JP2011157903A - 内燃機関のパラメータ検出装置および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの検出素子を用いて、筒内圧と、それ以外のパラメータを検出することができ、それにより、コストの削減および商品性の向上を実現することができる内燃機関のパラメータ検出装置および制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３の制御装置１およびパラメータ検出装置１００はＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、吸気弁４の弁座３ｄとシリンダヘッド３ｃとの間に設けられた歪みセンサ２０の検出信号の値Ｖｏｕｔを用いて、筒内圧Ｐｃｙｌと、吸気弁４の開弁タイミングＣＡｉｖｏと、閉弁タイミングＣＡｉｖｃとを算出する（ステップ１０〜１２）。
【選択図】図１０

Description

本発明は、内燃機関の筒内圧を含む各種のパラメータを検出する内燃機関のパラメータ検出装置、およびこれを備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関のパラメータを検出するパラメータ検出装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。このパラメータ検出装置は、内燃機関のパラメータとして、筒内圧を検出するものであり、圧電素子を備えている。この圧電素子は、円環状に形成され、点火プラグとシリンダヘッドとの間に挟持された状態で、点火プラグを介してシリンダヘッドに固定されている。このパラメータ検出装置では、内燃機関の運転中、混合気の燃焼により気筒内に燃焼圧が発生すると、それに伴う荷重が圧電素子に作用することで、、圧電素子が荷重を表す検出信号を出力し、この検出信号に基づいて、筒内圧が検出される。

特開昭５９−１９３３２７号公報

上記従来の内燃機関のパラメータ検出装置によれば、圧電素子の検出信号に基づいて、筒内圧を検出することができるものの、この検出信号に基づいて、筒内圧以外のパラメータを検出することができないという問題がある。それにより、筒内圧以外のパラメータを検出する場合、圧電素子以外の検出素子が必要になることで、その分、コストの上昇を招くとともに、レイアウトの自由度が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、１つの検出素子を用いて、筒内圧と、それ以外のパラメータを検出することができ、それにより、コストの削減、レイアウトの自由度の向上および商品性の向上を実現することができる内燃機関のパラメータ検出装置および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に、請求項１に係る発明は、吸気弁４および排気弁７をシリンダヘッド３ｃ内に備えた内燃機関３のパラメータ検出装置１００，１００Ａであって、吸気弁４および排気弁７の少なくとも一方の弁である動弁の弁座３ｄ，３ｆとシリンダヘッド３ｃとの間に設けられ、弁座に作用する荷重を表す検出信号を出力する検出素子（歪みセンサ２０，２０Ａ，２０Ｂ）と、検出素子の検出信号を用いて、内燃機関３の気筒３ａ内の圧力を表す筒内圧パラメータ（筒内圧Ｐｃｙｌ）を検出する筒内圧パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、ステップ１０，７０）と、検出素子の検出信号を用いて、動弁の挙動状態を表す動弁挙動パラメータ（吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏ、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃ、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃ）を検出する動弁挙動パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、ステップ２２，２３，３２，３３，７３，７４）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関のパラメータ検出装置によれば、１つの検出素子から出力された検出信号を用いて、内燃機関の気筒内の圧力を表す筒内圧パラメータおよび動弁の挙動状態を表す動弁挙動パラメータが検出されるので、これらの２つのパラメータをそれぞれ２つの検出素子を用いて検出する場合と比べて、コストを削減することができるとともに、レイアウトの自由度を向上させることができる。さらに、検出素子が弁座とシリンダヘッドとの間に設けられているので、２つのパラメータを精度よく検出することができるとともに、例えば内燃機関の動弁系をメンテナンスする際でも、検出素子を着脱する必要がないことによって、良好なメンテナンス性および商品性を確保することができる。これに加えて、内燃機関の運転中、動弁系の劣化および摩耗をリアルタイムに検出できるとともに、検出素子を全気筒に設けた場合には、気筒間でのバルブタイミングのばらつきおよび筒内圧のばらつきなどをリアルタイムに検出できる。その結果、商品性をさらに向上させることができる（なお、本明細書における「筒内圧パラメータを検出」および「動弁挙動パラメータを検出」などの「検出」は、これらの値を算出することを含む）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３のパラメータ検出装置１００において、検出素子（歪みセンサ２０，２０Ｂ）は、動弁としての吸気弁４の弁座３ｄとシリンダヘッド３ｃとの間に設けられており、動弁挙動パラメータ検出手段は、動弁挙動パラメータとして、吸気弁４の閉弁タイミングＣＡｉｖｃを検出し、検出された吸気弁４の閉弁タイミングＣＡｉｖｃを用いて、閉弁タイミングＣＡｉｖｃにおける内燃機関３の気筒３ａ内の容積を閉弁時筒内容積ＶＯＬｉｖｃとして算出する閉弁時筒内容積算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３４）と、算出された閉弁時筒内容積ＶＯＬｉｖｃを用いて、内燃機関３の圧縮比（実効圧縮比ε）を算出する圧縮比算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３５）と、をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関のパラメータ検出装置によれば、動弁挙動パラメータ検出手段によって検出された吸気弁の閉弁タイミングを用いて、この閉弁タイミングにおける内燃機関の気筒内の容積が閉弁時筒内容積として算出され、この閉弁時筒内容積を用いて、内燃機関の圧縮比が算出されるので、検出素子が設けられた気筒において、当該気筒の１燃焼サイクル中の圧縮行程の開始タイミングにおいて圧縮比をリアルタイムで算出することができる。それにより、例えば内燃機関を制御する際、今回の燃焼サイクルで算出した圧縮比を用いて、今回の燃焼サイクル中の制御を実行することが可能になる。さらに、検出素子を全気筒に設けた場合には、内燃機関の１燃焼サイクルが終了する前に、圧縮比の気筒間のばらつきなどをリアルタイムで検出できる。以上により、商品性をより一層、向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３のパラメータ検出装置１００，１００Ａにおいて、内燃機関３は、４ストローク機関であり、内燃機関３のクランクシャフトの回転角度位置であるクランク角度位置を表す検出信号を出力するクランク角度位置検出手段（クランク角センサ２１）をさらに備え、動弁挙動パラメータ検出手段は、検出素子の検出信号に加えて、クランク角度位置検出手段の検出信号をさらに用い、動弁挙動パラメータとして、動弁のバルブタイミング（吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏ、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃ、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃ）を検出することを特徴とする。

一般に、４ストローク機関の場合、クランクシャフトが１燃焼サイクル中に２回転し、各気筒においてＴＤＣ位置およびＢＤＣ位置が２回ずつ存在する関係上、クランクシャフトの回転角度位置を検出しただけでは、その気筒がどの行程にあるのかを特定できず、バルブタイミングを検出できない。そのため、クランクシャフトの回転角度位置を検出する手段に加えて、例えばカムシャフトの回転角度位置などを検出する手段が必要となってしまう。これに対して、この内燃機関のパラメータ検出装置によれば、内燃機関のクランクシャフトの回転角度位置であるクランク角度位置を表す検出信号が、クランク角度位置検出手段から出力され、検出素子の検出信号に加えて、クランク角度位置検出手段の検出信号をさらに用い、動弁挙動パラメータとして、動弁のバルブタイミングが検出される。このように、クランク角度位置検出手段と筒内圧パラメータの検出にも用いる検出素子を利用し、これら以外の検出手段を用いることなく、バルブタイミングを検出することができるので、重量・コストをさらに削減することができるとともに、レイアウトの自由度をさらに向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関のパラメータ検出装置において、内燃機関３は、動弁（吸気弁４）の最大揚程であるリフト（吸気リフトＬＩＦＴ）を変更するとともに、リフトの変更に伴って動弁のバルブタイミングが変化する可変動弁機構（吸気リフト可変機構４０）を備えており、動弁挙動パラメータ検出手段は、動弁挙動パラメータとして、動弁のバルブタイミング（吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏ、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃ）を検出し、検出されたバルブタイミングを用いて、リフトを算出するリフト算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１０３）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関のパラメータ検出装置によれば、リフト検出用のセンサなどを用いることなく、動作状態パラメータ検出手段によって検出されたバルブタイミングを用いて、リフトが算出されるので、リフト検出用のセンサを省略でき、その分、コストを削減することができるとともに、レイアウトの自由度を向上させることができる。

請求項５に係る内燃機関３の制御装置１，１Ａは、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３のパラメータ検出装置１００，１００Ａを備え、内燃機関３は、動弁の最大揚程であるリフト（吸気リフトＬＩＦＴ）および動弁のバルブタイミングの少なくとも一方を変更する可変動弁機構（吸気リフト可変機構４０、吸気カム位相可変機構６０、排気カム位相可変機構８０）を備えており、動弁挙動パラメータを用いて、可変動弁機構を制御する動弁制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４４，４５，９２）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、動弁挙動パラメータを用いて、可変動弁機構の動作が制御される。前述したように、動弁挙動パラメータを検出することによって、内燃機関の運転中、動弁系の劣化および摩耗をリアルタイムに検出できるので、動弁系の劣化および摩耗を補償しながら、可変動弁機構を適切に制御することができ、それにより、制御精度を向上させることができる。

請求項６に係る内燃機関３の制御装置１Ａは、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３のパラメータ検出装置１００Ａを備え、内燃機関３は、排気弁７のバルブタイミングを変更することにより、気筒３ａ内で発生した既燃ガスの気筒３ａ内での残留量を内部ＥＧＲ量として自在に変更する内部ＥＧＲ機構（排気カム位相可変機構８０）を備えており、検出素子は、動弁としての排気弁７の弁座３ｆとシリンダヘッド３ｃとの間に設けられており、動弁挙動パラメータ検出手段は、動弁挙動パラメータとして、排気弁７の閉弁タイミングＣＡｅｖｃを検出し、排気弁７の閉弁タイミングＣＡｅｖｃおよび筒内圧パラメータ（筒内圧Ｐｃｙｌ）を用いて、内部ＥＧＲ機構を制御する内部ＥＧＲ制御手段（ＥＣＵ２、ステップ７４〜７８，９２）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内部ＥＧＲ機構によって、排気弁のバルブタイミングが変更されることにより、内部ＥＧＲ量が自在に変更されるとともに、排気弁の閉弁タイミングを用いて、内部ＥＧＲ機構が制御される。この場合、排気弁の閉弁タイミングでの筒内容積および筒内圧によって、気筒内における既燃ガスの残留量すなわち内部ＥＧＲ量を精度よく推定することができるので、そのように推定された内部ＥＧＲ量を用いて、内部ＥＧＲ機構を適切に制御することができ、それにより、制御精度を向上させることができる。

請求項７に係る内燃機関３の制御装置１は、請求項２に記載の内燃機関３のパラメータ検出装置１００と、算出された圧縮比（実効圧縮比ε）を用いて、内燃機関３の燃料噴射時期ＩＮＪおよび点火時期ＩＧＬＯＧの少なくとも一方を制御する制御手段（ＥＣＵ２、ステップ５４，５５，６２，６３）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、算出された圧縮比を用いて、内燃機関の燃料噴射時期および／または点火時期が制御される。この場合、前述したように、今回の燃焼サイクルで算出した圧縮比を用いて、今回の燃焼サイクル中の燃料噴射時期および／または点火時期を制御することができるので、制御精度を向上させることができる。これに加えて、検出素子を全気筒に設けた場合には、内燃機関の１燃焼サイクルが終了する前に、圧縮比の気筒間のばらつきなどを検出できることで、そのばらつきを反映させながら、今回の燃焼サイクル中の燃料噴射時期および／または点火時期を制御することができ、制御精度をさらに向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るパラメータ検出装置を備えた制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。 パラメータ検出装置および制御装置の概略構成を示すブロック図である。 歪みセンサおよびその周辺の概略構成を示す断面図である。 図３の部分拡大図である。 歪みセンサおよび弁座の概略構成を示す斜視図である。 吸気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 吸気リフト可変機構による吸気リフトの変更状態を示す図である。 吸気カム位相可変機構により吸気カム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの吸気弁のバルブリフト曲線と、排気弁のバルブリフト曲線とをそれぞれ示す図である。 クランク角度位置ＣＡの算出処理を示すフローチャートである。 各種のパラメータの算出処理を示すフローチャートである。 吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏの算出処理を示すフローチャートである。 吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃおよび実効圧縮比εの算出処理を示すフローチャートである。 吸気制御処理を示すフローチャートである。 燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 点火時期制御処理を示すフローチャートである。 歪みセンサの変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係るパラメータ検出装置および制御装置の概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態の歪みセンサおよびその周辺の概略構成を示す断面図である。 排気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気カム位相可変機構により排気カム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線と、吸気弁のバルブリフト曲線とをそれぞれ示す図である。 各種のパラメータの算出処理を示すフローチャートである。 内部ＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態のパラメータ算出処理の変形例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る内燃機関のパラメータ検出装置および制御装置について説明する。図２に示すように、第１実施形態の制御装置１は、パラメータ検出装置１００を備えている。このパラメータ検出装置１００は、後述するように、吸気弁のバルブタイミングや筒内圧などの各種のパラメータを検出するものであり、ＥＣＵ２を備えている。このＥＣＵ２は、後述するように、各種のパラメータの算出処理を実行するとともに、それらの算出結果および内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、吸気制御処理や燃料噴射制御処理などの各種の制御処理を実行する。

図１に示すように、エンジン３は、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。このエンジン３は、気筒３ａ毎に設けられた一対の吸気弁４，４（１つのみ図示）および一対の排気弁７，７（１つのみ図示）と、吸気カムシャフト５および吸気カム６を有するとともに各吸気弁４を開閉駆動する吸気側動弁機構３０と、排気カムシャフト８および排気カム９を有するとともに各排気弁７を開閉駆動する排気側動弁機構７０と、燃料噴射弁１０および点火プラグ１１（図２参照）などを備えている。

吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられているとともに、気筒３ａの配列方向に沿って延びている。この吸気カムシャフト５の一端部上には、吸気スプロケット（図示せず）が同軸に配置され、回転自在に設けられている。この吸気スプロケットは、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト３ｅに連結され、後述する吸気カム位相可変機構６０を介して吸気カムシャフト５に連結されている。以上の構成により、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｅが２回転する毎に１回転する。また、吸気カム６は、吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するように設けられている。

さらに、吸気側動弁機構３０は、クランクシャフト３ｅの回転に伴う吸気カムシャフト５の回転によって、各気筒３ａの吸気弁４を、リターンスプリング４ａの付勢力に抗しながら開閉駆動するものであり、後述するように、吸気弁４の開弁中の最大揚程である吸気リフトＬＩＦＴを無段階に変更するとともに、吸気弁４のバルブタイミングを無段階に変更する可変式の動弁機構で構成されている。

一方、図３，４に示すように、エンジン３のシリンダヘッド３ｃの、吸気ポートが燃焼室に臨んで開口する部位には、検出素子としての歪みセンサ２０が気筒３ａごとに１個ずつ設けられている（１つのみ図示）。エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、吸気弁４用の弁座３ｄが吸気弁４ごとに取り付けられており、この弁座３ｄは、図５に示すように、円環状の形状を有している。この弁座３ｄの上面と対向するシリンダヘッド３ｃの部位には、断面矩形の環状溝が形成されている。歪みセンサ２０は、この環状溝内に嵌め込まれ、その上面がシリンダヘッド３ｃの壁面に、下面が弁座３ｄの上面にそれぞれ当接しているとともに、弁座３ｄおよびシリンダヘッド３ｃによって気密状態に保持されている。

この歪みセンサ２０は、圧電素子タイプのものであり、図５に示すように、円環状に形成され、その外径が弁座３ｄと同じでかつ内径が弁座３ｄよりも大きくなっている。さらに、歪みセンサ２０は、シリンダヘッド３ｃ内を延びるケーブル２０ａを介して、ＥＣＵ２に電気的に接続されている（図２参照）。

以上の構成により、歪みセンサ２０は、対応する気筒３ａの弁座３ｄに作用する荷重を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、歪みセンサ２０の検出信号の値（以下「センサ出力値」という）Ｖｏｕｔに基づいて、後述するように、気筒３ａ内の圧力である筒内圧Ｐｃｙｌや、吸気弁４のバルブタイミング（すなわち開弁タイミングと閉弁タイミング）などを気筒３ａごとに算出する。このセンサ出力値Ｖｏｕｔは、弁座３ｄに作用する荷重の変化に伴ってリニアに変化する電圧値として出力され、より具体的には、荷重が大きいほど、より大きい値を示すように出力される。そのため、センサ出力値Ｖｏｕｔは、吸気行程中、吸気弁４の開弁に伴って減少し、吸気行程から圧縮行程に移行する際、吸気弁４の閉弁に伴って増大するとともに、燃焼行程中、混合気の燃焼に伴って急増した後、減少するように変化する。

また、排気側動弁機構７０は、クランクシャフト３ｅの回転に伴う排気カムシャフト８の回転によって、各気筒３ａの排気弁７を、リターンスプリング７ａの付勢力に抗しながら開閉駆動する。それにより、排気行程中、排気弁７が開弁することによって、燃焼ガスが気筒３ａ内から排気通路１４に排出される。

さらに、燃料噴射弁１０は、気筒３ａ毎に設けられ、燃料を気筒３ａ内に直接噴射するようにシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。すなわち、エンジン３は直噴エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、その開弁タイミングおよび閉弁タイミングが制御される。すなわち燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。

また、点火プラグ１１も、気筒３ａ毎に設けられ、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。点火プラグ１１は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、点火時期に応じたタイミングで気筒内の混合気を燃焼させるように、放電状態が制御される。

さらに、エンジン３には、クランク角センサ２１（クランク角度位置検出手段）が設けられている。このクランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。ＥＣＵ２は、後述するように、前述したセンサ出力値Ｖｏｕｔ、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に基づいて、クランク角度位置ＣＡを気筒３ａごとに算出する。

また、エンジン３の吸気通路１２には、スロットル弁機構１３が設けられており、このスロットル弁機構１３は、スロットル弁１３ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１３ｂなどを備えている。スロットル弁１３ａは、吸気通路１２の途中に回動自在に設けられており、回動に伴う開度の変化により吸気通路１２内を流れる空気の流量を変化させる。ＴＨアクチュエータ１３ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって駆動されることで、スロットル弁１３ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを変化させる。

次に、図６を参照しながら、前述した吸気側動弁機構３０について説明する。この吸気側動弁機構３０は、同図に示すように、吸気カムシャフト５、吸気カム６、吸気リフト可変機構４０および吸気カム位相可変機構６０などを備えている。

この吸気リフト可変機構４０（可変動弁機構）は、クランクシャフト３ｅの回転に伴う吸気カムシャフト５の回転によって吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気リフトＬＩＦＴを図７に示す最小値ＬＩＦＴ＿ｍｉｎと最大値ＬＩＦＴ＿ｍａｘとの間で無段階に変更するものである。

この吸気リフト可変機構４０は、コントロールシャフト４１およびロッカアームシャフト４２と、これらのシャフト４１，４２上に気筒３ａ毎に設けられたロッカアーム機構４３と、これらのロッカアーム機構４３を同時に駆動するリフトアクチュエータ５０（図２参照）と、回動規制機構（図示せず）などを備えている。

このロッカアーム機構４３は、リンク４４ａ、ローラ軸４４ｂ、ローラ４４ｃ、ロッカアーム４５などを備えている。また、リフトアクチュエータ５０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されたモータと減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって駆動されると、コントロールシャフト４１を回動させ、それにより、リンク４４ａをローラ軸４４ｂを中心として回動させる。

このリンク４４ａが図６に実線で示すゼロリフト位置にある場合、吸気カム６が回転し、そのカムノーズによりローラ４４ｃがロッカアームシャフト４２側に押されると、リンク４４ａはコントロールシャフト４１を中心として、図６の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム４５の案内面４５ａがコントロールシャフト４１を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、リターンスプリング４ａの付勢力により、ロッカアーム４５は図６に示す閉弁位置に保持される。それにより、吸気リフトＬＩＦＴは値０に保持され、吸気弁４は閉弁状態に保持される。

一方、リンク４４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置（図６の２点鎖線で示す位置）側の位置まで回動し、その位置に保持されている状態では、吸気カム６の回転により、リンク４４ａがコントロールシャフト４１を中心として図６の時計回りに回動すると、ロッカアーム４５は、リターンスプリング４ａの付勢力に抗しながら、図６に示す閉弁位置から下方に回動し、吸気弁４を開放する。その際、ロッカアーム４５の回動量すなわち吸気リフトＬＩＦＴは、リンク４４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。すなわち、吸気弁４は、リンク４４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。

また、コントロールシャフト４１の回動範囲は、回動規制機構によって、前述した最大リフト位置と、前述したゼロリフト位置から最大リフト位置側に若干回動した最小リフト位置との間に規制されるように構成されている。それにより、吸気カム６の回転中、吸気弁４は、リンク４４ａが最大リフト位置にあるときには、図７に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、吸気リフトＬＩＦＴは、その最大値ＬＩＦＴ＿ｍａｘを示すとともに、リンク４４ａが最小リフト位置にあるときには、図７に２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、吸気リフトＬＩＦＴは、その最小値ＬＩＦＴ＿ｍｉｎを示す。

以上のように、この吸気リフト可変機構４０では、リフトアクチュエータ５０を介して、リンク４４ａを最小リフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、吸気リフトＬＩＦＴが、所定の最小値ＬＩＦＴ＿ｍｉｎと所定の最大値ＬＩＦＴ＿ｍａｘとの間で無段階に変更される。この場合、図７に示すように、吸気リフト可変機構４０によって、吸気リフトＬＩＦＴが変更されると、吸気弁４の開弁期間すなわちバルブタイミングも、吸気リフトＬＩＦＴの変化に対して高い相関性を示しながら変化するように構成されている。

また、吸気リフト可変機構４０には、回動角センサ２２が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２２は、コントロールシャフト４１の回動角を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この回動角センサ２２の検出信号に基づき、吸気リフトＬＩＦＴを算出する。

次に、前述した吸気カム位相可変機構６０（可変動弁機構）について説明する。この吸気カム位相可変機構６０は、吸気カムシャフト５のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「吸気カム位相」という）を無段階に進角側または遅角側に変更することで、吸気弁４のバルブタイミングを無段階に変更するものであり、吸気カムシャフト５の吸気スプロケット側の端部に設けられている。

この吸気カム位相可変機構６０は、具体的には、本出願人が特開２００７−１００５２２号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、カム位相電磁弁６１（図２参照）などを備えており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によりカム位相電磁弁６１が駆動されると、吸気カム位相を、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化させる。それにより、吸気弁４のバルブタイミングは、図８に実線で示す最遅角タイミングと、図８に２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。また、吸気弁４のバルブタイミングは、吸気カム位相可変機構６０によって、エンジン３を停止する際、最遅角タイミングに設定されるとともに、エンジン停止中、その最遅角タイミングに保持される。

以上のように、このエンジン３の場合、吸気リフト可変機構４０によって、吸気リフトＬＩＦＴを所定範囲内で無段階に変更できるとともに、吸気カム位相可変機構６０によって、吸気弁４のバルブタイミングを所定範囲内で無段階に変更できるように構成されている。

一方、図２に示すように、ＥＣＵ２には、スロットル弁開度センサ２３、アクセル開度センサ２４およびＬＡＦセンサ２５が電気的に接続されている。スロットル弁開度センサ２３は、ポテンショメータで構成されており、スロットル弁開度ＴＨを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、アクセル開度センサ２４は、図示しないアクセルペダルの操作量であるアクセル開度ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＬＡＦセンサ２５は、排気通路１４の触媒装置（図示せず）よりも上流側に設けられており、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路１４内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２５の検出信号に基づいて、検出空燃比ＫＡＣＴを算出する。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２５の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別し、吸入空気量制御処理などの各種の制御処理を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、筒内圧パラメータ検出手段、動弁挙動パラメータ検出手段、閉弁時筒内容積算出手段、圧縮比算出手段、動弁制御手段、内部ＥＧＲ制御手段、および制御手段に相当する。

以下、ＥＣＵ２によって実行される各種の算出処理および制御処理について説明する。まず、図９を参照しながら、クランク角度位置ＣＡの算出処理について説明する。この算出処理は、その初回のループがクランキング開始タイミングに同期して実行されるとともに、それ以降のループはＣＲＫ信号の発生タイミングに同期して実行される。

同図のステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）では、以下に述べるように、前述したセンサ出力値Ｖｏｕｔ、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に基づいて、クランク角度位置ＣＡが気筒３ａごとに算出される。まず、本実施形態の場合、前述したように、エンジン停止中、吸気弁４のバルブタイミングは最遅角タイミングに保持されるので、エンジン始動時すなわちクランキング開始時には、最初のＴＤＣ信号の発生に続いていずれかの気筒３ａの吸気弁４が開弁することになる。したがって、ステップ１では、クランキング開始後、最初のＴＤＣ信号の発生に続いていずれかの気筒３ａの吸気弁４が開弁すると、その気筒３ａを、最初に吸気行程に達した基準気筒３ａとして設定し、ＴＤＣ信号の発生タイミングからのＣＲＫ信号の発生数に基づいて、その時点での基準気筒３ａのクランク角度位置ＣＡを算出するとともに、基準気筒３ａのクランク角度位置ＣＡに基づいて、基準気筒３ａ以外の気筒３ａのクランク角度位置ＣＡも算出する。例えば、基準気筒３ａが１番気筒３ａの場合には、２番気筒３ａのクランク角度位置ＣＡを、算出された１番気筒３ａのクランク角度位置ＣＡに５４０°を加算することによって算出する。

そして、それ以降のループでは、ステップ１の実行ごとに、各気筒３ａのクランク角度位置ＣＡを１゜ずつインクリメントするとともに、クランク角度位置ＣＡが７２０゜に達したタイミングで、その気筒３ａのクランク角度位置ＣＡを０゜にリセットする。以上のように、クランク角度位置ＣＡの算出処理が実行される。

次に、図１０を参照しながら、本実施形態のパラメータ算出処理について説明する。この算出処理は、センサ出力値Ｖｏｕｔおよびクランク角度位置ＣＡに基づいて、筒内圧Ｐｃｙｌなどの各種のパラメータを気筒３ａごとに算出するものであり、ＣＲＫ信号の発生タイミングに同期して実行される。なお、４つの気筒３ａにおける算出処理の手法は互いに同じであるので、以下、１気筒分の算出処理の手法を例にとって説明する。

この処理では、まず、ステップ１０で、下式（１）により、筒内圧Ｐｃｙｌ（筒内圧パラメータ）を算出する。
Ｐｃｙｌ＝α・（Ｖｏｕｔ−Ｖｓｔａ） ……（１）

上式（１）のαは所定の換算係数である。また、Ｖｓｔａは、センサ出力値のエンジン停止時値であり、クランキング開始前のセンサ出力値Ｖｏｕｔが用いられる。なお、本実施形態の場合、エンジン停止時の気筒停止制御処理（図示せず）によって、吸気弁４および排気弁７はすべて、エンジン停止中、閉弁状態に保持されるように構成されており、それにより、エンジン停止時値Ｖｓｔａは、主として、リターンスプリング４ａの付勢力に起因して弁座３ｄに作用する荷重を表すものとなる。

次に、ステップ１１に進み、動弁挙動パラメータおよび動弁のバルブタイミングとしての吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏを算出する。この吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏは、吸気弁４が開弁したタイミングでのクランク角度位置ＣＡに相当するものであり、具体的には、図１１に示すように算出される。

すなわち、まず、ステップ２０で、当該気筒３ａのクランク角度位置ＣＡが開弁測定区間にあるか否かを判別する。この開弁測定区間は、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏを測定可能なクランク角の区間であり、前述した最進角タイミングでの吸気弁４の開弁位置よりも進角側のクランク角度位置ＣＡと、最遅角タイミングの吸気弁４の開弁位置よりも遅角側のクランク角度位置ＣＡとの間の区間に設定されている。

ステップ２０の判別結果がＮＯで、クランク角度位置ＣＡが開弁測定区間にないときには、ステップ２５に進み、吸気開弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＯを「０」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置ＣＡが開弁測定区間にあるときには、ステップ２１に進み、吸気開弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＯが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏを算出（測定）すべきであると判定して、ステップ２２に進み、センサ出力値Ｖｏｕｔが所定の開弁しきい値Ｖｉｖｏ以下であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、吸気弁４が開弁していないと判定して、前述したステップ２５を実行した後、本処理を終了する。一方、ステップ２２の判別結果がＹＥＳのときには、吸気弁４が開弁したと判定して、ステップ２３に進み、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏを今回の制御タイミングでのクランク角度位置ＣＡに設定する。

次に、ステップ２４に進み、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏを算出済みであることを表すために、吸気開弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＯを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。このように、吸気開弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＯが「１」に設定されると、それ以降のループにおいて、ステップ２１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、そのまま本処理を終了する。

図１０に戻り、ステップ１１で、以上のように吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏを算出した後、ステップ１２に進み、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃおよび実効圧縮比εを算出する。この吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃは、吸気弁４が閉弁したタイミングでのクランク角度位置ＣＡに相当するものであり、本実施形態では、動弁挙動パラメータおよび動弁のバルブタイミングに相当する。このステップ１２の算出処理は、具体的には図１２に示すように実行される。

すなわち、まず、ステップ３０で、当該気筒３ａのクランク角度位置ＣＡが閉弁測定区間にあるか否かを判別する。この閉弁測定区間は、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃを測定可能なクランク角の区間であり、前述した最進角タイミングでの吸気弁４の閉弁位置よりも進角側のクランク角度位置ＣＡと、最遅角タイミングの吸気弁４の閉弁位置よりも遅角側のクランク角度位置ＣＡとの間の区間に設定されている。

ステップ３０の判別結果がＮＯで、クランク角度位置ＣＡが閉弁測定区間にないときには、ステップ３７に進み、吸気閉弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＣを「０」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ３０の判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置ＣＡが閉弁測定区間にあるときには、ステップ３１に進み、吸気閉弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＣが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃの算出（測定）および実効圧縮比εの算出を実行すべきであると判定して、ステップ３２に進み、センサ出力値Ｖｏｕｔが所定の閉弁しきい値Ｖｉｖｃ以上であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、吸気弁４が閉弁していないと判定して、前述したステップ３７を実行した後、本処理を終了する。一方、ステップ３２の判別結果がＹＥＳのときには、吸気弁４が閉弁したと判定して、ステップ３３に進み、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃを今回の制御タイミングでのクランク角度位置ＣＡに設定する。

次いで、ステップ３４に進み、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃに応じて、図示しないマップを検索することにより、閉弁時筒内容積ＶＯＬｉｖｃを算出する。この閉弁時筒内容積ＶＯＬｉｖｃは、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃにおける筒内容積に相当する。

次に、ステップ３５で、下式（２）により、実効圧縮比εを算出する。
ε＝ＶＯＬｆｉｒｅ／ＶＯＬｉｖｃ ……（２）
ここで、ＶＯＬｆｉｒｅは燃焼室の容積を表している。

ステップ３５に続くステップ３６で、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃおよび実効圧縮比εを算出済みであることを表すために、吸気閉弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＣを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。このように、吸気閉弁算出済みフラグＦ＿ＩＶＣが「１」に設定されると、それ以降のループにおいて、ステップ３１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、そのまま本処理を終了する。

図１０に戻り、ステップ１２で、以上のように吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃおよび実効圧縮比εを算出した後、図１０の算出処理を終了する。

次に、図１３を参照しながら、本実施形態の吸気制御処理について説明する。この吸気制御処理は、以下に述べるように、スロットル弁機構１３、吸気リフト可変機構４０および吸気カム位相可変機構６０を制御することによって、吸入空気量を制御するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

まず、ステップ４０で、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤを算出する。

次いで、ステップ４１に進み、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏ＿ＣＭＤを算出する。

次に、ステップ４２で、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気リフトＬＩＦＴ＿ＣＭＤを算出する。

ステップ４２に続くステップ４３で、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出する。

次いで、ステップ４４に進み、バルブタイミング制御処理を実行する。この制御処理では、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏと目標吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏ＿ＣＭＤとの偏差が値０に収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、制御入力が算出され、この制御入力に対応する制御入力信号が、吸気カム位相可変機構６０のカム位相電磁弁６１に供給される。それにより、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏが、目標吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏ＿ＣＭＤに収束するようにフィードバック制御される。

次に、ステップ４５で、吸気リフト制御処理を実行する。この制御処理では、吸気リフトＬＩＦＴと目標吸気リフトＬＩＦＴ＿ＣＭＤとの偏差が値０に収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、制御入力が算出され、この制御入力に対応する制御入力信号が、可変リフト機構４０のリフトアクチュエータ５０に供給される。それにより、吸気リフトＬＩＦＴが、目標吸気リフトＬＩＦＴ＿ＣＭＤに収束するようにフィードバック制御される。

ステップ４５に続くステップ４６で、開度制御処理を実行する。この制御処理では、スロットル弁開度ＴＨと目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤとの偏差が値０に収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、制御入力が算出され、この制御入力に対応する制御入力信号が、ＴＨアクチュエータ１３ｂに供給される。それにより、スロットル弁開度ＴＨが、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤに収束するようにフィードバック制御される。以上のようにステップ４６を実行した後、本処理を終了する。

次に、図１４を参照しながら、本実施形態の燃料噴射制御処理について説明する。この制御処理は、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび燃料噴射時期ＩＮＪを気筒３ａごとに算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。なお、４つの気筒３ａにおける燃料噴射制御処理の手法は互いに同じであるので、以下、１気筒分の燃料噴射制御処理の手法を例にとって説明する。

まず、ステップ５０で、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本噴射量ＴＩ＿ＢＡＳＥを算出する。

次に、ステップ５１で、空燃比補正係数ＫＡＦを算出する。具体的には、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標空燃比ＫＣＭＤを算出し、前述した検出空燃比ＫＡＣＴと目標空燃比ＫＣＭＤとの偏差が値０に収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、空燃比補正係数ＫＡＦが算出される。

次いで、ステップ５２に進み、下式（３）により、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩ＿ＢＡＳＥ・ＫＡＦ ……（３）

ステップ５２に続くステップ５３で、燃料噴射量ＴＯＵＴおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本噴射時期ＩＮＪ＿ＢＡＳＥを算出する。

次いで、ステップ５４に進み、前述した実効圧縮比εに応じて、図示しないマップを検索することにより、補正項ＤＩＮＪを算出する。

次に、ステップ５５で、下式（４）により、燃料噴射時期ＩＮＪを算出した後、本処理を終了する。
ＩＮＪ＝ＩＮＪ＿ＢＡＳＥ ＋ ＤＩＮＪ ……（４）

以上のように、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび燃料噴射時期ＩＮＪが算出されると、それらに応じて、燃料が燃料噴射弁１０から燃焼室内に噴射される。

次に、図１５を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される点火時期制御処理について説明する。この制御処理は、点火時期ＩＧＬＯＧを気筒３ａごとに算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。なお、４つの気筒３ａにおける点火時期制御処理の手法は互いに同じであるので、以下、１気筒分の点火時期制御処理の手法を例にとって説明する。

まず、ステップ６０で、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本点火時期ＩＧＭＡＰを算出する。

次いで、ステップ６１に進み、エンジン３の冷却水温および大気温度などの環境パラメータに応じて、図示しないマップを検索することにより、環境補正項ＩＧＣＲＴを算出する。

次に、ステップ６２で、実効圧縮比εに応じて、図示しないマップを検索することにより、補正項ＤＩＧを算出する。

ステップ６２に続くステップ６３で、下式（５）により、点火時期ＩＧＬＯＧを算出した後、本処理を終了する。
ＩＧＬＯＧ＝ＩＧＭＡＰ ＋ ＩＧＣＲＴ ＋ ＤＩＧ ……（５）

図１５の点火時期制御処理では、以上のように点火時期ＩＧＬＯＧが算出され、それにより、この点火時期ＩＧＬＯＧに対応するタイミングで、点火プラグ１１の放電が実行される。

以上のように、第１実施形態のパラメータ検出装置１００によれば、１つの歪みセンサ２０から出力されたセンサ出力値Ｖｏｕｔを用いて、筒内圧Ｐｃｙｌ、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏおよび吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃが算出されるので、これらのパラメータを２つ以上のセンサを用いて検出する場合と比べて、コストを削減することができる。さらに、歪みセンサ２０が弁座３ｄとシリンダヘッド３ｃとの間に設けられているので、これらのパラメータを精度よく検出することができるとともに、例えばエンジン３の動弁系をメンテナンスする際でも、歪みセンサ２０を着脱する必要がないことによって、良好なメンテナンス性および商品性を確保することができる。

さらに、４ストローク機関の場合、クランクシャフト３ｅが１燃焼サイクル中に２回転し、各気筒３ａにおいてＴＤＣ位置およびＢＤＣ位置が２回ずつ存在する関係上、クランクシャフト３ｅの回転角度位置を検出しただけでは、その気筒がどの行程にあるのかを特定できず、バルブタイミングを検出できない。そのため、クランクシャフト３ｅの回転角度位置を検出する手段に加えて、例えば吸気カムシャフト５または排気カムシャフト７の回転角度位置などを検出する手段が必要となってしまう。これに対して、このパラメータ検出装置１００によれば、吸気カムシャフト５または排気カムシャフト７の回転角度位置などを検出する手段を用いることなく、センサ出力値Ｖｏｕｔと、クランク角センサ２１からのＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号とを用いて、クランク角度位置ＣＡを算出することができるので、重量・コストを削減することができるとともに、レイアウトの自由度を向上させることができる。

また、第１実施形態の制御装置１によれば、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃの算出結果を用いて、閉弁時筒内容積ＶＯＬｉｖｃを算出し、これを用いて実効圧縮比εが算出されるので、歪みセンサ２０が設けられた気筒３ａにおいて、当該気筒３ａの１燃焼サイクル中の圧縮行程の開始タイミングにおいて実効圧縮比εをリアルタイムで算出することができ、それにより、今回の燃焼サイクルで算出された実効圧縮比εを用いて、今回の燃焼サイクル中に燃料噴射時期ＩＮＪの補正項ＤＩＮＪおよび点火時期ＩＧＬＯＧの補正項ＤＩＧを算出することができる。その結果、燃料噴射制御および点火時期制御の制御精度を向上させることができ、商品性を向上させることができる。さらに、２つの補正項ＤＩＮＪ，ＤＩＧが気筒３ａごとに算出されるので、これらの補正項ＤＩＮＪ，ＤＩＧを、気筒３ａ間でのバルブタイミングのばらつきを反映させながら、そのばらつきを補正するように算出することができ、それにより、制御精度をさらに向上させることができる。

なお、検出素子として、第１実施形態の歪みセンサ２０に代えて、図１６に示す歪みセンサ２０Ｂを用いてもよい。この歪みセンサ２０Ｂは、吸気弁４の弁座３ｄと同一の外径寸法および内径寸法を有しており、それにより、歪みセンサ２０Ｂは、その内周面が弁座３ｄの内周面と面一でかつ吸気通路１２に臨む状態でシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。

以上のような歪みセンサ２０Ｂを用いた場合、第１実施形態の歪みセンサ２０を用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。これに加えて、歪みセンサ２０Ｂをシリンダヘッド３ｃに取り付ける際、第１実施形態の歪みセンサ２０のような環状溝をシリンダヘッド３ｃに形成する必要がなくなるので、歪みセンサ２０と比べてシリンダヘッド３ｃの加工が容易になるという作用効果を得ることができる。

また、第１実施形態は、検出素子として、圧電素子タイプの歪みセンサ２０を用いた例であるが、本発明の検出素子はこれに限らず、弁座に作用する荷重を表す検出信号を出力するものであればよい。例えば、検出素子として、歪みゲージ式のロードセルや、半導体歪みセンサなどを用いてもよい。

次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関のパラメータ検出装置および制御装置について説明する。第２実施形態のパラメータ検出装置および制御装置はそれぞれ、一部を除いて、前述した第１実施形態のパラメータ検出装置１００および制御装置１と同様に構成されているので、以下、パラメータ検出装置１００および制御装置１と同じ構成に関しては同じ符号を付し、その説明を省略するとともに、異なる点を中心に説明する。

本実施形態の制御装置１Ａは、図１７に示すように、パラメータ検出装置１００Ａを備えている。このパラメータ検出装置１００Ａは、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２には、検出素子として、第１実施形態の歪みセンサ２０に代えて、歪みセンサ２０Ａが電気的に接続されている。

この歪みセンサ２０Ａの場合、図１８に示すように、エンジン３のシリンダヘッド３ｃの、排気ポートが燃焼室に臨んで開口する部位に取り付けられており、それ以外の点は、歪みセンサ２０と同一に構成されている。シリンダヘッド３ｃには、排気弁７用の弁座３ｆが取り付けられており、この弁座３ｆの上面と対向するシリンダヘッド３ｃの部位には、断面矩形の環状溝が形成されている。歪みセンサ２０Ａは、この環状溝内に嵌め込まれ、その上面がシリンダヘッド３ｃの壁面に、下面が弁座３ｆの上面にそれぞれ当接しているとともに、弁座３ｆおよびシリンダヘッド３ｃによって気密状態に保持されている。

以上のような歪みセンサ２０Ａは、対応する気筒３ａの弁座３ｆに作用する荷重を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、歪みセンサ２０Ａの検出信号の値（以下「センサ出力値」という）Ｖｏｕｔ２に基づいて、後述するように、筒内圧Ｐｃｙｌや、排気弁７の閉弁タイミングを気筒３ａごとに算出する。

また、図１９に示すように、第２実施形態の排気側動弁機構７０は、排気カム位相可変機構８０を備えている。この排気カム位相可変機構８０は、排気カムシャフト８のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）を無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、排気カムシャフト８の排気スプロケット側の端部に設けられている。なお、本実施形態では、排気カム位相可変機構８０が可変動弁機構および内部ＥＧＲ機構に相当する。

この排気カム位相可変機構８０は、前述した吸気カム位相可変機構６０と同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、カム位相電磁弁８１（図１７参照）などを備えており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によりカム位相電磁弁８１が駆動されると、排気カム位相を、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化させる。それにより、排気弁７のバルブタイミングは、図２０に実線で示す最遅角タイミングと、図２０に２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。

以下、ＥＣＵ２によって実行される各種の算出処理および制御処理について説明する。なお、図示しないが、本実施形態の場合、クランク角度位置ＣＡは、センサ出力値Ｖｏｕｔ２、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に基づき、前述したステップ１と同様の手法によって気筒３ａごとに算出される。

まず、図２１を参照しながら、本実施形態のパラメータ算出処理について説明する。この算出処理は、センサ出力値Ｖｏｕｔ２およびクランク角度位置ＣＡに基づいて、筒内圧Ｐｃｙｌおよび排気弁７の閉弁タイミング（以下「排気閉弁タイミング」という）ＣＡｅｖｃを気筒３ａごとに算出するものであり、ＣＲＫ信号の発生タイミングに同期して実行される。なお、４つの気筒３ａにおける算出処理の手法は互いに同じであるので、以下、１気筒分の算出処理の手法を例にとって説明する。

この処理では、まず、ステップ７０で、下式（６）により、筒内圧Ｐｃｙｌを算出する。
Ｐｃｙｌ＝α２・（Ｖｏｕｔ２−Ｖｓｔａ２） ……（６）

この式（６）のα２は所定の換算係数である。また、Ｖｓｔａ２は、センサ出力値のエンジン停止時値であり、クランキング開始前のセンサ出力値Ｖｏｕｔ２が用いられる。なお、本実施形態でも、エンジン停止時の気筒停止制御処理（図示せず）によって、吸気弁４および排気弁７はすべて、エンジン停止中、閉弁状態に保持されるように構成されており、それにより、エンジン停止時値Ｖｓｔａ２は、主として、リターンスプリング７ａの付勢力に起因して弁座３ｆに作用する荷重を表すものとなる。

次に、ステップ７１に進み、当該気筒３ａのクランク角度位置ＣＡが閉弁測定区間にあるか否かを判別する。この閉弁測定区間は、排気弁７の閉弁タイミング（以下「排気閉弁タイミング」という）ＣＡｅｖｃを測定可能なクランク角の区間であり、前述した最進角タイミングでの排気弁７の閉弁位置よりも進角側のクランク角度位置ＣＡと、最遅角タイミングの排気弁７の閉弁位置よりも遅角側のクランク角度位置ＣＡとの間の区間に設定されている。

ステップ７１の判別結果がＮＯで、クランク角度位置ＣＡが閉弁測定区間にないときには、ステップ８０に進み、排気閉弁算出済みフラグＦ＿ＥＶＣを「０」に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ７１の判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置ＣＡが閉弁測定区間にあるときには、ステップ７２に進み、排気閉弁算出済みフラグＦ＿ＥＶＣが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃを算出（測定）すべきであると判定して、ステップ７３に進み、センサ出力値Ｖｏｕｔ２が所定の閉弁しきい値Ｖｅｖｃ以上であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、排気弁７が閉弁していないと判定して、前述したステップ８０を実行した後、本処理を終了する。一方、ステップ７３の判別結果がＹＥＳのときには、排気弁７が閉弁したと判定して、ステップ７４に進み、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃを今回の制御タイミングでのクランク角度位置ＣＡに設定する。なお、本実施形態では、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃが動弁挙動パラメータおよび動弁のバルブタイミングに相当する。

次いで、ステップ７５に進み、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃに応じて、図示しないマップを検索することにより、閉弁時筒内容積ＶＯＬｅｖｃを算出する。この閉弁時筒内容積ＶＯＬｅｖｃは、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃにおける筒内容積に相当する。

次に、ステップ７６で、筒内圧Ｐｃｙｌに応じて、図示しないマップを検索することにより、筒内推定温度ρを算出する。筒内推定温度ρは、気筒３ａ内の温度の推定値に相当する。

ステップ７６に続くステップ７７で、エンジン３の冷却水温および大気温度などの環境パラメータに応じて、図示しないマップを検索することにより、環境補正係数Ｋ１を算出する。

次いで、ステップ７８に進み、下式（７）により、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒを算出する。
Ｇｉｅｇｒ＝ρ・Ｋ１・ＶＯＬｅｖｃ ……（７）

次に、ステップ７９で、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃや内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒを算出済みであることを表すために、排気閉弁算出済みフラグＦ＿ＥＶＣを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。このように、排気閉弁算出済みフラグＦ＿ＥＶＣが「１」に設定されると、それ以降のループにおいて、ステップ７２の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、そのまま本処理を終了する。

次に、図２２を参照しながら、内部ＥＧＲ制御処理について説明する。この内部ＥＧＲ制御処理は、以下に述べるように、排気カム位相可変機構８０を制御することによって、内部ＥＧＲ量を制御するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

まず、ステップ９０で、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤを算出する。

次いで、ステップ９１に進み、要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒ＿ＣＭＤを算出する。

次に、ステップ９２で、バルブタイミング制御処理を実行する。この制御処理では、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒと目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒ＿ＣＭＤとの偏差が値０に収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、制御入力が算出され、この制御入力に対応する制御入力信号が、排気カム位相可変機構８０のカム位相電磁弁８１に供給される。それにより、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒが、目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒ＿ＣＭＤに収束するようにフィードバック制御される。以上のようにステップ９２を実行した後、本処理を終了する。

以上のように、第２実施形態のパラメータ検出装置１００Ａによれば、１つの歪みセンサ２０Ａから出力されたセンサ出力値Ｖｏｕｔ２を用いて、対応する気筒３ａの筒内圧Ｐｃｙｌおよび排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃが算出されるので、これらのパラメータを２つ以上のセンサを用いて検出する場合と比べて、コストを削減することができる。さらに、歪みセンサ２０Ａが弁座３ｆとシリンダヘッド３ｃとの間に設けられているので、これらのパラメータを精度よく検出することができるとともに、例えばエンジン３の動弁系をメンテナンスする際でも、歪みセンサ２０Ａを着脱する必要がないことによって、良好なメンテナンス性および商品性を確保することができる。

また、第２実施形態の制御装置１Ａによれば、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃを用いて、閉弁時筒内容積ＶＯＬｅｖｃを算出し、この閉弁時筒内容積ＶＯＬｅｖｃおよび筒内圧Ｐｃｙｌを用いて、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒを算出するとともに、この内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒが目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒ＿ＣＭＤに収束するように、排気カム位相可変機構８０が制御される。このように、排気閉弁タイミングＣＡｅｖｃでの閉弁時筒内容積ＶＯＬｅｖｃおよび筒内圧Ｐｃｙｌを用いることによって、気筒３ａ内の内部ＥＧＲ量を精度よく推定することができる。したがって、そのように推定された内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒを用いて、排気カム位相可変機構８０を制御することにより、内部ＥＧＲ制御の制御精度を向上させることができる。

なお、第２実施形態の歪みセンサ２０Ａに代えて、前述した図１６の歪みセンサ２０Ｂと同じ構成のものを用いてもよい。このようにした場合でも、第２実施形態の歪みセンサ２０Ａを用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。これに加えて、シリンダヘッド３ｃに取り付ける際、第２実施形態の歪みセンサ２０Ａのような環状溝をシリンダヘッド３ｃに形成する必要がなくなるので、歪みセンサ２０Ａと比べて、シリンダヘッド３ｃの加工が容易になるという作用効果を得ることができる。しかし、このような構成の歪みセンサの場合、歪みセンサの内周面が排気通路１４内を流れる燃焼ガスに直接さらされることになるので、耐久性の観点からは、歪みセンサ２０Ａの方が優れている。

また、第１実施形態は歪みセンサ２０を吸気弁４側にのみ設けた例であり、第２実施形態は歪みセンサ２０Ａを排気弁７側にのみ設けた例であるが、１つのエンジン３において、歪みセンサを吸気弁４および排気弁７の双方に設けるように構成してもよい。

さらに、第１実施形態は、回動角センサ２２を用いて、吸気リフトＬＩＦＴを検出した例であるが、回動角センサ２２を省略するとともに、図２３に示す算出処理により、吸気リフトＬＩＦＴを算出するように構成してもよい。

この算出処理の場合、ステップ１００〜１０２で、前述した図１０のステップ１０〜１２と同じ手法により、筒内圧Ｐｃｙｌ、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏ、吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃおよび実効圧縮比εを算出する。

次に、ステップ１０３で、吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏおよび吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃに応じて、図示しないマップを検索することにより、吸気リフトＬＩＦＴを算出する。その後、本処理を終了する。

以上のように吸気リフトＬＩＦＴを算出した場合、前述したように、吸気リフトＬＩＦＴと、吸気弁４の開弁期間（すなわち吸気開弁タイミングＣＡｉｖｏと吸気閉弁タイミングＣＡｉｖｃとの間隔）との間には高い相関性が存在するので、図２３の算出手法により、吸気リフトＬＩＦＴを精度よく算出することができる。また、そのように算出された吸気リフトＬＩＦＴを用いて、吸気リフト可変機構４０を精度よく制御することができる。さらに、回動角センサ２２を省略できるので、その分、コストを削減することができるとともに、レイアウトの自由度を向上させることができる。なお、この例では、ＥＣＵ２がリフト算出手段に相当する。

１ 制御装置
１Ａ 制御装置
２ ＥＣＵ（筒内圧パラメータ検出手段、動弁挙動パラメータ検出手段、閉弁時筒 内容積算出手段、圧縮比算出手段、動弁制御手段、内部ＥＧＲ制御手段、制御 手段、吸気リフト算出手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
３ｃ シリンダヘッド
３ｄ 弁座
３ｅ クランクシャフト
３ｆ 弁座
４ 吸気弁
７ 排気弁
２０ 歪みセンサ（検出素子）
２０Ａ 歪みセンサ（検出素子）
２０Ｂ 歪みセンサ（検出素子）
２１ クランク角センサ（クランク角度位置検出手段）
４０ 吸気リフト可変機構（可変動弁機構）
６０ 吸気カム位相可変機構（可変動弁機構）
８０ 排気カム位相可変機構（可変動弁機構、内部ＥＧＲ機構）
１００ パラメータ検出装置
１００Ａ パラメータ検出装置
Ｐｃｙｌ 筒内圧（筒内圧パラメータ）
ＣＡｉｖｏ 吸気開弁タイミング（動弁挙動パラメータ、動弁のバルブタイミング）
ＣＡｉｖｃ 吸気閉弁タイミング（動弁挙動パラメータ、動弁のバルブタイミング）
ＣＡｅｖｃ 排気閉弁タイミング（動弁挙動パラメータ、動弁のバルブタイミング）
ＶＯＬｉｖｃ 閉弁時筒内容積
ε 実効圧縮比（圧縮比）
ＬＩＦＴ 吸気リフト（動弁のリフト）
ＩＮＪ 燃料噴射時期
ＩＧＬＯＧ 点火時期

Claims (7)

1. 吸気弁および排気弁をシリンダヘッド内に備えた内燃機関のパラメータ検出装置であって、
   前記吸気弁および排気弁の少なくとも一方の弁である動弁の弁座と前記シリンダヘッドとの間に設けられ、当該弁座に作用する荷重を表す検出信号を出力する検出素子と、
   当該検出素子の当該検出信号を用いて、前記内燃機関の気筒内の圧力を表す筒内圧パラメータを検出する筒内圧パラメータ検出手段と、
   前記検出素子の前記検出信号を用いて、前記動弁の挙動状態を表す動弁挙動パラメータを検出する動弁挙動パラメータ検出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のパラメータ検出装置。
2. 前記検出素子は、前記動弁としての前記吸気弁の前記弁座と前記シリンダヘッドとの間に設けられており、
   前記動弁挙動パラメータ検出手段は、前記動弁挙動パラメータとして、前記吸気弁の閉弁タイミングを検出し、
   当該検出された吸気弁の閉弁タイミングを用いて、当該閉弁タイミングにおける前記内燃機関の前記気筒内の容積を閉弁時筒内容積として算出する閉弁時筒内容積算出手段と、
   当該算出された閉弁時筒内容積を用いて、前記内燃機関の圧縮比を算出する圧縮比算出手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のパラメータ検出装置。
3. 前記内燃機関は、４ストローク機関であり、
   前記内燃機関のクランクシャフトの回転角度位置であるクランク角度位置を表す検出信号を出力するクランク角度位置検出手段をさらに備え、
   前記動弁挙動パラメータ検出手段は、前記検出素子の前記検出信号に加えて、前記クランク角度位置検出手段の前記検出信号をさらに用い、前記動弁挙動パラメータとして、前記動弁のバルブタイミングを検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のパラメータ検出装置。
4. 前記内燃機関は、前記動弁の最大揚程であるリフトを変更するとともに、当該リフトの変更に伴って前記動弁のバルブタイミングが変化する可変動弁機構を備えており、
   前記動弁挙動パラメータ検出手段は、前記動弁挙動パラメータとして、前記動弁のバルブタイミングを検出し、
   当該検出されたバルブタイミングを用いて、前記リフトを算出するリフト算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のパラメータ検出装置。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関のパラメータ検出装置を備え、
   前記内燃機関は、前記動弁の最大揚程であるリフトおよび前記動弁のバルブタイミングの少なくとも一方を変更する可変動弁機構を備えており、
   前記動弁挙動パラメータを用いて、前記可変動弁機構を制御する動弁制御手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関のパラメータ検出装置を備え、
   前記内燃機関は、前記排気弁のバルブタイミングを変更することにより、前記気筒内で発生した既燃ガスの当該気筒内での残留量を内部ＥＧＲ量として自在に変更する内部ＥＧＲ機構を備えており、
   前記検出素子は、前記動弁としての前記排気弁の前記弁座と前記シリンダヘッドとの間に設けられており、
   前記動弁挙動パラメータ検出手段は、前記動弁挙動パラメータとして、前記排気弁の閉弁タイミングを検出し、
   当該排気弁の当該閉弁タイミングおよび前記筒内圧パラメータを用いて、前記内部ＥＧＲ機構を制御する内部ＥＧＲ制御手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項２に記載の内燃機関のパラメータ検出装置と、
   前記算出された前記圧縮比を用いて、前記内燃機関の燃料噴射時期および点火時期の少なくとも一方を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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