JP4524528B2 - エンジンの内部ｅｇｒ率推定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ吸入空気量を高精度に算出するなどのため、吸・排気弁の開閉時期に基づいて内部ＥＧＲ率を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スロットル弁の制御により吸入空気量を制御する通常のエンジンでは、スロットル弁開度のステップ的な変化に対応するため、エアフローメータにより計測された吸入空気量に対し、加重平均処理により、１次遅れの関係で、シリンダ吸入空気量を算出している（特開昭６１−２５８９４２号公報参照）。
【０００３】
しかし、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁エンジンにおいては、該開閉時期、特に吸気弁の閉時期の制御により、シリンダ吸入空気量がステップ的に変化するため、上記方式ではシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができない。
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、エアフローメータの出力から算出されるマニホールド部へ流入する質量空気量及びシリンダ部へ流出する質量空気量の収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出する。一方、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出する。そして、前記マニホールド部内の質量空気量と予め判っているマニホールド部容積から算出される空気密度と、前記シリンダに吸入される体積空気量とからシリンダに吸入される質量空気量を算出するものである（特願平１１−２２３６８２号）。
【０００４】
かかる算出方式によれば、精度良くシリンダ吸入空気量を算出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記算出方式では、シリンダに吸入される体積空気量の算出を、吸気弁の閉時期に基づいて算出された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。ここで、前記シリンダ内新気割合は、吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とにより定まるオーバーラップ量が大きくなるほど残ガス率（内部ＥＧＲ率）が大となるので、該内部ＥＧＲ率に基づいて新気割合を算出している。また、ＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ）を設けたものでは、そのＥＧＲ率により補正して、最終的なシリンダ内新気割合を算出する。
【０００６】
このように、シリンダ内新気割合の算出に、吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とに基づいて内部ＥＧＲ率が算出される。
しかしながら、一般的な車両用エンジンでは、減速運転時などに少なくとも一部の気筒への燃料供給を停止する燃料カット制御が行われるが、該燃料カット制御時にも通常運転時と同様に内部ＥＧＲ率を推定してしまうため、実際の推定値と大きくずれてしまうことがあった。すなわち、燃料カット中は残ガスが発生しないため、燃料供給再開時の内部ＥＧＲ率は大きく減少しているにもかかわらず、通常運転時と同様に算出してしまうため、新気量を実際値より少なく算出してしまう。このため、該少なめに誤算出されたが新気量に応じて燃料噴射量が少なく設定され、空燃比がリーン化して出力不足となる。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃料カット制御による影響を考慮して、常時高精度に内部ＥＧＲ率を推定できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいて内部ＥＧＲ率を推定するエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置において、
燃料カット開始から燃料供給を再開して通常運転に到るまでの燃料カット制御時と、通常運転時とで、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る発明によると、
通常運転時は、吸気弁及び排気弁の開閉時期から内部ＥＧＲを推定するが、燃料カット制御が行われたときは、燃料カット中に燃焼が停止されて残ガスが減少することに伴い通常運転時より減少する内部ＥＧＲ率を推定しつつ、燃料供給再開時の内部ＥＧＲ率を推定する。これにより、通常運転時と異なる実際の状態に則した内部ＥＧＲ率を推定でき、該内部ＥＧＲ率の推定値を用いてシリンダ吸入空気量を正確に算出でき、燃料供給再開時の空燃比を適切に制御できる。
【００１０】
さらに、請求項１に係る発明は、
燃料カット制御時に、燃料カットされる気筒数に応じて、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えることを特徴とする。
請求項１に係る発明によると、 例えば、トルクショック軽減などのため、全気筒燃料カットから半数気筒燃料カット（半数気筒燃料供給再開）を経て全気筒燃料供給再開とするような燃料カット制御を行うような場合でも、燃料カットされる気筒数に応じて、全気筒平均の内部ＥＧＲ率を高精度に推定することができ、部分的な燃料供給再開直後から吸入空気量に見合った燃料量を供給することが可能になる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、燃料カット制御時に、気筒毎に内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、 上記のように燃料カット気筒数（燃料供給再開気筒数）を段階的に減少（増加）するような燃料カット制御を行った場合に、気筒毎に異なる内部ＥＧＲ率を、気筒別に推定することにより、燃料供給再開時の空燃比を気筒毎に調整できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、エンジン停止若しくはアイドル時のエンジン停止指令を判定してから再始動されるまでの間、内部ＥＧＲ率の推定値を０に維持することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、燃料カット制御後以外のエンジン始動時点における内部ＥＧＲ率の推定値が０に維持されているので、残ガスの無い状態（内部ＥＧＲ率＝０）で算出されたシリンダに対して燃料噴射量が設定されるようにすることができ、以って、燃料不足を防止でき、良好な始動性を確保することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、
燃料カット制御時は、時系列の加重平均処理を行ってＥＧＲ率の推定値を求めることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、 燃料カット開始後、残ガスの掃気の遅れに応じて内部ＥＧＲ率が徐々に減少していき、燃料供給再開時も再開直前の内部ＥＧＲ率が減少した状態から徐々に増大する。そこで、前記時系列の加重平均処理を行うことにより、かかる内部ＥＧＲ率の変化に見合った推定値を得ることができる。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、 吸気弁及び排気弁の開閉時期の少なくとも１つを可変制御する可変動弁装置を備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダ吸入空気量を算出するエンジンにおいて、前記シリンダ吸入空気量の算出のため内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明によると、吸気弁及び排気弁の開閉時期が可変制御されるものでは、該制御に応じて内部ＥＧＲ率が変化し、該内部ＥＧＲ率の変化に応じてシリンダ吸入空気量が変化するので、該内部ＥＧＲ率を燃料カット制御時も含めて高精度に推定することで、シリンダ吸入空気量を高精度に算出することができる。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、吸気弁閉時期におけ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に吸入される体積空気量を算出し、マニホールド部上流に設けたエアフローメータの出力に基づいて検出される吸気マニホールド部へ流入する質量空気量と、マニホールド部からシリンダへ流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニホールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出するエンジンにおいて、前記シリンダ内新気割合の算出のため、内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明によると、吸気弁閉時期におけ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に吸入される体積空気量が算出される。一方、マニホールド部内の圧力、温度と、吸気行程終了時のシリンダ内の圧力、温度が等しいと仮定すれば、マニホールド部内の質量空気量をマニホールド部容積で除算したマニホールド部内の空気密度とシリンダ内の空気密度が等しいので、この関係を用いてシリンダに吸入される質量空気量を算出することができる。このように、マニホールド部の空気の流入量と流出量との収支計算を行いつつシリンダ吸入空気量を算出することで、バルブタイミング（特に吸気弁閉時期）変化に応じてステップ的に変化するシリンダ吸入空気量を応答性よく高精度に算出できる。
【００１８】
そして、かかる算出方式によるシリンダ吸入空気量の算出に、本発明に係る内部ＥＧＲ率の推定値を用いることで、燃料カット制御時も含めてシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンを搭載したハイブリッド車両のパワートレインシステム図である。
起動用モータ２１で起動されるエンジン１の出力軸は、パウダクラッチ等のクラッチ２２を介して走行用モータ２３に動力伝達・切り離し自由に接続され、走行用モータ２３の出力軸は、変速機２４、ディファレンシャルギア２５を介して駆動輪２６に接続されている。
【００２０】
ドライバによるアクセル、ブレーキ、変速機シフト位置などの信号、車速信号、バッテリ充電状態の信号などが車両制御回路２７に入力され、該車両制御回路２７は、起動用モータ制御回路２８、エンジン制御回路２９、クラッチ制御回路３０、走行用モータ制御回路３１、変速機制御回路３２を介して各部を制御する。
【００２１】
また、本車両では、所定のアイドル条件で燃費および排気浄化性能改善のため、エンジン１を停止するいわゆるアイドルストップを行うようにしている。
図２は同上の可変動弁エンジンのシステム図である。
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００２２】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００２３】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００２４】
尚、本実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
図２に戻って、吸気通路７には、マニホールド部の上流に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００２５】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転速度Ｎｅを検出可能なクランク角センサ（回転速度センサ）１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量（質量流量）Ｑａを計測する熱線式のエアフローメータ１４等から、信号が入力される。
【００２６】
このエンジン１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉時期を制御、特に吸気弁５の開時期ＩＶＯを上死点近傍のタイミングに設定して、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを可変制御することにより、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づく要求トルク相当の目標空気量が得られるように、吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁９は、所定の運転条件（高負荷運転時以外）にてマニホールド部に微少な負圧（−50mmHg程度）を得る程度の開度に設定制御する。
【００２７】
排気弁６の開時期ＥＶＯ及び閉時期ＥＶＣは、最も熱効率の良いタイミングとなるように制御する。
尚、吸気弁５の閉時期ＩＶＣによる吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する特定運転条件（例えばアイドル運転時や冷機状態での低負荷運転時など）では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定し、電制スロットル弁９の開度ＴＶＯを可変制御することにより吸入空気量を制御することも可能である。
【００２８】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量（質量流量）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（シリンダ部質量空気量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００２９】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
次に、燃料噴射量等の制御のためのシリンダ吸入空気量（シリンダに吸入される質量空気量）Ｃｃの算出について、図４以下のフローチャート等により、詳細に説明する。
【００３０】
ここで、図２中に示すように、エアフローメータ１４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。
また、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。
【００３１】
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。
また、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。
【００３２】
図４は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であり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１では、エアフローメータ１４の出力より算出された吸入空気量Ｑａ（質量流量；ｇ／ｍｓｅｃ）を読み込む。
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Δｔ毎にマニホールド部へ流入する空気量Ｃａ（質量空気量；ｇ）＝Ｑａ・Δｔを算出する。
【００３３】
図５はシリンダ吸入体積空気量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１１では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣ、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣを検出する。尚、これらは吸気弁５及び排気弁６に対しリフトセンサを設けて直接的に検出してもよいが、コントロールユニット１２での制御上の指令値（目標値）を用いることで簡素化できる。
【００３４】
ステップ１２では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣから、該閉時期ＩＶＣにおけるシリンダ容積Ｖｃ1（ｍ3）を算出する。
ステップ１３では、シリンダ内新気割合η（％）を算出する。ここで、該シリンダ内新気割合ηを、本発明に係る燃料カット制御を考慮した内部ＥＧＲ率の推定値を用いて算出する。具体的な算出については、後述する。
【００３５】
ステップ１４では、前記シリンダ容積Ｖｃ1にシリンダ内新気割合ηを乗じて、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（ｍ3）＝Ｖｃ1・ηを算出する。
ステップ１５では、次式のごとく、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（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。
【００３６】
Ｖｃ変化速度＝シリンダ内体積空気量Ｖｃ2・エンジン回転速度Ｎｅ・Ｋ
ここで、Ｋは単位を揃えるための定数で、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変化速度（ｍ3／ｓｅｃ）をＶｃ変化速度（ｍ3／ｍｓｅｃ）に変換するためのものである。
【００３７】
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＝Ｖｃ2・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。
【００３８】
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、所定時間Δｔあたりにシリンダに吸入される体積空気量Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ変化速度・Δｔを算出する。
図６は連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に繰り返し実行される。また、図７には連続計算部をブロック図で示している。
【００３９】
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、マニホールド部内の質量空気量の前回値Ｃｍ(n-1)に、図４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（質量空気量）Ｃｃ(n) を減算して、マニホールド部内の質量空気量Ｃｍ(n)（ｇ）を算出する。
【００４０】
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３２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５のルーチンで求めた所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（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、所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量）Ｃｃ（ｇ）を求める。
【００４１】
Ｃｃ＝Ｖｃ・Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（１）
この（１）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） ・・・（２）
となる。
【００４２】
ここで、Ｐｃ＝Ｐｍ、Ｔｃ＝Ｔｍと仮定するので、
Ｃｃ＝Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ） ・・・（３）
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 ・・・（４）
となる。
【００４３】
この（４）式を（３）式に代入すれば、
Ｃｃ＝Ｖｃ・〔Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）〕＝Ｖｃ・〔Ｃｍ／Ｖｍ〕
となり、上記（１）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７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。
【００４４】
図８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。
【００４５】
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、燃料噴射が行われるサイクル周期に対応させるため、エンジン回転速度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。
【００４６】
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９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ΔＣｃを算出する。続いてステップ３６でこの変化量ΔＣｃ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８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ΔＣｃが所定範囲外である場合は、ステップ３１で図８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。
【００４７】
次に、前記図５のステップ１３でのシリンダ内新気割合ηの具体的な算出方法を、説明する。該シリンダ内新気割合ηの算出に、本発明に係る燃料カット制御を考慮した内部ＥＧＲ率の推定値が用いられる。
通常運転時には、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣ、また必要により外部ＥＧＲ率により、シリンダ内新気割合η（％）を算出する。
【００４８】
すなわち、通常運転時は、吸気弁５の開時期ＩＶＯと排気弁６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程、残ガス率（内部ＥＧＲ率）が大となるので、該内部ＥＧＲ率に基づいてシリンダ内新気割合ηを求める。また、可変動弁エンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部ＥＧＲ率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、設ける場合は、更にそのＥＧＲ率により補正して、最終的なシリンダ内新気割合ηを求める。
【００４９】
しかし、燃料カット制御を行った場合は、燃料カットされた気筒では、燃焼が行われないので、前記内部ＥＧＲ率は減少していく。したがって、燃料カットを開始してから燃料供給再開直後までの燃料カット制御時と、通常の燃料供給制御時とで前記シリンダ内新気割合ηひいてはシリンダ吸入空気量の算出に用いる内部ＥＧＲ率の推定値を切り換える必要がある。
【００５０】
以下、上記燃料カット制御を考慮して内部ＥＧＲ率を推定しつつシリンダ内新気割合ηを演算するルーチンについて説明する。
図１０は、燃料供給が再開されるまで全気筒を燃料カットする燃料カット制御を行う第１の実施形態におけるシリンダ内新気割合η演算ルーチンのフローチャートを示す。
【００５１】
ステップ１０１では、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣに基づいて、基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０を演算する。
ステップ１０２では、燃料カット中であるか否かを判定し、燃料カット中と判定されたときは、残ガスが発生しないのでステップ１０３へ進んで最新の状態における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を０とし、燃料カット中でないと判定されたときは、燃焼が行われるのでステップ１０４へ進んで、同じく内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を前記基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０に設定する。
【００５２】
上記のように最新の状態（燃料カット中か否か）のみに応じて内部ＥＧＲ率を切り換えても、燃料供給再開時に通常運転時と同様に内部ＥＧＲ率を設定しまうことになって、燃料カット中の影響が考慮されたことにならず、また、燃料カット中の内部ＥＧＲ率も燃料カット開始と同時に０となるわけではない。
そこで、ステップ１０５では、次式のように、時系列の加重平均処理を行って、内部ＥＧＲ率ＩＮＮＥＧＲを設定する。
【００５３】
ＩＮＥＧＲ＝Ａ・ＩＮＥＧＲ１＋（１−Ａ）ＩＮＥＧＲold
すなわち、実際には燃料カットを開始して残ガスが完全に掃気されるのに遅れを生じ、燃料供給再開時も再開直前の内部ＥＧＲ率が減少した状態から徐々に増大するため、かかる内部ＥＧＲ率の変化に見合った推定値が得られるように、上記の処理を行う。
【００５４】
この他の簡易的な処理としては、例えば、燃料カット開始からの経過時間に応じて内部ＥＧＲ率を減少していき、燃料供給再開後は再開時の内部ＥＧＲ率を初期値とし、その後の経過時間に応じて増大していき、所定時間後に通常運転時の内部ＥＧＲ率（ＩＮＥＧＲ０）となるようにしてもよい。
次に、ステップ１０６では、エンジン停止中（通常の停止の他、ドライバの意図しないいわゆるエンストを含む）、または、アイドル時にエンジンを停止するアイドルストップ指令が発生中あるいは、その後エンジンが始動される前の状態であるか否かを判定する。なお、前記エンジンの始動の判定は、燃料噴射後の完爆判定を、例えば起動用モータ２１によるクランキング後、エンジントルクによって起動用モータ２１のトルクが負となる回生状態を検出することで行うことができる。また、エンジン始動の判定を、簡易的に燃料噴射開始で判定してもよい。
【００５５】
そして、ステップ１０６で上記の期間中でないと判定されたときは、ステップ１０８へ進み、前記ステップ１０５で推定算出された内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを用いて、次式によりシリンダ内新気割合η（％）を算出する。
η＝１００−ＩＮＥＧＲ
このようにすれば、燃料カット開始から燃料供給を再開して通常運転に到るまでの燃料カット制御時における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲが高精度に推定され、該内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを用いてシリンダ内新気割合ηひいてはシリンダ吸入空気量Ｃｃを高精度に算出することができる。
【００５６】
また、ステップ１０６で、いわゆるエンストやアイドルストップを含むエンジン停止状態からエンジンの始動が判定されるまでの期間中と判定された場合は、ステップ１０７へ進んで、内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを０とする。
これにより、始動時の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲが０となり、ステップ１０５での始動後の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲの算出が、初期値を０として算出される。すなわち、燃料カット制御後以外の始動時は、残ガスの無い状態（内部ＥＧＲ率＝０）でのシリンダ吸入空気量に対して燃料噴射量が設定されるようにして、燃料不足を防止することにより、良好な始動性を確保することができる。
【００５７】
次に、部分的な燃料カットを含む燃料カット制御を行う第２の実施形態におけるシリンダ内新気割合ηの算出を、図１１のフローチャートにしたがって説明する。例えば、全気筒燃料カット後、半数気筒の燃料カットに切り換えてから全気筒の燃料供給を再開するような燃料カット制御を行う。
ステップ２０１で、前記同様に基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０を算出した後、ステップ２０２で、現在燃料噴射されている気筒数（燃料カットされている気筒数）を判別する。
【００５８】
ステップ２０３では、最新の状態における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を次式のように設定する。
ＩＮＥＧＲ１＝ＩＮＥＧＲ０×（噴射気筒数）／(全気筒数)
これは、全気筒平均の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を表している。
ステップ２０４以降は、第１の実施形態における図１０のステップ１０５以降と同一であるので説明を省略する。
【００５９】
このようにすれば、部分的な燃料カットを含む燃料カット制御を行うものについても、全気筒平均の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを高精度に推定することができ、部分的な燃料供給再開直後から吸入空気量に見合った燃料量を供給することが可能になる。
次に、同様な部分的な燃料カットを含む燃料カット制御を行うものについて、気筒別に内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを推定しつつシリンダ内新気割合を算出する第３の実施形態を、図１２に示したフローチャートにしたがって説明する。
【００６０】
ステップ３０１では、前記同様に基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０を算出する。
ステップ３０２では、全気筒燃料噴射中でかつ全気筒燃料噴射開始後所定時間経過後かを判定する。
上記判定がＮＯの場合は、ステップ３０３へ進み、気筒判別を行う。この気筒判別は、次回燃料噴射行程にある気筒（燃料カット時は、燃料カット時でなければ燃料噴射行程にある気筒）の判別である。
【００６１】
ステップ３０３で、第１気筒（♯１）と判別されたときは、ステップ３０４〜ステップ３１０へ進んで、該第１気筒（♯１）における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ（♯１）を推定し、シリンダ新気割合η（♯１）を算出する。該ステップ３０４〜ステップ３１０での算出方法は、前記第１の実施形態におけるステップ１０２〜ステップ１０８と全く同様であるが、各内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１（♯１）、ＩＮＥＧＲold（♯１）は、第１気筒（♯１）が判別されたときに算出されたものを用いる。
【００６２】
第２気筒（♯２）、第３気筒（♯３）、第4気筒（♯４）が判別されたとき（４気筒エンジンの場合）も、それぞれ、ステップ３１１、ステップ３１２、ステップ３１３へ進んで、第１気筒（♯１）の場合（ステップ３０４〜ステップ３１０）と同様にして内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ（♯ｎ）を推定しつつ、シリンダ新気割合η（♯ｎ）を算出する。
【００６３】
このようにすれば、気筒別に燃料カット制御時の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ（♯ｎ）を推定しつつ、シリンダ新気割合η（♯ｎ）ひいてはシリンダ吸入空気量Ｃｃを高精度に算出することができ、燃料供給再開時の空燃比を気筒毎に調整できる。
また、ステップ３０２で、全気筒燃料噴射中でかつ全気筒燃料噴射再開後所定時間経過後と判定された場合は、燃料カットの影響が無くなり通常運転に復帰したと判断して、ステップ３１４へ進み、次式のように通常運転時の内部ＥＧＲ率推定値（＝基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０）を用いてシリンダ新気割合ηを算出する。
【００６４】
η＝１００−ＩＮＥＧＲ０
このようにすれば、通常運転時の演算負荷を軽減できる。
なお、上記実施形態では、各吸・排気弁の開閉時期を独立して可変制御できる電磁駆動式の可変動弁装置について示したが、油圧式や電磁ブレーキ式などでカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を制御することにより、吸・排気弁の開閉時期を制御する可変動弁装置を備えたものにも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかる可変動弁エンジンを搭載した車両のシステム構成を示す機能ブロック図。
【図２】 同上の可変動弁エンジンのシステム図。
【図３】 吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図。
【図４】 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５】 シリンダ吸入体積空気量出ルーチンのフローチャート。
【図６】 連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャート。
【図７】 連続計算部のブロック図。
【図８】 後処理ルーチンのフローチャート。
【図９】 後処理ルーチンの、他の例のフローチャート。
【図１０】 第１の実施形態に係るシリンダ内新気割合演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】 第２の実施形態に係るシリンダ内新気割合演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】 第３の実施形態に係るシリンダ内新気割合演算ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 点火栓
５ 電磁駆動式の吸気弁
６ 電磁駆動式の排気弁
７ 吸気通路
８ 排気通路
９ 燃料噴射弁
１０ 電制スロットル弁
１１ コントロールユニット
１２ クランク角センサ
１３ アクセルペダルセンサ
１４ エアフローメータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ吸入空気量を高精度に算出するなどのため、吸・排気弁の開閉時期に基づいて内部ＥＧＲ率を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スロットル弁の制御により吸入空気量を制御する通常のエンジンでは、スロットル弁開度のステップ的な変化に対応するため、エアフローメータにより計測された吸入空気量に対し、加重平均処理により、１次遅れの関係で、シリンダ吸入空気量を算出している（特開昭６１−２５８９４２号公報参照）。
【０００３】
しかし、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁エンジンにおいては、該開閉時期、特に吸気弁の閉時期の制御により、シリンダ吸入空気量がステップ的に変化するため、上記方式ではシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができない。
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、エアフローメータの出力から算出されるマニホールド部へ流入する質量空気量及びシリンダ部へ流出する質量空気量の収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出する。一方、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出する。そして、前記マニホールド部内の質量空気量と予め判っているマニホールド部容積から算出される空気密度と、前記シリンダに吸入される体積空気量とからシリンダに吸入される質量空気量を算出するものである（特願平１１−２２３６８２号）。
【０００４】
かかる算出方式によれば、精度良くシリンダ吸入空気量を算出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記算出方式では、シリンダに吸入される体積空気量の算出を、吸気弁の閉時期に基づいて算出された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。ここで、前記シリンダ内新気割合は、吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とにより定まるオーバーラップ量が大きくなるほど残ガス率（内部ＥＧＲ率）が大となるので、該内部ＥＧＲ率に基づいて新気割合を算出している。また、ＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ）を設けたものでは、そのＥＧＲ率により補正して、最終的なシリンダ内新気割合を算出する。
【０００６】
このように、シリンダ内新気割合の算出に、吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とに基づいて内部ＥＧＲ率が算出される。
しかしながら、一般的な車両用エンジンでは、減速運転時などに少なくとも一部の気筒への燃料供給を停止する燃料カット制御が行われるが、該燃料カット制御時にも通常運転時と同様に内部ＥＧＲ率を推定してしまうため、実際の推定値と大きくずれてしまうことがあった。すなわち、燃料カット中は残ガスが発生しないため、燃料供給再開時の内部ＥＧＲ率は大きく減少しているにもかかわらず、通常運転時と同様に算出してしまうため、新気量を実際値より少なく算出してしまう。このため、該少なめに誤算出されたが新気量に応じて燃料噴射量が少なく設定され、空燃比がリーン化して出力不足となる。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃料カット制御による影響を考慮して、常時高精度に内部ＥＧＲ率を推定できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいて内部ＥＧＲ率を推定するエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置において、
燃料カット開始から燃料供給を再開して通常運転に到るまでの燃料カット制御時と、通常運転時とで、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る発明によると、
通常運転時は、吸気弁及び排気弁の開閉時期から内部ＥＧＲを推定するが、燃料カット制御が行われたときは、燃料カット中に燃焼が停止されて残ガスが減少することに伴い通常運転時より減少する内部ＥＧＲ率を推定しつつ、燃料供給再開時の内部ＥＧＲ率を推定する。これにより、通常運転時と異なる実際の状態に則した内部ＥＧＲ率を推定でき、該内部ＥＧＲ率の推定値を用いてシリンダ吸入空気量を正確に算出でき、燃料供給再開時の空燃比を適切に制御できる。
【００１０】
さらに、請求項１に係る発明は、
燃料カット制御時に、燃料カットされる気筒数に応じて、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えることを特徴とする。
請求項１に係る発明によると、 例えば、トルクショック軽減などのため、全気筒燃料カットから半数気筒燃料カット（半数気筒燃料供給再開）を経て全気筒燃料供給再開とするような燃料カット制御を行うような場合でも、燃料カットされる気筒数に応じて、全気筒平均の内部ＥＧＲ率を高精度に推定することができ、部分的な燃料供給再開直後から吸入空気量に見合った燃料量を供給することが可能になる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、燃料カット制御時に、気筒毎に内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、 上記のように燃料カット気筒数（燃料供給再開気筒数）を段階的に減少（増加）するような燃料カット制御を行った場合に、気筒毎に異なる内部ＥＧＲ率を、気筒別に推定することにより、燃料供給再開時の空燃比を気筒毎に調整できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、エンジン停止若しくはアイドル時のエンジン停止指令を判定してから再始動されるまでの間、内部ＥＧＲ率の推定値を０に維持することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、燃料カット制御後以外のエンジン始動時点における内部ＥＧＲ率の推定値が０に維持されているので、残ガスの無い状態（内部ＥＧＲ率＝０）で算出されたシリンダに対して燃料噴射量が設定されるようにすることができ、以って、燃料不足を防止でき、良好な始動性を確保することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、
燃料カット制御時は、時系列の加重平均処理を行ってＥＧＲ率の推定値を求めることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、 燃料カット開始後、残ガスの掃気の遅れに応じて内部ＥＧＲ率が徐々に減少していき、燃料供給再開時も再開直前の内部ＥＧＲ率が減少した状態から徐々に増大する。そこで、前記時系列の加重平均処理を行うことにより、かかる内部ＥＧＲ率の変化に見合った推定値を得ることができる。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、 吸気弁及び排気弁の開閉時期の少なくとも１つを可変制御する可変動弁装置を備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダ吸入空気量を算出するエンジンにおいて、前記シリンダ吸入空気量の算出のため内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明によると、吸気弁及び排気弁の開閉時期が可変制御されるものでは、該制御に応じて内部ＥＧＲ率が変化し、該内部ＥＧＲ率の変化に応じてシリンダ吸入空気量が変化するので、該内部ＥＧＲ率を燃料カット制御時も含めて高精度に推定することで、シリンダ吸入空気量を高精度に算出することができる。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、吸気弁閉時期におけ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に吸入される体積空気量を算出し、マニホールド部上流に設けたエアフローメータの出力に基づいて検出される吸気マニホールド部へ流入する質量空気量と、マニホールド部からシリンダへ流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニホールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出するエンジンにおいて、前記シリンダ内新気割合の算出のため、内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明によると、吸気弁閉時期におけ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に吸入される体積空気量が算出される。一方、マニホールド部内の圧力、温度と、吸気行程終了時のシリンダ内の圧力、温度が等しいと仮定すれば、マニホールド部内の質量空気量をマニホールド部容積で除算したマニホールド部内の空気密度とシリンダ内の空気密度が等しいので、この関係を用いてシリンダに吸入される質量空気量を算出することができる。このように、マニホールド部の空気の流入量と流出量との収支計算を行いつつシリンダ吸入空気量を算出することで、バルブタイミング（特に吸気弁閉時期）変化に応じてステップ的に変化するシリンダ吸入空気量を応答性よく高精度に算出できる。
【００１８】
そして、かかる算出方式によるシリンダ吸入空気量の算出に、本発明に係る内部ＥＧＲ率の推定値を用いることで、燃料カット制御時も含めてシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンを搭載したハイブリッド車両のパワートレインシステム図である。
起動用モータ２１で起動されるエンジン１の出力軸は、パウダクラッチ等のクラッチ２２を介して走行用モータ２３に動力伝達・切り離し自由に接続され、走行用モータ２３の出力軸は、変速機２４、ディファレンシャルギア２５を介して駆動輪２６に接続されている。
【００２０】
ドライバによるアクセル、ブレーキ、変速機シフト位置などの信号、車速信号、バッテリ充電状態の信号などが車両制御回路２７に入力され、該車両制御回路２７は、起動用モータ制御回路２８、エンジン制御回路２９、クラッチ制御回路３０、走行用モータ制御回路３１、変速機制御回路３２を介して各部を制御する。
【００２１】
また、本車両では、所定のアイドル条件で燃費および排気浄化性能改善のため、エンジン１を停止するいわゆるアイドルストップを行うようにしている。
図２は同上の可変動弁エンジンのシステム図である。
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００２２】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００２３】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００２４】
尚、本実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
図２に戻って、吸気通路７には、マニホールド部の上流に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００２５】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転速度Ｎｅを検出可能なクランク角センサ（回転速度センサ）１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量（質量流量）Ｑａを計測する熱線式のエアフローメータ１４等から、信号が入力される。
【００２６】
このエンジン１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉時期を制御、特に吸気弁５の開時期ＩＶＯを上死点近傍のタイミングに設定して、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを可変制御することにより、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づく要求トルク相当の目標空気量が得られるように、吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁９は、所定の運転条件（高負荷運転時以外）にてマニホールド部に微少な負圧（−50mmHg程度）を得る程度の開度に設定制御する。
【００２７】
排気弁６の開時期ＥＶＯ及び閉時期ＥＶＣは、最も熱効率の良いタイミングとなるように制御する。
尚、吸気弁５の閉時期ＩＶＣによる吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する特定運転条件（例えばアイドル運転時や冷機状態での低負荷運転時など）では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定し、電制スロットル弁９の開度ＴＶＯを可変制御することにより吸入空気量を制御することも可能である。
【００２８】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量（質量流量）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（シリンダ部質量空気量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００２９】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
次に、燃料噴射量等の制御のためのシリンダ吸入空気量（シリンダに吸入される質量空気量）Ｃｃの算出について、図４以下のフローチャート等により、詳細に説明する。
【００３０】
ここで、図２中に示すように、エアフローメータ１４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。
また、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。
【００３１】
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。
また、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。
【００３２】
図４は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であり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１では、エアフローメータ１４の出力より算出された吸入空気量Ｑａ（質量流量；ｇ／ｍｓｅｃ）を読み込む。
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Δｔ毎にマニホールド部へ流入する空気量Ｃａ（質量空気量；ｇ）＝Ｑａ・Δｔを算出する。
【００３３】
図５はシリンダ吸入体積空気量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１１では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣ、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣを検出する。尚、これらは吸気弁５及び排気弁６に対しリフトセンサを設けて直接的に検出してもよいが、コントロールユニット１２での制御上の指令値（目標値）を用いることで簡素化できる。
【００３４】
ステップ１２では、吸気弁５の閉時期ＩＶＣから、該閉時期ＩＶＣにおけるシリンダ容積Ｖｃ1（ｍ3）を算出する。
ステップ１３では、シリンダ内新気割合η（％）を算出する。ここで、該シリンダ内新気割合ηを、本発明に係る燃料カット制御を考慮した内部ＥＧＲ率の推定値を用いて算出する。具体的な算出については、後述する。
【００３５】
ステップ１４では、前記シリンダ容積Ｖｃ1にシリンダ内新気割合ηを乗じて、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（ｍ3）＝Ｖｃ1・ηを算出する。
ステップ１５では、次式のごとく、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（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。
【００３６】
Ｖｃ変化速度＝シリンダ内体積空気量Ｖｃ2・エンジン回転速度Ｎｅ・Ｋ
ここで、Ｋは単位を揃えるための定数で、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変化速度（ｍ3／ｓｅｃ）をＶｃ変化速度（ｍ3／ｍｓｅｃ）に変換するためのものである。
【００３７】
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＝Ｖｃ2・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。
【００３８】
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、所定時間Δｔあたりにシリンダに吸入される体積空気量Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ変化速度・Δｔを算出する。
図６は連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に繰り返し実行される。また、図７には連続計算部をブロック図で示している。
【００３９】
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、マニホールド部内の質量空気量の前回値Ｃｍ(n-1)に、図４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（質量空気量）Ｃｃ(n) を減算して、マニホールド部内の質量空気量Ｃｍ(n)（ｇ）を算出する。
【００４０】
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３２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５のルーチンで求めた所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（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、所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量）Ｃｃ（ｇ）を求める。
【００４１】
Ｃｃ＝Ｖｃ・Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（１）
この（１）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） ・・・（２）
となる。
【００４２】
ここで、Ｐｃ＝Ｐｍ、Ｔｃ＝Ｔｍと仮定するので、
Ｃｃ＝Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ） ・・・（３）
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 ・・・（４）
となる。
【００４３】
この（４）式を（３）式に代入すれば、
Ｃｃ＝Ｖｃ・〔Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）〕＝Ｖｃ・〔Ｃｍ／Ｖｍ〕
となり、上記（１）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７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。
【００４４】
図８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。
【００４５】
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、燃料噴射が行われるサイクル周期に対応させるため、エンジン回転速度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。
【００４６】
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９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ΔＣｃを算出する。続いてステップ３６でこの変化量ΔＣｃ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８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ΔＣｃが所定範囲外である場合は、ステップ３１で図８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。
【００４７】
次に、前記図５のステップ１３でのシリンダ内新気割合ηの具体的な算出方法を、説明する。該シリンダ内新気割合ηの算出に、本発明に係る燃料カット制御を考慮した内部ＥＧＲ率の推定値が用いられる。
通常運転時には、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣ、また必要により外部ＥＧＲ率により、シリンダ内新気割合η（％）を算出する。
【００４８】
すなわち、通常運転時は、吸気弁５の開時期ＩＶＯと排気弁６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程、残ガス率（内部ＥＧＲ率）が大となるので、該内部ＥＧＲ率に基づいてシリンダ内新気割合ηを求める。また、可変動弁エンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部ＥＧＲ率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、設ける場合は、更にそのＥＧＲ率により補正して、最終的なシリンダ内新気割合ηを求める。
【００４９】
しかし、燃料カット制御を行った場合は、燃料カットされた気筒では、燃焼が行われないので、前記内部ＥＧＲ率は減少していく。したがって、燃料カットを開始してから燃料供給再開直後までの燃料カット制御時と、通常の燃料供給制御時とで前記シリンダ内新気割合ηひいてはシリンダ吸入空気量の算出に用いる内部ＥＧＲ率の推定値を切り換える必要がある。
【００５０】
以下、上記燃料カット制御を考慮して内部ＥＧＲ率を推定しつつシリンダ内新気割合ηを演算するルーチンについて説明する。
図１０は、燃料供給が再開されるまで全気筒を燃料カットする燃料カット制御を行う第１の実施形態におけるシリンダ内新気割合η演算ルーチンのフローチャートを示す。
【００５１】
ステップ１０１では、吸気弁５の開時期ＩＶＯ、排気弁６の閉時期ＥＶＣに基づいて、基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０を演算する。
ステップ１０２では、燃料カット中であるか否かを判定し、燃料カット中と判定されたときは、残ガスが発生しないのでステップ１０３へ進んで最新の状態における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を０とし、燃料カット中でないと判定されたときは、燃焼が行われるのでステップ１０４へ進んで、同じく内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を前記基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０に設定する。
【００５２】
上記のように最新の状態（燃料カット中か否か）のみに応じて内部ＥＧＲ率を切り換えても、燃料供給再開時に通常運転時と同様に内部ＥＧＲ率を設定しまうことになって、燃料カット中の影響が考慮されたことにならず、また、燃料カット中の内部ＥＧＲ率も燃料カット開始と同時に０となるわけではない。
そこで、ステップ１０５では、次式のように、時系列の加重平均処理を行って、内部ＥＧＲ率ＩＮＮＥＧＲを設定する。
【００５３】
ＩＮＥＧＲ＝Ａ・ＩＮＥＧＲ１＋（１−Ａ）ＩＮＥＧＲold
すなわち、実際には燃料カットを開始して残ガスが完全に掃気されるのに遅れを生じ、燃料供給再開時も再開直前の内部ＥＧＲ率が減少した状態から徐々に増大するため、かかる内部ＥＧＲ率の変化に見合った推定値が得られるように、上記の処理を行う。
【００５４】
この他の簡易的な処理としては、例えば、燃料カット開始からの経過時間に応じて内部ＥＧＲ率を減少していき、燃料供給再開後は再開時の内部ＥＧＲ率を初期値とし、その後の経過時間に応じて増大していき、所定時間後に通常運転時の内部ＥＧＲ率（ＩＮＥＧＲ０）となるようにしてもよい。
次に、ステップ１０６では、エンジン停止中（通常の停止の他、ドライバの意図しないいわゆるエンストを含む）、または、アイドル時にエンジンを停止するアイドルストップ指令が発生中あるいは、その後エンジンが始動される前の状態であるか否かを判定する。なお、前記エンジンの始動の判定は、燃料噴射後の完爆判定を、例えば起動用モータ２１によるクランキング後、エンジントルクによって起動用モータ２１のトルクが負となる回生状態を検出することで行うことができる。また、エンジン始動の判定を、簡易的に燃料噴射開始で判定してもよい。
【００５５】
そして、ステップ１０６で上記の期間中でないと判定されたときは、ステップ１０８へ進み、前記ステップ１０５で推定算出された内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを用いて、次式によりシリンダ内新気割合η（％）を算出する。
η＝１００−ＩＮＥＧＲ
このようにすれば、燃料カット開始から燃料供給を再開して通常運転に到るまでの燃料カット制御時における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲが高精度に推定され、該内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを用いてシリンダ内新気割合ηひいてはシリンダ吸入空気量Ｃｃを高精度に算出することができる。
【００５６】
また、ステップ１０６で、いわゆるエンストやアイドルストップを含むエンジン停止状態からエンジンの始動が判定されるまでの期間中と判定された場合は、ステップ１０７へ進んで、内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを０とする。
これにより、始動時の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲが０となり、ステップ１０５での始動後の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲの算出が、初期値を０として算出される。すなわち、燃料カット制御後以外の始動時は、残ガスの無い状態（内部ＥＧＲ率＝０）でのシリンダ吸入空気量に対して燃料噴射量が設定されるようにして、燃料不足を防止することにより、良好な始動性を確保することができる。
【００５７】
次に、部分的な燃料カットを含む燃料カット制御を行う第２の実施形態におけるシリンダ内新気割合ηの算出を、図１１のフローチャートにしたがって説明する。例えば、全気筒燃料カット後、半数気筒の燃料カットに切り換えてから全気筒の燃料供給を再開するような燃料カット制御を行う。
ステップ２０１で、前記同様に基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０を算出した後、ステップ２０２で、現在燃料噴射されている気筒数（燃料カットされている気筒数）を判別する。
【００５８】
ステップ２０３では、最新の状態における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を次式のように設定する。
ＩＮＥＧＲ１＝ＩＮＥＧＲ０×（噴射気筒数）／(全気筒数)
これは、全気筒平均の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１を表している。
ステップ２０４以降は、第１の実施形態における図１０のステップ１０５以降と同一であるので説明を省略する。
【００５９】
このようにすれば、部分的な燃料カットを含む燃料カット制御を行うものについても、全気筒平均の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを高精度に推定することができ、部分的な燃料供給再開直後から吸入空気量に見合った燃料量を供給することが可能になる。
次に、同様な部分的な燃料カットを含む燃料カット制御を行うものについて、気筒別に内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲを推定しつつシリンダ内新気割合を算出する第３の実施形態を、図１２に示したフローチャートにしたがって説明する。
【００６０】
ステップ３０１では、前記同様に基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０を算出する。
ステップ３０２では、全気筒燃料噴射中でかつ全気筒燃料噴射開始後所定時間経過後かを判定する。
上記判定がＮＯの場合は、ステップ３０３へ進み、気筒判別を行う。この気筒判別は、次回燃料噴射行程にある気筒（燃料カット時は、燃料カット時でなければ燃料噴射行程にある気筒）の判別である。
【００６１】
ステップ３０３で、第１気筒（♯１）と判別されたときは、ステップ３０４〜ステップ３１０へ進んで、該第１気筒（♯１）における内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ（♯１）を推定し、シリンダ新気割合η（♯１）を算出する。該ステップ３０４〜ステップ３１０での算出方法は、前記第１の実施形態におけるステップ１０２〜ステップ１０８と全く同様であるが、各内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ１（♯１）、ＩＮＥＧＲold（♯１）は、第１気筒（♯１）が判別されたときに算出されたものを用いる。
【００６２】
第２気筒（♯２）、第３気筒（♯３）、第4気筒（♯４）が判別されたとき（４気筒エンジンの場合）も、それぞれ、ステップ３１１、ステップ３１２、ステップ３１３へ進んで、第１気筒（♯１）の場合（ステップ３０４〜ステップ３１０）と同様にして内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ（♯ｎ）を推定しつつ、シリンダ新気割合η（♯ｎ）を算出する。
【００６３】
このようにすれば、気筒別に燃料カット制御時の内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ（♯ｎ）を推定しつつ、シリンダ新気割合η（♯ｎ）ひいてはシリンダ吸入空気量Ｃｃを高精度に算出することができ、燃料供給再開時の空燃比を気筒毎に調整できる。
また、ステップ３０２で、全気筒燃料噴射中でかつ全気筒燃料噴射再開後所定時間経過後と判定された場合は、燃料カットの影響が無くなり通常運転に復帰したと判断して、ステップ３１４へ進み、次式のように通常運転時の内部ＥＧＲ率推定値（＝基本内部ＥＧＲ率ＩＮＥＧＲ０）を用いてシリンダ新気割合ηを算出する。
【００６４】
η＝１００−ＩＮＥＧＲ０
このようにすれば、通常運転時の演算負荷を軽減できる。
なお、上記実施形態では、各吸・排気弁の開閉時期を独立して可変制御できる電磁駆動式の可変動弁装置について示したが、油圧式や電磁ブレーキ式などでカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を制御することにより、吸・排気弁の開閉時期を制御する可変動弁装置を備えたものにも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかる可変動弁エンジンを搭載した車両のシステム構成を示す機能ブロック図。
【図２】 同上の可変動弁エンジンのシステム図。
【図３】 吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図。
【図４】 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５】 シリンダ吸入体積空気量出ルーチンのフローチャート。
【図６】 連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャート。
【図７】 連続計算部のブロック図。
【図８】 後処理ルーチンのフローチャート。
【図９】 後処理ルーチンの、他の例のフローチャート。
【図１０】 第１の実施形態に係るシリンダ内新気割合演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】 第２の実施形態に係るシリンダ内新気割合演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】 第３の実施形態に係るシリンダ内新気割合演算ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 点火栓
５ 電磁駆動式の吸気弁
６ 電磁駆動式の排気弁
７ 吸気通路
８ 排気通路
９ 燃料噴射弁
１０ 電制スロットル弁
１１ コントロールユニット
１２ クランク角センサ
１３ アクセルペダルセンサ
１４ エアフローメータ
Claims (6)
- 吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいて内部ＥＧＲ率を推定するエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置において、
燃料カット開始から燃料供給を再開して通常運転に到るまでの燃料カット制御時と、通常運転時とで、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えると共に、
燃料カット制御時に、燃料カットされる気筒数に応じて、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えることを特徴とするエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置。 - 吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいて内部ＥＧＲ率を推定するエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置において、
燃料カット開始から燃料供給を再開して通常運転に到るまでの燃料カット制御時と、通常運転時とで、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えると共に、
燃料カット制御時に、気筒毎に内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とするエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置。 - エンジン停止若しくはアイドル時のエンジン停止指令を判定してから再始動されるまでの間、内部ＥＧＲ率の推定値を０に維持することを特徴とする請求項1または請求項２のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置。
- 吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいて内部ＥＧＲ率を推定するエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置において、
燃料カット開始から燃料供給を再開して通常運転に到るまでの燃料カット制御時と、通常運転時とで、内部ＥＧＲ率の推定値を切り換えると共に、
燃料カット制御時は、時系列の加重平均処理を行ってＥＧＲ率の推定値を求めることを特徴とするエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置。 - 吸気弁及び排気弁の開閉時期の少なくとも１つを可変制御する可変動弁装置を備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダ吸入空気量を算出するエンジンにおいて、前記シリンダ吸入空気量の算出のため内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置。
- 吸気弁閉時期におけ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に吸入される体積空気量を算出し、マニホールド部上流に設けたエアフローメータの出力に基づいて検出される吸気マニホールド部へ流入する質量空気量と、
マニホールド部からシリンダへ流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出するエンジンにおいて、前記シリンダ内新気割合の算出のため、内部ＥＧＲ率を推定することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの内部ＥＧＲ率推定装置。
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