JP3965908B2 - 内燃機関の吸入空気量演算装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の吸入空気量演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入される吸入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空気量演算装置が知られている。この種の内燃機関の吸入空気量演算装置の例としては、例えば特開平７−３０１１４４号公報に記載されたものがある。特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の開弁期間を変更することなく吸気弁の開閉タイミングをシフトさせる可変動弁機構が設けられ、吸気弁の開閉タイミングのシフト量、つまり、クランクシャフトに対する吸気弁駆動用カムシャフトの回転位相（以下、「吸気弁の位相」という）の変更量に基づいて吸入空気量が算出されている。その結果、吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮されない場合よりも正確に吸入空気量が算出されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、気筒内に吸入される吸入空気量を算出する場合に吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮されているものの、吸気弁の開口面積の変更量が考慮されていない。一方で、可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機能が設けられ、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合には、吸気弁の開閉タイミングがシフトされなくても、実際に気筒内に吸入される吸入空気量はかなり変動する。従って、吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合に、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置によって吸気弁の開口面積の変更を考慮することなく吸入空気量が算出されてしまうと、算出された吸入空気量と実際の吸入空気量とがかなり相違してしまう。つまり、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合に気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができない。
【０００４】
また、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、気筒内に吸入される吸入空気量を算出する場合に吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮されているものの、吸気弁の作用角の変更量、つまり、吸気弁の開弁期間に相当するカムシャフトの回転角の変更量が考慮されていない。一方で、可変動弁機構に吸気弁の作用角を変更する機能、つまり、吸気弁の開弁期間を増減させる機能が設けられ、吸気弁の作用角が変更せしめられる場合には、吸気弁の開閉タイミングがシフトされなくても、実際に気筒内に吸入される吸入空気量はかなり変動する。従って、吸気弁の作用角が変更せしめられる場合に、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置によって吸気弁の作用角の変更を考慮することなく吸入空気量が算出されてしまうと、算出された吸入空気量と実際の吸入空気量とがかなり相違してしまう。つまり、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の作用角が変更せしめられる場合に気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができない。
【０００５】
前記問題点に鑑み、本発明は吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる内燃機関の吸入空気量演算装置を提供することを目的とする。
【０００６】
更に本発明は吸気弁の作用角が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる内燃機関の吸入空気量演算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】
請求項１に記載の発明によれば、可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入される吸入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空気量演算装置において、吸気弁開弁期間中の所定時間間隔毎の吸入空気量を積算することにより気筒内に吸入された吸入空気量を算出し、前記所定時間間隔毎の吸入空気量は、可変動弁機構によって変更せしめられる吸気弁の今回の開口面積と、今回の吸気管内の圧力と、今回の筒内圧とに基づいて算出され、次回の筒内圧を算出するための今回の筒内圧からの変化量は、今回の吸気管内のガス温度と、今回の吸入空気量と、今回の気筒内体積と、今回の筒内圧と、今回の気筒内体積の変化量とに基づき算出することを特徴とする内燃機関の吸入空気量演算装置が提供される。
【０００８】
請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置では、可変動弁機構によって変更せしめられる吸気弁の開口面積に加え、吸気管内の圧力及び筒内圧にも基づいて吸気弁開弁期間中の所定時間間隔毎の吸入空気量が算出されるため、例えば可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機能が設けられ、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができ、また、吸気管内の圧力及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第一の実施形態の概略構成図である。図１において、１は内燃機関、２は吸気弁、３は排気弁、４は吸気弁を開閉させるためのカム、５は排気弁を開閉させるためのカム、６は吸気弁用カム４を担持しているカムシャフト、７は排気弁用カム５を担持しているカムシャフトである。図２は図１に示した吸気弁用カム及びカムシャフトの詳細図である。図２に示すように、本実施形態のカム４のカムプロフィルは、カムシャフト中心軸線の方向に変化している。つまり、本実施形態のカム４は、図２の左端のノーズ高さが右端のノーズ高さよりも大きくなっている。すなわち、本実施形態の吸気弁２のバルブリフト量は、バルブリフタがカム４の左端と接しているときよりも、バルブリフタがカム４の右端と接しているときの方が小さくなる。
【００２３】
図１の説明に戻り、８は気筒内に形成された燃焼室、９はバルブリフト量を変更するために吸気弁２に対してカム４をカムシャフト中心軸線の方向に移動させるためのバルブリフト量変更装置である。つまり、バルブリフト量変更装置９を作動することにより、カム４の左端（図２）においてカム４とバルブリフタとを接触させたり、カム４の右端（図２）においてカム４とバルブリフタとを接触させたりすることができる。バルブリフト量変更装置９によって吸気弁２のバルブリフト量が変更されると、それに伴って、吸気弁２の開口面積が変更されることになる。本実施形態の吸気弁２では、バルブリフト量が増加されるに従って吸気弁２の開口面積が増加するようになっている。１０はバルブリフト量変更装置９を駆動するためのドライバ、１１は吸気弁２の開弁期間を変更することなく吸気弁の開閉タイミングをシフトさせるための開閉タイミングシフト装置である。つまり、開閉タイミングシフト装置１１を作動することにより、吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせたり、遅角側にシフトさせたりすることができる。１２は開閉タイミングシフト装置１１を作動するための油圧を制御するオイルコントロールバルブである。尚、本実施形態における可変動弁機構には、バルブリフト量変更装置９及び開閉タイミングシフト装置１１の両者が含まれることになる。
【００２４】
１３はクランクシャフト、１４はオイルパン、１５は燃料噴射弁、１６は吸気弁２のバルブリフト量及び開閉タイミングシフト量を検出するためのセンサ、１７は機関回転数を検出するためのセンサである。１８は気筒内に吸入空気を供給する吸気管内の圧力を検出するための吸気管圧センサ、１９はエアフローメータ、２０は内燃機関冷却水の温度を検出するための冷却水温センサ、２１は気筒内に供給される吸入空気の吸気管内における温度を検出するための吸入空気温センサ、２２はＥＣＵ（電子制御装置）である。
【００２５】
図３は図１に示したバルブリフト量変更装置等の詳細図である。図３において、３０は吸気弁用カムシャフト６に連結された磁性体、３１は磁性体３０を左側に付勢するためのコイル、３２は磁性体３０を右側に付勢するための圧縮ばねである。コイル３１に対する通電量が増加されるに従って、カム４及びカムシャフト６が左側に移動する量が増加し、吸気弁２のバルブリフト量が減少せしめられることになる。
【００２６】
図４はバルブリフト量変更装置が作動されるのに伴って吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。図４に示すように、コイル３１に対する通電量が減少されるに従って、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。また本実施形態では、バルブリフト量変更装置９が作動されるのに伴って、吸気弁２の開弁期間も変更せしめられる。つまり、吸気弁２の作用角も変更せしめられる。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２の作用角が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。更に本実施形態では、バルブリフト量変更装置９が作動されるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングも変更せしめられる。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングが遅角せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。
【００２７】
図５は図１に示した開閉タイミングシフト装置等の詳細図である。図５において、４０は吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせるための進角側油路、４１は吸気弁２の開閉タイミングを遅角側にシフトさせるための遅角側油路、４２はオイルポンプである。進角側油路４０内の油圧が増加されるに従い、吸気弁２の開閉タイミングが進角側にシフトせしめられる。つまり、クランクシャフト１３に対するカムシャフト６の回転位相が進角せしめられる。一方、遅角側油路４１の油圧が増加されるに従い、吸気弁２の開閉タイミングが遅角側にシフトせしめられる。つまり、クランクシャフト１３に対するカムシャフト６の回転位相が遅角せしめられる。
【００２８】
図６は開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。図６に示すように、進角側油路４０内の油圧が増加されるに従って吸気弁２の開閉タイミングが進角側にシフトされる（実線→破線→一点鎖線）。このとき、吸気弁２の開弁期間は変更されない、つまり、吸気弁２が開弁している期間の長さは変更されない。
【００２９】
上述したようにバルブリフト量変更装置９及び開閉タイミングシフト装置１１によって吸気弁２のバルブリフト量、作用角、開閉タイミング（位相）が変更せしめられると、それに伴い、実際に気筒内に吸入される吸入空気量が変化する。吸入空気量が変化するにもかかわらず一律に所定量の燃料が噴射されてしまうと、実際の空燃比が目標空燃比からずれてしまう。従って、実際の空燃比を目標空燃比に一致させるためには、吸気弁２のバルブリフト量、作用角、開閉タイミング（位相）の変更に伴って変化する吸入空気量を正確に算出することが必要になる。
【００３０】
図７は本実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである。このルーチンは所定時間間隔で実行される。図７に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ１００において機関始動時であるか否かが判断される。ＹＥＳのときには、燃料増量が行われる機関始動時には吸入空気量を正確に算出する必要がないと判断し、このルーチンを終了する。一方、ＮＯのときにはステップ１０１に進む。ステップ１０１では、吸気弁２のバルブリフト量ＬＴ、作用角ＶＡ、開閉タイミングＶＴ、吸気管内の圧力ＰＭ、機関回転数ＮＥに基づいて充填効率基準値ＫＴＰｂが算出される。
【００３１】
図８は充填効率基準値ＫＴＰｂとバルブリフト量ＬＴと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。図８に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、バルブリフト量ＬＴが大きくなるに従って大きくなり、また、吸気管内の圧力ＰＭが高くなるに従って大きくなる。図９は充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。図９に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、作用角ＶＡが大きくなるに従って大きくなる。図１０は充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと開閉タイミングＶＴとの関係を示した図である。図１０に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、開閉タイミングＶＴが遅角されるに従って大きくなる。図１１は充填効率基準値ＫＴＰｂと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。図１１に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、機関回転数ＮＥが中速のときにピークとなる。
【００３２】
図７の説明に戻り、次いでステップ１０２では、機関回転数ＮＥと、１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ、つまり、一回の吸気行程において気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮとに基づいて充填効率背圧補正係数Ｋｅｘが算出される。尚、このステップ１０２においては、図７に示すルーチンが前回実行されたときに後述するステップ１０５において算出された１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮの値が使用される。図１２は充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘと１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。図１２に示すように、ステップ１０２において算出される充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘは、１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮが少なくなるに従って小さくなり、また、機関回転数ＮＥが高くなるに従って小さくなる。
【００３３】
図７の説明に戻り、次いでステップ１０３では、気筒内に供給される吸入空気の吸気管内における温度（以下、「吸入空気温」という）ＴＨＡと内燃機関冷却水の温度（以下、「冷却水温」という）ＴＨＷとエアフローメータ１９によって検出された吸入空気量ＧＡとに基づいて充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗが算出される。図１３は筒内ガス温度と吸入空気温ＴＨＡと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。図１３に示すように、ステップ１０３において充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗを算出するために使用される筒内ガス温度は、吸入空気温ＴＨＡが高くなるに従って高くなり、また、吸入空気量ＧＡが多くなるに従って低くなる。図１４は筒内ガス温度と冷却水温ＴＨＷと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。図１４に示すように、ステップ１０３において充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗを算出するために使用される筒内ガス温度は、冷却水温ＴＨＷが高くなるに従って高くなり、また、吸入空気量ＧＡが多くなるに従って低くなる。図１５は充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗと筒内ガス温度との関係を示した図である。図１５に示すように、ステップ１０３において算出される充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗは、筒内ガス温度が高くなるに従って小さくなる。
【００３４】
図７の説明に戻り、次いでステップ１０４では、ステップ１０１において算出された充填効率基準値ＫＴＰｂとステップ１０２において算出された充填効率背圧補正係数Ｋｅｘとステップ１０３において算出された充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗとに基づいて充填効率実効値ＫＴＰが算出される（ＫＴＰ←ＫＴＰｂ×Ｋｅｘ×Ｋｔｈｗ）。次いでステップ１０５では、ステップ１０４において算出された充填効率実効値ＫＴＰと吸気管内の圧力ＰＭとに基づいて１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮが算出される（ＧＮ←ＫＴＰ×ＰＭ）。
【００３５】
上述したように本実施形態では、図７のステップ１０１、ステップ１０４及びステップ１０５において、気筒内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁２の開口面積に基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３６】
更に本実施形態では、図７のステップ１０１、ステップ１０４及びステップ１０５において、気筒内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量が変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁２の作用角ＶＡに基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、吸気弁２の作用角が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３７】
また本実施形態では、図７のステップ１０１において、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁２の開口面積、吸気弁２の作用角ＶＡ、開閉タイミングシフト装置１１によって変更せしめられる吸気弁２の位相（開閉タイミングＶＴ）、及び吸気管内の圧力ＰＭに基づいて充填効率（充填効率基準値ＫＴＰｂ）が算出され、ステップ１０５において、充填効率（充填効率実効値ＫＴＰ）と吸気管内の圧力ＰＭとに基づいて気筒内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の開口面積及び吸気弁の作用角に基づくことなく算出された充填効率から吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３８】
尚、本実施形態では吸気管圧センサ１８の出力値に基づいて吸気管内の圧力ＰＭが算出されているが、本実施形態の変形例では、代わりに、エアフローメータ１９により検出された吸入空気量ＧＡ、機関回転数ＮＥ等に基づいて吸気管内の圧力ＰＭを算出することも可能である。
【００３９】
以下、本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第二の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１〜図６に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。上述した実施形態では、気筒内に吸入される吸入空気量が充填効率と吸気管内の圧力とに基づいて算出されているが、本実施形態では、吸気管内の圧力等と下記の式とに基づいて筒内圧が算出され、その筒内圧等と下記の式とに基づいて気筒内に吸入される吸入空気量が算出される。
【００４０】
ここで、ｐCは瞬時筒内圧、ｋは比熱比、ＴIは吸気管内のガス温、ｍCは瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量、ＶCは気筒内の体積、ＰCは筒内圧、ｖCは瞬時の気筒内の体積である。また、ＡVは吸気弁の開口面積、ＰIは吸気管内の圧力、ρIは密度である。
【００４１】
本実施形態では、気筒内に吸入される吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量ｍC）が、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁の開口面積ＡVに基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４２】
図１６は吸気弁のバルブリフト量、吸気管内の圧力の検出時期等を示した図である。図１６に示すように、本実施形態では、バルブリフト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が比較的大きい値に設定され（実線）、それに伴って吸気弁の開口面積が比較的大きい値に設定されている場合には、吸気管内の圧力は吸気弁の閉弁動作が完了した時点（Ａ１）に検出され、その時点の吸気管内の圧力に基づいて筒内圧が推定され、その筒内圧に基づいて吸入空気量が算出され、次いでその吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定され（Ａ４）、燃料噴射が実行される（Ａ５）。一方、バルブリフト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が比較的小さい値に設定され（破線）、それに伴って吸気弁の開口面積が比較的小さい値に設定されている場合には、吸気弁の開口面積が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることに鑑み、吸気管内の圧力は吸気弁の閉弁動作が完了した時点（Ａ３）よりも早い時点（Ａ２）に検出され、その時点の吸気管内の圧力に基づいて筒内圧が推定され、その筒内圧に基づいて吸入空気量が算出され、次いでその吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定され（Ａ４）、燃料噴射が実行される（Ａ５）。
【００４３】
つまり本実施形態では、所定のタイミング（Ａ１，Ａ２）における吸気管内の圧力に基づいて筒内圧を推定する場合に、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が減少せしめられるのに伴って吸気弁の開口面積が減少せしめられるほど、筒内圧を推定するのに使用される吸気管内の圧力の検出タイミングが早められ（Ａ１→Ａ２）、吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量が算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の開口面積が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることを考慮することなく一律に所定のタイミングで吸気管内の圧力を検出し、その吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４４】
同様に図１６に示すように、所定のタイミング（Ａ１，Ａ２）における吸気管内の圧力に基づいて筒内圧を推定する場合に、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によって吸気弁の作用角が減少せしめられる（実線→破線）ほど、筒内圧を推定するのに使用される吸気管内の圧力の検出タイミングが早められ（Ａ１→Ａ２）、吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量が算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の作用角が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることを考慮することなく一律に所定のタイミングで吸気管内の圧力を検出し、その吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４５】
図１７は吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と吸気管内の圧力との関係を示した図である。図１７に示すように、本実施形態では、吸気弁の位相（開閉タイミング）、つまり、クランクシャフト１３に対する吸気弁駆動用カムシャフト６の回転位相あるいは吸気管内の圧力が変更されると、その変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することに鑑み、吸気管内の圧力の検出タイミングは、吸気弁の位相（開閉タイミング）が遅角されるに従って早められ、また、吸気管内の圧力が高くなるに従って早められる。
【００４６】
図１８は吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と機関回転数との関係を示した図である。図１８に示すように、本実施形態では機関回転数が変更される場合にもその変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することに鑑み、吸気管内の圧力の検出タイミングは機関回転数が高くなるに従って早められる。
【００４７】
すなわち本実施形態では、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されると、その変更によっても実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することに鑑み、図１６〜図１８に示したように、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されるのに応じて、筒内圧を推定するのに使用される吸気管内の圧力の検出タイミングが変更せしめられる。従って本実施形態によれば、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されると、その変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することを考慮することなく推定された筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４８】
以下、本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第三の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１〜図６に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。図１９は本実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである。このルーチンは例えば内燃機関の吸気行程毎に実行される。図１９に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ２００において機関始動時であるか否かが判断される。ＹＥＳのときには、燃料増量が行われる機関始動時には吸入空気量を正確に算出する必要がないと判断し、このルーチンを終了する。一方、ＮＯのときにはステップ２０１に進む。ステップ２０１では、背圧に基づいて吸気行程開始時点の筒内圧が算出される。具体的には、吸気行程開始時点においては吸気弁が全閉され、排気弁が開弁されているために、背圧と筒内圧が等しくなっていると推定される。図２０は背圧と図１９に示すルーチンが前回実行されたときに算出された１回転当たりの吸入空気量と機関回転数との関係を示した図である。図２０に示すように、背圧は、前回の１回転当たりの吸入空気量が少なくなるに従って高くなり、また、機関回転数が高くなるに従って高くなる。
【００４９】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２０２では吸気管圧センサ１８の出力値に基づいて吸気管内の圧力が算出される。本実施形態の変形例では、代わりにエアフローメータ１９により検出された吸入空気量ＧＡから吸気管内の圧力を算出することも可能である。次いでステップ２０３では、ステップ２０１において算出された筒内圧あるいは後述するステップ２０８が前回実行されたときにこのステップ２０８において算出された筒内圧が読み込まれる。次いでステップ２０４ではセンサ１７の出力値に基づいてピストン位置が算出され、ステップ２０５では同様にセンサ１７の出力値に基づいてピストン速度が算出される。
【００５０】
次いでステップ２０６では、吸気弁のバルブリフト量と、機械的吸気弁開口面積、つまり、吸気弁のバルブシート部の開口面積と、流量係数と、その流量係数を補正するための流量係数補正値とに基づいて吸気弁開口面積が算出される（吸気弁開口面積←機械的吸気弁開口面積×流量係数×流量係数補正値）。図２１は機械的吸気弁開口面積と流量係数との積と吸気弁のバルブリフト量との関係を示した図である。図２１に示すように、機械的吸気弁開口面積と流量係数との積は吸気弁のバルブリフト量が大きくなるに従って大きくなる。図２２は流量係数補正値と機関回転数と吸入空気の流量との関係を示した図である。図２２に示すように、流量係数補正値は、機関回転数が高くなるに従って小さくなり、また、吸入空気の流量が多くなるに従って小さくなる。
【００５１】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２０７では、ステップ２０２において算出された吸気管内の圧力、つまり、吸気弁の上流側の圧力と、ステップ２０３において読み込まれた筒内圧、つまり、吸気弁の下流側の圧力と、ステップ２０４において算出されたピストン位置と、ステップ２０５において算出されたピストン速度と、上述した式（２）とに基づいて瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量が算出される。次いでステップ２０８では、上述した式（１）に基づいて筒内圧が算出される。本実施形態では筒内圧がステップ２０８において上述した式（１）に基づいて算出されるが、本実施形態の変形例では、代わりに、気筒内に筒内圧センサを配置し、その出力値に基づいて筒内圧を算出することも可能である。
【００５２】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２０９では、ステップ２０７において算出された瞬時吸入空気量が、気筒から漏れてしまう空気量を考慮した空気漏れ補正値に基づいて補正される（瞬時吸入空気量←瞬時吸入空気量×空気漏れ補正値）。図２３は空気漏れ補正値と機関回転数と吸入空気の流量の関係を示した図である。図２３に示すように、空気漏れ補正値は、機関回転数が高くなるに従って大きくなり、また、吸入空気の流量が多くなるに従って小さくなる。
【００５３】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２１０では、ステップ２０９において補正された瞬時吸入空気量が積算される。次いでステップ２１１では、吸気行程が終了したか否かが判断される。ＹＥＳのときには、このルーチンを終了し、ステップ２１０において積算された吸入空気量の値が、今回の吸気行程において気筒内に吸入される吸入空気量の値となる。一方、ＮＯのときにはステップ２０２に戻り、上述したステップを繰り返す。
【００５４】
上述したように本実施形態では、気筒内に吸入される吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量）が、ステップ２０７において上述した式（２）とに基づいて算出される。つまり、気筒内に吸入される吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量）は、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁の開口面積ＡVに基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００５５】
また本実施形態では、ステップ２０７において、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁の開口面積ＡVに加え、吸気管内の圧力及び筒内圧にも基づいて吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量）が算出される。従って本実施形態によれば、吸気管内の圧力及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００５６】
更に本実施形態では、単位時間当たりに気筒内に吸入される吸入空気量が変化していることに鑑み、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によって変更せしめられる吸気弁の開口面積が、吸気弁開弁期間中に所定時間間隔で算出される。つまり、ステップ２０２からステップ２１０が繰り返し実行され、ステップ２０６が実行される毎に吸気弁の開口面積が算出される。次いでステップ２０７において、その所定時間間隔毎の吸気弁の開口面積に基づいて吸入空気量が算出される。従って本実施形態によれば、単位時間当たりに気筒内に吸入される吸入空気量が変化していることを考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、例えば可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機能が設けられ、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができ、また、吸気管内の圧力及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１に示した吸気弁用カム及びカムシャフトの詳細図である。
【図３】図１に示したバルブリフト量変更装置等の詳細図である。
【図４】バルブリフト量変更装置が作動されるのに伴って吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。
【図５】図１に示した開閉タイミングシフト装置等の詳細図である。
【図６】開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。
【図７】第一の実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである。
【図８】充填効率基準値ＫＴＰｂとバルブリフト量ＬＴと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。
【図９】充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。
【図１０】充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと開閉タイミングＶＴとの関係を示した図である。
【図１１】充填効率基準値ＫＴＰｂと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。
【図１２】充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘと１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。
【図１３】筒内ガス温度と吸入空気温ＴＨＡと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。
【図１４】筒内ガス温度と冷却水温ＴＨＷと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。
【図１５】充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗと筒内ガス温度との関係を示した図である。
【図１６】吸気弁のバルブリフト量、吸気管内の圧力の検出時期等を示した図である。
【図１７】吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と吸気管内の圧力との関係を示した図である。
【図１８】吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と機関回転数との関係を示した図である。
【図１９】第三の実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである
【図２０】背圧と図１９に示すルーチンが前回実行されたときに算出された１回転当たりの吸入空気量と機関回転数との関係を示した図である。
【図２１】機械的吸気弁開口面積と流量係数との積と吸気弁のバルブリフト量との関係を示した図である。
【図２２】流量係数補正値と機関回転数と吸入空気の流量との関係を示した図である。
【図２３】空気漏れ補正値と機関回転数と吸入空気の流量の関係を示した図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…吸気弁
４…カム
６…カムシャフト
８…気筒内の燃焼室
９…バルブリフト量変更装置
１１…開閉タイミングシフト装置
１８…吸気管圧センサ
１９…エアフローメータ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の吸入空気量演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入される吸入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空気量演算装置が知られている。この種の内燃機関の吸入空気量演算装置の例としては、例えば特開平７−３０１１４４号公報に記載されたものがある。特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の開弁期間を変更することなく吸気弁の開閉タイミングをシフトさせる可変動弁機構が設けられ、吸気弁の開閉タイミングのシフト量、つまり、クランクシャフトに対する吸気弁駆動用カムシャフトの回転位相（以下、「吸気弁の位相」という）の変更量に基づいて吸入空気量が算出されている。その結果、吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮されない場合よりも正確に吸入空気量が算出されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、気筒内に吸入される吸入空気量を算出する場合に吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮されているものの、吸気弁の開口面積の変更量が考慮されていない。一方で、可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機能が設けられ、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合には、吸気弁の開閉タイミングがシフトされなくても、実際に気筒内に吸入される吸入空気量はかなり変動する。従って、吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合に、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置によって吸気弁の開口面積の変更を考慮することなく吸入空気量が算出されてしまうと、算出された吸入空気量と実際の吸入空気量とがかなり相違してしまう。つまり、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合に気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができない。
【０００４】
また、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、気筒内に吸入される吸入空気量を算出する場合に吸気弁の開閉タイミングのシフト量が考慮されているものの、吸気弁の作用角の変更量、つまり、吸気弁の開弁期間に相当するカムシャフトの回転角の変更量が考慮されていない。一方で、可変動弁機構に吸気弁の作用角を変更する機能、つまり、吸気弁の開弁期間を増減させる機能が設けられ、吸気弁の作用角が変更せしめられる場合には、吸気弁の開閉タイミングがシフトされなくても、実際に気筒内に吸入される吸入空気量はかなり変動する。従って、吸気弁の作用角が変更せしめられる場合に、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置によって吸気弁の作用角の変更を考慮することなく吸入空気量が算出されてしまうと、算出された吸入空気量と実際の吸入空気量とがかなり相違してしまう。つまり、特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置では、吸気弁の作用角が変更せしめられる場合に気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができない。
【０００５】
前記問題点に鑑み、本発明は吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる内燃機関の吸入空気量演算装置を提供することを目的とする。
【０００６】
更に本発明は吸気弁の作用角が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる内燃機関の吸入空気量演算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】
請求項１に記載の発明によれば、可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入される吸入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空気量演算装置において、吸気弁開弁期間中の所定時間間隔毎の吸入空気量を積算することにより気筒内に吸入された吸入空気量を算出し、前記所定時間間隔毎の吸入空気量は、可変動弁機構によって変更せしめられる吸気弁の今回の開口面積と、今回の吸気管内の圧力と、今回の筒内圧とに基づいて算出され、次回の筒内圧を算出するための今回の筒内圧からの変化量は、今回の吸気管内のガス温度と、今回の吸入空気量と、今回の気筒内体積と、今回の筒内圧と、今回の気筒内体積の変化量とに基づき算出することを特徴とする内燃機関の吸入空気量演算装置が提供される。
【０００８】
請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置では、可変動弁機構によって変更せしめられる吸気弁の開口面積に加え、吸気管内の圧力及び筒内圧にも基づいて吸気弁開弁期間中の所定時間間隔毎の吸入空気量が算出されるため、例えば可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機能が設けられ、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができ、また、吸気管内の圧力及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第一の実施形態の概略構成図である。図１において、１は内燃機関、２は吸気弁、３は排気弁、４は吸気弁を開閉させるためのカム、５は排気弁を開閉させるためのカム、６は吸気弁用カム４を担持しているカムシャフト、７は排気弁用カム５を担持しているカムシャフトである。図２は図１に示した吸気弁用カム及びカムシャフトの詳細図である。図２に示すように、本実施形態のカム４のカムプロフィルは、カムシャフト中心軸線の方向に変化している。つまり、本実施形態のカム４は、図２の左端のノーズ高さが右端のノーズ高さよりも大きくなっている。すなわち、本実施形態の吸気弁２のバルブリフト量は、バルブリフタがカム４の左端と接しているときよりも、バルブリフタがカム４の右端と接しているときの方が小さくなる。
【００２３】
図１の説明に戻り、８は気筒内に形成された燃焼室、９はバルブリフト量を変更するために吸気弁２に対してカム４をカムシャフト中心軸線の方向に移動させるためのバルブリフト量変更装置である。つまり、バルブリフト量変更装置９を作動することにより、カム４の左端（図２）においてカム４とバルブリフタとを接触させたり、カム４の右端（図２）においてカム４とバルブリフタとを接触させたりすることができる。バルブリフト量変更装置９によって吸気弁２のバルブリフト量が変更されると、それに伴って、吸気弁２の開口面積が変更されることになる。本実施形態の吸気弁２では、バルブリフト量が増加されるに従って吸気弁２の開口面積が増加するようになっている。１０はバルブリフト量変更装置９を駆動するためのドライバ、１１は吸気弁２の開弁期間を変更することなく吸気弁の開閉タイミングをシフトさせるための開閉タイミングシフト装置である。つまり、開閉タイミングシフト装置１１を作動することにより、吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせたり、遅角側にシフトさせたりすることができる。１２は開閉タイミングシフト装置１１を作動するための油圧を制御するオイルコントロールバルブである。尚、本実施形態における可変動弁機構には、バルブリフト量変更装置９及び開閉タイミングシフト装置１１の両者が含まれることになる。
【００２４】
１３はクランクシャフト、１４はオイルパン、１５は燃料噴射弁、１６は吸気弁２のバルブリフト量及び開閉タイミングシフト量を検出するためのセンサ、１７は機関回転数を検出するためのセンサである。１８は気筒内に吸入空気を供給する吸気管内の圧力を検出するための吸気管圧センサ、１９はエアフローメータ、２０は内燃機関冷却水の温度を検出するための冷却水温センサ、２１は気筒内に供給される吸入空気の吸気管内における温度を検出するための吸入空気温センサ、２２はＥＣＵ（電子制御装置）である。
【００２５】
図３は図１に示したバルブリフト量変更装置等の詳細図である。図３において、３０は吸気弁用カムシャフト６に連結された磁性体、３１は磁性体３０を左側に付勢するためのコイル、３２は磁性体３０を右側に付勢するための圧縮ばねである。コイル３１に対する通電量が増加されるに従って、カム４及びカムシャフト６が左側に移動する量が増加し、吸気弁２のバルブリフト量が減少せしめられることになる。
【００２６】
図４はバルブリフト量変更装置が作動されるのに伴って吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。図４に示すように、コイル３１に対する通電量が減少されるに従って、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。また本実施形態では、バルブリフト量変更装置９が作動されるのに伴って、吸気弁２の開弁期間も変更せしめられる。つまり、吸気弁２の作用角も変更せしめられる。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２の作用角が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。更に本実施形態では、バルブリフト量変更装置９が作動されるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングも変更せしめられる。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングが遅角せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。
【００２７】
図５は図１に示した開閉タイミングシフト装置等の詳細図である。図５において、４０は吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせるための進角側油路、４１は吸気弁２の開閉タイミングを遅角側にシフトさせるための遅角側油路、４２はオイルポンプである。進角側油路４０内の油圧が増加されるに従い、吸気弁２の開閉タイミングが進角側にシフトせしめられる。つまり、クランクシャフト１３に対するカムシャフト６の回転位相が進角せしめられる。一方、遅角側油路４１の油圧が増加されるに従い、吸気弁２の開閉タイミングが遅角側にシフトせしめられる。つまり、クランクシャフト１３に対するカムシャフト６の回転位相が遅角せしめられる。
【００２８】
図６は開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。図６に示すように、進角側油路４０内の油圧が増加されるに従って吸気弁２の開閉タイミングが進角側にシフトされる（実線→破線→一点鎖線）。このとき、吸気弁２の開弁期間は変更されない、つまり、吸気弁２が開弁している期間の長さは変更されない。
【００２９】
上述したようにバルブリフト量変更装置９及び開閉タイミングシフト装置１１によって吸気弁２のバルブリフト量、作用角、開閉タイミング（位相）が変更せしめられると、それに伴い、実際に気筒内に吸入される吸入空気量が変化する。吸入空気量が変化するにもかかわらず一律に所定量の燃料が噴射されてしまうと、実際の空燃比が目標空燃比からずれてしまう。従って、実際の空燃比を目標空燃比に一致させるためには、吸気弁２のバルブリフト量、作用角、開閉タイミング（位相）の変更に伴って変化する吸入空気量を正確に算出することが必要になる。
【００３０】
図７は本実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである。このルーチンは所定時間間隔で実行される。図７に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ１００において機関始動時であるか否かが判断される。ＹＥＳのときには、燃料増量が行われる機関始動時には吸入空気量を正確に算出する必要がないと判断し、このルーチンを終了する。一方、ＮＯのときにはステップ１０１に進む。ステップ１０１では、吸気弁２のバルブリフト量ＬＴ、作用角ＶＡ、開閉タイミングＶＴ、吸気管内の圧力ＰＭ、機関回転数ＮＥに基づいて充填効率基準値ＫＴＰｂが算出される。
【００３１】
図８は充填効率基準値ＫＴＰｂとバルブリフト量ＬＴと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。図８に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、バルブリフト量ＬＴが大きくなるに従って大きくなり、また、吸気管内の圧力ＰＭが高くなるに従って大きくなる。図９は充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。図９に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、作用角ＶＡが大きくなるに従って大きくなる。図１０は充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと開閉タイミングＶＴとの関係を示した図である。図１０に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、開閉タイミングＶＴが遅角されるに従って大きくなる。図１１は充填効率基準値ＫＴＰｂと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。図１１に示すように、ステップ１０１において算出される充填効率基準値ＫＴＰｂは、機関回転数ＮＥが中速のときにピークとなる。
【００３２】
図７の説明に戻り、次いでステップ１０２では、機関回転数ＮＥと、１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ、つまり、一回の吸気行程において気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮとに基づいて充填効率背圧補正係数Ｋｅｘが算出される。尚、このステップ１０２においては、図７に示すルーチンが前回実行されたときに後述するステップ１０５において算出された１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮの値が使用される。図１２は充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘと１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。図１２に示すように、ステップ１０２において算出される充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘは、１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮが少なくなるに従って小さくなり、また、機関回転数ＮＥが高くなるに従って小さくなる。
【００３３】
図７の説明に戻り、次いでステップ１０３では、気筒内に供給される吸入空気の吸気管内における温度（以下、「吸入空気温」という）ＴＨＡと内燃機関冷却水の温度（以下、「冷却水温」という）ＴＨＷとエアフローメータ１９によって検出された吸入空気量ＧＡとに基づいて充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗが算出される。図１３は筒内ガス温度と吸入空気温ＴＨＡと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。図１３に示すように、ステップ１０３において充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗを算出するために使用される筒内ガス温度は、吸入空気温ＴＨＡが高くなるに従って高くなり、また、吸入空気量ＧＡが多くなるに従って低くなる。図１４は筒内ガス温度と冷却水温ＴＨＷと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。図１４に示すように、ステップ１０３において充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗを算出するために使用される筒内ガス温度は、冷却水温ＴＨＷが高くなるに従って高くなり、また、吸入空気量ＧＡが多くなるに従って低くなる。図１５は充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗと筒内ガス温度との関係を示した図である。図１５に示すように、ステップ１０３において算出される充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗは、筒内ガス温度が高くなるに従って小さくなる。
【００３４】
図７の説明に戻り、次いでステップ１０４では、ステップ１０１において算出された充填効率基準値ＫＴＰｂとステップ１０２において算出された充填効率背圧補正係数Ｋｅｘとステップ１０３において算出された充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗとに基づいて充填効率実効値ＫＴＰが算出される（ＫＴＰ←ＫＴＰｂ×Ｋｅｘ×Ｋｔｈｗ）。次いでステップ１０５では、ステップ１０４において算出された充填効率実効値ＫＴＰと吸気管内の圧力ＰＭとに基づいて１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮが算出される（ＧＮ←ＫＴＰ×ＰＭ）。
【００３５】
上述したように本実施形態では、図７のステップ１０１、ステップ１０４及びステップ１０５において、気筒内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁２の開口面積に基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３６】
更に本実施形態では、図７のステップ１０１、ステップ１０４及びステップ１０５において、気筒内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量が変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁２の作用角ＶＡに基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、吸気弁２の作用角が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３７】
また本実施形態では、図７のステップ１０１において、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁２の開口面積、吸気弁２の作用角ＶＡ、開閉タイミングシフト装置１１によって変更せしめられる吸気弁２の位相（開閉タイミングＶＴ）、及び吸気管内の圧力ＰＭに基づいて充填効率（充填効率基準値ＫＴＰｂ）が算出され、ステップ１０５において、充填効率（充填効率実効値ＫＴＰ）と吸気管内の圧力ＰＭとに基づいて気筒内に吸入される吸入空気量（１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮ）が算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の開口面積及び吸気弁の作用角に基づくことなく算出された充填効率から吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３８】
尚、本実施形態では吸気管圧センサ１８の出力値に基づいて吸気管内の圧力ＰＭが算出されているが、本実施形態の変形例では、代わりに、エアフローメータ１９により検出された吸入空気量ＧＡ、機関回転数ＮＥ等に基づいて吸気管内の圧力ＰＭを算出することも可能である。
【００３９】
以下、本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第二の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１〜図６に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。上述した実施形態では、気筒内に吸入される吸入空気量が充填効率と吸気管内の圧力とに基づいて算出されているが、本実施形態では、吸気管内の圧力等と下記の式とに基づいて筒内圧が算出され、その筒内圧等と下記の式とに基づいて気筒内に吸入される吸入空気量が算出される。
【００４０】
【００４１】
本実施形態では、気筒内に吸入される吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量ｍC）が、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁の開口面積ＡVに基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４２】
図１６は吸気弁のバルブリフト量、吸気管内の圧力の検出時期等を示した図である。図１６に示すように、本実施形態では、バルブリフト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が比較的大きい値に設定され（実線）、それに伴って吸気弁の開口面積が比較的大きい値に設定されている場合には、吸気管内の圧力は吸気弁の閉弁動作が完了した時点（Ａ１）に検出され、その時点の吸気管内の圧力に基づいて筒内圧が推定され、その筒内圧に基づいて吸入空気量が算出され、次いでその吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定され（Ａ４）、燃料噴射が実行される（Ａ５）。一方、バルブリフト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が比較的小さい値に設定され（破線）、それに伴って吸気弁の開口面積が比較的小さい値に設定されている場合には、吸気弁の開口面積が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることに鑑み、吸気管内の圧力は吸気弁の閉弁動作が完了した時点（Ａ３）よりも早い時点（Ａ２）に検出され、その時点の吸気管内の圧力に基づいて筒内圧が推定され、その筒内圧に基づいて吸入空気量が算出され、次いでその吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定され（Ａ４）、燃料噴射が実行される（Ａ５）。
【００４３】
つまり本実施形態では、所定のタイミング（Ａ１，Ａ２）における吸気管内の圧力に基づいて筒内圧を推定する場合に、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によって吸気弁のバルブリフト量が減少せしめられるのに伴って吸気弁の開口面積が減少せしめられるほど、筒内圧を推定するのに使用される吸気管内の圧力の検出タイミングが早められ（Ａ１→Ａ２）、吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量が算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の開口面積が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることを考慮することなく一律に所定のタイミングで吸気管内の圧力を検出し、その吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４４】
同様に図１６に示すように、所定のタイミング（Ａ１，Ａ２）における吸気管内の圧力に基づいて筒内圧を推定する場合に、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によって吸気弁の作用角が減少せしめられる（実線→破線）ほど、筒内圧を推定するのに使用される吸気管内の圧力の検出タイミングが早められ（Ａ１→Ａ２）、吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量が算出される。従って本実施形態によれば、吸気弁の作用角が減少せしめられるに従って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が大きくなることを考慮することなく一律に所定のタイミングで吸気管内の圧力を検出し、その吸気管内の圧力から推定された筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４５】
図１７は吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と吸気管内の圧力との関係を示した図である。図１７に示すように、本実施形態では、吸気弁の位相（開閉タイミング）、つまり、クランクシャフト１３に対する吸気弁駆動用カムシャフト６の回転位相あるいは吸気管内の圧力が変更されると、その変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することに鑑み、吸気管内の圧力の検出タイミングは、吸気弁の位相（開閉タイミング）が遅角されるに従って早められ、また、吸気管内の圧力が高くなるに従って早められる。
【００４６】
図１８は吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と機関回転数との関係を示した図である。図１８に示すように、本実施形態では機関回転数が変更される場合にもその変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することに鑑み、吸気管内の圧力の検出タイミングは機関回転数が高くなるに従って早められる。
【００４７】
すなわち本実施形態では、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されると、その変更によっても実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することに鑑み、図１６〜図１８に示したように、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されるのに応じて、筒内圧を推定するのに使用される吸気管内の圧力の検出タイミングが変更せしめられる。従って本実施形態によれば、吸気弁の作用角、吸気弁の位相、吸気管内の圧力及び機関回転数のうちの少なくとも一つが変更されると、その変更に伴って実際の吸気管内の圧力と実際の筒内圧との差分が変化することを考慮することなく推定された筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００４８】
以下、本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第三の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１〜図６に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。図１９は本実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである。このルーチンは例えば内燃機関の吸気行程毎に実行される。図１９に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ２００において機関始動時であるか否かが判断される。ＹＥＳのときには、燃料増量が行われる機関始動時には吸入空気量を正確に算出する必要がないと判断し、このルーチンを終了する。一方、ＮＯのときにはステップ２０１に進む。ステップ２０１では、背圧に基づいて吸気行程開始時点の筒内圧が算出される。具体的には、吸気行程開始時点においては吸気弁が全閉され、排気弁が開弁されているために、背圧と筒内圧が等しくなっていると推定される。図２０は背圧と図１９に示すルーチンが前回実行されたときに算出された１回転当たりの吸入空気量と機関回転数との関係を示した図である。図２０に示すように、背圧は、前回の１回転当たりの吸入空気量が少なくなるに従って高くなり、また、機関回転数が高くなるに従って高くなる。
【００４９】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２０２では吸気管圧センサ１８の出力値に基づいて吸気管内の圧力が算出される。本実施形態の変形例では、代わりにエアフローメータ１９により検出された吸入空気量ＧＡから吸気管内の圧力を算出することも可能である。次いでステップ２０３では、ステップ２０１において算出された筒内圧あるいは後述するステップ２０８が前回実行されたときにこのステップ２０８において算出された筒内圧が読み込まれる。次いでステップ２０４ではセンサ１７の出力値に基づいてピストン位置が算出され、ステップ２０５では同様にセンサ１７の出力値に基づいてピストン速度が算出される。
【００５０】
次いでステップ２０６では、吸気弁のバルブリフト量と、機械的吸気弁開口面積、つまり、吸気弁のバルブシート部の開口面積と、流量係数と、その流量係数を補正するための流量係数補正値とに基づいて吸気弁開口面積が算出される（吸気弁開口面積←機械的吸気弁開口面積×流量係数×流量係数補正値）。図２１は機械的吸気弁開口面積と流量係数との積と吸気弁のバルブリフト量との関係を示した図である。図２１に示すように、機械的吸気弁開口面積と流量係数との積は吸気弁のバルブリフト量が大きくなるに従って大きくなる。図２２は流量係数補正値と機関回転数と吸入空気の流量との関係を示した図である。図２２に示すように、流量係数補正値は、機関回転数が高くなるに従って小さくなり、また、吸入空気の流量が多くなるに従って小さくなる。
【００５１】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２０７では、ステップ２０２において算出された吸気管内の圧力、つまり、吸気弁の上流側の圧力と、ステップ２０３において読み込まれた筒内圧、つまり、吸気弁の下流側の圧力と、ステップ２０４において算出されたピストン位置と、ステップ２０５において算出されたピストン速度と、上述した式（２）とに基づいて瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量が算出される。次いでステップ２０８では、上述した式（１）に基づいて筒内圧が算出される。本実施形態では筒内圧がステップ２０８において上述した式（１）に基づいて算出されるが、本実施形態の変形例では、代わりに、気筒内に筒内圧センサを配置し、その出力値に基づいて筒内圧を算出することも可能である。
【００５２】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２０９では、ステップ２０７において算出された瞬時吸入空気量が、気筒から漏れてしまう空気量を考慮した空気漏れ補正値に基づいて補正される（瞬時吸入空気量←瞬時吸入空気量×空気漏れ補正値）。図２３は空気漏れ補正値と機関回転数と吸入空気の流量の関係を示した図である。図２３に示すように、空気漏れ補正値は、機関回転数が高くなるに従って大きくなり、また、吸入空気の流量が多くなるに従って小さくなる。
【００５３】
図１９の説明に戻り、次いでステップ２１０では、ステップ２０９において補正された瞬時吸入空気量が積算される。次いでステップ２１１では、吸気行程が終了したか否かが判断される。ＹＥＳのときには、このルーチンを終了し、ステップ２１０において積算された吸入空気量の値が、今回の吸気行程において気筒内に吸入される吸入空気量の値となる。一方、ＮＯのときにはステップ２０２に戻り、上述したステップを繰り返す。
【００５４】
上述したように本実施形態では、気筒内に吸入される吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量）が、ステップ２０７において上述した式（２）とに基づいて算出される。つまり、気筒内に吸入される吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量）は、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁の開口面積ＡVに基づいて算出される。従って本実施形態によれば、上述した特開平７−３０１１４４号公報に記載された内燃機関の吸入空気量演算装置の場合と異なり、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００５５】
また本実施形態では、ステップ２０７において、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によってバルブリフト量ＬＴが変更されるのに伴って変更せしめられる吸気弁の開口面積ＡVに加え、吸気管内の圧力及び筒内圧にも基づいて吸入空気量（瞬時に気筒内に吸入される吸入空気量）が算出される。従って本実施形態によれば、吸気管内の圧力及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００５６】
更に本実施形態では、単位時間当たりに気筒内に吸入される吸入空気量が変化していることに鑑み、可変動弁機構としてのバルブリフト量変更装置９によって変更せしめられる吸気弁の開口面積が、吸気弁開弁期間中に所定時間間隔で算出される。つまり、ステップ２０２からステップ２１０が繰り返し実行され、ステップ２０６が実行される毎に吸気弁の開口面積が算出される。次いでステップ２０７において、その所定時間間隔毎の吸気弁の開口面積に基づいて吸入空気量が算出される。従って本実施形態によれば、単位時間当たりに気筒内に吸入される吸入空気量が変化していることを考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、例えば可変動弁機構にバルブリフト量を変更する機能が設けられ、バルブリフト量を変更することによって吸気弁の開口面積が変更せしめられる場合であっても、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができ、また、吸気管内の圧力及び筒内圧を考慮することなく吸入空気量が算出される場合に比べ、気筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１に示した吸気弁用カム及びカムシャフトの詳細図である。
【図３】図１に示したバルブリフト量変更装置等の詳細図である。
【図４】バルブリフト量変更装置が作動されるのに伴って吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。
【図５】図１に示した開閉タイミングシフト装置等の詳細図である。
【図６】開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。
【図７】第一の実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである。
【図８】充填効率基準値ＫＴＰｂとバルブリフト量ＬＴと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。
【図９】充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと吸気管内の圧力ＰＭとの関係を示した図である。
【図１０】充填効率基準値ＫＴＰｂと作用角ＶＡと開閉タイミングＶＴとの関係を示した図である。
【図１１】充填効率基準値ＫＴＰｂと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。
【図１２】充填効率効率背圧補正係数Ｋｅｘと１回転当たり気筒内に吸入される吸入空気量ＧＮと機関回転数ＮＥとの関係を示した図である。
【図１３】筒内ガス温度と吸入空気温ＴＨＡと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。
【図１４】筒内ガス温度と冷却水温ＴＨＷと吸入空気量ＧＡとの関係を示した図である。
【図１５】充填効率機関暖機補正係数Ｋｔｈｗと筒内ガス温度との関係を示した図である。
【図１６】吸気弁のバルブリフト量、吸気管内の圧力の検出時期等を示した図である。
【図１７】吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と吸気管内の圧力との関係を示した図である。
【図１８】吸気管内の圧力の検出タイミングと吸気弁の位相（開閉タイミング）と機関回転数との関係を示した図である。
【図１９】第三の実施形態における気筒内に吸入される吸入空気量の算出方法を示したフローチャートである
【図２０】背圧と図１９に示すルーチンが前回実行されたときに算出された１回転当たりの吸入空気量と機関回転数との関係を示した図である。
【図２１】機械的吸気弁開口面積と流量係数との積と吸気弁のバルブリフト量との関係を示した図である。
【図２２】流量係数補正値と機関回転数と吸入空気の流量との関係を示した図である。
【図２３】空気漏れ補正値と機関回転数と吸入空気の流量の関係を示した図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…吸気弁
４…カム
６…カムシャフト
８…気筒内の燃焼室
９…バルブリフト量変更装置
１１…開閉タイミングシフト装置
１８…吸気管圧センサ
１９…エアフローメータ
Claims (1)
- 可変動弁機構を具備し、気筒内に吸入される吸入空気量を算出するようにした内燃機関の吸入空気量演算装置において、吸気弁開弁期間中の所定時間間隔毎の吸入空気量を積算することにより気筒内に吸入された吸入空気量を算出し、前記所定時間間隔毎の吸入空気量は、可変動弁機構によって変更せしめられる吸気弁の今回の開口面積と、今回の吸気管内の圧力と、今回の筒内圧とに基づいて算出され、次回の筒内圧を算出するための今回の筒内圧からの変化量は、今回の吸気管内のガス温度と、今回の吸入空気量と、今回の気筒内体積と、今回の筒内圧と、今回の気筒内体積の変化量とに基づき算出することを特徴とする内燃機関の吸入空気量演算装置。
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