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JPH11264330A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

内燃機関制御装置

Info

Publication number
JPH11264330A
JPH11264330A JP10306454A JP30645498A JPH11264330A JP H11264330 A JPH11264330 A JP H11264330A JP 10306454 A JP10306454 A JP 10306454A JP 30645498 A JP30645498 A JP 30645498A JP H11264330 A JPH11264330 A JP H11264330A
Authority
JP
Japan
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air amount
charged air
cylinder charged
cylinder
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10306454A
Other languages
English (en)
Inventor
Masakazu Yamada
山田　　正和
Hideki Morishima
英樹 森島
Satoshi Koike
聡 小池
Hideki Yukimoto
英樹 行本
Masaomi Inoue
正臣 井上
Naoyuki Kamiya
直行 神谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP10306454A priority Critical patent/JPH11264330A/ja
Priority to US09/212,563 priority patent/US6196197B1/en
Priority to GB9828606A priority patent/GB2333377B/en
Publication of JPH11264330A publication Critical patent/JPH11264330A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/182—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow for the control of a fuel injection device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
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    • F02D13/0207—Variable control of intake and exhaust valves changing valve lift or valve lift and timing
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変バルブタイミング機構付きの内燃機関に
おいて、エアフローメータの検出値から筒内充填空気量
を精度良く求めることができるようにする。 【解決手段】 １回転当りの吸入空気量ＧＮを一次遅れ
処理（なまし処理）して基本筒内充填空気量ＧＮＳを求
める（ステップ１０８）。次に、吸気バルブタイミング
の変化による筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴを
エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＡ、吸気バルブ
タイミングの変位角Δθに基づいて算出し（ステップ１
０９）、この筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴを
２回一次遅れ処理する（ステップ１１０，１１１）。次
に、筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴとこれを２
回一次遅れ処理した値ＧＮＶＴＳＳとの差分（ＧＮＶＴ
−ＧＮＶＴＳＳ）を遅れ補正量として基本筒内充填空気
量ＧＮＳに加算することで吸気バルブタイミングの変化
を考慮した真の筒内充填空気量ＧＮＳＸを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルブタイミング
とバルブリフト特性の少なくとも一方を変化させる可変
バルブ機構を備えた内燃機関において、筒内充填空気量
を演算する機能を備えた内燃機関制御装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、車両に搭載される内燃機関におい
ては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減を目
的として、可変バルブタイミング機構や可変バルブリフ
ト機構（以下、これらを総称して「可変バルブ機構」と
いう）を採用したものが増加している。この可変バルブ
機構付きの内燃機関においては、吸気管に設置したエア
フローメータ（又は吸気管圧力センサ）で吸入空気量
（又は吸気管圧力）を検出し、その検出値から気筒内に
充填される空気量（筒内充填空気量）を演算するように
している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、吸気／排気
バルブのバルブタイミング又はバルブリフト特性が変化
すると、吸気／排気バルブの開弁期間のオーバーラップ
量が変化して、内燃機関の内部ＥＧＲ量（排気残留割
合）が変化し、それによって、筒内充填空気量も変化す
るが、この筒内充填空気量の変化がエアフローメータ
（又は吸気管圧力センサ）で検出されるまでには時間遅
れがある。これは、エアフローメータ（又は吸気管圧力
センサ）と内燃機関との間の吸気通路に設けられた比較
的大きな容積のサージタンクが内燃機関側からエアフロ
ーメータ（又は吸気管圧力センサ）への圧力伝搬を遅ら
せる働きをするためである。このため、エアフローメー
タ（又は吸気管圧力センサ）の検出値を用いて筒内充填
空気量を精度良く演算することができないという問題が
生じる。
【０００４】また、吸入空気量又は吸気管圧力の検出値
（以下「負荷検出値」という）から筒内充填空気量を演
算する手法として、負荷検出値を一次遅れ処理して筒内
充填空気量を演算する技術が提案されている。これは吸
気通路にスロットルバルブが設けられているシステムに
おいて、スロットルバルブが開閉したときに、負荷検出
値が実際の筒内充填空気量に対して過大／過小となる特
性を補正するためである。
【０００５】このように負荷検出値を一次遅れ処理して
筒内充填空気量を演算するシステムに可変バルブ機構を
採用すると、例えば、可変バルブ機構が変化して筒内充
填空気量が増加したときに、負荷検出値が実際の筒内充
填空気量よりも小さいにも拘らず、その負荷検出値を更
に一次遅れ処理する。このため、演算された筒内充填空
気量と実際の筒内充填空気量とが大幅にずれることが考
えられる。
【０００６】そこで、本発明の目的は、可変バルブ機構
付きの内燃機関において、負荷検出値から筒内充填空気
量を精度良く演算することができる内燃機関制御装置を
提供することにある。本発明の他の目的は、負荷検出値
を遅れ処理することにより筒内充填空気量を演算するシ
ステムに可変バルブ機構を採用しても、精度良く筒内充
填空気量を演算することができる内燃機関制御装置を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関制御装置は、内燃機関
の運転状態に応じて吸気バルブ及び／又は排気バルブの
バルブタイミングとバルブリフト特性の少なくとも一方
を変化させる可変バルブ機構を備え、内燃機関の負荷
（吸入空気量又は吸気管圧力）を負荷検出手段により検
出すると共に、可変バルブ機構の変化（バルブタイミン
グの変化やバルブリフト特性の変化）による筒内充填空
気量の変化が負荷検出手段で検出されるまでの検出遅れ
を補正して該負荷検出手段の補正後の負荷検出値に基づ
いて筒内充填空気量演算手段により筒内充填空気量を求
める。このようにすれば、可変バルブ機構の変化により
筒内充填空気量が変化した時でも、負荷検出手段の負荷
検出値から筒内充填空気量を精度良く求めることができ
る。
【０００８】この場合、可変バルブ機構の変化による負
荷検出手段の検出遅れは、負荷検出手段からその下流に
ある吸気バルブまでのサージタンクを含む吸気通路の遅
れ系モデルで模擬できるため、請求項２のように、可変
バルブ機構の変化による負荷検出手段の検出遅れを吸気
通路の遅れ系モデルを用いて補正するようにしても良
い。このようにすれば、負荷検出手段の検出遅れを遅れ
処理という簡単な処理で補正することができる。
【０００９】ところで、負荷検出手段で検出する負荷
（吸入空気量又は吸気管圧力）は、スロットル開度の変
化や可変バルブ機構の変化によって変化するが、スロッ
トル開度の変化による負荷の変化分と、その時の可変バ
ルブ機構の変化による負荷の変化分とが反対方向に変化
する領域がある。このような領域で、負荷検出手段の検
出遅れを正確に補正しようとすると、演算処理が複雑に
なり、演算能力の大きなマイクロコンピュータが必要と
なったり、他の制御の演算処理が制限されてしまう。
【００１０】そこで、請求項３のように、負荷検出手段
の負荷検出値をスロットル分と可変バルブ機構分とに分
離して、該可変バルブ機構分を補正するようにしても良
い。このようにすれば、可変バルブ機構の変化による負
荷の変化分のみを抽出して、可変バルブ機構の変化に応
じた負荷検出手段の検出遅れを精度良く補正することが
できると共に、負荷検出手段の検出遅れを補正するため
の演算処理を簡略化することができ、マイクロコンピュ
ータの演算負荷を軽減することができる。但し、負荷検
出手段の負荷検出値のうちのスロットル分については、
別途補正するようにしても良い。
【００１１】また、筒内充填空気量を演算してから実際
に燃料噴射量を演算して噴射するまでの間に可変バルブ
機構が変化して筒内充填空気量が変化するすることがあ
るため、請求項４のように、負荷検出手段の検出遅れを
補正して得られた負荷検出値、機関回転数、燃料噴射量
演算時の可変バルブ機構の制御値又は筒内充填空気量演
算時に予測した燃料噴射時の可変バルブ機構の制御値に
基づいて燃料噴射時の筒内充填空気量を予測し、予測し
た燃料噴射時の筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を
演算することが好ましい。このようにすれば、筒内充填
空気量を演算してから実際に燃料噴射量を演算して噴射
するまでの間の可変バルブ機構の変化を考慮して燃料噴
射量を精度良く演算することができ、空燃比制御精度を
向上することができる。
【００１２】また、サージタンクより下流側の吸気通路
（吸気マニホールド）は、吸気脈動圧の影響を強く受け
て負荷（吸入空気量又は吸気管圧力）を精度良く検出で
きないため、請求項５のように、負荷検出手段をサージ
タンク又はサージタンクの上流側の吸気通路に配置する
と良い。このようにすれば、吸気脈動圧の影響を受けず
に負荷を精度良く検出することができる。
【００１３】また、負荷検出手段の負荷検出値から筒内
充填空気量を演算する際には、請求項６のように、負荷
検出手段の負荷検出値から基本筒内充填空気量を基本筒
内充填空気量手段により演算すると共に、可変バルブ機
構の変化による筒内充填空気量の変化が負荷検出手段で
検出されるまでの検出遅れ分に相当する補正量を検出遅
れ補正量演算手段により演算し、前記基本筒内充填空気
量手段の演算値と検出遅れ補正量演算手段の演算値とに
基づいて最終的な筒内充填空気量を最終筒内充填空気量
演算手段により演算するようにしても良い。このように
すれば、負荷検出手段の負荷検出値を遅れ処理して筒内
充填空気量を演算するシステムに可変バルブ機構を採用
しても、精度良く筒内充填空気量を演算することができ
る。
【００１４】この場合、請求項７のように、前記基本筒
内充填空気量手段は、負荷検出手段の負荷検出値を一次
遅れ処理して基本筒内充填空気量を演算し、前記検出遅
れ補正量演算手段は、可変バルブ機構の変化による筒内
充填空気量の変化分を推定した推定値と、この推定値を
２回一次遅れ処理した値との差分を検出遅れ分に相当す
る補正量とし、前記最終筒内充填空気量演算手段は、前
記基本筒内充填空気量手段により演算された基本筒内充
填空気量と前記検出遅れ補正量演算手段により演算され
た検出遅れ分に相当する補正量とを加算することにより
最終的な筒内充填空気量を演算するようにしても良い。
これにより、負荷検出手段の負荷検出値から筒内充填空
気量を精度良く演算することができる。
【００１５】更に、請求項８のように、筒内充填空気量
の推定値を、機関回転数、吸入空気量又はスロットル開
度、可変バルブ機構の制御値に基づいて求めるようにし
ても良い。ここで、機関回転数、吸入空気量又はスロッ
トル開度、可変バルブ機構の制御値は、いずれも筒内充
填空気量を変化させるパラメータとなるため、これらに
基づいて筒内充填空気量を精度良く推定することができ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】［実施形態（１）］以下、本発明
を吸気バルブの可変バルブタイミング機構付きの内燃機
関に適用した実施形態（１）を図１乃至図６に基づいて
説明する。まず、図１に基づいてシステム全体の概略構
成を説明する。内燃機関であるエンジン１１は、ＤＯＨ
Ｃエンジンであり、クランク軸１２の動力をタイミング
チェーン（図示せず）を介して吸気カム軸１３と排気カ
ム軸１４とに伝達し、各カム軸１３，１４によって吸気
バルブ１５と排気バルブ１６を開閉駆動するようになっ
ている。吸気カム軸１３には、クランク軸１２に対する
吸気カム軸１３の進角量（変位角）Δθを調整する油圧
駆動式の可変バルブタイミング機構１７が設けられてい
る。
【００１７】また、吸気カム軸１３の近傍には、吸気カ
ム軸回転角を検出するカム軸センサ１８が設置され、ク
ランク軸１２の近傍には、クランク軸回転角を検出する
クランク軸センサ１９が設置されている。また、エンジ
ン１１のシリンダブロック１１ａには、冷却水温を検出
する冷却水温センサ２０が取り付けられ、シリンダヘッ
ド１１ｂには、気筒毎に点火プラグ２９が取り付けられ
ている。
【００１８】一方、吸気管２１の最上流部には、エアク
リーナ２２が設けられ、その下流側には、吸入空気量を
検出する熱式のエアフローメータ２３（負荷検出手段）
が設けられている。このエアフローメータ２３の下流側
には、スロットルバルブ２４が設けられ、このスロット
ルバルブ２４の開度（スロットル開度）がスロットルセ
ンサ２５によって検出される。吸気管２１のうちのスロ
ットルバルブ２４の下流側には、サージタンク２６が接
続され、このサージタンク２６とエンジン１１の各気筒
の吸気ポート２７との間が吸気マニホールド２８で接続
されている。各気筒の吸気マニホールド２８には、それ
ぞれ燃料噴射弁３０が取り付けられている。
【００１９】尚、エンジン１１の排気ポート３１に接続
された排気管３２には、排ガス浄化用の触媒（図示せ
ず）や排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ
（図示せず）が取り付けられている。
【００２０】上述した各種のセンサの出力は、エンジン
制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３３に入力され
る。このＥＣＵ３３は、マイクロコンピュータを主体と
して構成され、各種センサで検出したエンジン運転状態
に応じて、点火プラグ２９の点火時期や吸気バルブ１５
のバルブタイミングを制御すると共に、図２及び図６に
示すプログラムによって筒内充填空気量及び燃料噴射量
を求める。
【００２１】このＥＣＵ３３は、図２に示す筒内充填空
気量演算プログラムを所定時間毎（例えば４ｍｓ毎）に
実行することで、エンジン１１の気筒内に充填される空
気量（筒内充填空気量）を演算する筒内充填空気量演算
手段として機能する。本プログラムが起動されると、ま
ずステップ１０１で、エアフローメータ２３で検出した
吸入空気量ＧＡ及びクランク軸センサ１９の出力パルス
周期から検出したエンジン回転数ＮＥを読み込み、次の
ステップ１０２で、１回転当りの吸入空気量ＧＮ（＝Ｇ
Ａ／ＮＥ）を算出する。
【００２２】この後、ステップ１０３で、スロットルセ
ンサ２５で検出したスロットル開度ＴＡを読み込んだ
後、ステップ１０４で、スロットル開度ＴＡに応じた第
１のなまし係数Ｋ１を予め設定されたマップより算出す
る。この第１のなまし係数Ｋ１のマップの特性は、スロ
ットル開度ＴＡが大きくなるほど、第１のなまし係数Ｋ
１が小さくなるように設定されている。
【００２３】そして、次のステップ１０５で、クランク
軸１２に対する吸気カム軸１３の進角量、つまり吸気バ
ルブタイミングの変位角Δθを、クランク軸センサ１９
で検出したクランク軸回転角θｃと、カム軸センサ１８
で検出した吸気カム軸回転角θｉとに基づいて算出す
る。この後、ステップ１０６で、吸気バルブタイミング
の変位角Δθに応じた第２のなまし係数Ｋ２を予め設定
されたマップより算出する。この第２のなまし係数Ｋ２
のマップの特性は、吸気バルブタイミングの変位角Δθ
が大きくなるほど、第２のなまし係数Ｋ２が小さくなる
ように設定されている。
【００２４】この後、ステップ１０７で、第１のなまし
係数Ｋ１と第２のなまし係数Ｋ２とを乗算して最終なま
し係数Ｋを求める。次のステップ１０８で、最終なまし
係数Ｋを用いて、１回転当りの吸入空気量ＧＮを次式に
より一次遅れ処理（なまし処理）することで、基本筒内
充填空気量ＧＮＳを算出する。 ＧＮＳ(i) ＝１／Ｋ・ＧＮ＋（Ｋ−１）／Ｋ・ＧＮＳ(i
-1) ここで、ＧＮＳ(i) は今回値、ＧＮＳ(i-1) は前回値で
ある。この基本筒内充填空気量ＧＮＳは、吸気バルブタ
イミングの変化分の遅れがある筒内充填空気量に相当す
る。このステップ１０８の処理が特許請求の範囲でいう
基本筒内充填空気量手段としての役割を果たす。
【００２５】次のステップ１０９で、吸気バルブタイミ
ングの変化を考慮した筒内充填空気量変化分の推定値Ｇ
ＮＶＴを、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＡ、
吸気バルブタイミングの変位角Δθに基づいて算出す
る。この筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴの算出
は、図３に概念的に示すように、吸気バルブタイミング
の変位角Δθごとに、エンジン回転数ＮＥとスロットル
開度ＴＡとから筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴ
を求める複数のマップを持ち、これらのマップの中か
ら、その時点の吸気バルブタイミングの変位角Δθに該
当するマップを選択して、エンジン回転数ＮＥとスロッ
トル開度ＴＡとに応じた筒内充填空気量変化分の推定値
ＧＮＶＴを求める。
【００２６】このようにして求められる筒内充填空気量
変化分の推定値ＧＮＶＴの特性は、図４に示すように、
吸気バルブタイミングの変位角Δθが小さい領域では、
変位角Δθが大きくなるほど、筒内充填空気量変化分の
推定値ＧＮＶＴが増加するが、やがて筒内充填空気量変
化分の推定値ＧＮＶＴの増加が頭打ちとなり、それより
も変位角Δθが大きい領域では、変位角Δθが大きくな
るほど、筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴが減少
するようになる。これは、変位角Δθが小さい領域で
は、内部ＥＧＲの増量に伴う新気分の減量よりも、吸気
バルブの閉じ時期が下死点に近付くことによる充填効率
が勝るためである。また、変位角Δθが大きい領域で
は、変位角Δθが大きくなるほど、内部ＥＧＲ量（排気
残留割合）が増加して急激に新気分が減少するためであ
る。
【００２７】尚、図３のマップにおいて、スロットル開
度ＴＡに代えて、１回転当りの吸入空気量ＧＮを用いて
も良い。また、筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴ
の算出は、図３のマップに代えて、エンジン回転数Ｎ
Ｅ、スロットル開度ＴＡ（又は１回転当りの吸入空気量
ＧＮ）、吸気バルブタイミングの変位角Δθをパラメー
タとする関数式を用いても良い。或は、吸気バルブタイ
ミングの変位角Δθに応じた係数Ｋａ、スロットル開度
ＴＡ（又は１回転当りの吸入空気量ＧＮ）に応じた係数
Ｋｂ、エンジン回転数ＮＥに応じた係数Ｋｃをそれぞれ
マップ等より求め、これら３つの係数Ｋａ〜Ｋｃを乗算
又は合算して求めた係数を筒内充填空気量変化分の基準
値に乗算することで、筒内充填空気量変化分の推定値Ｇ
ＮＶＴを求めるようにしても良い。
【００２８】筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴの
算出後、ステップ１１０に進み、最終なまし係数Ｋを用
いて、筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴを次式に
より一次遅れ処理（なまし処理）して筒内充填空気量変
化分の推定値の１回なまし値ＧＮＶＴＳを求める。 ＧＮＶＴＳ(i) ＝１／Ｋ・ＧＮＶＴ＋（Ｋ−１）／Ｋ・
ＧＮＶＴＳ(i-1) ここで、ＧＮＶＴＳ(i) は今回値、ＧＮＶＴＳ(i-1) は
前回値である。この筒内充填空気量変化分の推定値の１
回なまし値ＧＮＶＴＳは、エアフローメータ２３の検出
値（吸入空気量）のバルブタイミング変化分に対応した
値となる。このようにして、吸気バルブタイミングの変
化によるエアフローメータ２３の検出遅れを、エアフロ
ーメータ２３から吸気バルブ１５までのサージタンク２
６を含む吸気通路の遅れ系モデルで補正するものであ
る。
【００２９】次のステップ１１１で、筒内充填空気量変
化分の推定値の１回なまし値ＧＮＶＴＳをもう１回一次
遅れ処理（なまし処理）して、筒内充填空気量変化分の
推定値の２回なまし値ＧＮＶＴＳＳを求める。 ＧＮＶＴＳＳ(i) ＝１／Ｋ・ＧＮＶＴＳ＋（Ｋ−１）／
Ｋ・ＧＮＶＴＳＳ(i-1) ここで、ＧＮＶＴＳＳ(i) は今回値、ＧＮＶＴＳＳ(i-
1) は前回値である。この筒内充填空気量変化分の推定
値の２回なまし値ＧＮＶＴＳＳは、前記ステップ１０８
で算出した基本筒内充填空気量ＧＮＳのバルブタイミン
グ変化分に対応した値となる。従って、吸気バルブタイ
ミングの変化による筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮ
ＶＴとその２回なまし値ＧＮＶＴＳＳとの差分（ＧＮＶ
Ｔ−ＧＮＶＴＳＳ）は、吸気バルブタイミングの変化に
よる筒内充填空気量変化分のうち、エアフローメータ２
３の検出遅れによりＥＣＵ３３が誤演算する分に相当す
る。
【００３０】次のステップ１１２で、筒内充填空気量変
化分の推定値ＧＮＶＴとその２回なまし値ＧＮＶＴＳＳ
との差分（ＧＮＶＴ−ＧＮＶＴＳＳ）を遅れ補正量とし
て基本筒内充填空気量ＧＮＳに加算することで、吸気バ
ルブタイミングの変化を考慮した真の筒内充填空気量Ｇ
ＮＳＸを算出する。 ＧＮＳＸ＝ＧＮＳ＋（ＧＮＶＴ−ＧＮＶＴＳＳ） 上述したステップ１０９〜１１２の処理は特許請求の範
囲でいう検出遅れ補正量演算手段としての役割を果た
し、更に、ステップ１１２の処理は特許請求の範囲でい
う最終筒内充填空気量演算手段としての役割も果たす。
【００３１】図５のタイムチャートは、図２の筒内充填
空気量演算プログラムによって算出される吸気バルブタ
イミングの変位角Δθ、筒内充填空気量変化分の推定値
ＧＮＶＴ、１回なまし値ＧＮＶＴＳ、２回なまし値ＧＮ
ＶＴＳＳ、基本筒内充填空気量ＧＮＳ、真の筒内充填空
気量ＧＮＳＸの経時的変化の一例を示している。このタ
イムチャートは、説明を簡単にするため、スロットル開
度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥを一定にしたときの挙動
を示している。
【００３２】図５の例のように、吸気バルブタイミング
の変位角Δθが０℃Ａから２０℃Ａ程度に増加する場合
には、筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴや筒内充
填空気量ＧＮＳＸが増加するが、図４に示す特性から明
らかなように、変位角Δθが大きい領域では、変位角Δ
θが大きくなると、内部ＥＧＲ量（排気残留割合）が増
加して筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴや筒内充
填空気量ＧＮＳＸが減少する。
【００３３】図５において、吸気バルブタイミングが変
化すると（図５上図）、この吸気バルブタイミングの変
化による筒内充填空気量の変化がエアフローメータ２３
で検出されるまでの検出遅れ分に相当する補正量を、筒
内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴとこの推定値の２
回なまし値ＧＮＶＴＳＳとの偏差から演算する（図５中
図）。つまり、エアフローメータ２３は、吸気バルブタ
イミングの変化により筒内充填空気量が変化した後、一
次遅れでその筒内充填空気量の変化を検出することにな
る。更に、筒内充填空気量を演算する際に、一次遅れで
検出した吸入空気量をもう１回一次遅れ処理することに
なる。このため、吸気バルブタイミングが変化したこと
による筒内充填空気量の変化分を一次遅れの一次遅れで
検出することになる。
【００３４】よって、吸気バルブタイミングの変化によ
る筒内充填空気量の変化分は、その推定値ＧＮＶＴとこ
の推定値の２回なまし値ＧＮＶＴＳＳとの偏差を演算す
ることにより求めることができる。そして、この筒内充
填空気量の変化分を、エアフローメータ２３の検出値を
一次遅れ処理することにより求めた基本筒内充填空気量
ＧＮＳに加算することにより真の筒内充填空気量ＧＮＳ
Ｘを求めることができる（図５下図）。
【００３５】図２の筒内充填空気量演算プログラムによ
って筒内充填空気量ＧＮＳＸが算出される毎に、図６の
燃料噴射時間演算プログラムが起動され、次のようにし
て燃料噴射時間ＴＡＵ（燃料噴射量）が算出される。ま
ず、ステップ２０１で、筒内充填空気量ＧＮＳＸに定数
Ｃを乗算することで、基本噴射時間ＴＰを求める。ＴＰ
＝Ｃ・ＧＮＳＸ
【００３６】この後、ステップ２０２で、空燃比フィー
ドバック補正係数、冷却水温補正係数、学習補正係数等
の各種補正係数Ｆと、基本噴射時間ＴＰ及び無効噴射時
間ＴＶを用いて次式により燃料噴射時間ＴＡＵを算出す
る。 ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｆ＋ＴＶ ここで、無効噴射時間ＴＶは、燃料噴射弁３０の応答遅
れにより生じる、燃料噴射に有効に寄与しない時間であ
る。以上説明した図６の燃料噴射時間演算プログラムが
特許請求の範囲でいう燃料噴射量演算手段としての役割
を果たす。
【００３７】以上説明した実施形態（１）によれば、吸
気バルブタイミングの変化による筒内充填空気量の変化
がエアフローメータ２３で検出されるまでの検出遅れを
補正して真の筒内充填空気量ＧＮＳＸを求めることがで
きるので、吸気バルブタイミングの変化により筒内充填
空気量が変化した時でも、エアフローメータ２３の検出
値から筒内充填空気量ＧＮＳＸを精度良く求めることが
でき、この筒内充填空気量ＧＮＳＸに基づいて燃料噴射
量を精度良く演算することができる。
【００３８】また、上記実施形態では、ＧＮＶＴＳＳを
求めるのにＧＮＶＴを２回なまし処理したが、なまし係
数を大きく、例えば２倍にしてＧＮＶＴを１回なまし処
理してＧＮＶＴＳＳを近似的に求めるようにしても良
い。尚、上記実施形態（１）では、吸入空気量の検出値
から筒内充填空気量ＧＮＳＸを算出するようにしたが、
吸気管圧力の検出値から同様の方法で筒内充填空気量Ｇ
ＮＳＸを算出するようにしても良い。
【００３９】［実施形態（２）］ところで、エアフロー
メータ２３や吸気管圧力センサで検出する負荷（吸入空
気量又は吸気管圧力）は、スロットル開度の変化やバル
ブタイミングの変化によって変化するが、スロットル開
度の変化による負荷の変化分と、その時のバルブタイミ
ングの変化による負荷の変化分とが反対方向に変化する
領域がある。このような領域で、負荷の検出遅れを正確
に補正しようとすると、演算処理が複雑になり、演算能
力の大きなマイクロコンピュータが必要となったり、他
の制御の演算処理が制限されてしまう。
【００４０】そこで、図７乃至図１１に示す本発明の実
施形態（２）では、吸気管圧力の検出値をスロットル分
とバルブタイミング分とに分離して、吸気管圧力の検出
値のうちのバルブタイミング分のみを補正するようにし
ている。本実施形態（２）では、サージタンク２６に負
荷検出手段として吸気管圧力センサ（図示せず）が設け
られている。その他のシステム構成は前記実施形態
（１）と同じである。
【００４１】本実施形態（２）では、図７に示す筒内充
填空気量演算プログラムを所定時間毎（例えば４ｍｓ
毎）に実行することで、エンジン１１の気筒内に充填さ
れる空気量（筒内充填空気量）ＧＮＳＸを演算する。本
プログラムのステップ１０１〜１０８の処理は、前記実
施形態（１）で説明した図２のステップ１０１〜１０８
の処理と同じである。ステップ１０１〜１０８で、基本
筒内充填空気量ＧＮＳを算出した後、ステップ１２１に
進み、バルブタイミングの変化による筒内充填空気量変
化分の推定値ＧＮＶＴ２を、吸気管圧力センサで検出し
た吸気管圧力Ｐｍ、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開
度ＴＡ（又は１回転当りの吸入空気量ＧＮ）に基づいて
算出する。
【００４２】ここで、筒内充填空気量変化分の推定値Ｇ
ＮＶＴ２の算出方法を説明する。図８に示すように、ス
ロットル開度ＴＡを増加させると、バルブタイミング進
角度も増加し、それに伴って、吸気管圧力Ｐｍも増加す
る。本実施形態（２）では、吸気管圧力Ｐｍがスロット
ル開度ＴＡやバルブタイミングによって変化する点に着
目し、まず、吸気管圧力Ｐｍの検出値をスロットル分の
圧力とバルブタイミング分の圧力とに分離する。
【００４３】具体的な分離方法は、予め実験、シミュレ
ーション等によって、バルブタイミングが基準位置（例
えば最遅角位置）にある時の吸気管圧力（以下「基準吸
気管圧力」という）のマップを、図９に示すように、エ
ンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＡ（又は１回転当
りの吸入空気量ＧＮ）をパラメータとする二次元マップ
にして作成し、この基準吸気管圧力のマップをＲＯＭ
（図示せず）に記憶しておく。この基準吸気管圧力は、
バルブタイミングが基準位置にある時の吸気管圧力であ
ることから、スロットル分の圧力に相当する。従って、
バルブタイミング分の圧力を算出する場合には、その時
点のエンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＡに応じた
基準吸気管圧力を図９の基準吸気管圧力マップから求
め、その時の吸気管圧力Ｐｍの検出値から基準吸気管圧
力（スロットル分の圧力に相当）を差し引くことで、バ
ルブタイミング分の圧力検出値ＧＮＶＴＢを求める。
【００４４】この後、バルブタイミング分の圧力検出値
ＧＮＶＴＢを一次進み補償してバルブタイミング分の真
の圧力ＧＮＶＴＣを求める。この際、エンジン回転数Ｎ
Ｅと１回転当りの吸入空気量ＧＮ（又はスロットル開度
ＴＡ）をパラメータとする進み補償時定数マップ（図１
０参照）を検索して、その時のＮＥとＧＮに応じた進み
補償時定数を求め、この進み補償時定数をバルブタイミ
ング分の圧力検出値ＧＮＶＴＢに乗算することで、バル
ブタイミング分の真の圧力ＧＮＶＴＣを求める。この
後、バルブタイミング分の真の圧力ＧＮＶＴＣからバル
ブタイミング分の圧力検出値ＧＮＶＴＢを差し引いて、
吸気管圧力変化分の推定値ＧＮＶＴＰを求める。 ＧＮＶＴＰ＝ＧＮＶＴＣ−ＧＮＶＴＢ
【００４５】この吸気管圧力変化分の推定値ＧＮＶＴＰ
は、バルブタイミングが変化したことによる吸気管圧力
センサの検出遅れを補正するための吸気管圧力補正量と
なる。そして、この吸気管圧力変化分の推定値ＧＮＶＴ
Ｐから、筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴ２を推
定する。このようにして求めた筒内充填空気量変化分の
推定値ＧＮＶＴ２は、バルブタイミングが変化したこと
による吸気管圧力センサの検出遅れを補正するための筒
内充填空気量の補正量となる。
【００４６】そして、次のステップ１２２で、ステップ
１０８で算出した基本筒内充填空気量ＧＮＳに、ステッ
プ１２１で算出した筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮ
ＶＴ２を加算することで、バルブタイミングの変化を考
慮した真の筒内充填空気量ＧＮＳＸを算出して本プログ
ラムを終了する。 ＧＮＳＸ＝ＧＮＳ＋ＧＮＶＴ２ このようにして算出された筒内充填空気量ＧＮＳＸを用
いて、図６の燃料噴射時間演算プログラムによって燃料
噴射時間が算出される。
【００４７】本実施形態（２）における空燃比制御性能
向上の効果を確認するために、加速時の空燃比の挙動を
測定したところ、図１１に示すような結果が得られた。
この測定結果から明らかなように、本実施形態（２）で
は、加速時等、バルブタイミングが変化する運転領域に
おいて、空燃比の乱れが従来よりも少なくなり、ドライ
バビリティ向上、エミッション低減の効果を得ることが
できる。
【００４８】以上説明した本実施形態（２）では、吸気
管圧力Ｐｍの検出値をスロットル分とバルブタイミング
分とに分離して、吸気管圧力センサの検出値のうちのバ
ルブタイミング分のみを補正するようにしたので、バル
ブタイミングの変化に応じた吸気管圧力センサの検出遅
れを精度良く補正することができると共に、吸気管圧力
センサの検出遅れを補正するための演算処理を簡略化す
ることができて、ＥＣＵ３３の演算負荷を軽減すること
ができる利点もある。
【００４９】尚、吸入空気量の検出値をスロットル分と
バルブタイミング分とに分離して、吸入空気量の検出値
のうちのバルブタイミング分のみを補正するようにして
も良い。
【００５０】［実施形態（３）］図１２及び図１３に示
す本発明の実施形態（３）では、筒内充填空気量を演算
してから実際に燃料噴射量を演算して噴射するまでの間
にバルブタイミングが変化して筒内充填空気量が変化す
ることがあることを考慮して、図１２の燃料噴射時間演
算プログラムのステップ３０１で、筒内充填空気量の演
算時に、燃料噴射時の筒内充填空気量ＧＮＳＸを予測す
る。すなわち、前記実施形態（２）と同様の処理により
吸気管圧力センサの検出遅れを補正して求めた吸気管圧
力Ｐｍ、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射時の予想バルブ
タイミングＶＴに基づいて燃料噴射時の筒内充填空気量
ＧＮＳＸをマップ又は関数式等により算出する。
【００５１】このステップ３０１で用いる燃料噴射時の
予想バルブタイミングＶＴは、図１３に示す予想バルブ
タイミング演算プログラムによって次のようにして算出
される。まず、ステップ３１１で、筒内充填空気量演算
時から燃料噴射時までの時間Ｔｉｍｅを、エンジン回転
数ＮＥと筒内充填空気量演算時のバルブタイミングＶＴ
(i-1) とに基づいて算出する。この後、ステップ３１２
に進み、燃料噴射時の予想バルブタイミングＶＴを、筒
内充填空気量演算時から燃料噴射時までの時間Ｔｉｍｅ
と筒内充填空気量演算時のバルブタイミングＶＴ(i-1)
とに基づいて算出する。
【００５２】このようにして算出した燃料噴射時の予想
バルブタイミングＶＴ等を用いて燃料噴射時の筒内充填
空気量ＧＮＳＸを算出した後、図１２のステップ３０２
に進み、筒内充填空気量ＧＮＳＸに定数Ｃを乗算するこ
とで、基本噴射時間ＴＰを求める。 ＴＰ＝Ｃ・ＧＮＳＸ
【００５３】この後、ステップ３０３で、空燃比フィー
ドバック補正係数、冷却水温補正係数、学習補正係数等
の各種補正係数Ｆと、基本噴射時間ＴＰ及び無効噴射時
間ＴＶを用いて次式により燃料噴射時間ＴＡＵを算出す
る。 ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｆ＋ＴＶ 以上説明した燃料噴射時間演算プログラムが特許請求の
範囲でいう燃料噴射量演算手段としての役割を果たす。
【００５４】尚、ステップ３０１で、燃料噴射時の筒内
充填空気量ＧＮＳＸを予測する際に燃料噴射時の予想バ
ルブタイミングＶＴに代えて、燃料噴射量演算時（現
在）のバルブタイミングを用いても良い。
【００５５】また、上記各実施形態では、吸気バルブの
バルブタイミングを変化させるようにしたが、排気バル
ブのバルブタイミングを変化させるようにしても良く、
勿論、吸気バルブと排気バルブの双方のバルブタイミン
グを変化させるようにしても良い。また、吸気バルブ及
び／又は排気バルブにバルブリフト機構を設けたシステ
ムに本発明を適用しても良く、勿論、可変バルブタイミ
ング機構とバルブリフト機構の双方を設けたシステムに
本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御シ
ステム全体の概略構成図
【図２】実施形態（１）の筒内充填空気量演算プログラ
ムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】筒内充填空気量変化分の推定値ＧＮＶＴを算出
するマップを概念的に示す図
【図４】吸気バルブタイミングの変位角Δθと筒内充填
空気量変化分の推定値ＧＮＶＴとの関係を示す図
【図５】吸気バルブタイミングを変化させた時の筒内充
填空気量の変化と空燃比の変化の様子を示すタイムチャ
ート
【図６】実施形態（１）の燃料噴射時間演算プログラム
の処理の流れを示すフローチャート
【図７】本発明の実施形態（２）の筒内充填空気量演算
プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】吸気管圧力センサの検出遅れを補正する手順を
説明するためのタイムチャート
【図９】基準吸気管圧力マップを概念的に示す図
【図１０】進み補償時定数マップを概念的に示す図
【図１１】加速時の空燃比の挙動を測定したタイムチャ
ート
【図１２】本発明の実施形態（３）の燃料噴射時間演算
プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１３】予想バルブタイミング演算プログラムの処理
の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…クランク軸、１３
…吸気カム軸、１４…排気カム軸、１５…吸気バルブ、
１６…排気バルブ、１７…可変バルブタイミング機構、
１８…カム軸センサ、１９…クランク軸センサ、２１…
吸気管、２３…エアフローメータ（負荷検出手段）、２
４…スロットルバルブ、２６…サージタンク、２８…吸
気マニホールド、３０…燃料噴射弁、３２…排気管、３
３…ＥＣＵ（筒内充填空気量演算手段，基本筒内充填空
気量手段，検出遅れ補正量演算手段，最終筒内充填空気
量演算手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６Ｆ (72)発明者 行本 英樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 井上 正臣 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 神谷 直行 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブ
    及び／又は排気バルブのバルブタイミングとバルブリフ
    ト特性の少なくとも一方を変化させる可変バルブ機構
    と、 前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 前記可変バルブ機構の変化による筒内充填空気量の変化
    が前記負荷検出手段で検出されるまでの検出遅れを補正
    して該負荷検出手段の補正後の負荷検出値に基づいて筒
    内充填空気量を求める筒内充填空気量演算手段とを備え
    ていることを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 【請求項２】 前記吸気管の下流部には、サージタンク
    を介して各気筒の吸気マニホールドが接続され、 前記筒内充填空気量演算手段は、前記可変バルブ機構の
    変化による前記負荷検出手段の検出遅れを前記負荷検出
    手段からその下流にある吸気バルブまでのサージタンク
    を含む吸気通路の遅れ系モデルを用いて補正することを
    特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
  3. 【請求項３】 前記筒内充填空気量演算手段は、前記負
    荷検出手段の負荷検出値をスロットル分と可変バルブ機
    構分とに分離して、該可変バルブ機構分を補正すること
    を特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装
    置。
  4. 【請求項４】 前記筒内充填空気量演算手段は、前記負
    荷検出手段の検出遅れを補正して得られた負荷検出値、
    機関回転数、燃料噴射量演算時の可変バルブ機構の制御
    値又は筒内充填空気量演算時に予測した燃料噴射時の可
    変バルブ機構の制御値に基づいて燃料噴射時の筒内充填
    空気量を予測し、 予測した燃料噴射時の筒内充填空気量に基づいて燃料噴
    射量を演算する燃料噴射量演算手段を備えていることを
    特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関
    制御装置。
  5. 【請求項５】 前記負荷検出手段は、サージタンク又は
    サージタンクの上流側の吸気通路に配置されていること
    を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機
    関制御装置。
  6. 【請求項６】 前記筒内充填空気量演算手段は、前記負
    荷検出手段の負荷検出値から基本となる筒内充填空気量
    を演算する基本筒内充填空気量手段と、前記可変バルブ
    機構の変化による筒内充填空気量の変化が前記負荷検出
    手段で検出されるまでの検出遅れ分に相当する補正量を
    演算する検出遅れ補正量演算手段と、前記基本筒内充填
    空気量手段の演算値と検出遅れ補正量演算手段の演算値
    とに基づいて最終的な筒内充填空気量を演算する最終筒
    内充填空気量演算手段とを備えていることを特徴とする
    請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
  7. 【請求項７】 前記基本筒内充填空気量手段は、前記負
    荷検出手段の負荷検出値を一次遅れ処理して基本筒内充
    填空気量を演算し、 前記検出遅れ補正量演算手段は、前記可変バルブ機構の
    変化による筒内充填空気量の変化分を推定した推定値
    と、この推定値を２回一次遅れ処理した値との差分を検
    出遅れ分に相当する補正量とし、 前記最終筒内充填空気量演算手段は、前記基本筒内充填
    空気量手段により演算された基本筒内充填空気量と前記
    検出遅れ補正量演算手段により演算された検出遅れ分に
    相当する補正量とを加算することにより最終的な筒内充
    填空気量を演算することを特徴とする請求項６に記載の
    内燃機関制御装置。
  8. 【請求項８】 前記検出遅れ補正量演算手段は、前記筒
    内充填空気量の変化分の推定値を、機関回転数、吸入空
    気量又はスロットル開度、可変バルブ機構の制御値に基
    づいて求めることを特徴とする請求項７に記載の内燃機
    関制御装置。
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