(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開閉時期を任意に制御可能で、吸入空気量を吸気弁の閉時期により制御する可変動弁エンジンにおいて、エアフローメータにより検出された吸入空気量を、該エアフローメータの検出誤差を補正するためのエアフロ誤差補正項で補正することにより、吸入空気量を算出する吸入空気量算出装置であって、
スロットル弁開度とエンジン回転数とから吸気管圧力の基本値を算出する吸気管圧力基本値算出手段と、少なくとも吸気弁の閉時期に基づいてシリンダ内のガスの吸気管への吹戻し量を算出する吹戻し量算出手段と、前記吸気管圧力の基本値と前記吹戻し量とから、吹戻し量が多いほど吸気管圧力の基本値を大気圧側に補正して吸気管圧力を算出する補正手段と、を備えてなる吸気管圧力推定手段と、
前記吸気管圧力とエンジン回転数とに基づいて吸気の脈動率を算出する脈動率算出手段と、
前記エアフロ誤差補正項を前記脈動率に基づいて算出するエアフロ誤差補正項算出手段と、
前記エアフローメータにより検出された吸入空気量を前記エアフロ誤差補正項により補正する吸入空気量補正手段と、
を含んで構成される可変動弁エンジンの吸入空気量算出装置。
【請求項２】
前記吹戻し量算出手段は、吸気弁の閉時期が下死点以降に遅くなった場合に、吹戻し量を大きく設定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算出装置。
【請求項３】
前記吹戻し量算出手段は、吸気弁の閉時期が早くなった場合に、吹戻し量を大きく設定することを特徴とする請求項１記載又は請求項２記載の可変動弁エンジンの吸入空気量算出装置。
【請求項４】
前記吹戻し量算出手段は、吸気弁の閉時期とエンジン回転数とから吹戻し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算出装置。
【請求項５】
前記吹戻し量算出手段は、エンジン回転数が慣性過給効果が最大となる回転数より低い程、また高い程、吹戻し量を大きく設定することを特徴とする請求項４記載の可変動弁エンジンの吸入空気量算出装置。
【請求項６】
前記エアフロ誤差補正項算出手段は、スロットル弁開度とエンジン回転数とに基づいて前記エアフロ誤差補正項の基本値を算出する補正項基本値算出手段と、前記エアフロ誤差補正項の基本値を少なくとも前記脈動率に基づいて補正して前記エアフロ誤差補正項を算出する補正手段と、を含んで構成され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算出装置。
【請求項７】
前記補正項基本値算出手段は、スロットル弁開度とエンジン回転数とからスロットル弁通過空気量を算出するスロットル弁通過空気量算出手段を有し、スロットル弁通過空気量とエンジン回転数とから前記エアフロ誤差補正項の基本値を算出することを特徴とする請求項６記載の可変動弁エンジンの吸入空気量算出装置。
【請求項８】
前記エアフロ誤差補正項の基本値に対する補正手段は、前記エアフロ誤差補正項の基本値を前記脈動率及びエンジン回転数に基づいて補正して前記エアフロ誤差補正項を算出することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の可変動弁エンジンの吸入空気量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の開閉時期を任意に制御可能で、吸入空気量を吸気弁の閉時期により制御する可変動弁エンジンにおいて、エアフローメータにより検出された吸入空気量を、該エアフローメータの検出誤差を補正するためのエアフロ誤差補正項（ＫＴＲＭ）で補正することにより、燃料噴射量等の制御用の吸入空気量を算出する吸入空気量算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エアフローメータで検出した吸入空気量に基づいて燃料噴射量等を制御する場合、前記エアフローメータ、特に熱線式のエアフローメータは、吸気脈動の影響を受けて検出誤差を生じることから、脈動の大きさを知るための負荷のパラメータとして、スロットル弁開度及びエンジン回転数（α−Ｎ）からスロットル弁通過空気量を求め、該スロットル弁通過空気量とエンジン回転数とから前記脈動の影響による検出誤差を補正するためのエアフロ誤差補正項（補正係数）ＫＴＲＭを設定し、これにより吸入空気量を補正することが行われており、更に、前記補正項ＫＴＲＭをＥＧＲ率に応じて修正することも行われている（特開平１１−６２６７４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸気弁の開閉時期を任意に制御可能で、吸入空気量を吸気弁の閉時期により制御する可変動弁エンジンにおいては、負荷（スロットル弁開度及びエンジン回転数）と吸気管圧力とが対応していないので、負荷と脈動の大きさが対応していないため、適切な吸入空気量の補正が行えないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、可変動弁エンジンにおいて、脈動の大きさに対応した補正により、吸入空気量の算出精度を向上させることを目的とする。
【０００５】
【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、吸気弁の開閉時期を任意に制御可能で、吸入空気量を吸気弁の閉時期により制御する可変動弁エンジンにおいて、エアフローメータにより検出された吸入空気量を、該エアフローメータの検出誤差を補正するためのエアフロ誤差補正項で補正することにより、吸入空気量を算出する吸入空気量算出装置として、図１に示すように、スロットル弁開度とエンジン回転数とから吸気管圧力の基本値を算出する吸気管圧力基本値算出手段と、少なくとも吸気弁の閉時期に基づいてシリンダ内のガスの吸気管への吹戻し量を算出する吹戻し量算出手段と、前記吸気管圧力の基本値と前記吹戻し量とから、吹戻し量が多いほど吸気管圧力の基本値を大気圧側に補正して吸気管圧力を算出する補正手段と、を備えてなる吸気管圧力推定手段と、前記吸気管圧力とエンジン回転数とに基づいて吸気の脈動率を算出する脈動率算出手段と、前記エアフロ誤差補正項を前記脈動率に基づいて算出するエアフロ誤差補正項算出手段と、前記エアフローメータにより検出された吸入空気量を前記エアフロ誤差補正項により補正する吸入空気量補正手段と、を含んで構成される吸入空気量算出装置を提供する。
【０００６】
請求項２に係る発明では、前記吹戻し量算出手段は、吸気弁の閉時期が下死点以降に遅くなった場合に、吹戻し量を大きく設定することを特徴とする。また、請求項３に係る発明では、前記吹戻し量算出手段は、吸気弁の閉時期が早くなった場合に、吹戻し量を大きく設定することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に係る発明では、前記吹戻し量算出手段は、吸気弁の閉時期とエンジン回転数とから吹戻し量を算出することを特徴とする。この場合に、請求項５に係る発明では、前記吹戻し量算出手段は、エンジン回転数が慣性過給効果が最大となる回転数より低い程、また高い程、吹戻し量を大きく設定することを特徴とする。
【０００８】
請求項６に係る発明では、前記エアフロ誤差補正項算出手段は、スロットル弁開度とエンジン回転数とに基づいて前記エアフロ誤差補正項の基本値を算出する補正項基本値算出手段と、前記エアフロ誤差補正項の基本値を少なくとも前記脈動率に基づいて補正して前記エアフロ誤差補正項を算出する補正手段と、を含んで構成されることを特徴とする（図１参照）。
【０００９】
請求項７に係る発明では、前記補正項基本値算出手段は、スロットル弁開度とエンジン回転数とからスロットル弁通過空気量を算出するスロットル弁通過空気量算出手段を有し、スロットル弁通過空気量とエンジン回転数とから前記エアフロ誤差補正項の基本値を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項８に係る発明では、前記エアフロ誤差補正項の基本値に対する補正手段は、前記エアフロ誤差補正項の基本値を前記脈動率及びエンジン回転数に基づいて補正して前記エアフロ誤差補正項を算出することを特徴とする。
【００１１】
尚、スロットル弁を有しない可変動弁エンジンにおいては、スロットル弁開度＝全開として算出を行えばよい。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、吸気管圧力とエンジン回転数とに基づいて吸気の脈動率を算出し、これに基づいてエアフロ誤差補正項を算出するので、負荷（スロットル弁開度及びエンジン回転数）と脈動の大きさが対応していない可変動弁エンジンにおいて、脈動の大きさに対応した補正により、吸入空気量の算出精度を向上させることができる。これにより、燃料噴射量制御に適用した場合に、空燃比制御精度が向上し、排気性能、運転性能が向上する。
【００１３】
また、請求項１（更には請求項２、３）に係る発明によれば、吸気管圧力を推定により求め、特に、吸気管圧力の推定に際し、吹戻し量の算出のため、吸気弁の閉時期を考慮することで、センサの追加なしに、高精度に実施できる。
請求項４、５に係る発明によれば、吸気管圧力の推定に際し、吹戻し量の算出のため、吸気弁の閉時期及びエンジン回転数を考慮することで、更に高精度に実施できる。
【００１４】
請求項６、７に係る発明によれば、従来の手法によりエアフロ誤差補正項の基本値を算出し、これを補正することで、信頼性を向上できる。
請求項８に係る発明によれば、脈動率及びエンジン回転数に基づいて補正してエアフロ誤差補正項を算出することで、更に算出精度を向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
尚、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。
【００１９】
図２に戻って、吸気通路７には、全気筒共通の集合部に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００２０】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１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クランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ（エンジン回転数検出手段）１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを検出する熱線式のエアフローメータ１４、スロットル弁９の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ（スロットル弁開度検出手段）１５等から、信号が入力される。
【００２１】
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の開閉時期を制御、特に吸気弁５の開時期ＩＶＯを上死点近傍のタイミングに設定して、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを可変制御することにより、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとに基づく要求トルク相当の目標空気量が得られるように、吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁９は、所定の運転条件（高負荷運転時以外）にて吸気通路７内に微少な負圧（−50mmHg程度）を得る程度の開度に設定制御する。
【００２２】
排気弁６の開時期ＥＶＯ及び閉時期ＥＶＣは、最も熱効率の良いタイミングとなるように制御する。
尚、吸気弁５の閉時期ＩＶＣによる吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する特定運転条件（例えばアイドル運転時や冷機状態での低負荷運転時など）では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定し、電制スロットル弁９の開度ＴＶＯを可変制御することにより吸入空気量を制御することも可能である。
【００２３】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、熱線式のエアフローメータ１４により検出される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
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（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
【００２４】
次に、燃料噴射量等の制御のための吸入空気量の算出について、更に詳細に、図４〜図６のフローチャートにより説明する。
すなわち、燃料噴射量等の制御のための吸入空気量Ｑａは、基本的には、熱線式のエアフローメータ１４により検出するが、該エアフローメータ１４の検出誤差を補正するためのエアフロ誤差補正項（補正係数）ＫＴＲＭにより補正して、燃料噴射量等の制御に用いるようにしており、これについて更に詳細に説明する。
【００２５】
図４は燃料噴射量演算ルーチンのフローチャートである。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、熱線式のエアフローメータ１４により検出される吸入空気量Ｑａを読込む。
【００２６】
ステップ２では、次式のごとく、吸入空気量Ｑａを後述する図５のルーチンにより算出されるエアフロ誤差補正係数ＫＴＲＭにより補正した上で、補正後吸入空気量（Ｑａ×ＫＴＲＭ）と、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転数Ｎｅとから、基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。ここで、吸入空気量Ｑａをエアフロ誤差補正係数ＫＴＲＭにより補正する部分が吸入空気量補正手段に相当する。
【００２７】
Ｔｐ＝ＫＣＯＮＳＴ×Ｑａ×ＫＴＲＭ／Ｎｅ
尚、ＫＣＯＮＳＴは、単位回転当たりの吸入空気量を所定空燃比（理論空燃比）を得るための燃料噴射量に変換するための定数である。
【００２８】
ステップ３では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐに各種補正を施して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを算出する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ
ＣＯＥＦは各種補正係数である。
これにより、所定の燃料噴射タイミングにて、前記燃料噴射量Ｔｉに対応するパルス幅の燃料噴射パルス信号が燃料噴射弁１０に出力されて、燃料噴射が行われる。
【００２９】
図５はエアフロ誤差補正係数ＫＴＲＭ算出ルーチンのフローチャートである。
ステップ１１では、スロットルセンサ１５により検出されるスロットル弁開度ＴＶＯ、及び、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転数Ｎｅを読込む。
【００３０】
ステップ１２では、スロットル弁開度ＴＶＯ（α）とエンジン回転数Ｎｅとから、図７のマップを参照して、スロットル弁通過空気量（いわゆるα−Ｎ空気量）ＱＨ０を算出する。
【００３１】
ステップ１３では、スロットル弁通過空気量ＱＨ０とエンジン回転数Ｎｅとから、図８のマップを参照して、エアフロ誤差補正係数の基本値ＫＴＲＭ０（０．９〜１．１程度）を算出する。
【００３２】
ステップ１４では、後述する図６のルーチンにより推定される吸気管圧力ＢＯＯＳＴを読込む。
【００３３】
ステップ１５では、吸気管圧力ＢＯＯＳＴとエンジン回転数Ｎｅとから、図９のマップを参照して、吸気の脈動率（％）を算出する。このマップでは、例えば、吸気管圧力ＢＯＯＳＴが大気圧側で、エンジン回転数Ｎｅが低い程、脈動率大と算出される。
【００３４】
ステップ１６では、脈動率とエンジン回転数Ｎｅとから、図１０のマップを参照して、エアフロ誤差補正係数の基本値ＫＴＲＭ０に対する脈動補正係数を算出する。このマップでは、例えば、脈動率が大きい程、脈動補正係数が０．９程度の小側の値に設定され、脈動率が小さい程、脈動補正係数が１．１程度の大側の値に設定され、またエンジン回転数Ｎｅが大きい程、大きな補正がなされるように設定される。
【００３５】
ステップ１７では、次式のごとく、エアフロ誤差補正係数の基本値ＫＴＲＭ０に脈動補正係数を乗じて、エアフロ誤差補正係数ＫＴＲＭを算出する。
ＫＴＲＭ＝ＫＴＲＭ０×脈動補正係数
【００３６】
ここで、ステップ１４の部分が吸気管圧力推定手段に相当し、ステップ１５の部分が脈動率算出手段に相当する。また、ステップ１１〜１３，１６〜１７の部分がエアフロ誤差補正項算出手段に相当し、特にステップ１１〜１３の部分が補正項基本値算出手段に相当し（このうちステップ１２の部分がスロットル弁通過空気量算出手段に相当）、ステップ１６〜１７の部分が補正手段に相当する。
【００３７】
図６は吸気管圧力ＢＯＯＳＴ推定ルーチンのフローチャートである。本ルーチンが吸気管圧力推定手段に相当する。
ステップ２１では、スロットルセンサ１５により検出されるスロットル弁開度ＴＶＯ、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを読込む。尚、吸気弁５の閉時期ＩＶＣはリフトセンサを設けて直接的に検出してもよいが、コントロールユニット１１での制御上の指令値を用いることで簡素化できる。
【００３８】
ステップ２２では、スロットル弁開度ＴＶＯとエンジン回転数Ｎｅとから、図１１のマップを参照して、吸気管圧力の基本値ＢＯＯＳＴ０を算出する。
【００３９】
ステップ２３では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣとエンジン回転数Ｎｅとから、図１２のマップを参照して、吹戻し量を算出する。このマップでは、吸気弁５の閉時期ＩＶＣが下死点以降に遅くなると、シリンダ内のガスの吸気管への吹戻しが多くなる（吸気管圧力が上昇する）ことから、吹戻し量が大きく設定される。また、吸気弁５の閉時期ＩＶＣが極端な早閉じ制御により早くなった場合も、吸気管圧力が上昇することから、吹戻し量が大きく設定される。更に、エンジン回転数Ｎｅが慣性過給効果が最大となる回転数より低い程、また高い程、吸気管圧力が上昇することから、吹戻し量が大きく設定される。尚、吸気弁５の閉時期ＩＶＣ及びエンジン回転数Ｎｅの他、吸気弁５の開時期ＩＶＯ及び排気弁６の閉時期ＥＶＣを考慮してもよい。
【００４０】
ステップ２４では、吸気管圧力の基本値ＢＯＯＳＴ０と吹戻し量とから、図１３のマップを参照して、吸気管圧力ＢＯＯＳＴを算出（推定）する。このマップでは、吹戻し量が多いほど、吸気管圧力の基本値ＢＯＯＳＴ０を大気圧側に補正して、吸気管圧力ＢＯＯＳＴを算出（推定）する。
【００４１】
ここで、ステップ２２の部分が吸気管圧力基本値算出手段に相当し、ステップ２３の部分が吹戻し量算出手段に相当し、ステップ２４の部分が補正手段に相当する。
以上のように、吸気管圧力ＢＯＯＳＴとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて吸気の脈動率を算出し、これに基づいてエアフロ誤差補正係数ＫＴＲＭを算出するので、負荷（スロットル弁開度及びエンジン回転数）と脈動の大きさが対応していない可変動弁エンジンにおいて、脈動の大きさに対応した補正により、吸入空気量（Ｑａ×ＫＴＲＭ）の算出精度を向上させることができる。
【００４２】
これにより、燃料噴射量制御において、空燃比制御精度が向上し、排気性能、運転性能が向上する。勿論、燃料噴射量制御の他、点火時期制御などに反映させることも可能である。
【００４３】
尚、スロットル弁を有しない可変動弁エンジンにおいては、スロットル弁開度ＴＶＯ＝全開として上記の算出を行えばよい。
【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】  本発明の一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】  燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図５】  エアフロ誤差補正係数算出ルーチンのフローチャート
【図６】  吸気管圧力推定ルーチンのフローチャート
【図７】  スロットル弁通過空気量ＱＨ０算出用マップを示す図
【図８】  エアフロ誤差補正係数基本値ＫＴＲＭ０算出用マップを示す図
【図９】  脈動率算出用マップを示す図
【図１０】  脈動補正係数算出用マップを示す図
【図１１】  吸気管圧力基本値ＢＯＯＳＴ０算出用マップを示す図
【図１２】  吹戻し量算出用マップを示す図
【図１３】  吸気管圧力ＢＯＯＳＴ算出用マップを示す図
【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  燃料噴射弁
１０  電制スロットル弁
１１  コントロールユニット
１２  クランク角センサ
１３  アクセルペダルセンサ
１４  エアフローメータ
１５  スロットルセンサ
【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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【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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