(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
大気圧状態で吸気を行わせている状態で、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積から吸気弁の開時期，排気弁の閉時期により求まる残留既燃ガス量を差し引いた量を吸入空気体積流量として算出する吸入空気体積流量算出手段と、
同じく大気圧状態で吸気を行わせている状態で、吸入空気質量流量を検出する吸入空気質量流量検出手段と、
前記算出された吸入空気体積流量と、前記検出された吸入空気質量流量とに基づいて吸入空気の密度を算出する吸入空気密度算出手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの吸入空気密度推定装置。
【請求項２】
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段及び電子制御スロットル弁を備えたエンジンにおいて、
現状のスロットル弁開度における運転状態と略同一のシリンダ吸入空気流量が得られるようにスロットル弁を全開として大気圧状態で吸気を行わせつつ吸・排気弁の開閉時期を制御し、この状態で、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積から吸気弁の開時期，排気弁の閉時期により求まる残留既燃ガス量を差し引いた量を吸入空気体積流量として算出する吸入空気体積流量算出手段と、
同じく大気圧状態で吸気を行わせている状態で、吸入空気質量流量を検出する吸入空気質量流量検出手段と、
前記算出された吸入空気体積流量と、前記検出された吸入空気質量流量とに基づいて吸入空気の密度を算出する吸入空気密度算出手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの吸入空気密度推定装置。
【請求項３】
前記吸入空気体積流量算出手段は、エンジン高回転時の脈動の影響に対する補正を行って吸入空気体積流量を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変動弁エンジンの吸入空気密度推定装置。
【請求項４】
吸入空気体積流量，吸入空気質量流量は、エンジンの１サイクル又は複数サイクルの合計値で算出され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密度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、吸入空気の密度を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン（内燃機関) においては、吸入空気の密度（以下空気密度という) を検出し、該空気密度に基づいて、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ) 時の空気量（制御デューティ) 補正や、始動時の燃料噴射量補正、エアフロメータの電源投入時における過渡補正等の各種補正を行うようにしたものがある。該空気密度の検出は、大気圧センサ，温度センサを設けて、圧力と温度とに基づいて検出するものが知られる（特開平５−３２１７１３号公報参照) 。
【０００３】
また、スロットル弁を全開にしたときの吸入空気流量の検出値と、標準条件（例えば２５°Ｃ，１ａｔｍ) での吸入空気流量実測値との比較による方法もある（特開平９−２８７８５０７号公報参照) 。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者は、空気密度検出用に新たなセンサが必要とし、複雑なシステムとなり、コスト増となり、後者は、スロットル弁を全開にする頻度が少ない場合には使用できない。また、電子制御スロットル装置を備えたもので、強制的にスロットル弁を全開とすると、車が急発進してしまうようなおそれがある。
【０００５】
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任意に制御自由な可変動弁を備えたエンジンにおいて、空気密度検出用のセンサ等を設けることなく、可変動弁の作動状態に基づいて空気密度を推定できるようにした可変動弁エンジンの空気密度推定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
大気圧状態で吸気を行わせている状態で、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積から吸気弁の開時期，排気弁の閉時期により求まる残留既燃ガス量を差し引いた量を吸入空気体積流量として算出する吸入空気体積流量算出手段と、
同じく大気圧状態で吸気を行わせている状態で、吸入空気質量流量を検出する吸入空気質量流量検出手段と、
前記算出された吸入空気体積流量と、前記検出された吸入空気質量流量とに基づいて吸入空気の密度を算出する吸入空気密度算出手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
大気圧状態で吸気を行われているときは、吸気弁の閉時期におけるシリンダ容積の中に大気圧状態の吸入空気（新気) が導入される一方、排気弁の閉時期や吸・排気弁の開オーバラップ量等によってシリンダ内の残留ガス量が推定される。そこで、吸入空気体積流量算出手段が、これらに基づいて大気圧状態での吸入空気体積流量を算出する。
【０００８】
一方、吸入空気質量流量検出手段によって吸入空気質量流量が検出されるので、空気密度算出手段が、前記吸入空気体積流量と吸入空気質量流量との比によって空気密度を算出する。
また、請求項２に係る発明は、
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段及び電子制御スロットル弁を備えたエンジンにおいて、
現状のスロットル弁開度における運転状態と略同一のシリンダ吸入空気流量が得られるようにスロットル弁を全開として大気圧状態で吸気を行わせつつ吸・排気弁の開閉時期を制御し、この状態で、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積から吸気弁の開時期，排気弁の閉時期により求まる残留既燃ガス量を差し引いた量を吸入空気体積流量として算出する吸入空気体積流量算出手段と、
同じく大気圧状態で吸気を行わせている状態で、吸入空気質量流量を検出する吸入空気質量流量検出手段と、
前記算出された吸入空気体積流量と、前記検出された吸入空気質量流量とに基づいて吸入空気の密度を算出する吸入空気密度算出手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明によると、
スロットル弁を備えない可変動弁エンジンでは、常に大気圧状態で吸・排気弁の制御のみによって吸入空気量が制御されるが、電子制御スロットル弁を備えた場合は、スロットル弁を絞って運転しているときには、負圧状態で吸気が行われるため、大気圧状態での吸入空気体積流量を直接求めることができない。
【００１０】
そこで、スロットル弁開度と吸・排気弁の開閉時期とに基づいてシリンダ吸入空気量を予測し、スロットル弁を全開として大気圧状態で吸気させたときに前記と略同一のシリンダ吸入空気量が得られる吸・排気弁の開閉時期を算出し、スロットル弁全開で該算出された吸・排気弁の開閉時期に制御して大気圧状態で吸気を行わせる。
【００１１】
そして、前記吸入空気体積流量算出手段により算出した前記大気圧状態で吸気したときの吸入空気体積流量と、吸入空気質量流量検出手段で検出した吸入空気質量流量とに基づいて、空気密度算出手段により空気密度を算出する。
このようにすれば、シリンダ吸入空気量を略同一にしてトルク変化を可及的に抑制しつつ、空気密度を推定することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、
前記吸入空気体積流量算出手段は、エンジン高回転時の脈動の影響に対する補正を行って吸入空気体積流量を算出することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
エンジンの高回転時には吸気に脈動を発生するので、該脈動の影響に対する補正を行うことにより、吸入空気体積流量を高精度に算出することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、
吸入空気体積流量，吸入空気質量流量は、エンジンの１サイクル又は複数サイクルの合計値で算出されることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
始動時等空気密度を速やかに推定する必要がある場合は、１サイクルの吸入空気質量流量を用いて速やかに空気密度を推定し、そうでない場合は、複数サイクルの吸入空気質量流量の合計値を用いてバラツキを無くして推定精度を高める。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて説明する。一実施の形態の全体構成を示す図２において、エンジン１には、弁駆動装置２により開閉を電子制御される吸気弁３及び排気弁４が装着されている。各気筒の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８及び点火コイル９が装着されている。また、吸気通路の上流部で吸入空気質量流量を検出する吸入空気質量流量検出手段として熱線式流量計等のエアフロメータ10が装着されている。エンジン本体には各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に、微小クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ11が装着されている。
【００１５】
前記エアフロメータ10，クランク角センサ11等の信号はコントロールユニット12に出力され、コントロールユニット12は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に燃料噴射信号を出力して燃料噴射制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火制御を行い、更に、前記弁駆動装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。また、吸・排気弁の開閉時期とエンジン回転速度とに基づいて大気圧状態での吸入空気体積流量を算出し、これと前記エアフロメータ10で検出された吸入空気質量流量とに基づいて空気密度を算出して推定する。
【００１６】
前記弁駆動装置２の構成を図３に示す。図３において弁駆動装置２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング21と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する) のステムに一体に設けられてハウジング21内に移動自由に収納されるアーマチュア22と、該アーマチュア22を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の上面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される閉弁用電磁石23と、該アーマチュア22を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の下面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される開弁用電磁石24と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する閉弁側戻しバネ25と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する開弁側戻しバネ26と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石23と開弁用電磁石24とを共に消磁したときに、吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ25と開弁側戻しバネ26とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石23のみを励磁したときに吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石24のみを励磁したときに吸気弁３は開弁（全開) するように駆動される。該弁駆動装置２が可変動弁手段を構成する。
【００１７】
前記弁駆動装置２による吸気弁３及び排気弁４の吸・排気のための開閉時期は、エンジン１の運転状態に基づいて設定された目標開閉時期となるように制御されるが、特に、吸気弁３の吸気下死点前の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度とエンジン回転速度、或いはこれらに基づいて設定された要求トルクなどに基づいて広範囲に可変制御して吸入空気量を制御するようになっている。
【００１８】
以下に、前記空気密度を算出して推定するルーチンを、図４のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ１では、エアフロメータ10により、吸入空気質量流量を検出する。ここで、エアフロメータ10は、単位時間当たりの流量を計測する。
ステップ２では、吸・排気弁の開閉時期を読み込む。
【００１９】
ステップ３では、前記クランク角センサ11からの検出信号に基づいて、エンジン回転速度Ｎｅを検出する。
ステップ４では、前記吸・排気弁の開閉時期と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて吸入空気体積流量を算出する。このステップ４の機能が吸入空気体積流量算出手段を構成する。
【００２０】
基本的には、吸・排気弁の開閉時期によりシリンダ吸入空気体積流量を算出し、これにエンジン回転速度Ｎｅの１／２（４サイクルエンジンのため) ，気筒数を乗じて単位時間当たりの流量に換算する。ここで、吸気弁を閉じたときのシリンダ容積から吸気弁の開時期，排気弁の閉時期により求まる残留既燃ガス量を差し引いた量がシリンダに吸入される大気圧状態での体積流量として求まる。ここで、空気密度を推定する条件のときには吸気弁の開時期，排気弁の閉時期を固定としておけば、吸気弁の閉時期のみで吸入空気体積流量が求まる。しかし、高回転時にピストンの動きに空気が追従できず、吸気の脈動を生じるので、エンジン回転速度に基づいて吸気の脈動の影響に対する補正を行う。具体的には、実測データに基づくマップを用意して検索により求めるようにすればよいが、演算で求めるようにしてもよい。
【００２１】
ステップ５では、ステップ１で検出した吸入空気質量流量Ｑmassを、ステップ４で算出した吸入空気体積流量Ｑcyld除算することにより、空気密度ρを算出する。
なお、始動時や短時間で空気密度を検出する際には、例えば、１サイクル当たりの吸入空気体積流量Ｑcyl,吸入空気質量流量Ｑmassを算出するが、通常はバラツキを回避するため、複数サイクルのシリンダ吸入空気流量ΣＱcyl,吸入空気質量流量ΣＱmassを算出する。
【００２２】
次に、電子制御スロットル弁を備えた可変動弁エンジンについて適用した第２の実施の形態について説明する。
図５は、システム構成を示し、図２と異なるのは、任意の開度に制御される電子制御スロットル弁31を備え、コントロールユニット12からの制御信号に基づいて制御される点であり、その他は同様である。
【００２３】
該第２の実施の形態における空気密度の推定の制御を、図６のフローチャートに従って説明する。
ステップ11では、現在のスロットル弁の開度、吸・排気弁の開閉時期、エンジン回転速度Ｎｅを計測する。
ステップ12では、前記現在の運転状態の各パラメータに基づいて、シリンダ吸入空気量を算出する。
【００２４】
ステップ13では、ステップ12で算出したシリンダ吸入空気量と略同一となるスロットル弁全開時の吸・排気弁の開閉時期（排気弁の閉時期, 吸気弁の開時期は固定とした場合は、吸気弁の閉時期) を算出する。例えば、幾つかの運転条件例えば異なる複数のエンジン回転速度毎に、各シリンダ吸入空気量に対応したスロットル弁全開時の吸気弁の閉時期を示したマップを備え、算出したシリンダ吸入空気量におけるスロットル全開時の吸気弁閉時期を算出するようにすればよい。
【００２５】
ステップ14では、前記のステップ13で算出した条件を満たすように制御する。即ち、スロットル弁を全開とし、吸・排気弁を算出された開閉時期に制御する。
以下、ステップ15〜ステップ17では、図５のステップ１，ステップ４，５と同様にして、吸入空気質量流量Ｑmassを検出し、吸入空気体積流量Ｑcyl を算出して、空気密度ρ（＝Ｑmass／Ｑcyl)を算出する。
【００２６】
このようにすれば、シリンダ吸入空気量を略一定に保持してトルク変化を伴うことなく、スロットル弁を全開とし吸・排気弁の開閉時期を変更することにより、大気圧状態で吸気を行わせ、空気密度を検出することができる。
以上示した第１及び第２の実施の形態によれば、空気密度を大気圧センサや温度センサ等を設けることなく、吸・排気弁の開閉時期等に基づいて推定することができる。そして、該推定された空気密度を用いてアイドル回転速度制御時の空気量を適正量に補正したり、始動時に前回運転時に記憶しておいた空気密度を用いて例えば高地で空気密度が小さいような場合は、燃料噴射量を減少補正して点火栓の燃料のかぶりを防止したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態に係るシステム構成図。
【図３】弁駆動装置の構成を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態に係る空気密度算出の制御を示すフローチャート。
【図５】第２の実施の形態に係るシステム構成図。
【図６】第２の実施の形態に係る空気密度算出の制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１      エンジン
２      弁駆動装置
３      吸気弁
４      排気弁
６      燃料噴射弁
７      燃焼室
10      エアフロメータ
11      クランク角センサ
12      コントロールユニット
31      電子制御スロットル弁
【図１】
0003820768.tif 000002
【図２】
0003820768.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003820768.tif 000006
【図６】
0003820768.tif 000007