JP3011070B2 - バルブタイミング連続可変機構付き内燃機関における吸入空気量検出装置 - Google Patents

バルブタイミング連続可変機構付き内燃機関における吸入空気量検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸気弁又は排気弁
のバルブタイミング（弁開閉時期）を連続的に即ち無段
階に変更することを可能とするバルブタイミング連続可
変機構を有する内燃機関（エンジン）において、高度判
定等のために、基準となる吸入空気量と比較するための
実際の吸入空気量を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、自動車用エンジンにおいて
は、運転状態に応じて最適なバルブタイミングを達成す
るために動弁系の可変機構が種々実用化されている。か
かる可変機構として主として普及しているものは、２段
切り替え式すなわちＯＮ／ＯＦＦ制御式のものである。
近年においては、エンジンに対する更なる高性能化の要
求に応えるべく、バルブタイミング可変機構において
も、従来の２段切り替え式のものに代えて、常時最適な
任意のバルブタイミングを設定することが可能な連続可
変式のものが開発されつつある（例えば、特開平4-1754
30号公報参照）。バルブタイミング可変機構を有する内
燃機関では、出力性能の向上に寄与する吸入効率の観
点、並びに排出ガス浄化性能の向上及びポンピング損失
の低減による燃費の向上に寄与する内部排気ガス再循環
（内部ＥＧＲ）の観点から、機関運転状態に応じてバル
ブタイミングが制御される。
【０００３】例えば、特開平4-269339号公報は、大気圧
が低くなったときにおいても、燃焼性の悪化を招くこと
なく内部ＥＧＲ量を増大せしめる（すなわち、バルブオ
ーバラップ量を増大せしめる）ことにより、燃費の改善
を図るべく、運転状態に加え大気圧に応じてバルブタイ
ミングを制御する技術を開示している。上記公報に開示
された装置では、大気圧を検出するために大気圧センサ
が設けられているが、大気圧センサを設けることなく大
気圧を検出する技術（高度学習技術）も種々知られてい
る。上記公報の装置においても、大気圧センサを設ける
ことなく大気圧を検出することができれば、コストを低
減することができる。
【０００４】ところで、上記公報の装置では吸入空気量
の検出をエアフローメータで行っているが、吸入空気の
質量流量を直接検出する熱式エアフローメータを備えた
エンジンにおいて、走行時に実際に検出される吸入空気
量と、平地において得られるべき基準の吸入空気量とを
比較することにより、間接的に大気圧を検出する技術が
知られている。熱式エアフローメータから得られる検出
値に基づく従来の高度学習は、次のようなものである。
【０００５】基本的に、エンジン回転速度及びスロット
ル開度が同一であれば、エンジンの吸入空気量（エンジ
ン１回転当たり吸入される空気の質量）ＧＮの違いは、
空気密度すなわち大気圧によるものである。すなわち、
エンジンに実際に吸入される空気量を検出し、その吸入
空気量と、平地において同一のエンジン回転速度及び同
一のスロットル開度で吸入されるべき吸入空気量との比
をとれば、その吸入空気量（ＧＮ）比は、図１に示され
るように、大気圧ＰＡに比例する。熱式エアフローメー
タは吸入空気質量流量を直接検出することができるた
め、熱式エアフローメータを備えたエンジンでは、上記
のように実吸入空気量を検出することにより、大気圧を
間接的に検出することができる。
【０００６】かかる大気圧検出は、吸入空気量ＧＮが安
定している状態、すなわち図２に示されるようにスロッ
トル開度ＴＡに対して吸入空気量ＧＮが安定しているス
ロットル全開（ＷＯＴ）時付近（高負荷域）で実行され
ることが好ましい。そのため、ＷＯＴかつ平地での吸入
空気量（基準吸入空気量）をエンジン回転速度ＮＥに対
応させてマップとして記憶しておくとともに、ＷＯＴ付
近の運転領域にあるときに実吸入空気量を検出し、その
実吸入空気量と、検出時のエンジン回転速度に対応する
基準吸入空気量とを比較するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、バルブタイ
ミングが変化するエンジンにおいては、エンジン回転速
度及びスロットル開度が同一であっても、バルブタイミ
ングが変化すると、吸入空気量は変化する。そして、バ
ルブタイミング連続可変機構付きのエンジンでは、常に
バルブタイミングが変化し、かつ、当該可変機構の制御
において応答遅延が存在する。そのため、従来のような
ＷＯＴ域での大気圧検出を行おうとした場合、たとえＷ
ＯＴ付近であると判定されても、吸入空気量が安定して
いない可能性がある。すなわち、高負荷（ＷＯＴ）域に
おいて、吸入空気量ＧＮは、バルブタイミングすなわち
吸気弁バルブタイミング変位量ＩＶＴＤに対し図３に示
されるように変化する。そして、ＷＯＴ時であっても、
制御応答遅延のため、吸気弁バルブタイミング変位量Ｉ
ＶＴＤがＷＯＴ時に要求される値ＩＶＴＤwot まで達し
ていない可能性がある。このように、バルブタイミング
連続可変機構付きのエンジンの場合、バルブタイミング
を考慮せず、従来通りに単にスロットル開度に基づいて
吸入空気量の検出時期を判定して、吸入空気量を検出し
た場合、その吸入空気量の精度が問題となる。
【０００８】原理的には、エンジン回転速度及びスロッ
トル開度に加え、バルブタイミングをも条件として、実
吸入空気量を検出し、同一条件の基準吸入空気量と比較
すればよいこととなる。すなわち、エンジン回転速度及
びスロットル開度から定まる基準吸入空気量マップを、
各バルブタイミング値（吸気弁バルブタイミング変位量
ＩＶＴＤ）毎に多重に設けておき、実吸入空気量と比較
することも考えられるが、その場合、制御ユニット内の
ＣＰＵの高性能化を必要とするため、コストの面で問題
となる。
【０００９】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、バル
ブタイミング連続可変機構付き内燃機関において、基準
となる吸入空気量と比較するための実際の吸入空気量を
精度よく検出することができる吸入空気量検出装置を提
供することにある。ひいては、本発明は、バルブタイミ
ング連続可変機構付き内燃機関において、大気圧センサ
を設けることなく、簡易な構成で高度学習を達成するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、吸気弁のバルブタイミングを連続
的に変更することが可能なバルブタイミング連続可変機
構と、機関運転状態に応じて目標バルブタイミング変位
量を設定して該バルブタイミング連続可変機構を制御す
る制御装置と、を有する内燃機関において、高度判定等
のために吸入空気量を検出する装置であって、機関の回
転速度を検出する回転速度検出手段と、機関のスロット
ル開度を検出するスロットル開度検出手段と、実バルブ
タイミング変位量を検出するバルブタイミング検出手段
と、機関の実吸入空気量として機関が吸入する空気の質
量流量を検出する吸入空気量検出手段と、平地において
スロットル開度が全開でありバルブタイミングがスロッ
トル全開時要求値であるときに得られるべき基準吸入空
気量を回転速度に応じて定めた基準吸入空気量マップ
と、前記スロットル開度検出手段によって検出されるス
ロットル開度が全開付近にあるか否かを判定するスロッ
トル開度判定手段と、前記バルブタイミング検出手段に
よって検出される実バルブタイミング変位量が、スロッ
トル全開時に要求される目標バルブタイミング変位量を
基準とする所定範囲内にあるか否かを判定する実バルブ
タイミング判定手段と、前記スロットル開度判定手段に
よってスロットル開度が全開付近にあると判定され、か
つ、前記実バルブタイミング判定手段によって実バルブ
タイミング変位量が該所定範囲内にあると判定されると
きに、前記回転速度検出手段によって検出される回転速
度に基づき前記基準吸入空気量マップを参照することに
より求められる基準吸入空気量と、前記吸入空気量検出
手段によって検出される実吸入空気量と、の比をとるこ
とにより、大気圧補正係数を算出する係数算出手段と、
を具備する、バルブタイミング連続可変機構付き内燃機
関における吸入空気量検出装置が提供される。
【００１１】バルブタイミング連続可変機構付き内燃機
関においては、バルブタイミングに応じて吸入空気量が
変化する。そして、目標バルブタイミングは常に変化す
るとともに、実バルブタイミングには応答遅延が存在す
る。従って、従来通り高負荷時であることを条件にして
吸入空気量を検出しても、その精度は保証されない。上
記装置においては、スロットル開度（負荷）の変化に対
する吸入空気量の変化が小さいスロットル全開付近であ
って実バルブタイミングが該スロットル全開時に応じた
目標バルブタイミングを基準とする所定範囲内にあると
きに、吸入空気量が検出されるため、精度の良い検出が
可能となる。
【００１２】また、本発明によれば、吸気弁のバルブタ
イミングを連続的に変更することが可能なバルブタイミ
ング連続可変機構と、機関運転状態に応じて目標バルブ
タイミング変位量を設定して該バルブタイミング連続可
変機構を制御する制御装置と、を有する内燃機関におい
て、高度判定等のために吸入空気量を検出する装置であ
って、機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手
段と、実バルブタイミング変位量を検出するバルブタイ
ミング検出手段と、機関の実吸入空気量として機関が吸
入する空気の質量流量を検出する吸入空気量検出手段
と、平地においてバルブタイミングが最進角領域にある
ときに得られるべき基準吸入空気量を回転速度及びスロ
ットル開度に応じて定めた基準吸入空気量マップと、前
記スロットル開度検出手段によって検出されるスロット
ル開度が、高負荷判定基準値以下でかつ中負荷判定基準
値以上にあるか否かを判定するスロットル開度判定手段
と、前記バルブタイミング検出手段によって検出される
実バルブタイミング変位量が最進角値近傍にあるか否か
を判定する実バルブタイミング判定手段と、前記スロッ
トル開度判定手段によってスロットル開度が高負荷判定
基準値以下でかつ中負荷判定基準値以上にあると判定さ
れ、かつ、前記実バルブタイミング判定手段によって実
バルブタイミング変位量が最進角値近傍にあると判定さ
れるときに、前記回転速度検出手段によって検出される
回転速度及び前記スロットル開度検出手段によって検出
されるスロットル開度に基づき前記基準吸入空気量マッ
プを参照することにより求められる基準吸入空気量と、
前記吸入空気量検出手段によって検出される実吸入空気
量と、の比をとることにより、大気圧補正係数を算出す
る係数算出手段と、を具備する、バルブタイミング連続
可変機構付き内燃機関における吸入空気量検出装置が提
供される。
【００１３】検出時期がスロットル全開時付近に制限さ
れると、検出頻度が少ないという問題が生ずる。バルブ
タイミングの変化が小さい領域として、高負荷域の他
に、最遅角領域及び最進角領域が存在する。そのうち、
最遅角領域は、低負荷域に存在し、負荷の変化に対する
吸入空気量の変化が大きいため、検出される吸入空気量
の精度は良くないが、最進角領域は、中負荷域に存在
し、負荷の変化に対する吸入空気量の変化が小さく、検
出される吸入空気量の精度は良い。上記装置において
は、中負荷であって実バルブタイミングが最進角値近傍
の所定の範囲内にある領域にて実吸入空気量が検出され
るため、精度の良い検出が可能となる。
【００１４】また、本発明によれば、吸気弁のバルブタ
イミングを連続的に変更することが可能なバルブタイミ
ング連続可変機構と、機関運転状態に応じて目標バルブ
タイミング変位量を設定して該バルブタイミング連続可
変機構を制御する制御装置と、を有する内燃機関におい
て、高度判定等のために吸入空気量を検出する装置であ
って、機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手
段と、機関の実吸入空気量として機関が吸入する空気の
質量流量を検出する吸入空気量検出手段と、平地におい
てスロットル開度が全開でありバルブタイミングがスロ
ットル全開時要求値であるときに得られるべき基準吸入
空気量を回転速度に応じて定めた基準吸入空気量マップ
と、前記スロットル開度検出手段によって検出されるス
ロットル開度が全開付近にあるか否かを判定するスロッ
トル開度判定手段と、前記スロットル開度判定手段によ
ってスロットル開度が全開付近にあると判定された時点
からの経過時間を監視する経過時間監視手段と、実バル
ブタイミングがスロットル全開時に要求される目標バル
ブタイミングに達するまでの応答遅延時間を機関運転状
態に基づいて推定する応答遅延時間推定手段と、前記経
過時間監視手段によって監視される経過時間が、前記応
答遅延時間推定手段によって推定される応答遅延時間に
達したときに、前記回転速度検出手段によって検出され
る回転速度に基づき前記基準吸入空気量マップを参照す
ることにより求められる基準吸入空気量と、前記吸入空
気量検出手段によって検出される実吸入空気量と、の比
をとることにより、大気圧補正係数を算出する係数算出
手段と、を具備する、バルブタイミング連続可変機構付
き内燃機関における吸入空気量検出装置が提供される。
【００１５】上記の装置においては、スロットル開度
（負荷）の変化に対する吸入空気量の変化が小さいスロ
ットル全開時付近（高負荷）にあると判断された後、実
バルブタイミングが該高負荷に応じた目標バルブタイミ
ングに達したと推定されるときに、実吸入空気量が検出
されるため、精度の良い検出が可能となる。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施例を説明する。
【００２１】図４は、本発明の一実施例に係る吸入空気
量検出装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図で
ある。エンジン２０の燃焼に必要な空気は、エアクリー
ナ２でろ過され、スロットルボデー４を通ってサージタ
ンク（インテークマニホルド）６で各気筒の吸気管７に
分配される。なお、その吸入空気量は、スロットルボデ
ー４に設けられたスロットル弁５により調節されるとと
もに、熱式エアフローメータ４０により質量流量として
計測される。また、吸入空気温度は、吸気温センサ４３
により検出される。また、吸気管圧力は、バキュームセ
ンサ４１によって検出される。
【００２２】また、スロットル弁５の開度は、スロット
ル開度センサ４２により検出される。また、スロットル
弁５が全閉状態のときには、アイドルスイッチ５２がオ
ンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクテ
ィブとなる。また、スロットル弁５をバイパスするアイ
ドルアジャスト通路８には、アイドル時の空気流量を調
節するためのアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）６６
が設けられている。
【００２３】一方、燃料タンク１０に貯蔵された燃料
は、燃料ポンプ１１によりくみ上げられ、燃料配管１２
を経て燃料噴射弁６０により吸気管７に噴射される。
【００２４】吸気管７では、空気と燃料とが混合され、
その混合気は、吸気弁２４を介してエンジン本体すなわ
ち気筒（シリンダ）２０の燃焼室２１に吸入される。燃
焼室２１において、混合気は、ピストン２３により圧縮
された後、点火されて爆発・燃焼し、動力を発生する。
そのような点火は、点火信号を受けたイグナイタ６２
が、点火コイル６３の１次電流の通電及び遮断を制御
し、その２次電流が、点火ディストリビュータ６４を介
してスパークプラグ６５に供給されることによりなされ
る。
【００２５】なお、点火ディストリビュータ６４には、
その軸が例えばクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°
ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させる基準位置
検出センサ５０、及び３０°ＣＡごとに位置検出用パル
スを発生させるクランク角センサ５１が設けられてい
る。なお、実際の車速は、車速を表す出力パルスを発生
させる車速センサ５３によって検出される。また、エン
ジン２０は、冷却水通路２２に導かれた冷却水により冷
却され、その冷却水温度は、水温センサ４４によって検
出される。
【００２６】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気弁
２６を介して排気マニホルド３０に放出され、次いで排
気管３４に導かれる。なお、排気管３４には、排気ガス
中の酸素濃度を検出するＯ2 センサ４５が設けられてい
る。さらにそれより下流の排気系には、触媒コンバータ
３８が設けられており、その触媒コンバータ３８には、
排気ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化
物（ＮＯx ）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容
されている。こうして触媒コンバータ３８において浄化
された排気ガスが大気中に排出される。
【００２７】ここで、吸気弁２４及び排気弁２６の開閉
機構について説明する。ピストン２３は、コネクティン
グロッド８０を介してクランクシャフト８１に接続され
ている。そして、クランクシャフト８１の端部には、タ
イミングプーリ８４が設置されている。吸気弁２４及び
排気弁２６は、カムシャフト８５及び８６に取り付けら
れたカム８７及び８８によって駆動される。そして、カ
ムシャフト８５及び８６の端部には、タイミングプーリ
８９及び９０が設置されている。タイミングプーリ８９
及び９０は、タイミングベルト９１を介して前記したタ
イミングプーリ８４と連結されている。こうして、クラ
ンクシャフト８１によってカムシャフト８５及び８６が
回転駆動せしめられ、吸気弁２４及び排気弁２６が一定
のクランク角において開閉せしめられる。なお、クラン
クシャフト８１には、磁性体８２が埋め込まれており、
クランクシャフト８１に近接して配置された第１の磁気
センサ５４から基準パルスが出力される。また、吸気弁
２４のカムシャフト８５には、磁性体９３が埋め込まれ
ており、カムシャフト８５に近接して配置された第２の
磁気センサ５５から基準パルスが出力される。
【００２８】特に、吸気弁２４のカムシャフト８５とタ
イミングプーリ８９との間には、一般的に公知のバルブ
タイミング連続可変機構９２が設けられている。これ
は、カムシャフト８５とタイミングプーリ８９とを相対
回転せしめるものである。詳細には、バルブタイミング
連続可変機構９２は、カムシャフト８５とタイミングプ
ーリ８９とを外歯とし、ヘリカル歯を有する中間歯車を
介して両者を連結し、この中間歯車を軸線方向に移動さ
せることによって、前述の相対回転を実現する。この中
間歯車の移動は、例えば油圧源から供給される油圧力を
制御することによってなされ、その油圧力制御のために
油圧制御弁６８が設けられている。
【００２９】エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣ
Ｕ）７０は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回
転速度制御などに加え、本発明に係る吸入空気量検出を
実行するマイクロコンピュータシステムであり、そのハ
ードウェア構成は、図５のブロック図に示される。リー
ドオンリメモリ（ＲＯＭ）７３に格納されたプログラム
及び各種のマップに従って、中央処理装置（ＣＰＵ）７
１は、各種センサ及びスイッチからの信号をＡ／Ｄ変換
回路７５又は入力インタフェース回路７６を介して入力
し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演
算結果に基づき駆動制御回路７７ａ〜７７ｄを介して各
種アクチュエータ用制御信号を出力する。ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）７４は、その演算・制御処理過程
における一時的なデータ記憶場所として使用される。ま
た、これらのＥＣＵ内の各構成要素は、アドレスバス、
データバス、及びコントロールバスからなるシステムバ
ス７２によって接続されている。
【００３０】以上のようなハードウェア構成を有する内
燃機関（エンジン）において実行されるＥＣＵ７０のエ
ンジン制御処理について、以下、説明する。
【００３１】燃料噴射制御は、基本的には、エンジン１
回転当たりの吸入空気質量に基づいて、所定の目標空燃
比を達成する燃料噴射量すなわち燃料噴射弁６０による
噴射時間を演算し、所定のクランク角に達した時点で燃
料を噴射すべく、駆動制御回路７７ａを介して燃料噴射
弁６０を制御するものである。なお、エンジン１回転当
たりの吸入空気質量は、熱式エアフローメータ４０によ
り計測される吸入空気質量流量とクランク角センサ５１
から得られるエンジン回転速度とから算出される。そし
て、かかる燃料噴射量演算の際には、スロットル開度セ
ンサ４２、吸気温センサ４３、水温センサ４４等の各セ
ンサからの信号に基づく基本的な補正、Ｏ2 センサ４５
からの信号に基づく空燃比フィードバック補正、そのフ
ィードバック補正値の中央値が理論空燃比となるように
する空燃比学習補正、等を加える。
【００３２】また、点火時期制御は、クランク角センサ
５１から得られるエンジン回転速度及びその他のセンサ
からの信号により、エンジンの状態を総合的に判定し、
最適な点火時期を決定し、駆動制御回路７７ｂを介して
イグナイタ６２に点火信号を送るものである。
【００３３】また、アイドル回転速度制御は、アイドル
スイッチ５２からのスロットル全閉信号及び車速センサ
５３からの車速信号によってアイドル状態を検出すると
ともに、水温センサ４４からのエンジン冷却水温度等に
よって決められる目標回転速度と実際のエンジン回転速
度とを比較し、その差に応じて目標回転速度となるよう
に制御量を決定し、駆動制御回路７７ｃを介してＩＳＣ
Ｖ６６を制御して空気量を調節することにより、最適な
アイドル回転速度を維持するものである。
【００３４】また、バルブタイミング制御は、運転状態
に応じて吸気弁２４の目標バルブタイミング（弁開閉時
期）を設定してバルブタイミング連続可変機構９２を制
御するものであり、具体的には、吸気弁２４のカムシャ
フト８５がクランクシャフト８１に対して所望の回転位
相を保つように、第１の磁気センサ５４及び第２の磁気
センサ５５からの信号に基づいて油圧制御弁６８をフィ
ードバック制御する。
【００３５】図６は、吸気弁２４及び排気弁２６の開閉
時期をクランク角により表したバルブタイミング図であ
る。この図に示されるように、排気弁２６は、固定の開
弁時期ＥＶＯ（例えば、排気下死点前５０°）にて開弁
せしめられるとともに、固定の閉弁時期ＥＶＣ（例え
ば、排気上死点後３°）にて閉弁せしめられる。一方、
吸気弁２４については、その開弁期間は一定であるが、
その開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣは可変であり、
最も遅角側の開閉時期（同図のＩＶＯｒ及びＩＶＣｒ）
を基準位置として、ともに進角方向へ任意の量だけ変位
したタイミングに設定することができる。そして、この
基準位置からのバルブタイミング変位量ＩＶＴＤが制御
目標量とされる。ここで、基準位置としては、基準開弁
時期ＩＶＯｒが例えば排気上死点後３°であり、基準閉
弁時期ＩＶＣｒが例えば吸気下死点後６５°である。し
たがって、この場合、バルブタイミング変位量ＩＶＴＤ
が例えば３０°ＣＡ（クランク角）のときには、ＩＶＯ
は排気上死点前２７°となり、ＩＶＣは吸気下死点後３
５°となる。なお、バルブタイミング変位量ＩＶＴＤの
最大値は、例えば６０°ＣＡである。
【００３６】以上に説明した各種の制御において、高度
すなわち大気圧に基づく補正が必要となる。本発明は、
前述したように、大気圧センサを設けることなく、簡易
な構成で間接的に大気圧を検出すべく、熱式エアフロー
メータ４０に基づいて得られる実吸入空気量と平地にお
いて得られるべき基準の吸入空気量とを比較する際に、
かかる実吸入空気量の検出精度を向上させるために、吸
気弁バルブタイミング変位量について考慮しようという
ものである。以下、吸気弁バルブタイミング変位量を考
慮して具体的にどのように吸入空気量を検出するかにつ
いて、３つの実施例を採り上げ、詳細に説明する。
【００３７】まず、第１実施例について説明する。図３
に関して既に述べたように、高負荷域における吸入空気
量（エンジン１回転当たりの吸入空気質量）ＧＮは、吸
気弁バルブタイミング変位量ＩＶＴＤにより大きく変化
する。また、図７(A),(B) 及び(C) は、加速時における
スロットル開度ＴＡ、バルブタイミング変位量ＩＶＴＤ
及び吸入空気量ＧＮの挙動を示すものであるが、この図
に示されるように、バルブタイミング変位量ＩＶＴＤの
作動は、制御応答遅延を伴う。第１実施例は、スロット
ル開度ＴＡが、高負荷（ＷＯＴ）判定のための基準値Ｔ
Ａwot を越えているという条件に加えて、図３に示され
るように、吸気弁バルブタイミング変位量ＩＶＴＤが、
高負荷（ＷＯＴ）時に要求される値ＩＶＴＤwot を基準
とする所定範囲内にあること、すなわち、 ＩＶＴＤwot −Ｂ＜ＩＶＴＤ＜ＩＶＴＤwot ＋Ａ が成立することを条件にして、実吸入空気量を検出しよ
うというものである。
【００３８】かかる第１実施例の具体的な処理手順は、
図８のフローチャートに示される。このルーチンは、所
定周期で実行されるように構成されている。まず、クラ
ンク角センサ５１の出力に基づいて現在のエンジン回転
速度ＮＥを検出する（ステップ１０２）。次いで、スロ
ットル開度センサ４２の出力に基づいて現在のスロット
ル開度ＴＡを検出する（ステップ１０４）。次いで、そ
のスロットル開度ＴＡが高負荷判定基準値ＴＡwot より
大きいか否か、すなわち高負荷か否かを判定する（ステ
ップ１０６）。なお、この高負荷判定基準値ＴＡwot
は、エンジン回転速度ＮＥにより定まるものであり、図
９に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ７３に格納
されている。そして、高負荷でなければ本ルーチンを終
了する。高負荷であれば、高負荷状態になってから１秒
経過したか否かを判定する（ステップ１０８）。この１
秒は、バルブタイミング制御の応答遅延を考慮したもの
である。１秒経過していなければ本ルーチンを終了す
る。１秒経過していれば、第１の磁気センサ５４及び第
２の磁気センサ５５からの信号に基づいて現在の実際の
吸気弁バルブタイミング変位量ＩＶＴＤを検出する（ス
テップ１１０）。次いで、検出されたＩＶＴＤが、ＩＶ
ＴＤwot ＋Ａより小さいか否かを判定する（ステップ１
１２）。ここで、ＩＶＴＤwot は、前述のように、高負
荷（ＷＯＴ）時に要求されるバルブタイミング変位量で
あって、エンジン回転速度ＮＥにより定まるものであ
り、図１０に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ７
３に格納されている。ステップ１１２の結果がＮＯであ
れば本ルーチンを終了する。一方、ＹＥＳであれば、Ｉ
ＶＴＤがＩＶＴＤwot −Ｂより大きいか否かを判定する
（ステップ１１４）。その結果がＮＯであれば本ルーチ
ンを終了する。一方、その結果がＹＥＳであれば、吸入
空気量を検出するための条件が成立したこととなるた
め、ステップ１１６以下の処理に進む。
【００３９】ステップ１１６では、熱式エアフローメー
タ４０の出力に基づいて現在の吸入空気質量流量ＧＡを
検出する。次いで、 ＧＮ←ＧＡ／ＮＥ なる演算により、吸入空気量（エンジン１回転当たりの
吸入空気質量）ＧＮを算出する（ステップ１１８）。最
後に、算出されたＧＮと、現在のエンジン回転速度ＮＥ
に応じた基準吸入空気量ＧＮmax との比をとることによ
り、すなわち、 ＫＰＡ←ＧＮ／ＧＮmax なる演算により、大気圧（高度）補正係数ＫＰＡを算出
する（ステップ１２０）。なお、この基準吸入空気量Ｇ
Ｎmax は、平地において、スロットル開度がＷＯＴ（高
負荷）であり、バルブタイミングがＷＯＴ時要求値であ
るときに得られるべき吸入空気量をエンジン回転速度Ｎ
Ｅに応じて定めたものであり、図１１に示されるような
マップの形で予めＲＯＭ７３に格納されている。こうし
て、求められた大気圧補正係数ＫＰＡは、各種の制御に
て使用されることとなる。
【００４０】次に、第２実施例について説明する。第１
実施例では、高負荷域すなわちＷＯＴ付近で実吸入空気
量（大気圧）の検出を行うため、通常の走行時には、検
出頻度が非常に少ないという問題がある。それを解決す
るためには、高負荷（ＷＯＴ）域以外でも実吸入空気量
（大気圧）を検出して基準値と比較することができるよ
うにする必要がある。そして、基準吸入空気量（平地で
の吸入空気量）をエンジン回転速度ＮＥ及びスロットル
開度ＴＡに基づいて定めるマップを準備する場合、バル
ブタイミングの変化が小さい領域に関して準備すること
が望ましい。
【００４１】図１２は、エンジン回転速度ＮＥ及び吸入
空気量ＧＮよりバルブタイミング変位量ＩＶＴＤを定め
るためのマップを示すものであるが、このマップよりわ
かるように、バルブタイミングの変化が小さい領域は、
ＷＯＴ域並びにバルブタイミングの最進角領域及び最遅
角領域である。そのうち、最遅角領域は、低負荷域に存
在し、図１３に示されるように、スロットル開度ＴＡの
変化に対する吸入空気量ＧＮの変化が大きいため、検出
される吸入空気量の精度は良くない。一方、最進角領域
は、中負荷域に存在し、同図に示されるように、スロッ
トル開度ＴＡの変化に対する吸入空気量ＧＮの変化が小
さく、検出される吸入空気量の精度は良い。そして、最
進角領域は、通常の運転時に使用される領域であり、か
つ、広範囲である。そこで、第２実施例では、バルブタ
イミング最進角領域において、すなわち、 ＩＶＴＤ≒ＩＶＴＤmax （ここでは６０°ＣＡとする） の条件下で、スロットル開度ＴＡ及びエンジン回転速度
ＮＥに基づき基準吸入空気量ｔＧＮＴＡ60を定めるマッ
プを準備しておき、バルブタイミング最進角領域におい
ても実吸入空気量ＧＮを検出する。
【００４２】このような第２実施例の具体的な処理手順
は、図１４のフローチャートに示される。このフローチ
ャートにおけるステップ２０２〜２２０は、ＷＯＴ域に
おける実吸入空気量の検出及び大気圧補正係数の算出の
手順であり、第１実施例（図８）のステップ１０２〜１
２０と同一である。そのため、それらのステップの説明
は、省略する。そして、ステップ２０６において、現在
のスロットル開度ＴＡが高負荷判定基準値ＴＡwot 以下
のとき、すなわち高負荷でないと判定されたときには、
ステップ２５２に進む。
【００４３】ステップ２５２では、スロットル開度ＴＡ
が中負荷判定基準値ＴＡvmaxより大きいか否か、すなわ
ち中負荷か否かを判定する。なお、この中負荷判定基準
値ＴＡvmaxは、図１５の曲線に示されるようにエンジ
ン回転速度ＮＥにより定まるものであり、マップ化され
て予めＲＯＭ７３に格納されている。なお、同図の曲線
は、図９の曲線と同一である。そして、中負荷でなけ
れば本ルーチンを終了する。中負荷であれば、中負荷状
態になってから１秒経過したか否かを判定する（ステッ
プ２５４）。この１秒は、バルブタイミング制御の応答
遅延を考慮したものである。１秒経過していなければ本
ルーチンを終了する。１秒経過していれば、第１の磁気
センサ５４及び第２の磁気センサ５５からの信号に基づ
いて現在の吸気弁バルブタイミング変位量ＩＶＴＤを検
出する（ステップ２５６）。次いで、検出されたＩＶＴ
Ｄが、ＩＶＴＤmax −５°ＣＡ（すなわち５５°ＣＡ）
以上か否かを判定する（ステップ２５８）。ここで、Ｉ
ＶＴＤmax は、最大バルブタイミング変位量（６０°Ｃ
Ａ）である。ステップ２５８の結果がＮＯであれば本ル
ーチンを終了する。一方、その結果がＹＥＳであれば、
最進角領域という条件が成立したこととなるため、ステ
ップ２６０以下の処理に進む。
【００４４】ステップ２６０では、熱式エアフローメー
タ４０の出力に基づいて現在の吸入空気質量流量ＧＡを
検出する。次いで、 ＧＮ←ＧＡ／ＮＥ なる演算により、吸入空気量（エンジン１回転当たりの
吸入空気質量）ＧＮを算出する（ステップ２６２）。最
後に、算出されたＧＮと、現在のエンジン回転速度ＮＥ
及びスロットル開度ＴＡに応じた基準吸入空気量ｔＧＮ
ＴＡ60との比をとることにより、すなわち、 ＫＰＡ←ＧＮ／ｔＧＮＴＡ60 なる演算により、大気圧（高度）補正係数ＫＰＡを算出
する（ステップ２６４）。なお、この基準吸入空気量ｔ
ＧＮＴＡ60は、平地において、バルブタイミングが最進
角領域にあるときに得られるべき吸入空気量をエンジン
回転速度ＮＥ及びスロットル開度ＴＡに応じて定めたも
のであり、図１６に示されるようなマップの形で予めＲ
ＯＭ７３に格納されている。このように、第２実施例で
は、第１実施例に比較して実吸入空気量（大気圧）の検
出頻度が増大する。
【００４５】最後に、第３実施例について説明する。第
１実施例及び第２実施例は、吸入空気量が安定し、か
つ、バルブタイミングの変化が小さい領域で、実吸入空
気量を検出するものであり、実際にバルブタイミングが
所定の範囲内にあることを確認して行うものであった。
その際、実バルブタイミングの制御応答遅延を考慮し
て、所定の負荷域にあることを確認してから１秒経過後
に実バルブタイミングを検出している。第３実施例は、
スロットル開度ＴＡの変化に対する吸入空気量ＧＮの変
化が小さい高負荷（ＷＯＴ）域にあると判断してから、
実バルブタイミングが高負荷に応じた目標バルブタイミ
ングに達するまでの応答遅延時間を機関運転状態に基づ
いて推定し、その応答遅延時間が経過したときに、実吸
入空気量を検出することにより、実バルブタイミングを
検出することもなく、より速やかな実吸入空気量検出及
び高度判定を実現しようとするものである。
【００４６】油圧式のバルブタイミング連続可変機構の
場合、その応答性は、図１７に示されるように、油圧に
依存し、油圧が低いほど悪化する。そして、その油圧
は、図１８及び図１９に示されるように、エンジン回転
速度ＮＥ及び油温に依存する。そこで、本実施例では、
図２０に示されるように、エンジン回転速度ＮＥに応じ
たバルブタイミング基本応答時間Ｄneを定めておき、そ
れを油温による補正係数Ｋにより補正することにより、
バルブタイミング応答遅延時間Ｄを求めるようにする。
油圧は、図１９に示されるように油温が低いほど高くな
る。しかし、また、油温が低くなると、図２１に示され
るように、フリクション（摩擦）が悪化し、バルブタイ
ミングの応答性を悪化させる。そこで、油温による補正
係数Ｋは、図２２に示されるように、低温のときにはフ
リクション増加を考慮し、高温のときには油圧低下を考
慮し、それぞれ基本応答時間Ｄneを増大補正する値をと
るものとなる。
【００４７】第３実施例の具体的処理手順は、図２３に
示される。ステップ３０２〜３０６は、第１実施例のス
テップ１０２〜１０６（図８）及び第２実施例のステッ
プ２０２〜２０６（図１４）と同一であり、高負荷（Ｗ
ＯＴ）判定を行う。高負荷すなわちＴＡ＞ＴＡwot のと
きには、高負荷状態となってからの経過時間Ｃを算出す
る（ステップ３０８）。次いで、前述の図２０に示され
るようなマップを参照することにより、現在のエンジン
回転速度ＮＥに応じたバルブタイミング基本応答時間Ｄ
neを求める（ステップ３１０）。次いで、図２２に示さ
れるようなマップを参照することにより、現在の油温に
応じた応答時間補正係数Ｋを求める（ステップ３１
２）。なお、これらのマップは、あらかじめＲＯＭ７３
に格納されている。そして、 Ｄ←Ｄne×Ｋ なる演算により、バルブタイミング応答遅延時間Ｄ（予
測時間）を算出する（ステップ３１４）。
【００４８】次のステップ３１６では、こうして求めら
れた経過時間Ｃ及び応答遅延時間Ｄ（予測時間）を比較
し、Ｃ≦Ｄなるときは本ルーチンを終了し、Ｃ＞Ｄなる
ときは実吸入空気量検出及び高度判定の条件が成立した
として、以下のステップ３１８〜３２２の処理を実行す
る。このステップ３１８〜３２２は、第１実施例のステ
ップ１１６〜１２０（図８）及び第２実施例のステップ
２１６〜２２０（図１４）と同一である。このように、
第３実施例では、実バルブタイミングを検出することも
なく、バルブタイミングが目標値に達したとみなされる
ときに処理が実行されるため、より速やかな実吸入空気
量検出及び高度判定が実現される。
【００４９】上述した第３実施例は、油圧式のバルブタ
イミング連続可変機構を対象とするものであったが、こ
の実施例を、モータ式のバルブタイミング連続可変機構
を対象とするものに変形することは、容易に可能であ
る。すなわち、モータ式の場合には、その応答性が、図
２４に示されるように駆動電圧又は電流に依存すること
を考慮して、図２５に示されるような応答遅延時間Ｄの
マップを準備して同様な処理を実行すればよい。
【００５０】以上、本発明の実施例について述べてきた
が、もちろん本発明はこれに限定されるものではなく、
様々な実施例を案出することは当業者にとって容易なこ
とであろう。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バルブタイミング連続可変機構付き内燃機関において、
基準となる吸入空気量と比較するための実際の吸入空気
量を精度よく検出することができる吸入空気量検出装置
が提供される。従って、本発明は、バルブタイミング連
続可変機構付き内燃機関において、大気圧センサを設け
ることなく、簡易な構成で高度学習を達成することを可
能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸入空気量比（ＧＮ比）（実吸入空気量と平地
における基準吸入空気量との比）と大気圧ＰＡとの関係
を示す特性図である。
【図２】スロットル開度ＴＡと吸入空気量ＧＮとの関係
（エンジン回転速度ＮＥ一定）を、平地及び高地の場合
について示す特性図である。
【図３】高負荷（ＷＯＴ）域におけるバルブタイミング
変位量ＩＶＴＤと吸入空気量ＧＮとの関係（エンジン回
転速度ＮＥ一定）を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施例に係る吸入空気量検出装置を
備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。
【図５】本発明の一実施例に係るエンジンＥＣＵのハー
ドウェア構成を示すブロック図である。
【図６】吸気弁及び排気弁の開閉時期をクランク角によ
り表したバルブタイミング図である。
【図７】加速時におけるスロットル開度ＴＡ、バルブタ
イミング変位量ＩＶＴＤ及び吸入空気量ＧＮの挙動を示
す図である。
【図８】第１実施例に係る吸入空気量検出ルーチンの処
理手順を示すフローチャートである。
【図９】エンジン回転速度ＮＥに基づいて高負荷（ＷＯ
Ｔ）判定スロットル開度ＴＡwot を求めるためのマップ
を示す図である。
【図１０】エンジン回転速度ＮＥに基づいてバルブタイ
ミング変位量の高負荷（ＷＯＴ）時要求値ＩＶＴＤwot
を求めるためのマップを示す図である。
【図１１】エンジン回転速度ＮＥに基づいて平地・高負
荷（ＷＯＴ）時吸入空気量ＧＮmax を求めるためのマッ
プを示す図である。
【図１２】エンジン回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＮに
基づいて目標バルブタイミング変位量ＩＶＴＤを定める
マップを示す図である。
【図１３】スロットル開度ＴＡと吸入空気量ＧＮとの関
係を示す特性図である。
【図１４】第２実施例に係る吸入空気量検出ルーチンの
処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】エンジン回転速度ＮＥに基づいて高負荷（Ｗ
ＯＴ）判定スロットル開度ＴＡwot 及び中負荷判定スロ
ットル開度ＴＡvmaxを求めるためのマップを示す図であ
る。
【図１６】エンジン回転速度ＮＥ及びスロットル開度Ｔ
Ａに基づいて、バルブタイミング最進角時の基準吸入空
気量（すなわち平地において得られるべき吸入空気量）
ｔＧＮＴＡ60を求めるためのマップを示す図である。
【図１７】油圧式バルブタイミング連続可変機構におけ
る油圧と応答性との関係を示す特性図である。
【図１８】エンジン回転速度ＮＥと油圧との関係を示す
特性図である。
【図１９】油温と油圧との関係を示す特性図である。
【図２０】エンジン回転速度ＮＥに基づいてバルブタイ
ミング基本応答時間Ｄneを求めるためのマップを示す図
である。
【図２１】油温とフリクションとの関係を示す特性図で
ある。
【図２２】油温に基づく応答時間補正係数Ｋを定めるマ
ップである。
【図２３】第３実施例に係る吸入空気量検出ルーチンの
処理手順を示すフローチャートである。
【図２４】モータ式バルブタイミング連続可変機構にお
ける駆動電圧又は電流と応答性との関係を示す特性図で
ある。
【図２５】モータ式バルブタイミング連続可変機構の場
合の応答遅延時間マップを示す図である。
【符号の説明】
２…エアクリーナ ４…スロットルボデー ５…スロットル弁 ６…サージタンク（インテークマニホルド） ７…吸気管 ８…アイドルアジャスト通路 １０…燃料タンク １１…燃料ポンプ １２…燃料配管 ２０…エンジン本体（気筒） ２１…燃焼室 ２２…冷却水通路 ２３…ピストン ２４…吸気弁 ２６…排気弁 ３０…排気マニホルド ３４…排気管 ３８…触媒コンバータ ４０…熱式エアフローメータ ４１…バキュームセンサ ４２…スロットル開度センサ ４３…吸気温センサ ４４…水温センサ ４５…Ｏ2 センサ ５０…基準位置検出センサ ５１…クランク角センサ ５２…アイドルスイッチ ５３…車速センサ ５４…第１の磁気センサ ５５…第２の磁気センサ ６０…燃料噴射弁 ６２…イグナイタ ６３…点火コイル ６４…点火ディストリビュータ ６５…スパークプラグ ６６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ） ６８…油圧制御弁 ７０…エンジンＥＣＵ ７１…ＣＰＵ ７２…システムバス ７３…ＲＯＭ ７４…ＲＡＭ ７５…Ａ／Ｄ変換回路 ７６…入力インタフェース回路 ７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，７７ｄ…駆動制御回路 ８０…コネクティングロッド ８１…クランクシャフト ８２…磁性体 ８４…タイミングプーリ ８５，８６…カムシャフト ８７，８８…カム ８９，９０…タイミングプーリ ９１…タイミングベルト ９２…バルブタイミング連続可変機構 ９３…磁性体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 45/00 366 F02D 13/02 F02D 41/04 320

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気弁のバルブタイミングを連続的に変
    更することが可能なバルブタイミング連続可変機構と、
    機関運転状態に応じて目標バルブタイミング変位量を設
    定して該バルブタイミング連続可変機構を制御する制御
    装置と、を有する内燃機関において、高度判定等のため
    に吸入空気量を検出する装置であって、 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手
    段と、 実バルブタイミング変位量を検出するバルブタイミング
    検出手段と、 機関の実吸入空気量として機関が吸入する空気の質量流
    量を検出する吸入空気量検出手段と、 平地においてスロットル開度が全開でありバルブタイミ
    ングがスロットル全開時要求値であるときに得られるべ
    き基準吸入空気量を回転速度に応じて定めた基準吸入空
    気量マップと、 前記スロットル開度検出手段によって検出されるスロッ
    トル開度が全開付近にあるか否かを判定するスロットル
    開度判定手段と、 前記バルブタイミング検出手段によって検出される実バ
    ルブタイミング変位量が、スロットル全開時に要求され
    る目標バルブタイミング変位量を基準とする所定範囲内
    にあるか否かを判定する実バルブタイミング判定手段
    と、 前記スロットル開度判定手段によってスロットル開度が
    全開付近にあると判定され、かつ、前記実バルブタイミ
    ング判定手段によって実バルブタイミング変位量が該所
    定範囲内にあると判定されるときに、前記回転速度検出
    手段によって検出される回転速度に基づき前記基準吸入
    空気量マップを参照することにより求められる基準吸入
    空気量と、前記吸入空気量検出手段によって検出される
    実吸入空気量と、の比をとることにより、大気圧補正係
    数を算出する係数算出手段と、 を具備する、バルブタイミング連続可変機構付き内燃機
    関における吸入空気量検出装置。
  2. 【請求項２】 吸気弁のバルブタイミングを連続的に変
    更することが可能なバルブタイミング連続可変機構と、
    機関運転状態に応じて目標バルブタイミング変位量を設
    定して該バルブタイミング連続可変機構を制御する制御
    装置と、を有する内燃機関において、高度判定等のため
    に吸入空気量を検出する装置であって、 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手
    段と、 実バルブタイミング変位量を検出するバルブタイミング
    検出手段と、 機関の実吸入空気量として機関が吸入する空気の質量流
    量を検出する吸入空気量検出手段と、 平地においてバルブタイミングが最進角領域にあるとき
    に得られるべき基準吸入空気量を回転速度及びスロット
    ル開度に応じて定めた基準吸入空気量マップと、 前記スロットル開度検出手段によって検出されるスロッ
    トル開度が、高負荷判定基準値以下でかつ中負荷判定基
    準値以上にあるか否かを判定するスロットル開度判定手
    段と、 前記バルブタイミング検出手段によって検出される実バ
    ルブタイミング変位量が最進角値近傍にあるか否かを判
    定する実バルブタイミング判定手段と、 前記スロットル開度判定手段によってスロットル開度が
    高負荷判定基準値以下でかつ中負荷判定基準値以上にあ
    ると判定され、かつ、前記実バルブタイミング判定手段
    によって実バルブタイミング変位量が最進角値近傍にあ
    ると判定されるときに、前記回転速度検出手段によって
    検出される回転速度及び前記スロットル開度検出手段に
    よって検出されるスロットル開度に基づき前記基準吸入
    空気量マップを参照することにより求められる基準吸入
    空気量と、前記吸入空気量検出手段によって検出される
    実吸入空気量と、の比をとることにより、大気圧補正係
    数を算出する係数算出手段と、 を具備する、バルブタイミング連続可変機構付き内燃機
    関における吸入空気量検出装置。
  3. 【請求項３】 吸気弁のバルブタイミングを連続的に変
    更することが可能なバルブタイミング連続可変機構と、
    機関運転状態に応じて目標バルブタイミング変位量を設
    定して該バルブタイミング連続可変機構を制御する制御
    装置と、を有する内燃機関において、高度判定等のため
    に吸入空気量を検出する装置であって、 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手
    段と、 機関の実吸入空気量として機関が吸入する空気の質量流
    量を検出する吸入空気量検出手段と、 平地においてスロットル開度が全開でありバルブタイミ
    ングがスロットル全開時要求値であるときに得られるべ
    き基準吸入空気量を回転速度に応じて定めた基準吸入空
    気量マップと、 前記スロットル開度検出手段によって検出されるスロッ
    トル開度が全開付近にあるか否かを判定するスロットル
    開度判定手段と、 前記スロットル開度判定手段によってスロットル開度が
    全開付近にあると判定された時点からの経過時間を監視
    する経過時間監視手段と、 実バルブタイミングがスロットル全開時に要求される目
    標バルブタイミングに達するまでの応答遅延時間を機関
    運転状態に基づいて推定する応答遅延時間推定手段と、 前記経過時間監視手段によって監視される経過時間が、
    前記応答遅延時間推定手段によって推定される応答遅延
    時間に達したときに、前記回転速度検出手段によって検
    出される回転速度に基づき前記基準吸入空気量マップを
    参照することにより求められる基準吸入空気量と、前記
    吸入空気量検出手段によって検出される実吸入空気量
    と、の比をとることにより、大気圧補正係数を算出する
    係数算出手段と、 を具備する、バルブタイミング連続可変機構付き内燃機
    関における吸入空気量検出装置。
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