JP4060177B2

JP4060177B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4060177B2
Application number: JP2002373659A
Authority: JP
Inventors: 勇飯塚; 憲一町田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: DE10361380A1; US20040129250A1; US6843230B2; JP2004204749A; DE10361380B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブのバルブ作動特性を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置に関し、シリンダ吸入空気量に応じた機関制御量を精度よく算出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エアフローメータ等の空気量検出手段により検出した空気量や圧力検出した吸気圧力に基づいて吸入空気量を算出し、この吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６２６３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吸気バルブのバルブ作動特性によって吸入空気量制御を行う機関にあっては、実際にシリンダに吸入される空気量が変化してからその変化を前記空気量検出手段により検出するまでには検出遅れがあるため、特に過渡状態における吸入空気量を精度よく検出できない。
【０００５】
また、このような機関においては、吸気通路に介装されたスロットル弁は、通常、所定の負圧が得られるように、すなわち、吸気圧力が一定となるように開度制御されるためで、該吸気圧力を検出したとしても吸入空気量を検出することはできない。
【０００６】
このため、吸入空気量に応じて設定されるべき燃料噴射量等の機関制御量が、吸入空気量が変化した場合にその変化に対応して算出されず、機関の運転性や排気性能を低下させてしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、吸気バルブのバルブ作動特性によって吸入空気量制御を行う内燃機関において、過渡状態であっても吸入空気量に精度よく対応した機関制御量を算出して機関制御を行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気バルブのバルブ作動特性に基づいて該吸気バルブによって制御される吸入空気量を算出し、算出された最新の吸入空気量と過去の吸入空気量との変化と、前記過去の吸入空気量の算出時に設定された燃料噴射量と、に基づいて最新の燃料噴射量を算出し、算出した最新の燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行するようにした。
【０００９】
このようにすれば、過去において設定された燃料噴射量と、実際のシリンダ吸入空気量の変化（変化割合、変化量）をほぼ正確にトレースできる吸入空気量算出値の前記過去からの変化（変化割合）と、を用いて今回（最新の）燃料噴射量を算出するので、吸入空気量が刻々と変化する過渡状態であっても、実際のシリンダ吸入空気量に精度よく対応した燃料噴射量を算出できる。これにより、燃料噴射制御の精度を向上できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、機関が過渡状態にあるときに、前回設定された燃料噴射量を、今回算出された吸入空気量と前回算出された吸入空気量との変化に応じて補正して今回の燃料噴射量を算出し、算出した今回の燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行するようにした。
【００１１】
このようにすれば、前回設定された燃料噴射量を、実際のシリンダ吸入空気量の変化をほぼ正確にトレースできる吸入空気量算出値の前回算出値からの変化に応じて補正するので、刻々と変化するシリンダ吸入空気量に精度よく対応した燃料噴射量を算出できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、機関が過渡状態にあるときに、過渡判定時に設定された燃料噴射量を、今回算出された吸入空気量と過渡判定時に算出された吸入空気量との変化に応じて補正して今回の燃料噴射量を算出し、算出した今回の燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行するようにした。
【００１３】
このようにすれば、過渡判定時、すなわち、過渡直前の定常状態において設定された燃料噴射量を、実際のシリンダ吸入空気量の変化をほぼ正確にトレースできる吸入空気量算出値の過渡判定時における算出値からの変化に応じて補正するので、過渡状態においても、定常状態において設定された燃料噴射量を基本としつつ、シリンダ吸入空気量の変化に精度よく対応した燃料噴射量を算出できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、車両用内燃機関の構成図である。図１において、内燃機関１０１の吸気通路１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットル弁１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装されており、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１５】
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５は、可変バルブ作動角／リフト機構（ＶＥＬ）１１２によってバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられると共に、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３によってバルブタイミングが連続的に変えられるようになっている。なお、バルブリフト量とバルブ作動角とは、一方の特性が決まれば他方の特性も決まるようになっている。
【００１６】
一方、前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動される。
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１４には、アクセル開度ＡＶＯを検出するアクセルペダルセンサＡＰＳ２０１、前記吸気通路１０２の上流部で質量空気量ＱＡを検出するエアフローメータ２０２、クランク軸１２０から回転信号Ｎｅを取り出すクランク角センサ２０３、スロットル弁１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２０４、スロットル弁１０３ｂより下流側の吸気マニホールド圧ｐｍを検出する吸気圧センサ２０５、吸気側カム軸の回転位置を検出するカムセンサ２０６等の各種センサ類からの検出信号が入力される。
【００１７】
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられており、該燃料噴射弁１３１は、前記Ｃ／Ｕ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動され、所定圧力に調整された燃料を噴射供給する。燃焼室１０６に臨む点火栓１３２は、前記Ｃ／Ｕ１１４からの点火信号によって駆動され、燃焼室１０６内の混合気に火花点火を行う。
【００１８】
ここで、前記ＶＥＬ１１２及びＶＴＣ１１３の構造を詳細に説明する。但し、これらは一例であり、これに限るものではない。
まず、ＶＥＬ１１２について説明する。本実施形態における前記ＶＥＬは、図２〜図４に示すように、一対の吸気バルブ１０５、１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸（前記駆動軸）１３と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５、１５と、前記カム軸１１０の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８、１８と、各吸気バルブ１０５、１０５の上端部にバルブリフター１９、１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０、２０とを備えている。
【００１９】
前記偏心カム１５、１５とロッカアーム１８、１８とは、リンクアーム２５、２５によって連係され、ロッカアーム１８、１８と揺動カム２０、２０とは、リンク部材２６、２６によって連係されている。
【００２０】
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００２１】
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自存に支持されている。また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００２２】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
【００２３】
前記揺動カム２０は、図２及び図６、図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００２４】
また、該揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。すなわち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、また、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００２５】
前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。なお、前記リンクアーム２５と偏心カム１５とによって揺動駆動部材が構成される。
【００２６】
前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ、２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ、２３ａに圧入した各ピン２８、２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ、２６ｄが貫通形成されている。なお、各ピン２１、２８、２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０、３１、３２が設けられている。
【００２７】
前記制御軸１６は、図１０に示すように、一端部に設けられたアクチュエータ（ＤＣサーボモータ）１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっている。そして、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることによって、制御カム１７の軸心Ｐ１に対する制御軸１６の軸心Ｐ２の位置を変化し、吸気バルブ１０５、１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００２８】
より具体的に説明すると、図１０において、前記ＤＣサーボモータ１２１は、その回転軸が前記制御軸１６に平行となるよう配置されており、該回転軸の先端には、第１かさ歯車１２２が軸支されている。
【００２９】
前記制御軸１６の先端には、一対のステー１２３ａ、１２３ｂが固定されており、該一対のステー１２３ａ、１２３ｂの先端部の間にはナット１２４が固定されている。
【００３０】
また、前記ナット１２４に噛み合わされるネジ棒１２５の端部には、前記第１かさ歯車１２２と噛み合う第２かさ歯車１２６が軸支されており、前記ＤＣサーボモータ１２１の回転が前記ネジ棒１２５に伝達されるようになっている。
【００３１】
そして、前記ＤＣサーボモータ１２１によってネジ棒１２５が回転し、該ネジ棒１２５に噛み合うナット１２４の位置がネジ棒１２５の軸方向に変位することで制御軸１６が回転される。なお、ナット１２４の位置が第２かさ歯車１２６に近づく方向が、バルブリフト量が小さくなる方向となっており、逆に、ナット１２４の位置を第２かさ歯車１２６から遠ざかる方向が、バルブリフト量が大きくなる方向となっている。
【００３２】
また、前記制御軸１６の先端には、図１０に示すように、該制御軸１６の作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ１２７が設けられており、該作動角センサ１２７で検出される作動角（ＶＣＳ−ＡＮＧＬ）が、目標作動角（ＴＧＶＥＬ）に一致するように、前記Ｃ／Ｕ１１４が前記ＤＣサーボモータ１２１をフィードバック制御する。
【００３３】
次に、ＶＴＣ１１３について説明する。本実施形態におけるＶＴＣ１１３は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、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作動角一定のままバルブタイミングを制御する。図１１において、ＶＴＣ１１３は、クランク軸１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気側カム軸１３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。
【００３４】
前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー、リアカバー（図示省略）とから構成される。
【００３５】
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈しており、その内周面には、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられた略台形状の４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。
【００３６】
前記回転部材５３は、吸気側カム軸１３の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄが設けられている。
【００３７】
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ前記隔壁部６３と逆の台形状を呈しており、各隔壁部６３間の凹部に配置されて該凹部を回転方向の前後に隔成する。前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄそれぞれの両側と各隔壁部６３の両側面との間には、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３とが形成される。
【００３８】
前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、前記回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入することで回転部材５３をロックするようになっている。
【００３９】
前記油圧回路５４は、前記進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２と、の２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１、９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ、９４ｂとが、それぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。
【００４０】
前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送するエンジン駆動のオイルポンプ９７が設けられており、また、ドレン通路９４ａ、９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
【００４１】
前記第１油圧通路９１は、前記回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。
【００４２】
前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１、９２と、供給通路９３及びドレン通路９４ａ、９４ｂと、を相対的に切り換え制御するようになっている。
【００４３】
そして、前記Ｃ／Ｕ１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
【００４４】
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、これにより、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
【００４５】
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。従って、前記回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これにより、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
【００４６】
以上の構成において、前記Ｃ／Ｕ１１４は、スロットル弁１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の作動特性によって、要求負圧を発生させつつ、アクセル開度に対応する目標吸入空気量が得られるように、前記電子制御スロットル１０４、前記ＶＥＬ１１２及び前記ＶＴＣ１１３を制御する。
【００４７】
また、吸入空気量に見合った燃料噴射量を算出すると共に、算出した燃料噴射量に応じた最適な点火時期を設定し、この燃料噴射量、点火時期に対応する信号をそれぞれ前記燃料噴射弁１３１、点火栓１３２に出力する。
【００４８】
ここで、吸入空気量が略一定となっている定常状態では、前記エアフローメータ２０２による吸入空気量検出値に基づいて燃料噴射量の算出、点火時期の設定を行えばよいが、吸気バルブ１０５の作動特性が変化する（すなわち、吸入空気量が変化する）過渡状態においては、前記エアフローメータ２０２では、検出遅れによって吸入空気量を精度よく検出できないため、適切な燃料噴射量の算出、点火時期の設定が行えない。
【００４９】
一方、吸気圧（負圧）が一定のもとでは、吸気バルブ１０５のバルブ作動特性に基づく吸入空気量算出値（吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬ）が、絶絶対値は合わないものの、実際のシリンダ吸入空気量ηＶの位相をほぼトレースでき、その変化割合同士で見ると、さらにその精度が高いことが実験により確認された（図１２参照）。
【００５０】
そこで、本実施形態においては、定常状態においては、従来と同様にエアフローメータ２０２による吸入空気量検出値に基づいて燃料噴射量、点火時期等の機関制御量を算出・設定するが、過渡状態（すなわち、ＶＥＬ１１２動作時）においては、前記吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの変化割合を用いることによって、実際の吸入空気量に精度よく対応させた機関制御量を算出して機関制御を行うようにしている。
【００５１】
以下、前記Ｃ／Ｕ１１４によって実行される吸入空気量制御及び機関制御量の代表としての基本燃料噴射量ＴＰの算出について説明する。
図１３〜図１５は、前記電子制御スロットル１０４、ＶＥＬ１１２及びＶＴＣ１１３の制御を示すブロック図である。
【００５２】
図１３は、ＶＥＬ１１２の目標作動角（ＴＧＶＥＬ）、ＶＴＣ１１３の目標位相角（ＴＧＶＴＣ）の設定を示すブロック図である。図１３において、目標体積流量比演算部３０１では、以下のようにして内燃機関１０１の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（目標吸入空気量）を算出する。
【００５３】
まず、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに対応する要求空気量Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣ（アイドル時要求空気量）を算出する。
【００５４】
そして、前記要求空気量Ｑ０とＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣと合計を、全要求空気量Ｑとして求め（Ｑ＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）、この全要求空気量Ｑを、機関回転速度Ｎｅ及び有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で除算することで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（ＴＱＨ０ＳＴ＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を算出する。
【００５５】
ＶＥＬ目標角度演算部３０２では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、前記ＶＥＬ１１２における制御軸１６の目標作動角ＴＧＶＥＬ（すなわち、目標リフト量）を算出し、この目標作動角ＴＧＶＥＬを出力する。これにより、前記ＶＥＬ作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬが前記目標作動角ＴＧＶＥＬとなるように、前記アクチュエータ２０１が駆動される。
【００５６】
なお、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、機関回転速度Ｎｅが高いほど、リフト量がより大きくなるような目標作動角ＴＶＥＬが設定されるが、そのリフト量の最小限界から、低負荷・低回転側においては、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対応する要求値よりも大きなリフト量となる目標作動角ＴＧＶＥＬを設定し、スロットル弁１０３ｂを絞ることで調整するようになっている。
【００５７】
一方、ＶＴＣ目標角度演算部３０３では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、前記ＶＴＣ１１３における目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）を算出し、この目標位相角ＴＧＶＴＣを出力する。これにより、現在の回転位相ＶＴＣＮＯＷが前記目標位相ＴＧＶＴＣとなるように、前記電磁アクチュエータ９９に対する通電量が制御される。
【００５８】
なお、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、機関回転速度Ｎｅが高いほど、バルブタイミングが遅角側となる目標位相角ＴＧＶＴＣが設定される。
図１４は、スロットル弁１０３ｂの目標開度ＴＤＴＶＯの設定を示すブロック図である。図１４において、第１変換部４０１では、図に示すような変換テーブルを用いて、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを状態量ＡＡＮＶ０に変換する。なお、かかる状態量ＡＡＮＶ０は、スロットル弁開口面積をＡｔ、機関回転速度をＮｅ、排気量（シリンダ容積）をＶＯＬ＃としたときにＡｔ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）で表されるものである。
【００５９】
次に、第１乗算部４０２及び第２乗算部４０３において、前記状態量ＡＡＮＶ０に機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃がそれぞれ乗算され、基本スロットル開口面積ＴＶＯＡＡ０とする。なお、かかる基本スロットル開口面積ＴＶＯＡＡ０は、吸気バルブ１０５が基準のバルブ作動特性（以下、これをＳｔｄ．バルブ作動特性という）であるときに要求されるスロットル開口面積である。
【００６０】
第３乗算部４０４では、前記基本スロットル開口面積ＴＶ０ＡＡ０に、吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬを乗算することにより、実際の吸気バルブ１０５の作動特性（すなわち、前記Ｓｔｄ．バルブ作動特性から変化）に応じた補正を行って、スロットル開口面積ＴＶＯＡＡとする。なお、前記吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの設定については後述する（図１５参照）。
【００６１】
そして、第２変換部４０５では、図に示すような変化テーブルを用いて、前記スロットル開口面積ＴＶＯＡＡをスロットル弁１０３ｂの目標開度（角度）ＴＤＴＶＯに変換し、この目標開度ＴＤＴＶＯを出力する。これにより、スロットル弁１０３ｂの開度が前記目標開度ＴＤＴＶＯとなるように、前記電子制御スロットル１０４が制御され、目標負圧を発生させる。
【００６２】
図１５は、前記吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの算出を示すブロック図である。この吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬは、吸気バルブ１０５の作動特性が（Ｓｔｄ．バルブ作動特性から）変化しても一定の空気量を確保するために設定されるもので、具体的には、以下のようにして算出される。
【００６３】
まず、スロットル弁１０３ｂを通過する空気流量Ｑｔｈ（ｔ）（ｋｇ／ｓｅｃ）は、次式（１）、（２）のように表すことができる。
【００６４】
【数１】

但し、Ｐａ：大気圧（Ｐａ）、Ｐｍ：マニホールド圧（Ｐａ）、Ｔａ：外気温度（Ｋ）、Ａｔ：スロットル開口面積（ｍ²）である。
【００６５】
これより、吸気バルブ１０５の作動特性が変化（例えば、状態０→状態１に変化）しても空気量を一定にするためには、次式（３）が成立する必要がある。
【００６６】
【数２】

但し、Ｐａ：大気圧、Ｔａ：外気温、Ｐｍ０：Ｓｔｄ．バルブ作動特性時の目標マニホールド圧、Ｐｍ１：バルブ作動特性変化後の目標マニホールド圧、Ａｔ０：Ｓｔｄ．バルブ作動特性時のスロットル弁開口面積、Ａｔ１：バルブ作動特性変化後のスロットル開口面積である。
【００６７】
従って、この場合のＳｔｄ．バルブ作動特性時のスロットル開口面積Ａｔ０とバルブ作動特性変化後（すなわち、ＶＥＬ１１２動作時）のスロットル開口面積との関係は、次式（４）のようになり、これが、吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬである。
【００６８】
【数３】

そこで、まず、基準圧力比算出部４１０では、前記Ｓｔｄ．バルブ作動特性における目標マニホールド圧Ｐｍ０と大気圧Ｐａとの比（Ｐｍ０／Ｐａ；基準圧力比）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度Ｎｅに基づいて、図中に示すように、あらかじめ全性能的に割り付けられたマップを参照して求める。
【００６９】
そして、ＫＰＡ０算出部４１１において、前記基準圧力比（Ｐｍ０／Ｐａ）に基づいて、図に示すテーブルＴＢＬＫＰＡ０を検索してＫＰＡ０を算出する。なお、かかるＫＰＡ０は、次式（５）で表せるものであり、前記式（４）の分子に相当する。
【００７０】
【数４】

一方、目標圧力比設定部４１２では、前記ＶＥＬ１１２動作時、具体的には、ＶＥＬ作動角が前記目標作動角ＴＧＶＥＬに制御されたときの目標圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬと機関回転速度Ｎｅに基づいて、図に示すようなテーブルを参照して設定する。
【００７１】
そして、ＫＰＡ１算出部４１３において、前記目標圧力比（Ｐｍ０／Ｐａ）に基づいて、図に示すテーブルＴＢＬＫＰＡ１を検索してＫＰＡ１を算出する。なお、かかるＫＰＡ１は、次式（６）で表せるものであり、前記式（４）の分母に相当する。
【００７２】
【数５】

除算部４１４では、前記ＫＰＡ０をＫＰＡ１で除算して吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬ（＝ＫＰＡ０／ＫＰＡ１）を算出し、これを前記第３乗算部４０４（図１４）に出力する。
【００７３】
次に、基本燃料噴射量ＴＰの算出について図１６、１７に示すブロック図に従って説明する。
図１６は、基本燃料噴射量ＴＰ算出の第１実施形態である。この実施形態は、過渡状態において、今回算出した吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬと前回算出値ＲＱＨ０ＶＥＬｚとの変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ（＝ＲＱＨ０ＶＥＬ／ＱＨ０ＶＥＬｚ）を、前回設定した基本燃料噴射量ＴＰｚに乗算することで今回の基本燃料噴射量ＴＰを算出するようにしている。なお、前記吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの算出については後述する（図１７参照）。
【００７４】
図１６において、定常時基本燃料噴射量算出部５００では、以下のようにして定常時基本燃料噴射量ＴＰ００を算出する。
すなわち、空気量平均値算出部５０１では、前記エアフローメータ２０２によって今回検出された空気量ＱＡと前回検出された空気量ＱＡｚ（例えば２ｍｓ前）との平均（吸入空気量指数平均値）ＱＡＡ[＝（ＱＡ＋ＱＡｚ）／２]を算出する。
【００７５】
基本噴射量算出部５０２では、前記吸入空気量指数平均値ＱＡＡと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、次式のように定常時基本燃料噴射量ＴＰ００を算出する。
ＴＰ００＝ＱＡＡ×ＫＣＯＮＳＴ＃／（Ｎｅ×ＮＲＥＦ＃）
但し、ＫＣＯＮＳＴ＃、ＮＲＥＦ＃は定数である。
【００７６】
一方、過渡時基本燃料噴射量算出部５１０では、以下のようにして過渡時基本燃料噴射量ＴＰ０１０を算出する。
すなわち、変化割合算出部５１１では、今回算出した吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬとその前回値ＲＱＨ０ＶＥＬｚ（例えば４ｍｓ前）とから次式のようにして変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ１を算出する。
【００７７】
ＲＱＨ０ＧＡＩＮ１＝ＲＱＨＯＶＥＬ／ＲＱＨ０ＶＥＬｚ
第１切換出力部５１２では、定常状態であるか過渡状態であるかによって出力を切り換えられる。過渡状態であれば、前記変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ１が選択されて、乗算部５１３において、基本燃料噴射量の前回設定値ＴＰｚ（ＲＱＨ０ＶＥＬｚと同様に４ｍｓ前）に、前記変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ１を乗算して過渡時基本燃料噴射量ＴＰ１０（＝ＴＰｚ×ＲＱＨ０ＧＡＩＮ１）を算出する。
【００７８】
なお、前記変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ１に代えて、変化量（ＲＱＨ０ＶＥＬ−ＲＱＨ０ＶＥＬｚ）を算出するようにしてもよく、この場合には、前記乗算部４１３に代えて加算部とし、基本燃料噴射量の前回値ＴＰｚに算出した変化量に応じた値を加算して過渡時基本燃料噴射量ＴＰ１０を算出することになる。
【００７９】
また、定常・過渡判定部５２０では、以下のようにして機関が定常状態であるか過渡状態であるかを判定する。
すなわち、体積流量比変化量算出部５２１では、今回算出した目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴとその前回値ＴＱＨ０ＳＴｚ（例えば１０ｍｓ前）とにより、次式にようにして目標体積流量比の変化量（の絶対値）ＤＬＴＱＨ０を次式により算出する。
【００８０】
ＤＬＴＱＨ０＝│ＴＱＨ０ＳＴ−ＴＱＨ０ＳＴｚ│
比較部５２２において、前記変化量ＤＬＴＱＨ０とあらかじめ設定した所定量ＤＬＴＱＳＬ＃とを比較し、変化量ＤＬＴＱＨ０が所定量ＤＬＴＱＳＬ＃以上であれば過渡状態と判定し、変化量ＤＬＴＱＨ０が所定値ＤＬＴＱＳＬ＃未満であれば定常状態と判定する。なお、この判定結果は、前記第１切換出力部５１２及び第２切換出力部５３０に出力される。
【００８１】
第２切換出力部５３０では、前記過渡・定常判定結果に応じて、それぞれ前記過渡時基本燃料噴射量ＴＰ００又は前記定常時基本燃料噴射量ＴＰ１０をＴＰ０として選択し、更に、なまし処理部５４０において、例えば次式のような加重平均演算によるなまし処理を行って基本燃料噴射量ＴＰを算出する。
【００８２】
ＴＰ＝ＴＰｚ（前回値）＋（１−Ｋ）×ＴＰ０（Ｋは、重み係数）
そして、前記Ｃ／Ｕ１１４は、前記基本燃料噴射量ＴＰを用いて次式のようにして最終的な燃料噴射量Ｔｉを算出し、算出された燃料噴射量Ｔｉに対応する噴射パルス信号をエンジン回転に同期した所定のタイミングで燃料噴射弁１３１に出力する。なお、かかる燃料噴射量Ｔｉに対応して点火時期も設定されることになる。
【００８３】
Ｔｉ＝ＴＰ×（１／λｔ）×（α＋ＵＬ＋ＵＫ）
但し、λｔ：目標空燃比、α：空燃比フィードバック係数、ＵＬ：空燃比学習値、ＵＫ：各種係数である。
【００８４】
これにより、吸入空気量が刻々と変化する過渡状態であっても、変化する吸入空気量に精度よく対応した燃料噴射量制御及び点火時期制御を実行できる。
次に、前記吸気バルブ通過体積流量ＲＱＨ０ＶＥＬの算出について説明する。かかる算出は、ＶＥＬ作動角（ＶＣＳ−ＡＮＧＬ）から吸気バルブ１０５の開口面積を求め、これを体積流量比に変換することにより行う。
【００８５】
具体的には、図１７に示すブロック図において、開口面積変換部６０１では、ＶＥＬ作動角（ＶＣＳ−ＡＮＧＬ）に基づいて、図に示すようなテーブルを検索して吸気バルブ１０５の基本開口面積ＡＡＶＥＬ０を算出する。なお、前記ＶＥＬ作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬに代えて目標作動角ＴＧＶＥＬを用いるようにしてもよい。
【００８６】
次に、算出した基本開口面積ＡＡＶＥＬ０に対して、回転補正部６０２において、機関回転速度Ｎｅに基づき図に示すようにテーブルを検索して設定される回転補正係数ＫＨＯＳＮＥを乗算してＶＥＬ開口面積回転補正を行い、更に、吸気バルブ上流圧補正部６０３において、実際の吸気マニホールド圧Ｐｍと大気圧Ｐａの比（Ｐｍ／Ｐａ）を乗算して吸気バルブ１０５の開口面積ＡＡＶＥＬを算出する。なお、かかる補正は、機関回転速度Ｎｅの上昇に伴う慣性力の増加により開口面積が増加することを考慮したものであり、また、スロットル弁１０３を絞ることにより発生する吸気バルブ１０５上流圧（吸気圧）によって、同じ開口面積でも吸入空気量が変化することを考慮したものである。
【００８７】
その後、算出した開口面積ＡＡＶＥＬを、第１除算部６０４において機関回転速度Ｎｅで除算し、更に、第２除算部６０５において排気量（シリンダ容積）ＶＯＬ＃で除算して、状態量ＡＡＮＶ（Ａ／Ｎ／Ｖ）とする。
【００８８】
そして、体積流量変換部６０６において、図に示すようなテーブルにより、前記状態量ＡＡＮＶを体積流量比（ＲＱＨ０ＶＥＬ０）に変換し、ＶＴＣ補正部６０７において、バルブタイミング補正値ＫＨＯＳＩＶＣを乗算して吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬを算出する。なお、かかる補正は、前記ＶＴＣ１１３によって吸気バルブ１０５の閉弁タイミングＩＶＣの変化に伴う有効シリンダ容積の変化を考慮したものである。
【００８９】
図１８は、基本燃料噴射量ＴＰ算出の第２実施形態を示すものである。この実施形態は、前記第１実施形態（図１６）に対して、今回算出した吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬと、過渡判定時に算出した吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬｋと、により第２変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ２を算出し、前記過渡判定時に設定された基本燃料噴射量ＴＰｋに前記第２変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ２を乗算して過渡時基本燃料噴射量ＴＰ１０'を算出するようにした点が異なる。
【００９０】
すなわち、過渡時基本燃料噴射量算出部５１０'において、変化割合算出部５１１'では、今回算出した吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬと過渡判定時に算出した吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬｋとから次式のようにして変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ２を算出する。
【００９１】
ＲＱＨ０ＧＡＩＮ２＝ＲＱＨ０ＶＥＬ／ＲＱＨ０ＶＥＬｋ
第１切換出力部５１２'では、定常状態であるか過渡状態であるかによって出力を切り換えられる。過渡状態であれば、前記変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ２が選択されて、乗算部５１３'において、過渡判定時に設定された基本燃料噴射量ＴＰｋに前記変化割合ＲＱＨ０ＧＡＩＮ２を乗算して過渡時基本燃料噴射量ＴＰ１０'（＝ＴＰｋ×ＲＱＨ０ＧＡＩＮ２）を算出して、第２切換出力部５３０に出力される。なお、その他については、前記第１実施形態（図１６）と同様であるので、説明は省略する。
【００９２】
かかる第２実施形態によっても、過渡状態における吸入空気量の変化に精度よく対応した燃料噴射量制御及び点火時期制御を実行できる。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項２又は請求項３記載の内燃機関の制御装置において、吸気バルブの上流側で質量空気量を検出する空気量検出手段を備え、前記制御手段は、機関が定常状態であるときは、検出された質量空気量に基づいて機関制御量を算出することを特徴とする。
【００９３】
このようにすれば、空気量検出手段によりシリンダ吸入空気量を精度よく検出できる定常状態においては、かかる吸入空気量検出値に基づいて機関に対する制御量を算出することで、演算負荷を軽減しつつ容易に機関制御量を算出できる。（ロ）請求項１〜３又は上記（イ）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記機関制御量が燃料噴射量又は点火時期であることを特徴とする。
【００９４】
このようにすれば、シリンダ吸入空気量が変化する過渡状態においても、その変化に精度よく対応させた燃料噴射量及び点火時期を設定することができ、もって機関の運転性、排気性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態における可変バルブ作動角／リフト機構（ＶＥＬ）の断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記ＶＥＬの側面図。
【図４】上記ＶＥＬの平面図。
【図５】上記ＶＥＬに使用される偏心カムの斜視図。
【図６】上記ＶＥＬの低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記ＶＥＬの高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記ＶＥＬにおける揺動カムの基端面とカム面に対応してバルブリフト特性図。
【図９】上記ＶＥＬのバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記ＶＥＬにおける制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】実施の形態における可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）を示す断面図。
【図１２】実シリンダ体積流量比ηＶと吸気バルブ通過体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬとの挙動、及びその変化割合同士の挙動を比較した図。
【図１３】ＶＥＬ目標作動角（ＴＧＶＥＬ）及びＶＴＣ目標位相角（ＴＧＶＴＣ）の設定を示すブロック図。
【図１４】スロットル弁の目標開度（ＴＤＴＶＯ）の設定を示すブロック図。
【図１５】吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの算出を示すブロック図。
【図１６】基本燃料噴射量ＴＰ算出の第１実施形態を示すブロック図。
【図１７】吸気バルブ通過体積流量の算出を示すブロック図。
【図１８】基本燃料噴射量ＴＰ算出の第２実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１２…可変バルブ機構（ＶＥＬ）、１１３…可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）、１１４…コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）、１２７…作動角センサ、２０２…エアフローメータ、２０３…クランク角センサ、２０５…吸気圧センサ、２０６…カムセンサ

Claims

吸気バルブのバルブ作動特性を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記吸気バルブのバルブ作動特性に基づいて該吸気バルブによって制御される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
前記吸入空気量算出手段によって算出された最新の吸入空気量と過去の吸入空気量との変化と、前記過去の吸入空気量の算出時に設定された燃料噴射量と、に基づいて最新の燃料噴射量を算出し、算出した最新の燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
機関が定常状態であるか過渡状態であるかを判定する状態判定手段を備え、
前記制御手段は、機関が過渡状態であるときに、前回設定された燃料噴射量を、今回算出された吸入空気量と前回算出された吸入空気量との変化に応じて補正して今回の燃料噴射量を算出し、算出した今回の燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
機関が定常状態であるか過渡状態であるかを判定する状態判定手段を備え、
前記制御手段は、機関が過渡状態であるときに、過渡判定時に設定された燃料噴射量を、今回算出された吸入空気量と過渡判定時に算出された吸入空気量との変化に応じて補正して今回の燃料噴射量を算出し、算出した今回の燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。