした可変動弁装置を備えた内燃機関では、吸気弁の開弁量を制御することによって、燃焼室内に吸入される空気の量（吸気量）を制御している。
【０００３】
ところで、吸気弁の開弁量を制御することによって吸気量を制御している場合、単に、吸気量センサなどによって吸気量を検出しようとしても、機関運転状態によっては、燃焼室内に吸入される前の空気の脈動や吸気量センサの応答遅れなどによって、吸気量センサによって検出された吸気量が実際の吸気量に一致しないことがある。そこで、上記公報では、吸気弁の閉弁タイミングと機関回転数とに基づいて、吸気量を計算によって算出するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５９３２３号公報
【特許文献２】
特開２０００−８０９５２号公報
【特許文献３】
特開２００１−５００９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、吸気弁の開弁量を制御することによって吸気量を制御するようにしている場合、吸気量センサなどによって吸気量を検出しようとしても、機関運転状態によっては、吸気量センサによって検出された吸気量が実際の吸気量に一致しないことがある。すなわち、吸気弁の開弁量を制御することによって吸気量を制御するようにしている場合に、吸気量を正確に把握するためには、吸気量センサなどのセンサによって検出する以外の手段によって吸気量を検出する必要がある。そこで、本発明の目的は、可変動弁装置を備えた内燃機関において、吸気量を正確に検出することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、吸気弁をリフトするための可変動弁装置であって、吸気弁の開弁量を変更可能な可変動弁装置を備えた内燃機関において、吸気弁の開弁時における機関運転状態に関するパラメータから吸気量の第１の推定値を算出する手段と、吸気弁の閉弁時における機関運転状態に関するパラメータから吸気量の第２の推定値を算出する手段と、第１の推定値と第２の推定値とに基づいて実際の吸気量を算出する吸気量算出手段とを具備する。ここで、吸気弁の開弁量は、後述する実施形態において、吸気弁の最大リフト量、または、吸気弁の作用角、または、これら両方に相当する。
２番目の発明では、１番目の発明において、実際の吸気量に対する各吸気量の推定値の重みを表す重み係数を算出する係数算出手段をさらに具備し、上記吸気量算出手段は、第１の推定値と第２の推定値と上記重み係数とに基づいて実際の吸気量を算出する。
３番目の発明では、２番目の発明において、上記係数算出手段は、吸気弁の開弁時から吸気弁の閉弁時の間における機関運転状態に関するパラメータの変化過程を考慮して上記重み係数を算出する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の１つの実施形態について説明する。図１は、本発明の１つの実施形態の可変動弁装置を備えた内燃機関を示している。本実施形態において内燃機関は火花点火式の内燃機関であるが、圧縮着火式のディーゼル内燃機関でもよい。
【０００８】
図１において、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はピストン、４は燃焼室、５は燃料噴射弁、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は吸気管、９は排気弁、１０は排気ポート、１１は排気管、１２はエアクリーナである。吸気管８には、サージタンク１３が形成されている。また、吸気管８には、その流路を絞るためのスロットル弁１４が配置されている。このスロットル弁１４は、通常、全開とされている。スロットル弁１４には、ステップモータ１５が接続されており、スロットル弁１４はこのステップモータ１５によって駆動せしめられる。
【０００９】
また、吸気弁６には、それをリフトするための動弁装置１６が接続されている。この動弁装置１６は、図２に示したように、吸気弁６の開弁量（すなわち、吸気弁６の最大リフト量および吸気弁６の開弁期間に相当する作用角）を変更可能な可変動弁装置である。図２において、縦軸はリフト量Ｌであり、曲線ＳＣは最大リフト量が最も小さい吸気弁６のリフト曲線（以下、最小リフト曲線と称す）であり、曲線ＬＣは最大リフト量が最も大きい吸気弁６のリフト曲線（以下、最大リフト曲線と称す）であり、本発明の可変動弁装置１６は、これら最小リフト曲線ＳＣと最大リフト曲線ＬＣとの間において連続的にリフト曲線を変更可能である。なお、本実施形態の可変動弁装置１６では、リフト曲線が変更せしめられると吸気弁６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングが変化する。
【００１０】
ところで、図３は、吸気弁６が最小リフト曲線ＳＣに沿ってリフトせしめられるときの吸気管８内の圧力（吸気圧）Ｐｉ、燃焼室４内の圧力（筒内圧）Ｐｃ、および、燃焼室４に吸入される空気の量（吸気量）Ｇａの推移を示している。なお、図３において、横軸はクランク角度ＣＡである。図３に示した例では、吸気弁６は排気上死点ＴＤＣ直後のタイミングで開弁せしめられ、リフト量が徐々に大きくなる。このとき、吸気圧Ｐｉはほぼ一定の値（例えば、大気圧近傍の値）で推移するが、筒内圧Ｐｃは徐々に低下する。そして、吸気量Ｇａは徐々に多くなる。図３に示した例では、吸気弁６は吸気下死点ＢＤＣよりもかなり前のタイミングで閉弁せしめられる。
【００１１】
一方、図４は、吸気弁６が最大リフト曲線ＬＣに沿ってリフトせしめられるときの吸気圧Ｐｉ、筒内圧Ｐｃ、および、吸気量Ｇａの推移を示している。なお、図４においても、横軸はクランク角度ＣＡである。図４に示した例では、吸気弁６は排気上死点ＴＤＣ直前のタイミングで開弁せしめられ、リフト量が徐々に大きくなる。このとき、吸気圧Ｐｉはほぼ一定の値（例えば、大気圧近傍の値）で推移し、筒内圧Ｐｃもほぼ一定の値（例えば、大気圧近傍の値）で推移する。そして、吸気量Ｇａは徐々に多くなり、図３に示した例において最終的に到達する吸気量Ｇａよりも多い値にまで到達する。なお、図４に示した例では、吸気弁６は吸気下死点ＢＤＣ近傍のタイミングで閉弁せしめられる。
【００１２】
図３に示した例と図４に示した例とを比べると分かるように、吸気弁６が異なるリフト曲線に沿ってリフトせしめられると、吸気量Ｇａも異なることとなる。
【００１３】
ところで、可変動弁装置１６は機関回転数と要求トルクとに応じて吸気弁６のリフト曲線を制御する。詳細には、可変動弁装置１６は、機関回転数が大きいほど吸気弁６のリフト曲線を最大リフト曲線側にずらし、これにより吸気弁６の開弁量を大きくして吸気量を多くし、要求トルクが大きいほど吸気弁６のリフト曲線を最大リフト曲線側にずらし、これにより吸気弁６の開弁量を大きくして吸気量を多くする。そして、本発明では、燃焼室４内の混合気の空燃比が所望の空燃比となるように吸気量に応じて燃料噴射弁５からの燃料の噴射量（燃料噴射量）を制御する。
【００１４】
ところで、上述したように、本実施形態では、吸気量に応じて燃料噴射量が制御される。したがって、燃焼室４内の混合気の空燃比を確実に所望の空燃比とするためには、吸気量を正確に把握する必要がある。そこで、吸気弁６のリフト量とその他の機関運転に関するパラメータとに基づいて計算によって吸気量を算出するという方法を採用することが考えられるが、この方法では、例えば、図５または図６に示したようにリフト曲線が変化する場合、実際の吸気量を正確に算出できないことがある。
【００１５】
図５は、吸気行程中に要求トルクが小さくなり、吸気弁６のリフト曲線が最大リフト曲線から最小リフト曲線に変更される例を示している。この例では、吸気弁６の開弁時においては吸気弁６のリフト曲線は最大リフト曲線に設定されているので、初期段階では、吸気弁６は最大リフト曲線ＬＣに沿ってリフトせしめられる。しかしながら、吸気行程途中で、要求トルクが小さくなり、吸気弁６のリフト曲線が最大リフト曲線ＬＣから最小リフト曲線ＳＣに変更されるので、吸気弁６のリフト曲線は徐々に最小リフト曲線ＳＣに向かって変化し、終期段階では、最小リフト曲線ＳＣに沿ってリフトせしめられる。したがって、この例では、吸気弁６は図５において実線で示したリフト曲線に沿ってリフトせしめられる。
【００１６】
一方、図６は、吸気行程中に要求トルクが大きくなり、吸気弁６のリフト曲線が最小リフト曲線から最大リフト曲線に変更される例を示している。この例では、吸気弁６の開弁時においては吸気弁６のリフト曲線は最小リフト曲線に設定されているので、初期段階では、吸気弁６は最小リフト曲線ＳＣに沿ってリフトせしめられる。しかしながら、吸気行程途中で、要求トルクが小さくなり、吸気弁６のリフト曲線が最小リフト曲線ＳＣから最大リフト曲線ＬＣに変更されるので、吸気弁６のリフト曲線は徐々に最大リフト曲線ＬＣに向かって変化し、終期段階では、最大リフト曲線ＬＣに沿ってリフトせしめられる。したがって、この例では、吸気弁６は図６において実線で示したリフト曲線に沿ってリフトせしめられる。
【００１７】
これら図５および図６に示したように、吸気弁６のリフト曲線（開弁量）が変化する場合、吸気弁６の開弁時に設定されていたリフト曲線から吸気量を算出しても、もちろん、これは真の吸気量ではない。また、吸気弁６のリフト曲線（開弁量）を正確に把握して、このリフト曲線から吸気量を計算するという方法を採用すれば、真の吸気量が算出されるが、この方法は非常に煩雑である。
【００１８】
そこで、本実施形態では、吸気弁６が開弁せしめられたときに、そのときの機関運転状態に関するパラメータ（以下、運転パラメータと称す）、すなわち、そのときに設定されている吸気弁６の開弁量（すなわち、吸気弁６の最大リフト量、または、吸気弁６の作用角、または、これら両方）、吸気弁６の開弁タイミング、そのときの吸気圧、および、そのときの機関回転数の少なくとも１つに基づいて、今回の吸気行程において燃焼室４内に吸入されると推定される吸気量を第１の推定値として算出する。
【００１９】
次いで、本実施形態では、吸気弁６が閉弁せしめられたときに、そのときの機関パラメータ、すなわち、そのときに設定されている吸気弁６の開弁量（すなわち、吸気弁６の最大リフト量、または、吸気弁６の作用角、または、これら両方）、吸気弁６の閉弁タイミング、そのときの吸気圧、および、そのときの機関運転状態の少なくとも１つに基づいて、今回の吸気行程において燃焼室４内に吸入されたと推定される吸気量を第２の推定値として算出する。
【００２０】
そして、吸気弁６の開弁時の運転パラメータと吸気弁６の閉弁時の運転パラメータとの差、すなわち、運転パラメータの変化量に基づいて、実際の吸気量に対する各推定値の影響度合（重み）を示す重み係数を、図７および図８に示した関係を用いて算出する。そして、この重み係数と第１の推定値と第２の推定値とに基づいて、式Ｇａ＝Ｇａｏ＋（Ｇａｃ−Ｇａｏ）×Ｋから、実際の吸気量を算出する。ここで、Ｇａは実際の吸気量、Ｇａｏは第１の推定値、Ｇａｃは第２の推定値、Ｋは重み係数である。なお、重み係数Ｋは、本発明では、吸気弁６の開弁時からその閉弁時までの間における機関パラメータの変化過程を考慮して算出され、本実施形態では、図７および図８から求まる４つの重み係数Ｋ１〜Ｋ４の平均である。
【００２１】
斯くして、本実施形態によれば、吸気行程において吸気弁６のリフト曲線が変更されたとしても、実際の吸気量を正確に把握することができる。
【００２２】
なお、図７（Ａ）は吸気弁６の作用角の変化量ΔＡと重み係数Ｋ１との関係を示している。図７（Ａ）に示されているように、作用角の変化量ΔＡがゼロであるとき、すなわち、作用角が全く変化しなかったときには、重み係数Ｋ１はゼロであり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは吸気弁６の開弁時における運転パラメータから推定された第１の推定値Ｇａｏとなる。そして、作用角の変化量ΔＡが大きくなると、重み係数Ｋ１も大きくなり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは吸気弁６の閉弁時における運転パラメータから推定された第２の推定値Ｇａｃに近づく。
【００２３】
また、図７（Ｂ）は吸気弁６の最大リフト量の変化量ΔＬと重み係数Ｋ２との関係を示している。図７（Ｂ）に示されているように、最大リフト量の変化量ΔＬはゼロであるとき、すなわち、最大リフト量が全く変化しなかったときには、重み係数Ｋ２はゼロであり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは第１の推定値Ｇａｏとなる。そして、最大リフト量の変化量ΔＬが大きくなると、重み係数Ｋ２も大きくなり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは第２の推定値Ｇａｃに近づく。
【００２４】
また、図８（Ａ）は吸気量の閉弁タイミングの変化量ΔＴと重み係数Ｋ３との関係を示している。図８（Ａ）に示されているように、閉弁タイミングの変化量ΔＴはゼロであるとき、すなわち、閉弁タイミングが全く変化しなかったときには、重み係数Ｋ３はゼロであり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは第１の推定値Ｇａｏとなる。そして、閉弁タイミングの変化量ΔＴが大きくなると、重み係数Ｋ３も大きくなり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは第２の推定値Ｇａｃに近づく。
【００２５】
また、図８（Ｂ）は吸気圧の変化量ΔＰｉと重み係数Ｋ４との関係を示している。図８（Ａ）に示されているように、吸気圧の変化量ΔＰｉがゼロであるとき、すなわち、吸気圧が全く変化しなかったときには、重み係数Ｋ４はゼロであり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは第１推定値Ｇａｏとなる。そして、吸気圧の変化量ΔＰｉが大きくなると、重み係数Ｋ４も大きくなり、この場合、上記式から分かるように、吸気量Ｇａは第２の推定値Ｇａｃに近づく。
【００２６】
もちろん、重み係数Ｋは図７および図８から算出される４つの重み係数Ｋ１〜Ｋ４のうち幾つかのみを利用して算出してもよい。
【００２７】
図９は、上述した実施形態に従って吸気量を算出するルーチンの一例を示した図である。図９に示したルーチンでは、始めに、ステップ１０において、機関始動フラグＦｓがセットされている（Ｆｓ＝１）か否かが判別される。ここで、機関始動フラグＦｓは内燃機関が始動されたときにセットされ、内燃機関が始動された後、一定時間が経過したときにリセットされるフラグである。
【００２８】
ステップ１０において、Ｆｓ＝０であると判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ１０において、Ｆｓ＝１であると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進んで、吸気弁６の開弁時の機関パラメータに基づいて今回の吸気行程において燃焼室４内に吸入されると推定される吸気量として第１の推定値Ｇａｏが算出される。
【００２９】
次いで、ステップ１２において、吸気弁６の閉弁時の機関パラメータに基づいて今回の吸気行程において燃焼室４内に吸入されたと推定される吸気量として第２の推定値Ｇａｃが算出される。次いで、ステップ１３において、重み係数Ｋが算出され、次いで、ステップ１４において、上記式Ｇａ＝Ｇａｏ＋（Ｇａｃ−Ｇａｏ）×Ｋから、実際の吸気量Ｇａが算出される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気弁の開弁時に推定される吸気量と吸気弁の閉弁時に推定される吸気量とから実際の吸気量を算出するという手段によって実際の吸気量が算出される。したがって、吸気行程中に吸気弁のリフト特性が変化したとしても、実際の吸気量が正確に検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の可変動弁装置を備えた内燃機関を示した図である。
【図２】本発明の実施形態の可変動弁装置によって達成可能な吸気弁のリフト曲線を示した図である。
【図３】最小リフト曲線でもって吸気弁がリフトせしめられたときの吸気圧等の推移を示した図である。
【図４】最大リフト曲線でもって吸気弁がリフトせしめられたときの吸気圧等の推移を示した図である。
【図５】吸気弁のリフト曲線が最大リフト曲線から最小リフト曲線に変更せしめられたときの吸気圧等の推移を示した図である。
【図６】吸気弁のリフト曲線が最小リフト曲線から最大リフト曲線に変更せしめられたときの吸気圧等の推移を示した図である。
【図７】（Ａ）は１回の吸気行程における作用角の変化量に対する重み係数を算出するための関係を示した図であり、（Ｂ）は１回の吸気行程における吸気弁の最大リフト量の変化量に対する重み係数を算出するための関係を示した図である。
【図８】（Ａ）は１回の吸気行程における吸気弁の閉弁タイミングの変化量に対する重み係数を算出するための関係を示した図であり、（Ｂ）は１回の吸気行程における吸気圧の変化量に対する重み係数を算出するための関係を示した図である。
【図９】本発明の実施形態に従って吸気量を算出するためのルーチンの一例を示した図である。
【符号の説明】
３…ピストン
４…燃焼室
５…燃料噴射弁
６…吸気弁
９…排気弁
１６…可変動弁装置
【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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【図９】
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