JP3767392B2 - エンジンのカム軸回転位相検出装置及びシリンダ吸入空気量算出装置 - Google Patents
エンジンのカム軸回転位相検出装置及びシリンダ吸入空気量算出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変バルブタイミング機構を備えたエンジンにおいて、クランク軸に対するカム軸の位相角度を検出する装置及び該検出値を用いてシリンダ吸入空気量を算出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、油圧により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制御する可変バルブタイミング機構が知られている。
この種の可変バルブタイミング機構を備えたエンジンでは、一般にクランク角センサとカム角センサを備え、クランク軸の回転に同期して所定角度（例えば、１０°ＣＡ）毎に出力されるクランク角信号と、カム軸の回転に同期して所定角度（例えば、１８０°ＣＡ）毎に出力されるカム角信号とに基づいてカム軸回転位相（ＶＴＣ位相）を検出して、各種エンジン制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにＶＴＣ位相を検出するものでは、クランク角信号及びカム角信号が出力されるまでは、前回のＶＴＣ位相検出値しか情報がなく、実際のＶＴＣ位相はその間に相当量変化している可能性がある。
特に、アイドルストップ等によりエンジンが停止した場合は、再始動時に再び前記クランク角信号、カム角信号を検出するまではＶＴＣ位相の検出が行えず、ＶＴＣ位相のフィードバック制御を精度よく実行できない。
【０００４】
また、吸気、排気弁の開閉時期から算出したシリンダ容積（体積空気量）を用いてシリンダ内に吸入される質量空気量を算出する場合においても、吸気弁閉時期により変化するシリンダ容積に対応できず、シリンダ内に吸入される質量空気量が精度よく算出できないため、燃料噴射制御、空燃比制御を精度よく実行できないといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ＶＴＣ位相が検出できない場合であっても、実際のＶＴＣ位相を精度よく推定してエンジンの各種制御を精度よく実行することを目的とする。
【０００６】
【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、
クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
カム軸回転位相が検出されない状態では、エンジン温度に基づいて設定される所定時間が経過するまでの間、直前に検出したカム軸回転位相を保持して検出値とし、所定時間経過後は、カム軸回転位相の制御目標値を検出値とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、
前記所定時間経過後のカム軸回転位相の制御目標値が、カム軸回転位相の最遅角位置であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
カム軸回転位相が検出されない状態では、直前に検出したカム軸回転位相をエンジン温度と経過時間とに基づいて補正し、該補正後のカム軸回転位相を検出値とすることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、
前記エンジン温度として、水温又は油温を用いることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、
前記カム軸回転位相が検出されない状態が、エンジン停止状態であることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に係る発明は、
油圧によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
エンジン回転速度が所定回転より低下した場合には、直前に検出したカム軸回転位相を検出値とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に係る発明は、
前記請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のエンジンのカム軸回転位相検出装置によるカム軸回転位相の検出値を用いてシリンダ吸入空気量を算出することを特徴とする。
請求項８に係る発明は、
前記カム軸回転位相検出装置からの出力に基づいて吸気弁及び排気弁の開閉時期を検出し、
吸気弁の閉時期から算出するシリンダ容積と、吸気弁及び排気弁の開閉時期に応じた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への質量空気の流入、流出量の収支計算を行って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と、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ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２に係る発明によれば、
カム軸回転位相が検出されない状態では、エンジン温度に基づいて設定される所定時間が経過するまでの間、直前に検出したカム軸回転位相を保持して検出値とし、所定時間経過後は制御目標値を検出値とすることにより、カム軸回転位相を変化させる作動油の粘性等を考慮できるので、実際のカム軸回転位相を精度よく推定する（検出値を実際のカム軸回転位相に近似させる）ことができる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、
カム軸回転位相が検出されない状態では、直前に検出したカム軸回転位相をエンジン温度と経過時間とに基づいて補正し、該補正後のカム軸回転位相を検出値とすることにより、作動油の粘性等を考慮して実際のカム軸回転位相をより精度よく推定できる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、
エンジン温度として水温又は油温を用いることで、より簡単な構成で実際のカム軸回転位相を検出できる。
請求項５に係る発明によれば、
アイドルストップ等のエンジン停止状態においても、実際のカム軸回転位相を精度よく推定できる。
【００１４】
請求項６に係る発明によれば、
エンジン回転速度が所定回転より低下して、カム軸回転位相を変化させるための油圧が確保できないような場合は、計測誤差が大きくなるため、カム軸回転位相の検出を行わず、直前の検出値を保持してこれを検出値とすることにより、安定かつ正確なエンジン制御を実行できる。
【００１５】
請求項７に係る発明によれば、
カム軸回転位相が検出されない状態や計測誤差が多くなる場合であっても、シリンダ吸入空気量を精度よく算出できる。
請求項８に係る発明によれば、
吸気弁閉時期からシリンダ容積すなわちシリンダに吸入される全体積ガス量が算出され、該全体積ガス量とシリンダ内の新気割合とによりシリンダに吸入される体積空気量が算出される。
【００１６】
吸気マニホールド内の圧力、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、吸気マニホールド内の質量空気量を吸気マニホールド容積で除算した吸気マニホールド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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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油圧駆動式の可変バルブタイミング機構（以下、ＶＴＣ機構という）１４がそれぞれ設けられている。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、各種エンジン制御に用いるＶＴＣ位相の検出値について図２〜図６に基づいて説明する。
図２は、第１実施形態に係るフローチャートであり、直前のＶＴＣ位相検出値又は目標位相角（目標ＶＴＣ）をＶＴＣ位相検出値とするものである。
ステップ１０１では、ＶＴＣ位相測定間隔中、即ち、カム軸の回転位相（ＶＴＣ位相）が検出できない状態であるか否かを判断する。ここで、ＶＴＣ位相が検出できない状態とは、クランク角信号及びカム角信号を検出した後、再度検出するまでの期間をいい、例えばアイドルストップ等によりエンジンが停止している状態も含まれる。
【００２２】
ＶＴＣ位相測定間隔中でなければ、新しいクランク角信号及びカム角信号が出力されているので、通常の制御通りステップ１０２に進んで、クランク角信号及びカム角信号を読込み、ＶＴＣ位相を演算する（ステップ１０３）。
ＶＴＣ位相測定間隔中であれば、ステップ１０４に進む。
ステップ１０４では、水温又は油温から前回検出したＶＴＣ位相を保持する時間（所定時間ｔ）を算出する。なお、この所定時間ｔは、ＶＴＣ機構を作動させるための油（ＶＴＣ作動油）の粘性を考慮して、水温又は油温が高いほど短くなるように、水温又は油温が低いほど長くなるように設定される（図３参照）。
【００２３】
ステップ１０５では、ステップ１０４で算出した所定時間ｔ経過したか否かを判断する。所定時間ｔ経過していなければ、ステップ１０６に進み、直前に検出したＶＴＣ位相（前回値）をＶＴＣ位相検出値とする。
一方、所定時間ｔ経過していれば、ステップ１０７に進み、ＶＴＣ位相目標値をＶＴＣ位相検出とする。
【００２４】
すなわち、図３に示すように、例えばアイドルストップによりエンジンが停止してＶＴＣ位相が検出できない場合であっても、所定時間ｔが経過するまでは、直前のＶＴＣ検出値（前回検出値）をＶＴＣ位相検出値として出力し、所定時間ｔ経過後は、目標ＶＴＣ（エンジン停止時は、通常、最遅角位置）をＶＴＣ位相検出値とする（図３（Ａ））。
【００２５】
なお、水温又は油温が非常に低い場合は、ＶＴＣ作動油の粘性が高くなり、油の交換がうまくできずに最遅角位置まで戻らないことがあるが、このような場合は、図３（Ｂ）に示すように、あらかじめ最遅角位置から所定角度Ｓ分進角させたＶＴＣ位相を検出値とするよう構成しておけばよい。
次に第２実施形態を説明する。
【００２６】
図４は、第２実施形態に係るフローチャートであり、直前のＶＴＣ位相検出値を水温又は油温と経過時間に基づいて補正してＶＴＣ位相検出値とするものである。
ステップ２０１からステップ２０３までは、前記第１実施形態のステップ１０１からステップ１０３までと同様である。ステップ２０１において、ＶＴＣ位相測定間隔中であれば、ステップ２０４に進む。
【００２７】
ステップ２０４では、水温又油温に基づいて単位時間当たりのＶＴＣ位相変化量△ＶＴＣを算出する。なお、この△ＶＴＣは、作動油の粘性を考慮して、水温又は油温が高いほど大きくなるように、水温又は油温が低いほど小さくなるように設定される（図５参照）。
ステップ２０５では、前回ＶＴＣ位相を検出した時点からの経過時間（ＶＴＣ位相を検出できなくなってからの経過時間）を検出する。
【００２８】
ステップ２０６では、直前に検出したＶＴＣ位相検出値からＶＴＣ位相変化量（△ＶＴＣ×Ｔ）を減じてＶＴＣ位相検出値とする。
なお、図５は前記第１実施形態における図３に対応するものであり、直前のＶＴＣ検出値を水温又は油温と経過時間Ｔに基づいて補正した補正後のＶＴＣ検出値を示しており、図５（Ｂ）は、水温又は油温が非常に低い場合のものである。
【００２９】
以上により、エンジン停止等によりＶＴＣ位相が検出できない場合であってもＶＴＣ位相を精度よく推定するので、各種エンジン制御も精度よく実行できる。
なお、以上の説明は、油圧駆動式の可変バルブタイミング機構についてのものであるが、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる可変バルブタイミング機構においても、エンジン温度によって電磁ブレーキの内部抵抗やフリクションが変化し、応答性が変化するので本発明を適用できる。
【００３０】
次に、第３実施形態について説明する。
図６は、第３実施形態に係るフローチャートであり、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転Ｎｓより低下した場合は、直前、かつ、所定回転Ｎｓ以上のエンジン回転速度で検出したＶＴＣ位相を検出値とするものである。
ステップ３０１は、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｓより低下したか否かを判断する。所定値Ｎｓより低下していない場合は、通常の制御通りステップ３０２に進んで、クランク角信号及びカム角信号を読込み、ＶＴＣ位相を演算する（ステップ３０３）。
【００３１】
エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｓより低下した場合は、ステップ３０４に進み、直前に検出したＶＴＣ位相を検出値とする。
すなわち、ＶＴＣ機構を作動させるための油圧が確保できないような低回転領域では、計測誤差が大きくなり、ＶＴＣ位相を精度よく検出できない。そこで、直前の所定値Ｎｓ以上のエンジン回転時に検出したＶＴＣ位相を検出値とすることで、各種エンジン制御を精度よく実行できる。
【００３２】
次に、上記のようにして検出したＶＴＣ位相に基づいて行うシリンダ吸入空気量の算出について説明する。
システム構成は図１に示したものと同様であり、燃料噴射弁１１による燃料噴射量は、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（シリンダ部空気質量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００３３】
以下、燃料噴射量等の制御のためのシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量）Ｃｃの算出について、図７の全体ブロック図、図８〜図１３の各ルーチンのフローチャート等により説明する。
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。
【００３４】
また、吸気マニホールド部の圧力をＰｍ（Ｐａ）、容積をＶｍ（ｍ3 ；一定）、空気質量を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）、空気質量を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。
【００３５】
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８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。
【００３６】
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９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、吸気弁９の閉時期ＩＶＣ、吸気弁１０の開時期ＩＶＯ、排気弁の閉時期ＥＶＣを検出する。なお、これらは前記第１実施形態から第３実施形態（図２、図４、図６）のいずれかによるＶＴＣ位相検出値に基づいて検出する。
【００３７】
ステップ１２では、吸気弁閉時期ＩＶＣからその時のシリンダ容積を算出し、目標Ｖｃ（ｍ3）とする。
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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１０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。
【００４２】
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８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。
【００４３】
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９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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（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１１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。
【００４７】
図１２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。
【００４８】
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。
【００４９】
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１３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１２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１２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。
【００５０】
以上のようにしてシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ、Ｃｃｋ）を算出することにより、ＶＴＣ位相が検出されない場合であっても精度よくシリンダ吸入空気量を算出できる。また、これにより、燃料噴射量制御、ひいては、空燃比制御も精度よく実行できる。
【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】第１実施形態におけるＶＴＣ位相検出値設定のフローチャート。
【図３】第１実施形態におけるＶＴＣ位相検出値の説明図。
【図４】第２実施形態におけるＶＴＣ位相検出値設定のフローチャート。
【図５】第２実施形態におけるＶＴＣ位相検出値の説明図。
【図６】第２実施形態におけるＶＴＣ位相検出値設定のフローチャート。
【図７】シリンダ吸入空気量算出の制御ブロック図。
【図８】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９】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１０】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１１】連続計算部のブロック図。
【図１２】後処理ルーチンのフローチャート。
【図１３】後処理ルーチンの他の例のフローチャート。
【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、可変バルブタイミング機構を備えたエンジンにおいて、クランク軸に対するカム軸の位相角度を検出する装置及び該検出値を用いてシリンダ吸入空気量を算出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、油圧により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制御する可変バルブタイミング機構が知られている。
この種の可変バルブタイミング機構を備えたエンジンでは、一般にクランク角センサとカム角センサを備え、クランク軸の回転に同期して所定角度（例えば、１０°ＣＡ）毎に出力されるクランク角信号と、カム軸の回転に同期して所定角度（例えば、１８０°ＣＡ）毎に出力されるカム角信号とに基づいてカム軸回転位相（ＶＴＣ位相）を検出して、各種エンジン制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにＶＴＣ位相を検出するものでは、クランク角信号及びカム角信号が出力されるまでは、前回のＶＴＣ位相検出値しか情報がなく、実際のＶＴＣ位相はその間に相当量変化している可能性がある。
特に、アイドルストップ等によりエンジンが停止した場合は、再始動時に再び前記クランク角信号、カム角信号を検出するまではＶＴＣ位相の検出が行えず、ＶＴＣ位相のフィードバック制御を精度よく実行できない。
【０００４】
また、吸気、排気弁の開閉時期から算出したシリンダ容積（体積空気量）を用いてシリンダ内に吸入される質量空気量を算出する場合においても、吸気弁閉時期により変化するシリンダ容積に対応できず、シリンダ内に吸入される質量空気量が精度よく算出できないため、燃料噴射制御、空燃比制御を精度よく実行できないといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ＶＴＣ位相が検出できない場合であっても、実際のＶＴＣ位相を精度よく推定してエンジンの各種制御を精度よく実行することを目的とする。
【０００６】
【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、
クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
カム軸回転位相が検出されない状態では、エンジン温度に基づいて設定される所定時間が経過するまでの間、直前に検出したカム軸回転位相を保持して検出値とし、所定時間経過後は、カム軸回転位相の制御目標値を検出値とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、
前記所定時間経過後のカム軸回転位相の制御目標値が、カム軸回転位相の最遅角位置であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
カム軸回転位相が検出されない状態では、直前に検出したカム軸回転位相をエンジン温度と経過時間とに基づいて補正し、該補正後のカム軸回転位相を検出値とすることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、
前記エンジン温度として、水温又は油温を用いることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、
前記カム軸回転位相が検出されない状態が、エンジン停止状態であることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に係る発明は、
油圧によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
エンジン回転速度が所定回転より低下した場合には、直前に検出したカム軸回転位相を検出値とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に係る発明は、
前記請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のエンジンのカム軸回転位相検出装置によるカム軸回転位相の検出値を用いてシリンダ吸入空気量を算出することを特徴とする。
請求項８に係る発明は、
前記カム軸回転位相検出装置からの出力に基づいて吸気弁及び排気弁の開閉時期を検出し、
吸気弁の閉時期から算出するシリンダ容積と、吸気弁及び排気弁の開閉時期に応じた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への質量空気の流入、流出量の収支計算を行って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と、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ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２に係る発明によれば、
カム軸回転位相が検出されない状態では、エンジン温度に基づいて設定される所定時間が経過するまでの間、直前に検出したカム軸回転位相を保持して検出値とし、所定時間経過後は制御目標値を検出値とすることにより、カム軸回転位相を変化させる作動油の粘性等を考慮できるので、実際のカム軸回転位相を精度よく推定する（検出値を実際のカム軸回転位相に近似させる）ことができる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、
カム軸回転位相が検出されない状態では、直前に検出したカム軸回転位相をエンジン温度と経過時間とに基づいて補正し、該補正後のカム軸回転位相を検出値とすることにより、作動油の粘性等を考慮して実際のカム軸回転位相をより精度よく推定できる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、
エンジン温度として水温又は油温を用いることで、より簡単な構成で実際のカム軸回転位相を検出できる。
請求項５に係る発明によれば、
アイドルストップ等のエンジン停止状態においても、実際のカム軸回転位相を精度よく推定できる。
【００１４】
請求項６に係る発明によれば、
エンジン回転速度が所定回転より低下して、カム軸回転位相を変化させるための油圧が確保できないような場合は、計測誤差が大きくなるため、カム軸回転位相の検出を行わず、直前の検出値を保持してこれを検出値とすることにより、安定かつ正確なエンジン制御を実行できる。
【００１５】
請求項７に係る発明によれば、
カム軸回転位相が検出されない状態や計測誤差が多くなる場合であっても、シリンダ吸入空気量を精度よく算出できる。
請求項８に係る発明によれば、
吸気弁閉時期からシリンダ容積すなわちシリンダに吸入される全体積ガス量が算出され、該全体積ガス量とシリンダ内の新気割合とによりシリンダに吸入される体積空気量が算出される。
【００１６】
吸気マニホールド内の圧力、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、吸気マニホールド内の質量空気量を吸気マニホールド容積で除算した吸気マニホールド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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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油圧駆動式の可変バルブタイミング機構（以下、ＶＴＣ機構という）１４がそれぞれ設けられている。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、各種エンジン制御に用いるＶＴＣ位相の検出値について図２〜図６に基づいて説明する。
図２は、第１実施形態に係るフローチャートであり、直前のＶＴＣ位相検出値又は目標位相角（目標ＶＴＣ）をＶＴＣ位相検出値とするものである。
ステップ１０１では、ＶＴＣ位相測定間隔中、即ち、カム軸の回転位相（ＶＴＣ位相）が検出できない状態であるか否かを判断する。ここで、ＶＴＣ位相が検出できない状態とは、クランク角信号及びカム角信号を検出した後、再度検出するまでの期間をいい、例えばアイドルストップ等によりエンジンが停止している状態も含まれる。
【００２２】
ＶＴＣ位相測定間隔中でなければ、新しいクランク角信号及びカム角信号が出力されているので、通常の制御通りステップ１０２に進んで、クランク角信号及びカム角信号を読込み、ＶＴＣ位相を演算する（ステップ１０３）。
ＶＴＣ位相測定間隔中であれば、ステップ１０４に進む。
ステップ１０４では、水温又は油温から前回検出したＶＴＣ位相を保持する時間（所定時間ｔ）を算出する。なお、この所定時間ｔは、ＶＴＣ機構を作動させるための油（ＶＴＣ作動油）の粘性を考慮して、水温又は油温が高いほど短くなるように、水温又は油温が低いほど長くなるように設定される（図３参照）。
【００２３】
ステップ１０５では、ステップ１０４で算出した所定時間ｔ経過したか否かを判断する。所定時間ｔ経過していなければ、ステップ１０６に進み、直前に検出したＶＴＣ位相（前回値）をＶＴＣ位相検出値とする。
一方、所定時間ｔ経過していれば、ステップ１０７に進み、ＶＴＣ位相目標値をＶＴＣ位相検出とする。
【００２４】
すなわち、図３に示すように、例えばアイドルストップによりエンジンが停止してＶＴＣ位相が検出できない場合であっても、所定時間ｔが経過するまでは、直前のＶＴＣ検出値（前回検出値）をＶＴＣ位相検出値として出力し、所定時間ｔ経過後は、目標ＶＴＣ（エンジン停止時は、通常、最遅角位置）をＶＴＣ位相検出値とする（図３（Ａ））。
【００２５】
なお、水温又は油温が非常に低い場合は、ＶＴＣ作動油の粘性が高くなり、油の交換がうまくできずに最遅角位置まで戻らないことがあるが、このような場合は、図３（Ｂ）に示すように、あらかじめ最遅角位置から所定角度Ｓ分進角させたＶＴＣ位相を検出値とするよう構成しておけばよい。
次に第２実施形態を説明する。
【００２６】
図４は、第２実施形態に係るフローチャートであり、直前のＶＴＣ位相検出値を水温又は油温と経過時間に基づいて補正してＶＴＣ位相検出値とするものである。
ステップ２０１からステップ２０３までは、前記第１実施形態のステップ１０１からステップ１０３までと同様である。ステップ２０１において、ＶＴＣ位相測定間隔中であれば、ステップ２０４に進む。
【００２７】
ステップ２０４では、水温又油温に基づいて単位時間当たりのＶＴＣ位相変化量△ＶＴＣを算出する。なお、この△ＶＴＣは、作動油の粘性を考慮して、水温又は油温が高いほど大きくなるように、水温又は油温が低いほど小さくなるように設定される（図５参照）。
ステップ２０５では、前回ＶＴＣ位相を検出した時点からの経過時間（ＶＴＣ位相を検出できなくなってからの経過時間）を検出する。
【００２８】
ステップ２０６では、直前に検出したＶＴＣ位相検出値からＶＴＣ位相変化量（△ＶＴＣ×Ｔ）を減じてＶＴＣ位相検出値とする。
なお、図５は前記第１実施形態における図３に対応するものであり、直前のＶＴＣ検出値を水温又は油温と経過時間Ｔに基づいて補正した補正後のＶＴＣ検出値を示しており、図５（Ｂ）は、水温又は油温が非常に低い場合のものである。
【００２９】
以上により、エンジン停止等によりＶＴＣ位相が検出できない場合であってもＶＴＣ位相を精度よく推定するので、各種エンジン制御も精度よく実行できる。
なお、以上の説明は、油圧駆動式の可変バルブタイミング機構についてのものであるが、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる可変バルブタイミング機構においても、エンジン温度によって電磁ブレーキの内部抵抗やフリクションが変化し、応答性が変化するので本発明を適用できる。
【００３０】
次に、第３実施形態について説明する。
図６は、第３実施形態に係るフローチャートであり、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転Ｎｓより低下した場合は、直前、かつ、所定回転Ｎｓ以上のエンジン回転速度で検出したＶＴＣ位相を検出値とするものである。
ステップ３０１は、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｓより低下したか否かを判断する。所定値Ｎｓより低下していない場合は、通常の制御通りステップ３０２に進んで、クランク角信号及びカム角信号を読込み、ＶＴＣ位相を演算する（ステップ３０３）。
【００３１】
エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｓより低下した場合は、ステップ３０４に進み、直前に検出したＶＴＣ位相を検出値とする。
すなわち、ＶＴＣ機構を作動させるための油圧が確保できないような低回転領域では、計測誤差が大きくなり、ＶＴＣ位相を精度よく検出できない。そこで、直前の所定値Ｎｓ以上のエンジン回転時に検出したＶＴＣ位相を検出値とすることで、各種エンジン制御を精度よく実行できる。
【００３２】
次に、上記のようにして検出したＶＴＣ位相に基づいて行うシリンダ吸入空気量の算出について説明する。
システム構成は図１に示したものと同様であり、燃料噴射弁１１による燃料噴射量は、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（シリンダ部空気質量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００３３】
以下、燃料噴射量等の制御のためのシリンダ吸入空気量（シリンダ部空気質量）Ｃｃの算出について、図７の全体ブロック図、図８〜図１３の各ルーチンのフローチャート等により説明する。
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。
【００３４】
また、吸気マニホールド部の圧力をＰｍ（Ｐａ）、容積をＶｍ（ｍ3 ；一定）、空気質量を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）、空気質量を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。
【００３５】
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８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。
【００３６】
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９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、吸気弁９の閉時期ＩＶＣ、吸気弁１０の開時期ＩＶＯ、排気弁の閉時期ＥＶＣを検出する。なお、これらは前記第１実施形態から第３実施形態（図２、図４、図６）のいずれかによるＶＴＣ位相検出値に基づいて検出する。
【００３７】
ステップ１２では、吸気弁閉時期ＩＶＣからその時のシリンダ容積を算出し、目標Ｖｃ（ｍ3）とする。
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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１０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。
【００４２】
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８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。
【００４３】
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９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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（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１１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。
【００４７】
図１２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。
【００４８】
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。
【００４９】
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１３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１２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１２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。
【００５０】
以上のようにしてシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ、Ｃｃｋ）を算出することにより、ＶＴＣ位相が検出されない場合であっても精度よくシリンダ吸入空気量を算出できる。また、これにより、燃料噴射量制御、ひいては、空燃比制御も精度よく実行できる。
【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】第１実施形態におけるＶＴＣ位相検出値設定のフローチャート。
【図３】第１実施形態におけるＶＴＣ位相検出値の説明図。
【図４】第２実施形態におけるＶＴＣ位相検出値設定のフローチャート。
【図５】第２実施形態におけるＶＴＣ位相検出値の説明図。
【図６】第２実施形態におけるＶＴＣ位相検出値設定のフローチャート。
【図７】シリンダ吸入空気量算出の制御ブロック図。
【図８】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９】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１０】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１１】連続計算部のブロック図。
【図１２】後処理ルーチンのフローチャート。
【図１３】後処理ルーチンの他の例のフローチャート。
【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 (8)
- クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
カム軸回転位相が検出されない状態では、エンジン温度に基づいて設定される所定時間が経過するまでの間、直前に検出したカム軸回転位相を保持して検出値とし、所定時間経過後は、カム軸回転位相の制御目標値を検出値とすることを特徴とするエンジンのカム軸回転位相検出装置。 - 前記所定時間経過後のカム軸回転位相の制御目標値が、カム軸回転位相の最遅角位置であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのカム軸回転位相検出装置。
- クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
カム軸回転位相が検出されない状態では、直前に検出したカム軸回転位相をエンジン温度と経過時間とに基づいて補正し、該補正後のカム軸回転位相を検出値とすることを特徴とするエンジンのカム軸回転位相検出装置。 - 前記エンジン温度として、水温又は油温を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のエンジンのカム軸回転位相検出装置。
- 前記カム軸回転位相が検出されない状態が、エンジン停止状態であ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カム軸回転位相検出装置。
- 油圧によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのカム軸回転位相検出装置であって、
エンジン回転速度が所定値より低下した場合には、直前に検出したカム軸回転位相を検出値とすることを特徴とするエンジンのカム軸回転位相検出装置。 - 前記請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のエンジンのカム軸回転位相検出装置によるカム軸回転位相検出値を用いてシリンダ吸入空気量を算出することを特徴とするエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記カム軸回転位相検出装置からの出力に基づいて吸気弁及び排気弁の開閉時期を検出し、
吸気弁の閉時期から算出するシリンダ容積と、吸気弁及び排気弁の開閉時期に応じた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への質量空気の流入、流出量の収支計算を行って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と、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ことを特徴とする請求項７に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
Priority Applications (4)
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