JP2000080937A - 可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置 - Google Patents

可変動弁エンジンの吸入空気量推定装置

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JP2000080937A JP10252714A JP25271498A JP2000080937A JP 2000080937 A JP2000080937 A JP 2000080937A JP 10252714 A JP10252714 A JP 10252714A JP 25271498 A JP25271498 A JP 25271498A JP 2000080937 A JP2000080937 A JP 2000080937A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁駆動式の吸気弁を備え、吸気弁のバルブ
タイミングを制御することにより吸入空気量を制御する
可変動弁エンジンにおいて、エアフローメータの故障時
にバックアップ用に吸入空気量を推定する。 【解決手段】 エアフローメータの故障判定を行い（Ｓ
１１）、故障時は、吸気弁の実際のバルブタイミングを
検出し（Ｓ１３）、実バルブタイミングとエンジン回転
数とから、吸入空気量を演算する（Ｓ１４）。実際のバ
ルブタイミングの代わりに、電磁駆動式の吸気弁への指
令値である目標バルブタイミングを用いてもよい。ま
た、目標バルブタイミングを決定するための目標吸入空
気量を用いてもよい。

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
を任意に制御可能な可変動弁式の吸気弁を備え、吸気弁
のバルブタイミングを制御することにより吸入空気量を
制御する可変動弁エンジンにおいて、吸入空気量計測手
段の故障時に吸入空気量を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、可変動弁エンジンにおいて
も、吸気通路にエアフローメータ等の吸入空気量計測手
段を設けて、吸入空気量を計測している（特開平１０−
３７７２７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エアフロー
メータ等の吸入空気量計測手段により計測される吸入空
気量は、燃料噴射量の決定等、エンジンの運転に重要な
ものであり、吸入空気量計測手段の故障時には、空気量
を計測できず、エンジンの運転に重大な影響を及ぼす。
【０００４】通常のエンジンでは、スロットル弁により
吸入空気量の制御を行っており、吸入空気量計測手段の
故障時には、上記の不都合を回避するため、スロットル
弁の開度（開口面積）から吸入空気量を推定し、バック
アップとして使用していた。しかしながら、可変動弁を
用い、吸入空気量を吸気弁のバルブタイミングで制御す
る場合には、スロットル弁が無いか、あるいは吸気管内
の負圧を得るために付いているため、吸入空気量計測手
段の故障時にスロットル開度から吸入空気量を推定する
ことは不可能であり、上記の不都合を解決できない。
【０００５】本発明は、このような実状に鑑み、可変動
弁式の吸気弁を備え、吸気弁のバルブタイミングを制御
することにより吸入空気量を制御する可変動弁エンジン
において、エアフローメータ等の吸入空気量計測手段の
故障時に、吸入空気量を的確に推定することのできる吸
入空気量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
る発明では、図１に示すように、吸気弁のバルブタイミ
ングに基づいて、吸入空気量を算出する吸入空気量算出
手段を設けたことを特徴とする。請求項２に係る発明で
は、吸気弁の実際のバルブタイミングを検出するバルブ
タイミング検出手段を有し、前記吸入空気量算出手段
は、吸気弁の実際のバルブタイミングに基づいて、吸入
空気量を算出することを特徴とする。
【０００７】請求項３に係る発明では、前記吸入空気量
算出手段は、可変動弁式の吸気弁への指令値である目標
バルブタイミングに基づいて、吸入空気量を算出するこ
とを特徴とする。請求項４に係る発明では、前記吸入空
気量算出手段は、吸気弁のバルブタイミングの他、少な
くともエンジン回転数に基づいて、吸入空気量を算出す
ることを特徴とする。
【０００８】請求項５に係る発明では、前記吸入空気量
算出手段は、可変動弁式の吸気弁への指令値である目標
バルブタイミングを決定するための目標吸入空気量に基
づいて、吸入空気量を算出することを特徴とする。請求
項６に係る発明では、吸入空気量計測手段の故障時に、
吸気弁及び排気弁のバルブタイミングに制約条件を付加
するバルブタイミング制約手段を設けたことを特徴とす
る。
【０００９】請求項７に係る発明では、前記可変動弁式
の吸気弁は、電磁駆動式であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、吸入空気
量計測手段の故障時のバックアップ用の吸入空気量を吸
気弁のバルブタイミングから求めることで、吸入空気量
を的確に推定でき、吸入空気量計測手段の故障時のエン
ジンの運転が可能となる。請求項２に係る発明によれ
ば、吸気弁の実際のバルブタイミングを検出して用いる
ことで、吸入空気量算出の精度が向上する。
【００１１】請求項３に係る発明では、吸気弁への指令
値である目標バルブタイミングを用いることで、センサ
類を設けることなく、実施できる。請求項４に係る発明
によれば、吸気弁のバルブタイミングの他、エンジン回
転数を用いることで、エンジン回転数によって空気の慣
性等により充填効率が変わり、吸入空気量に影響を与え
るのに対処できる。
【００１２】請求項５に係る発明によれば、目標バルブ
タイミングを決定するための目標吸入空気量を用いるこ
とで、最も簡単に実施できる。請求項６に係る発明によ
れば、吸入空気量計測手段の故障時に、吸気弁及び排気
弁のバルブタイミングに制約条件を付加することで、吸
気弁のバルブタイミングに基づく吸入空気量推定の精度
を向上させることができる。
【００１３】請求項７に係る発明によれば、電磁駆動式
の吸気弁を用いることで、制御性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図２は本発明の実施形態を示す可変動弁エ
ンジンのシステム図である。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。
【００１５】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。
【００１６】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。
【００１７】図２に戻って、吸気通路７には、各気筒毎
の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられ
ている。ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、燃料噴射
弁９及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１０
により制御され、このコントロールユニット１０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
よりエンジン回転数を検出可能なクランク角センサ１
１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検出
するアクセルペダルセンサ１２、吸気通路７にて吸入空
気量を計測する吸入空気量計測手段としてのエアフロー
メータ１３等から、信号が入力されている。
【００１８】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のバルブタイミングを制御、特に吸気弁５の閉
タイミング（ＩＶＣ）を早閉じ制御することにより吸入
空気量を制御して、ノンスロットル運転を行う。燃料噴
射弁９による燃料噴射量は、エアフローメータ１３によ
り計測される吸入空気量に基づいて、所望の空燃比とな
るように、制御する。但し、エアフローメータ１３の故
障時には、吸気弁５のバルブタイミングに基づいて後述
するように算出されるバックアップ用の吸入空気量が用
いられる。
【００１９】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又はノック限界に制御する。図
４はバルブタイミング制御ルーチンのフローチャートで
あり、所定時間毎に実行される。ステップ１（図にはＳ
１と記す。以下同様）では、アクセル開度、エンジン回
転数等を入力する。
【００２０】ステップ２では、アクセル開度等に基づい
て、目標トルク相当の目標吸入空気量を演算する。この
部分は目標吸入空気量演算手段である。ステップ３で
は、吸気弁及び排気弁の目標バルブタイミングを演算す
る。この部分は目標バルブタイミング演算手段である。
具体的には、吸気弁５の開タイミング（ＩＶＯ）は上死
点（ＴＤＣ）付近のタイミングとし、吸気弁５の閉タイ
ミング（ＩＶＣ）は目標吸入空気量及びエンジン回転数
に応じて決定する。
【００２１】排気弁６の開タイミング（ＥＶＯ）及び閉
タイミング（ＥＶＣ）は、最も熱効率の良いタイミング
となるように決定する。ステップ４では、決定された目
標バルブタイミングを出力して、吸気弁５及び排気弁６
のバルブタイミング制御を行わせる。図５は吸入空気量
演算ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実
行される。
【００２２】ステップ１１では、エアフローメータ１３
の故障判定を行う。例えば、エンジン回転数が所定値以
上であるにもかかわらず、エアフローメータ１３により
計測される吸入空気量が０相当である場合などに、エア
フローメータ１３の故障と判定する。エアフローメータ
正常と判定された場合は、ステップ１２へ進んで、エア
フローメータ１３の出力に基づいて、吸入空気量を演算
する。従って、エアフローメータ１３により計測される
吸入空気量に基づいて燃料噴射量制御が行われる。
【００２３】エアフローメータ故障と判定された場合
は、ステップ１３，１４へ進む。ステップ１３では、吸
気弁５の実際のバルブタイミングを検出する。具体的に
は、図２に示してあるように、吸気弁５に対し、バルブ
タイミング検出手段として、バルブリフトセンサ１４を
設け、これにより、吸気弁５の閉タイミング（ＩＶＣ）
を検出する。
【００２４】ステップ１４では、実バルブタイミング
（吸気弁５の実際の閉タイミングＩＶＣ）と、エンジン
回転数とから、式又はマップなどを用いて、吸入空気量
を算出する。この部分がバックアップ用の吸入空気量算
出手段に相当する。具体的には、図６に示すように、エ
ンジン回転数毎のテーブルにより、実ＩＶＣから、吸入
空気量を求める。尚、図６において、低回転側では、Ｉ
ＶＣが下死点（ＢＤＣ）のときに吸入空気量が最大とな
るが、高回転側では、吸入空気の慣性によりＩＶＣがＢ
ＤＣ以降のときに吸入空気量が最大となる。
【００２５】また、必要により、吸気弁の閉タイミング
（ＩＶＣ）とエンジン回転数とから算出した吸入空気量
を、排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）、吸気弁の開タイ
ミング（ＩＶＯ）、大気圧、吸気温度などにより補正す
る。排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）は、シリンダ内の
残留ガス量への影響が大きく、残留ガスが多いほど新規
に入ってくる空気量が減少するからである。吸気弁の開
タイミング（ＩＶＯ）は、ＥＶＣと関連して、残留ガス
量、新気の吹き抜け量に影響するからである。大気圧、
吸気温度は、空気密度が変わることによる空気量（質
量）変化分を補正する必要からである。
【００２６】また、吸気管内の負圧を生成する目的など
でスロットル弁を併用している場合は、スロットル開度
により補正する。吸気管内の圧力が吸入空気量に影響を
及ぼすからである。このようにして、エアフローメータ
１３の故障時には、吸気弁５のバルブタイミングに基づ
いて算出されたバックアップ用の吸入空気量に基づいて
燃料噴射量制御が行われる。
【００２７】本実施形態によれば、バルブリフトセンサ
１４を必要とするが、実際のバルブタイミングを検出し
て用いることで、吸入空気量算出の精度が向上する。図
７は第２実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフローチ
ャートである。この実施形態では、エアフローメータ故
障と判定された場合に、ステップ１５，１６を実行す
る。
【００２８】ステップ１５では、図４のフローのステッ
プ３で演算された目標バルブタイミング、特に吸気弁５
の目標閉タイミング（目標ＩＶＣ）を読込む。この部分
は目標バルブタイミング読込み手段である。ステップ１
６では、目標バルブタイミング（特に吸気弁５の目標閉
タイミング）と、エンジン回転数とから、吸入空気量を
算出する。この部分が吸入空気量算出手段に相当する。
【００２９】本実施形態によれば、バルブリフトセンサ
１４を設けずに、実施できる。図８は第３実施形態の吸
入空気量演算ルーチンのフローチャートである。この実
施形態では、エアフローメータ故障と判定された場合
に、ステップ１７，１８を実行する。ステップ１７で
は、図４のフローのステップ２で演算された目標吸入空
気量を読込む。この部分は目標吸入空気量読込み手段で
ある。
【００３０】ステップ１８では、目標吸入空気量に基づ
いて、吸入空気量を算出する。すなわち、目標吸入空気
量をそのまま吸入空気量とする。この部分が吸入空気量
算出手段に相当する。本実施形態によれば、バルブリフ
トセンサ１４を設けずに、最も簡単に実施できる。
【００３１】図９は第４実施形態のバルブタイミング制
御のフローチャートであり、図４のフローに代え、図
５、図７又は図８のフローと組合わせて用いられる。中
間の処理として、ステップ１０１，１０２が追加され、
ステップ３での目標バルブタイミングの演算に先立っ
て、ステップ１０１でエアフローメータ故障か否かを判
定し、エアフローメータ故障の場合に、ステップ１０２
で目標バルブタイミングに制約条件を付加する。具体的
には、排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）と吸気弁の開タ
イミング（ＩＶＯ）とを、オーバーラップを無くすよう
に固定する。この部分がバルブタイミング制約手段に相
当する。
【００３２】ＥＶＣ、ＩＶＯによる吸入空気量への影響
は、特にＥＶＣより先にＩＶＯが来るような場合（バル
ブオーバーラップを有する場合））に、非常に複雑にな
る。よって、本実施形態では、これらの条件に予め制約
を加えることで、吸入空気量の推定を簡素にしかつ精度
を上げることができる。尚、以上の実施形態では、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
動式のものであってもよい。
【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】 第１実施形態のバルブタイミング制御ルーチ
ンのフローチャート
【図５】 第１実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフ
ローチャート
【図６】 吸入空気量算出方法の説明図
【図７】 第２実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフ
ローチャート
【図８】 第３実施形態の吸入空気量演算ルーチンのフ
ローチャート
【図９】 第４実施形態のバルブタイミング制御ルーチ
ンのフローチャート
【符号の説明】
１ エンジン ２ ピストン ３ 燃焼室 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 コントロールユニット １１ クランク角センサ １２ アクセルペダルセンサ １３ エアフローメータ １４ バルブリフトセンサ
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Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】可変動弁式の吸気弁を備え、吸気弁のバル
    ブタイミングを制御することにより吸入空気量を制御す
    る可変動弁エンジンにおいて、吸入空気量計測手段の故
    障時に吸入空気量を推定する装置であって、 吸気弁のバルブタイミングに基づいて、吸入空気量を算
    出する吸入空気量算出手段を設けたことを特徴とする可
    変動弁エンジンの吸入空気量推定装置。
  2. 【請求項２】吸気弁の実際のバルブタイミングを検出す
    るバルブタイミング検出手段を有し、前記吸入空気量算
    出手段は、吸気弁の実際のバルブタイミングに基づい
    て、吸入空気量を算出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推定装置。
  3. 【請求項３】前記吸入空気量算出手段は、可変動弁式の
    吸気弁への指令値である目標バルブタイミングに基づい
    て、吸入空気量を算出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推定装置。
  4. 【請求項４】前記吸入空気量算出手段は、吸気弁のバル
    ブタイミングの他、少なくともエンジン回転数に基づい
    て、吸入空気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
    入空気量推定装置。
  5. 【請求項５】前記吸入空気量算出手段は、可変動弁式の
    吸気弁への指令値である目標バルブタイミングを決定す
    るための目標吸入空気量に基づいて、吸入空気量を算出
    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
    の吸入空気量推定装置。
  6. 【請求項６】吸入空気量計測手段の故障時に、吸気弁及
    び排気弁のバルブタイミングに制約条件を付加するバル
    ブタイミング制約手段を設けた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
    の吸入空気量推定装置。
  7. 【請求項７】前記可変動弁式の吸気弁は、電磁駆動式で
    あることを特徴とする請求項１〜請求項６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推定装置。
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