JPH07301144A - 内燃機関の吸入空気量演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関に
おいて、吸気バルブの閉じタイミングの変化や、バルブ
オーバラップの変化にともない充填効率が変動しても、
バルブの任意の開閉タイミングでの充填効率に応じた吸
入空気量を演算する。 【構成】可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）４６は、
クランクシャフト７の回転に対する吸気側カムシャフト
１３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１
１の開閉タイミング（バルブタイミング）を連続的に変
化させる。電子制御装置（ＥＣＵ）９１のＣＰＵは、回
転速度センサ４０によるエンジン回転速度と、吸気圧セ
ンサ３７による吸気圧と、カム角センサ４２による回転
位相（変位角）とに基づき新気の充填効率を求める。Ｃ
ＰＵは充填効率と吸気圧とに基づき、吸気通路２３を流
通して燃焼室８へ導入される吸入空気の量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の気筒に導入さ
れる吸入空気の量を演算するための吸入空気量演算装置
に係り、より詳しくは、吸気バルブ及び排気バルブの少
なくとも一方の開閉タイミング（バルブタイミング）を
連続的に変化させるための可変バルブタイミング機構を
備えた内燃機関の吸入空気量演算装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、可変バルブタイミング機構を備え
たエンジンの燃料噴射量制御に関する技術として、例え
ば特開平３−３９１０号公報に開示されたものがある。
この可変バルブタイミング機構は、吸気バルブ及び排気
バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを、エンジン
の低回転領域に適した低速タイミングと、高回転領域に
適した高速タイミングとに選択的に切換え可能にしたも
のである。

【０００３】そして、上記公報の技術では、選択されて
いるバルブタイミングでのエンジンの出力トルクと、切
換えの対象となるバルブタイミングでの出力トルクとが
ほぼ一致した時点でバルブタイミングが切換えられるよ
うになっている。すなわち、低速タイミングが採られた
ときのエンジンの出力トルクを図１６において特性線Ｌ
１で示し、高速タイミングが採られたときの出力トルク
を同図の特性線Ｌ２で示すと、両出力トルクが一致する
時点（図１６のＮＥ１）でバルブタイミングが切換えら
れる。

【０００４】この切換えのために、特性線Ｌ３で示され
る低速タイミング用の噴射量マップと、特性線Ｌ４で示
される高速タイミング用の噴射量マップとが予め作成さ
れている。この作成にあたっては、エンジンの出力トル
クが吸入空気量に対応することや、その吸入空気量に基
づき燃料噴射量が決定されること等が考慮されている。
より詳しくは、バルブタイミング毎に、エンジンの回転
速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭに対応する吸入空気量が予め実
験により求められ、混合気の空燃比（空気と燃料の重量
比）を所定値とするのに必要な、前記吸入空気量に応じ
た噴射量が設定されている。そして、両噴射量マップ上
のエンジン回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭに応じた噴射量
がほぼ一致する時点（ＮＥ１）で、バルブタイミングが
切換えられる。その結果、吸・排気バルブのタイミング
切換え時のトルク変動にともなうショックが低減され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、任意のタイ
ミングでバルブタイミングを設定できる機構を有するエ
ンジンでは、吸入空気量との間に密接な関係を有する充
填効率が、エンジンの運転状態に応じて変化する。充填
効率は、各気筒に導入される吸入空気の実際の重量と、
大気の標準状態にて各気筒に導入される吸入空気の重量
との比であり、例えば吸気バルブの閉じタイミングや、
吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁している期間
（バルブオーバラップ）の大きさに応じて種々の値を採
る。また、この充填効率には、燃焼室内の燃焼ガスの一
部が混合気に混入する現象（内部ＥＧＲ、ＥＧＲはExha
ust Gas Recirculation の略である）も関与している。
しかも、この内部ＥＧＲの量は、排気通路の排気バルブ
下流での圧力（大気圧に近似）や吸気圧等から影響を受
ける。

【０００６】このため、上記充填効率の変化を考慮せ
ず、単に低速タイミング用の噴射量マップと高速タイミ
ング用の噴射量マップとを切換えるだけでは、内燃機関
の全運転領域にわたって精度の高い噴射量制御を行うこ
とが困難である。

【０００７】従って、本発明は上記の様々な条件により
変化する内燃機関の充填効率及び吸入空気量を精度よく
求め、精度の高いエンジン制御を可能とすることを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の第１の発明は、図１に示すように、
燃料及び空気からなる混合気が燃焼される気筒Ｍ２と、
前記気筒Ｍ２へ空気を導くための吸気通路Ｍ３を所定の
タイミングで開閉する吸気バルブＭ４と、クランクシャ
フトＭ５の回転により作動して、前記吸気バルブＭ４を
駆動する吸気バルブ駆動機構Ｍ６と、前記気筒Ｍ２での
混合気の燃焼により生じたガスを排出するための排気通
路Ｍ７を所定のタイミングで開閉する排気バルブＭ８
と、前記クランクシャフトＭ５の回転により作動し、前
記排気バルブＭ８を駆動する排気バルブ駆動機構Ｍ９
と、少なくとも一方のバルブ駆動機構Ｍ６，Ｍ９のクラ
ンクシャフトＭ５の回転に対する作動タイミングを変化
させることにより、吸気バルブＭ４及び排気バルブＭ８
の少なくとも一方の開閉タイミングを連続的に変化させ
るための可変バルブタイミング手段Ｍ１０とを備えた内
燃機関Ｍ１に用いられるものであって、前記クランクシ
ャフトＭ５の回転速度を検出する回転速度検出手段Ｍ１
１と、前記吸気通路Ｍ３内の吸気圧を検出する吸気圧検
出手段Ｍ１２と、前記可変バルブタイミング手段Ｍ１０
により開閉タイミングが調整される側のバルブ駆動機構
Ｍ６，Ｍ９の作動タイミングを検出するタイミング検出
手段Ｍ１３と、少なくとも前記回転速度検出手段Ｍ１１
による回転速度、前記吸気圧検出手段Ｍ１２による吸気
圧、及びタイミング検出手段Ｍ１３による作動タイミン
グに基づき、気筒Ｍ２に導入される吸入空気の実際の重
量と、大気の所定の状態にて気筒Ｍ２に導入される吸入
空気の重量との比である充填効率又はその充填効率に相
関した相関値を演算する充填効率演算手段Ｍ１４と、前
記充填効率演算手段Ｍ１４による充填効率又はその相関
値、及び前記吸気圧検出手段Ｍ１２による吸気圧に基づ
き、前記気筒Ｍ２への吸入空気量を求める吸入空気量演
算手段Ｍ１５とを備えている。

【０００９】請求項２に記載の第２の発明は第１の発明
の構成に加え、前記吸気バルブＭ４及び排気バルブＭ８
がともに開弁するバルブオーバラップ時において、気筒
Ｍ２内の燃焼ガスが吸気圧と排気通路Ｍ７における排気
バルブＭ８下流の背圧とにより吸気通路Ｍ３へ戻された
ときの充填効率を得るべく、前記充填効率演算手段Ｍ１
４は、回転速度、吸気圧、背圧に関連する大気圧、及び
作動タイミングに基づき充填効率を求めるものである。

【００１０】請求項３に記載の第３の発明は第２の発明
の構成に加え、前記バルブオーバラップ時に排気通路Ｍ
７に一旦排出された燃焼ガスが、前記背圧と吸気圧との
差圧により吸気通路Ｍ３へ戻されたときの充填効率を得
るべく、前記充填効率演算手段Ｍ１４は、回転速度、背
圧に相当する大気圧と吸気圧との差圧、及び作動タイミ
ングに基づき充填効率を求めるものである。

【００１１】請求項４に記載の第４の発明は第２の発明
の構成に加え、前記バルブオーバラップ時に気筒Ｍ２内
の燃焼ガスが圧力変化をともないながら吸気通路Ｍ３へ
戻されたときの充填効率を得るべく、前記充填効率演算
手段Ｍ１４は、回転速度、吸気圧と大気圧との比、及び
作動タイミングに基づき充填効率を求めるものである。

【００１２】請求項５に記載の第５の発明は第２の発明
の構成に加え、前記充填効率演算手段Ｍ１４は、内燃機
関Ｍ１の運転状態を、前記バルブオーバラップ時に排気
通路Ｍ７に一旦排出された燃焼ガスが、前記背圧と吸気
圧との差圧により吸気通路Ｍ３へ戻され、かつ次回燃焼
予定の混合気に混入される第１の領域と、前記バルブオ
ーバラップ時に圧力変化をともないながら気筒Ｍ２から
吸気通路Ｍ３へ戻された燃焼ガスが次回燃焼予定の混合
気に混入される第２の領域とに区分し、そのときの運転
状態が前記第１の領域に属するときには回転速度、大気
圧と吸気圧との差圧、及び作動タイミングに基づき充填
効率を求め、運転状態が前記第２の領域に属するときに
は回転速度、吸気圧と大気圧との比、及び作動タイミン
グに基づき充填効率を求めるものである。

【００１３】請求項６に記載の第６の発明は第１の発明
の構成に加え、前記可変バルブタイミング手段Ｍ１０
は、第１の位置と第２の位置との間を移動するタイミン
グ調整部材Ｍ１０ａを備え、その第１の位置は前記バル
ブＭ４，Ｍ８の開閉タイミングが最も遅くなるときのバ
ルブ駆動機構Ｍ６，Ｍ９の第１の作動タイミングに対応
し、前記第２の位置は前記開閉タイミングが最も早くな
るときのバルブ駆動機構Ｍ６，Ｍ９の第２の作動タイミ
ングに対応するものであり、前記可変バルブタイミング
手段Ｍ１０は前記内燃機関Ｍ１の運転状態に応じた目標
作動タイミングを生成し、その目標作動タイミングが前
記第１及び第２の作動タイミングのいずれか一方に設定
されたときのその目標作動タイミングと、前記タイミン
グ検出手段Ｍ１３による実際の作動タイミングとの偏差
を求め、同偏差により前記タイミング検出手段Ｍ１３に
よる作動タイミングを補正し、補正後の作動タイミング
と前記目標作動タイミングとが一致するように前記タイ
ミング調整部材Ｍ１０ａの位置を調整するようにしたも
のであり、前記充填効率演算手段Ｍ１４は前記補正後の
作動タイミングを用いて充填効率を演算するものであ
る。

【００１４】

【作用】第１の発明においては、図１に示すように、ク
ランクシャフトＭ５の回転により吸気バルブ駆動機構Ｍ
６が作動し、吸気バルブＭ４を駆動する。同様に、クラ
ンクシャフトＭ５の回転により排気バルブ駆動機構Ｍ９
が作動し、排気バルブＭ８を駆動する。吸気バルブＭ４
により吸気通路Ｍ３が開放されたとき、内燃機関Ｍ１の
外部の空気が吸気通路Ｍ３を流通して気筒Ｍ２に導かれ
る。この空気と燃料とからなる混合気は気筒Ｍ２内で燃
焼される。燃焼により生じたガスは、排気バルブＭ８が
開放されたとき、排気通路Ｍ７を流通して内燃機関Ｍ１
の外部へ導かれる。

【００１５】吸気バルブＭ４及び排気バルブＭ８の少な
くとも一方の開閉タイミングは、可変バルブタイミング
手段Ｍ１０により連続的に変更可能である。この変更に
際しては、クランクシャフトＭ５に対する少なくとも一
方のバルブ駆動機構Ｍ６，Ｍ９の作動タイミングが変更
される。

【００１６】前記のようにバルブＭ４，Ｍ８の開閉タイ
ミングを連続的に変更可能にした内燃機関Ｍ１では、吸
気バルブＭ４の閉じタイミングの変化や、両バルブＭ
４，Ｍ８がともに開弁している期間（バルブオーバラッ
プ）の変化にともない充填効率も変動する。充填効率
は、気筒Ｍ２に導入される吸入空気の実際の重量と、大
気の所定の状態にて気筒Ｍ２に導入される吸入空気の重
量との比である。そのため、充填効率を考慮せずに他の
パラメータのみで吸入空気量を求めようとすると、その
充填効率の変化に起因する吸入空気量のばらつきを吸収
することが困難である。

【００１７】これに対し第１の発明では、クランクシャ
フトＭ５の回転速度が回転速度検出手段Ｍ１１によって
検出され、吸気通路Ｍ３内の吸気圧が吸気圧検出手段Ｍ
１２によって検出される。可変バルブタイミング手段Ｍ
１０により開閉タイミングが調整される側のバルブ駆動
機構Ｍ６，Ｍ９の作動タイミングが、タイミング検出手
段Ｍ１３によって検出される。なお、この作動タイミン
グとして、基準に対してのバルブの開閉タイミングを検
出してもよい。少なくとも回転速度、吸気圧及び作動タ
イミングに基づき、充填効率又はその充填効率に相関し
た相関値が充填効率演算手段Ｍ１４によって求められ
る。

【００１８】このように充填効率又はその相関値の演算
に際し、回転速度及び吸気圧に加え、クランクシャフト
Ｍ５に対するバルブ駆動機構Ｍ６，Ｍ９の実際の作動タ
イミングが用いられる。この作動タイミングは、可変バ
ルブタイミング手段Ｍ１０の駆動に直接関与するパラメ
ータである。この作動タイミングがパラメータとして加
えられることにより、吸気バルブＭ４の閉じタイミング
の変化や、バルブオーバラップの変化にともない充填効
率が変動しても、その充填効率又はその相関値が精度良
く求められる。

【００１９】そして、この充填効率（又はその相関値）
及び吸気圧に基づき、気筒Ｍ２への吸入空気量が吸入空
気量演算手段Ｍ１５によって求められる。その結果、充
填効率の変化に起因する吸入空気量のばらつきが吸収さ
れ、バルブＭ４，Ｍ８の任意の開閉タイミングでの充填
効率に応じた吸入空気量の演算が可能となる。

【００２０】ところで、燃焼により気筒Ｍ２内で生じた
不活性なガス（燃焼ガス）は、その全部が内燃機関Ｍ１
の外部へ排出されるのではなく、実際には一部が気筒Ｍ
２内に残る。この燃焼ガスは、バルブオーバラップ時に
吸気通路Ｍ３へ戻され、次回に燃焼される予定の混合気
に混入した後、再び気筒Ｍ２に導入され、いわゆる内部
ＥＧＲとして作用する。すなわち、燃焼ガスの有する熱
容量により混合気の最高燃焼温度が下げられ、窒素酸化
物（ＮＯｘ）等の発生が抑制される。この内部ＥＧＲの
量は、バルブオーバラップの変化にともなって変化す
る。

【００２１】反面、内部ＥＧＲの量が増加すると、これ
の吸入空気量に占める割合が大きくなり、吸入空気量
と、内部ＥＧＲを除いた真の空気（新気）の量との間に
大きな誤差が生じてしまう。そのため、充填効率の算出
に際しては、内部ＥＧＲの量を考慮することが重要であ
る。

【００２２】ここで、内部ＥＧＲの発生には、吸気圧と
排気通路Ｍ７の排気バルブＭ８下流での背圧とが関係し
ている。また、この背圧の大きさと大気圧との間には相
関関係が見られる。このような観点から、第２の発明で
は充填効率演算手段Ｍ１４による充填効率の演算に際
し、回転速度、吸気圧及び作動タイミングに大気圧がパ
ラメータとして加えられる。従って、このパラメータの
追加により内部ＥＧＲを考慮した充填効率が得られる。

【００２３】特に、クランクシャフトＭ５の回転速度が
低くバルブオーバラップが大きい場合には、背圧と大気
圧とがほぼ等しくなる傾向にある。また、気筒Ｍ２から
排気通路Ｍ７へ一旦排出された燃焼ガスの一部が、バル
ブオーバラップ時の背圧（大気圧）と吸気圧との差圧に
よって、気筒Ｍ２や吸気通路Ｍ３側へ吹き返される。従
って、内部ＥＧＲの量は、大気圧と吸気圧との差圧から
大きく影響を受けるものと考えられる。

【００２４】このような観点から、第３の発明では充填
効率演算手段Ｍ１４による充填効率の演算に際し、回転
速度及び作動タイミングに、大気圧と吸気圧との差圧が
パラメータとして加えられる。従って、このパラメータ
の追加により、回転速度が低く、かつバルブオーバラッ
プが大きな領域等の特定の領域では、内部ＥＧＲを考慮
した充填効率が得られる。

【００２５】また、上記の特定以外の領域では、排気行
程で吸気バルブＭ４が開弁した瞬間に、気筒Ｍ２内の燃
焼ガスが吸気通路Ｍ３へ戻され、吸気行程で再吸入され
る。吸気バルブＭ４が開弁した瞬間（バルブオーバラッ
プ開始時）の気筒Ｍ２内の燃焼ガスの圧力は、大気圧に
ほぼ等しい。この燃焼ガスの圧力は、気筒Ｍ２で再吸入
される際に大気圧から吸気圧に転ずる。従って、内部Ｅ
ＧＲの量は、この圧力変化から大きく影響を受けるもの
と考えられる。

【００２６】このような観点から、第４の発明では充填
効率演算手段Ｍ１４による充填効率の演算に際し、回転
速度及び作動タイミングに、吸気圧と大気圧との比がパ
ラメータとして加えられる。従って、このパラメータの
追加により、上記特定領域以外での領域（回転速度が高
く、バルブオーバラップが小さな領域等）では、内部Ｅ
ＧＲを考慮した充填効率が得られる。

【００２７】第５の発明においては、充填効率演算手段
Ｍ１４により、内燃機関Ｍ１の運転状態が２つの領域
（第１の領域及び第２の領域）に区分される。第１の領
域は、バルブオーバラップ時に排気通路Ｍ７に一旦排出
された燃焼ガスが、前記背圧と吸気圧との差圧により吸
気通路Ｍ３へ戻され、次回燃焼予定の混合気に混入され
る領域である。第２の領域は、前記バルブオーバラップ
時に圧力変化をともないながら気筒Ｍ２から吸気通路Ｍ
３へ戻された燃焼ガスが次回燃焼予定の混合気に混入さ
れる領域である。

【００２８】内燃機関Ｍ１の運転状態が前記第１の領域
に属するときには、充填効率演算手段Ｍ１４により、回
転速度、大気圧と吸気圧との差圧、及び作動タイミング
に基づき充填効率が求められる。また、前記運転状態が
前記第２の領域に属するときには、充填効率演算手段Ｍ
１４により、回転速度、吸気圧と大気圧との比、及び作
動タイミングに基づき充填効率が求められる。

【００２９】従って、内部ＥＧＲの量は内燃機関Ｍ１の
運転状態に応じて変化するが、その運転状態毎に内部Ｅ
ＧＲの量を考慮した充填効率が適正に求められる。この
ため、内部ＥＧＲの量に応じた吸入空気量を全運転領域
にわたり精度良く演算することが可能となる。

【００３０】第６の発明においては、可変バルブタイミ
ング手段Ｍ１０のタイミング調整部材Ｍ１０ａが第１の
位置と第２の位置との間で移動することにより、バルブ
Ｍ４，Ｍ８の開閉タイミングが調整される。すなわち、
タイミング調整部材Ｍ１０ａが第１の位置へ移動する
と、バルブ駆動機構Ｍ６，Ｍ９が第１の作動タイミング
を採り、バルブＭ４，Ｍ８の開閉タイミングが最も遅く
なる。タイミング調整部材Ｍ１０ａが第２の位置へ移動
すると、バルブ駆動機構Ｍ６，Ｍ９が第２の作動タイミ
ングを採り、前記開閉タイミングが最も早くなる。

【００３１】このようなタイミング調整部材Ｍ１０ａの
位置調整に際し、可変バルブタイミング手段Ｍ１０は内
燃機関Ｍ１の運転状態に応じた目標作動タイミングを生
成する。同手段Ｍ１０は、その目標作動タイミングが前
記第１及び第２の作動タイミングのいずれか一方に設定
されたときのその目標作動タイミングと、前記タイミン
グ検出手段Ｍ１３による実際の作動タイミングとの偏差
を求め、同偏差により前記タイミング検出手段Ｍ１３に
よる作動タイミングを補正する。

【００３２】従って、タイミング検出手段Ｍ１３の取付
け位置のばらつきや、経時変化等があり、目標作動タイ
ミングと実際の作動タイミングとの間にずれが生じたと
しても、そのずれは前記補正によって吸収される。換言
すると、補正後の作動タイミングは、前記ばらつき、経
時変化等の影響を排除した精度の高いものとなる。そし
て、可変バルブタイミング手段Ｍ１０は、補正後の作動
タイミングと前記目標作動タイミングとが一致するよう
に前記タイミング調整部材Ｍ１０ａの位置を調整する。

【００３３】一方、充填効率演算手段Ｍ１４は上述した
精度の高い補正後の作動タイミングを用いて充填効率を
演算する。吸入空気量演算手段Ｍ１５はこの充填効率及
び吸気圧に基づき、気筒Ｍ２への吸入空気量を求める。
従って、得られる充填効率及び吸入空気量は精度の高い
値となる。

【００３４】

【実施例】

（第１実施例）以下、第１〜第３の発明を具体化した第
１実施例を図２〜図１２に従って説明する。

【００３５】図２に示すように、車両には内燃機関とし
ての４サイクル多気筒ガソリンエンジン（以下、単にエ
ンジンという）１が搭載されている。エンジン１はシリ
ンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シ
リンダブロック２には、上下方向へ延びる複数の気筒
（シリンダ）４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリン
ダ４内にピストン５が往復動可能に収容されている。各
ピストン５は、コネクティングロッド６を介しクランク
シャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動
はコネクティングロッド６によって回転運動に変換され
た後、クランクシャフト７に伝達される。

【００３６】シリンダブロック２及びシリンダヘッド３
間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となってい
る。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８
とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそれ
ぞれ設けられている。これらのポート９，１０を開閉す
るために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及び排
気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支
持されている。また、シリンダヘッド３において、吸気
バルブ１１の上方には、これを開閉駆動するための吸気
バルブ駆動機構としての吸気側カムシャフト１３が回転
可能に設けられている。排気バルブ１２の上方には、こ
れを開閉駆動するための排気バルブ駆動機構としての排
気側カムシャフト１４が回転可能に設けられている。各
カムシャフト１３，１４の端部に設けられたタイミング
プーリ１５，１６は、タイミングベルト１７によりクラ
ンクシャフト７に駆動連結されている。

【００３７】そして、クランクシャフト７が回転される
と、その回転がタイミングベルト１７を介して両タイミ
ングプーリ１５，１６に伝達される。タイミングプーリ
１５の回転にともない吸気側カムシャフト１３が回転す
ると、その回転により吸気バルブ１１が往復動し、吸気
ポート９が開閉される。また、タイミングプーリ１６の
回転にともない排気側カムシャフト１４が回転すると、
その回転により排気バルブ１２が往復動し、排気ポート
１０が開閉される。

【００３８】吸気ポート９には、エアクリーナ１８、ス
ロットルバルブ１９、サージタンク２１、吸気マニホル
ド２２等を備えた吸気通路２３が接続されている。エン
ジン１外部の空気（外気）は、吸気通路２３の各部材１
８，１９，２１，２２を順に通過して燃焼室８に取り込
まれる。

【００３９】スロットルバルブ１９は軸２４により吸気
通路２３に回動可能に設けられている。軸２４はワイヤ
等を介して運転席のアクセルペダル（図示しない）に連
結されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み
操作に連動してスロットルバルブ１９と一体で回動され
る。この際のスロットルバルブ１９の傾斜角度に応じ
て、吸気通路２３を流れる空気の量（吸入空気量）が決
定される。サージタンク２１は吸入空気の脈動（圧力振
動）を平滑化させるためのものである。

【００４０】吸気マニホルド２２には、各吸気ポート９
へ向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁（インジェク
タ）２５が取付けられている。そして、各インジェクタ
２５から噴射される燃料と吸気通路２３内を流れる空気
とからなる混合気は、各燃焼室８内へ導入される。この
混合気に着火するために、シリンダヘッド３には点火プ
ラグ２６が取付けられている。点火プラグ２６はディス
トリビュータ２７によって分配された点火信号に基づい
て駆動される。ディストリビュータ２７は、イグナイタ
２８から出力される高電圧をクランクシャフト７の回転
角（クランク角）に同期して点火プラグ２６に分配す
る。そして、燃焼室８内へ導入された混合気は点火プラ
グ２６の点火によって爆発・燃焼される。この際に生じ
た高温高圧の燃焼ガスによりピストン５が往復動し、ク
ランクシャフト７が回転駆動され、エンジン１の駆動力
が得られる。

【００４１】排気ポート１０には、排気マニホルド２
９、触媒コンバータ３１等を備えた排気通路３２が接続
されている。燃焼室８で生じた燃焼ガスは、排気通路３
２の各部材２９，３１を順に通ってエンジン１外部へ排
出される。触媒コンバータ３１には、排気通路３２を流
れる燃焼ガス（排気ガス）を浄化するための三元触媒３
３が内蔵されている。

【００４２】上記エンジン１においては、混合気が燃焼
室８内に吸入されて燃焼ガスが排出されるまでの期間
（１サイクル）に、ピストン５が２往復してクランクシ
ャフト７が２回転する。このサイクルは、吸入行程、圧
縮行程、爆発行程及び排気行程の４つの行程からなる。
吸入行程では、ピストン５の下降運動により燃焼室８内
に負圧が発生し、この負圧により燃焼室８内に混合気が
吸入される。圧縮行程では、ピストン５が上昇運動し、
混合気が圧縮される。爆発行程では、圧縮された混合気
に点火されて爆発・燃焼が行われ、その際に発生する圧
力によりピストン５が押し下げられる。排気行程では押
し下げられたピストン５が上昇し、燃焼ガスが燃焼室８
外へ排出される。

【００４３】前記エンジン１の運転状態を検出するため
に各種センサが用いられている。シリンダブロック２に
は、エンジン１の冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検
出するための水温センサ３４が設けられている。吸気通
路２３においてエアクリーナ１８の近傍には、吸入空気
の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出するための吸気温センサ
３５が設けられている。吸気通路２３において、スロッ
トルバルブ１９の近傍には、その軸２４の回動角度（ス
ロットル開度ＴＡ）を検出するためのスロットルセンサ
３６が設けられている。サージタンク２１には、吸気通
路２３内の圧力を検出するために、吸気圧検出手段とし
ての半導体式の吸気圧センサ３７が取付けられている。
吸気圧センサ３７は真空を基準とした場合のサージタン
ク２１内の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出する。車室内には
大気圧（絶対圧）ＰＡを検出するための半導体式の大気
圧センサ３８が設けられている。排気通路３２の途中に
は、排気ガス中の残存酸素濃度を検出するための酸素セ
ンサ３９が設けられている。

【００４４】ディストリビュータ２７内には回転速度セ
ンサ４０が設けられている。同センサ４０は、回転速度
検出手段の一部、及びタイミング検出手段の一部をそれ
ぞれ構成している。回転速度センサ４０は、クランクシ
ャフト７の回転に同期して回転するロータと、その近傍
に対向配置された電磁ピックアップとを備えている。ロ
ータは円盤状の磁性体からなり、自身の外周に多数の歯
を有している。電磁ピックアップはクランクシャフト７
の回転にともない、ロータが回転して歯がその電磁ピッ
クアップの前方を通過する毎にパルス状の回転速度信号
ＳＧ１を出力する。

【００４５】また、ディストリビュータ２７内には、前
記ロータの回転からクランク角の基準位置を所定の割合
で検出するための気筒判別センサ４１が設けられてい
る。さらに、吸気側カムシャフト１３とタイミングプー
リ１５との間には、可変バルブタイミング手段の一部を
構成する可変バルブタイミング機構（以下単に「ＶＶ
Ｔ」という）４６が設けられている。ＶＶＴ４６は、タ
イミングプーリ１５（クランクシャフト７）の回転に対
するカムシャフト１３の回転位相を変化させて、吸気バ
ルブ１１の開閉タイミングを連続的に変更するための機
構であり、油圧により駆動される。

【００４６】次に、ＶＶＴ４６の構成を図３〜図６に従
って説明する。吸気側カムシャフト１３は、その外周に
設けられたジャーナル４７において、シリンダヘッド３
及びベアリングキャップ４８間で回転可能に支持されて
いる。吸気側カムシャフト１３の外周においてジャーナ
ル４７の前方（図３及び図５の左方）近傍には、タイミ
ングプーリ１５が相対回動可能に装着されている。タイ
ミングプーリ１５の外周には多数の外歯４９が形成さ
れ、ここにタイミングベルト１７が掛装されている。上
述したようにクランクシャフト７の回転は、このタイミ
ングベルト１７を介してタイミングプーリ１５に伝達さ
れる。

【００４７】吸気側カムシャフト１３の前端には、略円
筒状をなすインナキャップ５１が中空ボルト５２及びピ
ン５３により一体回転可能に取付けられている。タイミ
ングプーリ１５には、蓋５４を有するカバー５５が複数
本のボルト５６及びピン５７により一体回転可能に取付
けられている。このカバー５５により吸気側カムシャフ
ト１３の前端部及びインナキャップ５１の全体が覆われ
ている。

【００４８】タイミングプーリ１５及び吸気側カムシャ
フト１３は、カバー５５及びインナキャップ５１間に介
在された、タイミング調整部材としてのリングギヤ５８
によって連結されている。より詳述すると、リングギヤ
５８は略円環状をなし、タイミングプーリ１５、カバー
５５及びインナキャップ５１によって囲まれた空間Ｓ内
に収容されている。

【００４９】リングギヤ５８は、第１の位置と第２の位
置との間で往復動する。第１の位置は、吸気バルブ１１
の開閉タイミングが最も遅くなるときの吸気側カムシャ
フト１３の第１の作動タイミングに対応するものであ
り、リングギヤ５８がカバー５５に当接する位置であ
る。第１の作動タイミングは、クランクシャフト７に対
するカムシャフト１３の回転位相（角度）が最も遅くな
るとき（最遅角時）のタイミングである。第２の位置は
吸気バルブ１１の開閉タイミングが最も早くなるときの
カムシャフト１３の第２の作動タイミングに対応するも
のであり、リングギヤ５８がタイミングプーリ１５に当
接する位置である。第２の作動タイミングは、前記回転
位相が最も進められるとき（最進角時）のタイミングで
ある。

【００５０】リングギヤ５８の内外周には多数の歯５８
ａ，５８ｂが設けられている。これに対応して、インナ
キャップ５１の外周及びカバー５５の内周には多数の歯
５１ａ，５５ｂが設けられている。これらの歯５８ａ，
５８ｂ，５１ａ，５５ｂは、いずれも吸気側カムシャフ
ト１３の軸線に対し交差したヘリカル歯となっている。
そして、歯５１ａ，５８ａが互いに噛合し、歯５５ｂ，
５８ｂが互いに噛合している。

【００５１】これらの噛合により、タイミングプーリ１
５の回転は、カバー５５、リングギヤ５８、インナキャ
ップ５１を介して吸気側カムシャフト１３に伝達され
る。また、各歯５８ａ，５８ｂ，５１ａ，５５ｂがヘリ
カル歯であることから、リングギヤ５８が前後方向へ移
動すると、インナキャップ５１及びカバー５５に捩じり
力が付与され、その結果、吸気側カムシャフト１３がタ
イミングプーリ１５に対し相対回動する。

【００５２】空間Ｓにおいて、リングギヤ５８の前側は
第１の油圧室５９をなし、後側は第２の油圧室６１をな
している。各油圧室５９，６１に潤滑油による油圧を供
給するために、本実施例では図２に示すように、エンジ
ン１に既設のオイルポンプ６２が利用されている。オイ
ルポンプ６２はクランクシャフト７に駆動連結されてお
り、エンジン１の運転にともない作動してオイルパン６
３から潤滑油を吸引及び吐出する。吐出された潤滑油中
の異物、金属粉等はオイルフィルタ６４によって除去さ
れる。そして、オイルフィルタ６４を通過した潤滑油の
油圧が各油圧室５９，６１に供給される。

【００５３】図３及び図５に示すように、オイルポンプ
６２は第１の供給路により第１の油圧室５９に連通され
ている。より詳述すると、シリンダヘッド３及びベアリ
ングキャップ４８には、上下方向へ延びるヘッド油路６
６が形成されている。ベアリングキャップ４８には、ヘ
ッド油路６６と平行に油孔６７が形成されている。吸気
側カムシャフト１３のジャーナル４７において油孔６７
と対応する箇所には、ジャーナル溝６８が全周にわたっ
て形成されている。

【００５４】吸気側カムシャフト１３にはその軸線に沿
って延びるシャフト油路６９が形成されている。シャフ
ト油路６９は、その途中に配置されたボール７１により
前後に区画されている。カムシャフト１３には、ジャー
ナル溝６８及びシャフト油路６９を連通させる油孔７２
が貫設されている。シャフト油路６９の前側は、中空ボ
ルト５２の中心孔５２ａを通じて第１の油圧室５９に連
通されている。そして、前述したヘッド油路６６、油孔
６７、ジャーナル溝６８、油孔７２、シャフト油路６９
及び中心孔５２ａにより第１の供給路が構成されてい
る。

【００５５】オイルポンプ６２は第２の供給路により第
２の油圧室６１に連通されている。すなわち、ベアリン
グキャップ４８には、油孔６７と平行に油孔７４が形成
されている。吸気側カムシャフト１３のジャーナル４７
において油孔７４と対応する箇所には、ジャーナル溝７
５が全周にわたって形成されている。吸気側カムシャフ
ト１３には、シャフト油路６９と平行にシャフト油路７
６が形成されている。シャフト油路７６の後端はジャー
ナル溝７５に接続され、前端は、吸気側カムシャフト１
３及びインナキャップ５１間に設けられた油孔７７を介
して第２の油圧室６１に接続されている。そして、前述
したヘッド油路６６、油孔７４、ジャーナル溝７５、シ
ャフト油路７６、油孔７７により第２の供給路が構成さ
れている。

【００５６】第１の供給路及び第２の供給路の途中に
は、各油圧室５９，６１に供給される油圧の大きさを調
整するために、電磁式のリニアソレノイドバルブ（ＬＳ
Ｖ）７８が設けられている。

【００５７】図３及び図４に示すように、ＬＳＶ７８の
ケーシング７９には、その内外を連通させる第１のポー
ト８１、第２のポート８２、第３のポート８３、第４の
ポート８４及び第５のポート８５がそれぞれ設けられて
いる。第１のポート８１は油孔６７に接続され、第２の
ポート８２は油孔７４に接続されている。第３及び第４
のポート８３，８４は、ベアリングキャップ４８に形成
された油孔８６を介してオイルパン６３に接続されてい
る。第５のポート８５は、ヘッド油路６６、オイルフィ
ルタ６４等を介してオイルポンプ６２に接続されてい
る。

【００５８】ケーシング７９の内部には、円筒状の４つ
の弁体８７ａを備えたスプール８７が往復動可能に収容
されている。スプール８７は、その両側に設けられたス
プリング８８及び電磁ソレノイド８９の作動により軸方
向へ移動される。

【００５９】例えば図６に示すように、スプール８７が
前方（図の左方）へ移動されると、第５のポート８５が
第１のポート８１に連通されるとともに、第２のポート
８２が第４のポート８４に連通される。これらの連通に
より、ヘッド油路６６に供給された油圧が、ＬＳＶ７８
から油孔６７、ジャーナル溝６８、油孔７２、シャフト
油路６９及び中心孔５２ａを通じて第１の油圧室５９に
供給される。この油圧がリングギヤ５８に前側から加え
られると、同リングギヤ５８が第２の油圧室６１内の潤
滑油に抗して後方へ移動しながら回動する。この回動を
ともなう移動により、インナキャップ５１及びカバー５
５に捩じり力が付与される。

【００６０】その結果、タイミングプーリ１５に対する
吸気側カムシャフト１３の回転位相が変えられ、吸気バ
ルブ１１の開閉タイミングが早められる。この現象をバ
ルブタイミングダイヤグラムを用いて説明すると、図８
（ｂ）に示すように、吸気バルブ１１の開弁期間が早め
られ、同バルブ１１と排気バルブ１２とがともに開いて
いる期間（バルブオーバラップ）が拡大される。リング
ギヤ５８の後方への移動はタイミングプーリ１５との当
接によって規制される。この規制によりリングギヤ５８
の移動が停止したとき（リングギヤ５８が第２の位置に
保持されたとき）、吸気バルブ１１の開弁期間が最も早
くなる。

【００６１】一方、図４に示すように、ＬＳＶ７８のス
プール８７が後方（図の右方）へ移動されると、第５の
ポート８５が第２のポート８２に連通されるとともに、
第１のポート８１が第３のポート８３に連通される。す
ると、ヘッド油路６６に供給された油圧が、ＬＳＶ７８
から油孔７４、ジャーナル溝７５、シャフト油路７６及
び油孔７７を通じて第２の油圧室６１に供給される。こ
の油圧がリングギヤ５８に後側から加えられることによ
り、同リングギヤ５８が第１の油圧室５９内の潤滑油に
抗して軸方向へ移動しながら回動する。この回動をとも
なう移動により、インナキャップ５１及びカバー５５に
捩じり力が付与される。

【００６２】その結果、タイミングプーリ１５に対する
吸気側カムシャフト１３の回転位相が変えられ、吸気バ
ルブ１１の開閉タイミングが遅らされる。この現象を図
８（ａ）を用いて説明すると、吸気バルブ１１の開弁期
間が遅らされバルブオーバラップが縮小される。リング
ギヤ５８の前方への移動はカバー５５との当接によって
規制される。この規制によりリングギヤ５８の移動が停
止したとき（リングギヤ５８が第１の位置に保持された
とき）、吸気バルブ１１の開弁期間が最も遅くなる。

【００６３】上記のようにＶＶＴ４６が構成されてお
り、同ＶＶＴ４６を作動させることにより、吸気バルブ
１１の開閉タイミング、ひいてはバルブオーバラップ
が、図８（ａ）に示す状態と、図８（ｂ）に示す状態と
の間で連続的に変更可能である。

【００６４】図２に示すように、シリンダヘッド３には
タイミング検出手段の一部を構成するカム角センサ４２
が設けられている。カム角センサ４２は、吸気側カムシ
ャフト１３上に一体回転可能に装着されたロータと、そ
の近傍に対向配置された電磁ピックアップとを備えてい
る。ロータは円盤状の磁性体からなり、自身の外周に複
数の歯を有している。電磁ピックアップはクランクシャ
フト７の回転にともない、ロータが回転して歯がその電
磁ピックアップの前方を通過する毎にパルス状のカム角
信号ＳＧ２を出力する。

【００６５】上述した各種センサ３４〜４２による検出
値に基づき各インジェクタ２５、イグナイタ２８及びＬ
ＳＶ７８を駆動制御するために、電子制御装置（以下単
に「ＥＣＵ」という）９１が用いられている。ＥＣＵ９
１は図７に示すように、中央処理装置（ＣＰＵ）９２、
読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）９３、ランダムアクセス
メモリ（ＲＡＭ）９４、バックアップＲＡＭ９５、外部
入力回路９６及び外部出力回路９７を備えている。これ
らの各部材９２〜９７は互いにバス９８によって接続さ
れている。

【００６６】ＲＯＭ９３は所定の制御プログラムや初期
データを予め記憶している。ＣＰＵ９２は、ＶＶＴ４６
とともに可変バルブタイミング手段を構成している。Ｃ
ＰＵ９２は、回転速度センサ４０及びカム角センサ４２
とともにタイミング検出手段を構成し、かつ充填効率演
算手段及び吸入空気量演算手段を構成している。ＣＰＵ
９２は、前記ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラム及
び初期データに従って各種演算処理を実行する。ＲＡＭ
９４はＣＰＵ９２による演算結果を一時的に記憶する。
バックアップＲＡＭ９５は、ＥＣＵ９１に対する電源供
給が停止された後にも、ＲＡＭ９４内の各種データを保
持するために、バッテリ（図示しない）によってバック
アップされている。

【００６７】外部入力回路９６には、前述した水温セン
サ３４、吸気温センサ３５、スロットルセンサ３６、吸
気圧センサ３７、大気圧センサ３８、酸素センサ３９、
回転速度センサ４０、気筒判別センサ４１及びカム角セ
ンサ４２がそれぞれ接続されている。一方、外部出力回
路９７には、各インジェクタ２５、イグナイタ２８及び
ＬＳＶ７８がそれぞれ接続されている。

【００６８】そして、ＣＰＵ９２は外部入力回路９６を
介して入力される各センサ３４〜４２の検出信号を入力
値として読み込む。また、ＣＰＵ９２はその入力値に基
づき、エンジン回転速度ＮＥ、変位角θ等を算出する。
そして、ＣＰＵ９２はこれらの算出値に基づき各インジ
ェクタ２５、イグナイタ２８及びＬＳＶ７８の作動を制
御し、燃料噴射量制御、点火時期制御、バルブタイミン
グ制御等を実行する。

【００６９】例えば、ＣＰＵ９２は、回転速度センサ４
０が出力する回転速度信号ＳＧ１の発生間隔（時間）を
計測することによりエンジン回転速度ＮＥを演算する。
ＣＰＵ９２は、カム角信号ＳＧ２の発生時の回転速度信
号ＳＧ１と、予め設定された回転速度信号とに基づきカ
ムシャフト１３の回転位相（変位角θ）を演算する。こ
の変位角θは、吸気バルブ１１の開閉タイミングの調整
のためにＶＶＴ４６により変更される吸気側カムシャフ
ト１３の作動タイミングに相当する。

【００７０】点火時期制御のために、ＲＯＭ９３には、
エンジン１の運転状態に応じた最適な点火時期が予め記
憶されている。ＣＰＵ９２は各センサからの検出信号に
よりエンジン１の運転状態（エンジン回転速度、吸気
圧、暖機状態等）を検知し、ＲＯＭ９３内のデータを参
照して最適な点火時期を割出し、イグナイタ２８に一次
電流の遮断信号を出力して点火時期を制御する。

【００７１】また、バルブタイミング制御のためにＣＰ
Ｕ９２はセンサ３６，４０，４２等によるスロットル開
度ＴＡ、エンジン回転速度ＮＥ、変位角θ等をそれぞれ
読み込む。ＣＰＵ９２は予め用意された制御マップを用
い、前記スロットル開度ＴＡ、エンジン回転速度ＮＥ等
に基づき目標変位角θＶＴＡを算出する。そして、ＣＰ
Ｕ９２は変位角θが目標変位角θＶＴＡに合致するよう
に、ＬＳＶ７８の開度をフィードバック制御する。この
制御により、ＶＶＴ４６の両油圧室５９，６１へ供給さ
れる油圧が調整される。そして、吸気バルブ１１の開閉
タイミングがエンジン１の運転状態に応じて連続的に変
更され、もってバルブオーバラップが連続的に調整され
る。

【００７２】バルブオーバラップの調整により燃焼室８
での充填効率が必要に応じて高められる。充填効率は、
実際にシリンダ４に吸入された空気の重量と、標準大気
状態（２０℃、７６０mmHg、湿度６５％）のもとで行程
容積を占める空気の重量との比である。行程容積はピス
トン５が下死点から上死点に移動したときに排除する容
積である。この充填効率の増大により、特にエンジン１
の高負荷・高速域では、同エンジン１の出力増大を有効
に図ることが可能である。

【００７３】ところで、燃焼室８内で生じた不活性な燃
焼ガスは、その全部がエンジン１の外部へ排出されるの
ではなく、少なくとも一部が燃焼室８内に残る。この燃
焼ガスは、吸気バルブ１１の開弁時に吸気通路２３側へ
戻り、次回に燃焼される予定の混合気に混入した後、再
び燃焼室８に導入され、いわゆる内部ＥＧＲとして作用
する。すなわち、燃焼ガスの有する熱容量により混合気
の最高燃焼温度が下げられ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発
生が抑制される。この内部ＥＧＲの量は、バルブオーバ
ラップを変化させることにより調整可能である。従っ
て、ＶＶＴ４６によるバルブタイミングの調整にともな
いバルブオーバラップを適宜変更することが好ましい。

【００７４】反面、内部ＥＧＲの量が増加すると、それ
にともない内部ＥＧＲの吸入空気量に占める割合が大き
くなり、吸入空気量と、内部ＥＧＲを除いた空気（新
気）との間に大きな誤差が生じてしまう。そのため、吸
入空気量の算出に際しては、内部ＥＧＲの量を考慮する
ことが重要である。

【００７５】ここで、内部ＥＧＲの発生には、吸気圧Ｐ
Ｍと排気通路３２の排気バルブ１２下流での圧力（背
圧）ＰEXとが密接に関係している。また、この背圧の大
きさと大気圧との間には相関関係が見られる。特に、エ
ンジン回転速度ＮＥが低くバルブオーバラップが大きい
場合には、背圧ＰEXと大気圧ＰＡとがほぼ等しくなる。
燃焼室８から排気通路３２へ一旦排出された燃焼ガスの
一部が、バルブオーバラップ時の背圧ＰEX（≒ＰＡ）と
吸気圧ＰＭとの差圧によって、燃焼室８や吸気通路２３
側へ吹き返される。このため、内部ＥＧＲの量は、大気
圧ＰＡと吸気圧ＰＭとの差圧（ブースト圧Ｐｂ）から大
きく影響を受けるものと考えられる。従って、エンジン
回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭ及び変位角θに、大気圧ＰＡ
をパラメータとして加えれば、内部ＥＧＲの量を考慮し
た充填効率の演算が可能である。

【００７６】次に、前記のように構成された本実施例の
作用及び効果について説明する。図９に示すフローチャ
ートは、ＣＰＵ９２によって実行される各処理のうち、
吸気通路２３を流通して燃焼室８へ導かれる吸入空気の
量を求めるとともに、その吸入空気によって燃焼される
燃料の質量（燃料噴射量）を求めるためのルーチンであ
る。ここで、燃料噴射量はインジェクタ２５のニードル
バルブが開いている時間（噴射時間）、すなわち、ソレ
ノイドコイルへの通電時間によって決定される。そのた
め、図９のルーチンでは噴射量として噴射時間ＴＡＵを
算出するようにしている。

【００７７】ＣＰＵ９２はまずステップ１０１において
エンジン１の始動時であるか否かを判定する。この判定
条件は、例えば、スタータがオンされ、かつエンジン回
転速度ＮＥが所定値（例えば４００ｒｐｍ）以下のとき
成立する。この判定条件が成立していると、ＣＰＵ９２
はエンジン始動時であり吸入空気量の正確な検出が困難
であると判断し、ステップ１０２へ移行する。ステップ
１０２において、ＣＰＵ９２は水温センサ３４による冷
却水温ＴＨＷ、吸気温センサ３５による吸気温ＴＨＡ、
及び大気圧センサ３８による大気圧ＰＡに基づき、所定
のマップあるいは演算式により噴射時間ＴＡＵを算出す
る。噴射時間ＴＡＵを算出すると、ＣＰＵ９２はこのル
ーチンを一旦終了する。

【００７８】一方、ステップ１０１の判定条件が成立し
ていないと、ＣＰＵ９２はエンジン１の運転状態が始動
後の状態であると判断し、ステップ１０３においてエン
ジン回転速度ＮＥと変位角θとを読み込む。また、ＣＰ
Ｕ９２は大気圧センサ３８による大気圧ＰＡと吸気圧セ
ンサ３７による吸気圧ＰＭとをそれぞれ読み込み、両者
の偏差（ＰＡ−ＰＭ）を求め、これをブースト圧Ｐｂと
する。

【００７９】このブースト圧Ｐｂはエンジン１の負荷と
反比例する。例えば、スロットルバルブ１９により吸気
通路２３が閉塞されるアイドリング時（低負荷時）には
吸気圧ＰＭが低く、ブースト圧Ｐｂが大きくなる。ま
た、スロットルバルブ１９により吸気通路２３が大きく
開放される最大負荷時には吸気圧ＰＭが高く（大気圧Ｐ
Ａに近く）、ブースト圧Ｐｂが小さくなる。

【００８０】ＣＰＵ９２はこれらのエンジン回転速度Ｎ
Ｅ、ブースト圧Ｐｂ及び変位角θに基づき補正係数ＫＴ
Ｐを算出する。補正係数ＫＴＰは吸入空気量を求める際
に用いられる値であり、上記充填効率に相当する。補正
係数ＫＴＰの算出には図１０〜図１２に示す３次元マッ
プが用いられる。マップには、エンジン回転速度ＮＥ、
負荷、変位角θをパラメータとして補正係数ＫＴＰが予
め設定されている。

【００８１】以下に、上記３次元マップに書き込まれて
いる補正係数ＫＴＰの傾向について説明する。図１０は
エンジン回転速度ＮＥを一定にした場合の、負荷及び変
位角θに対する補正係数ＫＴＰを示している。負荷が小
さい（ブースト圧Ｐｂが大きい）場合、変位角θ（バル
ブオーバラップ）が大きくなるに従って内部ＥＧＲが増
加するため、急激に新気分が減少、すなわち、補正係数
ＫＴＰが低下する。なお、変位角θの小さい領域では、
変位角θが大きくなるに従い、一旦補正係数ＫＴＰが増
加している（新気分が増加している）。これは、バルブ
オーバラップが大きくなると、内部ＥＧＲの増量にとも
なう新気分の減少よりも、吸気バルブ１１の閉じ時期が
下死点に近づくことによる充填効率の増加が勝るためで
ある。

【００８２】負荷が大きい（ブースト圧Ｐｂが小さい）
場合には、変位角θが変化しても内部ＥＧＲ量はほとん
ど変化しない。これは、吸気圧と背圧とがほぼ等しく、
バルブオーバラップが大きくても排気の吹き返しがない
からである。このため、吸気慣性により補正係数ＫＴＰ
が変化する。すなわち、一般に、負荷大では低回転速度
域において変位角θが大きい（吸気バルブ１１が早いタ
イミングで閉じられる）場合、補正係数ＫＴＰは最大値
を採り、高回転速度域ではその逆となる（図１２参
照）。

【００８３】図１１及び図１２は変位角θを一定にした
場合の、負荷及びエンジン回転速度ＮＥに対する補正係
数ＫＴＰを示している。図１１は変位角θを小さな値に
設定した場合を示し、図１２は変位角θを図１１のそれ
よりも大きく設定した場合を示している。

【００８４】負荷が小さい（ブースト圧Ｐｂが大きい）
場合、同一変位角（同一バルブオーバラップ）では、エ
ンジン回転速度ＮＥが低いほどバルブオーバラップ時間
が長く、内部ＥＧＲ量が増加する。このため、補正係数
ＫＴＰは右上がりの特性線となる。さらに、変位角θが
大きい場合（図１２）には、変位角θが小さい場合（図
１１）よりも補正係数ＫＴＰが小さくなる。この現象は
図１０からもわかる。

【００８５】負荷が大きい（ブースト圧Ｐｂが小さい）
場合、先に述べたように変位角θによらず内部ＥＧＲ量
の変化が少ない。補正係数ＫＴＰに影響するのは主に吸
気慣性である。このため、変位角θの小さな場合（吸気
バルブ１１の閉じタイミングが遅い場合）には、エンジ
ン回転速度ＮＥが高くなるほど補正係数ＫＴＰが大きく
なる。変位角θの大きな場合（吸気バルブ１１の閉じタ
イミングが早い場合）には、エンジン回転速度ＮＥが高
くなるほど補正係数ＫＴＰが小さくなる。

【００８６】図１０〜図１２のマップからそのときの補
正係数ＫＴＰを決定すると、ＣＰＵ９２はステップ１０
４へ移行し、次式（１）に従って、１回の吸入行程でシ
リンダ４に充填される空気の質量ＧＮを演算する。

【００８７】 ＧＮ＝Ｋ1 ・ＰＭ・ＫＴＰ ……（１） ここで、Ｋ1 は吸気圧ＰＭで示される密度の新気を行程
容積分だけ吸入した場合において、その吸気圧ＰＭを空
気質量ＧＮに変換するための換算係数である。換言する
と、Ｋ1 はＫＴＰ＝１のときのＰＭとＧＮの換算係数で
あり、次式（２）で表される。

【００８８】 Ｋ1=（エンジン１回転当たりの行程容積）・（空気の比重）/760mmHg…（２） 次に、ＣＰＵ９２はステップ１０５において、次式
（３）に従って基本噴射時間ＴＰを算出する。

【００８９】 ＴＰ＝ＫINJ ・ＧＮ ……（３） 式（３）中のＫINJ は、空気質量ＧＮを基本噴射時間Ｔ
Ｐに変換する際に用いられる換算係数であり、インジェ
クタ２５から噴射される燃料の流量や、フュエルポンプ
からインジェクタ２５に供給される燃料の圧力等により
決まる。

【００９０】続いて、ＣＰＵ９２はステップ１０６にお
いて、次式（４）に従って噴射時間ＴＡＵを算出し、こ
のルーチンを一旦終了する。 ＴＡＵ＝ＴＰ・ＦＫ ……（４） 式（４）中のＦＫは各種係数の和や積により算出される
増減量補正係数である。各種係数としては、例えば吸気
温、暖機増量、始動後増量、出力増量、空燃比のフィー
ドバック制御等に関するものがある。吸気温に関する係
数は、吸気温による吸入空気の密度の差に起因して生ず
る混合気の空燃比（空気と燃料の重量比）のずれを補正
するためのものであり、吸気温ＴＨＡに基づき求められ
る。暖機増量に関する係数は、冷間時の運転性向上のた
めに基本噴射時間ＴＰを長くするためのものであり、冷
却水温ＴＨＷに基づき求められる。始動後増量に関する
係数は、エンジン始動直後のエンジン回転速度ＮＥを安
定させるためのものであり、冷却水温ＴＨＷに基づき求
められる。

【００９１】出力増量に関する係数は、エンジン１や触
媒コンバータ３１が過熱しやすい条件時に基本噴射時間
ＴＰを長くするためのものである。この補正により、エ
ンジン１の高負荷時の運転性が向上し、触媒温度の上昇
が抑制される。出力増量に関する係数は、吸気圧ＰＭ、
エンジン回転速度ＮＥ及びスロットル開度ＴＡに基づき
求められる。

【００９２】空燃比のフィードバック制御に関する係数
は、混合気の空燃比が理論空燃比となるよう基本噴射時
間ＴＰを補正するためのものである。理論空燃比は、燃
料を完全酸化させるのに必要な酸素量を過不足なく含ん
だ混合気の空燃比である。前記の補正のために、ＣＰＵ
９２は、酸素センサ３９の信号により、空燃比が理論空
燃比より濃い（リッチ）か薄い（リーン）かを判断す
る。ＣＰＵ９２はリッチの場合基本噴射時間ＴＰを短く
し、リーンの場合基本噴射時間ＴＰを長くする。

【００９３】このようにＣＰＵ９２は、充填効率（補正
係数ＫＴＰ）を演算する（ステップ１０３）ための充填
効率演算手段として機能する。また、ＣＰＵ９２は、そ
の補正係数ＫＴＰ及び吸気圧ＰＭに基づき吸入空気量
（空気質量ＧＮ）を演算する（ステップ１０４）ための
吸入空気量演算手段として機能する。

【００９４】ＣＰＵ９２は上記式（４）に従って噴射時
間ＴＡＵを算出すると、別途用意されたルーチンにおい
てその値ＴＡＵに応じた駆動信号を外部出力回路９７を
介してインジェクタ２５に出力する。この信号に応じイ
ンジェクタ２５の開弁時間が制御され、その時間に応じ
た量の燃料が同インジェクタ２５から噴射される。

【００９５】上記したように、補正係数ＫＴＰの演算処
理では、エンジン回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭに加え、
吸気側カムシャフト１３の変位角θが用いられる。この
変位角θはＶＶＴ４６の駆動に直接関与するパラメータ
である。この変位角θが加味されることにより、吸気バ
ルブ１１の閉じタイミングの変化や、バルブオーバラッ
プの変化にともない充填効率が変動しても、その充填効
率が精度良く求められる。このため、変位角θを用いず
単に低速タイミング用の噴射量マップと高速タイミング
用の噴射量マップとを切換える従来技術とは異なり、第
１実施例では充填効率の変化に起因する吸入空気量のば
らつきを吸収し、吸気バルブ１１の任意の開閉タイミン
グでの充填効率に応じた吸入空気量を演算することがで
きる。

【００９６】また、上記補正係数ＫＴＰの演算処理で
は、エンジン回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭ及び変位角θに
加え大気圧ＰＡが用いられている。この大気圧ＰＡは背
圧ＰEXと関連し、しかも吸気圧ＰＭとの関係において内
部ＥＧＲの発生に関与している。そのため、この大気圧
ＰＡが加味されることにより、内部ＥＧＲを考慮した吸
入空気量の演算が可能となる。特に、第１実施例ではエ
ンジン回転速度ＮＥ及び変位角θに、大気圧ＰＡと吸気
圧ＰＭとの差圧（ブースト圧Ｐｂ）がパラメータとして
加えられている。従って、エンジン回転速度ＮＥが低
く、かつバルブオーバラップが大きな領域では、内部Ｅ
ＧＲの量に応じた吸入空気量を正確に演算することがで
できる。すなわち、単に吸気通路２３の吸気圧ＰＭから
吸入空気量を求めると、その空気量は大気圧の影響を受
けたものとなるが、第１実施例では、この大気圧ＰＡ
（内部ＥＧＲ）の影響を排除した実際の新気の吸入空気
量を求めることができる。以下にその理論的根拠を示
す。

【００９７】１行程中に発生する内部ＥＧＲの体積流量
をＱ2 とすると、 Ｑ2 ＝Ｃ2 Ａ2 Δｔ｛√（ＰEX−ＰＭ）｝ ≒Ｃ2 Ａ2 Δｔ｛√（ＰＡ−ＰＭ）｝ ……（５） が成立する。式（５）中、Ｃ2 は吹き返しガス流路の等
価流量係数、Ａ2 は吹き返しガス流路の開口面積、Δｔ
はバルブオーバラップの時間、ＰＭは吸気圧である。Ｐ
EXは排気通路３２における排気バルブ１２下流の圧力
（背圧）であり、大気圧ＰＡとほぼ等しい。

【００９８】１回の吸気行程で吸入される空気の体積流
量（内部ＥＧＲを含む）をＱ1 とすると、これは行程容
積Ｖｓとほぼ等しい（Ｑ1 ≒Ｖs ）。ここで、説明の簡
略化のために温度一定とし、体積流量Ｑ1 ，Ｑ2 をそれ
ぞれ質量流量Ｇ1 ，Ｇ2 に換算すると、 Ｇ1 ＝Ｑ1 ｛（ＰＭ）／ＲＴ｝ ＝Ｖｓ｛（ＰＭ）／ＲＴ｝ ……（６） Ｇ2 ＝Ｑ2 ｛（ＰＭ）／ＲＴ｝ ＝C2A2Δｔ｛√（ＰＡ−ＰＭ）｝｛（ＰＭ）／ＲＴ｝……（７） が成立する。式（６），（７）中のＲは気体定数、Ｔは
吸気通路内の空気の温度である。

【００９９】従って、１行程当たりの新気の吸入空気量
をＧとすると、 Ｇ＝Ｇ1 −Ｇ2 ＝Ｇ1 ｛（Ｇ1 −Ｇ2 ）／Ｇ1 ｝ ＝Ｇ1 ｛１−（Ｇ2 ／Ｇ1 ）｝ ＝Ｇ1 〔１−｛C2A2Δｔ√（PA−PM）｝／Ｖｓ〕 ＝PM｛(Vs)/RT ｝〔1-｛C2A2Δｔ√（PA−PM）｝/Vs 〕…（８） が成立する。上記式（８）中、｛（Ｖｓ）／ＲＴ｝が式
（１）の換算係数Ｋ1 に相当し、〔１−｛Ｃ2 Ａ2 Δｔ
√（ＰＡ−ＰＭ）｝／Ｖｓ〕が式（１）の補正係数ＫＴ
Ｐに相当する。

【０１００】このように、エンジン１回転当たりの空気
質量ＧＮ（吸入空気量）を上記式（１）で表した場合、
ＧＮはＰＭ及び（ＰＡ−ＰＭ）の関数となる。また、Ｋ
ＴＰ中の負荷のパラメータは（ＰＡ−ＰＭ）のみであ
る。このため、ブースト圧Ｐｂを考慮して作成した図１
０〜図１２のマップを用いれば、大気圧ＰＡ（内部ＥＧ
Ｒ）の影響を受けずに吸入空気量、ひいては基本噴射時
間ＴＰを算出することができる。その結果、単に吸気圧
ＰＭから吸入空気量（噴射時間ＴＡＵ）を求めた場合に
比べ、ＣＰＵ９２による噴射時間ＴＡＵの算出、及びイ
ンジェクタ２５の駆動制御の精度が向上する。 （第２実施例）次に、第４及び第５の発明を具体化した
第２実施例を図１３に基づき説明する。第２実施例は、
ＣＰＵ９２による噴射時間算出ルーチンの処理内容、特
に充填効率（補正係数ＫＴＰ）を求めるための処理内容
が上記第１実施例と異なっている。すなわち、吸気圧Ｐ
Ｍと大気圧ＰＡとの比（ＰＭ／ＰＡ）が補正係数ＫＴＰ
の演算に用いられている。これは以下の理由による。例
えば、エンジン回転速度ＮＥが高い領域や、バルブオー
バラップが小さな領域では、大気圧ＰＡと吸気圧ＰＭと
の差圧（ＰＡ−ＰＭ）により燃焼ガスが内部ＥＧＲとし
て作用するのではなく、主に排気行程で吸気バルブ１１
が開弁した瞬間に、燃焼室８内の燃焼ガスが吸気通路２
３へ戻され、吸気行程で再吸入されて内部ＥＧＲとして
作用する。吸気バルブ１１が開弁した瞬間（バルブオー
バラップ開始時）の燃焼室８内の燃焼ガスの圧力は、大
気圧にほぼ等しい。この燃焼ガスの圧力は、燃焼室８で
再吸入される際に大気圧ＰＡから吸気圧ＰＭに転ずる。
従って、内部ＥＧＲの量は、この圧力変化から大きく影
響を受けるものと考えられる。

【０１０１】ここで、吸気バルブ１１が開弁した瞬間の
シリンダ４内の容積をＶとすると、吸気行程で燃焼ガス
の圧力が大気圧ＰＡから吸気圧ＰＭに変化する。する
と、１行程中に発生する内部ＥＧＲの体積流量Ｑ2 は、
前述した式（５）に代えて、 Ｑ2 ＝Ｖ・（ＰＡ／ＰＭ） ……（９） で表される。この式（９）を上記式（７），（８）にそ
れぞれ代入すると、下記式（７ａ），（８ａ）が得られ
る。

【０１０２】Ｇ2 ＝｛V(PA/PM)｝｛(PM/RT) ｝ ＝V(PA/RT) ……（７ａ） Ｇ＝PM｛(Vs)/RT ｝〔1-(V/Vs)(PA/PM) 〕…（８ａ） 上記式（８ａ）中の〔1-(V/Vs)(PA/PM) 〕が補正係数Ｋ
ＴＰに相当する。従って、補正係数ＫＴＰは差圧（ＰＡ
−ＰＭ）の関数ではなく、比（ＰＡ／ＰＭ）の関数とな
る。

【０１０３】このような観点から、第２実施例では比
（ＰＭ／ＰＡ）が用いられて補正係数ＫＴＰが求められ
る。ここで、（ＰＡ／ＰＭ）でなくその逆数（ＰＭ／Ｐ
Ａ）を用いているのは、（ＰＭ／ＰＡ）を、吸気圧ＰＭ
と大気圧ＰＡとが等しくなるＷＯＴ（Wide Open Thrott
le、スロットルバルブの全開状態）時を「１．０」とす
る負荷率と定義でき、値の意味が理解しやすくなるから
である。なお、噴射時間算出ルーチン以外の箇所である
エンジン１やその周辺機器等の構成は第１実施例と同様
であるので、ここではその説明を省略する。

【０１０４】図１３の噴射時間算出ルーチンが開始され
ると、ＣＰＵ９２はまずステップ２０１において、図９
のステップ１０１と同様に、エンジン１の始動時である
か否かを判定する。この判定条件が成立していると、Ｃ
ＰＵ９２はエンジン始動時であり吸入空気量の正確な検
出が困難であると判断し、ステップ２０２へ移行する。
このステップ２０２では、図９のステップ１０２と同様
に冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡ及び大気圧ＰＡに基づ
き、所定のマップあるいは演算式により噴射時間ＴＡＵ
を算出する。この算出が終了すると、ＣＰＵ９２はこの
ルーチンを一旦終了する。

【０１０５】ステップ２０１の判定条件が成立していな
いと、ＣＰＵ９２はエンジン１の運転状態が始動後の状
態であると判断し、ステップ２０３においてエンジン回
転速度ＮＥが予め設定した判定値α以上であるか否かを
判定する。ここで、ＮＥ≧αの領域は、バルブオーバラ
ップ時に圧力変化をともないながら燃焼室８から吸気通
路２３へ戻された燃焼ガスが次回燃焼予定の混合気に混
入される第２の領域に相当する。また、ＮＥ＜αの領域
は、バルブオーバラップ時に排気通路３２へ一旦排出さ
れた燃焼ガスが背圧ＰEXと吸気圧ＰＭとの差圧により吸
気通路２３へ戻され、次回燃焼予定の混合気に混入され
る第１の領域に相当する。

【０１０６】ステップ２０３の判定条件が成立していな
い（ＮＥ＜α）と、ＣＰＵ９２はステップ２０５におい
て、図９のステップ１０３と同様にエンジン回転速度Ｎ
Ｅ及び変位角θを読み込むとともに、大気圧ＰＡと吸気
圧ＰＭとの差圧（ブースト圧Ｐｂ）を求める。ＣＰＵ９
２は図１０〜図１２の３次元マップを用い、前記の値Ｎ
Ｅ，Ｐｂ，θに対応する補正係数ＫＴＰを求める。

【０１０７】一方、ステップ２０３の判定条件が成立し
ている（ＮＥ≧α）と、ＣＰＵ９２はエンジン回転速度
ＮＥ及び変位角θを読み込むとともに、吸気圧ＰＭと大
気圧ＰＡとの比を求める。ＣＰＵ９２は図示しないマッ
プを用い、前記の各値ＮＥ，ＰＭ／ＰＡ，θに対応する
補正係数ＫＴＰを求める。

【０１０８】ＣＰＵ９２は前記ステップ２０４又は２０
５で補正係数ＫＴＰを求めると、図９のステップ１０４
〜１０６と同様の処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ９
２はステップ２０６で上記式（１）に従って、１回の吸
入行程でシリンダ４に充填される空気の質量ＧＮを演算
する。次に、ＣＰＵ９２はステップ２０７で上記式
（３）に従って基本噴射時間ＴＰを算出し、ステップ２
０８において上記式（４）に従って噴射時間ＴＡＵを算
出し、このルーチンを一旦終了する。

【０１０９】このようにＣＰＵ９２は、充填効率（補正
係数ＫＴＰ）を演算する（ステップ２０４，２０５）た
めの充填効率演算手段として機能する。また、ＣＰＵ９
２は、その補正係数ＫＴＰ及び吸気圧ＰＭに基づき吸入
空気量（空気質量ＧＮ）を演算する（ステップ２０６）
ための吸入空気量演算手段として機能する。

【０１１０】ＣＰＵ９２は噴射時間ＴＡＵを算出する
と、別途用意されたルーチンにおいてその値ＴＡＵに応
じた駆動信号を外部出力回路９７を介してインジェクタ
２５に出力する。この信号に応じインジェクタ２５の開
弁時間が制御され、その時間に応じた量の燃料が同イン
ジェクタ２５から噴射される。

【０１１１】このように、補正係数ＫＴＰの演算処理で
は、エンジン回転速度ＮＥ及び変位角θに、比（ＰＭ／
ＰＡ）がパラメータとして加えられる。この比（ＰＭ／
ＰＡ）が加味されることにより、吸気バルブ１１開弁時
に燃焼ガスが大気圧ＰＡから吸気圧ＰＭに変化し、内部
ＥＧＲの量が変化しても、充填効率が精度良く求められ
る。このため、第１実施例と同様、第２実施例でも充填
効率の変化に起因する吸入空気量のばらつきを吸収し、
吸気バルブ１１の任意の開閉タイミングでの充填効率に
応じた吸入空気量を演算することができる。

【０１１２】さらに、第２実施例ではエンジン１の運転
状態に応じて補正係数ＫＴＰの演算方法が切換えられ
る。すなわち、ＣＰＵ９２によって実行される処理中に
は、エンジン回転速度ＮＥが判定値α未満である場合に
差圧（ＰＡ−ＰＭ）に基づき補正係数ＫＴＰを演算する
処理（ステップ２０５）と、エンジン回転速度ＮＥが判
定値α以上である場合に比（ＰＭ／ＰＡ）に基づき補正
係数ＫＴＰを演算する処理（ステップ２０４）とが含ま
れる。従って、内部ＥＧＲの量はエンジン回転速度ＮＥ
により変化するが、第２実施例ではその内部ＥＧＲの量
に応じた吸入空気量を全運転領域にわたり精度良く演算
することができる。 （第３実施例）次に、第６の発明を具体化した第３実施
例を図１４，１５に従って説明する。第３実施例では、
エンジン１の運転状態に応じた目標変位角θＶＴＡが最
遅角時の値（θａ）に設定されたときのその値θａと実
際の変位角θとの偏差を求め、この偏差を学習値ＧＶＴ
とする。学習値ＧＶＴを用いて変位角θを補正し、補正
後の変位角θＶＴと目標変位角θＶＴＡとが一致するよ
うにＶＶＴ４６のリングギヤ５８の位置を調整する。ま
た、補正後の変位角θＶＴを用いて充填効率及び空気質
量ＧＮを求める。そして、この空気質量ＧＮを用いて点
火時期を算出している。これらが前記第１及び第２実施
例と大きく異なっている点である。なお、エンジン１、
その周辺機器等の構成は第１実施例と同様であるので、
ここではその説明を省略する。

【０１１３】図１４のフローチャートは、ＣＰＵ９２に
よって実行される各処理のうち、前記補正後の変位角θ
ＶＴを算出するとともに、その変位角θＶＴを用いて吸
気バルブ１１の開閉タイミングを調整するためのバルブ
タイミング制御ルーチンを示している。また、図１５の
フローチャートは、前記バルブタイミング制御ルーチン
で算出した補正後の変位角θＶＴを利用して点火時期を
算出するための点火時期算出ルーチンを示している。

【０１１４】まず、図１４のバルブタイミング制御ルー
チンついて説明する。ＣＰＵ９２はステップ３０１にお
いて、カム角センサ４２によるカム角信号ＳＧ２の発生
時の回転速度センサ４０による回転速度信号ＳＧ１か
ら、予め定められた基準の回転速度信号までに要する時
間を計測し、その時間に基づきクランクシャフト７に対
するカムシャフト１３の実際の回転位相（変位角θ）を
算出する。

【０１１５】続いて、ＣＰＵ９２はステップ３０２にお
いて、目標変位角θＶＴＡが最遅角時の値θａ（例え
ば、零）であるか否かを判定する。目標変位角θＶＴＡ
は、スロットル開度ＴＡ、エンジン回転速度ＮＥ等に基
づき、予め規定されたマップを参照して求められたもの
である。

【０１１６】最遅角時の目標変位角θａは、吸気バルブ
１１の開閉タイミングを最も遅くするときのクランクシ
ャフト７に対するカムシャフト１３の回転位相である。
この際、センサの取付け誤差、経時変化等がなく、実際
の変位角θがこの目標変位角θａに一致すれば、リング
ギヤ５８が第１の位置（リングギヤ５８がカバー５５に
当接する位置）に保持されるはずである。これに対し、
センサの取付け誤差、経時変化等が存在すると、リング
ギヤ５８が第１の位置へ移動しても、それ以上の移動が
カバー５５によって規制されるために、実際の変位角θ
と目標変位角θａとが一致しなくなる場合が起こる。

【０１１７】ＣＰＵ９２は前記ステップ３０２の判定条
件が成立しているとステップ３０３へ移行し、変位角θ
が目標変位角θＶＴＡ（＝θａ）に収束してから所定時
間が経過したか否かを判定する。ＣＰＵ９２はこの判定
条件が成立していると、変位角θの変動が少なくほぼ一
定の値になっているものと判断して学習モードを設定
し、ステップ３０４において、前記変位角θと最遅角時
の目標変位角θａとの偏差を求める。この偏差は、セン
サの取付け誤差、経時変化等に起因する回転位相のばら
つきに相当する。ＣＰＵ９２は前記偏差を学習値ＧＶＴ
として設定した後、ＲＡＭ９４に記憶し、ステップ３０
５へ移行する。ここで、目標変位角θａが零であれば変
位角θが学習値ＧＶＴとなる。この学習値ＧＶＴは、目
標変位角θＶＴＡが最遅角時の値θａ（零）になる毎に
更新される。

【０１１８】一方、前記ステップ３０２において目標変
位角θＶＴＡが最遅角時の値θａ（零）でない場合、又
は値θａであっても、ステップ３０３において変位角θ
が目標変位角θＶＴＡへ収束した後に所定時間が未だ経
過していない場合、ＣＰＵ９２は学習モードを解除し、
ステップ３０４の処理は行わずに、ステップ３０５へ移
行する。

【０１１９】そして、ＣＰＵ９２はステップ３０５にお
いて、前記変位角θから学習値ＧＶＴを減算して同変位
角θを補正する。従って、ステップ３０５で得られる補
正後の変位角θＶＴは、センサの取付け誤差等の回転位
相のばらつきを排除した精度の高い値となる。ＣＰＵ９
２は、ステップ３０６において補正後の変位角θＶＴと
目標変位角θＶＴＡとが一致するようにＶＶＴ４６のリ
ングギヤ５８の位置を調整する。すなわち、目標変位角
θＶＴＡと補正後の変位角θＶＴとの偏差を求め、予め
規定されたマップを参照し、あるいは所定の演算式に従
いその偏差に対応した、ＬＳＶ７８を制御するための目
標制御量ＤＶを算出する。ＣＰＵ９２は、この目標制御
量ＤＶに基づいてＬＳＶ７８の開度をフィードバック制
御する。すると、ＶＶＴ４６の両油圧室５９，６１へ供
給される油圧が調整され、リングギヤ５８が移動する。
吸気バルブ１１の開閉タイミングがエンジン１の運転状
態に応じて連続的に変更され、もってバルブオーバラッ
プが連続的に調整される。ＣＰＵ９２はステップ３０６
の処理を実行した後にこのルーチンを一旦終了する。

【０１２０】このようにバルブタイミング制御ルーチン
によると、たとえカム角センサ４２等の各種センサの取
付け位置のばらつきや経時変化があり、目標変位角θＶ
ＴＡと実際の変位角θとの間にずれが存在しても、その
ずれを、学習値ＧＶＴを用いた補正によって吸収し、精
度の高い変位角θＶＴを求めることができる。そして、
この補正後の変位角θＶＴをＬＳＶ７８の開度のフィー
ドバック制御に用いるので、例えば過渡運転時において
変位角θが目標変位角θＶＴＡに収束するのに要する時
間が短くなる等、目標変位角θＶＴＡへの制御精度が向
上する。

【０１２１】また、バルブタイミング制御ルーチンで
は、変位角θが最遅角時の目標変位角θａに収束した
後、ある程度時間が経過してから偏差（学習値（ＧＶ
Ｔ）を求めるようにしている。このため、ほぼ一定値と
なった変位角θを用い、補正後の変位角θＶＴを正確に
求めることができる。

【０１２２】次に、図１５の点火時期算出ルーチンにつ
いて説明する。ＣＰＵ９２はステップ４０１〜４０４に
おいて、前述した図１３のステップ２０３〜２０６と同
様の処理を実行する。ＣＰＵ９２はステップ４０１にお
いて、エンジン回転速度ＮＥが予め設定した判定値α以
上であるか否かを判定する。

【０１２３】ステップ４０１の判定条件が成立していな
い（ＮＥ＜α）と、ＣＰＵ９２はステップ４０３におい
て、エンジン回転速度ＮＥ及び補正後の変位角θＶＴを
読み込むとともに、大気圧ＰＡと吸気圧ＰＭとの差圧
（ブースト圧Ｐｂ）を求める。変位角θＶＴは前述した
バルブタイミング制御ルーチンのステップ３０５で求め
た値である。ＣＰＵ９２は図１０〜１２のマップを用
い、前記の値ＮＥ，Ｐｂ，θＶＴに対応する補正係数Ｋ
ＴＰを求める。ただし、この補正係数ＫＴＰの算出に際
しては、前記マップの変位角θが補正後の変位角θＶＴ
に置き換えられる。補正係数ＫＴＰは上述したように充
填効率に相当するものである。

【０１２４】一方、ステップ４０１の判定条件が成立し
ている（ＮＥ≧α）と、ＣＰＵ９２はステップ４０２に
おいて、エンジン回転速度ＮＥ及び補正後の変位角θＶ
Ｔを読み込むとともに、吸気圧ＰＭと大気圧ＰＡとの比
を求める。ＣＰＵ９２は図示しないマップを用い、前記
の各値ＮＥ，ＰＭ／ＰＡ，θＶＴに対応する補正係数Ｋ
ＴＰを求める。

【０１２５】ＣＰＵ９２は前記ステップ４０２又は４０
３で補正係数ＫＴＰを求めると、ステップ４０４で上記
式（１）に従って、１回の吸入行程でシリンダ４に充填
される空気の質量ＧＮを演算する。

【０１２６】次に、ＣＰＵ９２はステップ４０５におい
て、エンジン回転速度ＮＥ及び空気質量ＧＮに基づき、
ＲＯＭ９３内に格納されている記憶データから基本点火
進角ＡＢＳＥを選び出す。続いて、ステップ４０６にお
いて前記基本点火進角ＡＢＳＥに各種補正値ＡＫを加算
し、その加算結果を点火時期ＡＯＰとして設定する。各
種補正値ＡＫとしては、例えば、冷却水温ＴＨＷが低い
アイドル時に暖機性能を向上させるために点火時期を進
めるための補正値がある。その他にも、暖機後のアイド
ル時に、エンジン回転速度ＮＥが目標値よりも低くなっ
たときに、両者の偏差に応じて点火時期を進めるための
補正値がある。点火時期ＡＯＰの算出後、ＣＰＵ９２は
このルーチンを一旦終了する。

【０１２７】上記点火時期算出ルーチンでは、ＣＰＵ９
２は充填効率（補正係数ＫＴＰ）を演算する（ステップ
４０２，４０３）ための充填効率演算手段として機能す
る。また、ＣＰＵ９２はその補正係数ＫＴＰ及び吸気圧
ＰＭに基づき吸入空気量（空気質量ＧＮ）を演算する
（ステップ４０４）ための吸入空気量演算手段として機
能する。従って、第３実施例によっても第２実施例と同
様に、充填効率の変化に起因する吸入空気量のばらつき
を吸収し、吸気バルブ１１の任意の開閉タイミングでの
充填効率に応じた吸入空気量を演算することができる。

【０１２８】また、点火時期算出ルーチンでは、バルブ
タイミング制御ルーチンで求められた精度の高い補正後
の変位角θＶＴを、充填効率（補正係数ＫＴＰ）の演算
に用いている。このため、補正前の変位角θを用いた場
合に比べ、精度の高い充填効率及び吸入空気量が得ら
れ、適正な点火時期を算出することができる。

【０１２９】なお、ＣＰＵ９２は点火時期ＡＯＰを算出
すると、別途用意されたルーチンに従い、イグナイタ２
８に一次電流の遮断信号を出力して点火時期を制御す
る。本発明は次のような別の実施例に具体化することが
できる。

【０１３０】（１）第１実施例では大気圧ＰＡ及び吸気
圧ＰＭを別々のセンサで検出し、両検出値に基づきブー
スト圧Ｐｂを求めるようにしたが、これに代え、大気圧
ＰＡを基準とした吸気通路２３内の圧力（ＰＡ−ＰＭ）
を１つのセンサで検出し、その値をブースト圧Ｐｂとし
てもよい。

【０１３１】（２）大気圧ＰＡを間接的に求めてもよ
い。具体的な方法としては、スロットル開度ＴＡが全開
近傍にあるときの吸気圧センサ３７の出力を大気圧とみ
なしてもよい。

【０１３２】（３）補正係数ＫＴＰを求めるための図１
０〜図１２のマップに代えて、エンジン１回転当たりの
空気質量ＧＮや基本噴射時間ＴＰを直接求めるためのマ
ップを作成してもよい。

【０１３３】（４）本発明は、カムシャフト１３，１４
以外のバルブ駆動装置、例えば電磁駆動バルブ等、を有
するエンジンにも適用可能である。 （５）排気バルブ駆動機構にＶＶＴを設け、そのＶＶＴ
により排気バルブ１２の開閉タイミングのみを変更し、
バルブオーバラップを調整するようにしてもよい。ま
た、吸気側及び排気側の両バルブ駆動機構にＶＶＴをそ
れぞれ設け、それらのＶＶＴにより吸気バルブ１１及び
排気バルブ１２の開閉タイミングをそれぞれ変更して、
バルブオーバラップを調整するようにしてもよい。

【０１３４】（６）図１３のステップ２０３，２０５の
処理を省略してもよい。同様に、図１５のステップ４０
１，４０３の処理を省略してもよい。すなわち、エンジ
ン始動後であればエンジン回転速度ＮＥの高低によら
ず、比（ＰＭ／ＰＡ）を用いて補正係数ＫＴＰを求める
ようにしてもよい。

【０１３５】（７）吸入空気量算出に当たって、充填効
率を算出することなく、エンジン回転速度ＮＥ、吸気圧
ＰＭ及びバルブタイミングから直接マップによって吸入
空気量を求めるようにしてもよい。

【０１３６】（８）第３実施例において、最進角時の目
標変位角と実際の変位角θとの偏差を求め、この偏差を
学習値ＧＶＴとしてもよい。 以上、本発明の各実施例について説明したが、各実施例
から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下
にそれらの効果とともに記載する。

【０１３７】（イ）請求項６に記載の演算装置におい
て、前記可変バルブタイミング手段は、前記タイミング
検出手段による実際の作動タイミングが、前記第１及び
第２の作動タイミングのいずれか一方に設定された目標
作動タイミングに収束した後、所定時間が経過してから
両作動タイミングの偏差を求めるものである内燃機関の
吸入空気量演算装置。このような構成とすることによ
り、補正後の作動タイミングを正確に求めることができ
る。

【０１３８】

【発明の効果】以上詳述したように第１の発明では、吸
気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミ
ングを連続的に変化させるための可変バルブタイミング
手段を備えた内燃機関において、少なくともクランクシ
ャフトの回転速度、吸気通路内の吸気圧、及びバルブ駆
動機構の作動タイミングをそれぞれ検出し、その検出値
に基づき充填効率又はその相関値を求める。この充填効
率又は相関値と吸気圧とに基づき気筒への吸入空気量を
求めるようにしている。

【０１３９】このため、吸気バルブの閉じタイミングの
変化や、バルブオーバラップの変化等にともない充填効
率が変動しても、その充填効率又は相関値を精度良く求
め、バルブの任意の開閉タイミングでの充填効率に応じ
た吸入空気量を演算することができる。

【０１４０】第２の発明では、回転速度、吸気圧、大気
圧及び作動タイミングに基づき充填効率を求めるように
している。このため、第１の発明の効果に加え、バルブ
オーバラップ時において、気筒内の燃焼ガスが吸気圧と
背圧との関係により吸気通路へ戻されても、その量を考
慮して吸入空気量を演算することができる。

【０１４１】第３の発明では、回転速度、大気圧と吸気
圧との差圧及び作動タイミングに基づき充填効率を求め
るようにしている。このため、第２の発明の効果に加
え、バルブオーバラップ時に排気通路に一旦排出された
燃焼ガスが、背圧と吸気圧との差圧により吸気通路へ戻
されても、その量に応じた吸入空気量を演算することが
できる。

【０１４２】第４の発明では、回転速度、吸気圧と大気
圧との比及び作動タイミングに基づき充填効率を求める
ようにしている。このため、第２の発明の効果に加え、
バルブオーバラップ時に気筒内の燃焼ガスが圧力変化を
ともないながら吸気通路へ戻されても、その量に応じた
吸入空気量を演算することができる。

【０１４３】第５の発明では、内燃機関の運転状態が第
１の領域に属するときには、回転速度、大気圧と吸気圧
との差圧、及び作動タイミングに基づき充填効率を求
め、運転状態が第２の領域に属するときには、回転速
度、吸気圧と大気圧との比、及び作動タイミングに基づ
き充填効率を求めるようにしている。このため、第２の
発明の効果に加え、内燃機関の運転状態の変化にともな
い気筒内から吸気通路へ戻される燃焼ガスの量が変化し
ても、その量に応じた吸入空気量を内燃機関の全運転領
域にわたり精度良く演算することができる。

【０１４４】第６の発明では、内燃機関の運転状態に応
じた目標作動タイミングが第１及び第２の作動タイミン
グのいずれか一方に設定されたときのその目標作動タイ
ミングと、実際の作動タイミングとの偏差を求める。同
偏差に基づきタイミング検出手段による作動タイミング
を補正して精度を高め、その補正後の作動タイミングと
目標作動タイミングとが一致するようにタイミング調整
部材の位置を調整する。また、前記補正後の精度の高い
作動タイミングを用いて充填効率を演算するようにして
いる。このため、第１の発明の効果に加え、充填効率及
び吸入空気量をさらに精度良く算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１〜第６の発明の概念構成図。

【図２】第１実施例における吸入空気量演算装置の概略
構成図。

【図３】リングギヤが第１の位置に保持されたときのVV
T の断面図。

【図４】スプールが移動範囲の後端に保持されたときの
LSV の断面図。

【図５】リングギヤが第２の位置に保持されたときのVV
T の断面図。

【図６】スプールが移動範囲の前端位置に保持されたと
きのLSV の断面図。

【図７】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図。

【図８】(a),(b) は吸・排気バルブの開弁期間を示すダ
イヤグラム。

【図９】CPU による噴射時間算出ルーチンを示すフロー
チャート。

【図１０】変位角、補正係数、ブースト圧の関係を示す
特性図。

【図１１】回転速度、補正係数、ブースト圧の関係を示
す特性図。

【図１２】回転速度、補正係数、ブースト圧の関係を示
す特性図。

【図１３】第２実施例の噴射時間算出ルーチンを示すフ
ローチャート。

【図１４】第３実施例のバルブタイミング制御ルーチン
を示すフローチャート。

【図１５】点火時期算出ルーチンを示すフローチャー
ト。

【図１６】従来技術の回転速度、噴射量、出力トルクの
関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのガソリンエンジン、４…シリンダ
（気筒）、７…クランクシャフト、１１…吸気バルブ、
１２…排気バルブ、１３…吸気バルブ駆動機構としての
吸気側カムシャフト、１４…排気バルブ駆動機構として
の排気側カムシャフト、２３…吸気通路、３２…排気通
路、３７…吸気圧検出手段としての吸気圧センサ、４０
…回転速度検出手段の一部、及びタイミング検出手段の
一部をそれぞれ構成する回転速度センサ、４２…タイミ
ング検出手段の一部を構成するカム角センサ、４６…可
変バルブタイミング手段の一部を構成する可変バルブタ
イミング機構（ＶＶＴ）、５８…タイミング調整部材と
してのリングギヤ、９２…可変バルブタイミング手段の
一部、タイミング検出手段の一部、回転速度検出手段の
一部、充填効率演算手段及び吸入空気量演算手段をそれ
ぞれ構成するＣＰＵ、ＰＡ…大気圧、ＰＭ…吸気圧、Ｎ
Ｅ…クランクシャフトの回転速度であるエンジン回転速
度、θ…作動タイミングとしての変位角、Ｐｂ…差圧と
してのブースト圧、ＧＮ…吸入空気量に相当する空気質
量、ＫＴＰ…充填効率に相当する補正係数。

フロントページの続き (72)発明者 後藤 淳史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 大川 信尚 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料及び空気からなる混合気が燃焼され
   る気筒と、 前記気筒へ空気を導くための吸気通路を所定のタイミン
   グで開閉する吸気バルブと、 クランクシャフトの回転により作動して、前記吸気バル
   ブを駆動する吸気バルブ駆動機構と、 前記気筒での混合気の燃焼により生じたガスを排出する
   ための排気通路を所定のタイミングで開閉する排気バル
   ブと、 前記クランクシャフトの回転により作動し、前記排気バ
   ルブを駆動する排気バルブ駆動機構と、 少なくとも一方のバルブ駆動機構のクランクシャフトの
   回転に対する作動タイミングを変化させることにより、
   吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイ
   ミングを連続的に変化させるための可変バルブタイミン
   グ手段とを備えた内燃機関に用いられるものであって、 前記クランクシャフトの回転速度を検出する回転速度検
   出手段と、 前記吸気通路内の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、 前記可変バルブタイミング手段により開閉タイミングが
   調整される側のバルブ駆動機構の作動タイミングを検出
   するタイミング検出手段と、 少なくとも前記回転速度検出手段による回転速度、前記
   吸気圧検出手段による吸気圧、及びタイミング検出手段
   による作動タイミングに基づき、気筒に導入される吸入
   空気の実際の重量と、大気の所定の状態にて気筒に導入
   される吸入空気の重量との比である充填効率又はその充
   填効率に相関した相関値を演算する充填効率演算手段
   と、 前記充填効率演算手段による充填効率又はその相関値、
   及び前記吸気圧検出手段による吸気圧に基づき、前記気
   筒への吸入空気量を求める吸入空気量演算手段とを備え
   た内燃機関の吸入空気量演算装置。
2. 【請求項２】 前記吸気バルブ及び排気バルブがともに
   開弁するバルブオーバラップ時において、気筒内の燃焼
   ガスが吸気圧と排気通路における排気バルブ下流の背圧
   とにより吸気通路へ戻されたときの充填効率を得るべ
   く、前記充填効率演算手段は、回転速度、吸気圧、背圧
   に関連する大気圧、及び作動タイミングに基づき充填効
   率を求めるものである請求項１に記載の内燃機関の吸入
   空気量演算装置。
3. 【請求項３】 前記バルブオーバラップ時に排気通路に
   一旦排出された燃焼ガスが、前記背圧と吸気圧との差圧
   により吸気通路へ戻されたときの充填効率を得るべく、
   前記充填効率演算手段は、回転速度、背圧に相当する大
   気圧と吸気圧との差圧、及び作動タイミングに基づき充
   填効率を求めるものである請求項２に記載の内燃機関の
   吸入空気量演算装置。
4. 【請求項４】 前記バルブオーバラップ時に気筒内の燃
   焼ガスが圧力変化をともないながら吸気通路へ戻された
   ときの充填効率を得るべく、前記充填効率演算手段は、
   回転速度、吸気圧と大気圧との比、及び作動タイミング
   に基づき充填効率を求めるものである請求項２に記載の
   内燃機関の吸入空気量演算装置。
5. 【請求項５】 前記充填効率演算手段は、内燃機関の運
   転状態を、前記バルブオーバラップ時に排気通路に一旦
   排出された燃焼ガスが、前記背圧と吸気圧との差圧によ
   り吸気通路へ戻され、かつ次回燃焼予定の混合気に混入
   される第１の領域と、前記バルブオーバラップ時に圧力
   変化をともないながら気筒から吸気通路へ戻された燃焼
   ガスが次回燃焼予定の混合気に混入される第２の領域と
   に区分し、そのときの運転状態が前記第１の領域に属す
   るときには回転速度、大気圧と吸気圧との差圧、及び作
   動タイミングに基づき充填効率を求め、運転状態が前記
   第２の領域に属するときには回転速度、吸気圧と大気圧
   との比、及び作動タイミングに基づき充填効率を求める
   ものである請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量演算
   装置。
6. 【請求項６】 前記可変バルブタイミング手段は、第１
   の位置と第２の位置との間を移動するタイミング調整部
   材を備え、その第１の位置は前記バルブの開閉タイミン
   グが最も遅くなるときのバルブ駆動機構の第１の作動タ
   イミングに対応し、前記第２の位置は前記開閉タイミン
   グが最も早くなるときのバルブ駆動機構の第２の作動タ
   イミングに対応するものであり、 前記可変バルブタイミング手段は、前記内燃機関の運転
   状態に応じた目標作動タイミングを生成し、その目標作
   動タイミングが前記第１及び第２の作動タイミングのい
   ずれか一方に設定されたときのその目標作動タイミング
   と、前記タイミング検出手段による実際の作動タイミン
   グとの偏差を求め、同偏差により前記タイミング検出手
   段による作動タイミングを補正し、補正後の作動タイミ
   ングと前記目標作動タイミングとが一致するように前記
   タイミング調整部材の位置を調整するようにしたもので
   あり、 前記充填効率演算手段は、前記補正後の作動タイミング
   を用いて充填効率を演算するものである請求項１に記載
   の内燃機関の吸入空気量演算装置。