JP3767391B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関し、詳しくは燃料噴射パルス幅Ｔｐの変動を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構を備えたエンジンにおいて、燃料噴射量制御、ひいては空燃比制御を精度よく行うためには、吸気弁閉時期の制御によって実質的に変化するシリンダ容積を考慮してシリンダ吸入空気量を算出する必要がある。
【０００３】
そこで、本願出願人は先に以下のような算出方式を提案した。すなわち、実際の吸気弁閉時期を検出し、該実際の吸気弁閉時期から算出されるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダ内の体積空気量を算出すると共に、吸気マニホールド内の質量空気量を算出し、該シリンダ内の体積空気量、吸気マニホールド内の質量空気量及び吸気マニホールド容積に基づいてシリンダ吸入空気量（質量空気量）を算出するものである（特願平１１−２２３６８２号）。
【０００４】
そして、かかる方式により精度よくシリンダ吸入空気量を算出し、該シリンダ吸入空気量に基づいて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のものでは、吸気弁閉時期が定常状態にある場合においても、吸気弁閉時期の検出値によりシリンダ吸入空気量を算出しているため、図１１に示すように、負荷変動やビットエラー等により実際の吸気弁閉時期検出値（ＶＴＣＮＯＷ）が変動すると、その影響で燃料噴射パスル幅Ｔｐも変動してしまい、空燃比変動や運転性の悪化を招くといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、シリンダ容積の変化に対応してシリンダ吸入空気量を算出しつつ、吸気弁閉時期が定常状態にある場合の不要な燃料噴射パルス幅Ｔｐの変動を防止して、空燃比変動、運転性の悪化を抑制できるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る発明は、
少なくとも吸気弁の閉時期を可変制御する可変動弁装置を備えたエンジンの燃料噴射制御装置であって、
吸気弁閉時期から算出されるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいて算出されるシリンダ内の体積空気量と、吸気マニホールド内への質量空気の流入、流出量の収支計算を行って算出される吸気マニホールド内の質量空気量と、吸気マニホールド容積と、に基づいてシリンダ内に吸入される質量空気量を算出すると共に、該シリンダ内に吸入される質量空気量に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射制御装置において、
吸気弁閉時期が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判断し、
定常状態にあるときは、吸気弁閉時期の制御目標値から前記シリンダ容積を算出する一方、
過渡状態にあるときは、実際の吸気弁閉時期からシリンダ容積を算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、
吸気弁閉時期の制御目標値が略一定のときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、
吸気弁閉時期の制御目標値が一定であるとき、かつ、実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、
吸気弁閉時期が定常状態にあると判断してから所定時間経過した後、吸気弁閉時期の制御目標値から前記シリンダ容積を算出することを特徴とする。
請求項６に係る発明は、
前記シリンダ容積算出に用いる吸気弁閉時期の制御目標値又は実際の吸気弁閉時期がなまし処理されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、
前記エンジンが複数のバンクをもつエンジンの場合において、
全てのバンク動作時は、前記実際の吸気弁閉時期としてそれぞれのバンクにおける実際の吸気弁閉時期の平均値を用いる一方、
一部バンク停止時は、前記実際の吸気弁閉時期として動作バンクの実際の吸気弁閉時期のみの平均値を用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に係る発明は、
前記エンジンが各気筒毎に可変動弁装置を備えたエンジンの場合において、前記実際の吸気弁閉時期として、作動中の気筒のみの平均値を用いることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、
前記シリンダ容積が、
Ｖｃ＝Ｓ・Ａ
Ｓ＝ｒ・ＣＯＳθ＋Ｌ＋ｒ−（Ｌ2―ｒ2ＳＩＮ2θ）1/2
但し、Ｖｃ；シリンダ容積、Ａ；ピストン面積、θ；吸気下死点からの吸気弁閉時期の位置（°ＣＡ）、Ｌ；コンロッド長、ｒ＝Ｌ／２
により算出されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、
吸気弁閉時期が定常状態にある場合には、シリンダ容積も一定となる。
従って、かかる場合は、吸気弁閉時期の制御目標値からシリンダ容積の算出、ひいてはシリンダ吸入空気量の算出を行い、該シリンダ吸入空気量に基づいて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）を算出することにより、制御を簡素化できると共に、負荷変動やビットエラー等により吸気弁閉時期の検出値（検出信号）が変動した場合であっても、不要な燃料噴射量の変動を防止できる。その結果、空燃比変動、運転性の悪化を抑制できる。
【００１４】
一方、吸気弁閉時期が過渡状態にある場合は、目標値に対して遅れて変化する実際の吸気弁閉時期からシリンダ容積、シリンダ吸入空気量を算出することにより、シリンダ容積の変化、即ちシリンダ吸入空気量の変化に応じた燃料噴射量を算出できる。
請求項２に係る発明によれば、
吸気弁閉時期の制御目標値が略一定（変化量が所定値以内）のときは、実際の吸気弁閉時期が制御目標値に収束して定常状態となる。従って、かかる状態を定常状態とすることにより、吸気弁閉時期の定常・過渡を精度よく判断できる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、
実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内となったときは、実際の吸気弁閉時期が制御目標値に収束していると考えられる。従って、かかる状態を定常状態とすることにより、吸気弁閉時期の定常・過渡を精度よく判断できる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、
吸気弁閉時期の制御目標値が一定であるとき、かつ、実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときを、定常状態とすることにより、より正確に吸気弁閉時期の定常状態を判断できる。
請求項５に係る発明によれば、
吸気弁閉時期が定常状態にあると判断してから所定時間の経過を待つことにより、より正確に吸気弁閉時期の定常状態を判断してから、シリンダ容積算出に吸気弁閉時期の制御目標値を用いるので、シリンダ容積を精度よく算出しつつ、燃料噴射パルス幅Ｔｐの変動を防止できる。
【００１７】
請求項６に係る発明によれば、
シリンダ容積算出に用いる吸気弁閉時期の制御目標値又は実際の吸気弁閉時期がなまし処理されていることにより、制御目標値と実際の吸気弁閉時期との切り換えを滑らかにできる。
請求項７に係る発明によれば、
前記エンジンが複数のバンクをもつエンジンの場合において、
すべてのバンク動作時は、前記実際の吸気弁閉時期としてそれぞれのバンクにおける実際の吸気弁閉時期の平均値を用いるので、Ｖ型エンジンや水平対向型エンジンにおいてもバンク間のばらつきを防止できる。
【００１８】
一方、一部バンク停止時は、すべてのバンクの平均値を用いる必要がなく、動作バンクの実際の吸気弁閉時期のみの平均値によりシリンダ容積を算出する。
請求項８に係る発明によれば、
前記エンジンが各気筒毎に可変動弁装置を備えたエンジンの場合において、
前記実際の吸気弁閉時期として、作動中の気筒のみの平均値によりシリンダ容積を算出する。
【００１９】
請求項９に係る発明によれば、
吸気弁閉時期の吸気下死点からの位置よりシリンダ容積を算出できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
図１において、エンジン１の吸気通路２には、吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３が設けられ、スロットル弁４により吸入空気量Ｑを制御する。
【００２１】
エンジン１の各気筒には、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射弁７、燃焼室６内で火花点火を行う点火プラグ８が設けられており、吸気弁９を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁７から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室６内で圧縮し、点火プラグ８による火花点火によって着火する。
エンジン１の排気は、排気弁１０を介して燃焼室６から排気通路１１に排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
【００２２】
前記吸気弁９及び排気弁１０は、それぞれ吸気側カム軸１２及び排気側カム軸１３に設けられたカムにより開閉駆動される。
吸気側カム軸１２、排気側カム軸１３には、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で、吸排気弁の開閉時期を進遅角する可変バルブタイミング機構１４がそれぞれ設けられている。
【００２３】
ここで、前記スロットル弁４、燃料噴射弁７及び点火プラグ８の作動は、Ｃ／Ｕ（コントロールユニット）２０により制御され、該Ｃ／Ｕ２０には、クランク角センサ１５、カム角センサ１８、水温センサ１６、エアフローメータ３等からの信号が入力される。
また、Ｃ／Ｕ２０は、クランク角センサ１５及び吸気側、排気側それぞれのカム角センサ１８からの検出信号に基づいて、クランク軸に対する吸気カム軸１２の回転位相（ＶＴＣ位相）、クランク軸に対する排気カム軸１３の回転位相（ＶＴＣ位相）をそれぞれ検出することで吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を検出すると共に、機関の負荷、機関回転速度Ｎｅ、冷却水温度Ｔｗ等の情報に基づいて、吸気側カム軸１２及び排気側カム軸１３の目標位相角（進角値又は遅角値）を決定して、吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を制御する。
【００２４】
燃料噴射弁７の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジンの運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）Ｔｐは、基本的には、エアフローメータ３により計測される吸入空気量（質量空気量）Ｑａに基づいて後述のごとく算出されるシリンダ吸入空気量（シリンダ内の質量空気量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように算出される。
【００２５】
次に、燃料噴射パルス幅Ｔｐ演算のためのシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量）Ｃｃの算出について図に基づいて説明する。
なお、図２は全体ブロック図である。
ここで、図１中に示すように、エアフローメータ３により計測される吸入空気量（質量流量）をＱａ（ｋｇ／ｈ）とするが、１／３６００を乗じて、（ｇ／ｍｓｅｃ）として扱う。
【００２６】
また、吸気マニホールド部の圧力をＰｍ（Ｐａ）、容積をＶｍ（ｍ3 ；一定）、質量空気量をＣｍ（ｇ）、温度をＴｍ（Ｋ）とする。
また、シリンダ部の圧力をＰｃ（Ｐａ）、容積をＶｃ（ｍ3）、質量空気量をＣｃ（ｇ）、温度をＴｃ（Ｋ）とする。更に、シリンダ内新気割合をη（％）とする。
【００２７】
また、吸気マニホールド部とシリンダ部とで、Ｐｍ＝Ｐｃ、Ｔｍ＝Ｔｃ（圧力及び温度は変化しない）と仮定する。
図３は、吸気マニホールド部流入空気量Ｃａ算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１（図中Ｓ１と記す。以下同様）エアフローメータ３の出力より吸入空気量Ｑａ（質量流量；ｇ／ｍｓｅｃ）を計測する。
【００２８】
ステップ２では、吸入空気量Ｑａの積分計算により、所定時間△ｔ毎にマニホールド部へ流入する空気量Ｃａ（空気質量；ｇ）＝Ｑａ・△ｔを算出する。
図４は、シリンダ部体積空気量Ｖｃ算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間△ｔ毎に実行される。
ステップ１１では、吸気側カム軸１２、排気側カム軸１３それぞれのＶＴＣ位相を検出し、吸気弁９の閉時期ＩＶＣ、開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣを検出する。
【００２９】
ステップ１２では、吸気弁９の閉時期ＩＶＣからその時のシリンダ容積を算出し、目標Ｖｃ（ｍ3）とする。
該目標Ｖｃは、下記（１）式のごとく、ストローク量Ｓとピストン面積Ａとにより算出され、ストローク量Ｓは、下記（２）式のごとく、吸気弁閉時期ＩＶＣの吸気下死点からの位置（以下、ＩＶＣ角度という）θ°により算出される。
【００３０】
目標Ｖｃ＝Ａ・Ｓ … （１）
Ｓ＝ｒ・ＣＯＳθ＋Ｌ＋ｒ−（Ｌ2―ｒ2ＳＩＮ2θ）1/2 … （２）
但し、Ｌ；コンロッド長、ｒ＝ストローク／２である。
ここで、図５に示すように、本実施形態においては、前記ＩＶＣ角度θは吸気側カム軸１２を最遅角側に制御したときの吸気弁閉時期（図では、ＡＢＤＣ１１０°ＣＡ）から進角量（以下、ＶＴＣ角度という）を減算したものとして算出されるが（θ＝１１０°−ＶＴＣ角度）、燃料噴射パルス幅Ｔｐ算出時に用いる進角量（ＶＴＣ角度）ＶＴＣ４ＴＰは図６に示すサブルーチンに従って設定される。
【００３１】
図６において、ステップ１０１では、吸気側カム軸１２のカム位相から吸気弁９の進角量（実ＶＴＣ角度）ＶＴＣＮＯＷを検出し、実ＶＴＣ角度の平均値ＶＴＣＮＡＶを算出する。該ＶＴＣＮＡＶは、Ｖ型エンジン（２バンク）の場合は下記（３）式により算出され、１バンクの場合又は２バンクであっても片側のバンクを停止している場合は下記（４）式のように前記ＶＴＣＮＯＷをそのまま用いる。
【００３２】
ＶＴＣＮＡＶ＝〔ＶＴＣＮＯＷ（Ｒ）＋ＶＴＣＮＯＷ（Ｌ）〕／２ … （３）
ＶＴＣＮＡＶ＝ＶＴＣＮＯＷ … （４）
ステップ１０２では、吸気弁９の目標進角量（以下、目標ＶＴＣ角度という）ＶＴＣＴＲＧが一定であるか否か、及び、前記実ＶＴＣ角度平均値ＶＴＣＮＡＶが目標ＶＴＣ角度ＶＴＣＴＲＧに追従しているか否かを判断する。
【００３３】
具体的には、前回（例えば１０ｍｓｅｃ前）のＶＴＣＴＲＧと現在のＶＴＣＴＲＧの変化量が所定量ＶＴＣＴＲＤＢより小さいこと、ＶＴＣＴＲＧとＶＴＣＮＡＶとの偏差が所定量ＶＴＥＲＤＢより小さいこと、の２つの条件が成立するか否かを判断し、両条件が成立しない場合はステップ１０６、１０９に進んで、ディレイタイマＴＭＲ（減算カウンタ）作動判定フラグｆＦＴＭＲと定常状態成立判定フラグｆＦＶＴＣＨＧをクリアし、燃料噴射パルス幅Ｔｐ演算用のＶＴＣ角度ＶＴＣ４ＴＰ0＝ＶＴＣＮＡＶとする（ステップ１１０、１１１）。
【００３４】
前記両条件が成立する場合は、ステップ１０３に進んで、ディレイタイマＴＭＲの作動／非作動を判断する。
ディレイタイマＴＭＲが非作動（ｆＦＴＭＲ＝０）であれば、ステップ１０５に進んで、タイマの初期値ＴＶＴＥＲＤＢを設定し、フラグｆＦＴＭＲ＝１とする。
【００３５】
作動中（ｆＦＴＭＲ＝１）であれば、ステップ１０４に進んで、ディレイタイマＴＭＲをデクリメントしていく。
ステップ１０７では、ディレイタイマＴＭＲが０であるか否かを判断し、ＴＭＲ≠０であれば、ステップ１０９に進んで定常状態成立判定フラグｆＦＶＴＣＨＧをクリアし、ＶＴＣ４ＴＰ0＝ＶＴＣＮＡＶとする（ステップ１１０、１１１）。
【００３６】
その後、ＴＭＲ＝０となった場合は、ステップ１０８に進んで、フラグｆＦＶＴＣＨＧ＝１に設定した後、ＶＴＣ４ＴＰ0＝ＶＴＣＴＲＧとする（ステップ１１０、１１２）。
ステップ１１３では、下記（５）式のごとく、上記のように設定したＴｐ演算用ＶＴＣ角度ＶＴＣ４ＴＰ0を加重平均処理して、ＶＴＣ４ＴＰを算出する。
【００３７】
ＶＴＣ４ＴＰ＝ＶＣＴＤＭＰ×ＶＴＣ４ＴＰ0＋（１−ＶＴＣＤＭＰ）×ＶＴＣ４ＴＰ（前回値） … （５）
このようにして設定されたＴｐ演算用のＶＴＣ角度ＶＴＣ４ＴＰにより、ＩＶＣ角度θが算出され（θ＝１１０°―ＶＴＣＴＰ）、上述した（１）式及び（２）式により目標Ｖｃが算出される。
【００３８】
図４に戻って、ステップ１３では、吸気弁９の開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣ、また、必要によりＥＧＲ率に基づいてシリンダ内新気割合η（％）を算出する。
即ち、吸気弁９の開時期ＩＶＯと排気弁１０の閉時期ＥＶＣとにより、オーバーラップ量が定まり、オーバーラップ量が多くなるほど、残ガス量（内部ＥＧＲ量）が大となるので、オーバーラップ量に基づいてシリンダ内新気割合ηを求める。また、可変動弁装置を備えたエンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部ＥＧＲを自在に制御できるので、一般にはＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ）は設けないが、設ける場合には、更にそのＥＧＲ率も考慮して最終的なシリンダ内新気割合ηを求める。
【００３９】
ステップ１４では、目標Ｖｃにシリンダ内新気割合ηを乗じて、目標空気量相当の実Ｖｃ（ｍ3）＝目標Ｖｃ・ηを算出する。この実Ｖｃ（ｍ3）は、シリンダ吸入空気量（体積量）に相当する。
ステップ１５では、次式のごとく、目標空気量相当の実Ｖｃ（ｍ3）にエンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）を乗じて、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）を算出する。
【００４０】
Ｖｃ変化速度＝実Ｖｃ・Ｎｅ・Ｋ
ここで、Ｋは単位を揃えるための定数であり、Ｋ＝（１／３０）×（１／１０００）である。１／３０は、Ｎｅ（ｒｐｍ）をＮｅ（１８０ｄｅｇ／ｓｅｃ）に変換するためのものであり、１／１０００は、Ｖｃ（ｍ3／ｓｅｃ）をＶｃ（ｍ3／ｍｓｅｃ）に変換するためのものである。
【００４１】
また、一部気筒の稼働を停止させる制御を行う場合は、次式による。
Ｖｃ変化速度＝実Ｖｃ・Ｎｅ・Ｋ・ｎ／Ｎ
ｎ／Ｎは一部気筒の稼働を停止させる場合の稼働率であり、Ｎは気筒数、ｎはそのうちの稼働気筒数である。従って、例えば４気筒エンジンで、１気筒の稼働を停止させている場合は、ｎ／Ｎ＝３／４となる。尚、特定気筒の稼働を停止させる場合は、当該気筒の吸気弁及び排気弁を全閉状態に保持した上で、燃料カットを行う。
【００４２】
ステップ１６では、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）の積分計算により、単位時間（１ｍｓｅｃ）あたりにシリンダに吸入される空気量であるシリンダ部体積量空気量Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ変化速度・△ｔを算出する。
図７は、連続計算（マニホールド部吸気収支計算、シリンダ部質量空気量Ｖｃ算出）ルーチンのフローチャートであり、所定時間△ｔ毎に繰り返し実行される。
【００４３】
ステップ２１では、マニホールド部吸気収支計算（マニホールド部質量空気量Ｃｍの収支計算）のため、次式のごとく、マニホールド部質量空気量の前回値Ｃｍ(n-1) に、図３のルーチンで求めたマニホールド部へ流入する質量空気量Ｃａ（＝Ｑａ・Δｔ）を加算し、また、マニホールド部からシリンダ部へ流出するシリンダ吸入空気量であるシリンダ部質量空気量Ｃｃ(n) を減算して、マニホールド部質量空気量Ｃｍ(n) （ｇ）を算出する。
【００４４】
Ｃｍ(n) ＝Ｃｍ(n-1) ＋Ｃａ−Ｃｃ(n)
ここで用いるＣｃ(n) は前回のルーチンで次のステップ２２により算出されたＣｃである。
ステップ２２では、シリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ）の算出のため、次式のごとく、図４のルーチンで求めたシリンダ部体積空気量Ｖｃに、マニホールド部質量空気量Ｃｍを掛算し、また、マニホールド部容積Ｖｍ（一定値）で除算して、シリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を求める。
【００４５】
Ｃｃ＝Ｖｃ・Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（６）
この（６）式は、次のように求められる。
気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｃ＝Ｐ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ）であるので、シリンダ部について、
Ｃｃ＝Ｐｃ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｃ） ・・・（７）
となる。
【００４６】
ここで、Ｐｃ＝Ｐｍ、Ｔｃ＝Ｔｍと仮定するので、
Ｃｃ＝Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ） ・・・（８）
となる。
一方、気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｐ／（Ｒ・Ｔ）＝Ｃ／Ｖであるので、マニホールド部について、
Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）＝Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（９）
となる。
【００４７】
この（９）式を（８）式に代入すれば、
Ｃｃ＝Ｖｃ・〔Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）〕＝Ｖｃ・〔Ｃｍ／Ｖｍ〕
となり、上記（６）式が得られる。
以上のように、ステップ２１，２２を繰り返し実行することにより、すなわち図８に示すように連続計算することにより、シリンダ吸入空気量であるシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を求めて、出力することができる。尚、ステップ２１，２２の処理順序は逆でもよい。
【００４８】
図９は、後処理ルーチンのフローチャートである。
ステップ３１では、次式のごとく、シリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理して、Ｃｃｋ（ｇ）を算出する。
Ｃｃｋ＝Ｃｃｋ×（１−Ｍ）＋Ｃｃ×Ｍ
Ｍは加重平均定数であり、０＜Ｍ＜１である。
【００４９】
ステップ３２では、加重平均処理後のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ）をサイクル周期に対応させるため、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を用いて、
Ｃｃｋ（ｇ／cycle ）＝Ｃｃｋ／（１２０／Ｎｅ）
により、１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量（ｇ／cycle）に変換する。
【００５０】
尚、加重平均処理は、スロットル弁が大きく開いている（全開）時等の吸気の脈動が大きいときに限定して行うと、制御精度と制御応答性を両立させることができる。
図１０は、この場合の後処理ルーチンのフローチャートである。ステップ３５でシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）の変化量△Ｃｃを算出する。続いてステップ３６でこの変化量△Ｃｃが所定範囲内（所定値Ａより大きく所定値Ｂより小さい）か否かを判定する。所定範囲内の場合は、加重平均処理をする必要ないので、ステップ３７でＣｃｋ（ｇ）＝Ｃｃ（ｇ）とした後、ステップ３２で図９のステップ３２と同じに１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ／cycle ）に変換する。変化量△Ｃｃが所定範囲外である場合は、ステップ３１で図９のステップ３１と同じにシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理してＣｃｋ（ｇ）を算出し、ステップ３２へ進む。
【００５１】
そして、以上のようにして算出したシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ，Ｃｃｋ）、クランク角センサ１５で検出された機関回転速度Ｎｅとに基づいて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）を算出する。
このように、シリンダ吸入空気量を算出するに際し、吸気弁閉時期が定常状態にあるときは、吸気弁閉時期の制御目標値（本実施形態では目標進角量）から算出したシリンダ容積を用いるので、負荷変動やビットエラー等により吸気弁閉時期の検出値（信号）が変動した場合であっても、該シリンダ吸入空気量に基づいて算出される燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）の変動を確実に防止して、空燃比変動、運転性の悪化を抑制できる。
【００５２】
なお、本実施形態では、可変動弁装置として、クランク軸に対するカム軸の回転位相を可変制御する方式のものを用いたが、吸、排気弁の開閉時期を独立に制御できる方式のものを用いて、リフトセンサ等により吸、排気弁の開時期、閉時期を検出するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図。
【図２】シリンダ吸入空気量算出の制御ブロック図。
【図３】吸気マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図４】シリンダ部空気体積量算出ルーチンのフローチャート。
【図５】吸気弁閉時期のストローク量算出の説明図。
【図６】シリンダ容積算出用の吸気弁閉時期（進角量）を設定するサブルーチンのフローチャート。
【図７】連続計算（吸気マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ部空気体積量算出）ルーチンのフローチャート。
【図８】連続計算部のブロック図。
【図９】後処理ルーチンのフローチャート。
【図１０】後処理ルーチンの他の例のフローチャート。
【図１１】実際の吸気弁閉時期ＶＴＣＮＯＷを用いた場合と制御目標値ＶＴＣＴＲＧを用いた場合の燃料噴射パルス幅Ｔｐの比較図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ エアフローメータ
４ スロットル弁
７ 燃料噴射弁
９ 吸気弁
１０ 排気弁
１２ 吸気側カム軸
１３ 排気側カム軸
１５ クランク角センサ
１８ カム角センサ
２０ コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関し、詳しくは燃料噴射パルス幅Ｔｐの変動を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構を備えたエンジンにおいて、燃料噴射量制御、ひいては空燃比制御を精度よく行うためには、吸気弁閉時期の制御によって実質的に変化するシリンダ容積を考慮してシリンダ吸入空気量を算出する必要がある。
【０００３】
そこで、本願出願人は先に以下のような算出方式を提案した。すなわち、実際の吸気弁閉時期を検出し、該実際の吸気弁閉時期から算出されるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダ内の体積空気量を算出すると共に、吸気マニホールド内の質量空気量を算出し、該シリンダ内の体積空気量、吸気マニホールド内の質量空気量及び吸気マニホールド容積に基づいてシリンダ吸入空気量（質量空気量）を算出するものである（特願平１１−２２３６８２号）。
【０００４】
そして、かかる方式により精度よくシリンダ吸入空気量を算出し、該シリンダ吸入空気量に基づいて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のものでは、吸気弁閉時期が定常状態にある場合においても、吸気弁閉時期の検出値によりシリンダ吸入空気量を算出しているため、図１１に示すように、負荷変動やビットエラー等により実際の吸気弁閉時期検出値（ＶＴＣＮＯＷ）が変動すると、その影響で燃料噴射パスル幅Ｔｐも変動してしまい、空燃比変動や運転性の悪化を招くといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、シリンダ容積の変化に対応してシリンダ吸入空気量を算出しつつ、吸気弁閉時期が定常状態にある場合の不要な燃料噴射パルス幅Ｔｐの変動を防止して、空燃比変動、運転性の悪化を抑制できるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る発明は、
少なくとも吸気弁の閉時期を可変制御する可変動弁装置を備えたエンジンの燃料噴射制御装置であって、
吸気弁閉時期から算出されるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいて算出されるシリンダ内の体積空気量と、吸気マニホールド内への質量空気の流入、流出量の収支計算を行って算出される吸気マニホールド内の質量空気量と、吸気マニホールド容積と、に基づいてシリンダ内に吸入される質量空気量を算出すると共に、該シリンダ内に吸入される質量空気量に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射制御装置において、
吸気弁閉時期が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判断し、
定常状態にあるときは、吸気弁閉時期の制御目標値から前記シリンダ容積を算出する一方、
過渡状態にあるときは、実際の吸気弁閉時期からシリンダ容積を算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、
吸気弁閉時期の制御目標値が略一定のときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、
吸気弁閉時期の制御目標値が一定であるとき、かつ、実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、
吸気弁閉時期が定常状態にあると判断してから所定時間経過した後、吸気弁閉時期の制御目標値から前記シリンダ容積を算出することを特徴とする。
請求項６に係る発明は、
前記シリンダ容積算出に用いる吸気弁閉時期の制御目標値又は実際の吸気弁閉時期がなまし処理されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、
前記エンジンが複数のバンクをもつエンジンの場合において、
全てのバンク動作時は、前記実際の吸気弁閉時期としてそれぞれのバンクにおける実際の吸気弁閉時期の平均値を用いる一方、
一部バンク停止時は、前記実際の吸気弁閉時期として動作バンクの実際の吸気弁閉時期のみの平均値を用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に係る発明は、
前記エンジンが各気筒毎に可変動弁装置を備えたエンジンの場合において、前記実際の吸気弁閉時期として、作動中の気筒のみの平均値を用いることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、
前記シリンダ容積が、
Ｖｃ＝Ｓ・Ａ
Ｓ＝ｒ・ＣＯＳθ＋Ｌ＋ｒ−（Ｌ2―ｒ2ＳＩＮ2θ）1/2
但し、Ｖｃ；シリンダ容積、Ａ；ピストン面積、θ；吸気下死点からの吸気弁閉時期の位置（°ＣＡ）、Ｌ；コンロッド長、ｒ＝Ｌ／２
により算出されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、
吸気弁閉時期が定常状態にある場合には、シリンダ容積も一定となる。
従って、かかる場合は、吸気弁閉時期の制御目標値からシリンダ容積の算出、ひいてはシリンダ吸入空気量の算出を行い、該シリンダ吸入空気量に基づいて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）を算出することにより、制御を簡素化できると共に、負荷変動やビットエラー等により吸気弁閉時期の検出値（検出信号）が変動した場合であっても、不要な燃料噴射量の変動を防止できる。その結果、空燃比変動、運転性の悪化を抑制できる。
【００１４】
一方、吸気弁閉時期が過渡状態にある場合は、目標値に対して遅れて変化する実際の吸気弁閉時期からシリンダ容積、シリンダ吸入空気量を算出することにより、シリンダ容積の変化、即ちシリンダ吸入空気量の変化に応じた燃料噴射量を算出できる。
請求項２に係る発明によれば、
吸気弁閉時期の制御目標値が略一定（変化量が所定値以内）のときは、実際の吸気弁閉時期が制御目標値に収束して定常状態となる。従って、かかる状態を定常状態とすることにより、吸気弁閉時期の定常・過渡を精度よく判断できる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、
実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内となったときは、実際の吸気弁閉時期が制御目標値に収束していると考えられる。従って、かかる状態を定常状態とすることにより、吸気弁閉時期の定常・過渡を精度よく判断できる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、
吸気弁閉時期の制御目標値が一定であるとき、かつ、実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときを、定常状態とすることにより、より正確に吸気弁閉時期の定常状態を判断できる。
請求項５に係る発明によれば、
吸気弁閉時期が定常状態にあると判断してから所定時間の経過を待つことにより、より正確に吸気弁閉時期の定常状態を判断してから、シリンダ容積算出に吸気弁閉時期の制御目標値を用いるので、シリンダ容積を精度よく算出しつつ、燃料噴射パルス幅Ｔｐの変動を防止できる。
【００１７】
請求項６に係る発明によれば、
シリンダ容積算出に用いる吸気弁閉時期の制御目標値又は実際の吸気弁閉時期がなまし処理されていることにより、制御目標値と実際の吸気弁閉時期との切り換えを滑らかにできる。
請求項７に係る発明によれば、
前記エンジンが複数のバンクをもつエンジンの場合において、
すべてのバンク動作時は、前記実際の吸気弁閉時期としてそれぞれのバンクにおける実際の吸気弁閉時期の平均値を用いるので、Ｖ型エンジンや水平対向型エンジンにおいてもバンク間のばらつきを防止できる。
【００１８】
一方、一部バンク停止時は、すべてのバンクの平均値を用いる必要がなく、動作バンクの実際の吸気弁閉時期のみの平均値によりシリンダ容積を算出する。
請求項８に係る発明によれば、
前記エンジンが各気筒毎に可変動弁装置を備えたエンジンの場合において、
前記実際の吸気弁閉時期として、作動中の気筒のみの平均値によりシリンダ容積を算出する。
【００１９】
請求項９に係る発明によれば、
吸気弁閉時期の吸気下死点からの位置よりシリンダ容積を算出できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
図１において、エンジン１の吸気通路２には、吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３が設けられ、スロットル弁４により吸入空気量Ｑを制御する。
【００２１】
エンジン１の各気筒には、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射弁７、燃焼室６内で火花点火を行う点火プラグ８が設けられており、吸気弁９を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁７から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室６内で圧縮し、点火プラグ８による火花点火によって着火する。
エンジン１の排気は、排気弁１０を介して燃焼室６から排気通路１１に排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
【００２２】
前記吸気弁９及び排気弁１０は、それぞれ吸気側カム軸１２及び排気側カム軸１３に設けられたカムにより開閉駆動される。
吸気側カム軸１２、排気側カム軸１３には、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で、吸排気弁の開閉時期を進遅角する可変バルブタイミング機構１４がそれぞれ設けられている。
【００２３】
ここで、前記スロットル弁４、燃料噴射弁７及び点火プラグ８の作動は、Ｃ／Ｕ（コントロールユニット）２０により制御され、該Ｃ／Ｕ２０には、クランク角センサ１５、カム角センサ１８、水温センサ１６、エアフローメータ３等からの信号が入力される。
また、Ｃ／Ｕ２０は、クランク角センサ１５及び吸気側、排気側それぞれのカム角センサ１８からの検出信号に基づいて、クランク軸に対する吸気カム軸１２の回転位相（ＶＴＣ位相）、クランク軸に対する排気カム軸１３の回転位相（ＶＴＣ位相）をそれぞれ検出することで吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を検出すると共に、機関の負荷、機関回転速度Ｎｅ、冷却水温度Ｔｗ等の情報に基づいて、吸気側カム軸１２及び排気側カム軸１３の目標位相角（進角値又は遅角値）を決定して、吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を制御する。
【００２４】
燃料噴射弁７の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジンの運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）Ｔｐは、基本的には、エアフローメータ３により計測される吸入空気量（質量空気量）Ｑａに基づいて後述のごとく算出されるシリンダ吸入空気量（シリンダ内の質量空気量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように算出される。
【００２５】
次に、燃料噴射パルス幅Ｔｐ演算のためのシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量）Ｃｃの算出について図に基づいて説明する。
なお、図２は全体ブロック図である。
ここで、図１中に示すように、エアフローメータ３により計測される吸入空気量（質量流量）をＱａ（ｋｇ／ｈ）とするが、１／３６００を乗じて、（ｇ／ｍｓｅｃ）として扱う。
【００２６】
また、吸気マニホールド部の圧力をＰｍ（Ｐａ）、容積をＶｍ（ｍ3 ；一定）、質量空気量をＣｍ（ｇ）、温度をＴｍ（Ｋ）とする。
また、シリンダ部の圧力をＰｃ（Ｐａ）、容積をＶｃ（ｍ3）、質量空気量をＣｃ（ｇ）、温度をＴｃ（Ｋ）とする。更に、シリンダ内新気割合をη（％）とする。
【００２７】
また、吸気マニホールド部とシリンダ部とで、Ｐｍ＝Ｐｃ、Ｔｍ＝Ｔｃ（圧力及び温度は変化しない）と仮定する。
図３は、吸気マニホールド部流入空気量Ｃａ算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１（図中Ｓ１と記す。以下同様）エアフローメータ３の出力より吸入空気量Ｑａ（質量流量；ｇ／ｍｓｅｃ）を計測する。
【００２８】
ステップ２では、吸入空気量Ｑａの積分計算により、所定時間△ｔ毎にマニホールド部へ流入する空気量Ｃａ（空気質量；ｇ）＝Ｑａ・△ｔを算出する。
図４は、シリンダ部体積空気量Ｖｃ算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間△ｔ毎に実行される。
ステップ１１では、吸気側カム軸１２、排気側カム軸１３それぞれのＶＴＣ位相を検出し、吸気弁９の閉時期ＩＶＣ、開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣを検出する。
【００２９】
ステップ１２では、吸気弁９の閉時期ＩＶＣからその時のシリンダ容積を算出し、目標Ｖｃ（ｍ3）とする。
該目標Ｖｃは、下記（１）式のごとく、ストローク量Ｓとピストン面積Ａとにより算出され、ストローク量Ｓは、下記（２）式のごとく、吸気弁閉時期ＩＶＣの吸気下死点からの位置（以下、ＩＶＣ角度という）θ°により算出される。
【００３０】
目標Ｖｃ＝Ａ・Ｓ … （１）
Ｓ＝ｒ・ＣＯＳθ＋Ｌ＋ｒ−（Ｌ2―ｒ2ＳＩＮ2θ）1/2 … （２）
但し、Ｌ；コンロッド長、ｒ＝ストローク／２である。
ここで、図５に示すように、本実施形態においては、前記ＩＶＣ角度θは吸気側カム軸１２を最遅角側に制御したときの吸気弁閉時期（図では、ＡＢＤＣ１１０°ＣＡ）から進角量（以下、ＶＴＣ角度という）を減算したものとして算出されるが（θ＝１１０°−ＶＴＣ角度）、燃料噴射パルス幅Ｔｐ算出時に用いる進角量（ＶＴＣ角度）ＶＴＣ４ＴＰは図６に示すサブルーチンに従って設定される。
【００３１】
図６において、ステップ１０１では、吸気側カム軸１２のカム位相から吸気弁９の進角量（実ＶＴＣ角度）ＶＴＣＮＯＷを検出し、実ＶＴＣ角度の平均値ＶＴＣＮＡＶを算出する。該ＶＴＣＮＡＶは、Ｖ型エンジン（２バンク）の場合は下記（３）式により算出され、１バンクの場合又は２バンクであっても片側のバンクを停止している場合は下記（４）式のように前記ＶＴＣＮＯＷをそのまま用いる。
【００３２】
ＶＴＣＮＡＶ＝〔ＶＴＣＮＯＷ（Ｒ）＋ＶＴＣＮＯＷ（Ｌ）〕／２ … （３）
ＶＴＣＮＡＶ＝ＶＴＣＮＯＷ … （４）
ステップ１０２では、吸気弁９の目標進角量（以下、目標ＶＴＣ角度という）ＶＴＣＴＲＧが一定であるか否か、及び、前記実ＶＴＣ角度平均値ＶＴＣＮＡＶが目標ＶＴＣ角度ＶＴＣＴＲＧに追従しているか否かを判断する。
【００３３】
具体的には、前回（例えば１０ｍｓｅｃ前）のＶＴＣＴＲＧと現在のＶＴＣＴＲＧの変化量が所定量ＶＴＣＴＲＤＢより小さいこと、ＶＴＣＴＲＧとＶＴＣＮＡＶとの偏差が所定量ＶＴＥＲＤＢより小さいこと、の２つの条件が成立するか否かを判断し、両条件が成立しない場合はステップ１０６、１０９に進んで、ディレイタイマＴＭＲ（減算カウンタ）作動判定フラグｆＦＴＭＲと定常状態成立判定フラグｆＦＶＴＣＨＧをクリアし、燃料噴射パルス幅Ｔｐ演算用のＶＴＣ角度ＶＴＣ４ＴＰ0＝ＶＴＣＮＡＶとする（ステップ１１０、１１１）。
【００３４】
前記両条件が成立する場合は、ステップ１０３に進んで、ディレイタイマＴＭＲの作動／非作動を判断する。
ディレイタイマＴＭＲが非作動（ｆＦＴＭＲ＝０）であれば、ステップ１０５に進んで、タイマの初期値ＴＶＴＥＲＤＢを設定し、フラグｆＦＴＭＲ＝１とする。
【００３５】
作動中（ｆＦＴＭＲ＝１）であれば、ステップ１０４に進んで、ディレイタイマＴＭＲをデクリメントしていく。
ステップ１０７では、ディレイタイマＴＭＲが０であるか否かを判断し、ＴＭＲ≠０であれば、ステップ１０９に進んで定常状態成立判定フラグｆＦＶＴＣＨＧをクリアし、ＶＴＣ４ＴＰ0＝ＶＴＣＮＡＶとする（ステップ１１０、１１１）。
【００３６】
その後、ＴＭＲ＝０となった場合は、ステップ１０８に進んで、フラグｆＦＶＴＣＨＧ＝１に設定した後、ＶＴＣ４ＴＰ0＝ＶＴＣＴＲＧとする（ステップ１１０、１１２）。
ステップ１１３では、下記（５）式のごとく、上記のように設定したＴｐ演算用ＶＴＣ角度ＶＴＣ４ＴＰ0を加重平均処理して、ＶＴＣ４ＴＰを算出する。
【００３７】
ＶＴＣ４ＴＰ＝ＶＣＴＤＭＰ×ＶＴＣ４ＴＰ0＋（１−ＶＴＣＤＭＰ）×ＶＴＣ４ＴＰ（前回値） … （５）
このようにして設定されたＴｐ演算用のＶＴＣ角度ＶＴＣ４ＴＰにより、ＩＶＣ角度θが算出され（θ＝１１０°―ＶＴＣＴＰ）、上述した（１）式及び（２）式により目標Ｖｃが算出される。
【００３８】
図４に戻って、ステップ１３では、吸気弁９の開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣ、また、必要によりＥＧＲ率に基づいてシリンダ内新気割合η（％）を算出する。
即ち、吸気弁９の開時期ＩＶＯと排気弁１０の閉時期ＥＶＣとにより、オーバーラップ量が定まり、オーバーラップ量が多くなるほど、残ガス量（内部ＥＧＲ量）が大となるので、オーバーラップ量に基づいてシリンダ内新気割合ηを求める。また、可変動弁装置を備えたエンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部ＥＧＲを自在に制御できるので、一般にはＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ）は設けないが、設ける場合には、更にそのＥＧＲ率も考慮して最終的なシリンダ内新気割合ηを求める。
【００３９】
ステップ１４では、目標Ｖｃにシリンダ内新気割合ηを乗じて、目標空気量相当の実Ｖｃ（ｍ3）＝目標Ｖｃ・ηを算出する。この実Ｖｃ（ｍ3）は、シリンダ吸入空気量（体積量）に相当する。
ステップ１５では、次式のごとく、目標空気量相当の実Ｖｃ（ｍ3）にエンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）を乗じて、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）を算出する。
【００４０】
Ｖｃ変化速度＝実Ｖｃ・Ｎｅ・Ｋ
ここで、Ｋは単位を揃えるための定数であり、Ｋ＝（１／３０）×（１／１０００）である。１／３０は、Ｎｅ（ｒｐｍ）をＮｅ（１８０ｄｅｇ／ｓｅｃ）に変換するためのものであり、１／１０００は、Ｖｃ（ｍ3／ｓｅｃ）をＶｃ（ｍ3／ｍｓｅｃ）に変換するためのものである。
【００４１】
また、一部気筒の稼働を停止させる制御を行う場合は、次式による。
Ｖｃ変化速度＝実Ｖｃ・Ｎｅ・Ｋ・ｎ／Ｎ
ｎ／Ｎは一部気筒の稼働を停止させる場合の稼働率であり、Ｎは気筒数、ｎはそのうちの稼働気筒数である。従って、例えば４気筒エンジンで、１気筒の稼働を停止させている場合は、ｎ／Ｎ＝３／４となる。尚、特定気筒の稼働を停止させる場合は、当該気筒の吸気弁及び排気弁を全閉状態に保持した上で、燃料カットを行う。
【００４２】
ステップ１６では、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）の積分計算により、単位時間（１ｍｓｅｃ）あたりにシリンダに吸入される空気量であるシリンダ部体積量空気量Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ変化速度・△ｔを算出する。
図７は、連続計算（マニホールド部吸気収支計算、シリンダ部質量空気量Ｖｃ算出）ルーチンのフローチャートであり、所定時間△ｔ毎に繰り返し実行される。
【００４３】
ステップ２１では、マニホールド部吸気収支計算（マニホールド部質量空気量Ｃｍの収支計算）のため、次式のごとく、マニホールド部質量空気量の前回値Ｃｍ(n-1) に、図３のルーチンで求めたマニホールド部へ流入する質量空気量Ｃａ（＝Ｑａ・Δｔ）を加算し、また、マニホールド部からシリンダ部へ流出するシリンダ吸入空気量であるシリンダ部質量空気量Ｃｃ(n) を減算して、マニホールド部質量空気量Ｃｍ(n) （ｇ）を算出する。
【００４４】
Ｃｍ(n) ＝Ｃｍ(n-1) ＋Ｃａ−Ｃｃ(n)
ここで用いるＣｃ(n) は前回のルーチンで次のステップ２２により算出されたＣｃである。
ステップ２２では、シリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ）の算出のため、次式のごとく、図４のルーチンで求めたシリンダ部体積空気量Ｖｃに、マニホールド部質量空気量Ｃｍを掛算し、また、マニホールド部容積Ｖｍ（一定値）で除算して、シリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を求める。
【００４５】
Ｃｃ＝Ｖｃ・Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（６）
この（６）式は、次のように求められる。
気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｃ＝Ｐ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ）であるので、シリンダ部について、
Ｃｃ＝Ｐｃ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｃ） ・・・（７）
となる。
【００４６】
ここで、Ｐｃ＝Ｐｍ、Ｔｃ＝Ｔｍと仮定するので、
Ｃｃ＝Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ） ・・・（８）
となる。
一方、気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｐ／（Ｒ・Ｔ）＝Ｃ／Ｖであるので、マニホールド部について、
Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）＝Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（９）
となる。
【００４７】
この（９）式を（８）式に代入すれば、
Ｃｃ＝Ｖｃ・〔Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）〕＝Ｖｃ・〔Ｃｍ／Ｖｍ〕
となり、上記（６）式が得られる。
以上のように、ステップ２１，２２を繰り返し実行することにより、すなわち図８に示すように連続計算することにより、シリンダ吸入空気量であるシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を求めて、出力することができる。尚、ステップ２１，２２の処理順序は逆でもよい。
【００４８】
図９は、後処理ルーチンのフローチャートである。
ステップ３１では、次式のごとく、シリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理して、Ｃｃｋ（ｇ）を算出する。
Ｃｃｋ＝Ｃｃｋ×（１−Ｍ）＋Ｃｃ×Ｍ
Ｍは加重平均定数であり、０＜Ｍ＜１である。
【００４９】
ステップ３２では、加重平均処理後のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ）をサイクル周期に対応させるため、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を用いて、
Ｃｃｋ（ｇ／cycle ）＝Ｃｃｋ／（１２０／Ｎｅ）
により、１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量（ｇ／cycle）に変換する。
【００５０】
尚、加重平均処理は、スロットル弁が大きく開いている（全開）時等の吸気の脈動が大きいときに限定して行うと、制御精度と制御応答性を両立させることができる。
図１０は、この場合の後処理ルーチンのフローチャートである。ステップ３５でシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）の変化量△Ｃｃを算出する。続いてステップ３６でこの変化量△Ｃｃが所定範囲内（所定値Ａより大きく所定値Ｂより小さい）か否かを判定する。所定範囲内の場合は、加重平均処理をする必要ないので、ステップ３７でＣｃｋ（ｇ）＝Ｃｃ（ｇ）とした後、ステップ３２で図９のステップ３２と同じに１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ／cycle ）に変換する。変化量△Ｃｃが所定範囲外である場合は、ステップ３１で図９のステップ３１と同じにシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理してＣｃｋ（ｇ）を算出し、ステップ３２へ進む。
【００５１】
そして、以上のようにして算出したシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ，Ｃｃｋ）、クランク角センサ１５で検出された機関回転速度Ｎｅとに基づいて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）を算出する。
このように、シリンダ吸入空気量を算出するに際し、吸気弁閉時期が定常状態にあるときは、吸気弁閉時期の制御目標値（本実施形態では目標進角量）から算出したシリンダ容積を用いるので、負荷変動やビットエラー等により吸気弁閉時期の検出値（信号）が変動した場合であっても、該シリンダ吸入空気量に基づいて算出される燃料噴射量（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）の変動を確実に防止して、空燃比変動、運転性の悪化を抑制できる。
【００５２】
なお、本実施形態では、可変動弁装置として、クランク軸に対するカム軸の回転位相を可変制御する方式のものを用いたが、吸、排気弁の開閉時期を独立に制御できる方式のものを用いて、リフトセンサ等により吸、排気弁の開時期、閉時期を検出するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図。
【図２】シリンダ吸入空気量算出の制御ブロック図。
【図３】吸気マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図４】シリンダ部空気体積量算出ルーチンのフローチャート。
【図５】吸気弁閉時期のストローク量算出の説明図。
【図６】シリンダ容積算出用の吸気弁閉時期（進角量）を設定するサブルーチンのフローチャート。
【図７】連続計算（吸気マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ部空気体積量算出）ルーチンのフローチャート。
【図８】連続計算部のブロック図。
【図９】後処理ルーチンのフローチャート。
【図１０】後処理ルーチンの他の例のフローチャート。
【図１１】実際の吸気弁閉時期ＶＴＣＮＯＷを用いた場合と制御目標値ＶＴＣＴＲＧを用いた場合の燃料噴射パルス幅Ｔｐの比較図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ エアフローメータ
４ スロットル弁
７ 燃料噴射弁
９ 吸気弁
１０ 排気弁
１２ 吸気側カム軸
１３ 排気側カム軸
１５ クランク角センサ
１８ カム角センサ
２０ コントロールユニット
Claims (9)
- 少なくとも吸気弁の閉時期を可変制御する可変動弁装置を備えたエンジンの燃料噴射制御装置であって、
吸気弁閉時期から算出されるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいて算出されるシリンダ内の体積空気量と、吸気マニホールド内への質量空気の流入、流出量の収支計算を行って算出される吸気マニホールド内の質量空気量と、吸気マニホールド容積と、に基づいてシリンダ内に吸入される質量空気量を算出すると共に、該シリンダ内に吸入される質量空気量に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射制御装置において、
吸気弁閉時期が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判断し、
定常状態にあるときは、吸気弁閉時期の制御目標値から前記シリンダ容積を算出する一方、
過渡状態にあるときは、実際の吸気弁閉時期からシリンダ容積を算出することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。 - 吸気弁閉時期の制御目標値が略一定のときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御措置。
- 実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
- 吸気弁閉時期の制御目標値が一定であるとき、かつ、実際の吸気弁閉時期と制御目標値との偏差が所定範囲以内であるときに、吸気弁閉時期が定常状態にあると判断し、それ以外は吸気弁閉時期が過渡状態にあると判断することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
- 吸気弁閉時期が定常状態にあると判断してから所定時間経過した後、吸気弁閉時期の制御目標値から前記シリンダ容積を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
- 前記シリンダ容積算出に用いる吸気弁閉時期の制御目標値又は実際の吸気弁閉時期がなまし処理されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
- 前記エンジンが複数のバンクをもつエンジンの場合において、
全てのバンク動作時は、前記実際の吸気弁閉時期としてそれぞれのバンクにおける実際の吸気弁閉時期の平均値を用いる一方、
一部バンク停止時は、前記実際の吸気弁閉時期として動作バンクの実際の吸気弁閉時期のみの平均値を用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記エンジンが各気筒毎に可変動弁装置を備えたエンジンの場合において、
前記実際の吸気弁閉時期として、作動中の気筒のみの平均値を用いることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記シリンダ容積が、次式により算出されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
Ｖｃ＝Ｓ・Ａ
Ｓ＝ｒ・ＣＯＳθ＋Ｌ＋ｒ−（Ｌ2―ｒ2ＳＩＮ2θ）1/2
但し、Ｖｃ；シリンダ容積、Ａ；ピストン面積、θ；吸気下死点からの吸気弁閉時期の位置（°ＣＡ）、Ｌ；コンロッド長、ｒ＝Ｌ／２
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