JP5007000B2 - ノンスロットル内燃機関のシリンダ充填量の決定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料の燃焼のためにピストン内へ流入される空気流量の絞りが、現在一般的な他の多くの車両の場合のように吸気装置内に設けられるスロットル弁によって行われるのではなく、吸気弁のリフトによって行われる、可変式動弁機構を有する弁を備えたノンスロットル内燃機関のシリンダ充填量を決定するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スロットルエンジン（出力低下エンジン）の場合、エンジンのシリンダの充填量（空気量）がほとんど測定される。動的な移行のために、充填モデルを介して平行に、充填量がモデルのように演算され、上記の測定と比較される。更に、演算された充填量は、吸気管圧力と可変のカム開度を介して補正される。
【０００３】
ノンスロットルエンジン（出力上昇エンジン）には、上述の充填モデルは使用不可能である。すなわち、吸気管圧力とシリンダ充填量の間に関係がない。シリンダ充填量を知ることは、可変式動弁機構を備えたエンジンの動的運転と、診断機能および安全機能にとって必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、できるだけ正確に充填量を決定することができる、ノンスロットル内燃機関のシリンダ充填量を決定するための方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に従い、少なくとも１つのエンジン変数を検出し、少なくとも１つのエンジン変数に依存して、少なくとも１つのマップに基づいて、不変のまたは一定の吸気弁開度およびまたは排気弁開度に関連づけられた標準空気流量を決定し、不変のまたは一定の吸気弁開度と異なるように生じる実際の吸気弁開度の、空気流量に対する影響を決定し、補正された空気流量を演算することによって解決される。
【０００６】
特に、先ず最初に、不変のまたは一定の吸気弁開度と排気弁開度に関連する標準空気流量が、少なくとも１つのエンジン変数に依存して決定される。このエンジン変数は例えば回転数や弁リフト量である。更に、仮定された不変のまたは一定の吸気弁開度と比べて、生じる実際吸気弁開度の影響が決定され、補正された空気流量が決定される。特に、上記の方法により、可変式動弁機構を備えたエンジンの吸気行程に対する吸気弁開度および（有利な実施形の場合更に）排気弁開度の影響は、幾何学的および物理的“作用”を考慮して説明される。ここで、例えばマップの形をした、一定の開度のときの空気流量のデータだけを適用すればよい。或るマップの場合には、不変の吸気弁開度と排気弁開度（例えばそれぞれ１２０°）と標準条件（例えば０°Ｃ、１０１３ミリバール）の場合の吸い込まれる空気流量を格納することができる。
【０００７】
これに関連して、標準空気流量は必ずしも不変の開度で検出する必要はない。任意の開度の場合にも、マップから読み出すことができる。そして、機能は目標開度に対する実際開度の偏差の影響を考慮する。目標開度のための入力は例えば負荷に依存するマップから生じる。
【０００８】
可変式動弁機構を備えたエンジンの場合には、絞りは公知のごとく吸気弁を介して行われる。従って、吸気弁を経て流れる空気流量は、開放される絞り面積に比例し、差圧に依存する。この作用は有利な実施形に従って、実際の吸気弁開度の影響を決定するために考慮される。吸気弁開度が標準開度に対して偏差を有する場合には、空気流量に対する変更された吸気弁開度の影響が、面積成分と差圧成分によって説明される。これは次の実施の形態に詳しく示してある。
【０００９】
排気弁開度もシリンダ充填量に対して影響を及ぼす。シリンダ充填量を正確に決定するために特に、上死点の後の排気弁面積の状況によって排気弁開度の影響が説明される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図を参照して本発明の特別な実施の形態を詳しく説明する。本発明によるシリンダ充填量を測定するための特別な方法を、図１に基づいて説明する。図１はこのような方法の概略的なブロック図である。
【００１１】
マップKFLM1212,410には、０°Ｃで１０１３ｍｂａの標準状態の場合の不変の吸気弁開度（吸気口拡大）および排気弁開度（排気口拡大）のときに吸引される空気流量が記憶されている。本実施例では、不変の吸気弁開度及び不変の排気弁開度はそれぞれ１２０°である。エンジン入力量である回転数N,400と吸気弁の実際のリフトevhubist,402により、マップKFLM1212から、これらのデータのために保有されている空気流量が読み出される。この空気流量は吸気弁操作に依存し、特に開放された絞り面積に比例し、吸気弁の差圧に依存する。これに関して、ベルヌーイの定理により絞り方程式を参照されたし。これに応じて、マップKFLM1212によって決定された空気流量はまだ補正が必要である。本例では、吸気弁の開度に関する補正係数が次のようにして決められる。空気量に対する影響は、実際の開度の差圧成分に掛け算した吸込み面積と、普通開度の際の差圧成分に掛け算した吸込み面積との比であると仮定される。その際、普通開度は、空気量マップKFLM-1212を測定した開度を意味する。これに対して実際開度はダイナミック運転または冷間（常温）運転時の開度を意味する。
【００１２】
図１には、充填に対する所定の影響を示す３個のブロック、すなわち実際状態、普通状態および排気弁の影響が示してある。その際、実際状態は上述のように、現在の実際開度の影響を表し、普通状態は上述のように普通開度の影響を表し、排気弁の影響はシリンダ充填に対する排気弁開度の影響を表している。
【００１３】
先ず最初に、実際開度（実際状態）における影響について説明する。吸気弁のリフト実際値evhub-ist,10はいろいろなマップ２０，３０，４０，５０に供される。マップ２０(KLEVFLMX)には、クランク角で積分された、リフト変化から生じる最大吸込み面積が記憶されている。従って、マップ２０から最大吸込み面積が読み出される。
【００１４】
しかしながら、上死点の手前の弁開放はシリンダ充填に寄与しない。なぜなら、この位相においてピストンは残留ガスを吸気通路内に押し戻すからである。この作用を考慮するために、マップ３０（KFEVFLKW）において、上死点の手前の弁開放面積が吸気弁の開放と弁リフトevhub-istに依存して算出される。吸気弁の開放は吸気弁実際開度esprist,48から生じる。この吸気弁実際開度は最大リフトの個所の手前の吸気弁の開放の時点から差し引かれる。この開度はマップ４０（WEOEVESP)から生じる。このマップは入力量として同様に、吸気弁のリフト実際値evhub-istを含んでいる。参照数字４２，４４，４６のユニットは、上死点の手前の弁開放面積の値をマップ３０に適合させる働きをする。
【００１５】
上死点の手前で吸気通路に押し戻される残留ガスが吸気行程の後で初めて再び吸い込まれるので（栓モデル、プラグモデル）、上死点の手前の吸気弁面積は２倍になり、最大弁開放面積から差し引かれる（参照数字３２）。
【００１６】
従って、全体として、引き算３４の後で有効吸込み面積が生じる。次に、差圧の影響について説明する。クランク角に関する有効吸込み面積の状況は、吸い込まれた空気量に影響を与える。この依存関係はマップ６０（KLZYVOL)に記載されている。マップ６０には、クランク角に依存して、上死点後の吸込み時のシリンダ容積が格納されている。この特性曲線への入力は、吸気弁リフトと開度に依存する、吸気弁が閉じる時点である。このデータはマップ５０（WESNESPR)から読み出される。このマップには、吸気弁が閉じる時点が最大リフトの時点の後でクランク軸の目盛りで格納されている。マップ５０の入力量として同様に、吸気弁のリフト実際値evhub-ist,10が役立つ。
【００１７】
最後に述べた手段によって、吸込み時に２つの作用が考慮される。この作用は吸込み時に吸気弁に関する差圧を示す。一方では、シリンダの“予備供給”が吸気弁の遅い開放によって考慮される。それによって生じる、吸込み中の高い差圧により、空気量が増大する。これは開度が増大するにつれてシリンダ容積が大きくなることによって考慮される。他方では、小さな開度の際の吸気弁の早い閉鎖による吸込みの中止により、シリンダ容積の減少を生じることにある。これも考慮される。
【００１８】
従って、上述のように、実際の開度のための影響は、有効吸込み面積と差圧成分によって決定される。普通の開度（普通状態）のために適当な演算が行われる。参照数字１１０〜１６０と図１の所属の部分によって、普通開度のための有効吸込み面積と差圧成分の影響が類似の方法で決定される。参照数字１４８において吸気弁の開度目標値が格納されている点だけが異なる。
【００１９】
普通開度と実際開度の影響を演算した後で、比が求められる（参照数字２００）。この比はマップ４１０から読み出された空気流量のための係数として役立つ。マップ４１０で読み出された空気流量のための他の補正係数として、排気弁開度の影響が決定される。そのために、図１の図示の下側部分が役立つ。その際、実際状態と普通状態の場合の上死点の後の排気弁面積の比が求められる（参照数字３３８）。この比は係数LMASFAK（参照数字３４０）を掛けることによって等級分けされる。この値は設定値１（参照数字３５０）から引き算され、同様に、吸い込まれた空気量４１０（KFLM1212)の値のための係数である。いろいろな分岐部のための値は、排気弁の開放AVZUNAS（参照数字３００，３２０）により、排気弁の開度実際値または目標値（参照数字３０２または３２２）を差し引いて生じる。参照数字３０６，３０８，３０４，３２４，３２６，３２８によって示した機能はそれぞれ、マップ３１０，３３０のための適当な等級分けだけを示している。
【００２０】
上記の手段により、吸い込まれる空気流量に対する吸気弁開度と排気弁開度の影響を検出することができる。マップKFLM-1212(参照番号４１０）によって検出された空気流量を掛け算することにより、可変式動弁機構を備えたノンスロットルエンジンの場合に、シリンダの充填の正確な値が得られる。
【００２１】
図２には、吸い込まれる空気量に対する吸気弁開度の影響が示してある。その際、吸気弁開度が大きくなるときに空気量も単調に増大することが、いろいろな特性曲線によって示してある。
【００２２】
図３には、有効吸込み面積を示すグラフが示してある。この吸込み面積は、吸気弁の開放時点から吸気弁の閉鎖時点（ＥＳ）までの、クランク角によるリフト変化の積分によって得られる。その際、WENESPRは、吸気弁の最大リフトの時点の後の“吸気弁閉鎖”の時点を角度で示し、量WEOEVESPRは最大リフトの時点の前の“吸気弁開放”の時点を示している。量ESPRは吸気弁開度、すなわち、上死点と吸気弁の最大リフトとの間の時点を示している。図３の曲線の下方の全体の面積は最大吸込み面積Ｆｍａｘを生じる。この最大吸込み面積から、上死点の手前にある、シリンダ充填に寄与しない弁開放面積を差し引かなけれならない。というのは、この位相において、ピストンが残留ガスを吸気通路に押し戻すからである（ＦＫｏｒ）。図３においてグラフの下方の灰色の面は、有効面積ＦＷｉｒｋとして残っている。
【００２３】
図４には、クランク角に関する有効吸込み面積の状況の影響が示してある。その際、グラフは上死点の後のクランク軸角度に関連してシリンダ容積を示している。吸気弁の閉鎖の時点ＥＳに応じて、差圧がクランク角に対する吸込み面の状況によって変化する。これは量KLZYLVOL（図１参照）によって表現される。
【００２４】
全体として、本実施の形態では、ノンスロットル内燃機関の場合のシリンダ充填を決定するための正確で簡単な方法が示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の実施の形態の概略的なブロック線図である。
【図２】空気量に対する吸気弁開度の作用を示すグラフである。
【図３】カーブの下方に吸気サイクルのための入口面積を示すグラフである。
【図４】充填に対する排気弁の作用を示すグラフである。

Claims (3)

1. 燃料の燃焼のためにピストン内へ流入される空気流量の絞りが、他の多くの車両の場合に一般的なように吸気装置内に設けられるスロットル弁によって行われるのではなく、吸気弁のリフトによって行われ、その際、吸気弁の上死点と吸気弁の最大リフトの間の時点を示す吸気弁開度、及び、排気弁の上死点と排気弁の最大リフトの間の時点を示す排気弁開度が定義されている、可変式動弁機構を有する弁を備えるノンスロットル内燃機関の、シリンダ充填量を決定するための方法において、
   少なくとも１つのエンジン変数を検出し、
   少なくとも１つのエンジン変数に依存して、少なくとも１つのマップに基づいて、不変のまたは一定の吸気弁開度および排気弁開度に関連づけられた標準空気流量を決定し、
   不変のまたは一定の吸気弁開度とは異なる実際の吸気弁開度の、標準空気流量に対する影響を決定し、
   実際の吸気弁開度の影響に基づいて標準空気流量を補正すること
   を特徴とする方法。
2. 標準空気流量がエンジン回転数と吸気弁のリフト量に依存して演算されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 不変のまたは一定の排気弁開度とは異なる実際の排気弁開度の、標準空気流量に対する影響が決定し、
   実際の排気弁開度の影響に基づいて標準空気流量を補正すること
   を特徴とする請求項１〜２のいずれか一つに記載の方法。

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