JP2002180892A - 内燃機関の吸入空気量演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合や
吸気弁の作用角が変更せしめられる場合であっても気筒
内に吸入される吸入空気量を正確に算出する。 【解決手段】 吸気弁２のバルブリフト量を変更すると
共に吸気弁２の作用角を変更するバルブリフト量変更装
置９を具備し、バルブリフト量変更装置９によって変更
せしめられる吸気弁の開口面積及び吸気弁の作用角に基
づき、気筒内に吸入される吸入空気量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の吸入空気
量演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可変動弁機構を具備し、気筒内に
吸入される吸入空気量を算出するようにした内燃機関の
吸入空気量演算装置が知られている。この種の内燃機関
の吸入空気量演算装置の例としては、例えば特開平７−
３０１１４４号公報に記載されたものがある。特開平７
−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気
量演算装置では、吸気弁の開弁期間を変更することなく
吸気弁の開閉タイミングをシフトさせる可変動弁機構が
設けられ、吸気弁の開閉タイミングのシフト量、つま
り、クランクシャフトに対する吸気弁駆動用カムシャフ
トの回転位相（以下、「吸気弁の位相」という）の変更
量に基づいて吸入空気量が算出されている。その結果、
吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮されない場合
よりも正確に吸入空気量が算出されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平７−
３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量
演算装置では、気筒内に吸入される吸入空気量を算出す
る場合に吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮され
ているものの、吸気弁の開口面積の変更量が考慮されて
いない。一方で、可変動弁機構にバルブリフト量を変更
する機能が設けられ、バルブリフト量を変更することに
よって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合には、
吸気弁の開閉タイミングがシフトされなくても、実際に
気筒内に吸入される吸入空気量はかなり変動する。従っ
て、吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合に、特開
平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入
空気量演算装置によって吸気弁の開口面積の変更を考慮
することなく吸入空気量が算出されてしまうと、算出さ
れた吸入空気量と実際の吸入空気量とがかなり相違して
しまう。つまり、特開平７−３０１１４４号公報に記載
された内燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の開
口面積が変更せしめられる場合に気筒内に吸入される吸
入空気量を正確に算出することができない。

【０００４】また、特開平７−３０１１４４号公報に記
載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、気筒内に
吸入される吸入空気量を算出する場合に吸気弁の開閉タ
イミングのシフト量が考慮されているものの、吸気弁の
作用角の変更量、つまり、吸気弁の開弁期間に相当する
カムシャフトの回転角の変更量が考慮されていない。一
方で、可変動弁機構に吸気弁の作用角を変更する機能、
つまり、吸気弁の開弁期間を増減させる機能が設けら
れ、吸気弁の作用角が変更せしめられる場合には、吸気
弁の開閉タイミングがシフトされなくても、実際に気筒
内に吸入される吸入空気量はかなり変動する。従って、
吸気弁の作用角が変更せしめられる場合に、特開平７−
３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量
演算装置によって吸気弁の作用角の変更を考慮すること
なく吸入空気量が算出されてしまうと、算出された吸入
空気量と実際の吸入空気量とがかなり相違してしまう。
つまり、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内
燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の作用角が変
更せしめられる場合に気筒内に吸入される吸入空気量を
正確に算出することができない。

【０００５】前記問題点に鑑み、本発明は吸気弁の開口
面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入
される吸入空気量を正確に算出することができる内燃機
関の吸入空気量演算装置を提供することを目的とする。

【０００６】更に本発明は吸気弁の作用角が変更せしめ
られる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量
を正確に算出することができる内燃機関の吸入空気量演
算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】請求項１に記載の発明に
よれば、可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入される吸
入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空気量演
算装置において、可変動弁機構によって変更せしめられ
る吸気弁の開口面積に基づいて吸入空気量を算出するこ
とを特徴とする内燃機関の吸入空気量演算装置が提供さ
れる。

【０００８】請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置では、可変動弁機構によって変更せしめられる吸
気弁の開口面積に基づいて吸入空気量が算出されるた
め、例えば可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機
能が設けられ、バルブリフト量を変更することによって
吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、
気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することが
できる。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、可変動弁
機構を具備し、気筒内に吸入される吸入空気量を算出す
るようにした内燃機関の吸入空気量演算装置において、
可変動弁機構によって変更せしめられる吸気弁の作用角
に基づいて吸入空気量を算出することを特徴とする内燃
機関の吸入空気量演算装置が提供される。

【００１０】請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置では、可変動弁機構によって変更せしめられる吸
気弁の作用角、つまり、吸気弁の開弁期間に相当するカ
ムシャフトの回転角に基づいて吸入空気量が算出される
ため、例えば可変動弁機構に吸気弁の作用角を変更する
機能が設けられ、可変動弁機構によって吸気弁の作用角
が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入され
る吸入空気量を正確に算出することができる。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、吸気弁の
開口面積、吸気弁の作用角、吸気弁の位相及び吸気管内
の圧力に基づいて充填効率を算出し、充填効率と吸気管
内の圧力と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又は２に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置が提供される。

【００１２】請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置では、吸気弁の開口面積、吸気弁の作用角、吸気
弁の位相及び吸気管内の圧力に基づいて充填効率を算出
し、充填効率と吸気管内の圧力とに基づいて吸入空気量
が算出されるため、吸気弁の開口面積及び吸気弁の作用
角に基づくことなく算出された充填効率から吸入空気量
が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気
量を正確に算出することができる。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、所定のタ
イミングにおける吸気管内の圧力に基づいて筒内圧を推
定する場合、可変動弁機構によって吸気弁の開口面積が
減少せしめられるほど、筒内圧を推定するために使用さ
れる吸気管内の圧力の検出タイミングが早められ、吸気
管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量
が算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の
内燃機関の吸入空気量演算装置が提供される。

【００１４】請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置では、吸気弁の開口面積が減少せしめられるに従
って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大
きくなることに鑑み、所定のタイミングにおける吸気管
内の圧力に基づいて筒内圧を推定する場合に、可変動弁
機構によって吸気弁の開口面積が減少せしめられるほ
ど、筒内圧を推定するために使用される吸気管内の圧力
の検出タイミングが早められ、吸気管内の圧力から推定
された筒内圧に基づいて吸入空気量が算出される。その
ため、吸気弁の開口面積が減少せしめられるに従って実
際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくな
ることを考慮することなく一律に所定のタイミングで吸
気管内の圧力を検出し、その吸気管内の圧力から推定さ
れた筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比
べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出するこ
とができる。

【００１５】請求項５に記載の発明によれば、吸気弁の
作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数
のうちの少なくとも一つが変更されるのに応じて、筒内
圧を推定するために使用される吸気管内の圧力の検出タ
イミングが変更せしめられることを特徴とする請求項４
に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置が提供される。

【００１６】請求項５に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置では、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、つまり、
クランクシャフトに対する吸気弁駆動用カムシャフトの
回転位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のうちの少な
くとも一つが変更されると、その変更に伴って実際の吸
気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することに
鑑み、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力
及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されるの
に応じて、筒内圧を推定するために使用される吸気管内
の圧力の検出タイミングが変更せしめられる。そのた
め、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及
び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されると、
その変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧
との差分が変化することを考慮することなく推定された
筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気
筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することがで
きる。

【００１７】請求項６に記載の発明によれば、吸気管内
の圧力と筒内圧と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に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置が提供される。

【００１８】請求項６に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置では、可変動弁機構によって変更せしめられる吸
気弁の開口面積に加え、吸気管内の圧力及び筒内圧にも
基づいて吸入空気量が算出されるため、吸気管内の圧力
及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出される
場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算
出することができる。

【００１９】請求項７に記載の発明によれば、可変動弁
機構によって変更せしめられる吸気弁の開口面積を吸気
弁開弁期間中に所定時間間隔で算出し、その所定時間間
隔毎の吸気弁の開口面積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に記載の内燃機関の吸入空
気量演算装置が提供される。

【００２０】請求項７に記載の内燃機関の吸入空気量演
算装置では、単位時間当たりに気筒内に吸入される吸入
空気量が変化していることに鑑み、可変動弁機構によっ
て変更せしめられる吸気弁の開口面積が吸気弁開弁期間
中に所定時間間隔で算出され、その所定時間間隔毎の吸
気弁の開口面積に基づいて吸入空気量が算出される。そ
のため、単位時間当たりに気筒内に吸入される吸入空気
量が変化していることを考慮することなく吸入空気量が
算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量
を正確に算出することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。

【００２２】図１は本発明の内燃機関の吸入空気量演算
装置の第一の実施形態の概略構成図である。図１におい
て、１は内燃機関、２は吸気弁、３は排気弁、４は吸気
弁を開閉させるためのカム、５は排気弁を開閉させるた
めのカム、６は吸気弁用カム４を担持しているカムシャ
フト、７は排気弁用カム５を担持しているカムシャフト
である。図２は図１に示した吸気弁用カム及びカムシャ
フトの詳細図である。図２に示すように、本実施形態の
カム４のカムプロフィルは、カムシャフト中心軸線の方
向に変化している。つまり、本実施形態のカム４は、図
２の左端のノーズ高さが右端のノーズ高さよりも大きく
なっている。すなわち、本実施形態の吸気弁２のバルブ
リフト量は、バルブリフタがカム４の左端と接している
ときよりも、バルブリフタがカム４の右端と接している
ときの方が小さくなる。

【００２３】図１の説明に戻り、８は気筒内に形成され
た燃焼室、９はバルブリフト量を変更するために吸気弁
２に対してカム４をカムシャフト中心軸線の方向に移動
させるためのバルブリフト量変更装置である。つまり、
バルブリフト量変更装置９を作動することにより、カム
４の左端（図２）においてカム４とバルブリフタとを接
触させたり、カム４の右端（図２）においてカム４とバ
ルブリフタとを接触させたりすることができる。バルブ
リフト量変更装置９によって吸気弁２のバルブリフト量
が変更されると、それに伴って、吸気弁２の開口面積が
変更されることになる。本実施形態の吸気弁２では、バ
ルブリフト量が増加されるに従って吸気弁２の開口面積
が増加するようになっている。１０はバルブリフト量変
更装置９を駆動するためのドライバ、１１は吸気弁２の
開弁期間を変更することなく吸気弁の開閉タイミングを
シフトさせるための開閉タイミングシフト装置である。
つまり、開閉タイミングシフト装置１１を作動すること
により、吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさ
せたり、遅角側にシフトさせたりすることができる。１
２は開閉タイミングシフト装置１１を作動するための油
圧を制御するオイルコントロールバルブである。尚、本
実施形態における可変動弁機構には、バルブリフト量変
更装置９及び開閉タイミングシフト装置１１の両者が含
まれることになる。

【００２４】１３はクランクシャフト、１４はオイルパ
ン、１５は燃料噴射弁、１６は吸気弁２のバルブリフト
量及び開閉タイミングシフト量を検出するためのセン
サ、１７は機関回転数を検出するためのセンサである。
１８は気筒内に吸入空気を供給する吸気管内の圧力を検
出するための吸気管圧センサ、１９はエアフローメー
タ、２０は内燃機関冷却水の温度を検出するための冷却
水温センサ、２１は気筒内に供給される吸入空気の吸気
管内における温度を検出するための吸入空気温センサ、
２２はＥＣＵ（電子制御装置）である。

【００２５】図３は図１に示したバルブリフト量変更装
置等の詳細図である。図３において、３０は吸気弁用カ
ムシャフト６に連結された磁性体、３１は磁性体３０を
左側に付勢するためのコイル、３２は磁性体３０を右側
に付勢するための圧縮ばねである。コイル３１に対する
通電量が増加されるに従って、カム４及びカムシャフト
６が左側に移動する量が増加し、吸気弁２のバルブリフ
ト量が減少せしめられることになる。

【００２６】図４はバルブリフト量変更装置が作動され
るのに伴って吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を
示した図である。図４に示すように、コイル３１に対す
る通電量が減少されるに従って、吸気弁２のバルブリフ
ト量が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。ま
た本実施形態では、バルブリフト量変更装置９が作動さ
れるのに伴って、吸気弁２の開弁期間も変更せしめられ
る。つまり、吸気弁２の作用角も変更せしめられる。詳
細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられる
のに伴って、吸気弁２の作用角が増加せしめられる（実
線→破線→一点鎖線）。更に本実施形態では、バルブリ
フト量変更装置９が作動されるのに伴って、吸気弁２の
バルブリフト量がピークとなるタイミングも変更せしめ
られる。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せ
しめられるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピ
ークとなるタイミングが遅角せしめられる（実線→破線
→一点鎖線）。

【００２７】図５は図１に示した開閉タイミングシフト
装置等の詳細図である。図５において、４０は吸気弁２
の開閉タイミングを進角側にシフトさせるための進角側
油路、４１は吸気弁２の開閉タイミングを遅角側にシフ
トさせるための遅角側油路、４２はオイルポンプであ
る。進角側油路４０内の油圧が増加されるに従い、吸気
弁２の開閉タイミングが進角側にシフトせしめられる。
つまり、クランクシャフト１３に対するカムシャフト６
の回転位相が進角せしめられる。一方、遅角側油路４１
の油圧が増加されるに従い、吸気弁２の開閉タイミング
が遅角側にシフトせしめられる。つまり、クランクシャ
フト１３に対するカムシャフト６の回転位相が遅角せし
められる。

【００２８】図６は開閉タイミングシフト装置が作動さ
れるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様
子を示した図である。図６に示すように、進角側油路４
０内の油圧が増加されるに従って吸気弁２の開閉タイミ
ングが進角側にシフトされる（実線→破線→一点鎖
線）。このとき、吸気弁２の開弁期間は変更されない、
つまり、吸気弁２が開弁している期間の長さは変更され
ない。

【００２９】上述したようにバルブリフト量変更装置９
及び開閉タイミングシフト装置１１によって吸気弁２の
バルブリフト量、作用角、開閉タイミング（位相）が変
更せしめられると、それに伴い、実際に気筒内に吸入さ
れる吸入空気量が変化する。吸入空気量が変化するにも
かかわらず一律に所定量の燃料が噴射されてしまうと、
実際の空燃比が目標空燃比からずれてしまう。従って、
実際の空燃比を目標空燃比に一致させるためには、吸気
弁２のバルブリフト量、作用角、開閉タイミング（位
相）の変更に伴って変化する吸入空気量を正確に算出す
ることが必要になる。

【００３０】図７は本実施形態における気筒内に吸入さ
れる吸入空気量の算出方法を示したフローチャートであ
る。このルーチンは所定時間間隔で実行される。図７に
示すように、このルーチンが開始されると、まずステッ
プ１００において機関始動時であるか否かが判断され
る。ＹＥＳのときには、燃料増量が行われる機関始動時
には吸入空気量を正確に算出する必要がないと判断し、
このルーチンを終了する。一方、ＮＯのときにはステッ
プ１０１に進む。ステップ１０１では、吸気弁２のバル
ブリフト量ＬＴ、作用角ＶＡ、開閉タイミングＶＴ、吸
気管内の圧力ＰＭ、機関回転数ＮＥに基づいて充填効率
基準値ＫＴＰｂが算出される。

【００３１】図８は充填効率基準値ＫＴＰｂとバルブリ
フト量ＬＴと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図で
ある。図８に示すように、ステップ１０１において算出
される充填効率基準値ＫＴＰｂは、バルブリフト量ＬＴ
が大きくなるに従って大きくなり、また、吸気管内の圧
力ＰＭが高くなるに従って大きくなる。図９は充填効率
基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと吸気管内の圧力ＰＭとの
関係を示した図である。図９に示すように、ステップ１
０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、作
用角ＶＡが大きくなるに従って大きくなる。図１０は充
填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと開閉タイミングＶ
Ｔとの関係を示した図である。図１０に示すように、ス
テップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰ
ｂは、開閉タイミングＶＴが遅角されるに従って大きく
なる。図１１は充填効率基準値ＫＴＰｂと機関回転数Ｎ
Ｅとの関係を示した図である。図１１に示すように、ス
テップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰ
ｂは、機関回転数ＮＥが中速のときにピークとなる。

【００３２】図７の説明に戻り、次いでステップ１０２
では、機関回転数ＮＥと、１回転当たり気筒内に吸入さ
れる吸入空気量ＧＮ、つまり、一回の吸気行程において
気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮとに基づいて充填効
率背圧補正係数Ｋｅｘが算出される。尚、このステップ
１０２においては、図７に示すルーチンが前回実行され
たときに後述するステップ１０５において算出された１
回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮの値が使
用される。図１２は充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘと
１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮと機関
回転数ＮＥとの関係を示した図である。図１２に示すよ
うに、ステップ１０２において算出される充填効率効率
背圧補正係数Ｋｅｘは、１回転当たり気筒内に吸入され
る吸入空気量ＧＮが少なくなるに従って小さくなり、ま
た、機関回転数ＮＥが高くなるに従って小さくなる。

【００３３】図７の説明に戻り、次いでステップ１０３
では、気筒内に供給される吸入空気の吸気管内における
温度（以下、「吸入空気温」という）ＴＨＡと内燃機関
冷却水の温度（以下、「冷却水温」という）ＴＨＷとエ
アフローメータ１９によって検出された吸入空気量ＧＡ
とに基づいて充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗが算出
される。図１３は筒内ガス温度と吸入空気温ＴＨＡと吸
入空気量ＧＡとの関係を示した図である。図１３に示す
ように、ステップ１０３において充填効率機関暖機補正
係数Ｋｔｈｗを算出するために使用される筒内ガス温度
は、吸入空気温ＴＨＡが高くなるに従って高くなり、ま
た、吸入空気量ＧＡが多くなるに従って低くなる。図１
４は筒内ガス温度と冷却水温ＴＨＷと吸入空気量ＧＡと
の関係を示した図である。図１４に示すように、ステッ
プ１０３において充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗを
算出するために使用される筒内ガス温度は、冷却水温Ｔ
ＨＷが高くなるに従って高くなり、また、吸入空気量Ｇ
Ａが多くなるに従って低くなる。図１５は充填効率機関
暖機補正係数Ｋｔｈｗと筒内ガス温度との関係を示した
図である。図１５に示すように、ステップ１０３におい
て算出される充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗは、筒
内ガス温度が高くなるに従って小さくなる。

【００３４】図７の説明に戻り、次いでステップ１０４
では、ステップ１０１において算出された充填効率基準
値ＫＴＰｂとステップ１０２において算出された充填効
率背圧補正係数Ｋｅｘとステップ１０３において算出さ
れた充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗとに基づいて充
填効率実効値ＫＴＰが算出される（ＫＴＰ←ＫＴＰｂ×
Ｋｅｘ×Ｋｔｈｗ）。次いでステップ１０５では、ステ
ップ１０４において算出された充填効率実効値ＫＴＰと
吸気管内の圧力ＰＭとに基づいて１回転当たり気筒内に
吸入される吸入空気量ＧＮが算出される（ＧＮ←ＫＴＰ
×ＰＭ）。

【００３５】上述したように本実施形態では、図７のス
テップ１０１、ステップ１０４及びステップ１０５にお
いて、気筒内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気
筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が、可変動弁機構と
してのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト
量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁
２の開口面積に基づいて算出される。従って本実施形態
によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記
載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異な
り、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開
口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸
入される吸入空気量を正確に算出することができる。

【００３６】更に本実施形態では、図７のステップ１０
１、ステップ１０４及びステップ１０５において、気筒
内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気筒内に吸入
される吸入空気量ＧＮ）が、可変動弁機構としてのバル
ブリフト量変更装置９によってバルブリフト量が変更さ
れるのに伴って変更せしめられる吸気弁２の作用角ＶＡ
に基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上
述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃
機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、吸気弁２の
作用角が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸
入される吸入空気量を正確に算出することができる。

【００３７】また本実施形態では、図７のステップ１０
１において、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更
装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴
って変更せしめられる吸気弁２の開口面積、吸気弁２の
作用角ＶＡ、開閉タイミングシフト装置１１によって変
更せしめられる吸気弁２の位相（開閉タイミングＶ
Ｔ）、及び吸気管内の圧力ＰＭに基づいて充填効率（充
填効率基準値ＫＴＰｂ）が算出され、ステップ１０５に
おいて、充填効率（充填効率実効値ＫＴＰ）と吸気管内
の圧力ＰＭとに基づいて気筒内に吸入される吸入空気量
（１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が
算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の開口
面積及び吸気弁の作用角に基づくことなく算出された充
填効率から吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内
に吸入される吸入空気量を正確に算出することができ
る。

【００３８】尚、本実施形態では吸気管圧センサ１８の
出力値に基づいて吸気管内の圧力ＰＭが算出されている
が、本実施形態の変形例では、代わりに、エアフローメ
ータ１９により検出された吸入空気量ＧＡ、機関回転数
ＮＥ等に基づいて吸気管内の圧力ＰＭを算出することも
可能である。

【００３９】以下、本発明の内燃機関の吸入空気量演算
装置の第二の実施形態について説明する。本実施形態の
構成は図１〜図６に示した第一の実施形態の構成とほぼ
同様である。上述した実施形態では、気筒内に吸入され
る吸入空気量が充填効率と吸気管内の圧力とに基づいて
算出されているが、本実施形態では、吸気管内の圧力等
と下記の式とに基づいて筒内圧が算出され、その筒内圧
等と下記の式とに基づいて気筒内に吸入される吸入空気
量が算出される。

【００４０】 ｐ_C＝ｋＲＴ_Iｍ_C／Ｖ_C−ｋＰ_Cｖ_C／Ｖ_C （１） ｍ_C＝Ａ_V（（ｋ＋１）Ｐ_Iρ_I／２ｋ）^1/2・ （（ｋ／（ｋ＋１））²−（Ｐ_C／Ｐ_I−１／（ｋ＋１））²）^1/2 （２） ここで、ｐ_Cは瞬時筒内圧、ｋは比熱比、Ｔ_Iは吸気管内
のガス温、ｍ_Cは瞬時に気筒内に吸入される吸入空気
量、Ｖ_Cは気筒内の体積、Ｐ_Cは筒内圧、ｖ_Cは瞬時の気
筒内の体積である。また、Ａ_Vは吸気弁の開口面積、Ｐ_I
は吸気管内の圧力、ρ_Iは密度である。

【００４１】本実施形態では、気筒内に吸入される吸入
空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量ｍ_C）
が、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９に
よってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更
せしめられる吸気弁の開口面積Ａ_Vに基づいて算出され
る。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３
０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演
算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更すること
によって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であ
っても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出す
ることができる。

【００４２】図１６は吸気弁のバルブリフト量、吸気管
内の圧力の検出時期等を示した図である。図１６に示す
ように、本実施形態では、バルブリフト量変更装置９に
よって吸気弁のバルブリフト量が比較的大きい値に設定
され（実線）、それに伴って吸気弁の開口面積が比較的
大きい値に設定されている場合には、吸気管内の圧力は
吸気弁の閉弁動作が完了した時点（Ａ１）に検出され、
その時点の吸気管内の圧力に基づいて筒内圧が推定さ
れ、その筒内圧に基づいて吸入空気量が算出され、次い
でその吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定され（Ａ
４）、燃料噴射が実行される（Ａ５）。一方、バルブリ
フト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が比
較的小さい値に設定され（破線）、それに伴って吸気弁
の開口面積が比較的小さい値に設定されている場合に
は、吸気弁の開口面積が減少せしめられるに従って実際
の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなる
ことに鑑み、吸気管内の圧力は吸気弁の閉弁動作が完了
した時点（Ａ３）よりも早い時点（Ａ２）に検出され、
その時点の吸気管内の圧力に基づいて筒内圧が推定さ
れ、その筒内圧に基づいて吸入空気量が算出され、次い
でその吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定され（Ａ
４）、燃料噴射が実行される（Ａ５）。

【００４３】つまり本実施形態では、所定のタイミング
（Ａ１，Ａ２）における吸気管内の圧力に基づいて筒内
圧を推定する場合に、可変動弁機構としてのバルブリフ
ト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が減少
せしめられるのに伴って吸気弁の開口面積が減少せしめ
られるほど、筒内圧を推定するのに使用される吸気管内
の圧力の検出タイミングが早められ（Ａ１→Ａ２）、吸
気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気
量が算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の
開口面積が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の
圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることを考慮す
ることなく一律に所定のタイミングで吸気管内の圧力を
検出し、その吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基
づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入
される吸入空気量を正確に算出することができる。

【００４４】同様に図１６に示すように、所定のタイミ
ング（Ａ１，Ａ２）における吸気管内の圧力に基づいて
筒内圧を推定する場合に、可変動弁機構としてのバルブ
リフト量変更装置９によって吸気弁の作用角が減少せし
められる（実線→破線）ほど、筒内圧を推定するのに使
用される吸気管内の圧力の検出タイミングが早められ
（Ａ１→Ａ２）、吸気管内の圧力から推定された筒内圧
に基づいて吸入空気量が算出される。従って本実施形態
によれば、吸気弁の作用角が減少せしめられるに従って
実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きく
なることを考慮することなく一律に所定のタイミングで
吸気管内の圧力を検出し、その吸気管内の圧力から推定
された筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比
べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出するこ
とができる。

【００４５】図１７は吸気管内の圧力の検出タイミング
と吸気弁の位相（開閉タイミング）と吸気管内の圧力と
の関係を示した図である。図１７に示すように、本実施
形態では、吸気弁の位相（開閉タイミング）、つまり、
クランクシャフト１３に対する吸気弁駆動用カムシャフ
ト６の回転位相あるいは吸気管内の圧力が変更される
と、その変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒
内圧との差分が変化することに鑑み、吸気管内の圧力の
検出タイミングは、吸気弁の位相（開閉タイミング）が
遅角されるに従って早められ、また、吸気管内の圧力が
高くなるに従って早められる。

【００４６】図１８は吸気管内の圧力の検出タイミング
と吸気弁の位相（開閉タイミング）と機関回転数との関
係を示した図である。図１８に示すように、本実施形態
では機関回転数が変更される場合にもその変更に伴って
実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化す
ることに鑑み、吸気管内の圧力の検出タイミングは機関
回転数が高くなるに従って早められる。

【００４７】すなわち本実施形態では、吸気弁の作用
角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のう
ちの少なくとも一つが変更されると、その変更によって
も実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化
することに鑑み、図１６〜図１８に示したように、吸気
弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回
転数のうちの少なくとも一つが変更されるのに応じて、
筒内圧を推定するのに使用される吸気管内の圧力の検出
タイミングが変更せしめられる。従って本実施形態によ
れば、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力
及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更される
と、その変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒
内圧との差分が変化することを考慮することなく推定さ
れた筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比
べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出するこ
とができる。

【００４８】以下、本発明の内燃機関の吸入空気量演算
装置の第三の実施形態について説明する。本実施形態の
構成は図１〜図６に示した第一の実施形態の構成とほぼ
同様である。図１９は本実施形態における気筒内に吸入
される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートで
ある。このルーチンは例えば内燃機関の吸気行程毎に実
行される。図１９に示すように、このルーチンが開始さ
れると、まずステップ２００において機関始動時である
か否かが判断される。ＹＥＳのときには、燃料増量が行
われる機関始動時には吸入空気量を正確に算出する必要
がないと判断し、このルーチンを終了する。一方、ＮＯ
のときにはステップ２０１に進む。ステップ２０１で
は、背圧に基づいて吸気行程開始時点の筒内圧が算出さ
れる。具体的には、吸気行程開始時点においては吸気弁
が全閉され、排気弁が開弁されているために、背圧と筒
内圧が等しくなっていると推定される。図２０は背圧と
図１９に示すルーチンが前回実行されたときに算出され
た１回転当たりの吸入空気量と機関回転数との関係を示
した図である。図２０に示すように、背圧は、前回の１
回転当たりの吸入空気量が少なくなるに従って高くな
り、また、機関回転数が高くなるに従って高くなる。

【００４９】図１９の説明に戻り、次いでステップ２０
２では吸気管圧センサ１８の出力値に基づいて吸気管内
の圧力が算出される。本実施形態の変形例では、代わり
にエアフローメータ１９により検出された吸入空気量Ｇ
Ａから吸気管内の圧力を算出することも可能である。次
いでステップ２０３では、ステップ２０１において算出
された筒内圧あるいは後述するステップ２０８が前回実
行されたときにこのステップ２０８において算出された
筒内圧が読み込まれる。次いでステップ２０４ではセン
サ１７の出力値に基づいてピストン位置が算出され、ス
テップ２０５では同様にセンサ１７の出力値に基づいて
ピストン速度が算出される。

【００５０】次いでステップ２０６では、吸気弁のバル
ブリフト量と、機械的吸気弁開口面積、つまり、吸気弁
のバルブシート部の開口面積と、流量係数と、その流量
係数を補正するための流量係数補正値とに基づいて吸気
弁開口面積が算出される（吸気弁開口面積←機械的吸気
弁開口面積×流量係数×流量係数補正値）。図２１は機
械的吸気弁開口面積と流量係数との積と吸気弁のバルブ
リフト量との関係を示した図である。図２１に示すよう
に、機械的吸気弁開口面積と流量係数との積は吸気弁の
バルブリフト量が大きくなるに従って大きくなる。図２
２は流量係数補正値と機関回転数と吸入空気の流量との
関係を示した図である。図２２に示すように、流量係数
補正値は、機関回転数が高くなるに従って小さくなり、
また、吸入空気の流量が多くなるに従って小さくなる。

【００５１】図１９の説明に戻り、次いでステップ２０
７では、ステップ２０２において算出された吸気管内の
圧力、つまり、吸気弁の上流側の圧力と、ステップ２０
３において読み込まれた筒内圧、つまり、吸気弁の下流
側の圧力と、ステップ２０４において算出されたピスト
ン位置と、ステップ２０５において算出されたピストン
速度と、上述した式（２）とに基づいて瞬時に気筒内に
吸入される吸入空気量が算出される。次いでステップ２
０８では、上述した式（１）に基づいて筒内圧が算出さ
れる。本実施形態では筒内圧がステップ２０８において
上述した式（１）に基づいて算出されるが、本実施形態
の変形例では、代わりに、気筒内に筒内圧センサを配置
し、その出力値に基づいて筒内圧を算出することも可能
である。

【００５２】図１９の説明に戻り、次いでステップ２０
９では、ステップ２０７において算出された瞬時吸入空
気量が、気筒から漏れてしまう空気量を考慮した空気漏
れ補正値に基づいて補正される（瞬時吸入空気量←瞬時
吸入空気量×空気漏れ補正値）。図２３は空気漏れ補正
値と機関回転数と吸入空気の流量の関係を示した図であ
る。図２３に示すように、空気漏れ補正値は、機関回転
数が高くなるに従って大きくなり、また、吸入空気の流
量が多くなるに従って小さくなる。

【００５３】図１９の説明に戻り、次いでステップ２１
０では、ステップ２０９において補正された瞬時吸入空
気量が積算される。次いでステップ２１１では、吸気行
程が終了したか否かが判断される。ＹＥＳのときには、
このルーチンを終了し、ステップ２１０において積算さ
れた吸入空気量の値が、今回の吸気行程において気筒内
に吸入される吸入空気量の値となる。一方、ＮＯのとき
にはステップ２０２に戻り、上述したステップを繰り返
す。

【００５４】上述したように本実施形態では、気筒内に
吸入される吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入
空気量）が、ステップ２０７において上述した式（２）
とに基づいて算出される。つまり、気筒内に吸入される
吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量）
は、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９に
よってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更
せしめられる吸気弁の開口面積Ａ_Vに基づいて算出され
る。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３
０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演
算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更すること
によって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であ
っても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出す
ることができる。

【００５５】また本実施形態では、ステップ２０７にお
いて、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９
によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変
更せしめられる吸気弁の開口面積Ａ_Vに加え、吸気管内
の圧力及び筒内圧にも基づいて吸入空気量（瞬時に気筒
内に吸入される吸入空気量）が算出される。従って本実
施形態によれば、吸気管内の圧力及び筒内圧を考慮する
ことなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に
吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。

【００５６】更に本実施形態では、単位時間当たりに気
筒内に吸入される吸入空気量が変化していることに鑑
み、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９に
よって変更せしめられる吸気弁の開口面積が、吸気弁開
弁期間中に所定時間間隔で算出される。つまり、ステッ
プ２０２からステップ２１０が繰り返し実行され、ステ
ップ２０６が実行される毎に吸気弁の開口面積が算出さ
れる。次いでステップ２０７において、その所定時間間
隔毎の吸気弁の開口面積に基づいて吸入空気量が算出さ
れる。従って本実施形態によれば、単位時間当たりに気
筒内に吸入される吸入空気量が変化していることを考慮
することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒
内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができ
る。

【００５７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、例えば
可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機能が設けら
れ、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開
口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸
入される吸入空気量を正確に算出することができる。

【００５８】請求項２に記載の発明によれば、例えば可
変動弁機構に吸気弁の作用角を変更する機能が設けら
れ、可変動弁機構によって吸気弁の作用角が変更せしめ
られる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量
を正確に算出することができる。

【００５９】請求項３に記載の発明によれば、吸気弁の
開口面積及び吸気弁の作用角に基づくことなく算出され
た充填効率から吸入空気量が算出される場合に比べ、気
筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することがで
きる。

【００６０】請求項４に記載の発明によれば、吸気弁の
開口面積が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の
圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることを考慮す
ることなく一律に所定のタイミングで吸気管内の圧力を
検出し、その吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基
づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入
される吸入空気量を正確に算出することができる。

【００６１】請求項５に記載の発明によれば、吸気弁の
作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数
のうちの少なくとも一つが変更されると、その変更に伴
って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変
化することを考慮することなく推定された筒内圧に基づ
いて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入さ
れる吸入空気量を正確に算出することができる。

【００６２】請求項６に記載の発明によれば、吸気管内
の圧力及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出
される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正
確に算出することができる。

【００６３】請求項７に記載の発明によれば、単位時間
当たりに気筒内に吸入される吸入空気量が変化している
ことを考慮することなく吸入空気量が算出される場合に
比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第一
の実施形態の概略構成図である。

【図２】図１に示した吸気弁用カム及びカムシャフトの
詳細図である。

【図３】図１に示したバルブリフト量変更装置等の詳細
図である。

【図４】バルブリフト量変更装置が作動されるのに伴っ
て吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を示した図で
ある。

【図５】図１に示した開閉タイミングシフト装置等の詳
細図である。

【図６】開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴
って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した
図である。

【図７】第一の実施形態における気筒内に吸入される吸
入空気量の算出方法を示したフローチャートである。

【図８】充填効率基準値ＫＴＰｂとバルブリフト量ＬＴ
と吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。

【図９】充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと吸気管
内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。

【図１０】充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと開閉
タイミングＶＴとの関係を示した図である。

【図１１】充填効率基準値ＫＴＰｂと機関回転数ＮＥと
の関係を示した図である。

【図１２】充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘと１回転当
たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮと機関回転数Ｎ
Ｅとの関係を示した図である。

【図１３】筒内ガス温度と吸入空気温ＴＨＡと吸入空気
量ＧＡとの関係を示した図である。

【図１４】筒内ガス温度と冷却水温ＴＨＷと吸入空気量
ＧＡとの関係を示した図である。

【図１５】充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗと筒内ガ
ス温度との関係を示した図である。

【図１６】吸気弁のバルブリフト量、吸気管内の圧力の
検出時期等を示した図である。

【図１７】吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の
位相（開閉タイミング）と吸気管内の圧力との関係を示
した図である。

【図１８】吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の
位相（開閉タイミング）と機関回転数との関係を示した
図である。

【図１９】第三の実施形態における気筒内に吸入される
吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである

【図２０】背圧と図１９に示すルーチンが前回実行され
たときに算出された１回転当たりの吸入空気量と機関回
転数との関係を示した図である。

【図２１】機械的吸気弁開口面積と流量係数との積と吸
気弁のバルブリフト量との関係を示した図である。

【図２２】流量係数補正値と機関回転数と吸入空気の流
量との関係を示した図である。

【図２３】空気漏れ補正値と機関回転数と吸入空気の流
量の関係を示した図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…吸気弁 ４…カム ６…カムシャフト ８…気筒内の燃焼室 ９…バルブリフト量変更装置 １１…開閉タイミングシフト装置 １８…吸気管圧センサ １９…エアフローメータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 正晃 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 長内 昭憲 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 渡辺 智 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 江原 雅人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G018 AB07 AB17 BA04 BA10 CA12 CA19 EA02 EA16 EA17 EA21 EA31 EA32 FA01 FA06 FA07 GA08 3G084 BA04 DA04 DA12 EA08 EA11 EB11 FA02 FA07 FA11 FA20 FA33 FA36 FA38 3G092 AA11 AA13 BB01 DA04 DA09 DG05 DG09 EA01 EA02 EA11 EB06 EC01 FA06 FB02 FB04 HA01Z HA04Z HA05Z HA13Z HB01Z HC07Z HE01Z HE03Z HE08Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入さ
   れる吸入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空
   気量演算装置において、可変動弁機構によって変更せし
   められる吸気弁の開口面積に基づいて吸入空気量を算出
   することを特徴とする内燃機関の吸入空気量演算装置。
2. 【請求項２】 可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入さ
   れる吸入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空
   気量演算装置において、可変動弁機構によって変更せし
   められる吸気弁の作用角に基づいて吸入空気量を算出す
   ることを特徴とする内燃機関の吸入空気量演算装置。
3. 【請求項３】 吸気弁の開口面積、吸気弁の作用角、吸
   気弁の位相及び吸気管内の圧力に基づいて充填効率を算
   出し、充填効率と吸気管内の圧力と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又は２に記載の
   内燃機関の吸入空気量演算装置。
4. 【請求項４】 所定のタイミングにおける吸気管内の圧
   力に基づいて筒内圧を推定する場合、可変動弁機構によ
   って吸気弁の開口面積が減少せしめられるほど、筒内圧
   を推定するために使用される吸気管内の圧力の検出タイ
   ミングが早められ、吸気管内の圧力から推定された筒内
   圧に基づいて吸入空気量が算出されることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の内燃機関の吸入空気量演算装
   置。
5. 【請求項５】 吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管
   内の圧力及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更
   されるのに応じて、筒内圧を推定するために使用される
   吸気管内の圧力の検出タイミングが変更せしめられるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量
   演算装置。
6. 【請求項６】 吸気管内の圧力と筒内圧とに基づいて吸
   入空気量を算出することを特徴とする請求項１に記載の
   内燃機関の吸入空気量演算装置。
7. 【請求項７】 可変動弁機構によって変更せしめられる
   吸気弁の開口面積を吸気弁開弁期間中に所定時間間隔で
   算出し、その所定時間間隔毎の吸気弁の開口面積に基づ
   いて吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１に
   記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。