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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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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G084 BA13 BA23 DA04 DA30 FA01 FA02 FA07 FA10 FA33 3G092 AA01 AA05 AA11 DA01 DA02 DA07 DG02 DG09 FA06 FB02 FB05 HA01X HA01Y HA01Z HA13X HA13Y HA13Z HE01Z HF08Z 3G301 HA01 HA19 JB01 JB07 LA07 LB02 LC01 MA12 PA01A PA01B PA01Z PA09Z PA10Z PE01Z PE10A PE10Z PF03Z

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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