(57)【要約】独立的な吸排気カムの位相変化を有する内燃機関（１０）の容積効率を評価する方法であって、２つの連続的な段階、すなわち吸気段（１２２）および排気段（１２４）において容積効率の公称すなわち基底評価値を補償する。吸気段（１２２）は、基底容積効率の評価値を開始点として用いて吸気カムの変動の影響を補償し、排気段（１２４）は、吸気段の出力を開始点として用いて排気カムの変動の影響を補償する。このように補償された容積効率は、エンジンの制御目的のため吸気質量の流れを正確に計算するために用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（５４）と、該燃焼室（５４）を介するガス流を制御するため第１および第２のカム（１０２、１０４）によりそれぞれ操作される第１および第２の弁（６６、７６）を備え、前記第１および第２のカム（１０２、１０４）は公称位相角に関して独立的に制御される位相角を有する内燃機関（１０）の容積効率を評価する方法であって、
前記第１および第２のカムの位相角は前記の公称位相角に制御されるときに生じる容積効率の基底値の経験的に決定される評価値を検索するステップ（１２０）と、
前記容積効率の中間評価値を与えるため、前記第１のカムの公称位相角からの位相角の偏差による容積効率における変化について前記の検索評価値を補償するステップ（１２２）と、そしてその後
前記第１および第２のカムの位相角について補償される容積効率の評価値を与えるため、前記第２のカムの公称位相角からの位相角の偏差による容積効率の変化について前記の中間評価値を補償するステップ（１２４）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１のカムの公称位相角からの位相角の偏差による容積効率の前記変化を、前記第１のカムの位相角に基き且つ前記容積効率の初期条件を表わす基底係数を持つ第１の非線形式として近似化するステップ（１２２）と、
前記の中間評価値を形成するように、前記の検索された評価値に従って前記第１の非線形式の基底係数を設定するステップ（１２２）と、
前記第２のカムの公称位相角からの位相角の偏差による容積効率の前記変化を、前記第２のカムの位相角に基きかつ前記容積効率の初期条件を表わす基底係数を持つ第２の非線形式として近似化するステップ（１２４）と、
前記容積効率の評価値を形成するように、前記中間評価値に従って前記第２の非線形式の基底係数を設定するステップ（１２４）と、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２の非線形式は前記基底係数に加えて更なる係数を含み、
決定されたエンジンの動作パラメータ（１３０、１３２、１３４、１３６）に基いて前記の別の係数の前に決定された評価値を検索するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の弁（６６）は前記燃焼室５４へのガスの吸入を制御し、前記第２の弁（７６）は前記燃焼室（５４）からのガスの排出を制御する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
燃焼室（５４）と、該燃焼室（５４）を介する空気の流れを制御するため第１および第２のカム（１０２、１０４）の各々により操作される第１および第２の弁（６６、７６）とを備え、該第１および第２のカム（１０２、１０４）は公称位相角に関して独立的に制御される位相角を有する、内燃機関（１０）の容積効率を評価する方法であって、
決定されたエンジン動作パラメータに基いて容積効率の初期評価値を決定するステップ（１２０）と、
前記第１のカムの公称位相角からの位相角の偏差による容積効率の変化を、該初期の評価値が容積効率の中間評価値を与えるように前記第１のカムの位相角の関数として補償される第１の非線形式として近似化するステップ（１２２）と、
前記第２のカムの公称位相角からの位相角の偏差による容積効率の変化を、前記中間評価値が前記第１および第２のカムの位相角について補償される容積効率の評価値を与えるように前記第２のカムの位相角の関数として補償される第２の非線形式として近似化するステップ（１２４）と、
を含む方法。
【請求項６】
前記第１および第２の非線形式は、前記第１および第２のカムの位相角と関連する係数を含む方法であって、
決定されたエンジン動作パラメータ（１３０、１３２、１３４、１３６）に基いて前記係数の値を評価するステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１の弁（６６）は前記燃焼室（５４）へのガスの吸入を制御し、前記第２の弁（７６）は前記燃焼室からのガスの排出を制御する、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、独立的かつ連続的に変更可能な吸排気カムシャフトを備える内燃機関の制御に関し、特にエンジンの燃料制御のためエンジンの容積効率を評価する方法に関する。
発明の背景
エンジンの空燃比を正確に制御することは、各燃焼サイクルにおいてエンジンシリンダへ進入する空気の質量の流れを知ることを必要とする。通常は、この質量の流れは、エンジンの容積効率を含む種々の因子を勘定に入れて、測定エンジン速度（ＥＳ）と吸気マニフォールド温度（ＭＡＴ）および絶対圧力（ＭＡＰ）に基いた速度−密度の計算によって正確に決定することができる。この容積効率は更に、エンジンの吸排気マニフォールド間のエンジン速度ＥＳと圧力比（ＰＲ）とに基いて評価することができ、例えば、参考のため本文に援用される１９９８年２月３日発行の米国特許第５，７１４，６８３号を参照されたい。
【０００２】
吸排気カムシャフトの位相の変更がエンジンの通気特性を変化させ、従って容積効率を変化させるゆえに、先に述べたプロセスは、カム位相調整機構を装備したエンジンに対して調整されねばならない。先に述べた米国特許第５，７１４，６８３号においては、このことは、公称質量の空気流とカム位相の関係を近似化する２次式を用いてカムの位相補償された空気質量の流れをカム位相角の関数として計算することにより、次いで公称質量の空気流を圧力と温度の影響に対して調整することによって、単連あるいは２連の相等カム位相調整を行う場合において行われる。このような試みにおいて、２次式の係数は、エンジン速度ＥＳと圧力比ＰＲに基くテーブルの索引によって決定され、テーブルの数値はカムの位相角、エンジン速度ＥＳおよび圧力比ＰＲの種々の組合わせに対する現場校正によって決定される。理論的には、容積効率を決定するために同様な試みを用いることもでき、これから前項で述べたように空気の質量の流れを計算することもできる。しかし、このような試みは、必要とされる索引テーブル数（従って、必要とされる校正の労力）が非常に増大するので、変更可能な吸排気カムの位相調整機構が個々に制御されたエンジンに対しては著しく非実用的となる。従って、必要なものは、独立的な２重のカム位相の変更を含むエンジンの容積効率を正確に評価する更に実用的かつ有効な方法である。
発明の概要
本発明は、独立的な吸排気カム位相の変化を有する内燃機関の容積効率を評価する改善方法に対するものであり、本方法は、公知の方法と比較して、記憶データの必要および校正の労力が著しく少なくて済む。本発明によれば、吸排気カムの位相変化の影響が切り離され、容積効率の公称あるいは基本的評価が２つの連通段、すなわち吸気段と排気段を含むプロセスにおける２重のカム位相変化に対し補償される。吸気段は基本容積効率の評価を開始点として用いて吸気カムの変化を補償し、排気段は吸気段の出力を開始点として用いて排気カムの変化の影響を補償する。このように補償された容積効率は、エンジン制御の目的のため、吸気の質量の流れを正確に計算するのに用いられる。
望ましい実施形態の記述
図面、特に図１において、参照番号１０は、マイクロプロセッサ・ベースのエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１２により制御される四ストローク内燃機関を全体的に示す。大気圧の吸気は、新鮮な空気入口１４、エアクリーナ１６および吸入ダクト１８を通過してスロットル本体２０へ進む。スロットル本体２０に回転自在に取付けられたスロットル板２２は、吸気の絞りを変化させるように手動によりあるいは電気的に変位される。スロットル板２２の位置はセンサ２４によって検出され、このセンサは回線２６によりＥＣＭ１２に対してスロットル位置信号（ＴＰ）を提供する。吸気の一部は、スロットル板２２を経て、管路２８、３０および従来のアイドル空気バイパス弁３２へ通るよう送られる。バイパス弁３２は、ステッピング・モータ３４により位置決めされ、所望のエンジンアイドル速度を維持する目的のためエンジンのアイドル中はＥＣＭ１２がアイドル空気制御（ＩＡＣ）信号を回線３５によりステッピング・モータ３４へ送る。スロットル本体２０からの空気流れは、吸気ダクト４４を経て吸気マニフォールドのプレナム体積４６（以下、単に吸気マニフォールドと呼ぶ）へ結合される。従来の圧力トランスジューサ４８および温度トランスジューサ４９は、吸気マニフォールド４６におけるガス圧力に露呈され、それぞれ回線５０、５２を介してマニフォールドの絶対圧力信号（ＩＭＡＰ）および絶対温度信号（ＩＭＡＴ）をＥＣＭ１２へ提供する。個々のシリンダの吸気ランナー５２は、吸気マニフォールド４６をエンジン・シリンダ５６のそれぞれの燃焼室５４へ結合する（図１には、１つのシリンダ５６しか示さない）。各燃焼室５４は、各シリンダの内壁と係合する各ピストン６０によりクランクケース５８全体から分離されている。ある量の燃料が、回線６４上のＥＣＭ１２からの燃料注入指令信号（ＦＵＥＬ）に応答して従来の燃料注入器６２を介して注入される。図示された実施形態においては、燃料は吸気と混合し、カムで操作される吸気弁６６が吸気ポート６７を開く吸気事象中に燃焼室５４へ引き込まれる。空気と燃料の混合物は、スパーク制御信号（ＳＰＫ）回線７０を介してＥＣＭ１２により制御されるスパークプラグ６８の狭い電極の調時されたスパークによって開始される燃焼事象において燃焼室５４内で点火される。燃焼事象において生じたガスは、カムで操作される排気弁７６が排気ポート７８を開く排気事象において、排気ランナー７２を経て排気マニフォールド７４へ排出される。排気ガスは、排気マニフォールド７４を経て触媒コンバータ８４とテールパイプ８６に伸びる排気ダクト８２へ至る。排気ガスの一部は、排気マニフォールド７４から管路８８、９０および排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁９２を経て、シリンダの燃焼室５４へ送られる吸気と混合するため吸気マニフォールド４６へ取り込まれる。ＥＣＭ１２は、排気制御および燃料の経済性の改善のため新鮮な入口空気の排気ガスによる希釈を変化させるようにソレノイドまたはステッピング・モータ９６によりＥＧＲ弁９２を位置決めするため、ＥＧＲ制御信号（ＥＧＲ）を回線９４に発する。
【０００３】
エンジン１０は更に、基本的なカムシャフトのタイミングに対する吸気弁６６および排気弁７６の位相すなわちタイミングを独立的に変更するため吸気カムシャフト１０２、排気カムシャフト１０４に結合された吸排気可変型のカム位相機構９８、１００が装備される。ＥＣＭ１２は、排気ガス放出低減およびエンジン性能の改善を達成するため、回線１０６、１０８を介して、カム位相機構９８、１００に対して吸気カム位相制御信号ＩＣＡＭ、排気カム位相機構制御信号ＥＣＡＭを発する。一般に、排気カム位相は、排気ガスの再吸い込みによる充電希釈を制御する（おそらくは、ＥＧＲ弁９２の除去を可能にする）ように変更され、吸気カム位相はエンジンの出力トルク特性の最適化を助けるように変更される。あるいはまた、吸排気弁の位相変化は、いわゆるカムなしエンジンにおける直接的な電気−液体弁の動作によって有効に達成することができる。
【０００４】
先に述べたように、エンジンの空気／燃料比の正確な制御は、各燃焼サイクルにおけるエンジンの燃焼室５４に進入する質量の空気流れの正確な評価を必要とする。この目的のため、下式のように、測定エンジン速度（ＥＳ）と吸気マニフォールド温度（ＩＭＡＴ）と絶対圧力（ＩＭＡＰ）に基く質量の空気流れ（ＭＡＦ）、およびエンジンの容積効率ＶＥを正確に計算するため、いわゆる速度−密度法が用いられてきた。
【０００５】
【数１】
ＭＡＦ＝（ＩＭＰ＊Ｖｄ＊ＥＳ＊ＶＥ）／（２＊Ｒ＊ＩＭＡＴ）　　（１）
但し、Ｖｄは燃焼室の体積、Ｒはガスの定数である。燃焼室５４へ吸い込まれる空気の体積のピストン６０の掃引体積に対する比は、下式のように、エンジンの速度ＥＳと、排気マニフォールドの絶対圧力（ＥＭＡＰ）に対する吸気マニフォールドの圧力ＩＭＡＰの比（ＰＲ）として定義される容積効率とに基いて評価することができる。
【０００６】
【数２】
ＶＥ＝Ａ＋（Ｂ＊ＰＲ）　　　　　　　（２）
但し、係数ＡおよびＢは、所与のカム整相に対するエンジン速度ＥＳの実験的に決定された関数である。図示された実施形態においては、容積効率は、エンジン速度ＥＳと圧力の比ＰＲの組合わせ関数としてテーブルを索引することにより単に決定され、本文では公称すなわち基本的な容積効率と呼ばれる。無論、実際の容積効率は、先に述べたように、吸気および排気のカム位相が変更されるとＶＥｂａｓｅから離反する。テーブル索引法はカム位相変化を勘案するように理論的に拡張することもできるが、吸排気のカムの位相関係が個々に変更される図１に示されるような用途においては特に非実用的である。容積効率とカムの位相との関係が２次式あるいは３次式として近似される場合でさえ、式の係数は実験的に決定されなければならず、吸排気カムの位相のあり得る様々な組合わせを勘案するには多数の索引テーブルを必要とする。
【０００７】
本発明の方法は、吸気カムと排気カムの位相変化の影響を切り離し、１つの段が吸気カム位相の変化を補償する２つの連続段における基本的な容積効率ＶＥｂａｓｅを補償し、排気カムの位相変化を他の段が補償することによって、上記の問題を克服する。このような試みにより、必要とされる索引テーブルの数は、対応するメモリ要求および校正の労力と共に、劇的に低減される。本発明によれば、容積効率とカム位相の関係は、下式の非線形２次式として近似化される。
【０００８】
【数３】
ＶＥ（ｘ）＝ａ０−（ａ１＊ｘ）−（ａ２＊ｘ２）　　　　　（３）
但し、ｘは、吸気あるいは排気のカム位相角、係数ａ０は初期の容積効率を表わし、係数ａ１およびａ２はエンジン速度ＥＳと圧力比ＰＲに基いて実験的に決定される。本発明の望ましい実施形態においては、第１段（本文では、吸気段とも呼ばれる）は初期値（ａ０）として基本容積効率ＶＥｂａｓｅを用いて吸気カムの変動の影響を補償するが、第２段（排気段とも呼ばれる）は初期値として吸気段の出力を用いて排気カムの変動の影響を補償する。
【０００９】
図２のブロック図は上記の試みを全体的に示し、ブロック１２０、１２２および１２４はそれぞれ、ＶＥｂａｓｅに対する索引テーブル、第１段すなわち吸気段、および第２段すなわち排気段を示す。図示のように、テーブル１２０はエンジン速度ＥＳと圧力比ＰＲの関数としてＶＥｂａｓｅに対する値を決定し、吸気段１２２はＶＥｂａｓｅと吸気係数ａＩ１、ａＩ２に基いて修正容積効率を生じ、排気段１２４はＶＥ′と排気係数ａＥ１、ａＥ２に基いて他の修正容積効率ＶＥ″を生じる。最後に、空気質量の流れ（ＭＡＦ）計算ブロック１２６は、先の式（１）の容積効率項に対するＶＥ″を用いて、ＶＥ″、ＩＭＡＴ、ＩＭＡＰおよびＥＳに基いて吸気質量の流れＭＡＦを生じる。ＥＣＭ１２は、他の因子のうちからＭＡＦを用いて注入器６２へ印加される燃料制御信号ＦＵＥＬを決定する。
【００１０】
ＶＥ″の決定の更に詳細な図は図３のブロック図に示され、個々の索引テーブル１３０、１３２、１３４および１３６が係数ａＩ１、ａＩ２、ａＥ１およびａＥ２の経験的に決定された値を記憶するために提供される。これら４つのテーブルは、ＶＥＢＡＳＥのテーブル１２０と共に、吸気カム位相角ＩＣＡＭおよび排気カム位相角ＥＣＡＭの任意の組合わせについて正確に補償される容積効率の評価値であるＶＥ″の決定のための全記憶データ要件を規定する。テーブル１２０、１３２、１３４および１３６はそれぞれ入力としてエンジン速度ＥＳおよび圧力比ＰＲを受取り、ブロック１３８は吸気マニフォールド圧力値ＩＭＡＰおよび排気マニフォールド圧力値ＥＭＡＰに基く圧力比ＰＲを形成する。一部の構成においては、ＥＭＡＰが比較的一定でありかつＰＲが主としてＩＭＡＰにおける変動によって変化するので、ＰＲの代わりに単にＩＭＡＰを用いることが許されよう。従って、ｎ２ブロック１４０および１４２はそれぞれ、式（３）におけるｘ２に対応する項ＩＣＡＭ２およびＥＣＡＭ２を提供し、乗算ブロック１４４、１４６、１４８、１５０および加算ブロック１５２、１５４は、必要に応じて、ＶＥｂａｓｅ、ＩＣＡＭ、ＩＣＡＭ２、ＥＣＡＭ、ＥＣＡＭ２、および係数ａＩ１、ａＩ２、ａＥ１、ａＢ２を組合わせる。最後に、ある用途においては、校正プロセスの間に観察される種々の異常を補償するため、ＩＣＡＭおよびＥＣＡＭの特定の組合わせに基いてＶＥ″のスケーリングのための別のテーブル（図示せず）を含むことが有効であろう。
【００１１】
図示のように、上記の方法により要求される索引テーブルが少数であることが、ＥＣＭメモリ要求および関連するテーブル校正の労力の対応する低減をもたらす。テーブルの値は、当業者には周知のように、幾つかの異なる吸排気の位相角に対する動力計のマッピングにより校正される。更に、校正の労力は、校正されたデータに準じるテーブル・データを得るため（ラグランジェ内挿法のような）オフラインの２次（あるいはそれ以上の）内挿手法を用いることによって著しく軽減される。
【００１２】
要約すれば、本発明は、独立的な２重カム位相調整を備える内燃機関の容積効率を評価するための非常に実用的な方法を提供する。図示した実施形態に関して記述したが、当業者は本文に述べたものに加えて種々の変更が着想されることが予期される。例えば、排気カム位相の補償は、図示した方法のほうが望ましいが、吸気カム位相の補償に先立って行うこともできる。このように、前記および他の修正を包含する方法が、頭書の請求の範囲に定義される本発明の範囲に該当することが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
独立的な吸排気カムの位相機構と、本発明の制御を実施するためプログラムされたマイクロプロセッサ・ベースのエンジン制御装置とを備える内燃機関の概略図である。
【図２】
本発明による図１のエンジン制御装置により行われる方法を示す高レベルのブロック図である。
【図３】
図２のブロック図の一部を詳細に示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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