JP3797119B2

JP3797119B2 - 内燃機関の吸気制御装置

Info

Publication number: JP3797119B2
Application number: JP2001051423A
Authority: JP
Inventors: 信一竹村; 俊一青山; 常靖野原; 孝伸杉山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: EP1234967B1; US6691022B2; US20020120384A1; EP1234967A2; DE60210529D1; DE60210529T2; JP2002256930A; EP1234967A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関運転状態に応じて吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを連続的に変更可能な内燃機関の吸気制御装置及び吸気制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガソリンを燃料とするガソリン式内燃機関では、負荷を抑えるためにスロットル弁を絞って吸入空気量を抑制する際に吸気が負圧となって、ポンプ損失（スロットルロス）が増加するため、スロットル弁のないディーゼル機関に比して、低負荷域での熱効率や燃費が悪くなるという課題がある。このようなポンプ損失を抑制して燃費を向上するために、例えば特開平９ー３０３２４２号公報や特開平１１−１１７７７７号公報では、吸入空気量の調整を、主として吸気弁のバルブリフト特性を変更することにより行う技術が提案されている。
【０００３】
例えば特開平１１−１１７７７７号公報では、低中負荷域ではアクセルの操作量とは無関係にスロットル弁を高開度状態に保持し、吸気弁のバルブリフト特性の調整により吸入空気量を制御している。そして、吸気通路に設けられたエアフロメータで検出される吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を算出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この公報のように吸気弁のバルブリフト特性の調整により吸入空気量を制御する吸気装置において、吸気通路に設けられたエアフローメータで吸入空気量を直接的に検知する場合、エアフローメータを必要としない構成に比して構造が複雑化するとともにコストが嵩むことに加え、ピストン吸入に伴う吸気圧振幅によりエアフローメータ近傍で生じる逆流等に起因して、正確な吸入空気量の計測が困難となる。
【０００５】
このため、複数の気筒の吸気ポートの上流側に接続されたコレクタの容量を大きくして、吸気圧振幅を低減し、エアフローメータ近傍での逆流を低減することも考えられるが、この場合、バルブリフト特性の変更による実際の吸入空気量の変化が、エアフローメータにより検出される吸入空気量に反映されるまでの応答性が低下し、このような過渡期における吸入空気量の検出精度が低下する。このため、この吸入空気量に基づいて算出される燃料噴射量つまり空燃比の精度も低下する。
【０００６】
ところで、アイドル等の極低負荷域で、吸気弁のバルブリフト量をある限界まで小さくすると、吸気弁の間隙における流れが音速に近づいてチョークした状態となる。この状態では、吸気弁のバルブタイミングを変化させても流量変化がほとんど生じないので、基本的にバルブリフト量の大小のみでシリンダへ流入する吸入吸気量が定まる。また、上記の限界以下の極小バルブリフトの状態で、吸気弁の閉時期が例えば上死点（ＴＤＣ）近くまで過度に進角すると、ピストンが十分にストロークしない状態で吸気弁が閉じることとなり、圧縮上死点近傍で筒内圧力や温度が十分に上昇せず、燃焼悪化を招くおそれがある。
【０００７】
特に、アイドル状態から補機類等の駆動により負荷が上昇する場合のように、吸入空気量が非常に少ない極小リフト状態で細かな吸入空気量の調整を要求される場合、上述したようにエアフローメータで吸入空気量を計測してから燃料噴射量つまり空燃比（Ａ／Ｆ）を設定すると、実際の吸入空気量の増加に対する燃料噴射量の増量が遅くなり、過度なリーン化によるエンスト等を招くおそれがある。
【０００８】
つまり、吸入空気量が極めて小さい極小リフト状態では、吸入空気量がある程度確保されている他の運転領域に比して、吸入空気量の変化に対するＡ／Ｆの変化の割合が大きくなるため、吸入空気量をより精度よく検出することが求められる。一方、上記の極小リフト状態以外の運転状態では、吸気弁のバルブリフト量がある程度大きいため、バルブリフト量が変化しても吸入空気量はあまり変化せず、むしろ吸気弁のバルブタイミングつまり開時期と閉時期の変化に伴う吸気脈動の影響により、吸入空気量が大きく変化する傾向にある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、スロットル弁やエアフローメータ等を敢えて必要としない簡素な構造でありながら、極小リフト状態でも正確な吸入空気量及び燃料噴射量の調整を行い得る新規な内燃機関の吸気制御装置及び吸気制御方法を提供することを一つの目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、機関運転状態に応じて吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構と、上記吸気弁のバルブリフト量を検出するバルブリフト量検出手段と、機関回転数を検出する手段と、を有し、少なくともバルブタイミングの変化に対して吸入空気量の変化が極めて小さい所定の極小リフト状態では、主に検出されたバルブリフト量及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、この基本吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、を有することを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の吸気制御方法は、機関運転状態に応じて吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを変更するステップと、吸気弁のバルブリフト量及び機関回転数を検出するステップと、少なくともバルブタイミングの変化に対して吸入空気量の変化が極めて小さい所定の極小リフト状態では、主に検出されたバルブリフト量及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を算出するステップと、この基本吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を算出するステップと、を有することを特徴としている。
【００１２】
このような本発明に係る吸気制御装置又は吸気制御方法によれば、バルブタイミングの変化に対して吸入空気量の変化が極めて小さい所定の極小リフト状態でも、検出されたバルブリフト量に基づいて基本吸入空気量を正確に検出することができる。従って、極小リフト状態でも吸入空気量や燃料噴射量を正確かつ迅速に制御することが可能となる。
【００１３】
上記の可変動弁機構は、例えば、吸気弁のリフト作動角（バルブリフト量及び作動角）を連続的に変更可能な作動角変更機構と、このリフト作動角の中心位相を変更可能な位相変更機構と、により構成され、あるいは上記の作動角変更機構のみにより構成される。
【００１４】
また、本発明では、吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを変更することにより、吸入空気量を細かく制御できるため、スロットル弁を敢えて必要としない簡素な構造を実現できる。しかしながら、ブローバイガスや燃料摘発成分等を取り出すために必要な吸入負圧、つまり機関に最低限必要なだけの僅かな負圧を生成するために、好ましくは、複数の気筒の吸気ポートの上流側に接続されたコレクタと、このコレクタの上流側に配設され、コレクタ内の負圧を調整する負圧調整弁と、を設ける。この場合、基本吸入空気量の算出精度を更に向上するために、好ましくは、コレクタ内の圧力を検出する手段と、コレクタ内の温度を検出する手段と、検出されたコレクタ内の圧力及び温度に基づいて、上記基本吸入空気量を補正する手段と、を設ける。
【００１５】
より好ましくは、燃料噴射量の精度を更に向上するために、排気の空燃比を検出する手段と、検出された排気の空燃比に基づいて、上記燃料噴射量を補正する手段と、を有する構成とする。つまり、排気の空燃比の検出値に基づいて、燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００１６】
そして、上記の基本吸入空気量の精度を更に向上するために、機関温度を検出する手段と、検出された機関温度に基づいて、上記基本吸入空気量を補正する手段と、を設ける。
【００１７】
また、上記基本吸入空気量の精度を更に向上するために、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、吸気弁に付着する燃料を推定し、この付着燃料に基づいて、上記基本吸入空気量を補正する手段と、を設けても良い。
【００１８】
少なくとも上記極小リフト状態では、内部ＥＧＲ効果を得るために、好ましくはバルブオーバーラップ又はバルブマイナスオーバーラップを付与するとともに、そのオーバーラップ量に基づいて、気筒内の残留ガス量を推定し、この残留ガス量に基づいて、上記基本吸入空気量を補正し、この吸入空気量の算出精度の向上を図る。
【００１９】
この極小リフト状態では、吸気弁の開時期を下死点近傍とするために、より好ましくは吸気弁の開時期を排気弁の閉時期よりも遅角させる。つまりマイナスオーバーラップの設定とする。
【００２０】
吸気弁のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段を有する構成の場合、好ましくは、上記吸入空気量算出手段は、上記極小リフト状態以外の運転状態では、主に検出されたバルブタイミング及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を算出する。
【００２１】
気筒列方向に延び、この気筒列を構成する複数の気筒のバルブリフト量を変更する際に回転駆動される制御軸を有する構成の場合、好ましくは、上記バルブリフト量検出手段は、上記バルブリフト量に対応する上記制御軸の角度を検出する。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１又は９に係る発明によれば、機関運転状態に応じて吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを制御することにより、スロットル弁等に頼らずに吸入空気量の調整を行うことができる。また、アイドル等を含む極低負荷域に設定される極小リフト状態でも、検出されたバルブリフト量に基づいて正確に吸入空気量を算出することができ、エアフローメータ等を敢えて必要としない簡素な構造でありながら、正確かつ迅速な吸入空気量及び燃料噴射量の制御を行うことができる。更に、筒内直前に位置する吸気弁のバルブリフト量の検出結果に基づいて吸入空気量を算出しているため、筒内から比較的離れたエアフローメータで吸入空気量を検出する場合に比して、吸気脈動等による応答性の低下が抑制され、吸入空気量の検出精度にも優れている。
【００２３】
請求項２に係る発明によれば、コレクタ内の吸入圧力及び温度で変動する基本吸入空気量のばらつきを補正することができ、ひいては吸入空気量や燃料噴射量をより適正に制御することが可能となり、燃費及び排気性能の更なる向上を図ることができる。
【００２４】
請求項３に係る発明によれば、バルブクリアランスやバルブリフト量の経時変化等に起因する燃料噴射量のズレを補正することができ、長期にわたって正確な制御を行うことができる。
【００２５】
更に請求項１又は９に係る発明によれば、暖機中等に生じるバルブヘッドの熱膨張や熱容量の変化に起因するバルブリフト量の変化やバルブ部における通路面積の変化を、機関温度から予測して、吸入空気量や燃料噴射量を適切に補正することが可能であり、燃費・排気性能の更なる向上を図ることができる。
【００２６】
請求項４に係る発明によれば、燃料ポート噴射式の内燃機関では、吸気弁に付着する燃料によって、このバルブ部における通路開口面積が実質的に狭くなり、吸入空気量が低下する傾向にあるが、このような付着燃料による吸入空気量の低下を見越した形で基本吸入空気量の補正を行うことができ、吸入空気量の制御精度が更に向上する。
【００２７】
請求項５に係る発明によれば、極小リフト状態で、内部ＥＧＲを付与する等の目的でバルブオーバーラップ又はマイナスオーバーラップを付与する場合に、そのオーバーラップ量に対応する残留ガス量に基づいて基本吸入空気量を補正しているため、制御精度が更に向上する。
【００２８】
請求項６に係る発明によれば、極小リフト状態で、マイナスオーバーラップの設定としたため、例えば吸気弁閉時期を下死点近傍とし、有効圧縮比の増加による燃焼改善を図ることができる。また、通常のバルブオーバーラップに比して残留ガス量の変動も小さく、吸入空気量の精度がより向上する。
【００２９】
請求項７に係る発明によれば、極小リフト状態以外の運転状態、典型的には極低負荷域よりも負荷が大きく燃焼が比較的安定している運転領域では、バルブリフト量よりはむしろバルブタイミングの変化に対して吸入空気量が大きく変化するため、バルブタイミング及び機関回転数に基づいて基本吸入空気量を算出する構成とすることにより、高い精度で迅速な吸入空気量及び燃料噴射量の制御を行うことができる。
【００３０】
請求項８に係る発明によれば、検出された一つの制御軸の角度に基づいて、気筒列を構成する複数の気筒のバルブリフト量を得ることができ、各気筒毎にセンサを設ける必要がないため、装置の更なる簡素化を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る吸気制御装置を、４気筒ガソリン内燃機関に適用した第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図４に示すように、機関本体を構成するシリンダブロック３０の側方には、一つのコレクタ２４が配設されており、このコレクタ２４と気筒列を構成する４つの気筒３１の吸気ポートとがそれぞれ吸気ブランチ３２により接続されている。コレクタ２４の上流側の吸気通路内には負圧調整弁２１が配設されている。この負圧調整弁２１は、吸入空気量を調整する目的ではなく、ブローバイガスや燃料摘発成分等に利用する吸入負圧、つまり機関に最低限必要なだけの僅かな負圧を生成するために設けられている。
【００３３】
また、この吸気制御装置には、吸気弁の作動角（開弁期間）及びバルブリフト量（以下、必要に応じてリフト作動角と略す）の双方を連続的に変更可能な作動角変更機構１と、クランクシャフトの回転位相に対する吸気弁のリフト作動角の中心位相を変更可能な位相変更機構１５と、が設けられており、これらの機構１，１５によって、吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミング（開時期及び閉時期）を連続的に調整することができる。
【００３４】
そして本実施形態では、後述するように、これらのバルブリフト量及びバルブタイミングを適宜に制御することにより吸入空気量を調整するとともに、このバルブリフト量やバルブタイミングに相当するパラメータを検出し、この検出結果に基づいて吸入空気量及び燃料噴射量を正確に算出しており、スロットル弁やエアフローメータ等を敢えて必要としない簡素な構造でありながら、正確な吸入空気量及び燃料噴射量の制御を実現している。
【００３５】
ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１７は、様々なエンジン制御を記憶及び実行するメモリ及びＣＰＵを備えたマイクロコンピュータである。このＥＣＵ１７には、コレクタ２４内の圧力を検出する圧力センサ２２，コレクタ２４内の温度を検出するコレクタ温度検出センサ２３，機関回転数を検出するクランク角センサ２６，排気通路３３内の排気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ（又はＯ２センサ）２７，及び機関温度（又は冷却水温度）を検出する温度センサ２８の他、後述する制御軸角度センサ１４や駆動軸角度センサ１６等の各種センサが接続されている。そして、ＥＣＵ１７は、各種センサ等から検出される機関運転状態に応じて、作動角変更機構１（のアクチュエータ１３），位相変更機構１５，及び負圧調整弁２１のアクチュエータ２５へ制御信号を出力し、その動作を制御している。
【００３６】
次に、図１を参照して、上記作動角変更機構１の構成について説明する。吸気弁１１の上方には、気筒列方向へ延びる駆動軸２が配設されている。この駆動軸２は、クランクシャフト（図示省略）から回転動力が伝達され、このクランクシャフトに連動して軸周りに回転する。この駆動軸２には、各気筒毎に偏心カム３が固定又は一体形成されており、駆動軸２の回転中心に対して偏心する偏心カム３の外周に、リング状の第１リンク４が回転自在に外嵌されている。また、駆動軸２と平行に気筒列方向へ延びる制御軸１２には、各気筒毎に制御カム１８が固定又は一体形成されており、制御軸１２の回転中心に対して偏心する制御カム１８の外周に、ロッカーアーム６の中央部が回転自在に外嵌されている。このロッカーアームの一端と第１リンク４の一端とは第１連結ピン５により連結されており、ロッカーアーム６の他端とロッド状の第２リンク８の一端とは第２連結ピン７により連結されている。この第２リンク８の他端は、駆動軸２に回転自在に取り付けられる揺動カム９の先端に、第３連結ピン１９により連結されている。
【００３７】
従って、クランクシャフトの回転に連動して駆動軸２が回転すると、偏心カム３に外嵌する第１リンク４がほぼ並進方向（図１のほぼ上下方向）に作動し、この第１リンク４の並進運動がロッカーアーム６の揺動運動に変換されて、第２リンク８を介して揺動カム９が揺動する。この揺動する揺動カム９が吸気弁１１のバルブリフタ１０に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１１が図外のバルブスプリングの反力に抗して開閉駆動される。
【００３８】
また、機関運転状態に応じて制御軸１２をアクチュエータ１３により回転駆動すると、ロッカーアーム６の揺動中心となる制御カム１８の中心位置が変化して、このロッカーアーム６及びリンク４，８の姿勢が変化し、揺動カム９の揺動特性が変化する。これにより、吸気弁１１の作動角及びバルブリフト量の双方が連続的に変更される。
【００３９】
このような構成の作動角変更機構１は、吸気弁１１を開閉駆動する揺動カム９が駆動軸２の外周に同軸上に取り付けられているため、揺動カム９と駆動軸２との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、ロッカーアーム６や各リンク４，８を駆動軸２の周囲に集約させて、コンパクト化を図ることができ、機関搭載性に優れている。また、偏心カム３と第１リンク４との軸受部や、制御カム１８とロッカーアーム６との軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。更に、この作動角変更機構１を、固定カム及びカムシャフトを備えた一般的な直動式動弁系に適用する場合にも、これら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム９及び駆動軸２を配置すれば良く、レイアウトの変更が非常に少なくて済むため、その適用が極めて容易である。
【００４０】
位相変更機構１５は、クランクシャフトに対する駆動軸２の位相を変化させることにより、吸気弁のリフト作動角の中心位相を連続的に変更するもので、ベーンを用いたタイプ、ヘリカルスプラインを用いたタイプ等が公知であり、詳細な説明は省略する。
【００４１】
制御軸角度センサ１４は、吸気弁１１の作動角及びバルブリフト量に対応する制御軸１２の角度を検出し、駆動軸角度センサ１６は、吸気弁１１の作動角の中心位相に対応する駆動軸２の角度を検出し、これらの検出信号はＥＣＵ１７へ出力される。
【００４２】
なお、この実施形態のように、吸気弁の作動角及びバルブリフト量を変更する作動角変更機構１と、作動角の中心位相を変更する位相変更機構１５と、を併用した構成においては、作動角やバルブリフト量は作動角変更機構１によってのみ変化させられるが、バルブタイミングは、作動角変更機構１又は位相変更機構１５のいずれを作動させた場合にも変化する。従って、この実施形態では、作動角に相当する制御軸角度の検出値と、中心位相に対応する駆動軸角度の検出値とに基づいて、バルブタイミング（開時期及び閉時期）に相当するパラメータを間接的に検出することとなる。
【００４３】
図２は、本実施形態の特徴的な制御態様を示す特性図で、図３は、各運転状態における吸気弁のリフト作動角及び中心位相の典型的な一設定例を示している。
【００４４】
図３（ａ）に示すように、アイドル域を含む極低負荷域（図２のバルブリフト制御域）では、要求される吸入空気量が非常に少ないため、作動角変更機構１により吸気弁のリフト作動角をある限界以下に小さくした極小リフト状態に設定される。このような極小リフト状態までバルブリフト量を小さくすると、吸気弁の間隙における流れが音速に近づいてチョークした状態となる。このような状態では、吸気弁のバルブタイミングを変化させても流量変化がほとんど生じないので、基本的にバルブリフト量の大小のみでシリンダへ流入する吸入吸気量が定まる。
【００４５】
従って、極低負荷域に対応する極小リフト状態では、バルブリフト量を主たるパラメータとして吸入空気量及び燃料噴射量の制御を行う。つまり、制御軸角度センサ１４及びクランク角センサ２６から検出（推定）されるバルブリフト量及び機関回転数に基づいて吸入空気量を算出し、この吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出する。
【００４６】
また、上記の限界以下の極小リフト状態では、吸気弁の閉時期が例えば上死点（ＴＤＣ）へ向けて過度に進角すると、ピストンが十分にストロークしない状態で吸気弁が閉じることとなり、圧縮上死点近傍で筒内圧力や温度が十分に上昇せず、燃焼悪化を招くおそれがある。従って、このような極小リフト状態では、有効圧縮比を確保して燃焼の安定化を図るために、吸気弁閉時期を下死点近傍まで遅角させる。より具体的には、位相変更機構１５による中心位相を最遅角位相又はその近傍まで遅角させる。なお、このような極小リフト状態ではバルブリフト量を主たるパラメータとして制御を行っているため、位相変更機構１５によりリフト作動角の中心位相が過度に進角するおそれもない。
【００４７】
更に言えば、この極小リフト状態では、吸気弁の開時期を上死点及び吸気弁の閉時期よりも大幅に遅角させたマイナスオーバーラップの設定とし、有効圧縮比の増加による燃焼改善が図られている。また、通常のバルブオーバーラップに比して残留ガス量の変動が小さいため、後述する残留ガス量に基づく補正精度が更に向上する。
【００４８】
一方、図３（ｂ）〜（ｆ）に示すように、上記の極低負荷域よりも負荷の大きい領域（図２のバルブタイミング制御域）では、極低負荷域に比して燃焼状態が安定しているため、作動角及びバルブリフト量が上記の限界以下に設定されることはない。従って、上述したようなチョーク状態が表れることはない。このため、バルブリフト量が変化しても吸入空気量はあまり変化せず、むしろ吸気弁のバルブタイミングの変化に伴う吸気脈動の影響により、吸入空気量が大きく変化する傾向にある。よって、極低負荷域に対応する極小リフト状態以外の運転状態では、バルブタイミングを主たるパラメータとして、吸入空気量及び燃料噴射量を制御する。つまり、機関運転状態に応じた所定のバルブタイミングとなるように、作動角変更機構１及び位相変更機構１５を駆動制御し、ポンプ損失の低減を図るとともに、センサ１４，１６等に基づいて間接的に検出されるバルブタイミング（作動角及び中心位相）及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を正確に算出し、この吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を算出する。
【００４９】
個々の負荷域におけるリフト作動角及び中心位相の設定ついて更に詳述すると、図３（ｂ）に示す低負荷域では、極低負荷域に比して、燃焼が安定した分バルブリフト量及び作動角を少し増加して吸入抵抗を低減するとともに、中心位相を進角して吸気弁の閉時期を下死点よりも進角させて、ポンプ損失を低減し、燃費の向上を図る。
【００５０】
なお、アイドル状態でエアコン等の補機類を駆動する場合のように、極低負荷域から低負荷域へ移行する場合には、中心位相のみを変更しても吸入空気量がほとんど変化しないため、先ず作動角変更機構１を優先的に駆動してバルブリフト量を速やかに増加させ、過渡期における燃焼安定性を図ることが望ましい。
【００５１】
図３（ｃ）に示す中負荷域では、低負荷域に比して、更に燃焼が安定した分バルブリフト量を増加するとともに、中心位相を進角化する。また、吸気弁の開時期を上死点及び排気弁の閉時期（図示省略）よりも進角させて、バルブオーバーラップを付与し、内部ＥＧＲによる燃焼改善及びポンプ損失の低減を図る。図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、最大トルク域（全開域）を含む高負荷域では、機関回転数の増加に応じて作動角を増加する。
【００５２】
なお、バルブリフト制御領域とバルブタイミング制御領域との境界Ｋ（図２）は、燃焼安定状態により変化するので、好ましくは、筒内圧、トルク変動、吸気弁に付着する未燃の燃料等に応じて適宜に変更することにより、ポンプ損失の小さいバルブタイミング制御領域をバラツキ等を考慮せずに更に拡大することが可能となる。なお、上記の燃焼状態は燃料霧化や圧縮行程温度による影響が大きいので、温度センサ２８で検出される機関温度に基づいて補正することが特に有効である。
【００５３】
このように本実施形態では、機関運転状態に応じて吸気弁のバルブリフト量やバルブタイミングを制御することにより、吸入空気量を調整するとともに、その検出値に基づいて、吸入空気量及び燃料噴射量を算出しているため、スロットル弁やエアフローメータ等を必要とせず、その分の部品点数が削減されるとともに、制御も簡素化される。また、スロットル弁により吸気を大きく絞ることによって引き起こされる吸気脈動やスロットル損失等を招くおそれもない。
【００５４】
特に、アイドル等を含む極低負荷域のように、バルブタイミングの変化に対して吸入空気量がほとんど変化しない極小リフト状態では、主にバルブリフト量に基づいて制御を行っている。つまり、吸入空気量を調整するために、主に作動角変更機構１を駆動してバルブリフト量を増減させるとともに、このバルブリフト量の検出結果に基づいて、基本吸入空気量及び燃料噴射量を算出している。従って、このような極小リフト状態で、吸入空気量や燃料噴射量を迅速かつ正確に制御することができる。また、このような極低負荷域において、バルブリフト量を優先的に可変制御しているため、吸気弁の閉時期が過度に進角して有効圧縮比が大きく低下することもなく、吸気通路内の吸気脈動が安定的に抑制されるため、バルブリフト量に基づいて吸気量を正確に算出（予測）することができる。
【００５５】
更に、例えばアイドル状態で補機等を駆動する場合のように、極低負荷域から負荷が上昇するような過渡期には、作動角変更機構１を優先的に駆動してバルブリフト量を優先的に増加させることにより、このような過渡期における吸入空気量及び燃料噴射量を迅速かつ正確に増量することができ、ひいては空燃比（Ａ／Ｆ）を応答性良く目標値へ近づけることができる。
【００５６】
図５は、本実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ（ステップ）１で補機類等の要求負荷を検知した後、この要求負荷に見合った目標リフト作動角及び目標中心位相となるように、作動角変更機構１及び位相変更機構１５が駆動制御される（Ｓ４）。なお、上記の目標リフト作動角及び目標中心位相は、Ｓ２及びＳ３で検出されるエンジン回転数及び機関温度に基づいて適宜に補正される。
【００５７】
Ｓ５及びＳ６では、制御軸角度センサ１６により吸気弁のリフト作動角（作動角及びバルブリフト量）が検出されるとともに、駆動軸角度センサ１６により吸気弁の作動角の中心位相が検出される。好ましくは、これらの検出信号に基づいて、リフト作動角及び中心位相が正確にフィードバック制御される。続くＳ７及びＳ８では、圧力センサ２２及びコレクタ温度検出センサ２３によりコレクタ２４内の圧力及び温度が検出される。
【００５８】
Ｓ９では、機関負荷及び機関回転数に基づいて、図２に示すような制御マップを参照することにより、極小リフト状態であるか、つまりバルブリフト制御領域かバルブタイミング制御領域かが判定される。バルブタイミング制御領域と判定されれば、Ｓ１０へ進み、制御軸角度センサ１６及び駆動軸角度センサ１６の検出信号に基づいて、吸気弁のバルブタイミングを検出（推定）し、検出されたバルブタイミング及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を算出する。
【００５９】
一方、Ｓ９でバルブリフト制御領域と判定されれば、Ｓ１１以降へ進み、主としてバルブリフト量及び機関回転数の検出値に基づいて、基本吸入空気量を算出するとともに、この基本吸入空気量に対して、各種の補正を行う。この補正は、機関温度に応じて変化するバルブリフト量を修正するために行う最小限の面積温度補正（Ｓ１２）、吸気弁１１に付着した燃料量に応じて変化する通路最小面積を修正するために行うバルフ付着燃料量補正（Ｓ１３）、及びバルブタイミングによるバルブオーバーラップ（マイナスオーバーラップ）の量に応じて残留ガス量が異なるために行う残留ガス補正（Ｓ１４）等である。上述したように、アイドル等を含む極低負荷域では、残留ガス量の安定化を図るために吸気弁の開時期を排気弁の閉時期よりも遅角させたマイナスオーバーラップの設定としている。このため、残留ガス量の正確な予測が可能で、この残留ガス量に基づく吸入空気量の補正精度が一段と向上する。なお、Ｓ７及びＳ８で検出したコレクタ内の圧力や温度に応じて、基本吸入空気量自体を補正しても良く、あるいは基本吸入空気量を一定として補正項としても良い。
【００６０】
このようにＳ１０又はＳ１１〜１４で算出，修正された基本吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を算出して燃料噴射を行う（Ｓ１６）。さらに、バルブクリアランスの経時劣化等による燃料噴射量のズレを補正するために、排気Ａ／Ｆに基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する。具体的には、Ｓ１７で排気Ａ／Ｆセンサ２７により排気のＡ／Ｆを検出し、Ｓ１８では、この検出値に基づいて、燃料フィードバック量を算出し、その値をメモリに格納する。次回の噴射時には、この燃料ＦＢ量に基づいて燃料噴射量が補正される（Ｓ１５）。
【００６１】
図６は、上述した第１実施形態に対して位相変更機構１５を省略した第２実施形態に係る制御の流れを示すフローチャートである。この場合、図５のフローチャートに対して、位相変更機構１５に関連するＳ６，Ｓ９，Ｓ１０が省略されている。このように一つの作動角変更機構１により吸気弁のバルブリフト量，作動角及びバルブタイミングの全てを変更する構成では、当然のことながら、全運転領域において、この作動角変更機構１の制御軸角度の検出結果に基づいて制御が行われる。つまり、Ｓ５で検出される制御軸角度に基づいて、基本吸入空気量が算出されるとともに（Ｓ１１）、この基本吸入空気量に基づいて燃料噴射量が算出される（Ｓ１６）。
【００６２】
このような第２実施形態では、第１実施形態と同様、極低負荷域に対応する極小リフト状態でも、バルブリフト量に基づいて吸入空気量及び燃料噴射量を正確に制御することができるとともに、第１実施形態に比して位相変更機構１５の省略により構造及び制御ロジックが簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置に適用される作動角変更機構及び位相変更機構を示す概略斜視図。
【図２】運転状態に対応する制御態様を示す特性図。
【図３】各運転状態におけるリフト作動角及び中心位相の一設定例を示す説明図。
【図４】上記内燃機関の吸気制御装置を示す概略構成図。
【図５】第１実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図６】第２実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…作動角変更機構（可変動弁機構）
１２…制御軸
１４…制御軸角度センサ
１５…位相変更機構（可変動弁機構）
１６…駆動軸角度センサ
１７…ＥＣＵ
２１…負圧調整弁
２２…圧力センサ
２３…コレクタ温度検出センサ
２４…コレクタ
２６…クランク角センサ
２７…排気Ａ／Ｆセンサ
２８…温度センサ

Claims

機関運転状態に応じて吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構と、
上記吸気弁のバルブリフト量を検出するバルブリフト量検出手段と、
機関回転数を検出する手段と、
少なくともバルブタイミングの変化に対して吸入空気量の変化が極めて小さい所定の極小リフト状態では、主に検出されたバルブリフト量及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
機関温度を検出する手段と、
検出された機関温度に基づいて、上記基本吸入空気量を補正する手段と、
この基本吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
複数の気筒の吸気ポートの上流側に接続されたコレクタと、
このコレクタの上流側に配設され、コレクタ内の負圧を調整する負圧調整弁と、
コレクタ内の圧力を検出する手段と、
コレクタ内の温度を検出する手段と、
検出されたコレクタ内の圧力及び温度に基づいて、上記基本吸入空気量を補正する手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
排気の空燃比を検出する手段と、
検出された排気の空燃比に基づいて、上記燃料噴射量を補正する手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２に内燃機関の吸気制御装置。
吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、
吸気弁に付着する燃料を推定し、この付着燃料に基づいて、上記基本吸入空気量を補正する手段と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
少なくとも上記極小リフト状態では、バルブオーバーラップ又はバルブマイナスオーバーラップを付与するとともに、そのオーバーラップ量に基づいて、気筒内の残留ガス量を推定し、この残留ガス量に基づいて、上記基本吸入空気量を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
上記極小リフト状態では、吸気弁の開時期を排気弁の閉時期よりも遅角させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気制御装置。
吸気弁のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段を有し、
上記吸入空気量算出手段は、上記極小リフト状態以外の運転状態では、主に検出されたバルブタイミング及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
気筒列方向に延び、この気筒列を構成する複数の気筒のバルブリフト量を変更する際に回転駆動される制御軸を有し、
上記バルブリフト量検出手段は、上記バルブリフト量に対応する上記制御軸の角度を検出することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
機関運転状態に応じて吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを変更するステップと、
吸気弁のバルブリフト量及び機関回転数を検出するステップと、
少なくともバルブタイミングの変化に対して吸入空気量の変化が極めて小さい所定の極小リフト状態では、主に検出されたバルブリフト量及び機関回転数に基づいて、基本吸入空気量を算出するステップと、
機関温度を検出する手段により検出された機関温度に基づいて、上記基本吸入空気量を補正するステップと、
この基本吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を算出するステップと、を有することを特徴とする内燃機関の吸気制御方法。