(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気弁の閉時期を可変制御できる可変動弁装置を備えたエンジンにおいて、
排気弁の閉時期に基づいて、内部ＥＧＲ量の基本値を算出し、排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップしないときは、該基本値をそのまま内部ＥＧＲ量として推定し、オーバーラップするときは、該オーバーラップ状態に応じて前記基本値を補正して内部ＥＧＲ量を推定することを特徴とするエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項２】
前記内部ＥＧＲ量の推定に用いる排気弁に閉時期として、排気弁の目標閉時期を用いることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項３】
前記内部ＥＧＲ量の基本値を、排気弁の閉時期の他、エンジン回転速度に基づいて算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項４】
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、前記オーバーラップ状態に応じて設定したオーバーラップ補正量を前記基本値に加算して内部ＥＧＲ量の推定値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つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項５】
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、排気上死点と排気弁の閉時期との間隔が増大するにしたがって、前記基本値を増大することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項６】
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、エンジン回転速度が大きいときほど、前記基本値を増大することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項７】
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、エンジン回転速度が大きいときほど、前記基本値を減少することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項８】
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とのオーバーラップ量が増大するほど前記オーバーラップ補正量を増大することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を増大することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項９】
排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、該閉時期の排気上死点からの遅角量が増大するにしたがって、前記オーバーラップ補正量を減少することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を減少することを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項１０】
吸気負圧の絶対値が増大するにしたがって、前記オーバーラップ補正量を増加することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を増大することを特徴とする請求項８または請求項９に記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項１１】
前記オーバーラップ量により決定した基本補正値を、吸気圧と前記排気弁の閉時期とに基づいて決定した吸気圧補正量を用いて補正することにより、前記オーバーラップ補正量を算出することを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項１２】
前記オーバーラップ量は、オーバーラップ量相当のクランク角期間を時間換算した値を用いることを特徴とする請求項４〜請求項１１のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項１３】
前記基本補正値は、オーバーラップ量に応じて設定された基本補正値に対し、排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、該排気弁の閉時期による補正は行わず一定に維持し、前記排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、該閉時期の該排気上死点からの遅角量と比例する減少補正量を、前記オーバーラップ量に応じて設定された基本補正値から減算補正した値であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項１４】
吸気圧、排気弁の閉時期およびオーバーラップ量に応じた吸気圧補正量として吸気圧補正係数を決定し、前記基本補正値に該吸気圧補正係数を乗じて前記オーバーラップ補正量を算出することを特徴とする請求項１１〜請求項１３のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項１５】
吸気負圧の絶対値が増大するにしたがって前記吸気圧補正量を増大し、排気弁の閉時期が排気上死点後にあり、かつ、吸気負圧の絶対値が所定値より高いときは、該閉時期の該排気上死点からの遅角量に応じて前記吸気圧補正量を増大することを特徴とする請求項１１〜請求項１４にいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法。
【請求項１６】
吸気弁および排気弁の開閉時期を可変制御できる可変動弁装置を備えたエンジンにおいて、前記請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載された内部ＥＧＲ量の推定方法を用いて内部ＥＧＲ量を推定し、エンジンの運転状態に基づいて目標空気量を算出し、前記内部ＥＧＲ量の推定値と前記目標空気量の算出値とに基づいて、吸気弁の目標閉時期を算出し、該算出された目標閉時期となるように吸気弁の閉時期を制御することを特徴とする可変動弁の制御方法。
【請求項１７】
前記請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載された内部ＥＧＲ量の推定方法を用いて内部ＥＧＲ量を推定し、該内部ＥＧＲ量の推定値を用いてシリンダに吸入される空気量を算出することを特徴とするエンジンのシリンダ吸入空気量算出方法。
【請求項１８】
前記内部ＥＧＲ量の推定値と、吸気弁閉時期から算出されるシリンダ容積とに基づいてシリンダ内の体積空気量を算出すると共に、吸気マニホールド内の質量空気量を算出し、該シリンダ内の体積空気量と吸気マニホールド内の質量空気量および吸気マニホールド容積とに基づいてシリンダに吸入される質量空気量を算出することを特徴とする請求項１７に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出方法。
【請求項１９】
前記吸気マニホールド内の質量空気量は、該吸気マニホールド内への質量空気の流入量と流出量の収支計算を行って算出することを特徴とする請求項１８に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出方法。
【請求項２０】
前記請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載された内部ＥＧＲ量の推定方法を用いて内部ＥＧＲ量を推定し、該内部ＥＧＲ量の推定値を用いて点火時期を制御することを特徴とするエンジンの点火時期制御方法。
【請求項２１】
前記内部ＥＧＲ量の推定値に基づいてシリンダ内の全ガス量に対する残ガス量の質量比である残ガス率を算出し、該残ガス率に基づいて燃焼速度を算出し、該燃焼速度に基づいて点火開始から燃焼圧力がピークとなるまでの燃焼反応時間を算出し、該燃焼反応時間に基づいてＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）を算出して、該ＭＢＴとなるように点火時期を制御することを特徴とする請求項２０に記載のエンジンの点火時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁の開閉時期を任意に可変制御できるエンジンにおいて、内部ＥＧＲ量を推定し、また、該推定された内部ＥＧＲ量を用いて可変動弁の制御、シリンダ吸入空気量の算出および点火時期制御を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般のエンジンでは、スロットル弁の開度によって吸入空気量を制御するが、近年、電磁駆動式の吸・排気弁を備え、主として吸気弁の閉時期の制御によって吸入空気量を制御するようにしたものが提案されている（特開平１０−３７７２７号公報参照) 。
【０００３】
この種の吸入空気量制御では、スロットル弁を備えない場合は略大気圧に維持される吸気圧力、またスロットル弁を併用する場合はスロットル弁開度に応じた吸気圧力に対し、吸気弁の閉時期により決定される有効吸気行程に応じたシリンダ吸入空気の体積量を制御することで、要求トルクに応じた目標空気量（要求吸入空気量）を得るように制御することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように主として吸気弁の閉時期によって吸入空気量を制御する場合、燃焼室内の残ガス量（内部ＥＧＲ量）に加えて目標空気量相当の新気量がシリンダ内に含まれるピストン位置で吸気弁を閉じるように制御する必要がある。
【０００５】
前記可変動弁の場合、吸・排気弁のオーバーラップの有無及びオーバーラップ量の変化によって、内部ＥＧＲ量は大きく変化する。特に、電磁駆動式などの開閉の応答性が高い可変動弁の場合は、オーバーラップ期間中は排気弁及び吸気弁が共に略全開状態でオーバーラップするので、内部ＥＧＲ量の変化が大きい。
したがって、目標空気量に対応した吸気弁の閉時期を、内部ＥＧＲ量に対して固定的な補正又は所定の運転状態のみを考慮した単純な補正を行なったのでは、良好な吸入空気量制御ひいてはエンジントルク制御を行えないことが判明した。また、運転状態に応じて、適度な内部ＥＧＲ量を得るべく排気弁の目標閉時期、吸気弁の目標開時期等を設定し、それに合わせて吸気弁の目標閉時期を補正したとしても、実際の内部ＥＧＲ量は、バルブタイミング以外の要因によっても大きく変化するので良好な制御を行なうことができない。
【０００６】
以上のことから、可変動弁で応答性良く制御するためには、過渡的に大きく変化する内部ＥＧＲ量を正確に把握することが要求される。
また、シリンダ吸入空気量を高精度にフィードバック制御し、さらにはそれによって高精度な空燃比制御を行うこと、その他の目的でシリンダ吸入空気量を高精度に推定したり、点火時期を燃焼効率が最適となるように制御するためなどにも、内部ＥＧＲ量を正確に把握することが要求される。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、吸・排気弁の開閉時期を可変制御するエンジンにおいて、内部ＥＧＲ量を応答性よく高精度に推定し、さらには各種エンジン制御を良好に行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１にかかるエンジンの内部ＥＧＲ量推定方法の発明は、
排気弁の閉時期を可変制御できる可変動弁装置を備えたエンジンにおいて、
排気弁の閉時期に基づいて、内部ＥＧＲ量の基本値を算出し、排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップしないときは、該基本値をそのまま内部ＥＧＲ量として推定し、オーバーラップするときは、該オーバーラップ状態に応じて前記基本値を補正して内部ＥＧＲ量を推定することを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る発明によると、
吸・排気弁のオーバーラップが無い状態での内部ＥＧＲ量の基本値を、排気弁の閉時期に基づいて算出した上で、オーバーラップがあるときは、吹き返し等による内部ＥＧＲ量の増量があるので、該オーバーラップ状態に応じて前記基本値を補正することにより、内部ＥＧＲ量を推定する。
このようにすれば、吸・排気弁のオーバーラップが無い状態での内部ＥＧＲ量の基本値をオーバーラップ状態に応じて補正することで、高精度に内部ＥＧＲ量を推定できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、
前記内部ＥＧＲ量の推定に用いる排気弁の閉時期として、排気弁の目標閉時期を用いることを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、センサによって排気弁の閉時期を検出する場合に比較して、制御の目標値を用いることで簡素化できる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、
前記内部ＥＧＲ量の基本値を、排気弁の閉時期の他、エンジン回転速度に基づいて算出することを特徴とする
【００１３】
このようにすれば、吸・排気弁のオーバーラップが無い状態での内部ＥＧＲ量の基本値は、排気弁の閉時期により大方は決まるが、エンジン回転速度により多少の変化を伴なうので、該エンジン回転速度も考慮することにより、高精度に算出され、オーバーラップがあるときは、該基本値をオーバーラップ状態に応じて補正することで、高精度に内部ＥＧＲ量を推定できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、前記オーバーラップ状態に応じて設定したオーバーラップ補正量を前記基本値に加算して内部ＥＧＲ量の推定値を算出することを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
前記基本値は吸・排気弁のオーバーラップが無い状態での内部ＥＧＲ量として算出され、オーバーラップ補正量は、オーバーラップ状態に応じた影響分が設定されるので、これらを加算して容易に内部ＥＧＲ量を推定することができる。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、排気上死点と排気弁の閉時期との間隔が増大するにしたがって、前記基本値を増大することを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
内部ＥＧＲ量の基本値は、吸・排気弁のオーバーラップが無い状態でシリンダ内に残留する既燃ガス量であり、該既燃ガス量は、排気弁の閉時期におけるピストン位置で定まるシリンダ容積が最小となる排気上死点で最小となり、排気上死点からの間隔が増大してシリンダ容積が増大するにしたがって増大する。
【００１６】
したがって、上記特性に合わせて基本値を設定することで適正に基本値を設定できる。
また、請求項６に係る発明は、
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、エンジン回転速度が大きいときほど、前記基本値を増大することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明によると、
同一ピストン位置でも排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、残留ガスがやや圧縮された状態で排気弁が閉じ、エンジン回転速度が大きいときほど慣性により圧縮度合いが増大して残ガス量（内部ＥＧＲ量）が増大する。
そこで、上記傾向にしたがって基本値を排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、エンジン回転速度が大きいときほど、前記基本値を増大することにより、基本値を適正値に設定することができる。
【００１８】
また、請求項７に係る発明は、
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とがオーバーラップするときには、排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、エンジン回転速度が大きいときほど、前記基本値を減少することを特徴とする。
同一ピストン位置でも排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、一旦排気通路に排出した排気をシリンダ内に引き戻す状態で排気弁が閉じるので、排気の戻りに遅れを生じる分、残留ガス量つまり内部ＥＧＲ量は減少する。そして、その傾向は、エンジン回転速度Ｎｅが大きいときほど慣性が大きくなって、強められる。
【００１９】
そこで、上記傾向にしたがって基本値を排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、エンジン回転速度が大きいときほど、前記基本値を減少することにより、基本値を適正値に設定することができる。
また、請求項８に係る発明は、
排気弁の開期間と吸気弁の開期間とのオーバーラップ量が増大するほど前記オーバーラップ補正量を増大することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を増大することを特徴とする。
【００２０】
請求項８に係る発明によると、
基本的に吸・排気弁のオーバーラップ量が増大するほど、オーバラップ中に排気のシリンダ内へ戻り量が増大して内部ＥＧＲ量が増大するので、この傾向に応じてオーバーラップ補正量を増大することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を適正に増大できる。
【００２１】
また、請求項９に係る発明は、
排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、該閉時期の排気上死点からの遅角量が増大するにしたがって、前記オーバーラップ補正量を減少することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を減少することを特徴とする。
請求項９に係る発明によると、
排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときのオーバーラップ中はピストンが下降しているため、該閉時期が排気上死点から離れるほどシリンダ内の吸入負圧が発達して吸気ポート内の吸気負圧との差圧が小さくなって、排気が吸気ポートへ吹き返しされにくくなり、また、非オーバーラップ時と比較したときの排気のシリンダ内への戻り量の差も小さくなる。つまりオーバーラップによる内部ＥＧＲ量の増量分は、排気弁の閉時期が排気上死点から離れるに従って減少する。
【００２２】
そこで、排気弁閉時期の排気上死点からの遅角量が増大するにしたがって、前記オーバーラップ補正量を減少することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を適正値に算出することができる。
また、請求項１０に係る発明は、
吸気負圧の絶対値が増大するにしたがって、前記オーバーラップ補正量を増加することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を増大することを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に係る発明によると、
吸気負圧の絶対値が増大するにしたがって、排気圧との差圧が増大するので、オーバラップ中にシリンダ内に戻されまたは吸気ポートへの吹き返し後にシリンダ内に吸入される排気の量が増大する。
そこで、吸気負圧の絶対値が増大するにしたがって、前記オーバーラップ補正量を増加することにより、内部ＥＧＲ量の推定値を適正に増大できる。
【００２４】
また、請求項１１に係る発明は、
前記オーバーラップ量により決定した基本補正値を、吸気圧と前記排気弁の閉時期とに基づいて決定した吸気圧補正量を用いて補正することにより、前記オーバーラップ補正量を算出することを特徴とする。
請求項１１に係る発明によると、
既述のオーバーラップ量に応じた内部ＥＧＲ量の特性に基づいて決定した基本補正値を、既述の吸気圧と前記排気弁の閉時期に応じた特性に基づいて決定した吸気圧補正量を用いて補正することにより、前記オーバーラップ補正量を適正値に算出することができる。
【００２５】
また、請求項１２に係る発明は、
前記オーバーラップ量は、オーバーラップ量相当のクランク角期間を時間換算した値を用いることを特徴とする。
請求項１２に係る発明によると、
吸・排気弁のオーバーラップによる内部ＥＧＲ量の変化は、オーバーラップされている時間の間に生じるものであるから、オーバーラップ量相当のクランク角期間を時間換算した値を用いることにより、オーバーラップの基本補正値を適正値に算出することができる。
【００２６】
また、請求項１３に係る発明は、
前記基本補正値は、オーバーラップ量に応じて設定された基本補正値に対し、排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、該排気弁の閉時期による補正は行わず一定に維持し、前記排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、該閉時期の該排気上死点からの遅角量と比例する減少補正量を、前記オーバーラップ量に応じて設定された基本補正値から減算補正した値であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１３に係る発明によると、
既述したように、オーバーラップ量の増大に応じて内部ＥＧＲ量は増大し、かつ、排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、オーバーラップ中吸気ポートへの吹き返しが支配的となるので、排気弁閉時期によらず内部ＥＧＲ量の増量分は略一定となり、一方、排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、排気上死点からの遅角量が増大するにしたがって、オーバーラップ中の内部ＥＧＲ量の増量分が減少する。
【００２８】
そこで、オーバーラップ量の増大に応じて設定した基本補正値を、排気弁の閉時期が排気上死点前にあるときは、そのまま基本補正値として設定し、排気弁の閉時期が排気上死点後にあるときは、該閉時期の該排気上死点からの遅角量と比例する減少補正量を、前記オーバーラップ量の増大に応じて設定した基本補正値から減算補正した値を、新たに基本補正値として設定することで、基本補正値を適正値に算出することができる。
【００２９】
また、請求項１４に係る発明は、
吸気圧と排気弁の閉時期に応じた吸気圧補正量として吸気圧補正係数を決定し、前記基本補正値に該吸気圧補正係数を乗じて前記オーバーラップ補正量を算出することを特徴とする。
請求項１４に係る発明によると、
既述の吸気圧と排気弁の閉時期に応じたオーバーラップ中の内部ＥＧＲ量の変化に基づいて吸気圧補正係数を決定し、前記基本補正値に該吸気圧補正係数を乗じることで、オーバーラップ補正量を容易に適正値に算出することができる。
【００３０】
また、請求項１５に係る発明は、
吸気負圧の絶対値が増大するにしたがって前記吸気圧補正量を増大し、排気弁の閉時期が排気上死点後にあり、かつ、吸気負圧の絶対値が所定値より高いときは、該閉時期の該排気上死点からの遅角量に応じて前記吸気圧補正量を増大することを特徴とする。
【００３１】
請求項１５に係る発明によると、
既述のように吸気負圧の絶対値が増大するにしたがってオーバーラップ中の内部ＥＧＲ量が増大するので吸気圧補正量を増大する一方、排気弁閉時期が排気上死点から離れるほどオーバーラップの有無によるシリンダ内の圧力の差が小さくなるので排気の戻り量の増量分が減少する傾向があるが、吸気負圧の絶対値が所定以上増大すると、やはりオーバーラップの有無によるシリンダ内の圧力の差が大きくなって増量分が大きく維持されるので、吸気負圧の絶対値が小さいときより、吸気圧補正量を増大する。
【００３２】
これにより、吸気圧に応じて高精度に吸気圧補正量が設定されるので、オーバーラップ補正量を適正値に算出することができる。
また、請求項１６に係る可変動弁の制御方法の発明は、
吸気弁および排気弁の開閉時期を可変制御できる可変動弁装置を備えたエンジンにおいて、前記請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載された内部ＥＧＲ量の推定方法を用いて内部ＥＧＲ量を推定し、エンジンの運転状態に基づいて目標空気量を算出し、前記内部ＥＧＲ量の推定値と前記目標空気量の算出値とに基づいて、吸気弁の目標閉時期を算出し、該算出された目標閉時期となるように吸気弁の閉時期を制御することを特徴とする。
【００３３】
請求項１６に係る発明によると、
既述のようにして高精度に推定された内部ＥＧＲ量と、エンジン運転状態毎に算出した目標空気量とに基づいて、吸気弁の目標閉時期が算出され、該目標閉時期となるように吸気弁の閉時期が制御される。
このようにすれば、エンジン運転状態に応じて吸・排気弁のオーバーラップの有無、オーバーラップ量の変化等により大きく変化する内部ＥＧＲ量を逐次高精度に推定しつつ吸気弁の閉時期を補正制御するので、目標吸入空気量に見合った新気量が得られ、高精度なトルク制御を行える。
【００３４】
また、請求項１７に係るエンジンのシリンダ吸入空気量算出方法の発明は、
前記請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載された内部ＥＧＲ量の推定方法を用いて内部ＥＧＲ量を推定し、該内部ＥＧＲ量の推定値を用いてシリンダに吸入される空気量を算出することを特徴とする。
請求項１７に係る発明によると、
既述のようにして高精度に推定された内部ＥＧＲ量を用いることにより、シリンダに吸入される全ガス量から内部ＥＧＲ量を減算した量であるシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができる。
【００３５】
また、請求項１８に係る発明は、
前記内部ＥＧＲ量の推定値と、吸気弁閉時期から算出されるシリンダ容積とに基づいてシリンダ内の体積空気量を算出すると共に、吸気マニホールド内の質量空気量を算出し、該シリンダ内の体積空気量と吸気マニホールド内の質量空気量および吸気マニホールド容積とに基づいてシリンダに吸入される質量空気量を算出することを特徴とする。
【００３６】
請求項１８に係る発明によると、
吸気弁閉時期からシリンダ容積すなわちシリンダに吸入される全体積ガス量が算出され、該全体積ガス量から前記内部ＥＧＲ量(体積)の推定値を減算することでシリンダに吸入される体積空気量が算出される。
吸気マニホールド内の圧力、温度と、吸気行程終了時のシリンダ内の圧力、温度が等しいと仮定すれば、吸気マニホールド内の質量空気量を吸気マニホールド容積で除算した吸気マニホールド内の空気密度とシリンダ内の空気密度が等しいので、この関係を用いてシリンダに吸入される質量空気量を算出することができる。
【００３７】
また、請求項１９に係る発明は、
前記吸気マニホールド内の質量空気量は、該吸気マニホールド内の質量空気の流入量と流出量の収支計算を行って算出することを特徴とする。
請求項１９に係る発明によると、
エアフローメータなどで検出される吸気マニホールド内への質量空気の流入量と、シリンダに吸入される質量空気量として逐次算出される吸気マニホールド内からの質量空気の流出量と、の収支計算を行うことで、吸気マニホールド内の質量空気量を逐次高精度に算出することができる。
【００３８】
また、請求項２０に係るエンジンの点火時期制御方法の発明は、
前記請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載された内部ＥＧＲ量の推定方法を用いて内部ＥＧＲ量を推定し、該内部ＥＧＲ量の推定値を用いて点火時期を制御することを特徴とする。
請求項２０に係る発明によると、
既述のようにして高精度に推定された内部ＥＧＲ量を用いることにより、燃焼状態を高精度に把握して点火時期を適正に制御することができる。
【００３９】
また、請求項２１に係る発明は、
前記内部ＥＧＲ量の推定値に基づいてシリンダ内の全ガス量に対する残ガス量の質量比である残ガス率を算出し、該残ガス率に基づいて燃焼速度を算出し、該燃焼速度に基づいて点火開始から燃焼圧力がピークとなるまでの燃焼反応時間を算出し、該燃焼反応時間に基づいてＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）を算出して、該ＭＢＴとなるように点火時期を制御することを特徴とする。
【００４０】
請求項２１に係る発明によると、
内部ＥＧＲ量に基づいて算出した残ガス率により燃焼速度を高精度に推定でき、以って、過渡時にもＭＢＴを正確に算出して、最適な点火時期制御を行え、ひいては燃費を向上できる。
【００４１】
【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１は本発明の一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。
【００４２】
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２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。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。
【００４３】
そして、エンジン１の始動前にこれら開弁用電磁コイル２５及び閉弁用電磁コイル２６を交互に通電して可動子２２を共振させ、振幅が十分大きくなったところで、いずれかの電磁コイルに可動子２２を吸着保持する。
その後は、閉弁から開弁させる際は、可動子２２を吸着している上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、スプリング２３の付勢力で可動子２２を下方に移動させ、下側の開弁用電磁コイル２５に十分接近したところから該開弁用電磁コイル２５を通電して可動子２２を吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。
【００４４】
逆に、開弁から閉弁させる際は、可動子２２を吸着している下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、スプリング２４の付勢力で可動子２２を上方へ移動させ、上側の閉弁用電磁コイル２６に十分接近したところから該閉弁用電磁コイル２６を通電して、可動子２２を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。
【００４５】
なお、本実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
図１に戻って、吸気通路７には、マニホールド部の上流に、吸入空気量を検出するエアフロメータ９、開度を電子制御されるスロットル弁１０が設けられ、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１１が設けられている。
【００４６】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、スロットル弁１０、燃料噴射弁１１及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１２により制御され、このコントロールユニット１２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速度を検出可能なクランク角センサ１３、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１４等から、信号が入力されている。
【００４７】
そして、アクセル開度，エンジン回転速度等のエンジンの運転条件に基づいて目標トルクが得られるように主として吸気弁５の閉時期の制御によって吸入空気量が制御される。また、排気エミッション特にＮＯｘ排出量低減のため、運転条件に応じて適度な内部ＥＧＲ量に制御されるように、排気弁６の閉時期と吸気弁５の開時期と（さらには、排気弁６の開時期）が制御されるが、実際には、内部ＥＧＲ量はこれらのバルブタイミング以外の要因によっても変化するので、運転状態毎に内部ＥＧＲ量を推定し、該推定された内部ＥＧＲ量に応じて吸気弁５の閉時期を補正制御する。
【００４８】
また、前記各種センサ類により検出された値に基づいて、吸入空気量が検出され、該吸入空気量に基づいて前記燃料噴射弁９からの燃料噴射量が制御される。以下に、本発明に係る内部ＥＧＲ量の推定に基づく第１の実施形態として、吸気弁の閉時期制御の実施形態を、図に基づいて説明する。
図３は、メインルーチンのフローチャートである。
【００４９】
ステップ１では、アクセルペダルセンサ１４によって検出されたアクセル開度及びクランク角センサ１３によって検出されたエンジン回転速度等を読み込み、これらの運転状態パラメータに基づいて、要求トルクに見合った目標空気量ＦＱＨ０ＥＭを算出する。
ステップ２では、内部ＥＧＲ量の吸・排気弁のオーバーラップが無い状態における基本値ＥＶＥＧＲ０を算出する。該算出は、図４のサブルーチンに従って行なわれる。即ち、ステップ２１，２２でエンジン回転速度Ｎｅと排気弁の目標閉時期（ＥＶＣ）を読み込み、ステップ２３でこれらに基づいて、図７に示すような特性データに基づいて作成されたマップテーブルを検索して、内部ＥＧＲ量の基本値ＥＶＥＧＲ０を、前記目標空気量ＦＱＨ０ＥＭに対するＥＧＲ率として算出する。該基本値ＥＶＥＧＲ０は、吸・排気弁のオーバーラップが無い状態でシリンダ内に残留する既燃ガス量であるから、排気弁の閉時期ＥＶＣにおけるピストン位置で定まるシリンダ容積が小さいほど少なくなり、図７に示すように排気上死点で最小となるが、同一ピストン位置でもＥＶＣが排気上死点前にあるとき（以下適宜ＢＴＤＣという）は、残ガスがやや圧縮された状態で排気弁が閉じるのに対し、ＥＶＣが排気上死点後にあるとき（以下適宜ＡＴＤＣという）は、一旦排気通路に排出した排気をシリンダ内に引き戻す状態で排気弁６が閉じるので、排気の戻りに遅れを生じる分、残ガス量つまり内部ＥＧＲ量は減少する。またその傾向は、慣性によるものであるため、エンジン回転速度Ｎｅによっても変化し、エンジン回転速度Ｎｅが大きいときほど慣性が大きくなって、内部ＥＧＲ量に及ぼす影響が大きくなる。特に、排気弁の閉時期ＥＶＣがＡＴＤＣにあるときは排気の流れが変換するため慣性の影響が大きいので、エンジン回転速度Ｎｅの増大による内部ＥＧＲ量の減少量が大きくなる。また、排気上死点から離れたところでは、ピストンスピードが大きいのでエンジン回転速度Ｎｅの変化による内部ＥＧＲ量の変化量が増大する。
【００５０】
図３に戻って、ステップ３では、排気弁６の目標閉時期ＥＶＣと吸気弁５の目標開時期ＩＶＯとがオーバーラップしているか否かを判定する。
そして、オーバーラップしていないと判定されたときには、ステップ４へ進んでオーバーラップによる内部ＥＧＲ量の補正量ＯＬＥＧＲ１を０にセットする。これにより、内部ＥＧＲ量は、前記基本値ＥＶＥＧＲ０に決定される。
【００５１】
また、ステップ３で吸・排気弁がオーバーラップしていると判定された場合は、ステップ５へ進んで、該オーバーラップ時の基本補正値ＯＬＥＧＲ０を算出する。
該算出は、図５のサブルーチンに従って行なわれる。
即ち、図５のステップ３１，３２，３３でエンジン回転速度Ｎｅ、排気弁６の目標閉時期ＥＶＣ、吸気弁５の目標開時期ＩＶＯを順次読み込み、ステップ３４で、これらの入力値に基づいて、次式によりオーバーラップ量（クランク角期間）をオーバーラップ時間ＯＬＴＩＭＥに換算する。
【００５２】
ＯＬＴＩＭＥ＝（ＥＶＣ−ＩＶＯ）／Ｎｅ
次いで、ステップ３５では、前記オーバーラップ時間ＯＬＴＩＭＥに基づいて、予めオーバーラップ時間ＯＬＴＩＭＥに対応して設定された値ＯＬＥＧＣ０をマップテーブルから検索する。ここで、オーバーラップ時間ＯＬＴＩＭＥの増大によって内部ＥＧＲ量が増大するので、前記値ＯＬＥＧＣ０は、オーバーラップ時間ＯＬＴＩＭＥの増大に応じて増大して設定されている。
【００５３】
ステップ３６では、排気弁６の目標閉時期ＥＶＣがＢＴＤＣにあるかＡＴＤＣにあるかを判別する。
ステップ３６で、ＥＶＣがＢＴＤＣにあると判定されたときは、ステップ３７へ進んで、前記ステップ３５で検索された値ＯＬＥＧＣ０を、そのままオーバーラップ時の基本補正値ＯＬＥＧＲ０として設定する。
【００５４】
また、ステップ３６でＥＶＣがＡＴＤＣにあると判定されたときは、ステップ３８へ進んで、前記の検索値ＯＬＥＧＣ０を目標閉時期ＥＶＣに応じて次式のように補正した値を、オーバーラップ時の基本補正値ＯＬＥＧＲ０として設定する。
ＯＬＥＧＲ０＝ＯＬＥＧＣ０−ＥＶＣ（上死点後の遅角量）×定数
即ち、内部ＥＧＲ量の基本値に対する吸・排気弁のオーバーラップ時における変化量（増量）は、オーバーラップ量（時間）が同一でも、排気弁の閉時期ＥＶＣによって吹き返しの影響度が異なることなどによって異なる。図８は、エンジン回転速度Ｎｅ、吸気圧一定の条件で、複数のオーバーラップ量（時間）について、ＥＶＣによる内部ＥＧＲ量の増量分の変化を示したものである。図示のように、ＥＶＣがＢＴＤＣにあると判定されたときは、オーバーラップによる内部ＥＧＲ量の増量はＥＶＣによらず略一定に維持される。これは、ＥＶＣがＢＴＤＣにあるときは、オーバーラップ中にシリンダ内の既燃ガスは、排気ポートへの掃気よりも低圧側の吸気ポート側への吹き返しの方が支配的になっていき、該吹き返された既燃ガスがその後の吸気行程で再度吸い込まれるためＥＧＲ率として略一定になるからである。したがって、前記ステップ３７のように、ＥＶＣ（上死点前の進角量）による補正は行わない。
【００５５】
一方、ＥＶＣがＡＴＤＣにあると判定された場合は、オーバーラップ中はピストンが下降しているため、吸気ポート側への吹き返し量は減少し、かつ、ＥＶＣが上死点から離れるほどシリンダ内の吸入負圧が発達して吸気ポート内の吸気負圧との差圧が小さくなるので、吹き返しされにくくなる。また、オーバーラップ時は非オーバーラップ時と比較すると、吸気弁が開いてシリンダ内に吸気負圧が伝達されることにより排気ポートからシリンダへの排気の戻り量が増大し（掃気効率が低下する）、その分内部ＥＧＲ量が増大するが、この増量分は、オーバーラップ期間が上死点付近にあるときは大きいが、オーバーラップ期間が上死点から離れるに従って小さくなると考えられる。即ち、オーバーラップ期間が上死点に近いときには、吸気弁が開かれない非オーバーラップ時と比較して、シリンダ内が吸気負圧を受ける影響が大きいので、排気の戻りによる内部ＥＧＲ量の増量分は大きい。これに対し、オーバーラップ期間が上死点から離れているときは、この期間に吸気弁が開かれない非オーバーラップ条件でピストン下降により増大するシリンダ内の吸入負圧と、オーバーラップにより吸気ポートからシリンダに伝わる吸気負圧との差が小さくなるため、排気の戻り量は、オーバーラップ時と非オーバーラップ時とで、差が小さくなる。つまりオーバーラップによる排気の戻りによる内部ＥＧＲ量の増量分は、オーバーラップ期間（又はＥＶＣ）が上死点から離れるに従って減少する。
【００５６】
以上のような理由で、図８に示すように、ＥＶＣがＡＴＤＣにあるときは、オーバーラップによる内部ＥＧＲ量の増量は、ＥＶＣが上死点から離れるに従って減少する。
したがって、前記ステップ３８のように、ＥＶＣ（上死点後の遅角量）に比例する減量補正を行なう。
【００５７】
図３に戻って、ステップ６では、前記のようにして算出されたオーバーラップ時の基本補正値ＯＬＥＧＲ０を吸気圧（ブースト圧）に応じて補正するための補正係数ＯＬＥＧＣＢを算出する。
即ち、前記基本補正値ＯＬＥＧＲ０は、吸気圧一定（−50mmHg）の条件でのオーバーラップ時の内部ＥＧＲ量増量分として算出されたが、オーバーラップ量（時間）、ＥＶＣが同一であっても吸気圧が変化すると、それによってオーバーラップ時の吹き返し量等が変化するので、該吸気圧に応じた補正を行なう必要がある。即ち、スロットル弁を備えず吸気圧が略大気圧一定で制御される場合は、補正の必要はないが、ブレーキ用のバキューム圧や蒸発燃料、ブローバイガスの吸気系への吸引負圧を必要とする場合には、前記スロットル弁１０の開度を適度に絞って所定の吸気圧に制御した上で、吸気弁５の閉時期による吸入空気量制御を行う場合には、前記吸気圧に応じた補正が必要である。
【００５８】
該吸気圧に応じた補正係数ＯＬＥＧＣＢの算出は、図６のサブルーチンに従って行なわれる。即ち、ステップ４１では前記スロットル弁開度制御による吸気圧制御において算出される目標吸気圧を読み込み、ステップ４２では、排気弁６の目標閉時期ＥＶＣを読み込み、ステップ４３ではこれらに基づいて、図９に示すような特性データに基づいて作成されたマップテーブルを検索して、吸気圧に応じた補正係数ＯＬＥＧＣＢを検索する。図９は、吸気圧（負圧）＝−50mmHg時での内部ＥＧＲ量の増量分に対する吸気圧＝−100mmHg、−300mmHg時での内部ＥＧＲ量の増量分の倍率を示したものである（オーバーラップ量[クランク角]を20°、40°とした４通りのデータ）。図示のように、吸気圧＝−100mmHgのときは、ＥＶＣ（オーバーラップ期間の中心）の変化によらず、略２倍で一定であるのに対し、吸気圧＝−300mmHgのときは、ＥＶＣがＢＴＤＣにあるときは、３〜４倍程度で略一定であるが、ＡＴＤＣにあるときは、上死点から離れるほど比例的に倍率が増大する。これは、吸気圧一定（−50mmHg）の条件でＥＶＣがＡＴＤＣにあるときは、既述したように上死点から離れるほどオーバーラップの有無によるシリンダ内の圧力の差が小さくなるので排気の戻り量の増量分が減少する傾向があるが、吸気負圧が−300mmHg程度まで増大すると、やはりオーバーラップの有無によるシリンダ内の圧力の差が大きくなるため増量分が大きく維持されるので、−50mmHg時に対して倍率が大きくなると考えられるためである。
【００５９】
図３に戻って、ステップ７では、ステップ５で算出した基本補正値ＯＬＥＧＲ０に、ステップ６で算出した吸気圧に応じた補正係数ＯＬＥＧＣＢを乗じて、最終的なオーバーラップ時の内部ＥＧＲ量の補正量ＯＬＥＧＲ１を算出する。
そして、ステップ８では、ステップ２で算出された内部ＥＧＲ量の基本値ＥＶＥＧＲ０に、上記のようにして算出されたオーバーラップ時の補正量ＯＬＥＧＲ１を加算して増量補正することにより、最終的な内部ＥＧＲ量ＥＧＲＲＥＭを推定演算する（次式参照）。
【００６０】
ＥＧＲＲＥＭ＝ＥＶＥＧＲ０＋ＯＬＥＧＲ
以上のように本発明に係る推定方法を用いることにより、内部ＥＧＲ量を高精度に推定することができる。
次いでステップ９では、ステップ１で算出した目標空気量ＦＱＨ０ＥＭを、前記内部ＥＧＲ量に基づいて補正することにより、目標空気量補正値ＨＱＨＯＦＭを算出する（次式参照）。なお、この補正は、目標空気量自体を変更するわけではなく、内部ＥＧＲ量によって目標空気量（新気量）を得るための吸気弁閉時期が変わることに応じた便宜上の補正である。つまり、目標空気量に内部ＥＧＲ量を加算したシリンダ内の総ガス量を目標空気量として算出したものである。
【００６１】
ＨＱＨＯＦＭ＝ＦＱＨ０ＥＭ×（１＋ＥＧＲＲＥＭ）
ステップ１０では、前記目標空気量補正値ＨＱＨＯＦＭに基づいて、吸気弁５の目標閉時期ＩＶＣを算出する。
これにより、前記目標閉時期ＩＶＣに応じた制御信号が前記電磁駆動装置に出力され、吸気弁５が目標閉時期ＩＶＣで閉弁するように制御される。
【００６２】
このようにすれば、エンジン運転状態に応じて吸・排気弁のオーバーラップの有無、オーバーラップ量の変化等により大きく変化する内部ＥＧＲ量を逐次高精度に推定しつつ吸気弁の閉時期を補正制御するので、目標吸入空気量に見合った新気量が得られ、高精度なトルク制御を行える。
次に、上記のようにして、前記図３のステップ８までに示した本発明に係る推定方法によって算出された内部ＥＧＲ量に基づいて、シリンダ吸入空気量を高精度に検出する第２の実施形態について説明する。システム構成については、図１に示したものと同様であるので説明を省略するが、燃料噴射弁１１による燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ９により計測される吸入空気量（質量流量）Ｑａに基づいて後述のごとく算出されるシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００６３】
以下、上記燃料噴射量等の制御のための第２の実施形態に係るシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量）Ｃｃの算出について、図１０の全体ブロック図、図１１〜図１５の各ルーチンのフローチャート等により、詳細に説明する。
ここで、図１中に示すように、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量（質量流量）をＱａ（ｋｇ／ｈ）とするが、１／３６００を乗じて、（ｇ／ｍｓｅｃ）として扱う。
【００６４】
また、吸気マニホールド部の圧力をＰｍ（Ｐａ）、容積をＶｍ（ｍ3 ；一定）、空気質量をＣｍ（ｇ）、温度をＴｍ（Ｋ）とする。
また、シリンダ部の圧力をＰｃ（Ｐａ）、容積をＶｃ（ｍ3）、空気質量をＣｃ（ｇ）、温度をＴｃ（Ｋ）とする。更に、シリンダ内新気割合をη（％）とする。
【００６５】
また、吸気マニホールド部とシリンダ部とで、Ｐｍ＝Ｐｃ、Ｔｍ＝Ｔｃ（圧力及び温度は変化しない）と仮定する。
図１１は吸気マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ（例えば１ｍｓｅｃ）毎に実行される。
ステップ５１では、エアフローメータ１４の出力より吸入空気量Ｑａ（質量流量；ｇ／ｍｓｅｃ）を計測する。
【００６６】
ステップ５２では、吸入空気量Ｑａの積分計算により、所定時間Δｔ毎にマニホールド部へ流入する空気量Ｃａ（空気質量；ｇ）＝Ｑａ・Δｔを算出する。
図１２はシリンダ部空気体積量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ６１では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣ、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣを検出する。尚、これらは吸気弁５及び排気弁６に対しリフトセンサを設けて直接的に検出してもよいが、第１の実施形態と同様、コントロールユニット１２での制御上の指令値（目標値）を用いることで簡素化できる。
【００６７】
ステップ６２では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣから、その時のシリンダ容積を算出し、目標Ｖｃ（ｍ3）とする。
ステップ６３では、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣ、エンジン回転速度Ｎｅに基づいて、第１の実施形態で説明した方法によって、内部ＥＧＲ量Ｘ(v)（前述の内部ＥＧＲ量ＥＧＲＲＥＭに相当）を推定算出する。
【００６８】
ステップ６４では、前記目標Ｖｃ（シリンダ容積）と、前記内部ＥＧＲ量Ｘ(v)である残ガス量とに基づいて、次式によりシリンダ内新気割合η（％）を算出する。
η＝（シリンダ容積Ｖｃ−残ガス量）／シリンダ容積Ｖｃ
すなわち、吸気弁５の開時期ＩＶＯと排気弁６の閉時期ＥＶＣとにより、オーバーラップ量が定まり、オーバーラップ量が多くなる程、残ガス量（内部ＥＧＲ量）が大となるので、オーバーラップ量に基づく上式により、シリンダ内新気割合ηを求める。また、可変動弁エンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部ＥＧＲを自在に制御できるので、一般にはＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ）は設けないが、設ける場合は、前記残ガス量として、前記内部ＥＧＲ量に外部ＥＧＲ量を加算した値を用いて、シリンダ内新気割合ηを求める。
【００６９】
ステップ６５では、目標Ｖｃ（吸入容積）にシリンダ内新気割合ηを乗じて、目標空気量相当の実Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ・ηを算出する。この実Ｖｃ（ｍ3）は、シリンダ吸入空気量（体積量）に相当する。なお、外部ＥＧＲ量＝０のときは、吸入容積Ｖｃから内部ＥＧＲ量を減算しても、実Ｖｃを求めることもできる。
ステップ６６では、次式のごとく、実Ｖｃ（ｍ3）にエンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）を乗じて、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）を算出する。
【００７０】
Ｖｃ変化速度＝実Ｖｃ・Ｎｅ・Ｋ
ここで、Ｋは単位を揃えるための定数で、Ｋ＝（１／３０）×（１／１０００）である。１／３０は、Ｎｅ（ｒｐｍ）をＮｅ（１８０ｄｅｇ／ｓｅｃ）に変換するためのものであり、１／１０００は、Ｖｃ（ｍ3／ｓｅｃ）をＶｃ（ｍ3／ｍｓｅｃ）に変換するためのものである。
【００７１】
また、一部気筒の稼働を停止させる制御を行う場合は、次式による。
Ｖｃ変化速度＝実Ｖｃ・Ｎｅ・Ｋ・ｎ／Ｎ
ｎ／Ｎは一部気筒の稼働を停止させる場合の稼働率であり、Ｎは気筒数、ｎはそのうちの稼働気筒数である。従って、例えば４気筒エンジンで、１気筒の稼働を停止させている場合は、ｎ／Ｎ＝３／４となる。尚、特定気筒の稼働を停止させる場合は、当該気筒の吸気弁及び排気弁を全閉状態に保持した上で、燃料カットを行う。
【００７２】
ステップ６７では、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）の積分計算により、単位時間（１ｍｓｅｃ）あたりにシリンダに吸入される空気量であるシリンダ部空気体積量Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ変化速度・Δｔを算出する。
図１３は連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ部空気質量算出）ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に繰り返し実行される。
【００７３】
ステップ７１では、マニホールド部吸気収支計算（マニホールド部空気質量Ｃｍの収支計算）のため、次式のごとく、マニホールド部空気質量の前回値Ｃｍ(n-1) に、図１０のルーチンで求めたマニホールド部へ流入する空気質量Ｃａ（＝Ｑａ・Δｔ）を加算し、また、マニホールド部からシリンダ部へ流出するシリンダ吸入空気量であるシリンダ部空気質量Ｃｃ(n) を減算して、マニホールド部空気質量Ｃｍ(n) （ｇ）を算出する。
【００７４】
Ｃｍ(n) ＝Ｃｍ(n-1) ＋Ｃａ−Ｃｃ(n)
ここで用いるＣｃ(n) は前回のルーチンで次のステップ７２により算出されたＣｃである。
ステップ７２では、シリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量Ｃｃ）の算出のため、次式のごとく、図１１のルーチンで求めたシリンダ部空気体積量Ｖｃに、マニホールド部空気質量Ｃｍを掛算し、また、マニホールド部容積Ｖｍ（一定値）で除算して、シリンダ部空気質量Ｃｃ（ｇ）を求める。
【００７５】
Ｃｃ＝Ｖｃ・Ｃｍ／Ｖｍ                  ・・・（１）
この（１）式は、次のように求められる。
気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｃ＝Ｐ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ）であるので、シリンダ部について、
Ｃｃ＝Ｐｃ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｃ）          ・・・（２）
となる。
【００７６】
ここで、Ｐｃ＝Ｐｍ、Ｔｃ＝Ｔｍと仮定するので、
Ｃｃ＝Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ）          ・・・（３）
となる。
一方、気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｐ／（Ｒ・Ｔ）＝Ｃ／Ｖであるので、マニホールド部について、
Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）＝Ｃｍ／Ｖｍ          ・・・（４）
となる。
【００７７】
この（４）式を（３）式に代入すれば、
Ｃｃ＝Ｖｃ・〔Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）〕＝Ｖｃ・〔Ｃｍ／Ｖｍ〕
となり、上記（１）式が得られる。
以上のように、ステップ７１，７２を繰り返し実行することにより、すなわち図１０に示すように連続計算することにより、シリンダ吸入空気量であるシリンダ部空気質量Ｃｃ（ｇ）を求めて、出力することができる。尚、ステップ７１，７２の処理順序は逆でもよい。
【００７８】
図１４は、後処理ルーチンのフローチャートである。
ステップ８１では、次式のごとく、シリンダ部空気質量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理して、Ｃｃｋ（ｇ）を算出する。
Ｃｃｋ＝Ｃｃｋ×（１−Ｍ）＋Ｃｃ×Ｍ
Ｍは加重平均定数であり、０＜Ｍ＜１である。
【００７９】
ステップ８２では、加重平均処理後のシリンダ部空気質量Ｃｃｋ（ｇ）をサイクル周期に対応させるため、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を用いて、
Ｃｃｋ（ｇ／cycle ）＝Ｃｃｋ／（１２０／Ｎｅ）
により、１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部空気質量（ｇ／cycle）に変換する。
【００８０】
尚、加重平均処理は、スロットル弁が大きく開いている（全開）時等の吸気の脈動が大きいときに限定して行うと、制御精度と制御応答性を両立させることができる。
図１５はこの場合の後処理ルーチンのフローチャートである。ステップ８５でシリンダ部空気質量Ｃｃ（ｇ）の変化量ΔＣｃを算出する。続いてステップ８６でこの変化量ΔＣｃが所定範囲内（所定値Ａより大きく所定値Ｂより小さい）か否かを判定する。所定範囲内の場合は、加重平均処理をする必要ないので、ステップ８７でＣｃｋ（ｇ）＝Ｃｃ（ｇ）とした後、ステップ８２で図１４のステップ８２と同じに１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部空気質量Ｃｃｋ（ｇ／cycle ）に変換する。変化量ΔＣｃが所定範囲外である場合は、ステップ８１で図１４のステップ８１と同じにシリンダ部空気質量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理してＣｃｋ（ｇ）を算出し、ステップ８２へ進む。
【００８１】
以上のようなシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量Ｃｃ，Ｃｃｋ）の算出により、すなわち、マニホールド部空気質量Ｃｍの収支計算を行いつつ、マニホールド部空気質量Ｃｍとシリンダ容積Ｖｃとに基づいてシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量）Ｃｃを算出するに際し、内部ＥＧＲ量の推定値を用いることで、シリンダ吸入空気量を正確に求めることができる。
【００８２】
よって、可変動弁エンジンでのシリンダ吸入空気量の算出精度を大幅に向上させることができ、燃料噴射量制御においては、空燃比制御精度が向上し、これにより排気性能及び運転性能が大幅に向上する。
また、圧力センサや温度センサを一切設けることなく実施できるので、コストアップを招くこともない。
【００８３】
次に、内部ＥＧＲ量の推定算出を行って、最適な点火時期制御を行う第３の実施形態について説明する。
図１６は、該第３の実施形態の制御ブロック図を示す。
内部ＥＧＲ量演算部では、既述のように排気弁閉時期ＥＶＣ、吸気弁開時期ＩＶＯ、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて内部ＥＧＲ量（体積量）Ｘ(v)を、推定演算する。
【００８４】
残ガス率演算部では、前記内部ＥＧＲ量に外部ＥＧＲを行う場合は外部ＥＧＲ量を加算して残ガス量（体積量）をＥＧＲガスの密度ρを用いて残ガス量（質量）Ｘ(g)に換算し、該残ガス量（質量）Ｘ(g)をシリンダ内総ガス量（質量）Ｖｃ(g)で除算した残ガス率ζを算出する。ここで、シリンダ内総ガス量（質量）は、前記残ガス量（質量）Ｘ(g)に、第２の実施形態で示したように算出されるシリンダ部空気質量Ｃｃ(g)を加算して算出される。
【００８５】
燃焼速度演算部では、前記残ガス率ζに基づいて燃焼速度Ｂｖを算出する。ここで、残ガス率ζが大きいときほど、燃焼速度Ｂｖは小さい値に算出される。
燃焼反応時間演算部では、前記燃焼速度Ｂｖに基づいて点火時期から燃焼圧力がピークとなるまでの燃焼反応時間Ｂｔを算出する。
ＭＢＴ演算部では、前記燃焼反応時間Ｂｔに基づいて、ＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）を算出する。具体的には、燃焼反応時間Ｂｔをエンジン回転速度Ｎｅに基づいてクランク角期間に換算した上で、圧縮上死点よりやや遅角側の所定クランク角位置で燃焼圧力がピークとなるように、該所定クランク角位置から前記燃焼反応時間Ｂｔ相当のクランク角期間だけ進角側のクランク角位置を、ＭＢＴとして算出する。
【００８６】
このようにすれば、内部ＥＧＲ量に基づいて燃焼速度を高精度に推定して、過渡時にもＭＢＴを正確に算出して、最適な点火時期制御を行え、ひいては燃費を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の各実施形態に共通する可変動弁の制御装置を備えたエンジンのシステム図。
【図２】  同じく吸・排気弁の電磁駆動装置の基本構造図。
【図３】  第１の実施形態における吸気弁の目標閉時期設定ルーチンのフローチャート。
【図４】  同じく内部ＥＧＲ量の基本値を算出するサブルーチンのフローチャート。
【図５】  同じく内部ＥＧＲ量のオーバーラップによる基本補正値を算出するサブルーチンのフローチャート。
【図６】  前記基本補正値の吸気圧による補正係数を算出するサブルーチンのフローチャート。
【図７】  前記内部ＥＧＲ量の基本値の特性を示す図。
【図８】  前記オーバーラップによる基本補正値の特性を示す図。
【図９】  前記基本補正値の吸気圧による影響を示す図。
【図１０】  第2の実施形態の制御ブロック図
【図１１】  同じくマニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャート
【図１２】  同じくシリンダ容積算出ルーチンのフローチャート
【図１３】  同じく連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャート
【図１４】  同じく後処理ルーチンのフローチャート
【図１５】  同じく後処理ルーチンの他の例のフローチャート
【図１６】  第３の実施形態の制御ブロック図
【符号の説明】
１  エンジン
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  エアフローメータ
１０  電制スロットル弁
１１  燃料噴射弁
１２  コントロールユニット
１３  クランク角センサ
１４  アクセルペダルセンサ
【図１】
0003959957.tif 000002
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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