JP2956340B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃料噴射制御
装置に係り、特に可変バルブタイミング装置を備えると
共に、吸入空気量を予測して燃料噴射量を制御する内燃
機関の燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料噴射量を決定する吸入空
気量については、吸気管圧力センサやエアフローメータ
等のセンサにて検出されたセンサ値をそのまま使用する
方法が一般的に知られている。しかしながらこの方法に
よると、例えばアクセルを踏み込んだスロットル急開時
等の過渡運転時には、センサの検出遅れ等によりセンサ
値自体が実際の値からずれてしまうため、過渡運転時の
空燃比を正確に制御することが困難であった。そこで上
記問題点を解決するために、近年、スロットル開度ＴＡ
と機関回転数ＮＥとから、吸入空気量を予測する技術が
開発され周知とされている。この予測吸入空気量ＧＮＦ
ＷＤの算出方法については後で詳述するが、スロットル
開度ＴＡと機関回転数ＮＥとをパラメータとした２次元
マップよりＧＮＴＡ（ＴＡ，ＮＥで決まる定常時の吸入
空気量）を求め、このＧＮＴＡに対して所定の演算を行
ってＧＮＦＷＤを求めることを基本としている。そして
このＧＮＦＷＤによれば、実際に吸入された吸入空気量
が遅れなしで常に正確に求められるため、上記過渡運転
時においても空燃比を正確に制御することができるよう
になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】吸気バルブのバルブタ
イミングを変化せしめる可変バルブタイミング装置（以
下、ＶＶＴという）を備えている内燃機関では、スロッ
トル開度ＴＡと機関回転数ＮＥとが同一条件であって
も、吸気バルブのバルブタイミングの変化によって実際
の吸入空気量が変化する。一方、上記予測吸入空気量Ｇ
ＮＦＷＤは上記の如くＴＡとＮＥの値からＧＮＴＡを介
して一義的に算出されるため、ＴＡとＮＥとが同一条件
である場合には１つの予測吸入空気量ＧＮＦＷＤが算出
されるのみである。従って、ＶＶＴ付内燃機関の場合に
は、特定のバルブタイミングを除いては予測吸入空気量
ＧＮＦＷＤが実際の吸入空気量から外れてしまうため、
予測吸入空気量ＧＮＦＷＤを採用しても過渡運転時にお
いて空燃比を正確に制御することができないという問題
が生じていた。

【０００４】そこで本発明は上記課題に鑑みなされたも
ので、ＶＶＴ付内燃機関において、バルブタイミングに
係わらず常に正確な吸入空気量を求めることにより、過
渡運転時においても空燃比を正確に制御しうる内燃機関
の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１は上記目的を達成す
る本発明の原理構成図である。同図に示すように請求項
１記載の発明は、 機関状態に応じて吸気バルブ２のバル
ブタイミングを可変せしめる可変バルブタイミング装置
３を具備した内燃機関１に設けられ、演算される予測吸
入空気量に基づき前記内燃機関１の燃料噴射量を制御す
る制御手段４を具備する内燃機関の燃料噴射制御装置に
おいて、前記制御手段４は、異なるバルブタイミングに
対応させて複数設けられており、前記内燃機関１の回転
数とスロットル開度とから当該バルブタイミングに適合
したバルブ状態適合吸入空気量を求める構成とされたマ
ップ５と、 機関状態に対応した現在のバルブタイミング
の進角値である実進角値を演算すると共に、該実進角値
と前記複数のマップから求められる前記バルブ状態適合
吸入空気量に基づき前記予測吸入空気量を算出する算出
手段６とを設けた構成である。また、請求項２記載の発
明は、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置にお
いて、 前記算出手段６は、 現在の機関状態に応じた最適
バルブタイミングである目標進角値を演算すると共に、
前記可変バルブタイミング装置の作動油の温度を検出
し、前記目標進角値と前記作動油の温度とに基づき前記
実進角値を演算する構成である。

【０００６】

【作用】請求項１記載の発明によれば、過渡時において
吸気バルブ２のバルブタイミングが可変されたとして
も、算出手段６は複数のマップ５から夫々求められた複
数のバルブ状態適合吸入空気量と現在のバルブタイミン
グの進角値である実進角値に基づき、バルブタイミング
に対応する予測吸入空気量を算出する。即ち、過渡時に
おいて可変バルブタイミング装置３が可変されても、算
出手段６は吸気バルブ２の任意のバルブタイミングに対
して実際の吸入空気量に合った正確な吸入空気量を予測
する。このため、制御手段４は、過渡時における吸気バ
ルブ２の任意のバルブタイミングに対して、内燃機関１
の燃料噴射量を最適値に制御する。また、請求項２記載
の発明によれば、 前記算出手段６が実進角値を演算する
際、可変バルブタイミング装置３の作動油の温度を反映
させる構成としているため、作動油の粘度による可変バ
ルブタイミング装置３の応答遅れが考慮され、実際のバ
ルブタイミングの変化に対応したより精度の高い実進角
値を求めることができる。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【０００８】図２は本発明が適用される内燃機関（エン
ジン）およびその周辺装置の一実施例を表している。本
実施例は前記内燃機関１として４気筒４サイクル火花点
火式内燃機関に適用した例で、図２には任意の１気筒の
構造断面図を示している。この内燃機関（エンジン）の
各部は後述するマイクロコンピュータによって制御され
る。

【０００９】図２において、１０はエンジン本体であ
り、エンジンブロック２２内に図中、上下方向に往復運
動するピストン２３が収納されている。ピストン２３の
上部に形成された燃焼室２４が吸気バルブ２６（前記吸
気バルブ２に相当）を介してインテークマニホルド２５
に連通される一方、排気バルブ２７を介してエキゾース
トマニホルド２８に連通されている。また、燃焼室２４
にプラグギャップが突出するように点火プラグ２９が設
けられている。

【００１０】インテークマニホルド２５の上流側はサー
ジタンク３０を介して４気筒共通に吸気管３１に連通さ
れている。この吸気管３１内にはスロットルバルブ３
３、熱線式エアフローメータ３２が夫々設けられてい
る。スロットルバルブ３３はアクセルペダルに連動して
開度が調整される構成とされており、またその開度はス
ロットルポジションセンサ３４により検出される構成と
されている。熱線式エアフローメータ３２は熱線３２ａ
が一定温度を維持するための必要な電流値をもって吸入
空気の流速、即ち吸入空気量の信号としている。熱線式
エアフローメータ３２の下流側には吸入空気温を測定す
る吸気温センサ３５が設けられている。

【００１１】また、スロットルバルブ３３を迂回し、か
つ、スロットルバルブ３３の上流側と下流側とを連通す
るバイパス通路３６が設けられ、そのバイパス通路３６
の途中にソレノイドによって弁開度が制御されるアイド
ル・スピード・コントロール・バルブ（ＩＳＣＶ）３７
が取付けられている。

【００１２】３８は燃料噴射弁で、インテークマニホル
ド２５を通る空気流中に、後述のマイクロコンピュータ
２１の指示に従い燃料を噴射する。また、酸素濃度検出
センサ（Ｏ₂ センサ）３９はエキゾーストマニホルド２
８を一部貫通突出するように設けられ、触媒装置に入る
前の排気ガス中の酸素濃度を検出する。４０は水温セン
サで、エンジンブロック２２を貫通して一部がウォータ
ジャケット内に突出するように設けられており、エンジ
ン冷却水の水温を検出する。４１はイグナイタで、イグ
ニッションコイル（図示せず）の一次電流を開閉する。
また、４２はディストリビュータで、エンジンクランク
シャフトの基準位置検出信号を発生する気筒判別センサ
４３と、エンジン回転数信号を例えば３０℃Ａ毎に発生
する回転角センサ４４とを有している。

【００１３】更に、４６は吸気バルブ２６、排気バルブ
２７のバルブタイミングを変える油圧駆動式の動弁機構
であり、マイクロコンピュータ２１からの信号に応じて
動弁機構４６に供給する油圧を制御する油圧コントロー
ルソレノイドバルブ（以下、単にソレノイドバルブとい
う）４５と共に、前記可変バルブタイミング装置３に相
当する可変バルブタイミング装置４７（ＶＶＴ）を構成
している。ソレノイドバルブ４５には作動油として所定
の油圧を有したエンジン１０の潤滑油が供給されてい
る。また４８は作動油としてのエンジン１０の潤滑油の
温度を検出する油温センサであり、その出力値が後述す
るように本発明の制御に使用されるものである。ＶＶＴ
４７は吸気バルブ２６または排気バルブ２７の開閉タイ
ミングを作動油の油圧に応じて変化せしめる周知の構造
とされている。

【００１４】このような構成の各部の動作を制御するマ
イクロコンピュータ２１は図３に示す如きハードウェア
構成とされている。同図中、図２と同一構成部分には同
一符号を付し、その説明を省略する。図３において、マ
イクロコンピュータ２１は中央処理装置（ＣＰＵ）５
０、処理プログラムを格納したリード・オンリ・メモリ
（ＲＯＭ）５１、作業領域として使用されるランダム・
アクセス・メモリ（ＲＡＭ）５２、エンジン停止後もデ
ータを保持するバックアップＲＡＭ５３、入力インタフ
ェース回路５４、マルチプレクサ付きＡ／Ｄコンバータ
５６及び入出力インタフェース回路５５などから構成さ
れており、それらはバス５７を介して互いに接続されて
いる。

【００１５】Ａ／Ｄコンバータ５６は熱線式エアフロー
メータ３２からの吸入空気量検出信号、吸気温センサ３
５からの吸気温検出信号、スロットルポジションセンサ
３４からのスロットル開度検出信号、水温センサ４０か
らの水温検出信号、Ｏ₂ センサ３９からの酸素濃度検出
信号、油温センサ４８からの油温検出手信号を入力イン
タフェース回路５４を通して順次切り換えて取り込み、
それをアナログ・ディジタル変換してバス５７へ順次送
出する。

【００１６】入出力インタフェース回路５５はスロット
ルポジションセンサ３４からの検出信号及び回転角セン
サ４４からのエンジン回転数（ＮＥ）に応じた回転数信
号などが夫々入力され、それをバス５７を介してＣＰＵ
５０へ入力する。

【００１７】また、ＣＰＵ５０は上記の入出力インタフ
ェース回路５５及びＡ／Ｄコンバータ５６からバス５７
を通して入力された各データに基づいて、各種演算処理
を実行し、得られたデータをバス５７及び入出力インタ
フェース回路５５を通してＩＳＣＶ３７，燃料噴射弁３
８，イグナイタ４１及び油圧コントロールソレノイドバ
ルブ４５へ適宜選択出力し、ＩＳＣＶ３７の開度を制御
してアイドル回転数を目標回転数に制御したり、燃料噴
射弁３８による燃料噴射時間、すなわち単位時間当りの
燃料噴射量や噴射時期を制御したり、イグナイタ４１に
より点火時期制御を行なわせ、またソレノイドバルブ４
５を駆動して動弁機構４６によるバルブタイミングの制
御を行なう。

【００１８】次に、上記ＶＶＴ４７によるバルブタイミ
ング制御について説明する。

【００１９】図４（Ａ），（Ｂ）夫々は吸気バルブ２６
のバルブタイミングを最進角（ｘ＝６０°ＣＡ）の場合
と最遅角（ｘ＝０°ＣＡ）の場合とについて示したタイ
ミングチャートである。図４（Ａ），（Ｂ）を比較する
と、ＶＶＴ最遅角における吸気バルブ２６の閉弁（Ｉ．
Ｃ）タイミングは、ＶＶＴ最進角における閉弁（Ｉ．
Ｃ）タイミングに比べて遅れている（β′＞β）。一般
にエンジンの高回転領域においては、シリンダ内へ入り
込む吸入空気の流速が速いため、吸気バルブ２６の閉弁
を遅らせることにより吸入空気の慣性力による慣性過給
効果が期待でき、これによって充填効率が向上して出力
トルクを上昇させることができる。また、反対に低回転
領域においては吸入空気の流速が遅く吸気の慣性力が小
さいため、吸気バルブ２６の閉弁を早めることにより、
ピストンの上昇に伴ってシリンダ内の吸気が吸気ポート
内に押し戻されることを防止することができる。このよ
うに吸気バルブ２６のバルブタイミングは、基本的に機
関回転数が高回転であるほど吸気バルブの閉弁を遅らせ
（遅角側）、低回転であるほど閉弁を早めるように（進
角側）、上記最進角から最遅角の間の最適バルブタイミ
ングに制御される。

【００２０】また、図５は吸気行程における吸気ポート
内の圧力変化をＶＶＴ最進角時とＶＶＴ最遅角時の両条
件について表した図である。同図中、実線で示される最
進角時の圧力変化は、吸気ＴＤＣ近傍で大きく正圧とな
り、その後ピストン２３の下動に応じて大きく負圧とな
り、ＢＤＣを過ぎたところで吸気バルブ２６が閉弁され
る。また点線で示される最遅角時の圧力変化は、吸気バ
ルブ２６が開弁される吸気ＴＤＣのところで一時的に正
圧となり、その後大きく負圧となり、ＢＤＣを過ぎたと
ころからピストン２３の上動に押し戻されて再び正圧と
なり、そして吸気バルブ２６が閉弁される。図５中、吸
気ＴＤＣの部分の正圧は排気ガスの残圧による影響であ
るため考慮しないとすると、最遅角の場合は、ＢＤＣ後
の正圧により吸入空気が押し戻される分、最進角の場合
に比べて吸入空気量が減少する。しかしながら高回転領
域では、このＢＤＣ後の正圧のところでも上記の如く慣
性を有した吸入空気がシリンダ内に供給されるため、吸
入空気量は遅角側の方が多くなる。このように、機関回
転数によっても異なるが、吸気バルブ２６のバルブタイ
ミングを変化させることにより吸気行程における吸気ポ
ート内圧力が変化し、これによって吸入空気量が変化す
ることは同図より明確である。

【００２１】従って、上述したようにエンジン回転数と
スロットル開度とから一義的に得られる予測吸入空気量
は、バルブタイミングに応じて変化する実際の吸入空気
量から外れるという従来の問題が発生した。そこで本実
施例では、吸気バルブ２６の任意のバルブタイミングに
対して吸入空気量を正確に求め、これによって空燃比を
正確に制御することを目的としている。

【００２２】このため、本実施例におけるマイクロコン
ピュータ２１は、ＲＯＭ５１内に格納されたプログラム
に従い以下に説明するフローチャートの処理を実行し、
前記した本発明になる制御手段４（マップ５、算出手段
６を含む）をソフトウェア処理にて実現する次に、本発
明装置の一実施例の要部を構成する制御プログラムとし
て、ＶＶＴ制御／予測吸入空気量ＧＮＦＷＤ算出ルーチ
ンについて説明する。図６は上記のＶＶＴ制御／予測吸
入空気量ＧＮＦＷＤ算出ルーチンのフローチャートを示
す。このルーチンはメインルーチン周回毎に起動される
サブルーチンである。このＶＶＴ制御／予測吸入空気量
ＧＮＦＷＤ算出ルーチンが起動されると、先ずステップ
１０２にて、上記回転角センサ４４による検出信号およ
びスロットルポジションセンサ３４による検出信号から
現時点における機関回転数ＮＥおよびスロットル開度Ｔ
Ａのデータを読み込む。読み込まれたデータを夫々ＮＥ
₁ ，ＴＡ₁ とする。次のステップ１０４では、上述した
各センサの検出信号から現時点におけるエンジンの各種
データを読み込み、またステップ１０２により得られた
ＮＥ₁ ，ＴＡ₁ と共に、ＶＶＴ目標進角値ｄ、即ち現時
点のエンジン運転状態に応じた吸気バルブ２６の最適バ
ルブタイミングを算出する。次のステップ１０６では、
吸気バルブ２６のバルブタイミングがステップ１０４に
て算出されたＶＶＴ目標進角値ｄとなるようにマイクロ
コンピュータ２１からＶＶＴ４７に対して制御出力を行
う。ＶＶＴ４７では、マイクロコンピュータ２１からの
信号によりＶＶＴ目標進角値ｄに対応する油圧がソレノ
イドバルブ４５で作成され、この油圧が動弁機構４６の
吸気バルブ２６側に作用するため、吸気バルブ２６のバ
ルブタイミングが目標進角値ｄに変化する。

【００２３】ここで、作動油の粘度が高い低温時には、
ＶＶＴ４７の動きが遅くなるため、マイクロコンピュー
タ２１がＶＶＴ４７に対して上記の如く制御出力を行っ
てから、吸気バルブ２６のバルブタイミングが実際に目
標進角値ｄとなるまでに時間差が発生する。即ち、ＶＶ
Ｔ４７に応答遅れが発生する。そして、バルブタイミン
グが変化する際の実際の吸入空気量の変化もこの応答遅
れに伴って、ある時間をかけて徐々に変化するようにな
る。次に説明するステップ１０８，１１０は、バルブタ
イミングが変化する際の予測吸気空気量を、上述した実
際の吸気空気量の変化に近いものとするための処理であ
る。ステップ１０８では、なまし係数ｎを図７に示すな
まし係数ｎのマップより算出する。そして、ステップ１
１０では次式によりＶＶＴ４７の上記応答遅れを考慮し
たＶＶＴ実進角値ｃを算出する。

【００２４】 ｃ（ｉ）＝ｃ（ｉ−１）＋｛ｄ−ｃ（ｉ−１）｝／ｎ ……（１） 上式（１）より、今回ルーチン通過時のＶＶＴ実進角値
ｃ（ｉ）は、目標進角値ｄと前回ルーチン通過時におけ
る実進角値ｃ（ｉ−１）との差をなまし係数ｎで除算し
たものを実進角値ｃ（ｉ−１）に加算して求められる。
この上式（１）によれば、ルーチンを繰り返すことによ
り、ＶＶＴ実進角値ｃが変化開始前の進角値から時間を
かけて徐々に目標進角値ｄに近づくようになる。また、
なまし係数ｎは、図７に示すように上記油温センサ４８
の検出信号である作動油の油温ＴＨＯにより変化するた
め、ＶＶＴ実進角値ｃが目標進角値ｄに達するまでの速
度は、ＴＨＯが小さいほど遅くなり（なまし係数ｎが
大）、ＴＨＯが大きいほど速くなる（なまし係数ｎが
小）。暖機が完全に終了した定常時の油温ＴＨＯ₁ にお
いてはｎ＝１．０となり、この場合には実進角値ｃが即
時に目標進角値ｄとなる。即ち、定常時においてはＶＶ
Ｔ４７に応答遅れが殆ど発生していないことを意味す
る。

【００２５】このように、図７に示すマップおよび上式
（１）によれば、作動油の粘度によるＶＶＴ４７の応答
遅れが考慮され、実際のバルブタイミングの変化に対応
したＶＶＴ実進角値ｃを求めることができる。尚、本実
施例では、油温センサ４８による油温ＴＨＯからなまし
係数ｎを求めているが、水温センサ４０による冷却水温
ＴＨＷも油温ＴＨＯと同様に変化し、油温ＴＨＯと同様
にＶＶＴ４７における作動油の粘度を代表する値となり
得ることから、図７に示すように冷却水温ＴＨＷからな
まし係数ｎを求めるようにしても上記と同様の効果を得
ることができ、この場合には油温センサ４８の装備を省
略することができる。

【００２６】次のステップ１１２では、上記ステップ１
０２で読み込んだ現時点における機関回転数ＮＥ₁ 、ス
ロットル開度ＴＡ₁ の値、および図８（Ａ）に示すＶＶ
Ｔ最進角用のＧＮＴＡマップ１（前記マップ５に相当）
から最進角時のＧＮＴＡ（バルブ状態適合吸入空気量）
を算出する。そして算出されたデータをａとする。また
次のステップ１１４では、上記ＮＥ₁ ，ＴＡ₁ の値と図
８（Ｂ）に示すＶＶＴ最遅角用のＧＮＴＡマップ２（前
記マップ５に相当）から最遅角時のＧＮＴＡ（バルブ状
態適合吸入空気量）を算出する。そして算出されたデー
タをｂとする。ここでＧＮＴＡとは機関回転数ＮＥ、ス
ロットル開度ＴＡで決まる定常時の吸入空気量である。
しかしながらＶＶＴ付内燃機関においては、上記の如く
吸気バルブのバルブタイミングによって吸入空気量が変
化する。このため、本実施例では、図４（Ａ）に示すＶ
ＶＴ最進角時のバルブタイミングでＮＥ，ＴＡを変化さ
せた時の吸入空気量を予め測定して図８（Ａ）に示すＧ
ＮＴＡマップ１を作成し、また、図４（Ｂ）に示すＶＶ
Ｔ最遅角時のバルブタイミングでＮＥ，ＴＡを上記と同
様に変化させた時の吸入空気量を予め測定して図８
（Ｂ）に示すＧＮＴＡマップ２を作成する。このように
本実施例では、ＶＶＴ最進角時と最遅角時の２枚のＧＮ
ＴＡマップを設けている。

【００２７】次にステップ１１６に進み、次式により上
記ＶＶＴ実進角値ｃに対応するＧＮＴＡ値であるＧＮＴ
Ａｆを算出する。

【００２８】 ＧＮＴＡｆ＝（ａ−ｂ）×ｃ／６０＋ｂ ……（２） 上式（２）の意味は、図９に示すように、ＶＶＴ実進角
値ｃに対応するＧＮＴＡ値を、最進角時のＧＮＴＡであ
るａと最遅角時のＧＮＴＡであるｂとから補間して求め
る。バルブタイミングの変位角が６０°ＣＡ程度のＶＶ
Ｔの場合は、ＶＶＴの変位に応じてほぼ直線的に吸入空
気量が変化するため、上式（２）のような一次補間で大
きな誤差を発生させることなく実進角値ｃに対応するＧ
ＮＴＡｆを求めることができる。

【００２９】このＧＮＴＡｆの算出はルーチン通過毎に
毎回行われるため、ＮＥ，ＴＡおよびＶＶＴ４７による
バルブタイミングの変化に時々刻々対応する。

【００３０】次のステップ１１８〜１２２の処理は、ス
テップ１１６にて得られたＶＶＴ実進角値ｃに対応する
ＧＮＴＡｆに対して所定の演算を行い、ＶＶＴ実進角値
ｃに対応する予測吸入空気量ＧＮＦＷＤを算出する処理
である。従って、上記ステップ１１２からステップ１２
２までの処理内容により前記した算出手段６が実現され
る。そして、図８に示される２つのＧＮＴＡマップと共
に前記制御手段４が実現される。

【００３１】次に図６に示されるルーチンのステップ１
１８〜１２２の処理内容、即ちＧＮＴＡｆから予測吸入
空気量ＧＮＦＷＤを求める方法について説明する。尚、
以下の説明においては説明の便宜上、上記ＧＮＴＡｆを
単にＧＮＴＡと称することにする。

【００３２】本実施例は吸入空気量と機関回転数に基づ
いて燃料噴射量を制御する内燃機関に適用したものであ
るが、１回転当りの吸気管圧力が吸入空気量に対応する
ことから、この１回転当りの吸気管圧力と機関回転数に
基づいて燃料噴射量を制御してもよいことは周知の通り
である。後者の装置では、図による説明はしないが、ダ
イヤフラム式の圧力センサをスロットルバルブ下流側の
サージタンクに取付け、この圧力センサで吸気管圧力を
検出する。

【００３３】しかし、上述したように、過渡運転時には
実際の吸気管圧力の変化に対して、圧力センサの応答遅
れにより吸気管圧力検出値の変化が遅れる。そこで、本
出願人は時間遅れのないスロットル開度と機関回転数と
から定常状態での吸気管圧力を演算し、演算された定常
状態での吸気管圧力を一次遅れ処理して時間遅れのない
現時点の吸気管圧力を算出すると共に、機関燃焼室への
吸入空気量が確定する吸気弁閉弁時の吸気管圧力を予測
し、更に現時点と予測時点の両演算吸気管圧力の差を求
め、現時点の測定吸気管圧力にこの差を加算して予測値
ＰＭＦＷＤを算出する吸入空気量予測装置を提案した
（特開平２−４２１６０号公報）。

【００３４】すなわち、この提案装置によれば、まずス
ロットル開度ＴＡと機関回転数ＮＥとで決まる定常走行
時の吸気管圧力ＰＭＴＡを算出する。従って、この吸気
管圧力ＰＭＴＡは加速時にはスロットル開度の変化に時
間遅れなく対応して図１０に示す如く変化する。一方、
実際の吸気管圧力はスロットル開度変化に対して、定常
走行時の吸気管圧力ＰＭＴＡの一次遅れ系を通した変化
をするので、ＰＭＴＡを一次遅れ処理して図１０に示す
如きＰＭＣＲＴを算出する。

【００３５】続いて、圧力センサ値ＰＭと同じ応答をも
つ値としてＰＭＣＲＴをもう一度一次遅れ処理して図１
０にＰＭＣＲＴ４で示すなまし値を、ＰＭＣＲＴの演算
周期の半分の周期で算出する。スロットルバルブの漏れ
空気量、アイドルスピードコントロールバルブの開度及
び大気圧が夫々変化していないものとすると、上記なま
し値ＰＭＣＲＴ４とセンサ値ＰＭとは同一となる。

【００３６】いま、現時点から吸気弁閉弁時までの時間
がＴであるものとすると、Ｔを吸気管圧力の演算値ＰＭ
ＣＲＴの演算周期Δｔで除算した回数だけ ｔＡ_i ＝ｔＡ_i-1 ＋ＴＩＭ×（ＰＭＴＡ−ｔＡ_i-1 ） なる式を繰り返し演算し、最終的に予測値ｔＰＭＶＬＶ
を算出する。ただし、初期値ｔＡ₀ はＰＭＣＲＴであ
る。

【００３７】ＰＭとＰＭＣＲＴ４とが等しければｔＰＭ
ＶＬＶを予測値として用いればよいが、実際にはズレが
あるので、予測時点の演算吸気管圧力ｔＰＭＶＬＶと現
時点の演算吸気管圧力ＰＭＣＲＴ４との差（ｔｐＭＶＬ
Ｖ−ＰＭＣＲＴ４）に、現時点のセンサ測定吸気管圧力
ＰＭを加算することにより、吸気弁閉弁時の予測吸気管
圧力ＰＭＦＷＤを得る。

【００３８】ところで、本実施例のような吸入空気量と
機関回転数とに基づいて燃料噴射量を制御する内燃機関
では、エアフローメータ３２はスロットルバルブ３３の
上流側にあるため、前記した圧力センサの測定値（吸気
管圧力）ＰＭよりも位相が進んだ値となっている。その
ため、１回転当りのエアフローメータ３２の測定吸入空
気量ＧＮを遅れ処理して測定吸気管圧力値ＰＭ相当の値
ＧＮＳＭを作ることにより、前述のロジックを本実施例
にも適用して予測吸入空気量ＧＮＦＷＤを得ることがで
きる。

【００３９】図１１は上記の予測吸入空気量ＧＮＦＷＤ
を算出する、本発明の要部の一実施例のフローチャート
を示す。このＧＮＦＷＤ算出ルーチンはマイクロコンピ
ュータ２１によって、例えば８msec毎に起動される。こ
のルーチンが起動されると、まずステップ２０２にて、
エアフローメータ３２により測定された吸入空気量Ｑと
回転角センサ４４により測定された機関回転数ＮＥとか
ら、機関回転数１回転当りの吸入空気量ＧＮを算出す
る。

【００４０】次にステップ２０４では、図６に示すＶＶ
Ｔ制御／予測吸入空気量ＧＮＦＷＤ算出ルーチンのステ
ップ１１６で求められたＶＶＴ実進角値ｃに対応するＧ
ＮＴＡを読み込む。

【００４１】次のステップ２０６〜２２０の処理では、
上記定常走行時の吸入空気量ＧＮＴＡに対して一次遅れ
処理を施す。即ち、ステップ２０６では、機関回転数Ｎ
Ｅと定常走行時の吸入空気量ＧＮＴＡに基づいて定めら
れた一次遅れの時定数ＴＩＭＣＡのマップをＲＯＭ５１
内でサーチして、一次遅れの時定数ＴＩＭＣＡを算出す
る。続いて、ステップ２０８では、前記一次遅れ処理値
ＰＭＣＲＴに相当する一次遅れ処理値ＧＮＣＲＴを次式
に基づいて算出する。

【００４２】 ＧＮＣＲＴ_i ＝ＧＮＣＲＴ_i-1 ＋ （ＧＮＴＡ−ＧＮＣＲＴ_i-1 ）×ＴＩＭＣＡ ……（３） ただし、上式（３）中、ＧＮＣＲＴ_i-1 は前回の吸入空
気量の一次遅れ処理値である。次のステップ２１０で
は、過渡運転時にエアフローメータ３２の検出吸入空気
量のなまし値ＧＮＳＭと同じ応答をもつ値として、ＧＮ
ＣＲＴを次式により更に一次遅れ処理してなまし値ＧＮ
ＣＲＴ４を算出する。

【００４３】 ＧＮＣＲＴ４_i ＝ＧＮＣＲＴ４_i-1 ＋ （ＧＮＣＲＴ−ＧＮＣＲＴ４_i-1 ）×Ｋ ……（４） ただし、上式（４）中、ＧＮＣＲＴ４_i-1 は前回のなま
し値ＧＮＣＲＴ４であり、またＫは定数で、エアフロー
メータ３２がスロットルバルブ３３の上流側にある分の
応答遅れ量を補正するための係数である。

【００４４】続いて、ステップ２１２にて機関回転数Ｎ
Ｅに応じてＲＯＭ５１内の一次元マップをサーチして時
定数ＴＩＭＣを算出した後、ステップ２１４にて次式に
より前記測定吸気管圧力ＰＭに相当する吸入空気量なま
し値ＧＮＳＭを算出する。

【００４５】 ＧＮＳＭ_i ＝ＧＮＳＭ_i-1 ＋（ＧＮ−ＧＮＳＭ_i-1 ）×ＴＩＭＣ （５） 上式（５）中、時定数ＴＩＭＣにより吸入空気量なまし
値ＧＮＳＭ_i は機関回転数ＮＥに応じた応答性をもつよ
うに補正されている。なお、ＧＮＳＭ_i-1 は前回のなま
し値ＧＮＳＭである。

【００４６】次にステップ２１６にて、現時点から吸入
空気量予測時点（すなわち機関燃焼室への吸入空気量が
確定する吸気バルブ２６の閉弁時点）までの時間Ｔを算
出する。しかる後に、ステップ２１８にて、このＧＮＦ
ＷＤ算出ルーチンの実行周期をΔｔ（ここでは８_msec）
とすると、Ｔ／Δｔで表わされる演算回数だけ次式の演
算を繰り返し実行する。

【００４７】 ｔＡ_i ＝ｔＡ_i-1 ＋ＴＩＭＣＡ×（ＧＮＴＡ−ｔＡ_i-1 ） ……（６） ただし、上式（６）中、ｔＡ_i-1 は前回のなまし値ｔＡ
である。また、初期値ｔＡ₀ はＧＮＣＲＴである。そし
て、上記ステップ２１８でＴ／Δｔ回計算後のなまし値
ｔＡ_i を用いて、次のステップ２２０にて次式により吸
気バルブ２６の閉弁時の予測吸入空気量ＧＮＦＷＤを算
出して、ＲＡＭ６２に格納した後、このルーチンを終了
する。

【００４８】 ＧＮＦＷＤ＝ＧＮＳＭ＋（ｔＡ_i −ＧＮＣＲＴ４） ……（７） この予測吸入空気量ＧＮＦＷＤは前記予測吸気管圧力Ｐ
ＭＦＷＤと同様の予測値で、定常走行時の吸入空気量Ｇ
ＮＴＡを一次遅れ処理して得られた値である。

【００４９】図１１に示すＧＮＦＷＤ算出ルーチンで
は、図６に示すルーチンで得られたＶＶＴ実進角値ｃに
対応するＧＮＴＡを使用してＧＮＦＷＤを求めているた
め、最終的に求められたＧＮＦＷＤは、ＶＶＴ４７によ
りバルブタイミングの変更が行われた際に、バルブタイ
ミングの変化に対応して時々刻々変化する実際の吸入空
気量の変化を遅れなしで正確に表している。

【００５０】そして、本実施例ではこのＧＮＦＷＤの値
に燃料噴射量換算係数ｔＫＩＮＪを乗算すると共に、各
種補正値を乗算または加算して燃料噴射量ＴＡＵを算出
する。このため、求められた燃料噴射量ＴＡＵは、上記
の如く予測吸入空気量ＧＮＦＷＤとして得られる実際の
吸入空気量に対して、応答遅れをもたらすことなく常に
理論空燃比とする値となる。従って、本実施例の燃料噴
射制御装置によれば、ＶＶＴ４７を設けた内燃機関にお
いても、制御される吸気バルブ２６のいかなるバルブタ
イミングに対して、予測吸入空気量ＧＮＦＷＤが実際の
吸入空気量に合った吸入空気量を示すため、加速時等の
過渡運転時においても空燃比を正確に制御することがで
きるようになる。その結果、ＶＶＴ付内燃機関におい
て、排気エミッション、燃費、ドライバビリティの向上
を図ることができる。

【００５１】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、吸気バルブのバルブタイミングとして進角側
と遅角側のいずれかを選択的に使用する、オン／オフ式
ＶＶＴを備えた内燃機関についても適用できる。この場
合には、図６に示すフローチャートにおいて、ＶＶＴ目
標進角値ｄが最進角（ｘ＝６０°ＣＡ）または最遅角
（ｘ＝０°ＣＡ）のいずれかに切り換わるという部分が
上記実施例と異なるものの、それ以外の部分については
上記実施例と全く同一である。この場合にも、油温ＴＨ
Ｏが低い場合にはバルブタイミングの切り換え、これに
応じた吸入空気量の変化に上述した応答遅れを伴うた
め、上記ステップ１１６によるＧＮＴＡｆ、そしてＧＮ
ＴＡｆによるＧＮＦＷＤをルーチン通過毎に求めること
により、ＧＮＦＷＤはバルブタイミング切り換え時の実
際の吸入空気量の変化に正確に適合するようになる。

【００５２】また、上記実施例では図６に示すフローチ
ャートのステップ１０８，１１０の処理で応答遅れを伴
うＶＶＴ実進角値を推定していたが、ＶＶＴ進角値セン
サを別にもうけて、このセンサ値によりＶＶＴ実進角値
を求める構成としてもよく、この場合にはＧＮＦＷＤの
値がより実際の吸入空気量に近づくため、上記効果をよ
り効果的なものとすることができる。

【００５３】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、次に述べる
種々の効果を実現することができる。請求項１記載の発
明によれば、過渡時において可変バルブタイミング装置
３が可変されても、算出手段６は吸気バルブ２の任意の
バルブタイミングに対して実際の吸入空気量に合った正
確な吸入空気量を予測する。このため、制御手段４は、
過渡時における吸気バルブ２の任意のバルブタイミング
に対して、内燃機関１の燃料噴射量を最適値に制御す
る。よって、可変バルブタイミング装置を備えた内燃機
関において、排気エミッション、燃費、ドライバビリテ
ィの向上を図ることができる。また、請求項２記載の発
明によれば、算出手段が実進角値を演算する際、可変バ
ルブタイミング装置の作動油の温度を反映させる構成と
しているため、作動油の粘度による可変バルブタイミン
グ装置の応答遅れが考慮され、実際のバルブタイミング
の変化に対応したより精度の高い実進角値を求めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明が適用される内燃機関およびその周辺装
置の一実施例を表すシステム構成図である。

【図３】図２中のマイクロコンピュータのハードウェア
構成図である。

【図４】吸気バルブのバルブタイミングを最進角の場合
と最遅角の場合とについて示したタイミングチャートで
ある。

【図５】吸気行程における吸気ポート内の圧力変化をＶ
ＶＴ最進角時とＶＶＴ最遅角時の両条件について表した
図である。

【図６】本発明の要部の一実施例のＶＶＴ制御／予測吸
入空気量ＧＮＦＷＤ算出ルーチンのフローチャートであ
る。

【図７】図６のフローチャート中で使用されるなまし係
数ｎのマップ説明図である。

【図８】図６のフローチャート中で使用されるＧＮＴＡ
のマップ説明図である。

【図９】図６のフローチャート中のＧＮＴＡｆの算出方
法を説明する図である。

【図１０】本出願人が先に提案した予測吸気管圧力の算
出方法の原理説明図である。

【図１１】本発明の要部の一実施例のＧＮＦＷＤ算出ル
ーチンを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２，２６ 吸気バルブ ３，４７ 可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ） ４ 制御手段 ５ マップ ６ 算出手段 １０ エンジン本体 ２１ マイクロコンピュータ ２５ インテークマニホールド ２８ エギゾーストマニホールド ３０ サージタンク ３２ 熱線式エアフローメータ ３３ スロットルバルブ ３４ スロットルポジションセンサ ３９ 酸素濃度（Ｏ₂ ）センサ ４０ 水温センサ ４２ ディストリビュータ ４４ 回転角センサ ４５ 油圧コントロールソレノイドバルブ ４６ 動弁機構 ５０ 中央処理装置（ＣＰＵ）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関状態に応じて吸気バルブのバルブタ
   イミングを可変せしめる可変バルブタイミング装置を具
   備した内燃機関に設けられ、 演算される予測吸入空気量に基づき前記内燃機関の燃料
   噴射量を制御する制御手段を具備する 内燃機関の燃料噴
   射制御装置において、 前記制御手段は、異なるバルブタイミングに対応させて複数設けられてお
   り、前記内燃機関の回転数とスロットル開度とから当該
   バルブタイミングに適合したバルブ状態適合吸入空気量
   を求める構成とされたマップと、 機関状態に対応した現在のバルブタイミングの進角値で
   ある実進角値を演算すると共に、該実進角値と前記複数
   のマップから求められる前記バルブ状態適合吸入空気量
   に基づき前記予測吸入空気量を算出する算出手段とを設
   けてなる 構成であることを特徴とする内燃機関の燃料噴
   射制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御
   装置において、 前記算出手段は、 現在の機関状態に応じた最適バルブタイミングである目
   標進角値を演算すると共に、前記可変バルブタイミング
   装置の作動油の温度を検出し、前記目標進角値と前記作
   動油の温度とに基づき前記実進角値を演算する構成とさ
   れていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装
   置。