JP2003020965A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブオーバラップ量が急変することによ
り、図１４（ｃ）に示すような空燃比の乱れを生じる。
これは、内部ＥＧＲガスの吹き戻し状態が変化すること
による。そこで、本発明はバルブオーバラップ量が急変
しても精度良い空燃比制御を実施することを目的とす
る。 【解決手段】 本発明では、吸気ポートに付着する付着
燃料として、燃焼室近傍の付着燃料と、燃焼室から所定
距離離れた位置での付着燃料とに対して、それぞれの付
着率と蒸発率とのモデルパラメータとを演算する。燃料
噴射量は、アキノのモデル式の逆モデルにこのモデルパ
ラメータを利用して演算される。このとき、バルブオー
バラップ量の変化に伴う内部ＥＧＲガスの変化状態から
モデルパラメータを演算するので、図１４（ｅ）のよう
に、空燃比のリッチ側とリーン側とのずれを補正して、
精度良い空燃比制御を実施することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】内燃機関の燃料噴射量制御装
置に関し、特に、吸気通路中に付着する燃料ウェット量
を精度良く推定して、燃料噴射制御を実施する技術に関
する。

【０００２】

【従来技術】バルブタイミング機構を備える内燃機関に
おいては、運転状態に応じて吸気バルブと排気バルブと
が同時に開弁している期間、所謂バルブオーバラップ量
を可変設定することにより最適な制御を実施しようとす
るものである。ところで、一般的に、バルブオーバラッ
プ量を大きく設定すると排気行程時に排気バルブと吸気
バルブとが同時に開弁する期間が長くなる。このため、
気筒内の既燃ガス（以下、内部ＥＧＲと称す）が吸気ポ
ートに逆流し、吸気ポートへの内部ＥＧＲの吹き戻しが
増大する。内部ＥＧＲガスは、高温の燃焼ガスであるた
め、この内部ＥＧＲの吸気ポートへの吹き戻し量が大き
いと燃焼室内に供給される燃料量に影響を及ぼしてしま
う。

【０００３】この影響としては、内部ＥＧＲガスの吹き
戻しの影響がインジェクタにより噴射される噴射燃料を
吹き戻し、吸気ポートへ付着する付着燃料を増加させて
しまう。そして、付着燃料の増加が燃焼室内に供給され
る燃料量を減少させてしまうという影響が挙げられる。
この付着燃料は、バルブオーバラップ量が大きいほど、
また、内燃機関の温度が低いほど増大する。通常、内燃
機関の運転状態に応じて設定されるバルブオーバラップ
量は、内燃機関の負荷が大きくなるほど大きく設定され
る。このため、例えば、冷始動後に急激な加速運転が行
われると、気筒内に供給される燃料量が大きく不足して
しまうことから空燃比が目標空燃比よりもリーンな空燃
比にて燃焼が行なわれてしまう虞がある。

【０００４】このような課題に鑑み、特開平１０−３３
１６１２号公報に開示される技術では、吸気バルブと排
気バルブのオーバラップ量の変化速度に基づいて燃料噴
射量の補正を行なっている。すなわち、吸気ポートへの
内部ＥＧＲの吹き戻しは、バルブオーバラップ量の変化
速度に依存し、吸気ポート壁面への燃料付着量は機関温
度に依存するために、このバルブオーバラップ量の変化
速度と機関温度とに基づいて燃料噴射量の補正を行なう
ことで、冷始動後の加速運転であっても精度良く気筒内
に供給される燃料量を制御することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平１０
−３３１６１２号公報に開示される技術には、２つの課
題がある。まず、一つ目の課題を説明する。発明者等が
実験等により確認した事実によれば、実際には、図５に
示すような現象が生じる。図５によれば、Ａ点にて急激
な加速運転時にバルブオーバラップ量が大きく変更され
ると、内部ＥＧＲの吹き戻しによって、Ａ点からＢ点ま
で一時的に空燃比が目標空燃比よりもリッチになり、Ｂ
点以降で空燃比が目標空燃比よりもリーンになることが
確認される。

【０００６】すなわち、特開平１０−３３１６１２号公
報の技術には、バルブオーバラップ量の変化速度に基づ
いて空燃比がリーン側へずれることを補正するための増
量補正は行なっているが、リッチ側へずれることを補正
することについては何ら開示されていない。このため、
バルブオーバラップ量が変更された直後のリッチ側の空
燃比ずれを補正することができずに精度良い空燃比制御
を実施することができない。

【０００７】また、２つ目の課題として、特開平１０−
３３１６１２号公報に開示される技術では、空燃比がリ
ーン側へずれることに対する補正もマップによって行な
っているため、精度良い補正を行なうためには適合工数
が膨大になってしまう虞がある。

【０００８】本発明は、上述の２つの課題に鑑みてなさ
れたものであり、バルブオーバラップ量が変更されても
精度良く空燃比を制御できるとともに、適合工数を低減
し精度良い空燃比制御を実施することができる内燃機関
の燃料噴射量制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】まず、図５に示されたバ
ルブオーバラップ量の変更後に発生する空燃比変化の原
理について説明する。図６（ａ）にはバルブオーバラッ
プ量が無い場合の吸気ポートに付着する燃料の様子が概
念的に示してある。この図６（ａ）によれば、オーバラ
ップ量が無い場合には、内部ＥＧＲの吹き戻しが発生し
ないため、インジェクタから噴射された燃料の大部分
は、気筒内に供給され、一部が気筒に近い吸気ポートの
壁面に付着（定常ウェット）することとなる。

【００１０】これに対して、図６（ｂ）のように、オー
バラップ量が増加側へ変化した場合には、内部ＥＧＲの
吹き戻しが発生する。ＥＧＲガスは高温のガスであるこ
とから、内部ＥＧＲの発生によって、定常時に付着して
いたの付着燃料が高温ガスによって蒸発し、燃焼室内
に供給されることで、図５のＡ点からＢ点までの期間で
空燃比が一時的にリッチになる。また、インジェクタか
ら噴射される燃料は、内部ＥＧＲの吹き戻しにより燃焼
室から離れたの位置に付着燃料が生成されることで、
Ｂ点以降では、燃料が燃焼室内に供給されず、空燃比が
リーンとなってしまい、実空燃比を目標空燃比に追従さ
せることができない。

【００１１】そこで、請求項１の発明では、吸気ポート
に燃料を噴射し、内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する
燃料噴射手段と、内燃機関の運転状態に応じて吸気バル
ブおよび／または排気バルブの駆動タイミングを設定す
るバルブタイミング設定手段とを備える内燃機関の燃料
噴射量制御装置において、吸気バルブおよび／または排
気バルブの駆動タイミングが変更されるときに、変更さ
れた駆動タイミングに応じて、変化する吸気ポートの燃
料付着量の影響を考慮して、燃料噴射量を増量側と減量
側とに補正する。

【００１２】これにより、燃料噴射量制御手段によって
設定される燃料噴射量に対して、増量側の補正と減量側
との補正ができるので、バルブオーバラップ量が急変す
ることによって内部ＥＧＲガスが急変しても、リッチ側
への空燃比のずれとリーン側への空燃比のずれを補正す
ることができ、実空燃比を目標空燃比に追従させ、精度
良い空燃比制御を実施することができる。

【００１３】請求項２と請求項３との発明では、バルブ
オーバラップ量が変更されたときに生じる図５の現象を
考慮して、バルブオーバラップ量が増加側に変更された
ときには燃料噴射量を減量側に補正（図中Ａ−Ｂ）した
後に、燃料噴射量を増量側（図中Ｂ以降）に補正する。
また、バルブオーバラップ量が減少側に変更されたとき
には燃料噴射量を増量側に補正した後に、燃料噴射量を
減量側に補正する。

【００１４】これにより、バルブオーバラップ量の変更
に伴う実空燃比の目標空燃比に対するずれを補正するこ
とができるので、バルブオーバラップ量が変更されても
精度良く空燃比を制御することができる。

【００１５】ところで、オーバラップ量が急変すること
により内部ＥＧＲガスが急変することは、前述した通り
である。内部ＥＧＲガスの変化は、運転条件によっても
変化する。この運転条件として、内燃機関の回転速度
や、内燃機関の負荷、機関温度等が挙げられる。たとえ
ば、内燃機関の回転速度が高いときには、吸気ポート中
の燃焼室側への流速が大きくなるために内部ＥＧＲガス
の吹き戻し量が減少する。同様に、内燃機関の負荷が増
加しても内部ＥＧＲガスの吹き戻し量が減少する。ま
た、内燃機関の温度が低いときは、吸気ポートに付着す
る燃料量が増加する。このように内部ＥＧＲガスの変化
と吸気ポートに付着する燃料量は、運転条件に影響を受
けて、その特性が変化する。

【００１６】そこで、請求項４の発明のように、燃料噴
射量補正手段は、内燃機関の回転速度と内燃機関の負荷
と内燃機関の水温とのうち少なくともいずれか一つに基
づいて燃料噴射量の補正量を設定することにより精度良
く実空燃比を目標空燃比に追従させることができ、さら
に、たとえば、吸気脈動等を考慮することでより正確に
実空燃比を目標空燃比に追従させることができる。

【００１７】請求項５の発明では、バルブタイミング設
定手段により設定される吸気バルブおよび／または排気
バルブの駆動タイミングに基づいてバルブオーバラップ
量を算出するバルブオーバラップ量算出手段と、バルブ
オーバラップ量算出手段により算出される吸気バルブと
排気バルブとのオーバラップ量に基づいて、燃焼室内の
燃焼にて発生する燃焼ガスの吸気ポートへの吹き戻しの
状態を推定する内部燃焼ガス吹き戻し状態推定手段とを
備え、内部燃焼ガス吹き戻し状態推定手段により推定さ
れる状態に応じて前記吸気ポートに付着する付着燃料へ
の影響を考慮する。

【００１８】これにより、燃料噴射量に影響する燃焼ガ
スの吹き戻しの状態を推定し、精度良く吸気ポートに付
着する付着燃料への影響を考慮することができるので、
バルブオーバラップ量が変更されても精度良く実空燃比
を目標空燃比に追従させることができる。

【００１９】すでに記したように、バルブオーバラップ
量の変更は内部ＥＧＲガスの吹き戻しの状態が変更され
る。すなわち、この吹き戻しの状態として、請求項６の
発明のように、内部燃焼ガス吹き戻し状態推定手段は、
前記燃焼ガスの吹き戻しの状態として、前記燃焼ガスの
逆流量と、前記燃焼ガスの熱量とを推定する。

【００２０】これにより、オーバラップ量の急変によっ
て燃焼ガスの吹き戻しが生じても、吸気ポートに付着す
る燃料の位置に応じて、付着燃料を精度良く推定するこ
とができるので、リッチ側とリーン側への空燃比のずれ
を補正し、精度良い空燃比制御を実施することができ
る。

【００２１】また、請求項７の発明によれば、内燃機関
の燃焼室内に燃料を供給する燃料噴射手段と、内燃機関
の運転状態に応じて吸気バルブおよび／または排気バル
ブの駆動タイミングを設定するバルブタイミング設定手
段とを備える内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
前記バルブタイミング設定手段により設定されるバルブ
タイミングの変更に応じて前記吸気ポートに付着する付
着燃料の付着位置を考慮した付着率をα、付着燃料の付
着位置を考慮した蒸発率をβとし、前記インジェクタに
より噴射する燃料量の前回値をＧ_F（ｉ−１）、前記吸
気ポートに付着する付着燃料量の前回値をＭｆ（ｉ−
１）、前記吸気ポートに付着する付着燃料量の今回値Ｍ
ｆ（ｉ）とたとき、燃料輸送系の関係をモデル化した以
下に示すアキノのモデル式により前記吸気ポートに付着
する付着燃料量の今回値Ｍｆ（ｉ）を、Ｍｆ（ｉ）＝
（１−β）・Ｍｆ（ｉ−１）＋α・Ｇ_F（ｉ−１）に基
づいて推定する付着燃料推定手段と、内燃機関の燃焼室
に供給される要求燃料量の今回値をＧ_FE（ｉ）としたと
き、燃料輸送系の関係をモデル化した以下に示すアキノ
のモデル式により前記インジェクタにより噴射する燃料
Ｇ_F（ｉ）を、Ｇ_FE（ｉ）＝β・Ｍｆ（ｉ）＋（１−
α）・Ｇ_F（ｉ）に基づいて設定する燃料噴射手段とを
備える。

【００２２】これにより、図６（ｂ）に示すようにバル
ブオーバラップ量が変更することに伴って変化する燃料
付着量の付着位置に応じた蒸発率と付着率とを用いて、
吸気ポートに付着する付着燃料を推定することができる
ので、上述のアキノのモデル式を用いて精度良く燃料噴
射量を演算することができる。よって、目標空燃比に対
して実空燃比を追従させることができる精度良い燃料噴
射制御を実施することができる。

【００２３】また、請求項８の発明のように、請求項７
の付着燃料の付着率αと蒸発率βとは、燃焼室近傍の吸
気ポートに付着する燃料量に対する付着率α１と蒸発率
β１と、燃焼室から所定間隔離れた吸気ポートに付着す
る燃料量に対する付着率α２と蒸発率β２との２つの異
なるパラメータから構成され、燃料噴射手段は、２つの
異なる付着率と蒸発率に対してそれぞれ前記アキノのモ
デル式を用いて前記吸気ポートに付着する燃料量を推定
する。

【００２４】これにより、図６（ｂ）に示すようにバル
ブオーバラップ量が変更された場合に吸気ポートに付着
する燃料の位置が変更されても、２つの位置に対してそ
れぞれのアキノのモデル式を用いて吸気ポートに付着す
る燃料を推定することができるので、バルブオーバラッ
プの変更によらず精度良く実空燃比を目標空燃比に追従
させることができる。

【００２５】ところで、燃焼ガスの吹き戻しが同一の条
件であっても、燃料噴射時期によって、燃料噴射量への
影響が変化する。これは、バルブオーバラップ量の変更
によるＥＧＲガスの吹き戻しに対して、燃料噴射時期が
変更されることで噴射燃料に対するＥＧＲガスの吹き戻
しの影響が変化する。そこで、請求項９の発明のよう
に、燃焼室内へ供給する燃料の燃料噴射時期を設定する
燃料噴射時期設定手段を備え、付着燃料パラメータ演算
手段は、燃焼ガスの逆流量と、燃焼ガスの熱量と、前記
燃料噴射時期設定手段により設定される燃料噴射時期の
噴射終了時期とに基づいて前記付着率と前記蒸発率とを
設定すると良い。

【００２６】これによれば、付着率と蒸発率とのパラメ
ータに対して燃料噴射時期に応じた補正を加えること
で、燃料噴射時期の変更に伴う燃焼ガスの吹き戻しの燃
料噴射量への影響を考慮することができるので、精度良
い空燃比制御を実施することができる。

【００２７】

【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。図１は本発明の燃料噴射制御
装置をバルブ特性制御装置を有する４サイクル機関に適
用した場合の構成の一例を示す図である。本発明では、
バルブ特性制御装置として、例えば吸排気弁の少なくと
も一方のバルブタイミングを変更することによりバルブ
オーバラップ量を調整可能とする形式のもの、あるいは
吸排気弁の少なくとも一方のバルブリフトを変更するこ
とによりバルブオーバラップ量を調整可能とする形式の
もの等が使用可能である。図１の実施形態では上記のう
ち、吸気弁のバルブタイミングのみを変更することによ
りバルブオーバラップ量を調整可能としたバルブ特性制
御装置、すなわちバルブタイミング制御装置が使用され
ている。

【００２８】すなわち、本実施形態においては、吸気弁
と排気弁との駆動用ににそれぞれ別のカムシャフトを有
するダブルオーバヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）型機
関が使用され、バルブタイミングを変更するための可変
バルブタイミング機構が吸気カムシャフトのみに設けら
れている。つまり、本実施形態では排気弁のバルブタイ
ミング変更は行わず、吸気弁のバルブタイミングのみを
運転条件に応じて変更することにより吸気弁と排気弁と
のバルブオーバラップ量を変更する。

【００２９】以下、図１のバルブ特性制御装置の構成に
ついて簡単に説明する。図１において、１はＤＯＨＣ型
機関の吸気弁（図示せず）を開閉駆動する吸気カムシャ
フト、その全体を１０で示すのは吸気カムシャフト端部
に設けられた可変バルブタイミング機構である。可変バ
ルブタイミング機構１０は、円筒状スリーブ１３を有す
るタイミングプーリ１２と、カムシャフト１の端部を覆
うカバー１４とを備えており、タイミングプーリ１２は
円筒状スリーブ１３を介して吸気カムシャフト１の周囲
にカムシャフト１に対して回転可能に装着されている。
また、カバー１４はタイミングプーリ１２にボルト１５
により固定され、プーリ１２と一体に回転するようにな
っている。

【００３０】カバー１４内部にはピストン部材１７が設
けられている。ピストン部材１７は、円環状のピストン
部１９と、ピストン部１９から延びる円筒部２１とを備
えており、ピストン部１９の外周面と内周面とは、カバ
ー１４の内周面とプーリ１２のスリーブ１３の外周面と
にそれぞれ摺接している。また、ピストン部材１７の円
筒部２１の外周面と内周面とには、それぞれ所定の捩じ
れ角を有するアウターヘリカルギヤ２１ａとインナーヘ
リカルギヤ２１ｂとが刻設されており、アウターヘリカ
ルギヤ２１ａはカバー１４内周面に形成された内歯ヘリ
カルギヤ２２ａと、またインナーヘリカルギヤ２１ｂは
カムシャフト１の端面にボルト１ａ、ピン１ｂにより一
体に装着されたリング状の外歯ヘリカルギヤ２２ｂとそ
れぞれ噛合している。

【００３１】本実施形態の可変バルブタイミング機構１
０では、機関のクランク軸（図示せず）の回転は、タイ
ミングベルト１２ａを介してタイミングプーリ１２に伝
えられる。プーリ１２が回転すると、カバー１４がプー
リ１２と一体に回転し、ヘリカルギヤ２２ａ、２１ａを
介してカバー１４に連結されたピストン部材１７がカバ
ー１４と一体に回転する。ピストン部材１７は、ヘリカ
ルギヤ２１ｂ、２２ｂを介して同時にカムシャフト１に
も連結されているため、これによりカムシャフト１がプ
ーリ１２と一体に回転する。

【００３２】すなわち、本実施形態の可変バルブタイミ
ング機構１０では、カムシャフト１の回転駆動力は、ク
ランク軸からタイミングベルト１２ａを介してタイミン
グプーリ１２に伝達され、プーリ１２からカバー１４、
ヘリカルギヤ２２ａ、２１ａ、ピストン部材１７及びヘ
リカルギヤ２１ｂ、２２ｂを経てカムシャフト１に伝達
される。

【００３３】本実施形態の可変バルブタイミング機構１
０は、ピストン部材１７をカムシャフト１軸線方向に移
動させることにより吸気弁のバルブタイミングの変更を
行う。すなわち、ピストン部材１７は、互いに噛合す
る、それぞれ所定の捩じれ角のヘリカルギヤ２２ａ、２
１ａと２１ｂ、２２ｂとによってカバー１４およびカム
シャフト１に連結されている。このため、ピストン部材
１７がカムシャフト軸線方向に移動すると、ヘリカルギ
ヤ２２ａと２１ａ及び２１ｂ、２２ｂの噛合位置はそれ
ぞれの歯筋に沿って軸線方向に移動する。ところが、そ
れぞれのギヤの歯面は、カムシャフト軸線方向に対して
捩じれ角を有するため、噛合位置が軸線方向に移動する
と、カバー１４とピストン部材１７、及びピストン部材
１７とカムシャフト１とはそれぞれヘリカルギヤの歯筋
に沿って円周方向に相対移動する。このため、ピストン
部材１７の軸線方向移動にともなってカバー１４とピス
トン部材１７、及びピストン部材１７とカムシャフト１
とは相対的に回転することになる。従って、機関の運転
中にピストン部材１７をカムシャフト１軸線方向に移動
させることにより、タイミングプーリ１２の回転位相、
すなわちクランク軸の回転位相に対するカムシャフト１
の回転位相を進める（或いは遅らせる）ことが可能とな
り、カムシャフト１に駆動される吸気弁の開閉タイミン
グを進角（或いは遅角）させることができる。

【００３４】上述のように、本実施形態の可変バルブタ
イミング機構１０は吸気カムシャフト１の回転位相のみ
を変化させるものであるため、バルブタイミング変更の
際には吸気弁の開弁時期と閉弁時期とは常に同じ量だけ
変化し、吸気弁の開弁期間自体は一定に維持される。本
実施形態では、機関運転中に、油圧を用いてピストン部
材１７を移動させることによって吸気弁のバルブタイミ
ング変更操作を行う。図１に示すように、カムシャフト
１内には２つの油通路２及び３が軸線方向に沿って穿設
されている。油通路２はカムシャフト１の中心に設けら
れ、油通路２の軸端側はボルト１ａに穿設されたポート
２ａを介してカバー１４内面とピストン１７の軸端側端
面との間に形成される油圧室５に連通している。また、
油通路２のもう一方の端部はカムシャフト１に半径方向
に穿設されたポート２ｂを介して後述するリニアソレノ
イドバルブ２５に接続されている。一方、油通路３の軸
端側端部は前述のリング状外歯ヘリカルギヤ２２ｂによ
り閉塞されている。また、油通路３は半径方向に穿設さ
れたポート３ａを介して、ピストン１７端面とタイミン
グプーリ１２及びカバー１４とで形成される油圧室８に
連通するとともに、別のポート３ｂを介してリニアソレ
ノイドバルブ２５に連通している。

【００３５】リニアソレノイドバルブ２５は、スプール
２６を有するスプール弁であり、前述の油通路２のポー
ト２ｂに配管を介して接続された油圧ポート２６ａと、
油通路３のポート３ｂに配管を介して接続された油圧ポ
ート２６ｂ、機関潤滑油ポンプ等の圧力油供給源２８に
接続されたポート２６ｃ及び２つのドレーンポート２６
ｄ、２６ｅを備えている。バルブ２５のスプール２６は
ポート２６ａと２６ｂのうちのいずれかをポート２６ｃ
に連通し、他方をドレーンポートに接続するように動作
する。

【００３６】すなわち、図１においてスプール２６が左
方向に移動すると、油圧通路２のポート２ｂに連通する
ポート２６ａはポート２６ｃを介して油圧供給源２８に
接続され、ドレーンポート２６ｄは閉鎖される。また、
この時同時に油圧通路３のポート３ｂに接続されたポー
ト２６ｂはドレーンポート２６ｅに連通する。このた
め、可変バルブタイミング機構１０の油圧室５には、機
関の潤滑油ポンプ等の油圧供給源２８から油圧通路２、
ポート２ａを介して潤滑油が流入し、ピストン１９を図
１右方向に押動する。また、この時油圧室８内の潤滑油
はポート３ａから油通路３、ポート３ｂ、リニアソレノ
イドバルブ２５のポート２６ｂ等を通ドレーンポート２
６ｅから排出される。このため、ピストン部材１７は図
１右方向に移動する。

【００３７】また、図１において逆にスプール２６が右
方向に移動すると、ポート２６ｂはポート２６ｃに接続
され、ポート２６ａはドレーンポート２６ｄに接続され
る。これにより、油圧室８には油通路３を通って潤滑油
が流入し、油圧室５からは油通路２を通ってドレーンポ
ート２６ｄに潤滑油が排出されるため、ピストン部材１
７は図１左方向に移動する。

【００３８】なお、本実施形態では、油圧室５に潤滑油
が供給されてピストン部材１７が図１右方向に移動する
と吸気弁バルブタイミングは進角側に変更され、油圧室
８に潤滑油が供給されてピストン部材１７が図１左方向
に移動すると吸気弁バルブタイミングは遅角側に変更さ
れるようにヘリカルギヤ２１ａ、２１ｂ及び２２ａ、２
２ｂの捩じり角が設定されている。

【００３９】また、図１に２５ｂで示すのは、スプール
２６を駆動するリニアソレノイドアクチュエータであ
る。リニアソレノイドアクチュエータ２５ｂは後述する
制御回路３０からの制御信号を入力し、この制御信号の
大きさに比例する量だけスプール２６を移動させること
により、ピストン部材１７の位置、すなわち吸気弁のバ
ルブタイミングを変更する。

【００４０】図１に３０で示すのは、リニアソレノイド
バルブ２５の動作を制御するエンジン制御回路（以下、
ＥＣＵと称する）である。本実施形態では、ＥＣＵ３０
はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）３２、ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）３３、マイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を相互に双
方向性バス３１で接続した公知の構成のマイクロコンピ
ュータとして構成される。また、ＥＣＵ３０は、バッテ
リ等の電源に直結され機関が停止されても記憶保持が可
能なバックアップＲＡＭ３７を備えている。本実施形態
のＥＣＵ３０は、機関運転条件に応じてリニアソレノイ
ドバルブ２５の動作を制御して吸気弁のバルブタイミン
グを調節し、吸排気弁のバルブオーバラップ量を制御す
る。この制御のため、ＥＣＵ３０の入力ポート３５に
は、機関の吸気通路に設けられた吸気圧センサ４１から
機関吸入空気量（重量流量）に比例する電圧信号と、機
関冷却水通路に設けられた水温センサ４２から機関冷却
水温度ＴＨＷに比例する電圧信号、また機関吸気通路の
スロットル弁（図示せず）近傍に配置されたスロットル
開度センサ４０からスロットル弁開度ＴＡを表す電圧信
号とが、それぞれＡＤ変換器４３を介して入力されてい
るほか、機関クランク軸に設けられたクランク軸回転角
センサ４４からクランク軸回転角を表すパルス信号と、
カムシャフトに設けられたカム回転角センサ４５からカ
ムシャフト１の回転角を表すパルス信号とが入力されて
いる。

【００４１】クランク軸回転角センサ４４からのパルス
信号は、クランク軸回転７２０度毎に発生するクランク
軸の基準位置を示すＮ１信号と、クランク軸回転３０度
毎に発生するＮｅ信号とからなり、カム回転角センサ４
５からはカムシャフト回転３６０度毎に、カムシャフト
が基準位置に到達したことを示すＣＮ１パルス信号が発
生する。ＥＣＵ３０は一定時間毎にＮｅ信号のパルス間
隔からエンジン回転速度ＮＥを計算するとともに、この
エンジン回転速度Ｎｅを用いてＮ１信号とＣＮ１信号と
の時間間隔からカムシャフト１の実際の回転位相（吸気
弁のバルブタイミング）ＶＴを演算する。この演算結果
はＲＡＭ３３に格納される。また、スロットル弁開度Ｔ
Ａと冷却水温度ＴＨＷとは一定時間毎にＡＤ変換され同
様にＲＡＭ３３に格納される。つまり、ＲＡＭ３３に格
納されるＮｅ、ＶＴ、ＴＡ、Ｔｈｗ等の値は一定時間毎
に更新され、常時最新の値がＲＡＭ３３に格納されてい
る。

【００４２】後述するように、エンジン回転速度Ｎｅと
吸気圧Ｐｍとはエンジンの負荷条件を表すパラメータと
して使用される。また、冷却水温度Ｔｈｗは後述する燃
料噴射量増量値の算出等のために使用される。一方、Ｅ
ＣＵ３０の出力ポート３６は、駆動回路４８を介してリ
ニアソレノイドバルブ２５のアクチュエータ２５ｂに接
続され、制御信号をアクチュエータ２５ｂに供給してい
る。また、ＥＣＵ３０の出力ポート３６は、燃料噴射回
路５０を介して機関の燃料噴射弁５１に接続され、機関
への燃料噴射量を制御している。

【００４３】次に、本実施形態の吸気弁のバルブタイミ
ング設定について図２を用いて説明する。図２は吸気弁
と排気弁との一般的な開閉時期を模式的に示す図であ
る。図２ににおいて、ＴＤＣはピストン行程上死点、Ｂ
ＤＣは下死点を示し、ＩＯ、ＩＣはそれぞれ吸気弁の開
弁時期と閉弁時期、ＥＯ、ＥＣはそれぞれ排気弁の開弁
時期と閉弁時期とを表している。図２に示すように、吸
気弁は排気行程上死点（ＴＤＣ）前から開弁し、吸気行
程下死点（ＢＤＣ）後に閉弁する。また、排気弁は爆発
行程下死点（ＢＤＣ）前から開弁し、排気行程上死点
（ＴＤＣ）後に閉弁する。図２に示すように、排気行程
では排気弁が閉じる（ＥＣ）前に吸気弁が開く（ＩＯ）
ようにバルブタイミングが設定されるため、吸気弁と排
気弁との両方が開弁している期間（図２にＯＬ）で示す
期間が存在する。本実施形態では期間ＯＬの長さ（角
度）をバルブオーバラップ量と称する。本実施形態で
は、後述するように、吸気弁バルブタイミング（開弁時
期）は図２にＩＯ０で示したタイミング（最遅角タイミ
ング）からＩＯ１で示したタイミング（最進角タイミン
グ）まで調整することができる。また、本実施形態では
バルブタイミング最遅角位置（ＩＯ０）から現在の位置
（ＩＯ）までのクランク軸回転角をバルブタイミング値
ＶＴと定義している。図２から判るように、本実施形態
では排気弁の閉弁時期は固定されているため、バルブタ
イミング値ＶＴとバルブオーバラップ量ＯＬとは一対一
に対応する。すなわち、ＶＴが大きい（吸気弁の開弁時
期ＩＯが早い）ことはバルブオーバラップ量ＯＬもそれ
に応じて大きくなっていることを意味し、ＶＴが小さい
（吸気弁の開弁時期ＩＯが遅い）ことは、バルブオーバ
ラップ量ＯＬもそれに応じて小さくなっていることを意
味している。

【００４４】一般に、吸排気弁のバルブオーバラップ量
ＯＬ（吸気弁バルブタイミングＶＴ）の設定が機関性能
に及ぼす影響は以下の通りである。（１）ＶＴを増大さ
せてバルブオーバラップ量ＯＬを大きく設定すると、既
燃ガスの吸気ポートへの吹き返しが大きくなる。これに
より、吸気ポートに吹き返した既燃ガスが燃焼室内に再
吸入される、いわゆる内部ＥＧＲ効果が増大する。この
既燃ガスの吹き返しは、吸気管圧力低い時（低負荷運転
時）には大きく、吸気管圧力が高い高負荷運転時等には
小さくなる。

【００４５】（２）ＶＴを減少させて（吸気弁開弁時期
を遅らせて）バルブオーバラップ量ＯＬを小さく設定す
ると、吸気弁の閉弁時期（図２、ＩＣ）が遅くなるた
め、圧縮行程時（ＢＤＣ後）に吸気弁が開弁している期
間が長くなる。このため、低中速回転領域では気筒内に
吸入された新気が圧縮行程初期に気筒から吸気ポートに
押し戻されるようになり、気筒の新気充填効率が低下す
る。従って、バルブオーバラップ量ＯＬを小さく設定す
ると、気筒の実圧縮比が低下する。

【００４６】一方、高回転領域では吸気の流速が早くな
るため吸気慣性効果が生じ、閉弁時期を遅くするほど充
填効率が向上して実圧縮比が増大する。このため、機関
高回転領域では、バルブオーバラップＯＬを小さく設定
すると、気筒の実圧縮比は増大する。本実施形態では、
上記の機関性能に対するバルブタイミング値の影響を考
慮して、以下に説明するように機関の各運転領域におけ
る吸気弁バルブタイミングを設定している。

【００４７】図３は、本実施形態における暖機完了後の
運転時のバルブタイミング値ＶＴの設定値の一例を示し
ている。以下、この標準状態における、バルブタイミン
グ設定値を基本バルブタイミング値（ｔＶＶＴ）と称す
る。図３においてｔＶＶＴの値は最遅角状態のバルブタ
イミング位置（図２，ＩＯ０）からの進角量（クランク
軸回転角ＣＡ）で表わしている。前述のように、本実施
形態では、基本バルブタイミングｔＶＶＴの値はバルブ
オーバラップ量ＯＬと１対１の関係を有する。

【００４８】図３の表中、縦軸は機関負荷を表すパラメ
ータとして使用する機関１回転当たりの吸入空気重量Ｇ
Ｎ（グラム／回転）、横軸は機関回転数ＮＥ（ＲＰＭ）
をそれぞれ表している。図３に示すように、基本バルブ
タイミング値ｔＶＶＴは、機関の中回転中負荷運転領域
（図３においてＮＥ≒２４００〜３２００ＲＰＭ、ＧＮ
≒１．０〜１．２５グラム／回転付近の領域）で最大値
をとり（すなわち、バルブオーバラップＯＬも最大とな
り）、この中回転中負荷領域から回転数または負荷が離
れるほど小さな値になり、バルブオーバラップ量ＯＬも
小さくなる。

【００４９】すなわち、本実施形態では低負荷領域（例
えば、ＧＮ＜１．００）では、負荷が低いほど基本バル
ブタイミングｔＶＶＴを小さく（すなわち、バルブオー
バラップ量ＯＬを小さく）設定して、既燃ガスの吹き返
しによる内部ＥＧＲの低減による燃焼の安定を図ってい
る。また、中負荷領域では、内部ＥＧＲ量を大幅に増大
することによりエミッションの改善とポンピングロスの
低減を図ることができるためバルブオーバラップ量ＯＬ
は低負荷または高負荷時より全般的に大きく設定され
る。しかし、中負荷領域においても、低速領域でバルブ
オーバラップ量ＯＬをあまり大きく設定すると燃焼不安
定が生じやすくなるため、また高速中負荷領域ではＯＬ
を大きく設定する吸気慣性を利用できなくなり逆に充填
効率が低下するため、低速領域と高速領域ではＯＬは比
較的小さい値に設定される。このため本実施形態では、
中速中負荷領域でバルブオーバラップＯＬが最大となる
ように基本バルブタイミングｔＶＶＴの値が設定されて
いる。

【００５０】また、高負荷領域では、内部ＥＧＲを低減
して出力を増大する必要があるためＶＴは全般的に小さ
く設定される。特に高速領域ではＶＴを小さくするほど
吸気慣性による新気充填効率の向上効果が大きいため、
低、中速領域よりもＶＴが小さく設定されている。この
ため、本実施形態では、高負荷領域（ＧＮ＞１．２５の
領域）では、負荷が大きくなるほどバルブオーバラップ
量ＯＬは小さくなり、更に同一負荷では低速領域（ＮＥ
＜１６００ＲＰＭ）より高速領域（ＮＥ＞３２００ＲＰ
Ｍ）でバルブオーバラップＯＬが小さくなるように基本
バルブタイミングｔＶＶＴの値が設定されている。

【００５１】次に、機関低温時のバルブオーバラップ量
ＯＬの設定について説明する。上述したように、図３に
示したバルブタイミングｔＶＶＴは、機関が十分に暖機
された後の状態におけるものである。ところが、機関温
度が低い状態では燃料の気化状態が悪いため、吸気ポー
トへの既燃ガスの吹き返しが大きいと、吸気ポートに供
給された気化しないままの燃料粒子が既燃ガスの吹き返
しにより吸気ポート壁面に付着してしまう問題がある。
そこで、本実施形態では、機関冷却水温度ＴＨＷに基づ
いて図３の基本バルブタイミングｔＶＶＴを補正し、機
関温度（機関冷却水温度ＴＨＷ）が低いほど実際のバル
ブオーバラップが小さくなるようにして、機関低温時の
壁面付着燃料量の増大を防止している。

【００５２】図４は、冷却水温度ＴＨＷと、ＴＨＷに基
づくバルブタイミング温度補正量ｔＶＴＨＷとの関係を
示すグラフである。図４に示すように、温度補正量ｔＶ
ＴＨＷの値は、暖機完了後（冷却水温度ＴＨＷが所定値
ＴＨＷ１以上）では０に設定され、ＴＨＷ＜ＴＨＷ１の
温度範囲では冷却水温度が低いほど大きな値に設定さ
れ、さらに冷却水温度が所定値ＴＨＷ０以下の領域では
一定の大きな値に設定される。後述するように、制御回
路３０は冷却水温度ＴＷＨに基づいて、温度補正量ｔＶ
ＴＨＷの値を図４から決定する。そして、機関回転数と
負荷とから決定される基本バルブタイミングｔＶＶＴを
温度補正量ｔＶＴＨＷを用いて補正し、実際の可変バル
ブタイミング機構１０のバルブタイミング制御目標値Ｖ
ＶＴＩを、ＶＶＴＩ＝ｔＶＶＴ−ｔＶＴＨＷ（但しＶＶ
Ｔ≧０）として算出する。

【００５３】以上、説明したように上述の如く設定され
るバルブタイミング制御目標値ＶＶＴＩが変化すると、
この変化に対してバルブオーバラップ量が変化する。以
下では、アキノの物理モデルを用いた本実施の形態の燃
料噴射量演算のための構成と、この構成を利用して、バ
ルブオーバラップ量の変化に対して行われる本実施の形
態の燃料噴射量制御について、図面を用いて詳細に説明
する。

【００５４】まず、内燃機関の運転状態が加速運転状態
において、吸気バルブタイミング制御目標値ＶＶＴＩ
（バルブオーバラップ量ＯＬ）の変化に応じて、図示し
ない吸気ポートに付着するウェット燃料がどのように変
化するのかを説明する。図６（ａ）にはバルブオーバラ
ップ量が無い場合の吸気ポートに付着するウェット燃料
の様子が概念的に示してある。この図６（ａ）によれ
ば、オーバラップ量が無い場合には、内部ＥＧＲの吹き
戻しが発生しないため、インジェクタから噴射された燃
料の大部分は、気筒内に供給され、一部が気筒に近い吸
気ポートの壁面に付着（定常ウェット）することとな
る。

【００５５】これに対して、図６（ｂ）のように、オー
バラップ量が増加側へ変化した場合には、内部ＥＧＲの
吹き戻しが発生する。内部ＥＧＲガスは高温のガスであ
ることから、内部ＥＧＲの発生によって、定常時に付着
していたのウェット燃料が高温ガスによって蒸発し、
気筒内に供給されることで、図５のＡ点からＢ点までの
期間で空燃比が一時的にリッチになる。また、インジェ
クタから噴射される燃料は、内部ＥＧＲの吹き戻しによ
り気筒から離れたの位置にウェット燃料が生成される
ことで、図５のＢ点以降では燃料が燃焼室内に供給され
ず、空燃比がリーンとなってしまう。

【００５６】このように吸気ポートに付着するウェット
燃料量は、バルブオーバラップ量の変化によって影響を
受ける。これは、加速運転時のみではなく、減速運転時
へと移行した場合にも燃料ウェット量は変化する。そこ
で、本実施の形態では、ウェット燃料量の変化を考慮
し、燃料輸送系モデルを用いて燃料噴射量を制御する。
以下、燃料輸送系のモデルを図７乃至図１３を用いて説
明する。

【００５７】まず、図７は、アキノの物理モデル式に基
づいて内燃機関の燃料輸送系を模式的に示した図であ
る。この図７には、吸気ポートとインジェクタと吸気バ
ルブとが示され、インジェクタから噴射される燃料が燃
焼室内に供給されるまでの系が示してある。

【００５８】この図において、インジェクタから噴射さ
れる燃料量をＧｆとすると、この燃料噴射量Ｇｆは、直
接燃焼室内に供給されるものと、図中の吸気ポートの斜
線部分に付着する燃料とに分類することができる。ここ
で、燃料噴射量Ｇｆのうち、吸気ポートに付着する壁面
付着率をＸとすると、吸気ポートに付着する燃料付着量
は、Ｘ・Ｇｆで示される。そして、直接、燃焼室内に供
給される燃料量は（１−Ｘ）・Ｇｆで示される。また、
吸気ポートに付着している燃料量（定常ウェット燃料）
をウェット燃料量Ｍｆとすると、このウェット燃料量Ｍ
ｆから蒸発して燃焼室内に供給される燃料がある。

【００５９】すなわち、燃焼室内に供給される燃料は、
インジェクタからの燃料噴射により直接燃焼室内に供給
される燃料量Ｘ・Ｇｆと、壁面付着量Ｍｆから蒸発する
燃料量（１／τ）・Ｍｆとからなる。ここで、τは蒸発
時定数である。以上のように燃料輸送系は吸気ポートへ
付着する燃料付着量の影響を考慮すれば、燃焼室内に供
給される燃料量を精度良く算出することができる。そこ
で、燃焼室内に供給される燃料量を満足するインジェク
タによる燃料噴射量Ｇｆを演算するために、上述の燃料
輸送系をサンプリング間隔を７２０°ＣＡとした逆モデ
ルを以下のように導く。

【００６０】（１），（２）式のパラメータは以下の通
りである。

【００６１】 ｉ−１：１行程前（７２０°ＣＡ）前 Ｇ_F ：単気筒において１行程間に噴射する燃料量 Ｇ_F＝Δｔ・Ｇｆ（ｋｇ／ｒｅｖ）（Δｔは７２０°Ｃ
Ａに要する時間） Ｇ_FE ：シリンダ流入燃料量（ｋｇ／ｒｅｖ） α ：燃料付着率Ｘ β ：蒸発率＝Δｔ／τ このように求められる逆モデルによれば、燃料付着率α
と蒸発率βとを設定することにより吸気ポート部に付着
する壁面付着燃料Ｍｆ（ｉ）を推定することができ、シ
リンダ流入燃料量Ｇ_FEを満足するインジェクタの燃料噴
射量Ｇ_Fを算出することができる。本実施の形態では、
この燃料輸送系の逆モデルを図６（ｂ）に示される，
の位置に付着するそれぞれのウェット燃料に対して、
適用することで、ＥＧＲガスの吹き戻しにがあっても空
燃比を精度良く制御することが可能な燃料噴射制御を実
施する。ここで、，の位置に対するそれぞれのウェ
ット燃料に対して、逆モデルを適用した場合のシリンダ
流入燃料量Ｇ_FEとインジェクタからの燃料噴射量Ｇ_Fと
の関係を（３）乃至（４）式に示す。

【００６２】 Ｍｆ₁ ：の位置でのウェット燃料量 Ｍｆ₂ ：の位置でのウエット燃料量 Ｇ_F ：インジェクタからの燃料噴射量 Ｇ_FE ：シリンダ流入燃料量 α₁ ：の位置での燃料付着率 α₂ ：の位置での燃料付着率 β₁ ：の位置での燃料蒸発率 β₂ ：の位置での燃料蒸発率 以下では、シリンダ流入燃料量Ｇ_FEを要求燃焼量Ｇ_FEと
し、この要求燃焼量Ｇ _Fを満足するインジェクタからの
燃料噴射量を要求噴射量Ｇ_Fとして、図８に示される制
御ブロック図を用いて本実施の形態の燃料噴射制御につ
いて説明する。図８において、要求燃焼量算出ブロック
は、内燃機関の燃焼空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆとなるた
めに必要となる燃焼室内に供給される燃料量、すなわち
要求燃焼量Ｇ_FEを算出するためのブロックである。要求
噴射量Ｇ_Fは、このブロックにおいて算出される要求燃
焼量Ｇ_FEと、点線の枠で示される第１のウェット燃料演
算部にて算出されるウェット燃料からの燃料蒸発量と、
第２のウェット燃料演算部にて算出されるウェット燃料
からの燃料蒸発量とから算出される。

【００６３】上述の第１と第２の蒸発燃料演算部で算出
されるウェット燃料量は、内部ＥＧＲガスの影響により
変化するため、内部ＥＧＲガスの影響を推定する必要が
ある。この内部ＥＧＲガスを推定するブロックが内部Ｅ
ＧＲ推定ブロックに相当する。内部ＥＧＲ推定ブロック
では、吸気バルブ位置指令値として、バルブタイミング
制御目標値ＶＶＴＩと、排気バルブ位置指令値（本実施
の形態では固定値である）と、運転条件（エンジン回転
速度Ｎｅ，吸気圧Ｐｍ，エンジン水温Ｔｈｗ等）とに基
づいて吸気ポートに吹き戻す内部ＥＧＲガスを推定す
る。内部ＥＧＲガスの推定は、内部ＥＧＲガスの状態を
表す指標として、予測ＥＧＲ逆流量と、予測ＥＧＲ熱量
とを出力する。

【００６４】予測ＥＧＲ逆流量は内部ＥＧＲガスの吹き
戻し量を示し、予測ＥＧＲ熱量はこのとき吹き戻される
内部ＥＧＲガスの熱量を示す。図１０（ａ）は、予測Ｅ
ＧＲ逆流量を算出するためのマップであり、バルブオー
バラップ量ＯＬに応じて算出される。この図においてバ
ルブオーバラップ量ＯＬが大きいほど、予測ＥＧＲ逆流
量は増加する。また、図１０（ｂ）は、予測ＥＧＲ熱量
を算出するためのマップであり、バルブオーバラップ量
ＯＬに応じて算出される。この図において、バルブオー
バラップ量ＯＬが大きいほど予測ＥＧＲ熱量は増加す
る。さらに、予測ＥＧＲ逆流量と予測ＥＧＲ熱量とは、
運転条件（Ｎｅ，Ｐｍ，Ｔｈｗ）に基づいて補正され、
最終的な予測ＥＧＲ逆流量と予測ＥＧＲ熱量とが算出さ
れる。

【００６５】第１と第２のウェット燃料演算部では、こ
の予測ＥＧＲ逆流量と予測ＥＧＲ熱量とに基づいて、吸
気ポートに付着するウェット燃料量を演算する。まず、
第１の付着率（α₁）算出ブロックでは第１の付着率
（α₁）を算出し、第２の付着率（α₂）算出ブロックで
は第２の付着率（α₂）を算出する。第１の付着率
（α₁）と第２の付着率（α₂）とは、要求燃焼量Ｇ_FEと
予測ＥＧＲ逆流量と燃料噴射時期とに基づいて算出され
る。図１１（ａ），（ｂ）は、予測ＥＧＲ逆流量に応じ
て第１，第２の付着率（α₁，α₂）を演算するためのマ
ップである。この図によれば、図６（ｂ）のの位置に
対する第１の付着率（α₁）は、ＥＧＲ逆流量が大きい
ほど付着率が低下し、の位置に対する第２の付着率
（α₂）は、ＥＧＲ逆流量が大きいほど付着率が増加す
る。

【００６６】また、このようにして算出される第１，第
２の付着率（α₁，α₂）は、燃料噴射時期に基づいて補
正される。燃料噴射時期に応じた補正項（γ₁，γ₂）
は、図１２（ａ），（ｂ）に示す通りである。図６
（ｂ）に示すの位置でのウェット燃料に対しては、燃
料噴射時期が吸気ＴＤＣより所定量遅角側のときに最も
小さな補正値γ₁となり、の位置でのウェット燃料に
対しては、燃料噴射時期が吸気ＴＤＣよりも所定量遅角
側のときに最も大きな補正値γ₂となる。第１，第２の
付着率（α₁，α₂）は、このように噴射時期に応じた特
性を持つ補正項（γ₁，γ₂）により補正される。補正方
法は、補正項（γ₁，γ₂）を第１，第２の付着率
（α₁，α₂）に乗算、若しくは加算等により行われる。

【００６７】また、第１の蒸発率（β₁）算出ブロック
と第２の蒸発率（β₂）算出ブロックとは、第１の蒸発
率（β₁）と第２の蒸発率（β₂）とを要求燃焼量Ｇ_FEと
予測ＥＧＲ熱量と燃料噴射時期とに基づいて算出するブ
ロックである。図１３（ａ），（ｂ）は、予測ＥＧＲ熱
量に応じて第１，第２の蒸発率（β₁，β₂）を演算する
ためのマップである。この図によれば、図６（ｂ）の
の位置に対する第１の蒸発率（β₁）は、ＥＧＲ逆流量
が大きいほど蒸発率が増加し、の位置に対する第２の
蒸発率（β₂）も、ＥＧＲ逆流量が大きいほど蒸発率が
増加する。第１の蒸発率（β₁）と第２の蒸発率（β₂）
との関係は、第１の蒸発率（β₁）の方が、第２の蒸発
率（β₂）よりも大きい関係を有する。

【００６８】以上のようにして、第１，第２の蒸発率
（β₁，β₂）と第１，第２の付着率（α₁，α₂）とを算
出すると、第１，第２のウェット量（Ｍｆ₁，Ｍｆ₂）算
出部により第１，第２のウェット量（Ｍｆ₁，Ｍｆ₂）を
算出する。

【００６９】第１のウェット量（Ｍｆ₁）算出部では、
図６（ｂ）のの位置でのウェット燃料を第１の付着率
（α₁）と第１の蒸発率（β₁）とを用いて（４）式によ
り算出する。同様に、第２のウェット量（Ｍｆ₂）算出
部では、図６（ｂ）のの位置でのウェット燃料を第２
の付着率（α₂）と第２の蒸発率（β₂）とを用いて
（５）式により算出する。そして、要求燃料噴射量算出
ブロックでは、第１のウェット量（Ｍｆ₁）と第２のウ
ェット量（Ｍｆ₂）とを用いて、（３）式により要求噴
射量Ｇ_F算出する。

【００７０】つぎに、図９のフローチャートを用いて、
ＥＣＵ３０によって実施される燃料噴射制御の処理につ
いて説明する。図９のプログラムは、エンジン回転角１
８０°ＣＡ毎に起動されるプログラムである。

【００７１】まず、ステップＳ１００では、燃焼室内に
供給する要求燃焼量Ｇ_FE（ｉ）を算出し、ステップＳ１
１０へ進む。ステップＳ１１０では、エンジン回転速度
Ｎｅと吸気圧Ｐｍと冷却水温Ｔｈｗ等を読み込む。エン
ジン回転速度Ｎｅは、カム軸回転角センサ４５により出
力されるＮｅ信号の出力間隔から３０°ＣＡ毎に算出さ
れる値であり、吸気圧Ｐｍは吸気圧センサ４１の出力値
であり、冷却水温Ｔｈｗは冷却水温センサ４２の出力値
である。

【００７２】そして、ステップＳ１２０では、ＥＣＵ３
０内のＲＡＭ３３から燃料噴射時期を読み込み、ステッ
プＳ１３０にて吸気バルブと排気バルブとの制御目標値
ＶＶＴＩをＥＣＵ３０内のＲＡＭ３３から読み込む。つ
ぎに、ステップＳ１４０では、第１，第２の蒸発率（β
₁，β₂）と第１，第２の付着率（α₁，α₂）とを図１１
（ａ），（ｂ）と図１３（ａ），（ｂ）とのマップによ
り算出する。これらマップにより算出される第１，第２
の付着率（α₁，α₂）は、燃料噴射時期に応じた補正項
（γ₁，γ₂）によって補正される。

【００７３】ステップＳ１５０では、前回のウェット燃
料Ｍｆ₁（ｉ−１），Ｍｆ₂（ｉ−１）がＥＣＵ３０内の
ＲＡＭ３３から読み込まれ、ステップＳ１６０にて、前
回の要求噴射量Ｇ_F（ｉ−１）をＥＣＵ３０内のＲＡＭ
３３から読み込む。そして、ステップＳ１７０にて、噴
射時期によって補正されたウェット燃料Ｍｆ₁（ｉ−
１），Ｍｆ₂（ｉ−１）と、第１，第２の蒸発率（β₁，
β₂）と第１，第２の付着率（α₁，α₂）と、前回の要
求噴射量Ｇ_F（ｉ−１）と、（４），（５）式を用いて
今回の図６（ｂ）に示すの位置，の位置に対するそ
れぞれのウェット量Ｍｆ₁（ｉ），Ｍｆ₂（ｉ）を演算す
る。

【００７４】つぎに、ステップＳ１８０では、第１，第
２の蒸発率（β₁，β₂）と第１，第２の付着率（α₁，
α₂）と、ステップＳ１７０にて算出されたウェット燃
料Ｍｆ ₁（ｉ），Ｍｆ₂（ｉ）と、ステップＳ１００にて
算出された要求燃焼量Ｇ_FE（ｉ）とから（３）式を用い
て要求噴射量Ｇ_F（ｉ）を算出し、ステップＳ１９０に
て、インジェクタによる要求噴射量Ｇ_F（ｉ）に応じた
燃料噴射を実行して本ルーチンを終了する。

【００７５】以上のように、本実施の形態では、バルブ
オーバラップ量ＯＬの変化によって内部ＥＧＲガス量の
吹き戻しに影響が現れても、内部ＥＧＲガスの吹き戻し
による吸気ポートのウェット燃料に対する影響を精度良
く推定することで、常に適切な燃料噴射制御を実行する
ことができる。

【００７６】つぎに、図１４のタイムチャートを用い
て、バルブオーバラップ量ＯＬが変化したとき空燃比制
御に、本実施の形態を適用した場合について説明する。
まず、図１４（ａ）は、バルブオーバラップ量を示すタ
イムチャートである。この図によれば、図中Ａ点にて、
バルブオーバラップ量がステップ的に増加し、Ｃ点にて
ステップ的に減少する。

【００７７】図１４（ｃ）に示すタイムチャートは、バ
ルブオーバラップ量ＯＬの変化に対する内部ＥＧＲガス
の吹き戻しの影響を考慮していない制御が示してある。
図１４（ａ）のＡ点からＢ点では、内部ＥＧＲガスの熱
量が図６（ｂ）のの定常ウェットに対して影響するた
め空燃比がリッチになる。Ｂ点からＣ点では、内部ＥＧ
Ｒガスの逆流量が影響して、図６（ｂ）のの位置にウ
ェット燃料が形成されることで、空燃比がリーンとな
る。Ｃ点にてバルブオーバラップ量ＯＬがステップ的に
減少すると、の位置に形成される定常ウェットに対し
て内部ＥＧＲガスの影響が小さくなるので、Ｃ点からＤ
点では空燃比がリーンになる。そして、Ｄ点以降では、
の位置に定常ウェットが形成されるので空燃比がリッ
チとなる。

【００７８】図１４（ｄ）に示すタイムチャートは、バ
ルブオーバラップ量ＯＬの変化に応じてリーン側のみの
補正を行った従来技術である。この技術では、バルブオ
ーバラップ量ＯＬの増加側への変化に対してリーン側の
補正、すなわち燃料噴射量の増量補正しか行っていない
ため、Ａ点からＢ点にて発生するリッチ側の空燃比変化
を助長してしまい、目標空燃比から実空燃比が大きくは
ずれてしまう。また、バルブオーバラップ量ＯＬの減少
側へのステップ的な変化に対しては、何ら開示されてい
ないため図１４（ｃ）と同様の空燃比変動を生じてしま
う。

【００７９】そこで、本実施の形態では図１４（ｂ）に
示す燃料噴射補正量のように、Ａ点からＢ点では燃料噴
射量が減量側に補正され、Ｂ点以降では燃料噴射量が増
量側に補正されることで、図１４（ｅ）に示すタイムチ
ャートのように、バルブオーバラップ量ＯＬの増加側と
減少側との変化が生じても、内部ＥＧＲガスの影響によ
るウェット燃料の状態を推定しているため、精度良く実
空燃比を目標空燃比に制御することができる。

【００８０】以上のタイムチャートでは、バルブタイミ
ングをステップ適に変更しているが、実際には、油圧の
影響等により遅れを伴って変更される。この場合、実バ
ルブタイミング等を考慮して燃料噴射量の補正を行えば
良い。

【００８１】なお、本実施の形態においては、吸気可変
バルブのみを用いていたため吸気バルブの制御目標値Ｖ
ＶＴＩに基づいてオーバラップ量ＯＬを演算している
が、吸排気可変バルブタイミングシステムに本実施の形
態を適用しても良い。吸排気可変バルブタイミングシス
テムへ適用する場合、吸気バルブと排気バルブとからオ
ーバラップ量を求め、さらにオーバラップ量ＯＬとエン
ジンのピストン位置（たとえば、上死点：ＴＤＣ）に基
づいて内部ＥＧＲガスの吹き戻し量を推定すると良い。

【００８２】また、オーバラップ量を算出する際に、制
御目標値ＶＶＴＩではなく、実バルブタイミングから算
出しても良い。

【００８３】さらに、本実施の形態では、バルブタイミ
ングコントロールシステムとして、ヘリカルタイプのシ
ステムを記述したが、これに限られるものではなく、従
来より知られるベーン式バルブタイミングコントロール
システムによっても良い。

【００８４】ところで、本実施の形態では、燃料噴射量
制御としてアキノのモデル式を用いて燃料噴射量を演算
したが、通常の燃料噴射制御にバルブオーバラップ量に
基づいてリッチ側への空燃比ずれに対する減量補正と、
リーン側への空燃比ずれに対する増量補正を行っても良
い。この補正方法としては、適合等により行っても良
い。

【００８５】本実施の形態において、燃料噴射手段は図
９のフローチャートに、バルブタイミング設定手段は図
３のマップに、付着燃料パラメータ演算手段は図９のフ
ローチャートのステップＳ１４０に、付着燃料量推定手
段は図９のフローチャートのステップＳ１７０に、燃料
噴射手段は図９のフローチャートのステップＳ１８０
に、燃料噴射時期設定手段は図９のフローチャートのス
テップＳ１２０に、それぞれ相当し、機能する。

【００８６】（その他の実施例）本発明の実施の形態で
は、吸気ポートの燃焼室近傍の位置と、燃焼室近傍の位
置から所定距離離れた位置とでの燃料ウェットを想定
し、この２つの位置に応じた付着率と蒸発率とをパラメ
ータとしてアキノの物理モデルを用いて燃料噴射量を演
算した。本実施例では、基本燃料噴射量に対する補正を
行うことで、内部ＥＧＲガスの吸気ポートへの吹き戻し
状態の変化に対応して精度良い空燃比制御を実施する。
以下に、基本噴射量Ｔｐに対する燃料噴射補正量ＦＡＷ
Ｅを設定するプログラムを図１５のフローチャートを用
いて説明する。

【００８７】このプログラムは、内燃機関のクランク軸
に同期して、たとえば４気筒４サイクルエンジンの場
合、１８０°ＣＡ毎に起動されるプログラムである。ま
ず、ステップＳ２０１にて、エンジンの運転状態に応じ
てインジェクタにより噴射する基本燃料噴射量Ｔｐを演
算する。この運転状態としては、吸気圧と回転速度、ま
たは、エンジン１回転当たりの吸気量と回転速度とが挙
げられる。そして、運転状態に応じた基本噴射量Ｔｐが
演算されると、ステップＳ２０２にて吸気バルブと排気
バルブとの作動位置が呼び出される。

【００８８】そして、ステップＳ２０３にて、吸気バル
ブと排気バルブとの作動状態から、バルブオーバラップ
量を演算し、ステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０
４では、このバルブオーバラップ量の変化度合から、基
本噴射量Ｔｐに対する補正を行うか否かが判定される。
ここで、バルブオーバラップ量の変化がないと判定され
ると、ステップＳ２０７へ進み、後述する内部ＥＧＲガ
スの吹き戻し状態の変化に応じた補正係数ＣＯＥＦ２に
１を入力し、ステップＳ２０８へ進む。一方、ステップ
Ｓ２０３にて、バルブオーバラップ量が変化したと判定
されると、ステップＳ２０５の処理へと進む。

【００８９】ステップＳ２０５の処理では、バルブオー
バラップ量の変化に応じたマップ等により、内部ＥＧＲ
ガスの逆流量と熱量とを演算、もしくは推定する。そし
て、ステップＳ２０６にて、内部ＥＧＲガスの逆流量と
熱量とから、バルブオーバラップ量の変化に対する補正
係数ＣＯＥＦ２を、ステップＳ２０５にて演算された逆
流量と熱量とから設定する。バルブオーバラップ量が増
加すると、内部ＥＧＲガスの逆流量と熱量とが増加す
る。そこで、この場合は、発明の実施の形態にて示した
通り、空燃比がリッチになった後にリーンになるため、
補正係数としては、基本燃料噴射量Ｔｐに対する補正係
数ＣＯＥＦ２としては、減量側に補正した後に、増量側
に補正されるような補正係数を設定する。

【００９０】一方、バルブオーバラップ量が減少する
と、内部ＥＧＲガスの逆流量と熱量とが減少する。この
場合には、空燃比がリーンになった後にリッチになるた
め、器基本燃料噴射量Ｔｐに対する補正係数ＣＯＥＦ２
としては、増量側に補正した後に、減量側に補正される
ような補正係数を設定する。

【００９１】つぎに、ステップＳ２０８では、運転条件
に応じて設定される補正係数ＣＯＥＦ１をマップ等によ
り演算する。この運転条件としては、内燃機関の冷却水
温Ｔｈｗ，内燃機関の回転速度Ｎｅ，内燃機関の負荷
（吸気圧、吸気量）のうち少なくとも１つ以上の条件で
ある。

【００９２】このような運転条件により基本燃料噴射量
Ｔｐを補正する理由は、機関温度Ｔｈｗなどの運転条件
は、吸気ポートに付着する付着燃料量に影響を与えるか
らである。たとえば、機関温度Ｔｈｗが低いときには、
吸気ポートに付着する付着燃料量が増大するため、イン
ジェクタにより噴射される噴射燃料のうち燃焼室内に供
給される燃料量が減少する。このため、付着燃料への影
響を考慮して基本燃料噴射量Ｔｐを補正するようにして
いる。

【００９３】つぎに、ステップＳ２０９では、これらの
補正係数ＣＯＥＦ１，ＣＯＥＦ２と図示しないＯ２セン
サ等の空燃比センサにより検出値に基づいて目標空燃比
に追従させるために基本燃料噴射量を補正するためのフ
ィードバック補正係数ＦＡＦと、に基づいて基本燃料噴
射量ＴｐにＣＯＥＦ１とＣＯＥＦ２とＦＡＦとを乗算
し、さらに、無効噴射時間Ｔｖを加算して、最終的な燃
料噴射量ＴＡＵを演算する。

【００９４】以上のように、本実施例では、バルブオー
バラップ量の変化に応じて演算やマップ等により基本燃
料噴射量Ｔｐに対する補正を実施することで、バルブオ
ーバラップ量の変化によって生じる空燃比のリッチ側と
リーン側との変化を補正し、精度良い空燃比制御を実施
するこができる。

【００９５】本実施例において、燃料噴射手段は図１５
のフローチャートのステップＳ２０１に、バルブタイミ
ング設定手段は図３に、燃料噴射量補正手段は図１５の
フローチャートのステップＳ２０６に、内部燃焼ガス吹
き戻し状態推定手段は図１５のフローチャートのステッ
プＳ２０５に、それぞれ相当し、機能する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の概略構成図を示す断面図であ
る。

【図２】機関バルブタイミング設定の一例を説明する図
である。

【図３】各運転条件における基本バルブタイミングの設
定例を示す図である。

【図４】基本バルブタイミングの温度補正量を示す図で
ある。

【図５】バルブオーバラップ量急変時の空燃比変動を説
明する図である。

【図６】バルブオーバラップ量急変時の吸気ポート付着
燃料の変化を概念的に説明する図である。

【図７】インジェクタから燃焼室までの燃料輸送系を模
式的に説明する図である。

【図８】本実施の形態の燃料噴射制御のための制御ブロ
ック図である。

【図９】本実施の形態の燃料噴射制御のためのプログラ
ムを説明するメインのフローチャートである。

【図１０】バルブオーバラップ量に応じた予測ＥＧＲ逆
流量と、予測ＥＧＲ熱量との特性を示す図である。

【図１１】予測ＥＧＲ逆流量に応じた付着率の特性を示
す図である。

【図１２】燃料噴射時期に応じた燃料噴射量に対する補
正項の特性を示す図である。

【図１３】予測ＥＧＲ熱量に応じた蒸発率の特性を示す
図である。

【図１４】本実施の形態を実施した場合のタイミングチ
ャートである。

【図１５】第２の実施の形態のプログラムを説明するフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１…カムシャフト、 １０…可変バルブタイミング機構、 ３０…ＥＣＵ、 ５１…インジェクタ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｊ ３０１Ｚ 45/00 ３６４ 45/00 ３６４Ｋ Ｆターム(参考） 3G018 AB17 BA34 CA06 DA58 DA60 EA02 EA03 EA04 EA11 EA17 EA31 EA32 EA35 FA08 FA09 FA23 GA08 3G084 AA00 BA13 BA15 BA23 DA12 EA11 FA10 FA11 FA20 FA38 3G092 AA11 BB03 BB06 DA06 EA01 EA02 EA09 EC06 FA05 HA05Z HE03Z 3G301 HA19 JA04 LA07 LC08 MA13 MA18 ND45 NE01 NE06 PA07Z PB10Z PE03Z PE08Z PE10Z

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気ポートに燃料を噴射し、内燃機関の
   燃焼室内に燃料を供給する燃料噴射手段と、内燃機関の
   運転状態に応じて吸気バルブおよび／または排気バルブ
   の駆動タイミングを設定するバルブタイミング設定手段
   とを備える内燃機関の燃料噴射量制御装置において、 前記バルブタイミング設定手段により設定される前記吸
   気バルブおよび／または排気バルブの駆動タイミングが
   変更されたときに、前記変更された駆動タイミングに応
   じて変化する前記吸気ポートに付着する付着燃料量の影
   響を考慮し、前記燃料噴射手段により設定される燃料噴
   射量を増量側または減量側に補正した後に前記補正とは
   他方側に補正する燃料噴射量補正手段を備えることを特
   徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
2. 【請求項２】 前記バルブタイミング設定手段により設
   定される駆動タイミングにより、前記吸気バルブと前記
   排気バルブとが同時に開いているバルブオーバラップ量
   が増加する方向に変更されたときに、前記燃料噴射量補
   正手段は、減量側に前記燃料噴射手段により設定される
   燃料噴射量を補正し、減量側の補正後に前記燃料噴射手
   段により設定される燃料噴射量を増量側に補正すること
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射量制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記バルブタイミング設定手段により設
   定される駆動タイミングにより、前記吸気バルブと前記
   排気バルブとが同時に開いているバルブオーバラップ量
   が減少する方向に変更されたときに、前記燃料噴射量補
   正手段は、増量側に前記燃料噴射手段により設定される
   燃料噴射量を補正し、増量側の補正後に前記燃料噴射手
   段により設定される燃料噴射量を減量側に補正すること
   を特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一方に
   記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
4. 【請求項４】 前記燃料噴射量補正手段は、内燃機関の
   回転速度と内燃機関の負荷と内燃機関の水温とのうち少
   なくともいずれか一つに基づいて燃料噴射量の補正量を
   設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
   れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御量装置。
5. 【請求項５】 前記バルブタイミング設定手段により設
   定される前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブ
   の駆動タイミングに基づいてバルブオーバラップ量を算
   出するバルブオーバラップ量算出手段と、 前記バルブオーバラップ量算出手段により算出される前
   記吸気バルブと前記排気バルブとのオーバラップ量に基
   づいて、燃焼室内の燃焼にて発生する燃焼ガスの吸気ポ
   ートへの吹き戻しの状態を推定する内部燃焼ガス吹き戻
   し状態推定手段とを備え、 前記内部燃焼ガス吹き戻し状態推定手段により推定され
   る状態に応じて前記吸気ポートに付着する付着燃料への
   影響を考慮することを特徴とする請求項１乃至請求項４
   のいずれか一つに記載の内燃機関の燃料噴射量制御装
   置。
6. 【請求項６】 前記内部燃焼ガス吹き戻し状態推定手段
   は、前記燃焼ガスの吹き戻しの状態として、前記燃焼ガ
   スの逆流量と、前記燃焼ガスの熱量とを推定することを
   特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射量制御
   装置。
7. 【請求項７】 内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する燃
   料噴射手段と、内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブ
   および／または排気バルブの駆動タイミングを設定する
   バルブタイミング設定手段とを備える内燃機関の燃料噴
   射量制御装置において、 前記バルブタイミング設定手段により設定されるバルブ
   タイミングの変更に応じて前記吸気ポートに付着する付
   着燃料の付着位置を考慮した付着率をα、付着燃料の付
   着位置を考慮した蒸発率をβとし、前記インジェクタに
   より噴射する燃料量の前回値をＧ_F（ｉ−１）、前記吸
   気ポートに付着する付着燃料量の前回値をＭｆ（ｉ−
   １）、前記吸気ポートに付着する付着燃料量の今回値Ｍ
   ｆ（ｉ）とたとき、燃料輸送系の関係をモデル化した以
   下に示すアキノのモデル式により前記吸気ポートに付着
   する付着燃料量の今回値Ｍｆ（ｉ）を、 Ｍｆ（ｉ）＝（１−β）・Ｍｆ（ｉ−１）＋α・Ｇ
   _F（ｉ−１） に基づいて推定する付着燃料推定手段と、 内燃機関の燃焼室に供給される要求燃料量の今回値をＧ
   _FE（ｉ）としたとき、燃料輸送系の関係をモデル化した
   以下に示すアキノのモデル式により前記インジェクタに
   より噴射する燃料Ｇ_F（ｉ）を、 Ｇ_FE（ｉ）＝β・Ｍｆ（ｉ）＋（１−α）・Ｇ_F（ｉ） に基づいて設定する燃料噴射手段とを備えることを特徴
   とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
8. 【請求項８】 前記付着率αと蒸発率βとは、燃焼室近
   傍の吸気ポートに付着する燃料量に対する付着率α１と
   蒸発率β１と、前記燃焼室から所定間隔離れた吸気ポー
   トに付着する燃料量に対する付着率α２と蒸発率β２と
   の２つの異なるパラメータから構成され、 前記燃料噴射手段は、前記２つの異なる付着率と蒸発率
   に対してそれぞれ前記アキノのモデル式を用いて前記吸
   気ポートに付着する燃料量を推定することを特徴とする
   請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
9. 【請求項９】 燃焼室内へ供給する燃料の燃料噴射時期
   を設定する燃料噴射時期設定手段を備え、 前記付着率αと前記蒸発率βとは、燃焼ガスの逆流量
   と、燃焼ガスの熱量と、前記燃料噴射時期設定手段によ
   り設定される燃料噴射時期の噴射終了時期とに基づいて
   前記付着率αと前記蒸発率βとを設定することを特徴と
   する請求項７または請求項８のいずれか一方に記載の内
   燃機関の燃料噴射量制御装置。