JP2005083302A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒毎の吸入空気量を一定に保ち且つ筒内流動のばらつきを抑制して、安定した燃焼を実現した内燃機関制御装置を得る。
【解決手段】気筒毎に設けられた電磁駆動式の吸気弁３、４と、気筒毎の筒内流動を検出する筒内流動検出手段と、検出した気筒毎の筒内流動に基づいて気筒毎の補正筒内流動を算出する補正筒内流動算出手段と、算出された気筒別補正筒内流動に基づいて吸気弁の開弁動作を気筒毎に変更する開弁動作変更手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、気筒毎に電磁駆動式の吸気弁を備えた多気筒内燃機関の制御装置に関し、特に、各吸気弁の動作を制御することにより、各気筒間の筒内流動のばらつきを低減させた内燃機関制御装置に関するものである。

従来より、電磁駆動式の吸気弁を備えた内燃機関制御装置としては、開弁タイミングや弁リフト量を変化させることにより、燃焼室内の流動（スワール流またはタンブル流）を制御して、超希薄燃焼を実現したシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
なお、以下の説明において、開弁タイミングとは、閉じていた弁が開くタイミングを意味し、閉弁タイミングとは、開いていた弁が閉じるタイミングを意味する。

このようなシステムにおいては、運転者の指示した出力を得るために、基本となる目標空燃比を内燃機関の運転状態（回転数およびスロットル開度など）から算出し、目標空燃比に基づいて、要求空気量算出手段により燃焼室に吸入すべき空気量を算出するとともに、累積スワール数算出手段により筒内流動を算出し、これらの算出結果（要求量）から吸排気弁の開弁タイミングおよび開弁時間を算出し、吸排気弁を駆動している。

特開２０００−７３８００号公報

従来の内燃機関制御装置では、運転状態に応じて算出した要求空気量を得るために、吸排気弁の開弁タイミングや開弁時間を制御しているので、排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」という）などによる吸気弁の汚損や、吸気管の形状的な要因による気筒毎の筒内流動のばらつきを抑制することができず、高精度の燃料噴射制御を実現することができないことから、燃焼が不安定になるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電磁式吸気弁を備えた内燃機関において、吸入空気量の変化をなくすとともに、気筒毎の吸入空気量を一定に保持して気筒毎の筒内流動のばらつきを抑制することにより、安定した燃焼を実現した内燃機関制御装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関制御装置は、気筒毎に電磁駆動式の吸気弁を備えた内燃機関の制御装置であって、気筒毎の筒内流動を検出する筒内流動検出手段と、筒内流動に基づいて気筒毎の補正筒内流動を算出する補正筒内流動算出手段と、内燃機関の吸入空気量を一定に保持するとともに、補正筒内流動に基づいて吸気弁の開弁動作を気筒毎に変更する開弁動作変更手段とを備えたものである。

この発明によれば、気筒毎に算出された筒内流動から、ばらつき補正用の補正筒内流動を気筒別に算出し、補正筒内流動に応じて電磁駆動式の吸気弁の開弁動作を変更することにより、気筒毎の筒内流動のばらつきを抑制するとともに吸入空気量の変化をなくし、安定した燃焼を実現することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置の全体構成を示すブロック図である。
ここでは、便宜的に、単一の気筒のみを示しているが、実際には同構成の複数の気筒を有する多気筒内燃機関を対象としている。

図１において、多気筒を有する内燃機関は、燃焼室１内を上下方向に揺動するピストン２と、電磁駆動式の第１および第２の吸気弁３、４と、電磁駆動式の排気弁５と、各吸気弁３、４を介して燃焼室１に連通された吸気管６と、排気弁５を介して燃焼室１に連通された排気管７とにより構成されている。以下、電磁駆動式の各吸排気弁３〜５を、単に、第１および第２の吸気弁３、４、排気弁５と記す。

第１の吸気弁３は、対応気筒の排気行程の終了間際から圧縮行程の開始直後まで開弁し、第２の吸気弁４は、吸気行程および圧縮行程の一部で開弁する。
第１および第２の吸気弁３、４は、開弁動作が変更されることにより、筒内流動の強さを制御し、気筒毎の筒内流動のばらつきを抑制するようになっている。

第１および第２の吸気弁３、４は、ピストン２の上下動に合わせて開閉駆動し、燃焼室１と吸気管６とを選択的に連通させて、燃焼室１内に吸入される空気量を制御する。
同様に、排気弁５は、ピストン２の上下動に合わせて開閉駆動し、燃焼室１と排気管７とを連通させて、燃料室１内の燃焼ガスを排出させる。
なお、燃焼室１の吸気ポートにおいて、２つの吸気弁３、４が１つの吸気管６内に設けられたように簡略化して図示しているが、実際には、各吸気弁３、４の入口付近で２つのポートに分かれている。

吸気管６内には、吸入空気量を制御するスロットル弁８と、スロットル弁８の開度を検出するスロットル開度センサ９とが配置されている。
また、内燃機関の運転状態（回転数など）を検出するための各種センサとして、クランク軸１４の回転角を検出するクランク角センサ１０と、燃焼室１内の圧力を検出する筒内圧センサ１１と、図示されない他のセンサ（水温センサなど）とが設けられている。
また、内燃機関の各種アクチュエータとして、各吸気弁３、４および排気弁５に加えて、燃焼室１内の混合気に点火するための点火プラグ１２と、吸気管６内に燃料を噴射するインジェクタ１３と、点火プラグ１２に点火するためのエネルギーを供給する点火コイル１５と、図示されない他のアクチュエータ（ＥＧＲバルブなど）とが設けられている。

さらに、上記の内燃機関を制御するために、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成された制御装置１６が設けられている。
制御装置１６は、内燃機関の運転状態を判定する運転状態判定手段１６１と、運転状態に基づいて要求筒内流動を算出する要求筒内流動算出手段１６２と、要求筒内流動に基づいて第１の吸気弁３の開閉タイミングを設定する第１吸気弁開閉時期設定手段１６３と、気筒別の筒内流動を算出する筒内流動算出手段１６４と、気筒別の筒内流動および要求筒内流動に基づいて気筒別の補正筒内流動を算出する補正筒内流動算出手段１６５と、気筒別の補正筒内流動に基づいて第２の吸気弁４の開閉タイミングを設定する第２吸気弁開閉時期設定手段１６６とを備えている。

制御装置１６は、各種センサからの検出信号に基づいて、各種アクチュエータに対する駆動信号を生成する。
すなわち、制御装置１６内の運転状態判定手段１６１は、スロットル開度センサ９により検出されたスロットル開度やクランク角センサ１０により検出された内燃機関回転数などの各種センサ信号に基づいて、内燃機関の運転状態を判定する。
また、制御装置１６内の筒内流動算出手段１６４は、筒内圧センサ１１により検出された筒内圧と、点火コイル１５に与えられる点火信号とに基づいて、気筒別の筒内流動を算出する。

さらに、制御装置１６内の第１吸気弁開閉時期設定手段１６３および第２吸気弁開閉時期設定手段１６６は、各算出手段１６２、１６４、１６５と関連して、第１および第２の吸気弁３、４の開弁動作を変更するための開弁動作変更手段を構成している。
開弁動作変更手段は、算出された気筒別の補正筒内流動が所定値以上の場合に開弁動作を変更し、気筒毎の筒内流動のばらつきを所定範囲内に抑制するようになっている。

各吸気弁３、４および排気弁５は、一般的に知られた同一構成の吸排気弁であり、具体的な動作については説明を省略する。
図２は各吸排気弁３〜５の構成を示す断面図である。
図２において、各吸排気弁３〜５は、開弁駆動用の電磁コイル２１と、開閉付勢用の圧縮バネ２２と、圧縮バネ２２により開閉方向に付勢された可動鉄片２３と、閉弁駆動用の電磁コイル２４と、各電磁コイル２１、２４により可動鉄片２３と一体に開閉駆動される弁体２５とにより構成されている。

図３はこの発明の実施の形態１による筒内流動制御動作を示す説明図であり、第１および第２の吸気弁３、４の動作による筒内流動制御のメカニズムを示している。
図３においては、第１の吸気弁３から吸入される空気量をｍ_１、筒内中心から吸気弁３の中心までの距離をｒ_１、吸気弁３からの流入空気の角速度をω_１、第２の吸気弁４の空気量をｍ_２、筒内中心から吸気弁４の中心までの距離をｒ_２、吸気弁４からの流入空気の角速度をω_２として、各吸入空気の運動量ｍ_１ｒ_１ω_１、ｍ_１ｒ_１ω_１と筒内の空気流動との関係が矢印により示されている。

また、図４はこの発明の実施の形態１による各吸排気弁３〜５の動作と筒内流動との関係を説明するためのタイミングチャートであり、４サイクル内燃機関の各行程（膨張、排気、吸気、圧縮）を時間（横軸）に対応付けて示している。
図４において、（ａ）は各閉弁タイミング４４〜４６に応じた第１の吸気弁３のリフト量変化、（ｂ）は各閉弁タイミング４１〜４３に応じた第２の吸気弁４のリフト量変化、（ｃ）は一定駆動される排気弁５のリフト量変化、（ｄ）は各吸気弁３、４の閉弁タイミング４１〜４３および４４〜４６にそれぞれ対応した筒内流動の変動波形４７〜４９を示している。

図３および図４において、たとえば、第１および第２の吸気弁３、４が、図４（ａ）、（ｂ）内の各閉弁タイミング４４、４１（実線参照）のように動作すると、筒内流動は、図３内の実線矢印のように、第１の吸気弁３から先行して吸入される空気の運動量ｍ_１ｒ_１ω_１と、この運動量ｍ_１ｒ_１ω_１を打ち消すように第２の吸気弁４から吸入される空気の運動量ｍ_２ｒ_２ω_２との差（＝ｍ_１ｒ_１ω_１−ｍ_２ｒ_２ω_２）により与えられる。

また、図４（ｂ）内の一点鎖線４２のように、第２の吸気弁４の閉弁タイミングを早めて開弁期間を短くした場合には、第２の吸気弁４から吸入される空気の運動量ｍ_２ｒ_２ｗ_２は減少し、図４（ｄ）内の一点鎖線４８のように筒内流動は増加する。
逆に、図４（ｂ）内の二点鎖線４３のように、第２の吸気弁４の閉弁タイミングを遅らせて開弁時間を長くした場合には、第２の吸気弁４から吸入される空気の運動量ｍ_２ｒ_２ｗ_２は増加し、図４（ｄ）内の二点鎖線４９のように筒内流動は減少する。

次に、図４（ａ）〜（ｄ）に示した各吸排気弁３〜５の動作および筒内流動について、説明する。
図４（ｃ）において、排気弁５は、一般的な非電磁駆動式の排気弁の動作と同様に、対応気筒の「膨張（爆発）行程の終了間際」から「吸気行程の開始直後」まで開弁（弁リフト量が１００％に設定）される。

図４（ｂ）において、第２の吸気弁４は、対応気筒の「吸気行程中」および「圧縮行程」にある期間だけ開弁される。
図４（ｂ）においては、第２の吸気弁４の開弁期間を可変設定するために、開弁タイミングを固定しつつ、閉弁タイミングを、実線４１から、一点鎖線４２のように早めた場合と、二点鎖線４３のように遅らせた場合とが示されている。

図４（ａ）において、第１の吸気弁３は、対応気筒の「排気行程の終了間際」から「圧縮行程の開始直後」まで開弁される。
第１の吸気弁３の開弁期間は、各吸気弁３、４から吸入される各空気量の和を一定にするために可変設定される。
すなわち、第１の吸気弁３の開弁タイミングは固定され、第１の吸気弁３の閉弁タイミングは、一点鎖線４５および二点鎖線４６のように、第２の吸気弁４の閉弁タイミング（一点鎖線４２、二点鎖線４３）の変化を相殺する方向に制御する。

たとえば、図４（ｂ）内の一点鎖線４２のように、第２の吸気弁４の閉弁タイミングを早めた場合には、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が減少するので、図４（ａ）内の一点鎖線４５のように、第１の吸気弁３の閉弁タイミングを遅らせて、第１の吸気弁３を介した吸入空気量を増加させる。

逆に、図４（ｂ）内の二点鎖線４３のように、第２の吸気弁４の閉弁タイミングを遅らせた場合には、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が増加するので、図４（ａ）内の二点鎖線４６のように、第１の吸気弁３の閉弁タイミングを早めて、第１の吸気弁３を介した吸入空気量を減少させる。
上記吸入空気量の制御については、図６および図７のタイミングチャートを参照しながら、追って詳細に説明する。

図４（ｄ）は各吸気弁３、４および排気弁５が上記のように動作した場合の筒内流動の変化を示している。
図４（ｄ）において、筒内流動は、各吸気弁３、４が閉弁タイミング４１、４４（実線参照）で動作した場合には実線４７のように変化する。
また、筒内流動を強くすることを目的として、第２の吸気弁４の閉弁タイミングを一点鎖線４２のように早めて、第２の吸気弁４を介した吸入空気量を減少させると、第１の吸気弁３からの空気流動に対する抑制効果が小さくなるので、筒内流動は、一点鎖線４８のように増加する。

逆に、筒内流動を弱くすることを目的として、第２の吸気弁４の閉弁タイミングを二点鎖線４３のように遅らせて、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が増加させると、第１の吸気弁３からの空気流動に対する抑制効果が大きくなるので、筒内流動は、二点鎖線４９のように減少する。

このように、筒内流動を補正するために第２の吸気弁４の閉弁タイミング４１〜４３を変化させた場合、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が変化するので、この吸入空気量変化を相殺して吸入空気量を一定とするために、以下のように、吸入空気量の補正処理が行われる。

以下、図５〜図８の説明図を参照しながら、ピストン２の行程容積を基準として、吸入空気量を補正するための処理手順について説明する。
図５はこの発明の実施の形態１によるピストン２の速度算出処理を示す説明図であり、クランク軸１４のコネクティングロードとピストン２との関係とともに、クランク軸１４により駆動される連接棒（ピストン２）の動作に関連したパラメータｒ、ω、θ、Ｌの相互関係を示している。

図５において、ｒはクランク軸１４の半径、ωはクランク軸１４の角速度、θはクランク角、Ｌはクランク軸１４により駆動される連接棒の長さである。
まず、各吸気弁３、４のピストン２の速度ｕを、以下の式（１）から求める。

ｕ＝ｒω［ｓｉｎθ＋ｓｉｎ２θ／２λ］ ・・・（１）

ただし、式（１）において、λはクランク軸１４の半径ｒと連接棒の長さＬとの比（＝ｒ／Ｌ）である。
次に、式（１）から得られる各吸気弁３、４のピストン２の速度ｕを、開弁期間（各時刻区間ｔ_１〜ｔ_２、ｔ_３〜ｔ_４）について積分することにより、以下の式（２）、（３）のように、吸入空気量Ｍ１、Ｍ２を算出する。

ただし、式（２）、（３）において、各吸気弁３、４の流量係数Ｃ_１、Ｃ_２は、第２の吸気弁４の開閉による流量補正用の係数をも含むものとする。

図６および図７は吸入空気量の補正処理を示す説明図であり、図６は第１の吸気弁３の開弁時間に対する吸入空気量、図７は第２の吸気弁４の開弁時間に対する吸入空気量をそれぞれ示している。
図６、図７において、第１の吸気弁３が時刻ｔ_１〜時刻ｔ_２で示す開弁時間だけ動作し、第２の吸気弁４が時刻ｔ_３〜時刻ｔ_４で示す開弁時間だけ動作した場合、筒内全体の吸入空気量をＭ、第１の吸気弁３を介した吸入空気量をＭ_１、第２の吸気弁４を介した吸入空気量をＭ_２とすると、筒内全体の吸入空気量は、以下の式（４）で表される。

Ｍ＝Ｍ_１＋Ｍ_２となる。

ここで、筒内流動を減少させるために、図７のように、第２の吸気弁４の閉弁タイミングをｔ_４’まで遅らせて、第２の吸気弁４の開弁時間を時刻ｔ_３〜時刻ｔ_４’に設定した場合、開弁時間（時刻ｔ_４〜時刻ｔ_４’）の吸入空気量の変化量Ｍａは、前述の式（３）の関係から求められる。
このとき、筒内全体の吸入空気量Ｍを同一値に保持するために、第１の吸気弁３の吸入空気量の変化量Ｍｂが、Ｍａ＝Ｍｂを満たすように、第１の吸気弁３の吸入空気量を低減する。

上記条件にしたがい、前述の式（２）、（３）の関係から、補正後の第１の吸気弁３の開弁時間（時刻ｔ_１〜時刻ｔ_２’）および補正後の第２の吸気弁４の開弁時間（時刻ｔ_３〜時刻ｔ_４’）を算出する。
このように、第１および第２の吸気弁３、４の閉弁タイミングを変更することにより、筒内全体の吸入空気量Ｍを一定に保持しつつ、筒内流動を変更することができる。

図８は第２の吸気弁４の閉弁タイミングと筒内流動の変化量（補正筒内流動）との関係を示している。
図８において、補正筒内流動が「０」の状態は、図４内の各タイミング４４、４１で動作した場合の空気流動波形４７に対応しており、この状態から閉弁タイミングを早めると筒内流動が増加し、逆に閉弁タイミングを遅らせると筒内流動が減少する。この特性を用いて、気筒毎に第１および第２の吸気弁３、４の閉弁タイミングを制御することにより、気筒毎の筒内流動のばらつきを補正することができる。

次に、図９のフローチャートを参照しながら、制御装置１６内で実行される上記補正制御処理について、さらに詳細に説明する。
図９において、まず、筒内流動算出手段１６４は、筒内圧センサ１１を用いて気筒別の筒内圧を検出し（ステップＳ１）、検出された筒内圧に基づいて、気筒別の筒内流動を算出する（ステップＳ２）。

続いて、補正筒内流動算出手段１６５は、気筒別の筒内流動および要求筒内流動に基づいて、気筒別の補正筒内流動を算出する（ステップＳ３）。
なお、運転状態判定手段１６１は、スロットル開度センサ９から検出されたスロットル開度と、クランク角センサ１０から検出された内燃機関回転数とから運転状態を判定し、要求筒内流動算出手段１６２は、運転状態に基づく演算ルーチン（図示せず）により要求筒内流動を算出しており、要求筒内流動は補正筒内流動算出手段１６５に入力されている。

次に、第２吸気弁開閉時期設定手段１６６は、気筒別の補正筒内流動に基づいて、気筒毎の筒内流動の補正が必要か否かを判定する（ステップＳ４）。
ステップＳ４において、筒内流動の補正が必要である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、図８に示した関係に基づき、気筒別の補正筒内流動に対応して第２の吸気弁４の閉弁タイミングを補正する（ステップＳ５）。
続いて、第２の吸気弁４の閉弁タイミングを補正したことによる吸入空気量の変化を補正するために、気筒毎の補正吸入空気量を算出し（ステップＳ６）、前述（図６、図７参照）の吸入空気量の補正処理にしたがって第１の吸気弁３の閉弁タイミングを補正し（ステップＳ７）、ステップＳ８に進む。

一方、ステップＳ４において、筒内流動の補正が必要でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、上記ステップＳ５〜Ｓ７を実行せずに、直ちにステップＳ８に進む。
ステップＳ８において、第１吸気弁開閉時期設定手段１６３および第２吸気弁開閉時期設定手段１６６は、第１および第２の吸気弁３、４の閉弁タイミングに基づいて、第１および第２の吸気弁３、４の駆動信号を生成する。

なお、ステップＳ８で用いられる閉弁タイミングは、ステップＳ８がステップＳ４から直ちに実行された場合には「補正前の閉弁タイミング」であり、ステップＳ５〜Ｓ７を介して実行された場合には「補正後の閉弁タイミング」となる。
最後に、第１および第２の吸気弁３、４を駆動して（ステップＳ９）、図９の処理ルーチンの１回の実行を終了する。

ここで、図１０および図１１の説明図を参照しながら、図９内の筒内流動算出処理（ステップＳ２）について、図式的に説明する。
図１０は検出された筒内圧Ｐの挙動を示している。
図１０において、横軸はクランク角θ、縦軸は筒内圧Ｐであり、ｄＰ／ｄθは一定クランク角期間での筒内圧Ｐの上昇率である。
筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθは、図１１に示すように、燃焼速度および筒内流動に相関して増減する。なお、筒内流動は、燃焼速度に比例する。

以上のように、気筒毎に算出された筒内流動のばらつきを補正するために、気筒別の補正筒内流動を算出し、気筒別の補正筒内流動に応じて第１および第２の吸気弁３、４の閉弁タイミングを設定することにより、電磁式吸気弁を備えた内燃機関制御装置において、各種アクチュエータ（ＥＧＲバルブなど）に起因した気筒毎の筒内流動のばらつきを抑制するとともに、吸入空気量の変化を抑制して、安定した燃焼を実現することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、各吸気弁３、４の開弁動作を気筒毎に変更するための各吸気弁開閉時期設定手段１６３、１６６（開弁動作変更手段）により、各吸気弁３、４の閉弁タイミングを変更することによって第１および第２の吸気弁の開弁期間を変更して気筒毎の筒内流動を補正したが、第２の吸気弁４に関して、開弁期間を一定に保持したままで吸気行程中の開弁時期のみを変更して、同様に気筒毎の筒内流動を補正してもよい。
以下、各吸気弁３、４の開弁時期を変更するようにしたこの発明の実施の形態２について説明する。

なお、この発明の実施の形態２に係る内燃機関制御装置のシステム構成については、前述（図１参照）と同様なので、ここでは詳述を省略する。
図１２はこの発明の実施の形態２の動作を示すタイミングチャートであり、前述の図４に対応している。
この場合、第２の吸気弁４は、吸気行程中の一部で開弁するようになっている。

図１２（ａ）、（ｂ）においては、各吸気弁３、４の開弁時期１２４〜１２６、１２１〜１２３がそれぞれ示されており、図１２（ｄ）においては、筒内流動の波形１２７〜１２９が示されている。
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｄ）において、実線、一点鎖線、二点鎖線は、前述（図４）と同様に、各パラメータの変化状態に対応している。

図１２（ｃ）は排気弁５の一般的な動作を示しており、排気弁５は、前述と同様に、対応気筒の爆発行程の終了間際から吸気行程の開始直後まで開弁する。
図１２（ｂ）は第２の吸気弁４の動作を示しており、対応気筒の吸気行程中の或る時期における一定期間だけ開弁する（たとえば、実線の開弁時期１２１参照）。
また、図１２（ｂ）においては、開弁期間を一定に保持したまま、一点鎖線１２２のように開弁時期を遅らせた場合と、二点鎖線１２３のように開弁時期を早めた場合とが示されている。

ここで、第２の吸気弁４の開弁時期１２２、１２３について考慮すると、内燃機関のピストン２の変化量が吸入空気量に比例するものと見なせば、一点鎖線１２２のように、第２の吸気弁４の開弁時期を遅らせた場合には、吸気行程の終了付近（ピストン２の下降速度が遅い時期）で開弁することになるので、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が減少する。
逆に、二点鎖線１２３のように、第２の吸気弁４の開弁時期を早めた場合には、吸気行程の中央付近（ピストン２の下降速度が速い時期）で開弁することになるので、第２の吸気弁４を介した吸入空気量は増加する。

図１２（ａ）は第１の吸気弁３の動作を示しており、対応気筒の排気行程の終了間際から圧縮行程の開始直後まで開弁する（たとえば、実線の開閉時期１２４参照）。
図１２（ａ）において、第１および第２の吸気弁３、４を介した吸入空気量の和を一定に保持するために、第２の吸気弁４の開弁時期を遅らせた場合（一点鎖線１２２参照）には、上述のように第２の吸気弁４を介した吸入空気量が減少するので、第１の吸気弁３の閉弁タイミングを一点鎖線１２５まで遅らせて、第１の吸気弁３を介した吸入空気量を増加させる。

逆に、第２の吸気弁４の開弁時期を開弁時期を早めた場合（二点鎖線１２３参照）には、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が増加するので、第１の吸気弁３の閉弁タイミングを二点鎖線１２６まで早めて、第１の吸気弁３を介した吸入空気量を減少させる。
上記補正処理の詳細については、図１３および図１４を参照しながら後述する。

図１２（ｄ）は筒内流動の変化を示しており、各波形１２７〜１２９は、各吸気弁３、４および排気弁５が上記のように動作した場合に対応している。
たとえば、第１および第２の吸気弁３、４が実線１２１、１２４のように動作した場合、筒内流動は実線１２７のようになる。
筒内流動を強くするために、第２の吸気弁４の開弁時期を遅らせた（一点鎖線１２２）場合には、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が減少するので、一点鎖線１２８で示すように筒内流動は増加する。
逆に、筒内流動を弱くするために、第２の吸気弁４の開弁時期を早めた（二点鎖線１２３）の場合には、第２の吸気弁４を介した吸入空気量が増加するので、二点鎖線１２９で示すように筒内流動は減少する。

図１３および図１４は吸入空気量の補正処理示す説明図であり、前述の図６および図７に対応している。
この場合、各吸気弁３、４の吸入空気量Ｍ_１、Ｍ_２は、前述の式（１）から算出された各気筒のピストン速度ｕを、前述の式（２）、（３）のように開弁期間について積分することにより算出される。

図１３、図１４において、第１の吸気弁３が時刻ｔ_１〜時刻ｔ_２の開弁時間だけ動作し、第２の吸気弁４が時刻ｔ_３〜時刻ｔ_４の開弁時間だけ動作した場合、筒内全体の吸入空気量Ｍは、第１の吸気弁３を介した吸入空気量Ｍ_１と第２の吸気弁４を介した吸入空気量Ｍ_２との和となる。
図１４において、筒内流動を減少させるために、第２の吸気弁４の開弁時期を早めた（時刻ｔ_３’〜時刻ｔ_４’にシフトさせた）場合、この開弁時間（時刻ｔ_３’〜時刻ｔ_４’）の吸入空気量の変化量Ｍａを前述の式（３）の関係から求める。

このとき、筒内全体の吸入空気量Ｍを同一値に保持するために、第１の吸気弁３の吸入空気量の変化量Ｍｂが、Ｍａ＝Ｍｂを満たすように、第１の吸気弁３の吸入空気量を低減させる。
以下、第２の吸気弁４の吸入空気量変化量Ｍａと第１の吸気弁３の補正吸入空気量Ｍｂとに基づき、前述の式（２）、（３）の関係より、第１の吸気弁３の開弁時間（時刻ｔ_１〜時刻ｔ_２’）および第２の吸気弁４の開弁時間（時刻ｔ_３’〜時刻ｔ_４’）算出する。

このように、第１の吸気弁３の閉弁タイミングと、第２の吸気弁４の開弁時期とを変更することにより、吸入空気量を一定に保持しつつ、筒内流動を変更することができる。
図１５は第２の吸気弁４の開弁時期と筒内流動の変化量（補正筒内流動に相当）との関係を示す説明図であり、前述の図８に対応している。
図１５において、補正筒内流動の変化量が「０」の状態は、図１２内の各吸気弁３、４が開閉時期１２４、１２１で動作した場合の筒内流動波形１２７に対応しており、この状態から開弁時期を遅らせると筒内流動の変化量が増加し、逆に開弁時期を早めると筒内流動の変化量が減少する。
この特性を用いて、気筒毎に第１および第２の吸気弁３、４の開弁時期を制御することにより、気筒毎の筒内流動のばらつきを補正することができる。

この発明の実施の形態２による上記補正制御は、基本的には前述の実施の形態１の補正制御と同様である。
すなわち、前述（図９参照）のフローチャート内のステップＳ５においては、気筒別の補正筒内流動に対応して第２の吸気弁４の閉弁タイミングを補正しているのに対し、この場合は、前述のステップＳ５に代えて、図１５に示す気筒別の補正筒内流動の変化量に対応して、第２の吸気弁４の開弁時期を補正している点のみが異なる。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、気筒毎に算出された筒内流動のばらつきを補正するために、気筒別の補正筒内流動を算出し、補正筒内流動に応じて第１の吸気弁３の閉弁タイミングと、第２の吸気弁の開弁時期とを可変設定することにより、電磁式吸気弁を備えた内燃機関制御装置において、気筒毎の筒内流動のばらつきを抑制し且つ吸入空気量の変化をなくし、安定した燃焼を実現することができる。
なお、筒内流動は、前述と同様に、筒内圧Ｐに基づいて算出される。

実施の形態３.
なお、上記実施の形態１、２では、筒内圧Ｐに基づいて筒内流動を算出したが、イオン電流に基づいて筒内流動を算出してもよい。
以下、イオン電流に基づいて筒内流動を算出したこの発明の実施の形態３について説明する。

この発明の実施の形態３に係る内燃機関制御装置のシステム構成は、前述（図１参照）と同様であり、筒内流動算出手段１６４に関連した一部の機能が追加された点のみが前述と異なる。
この場合、筒内圧センサ１１に代えて、点火信号に応答してイオン電流を検出するイオン電流検出手段が設けられており、筒内流動算出手段１６４は、イオン電流に基づいて筒内流動を算出するようになっている。

図１６および図１７はこの発明の実施の形態３による動作を示す説明図であり、前述の図１０および図１１に対応している。
図１６において、横軸はクランク角θ、縦軸はイオン電流ｉ（検出値）であり、ｄｉ／ｄθは一定クランク角θ期間でのイオン電流ｉの上昇率である。
図１７に示すように、イオン電流ｉの上昇率ｄｉ／ｄθは、燃焼速度および筒内流動に相関する。

この発明の実施の形態３の動作特性などは、イオン電流ｉに基づいて筒内流動を算出する点を除けば、前述の実施の形態１と同様である。
以上のように、気筒毎に算出された筒内流動のばらつきを補正するために、気筒別の補正筒内流動を算出し、この補正筒内流動に応じて各吸気弁３、４の開弁動作を変更することにより、気筒毎の筒内流動のばらつきを抑制し且つ吸入空気量の変化をなくし、安定した燃焼を実現することができる。
さらに、吸入空気量Ｍを一定にするように、各吸気弁３、４の開弁動作に補正を加えることにより、高精度の燃料噴射制御が可能となり、より安定した燃焼を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に適用される各吸気弁および排気弁の内部構造を示す側断面図である。 この発明の実施の形態１における筒内流動を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１におけるピストン速度を求めるための各パラメータ関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による第１の吸気弁３の吸入空気量の補正処理を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による第２の吸気弁４の吸入空気量の補正処理を示す説明図である。 この発明の実施の形態１における筒内流動の動作特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による処理動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における筒内圧の変化を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による筒内圧変化率に基づく筒内流動の算出処理を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２による第１の吸気弁３の吸入空気量の補正処理を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による第２の吸気弁４の吸入空気量の補正処理を示す説明図である。 この発明の実施の形態２における筒内流動の変化量の動作特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態３におけるイオン電流の変化を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるイオン電流変化率に基づく筒内流動の算出処理を示す説明図である。

符号の説明

１ 燃焼室、２ ピストン、３ 第１の吸気弁、４ 第２の吸気弁、６ 吸気管、９ スロットル開度センサ、１０ クランク角センサ、１１ 筒内圧センサ、１２ 点火プラグ、１３ インジェクタ、１４ クランク軸、１５ 点火コイル。

Claims (8)

1. 気筒毎に電磁駆動式の吸気弁を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記気筒毎の筒内流動を検出する筒内流動検出手段と、
   前記筒内流動に基づいて前記気筒毎の補正筒内流動を算出する補正筒内流動算出手段と、
   前記内燃機関の吸入空気量を一定に保持するとともに、前記補正筒内流動に基づいて前記吸気弁の開弁動作を前記気筒毎に変更する開弁動作変更手段とを備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記開弁動作変更手段は、前記吸気弁の閉弁タイミングを変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記吸気弁は、対応気筒の排気行程の終了間際から圧縮行程の開始直後までの期間にわたって開弁する第１の吸気弁と、前記対応気筒の吸気行程および圧縮行程の一部で開弁する第２の吸気弁とを含み、
   前記開弁動作変更手段は、前記第２の吸気弁の閉弁タイミングを変更するとともに、前記第２の吸気弁の閉弁タイミングの変更にともなう前記吸入空気量の増減を相殺するように、前記第１の吸気弁の閉弁タイミングを変更することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記開弁動作変更手段は、前記吸気弁の開弁時期を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記吸気弁は、対応気筒の排気行程の終了間際から圧縮行程の開始直後までの期間にわたって開弁する第１の吸気弁と、前記対応気筒の吸気行程中の一部で開弁する第２の吸気弁とを含み、
   前記開弁動作変更手段は、前記第２の吸気弁の開弁時期を変更するとともに、前記第２の吸気弁の開弁時期の変更にともなう前記吸入空気量の増減を相殺するように、前記第１の吸気弁の閉弁タイミングを変更することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記筒内流動検出手段は、
   前記気筒毎の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   前記筒内圧に基づいて前記筒内流動を算出する筒内流動算出手段と
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記筒内流動検出手段は、
   前記気筒毎のイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
   前記イオン電流に基づいて前記筒内流動を算出する筒内流動算出手段と
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記開弁動作変更手段は、算出された気筒別の補正筒内流動が所定値以上を示す場合に前記吸気弁の開弁動作を変更し、前記気筒毎の筒内流動のばらつきを所定範囲内に抑制することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。

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