(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンであって、
少なくとも１つのシリンダ（２）と、
前記シリンダに結合した、少なくとも１つの吸気パイプ（５）および少なくとも１つの排気パイプ（６）と、
前記吸気パイプ（５）および前記排気パイプ（６）の通路を制御する少なくとも１つの吸気バルブ（３）および少なくとも１つの排気バルブ（４）と、
前記吸気バルブ（３）の少なくとも１つのリフトおよび／または開放のタイミングおよび／または閉鎖のタイミングを変化させるシステム（１３）と、
前記吸気パイプ（５）の中の温度（Ｔｕｖ）を検出する第１センサ手段（１１）と、
前記吸気バルブの上流の前記吸気パイプの中の圧力（Ｐｕｖ）を検出する第２センサ手段（１０）と、
前記エンジンの回転数（ｒｐｍ）を検出する第３センサ手段と、
前記排気パイプの中の温度（Ｔｅｘｈ）を検出または算出する第４手段（１２）と、
前記第１センサ手段（１１）、前記第２センサ手段（１０）および前記第３センサ手段から出力される信号を受信して、前記エンジンに吸入される外気の量を算出するように予め準備された電子制御ユニット（９）とを有し、
前記電子制御ユニット（９）は、前記エンジンに吸入される外気の量（Ｍａｉｒ）を、前記吸気バルブの閉鎖の瞬間（ＩＶＣ）における前記シリンダ内の圧力（Ｐｃｙｌ）の演算に基づいて算出するようにプログラムされ、前記吸気バルブの閉鎖の瞬間（ＩＶＣ）における前記シリンダ内の圧力（Ｐｃｙｌ）は、前記吸気バルブの上流の検出した圧力値（Ｐｕｖ）に圧力係数Ｆｐを掛け合わせた以下の式で取得され、
0004545160.tif 000015
前記圧力係数（Ｆｐ）は、エンジン回転数とパラメータとの関数として、前記エンジンについて一意的に、経験的に予め定められた係数であり、
前記パラメータは、経験的に定められ、クランク角が変化するときの吸気バルブリフトのプロファイルを表す、バルブリフトプロファイルの関連パラメータ（ＲＰｖｌｐ）であることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記電子制御ユニットは、前記エンジンに吸入される外気の量（Ｍａｉｒ）を、以下の一般式に基づいて算出するようにプログラムさていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン
0004545160.tif 000016
ここで、
Ｍａｉｒは、前記エンジンに吸入される外気の量であり、
Ｐｕｖは、前記吸気パイプの中の圧力であり、
ｒｐｍは、エンジン回転数であり、
ＲＰｖｌｐ（バルブリフトプロファイル関連パラメータ）は、吸気バルブがバルブリフト形式である場合にのみ考慮が必要な前記吸気バルブリフトプロファイルを表す経験的なパラメータであり、
Ｆｐは、前記シリンダ内の圧力Ｐｃｙｌと前記吸気パイプの中の圧力Ｐｕｖとの比で表される前記圧力係数であって、前記ＲＰｖｌｐおよび前記エンジン回転数の両方の関数として経験的に予め定められており、或いは、Ｆｐは、固定リフトの吸気バルブの場合には前記エンジン回転数のみの関数であり、
Ｖｓｗｅｐｔ（ＶＣＡ）は、吸気行程の間に、ＶＣＡ（吸気バルブの閉鎖）が起こる瞬間までに、前記シリンダ内のピストンの移動分の容積であり、
Ｖｄｅａｄは、前記ピストンがＴＤＣ（上死点）にあるときの燃焼チャンバの容積であり、
ＭＥＧＲは、吸気行程の間に前記シリンダの中に存在する剰余燃焼ガスの量であり、
Ｔｅｘｈは、前記排気パイプの中の温度であり、
Ｒは、前記シリンダに捕捉されたガスの分子量で除した一般ガス定数であり、
Ｔｕｖは、前記吸気パイプの中の温度である。
【請求項３】
前記電子制御ユニット（９）は、前記吸気パイプの中で空気の音波流れを発生させるとき、すなわち、前記吸気パイプ内の圧力と前記シリンダ内の圧力との比が０．５２以下であるときには、前記エンジンに吸入される外気の量（Ｍａｉｒ）を、前記一般式と異なる補助式に基づいて算出するようにプログラムされていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記補助式は、以下の式であることを特徴とする請求項３に記載のエンジン
0004545160.tif 000017
ここで、
Ｋｓｏｎｉｃは、音波状態でのサンブナン係数であり、
Ｆｖ（ＰＰｖｌｐ，ｒｐｍ）は、前記バルブリフトプロファイル（ＲＰｖｌｐ）および前記エンジン回転数（ｒｐｍ）の関連パラメータの関数であるパラメータであり、以下に表され、
0004545160.tif 000018
ここで、
Ａｉｓは、前記吸気バルブの等エントロピー領域であり、
ｈｖ（ＲＰｖｌｐ，ｒｐｍ，ａｎｇｍ）は、前記エンジン回転数に対して前記パラメータＲＰｖｌｐ（バルブリフトプロファイルの関連パラメータ）の特定の値を得ることができる、バルブリフトプロファイルであり、前記バルブリフトプロファイルは、クランク角ａｎｇｍの一般的関数であり、
ＶＯＡ，ＶＣＡは、それぞれ、吸気バルブの開放および閉鎖に対応するクランク角の値である。
【請求項５】
前記ピストンが上死点から下死点に移動するまでの同一の吸気行程において、同一の前記吸気バルブをそれぞれ１回ずつ開放および閉鎖をする副サイクルに従う複数の副駆動によって、前記吸気バルブが複数回数開放および閉鎖されるように駆動される可変バルブ駆動のためのシステムを備えるエンジンの場合には、前記電子制御ユニットは、前記エンジンに吸入される外気の量を、それぞれの前記バルブの開放および閉鎖の副サイクルの各個による部分的寄与を各副駆動が単独の独立した動作であるものとして算出し、その合計として算出するようにプログラムされていることを特徴とする請求項３または４に記載のエンジン。
【請求項６】
前記電子制御ユニットは、最初の前記副サイクルの間に吸入される空気の量が前記一般式または前記補助式に基づいて算出され、それぞれの続いて起こる前記副サイクルの間に吸入される空気の量が前記補助式に基づいて算出されるようにプログラムされていることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
内燃エンジンに吸入される外気の量を決定する方法であって、
前記エンジンは、少なくとも１つのシリンダ（２）と、前記シリンダに結合した、少なくとも１つの吸気パイプ（５）および少なくとも１つの排気パイプ（６）と、前記吸気パイプ（５）および前記排気パイプ（６）の通路を制御する少なくとも１つの吸気バルブ（３）および少なくとも１つの排気バルブ（４）と、前記吸気バルブ（３）の少なくとも１つのリフトおよび／または開放のタイミングおよび／または閉鎖のタイミングを変化させるシステム（１３）とを含み、
前記吸気パイプ（５）の中の温度（Ｔｕｖ）を検出する操作と、
前記吸気バルブの上流の前記吸気パイプの中の圧力（Ｐｕｖ）を検出する操作と、
前記エンジンの回転数（ｒｐｍ）を検出する操作と、
前記排気パイプの中の温度（Ｔｅｘｈ）を検出または算出する操作と、
前記各操作により検出された値に基づいて、前記エンジンに吸入される外気の量を算出する操作とを含み、
前記エンジンに吸入される外気の量（Ｍａｉｒ）は、前記吸気バルブの閉鎖の瞬間（ＩＶＣ）における前記シリンダ内の圧力（Ｐｃｙｌ）の演算に基づいて決定し、前記吸気バルブの閉鎖の瞬間（ＩＶＣ）における前記シリンダ内の圧力（Ｐｃｙｌ）は、前記吸気バルブの上流の検出した圧力値（Ｐｕｖ）に圧力係数Ｆｐを掛け合わせた以下の式で取得し、
0004545160.tif 000019
前記圧力係数（Ｆｐ）は、エンジン回転数とパラメータとの関数として、前記エンジンについて一意的に、経験的に予め定められた係数であり、
前記パラメータは、経験的に定められ、クランク角が変化するときの吸気バルブリフトのプロファイルを表す、バルブリフトプロファイルの関連パラメータ（ＲＰｖｌｐ）であることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記エンジンに吸入される外気の量（Ｍａｉｒ）は、以下の一般式に基づいて算出することを特徴とする請求項７に記載の方法
0004545160.tif 000020
ここで、
Ｍａｉｒは、前記エンジンに吸入される外気の量であり、
Ｐｕｖは、前記吸気パイプの中の圧力であり、
ｒｐｍは、エンジン回転数であり、
ＲＰｖｌｐ（バルブリフトプロファイル関連パラメータ）は、吸気バルブがバルブリフト形式である場合にのみ考慮が必要な前記吸気バルブリフトプロファイルを表す経験的なパラメータであり、
Ｆｐは、前記シリンダ内の圧力Ｐｃｙｌと前記吸気パイプの中の圧力Ｐｕｖとの比で表される前記圧力係数であって、前記ＲＰｖｌｐおよび前記エンジン回転数の両方の関数として経験的に予め定められており、或いは、Ｆｐは、固定リフトの吸気バルブの場合には前記エンジン回転数のみの関数であり、
Ｖｓｗｅｐｔ（ＶＣＡ）は、吸気行程の間に、ＶＣＡ（吸気バルブの閉鎖）が起こる瞬間までに、前記シリンダ内のピストンの移動分の容積であり、
Ｖｄｅａｄは、前記ピストンがＴＤＣ（上死点）にあるときの燃焼チャンバの容積であり、
ＭＥＧＲは、吸気行程の間に前記シリンダの中に存在する剰余燃焼ガスの量であり、
Ｔｅｘｈは、前記排気パイプの中の温度であり、
Ｒは、前記シリンダに捕捉されたガスの分子量で除した一般ガス定数であり、
Ｔｕｖは、前記吸気パイプの中の温度である。
【請求項９】
前記エンジンに吸入される外気の量（Ｍａｉｒ）は、前記吸気パイプの中で空気の音波流れを発生させるとき、すなわち、前記吸気パイプ内の圧力と前記シリンダ内の圧力との比が０．５２以下であるときには、前記一般式と異なる補助式に基づいて算出することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記補助式は、以下の式であることを特徴とする請求項９に記載の方法
0004545160.tif 000021
ここで、
Ｋｓｏｎｉｃは、音波状態でのサンブナン係数であり、
Ｆｖ（ＰＰｖｌｐ，ｒｐｍ）は、前記バルブリフトプロファイル（ＲＰｖｌｐ）および前記エンジン回転数（ｒｐｍ）の関連パラメータの関数であるパラメータであり、以下に表され、
0004545160.tif 000022
ここで、
Ａｉｓは、前記吸気バルブの等エントロピー領域であり、
ｈｖ（ＲＰｖｌｐ，ｒｐｍ，ａｎｇｍ）は、前記エンジン回転数に対して前記パラメータＲＰｖｌｐ（バルブリフトプロファイルの関連パラメータ）の特定の値を得ることができる、バルブリフトプロファイルであり、前記バルブリフトプロファイルは、クランク角ａｎｇｍの一般的関数であり、
ＶＯＡ，ＶＣＡは、それぞれ、吸気バルブの開放および閉鎖に対応するクランク角の値である。
【請求項１１】
前記エンジンに吸入される外気の量は、前記ピストンが上死点から下死点に移動するまでの同一の吸気行程において、同一の前記吸気バルブをそれぞれ１回ずつ開放および閉鎖をする副サイクルに従う複数の副駆動によって、前記吸気バルブが複数回数開放および閉鎖されるように駆動される可変バルブ駆動のためのシステムを備えるエンジンの場合には、それぞれの前記バルブの開放および閉鎖の副サイクルの各個による部分的寄与を各副駆動が単独の独立した動作であるものとして算出し、その合計として算出することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
最初の副サイクルの間に吸入される空気の量は、前記一般式または前記補助式に基づいて算出し、それぞれの続いて起こる副サイクルの間に吸入される空気の量は、前記補助式に基づいて算出することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに吸入される外気量を決定する手段を備えるタイプの内燃エンジンに関する。本発明は、特に、請求項１の冒頭部分に示されるタイプのエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンの両方に、従来のバルブ駆動システムを備えるエンジン、および、バルブのリフト量および／または開放タイミングおよび／または閉塞タイミングを変えるように設計された可変バルブ駆動システムを備えるエンジンにも適合するような、エンジンに吸入される外気の量を決定するための一般的応用方法を提案する必要に端を発する。さらに、検出方法は、例えばターボ過給器または排気再利用（ＥＧＲ）バルブのような、各吸気バルブの上流および各排気バルブの下流のガスの熱力学的条件に影響し、結果としてエンジンによる吸気に影響する１以上の補助アクチュエータを備えるエンジンの場合であっても、妥当性を損なわないことが必要である。
【０００３】
物理的モデルの自動制御装置への統合（モデルに基づく制御）は、適当なフィードバックチェイン（強固なフィードバック制御）との組み合わせにおいて、以下の要求の間で保証されることについての最善の妥協を与える工業用途のための最新の制御様式でますます広まっている方法である。要求とは、（モデルに基づく予測チェインにより与えられ、通常、制御すべきシステムの機械的モデルを動的に逆変換することで構成される）システムの過渡応答の高速化と、（フィードバックチェインによって与えられ、専用のセンサの検出結果に基づく）測定誤差およびシステムの許容誤差の作用の回復とである。
【０００４】
前記構造の例は、図１に見られる仕組みによって示される。
【０００５】
特に、内燃エンジンに適用される電子制御の基本的な機能のひとつ、最初の燃焼シリンダによる吸気量（外気の量ＭＡＩＲと剰余ガス量ＭＥＧＲ）の推定（吸気決定）機能を得るための「モデルに基づく制御」のアプローチは、既に幾度か行われている。
【０００６】
燃焼に寄与する他の作動（例えば、インジェクションされるガソリンの量および点火が制御された内燃エンジンの場合に与えられるスパークの進み）のプログラムを実行するものに基づく、シリンダによる吸気（特に外気）を推定する物理モデルのための要求は、主に、
吸気（および結果的に生じる応答速度の問題）の調整のための最新システムを備えることがかのうな次第に早まる動力学、これに関しては、モータ駆動スロットルであり、さらに、少なくともいくつかの技術的実施において、２つの連続する吸入サイクルの間で外気の吸気量を適宜変化させられる可変バルブ駆動のためのシステムと考えられるものと、
例として加給システム、および／または、ＥＧＲシステム、および／または、エンジンバルブの移送を調整するための可変バルブタイミング（ＶＶＴ）装置、および／または、可変長の分岐を有する吸気マニホールドまたはレール、および／または、可変バルブ駆動のためのシステムを備えるエンジンのモータ駆動スロットルなどのような、全てが吸気量の推定において重要な作用（結果的な吸気の作用の累積の問題）を有する複数の補助空気アクチュエータと、に関連する。
【０００７】
上記物理モデルは、適当な精度を有するシステムの挙動を再現するのに加えて、現行の電子制御ユニットでの実現可能性に関して、
システムの数学モデルの分析的可逆性（アクチュエータに送信される命令の機能のような、吸気の推定を提供する「直接」形に開発された物理モデルは、外気の望ましい捕捉を提供するために、望ましい命令を出すように逆変換されなければならない）と、
限定的なコンピュータ負荷（各吸入現象の前に、それ故燃焼の速度と同じ速度での推測アルゴリズムの実行完了）との、２つの基本的特徴を備える必要がある。
【０００８】
本発明の枠組における技術文献は非常に広範であり、自発点火方式および制御点火方式の両方の内燃エンジンに適用できる方法に関係する。外気吸引の決定のための数学モデルに頼ることは、それが空気と燃料との化学量論的比率を得るために基本的であり、数値計算演算法が開発され改良されてきたので、常に、点火制御されたエンジンの場合にはより広く知られている手法である。
【０００９】
点火制御エンジンのために開発された公知の方法の枠組みにおいて、それらは、異なる２つの解決策の群に明確に区別する必要がある。
【００１０】
公知の解決策の第１の群は、吸気マニホールドの上流にスロットルを備えるエンジン（スロットルエンジン）に使用可能な方法に関する。その中で、スロットルはエンジンによる吸気の調節に使用される（例えば、米国特許第５６３５６３４号および米国特許第６３５２０６５号参照）。前記方法は、典型的に以下を備える数学モデルを基にしている。
吸気マニホールドの環境に理想気体状態方程式が適用される。
吸気マニホールドの圧力状態と吸気行程の終わりにおけるシリンダの圧力状態との間に単純な関係が推定される。
単純なモデル（排気−吸気が平衡）が吸気マニホールドの圧力の推定に使用される。
エンジンに存在し、吸入される空気への作用を有する他のアクチュエータの可能性の存在を考慮するためにさまざまな補正が行われる。
【００１１】
従来のエンジンに適用できる他の解決策は、独国１０３４９６７６Ａ１号公報およびエリクソン、ラース、アンデルセン、インゲマルの「４ストロークＳＩエンジンのシリンダ圧力の分析モデル」ＳＡＥ２００２世界会議、ＳＡＥ第２００２−０１−０３７１刊、２００２年４月３日、ミシガン州デトロイトＸＰ００２３９０２２０により公知である。
【００１２】
第２の解決策の群は、エンジンによる吸気の調整をすることができる可変バルブ駆動のためのシステムを備え、スロットルを備えていないエンジン（非スロットルエンジン）に使用できる方法に関する。可変バルブ駆動のためのシステムは非常に最近の技術的成果であるので、技術文献はスロットルエンジンの群の場合ほどは多くない。
【００１３】
この群に属する解決策を示す重要な文献は、例えば、米国特許第６３２１１５６号に見られ、以下の構成要素を特徴とする。
吸気行程の間にバルブに想定される最大リフト量と考えられる関連エンジンバルブリフト量が導入されている。
外気の流量と前記エンジンのパラメータとの間の関係が経験的な兆候により推定され、他のエンジンのそれ自身に依存する流量における量のために（参照）条件に対応する前記「参照」流量が推測的に決定されている。
前記他のエンジンのそれ自身に依存する流量における量で、前の点において参照される「参照」空気流量を補正する複数の正規化した補正係数の導入が、「参照」条件（例えば、バルブの位相、バルブの上流の圧力の振幅を変化させる装置）と異なる。前記正規化した係数は、前記プロセスに含まれる個別の物理的パラメータとしては働かないが、吸気の流量と関連するエンジンバルブリフトパラメータとの間の関係を「全体的」に修正しようとする。
【００１４】
本発明の１つの目的は、以下の特徴を有する可変バルブ駆動のためのシステムを備えるガソリンまたはディーゼルエンジンに適用され、エンジンに吸入される外気の量を決定するための方法を提案することである。
その特徴は、エンジンにより捕捉される「シリンダ吸気」が、可変バルブ駆動のためのシステムのモータ駆動スロットルなどに従って、必要に応じて制御可能であり、
吸気バルブの上流の条件が、バルブの動作および有り得るモータ駆動スロットルに関わりなく、エンジンに存在し、熱力学的条件に影響のある他のアクチュエータの動作と、吸気バルブの上流および排気バルブの下流のガスの組成とにより多大な影響を受け得ることである。
【００１５】
特に、本発明の目的は、可変バルブ駆動のためのシステムに使用される技術的実行がその方法自身の使用を制限または限定するものにならないような、上記に特定したタイプの方法を提案することである。
【００１６】
上記の解決策の２つの群に属する公知の方法には、上記の要求を満たすものがない。事実、スロットルエンジン（第１の群）に使用できる方法は、モータ駆動スロットルと吸気バルブとの間に定められた中間蓄積容量の存在に基づいて、スロットルの動作を通して吸気（外気および存在し得る余剰ガス）の濃度の変調を実行する。前記蓄積容量は、本発明の方法が適用可能でなければならない非スロットルエンジン（または、スロットルが吸気の流れの直接的調整を実行しないように操作するエンジンにおいて）の場合には存在しない。
【００１７】
一方、非スロットルエンジンのために提案され、米国特許第６３２１１５６号に記載された最新の方法の１つは、以下の欠点により影響を受け、非スロットルエンジンの場合に適用可能なものを提供しない。その欠点とは、
補助アクチュエータの吸気への影響は、前記補助アクチュエータが広範な作用を有するのに、その存在なしに、物理現象が定められた、吸入される外気の流れの一般的倍数因子を通してモデル化される（例えば、吸入外気の量の作用と、閉じこめられた余剰ガスの割合の作用との間に微分がなされない）ことと、
吸気バルブの上流のある力条件の関数である空気流量の変化の作用は、エンジンにおいて推定されるために特定の較正が必要な、吸気バルブの上流にもたらされ得る圧力値の吸気に対する作用を決定することを目的とする数値微分を特徴とすることと、
吸気の可変バルブアクチュエータのシステム（バルブリフト）の作用を特徴付けるために使用される関連するエンジンパラメータは、バルブリフトパラメータがもはや最も重要な要素ではないバルブの駆動の異なる様式の操作が可能な可変バルブ駆動のためのシステムの一般的場合に適合しないことである。
【００１８】
本発明に関すると思われる独国特許１９９２８５６０号公報は、モータ駆動スロットルと可変バルブ駆動のためのシステムとをともに備えるエンジンにおける調整の意図を説明するが、前記２つのアクチュエータに限って言えば、吸気を有効に推定する方法が何ら記載されていない。さらに、本発明の方法に関するクレームの中で、特別の重要性は、吸気バルブの上流および排気バルブの下流のガスの熱力学的状態の作用の補正が、モータ駆動スロットルの動作の変調にのみ連動するのではなくなされるという厳然たる事実である。
【００１９】
特に、本発明により示された重要な目的は、技術上の実施形態に関わりなく一般に適用可能であり、それにより、特に可変バルブ駆動のためのシステムを装備したエンジンを提供できるような、エンジンにより吸入される外気の量を決定する方法を提供することである。
【００２０】
図２Ａおよび２Ｂは、吸気においてバルブリフトのプロファイルを調整するいかなるシステムも備えていないエンジンに対応する従来のバルブリフトのプロファイル（図２Ａ）と、利用可能な可変駆動のための完全に柔軟なシステムを有するものに与えられるべきバルブリフトのプロファイル（図２Ｂ）との比較を示す。特に、図２Ｂで重要な部分は、前記（図に示された、特定の技術上の実施形態に関わりなく、理想的な形の）完全に柔軟なシステムに適用可能な自由度であり、「シリンダ吸気」の制御を行うための「関連するパラメータ」に対応する。前記「関連するパラメータ」は、
吸気バルブの開放に対応するクランク角ＶＯＡ（バルブ開放角）と、
吸気バルブの閉鎖に対応するクランク角ＶＣＡ（バルブ閉鎖角）と、
バルブの最大リフトＶＬＨ（バルブリフト高さ）とが重要である。
【００２１】
パラメータＶＯＡは、シリンダに直接与えられる排気ガス再生（ＥＧＲ）または「内部ＥＧＲ」の変調において最大の効果を有する。代わりに、パラメータＶＣＡおよびＶＨＬは、外気の量の調整において最大の効果を有する。マルチバルブ動作（ＭＶＡ）の場合、エンジンの吸気段階の過程で、外気量に影響するさらなるパラメータは、ＭＶＡを形成する多数の副アクチュエータである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の主な課題は、特に、以下の目標を達成することが可能な、エンジンにより吸入される外気の量を決定する方法を提供して、上記公知の解決策の制限を克服することである。前記目標は、
スロットルまたは非スロットルの両方の形態を有する内燃エンジンへの適用可能性と、
エンジンバルブを制御する従来のシステムを備えるエンジンと、吸気バルブの可変駆動のためのシステムを備えるエンジンとの両方に、前記バルブ駆動のためのシステム（部分的にのみ柔軟すなわち、クランク角に対する吸気バルブのリフトプロファイルの位置だけを変更可能、または、完全に柔軟、すなわち、図２Ｂに示すタイプで有り得る）の技術上の実施に拘わらない適用可能性と、
別途、エンジンに存在する可能性があり、吸気バルブの上流および排気バルブの下流のガスの熱力学的状態への作用を有する補助アクチュエータと、吸気バルブの可変駆動のために存在し得る完全に柔軟なシステムとによる、上記の各効果を結集する特定の中間物理的パラメータを適用することにより得られた、吸入外気の量への作用を考慮する可能性と、
物理モデルの特定に必要な、すなわち、モデルに現れる量の数値を決定するための、経験的作業の削減とである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記およびさらなる課題と利点とは、本発明によれば、請求項１に係るエンジンと請求項１０に係る方法とを提案することによって達成される。本発明のさらに好ましく優位な特徴は、従属項に規定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明のさらなる特徴と利点とは、純粋に非限定的例示の方法として提供した添付図面ついての確定的説明により浮かび上がることになる。
【００２５】
添付図面の図４は、ガソリン式の例として、それぞれ、吸気バルブ３および排気バルブ４を備える４つの直列シリンダ２を含む内燃エンジン１を示す。吸気バルブ３および排気バルブ４は、吸気マニホールド７および排気マニホールド８とそれぞれ連通する吸気パイプ５および排気パイプ６を、それぞれ制御する。電子制御ユニット９は、本発明に係る方法を使用してエンジンによる吸気外気の量を決定するようにプログラムされている。電子制御ユニット９は、吸気バルブ３の上流の温度Ｔｕｖおよび圧力Ｐｕｖを検出するために、吸気バルブ３の上流の吸気マニホールド内に設置された圧力センサ１０および温度センサ１１からの出力の信号を受信する。センサ１０は、とにかくシリンダの吸気バルブの上流であれば、図示するように吸気マニホールドの中、および、マニホールドのそれぞれの分岐の中のいずれに設置することもできる。また、温度センサ１２が、排気バルブ４の下流の温度Ｔｅｘｈを測定するために排気マニホールド８の中に設置されている。代案として、数学モデルに基づいて温度Ｔｅｘｈを計算するための電子制御ユニット９のプログラムを想定することができる。図示した例では、電子制御ユニット９は、可変バルブ駆動装置１３をも制御する。また、電子制御ユニット９は、エンジンの毎分回転数を検出するためのセンサ（不図示）からの出力の信号をも受信する。
【００２６】
本発明は、
少なくとも、与えられた吸気バルブのプロファイルおよび排気バルブのプロファイルをもたらすことが可能な従来のバルブ駆動のためのシステムを備え、
１または複数の吸気バルブの上流、或いは、１または複数の排気バルブの下流のガスの熱力学的状態への作用を有し、結果としてエンジンによる吸気に影響を与える多数の補助アクチュエータを備えることができ、
エンジンシャフトに対する排気バルブリフトの前記プロファイルの角度位置を変化させられる排気バルブの可変駆動の柔軟なシステムを備えることができ、
従来の吸気工程（複数バルブ駆動−ＭＶＡ）の間の、開放および／または閉鎖の瞬間、並びに／或いは、バルブリフトプロファイルの最大高さ、並びに／或いは、前記シングルバルブ駆動の複数の連続するサイクルを調整することができるために、吸気バルブに作用し、各吸気バルブにシングルバルブ駆動（ＳＶＡ）を個別に実行できる、可変バルブ駆動の完全に柔軟なシステムを備えることができる、
内燃エンジンに吸入される外気の量を決定する方法に関する。
【００２７】
本発明が提案する方法は、シリンダ内への外気の捕捉の減少を説明するのに適当な、
制御の変化と吸入外気の量との間の関係が分析的に「逆変換可能」であることを示す代数モデルと、
吸気バルブの可変駆動のための完全に柔軟なシステムを備える可能性のある、スロットルタイプおよび非スロットルタイプの構成を有する内燃エンジンの両方への可用性と、
シリンダの外の操作条件（つまり、吸気マニホールドおよび排気マニホールドの熱力学的条件）の変調と吸気バルブのバルブリフトプロファイルになされる変調との間の効果の区別という特徴を有する、物理モデルの確認という構成要素によって特徴付けられる。
【００２８】
特に、２つのモデルが特定される。１つ目は、全体的な一般的妥当性（「一般モデル」）を有し、ＳＶＡに限られず適用可能である。２つ目は、代わりに「音波モデル」が、それによって吸気バルブを通してのガスの音波流れの状態を特定するのに、ＳＶＡに使用可能なものである。この第２のモデルの履行は、ＭＶＡの場合には、および、特に第１のモデルの後でＭＶＡを構成し、ＭＶＡに含まれる各副駆動の寄与の前記線形的な重畳モデルとともに補償される副駆動により吸入される空気の推定については、非常に効果的である。
【００２９】
言及した両方のモデルのための取り組みが以下を採用するものに明示される。
【００３０】
ａ）基本方程式の特定。
一般モデル：吸気バルブの閉鎖の瞬間に計算される理想気体状態方程式
音波モデル：ノズルを通しての音波状態のガスの流れについてのサンブナンの法則
【００３１】
ｂ）吸気バルブの駆動の完全に柔軟なシステムによる「バルブリフトプロファイル」を変調する効果を凝縮した中間パラメータの特定。本発明に係る方法において、可変バルブ駆動のためのシステムの技術的実施に関係なく、モデルに採用した「中間パラメータ」は、それ自身の「バルブリフトプロファイル」の変調の作用を凝縮し、前記一般パラメータは、バルブ駆動のためのシステムの技術的実施により異なる状態に機能的に依存する。
【００３２】
特に、中間パラメータは、
一般モデルでは、吸気バルブの閉鎖の瞬間に計算されるシリンダ内の圧力と吸気バルブの上流の圧力との比たるＦｐ、
音波モデルでは、吸気バルブの等エントロピー領域の積分たるＦｖである。
【００３３】
図３は、中間パラメータＦｐおよび／またはＦｖの関数依存性の、可変バルブ駆動のためのシステムの技術的実施に対応するいくつかの例を提供する。
【００３４】
ｃ）シリンダの外側の条件（つまり、吸気マニホールドおよび排気マニホールドの中の熱力学的条件）の操作の変調の作用を記述し、エンジンシャフトの位置に応じて排気バルブのプロファイルの角度位置を変化させられ、排気バルブの可変駆動のための部分的に柔軟なシステムとを有する一組の副モデルの特定。特に、モータ駆動スロットルまたはターボ過給システムの存在に関連した吸気バルブにおける空気濃度の変化の補償が可能なＰｕｖおよびＴｕｖの測定と、「一般モデル」についてのみ、シリンダ吸気の内部ＥＧＲの導入の作用の補償が可能なＴＣＹＬおよびＭＥＧＲとが使用されている。
【００３５】
ｄ）吸気バルブの１つおよび同じ吸気行程の複数バルブ駆動（ＭＶＡ）の場合、一組の状態および対応する上述モデルの適用可能性を拡張する、ＳＶＡの管理のために開発された方法の特定。特に、
・ＭＶＡを構成する個々の副駆動の条件を個々の寄与として推定する条件は、第１の副駆動とは別に、制限を受けず、ＭＶＡの継続時間を通じて、全て結果的に、吸気バルブを通してのガスの音波流れの条件を決定するようなものである必要があり、
・ＭＶＡを構成する単一の副駆動の寄与を結合するのに使用される方法は以下のとおりである。
各副駆動（独立したＳＶＡとして取り扱われる）により個々に吸入される「空気率」の概念の導入し、
第１の副駆動では、前記第１の副駆動により吸入される空気率のために、「一般モデル」および「音波モデル」の両方が使用可能であり、
第１の副駆動に続く、ＭＶＡを構成する全ての副駆動のために、前記副駆動に対応する空気率が、各副駆動に「音波モデル」を適用して、各副駆動が独立したＳＶＡであるものとして計算して推定され、
ＭＶＡへの寄与合計を結合するために、副駆動の寄与を合計し、
代わりに、ただ１つの副駆動が、前記副駆動に対応する開口を通してガスの流れが音波状態で発生しないように、第１の副駆動に続いて機能するとしても、この場合、ＭＶＡの空気の推定量を「一般モデル」に帰還し、ＭＶＡの「関連パラメータ」として、バルブ開口が完全に終結する最終工程角度（「最終吸気バルブ閉鎖角」）を特定することが必要であり、作用の重畳の基準はもはや厳格に適用可能でなく、
個々の副駆動のプロファイルの結合に依存し、個々の副駆動の寄与の合計を減少できない特定の圧力比Ｆｐを導入する。
【００３６】
ｅ）上述の方法の適用可能性を、少なくとも２つの吸気バルブと、同じシリンダの各バルブの独立した動作が、同じシリンダの各バルブの異なる駆動のモードを可能にするような可変バルブ駆動の完全に柔軟なシステムとを備えるマルチバルブエンジンの場合にも拡張し、一組の条件および対応する方法の特定。特に、
１つのバルブが、前記バルブに対応する開口を通してのガスの流れが音波状態で発生しないように駆動されても、前記音波条件は、他のバルブを横断する流れのために特定され、各ＳＶＡに吸入される空気率の作用の重畳の基準が、シングルバルブで機能するＭＶＡの場合と同様に、寄与合計の結合のために使用される。
代わりに、１つ以上のバルブが、前記バルブに対応する開口を通してのガスの流れが音波で発生しないように駆動されるなら、この場合、空気の推定量を「一般モデル」に帰還し、ＭＶＡの「関連パラメータ」として、まだ開いている最後のバルブが完全に閉まる角度（「最終吸気バルブ閉鎖角」）を特定することが必要であり、作用の重畳の基準はもはや厳格に適用可能でなく、
個々の副駆動のプロファイルの結合に依存し、個々の副駆動の寄与の合計を減少できない特定の圧力比Ｆｐを導入する。
【００３７】
ＳＶＡの場合に外気を推定するために開発された、上述の他の場合にも適用可能な、２つのモデル（一般および音波）の詳細な説明が以下に提供される。
【００３８】
（「一般」モデル）
吸気バルブ閉鎖角に合致する瞬間のシリンダの密閉容積に適用される理想気体状態方程式に基づく、特に副次的に、吸気バルブ駆動の従来のシステム（図２Ａ）またはエンジンシャフトの位置に応じて吸気バルブのリフトプロファイルの角度位置だけを変化させる可変吸気バルブのための部分的に柔軟なシステムを含む、上記可変バルブ駆動のための完全に柔軟なシステム（図２Ｂ）を備えることが想定される任意のタイプのＳＶＡの吸入外気量の推定を実施することが可能な、「一般」モデルが以下に特定される。
【００３９】
基本方程式は以下の通りである。
【数１】
0004545160.tif 000002
ここで、Ｐｃｙｌ，Ｖｃｙｌ，Ｔｃｙｌは、それぞれ、吸気バルブの閉鎖の瞬間（ＶＣＡ）のシリンダの中の圧力、容積および温度であり、ＭａｉｒおよびＭＥＧＲは、それぞれ、外気およびＶＣＡにおいてシリンダ内に閉じこめられた排気ガスの質量であり、Ｒは、ガス自身の分子量で除した一般ガス定数である。
【００４０】
そして、「一般」モデルは、理想気体状態方程式に表れ、シリンダの内部の量に対応する中間パラメータであるためにセンサで直接計測することが容易ではないそれぞれの中間パラメータに対応する多数の副モデルからなる。
【００４１】
特に、
Ｖｃｙｌに関しては、ＶＣＡまでのシリンダの容積を表すために、以下の「幾何学的」関係が使用される。
【数２】
0004545160.tif 000003
Ｐｃｙｌに関しては、次の因数分解が使用される
【数３】
0004545160.tif 000004
ここで、Ｐｕｖは、「中間パラメータ」Ｆｐが一般にパラメータＲＰｖｐｌ（バルブリフトプロファイルの関連パラメータ）に依存するのに、可変バルブ駆動（図３参照）のシステムの技術的実施についての異なる意味を前提とすることができる、吸気バルブの上流の圧力である。
【００４２】
経験的証拠に基づく本方法で使用する因数分解の利点は、
Ｐｕｖの変調に由来する作用の、Ｆｐに集約される「バルブリフトプロファイル」の変調に由来する作用からの分離と、
ＦｐがＰｕｖから独立しているために、パラメータＦｐの較正（エンジンにおいて経験的に実施される）をＰｕｖの任意の条件で、１つ（１つのみ）について実施できることとである。
【００４３】
格別な場合として、
吸気バルブの駆動の従来のシステム（図２Ａ）の格別な場合には、パラメータＦｐは、エンジン回転数にのみ依存するものとして見出され、
エンジンシャフトの位置に応じて吸気バルブのリフトプロファイルの角度位置だけを変化させられる吸気バルブの可変駆動のための部分的に柔軟なシステムの格別の場合には、パラメータＦｐは、制御に支配される角度位置とエンジン回転数との関数として見出される。
【００４４】
Ｔｃｙｌに関しては、吸入段階のエネルギー保存則に始まり、いくつかの分析的経過を通して、以下のＴｃｙｌのモデルが与えられる。
【００４５】
共に時間変数である、シリンダに吸入されたガスの質量を表すＭおよびその温度Ｔが以下の微分形式のエネルギー保存則として記述できるならば、
【数４】
0004545160.tif 000005
ここで、吸気バルブの上流のガスの温度Ｔｕｖが導入されている。
【００４６】
ＶＣＡの瞬間のＴを得るために、吸入段階の開始の瞬間（このときＴ＝Ｔｅｘｈ且つＭ＝ＭＥＧＲと推定される）とＶＣＡが合致する瞬間（このときＴ＝Ｔｃｙｌ且つＭ＝Ｍａｉｒ＋ＭＥＧＲと推定される）との間で前記微分方程式を積分でき、以下の結果となる。
【数５】
0004545160.tif 000006
【００４７】
この積分を分析的に解くと、
【数６】
0004545160.tif 000007
これより、単純な代数的経過を経て、以下の最終的な関係に到達する。
【数７】
0004545160.tif 000008
これから、シリンダの温度は、吸入外気およびシリンダに存在する再循環ガスのそれぞれの加重平均に等しいことを見出した。
【００４８】
今、基本方程式の個々の副モデルの寄与を集約して、「一般」モデルであるＭａｉｒの以下の式を得る。
【数８】
0004545160.tif 000009
【００４９】
（音波モデル）
「音波モデル」は、そういったタイプの、上述の可変バルブ駆動の完全に柔軟なシステム（図２Ｂ）を備え得る、音波流れの仮定（吸気バルブの上流と下流のとの間の圧力比が吸入工程を通して０．５２未満）が実証される、ＳＶＡの吸入外気の量を推定でき、ノズルを通してのガスの流れのサンブナン方程式に基づいて特定される。
【００５０】
基本方程式は以下の通りである。
【数９】
0004545160.tif 000010
ここで、ＰｕｖおよびＴｕｖは、それぞれ、吸気バルブの上流の圧力および温度であり、
Ｐｃｙｌは、吸入工程の間のシリンダ内の圧力であり、
Ｍａｉｒは、シリンダにより吸入される外気の質量であり、
Ａｉｓは、吸気バルブの等エントロピー領域であり、
ｈｖ（ＲＰｖｌｐ，ｒｐｍ，ａｎｇｍ）は、エンジン回転数ｒｐｍにおいて与えられ、特定のパラメータＲＰｖｌｐ（バルブリフトプロファイルの関連パラメータ）についてのバルブリフトプロファイルであって、前記バルブリフトプロファイルはクランク角ａｎｇｍの一般式であり、
Ψ（Ｐｃｙｌ／Ｐｕｖ）はサンブナン係数であり、
Ｒは、シリンダに捕捉されたガスの分子量で除した一般ガス定数である。
【００５１】
音波条件では以下の関係が適用される
【数１０】
0004545160.tif 000011
【００５２】
したがって、基本方程式を吸気の全期間について積分して、以下の式に到達する。
【数１１】
0004545160.tif 000012
【００５３】
そして、定義により、クランク角の可変を実行する吸気バルブの等エントロピー領域の積分に等しい「中間パラメータ」Ｆｖを導入すると、
【数１２】
0004545160.tif 000013
「音波モデル」とみなされる最終式に到達する。
【数１３】
0004545160.tif 000014
【００５４】
上記式において、音波モデルの長所である、以下の、
Ｐｕｖの変調の作用の、Ｆｖに集約された「バルブリフトプロファイル」の変調の作用からの分離、および、
予め導入した音波流れの仮定のお陰で、ＭａｉｒがＰｃｙｌから独立しているので、音波モデルがＭＶＡを構成する副駆動の寄与の合計を結合するのに使用でき、実際に、前記寄与は、吸気の間のＰｃｙｌの変化に敏感ではないという２つの特性が明らかである。
【００５５】
以上の説明から明らかなように、エンジンに吸入される外気の量を決定するための本発明の方法は、一般に適用可能であり、特に、エンジンが備え得る可変バルブ駆動のためのシステムに具体的に使用される技術的実施に関わりなく適用可能である。
【００５６】
当然に、本発明の原則を害することなく、構成の細部および実施形態は、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、ここに説明した記載したものについて広範な変更をすることができる。
【００５７】
本発明の範囲に含まれると考えられる代案について、エンジンに吸入される外気の量の決定が常に、上記の音波モデルの手段によってのみ実行されることを予想することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】数学モデルに基づく制御の概要を示す図。
【図２Ａ】従来のエンジンにおける吸気バルブリフトサイクルの概略図。
【図２Ｂ】吸気バルブの可変駆動のための完全に柔軟なシステムを備えるエンジンにおける吸気バルブリフトサイクルの概略図。
【図３】吸気バルブの駆動の異なる様相と、吸気バルブリフトの結果的に異なるプロファイルとを考慮した、吸入外気の量を決定するための本発明によるアプローチを示す概略の表。
【図４】本発明に係るエンジンの図。
【符号の説明】
【００５９】
ＶＶＴ  可変バルブタイミング（バルブ位相変化のシステム）
ＥＧＲ  排気ガスリサイクルシステム
ＥＶＣ  早期バルブ閉鎖
ＬＶＯ  遅延バルブ閉鎖
ＳＶＡ  シングルバルブ駆動
ＭＶＡ  マルチバルブ駆動
ＶＣＡ  バルブ閉鎖角
ＶＬＨ  バルブリフト高さ
ＶＯＡ  バルブ開放角
Ｍａｉｒ  シリンダに捕捉された外気量
ＭＥＧＲ  シリンダに存在する剰余ガス
Ｐｃｙｌ  シリンダ内のガス圧力
Ｐｕｖ  吸気バルブ（上流バルブ）上流のガス圧力
Ｔｕｖ  吸気バルブ（上流バルブ）上流のガス温度
ＲＣ  圧縮比
Ｔｃｙｌ  シリンダ内のガス温度
ＶＣＡ  バルブ閉鎖角
ＶＬＨ  バルブリフト高さ
ＶＯＡ  バルブ開放角
Ｖｃｙｌ  シリンダ内の容積
Ｖｄｅａｄ  デッドスペース容積
Ｖｓｗｅｐｔ  ピストンに掃通されるシリンダ容積
ＲＰｖｌｐ  バルブリフトプロファイル関連パラメータ
ｒｐｍ  エンジン毎分回転数
Ｋｓｏｎｉｃ  音波流れにおけるサンブナン係数
【図１】
0004545160.tif 000023
【図２Ａ】
0004545160.tif 000024
【図２Ｂ】
0004545160.tif 000025
【図３】
0004545160.tif 000026
【図４】
0004545160.tif 000027