(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒毎に２つの吸気ポートを備え、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とに分けられると共に、全運転領域で空気を流通させる側の吸気ポートに燃料噴射弁を備え、
過渡運転時における壁面付着燃料量の変化に対応するための燃料補正量をエンジン回転速度に応じて補正する補正係数を、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とで切り換えるよう構成したことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
各気筒毎に２つの吸気ポートを備え、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とに分けられると共に、全運転領域で空気を流通させる側の吸気ポートに燃料噴射弁を備え、
過渡運転時における壁面付着燃料量の変化に対応するための燃料補正量を水温に応じて補正する補正係数を、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とで切り換えるよう構成したことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの制御装置に関し、詳しくは、各気筒毎に２つの吸気弁（吸気ポート）を備えるエンジンの吸気制御・燃料噴射量制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各気筒毎に２つの吸気弁（吸気ポート）を備えたエンジンとして、特開平４−９４４３３号公報に開示されるようなものがあった。
【０００３】
このものは、エンジンの低速域では、一方の吸気弁を実質的な休止状態とされる程度の微少量だけ開く構成とする一方、前記２つの吸気弁がそれぞれ介装される吸気ポートの両方に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のエンジンでは、一方の吸気弁を実質的な休止状態とすることで、シリンダ内に大きなガス流動を発生させることができるものの、一方の吸気弁を実質的な休止状態としているときにも、両吸気ポートに対して燃料が噴射されるため、吸気弁が実質的な休止状態とされる吸気ポート内の壁面付着燃料量（以下、壁流量ともいう）が多く、シリンダ内に均質な混合気を形成させることが困難であり、また、過渡時の空燃比制御精度を維持することが困難で、排気性能を向上させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
また、両吸気ポートを介して空気を吸引する状態と、一方の吸気ポートを介して空気を吸引する状態とでは、吸気ポートにおける吸気流速が異なり、該吸気流速の違いによって壁流量が異なるが、かかる壁流量の違いに対応する補正を施す構成とはなっていなかったため、過渡時の空燃比精度が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、低負荷域でシリンダ内に大きなガス流動を発生させつつ、過渡時において空燃比制御精度を維持できるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明では、各気筒毎に２つの吸気ポートを備え、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とに分けられると共に、全運転領域で空気を流通させる側の吸気ポートに燃料噴射弁を備え、過渡運転時における壁面付着燃料量の変化に対応するための燃料補正量をエンジン回転速度に応じて補正する補正係数を、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とで切り換えるよう構成した。
また、請求項２記載の発明では、過渡運転時における壁面付着燃料量の変化に対応するための燃料補正量を水温に応じて補正する補正係数を、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とで切り換えるよう構成した。
【０００８】
かかる構成によると、各気筒毎に吸気弁で開閉される吸気ポートが２つ備えられており、運転領域によって両方の吸気ポートから空気を吸引させるか、一方の吸気ポートのみから空気を吸引させるかが選択される。燃料噴射弁は、全運転領域で空気が流通する側の吸気ポートに備えられており、燃料は、専ら燃料噴射弁が備えられている吸気ポート、即ち、全運転領域で空気が流通する吸気ポートを介してシリンダ内に供給されることになる。更に、一方の吸気ポートを介してのみ空気を吸引する運転領域と、両方の吸気ポートを介して空気を吸引する運転領域とで、過渡運転時の壁流量の変化に対応するための燃料補正量の設定に用いる回転補正係数，水温補正係数を切り換える。前記補正の切り換えとは、具体的には、エンジン回転速度・水温に対する補正係数の設定特性を切り換えて用いることを示す。
【０００９】
尚、一方の吸気ポートのみから空気を吸引させるべく、他方の吸気ポートにおける空気の流通を遮断する方法としては、前記他方の吸気ポートに介装される吸気弁を閉弁状態に保持する方法の他、前記他方の吸気ポートの吸気弁上流側に吸気制御弁を介装し、該吸気制御弁を閉じることで吸気弁が開かれても空気が遮断される方法を採用できる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、要求トルク（要求空気量）が比較的小さいときには、一方の吸気ポートのみから空気を吸引させることで、シリンダ内に大きなガス流動が発生して、燃焼性を向上させることができ、要求トルク（要求空気量）が大きいときには、両方の吸気ポートから空気を吸引させることで、要求に見合った空気をシリンダ内に吸引させることができる。また、燃料噴射弁が、常時空気が流動する方の吸気ポートに対して燃料を噴射するので、空気の流動が他方の吸気ポートにおいて止められても多くの壁流が発生することはなく、多量の壁流による混合気形成の悪化を防止できる。更に、２つの吸気ポートの一方から空気を吸引させるか、両方の吸気ポートから空気を吸引させるかによる平衡付着量の違い及び該平衡付着量の違いによる壁流量の応答ゲインの変化に対応して、燃料補正量の回転補正係数・水温補正係数を切り換えるので、過渡運転時の空燃比制御精度を安定的に維持できるという効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、実施の形態における車両用エンジンのシステム構成を示した図である。
【００１７】
この図１において、エンジン１０１には、吸気ダクト１０２ａ、吸気コレクタ１０２ｂ、吸気マニホールド１０２ｃを介して空気が吸引される。
前記吸気ダクト１０２ａには、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１０５が設けられる。
【００１８】
各気筒には、図２に示すように、２つの吸気ポート１０３a，１０３bが接続され、これらそれぞれに介装される２つの吸気弁１０８ａ，１０８ｂを介して空気がシリンダ内に吸引される。前記吸気弁１０８ａが介装される吸気ポート１０３ａには、前記吸気弁１０８ａの傘裏に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１０７が設けられている。
【００１９】
尚、前記吸気ポート１０３ａ，１０３ｂは、吸気コレクタ部から相互に独立してシリンダにまで延設される構成であっても良いし、図２に示すように、途中から２つに分岐してシリンダに接続される構成であっても良い。
【００２０】
詳細な図示は省略するが、各気筒には、吸気弁１０８ａ，１０８ｂと同様に、２つ排気弁１０９ａ，１０９ｂが設けられる。
各気筒に設けられる吸気弁１０８ａ，１０８ｂ及び排気弁１０９ａ，１０９ｂは、図３に示すような電磁駆動式のアクチュエータにより駆動され、該電磁駆動式のアクチュエータに対する制御信号の出力によって開閉（バルブタイミング）が電子制御される可変動弁式吸・排気弁となっている。
【００２１】
各気筒の燃焼室それぞれには点火栓１１０が設けられており、該点火栓１１０による火花着火により燃焼した排気は、前記排気弁１０９ａ，１０９ｂを介して排出され、排気マニホールド１１１によって導出される。前記排気マニホールド１１１の集合部には、空燃比センサ１１２が設けられ、排気中の酸素濃度を介して燃焼混合気の空燃比を検出する。
【００２２】
ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１１３は、前記燃料噴射弁１０７、点火栓１１０、及び、図３に示す吸排気弁１０８ａ，１０８ｂ，１０９ａ，１０９ｂの電磁駆動式アクチュエータに駆動信号を出力する一方、前記エアフローメータ１０５、空燃比センサ１１２からの検出信号を入力する。
【００２３】
また、前記ＥＣＵ１１３には、クランク角センサ１１４、水温センサ１１５、吸気温センサ１１６、アクセル操作量センサ１１７、車速センサ１１８からの検出信号が入力される。
【００２４】
次に、図３に示した吸排気弁１０８ａ，１０８ｂ，１０９ａ，１０９ｂの電磁駆動式アクチュエータについて説明する。
図３において、吸排気弁２０２（吸気弁１０８ａ，１０８ｂ又は排気弁１０９ａ，１０９ｂ）は、シリンダヘッド２０１に対して摺動可能に支持されている。吸排気弁２０２の軸部には、バルブリテーナ２０３が固定されている。バルブリテーナ２０３とシリンダヘッド２０１の間には、バルブスプリング２０４が圧縮されて装着されており、これにより吸排気弁２０２はシリンダヘッド２０１のポート２０１ａを閉じる方向（閉弁方向）に付勢されることになる。
【００２５】
シリンダヘッド２０１には装置の筐体部材２０５，２０６，２０７が固定されており、筐体内には電磁石２０８，２０９が設けられている。電磁石２０８，２０９は、直接筐体部材２０６，２０７に固定されて設置されている。また、電磁石２０８，２０９には、それぞれ電気コイル２０８ａ，２０９ａが設けられており、駆動回路により各電気コイルに電流が流されることで、電磁石２０８，２０９の吸引面２０８ｂ，２０９ｂが吸引力を発生することになる。
【００２６】
電磁石２０８，２０９の中心部には、シャフト２１０が摺動可能に設置されており、該シャフト２１０の中間部分には、電磁石２０８の吸引面２０８ｂと電磁石２０９の吸引面２０９ｂとの間に、磁性体からなる可動板２１１が固定されている。これにより、電磁石２０８，２０９の何れに対して通電させるかにより、前記可動板２１１をシャフト２１０と一体に図で上下方向に駆動し得る構成となっている。
【００２７】
また、シャフト２１０のシリンダヘッド２０１と反対側の端部にはスプリングシート２１４が固定されており、筐体に固定されたスプリングカバー２１６との間に圧縮されて設置された開弁スプリング２１５の作用により、シャフト２１０は開弁方向（図の下向き）に付勢されている。
【００２８】
シャフト２１０は、吸排気弁２０２の軸部と同軸上に設けられており、シャフト２１０のシリンダヘッド側の端部は、吸排気弁２０２の軸の頂面２０２ａと対向している。そのため、シャフト２１０に開弁方向（図の下向き）の力が作用した場合には、シャフト２１０が吸排気弁２０２を押し、吸排気弁２０２を開弁することになり、逆にシャフト２１０が閉弁方向（図の上向き）に移動した場合には、吸排気弁２０２はポート２０１ａを塞くまで閉弁方向に変位することになる。このようにして、電磁石２０８，２０９の吸引動作により、バルブの開閉を可能にしている。
【００２９】
リフトセンサ２１７は、吸排気弁２０２のリフト量を計測するセンサであり、ポテンショメータを使用してリフト量を検出する。
図４は、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１１３による制御内容を概略的に示すブロック図である。
【００３０】
目標開口面積演算部５１では、アクセル操作量に基づいて吸気系の目標開口面積Ａ（目標のエンジン出力トルク相当値）を演算する。
目標体積流量比演算部５２では、目標開口面積Ａ，エンジン回転速度Ｎｅ及び排気量に基づいて目標体積流量比ｔＱＨＯ（目標吸入空気量）を演算する。
【００３１】
目標バルブタイミング演算部５３では、前記目標体積流量比ｔＱＨＯや目標内部ＥＧＲ率等に基づき、吸排気弁１０８ａ，１０８ｂ，１０９ａ，１０９ｂの目標開閉時期を演算する。
【００３２】
そして、吸排気弁駆動部５４では、目標開閉時期に基づいて各吸排気弁１０８ａ，１０８ｂ，１０９ａ，１０９ｂの電磁駆動式アクチュエータ５５に対して駆動信号（電気コイル２０８ａ，２０９ａの通電制御信号）をそれぞれに出力する。
【００３３】
本実施形態では、吸気弁１０８ａ，１０８ｂの閉時期を前記目標体積流量比ｔＱＨＯに基づいて制御することで、各気筒のシリンダ吸入空気量を目標体積流量比ｔＱＨＯ相当にそれぞれ制御する構成となっている。
【００３４】
また、吸気弁作動切換え判定部５６において、エンジン１０１の負荷（目標体積流量比ｔＱＨＯ）と回転速度とに応じて、２つの吸気弁１０８ａ，１０８ｂの両方を開弁させるか、吸気弁１０８ａのみを開弁させるかを選択するようになっている。具体的には、図５に示すように、所定の高負荷・高回転の運転領域では、２つの吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁動作させて、２つ吸気ポート１０３ａ，１０３ｂから空気を吸引させるように選択し、前記所定の高負荷・高回転の運転領域を除く低中負荷・低中回転の運転領域では、吸気弁１０８ｂを全閉状態に保持して、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させ、一方の吸気ポート１０３ａのみから空気を吸引させるよう選択する。
【００３５】
上記のように、低中負荷・低中回転の運転領域で一方の吸気ポート１０３ａのみから空気を吸引させる構成とすれば、両方の吸気ポートから空気を吸引させる場合に比べ、吸気ポート１０３ａにおける空気流速を速めることができ（図６参照）、以って、シリンダ内のガス流動を大きくして、良好な燃焼を行わせることができる。また、燃料噴射弁１０７は、吸気ポート１０３ａ側に設けられ、吸気弁１０８ａの傘裏に向けて燃料を噴射するので、低中負荷・低中回転の運転領域で吸気ポート１０３ｂに介装される吸気弁１０８ｂを全閉に保持しても、吸気ポート１０３ｂにおいて多量の壁流が発生することがない。
【００３６】
前記吸気弁作動切換え判定部５６の判定結果を受ける目標バルブタイミング演算部５３は、吸気弁１０８ａのみを開弁させる高負荷・高回転の運転領域では、吸気弁１０８ａを介してシリンダ内に供給される空気量のみで前記目標体積流量比ｔＱＨＯが得られるように、吸気弁１０８ａの閉時期を決定する一方、２つの吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁させる低中負荷・低中回転の運転領域では、２つの吸気弁１０８ａ，１０８ｂを介してシリンダ内に供給される空気量で前記目標体積流量比ｔＱＨＯが得られるように、吸気弁１０８ａ，１０８ｂの閉時期を同じに決定する。
【００３７】
また、基本噴射量演算部７１では、エアフローメータ１０５で検出された吸入空気量とエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて基本燃料噴射量Ｔｐを演算する。尚、基本燃料噴射量Ｔｐを目標体積流量比ｔＱＨＯに基づいて演算させる構成としても良い。
【００３８】
そして、噴射量演算部７２では、前記基本燃料噴射量Ｔｐに対して、過渡運転時における壁流量の変化に対応するための壁流補正などを施し、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。また、必要に応じ、壁流補正を割り込み噴射によって実行する。
【００３９】
ここで、吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁動作させる場合と、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させる場合とでは、前述のように燃料噴射が行われる吸気ポート１０３ａにおける空気流速が異なり、該空気流速の違いによって、図７に示すように、吸気ポート１０３ａにおける壁流量が、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させる場合には少なくなる。
【００４０】
そこで、前記噴射量演算部７２では、前記吸気弁作動切換え判定部５６の判定結果に基づいて、前記壁流補正を切換えるようになっており、これにより、吸気ポート１０３ａにおける壁流量の違いに対応して、燃料噴射量を適切に補正でき、以って、過渡運転時の空燃比制御精度を確保できる。
【００４１】
即ち、図８のフローチャートに示すように、エンジン回転速度とエンジン負荷とを読み込み（Ｓ１，Ｓ２）、これらの条件に基づいて、吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁動作させるか、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させるかを決定し（Ｓ３）、更に、前記決定された吸気弁の開弁動作に応じて壁流補正の切換えを行い（Ｓ４）、壁流補正量の出力を行う（Ｓ５）。
【００４２】
図９のブロック図は、燃料噴射量の壁流補正（低周波分）の様子を示すものであり、平衡付着量演算部３０１では、壁流の平衡付着量ＭＦＨを、気筒数，目標当量比ＴＦＢＹＡ，基本噴射量Ｔｐ，平衡付着倍率ＭＦＨＴＶＯに基づいて演算するが、前記平衡付着倍率ＭＦＨＴＶＯは、平衡付着倍率演算部３０２で演算される。
【００４３】
平衡付着倍率演算部３０２には、目標体積流量比ｔＱＨＯとエンジン回転速度Ｎｅとに応じた基本値ＭＦＨＱＴが入力される一方、吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁動作させるときに対応した回転補正係数テーブルと、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させるときに対応した回転補正係数テーブルとの双方からそのときのエンジン回転速度Ｎｅに応じて検索された回転補正係数ＭＦＨＮのうち、そのときに開弁制御状態に対応する方の値が選択されて入力され、前記基本値ＭＦＨＱＴと回転補正係数ＭＦＨＮとから平衡付着倍率ＭＦＨＴＶＯを演算する。
【００４４】
前記平衡付着量ＭＦＨは、付着速度演算部３０３に出力され、平衡付着量ＭＦＨと、それまでの付着量ＭＦと、分量割合ＫＭＦとから、付着速度ＶＭＦを演算する。
【００４５】
前記分量割合ＫＭＦは、分量割合演算部３０４で演算される。該分量割合演算部３０４には、目標体積流量比ｔＱＨＯとエンジン回転速度Ｎｅとに応じた基本値ＫＭＦＡＴが入力される一方、吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁動作させるときに対応した回転補正係数テーブルと、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させるときに対応した回転補正係数テーブルとの双方からそのときのエンジン回転速度Ｎｅに応じて検索された回転補正係数ＫＭＦＮのうち、そのときに開弁制御状態に対応する方の値が選択されて入力され、前記基本値ＫＭＦＡＴと回転補正係数ＫＭＦＮとから分量割合ＫＭＦを演算する。
【００４６】
前記付着速度ＶＭＦは、付着量演算部３０５に入力され、付着量演算部３０５では、前回までの付着量ＭＦn-1に前記付着速度ＶＭＦを加算して、最新の付着量ＭＦを算出する。
【００４７】
補正量演算部３０６では、前記付着速度ＶＭＦと、減速時用として減速補正率演算部３０７で演算される補正率ＧＨＦとから壁量補正量ＫＡＴＨＯＳを演算し、噴射量Ｔｉ演算部３０８では、前記壁量補正量ＫＡＴＨＯＳ等によって前記基本燃料噴射量Ｔｐを補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００４８】
一方の吸気弁１０８ａのみを開弁動作させる場合には、吸気ポート１０３ａにおける空気流速が上がり、吸気ポート１０３ａにおける壁流の平衡付着量が少なくなるので、上記のように、回転補正係数を吸気弁の作動状態に応じて切換えることで、前記平衡付着量の違いに対応して壁流補正を施せるようにしてある。
【００４９】
上記では、壁流補正における低周波分の補正について説明したが、高周波分の補正においては、一方の吸気弁１０８ａのみを開弁動作させる場合には応答ゲインを小さくすることで、平衡付着量の違いに対応した最適な補正を行えることになる。
【００５０】
図１０は、前記高周波分の補正の様子を示すブロック図であり、増量／割込判定部４０１では、基本燃料噴射量Ｔｐの変化割合に基づいて、増量／割込の実行判定を行う。
【００５１】
また、増量演算部４０２では、通常の噴射タイミングにおける噴射を補正するための補正量を、基本燃料噴射量Ｔｐの変化割合と、水温補正係数ＧＺＴＷＣとによって演算する。
【００５２】
前記水温補正係数ＧＺＴＷＣは、選択部４０３において、増量用（加速時用）の水温補正係数ＧＺＴＷＰと、減量用（減速時用）の水温補正係数ＧＺＴＷＮとのいずれか一方を、基本燃料噴射量Ｔｐの変化割合ｄＴｐに基づき選択したものであり、前記水温補正係数ＧＺＴＷＰ，水温補正係数ＧＺＴＷＮは、吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁動作させるときに対応した水温補正係数テーブルと、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させるときに対応した水温補正係数テーブルとの双方からそのときの水温に応じて検索された水温補正係数ＧＺＴＷのうち、そのときに開弁制御状態に対応する方の値が選択されるようになっている。
【００５３】
割込み噴射量演算部４０４においても、吸気弁１０８ａ，１０８ｂを共に開弁動作させるときに対応した水温補正係数テーブルと、吸気弁１０８ａのみを開弁動作させるときに対応した水温補正係数テーブルとの双方からそのときの水温に応じて検索された水温補正係数ＧＺＴＷを用いて、割込み噴射量を演算する。
【００５４】
前記割込み噴射量は、水温補正係数ＧＺＴＷ，基本燃料噴射量Ｔｐの変化割合ｄＴｐ，噴射タイミング及びクランク角に応じた係数ＤＴＰＵＰ，クランク角及び急・緩加速に応じた係数ＧＺＣＹｎに基づき演算される。
【００５５】
割込み後減量演算部４０５では、割込み噴射後の通常のタイミングでの燃料噴射量を減量するための補正量を演算する。
そして、選択部４０６で割込み噴射又は通常噴射量の増量補正とのいずれかを選択し、Ｔｉ計算部４０７では、前記増量又は割込み後減量の補正を基本噴射量に施して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを計算する。
【００５６】
上記構成によると、一方の吸気弁１０８ａのみを開弁動作させる場合には、吸気ポート１０３ａにおける空気流速が上がり、吸気ポート１０３ａにおける壁流の平衡付着量が少なくなることに対応して、補正の応答ゲインが切換えられ、常に最適な補正を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のエンジンを示すシステム構成図。
【図２】上記エンジンにおける吸気ポートの構成を示す図。
【図３】吸排気弁の電磁駆動式アクチュエータを示す断面図。
【図４】実施の形態におけるエンジンの制御内容を示すブロック図。
【図５】実施の形態における吸気弁の作動切換えの特性を示す線図。
【図６】吸気弁の作動切換えと吸気ポート流速との相関を示す線図。
【図７】吸気弁の作動切換えと壁流量との相関を示す線図。
【図８】実施の形態における吸気弁の作動切換え及び壁流補正の様子を示す線図。
【図９】実施の形態における壁流補正（低周波分）の様子を示すブロック図。
【図１０】実施の形態における壁流補正（高周波分）の様子を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１…エンジン
１０３ａ，１０３ｂ…吸気ポート
１０５…エアフローメータ
１０７…燃料噴射弁
１０８ａ，１０８ｂ…吸気弁
１０９ａ，１０９ｂ…排気弁
１１０…点火栓
１１３…ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）
１１４…クランク角センサ
１１５…水温センサ
１１６…吸気温センサ
１１７…アクセル操作量センサ
１１８…車速センサ
【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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