JP2014224473A - 可変動弁機構の弁開閉時期検出装置、及び可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム信号により可変動弁機構の弁開閉時期を検出できない場合でも、他の情報から弁開閉時期を検出することが可能な可変動弁機構の弁開閉時期検出装置、及び可変動弁機構の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０のクランク軸３８に対するカム軸２５ａ，２６ａの回転位相を変化させることにより、カム軸２５ａ，２６ａの回転で駆動される吸気弁２１及び排気弁２２の少なくとも一方の開閉時期を変化させる可変動弁機構の弁開閉時期を検出する可変動弁機構の弁開閉時期装置であって、エンジン１０には、気筒内の圧力である筒内圧力を検出する圧力センサ３７が設けられており、エンジン１０の筒内圧力と弁開閉時期との予め設定された対応関係、及び圧力センサ３７により検出された筒内圧力に基づいて、弁開閉時期を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸排気弁の開閉時期を可変とする可変動弁機構の弁開閉時期を検出する装置、及び可変動弁機構の制御装置に関する。

クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させて、カム軸の回転で駆動される吸排気弁の開閉時期を変化させる可変動弁機構が知られている（例えば特許文献１参照）。このような可変動弁機構では、内燃機関の気筒判別後、基準クランク信号とカム信号との時間差を角度換算して吸排気弁の開閉時期を検出し、この開閉時期を制御している。特に、内燃機関の始動時に、弁開閉時期を目標開閉時期に制御するものがある。

特開２００３−２０１８７０号公報

内燃機関の始動時に、吸排気弁の開閉時期を制御する場合、実際の開閉時期に合わせて始動時噴射量を切り替える必要がある。しかしながら、気筒判別後から燃料噴射の間までに、カム信号による弁開閉時期の検出が間に合わず、弁開閉時期が始動時の目標開閉時期になっているか否か確認できないことがある。また、始動時は内燃機関の回転速度の変動が大きいため、カム信号に基づいて弁開閉時期を正確に検出できないおそれがある。その結果、弁開閉時期が始動時の目標開閉時期になっていないにも関わらず、始動時の目標開閉時期に応じた始動時噴射量に切り替えられ、始動時エミッション及びドライバビリティを悪化させるおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑み、カム信号により可変動弁機構の弁開閉時期を検出できない場合でも、他の情報から弁開閉時期を検出することが可能な可変動弁機構の弁開閉時期検出装置、及び可変動弁機構の制御装置を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることにより、カム軸の回転で駆動される吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉時期を変化させる可変動弁機構の弁開閉時期を検出する可変動弁機構の弁開閉期間検出装置であって、前記内燃機関には、気筒内の圧力である筒内圧力を検出する圧力センサが設けられており、前記内燃機関の筒内圧力と前記弁開閉時期との予め設定された対応関係、及び前記圧力センサにより検出された前記筒内圧力に基づいて、前記弁開閉時期を検出する。

本発明者は、内燃機関の筒内圧力と吸排気弁の開閉時期とには相関関係があることに注目した。そこで、請求項１に記載の発明によれば、予め内燃機関の筒内圧力と吸排気弁の開閉時期との対応関係が設定されている。また、気筒に設けられた圧力センサにより、内燃機関の筒内圧力が検出される。そして、対応関係及び検出された筒内圧力に基づいて吸排気弁の開閉時期が検出される。よって、カム信号により吸排気弁の開閉時期を検出できない場合でも、筒内圧力により吸排気弁の開閉時期を検出することができる。

エンジンのシステム構成図。 クランク信号とカム信号との位相差を示す図。 エンジンの始動時にカム信号によりバルブタイミングを検出する時期を示す図。 筒内圧力と閉弁時期との対応を示す図。 筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 エンジンの始動時に、筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 エンジンの始動後に、筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 機械圧縮比及び筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 筒内圧力と機械圧縮比との対応を示す図。 筒内表面積及び筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 筒内圧力とシリンダボア径との対応を示す図。 エンジンの回転速度及び筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 筒内圧力とエンジンの回転速度との対応を示す図。 温度及び筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 筒内圧力と温度との対応を示す図。 吸気圧力及び筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 筒内圧力と筒内空気量との対応を示す図。 筒内残留ガス濃度及び筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。 筒内圧力と筒内残留ガス濃度との対応を示す図。 エンジンの運転状態に応じて、筒内圧力により弁開閉時期を検出する処理手順を示すフローチャート。

以下、可変動弁機構の弁開閉時期検出装置、及び可変動弁機構の制御装置を、直噴式の多気筒４サイクルエンジンに適用した実施形態について説明する。まず、図１を参照して、エンジンシステムの構成について説明する。

エンジン１０（内燃機関）は、吸気管１１と、吸気管１１に接続された燃焼室２３と、燃焼室２３に接続された排気管２４と、燃焼室２３に突出するようにして設けられて燃焼室２３に燃料を直噴射する燃料噴射弁１９とを備える。

吸気管１１の最上流部には吸入される空気を濾過するエアクリーナ１２が設けられ、エアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１３が設けられている。エアフローメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、サージタンク１６には、吸気管１１内の圧力すなわち吸気圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気弁２１及び排気弁２２が設けられており、吸気弁２１の開弁動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気弁２２の開弁動作により燃焼後の排気ガスが排気管２４に排出される。排気ガスが排出される排気管２４には、排気ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排気ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２が設けられている。また、排気管２４において触媒３１の上流から分岐して、サージタンク１６に接続するＥＧＲ配管４１が設けられている。排気管２４内の排気の一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管４１を通って吸気管１１に還流する。ＥＧＲ配管４１には、ＥＧＲ配管４１の流通路を開閉するＥＧＲバルブ４２が設けられている。ＥＧＲバルブ４２によりＥＧＲ配管４１の流路面積が調整され、ＥＧＲガスの導入量が調整される。

吸気弁２１及び排気弁２２にはそれぞれ可変動弁機構２５，２６が設けられている。可変動弁機構２５，２６は、クランク軸３８に対するカム軸２５ａ，２６ａの回転位相を変化させることにより、カム軸２５ａ，２６ａの回転で駆動される吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミング（開閉時期）を、エンジン運転状態や運転者の要求等に応じて変化させる。本実施形態では、エンジン１０の始動時に可変動弁機構２５，２６の少なくとも一方を作動状態とする。なお、可変動弁機構２５，２６はいずれか一方のみでもよい。

エンジン１０のシリンダヘッドには、吸気側のカム角センサ２７と排気側のカム角センサ２８とが取り付けられている。吸気側のカム角センサ２７は、吸気弁２１のバルブタイミング等を算出するために吸気側のカム角を検出する。排気側のカム角センサ２８は、排気弁２２のバルブタイミング等を算出するために排気側カム角を検出する。検出されたこれら吸気側及び排気側のカム角から、吸気弁２１と排気弁２２のバルブオーバーラップ量も算出される。また、カム角センサ２７，２８は、カム軸２５ａ，２６ａが１回転（クランク軸３８が２回転）する毎に、図２に示すように、パルス状のカム信号を出力する。

また、エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に、燃焼室２３内に導入した混合気に着火する点火プラグ２９が取り付けられている。さらに、エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に、点火プラグ２９の近傍に、気筒内の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧力センサ３７が設置されている。

エンジン１０のシリンダブロックには、エンジン１０内を主に循環する冷却水の温度（冷却水温）を検出する冷却水温センサ３３や、クランク位置（回転角）及びエンジン１０の回転速度を検出するクランク角センサ３４が設置されている。クランク角センサ３４は、図２に示すように、所定クランク角毎にパルス状のクランク信号を出力する。後述するＥＣＵ４０が、クランク角センサ３４から出力される角度信号の単位時間当たりに出力された回数をカウントして、エンジン１０の回転速度を算出する。

ＥＣＵ４０（可変動弁機構の弁開閉時期検出装置、可変動弁機構の制御装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバスライン等よりなるマイクロコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ４０は、上記各種センサの他、吸入空気の温度（吸気温）を検出する吸気温センサ３５や、大気圧力を検出する大気圧センサ３６からの検出信号を受信する。ＥＣＵ４０は、各種センサの検出値に基づいて、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを実行することにより、気筒判別手段及び信号検出手段を含む各種機能を実現する。

ＥＵＣ４０は、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出する。また、ＥＣＵ４０は、検出した吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングが、エンジン１０の運転状態に応じた目標バルブタイミング（目標弁開閉時期）と異なる場合に、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを目標バルブタイミングになるように変化させる。さらに、ＥＣＵ４０は、目標バルブタイミングに応じて、燃料噴射弁１９から噴射させる燃料量を変える。

アイドルストップ機能を有する車両や、高圧縮エンジンが搭載された車両では、静かにエンジンを始動させるために、エンジンの始動時にバルブタイミングの制御が行われる。本実施形態では、エンジン１０の始動時に、バルブタイミングを検出して、バルブタイミングの制御を行う。

次に、ＥＣＵ４０が、エンジン１０の始動時に行う処理について図３を参照しつつ説明する。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動時にクランキングが開始されると、クランク軸３８に取り付けられているシグナルロータ３９の欠歯を検出する。シグナルロータ３９は、所定クランク角度間隔として３０°ＣＡ間隔で繰り返される凸部と、その凸部の一部が欠落した欠け歯部を有する。ＥＣＵ４０は、シグナルロータ３９の欠歯に基づき、クランク軸３８の基準角度位置を検出する。

気筒判別手段は、検出した基準角度位置及びカム角センサ２７，２８から出力されるカム信号に基づき、燃焼サイクル４行程のうち現時点での行程がいずれであるかを各気筒に対して判別する。

気筒判別手段による気筒判別が完了すると、信号検出手段は、クランク角センサ３４から出力されたクランク信号と、カム角センサ２７，２８から出力されたカム信号とから、クランク軸３８に対するカム軸２５ａ，２６ａの位相を検出する。

ＥＣＵ４０は、カム信号を検出できる場合は、カム信号により吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタタイミングを検出する。しかしながら、気筒判別後から燃料噴射の間までに、カム信号によるバルブタイミングの検出が間に合わず、バルブタイミングが始動時の目標バルブタイミングになっているか否か確認できないまま、燃料噴射が行われることがある。一方で、クランキング開始から始動（初爆）までの期間を短くしたいという要求があり、燃料噴射をバルブタイミング検出後に遅らせることは好ましくない。

本発明者は、気筒内の圧力である筒内圧力の圧縮行程における最大値と、実圧縮比すなわち吸気弁２１の閉弁時期とには相関関係があることに着目した。例えば、図４に示すように、圧縮行程における筒内圧力の最大値が２４００ｋＰａのときには、閉弁時期は下死点後７０°ＣＡになる。そこで、筒内圧力の最大値とバルブタイミング（詳しくは、弁閉時期又は弁開時期）との対応関係を実験等に基づいて予め設定しておき、カム信号を検出できない場合は、予め設定した対応関係、及び筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力の最大値に基づいて、バルブタイミングを検出する。以下に、ＥＣＵ４０によりバルブタイミングを検出する各実施例について説明する。

（実施例１）
図５に示すフローチャートを参照して、実施例１において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ１１で、筒内圧力センサ３７により圧縮行程における筒内圧力の最大値を検出する。続いて、Ｓ１２で、予め設定された圧縮行程における筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係、及びＳ１１で検出した圧縮行程における筒内圧力の最大値とに基づいて、バルブタイミングを検出する。

（実施例２）
カム信号によるバルブタイミングの不検出は、エンジン１０の始動時に多く起こる。そこで、実施例２では、エンジン１０が始動時であることを条件として、筒内圧力によりバルブタイミングを検出する。図６に示すフローチャートを参照して、実施例２において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ２１では、エンジン１０の始動時か否かを判定する。始動時でない場合は（ＮＯ）、本処理を終了する。始動時の場合は（ＹＥＳ）、Ｓ２２及びＳ２３において、Ｓ１１及びＳ１２と同様の処理を行う。

（実施例３）
カム信号によるバルブタイミングの不検出は、カム角センサ２７，２８とＥＣＵ４０とを接続する信号線の断線時や、基準となるバルブタイミングの学習値がクリアされた場合にも起こる。そこで、実施例３では、エンジン１０が始動後であることを条件として、筒内圧力によりバルブタイミングを検出する。図７に示すフローチャートを参照して、実施例３において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ２２では、エンジン１０の始動後か否か判定する。始動後でない場合は（ＮＯ）、本処理を終了する。始動後の場合は（ＹＥＳ）、Ｓ３２及びＳ３３において、Ｓ１１及びＳ１２と同様の処理を行う。

（実施例４）
ピストンシリンダ間の圧縮空気漏れや、放熱等が発生すると、筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力と、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングとが、予め設定された対応関係からずれるおそれがある。そのため、エンジン１０の状態に応じて、予め設定した対応関係を補正する必要がある。そこで、以下の実施例４〜実施例９では、エンジン１０の状態に応じて、予め設定した対応関係を補正する。

実施例４では、設計により定まる気筒の機械的な圧縮比である機械圧縮比に基づいて、対応関係を補正する。図８に示すフローチャートを参照して、実施例４において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ４１では、Ｓ１１と同様に、筒内圧力の最大値を検出する。続いて、Ｓ４２で、機械圧縮比に基づいて、予め設定した筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係を補正する。図９に示すように、機械圧縮比が大きいほど筒内圧力は高くなる。

そこで、予め設定した対応関係において想定していた機械圧縮比よりも実際の機械圧縮比が大きい場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を高くするように対応関係を補正する（図４のグラフを上側にずらす）。一方、予め設定した対応関係において想定した機械圧縮比よりも実際の機械圧縮比が小さい場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を低くするように対応関係を補正する（図４のグラフを下側にずらす）。

続いて、Ｓ４３で、Ｓ４１で検出した筒内圧力の最大値と、Ｓ４２で補正した対応関係とに基づいて、バルブタイミングを検出する。

（実施例５）
実施例５では、シリンダボア径すなわち筒内表面積に基づいて、対応関係を補正する。図１０に示すフローチャートを参照して、実施例５において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ５１では、Ｓ１１と同様に、筒内圧力の最大値を検出する。続いて、Ｓ５２で、筒内表面積に基づいて、予め設定した筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係を補正する。筒内表面積が大きいほど放熱量が増加し、筒内温度が低下する。筒内温度が低下すると筒内圧力は低下する。それゆえ、図１１に示すように、シリンダボア径が大きいほど、すなわち筒内表面積が大きいほど筒内圧力は小さくなる。

そこで、予め設定した対応関係において想定していたシリンダボア径よりも実際のシリンダボア径が大きい場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を低くするように対応関係を補正する。一方、予め設定した対応関係において想定したシリンダボア径よりも実際のシリンダボア径が小さい場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を高くするように対応関係を補正する。

続いて、Ｓ５３で、Ｓ５１で検出した筒内圧力の最大値と、Ｓ５２で補正した対応関係とに基づいて、バルブタイミングを検出する。

（実施例６）
実施例６では、エンジン１０の回転速度に基づいて、対応関係を補正する。図１２に示すフローチャートを参照して、実施例６において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ６１では、Ｓ１１と同様に、筒内圧力の最大値を検出する。続いて、Ｓ６２で、エンジン１０の回転速度に基づいて、予め設定した筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係を補正する。エンジン１０の回転速度が高いほど、ピストンは速く動くため、シリンダピストン間の空気漏れ量が少なくなる。シリンダピストン間の空気漏れ量が少ないほど、筒内圧力は高くなる。それゆえ、図１３に示すように、エンジン１０の回転速度が高いほど、筒内圧力は高くなる。

そこで、予め設定した対応関係において想定していたエンジン１０の回転速度よりも実際のエンジン１０の回転速度が大きい場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を高くするように対応関係を補正する。一方、予め設定した対応関係において想定したエンジン１０の回転速度よりも実際のエンジン１０の回転速度が小さい場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を低くするように対応関係を補正する。

続いて、Ｓ６３で、Ｓ６１で検出した筒内圧力の最大値と、Ｓ６２で補正した対応関係とに基づいて、バルブタイミングを検出する。

（実施例７）
実施例７では、エンジン１０の温度状態に基づいて、対応関係を補正する。詳しくは、吸気温度、外気温度、シリンダ壁面温度、冷却水温、油温等に基づいて、対応関係を補正する。図１４に示すフローチャートを参照して、実施例７において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ７１では、Ｓ１１と同様に、筒内圧力の最大値を検出する。続いて、Ｓ７２で、エンジン１０の温度状態に基づいて、予め設定した筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係を補正する。例えば、吸気温度が高いほど、圧縮端空気の温度が高くなり、筒内圧力が高くなる。また、シリンダ壁面温度が高いほど、放熱量が小さくなり、筒内圧力が高くなる。すなわち、図１５に示すように、エンジン１０の温度状態が高温になるほど、筒内圧力は高くなる。

そこで、予め設定した対応関係において想定していたエンジン１０の温度状態よりも実際のエンジン１０の温度状態が高い場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を高くするように対応関係を補正する。一方、予め設定した対応関係において想定したエンジン１０の温度状態よりも実際のエンジン１０の温度状態が低い場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を低くするように対応関係を補正する。

続いて、Ｓ７３で、Ｓ７１で検出した筒内圧力の最大値と、Ｓ７２で補正した対応関係とに基づいて、バルブタイミングを検出する。

（実施例８）
実施例８では、吸入空気量により変化する吸気圧力、すなわちエンジン１０の負荷に基づいて、対応関係を補正する。図１６に示すフローチャートを参照して、実施例８において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ８１では、Ｓ１１と同様に、筒内圧力の最大値を検出する。続いて、Ｓ８２で、エンジン１０の吸気圧力に基づいて、予め設定した筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係を補正する。吸気圧力が高い、すなわちエンジン１０の負荷が高く筒内空気量が多いほど、気筒内の空気密度が大きくなる。それゆえ、図１７に示すように、筒内空気量が多いほど、筒内圧力が高くなる。

そこで、予め設定した対応関係において想定していたエンジン１０の吸気圧力よりも実際のエンジン１０の吸気圧力が高い場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を高くするように対応関係を補正する。一方、予め設定した対応関係において想定したエンジン１０の吸気圧力よりも実際のエンジン１０の吸気圧力が低い場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を低くするように対応関係を補正する。

続いて、Ｓ８３で、Ｓ８１で検出した筒内圧力の最大値と、Ｓ８２で補正した対応関係とに基づいて、バルブタイミングを検出する。

（実施例９）
実施例９では、気筒内の残留ガス濃度、すなわちＥＧＲ量に基づいて、対応関係を補正する。図１８に示すフローチャートを参照して、実施例９において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ９１では、Ｓ１１と同様に、筒内圧力の最大値を検出する。続いて、Ｓ９２で、気筒内の残留ガス濃度、すなわちＥＧＲ量に基づいて、予め設定した筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係を補正する。気筒内の混合気は、空気と気化した燃料と残留ガスから成り、残留ガス濃度が高いほど混合気の比熱比は高くなる。図１９の式に示すように、比熱比が高くなると、筒内圧力は高くなる。それゆえ、図１９に示すように、筒内の残留ガス濃度が高いほど、筒内圧力は高くなる。

そこで、予め設定した対応関係において想定していた気筒内の残留ガス濃度よりも実際の気筒内の残留ガス濃度が高い場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を高くするように対応関係を補正する。一方、予め設定した対応関係において想定した気筒内の残留ガス濃度よりも実際の気筒内の残留ガス濃度が低い場合は、所定のバルブタイミングに対する筒内圧力を低くするように対応関係を補正する。

続いて、Ｓ９３で、Ｓ９１で検出した筒内圧力の最大値と、Ｓ９２で補正した対応関係とに基づいて、バルブタイミングを検出する。

（実施例１０）
実施例１０では、エンジン１０の始動時か否かに応じて、筒内圧力とカム信号のいずれか一方によりバルブタイミングの検出を行う。図２０に示すフローチャートを参照して、実施例１０において、バルブタイミングを検出する処理手順について説明する。本処理は、ＥＣＵ４０が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、Ｓ１１１で、エンジン１０の始動時か否か判定する。エンジン１０の始動時の場合は（ＹＥＳ）、Ｓ１１２及びＳ１１３において、Ｓ１１及びＳ１２と同様の処理を行い、筒内圧力センサ３７により検出される筒内圧力からバルブタイミングを検出する。この場合、実施例４〜９のいずれかのように補正した対応関係に基づいて、バルブタイミングを検出してもよい。

一方、エンジン１０の始動時でない場合は（ＮＯ）、Ｓ１１４において、カム信号からバルブタイミングを検出する。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・予め設定された筒内圧力の最大値とバルブタイミングとの対応関係、及び筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力に基づいて、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングが検出される。よって、カム信号により吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出できない場合でも、筒内圧力により吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出することができる。

・エンジン１０の始動時では、カム信号を用いて吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出することが困難であるが、筒内圧力センサ３７により検出される筒内圧力を用いることにより吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出できる。よって、エンジン１０の始動時において吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを確認できるため、エンジン１０の始動時におけるエミッション及びドライバビリティの悪化を抑制できる。

・エンジン１０の始動後であっても、カム信号の信号線が断線した場合や、基準となるバルブタイミングの学習値がクリアされた場合のように、カム信号を用いて吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出できない場合がある。そのような場合でも、筒内圧力センサ３７により検出される筒内圧力を用いることにより、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出できる。

・設計により定まる気筒の機械的な圧縮比である機械圧縮比が大きいほど、筒内圧力は高くなる。そこで、気筒の機械圧縮比に基づいて、筒内圧力とバルブタイミングとの対応関係を補正することにより、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングの検出精度を向上させることができる。

・気筒の内表面積が大きいほど放熱量が増加し、筒内温度が低下する。筒内温度が低下すると筒内圧力は低くなる。そこで、気筒の内表面積に基づいて、筒内圧力とバルブタイミングとの対応関係を補正することにより、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングの検出精度を向上させることができる。

・エンジン１０の回転速度が高いほど、ピストンは速く動くため、シリンダピストン間の空気漏れ量が少ない。シリンダピストン間の空気漏れ量が少ないと、筒内圧力は高くなる。そこで、エンジン１０の回転速度に基づいて、筒内圧力とバルブタイミングとの対応関係を補正することにより、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングの検出精度を向上させることができる。

・吸気温度やシリンダ壁面温度等のエンジン１０の温度状態が高温になると、筒内圧力は高くなる。そこで、エンジン１０の温度状態に基づいて、筒内圧力とバルブタイミングとの対応関係を補正することにより、吸気弁２１及び排気弁２２の検出精度を向上させることができる。

・吸気圧力が大きいと筒内の空気密度が大きくなり、筒内圧力が大きくなる。そこで、エンジン１０の吸気圧力に基づいて、筒内圧力とバルブタイミングとの対応関係を補正することにより、吸気弁２１及び排気弁２２の検出精度を向上させることができる。

・気筒内の混合気は、空気と気化した燃料と残留ガスすなわちＥＧＲから成り、ＥＧＲ量が多いほど混合気の比熱比は高くなる。比熱比が高くなると、筒内圧力が高くなる。そこで、気筒内の残留ガス濃度に基づいて、筒内圧力とバルブタイミングとの対応関係を補正することにより、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングの検出精度を向上させることができる。

・カム信号により吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出できないエンジン１０の始動時では、筒内圧力センサ３７により検出される筒内圧力から吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出できる。また、エンジン１０の始動時以外では、カム信号により、筒内圧力から検出する場合よりも正確に吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出できる。

・筒内圧力に基づいて検出されたバルブタイミングが目標バルブタイミングと異なる場合は、バルブタイミングを目標バルブタイミングとなるように制御することにより、エミッション及びドライバビリティを向上させることができる。

（他の実施形態）
・実施例４〜９を組み合わせて、筒内圧力とバルブタイミングとの対応関係を補正してもよい。実施例４〜９において、それぞれ異なるパラメータについて対応関係を補正しているが、複数のパラメータについて対応関係を補正してもよい。このようにすれば、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングの検出精度をより向上させることができる。

・実施例５において、シリンダボア径の代わりにシリンダ長に基づいて、対応関係を補正してもよい。あるいは、シリンダボア径とシリンダ長の両方に基づいて、対応関係を補正してもよい。

・実施例４〜９において、対応関係の代わりに筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力を補正してもよい。例えば、実施例４では、予め設定した対応関係において想定していた機械圧縮比よりも実際の機械圧縮比が大きい場合は、筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力を低くするように補正する。一方、予め設定した対応関係において想定した機械圧縮比よりも実際の機械圧縮比が小さい場合は、筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力を高くするように補正する。そして、補正された筒内圧力を図４に示す対応関係に適用する。

・筒内圧力の最大値と実圧縮比との関係である第１対応関係と、実圧縮比とバルブタイミングとの関係である第２対応関係とを、実験等により予め設定しておいてもよい。そして、第１対応関係及び筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力に基づいて実圧縮比を算出し、第２対応関係及び算出された実圧縮比に基づいて、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出してもよい。

・実施例４〜９の少なくとも１つのパラメータについて補正された対応関係と、筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力と、気筒が判別される前に検出されたカム信号とに基づいて、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを検出してもよい。気筒判別前でも、どの気筒に対応しているかは不明であるが、カム信号によりバルブタイミングを検出できる。気筒判別前はエンジン１０の回転速度の変動が大きいため、カム信号により検出されるバルブタイミングの精度は低いが、筒内圧力によるバルブタイミングの検出と組み合わせることにより、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングをより高精度に検出できる。

・筒内圧力の排気行程における最大値と、排気弁２２の閉弁時期とにも相関関係がある。それゆえ、筒内圧力の最大値と排気弁２２のバルブタイミングとの対応関係を実験等に基づいて予め設定しておき、予め設定した対応関係、及び筒内圧力センサ３７により検出された筒内圧力の最大値に基づいて、バルブタイミングを検出するようにしてもよい。

・可変動弁機構の弁開閉時期検出装置、及び可変動弁機構の制御装置を、ポート噴射式のエンジンに適用してもよい。

１０…エンジン、２１…吸気弁、２２…排気弁、２５，２６…可変動弁機構、２５ａ，２６ａ…カム軸、３７…筒内圧力センサ、３８…クランク軸、４０…ＥＣＵ。

Claims (11)

1. 内燃機関（１０）のクランク軸（３８）に対するカム軸（２５ａ，２６ａ）の回転位相を変化させることにより、カム軸の回転で駆動される吸気弁（２１）及び排気弁（２２）の少なくとも一方の開閉時期を変化させる可変動弁機構（２５，２６）の弁開閉時期を検出する装置（４０）であって、
   前記内燃機関には、気筒内の圧力である筒内圧力を検出する圧力センサ（３７）が設けられており、
   前記内燃機関の筒内圧力と前記弁開閉時期との予め設定された対応関係、及び前記圧力センサにより検出された前記筒内圧力に基づいて、前記弁開閉時期を検出する可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
2. 前記内燃機関の始動時に、前記弁開閉時期を検出する請求項１に記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
3. 前記内燃機関の始動後に、前記弁開閉時期を検出する請求項１又は２に記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
4. 設計により定まる前記気筒の機械的な圧縮比である機械圧縮比に基づいて、前記対応関係を補正し、補正した前記対応関係に基づいて、前記弁開閉時期を検出する請求項１〜３のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
5. 前記気筒の内表面積に基づいて、前記対応関係を補正し、補正した前記対応関係に基づいて、前記弁開閉時期を検出する請求項１〜４のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
6. 前記内燃機関の回転速度に基づいて、前記対応関係を補正し、補正した前記対応関係に基づいて、前記弁開閉時期を検出する請求項１〜５のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
7. 前記内燃機関の温度状態に基づいて、前記対応関係を補正し、補正した前記対応関係に基づいて、前記弁開閉時期を検出する請求項１〜６のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
8. 前記内燃機関の吸気圧力に基づいて、前記対応関係を補正し、補正した前記対応関係に基づいて、前記弁開閉時期を検出する請求項１〜７のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
9. 前記内燃機関の気筒内の残留ガス濃度に基づいて、前記対応関係を補正し、補正した前記対応関係に基づいて、前記弁開閉時期を検出する請求項１〜８のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
10. 前記内燃機関は、前記気筒を判別する気筒判別手段、及び前記内燃機関のクランク軸に対する前記カム軸の位相を示す信号を検出する信号検出手段と、を備え、
    補正した対応関係及び前記圧力センサにより検出された前記筒内圧力と、前記気筒判別手段により前記気筒が判別される前に前記信号検出手段により検出された信号とに基づいて、前記弁開閉時期を検出する請求項４〜９のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の可変動弁機構の弁開閉時期検出装置により検出された前記弁開閉時期が、前記内燃機関の運転状態に応じた目標弁開閉時期と異なる場合に、前記弁開閉時期を前記目標弁開閉時期になるように変化させる可変動弁機構の制御装置。

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