JP2007056782A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置、ならびに多気筒型内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁駆動弁からなる吸気弁１０を備える多気筒型内燃機関１の制御装置３０において、従来例のように気筒数と同数の吸入空気量検出手段を用いずに、また運転状態にかかわらず気筒＃１〜＃４毎の空燃比のばらつきを低減または防止する。
【解決手段】現吸入行程での内燃機関の回転数ＮＥおよび負荷ＫＬに基づき全気筒＃１〜＃４に対する基本燃料噴射時間Ｔ₀を算出し、前吸入行程にて取得した各吸気弁１０の実
質的な閉じ開始位置ＸＣＬｓから実質的な閉じ終了位置ＸＣＬｅまでの閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂと前記現吸入行程での回転数ＮＥおよび負荷ＫＬとをパラメータとして気筒＃１〜＃４毎の燃料補正係数ｋを算出し、基本燃料噴射時間Ｔ₀を気筒＃１〜＃４毎の燃料補正
係数ｋで補正することにより気筒＃１〜＃４毎の目標燃料噴射時間Ｔ₁を算出し、この算
出した気筒＃１〜＃４毎の目標燃料噴射時間Ｔ₁に従って各燃料噴射弁４を個別に制御す
る。
【選択図】図６

Description

本発明は、電磁駆動弁を有する内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。また、本発明は、気筒毎に少なくとも一つずつ設けられる電磁駆動弁からなる吸気弁と、気筒毎に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁とを有する多気筒型内燃機関の制御装置に係り、気筒間の空燃比のばらつきを抑制または防止する技術に関する。

従来から、内燃機関の吸気弁や排気弁として、電磁力と弾性力との協働によって開閉動作させる電磁駆動弁を用いたものがある。

この種の電磁駆動弁には、例えばバルブのステムにアーマチュアを固定し、このアーマチュアにおいてステムの軸方向両側にステムと同軸に電磁石を１つずつ設け、上下の電磁石を非駆動としたときに上下のスプリングによってアーマチュアを中立位置に配置し、上側電磁石にアーマチュアを吸着させることによって弁体を全閉位置に配置する一方で、下側電磁石にアーマチュアを吸着させることによって弁体を全開位置に配置するように構成したものがある（例えば特許文献１参照。）。

このような電磁駆動弁では、上下の電磁石に対する励磁電流の印加タイミングを制御することにより、任意のタイミングで吸気弁や排気弁を開閉させることが可能であり、例えば従来のようにクランクシャフトの回転力を利用して吸気弁や排気弁を開閉するカム式動弁機構に比べて、クランクシャフトの回転力損失が軽減される。

ところで、従来の多気筒型内燃機関において、例えば設備コストを低減するために、例えば気筒毎の吸気経路の上流集合部に吸入空気量を検出するエアフローメータを設置するとともに、気筒毎の排気経路の下流集合部に空燃比（空気と燃料との混合割合）を検出する空燃比センサを設置した構成とし、空燃比センサで検出する空燃比を目標空燃比とするように、エアフローメータで検出する吸入空気量に対し全気筒に対する燃料噴射時間（燃料噴射量）をフィードバック制御するようにしたものがある。

この場合、前記全気筒に対する燃料噴射時間を均等にしているので、内燃機関の回転数や負荷の変動等の運転状態に応じた空気分配の気筒間差によって気筒毎への吸入空気量にばらつきが発生するような状況では、気筒毎の空燃比がばらつくことになってしまい、燃費の低下や、エミッションの増大につながるだけでなく、排気系に配置される触媒コンバータの耐久性低下も懸念される。

このようなことから、多気筒型内燃機関の気筒毎の全吸気弁を電磁駆動弁とした場合において、例えば気筒毎の吸入空気量を均等とするように各吸気弁の開閉時期（バルブタイミング）を個別に制御することにより、気筒毎の空燃比ばらつきを抑制することが考えられている（例えば特許文献２参照。）。

この他、電磁駆動弁を吸気弁や排気弁として用いる内燃機関において、吸気弁や排気弁の目標開閉時期と実開閉時期とのズレに基づき、次サイクルでの燃料噴射量を調整しようとするものがある（例えば特許文献３参照。）。
特開平９−２１３０４号公報 特開平１０−３７７２７号公報 特開２００１−１５２８８９号公報

上記従来例では、次のような点において改良の余地がある。

つまり、上記特許文献２に記載の従来例は、そもそも吸気弁毎のバルブタイミングを個別に制御することによって気筒毎への吸入空気量を互いに等しくするように対処する技術であって、気筒毎の吸気経路個々に吸入空気量を検出するための吸入空気量検出手段を設ける必要があり、設備コストが嵩むことが懸念される。

また、上記特許文献３の従来例では、目標開閉時期と実開閉時期とのズレを検出する際に、実際に開き始める位置または実際に閉じ終わる位置を正確に検出できないので、前記ズレを正確に算出することができないと言える。

というのは、前記開き始める位置または閉じ終わる位置をリフトセンサの出力で判断するのであるが、開き始める位置について弁体が全閉位置から極僅かに離隔した位置とする一方で、閉じ終わる位置について弁体が全閉位置に限りなく近接した位置として、それらの位置をリフトセンサの出力で検出する必要があるため、リフトセンサの出力にノイズが混入すると、前記極微量のリフト位置とノイズとの判別がきわめて困難になる。このように前記開き始める位置または閉じ終わる位置の検出精度が低いために、前記ズレの正確性が低いと言わざるを得ない。したがって、このような正確性の低いズレに基づき次サイクルでの燃料噴射量を調整しても、空燃比を適正に補正できるとは限らない。

本発明は、電磁駆動弁を吸気弁として用いる多気筒型内燃機関の制御装置において、従来例のように気筒数と同数の吸入空気量検出手段を用いることなく、また機関の運転状態にかかわらず気筒毎の空燃比のばらつきを抑制または防止することを目的としている。

本発明は、電磁駆動弁を有する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、各気筒の吸気弁が実質的な全開位置から実質的な全閉位置へ移動する遷移時間を算出し、内燃機関の回転数および負荷に基づいて基本燃料噴射時間を算出し、前吸遷移時間に基づいて各気筒における燃料補正係数を算出し、前記基本燃料噴射時間を前記燃料補正係数を用いて補正し、各気筒毎に目標燃料噴射時間を算出することを特徴としている。

なお、燃料補正係数を算出するには、前吸入行程の遷移時間を用いる方法、前々吸入行程の遷移時間を用いる方法、またはそれらの平均値を用いる方法等が考えられる。

本発明は、気筒毎に少なくとも一つずつ設けられる電磁駆動弁からなる吸気弁と、気筒毎に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁とを有する多気筒型内燃機関の制御装置であって、現吸入行程での内燃機関の回転数および負荷に基づき全気筒に対する基本燃料噴射時間を算出し、前吸入行程にて取得した各吸気弁の実質的な閉じ開始位置から実質的な閉じ終了位置までの閉じ遷移時間と前記現吸入行程での回転数および負荷とをパラメータとして気筒毎の燃料補正係数を算出し、基本燃料噴射時間を気筒毎の燃料補正係数で補正することにより気筒毎の目標燃料噴射時間を算出し、この算出した気筒毎の目標燃料噴射時間に従って各燃料噴射弁を個別に制御することを特徴としている。

本発明は、気筒毎に少なくとも一つずつ設けられる電磁駆動弁からなる吸気弁と、気筒毎に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁とを有する多気筒型内燃機関の制御装置であって、前吸入行程にて取得した吸気弁毎の実質的な閉じ開始位置から実質的な閉じ終了位置までの閉じ遷移時間を保存する記憶手段と、現吸入行程での内燃機関の回転数および負荷を取得し、この取得した回転数および負荷に基づき全気筒に対する基本燃料噴射時間を求める
基本値算出手段と、前記記憶手段から前記取得した現吸入行程での内燃機関の回転数および負荷に対応する吸気弁毎の閉じ遷移時間を取得し、この取得した吸気弁毎の閉じ遷移時間に基づき気筒毎の空燃比を目標空燃比とするよう前記基本燃料噴射時間を補正するための燃料補正係数を気筒毎に求める補正値算出手段と、この気筒毎の燃料補正係数を前記基本燃料噴射時間に乗算して目標燃料噴射時間を求める目標値算出手段とを備えることを特徴としている。

そもそも、本願発明者らは、気筒への吸入空気量が多いと、吸気ポート圧力が大きくなって吸気弁の閉じ遷移時間が長くなり、気筒への吸入空気量が少ないと前記と逆になるという事象を知見し、この吸気弁の閉じ遷移時間に基づき気筒への吸入空気量を正確または略正確に推定できると考え、本発明を提案するに至った。

上述した構成によれば、気筒毎の吸入空気量を各吸気弁の閉じ遷移時間でもって推定しているので、従来例のように各気筒への吸気経路毎に設けていた吸入空気量検出手段やその設置作業を省略できるようになって、設備コストの低減が可能になる。

しかも、気筒毎の吸入空気量の推定結果に応じて気筒毎に目標燃料噴射時間を設定しているから、内燃機関の運転状態に応じた空気分配の気筒間差によって気筒毎の吸入空気量にばらつきが発生しても、各気筒の空燃比を目標空燃比に揃えることが可能になり、多気筒型内燃機関のトルク変動を抑制または防止することが可能になる。

好ましくは、上記多気筒型内燃機関の制御装置において、前吸入行程にて取得した吸気弁毎の閉じ遷移時間に基づいて前記記憶手段内の閉じ遷移時間を更新する学習手段を備えたものとすることができる。

この構成によれば、次吸入行程以降において気筒毎の空燃比ばらつきの収束時間を短縮するうえで有利となる。

好ましくは、上記多気筒型内燃機関の制御装置において、前記実質的な閉じ開始位置は、吸気弁が全開位置に対しカム式動弁機構における緩衝高さに対応して離隔した位置とされ、また、実質的な閉じ終了位置は、吸気弁が全閉位置に対しカム式動弁機構における緩衝高さに対応して離隔した位置とされる。

この構成によれば、吸気弁の実質的な閉じ開始位置や実質的な閉じ終了位置をリフトセンサ等でもって外乱等と間違うことなく正確に検出することが可能になり、閉じ遷移時間の検出精度が向上する。

上記緩衝高さは、カム式動弁機構におけるタペットクリアランスにより弁体が全開位置または全閉位置に対して定速で変位する量に基づいて決定される値とされる。この特定事項により、吸気弁の実質的な閉じ開始位置や実質的な閉じ終了位置を明確にしている。

好ましくは、上記多気筒型内燃機関の制御装置において、前記記憶手段には、閉じ遷移時間の基準値と燃料補正係数との関係を示す比例の基本グラフと、予め実験により作成した回転数と負荷とをパラメータとする前記基本グラフにおける比例定数（直線の傾き）のマップと、予め実験により作成した回転数と負荷とをパラメータとする前記基本グラフにおける閉じ遷移時間の基準値のマップとがさらに保存されており、前記補正値算出手段は、現吸入行程における回転数および負荷に基づき、前記基本グラフにおける比例定数を比例定数マップから抽出するとともに、前記基本グラフにおける閉じ遷移時間の基準値を閉じ遷移時間基準値マップから抽出することにより、現吸入行程における回転数および負荷に基づき特定した閉じ遷移時間と燃料補正係数との関係を示す比例のグラフを作成し、こ
の作成したグラフに基づき前記記憶手段から取得した吸気弁毎の閉じ遷移時間に対応する燃料補正係数を読み出す処理を行うものとすることができる。

この構成によれば、燃料補正係数の算出が簡単かつ迅速に行えるようになり、それに伴い目標燃料噴射時間の算出時間を短縮できるので、燃料噴射動作へ素早く移行することが可能になる。

本発明によれば、全吸気弁を電磁駆動弁とした多気筒型内燃機関において、従来例のように気筒数と同数の吸入空気量検出手段を用いることなく、また運転状態にかかわらず気筒毎の空燃比のばらつきを抑制または防止することが可能になる。これにより、燃費、エミッションの向上を図ることができるとともに、触媒コンバータの耐久性向上にも貢献できるようになる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。図１から図７に本発明の一実施形態を示している。

図１には、自動車等の車両に搭載される多気筒型内燃機関１の概略構成を示している。ここでは直列四気筒型の内燃機関を例に挙げている。

図１に示す多気筒型内燃機関１は、シリンダヘッド２の各気筒＃１〜＃４の燃焼室に、インテークマニホルド３を経て吸入した空気と、シリンダヘッド２の各吸気ポート２ａ・・・に各燃料噴射弁４・・・から噴射した燃料とを所定の割合で導入し、各気筒＃１〜＃４の燃焼室で燃焼された後の排気ガスを排気ポート２ｂ・・・からエキゾーストマニホルド５へ排出させるようになっている。

インテークマニホルド３の上流集合部には、エアクリーナ（図示省略）を介して吸入する空気量を調整するスロットルバルブ６、吸入空気量に応じた電気信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。エキゾーストマニホルド５には、排気ガス中の未燃焼ガスを低減する触媒コンバータ８、排気ガス中の空燃比を検出するＡＦセンサ、Ｏ₂センサ
等の空燃比センサ９が設けられている。

この実施形態では、各気筒＃１〜＃４に一つずつ電磁駆動弁からなる吸気弁１０・・・を設けた構成例を挙げている。なお、排気弁（図示省略）についても同様に電磁駆動弁とすることができるが、この排気弁については本発明と直接的に関係ないので、ここでの説明を割愛する。

この電磁駆動弁からなる吸気弁１０について、図２から図４を参照して説明する。図２は吸気弁の中立状態、図３は全閉状態、図４は全開状態である。

図に示す電磁駆動弁からなる吸気弁１０は、例えば並進駆動タイプと呼ばれる構造とされており、駆動部２０により開閉動作される。

吸気弁１０は、軸部としてのステム１１の一端に傘部１２が一体に設けられており、軸方向に進退変位されることによって傘部１２がシリンダヘッド２の吸気ポート２ａを開閉するものである。つまり、吸気弁１０が下降すると傘部１２が吸気ポート２ａを開放する一方、吸気弁１０が上昇すると傘部１２が吸気ポート２ａを閉塞する。

ステム１１は、傘部１２から連続する下部ステム１１ｂと、下部ステム１１ｂの上端に
ラッシュアジャスタ１３を介して一直線状に連なるよう連結された上部ステム１１ａとから構成されている。下部ステム１１ｂはシリンダヘッド２に設けられるバルブガイド１４で、また、上部ステム１１ａは上下の電磁石２２，２３に設けられるステムガイド１５でそれぞれ摺動自在にガイドされる。なお、ラッシュアジャスタ１３は、上部ステム１１ａと下部ステム１１ｂとの間で緩衝部材として機能し、伸びやすく縮みにくい特性を有する。

駆動部２０は、吸気弁１０を電磁力と弾性力との協働により軸方向に往復変位させるものであり、単一のアーマチュア２１と、上下二つの電磁石２２，２３と、開弁用の上側弾性部材２４および閉弁用の下側弾性部材２５と、二つの駆動回路２６，２７と、リフトセンサ２８とを含む。

アーマチュア２１は、例えば軟磁性材料等で形成される環状板からなり、上部ステム１１ａの軸方向中間に外嵌固定されている。

上下の電磁石２２，２３は、アーマチュア２１の上下両側にそれぞれ所定のエアーギャップを介して配置されるようにベース２９に固定されており、必要に応じてそれぞれアーマチュア２１を引き寄せるための電磁力を発生する。この電磁石２２，２３は、いずれも磁性材料からなるコア２２ａ，２３ａとコイル２２ｂ，２３ｂとから構成されている。

コア２２ａ，２３ａは、円筒形状に形成されていて、ベース２９の内周に固定されている。コイル２２ｂ，２３ｂは、コア２２ａ，２３ａの片面に開放する環状溝内にそれぞれ収納されている。このコイル２２ｂ，２３ｂの両端には、駆動回路２６，２７が個別に接続されている。この駆動回路２６，２７によりコイル２２ｂ，２３ｂに所定の励磁電流Ｉを供給すると、上側コア２２ａの下面がアーマチュア２１を上向きに引き寄せるための電磁力を発生する閉弁用吸着面２２ｃとなり、また、下側コア２３ａの上面がアーマチュア２１を下向きに引き寄せるための電磁力を発生する開弁用吸着面２３ｃとなる。

上下の弾性部材２４，２５は、例えば円筒コイルバネとされており、アーマチュア２１および吸気弁１０を中立位置に配置するように互いに逆向きでかつ釣り合う弾性力（ばね定数）を発生するものが選定されている。

上側弾性部材２４は、吸気弁１０の上部ステム１１ａの端縁とベース２９の上面との間に圧縮状態で介装されていて、吸気弁１０を下向きつまり開弁方向へ弾発付勢する弾性力（弾性復元力）を発生する。また、下側弾性部材２５は、吸気弁１０の下部ステム１１ｂの途中とシリンダヘッド２の凹部内底面との間に圧縮状態で介装されていて、吸気弁１０を上向きつまり閉弁方向へ弾発付勢する弾性力（弾性復元力）を発生する。

駆動回路２６，２７は、それぞれエンジン制御装置３０から入力される吸気弁１０の開閉指示タイミングに応じて電磁石２２，２３に必要に応じた大きさの励磁電流Ｉを供給するものである。

リフトセンサ２８は、ベース２９の上部内面に吸気弁１０の上部ステム１１ａの端縁に対向する状態で設けられていて、吸気弁１０の中立位置からの上下方向の変位量を検出するものである。このリフトセンサ２８は、例えば光学的に吸気弁１０の軸方向変位量に対応する電気信号を出力するセンサ等とされるが、特に限定されない。

このように構成された駆動部２０は、エンジン制御装置３０により制御される。このエンジン制御装置３０は、一般的に公知のＥＣＵ（Electronic Control Unit）からなり、
双方向性バス３１によって相互に接続されたＣＰＵ３２とＲＯＭ３３とＲＡＭ３４とバッ
クアップＲＡＭ３５とインタフェース３６とを備えている。

なお、ＣＰＵ３２には、インタフェース３６を通じて、少なくとも、エアフローメータ７、空燃比センサ９、リフトセンサ２８、クランクシャフトポジションセンサ３８等の各種センサの出力信号が入力されるとともに、燃料供給系制御装置（例えばＥＦＩＥＣＵ）４０から適宜のタイミングで内燃機関の運転状態に応じて決定された吸気弁１０の目標バルブタイミング（開き、閉じ）を示す情報が入力される。

ＲＯＭ３３には、少なくとも、各吸気弁１０の開閉動作を制御するためのバルブタイミング制御や、各気筒＃１〜＃４の燃焼室に応じて空燃比を制御するための空燃比制御等に関するプログラムが記憶されている。

ＲＡＭ３４は、ＣＰＵ３２での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ３５は、各種の保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。

次に、上述した電磁駆動弁からなる吸気弁１０の基本的な動作について説明する。

そもそも、上下の電磁石２２，２３に励磁電流を供給していない状態では、アーマチュア２１および吸気弁１０が上下の弾性部材２４，２５の弾性力によって、図２に示すように中立位置で静止されている。

ここで、例えばＩＧスイッチが操作されて内燃機関が始動可能状態にされると、吸気弁１０を初期位置として例えば図３に示すような全閉位置に変位させる。このとき、まず、上側電磁石２２のコイル２２ｂのみに所定大きさの第１電流Ｉａを供給するが、閉弁用吸着面２２ｃにアーマチュア２１が吸着されて吸気弁１０が全閉位置に到達すると、第１電流Ｉａより小さな保持電流Ｉｂに変更する。これにより、アーマチュア２１が閉弁用吸着面２２ｃに吸着された状態が保持される。このとき、上側弾性部材２４は最大圧縮状態になり、下側弾性部材２５が最大伸張状態になる。なお、吸気弁１０が全閉位置に到達したことは、リフトセンサ２８の出力に基づき検出できる。

＜全閉から全開への切り替え動作＞
このような初期駆動の後、吸気弁１０を図４に示すように全開位置に変位させるには、上側電磁石２２のコイル２２ｂに供給している保持電流Ｉｂの供給を停止する。これにより、上側電磁石２２の閉弁側吸着面２２ｃに発生していた電磁力が消滅するので、最大圧縮状態となっている上側弾性部材２４の弾性復元力でもってアーマチュア２１および吸気弁１０が下降変位されることになる。

このように下降する吸気弁１０が、中立位置（零クロスポイント）付近に到達すると、下側電磁石２３のコイル２３ｂに第１電流Ｉａを供給する。これにより、下側電磁石２３の開弁用吸着面２３ｃに発生する電磁力によってアーマチュア２１が下向きに吸引される。その一方で、前記上側弾性部材２４の弾性復元力が消滅するが、この弾性復元力によって下降されているアーマチュア２１および吸気弁１０には慣性力が作用しているので、この慣性力と前記電磁力による吸引力との合力でもってアーマチュア２１および吸気弁１０がさらに下降変位され、最終的にアーマチュア２１が下側電磁石２３の開弁用吸着面２３ｃに吸着されるとともに吸気弁１０が全開位置に到達することになる。なお、吸気弁１０が全開位置に到達したことは、リフトセンサ２８の出力に基づき検出できる。

こうしてアーマチュア２１が開弁用吸着面２３ｃに吸着されると、図５（ｃ）に示すように、下側電磁石２３のコイル２３ｂに供給する励磁電流Ｉを第１電流Ｉａより小さな保
持電流Ｉｂに変更する。これにより、アーマチュア２１が開弁用吸着面２３ｃに吸着された状態が保持されるので、吸気弁１０が全開位置に配置されて保持される。このとき、上側弾性部材２４は最大伸張状態になり、下側弾性部材２５が最大圧縮状態になる。

＜全開から全閉への切り替え動作＞
このような全開位置に配置されている吸気弁１０を図３に示すように全閉位置に変位させるには、図５（ｃ）に示すように、下側電磁石２３のコイル２３ｂに供給している保持電流Ｉｂの供給を停止する。これにより、下側電磁石２３の開弁用吸着面２３ｃに発生していた電磁力が消滅するので、最大圧縮状態となっている下側弾性部材２５の弾性復元力でもってアーマチュア２１および吸気弁１０が上昇変位されることになる。

このように上昇する吸気弁１０が、図５（ｂ）に示すように、中立位置（零クロスポイントＰ）付近に到達すると、図５（ｃ）に示すように、上側電磁石２２のコイル２２ｂに第１電流Ｉａを供給する。これにより、上側電磁石２２の閉弁側吸着面２２ｃに発生する電磁力によってアーマチュア２１が上向きに吸引される。その一方で、前記下側弾性部材２５の弾性復元力が消滅するが、この弾性復元力によって上昇しているアーマチュア２１および吸気弁１０には慣性力が作用しているので、この慣性力と前記電磁力による吸引力との合力でもってアーマチュア２１および吸気弁１０がさらに上昇変位され、最終的に図５（ｂ）に示すように、アーマチュア２１が上側電磁石２２の閉弁側吸着面２２ｃに吸着されるとともに吸気弁１０が全閉位置に到達することになる。なお、吸気弁１０が全閉位置に到達したことは、リフトセンサ２８の出力に基づき検出できる。

こうしてアーマチュア２１が閉弁側吸着面２２ｃに吸着されると、図５（ａ）に示すように、上側電磁石２２のコイル２２ｂに供給する励磁電流Ｉを第１電流Ｉａより小さな保持電流Ｉｂに変更する。これにより、アーマチュア２１が閉弁側吸着面２２ｃに吸着された状態が保持されるので、吸気弁１０が全閉位置に配置されて保持される。このとき、上側弾性部材２４は最大圧縮状態になり、下側弾性部材２５が最大伸張状態になる。

このような切り替え動作を所定のタイミングで繰り返すことにより、吸気弁１０を交互に開閉させることができる。

ところで、上述したような多気筒型内燃機関１では、内燃機関の運転状態に応じた空気分配の気筒間差によって気筒＃１〜＃４毎の燃焼室に対する吸入空気量のばらつきが発生するような状況において、全気筒＃１〜＃４に対する燃料噴射量つまり燃料噴射弁４・・・による燃料噴射時間を均等にしていると気筒＃１〜＃４毎の空燃比がばらつくことを考慮し、この実施形態では以下のように工夫している。

要するに、この実施形態では、気筒＃１〜＃４に対する吸入空気量が多いと、吸気ポート２ａの圧力が大きくなって吸気弁１０の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂが長くなり、気筒＃１〜＃４への吸入空気量が少ないと前記と逆になるという事象に着目し、吸入行程における各吸気弁１０・・・の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂを検出することによって気筒＃１〜＃４毎の燃焼室に対する吸入空気量のばらつきを推定するようにしている。

具体的に、この実施形態での空燃比制御は、現吸入行程での内燃機関の回転数ＮＥおよび負荷ＫＬに基づき全気筒＃１〜＃４に対する基本燃料噴射時間Ｔ₀を算出し、前吸入行
程にて取得した各吸気弁１０の実質的な閉じ開始位置ＸＣＬｓから実質的な閉じ終了位置ＸＣＬｅまでの閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂと前記現吸入行程での回転数ＮＥおよび負荷ＫＬとをパラメータとして気筒＃１〜＃４毎の燃料補正係数ｋを算出し、基本燃料噴射時間Ｔ₀を気筒＃１〜＃４毎の燃料補正係数ｋで補正することにより気筒＃１〜＃４毎の目標燃
料噴射時間Ｔ₁を算出し、この算出した気筒＃１〜＃４毎の目標燃料噴射時間Ｔ₁に従って
各燃料噴射弁４０を個別に制御するようにしている。

なお、回転数ＮＥは、クランクシャフトポジションセンサ３８の検出信号から求められる。また、負荷ＫＬは、例えばスロットルバルブ６の開度や、エアフローメータ７からの出力信号に基づき吸入空気量等を取得し、これらの取得情報に基づいて求めることができる。

さらに、エキゾーストマニホルド５の下流集合部に設置された空燃比センサ９でもって実際の空燃比が検出され、この実際の空燃比がエンジン制御装置３０にフィードバックされるようになっていて、上記空燃比制御に反映される。

ところで、電磁駆動弁からなる吸気弁１０は、その閉弁時において、図５（ｂ）に示すように、閉じ指示タイミングＣＬＴつまり開き保持電流Ｉｂの供給を停止した時点から実際に吸気弁１０が上昇して実質的な閉じ終了位置ＸＣＬｅに到達するまでに遅れ（閉じディレイ時間ｄＣＬ）が発生する。

この閉じディレイ時間ｄＣＬは、主として、作動遅れ時間ΔｄＣＬａと閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂとの和の値となる。

作動遅れ時間ΔｄＣＬａとは、閉じ指示タイミングＣＬＴから実質的な閉じ開始位置ＸＣＬｓに到達するまでに要する時間のことである。作動遅れ時間ｄＣＬａは、主として電磁石２２，２３の個体差ばらつきに起因してばらつく。

閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂとは、吸気弁１０が実質的な閉じ開始位置ＸＣＬｓから実質的な閉じ終了位置ＸＣＬｅに到達するまでに要する時間のことである。この閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂは、内燃機関の回転数ＮＥおよび負荷ＫＬの大小によって吸気弁１０に作用する吸入空気の流量や速度が異なることに起因してばらつく。

なお、前述した実質的な閉じ開始位置ＸＣＬｓは、吸気弁１０の全開位置からカム式動弁機構における緩衝高さに対応して離隔した位置と特定され、また、実質的な閉じ終了位置ＸＣＬｅは、吸気弁１０の全閉位置からカム式動弁機構における緩衝高さに対応して離隔した位置と特定される。

前記緩衝高さとは、タペットクリアランスにより弁体が全閉位置に対して定速で変位する量のことである。

このように特定すれば、リフトセンサ２８の出力にノイズが混入した場合でも、ノイズと前記各位置ＸＣＬｓ，ＸＣＬｅとを正確に判別できるようになるため、閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂを検出する際に誤差を無くすことができ、検出精度が向上する結果となる。

さらに、前吸入行程で取得した吸気弁１０毎の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂと、基本燃料噴射時間Ｔ₀と、燃料補正係数ｋは上記バックアップＲＡＭ３５に保存されている。このバ
ックアップＲＡＭ３５が、記憶手段に相当する。

なお、バックアップＲＡＭ３５内に保存される吸気弁１０毎の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂは、初期値は零または予め実験により定数化された基本値とされるが、内燃機関の起動後において吸気弁１０毎の実際の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂ₁がフィードバックされて順次更
新される。

以下、エンジン制御装置３０による空燃比制御について、図６および図７を参照して説
明する。

なお、図６に示す空燃比制御ルーチンは、燃料供給系制御装置４０からバルブタイミング制御対象となる吸気弁１０の目標閉じバルブタイミングＣＬＶＴ（図５参照）が入力される毎に実行される。また、燃料供給系制御装置４０は、内燃機関の回転数や負荷に基づき決定した目標閉じバルブタイミングＣＬＶＴを決定し、エンジン制御装置３０に送信している。

まず、ステップＳ１において、バルブタイミング制御対象に該当する吸気弁１０の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂをバックアップＲＡＭ３５から読み出し、ステップＳ２において現吸入行程における内燃機関の回転数ＮＥを、ステップＳ３において現吸入行程における内燃機関の負荷ＫＬをそれぞれ取得する。

続くステップＳ４において、上記ステップＳ２，Ｓ３にて取得した現吸入行程における回転数ＮＥおよび負荷ＫＬに基づき全気筒＃１〜＃４に対する基本燃料噴射時間Ｔ₀を算
出する。

この後、ステップＳ５において、上記ステップＳ１で読み出した閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂと、上記ステップＳ２，Ｓ３にて取得した現吸入行程における回転数ＮＥおよび負荷ＫＬとをパラメータとして燃料補正係数ｋを算出する。

このステップＳ５では、図７に示すグラフと表１、表２とを用いる。つまり、図７には、横軸を閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂとし、縦軸を燃料補正係数ｋとする比例の基本グラフを示している。表１には、回転数ＮＥと負荷ＫＬとをパラメータとする図７の比例定数（直線の傾き）のマップが、表２には、回転数ＮＥと負荷ＫＬとをパラメータとする閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂの基準値のマップがそれぞれ示されており、これらのマップは予め実験により作成してバックアップＲＡＭ３５内に保存されている。そして、上記ステップＳ２，Ｓ３にて取得した現吸入行程における回転数ＮＥおよび負荷ＫＬに基づき、図７に示す基本グラフにおける比例定数を表１のマップから抽出するとともに、図７に示す基本グラフの横軸における閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂの基準値を表２のマップから抽出して、現吸入行程における回転数ＮＥおよび負荷ＫＬに基づき特定した閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂと燃料補正係数ｋとの関係を示す比例のグラフを作成する。この作成したグラフに基づき上記ステップＳ１で読み出した閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂに対応する燃料補正係数ｋを読み出す。

これらの表１，２に示す各マップに記載している各数値は、特定の条件で実際に取得したものではなく、数値の大小が変化する傾向を示す指標として記載している。

そして、ステップＳ６において、下記式（１）に、上記ステップＳ４で算出した基本燃料噴射時間Ｔ₀と上記ステップＳ５で算出した燃料補正係数ｋとを代入することにより目
標燃料噴射時間Ｔ₁を算出する。

Ｔ₁＝Ｔ₀×ｋ・・・（１）
続くステップＳ７において、上記ステップＳ６で算出した目標燃料噴射時間Ｔ₁に従い
該当する燃料噴射弁４を駆動する処理を実行する。

このようにして吸入行程での燃料噴射を行う際に、その過程において吸気弁１０の実際の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂ₁を検出するようにし、この検出した実際の閉じ遷移時間Δｄ
ＣＬｂ₁をバックアップＲＡＭ３５内の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂとして更新する。

このような処理によって、次吸入行程以降について、気筒＃１〜＃４毎における実際の空燃比と目標空燃比との偏差を抑制または防止できるようになり、気筒＃１〜＃４間の空燃比を揃えることが可能になって、多気筒型内燃機関１のトルク変動を抑制または防止す
ることが可能になる。

なお、上記ステップＳ２からＳ４が基本値算出手段、ステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ５が補正値算出手段、ステップＳ６が目標値算出手段に相当する。

特に、各吸気弁１０の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂの計測開始位置となる実質的な閉じ開始位置ＸＣＬｓおよび計測終了位置となる実質的な閉じ終了位置ＸＣＬｅを、リフトセンサ２８等で正確に検出可能な位置に特定しているから、各吸気弁１０の実際の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂ₁を高精度に検出できるようになる。そのため、従来例のように気筒数と同数
の吸入空気量検出手段を用いることなく、気筒＃１〜＃４毎の吸入空気量を正確に推定できるようになるとともに、気筒＃１〜＃４毎の目標燃料噴射時間Ｔ₁を正確に設定するこ
とが可能になる。

したがって、多気筒型内燃機関１の運転状態に応じた空気分配の気筒間差によって気筒＃１〜＃４毎の吸入空気量にばらつきが発生しても、各気筒＃１〜＃４の空燃比を目標空燃比に揃えることが可能になり、多気筒型内燃機関１のトルク変動を抑制または防止することが可能になる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）上記実施形態では、前吸入行程で取得した実際の閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂ₁を、
バックアップＲＡＭ３５に記憶している閉じ遷移時間ΔｄＣＬｂとして更新するようにした例を挙げているが、例えば前吸入行程で算出した燃料補正係数ｋをバックアップＲＡＭ３５に記憶させるようにして、この学習した燃料補正係数ｋを次吸入工程で用いるようにしてもよい。

このようにすれば、上記実施形態で述べた図７のステップＳ５の処理を省略できるようになり、処理速度のさらなる向上が可能になる。

（２）上記実施形態では、一気筒あたり一つの吸気弁１０を備える多気筒型内燃機関を例に挙げたが、例えば一気筒あたりの吸気弁１０の設置数については特に限定されない。一気筒あたり二つ以上の吸気弁１０を備える場合には、上記空燃比制御において、一気筒における吸気弁１０毎の閉じ遷移時間の平均値をとり、この平均値の閉じ遷移時間を利用することができる。

（３）上記実施形態では、吸気弁１０とする電磁駆動弁について並進駆動タイプの電磁駆動弁を例に挙げたが、例えば回転駆動タイプの電磁駆動弁とすることができる。

この回転駆動タイプの電磁駆動弁は、例えば特願２００４−２５７５９３号に添付の明細書や米国特許第６４６７４４１号明細書等に示されているように、吸気弁１０の側方に駆動部２０を配置した構造になっている。

なお、並進駆動タイプの電磁駆動弁とは、要するに、アーマチュアを弁体に同軸上に固定して、このアーマチュアの軸方向両側に二つの電磁吸着面を設けた構成であるのに対し、回転駆動タイプの電磁駆動式動弁機構とは、要するに、弁体の側方に傾動部材を設けて、この傾動部材を電磁力で傾動させて弁体を軸方向に変位させるように構成したもののことである。また、いずれのタイプにおいても、二つの電磁石を使用する構成や、単一のモノコイル型の電磁石を使用する構成とするものがあるが、全ての電磁駆動弁を用いることができる。

本発明に係る多気筒型内燃機関の制御装置の一実施形態の概略構成を示す平面的な図である。 図１の吸気弁の中立状態を示す断面図である。 図２の吸気弁を全閉にした状態を示す断面図である。 図２の吸気弁を全開にした状態を示す断面図である。 図１の吸気弁の全開から全閉への動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明に係る制御装置による空燃比制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。 図６のステップＳ５で燃料補正係数を算出する際に用いるグラフで、燃料補正係数と閉じ遷移時間との関係を示す比例のグラフである。

符号の説明

１ 多気筒型内燃機関
２ シリンダヘッド
２ａ 吸気ポート
３ インテークマニホルド
４ 燃料噴射弁
６ スロットルバルブ
７ エアフローメータ
１０ 吸気弁
２０ 駆動部
２８ リフトセンサ
３０ エンジン制御装置
３５ バックアップＲＡＭ
４０ 燃料供給系制御装置

Claims (7)

1. 電磁駆動弁を有する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
   各気筒の吸気弁が実質的な全開位置から実質的な全閉位置へ移動する遷移時間を算出し、内燃機関の回転数および負荷に基づいて基本燃料噴射時間を算出し、前吸遷移時間に基づいて各気筒における燃料補正係数を算出し、前記基本燃料噴射時間を前記燃料補正係数を用いて補正し、各気筒毎に目標燃料噴射時間を算出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
2. 気筒毎に少なくとも一つずつ設けられる電磁駆動弁からなる吸気弁と、気筒毎に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁とを有する多気筒型内燃機関の制御装置であって、
   現吸入行程での内燃機関の回転数および負荷に基づき全気筒に対する基本燃料噴射時間を算出し、前吸入行程にて取得した各吸気弁の実質的な閉じ開始位置から実質的な閉じ終了位置までの閉じ遷移時間と前記現吸入行程での回転数および負荷とをパラメータとして気筒毎の燃料補正係数を算出し、基本燃料噴射時間を気筒毎の燃料補正係数で補正することにより気筒毎の目標燃料噴射時間を算出し、この算出した気筒毎の目標燃料噴射時間に従って各燃料噴射弁を個別に制御することを特徴とする多気筒型内燃機関の制御装置。
3. 気筒毎に少なくとも一つずつ設けられる電磁駆動弁からなる吸気弁と、気筒毎に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁とを有する多気筒型内燃機関の制御装置であって、
   前吸入行程にて取得した吸気弁毎の実質的な閉じ開始位置から実質的な閉じ終了位置までの閉じ遷移時間を保存する記憶手段と、
   現吸入行程での内燃機関の回転数および負荷を取得し、この取得した回転数および負荷に基づき全気筒に対する基本燃料噴射時間を求める基本値算出手段と、
   前記記憶手段から前記取得した現吸入行程での内燃機関の回転数および負荷に対応する吸気弁毎の閉じ遷移時間を取得し、この取得した吸気弁毎の閉じ遷移時間に基づき気筒毎の空燃比を目標空燃比とするよう前記基本燃料噴射時間を補正するための燃料補正係数を気筒毎に求める補正値算出手段と、
   この気筒毎の燃料補正係数を前記基本燃料噴射時間に乗算して目標燃料噴射時間を求める目標値算出手段とを備えることを特徴とする多気筒型内燃機関の制御装置。
4. 請求項３において、前吸入行程にて取得した吸気弁毎の閉じ遷移時間に基づいて前記記憶手段内の閉じ遷移時間を更新する学習手段を備えることを特徴とする多気筒型内燃機関の制御装置。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、前記実質的な閉じ開始位置は、吸気弁が全開位置に対しカム式動弁機構における緩衝高さに対応して離隔した位置とされ、また、実質的な閉じ終了位置は、吸気弁が全閉位置に対しカム式動弁機構における緩衝高さに対応して離隔した位置とされることを特徴とする多気筒型内燃機関の制御装置。
6. 請求項５において、前記緩衝高さは、カム式動弁機構におけるタペットクリアランスにより弁体が全開位置または全閉位置に対して定速で変位する量に基づいて決定される値とされることを特徴とする多気筒型内燃機関の制御装置。
7. 請求項３から６のいずれかにおいて、前記記憶手段には、閉じ遷移時間の基準値と燃料補正係数との関係を示す比例の基本グラフと、予め実験により作成した回転数と負荷とをパラメータとする前記基本グラフにおける比例定数（直線の傾き）のマップと、予め実験により作成した回転数と負荷とをパラメータとする前記基本グラフにおける閉じ遷移時間の基準値のマップとがさらに保存されており、
   前記補正値算出手段は、現吸入行程における回転数および負荷に基づき、前記基本グラ
   フにおける比例定数を比例定数マップから抽出するとともに、前記基本グラフにおける閉じ遷移時間の基準値を閉じ遷移時間基準値マップから抽出することにより、現吸入行程における回転数および負荷に基づき特定した閉じ遷移時間と燃料補正係数との関係を示す比例のグラフを作成し、この作成したグラフに基づき前記記憶手段から取得した吸気弁毎の閉じ遷移時間に対応する燃料補正係数を読み出す処理を行うことを特徴とする多気筒型内燃機関の制御装置。

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