JP2004084637A

JP2004084637A - 可変動弁機構を備える内燃機関

Info

Publication number: JP2004084637A
Application number: JP2002250109A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ikeda; 池田　愼治
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、各吸気弁の作動特性のばらつきを正確に、容易に、迅速に検出すること。
【解決手段】エンジンＥＣＵ４０は、エンジン１０の運転状態がアイドル運転状態にあると判断すると、各シリンダにおける吸入空気量を求め、全シリンダの平均吸入空気量Ｇａａｖｅを算出する。エンジンＥＣＵ４０は、各シリンダにおける吸気脈動ΔＧａｉを算出し、先に求めた平均吸入空気量Ｇａａｖｅを用いて各シリンダ１２の吸気脈動率Ｐｉを算出する。エンジンＥＣＵ４０は、算出した各シリンダ１２の吸気脈動率Ｐｉを用いて、平均吸気脈動率Ｐａｖｅを算出し、平均吸気脈動率Ｐａｖｅおよび各シリンダ１２の吸気脈動率Ｐｉを用いて、各シリンダ１２における吸気脈動のばらつきΔＰｉを算出する。エンジンＥＣＵ４０は、マップを用いて各吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきΔＶを算出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において吸気弁の作動特性のばらつきを検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（エンジン）の運転領域に応じて吸気弁、排気弁の作動特性を変更する可変動弁機構を備えたエンジンが実用化されている。可変動弁機構によって変更される弁の作動特性には、例えば、バルブの作用角、バルブのリフト量、バルブの開閉タイミングがある。
【０００３】
このような可変動弁機構を備えるエンジンでは、吸排気バルブの作動特性をエンジンの運転領域に応じて積極的に最適化しているため、製造公差等に起因して生じる各シリンダ間における吸排気バルブの作動特性の相違は、可変動弁機構を備えないエンジンと比較してエンジンの出力特性に大きな影響を与える。特に、無負荷状態または軽負荷状態にてエンジン制御を行う場合、バルブリフト量は少なく、わずかなリフト量の相違が相対的に大きな相違となって現れるため、各シリンダ間のトルク差に起因するトルク変動が無視できないものとなっている。また、無負荷状態または軽負荷状態にて、バルブ作用角、バルブ開閉タイミングの相違等に起因してバルブオーバラップが生じると、いわゆる吹き返しが発生し、エンジンの運転状態が安定しにくくなる傾向がある。
【０００４】
もっとも、従来より、製造公差等に起因して各シリンダ間に吸入空気量の相違、出力の相違が生じることは知られており、かかる各シリンダ間における吸入空気量または出力の相違を解消するために、燃焼室内に設置された圧力センサによってシリンダ内圧力を検出したり、各シリンダにおける吸入空気量を求めることによって各シリンダ毎の出力のばらつき、あるいは、吸入空気量のばらつきを求める技術が、例えば、特開平２−２６４１４１号、特開２００１−２０７６３号に提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術において圧力センサを用いる技術では、各シリンダ毎の出力のばらつきが吸排気弁の作動特性のばらつきに起因するものであるとは断定できないという問題がある。また、吸入空気量に基づいて各シリンダ毎の吸入空気量のばらつきを求める技術では、吸気脈動を伴う吸入空気から正確な吸入空気量を算出することは困難であり、特に、各シリンダ間における吸入空気量のばらつきを求める場合には、各シリンダについて極めて高い精度にて吸入空気量を求めることが要求される。
【０００６】
また、吸排気弁の作動特性は、エンジン運転中に可変動弁機構によって頻繁に変更されるため、迅速に吸排気弁の作動特性のばらつきを検出することが要求される。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、各吸気弁の作動特性のばらつきを正確に、容易に、迅速に検出することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、複数の気筒を備える内燃機関を提供する。本発明の第１の態様に係る内燃機関は、前記各気筒に備えられた吸気弁と、前記各吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構と、前記各気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、前記取得された吸気脈動量に基づいて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る内燃機関によれば、取得された吸気脈動量に基づいて各気筒における吸気弁の作動特性のばらつきを求めることができるので、吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、各吸気弁の作動特性のばらつきを容易かつ迅速に検出することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る内燃機関において、前記可変動弁機構によって変更可能な作動特性は、吸気弁の作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つであり、前記吸気弁の作動特性のばらつきは、前記作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つのばらつきであっても良い。これら吸気弁の作動特性のばらつきは、内燃機関における各気筒毎の出力特性に影響を与える。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る内燃機関において、前記吸気脈動量取得手段は、前記内燃機関がアイドル運転状態または定常運転状態にある場合に、前記吸気脈動量を取得しても良い。かかる場合には、気筒相互間作用による吸気脈動の影響、吸気慣性効果に影響されることなく各吸気弁の作動特性のばらつきを正確、容易かつ迅速に検出することができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る内燃機関はさらに、前記検出された吸気弁の作動特性のばらつきに応じて、前記内燃機関の出力制御パラメータを調整する出力制御パラメータ調整手段を備えても良い。かかる場合には、吸気弁の作動特性のばらつきに起因する各気筒における出力特性のばらつきを解消または低減することができる。したがって、各気筒間における出力トルク格差等に起因する内燃機関の振動、不安定な運転状態等を解消または低減することができる。内燃機関の出力制御パラメータとしては、例えば、各気筒における空燃比、点火時期等が含まれる。
【００１３】
本発明の第１の態様に係る内燃機関はさらに、前記検出された吸気弁の作動特性のばらつきの度合いが所定の度合いよりも大きな場合には、前記吸気弁の作動に異常が発生していることを報知する報知手段を備えても良い。かかる場合には、吸気弁の作動特性の異常を報知し、点検整備を促すことができる。
【００１４】
本発明の第１の態様に係る内燃機関において、前記吸気脈動量取得手段は、吸入空気の順流および逆流の双方を判別可能に検出するエアフロメータであっても良い。かかる場合には、吸入空気の順流、逆流を正しく検出することができるので、その振れ幅に対応する吸気脈動を正確に検出することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様は、複数の気筒を備える内燃機関を提供する。本発明の第２の態様に係る内燃機関は、前記各気筒に備えられた吸気弁と、前記各吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構と、前記各気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、前記複数の気筒の平均吸入空気量を取得する平均吸入空気量取得手段と、前記各気筒の吸気脈動量について前記平均吸入空気量に対する比率である脈動率を算出する比率算出手段と、各気筒について算出された前記脈動率の平均値を算出し、その算出された脈動率の平均値に対する前記各気筒の脈動率の偏差を求める脈動率偏差算出手段と、前記各気筒における脈動率偏差を用いて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の態様に係る内燃機関によれば、脈動率を用いて、迅速かつ容易に吸気弁の作動特性のばらつきを検出することができる。
【００１７】
本発明の第３の態様は、吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において各気筒における吸気弁の作動特性のばらつきを検出する検出装置を提供する。本発明の第３の態様に係る検出装置は、前記各気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、前記取得された吸気脈動量に基づいて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の態様に係る検出装置によれば、本発明の第１の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【００１９】
本発明の第３の態様に係る検出装置において、
前記ばらつき算出手段は、前記複数の気筒の平均吸入空気量を取得する平均吸入空気量取得手段と、前記各気筒の吸気脈動量について前記平均吸入空気量に対する比率である脈動率を算出する比率算出手段と、各気筒について算出された前記脈動率の平均値を算出し、その算出された脈動率の平均値に対する前記各気筒の脈動率の偏差を求める脈動率偏差算出手段とを備え、前記各気筒における脈動率偏差を用いて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるても良い。かかる場合には脈動率を用いて迅速且つ容易に吸気弁の作動特性のばらつきを検出することができる。
【００２０】
本発明の第３の態様に係る検出装置は、この他にも本発明の第１の態様と同様にして種々の態様にて実現され得ると共に、これらに各態様において、本発明の第１の態様における種々の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【００２１】
本発明の第４の態様は、吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において各気筒における吸気弁の作動特性のばらつきを検出する方法を提供する。本発明の第４の態様に係る方法は、前記各気筒の吸気脈動量を取得し、前記取得した吸気脈動量に基づいて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを検出することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第４の態様に係る検出方法によれば、本発明の第１の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【００２３】
本発明の第４の態様に係る検出方法において、
前記吸気脈動量に基づく前記吸気弁の作動特性のばらつきの検出は、前記複数の気筒の平均吸入空気量を取得し、前記各気筒の吸気脈動量について前記平均吸入空気量に対する比率である脈動率を算出し、各気筒について算出された前記脈動率の平均値を算出し、その算出された脈動率の平均値に対する前記各気筒の脈動率の偏差を求め、前記各気筒における脈動率偏差を用いて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めることにより実行されても良い。かかる場合には脈動率を用いて迅速且つ容易に吸気弁の作動特性のばらつきを検出することができる。
【００２４】
本発明の第４の態様に係る検出方法は、この他にも本発明の第１の態様と同様にして種々の態様にて実現され得ると共に、これらに各態様において、本発明の第１の態様における種々の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
本発明の第４の態様に係る検出方法において、前記吸気脈動量は、吸入空気の順流および逆流の双方を判別可能に検出するエアフロメータによって取得されても良い。
【００２６】
本発明の第５の態様は、複数の気筒を備える内燃機関を提供する。本発明の第５の態様に係る内燃機関は、前記複数の気筒にそれぞれ備えられた吸気弁の内、少なくとも二つの気筒における前記吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構と、前記可変動弁機構により作動特性が変更される前記気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、前記取得された吸気脈動量に基づいて前記変動弁機構により作動特性が変更される前記気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第５の態様に係る内燃機関によれば、本発明の第１の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ実施例に基づいて、本発明に係る吸気弁の作動特性のばらつきを検出可能な可変動弁機構を備える内燃機関について説明する。
【００２９】
図１〜図６を参照して可変動弁機構を備える内燃機関について説明する。図１は本実施例に係る吸気弁の作動特性のばらつきを検出可能な可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の概略構成を示す説明図である。図２は本実施例に係る可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の概略構成を一部断面視にて示す説明図である。図３は本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第１の構成例および作動例を示す説明図である。図４は本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第１の構成例を平面視にて示す説明図である。図５は本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第２の構成例および作動例を示す説明図である。図６は本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第２の構成例を平面視にて示す説明図である。
【００３０】
本実施例に用いられる内燃機関は、筒内に直接燃料が噴射される筒内噴射式内燃機関１０であり、シリンダブロック１１内に４つのシリンダ１２を備える４気筒エンジンであり、爆発燃焼によりシリンダ１２を往復動するピストン１３を介して駆動力を出力する。シリンダヘッド１４は、各シリンダ１２毎に吸気ポート１５および排気ポート１６を有している。各吸気ポート１５には、吸気側カムＩＣによって駆動されて吸気ポート１５を開閉する吸気バルブ１５１が配置されており、各排気ポート１６には、排気側カムＥＣによって駆動されて排気ポート１６を開閉する排気バルブ１６１が配置されている。
【００３１】
本実施例に用いられる内燃機関１０には、吸気バルブ１５１の作動特性を変更可能な可変動弁機構２０が備えられている。可変動弁機構２０によって変更される吸気バルブ１５１の作動特性には、例えば、バルブの作用角の変更、バルブのリフト量の変更、バルブの開閉タイミングの変更（クランクシャフトに対するカムシャフトの位相の変更）が含まれる。
【００３２】
吸気バルブ１５１の作用角およびリフト量を変更するための可変動弁機構２０の構成例としては、例えば、図３および図４に示す構成がある。この構成例では、吸気側カムシャフト２００に備えられているカム２０１は１つであり、カム２０１の動きは、仲介機構２０２を介して吸気バルブ１５１に伝達される。仲介機構２０２は、カム２０１が摺動接触する被駆動部２０２ａと吸気バルブ１５１のヘッド部に摺動接触する駆動部２０２ｂとを備えている。被駆動部２０２ａと駆動部２０２ｂとは、同一の支持軸２１５に隣接配置されており、被駆動部２０２ａと駆動部２０２ｂとがなす角度は、例えば、双方２０２ａ、２０２ｂの内部にねじ切られたヘリカルギヤ機構によって調整可能である。かかる構造を備えることによって、被駆動部２０２ａと駆動部２０２ｂとがなす角度を変更すれば、１つのカム２０１（カムプロフィール）を用いてバルブ作用角を変更することができる。
【００３３】
吸気バルブ１５１のリフト量（および作用角）を変更するための可変動弁機構２０の構成例としては、例えば、図５および図６に示す構成がある。この構成例では、カムシャフト２００には、低速用のカムプロフィールを有する低速用カム２１０と、高速用のカムプロフィールを有する（低速用カム２１０よりも大きな）高速用カム２１１とが備えられている。各カム２１０、２１１の動きは、仲介機構２１２、２１３を介して吸気バルブ１５１に伝達される。仲介機構２１２、２１３は、カム２１０、２１１が摺動接触する被駆動部２１２ａ、２１３ａと吸気バルブ１５１のヘッド部に摺動接触する駆動部２１４とを備えている。被駆動部２１２ａ、２１３ａと駆動部２１４とは、同一の支持軸２１５に隣接配置されている。低速用カム２１０を利用する場合には、被駆動部２１３ａは、支持軸２１５に対して回動自在な状態、すなわち、フリーな状態とされ、この結果、低速用カム２１０の動きのみが被駆動部２１２ａ、駆動部２１４を介して吸気バルブ１５１に伝達される。
【００３４】
一方、高速用カム２１１を利用する場合には、被駆動部２１３ａは、支持軸２１５に対して固定され、この結果、低速用カム２１０よりも大きな高速用カム２１１の動きが被駆動部２１３ａを介して支持軸２１５に伝達され、支持軸２１５の動きが駆動部２１４を介して吸気バルブ１５１に伝達される。かかる構造を備えることによって、低速時には低速用カム２１０の動きが被駆動部２１２ａを介して支持軸２１５に伝達され、高速時には高速用カム２１１の動きが被駆動部２１３ａを介して支持軸２１５に伝達され、各カム２１０、２１１のプロフィールにしたがって、バルブリフト量、バルブ作用角が変更される。
【００３５】
クランクシャフトに対するカムシャフトの位相の変更することにより、吸気バルブ１５１の位相（開閉タイミング）を変更するための可変動弁機構としては、カムシャフトを回動させてカムシャフトの位相をクランクシャフトの位相に対して進角または遅角させる機構が知られている。
【００３６】
可変動弁機構２０としては、この他にもモータ等のアクチュエータを用いて各バルブ単位にて作動特性を変更するもの、カムシャフトを用いることなく、例えば、バルブを電磁的に直接駆動することによってバルブを駆動し、作動特性を変更するものが含まれ得る。
【００３７】
各吸気ポート１５には、吸気管１７の分岐端が連結され、各排気ポート１６には、排気管（排気マニホールド）１８の分岐端が連結されている。吸気管１７の先端には吸入空気を濾過するためのエアクリーナ１７１が配置されている。吸気管１７の途中には、燃焼室への流入吸気量を制御する吸気制御バルブ１９が配置されている。吸気制御バルブ１９は、アクセルペダルとリンク機構を介して機械的に連結されておらず、アクセルペダルの踏み込み量に応じてアクチュエータ１９１によって駆動される電子制御式バルブである。
【００３８】
吸気制御バルブ１９とエアクリーナ１７１との間には、単位時間あたりの吸入空気量を検出するエアフロメータ５０が配置されている。エアフロメータ５０は、ホットワイヤタイプのエアフロメータであり、数十ミリ秒の応答性を有し、その出力信号値として直接吸入空気量を出力する。また、本実施例において用いられるエアフロメータ５０は、熱電極対を２組備えることにより、吸気管１７内の吸入空気の順流・逆流を検出することができる。吸気管１７における吸入空気の逆流は、例えば、作用角のばらつきまたはバルブ開閉タイミングのばらつきによって本来発生しないはずのバルブオーバラップが生じてシリンダ１２内のガスが吸気管１７へと吹き返されることによって生じる。ここで、「吸入空気の順流・逆流を検出することができる」とは、後述する図８に示されるようにエアフロメータ５０から出力される吸入空気量を示す波形から、順流と逆流とが区別できること、すなわち、順流と逆流とが異なるそれぞれ逆方向にピークを持つ波形として表されることを意味する。ちなみに、順流と逆流とが区別できない場合には、図８中点線にて示されるように順流と逆流とが同一方向にピークを持つ波形として表される。
【００３９】
シリンダヘッド１４の周縁部であって吸気ポート１５の近傍に燃料噴射弁ＩＪが配置されている。本実施例において用いられる燃料噴射弁ＩＪは、高圧燃料ポンプＦＰによって約８〜１３ＭＰａ程度まで昇圧された燃料を保有する燃料デリバリパイプＦＤから高圧燃料の供給を受け、内蔵されているアクチュエータ（図示しない）によって開弁される高圧式インジェクタである。
【００４０】
シリンダヘッド１４には、各シリンダ１２に対応する位置に点火プラグ３０が配置されている。各点火プラグ３０はイグナイタ３１を介してエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０によって点火時期が制御される。
【００４１】
ピストン１３の上面には、成層燃焼時に燃料噴射弁ＩＪから噴射された燃料を受けて混合気を形成するための窪み（キャビティ）１３１が形成されている。成層燃焼時には、一般的に、圧縮行程の後半に燃料噴射弁ＩＪから燃料が供給されるので、点火時期に間に合うように供給された燃料の混合気化（拡散）を促進する必要があると共に、点火プラグ３０の周りに可燃混合気を集中させる必要がある。そこで、ピストン１３の上面にキャビティ１３１を形成し、小燃焼室としての機能を持たせることによって、成層燃焼時におけるこれらの要求を満足させる。
【００４２】
第１の実施例に係る筒内噴射式内燃機関１０は、図１に示すＥＣＵ４０によって制御されている。ＥＣＵ４０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ５０、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ５１、車両速度を検出する車速センサ５２、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ５３といった内燃機関１０の運転状態を検出する各種センサが接続されている。ＥＣＵ４０には、燃料噴射弁ＩＪ、可変動弁機構２０を駆動するためのアクチュエータ（例えば、油圧コントローラ）、アクチュエータ１９１を介して吸気制御バルブ１９、イグナイタ３１を介して点火プラグ３０が接続されている。
【００４３】
次に、上記構成を備える内燃機関１０の一般的な動作について簡単に説明する。イグニッションキーがオン位置を介して始動位置に切り換えられると、エンジンＥＣＵ４０は、吸気制御バルブ１９を始動時ポジションに移行させ、始動時の混合比にて燃料噴射弁ＩＪを介してシリンダ内に燃料を噴射させると共に、イグナイタ３１を介して点火プラグ３０を点火させて爆発燃焼を開始させる。吸気制御バルブ１９の始動時ポジションは、ある程度の吸入空気の流動を許可する開度であり、全閉状態は取らない。エンジンＥＣＵ４０は、始動時には、可変動弁機構２０に対して無負荷時の作用角またはバルブリフト量を実現させる。
【００４４】
エンジンＥＣＵ４０は、クランクポジションセンサ５３等を介してエンジン１０の始動を検出すると、主としてアクセルポジションセンサ５１およびクランクポジションセンサ５３からの出力データに基づいて、燃料噴射弁ＩＪからの燃料噴射量ならびに噴射時期を決定し、燃料噴射弁ＩＪの開弁時間ならびに開弁時期を制御する。エンジンＥＣＵ４０は、各センサからの検出結果に基づいて、可変動弁機構２０を介して吸気バルブ１５１の作用角、リフト量等を制御して、運転領域に適した作動特性にて吸気バルブを作動させる。
【００４５】
次に図７〜図９を参照して、吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきを検出する処理について説明する。図７は吸気バルブの作動特性のばらつきを検出する際に実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図８は各シリンダに対応する吸気管１７における吸気脈動の一例を示す説明図である。図９は吸気脈動に基づいて吸気バルブの作動特性のばらつきを求めるために用いられるマップの一例を示すフローチャートである。
【００４６】
エンジンＥＣＵ４０は、エンジン１０の運転状態がアイドル運転状態（無負荷運転状態）となるまで待機する（ステップＳ１００：Ｎｏ）。エンジン１０がアイドル運転状態にあるか否かの判定は、例えば、アクセルポジションセンサ５１により検出されたアクセルペダル開度が全閉状態であること、クランクポジションセンサ５３により検出されたエンジン回転数がアイドル回転数にあること等に基づいて判定される。
【００４７】
アイドル運転状態の検出を待って、以降の処理を実行するのは、アイドル運転状態では、吸気慣性、バルブオーバラップによる各シリンダ間の相互作用が発生せず、より正確な吸気脈動を検出することができるからである。なお、アイドル運転状態に加えて、吸入空気に同様の挙動が期待される、車両走行中の無負荷運転状態において実行されても良い。
【００４８】
エンジンＥＣＵ４０は、エンジン１０の運転状態がアイドル運転状態にあると判断すると（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、１ｍｓｅｃ間隔にてエアフロメータ５０からの出力信号の読み取りを開始する（ステップＳ１１０）。なお、本実施例において用いられるエアフロメータ５０は、その出力信号として直接吸入空気量を出力するので、エアフロメータ信号の値＝吸入空気量となる。エンジンＥＣＵ４０は、読み取ったエアフロメータ信号値を用いて各シリンダにおける吸入空気量を求め、全シリンダの平均吸入空気量Ｇａａｖｅを算出する（ステップＳ１２０）。このとき求める平均吸入空気量Ｇａａｖｅは、吸気脈動ΔＧａｉを無次元化するために用いられる値であるため、高い精度は要求されない。したがって、各シリンダについて１ｍｓｅｃ毎に読み取られるエアフロメータ信号値（吸入空気量）を所定のサンプリング数積算した後、サンプリング数で除する等の手法により求められる必要はなく、例えば、各シリンダにおいて所定のクランク角（例えば、吸入行程における上死点後の所定のクランク角度）に対応する１ｍｓｅｃ毎に読みとられた吸入空気量Ｇａを用いて、以下の式から平均吸入空気量Ｇａａｖｅを算出すればよい。ここで、ｉ＝１，２，３，４（各シリンダ）、ｎ＝シリンダ数である。
【００４９】
【数１】

【００５０】
エンジンＥＣＵ４０は、読み取ったエアフロメータ信号値に基づいて、各シリンダにおける吸気脈動ΔＧａｉを算出する（ステップＳ１３０）。ここで用いられる吸気脈動ΔＧａｉは、図８に示す吸入空気量の変動幅（最大吸入空気量Ｇａｍａｘ−最小吸入空気量Ｇａｍｉｎ）に相当する。本実施例にて用いられるエアフロメータは、図８に示すように吸入空気の逆流を負値として検出可能であるため、正確な吸気脈動ΔＧａｉを算出することができる。
【００５１】
エンジンＥＣＵ４０は、先に求めた平均吸入空気量Ｇａａｖｅを用いて以下の式から各シリンダ１２について吸気脈動率Ｐｉを算出する（ステップＳ１４０）。
【００５２】
【数２】

【００５３】
エンジンＥＣＵ４０は、算出した各シリンダ１２の吸気脈動率Ｐｉを用いて、以下の式から全シリンダ１２の平均吸気脈動率Ｐａｖｅを算出する（ステップＳ１５０）。
【００５４】
【数３】

【００５５】
続いて、エンジンＥＣＵ４０は、平均吸気脈動率Ｐａｖｅおよび各シリンダ１２の吸気脈動率Ｐｉを用いて、以下の式から各シリンダ１２における吸気脈動のばらつきΔＰｉを算出する（ステップＳ１６０）。
【００５６】
【数４】

【００５７】
最後に、エンジンＥＣＵ４０は、図９に示すマップを用いて各吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきΔＶを算出して（ステップＳ１７０）、本処理ルーチンを終了する。図９に示すマップは、吸気脈動のばらつきΔＰｉと吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきΔＶとの関係を予め経験的に求めた結果を示しており、吸気脈動のばらつきΔＰｉから吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきΔＶを経験的に取得することができる。ここで、吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきΔＶは、バルブ作用角のばらつき、バルブリフト量のばらつき、バルブ開閉タイミングのばらつきを意味する。
【００５８】
図１０および図１１を参照してバルブ作用角のばらつき、バルブリフト量のばらつき、バルブ開閉タイミングのばらつきの例を示す。図１０において特性線Ｌ１は全吸気バルブの平均作動特性（作用角およびバルブリフト特性）を示し、特性線Ｌ２は作用角がばらついている吸気バルブの作動特性を示し、特性線Ｌ３はリフト量がばらついている吸気バルブの作動特性を示す。この他にも、バルブの作用角およびリフト量の双方がばらつく場合もある。図１１において特性線Ｌ１は全吸気バルブの平均作動特性（バルブ開閉タイミング特性）を示し、特性線Ｌ４はバルブタイミングがばらついている吸気バルブの作動特性を示す。
【００５９】
本実施例によれば、これら吸気バルブの作動特性のばらつきを検出することができる。なお、図１０および図１１では理解を容易にするため、バルブ作用角、リフト量、位相差のずれ量を用いて説明したが、また、本実施例において最終的に得られる各ばらつきは、例えば、各吸気バルブ１５１のバルブ作用角の平均値からのずれの比率を示すに過ぎず、作用角そのもののずれ量を示すものではない。
【００６０】
以上の手順にて検出された各吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきΔＶは、例えば、作動特性のばらつきΔＶと空燃比補正量との関係を予め対応付けておき、各吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきに起因する各シリンダ１２における空燃比のばらつきを補正して、シリンダ１２間における出力トルク差を解消するパラメータとして用いられ得る。さらに、作動特性のばらつきΔＶと点火時期との関係を予め対応付けておき、シリンダ１２間において同一の出力トルクを得ることができるタイミングにて点火プラグ３０の点火制御を行っても良い。
【００６１】
また、作動特性のばらつきΔＶが所定の値よりも大きな場合には、運転席計器板上における表示灯を介して点検整備を促したり、あるいは、表示ディスプレイを介して点検整備を促すメッセージを報知しても良い。
【００６２】
さらに、可変動弁機構２０が、各吸気バルブ１５１毎にバルブ作用角、バルブリフト量を調整可能な構成を備える場合には、作動特性のばらつきΔＶに応じて各吸気バルブ１５１の作動特性を調整し、各シリンダ１２間における吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきを解消または低減しても良い。
【００６３】
以上説明したように、本実施例に係る吸気弁の作動特性のばらつきを検出可能な可変動弁機構を備えた内燃機関１０によれば、吸気脈動率をパラメータとして各シリンダ１２間における吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきを検出することができる。吸気脈動率をパラメータとして用いることにより、各シリンダ１２における共通の所定のタイミングにおける吸入空気量、すなわち、エアフロメータ５０の出力値を用いれば各シリンダ１２間における吸気バルブ１５１の作動特性の相対的なばらつきを検出することができる。したがって、各シリンダにおける吸入空気量を正確に求めることが必要な吸入空気量をパラメータとしてバルブの作動特性の絶対的なばらつきを検出する場合と比較して、演算負荷を軽減することができると共に、容易に各シリンダ間における吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきを検出することができる。
【００６４】
また、吸気脈動率をパラメータとして用いることにより、シリンダ１２内の燃焼状態の影響を受けることなく可変動弁機構２０により作動特性が変更され得る吸気バルブ１５１における作動特性のばらつきを正しく検出することができる。
【００６５】
さらに、吸気脈動の絶対的な大きさは、基本的に内燃機関の種類等によって変化するパラメータであるが、相対量を示す吸気脈動率として取り扱うことにより一般解化できることがある。したがって、本実施例によれば、内燃機関の種類が変わっても、改めて判定値を取得するための試験を行うことなく、同一の判定値を用いるて適合工数を削減することができる場合がある。
【００６６】
・その他の実施例：
上記実施例では、吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきを車両可動中に車載のエンジンＥＣＵ４０を用いて検出する例について説明したが、この他にもエンジン組み立て完了時の一検査態様として、あるいは、車両の点検整備の一態様として車載のエンジンＥＣＵ４０または外部の検査装置を用いて吸気バルブ１５１の作動特性のばらつきを検出しても良い。かかる場合には、可変動弁機構２０自体に各シリンダ単位における吸気バルブ１５１の作動特性を調整する機能が備わっていない場合であっても、シムによる調整によってシリンダ単位における吸気バルブ１５１の作動特性を調整して、各吸気バルブ間に作動特性のばらつきのない車両の出荷、あるいは、各吸気バルブ間に作動特性のばらつきを解消または低減した整備車両の引渡しを実現することができる。
【００６７】
以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る吸気弁の作動特性のばらつきを検出可能な可変動弁機構を備える内燃機関および可変動弁機構により作動特性が変更可能な吸気弁の作動特性のばらつき検出方法について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【００６８】
上記実施例では、エンジン１０は吸気制御バルブ１９を備えているが、吸気制御バルブ１９は備えられなくても良い。吸気制御バルブ１９有しない場合には、いわゆるポンピングロスを低減することが可能となり、エンジンの出力効率を向上させることができる。
【００６９】
また、上記実施例では、シリンダ１２内に燃料が直接噴射される筒内噴射エンジンを用いて説明したが、本発明は、この他にも、吸気ポートへ燃料が噴射されるポート噴射エンジンに対しても適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る吸気弁の作動特性のばらつきを検出可能な可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の概略構成を示す説明図である。
【図２】本実施例に係る可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の概略構成を一部断面視にて示す説明図である。
【図３】本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第１の構成例および作動例を示す説明図である。
【図４】本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第１の構成例を平面視にて示す説明図である。
【図５】本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第２の構成例および作動例を示す説明図である。
【図６】本実施例において用いられ得る可変動弁機構の第２の構成例を平面視にて示す説明図である。
【図７】吸気バルブの作動特性のばらつきを検出する際に実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】各シリンダに対応する吸気脈動の一例を示す説明図である。
【図９】吸気脈動に基づいて吸気バルブの作動特性のばらつきを求めるために用いられるマップの一例を示す説明図である。
【図１０】可変動弁機構によって作動特性が変更され得る吸気バルブの作用角のばらつき、バルブリフト量のばらつきを例示する説明図である。
【図１１】可変動弁機構によって作動特性が変更され得る吸気バルブのバルブ開閉タイミングのばらつきを例示する説明図である。
【符号の説明】
１０…筒内噴射式内燃機関
１１…シリンダブロック
１２…シリンダ
１３…ピストン
１３１…キャビティ
１４…シリンダヘッド
１５…吸気ポート
１５１…吸気バルブ
１６…排気ポート
１６１…排気バルブ
１７…吸気管
１７１…エアクリーナ
１８…排気管
１９…吸気制御バルブ
１９１…　アクチュエータ
２０…可変動弁機構
２００…吸気側カムシャフト
２０１…カム
２０２…仲介機構
２０２ａ…被駆動部
２０２ｂ…駆動部
２０５…支持軸
２１０…低速用カム
２１１…高速用カム
２１２、２１３…仲介機構
２１２ａ、２１３ａ…被駆動部
２１４…駆動部
２１５…支持軸
３０…点火プラグ
３１…イグナイタ
４０…エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
５０…エアフロメータ
５１…アクセルポジションセンサ
５２…車速センサ
５３…クランクポジションセンサ
ＩＪ…燃料噴射弁（インジェクタ）
ＦＤ…燃料デリバリパイプ
ＦＰ…高圧燃料ポンプ

Claims

複数の気筒を備える内燃機関であって、
前記各気筒に備えられた吸気弁と、
前記各吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構と、
前記各気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、
前記取得された吸気脈動量に基づいて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備える内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、
前記可変動弁機構によって変更可能な作動特性は、吸気弁の作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つであり、
前記吸気弁の作動特性のばらつきは、前記作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つのばらつきである内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、
前記吸気脈動量取得手段は、前記内燃機関がアイドル運転状態または定常運転状態にある場合に、前記吸気脈動量を取得する内燃機関。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関はさらに、前記検出された吸気弁の作動特性のばらつきに応じて、前記内燃機関の出力制御パラメータを調整する出力制御パラメータ調整手段を備える内燃機関。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関はさらに、前記検出された吸気弁の作動特性のばらつきの度合いが所定の度合いよりも大きな場合には、前記吸気弁の作動に異常が発生していることを報知する報知手段を備える内燃機関。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関において、前記吸気脈動量取得手段は、吸入空気の順流および逆流の双方を判別可能に検出するエアフロメータである内燃機関。
複数の気筒を備える内燃機関であって、
前記各気筒に備えられた吸気弁と、
前記各吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構と、
前記各気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、
前記複数の気筒の平均吸入空気量を取得する平均吸入空気量取得手段と、
前記各気筒の吸気脈動量について前記平均吸入空気量に対する比率である脈動率を算出する比率算出手段と、
各気筒について算出された前記脈動率の平均値を算出し、その算出された脈動率の平均値に対する前記各気筒の脈動率の偏差を求める脈動率偏差算出手段と、前記各気筒における脈動率偏差を用いて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備える内燃機関。
吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において各気筒における吸気弁の作動特性のばらつきを検出する検出装置であって、
前記各気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、
前記取得された吸気脈動量に基づいて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備える検出装置。
請求項８に記載の検出装置において、
前記ばらつき算出手段は、
前記複数の気筒の平均吸入空気量を取得する平均吸入空気量取得手段と、
前記各気筒の吸気脈動量について前記平均吸入空気量に対する比率である脈動率を算出する比率算出手段と、
各気筒について算出された前記脈動率の平均値を算出し、その算出された脈動率の平均値に対する前記各気筒の脈動率の偏差を求める脈動率偏差算出手段とを備え、前記各気筒における脈動率偏差を用いて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求める検出装置。
請求項８または請求項９に記載の検出装置において、
前記可変動弁機構によって変更可能な作動特性は、吸気弁の作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つであり、
前記吸気弁の作動特性のばらつきは、前記作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つのばらつきである検出装置。
請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の検出装置において、
前記吸気脈動量取得手段は、吸入空気の順流および逆流の双方を判別可能に検出するエアフロメータである検出装置。
吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において各気筒における吸気弁の作動特性のばらつきを検出する方法であって、
前記各気筒の吸気脈動量を取得し、
前記取得した吸気脈動量に基づいて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを検出する方法。
請求項１２に記載の検出方法において、
前記吸気脈動量に基づく前記吸気弁の作動特性のばらつきの検出は、
前記複数の気筒の平均吸入空気量を取得し、
前記各気筒の吸気脈動量について前記平均吸入空気量に対する比率である脈動率を算出し、
各気筒について算出された前記脈動率の平均値を算出し、その算出された脈動率の平均値に対する前記各気筒の脈動率の偏差を求め、前記各気筒における脈動率偏差を用いて前記各気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めることにより実行される検出方法。
請求項１２または請求項１３に記載の検出方法において、
前記可変動弁機構によって変更可能な作動特性は、吸気弁の作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つであり、
前記吸気弁の作動特性のばらつきは、前記作用角、リフト量および開閉タイミングの少なくともいずれか一つのばらつきである検出方法。
請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の検出方法において、
前記吸気脈動量は、吸入空気の順流および逆流の双方を判別可能に検出するエアフロメータによって取得される検出方法。
複数の気筒を備える内燃機関であって、
前記複数の気筒にそれぞれ備えられた吸気弁の内、少なくとも二つの気筒における前記吸気弁の作動特性を変更可能な可変動弁機構と、
前記可変動弁機構により作動特性が変更される前記気筒の吸気脈動量を取得する吸気脈動量取得手段と、
前記取得された吸気脈動量に基づいて前記変動弁機構により作動特性が変更される前記気筒における前記吸気弁の作動特性のばらつきを求めるばらつき算出手段とを備える内燃機関。