(57)【要約】【課題】内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータの経年変化にかかわらず、内燃機関の出力特性を良好に制御することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】バルブタイミング可変装置の操作量の目標値（ＶＣＴ目標値）の変化に基づき、実ＶＣＴを推定する（ステップＳ１２）。そして、実ＶＣＴと推定値との差に基づき、上記可変装置の動特性に変化があるか否かを判断する（ステップＳ１６）。変化があると判断されると、ＶＣＴ動特性の変化をモデルに反映する（ステップＳ２０）。そして、この変化の反映されたモデルに基づき、ＶＣＴ目標値を様々に変化させたときのガソリン機関の状態をシミュレーションすることで、ＶＣＴ目標値マップを再適合する。【選択図】      図８
2008031951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータの操作量の目標値を、前記内燃機関の運転状態に基づき設定する目標値設定手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記操作量の目標値が変化するに際しての実際の操作量の追従性に基づき、前記アクチュエータの動特性の変化の有無を判断する特性変化判断手段と、
前記内燃機関の状態を、前記アクチュエータの動特性の変化を加味しつつシミュレーションするシミュレーション手段と、
前記動特性の変化があると判断されるとき、前記目標値設定手段の目標値を変更しつつ前記内燃機関の過渡時の状態を前記シミュレーション手段によって繰り返しシミュレーションすることで前記目標値を再適合する適合手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記特性変化判断手段は、前記アクチュエータのモデルと前記目標値とに基づき、過渡時における前記アクチュエータの操作量を推定する推定手段と、前記操作量の検出値及び前記推定手段による推定値に基づき、前記アクチュエータの動特性の変化の有無を判断する手段とを備え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。
【請求項３】
前記推定手段は、前記アクチュエータの動特性の変化有りと判断されるとき、前記推定手段のモデルを補正する補正手段を備え、
前記シミュレーション手段は、前記推定手段の前記モデルによって前記アクチュエータの動特性の変化を加味しつつ前記シミュレーションを行うことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記シミュレーション手段は、前記過渡時の状態として、出力トルク、出力トルクの変動、排気特性、筒内圧の少なくとも１つをシミュレーションすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記適合手段は、前記シミュレーション手段によって得られる状態が予め定められた基準を満たすように前記再適合を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記適合手段は、前記変更される目標値による前記内燃機関の定常時の状態を前記シミュレーション手段に更にシミュレーションさせ、前記内燃機関の過渡時及び定常時の状態に基づき、前記再適合を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関が火花点火式内燃機関であって、
前記シミュレーション手段は、前記内燃機関の回転速度及びスロットルバルブの開度を入力条件として、前記シミュレーションを行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記アクチュエータが、前記内燃機関の排気通路に排出される排気を吸気通路に還流させる排気還流通路内の流路面積を可変とするバルブ、前記内燃機関の吸気バルブ特性可変装置、及び前記内燃機関の排気バルブ特性可変装置の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータを製造する機関アクチュエータの製造方法において、
前記アクチュエータの動特性を複数にモデル化する工程と、
前記内燃機関の状態を、前記モデル化されたアクチュエータの動特性に基づきシミュレーション手段によりシミュレーションする工程と有し、
前記複数のモデル化による前記シミュレーションの結果に基づき、前記アクチュエータを設計し製造することを特徴とする機関アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータの操作量の目標値を、前記内燃機関の運転状態に基づき設定する目標値設定手段を備える内燃機関の制御装置に関する。また、本発明は、内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータを製造する機関アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃機関の制御に際しては、出力特性（出力トルク、排気特性等）等についての様々な要求を満たすべく、複雑な制御がなされている。すなわち、内燃機関の回転速度及び負荷等に基づき、噴射量や充填効率、還流排気量（ＥＧＲ量）を最適とするように、内燃機関の各種アクチュエータの操作量が予め適合され、これら適合された操作量に基づき各種アクチュエータが操作される。これにより、内燃機関に対する様々な要求を満たすことが可能となる（特許文献１）。
【０００３】
ところで、内燃機関のアクチュエータには、経年変化が生じ得る。特に内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータに経年変化が生じると、その動特性が変化し、内燃機関の過渡運転時における気体の流通態様が変化する。このため、経年変化によって内燃機関の過渡運転時の出力特性等が低下し、要求を満たさなくなることが懸念される。
【０００４】
また、内燃機関の基本的な構造が与えられたとき、その出力特性を最大限に引き出すことのできる動特性を備えるアクチュエータをどのように設計するかについては、膨大な試行錯誤が必要となっており、製品開発の長期化の原因となっていた。
【特許文献１】特開２００２−２０６４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータの経年変化にかかわらず、内燃機関の出力特性を良好に制御することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。また、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アクチュエータの製造にかかる工数を低減することのできる機関アクチュエータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、前記操作量の目標値が変化するに際しての実際の操作量の追従性に基づき、前記アクチュエータの動特性の変化の有無を判断する特性変化判断手段と、前記内燃機関の状態を、前記アクチュエータの動特性の変化を加味しつつシミュレーションするシミュレーション手段と、前記動特性の変化があると判断されるとき、前記目標値設定手段の目標値を変更しつつ前記内燃機関の過渡時の状態を前記シミュレーション手段によって繰り返しシミュレーションすることで前記目標値を再適合する適合手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
操作量の目標値が変化すると、これに追従するように実際の操作量が操作される。しかし、気体の流量を調節するアクチュエータには動作遅れが生じる。この動作遅れは、アクチュエータ固有の動特性に依存するものであるとはいえ、経年変化によって変化し得る。そして動特性が変化すると、過渡時における内燃機関の出力特性が変化するおそれがある。ここで、上記構成では、追従性に基づきアクチュエータの動特性の変化の有無を判断する。そして、変化ありと判断されるときには、目標値設定手段の目標値を変更しつつ内燃機関の過渡時の状態を、アクチュエータの動特性の変化に基づきシミュレーションする。このため、変化した動特性にとって、変更された目標値が適切であるかをシミュレーションによって把握することができる。したがって、シミュレーションに基づき、変化した動特性にとって目標値が適切となるように適合することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記特性変化判断手段は、前記アクチュエータのモデルと前記目標値とに基づき、過渡時における前記アクチュエータの操作量を推定する推定手段と、前記操作量の検出値及び前記推定手段による推定値に基づき、前記アクチュエータの動特性の変化の有無を判断する手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、アクチュエータのモデルに基づき、アクチュエータが基準となる動特性を有しているとした場合のアクチュエータの操作量の推移を推定することができる。このため、この推定される操作量の推移と実際の操作量の推移とに基づき、動特性の変化の有無を適切に判断することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記推定手段は、前記アクチュエータの動特性の変化有りと判断されるとき、前記推定手段のモデルを補正する補正手段を備え、前記シミュレーション手段は、前記推定手段の前記モデルによって前記アクチュエータの動特性の変化を加味しつつ前記シミュレーションを行うことを特徴とする。
【００１２】
上記構成では、アクチュエータの動特性が変化したときにモデルを補正することで、変化したアクチュエータの動特性をモデルに反映することができる。そして、シミュレーション手段では、補正されたモデルを用いることで、アクチュエータの動特性の変化を加味しつつ、内燃機関の過渡時についての状態をシミュレーションすることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記シミュレーション手段は、前記過渡時の状態として、出力トルク、出力トルクの変動、排気特性、筒内圧の少なくとも１つをシミュレーションすることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、内燃機関の出力性能を適切に定量化するパラメータである出力トルクや、出力トルクの変動、排気特性、筒内圧の少なくとも１つをシミュレーションすることで、出力特性を良好とするよう目標値を再適合することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記適合手段は、前記シミュレーション手段によって得られる状態が予め定められた基準を満たすように前記再適合を行うことを特徴とする。
【００１６】
上記構成では、シミュレーション手段によって得られる状態が予め定められた基準を満たすように再適合を行うために、再適合された目標値を用いた内燃機関の出力特性を特に良好なものとすることができる。これに対し、複数のシミュレーション結果のうちの最適なものを適合値とする場合、絶対的な基準を満たさないにもかかわらず、シミュレーションした範囲内では最適な目標値が最終的な適合値とされるおそれがある。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記適合手段は、前記変更される目標値による前記内燃機関の定常時の状態を前記シミュレーション手段に更にシミュレーションさせ、前記内燃機関の過渡時及び定常時の状態に基づき、前記再適合を行うことを特徴とする。
【００１８】
適合手段により過渡時の状態のシミュレーションにより適合された目標値は、定常時の出力特性を良好とするとは限らない。この点、上記構成では、定常時の状態をもシミュレーションしてこれに基づき再適合を行うことで、過渡時のみならず定常時の出力特性をも良好とする目標値を得ることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関が火花点火式内燃機関であって、前記シミュレーション手段は、前記内燃機関の回転速度及びスロットルバルブの開度を入力条件として、前記シミュレーションを行うことを特徴とする。
【００２０】
火花点火式内燃機関の場合、回転速度とスロットルバルブの開度が定まれば、内燃機関の出力の制御態様が定まり、ひいては、内燃機関の状態が定まる。このため、上記構成では、シミュレーションを適切に行うことができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記アクチュエータが、前記内燃機関の排気通路に排出される排気を吸気通路に還流させる排気還流通路内の流路面積を可変とするバルブ、前記内燃機関の吸気バルブ特性可変装置、及び前記内燃機関の排気バルブ特性可変装置の少なくとも１つであることを特徴とする。
【００２２】
上記構成では、アクチュエータの操作量の目標値が変化する際、アクチュエータの実際の操作量に応答遅れが生じる。そして、経年変化による応答遅れの度合いの変化が、内燃機関の出力特性に特に影響を与えやすいものとなっている。このため、上記請求項１〜７の発明の作用効果を特に好適に奏することができる構成となっている。
【００２３】
請求項９記載の発明は、内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータを製造する機関アクチュエータの製造方法において、前記アクチュエータの動特性を複数にモデル化する工程と、前記内燃機関の状態を、前記モデル化されたアクチュエータの動特性に基づきシミュレーション手段によりシミュレーションする工程と有し、前記複数のモデル化による前記シミュレーションの結果に基づき、前記アクチュエータを設計し製造することを特徴とする。
【００２４】
上記方法では、複数にモデル化されたアクチュエータの動特性のそれぞれに基づき、内燃機関の過渡時の状態がシミュレーションされる。このため、内燃機関の過渡時の出力特性を最適化するための動特性をシミュレーション結果によって取得することができる。このため、過渡時の出力特性を良好とする動特性を有するアクチュエータの設計が好適に支援され、設計にかかる工数を低減することができる。したがって、上記方法によれば、機関アクチュエータの製造工数を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置をガソリン機関の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１に、本実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す。
【００２７】
図示されるように、ガソリン機関１０において、吸気通路１２にはＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の上流には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１３が設けられている。一方、スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられている。そして、吸気通路１２の下流には、燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１８が取り付けられている。
【００２８】
ガソリン機関１０の吸気通路１２内の空気と燃料との混合気は、吸気バルブ２０の開動作により燃焼室２２内に導入される。ガソリン機関１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２４が取り付けられており、点火プラグ２４には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２４の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２２内に導入された混合気が着火され燃焼に供される。そして、燃焼エネルギは、ピストン２６を介して、クランク軸２８の回転エネルギに変換される。また、燃焼室２２にて燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０の開動作によって、排気通路３２に排出される。なお、クランク軸２８の近傍には、クランク軸２８の回転角度を検出するクランク角センサ２９が設けられている。
【００２９】
上記サージタンク１６と排気通路３２との間には、排気の一部を吸気通路１２に還流させるべく、排気還流通路３４が設けられている。そして、排気還流通路３４には、電磁弁等よりなるＥＧＲバルブ３６が設けられている。ＥＧＲバルブ３６の開度が調節されることにより、排気還流通路３４を通じて吸気通路１２に還流される排気量（ＥＧＲ量）が調整される。
【００３０】
上記吸気バルブ２０及び排気バルブ３０は、クランク軸２８から動力を付与されており、クランク軸２８の２回転を周期として開閉動作する。ただし、本実施形態においては、吸気バルブ２０及び排気バルブ３０は、それぞれバルブタイミング可変機構４０ａ，４０ｂを介してクランク軸２８と連結されている。このため、クランク軸２８の回転角度に対する吸気バルブ２０及び排気バルブ３０の開弁タイミングを可変とすることが可能となっている。
【００３１】
詳しくは、クランク軸２８の動力は、ベルト４０、バルブタイミング可変機構４０ａ，４０ｂ（以下、バルブタイミング可変機構４０）を介してカム軸４２に伝達される。バルブタイミング可変機構４０は、クランク軸２８と機械的に連結される第１の回転体４４と、カム軸４２と機械的に連結される第２の回転体４６とを備えている。そして、本実施形態では、第２の回転体４６が複数の突起部４６ａを備えて且つ、第１の回転体４４内に第２の回転体４６が収納されている。そして、第２の回転体４６の突起部４６ａと第１の回転体４４の内壁とによって、クランク軸２８に対するカム軸４２の相対的な回転角度（回転位相差）を遅角させるための遅角室４８と、同回転位相差を進角させるための進角室５０とが区画形成されている。
【００３２】
バルブタイミング可変機構４０は、遅角室４８及び進角室５０との間のオイルの流出入によって油圧駆動される。このオイルの流出入は、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ６０）によって調節される。
【００３３】
ＯＣＶ６０は、油圧ポンプ７０によって、オイルパン７２内のオイルを、供給経路６１及び遅角経路６２又は進角経路６３を介して遅角室４８又は進角室５０へと供給する。また、ＯＣＶ６０は、遅角室４８又は進角室５０から遅角経路６２又は進角経路６３及び排出経路６４を介してオイルパン７２へとオイルを流出させる。そして、上記遅角経路６２又は進角経路６３と供給経路６１又は排出経路６４との流路面積は、スプール６５によって調節される。すなわち、スプール６５は、スプリング６６によって、図中、左側に押されており且つ、電磁ソレノイド６７によって図中、右側に向かう力が付与される。このため、電磁ソレノイド６７に操作信号を付与して且つ、この操作信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）を調節することで、スプール６５の変位量を操作することが可能となる。
【００３４】
なお、バルブタイミング可変機構４０ａ，４０ｂの近傍には、クランク軸２８に対するカム軸４２（実際には、吸気カム軸及び排気カム軸）の回転角度を検出するカム角センサ４０ａ，４１ｂが設けられている。
【００３５】
一方、電子制御装置（ＥＣＵ８０）は、上記各種センサの検出結果を取り込み、これに基づきガソリン機関１０の出力を制御するものである。このＥＣＵ８０には、イグニッションスイッチ８２、メインリレー８４、給電ラインＬ１を介してバッテリＢの電力が給電されている。
【００３６】
ここで、メインリレー８４は、イグニッションスイッチ８２がオンされるか、信号ラインＬ２から駆動信号が入力されることで、バッテリＢと給電ラインＬ１とを短絡させる。このため、イグニッションスイッチ８２がオンとされると、メインリレー８４によってバッテリＢと給電ラインＬ１とが導通状態とされるため、ＥＣＵ８０にバッテリＢの電力が供給される。
【００３７】
一方、ＥＣＵ８０では、バッテリＢにより電力が供給されているときに、信号ラインＬ３を介してイグニッションスイッチ８２のオン・オフ状態を監視する。そして、イグニッションスイッチ８２がオフとされると、ＥＣＵ８０の停止の前に行なう後処理を完了するまでＥＣＵ８０への給電を継続するために、信号ラインＬ２を介してメインリレー８４に駆動信号を出力する。これにより、イグニッションスイッチ８２がオフとされた後であっても、ＥＣＵ８０において上記後処理が完了するまではバッテリＢの電力がメインリレー８４及び給電ラインＬ１を介してＥＣＵ８０に供給される。
【００３８】
上記ガソリン機関１０の出力を制御すべく、ＥＣＵ８０では、ＯＣＶ６０に操作信号を出力することで、吸気バルブ２０や排気バルブ３０の開弁タイミングを操作する。すなわち、クランク軸２８に対するカム軸４２の回転位相差ＶＣＴを操作量として、これによりガソリン機関１０の出力を制御する。このため、ＥＣＵ８０は、図２に示すように、クランク軸２８の回転速度と、ガソリン機関１０の吸入空気量とに基づき、回転位相差ＶＣＴの目標値（ＶＣＴ目標値）を定めるマップを備えている。このマップは、ガソリン機関１０の出力特性（出力トルク、排気特性等）を最適な状態とすべく適合されたものである。
【００３９】
上記適合は、基本的には、定常状態におけるガソリン機関１０の出力特性を最適化するための値に設定されている。すなわち、例えば図３に例示するように、燃焼安定性が基準値を超えない範囲で、出力トルクが最大となるように、ＶＣＴ目標値が適合される。ここで、燃焼安定性は、燃焼室２２内の圧力（筒内圧）の１燃焼サイクルあたりの平均値（平均有効圧）の複数のサンプリング値Ｐｉの平均値に対する標準偏差の百分率によって定まる量であり、値が小さいほど運転状態が安定であることを示している。なお、実際には、出力特性として排気特性等を加味し、且つ過渡特性においても出力特性を良好に保つことのできるようにＶＣＴ目標値が適合される。
【００４０】
ところで、バルブタイミング可変機構４０及びＯＣＶ６０を備えて構成されるバルブタイミング可変装置には、経年変化が生じ得る。そして、経年変化が生じると、ＶＣＴ目標値を変更する際の動特性が変化する。図４に、バルブタイミング可変装置の経年変化による動特性の変化を例示する。図示される例では、実線にて示すＶＣＴ目標値が進角側から遅角側へと変化した際の動特性を示している。この場合、実際の回転位相差ＶＣＴ（実ＶＣＴ）には応答遅れが生じるのであるが、その応答遅れの度合いが、経年変化によって変化する。図では、経年変化によって、ＶＣＴ目標値への追従性が低下している例を示している。
【００４１】
動特性が変化したとしても、図５に示すように、定常状態にあっては、フィードバック制御により、実ＶＣＴをＶＣＴ目標値に略一致させることができる。そして、ＶＣＴ目標値はガソリン機関１０の出力特性を良好に保つべく適合されているため、定常状態においては、動特性の変化にかかわらず、ガソリン機関１０の出力特性を良好に維持することができる。
【００４２】
しかし、図６に示すように、過渡状態にあっては、経年変化によって、ＶＣＴ目標値の変化に対して実ＶＣＴの変化が大きく遅れることとなり、結果として、燃焼安定性や出力トルク等、ガソリン機関１０の出力特性が大きく悪化するおそれがある。
【００４３】
そこで本実施形態では、バルブタイミング可変装置の動特性に変化があると判断されるとき、ＥＣＵ８０によって、先の図２に示したマップを自動で再適合する。図７に、ＥＣＵ８０の行う処理のうち、上記再適合に関する処理を示す。
【００４４】
ＶＣＴ目標値マップＢ１０は、先の図２に示したマップを格納する部分である。
【００４５】
ＶＣＴ推定部Ｂ１２は、ＶＣＴ目標値が変化する際の実ＶＣＴの推定値を算出する部分である。ここでは、動特性モデルを用いて実ＶＣＴの推定値を算出する。動特性モデルは、任意でよいが、本実施形態では、１次遅れに無駄時間を加えたモデルを用いる。
【００４６】
動特性変化判定部Ｂ１４は、ＶＣＴ目標値が変化する過渡時において、ＶＣＴ推定部Ｂ１２による推定値と、クランク角センサ８０及びカム角センサ４１ａ，４１ｂによって検出される実ＶＣＴとの差に基づき、バルブタイミング可変装置の動特性に変化が生じたか否かを判断する。
【００４７】
動特性補正部Ｂ１６は、動特性変化判定部Ｂ１４によって動特性の変化ありと判断されるとき、ＶＣＴ推定部Ｂ１２の備えるモデルを補正することで、モデルを、実際の動特性を高精度に表現したものとする部分である。
【００４８】
運転条件設定部Ｂ１８は、動特性変化判定部Ｂ１４により動特性の変化があると判断されるとき、ＶＣＴ目標値マップＢ１０の再適合を行うためのガソリン機関１０の過渡的な運転条件を複数作り出す部分である。詳しくは、クランク軸２８の回転速度と、スロットルバルブ１４の開度とによって過渡運転状態を表現する。
【００４９】
燃焼パラメータ推定部Ｂ２０は、運転条件設定部Ｂ１８によって設定される回転速度とスロットル開度とに基づき、吸入空気量、充填空気量、噴射量、点火時期、ＥＧＲ量、空燃比等、燃焼室２２内の燃焼を決定するパラメータを推定する部分である。この推定に際しては、ＶＣＴ推定部Ｂ１２によって推定される実ＶＣＴの推定値も利用される。
【００５０】
すなわち、ＶＣＴ目標値マップＢ１０には、クランク角センサ２９によって検出される回転速度ＮＥに代えて運転条件設定部Ｂ１８によって設定される回転速度ＮＥｉがセレクタＳＲ１によって選択入力される。また、エアフローメータ１３によって検出される吸入空気量に代えて、燃焼パラメータ推定部Ｂ２０によって推定される吸入空気量が、セレクタＳＲ２によって選択入力される。ＶＣＴ目標値マップＢ１０は、これら回転速度ＮＥｉと吸入空気量の推定値に基づき、ＶＣＴ目標値を設定する。そして、ＶＣＴ推定部Ｂ１２では、ＶＣＴ目標値に基づき、実ＶＣＴの推定値を算出する。
【００５１】
燃焼パラメータのうち、吸入空気量については、例えば吸気通路１２の構造や、スロットル開度に応じた物理モデルに基づき推定される。充填空気量については、吸気通路１２内の空気のうち、燃焼室２２へと空気が流入するまでの応答遅れを物理モデルによって算出することで推定される。また、噴射量については、推定される吸入空気量と、ＥＣＵ８０の制御ロジックによって定まる目標空燃比とに基づき推定される。また、点火時期については、ＥＣＵ８０による通常時の操作態様の推定に基づき行われる。すなわち、ＥＣＵ５０では、通常時において吸入空気量と回転速度とに基づきマップ演算する点火時期を、過渡時には補正ロジックによって補正する。このため、これらマップや補正ロジックを参照しつつ点火時期が推定される。ＥＧＲ量の推定については、ＥＧＲバルブ３６の通常時の操作態様の推定と、物理モデルとに基づき行われる。すなわち、ＥＣＵ５０では、通常時において吸入空気量と回転速度とに基づきマップ演算するＥＧＲバルブ開度を、過渡時には補正ロジックによって補正する。このため、これらマップや補正ロジックを参照しつつＥＧＲバルブ３６の操作量が推定され、これとＥＧＲバルブ３６の動特性及び排気還流通路３４内の排気の還流態様が物理モデルによって推定されることで、ＥＧＲ量が推定される。空燃比の推定については、ＥＣＵ８０による通常時の操作態様の推定と物理モデルとによって行われる。すなわち、ＥＣＵ８０では、通常、目標空燃比を設定してフィードバック制御を行っているのであるが、過渡時においては、フィードバック制御によっては実際の空燃比を目標空燃比に設定することができない。このため、過渡時においては、燃料噴射弁１８から噴射された燃料のうち吸気通路１２内に付着して燃焼室２２に供給されない量を物理モデルによって見積もる等することで、実際の空燃比を推定する。
【００５２】
機関状態推定部Ｂ２２は、燃焼パラメータ推定部Ｂ２０によって推定される燃焼パラメータに基づき、ガソリン機関１０における状態を推定する部分である。ここでは、排気特性や、トルク、トルク変動、燃焼安定性等、出力特性や出力特性を定めるパラメータ（燃焼安定性）を推定対象とする。この推定は、燃焼パラメータに基づき、統計モデルによって行えばよい。すなわち、例えば、空燃比と出力トルク、点火時期と出力トルクとの関係等を定めるガソリン機関１０固有の複数のマップを用意しておき、これらによって算出されるトルクの加重平均値によって出力トルクを推定すればよい。また、これに代えて、物理モデルを用いて推定を行ってもよい。
【００５３】
機関状態判定部Ｂ２４は、機関状態推定部Ｂ２２によって推定される状態が、予め定められた基準内となるか否かを判断するためのものである。すなわち、例えば推定される燃焼安定性が、先の図３に示した基準内となるか否かを判断する。
【００５４】
マップ値変更部Ｂ２６は、機関状態判定部Ｂ２４によって、推定される状態が基準を満たさないと判断されるとき、ＶＣＴ目標値マップＢ１０の目標値を変更する部分である。
【００５５】
図８に、バルブタイミング可変装置の動特性モデルの補正にかかる処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ８０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５６】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、上記ＶＣＴ目標値マップＢ１０の出力として、ＶＣＴ目標値を取得する。また、ステップＳ１２においては、先の図７のＶＣＴ推定部Ｂ１２の処理として、実ＶＣＴの推定値を算出する。一方、ステップＳ１４においては、クランク角センサ２９の出力とカム角センサ４１ａ，４１ｂの出力とに基づき、実ＶＣＴを検出する。
【００５７】
続くステップＳ１６においては、先の図７の動特性変化判定部Ｂ１４の処理として、バルブタイミング可変装置の動特性の変化があるか否かを判断する。この判断は、例えば、実ＶＣＴと推定値との差が所定以上となるタイミングが所定期間以上となることで変化有りと判断すればよい。また、実ＶＣＴと推定値との差の時間積分値に基づき判断してもよい。そして、変化ありと判断されるときには、ステップＳ１８において、バルブタイミング可変装置の動特性を算出する。そして、ステップＳ２０においては、バルブタイミング可変装置の動特性モデルが算出されたモデルになるように、補正する。これらステップＳ１８、Ｓ２０の処理は、先の図７の動特性補正部Ｂ１６の処理として行われる。そして、ステップＳ２２においては、再適合を行う旨を指示するフラグである再適合フラグをオンとし、この一連の処理を一旦終了する。
【００５８】
図９に、再適合にかかる処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ８０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５９】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、再適合フラグがオンとされているか否かを判断する。そして再適合フラグがオンとされていると判断されると、ステップＳ３２において、イグニッションスイッチ８２がオフとされた直後であるか否かを判断する。この処理は、再適合処理を、イグニッションスイッチ８２のオフ後の後処理として行うためのものである。すなわち、ガソリン機関１０の出力制御がなされているときには、ＥＣＵ８０の演算負荷が大きいため、再適合の処理を行うためには非常に高速なＣＰＵを搭載してＥＣＵ８０を構成する必要が生じる。これに対し、本実施形態のように後処理として行うことで、ＥＣＵ８０に要求される計算速度を抑制することが可能となる。
【００６０】
そして、イグニッションスイッチ８２がオフとされた直後であると判断されると、ステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４においては、ＶＣＴ目標値を再適合するために用いられるガソリン機関１０の過渡運転条件をセットする。ここでは、過渡運転条件として、いかなる過渡状態においてもガソリン機関１０の出力特性を良好とする適合を行うために十分な複数の条件を用意する。詳しくは、スロットル開度及び回転速度の変化パターンを複数用意する。そして、ステップＳ３６においては、与えられた各過渡運転条件において、それぞれ実ＶＣＴを推定しつつ、燃焼パラメータを推定する。これは、先の図７のＶＣＴ推定部Ｂ１２や燃焼パラメータ推定部Ｂ２０の処理である。
【００６１】
続くステップＳ３８においては、各過渡運転条件によって生じるガソリン機関１０の過渡状態を、上記燃焼パラメータの推定に基づき推定する。この処理は、先の図７の機関状態推定部Ｂ２２の行う処理である。そして、ステップＳ４０においては、推定された複数の過渡運転条件によって生じる過渡状態の全てが基準を満たすか否かを判断する。
【００６２】
図１０に、ある回転速度及びスロットル開度の変化パターンを与えたときに推定される機関状態が基準を満たさない例を示す。この例では、トルク、燃焼安定性、及び排気特性としての炭化水素（ＨＣ）の排出量のいずれもが基準を満たしていない。このように、基準を満たさないものが１つでも存在する場合には、先の図８のステップＳ４２においてＶＣＴ目標値マップを変更し、ステップＳ３４〜Ｓ４０の処理を再度行う。
【００６３】
なお、ＶＣＴ目標値マップの変更は、具体的には、例えばＶＣＴ目標値マップを、ＲＯＭ等の消去不能な記憶手段に記憶しておき、これに対する補正量を常時記憶保持手段に記憶することで行うことが望ましい。ここで、常時記憶保持手段とは、バックアップＲＡＭ等、イグニッションスイッチ８２の状態にかかわらず給電状態が維持されるメモリや、ＥＥＰＲＯＭ等の給電状態の有無にかかわらず記憶を保持する不揮発性メモリ等、イグニッションスイッチ８２の状態にかかわらず記憶を保持する記憶手段である。
【００６４】
これに対し、ステップＳ４０において、過渡状態が全て基準を満たすと判断されるときには、ステップＳ４４において、ＶＣＴ目標値マップの再適合が完了したとして、再適合フラグをオフとする。なお、ステップＳ３０，Ｓ３２において否定判断されるときや、ステップＳ４４の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００６５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６６】
（１）ＶＣＴ目標値が変化するに際しての実ＶＣＴの追従性に基づき、バルブタイミング可変装置の動特性に変化があると判断されるとき、ＶＣＴ目標値マップを変更しつつガソリン機関１０の過渡時の状態を繰り返しシミュレーションすることでＶＣＴ目標値マップを再適合した。これにより、変化した動特性にとってＶＣＴ目標値が適切となるように適合することができる。
【００６７】
（２）バルブタイミング可変装置のモデルとＶＣＴ目標値とに基づき、過渡時における実ＶＣＴを推定し、推定値及び実ＶＣＴに基づき、バルブタイミング可変装置の動特性の変化の有無を判断した。これにより、動特性の変化の有無を適切に判断することができる。
【００６８】
（３）バルブタイミング可変装置の動特性の変化有りと判断されるとき、補正されたモデルに基づき、ガソリン機関１０の状態のシミュレーションを行った。これにより、可変装置の動特性の変化を加味しつつ、ガソリン機関１０の過渡時についての状態をシミュレーションすることができる。
【００６９】
（４）出力トルク、出力トルクの変動、排気特性、筒内圧（燃焼安定性）をシミュレーションした。これにより、ガソリン機関１０の出力特性を良好とするよう目標値を再適合することができる。
【００７０】
（５）シミュレーションによって得られるガソリン機関１０の状態が予め定められた基準を満たすように再適合を行った。これにより、再適合された目標値を用いたガソリン機関１０の出力特性を特に良好なものとすることができる。これに対し、複数のシミュレーション結果のうちの最適なものを適合値とする場合、絶対的な基準を満たさないにもかかわらず、シミュレーションした範囲内では最適な目標値が最終的な適合値とされるおそれがある。
【００７１】
（６）ガソリン機関１０の回転速度及びスロットルバルブの開度を入力条件として、シミュレーションを行った。これにより、シミュレーションを適切に行うことができる。
【００７２】
（７）ガソリン機関１０の吸気バルブ２０及び排気バルブ３０の開弁タイミングを可変とするアクチュエータの操作量の目標値の設定手段（ＶＣＴ目標値マップ）を再適合の対象とした。これらアクチュエータは、経年変化による応答遅れの度合いの変化が、ガソリン機関１０の出力特性に特に影響を与えやすいものとなっている。このため、本実施形態は、上記（１）〜（６）の作用効果を特に好適に奏することができる構成となっている。
【００７３】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
【００７４】
図１１に、本実施形態にかかる再適合にかかる処理の手順を示す。この処理はＥＣＵ８０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１１に示す処理において、先の図９に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００７５】
この一連の処理では、ステップＳ３２において肯定判断されるときには、ステップＳ５０において過渡状態におけるガソリン機関１０の状態のシミュレーションに基づき、ＶＣＴ目標値マップを適合する。この処理は、先の図９のステップＳ３４〜Ｓ４２の処理と同一である。続くステップＳ５２においては、上記ステップＳ５０において適合されたマップを用いて定常時のガソリン機関１０の状態をシミュレーションする。ここでは、先の図７の運転条件設定部Ｂ１８において、回転速度とスロットル開度とを固定する複数の定常パターンを設定することで、上記シミュレーションを行う。続くステップＳ５２においては、シミュレーションされた定常状態が基準を満たすか否かを判断する。この処理において、ガソリン機関１０がいかなる定常運転をしようとも基準を満たすことを補償すべく、上記ステップＳ５２における定常時の複数の運転条件を設定しておく。
【００７６】
そして、シミュレーションされた定常状態の中に基準を満たさないものがあると判断されると、ステップＳ５６に移行する。ステップＳ５６においては、今回の適合値のうち、基準を満たさない状態を生成した適合値をＶＣＴ目標値マップの候補から除外する。そして、ステップＳ５０〜Ｓ５４の処理を繰り返す。一方、基準を満たすと判断されるときには、ステップＳ４４に移行する。
【００７７】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（７）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００７８】
（８）変更される目標値によるガソリン機関１０の定常時の状態を更にシミュレーションさせ、ガソリン機関１０の過渡時及び定常時の状態に基づき、再適合を行った。これにより、過渡時のみならず定常時の出力特性をも良好とするＶＣＴ目標値を得ることができる。
【００７９】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
【００８０】
本実施形態では、ガソリン機関１０の性能を最大限に引き出すことのできるバルブタイミング可変装置を製造する際に、本発明を適用する。詳しくは、本実施形態では、一旦製造されたガソリン機関１０の出力特性を向上させるべく、アクチュエータの改良を行う際に本発明を適用する。
【００８１】
図１２に、本実施形態にかかるバルブタイミング可変装置の製造工程を示す。図示されるように、ガソリン機関１０の構造等の情報（機関仕様）と、ＥＣＵ８０の制御ロジック等の情報（制御仕様）とが計算機９０に入力されると、計算機９０では、バルブタイミング可変装置の過渡時の特性としての時定数及び無駄時間に応じたガソリン機関１０の状態を出力する。これに応じて、ガソリン機関１０の出力特性を最適化することのできる時定数及び無駄時間となるように、バルブタイミング可変装置が設計される。ここで、時定数を調節するためには、先の図１に示したバルブタイミング可変機構４０の突起部４６ａの受圧面積や、油圧ポンプ７０の出力が調節される。また、無駄時間を調節するためには、先の図１に示した遅角経路６２や進角経路６３と遅角室４８や進角室５０とのオイルの通路長が調節される。
【００８２】
図１３に、上記計算機９０の行う処理を示す機能ブロック図である。なお、図１３に示す処理を行う機能ブロックうち、先の図７に示した処理と対応する処理を行う機能ブロックについては、便宜上、同一の番号を付している。
【００８３】
図示されるように、本実施形態では、動特性設定部Ｂ３０を備えている。動特性設定部Ｂ３０では、実ＶＣＴを推定するためのモデルとしての上述した１次遅れに無駄時間を加えたモデルの時定数及び無駄時間を様々に設定する機能を有する。また、本実施形態にかかる機関状態推定部Ｂ２２は、例えば１０−１５モード等の特定のモード走行をしたときの燃費であるモード走行燃費をシミュレーションする機能を有する。モード走行燃費は、運転条件設定部Ｂ１８において特定の走行モードを走行する際の機関運転条件を設定し、これに基づき推定される噴射量を積分値することで算出することができる。特定の走行モードを走行する際の機関運転条件は、機関の出力トルク等に応じて異なるため、運転条件設定部Ｂ１８では、機関状態推定部Ｂ２２の出力に応じて運転条件を設定する。
【００８４】
図１４に、上記計算機９０の行う処理の手順を示す。
【００８５】
この一連の処理では、ステップＳ６０において、ガソリン機関１０の仕様情報を取得する。続くステップＳ６２においては、制御仕様情報を取得する。これらステップＳ６０、Ｓ６２の処理は、計算機９０のディスプレイにおいて上記仕様情報の入力を促すことで行うことができる。続くステップＳ６４においては、上記仕様情報に基づき、機関状態のシミュレーション用のパラメータを設定する。すなわち、例えば吸気通路１２の長さや口径についての情報に基づき、燃焼パラメータ推定部Ｂ２０において吸入空気量や充填空気量を推定するための物理モデルのパラメータを設定する。また、例えば、目標空燃比の設定ロジックに基づき、燃焼パラメータ推定部Ｂ２０における空燃比の推定に用いるパラメータを設定する。
【００８６】
続くステップＳ６６においては、運転条件をセットする。ここでは、所望とする走行モードのための運転条件をセットすることが望ましい。なお、上述したように、この運転条件は、機関状態のシミュレーション結果に基づき、フィードバック補正されることとなる。
【００８７】
続くステップＳ６８では、バルブタイミング可変装置の動特性を仮設定する。ここでは、１次遅れに無駄時間を加えたモデルの時定数及び無駄時間を仮設定する。続くステップＳ７０においては、ガソリン機関１０の状態を推定する。この処理は、上記機関状態推定部Ｂ２２の行う処理である。続くステップＳ７２では、推定結果を記憶する。更に、ステップＳ７８では、動特性を変更すべく、１次遅れに無駄時間を加えたモデルの時定数及び無駄時間の少なくとも一方を変更する。そして、ステップＳ８０においては、ステップＳ７８による変更回数がＮ以上であるか否かを判断する。ここで、回数Ｎは、最適な動特性を探索するために十分な数の試行錯誤を行うことを可能とする数に設定される。そして、変更回数がＮ未満であるときには、ステップＳ７０〜Ｓ７８の処理を繰り返す。なお、ステップＳ７８においては、ＶＣＴ目標値マップを変更してもよい。これは、バルブタイミング可変装置の動特性を変更する場合、ガソリン機関１０の出力特性を最適化するためのマップも異なったものとなるためである。
【００８８】
そして、変更回数がＮ以上となると、ステップＳ８２において、時定数及び無駄時間とそのときの状態の推定結果とを外部に出力する。
【００８９】
図１５に、無駄時間を異ならせた２つの動特性における推定結果を例示する。
【００９０】
図示される例では、無駄時間を抑えた特性Ａにおいて、出力トルクの低減要求時、トルクの急激な落ち込みを回避することができる。また、モード走行による燃料消費量（モード燃費）も改善されている。
【００９１】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００９２】
（９）バルブタイミング可変装置の動特性を複数にモデル化してガソリン機関１０の状態をシミュレーションした結果に基づき、バルブタイミング可変装置を設計し製造した。これにより、製造工数を低減することができる。
【００９３】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００９４】
・バルブタイミング可変装置の動特性をモデル化する手法としては、１次遅れに無駄時間を加えたモデルに限らず、例えば、２次遅れモデルや、ＯＣＶ６０を介したオイルの流動を流体力学に基づき表現する物理モデルであってもよい。
【００９５】
・バルブタイミング可変装置の動特性の変化の判断手法としては、モデルによって推定される実ＶＣＴの推定値と実ＶＣＴとの比較に基づくものに限らない。例えば、ＶＣＴ目標値に対する実ＶＣＴの追従遅れ度合いに基づき判断してもよい。
【００９６】
・シミュレーション対象となるガソリン機関１０の状態としての筒内圧としては、燃焼安定性に限らない。要は、筒内圧がガソリン機関１０の出力特性を決定する上で重要なパラメータであることに鑑み、筒内圧を定量化した適宜のパラメータを用いればよい。
【００９７】
・シミュレーション対象となるガソリン機関１０の状態としては、上記各実施形態で例示したもの全てを行うものに限らない。例えばいずれか１つのみをシミュレーション対象としてもよい。
【００９８】
・上記第３の実施形態では、バルブタイミング可変装置の改良時に本発明を適用したが、これに限らず、例えば新たなエンジンシステムの製造時であってもよい。この場合、ＶＣＴ目標値マップについても、予め仮のマップを用いてシミュレーションの過程で適合すればよい。なお、この際、制御ロジックについても仮決めしたロジックを用いてシミュレーションを行い、シミュレーションの過程で制御ロジックの適合を行うことが望ましい。
【００９９】
・ＶＣＴ目標値を定まるマップとしては、回転速度と吸入空気量とに限らない。例えば回転速度と負荷率とによって定める等、回転速度と負荷相当値とによって定めるようにすればよい。
【０１００】
・上記第１及び第２の実施形態では、動特性に変化があると判断されると、イグニッションスイッチ８２がオフされた後、ＥＣＵ８０の後処理として再適合を行ったがこれに限らない。例えばＥＣＵ８０の停止後、起床タイマによってＥＣＵ８０を起動させて再適合を行ってもよい。また、ＥＣＵ８０の演算速度を十分に高くすることができるなら、ガソリン機関１０の制御中に再適合を行ってもよい。
【０１０１】
・上記第３の実施形態では、モード燃費を推定するようにしたが、この機能は備えなくてもよい。この機能を備えなくても、例えば先の図１５において、無駄時間を低減することがトルクの落ち込みの回避に有効であることを把握することはできる。
【０１０２】
・バルブタイミング可変装置としては、油圧駆動式のものに限らず、電動式のものであってもよい。
【０１０３】
・バルブ特性可変装置としては、上記バルブタイミング可変装置に限らない。例えばバルブリフト量を可変とする装置であってもよい。また、電磁駆動式バルブであってもよい。
【０１０４】
・内燃機関の内部の気体の流量を調節するアクチュエータとしては、上記バルブ特性可変装置に限らず、例えば上記ＥＧＲバルブ３６等であってもよい。
【０１０５】
・内燃機関としては、ガソリン機関に限らず、例えばディーゼル機関であってもよい。ディーゼル機関の場合には、運転条件を、回転速度とアクセルペダルの操作量とによって指定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】第１の実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す図。
【図２】同実施形態にかかるＶＣＴ目標値マップを示す図。
【図３】同実施形態にかかるＶＣＴ目標値の適合手法を示す図。
【図４】バルブタイミング可変装置の動特性の変化を示すタイムチャート。
【図５】定常時における実ＶＣＴの追従性を例示するタイムチャート。
【図６】動特性の変化に伴う過渡時の問題を説明するタイムチャート。
【図７】上記実施形態にかかる再適合の処理を示すブロック図。
【図８】同実施形態にかかるバルブタイミング可変装置の動特性変化の検出処理の手順を示すフローチャート。
【図９】同実施形態にかかるＶＣＴ目標値マップの再適合処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】上記再適合の処理態様を示す図。
【図１１】第２の実施形態にかかる再適合処理の手順を示すフローチャート。
【図１２】第３の実施形態にかかるバルブタイミング可変装置の製造工程を示すフローチャート。
【図１３】同実施形態にかかるバルブタイミング可変装置の動特性に応じた機関状態のシミュレーションの処理を示すブロック図。
【図１４】同実施形態にかかるシミュレーションの処理手順を示すフローチャート。
【図１５】同実施形態にかかるガソリン機関の出力特性の改善例を示す図。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…ガソリン機関、４０ａ，４０ｂ…バルブタイミング可変機構（バルブ特性可変装置の一実施形態）、６０…ＯＣＶ（バルブ特性可変装置の一実施形態）、８０…ＥＣＵ（内燃機関の制御装置の一実施形態）、Ｂ１２…ＶＣＴ推定部（推定手段の一実施形態）、Ｂ１６…動特性補正部（補正手段の一実施形態）、Ｂ２０…燃焼パラメータ推定部（シミュレーション手段の一実施形態）、Ｂ２２…機関状態推定部（シミュレーション手段の一実施形態）。
【図１】
2008031951.tif 000003
【図２】
2008031951.tif 000004
【図３】
2008031951.tif 000005
【図４】
2008031951.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008031951.tif 000008
【図７】
2008031951.tif 000009
【図８】
2008031951.tif 000010
【図９】
2008031951.tif 000011
【図１０】
2008031951.tif 000012
【図１１】
2008031951.tif 000013
【図１２】
2008031951.tif 000014
【図１３】
2008031951.tif 000015
【図１４】
2008031951.tif 000016
【図１５】
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