JP2008196466A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の過渡運転状態あるいは定常運転状態にあることの判定を行うことなく、過渡運転状態における実際の吸入空気流量を正確に推定し、吸入空気流量に基づく機関制御を適切に行うことができる制御装置を提供する。
【解決手段】 補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣと検出吸入空気流量ＧＡＩＲとの偏差ＤＧＡＩＲにゲインＧＯＢを乗算することにより算出される流量補正量ＤＧＡＩＲＧを、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥに加算して補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣが算出される。これにより、偏差ＤＧＡＩＲがゲインＧＯＢに応じた収束速度で「０」に収束する。吸入空気量センサの検出遅れがある過渡状態では、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣは、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥの変化と同様に変化する一方、センサによる検出遅れの影響がなくなる定常的な運転状態では、検出吸入空気量ＧＡＩＲと一致する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構を備える内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の吸入空気流量を検出するエアフローメータには検出遅れがあるため、機関の過渡運転状態では検出吸入空気流量と実際の吸入空気流量との差が大きくなる。したがって、検出吸入空気流量に応じて燃料噴射量を決定すると、空燃比が所望値からずれる。特許文献１には、吸気弁のリフト量を示すパラメータに応じて、吸入空気の吸気弁通過体積流量ＲＱＨ０ＶＥＬを算出し、機関が過渡運転状態にあると判定したときに、吸気弁通過体積流量ＲＱＨ０ＶＥＬの前回値と今回値との比である変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮを、前回の基本燃料量に乗算することにより、今回の基本燃料量を算出する手法が示されている。

特開２００４−２０４７４９号公報

上記従来の手法では、機関の過渡運転状態を判定したとき基本燃料量の算出方法の切換が行われるが、過渡運転状態を判定してから切換を行うまでに僅かながら時間遅れがある。機関運転状態が大きく変化するときには、この時間遅れの影響により、過渡運転状態における空燃比の所望値からのずれ量が大きくなる。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関の過渡運転状態あるいは定常運転状態にあることの判定を行うことなく、過渡運転状態における実際の吸入空気流量を正確に推定し、吸入空気流量に基づく機関制御を適切に行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁リフト量可変手段（４１）を備えた内燃機関の制御装置において、前記リフト量を示すリフト量パラメータ（ＣＳＡ）及び前記機関の回転数（ＮＥ）に応じて推定吸入空気流量（ＧＡＩＲＥ）を算出する推定吸入空気流量算出手段と、前記機関の吸入空気流量（ＧＡＩＲ）を検出する吸入空気流量検出手段と、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）に応じて、前記推定吸入空気流量（ＧＡＩＲＥ）を補正する流量補正量（ＤＧＡＩＲＧ）を算出する流量補正量算出手段と、前記流量補正量（ＤＧＡＩＲＧ）により前記推定吸入空気流量（ＧＡＩＲＥ）を補正することにより補正吸入空気流量（ＧＡＩＲＥＣ）を算出する補正吸入空気流量算出手段と、前記補正吸入空気流量（ＧＡＩＲＥＣ）に応じて前記機関の制御量（ＴＩＭ）を算出する制御量算出手段とを備え、前記流量補正量算出手段は、前記補正吸入空気流量（ＧＡＩＲＥＣ）と検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）との偏差（ＤＧＡＩＲ）が、設定された収束速度で「０」となるように前記流量補正量（ＤＧＡＩＲＧ）を算出することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記流量補正量算出手段は、前記吸入空気流量検出手段における検出遅れを示すパラメータ（ＴＤ）を用いて前記流量補正量（ＤＧＡＩＲＧ）を算出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記流量補正量算出手段は、前記収束速度を決定するパラメータ（ＧＯＢ）を前記リフト量（ＬＦＴ）に応じて設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の始動時において、前記機関の温度（ＴＷ）に応じて前記吸気弁の目標リフト量（ＬＦＴＣＭＤ）を算出する目標リフト量算出手段と、前記目標リフト量（ＬＦＴＣＭＤ）及び機関回転数（ＮＥ）に応じて始動推定吸入空気流量（ＧＡＳＴＭＡＰ１）を算出する始動推定吸入空気流量算出手段とを備え、前記制御量算出手段は、前記機関の始動時においては、前記始動推定吸入空気流量（ＧＡＳＴＭＡＰ１）に応じて始動用の制御量（ＴＩＭＳＴ）を算出することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は前記吸気弁の作動位相（ＣＡＩＮ）を変更する弁作動位相可変手段（４２）を備え、前記推定吸入空気流量算出手段は、前記リフト量パラメータ（ＣＳＡ）及び前記機関の回転数（ＮＥ）に応じて基本吸入空気流量（ＧＡＩＲＭＡＰ）を算出する基本吸入空気流量算出手段と、前記作動位相（ＣＡＩＮ）に応じて位相補正量（ＫＣＡ）を算出する位相補正量算出手段とを有し、前記基本吸入空気流量（ＧＡＩＲＭＡＰ）を前記位相補正量（ＫＣＡ）により補正して前記推定吸入空気流量（ＧＡＩＲＥＣ）を算出することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、リフト量パラメータ及び機関回転数に応じて推定吸入空気流量が算出されるとともに、検出される吸入空気流量と、補正吸入空気流量との偏差が設定された収束速度で「０」に収束するように流量補正量が算出される。流量補正量により推定吸入空気流量が補正され、補正吸入空気流量に応じて機関の制御量が算出される。機関の過渡運転状態においては、検出吸入空気流量の変化が、推定吸入空気流量の変化より遅れるため、補正吸入空気流量は推定吸入空気流量に近い値となり、徐々に検出吸入空気流量に近づくように算出される。したがって、過渡運転状態あるいは定常運転状態の判定を行うことなく、過渡状態では推定吸入空気流量に、また定常運転状態では検出吸入空気流量に応じた適切な機関制御量、すななち燃料供給量及び／または点火時期の設定を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、吸入空気流量検出手段における検出遅れを示すパラメータを用いて流量補正量が算出されるので、吸入空気流量検出手段における検出遅れの影響を排除して機関制御を適切に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、吸気弁のリフト量に応じて収束速度を決定するパラメータが設定される。したがって、リフト量が増加するほど収束速度を低下させることにより、過渡運転状態に適した制御から定常運転状態に適した制御への移行を適切に行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、機関の始動時においては、機関温度に応じて吸気弁の目標リフト量が算出され、その目標リフト量及び機関回転数に応じて始動推定吸入空気流量が算出され、始動推定吸入空気流量に応じて機関制御量が算出される。検出されるリフト量ではなく、目標リフト量に応じて始動推定吸入空気流量を算出することにより、始動時における実際の吸入空気流量を精度よく推定することができる。さらに目標リフト量を機関温度に応じて設定することにより、冷間始動時及び暖機後の再始動時のいずれにおいても、良好な始動性を得ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、吸気弁の作動位相に応じて算出される位相補正量により基本吸入空気流量を補正して推定吸入空気流量が算出される。機関に実際に吸入される空気量は、吸気弁のリフト量だけでなく作動位相にも依存して変化するので、位相補正量により作動位相が進角するほど、推定吸入空気流量が減少するように補正することにより、正確な推定を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図２は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁及び排気弁の弁リフト量及び開角（開弁期間）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての第２弁作動特性可変機構４２とを有する弁作動特性可変装置４０を備えている。第２弁作動特性可変機構４２により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。

エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば３０度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。

ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。また図示しない他の制御ユニットから自動速機を備えた車両におけるシフト位置に関する情報、手動変速機を備えた車両におけるクラッチの締結状態を示す情報、空調装置のオンオフを示す情報、パワーステアリングのオンオフを示す情報、及びヘッドライトなどの電気負荷のオンオフを示す情報が、ＥＣＵ５に供給される。

弁作動特性可変装置４０は、図２に示すように、吸気弁のリフト量及び開角（以下単に「リフト量」という）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁の作動位相を連続的に変更する第２弁作動特性可変機構４２と、吸気弁のリフト量ＬＦＴを連続的に変更するためのモータ４３と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁４４とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁４４には、オイルパン４６の潤滑油がオイルポンプ４５により、加圧されて供給される。なお、第２弁作動特性可変機構４２の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。

第１弁作動特性可変機構４１は、図３（ａ）に示すように、カム５２が設けられたカム軸５１と、シリンダヘッドに軸５５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム５５と、コントロールアーム５５を揺動させるコントロールカム５７が設けられたコントロール軸５６と、コントロールアーム５５に支軸５３ｂを介して揺動可能に支持されるとともに、カム５２に従動して揺動するサブカム５３と、サブカム５３に従動し、吸気弁６０を駆動するロッカアーム５４とを備えている。ロッカアーム５４は、コントロールアーム５５内に揺動可能に支持されている。

サブカム５３は、カム５２に当接するローラ５３ａを有し、カム軸５１の回転により、軸５３ｂを中心として揺動する。ロッカアーム５４は、サブカム５３に当接するローラ５４ａを有し、サブカム５３の動きが、ローラ５４ａを介して、ロッカアーム５４に伝達される。

コントロールアーム５５は、コントロールカム５７に当接するローラ５５ｂを有し、コントロール軸５６の回動により軸５５ａを中心として揺動する。図３（ａ）に示す状態では、サブカム５３の動きはロッカアーム５４にほとんど伝達されないため、吸気弁６０はほぼ全閉の状態を維持する。一方同図（ｂ）に示す状態では、サブカム５３の動きがロッカアーム５４を介して吸気弁６０に伝達され、吸気弁６０は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。

したがって、モータ４３によりコントロール軸５６を回動させることにより、吸気弁６０のリフト量ＬＦＴを連続的に変更することがきる。本実施形態では、第１弁作動特性可変機構４１に、コントロール軸５６の回転角度（以下「ＣＳ角度」という）ＣＳＡを検出するコントロール軸回転角度センサ１４が設けられており、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用される。
なお、第１弁作動特性可変機構４１の詳細な構成は、本出願人による特許出願（特願２００６−１９７２５４号）の明細書及び図面に示されている。

第１弁作動特性可変機構４１により、図４（ａ）に示すように吸気弁のリフト量ＬＦＴ（及び開角）が変更される。また第２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ３及びＬ４で示す特性を中心として、カムの作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１，Ｌ２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ５，Ｌ６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、モータ４３、電磁弁４４に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、並びにモータ４３及び電磁弁４４による弁作動特性（吸入空気流量）の制御を行う。

吸入空気流量制御は、概略以下のように行われる。アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが算出され、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤに応じてＣＳ角度ＣＳＡの指令値であるＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが算出される。そして、ＣＳ角度ＣＳＡをＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤと一致させるようにモータ４３が駆動される。

また、エンジン回転数ＮＥ、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、及び吸気圧ＰＢＡに応じて、吸気弁の作動位相指令値ＣＡＣＭＤが算出され、実際の作動位相ＣＡＩＮを作動指令値ＣＡＣＭＤと一致させるように電磁弁４４が駆動される。

また、エンジン回転数ＮＥに応じて目標負圧ＰＢＯＢＪが算出され、検出負圧ＰＢ（＝ＰＢＡ−ＰＡ）が、目標負圧ＰＢＯＢＪと一致するように、スロットル弁開度指令値ＴＨＣＭＤが算出される。そして、実際のスロットル弁開度ＴＨをスロットル弁開度指令値ＴＨＣＭＤに一致させるように、アクチュエータ７が駆動される。

図５は、燃料噴射弁６により噴射される燃料量の基本値に相当する通常基本燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭ（始動時以外の通常運転時に適用される）を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。図５に示す各ブロックの機能は、実際にはＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により実現される。

図５に示すモジュールは、変換部７１、ＧＡＩＲＭＡＰ算出部７２、位相補正係数算出部７３、吸気温補正係数算出部７４、加算部７７、乗算部７５，７６，８４、遅延部８１、減算部８２、ゲイン設定部８３、及び基本燃料噴射量算出部８５を備えている。

変換部７１は、検出されるＣＳ角度ＣＳＡを、所定の変換テーブル（図示せず）を用いて、吸気弁のリフト量ＬＦＴに変換する。ＧＡＩＲＭＡＰ算出部７２は、エンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＢＡ、及びリフト量ＬＦＴに応じて、吸入空気流量マップ値ＧＡＩＲＭＡＰを算出する。具体的には、ＧＡＩＲＭＡＰ算出部７２は、エンジン回転数ＮＥ及びリフト量ＬＦＴに応じて吸入空気流量マップ値ＧＡＩＲＭＡＰが設定されたマップを、吸気圧ＰＢＡの複数の値に対応して複数有し、エンジン回転数ＮＥ及びリフト量ＬＦＴに応じて算出されたマップ値を用いて、吸気圧ＰＢＡに応じた補間演算を行うことにより、吸入空気流量マップ値ＧＡＩＲＭＡＰを算出する。吸入空気流量マップ値ＧＡＩＲＭＡＰは、リフト量ＬＦＴが増加するほど、また吸気圧ＰＢＡが増加するほど、増加するように設定されている。なお、エンジン回転数ＮＥの増加に対しては、吸入空気流量マップ値ＧＡＩＲＭＡＰが増加する領域と、ほとんど変化しない領域と、減少する領域とがある。

位相補正係数算出部７３は、エンジン回転数ＮＥ及びリフト量ＬＦＴに応じて図６に示すＫＣＡマップを検索し、さらに作動位相ＣＡＩＮに応じた補間演算を行うことにより、位相補正係数ＫＣＡを算出する。図６（ａ）は、作動位相ＣＡＩＮ＝０（最も遅角した状態）に対応するマップを示し、同図（ｂ）は、作動位相ＣＡＩＮが最も進角した状態（例えば５５度）に対応するマップを示す。図６において、実線が第１リフト量ＬＦＴ１に対応し、一点鎖線が第２リフト量ＬＦＴ２に対応し、破線が第３リフト量ＬＦＴ３に対応する。第１〜第３リフト量ＬＦＴ１〜ＬＦＴ３は、ＬＦＴ１＜ＬＦＴ２＜ＬＦＴ３なる関係を満たす。位相補正係数ＫＣＡは、作動位相ＣＡＩＮが進角するほど減少するように設定される。

吸気温補正係数算出部７４は、吸気温ＴＡに応じて吸気温補正係数ＫＴＡを算出する。吸気温補正係数ＫＴＡは、吸気温ＴＡが高くなるほど減少するように設定される。

乗算部７５は、吸入空気流量マップ値ＧＡＩＲＭＡＰに位相補正係数ＫＣＡを乗算し、乗算部７６は乗算部７５の出力に吸気温補正係数ＫＴＡを乗算し、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥを算出する。すなわち、下記式（１）により推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥが算出される。
ＧＡＩＲＥ＝ＧＡＩＲＭＡＰ×ＫＣＡ×ＫＴＡ （１）

加算部７７は、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥに、流量補正量ＤＧＡＩＲＧを加算し、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣを算出する。

遅延部８１は、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣを所定時間ＴＤだけ遅延させ、遅延補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣＤを算出する。所定時間ＴＤは、吸入空気流量センサ１３の検出遅れに対応する時間に設定される。減算部８２は、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲから遅延補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣＤを減算することにより、偏差ＤＧＡＩＲを算出する。

ゲイン設定部８３は、リフト量ＬＦＴに応じてゲインＧＯＢを設定する。ゲインＧＯＢは、リフト量ＬＦＴが増加するほど減少するように設定される。乗算部８４は、偏差ＤＧＡＩＲにゲインＧＯＢを乗算することにより、流量補正量ＤＧＡＩＲＧを算出する。

基本燃料噴射量算出部８５は、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣに応じて、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように、通常基本燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭを算出する。補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣに応じて、通常基本燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭを算出することにより、エンジン１の定常運転状態及び過渡運転状態のいずれにおいても、空燃比を適切に制御することができる。

図５に示すモジュールによれば、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣと検出吸入空気流量ＧＡＩＲとの偏差ＤＧＡＩＲにゲインＧＯＢを乗算することにより算出される流量補正量ＤＧＡＩＲＧを、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥに加算して補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣを更新する処理が繰り返し行われる。その結果、偏差ＤＧＡＩＲがゲインＧＯＢに応じた収束速度で「０」に収束する、すなわち補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣが検出吸入空気流量ＧＡＩＲと等しくなる。したがって、実際の吸入空気流量の変化に対して検出吸入空気流量ＧＡＩＲが遅れる過渡状態では、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣは、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥの変化と同様に変化する一方、センサによる検出遅れの影響がなくなる定常的な運転状態では、検出吸入空気流量ＧＡＩＲと一致する。これは、定常運転状態では、検出吸入空気流量ＧＡＩＲの方が、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥに比べてより正確に実際の吸入空気流量を示すからである。したがって、過渡運転状態あるいは定常運転状態の判定を行うことなく、過渡状態では推定吸入空気流量に、また定常運転状態では検出吸入空気流量に応じた適切な通常基本燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭの設定を行うことができる。

また、吸入空気流量センサ１３の検出遅れ時間に相当する所定時間ＴＤだけ補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣを遅らせて、偏差ＤＧＡＩＲを算出するようにしたので、吸入空気流量センサ１３の検出遅れの影響を排除して、燃料噴射量制御を適切に行うことができる。

また吸気弁のリフト量ＬＦＴが増加するほど、偏差ＤＧＡＩＲの収束速度を低下させるように、ゲインＧＯＢが設定されるので、過渡運転状態に適した制御から定常運転状態に適した制御への移行を適切に行うことができる。

また、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮに応じて算出される位相補正係数ＫＣＡにより吸入空気流量マップ値ＧＡＩＲＭＡＰを補正して、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥが算出される。エンジンに実際に吸入される空気量は、吸気弁のリフト量ＬＦＴだけでなく、作動位相ＣＡＩＮにも依存して変化する。したがって、位相補正係数ＫＣＡにより作動位相ＣＡＩＮが進角するほど、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥが減少するように補正することにより、正確な推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥを得ることができる。

図７は、吸気行程における空気の充てん率ＲＧＡＩＲの推移を示すタイムチャートである。この図において、太い破線Ｌ１１が推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥの積算値に対応し、太い実線Ｌ１２が補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣの積算値に対応し、細い実線Ｌ１３が検出吸入空気流量ＧＡＩＲの積算値に対応する。この図に示すように、過渡状態においては、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣの積算値（Ｌ１２）は、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥの積算値（Ｌ１１）とほぼ同様に増加し、充てん率ＲＧＡＩＲが１００％に近づくと、検出吸入空気流量ＧＡＩＲの積算値（Ｌ１３）に近づく。

図８は、筒内圧センサにより検出される筒内圧ＰＣＹＬから算出された、燃焼室に吸入された空気量ＩＧＡＩＲＡの推移を示すタイムチャートであり、同図（ａ）は実吸入空気量ＩＧＡＩＲＡが増加する過渡状態における推移を示し、同図（ｂ）は実吸入空気量ＩＧＡＩＲＡが減少する過渡状態における推移を示す。また、これらの図にプロットされたデータは、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣを積算することにより得られる推定吸入空気量ＩＧＡＲＩＥを示す。推定吸入空気量ＩＧＡＲＩＥは、実吸入空気量ＩＧＡＩＲＡとよく一致しており、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣが実際の吸入空気流量を正確に示していることが確認される。

図９はアクセルペダルが踏み込まれたときにおける推定吸入空気流量及び排気系で検出される空燃比の推移を示すタイムチャートである。同図（ａ）は、本実施形態における補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ（実線Ｌ２１）及び空燃比Ａ／Ｆの推移を示し、同図（ｂ）は、従来の手法で算出される推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ’（実線Ｌ２１’）及び検出空燃比Ａ／Ｆの推移を示す。また，破線Ｌ２２は本実施形態の推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥの推移を示し、細い実線Ｌ２３，Ｌ２３’は、それぞれ検出吸入空気流量ＧＡＩＲを示す。従来の手法では、過渡状態を判定してから検出吸入空気流量ＧＡＩＲから推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ’に切り換わるまでの時間遅れＴＤＬＹ１があるため、推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ’が実吸入空気流量からずれて、空燃比Ａ／Ｆの変動が大きくなる（同図（ｂ））。これに対し本実施形態では、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣが迅速に立ち上がるため、空燃比Ａ／Ｆの変動を抑制することができる（同図（ａ））。なお、ここで比較の対象とした従来の手法は、吸気圧ＰＢＡの変化量ΔＰＢＡまたはスロットル弁開度ＴＨの変化量ΔＴＨに応じて過渡状態の判定を行い、過渡状態と判定されたときに、吸気圧変化量ΔＰＢＡまたはスロットル弁開度変化量ΔＴＨに応じて推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ’を算出するものである。

図１０は、アイドル状態からアクセルペダルを踏み込んだとき（変速機は中立位置とした状態）のエンジン回転数ＮＥ、リフト量ＬＦＴ、空燃比Ａ／Ｆ、及び推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ，ＧＡＩＲＥＣ’（実線Ｌ３１，Ｌ３１’）の推移を示すタイムチャートである。同図（ａ）は本実施形態に対応し、同図（ｂ）は従来の手法により推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ’を算出した場合に対応する。また破線Ｌ３２は本実施形態の推定吸入空気流量ＧＡＩＲＥの推移を示し、細い実線Ｌ３３，Ｌ３３’は、それぞれ検出吸入空気流量ＧＡＩＲを示す。本実施形態によれば、エンジン回転数ＮＥが立ち上がるまでの遅れ時間ＴＤＬＹ２が従来の遅れ時間ＴＤＬＹ２’に比べて改善されるとともに、空燃比Ａ／Ｆの変動が抑制されることが確認される。

図１１は、エンジンの始動時における基本燃料噴射量（以下「始動基本燃料噴射量」という）ＴＩＭＳＴを算出するモジュールの構成を示すブロック図である。図１１に示す各ブロックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により実現される。

図１１に示すモジュールは、目標リフト量算出部９１、ＧＡＳＴＭＡＰ１算出部９２、ＧＡＳＴＭＡＰ２算出部９３、スイッチ部９４、吸気圧補正係数算出部９５、乗算部９６、及び始動基本燃料噴射量算出部９７を備えている。

目標リフト量算出部９１は、エンジン冷却水温ＴＷ及び始動開始時点からサイクル数ｋＣＬに応じて、図１２に示すＬＦＴＣＭＤテーブルを検索し、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを算出する。具体的には、エンジン冷却水温ＴＷが所定温度ＴＷ０（例えば６５℃）以上であるときは、サイクル数ｋＣＬに応じてＬＦＴＣ１テーブルを検索を検索する一方、エンジン冷却水温ＴＷが所定温度ＴＷ０未満であるときは、サイクル数ｋＣＬに応じてＬＦＴＣ２テーブルを検索して、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを算出する。図１２において、ＬＦＴ１〜ＬＦＴ３は、それぞれ例えば、０．３ｍｍ、０．８ｍｍ、及び１ｍｍに設定される所定リフト量である。ＬＦＴＣＭＤテーブルは、サイクル数ｋＣＬが増加するほど、またエンジン冷却水温ＴＷが低下するほど、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが増加するように設定されている。

ＧＡＳＴＭＡＰ１算出部９２は、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じて第１始動吸入空気流量マップを検索し、第１始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ１を算出する。第１始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ１は、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが増加するほど、増加するように設定されている。なお、エンジン回転数ＮＥの増加に対しては、第１始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ１が増加する領域と、ほとんど変化しない領域と、減少する領域とがある。

ＧＡＳＴＭＡＰ２算出部９３は、検出されるリフト量ＬＦＴ及びエンジン回転数ＮＥに応じて第２始動吸入空気流量マップを検索し、第２始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ２を算出する。第２始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ２は、リフト量ＬＦＴが増加するほど、増加するように設定されている。なお、エンジン回転数ＮＥの増加に対しては、第２始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ２が増加する領域と、ほとんど変化しない領域と、減少する領域とがある。

スイッチ部９４は、始動モードフラグＦＳＴＭＯＤに応じて第１始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ１または第２始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ２の何れかを選択して出力する。始動モードフラグＦＳＴＭＯＤは、イグニッションスイッチがオンされた時点からエンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ０（例えば４００ｒｐｍ）に達するまで「１」に設定され、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ０を超えると、「０」に設定される。そして、スイッチ部９４は、始動モードフラグＦＳＴＭＯＤが「１」であるとき、第１始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ１を選択し、始動モードフラグＦＳＴＭＯＤが「０」であるとき第２始動吸入空気流量ＧＡＳＴＭＡＰ２を選択し、始動吸入空気流量基本値ＧＡＳＴＭＡＰとして出力する。

吸気圧補正係数算出部９５は、吸気圧ＰＢＡに応じて図１３に示すＫＰＢＡテーブルを検索し、吸気圧補正係数ＫＰＢＡを算出する。ＫＰＢＡテーブルは、吸気圧ＰＢＡが所定圧ＰＡ０（例えば１０１ｋＰａ）であるとき、補正係数ＫＰＢＡが「１．０」をとり、吸気圧ＰＢＡが低下するほど減少するように設定されいる。

乗算部９６は、始動吸入空気流量基本値ＧＡＳＴＭＡＰに吸気圧補正係数ＫＰＢＡを乗算することにより、始動吸入空気流量ＧＡＩＲＳＴを算出する。始動基本燃料噴射量算出部９７は、始動吸入空気流量ＧＡＩＲＳＴに応じて始動基本燃料噴射量ＴＩＭＳＴを算出する。始動基本燃料噴射量ＴＩＭＳＴは、始動吸入空気流量ＧＡＩＲＳＴが増加するほど増加するように設定される。

図１１に示すモジュールによれば、始動開始当初は、エンジン冷却水温ＴＷ及び始動後のサイクル数ｋＣＬに応じて目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが算出され、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じて始動吸入空気流量ＧＡＩＲＳＴが推定されるので、始動時における実際の吸入空気流量を、検出リフト量ＬＦＴを用いる場合に比べて精度よく推定することができる。また、エンジン温度を示すエンジン冷却水温ＴＷに応じて目標リフト量ＬＦＴが算出されるので、冷間始動時及び暖機後の再始動時のいずれにおいて、良好な始動性を得ることができる。

実際の燃料噴射に適用される基本燃料噴射量ＴＩＭは、始動基本燃料噴射量ＴＩＭＳＴ及び通常基本燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭを、下記式（２）に適用して算出される。
ＴＩＭ＝ＴＩＭＳＴ×ＫＭＴＩＭ＋ＴＩＭＡＦＭ×（１−ＫＭＴＩＭ）
（２）
ここで、ＫＭＴＩＭは、始動中は「１．０」に設定され、始動完了後、時間経過に伴って「０」まで漸減するように設定される漸減係数である。したがって、始動が完了すると、始動基本燃料噴射量ＴＩＭＳＴから徐々に通常基本燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭに移行するように制御される。

なお、図示は省略しているが、エンジン１の点火時期も補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣに応じて制御される。具体的には、補正吸入空気流量ＧＡＩＲＥＣ、エンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＢＡ、及び作動位相ＣＡＩＮに応じて、吸気弁の補正リフト量ＬＦＴＣが算出され、補正リフト量ＬＦＴＣ、エンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＢＡ、及び作動位相ＣＡＩＮに応じて設定された点火時期マップを検索することにより、基本点火時期ＩＧＣＭＤが算出される。

本実施形態では、第１弁作動特性可変機構４１が弁リフト量可変手段に相当し、第２弁作動特性可変機構４２が弁作動位相可変手段に相当し、吸入空気流量センサ１３が吸入空気流量検出手段に相当し、ＥＣＵ５が推定吸入空気流量算出手段、流量補正量算出手段、補正吸入空気流量算出手段、制御量算出手段、目標リフト量算出手段、始動推定吸入空気流量算出手段、基本吸入空気流量算出手段、及び位相補正量算出手段を構成する。具体的には、図５のＧＡＩＲＭＡＰ算出部７２、位相補正係数算出部７３、吸気温補正係数算出部７４、及び乗算部７５，７６が推定吸入空気流量算出手段に相当し、遅延部８１、減算部８２、ゲイン設定部８３、及び乗算部８４が流量補正量算出手段に相当し、加算部７７が補正吸入空気流量算出手段に相当する。また、図５の基本燃料噴射量算出部８５及び図１１の始動基本燃料噴射量算出部９７が制御量算出手段に相当する。また図１１の目標リフト量算出部９１が目標リフト量算出手段に相当し、ＧＡＳＴＭＡＰ１算出部９２が始動推定吸入空気流量算出手段に相当する。また、図５のＧＡＩＲＭＡＰ算出部７２が基本吸入空気流量算出手段に相当し、位相補正係数算出部７３が位相補正量算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、弁リフト量可変手段は、上述した第１弁作動特性可変機構４１に限るものではなく、同様の動作を行う公知の他の機構を使用したものも適用可能である。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 弁作動特性可変装置の構成を示す図である。 第１弁作動特性可変機構の概略構成を説明するための図である。 弁作動特性を示す図である。 通常基本燃料噴射量（ＴＩＭＡＦＭ）を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。 位相補正係数（ＫＣＡ）の算出に使用されるマップを示す図である。 吸入空気流量から算出される空気充てん率（ＲＧＡＩＲ）の推移を示すタイムチャートである。 燃焼室内に吸入される空気量の推移を示すタイムチャートである。 吸入空気流量が増加する過渡状態における制御パラメータの推移を示すタイムチャートである。 アイドル状態でアクセルペダルを踏み込んだときにおける制御パラメータの推移を示すタイムチャートである。 エンジンの始動時に適用される始動基本燃料噴射量（ＴＩＭＳＴ）を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。 目標リフト量（ＬＦＴＣＭＤ）の算出に使用されるテーブルを示す図である。 吸気圧補正係数（ＫＰＢＡ）の算出に使用されるテーブルを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気管
５ 電子制御ユニット（推定吸入空気流量算出手段、流量補正量算出手段、補正吸入空気流量算出手段、制御量算出手段、目標リフト量算出手段、始動推定吸入空気流量算出手段、基本吸入空気流量算出手段、位相補正量算出手段）
４１ 第１弁作動特性可変機構（弁リフト量可変手段）
４２ 第２弁作動特性可変機構（弁作動位相可変手段）
４３ モータ
６０ 吸気弁
７１ 変換部（（基本吸入空気流量算出手段、推定吸入空気流量算出手段）
７２ ＧＡＩＲＭＡＰ算出部（基本吸入空気流量算出手段、推定吸入空気流量算出手段）
７３ 位相補正係数算出部７３（位相補正量算出手段、推定吸入空気流量算出手段）
７５ 乗算部（推定吸入空気流量算出手段）
７７ 加算部（補正吸入空気流量算出手段）
８１ 遅延部（流量補正量算出手段）
８２ 減算部（流量補正量算出手段）
８３ ゲイン設定部（流量補正量算出手段）
８４ 乗算部（流量補正量算出手段）
８５ 基本燃料噴射算出部（制御量算出手段）

Claims (5)

1. 吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁リフト量可変手段を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記リフト量を示すリフト量パラメータ及び前記機関の回転数に応じて推定吸入空気流量を算出する推定吸入空気流量算出手段と、
   前記機関の吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段と、
   検出される吸入空気流量に応じて、前記推定吸入空気流量を補正する流量補正量を算出する流量補正量算出手段と、
   前記流量補正量により前記推定吸入空気流量を補正することにより補正吸入空気流量を算出する補正吸入空気流量算出手段と、
   前記補正吸入空気流量に応じて前記機関の制御量を算出する制御量算出手段とを備え、
   前記流量補正量算出手段は、前記補正吸入空気流量と検出される吸入空気流量との偏差が、設定された収束速度で「０」となるように前記流量補正量を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記流量補正量算出手段は、前記吸入空気流量検出手段における検出遅れを示すパラメータを用いて前記流量補正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制御装置。
3. 前記流量補正量算出手段は、前記収束速度を決定するパラメータを前記リフト量に応じて設定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記機関の始動時において、前記機関の温度に応じて前記吸気弁の目標リフト量を算出する目標リフト量算出手段と、
   前記目標リフト量及び機関回転数に応じて始動推定吸入空気流量を算出する始動推定吸入空気流量算出手段とを備え、
   前記制御量算出手段は、前記機関の始動時においては、前記始動推定吸入空気流量に応じて前記制御量を算出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記機関は前記吸気弁の作動位相を変更する弁作動位相可変手段を備え、前記推定吸入空気流量算出手段は、前記リフト量パラメータ及び前記機関の回転数に応じて基本吸入空気流量を算出する基本吸入空気流量算出手段と、前記作動位相に応じて位相補正量を算出する位相補正量算出手段とを有し、前記基本吸入空気流量を前記位相補正量により補正して前記推定吸入空気流量を算出することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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