(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の作動特性を可変する可変動弁機構を備え、前記吸気弁の作動特性を制御することでシリンダ吸入空気量を制御するエンジンの吸入空気量制御装置であって、
所定の高負荷領域において、該所定の高負荷領域で設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された高負荷用作動特性を前記吸気弁の目標作動特性に設定する第１の目標作動特性設定手段と、
前記所定の高負荷領域以外において、前記エンジンの目標トルク相当のシリンダ吸入空気量を目標吸入空気量として算出し、算出した目標吸入空気量に基づいて前記吸気弁の目標作動特性を設定する第２の目標作動特性設定手段と、
を含んで構成され、
前記第１の目標作動特性設定手段は、アクセル開度が所定開度を超えるときに、前記高負荷用作動特性を前記目標作動特性に設定し、
前記高負荷用作動特性は、全負荷運転時に設定される全負荷出力を発生するための作動特性である
ことを特徴とするエンジンの吸入空気量制御装置。
【請求項２】
前記第１の目標作動特性設定手段は、全負荷運転が要求されたときに、前記高負荷用作動特性を前記目標作動特性に設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として吸気弁の作動特性によってシリンダ吸入空気量を制御する構成のエンジンの吸入空気量制御装置に関し、詳しくは、高負荷領域における出力性能を保証するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおける吸入空気量の制御として、スロットル弁の制御によらず、主に吸気弁の作動特性を可変制御することで、目標トルクとなるような吸入空気量（シリンダ吸入空気量）を実現しようとするものがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２５６９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、吸気弁の作動特性を可変制御することによって（シリンダ）吸入空気量を制御する場合には、通常、目標とする吸入空気量から吸気弁の作動特性を算出するように構成されることになる。
しかし、かかる算出過程には、吸気脈動や温度の影響を強く受けてしまう部分があるため、高負荷領域、特に全負荷運転時の出力がばらついて（不足して）しまい、出力性能の保証という観点からは改善の余地がある。
【０００４】
本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、吸気弁の作動特性を可変制御することによって（シリンダ）吸入空気量を制御する構成において、全負荷運転時を含む高負荷領域における出力のバラツキを抑制し、出力性能を保証することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明は、吸気弁の作動特性を可変する可変動弁機構を備え、前記吸気弁の作動特性を制御することでシリンダ吸入空気量を制御するエンジンの吸入空気量制御装置であって、所定の高負荷領域において、該所定の高負荷領域で設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された高負荷用作動特性を前記吸気弁の目標作動特性に設定する第１の目標作動特性設定手段と、前記所定の高負荷領域以外において、前記エンジンの目標トルク相当のシリンダ吸入空気量を目標吸入空気量として算出し、算出した目標吸入空気量に基づいて前記吸気弁の目標作動特性を設定する第２の目標作動特性設定手段と、を含んで構成され、前記第１の目標作動特性設定手段は、アクセル開度が所定開度を超えるときに、前記高負荷用作動特性を前記目標作動特性に設定し、前記高負荷用作動特性は、全負荷運転時に設定される全負荷出力を発生するための作動特性であることを特徴とする。
【０００６】
ここで、前記エンジンの目標トルク相当のシリンダ吸入空気量を目標吸入空気量として算出し、算出した目標吸入空気量に基づいて前記吸気弁の目標作動特性を設定する一方、全負荷運転が要求されたときには、前記目標吸入空気量にかかわらず、全負荷運転時に設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された全負荷用作動特性を前記吸気弁の目標作動特性とする構成としてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、目標トルク相当のシリンダ吸入空気量に基づいて設定される目標作動特性へと吸気弁の作動特性を制御する（すなわち、トルクデマンド制御を行うこと）を基本としつつ、高負荷領域では、該高負荷領域で設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された高負荷用作動特性が目標作動特性として直ちに設定されるので、吸気脈動や温度等の影響により生じる目標作動特性の算出誤差を回避し、高負荷領域において所期の出力を確保できる（出力不足を回避できる）。これにより、トルクデマンド制御を効果的に補完してエンジンの出力性能を保証できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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に係る内燃機関（エンジン）１の概略構成を示している。
図１において、エンジン１の吸気通路１０１には、吸気上流側から電子制御式のスロットル弁１０２、燃料噴射弁１０３及び吸気弁１０４が配設されている。
スロットル弁１０２は、その開度（スロットル開度）に応じて吸入空気量を制御することが可能である。但し、本実施形態では、主として吸気弁１０４の作動特性を可変（制御）することで吸入空気量を制御することとし、スロットル弁１０２は補助的に用いるようにしている。燃料噴射弁１０３は、入力される噴射信号によって開弁駆動され、制御された吸入空気量のもとで所定の当量比を達成するのに必要な量の燃料を噴射する。そして、吸気弁１０４が開駆動されることにより、吸入空気及び燃料の混合気が筒内（シリンダ内）に導入される。吸気弁１０４は、その上方に設けられた動弁機構１０５によって開閉駆動される。
【０００９】
この動弁機構１０５は、図２に示すように、吸気弁１０４のリフト量及び作動角を連続的に変更できるＶＥＬ機構１０５ａと、吸気弁１０４の作動角の中心位相を連続的に変更できるＶＴＣ機構１０５ｂと、を含んで構成されている。
ＶＥＬ機構１０５ａは、図２、３に示すように、クランクシャフトの回転に連動して回転し、気筒列方向に延びる駆動軸１５１と、この駆動軸１５１の外周に相対回転可能に取り付けられ、バルブリフタ１４１を介して吸気弁１０４を開閉駆動する揺動カム１５２と、駆動軸１５１の外周に固定された偏心カム１５３と、この偏心カム１５３に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１５４と、駆動軸１５１と略平行に設けられた制御軸１５５と、この制御軸の外周に偏心して固定された制御カム１５６と、この制御カム１５６に相対回転可能に外嵌し、その一端でリング状リンク１５４と連携（連結）されたロッカアーム１５７と、このロッカアーム１５７の他端と揺動カム１５２とを連携（連結）するロッド状リンク１５８とを含んで構成される。そして、電磁アクチュエータ１６１によってギヤ列１６２を介して制御軸１５５を回転させることにより、ロッカアーム１５７の揺動中心が変化して、吸気弁１０４のリフト量及び作動角を連続的に変化させるものである。
【００１０】
ＶＴＣ機構１０５ｂは、クランクシャフトに対する駆動軸１５１の回転位相を変化させるものであり、公知の、いわゆるバルブタイミング制御機構を用いることができる。詳細な説明は省略するが、ここでは、クランクシャフトと同期して回転するカムスプロケット１６３と駆動軸１５１との間に中間ギヤを介装してヘリカルギヤ列を形成し、中間ギヤを前後方向（軸方向）に移動させることにより、駆動軸１５１のカムスプロケット１６３（クランクシャフト)に対する回転位相を変化させるようにしている。
【００１１】
再び図１に戻って、シリンダヘッドＨには、燃焼室１０９の上部中央に臨ませて点火プラグ１０６が設けられており、この点火プラグ１０６によって、筒内に導入された混合気への点火が行われる。
燃焼排気は、燃焼室１０９から排気弁１０８を介して排気通路１０７に排出され、図示しない排気浄化触媒等によって浄化された後、大気中に放出される。なお、排気弁１０８は、排気側カム軸１１０に設けられた駆動カム１１１によって、その作動角（リフト量）及び作動角の中心位相が一定のまま開閉駆動される。もちろん、吸気弁１０４側と同様の動弁機構（異なる構成のものであってもよい）を設けて、その作動角、リフト及び／又は作動角の中心位相を変更可能としてもよい。
【００１２】
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントローラ（ＥＣＵ）２０１には、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルセンサ２１１、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ２１２、吸気通路１０１内の圧力（ここでは、吸気コレクタ内圧力であり、以下「吸気圧力」という）Ｐｍを検出する吸気圧力センサ２１３、吸気通路１０１内の温度（すなわち、吸気弁１０４の吸気上流側の空気温度のことであり、以下「吸気温度」という）Ｔｍを検出する吸気温度センサ２１４、及び排気通路１０７内の圧力（以下「排気圧力」という）Ｐｅを検出する排気圧力センサ２１５等の各種センサから検出信号が入力される。なお、エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ２１２の検出結果に基づいて算出される。
【００１３】
そして、ＥＣＵ２０１は、アクセル開度ＡＰＯやエンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に基づいて、吸入空気量制御、燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行する。
ここで、本実施形態に係る吸入空気量制御を説明する。
本実施形態に係る吸入空気量制御を簡単に説明すると、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に基づいて、エンジン１が発生すべきトルク（すなわち、「目標トルクｔＴｅ」）を演算し、この目標トルクｔＴｅに基づいて動弁機構１０５及びスロットル弁１０２を作動させるものである。より具体的には、目標トルクｔＴｅを達成するのに必要なシリンダ吸入空気量として目標新気量ｔＱｃｙｌを算出し、この目標新気量ｔＱｃｙｌに基づいて吸気弁１０４の目標作動特性を設定して動弁機構１０５を作動させるとともに、実際のシリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌを算出（推定）し、このシリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌの目標新気量ｔＱｃｙｌに対する偏差（＝ｔＱｃｙｌ−Ｑｃｙｌ）に応じて、この偏差を減少させる位置（方向）にスロットル弁１０２を作動させるものである。なお、スロットル弁１０２は、吸気通路内に所定の負圧を発生させる場合にもその開度が制御される。
【００１４】
そして、以上のように、目標トルクｔＴｅ（目標新気量ｔＱｃｙｌ）から算出される目標作動特性へと吸気弁１０４の実際の作動特性を制御すること（以下「通常時制御」という）を基本としつつ、本実施形態に係る吸入空気量制御では、図４のハッチングで示すような所定の高負荷領域（での運転が要求された場合）においては、目標新気量ｔＱｃｙｌにかかわらず、当該所定の高負荷領域で設定されるべき作動特性（以下単に「高負荷用作動特性」という）へと吸気弁１０４の実際の作動特性を制御すること（以下「高負荷時制御」という）に切り換えることを特徴としている。なお、上記「目標新気量ｔＱｃｙｌにかかわらず」とは、目標新気量ｔＱｃｙｌを算出することなく又は目標新気量ｔＱｃｙｌを算出したとしてもその算出結果とは無関係にという程度の意味であり、また、本実施形態における「所定の高負荷領域」とは、全負荷運転（全開運転又はＷＯＴ運転ともいう）及びこれに近い運転領域（任意に設定される）のことをいい、全負荷要求があった場合（アクセル全開等）があった場合も含むものである。
【００１５】
このように吸気弁１０４の作動特性制御を切り換えるようにしたのは、次のような理由による。すなわち、目標トルクｔＴｅ（目標新気量ｔＱｃｙｌ）から算出される目標作動特性は、その算出過程で吸気脈動や熱（温度）等の影響を受けて演算誤差が生じ易く、吸気弁１０４の作動特性を算出された目標作動特性に制御したとしても、高負荷領域に所期の出力（トルク）を実現できない（不足する）可能性がある。一方、所期の出力を確保するための作動特性はあらかじめ求めることができる（あるいは、決定されている）ことから、高負荷領域で設定されるべき作動特性をあらかじめ高負荷用作動特性として記憶しておき、高負荷領域では（又は高負荷領域での運転が要求されたときには）、この高負荷用作動特性を目標作動特性とすることで、容易かつ確実に、高負荷領域での出力を確保（出力性能を保証）できる。そのため、吸気弁１０４の作動特性制御を領域に応じて切り換えるようにしたのである、なお、本実施形態では、以下に説明するように、「高負荷用作動特性」として全負荷運転時に設定されるべき作動特性（すなわち、全負荷出力を発生するための作動特性であり、「全負荷用作動特性」ともいう）を用いている。これは、エンジンに要求される出力を確保するために決定されている値であることから、出力性能を確実に保証できるとともに、設定が容易だからである。
【００１６】
以下、吸入空気量制御を詳細に説明するが、これに先立って各演算処理（制御）で用いる値について、図５を参照して説明しておく。
図５は、（ａ）吸気弁１０４及び排気弁１０８の作動特性（リフト量をそれぞれＶＬＩＦＴｉ、ＶＬＩＦＴｅと記す）、（ｂ）シリンダ内圧力Ｐｃ（吸気圧力Ｐｍ、排気圧力Ｐｍ）、及び（ｃ）単位クランク角当たりのシリンダ吸入空気量ＤＬＴＱの関係を示している。
【００１７】
図５に示すように、本実施形態においては、シリンダ内圧力Ｐｃが低下して吸気圧力Ｐｍに一致する点（つまり、実際の吸気行程開始時期）を「実効上死点ＴＤＣＲ」と、シリンダ内において吸入空気の圧縮が実質的に開始される点（つまり、実際の吸気行程終了点）を「実効閉時期ＩＶＣＲ」と、吸気弁１０４のリフト量と排気弁１０８のリフト量とが一致する点（つまり、オーバーラップ中心）におけるクランク角を「オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲ」と、上記「実効上死点ＴＤＣＲ」の「オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＮＴ」からのオフセット量を「上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳ」と、上記「実効閉時期ＩＶＣＲ」の（設定上の）吸気弁閉時期ＩＶＣからのオフセット量を「ＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳ」としている。
【００１８】
図６は、本実施形態に係る吸入空気量制御の全体構成を示すブロック図である。
図６において、目標トルク演算部Ｂ１１は、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて目標トルクｔＴｅを算出する。
目標新気量演算部Ｂ１２は、目標ｔＴｅ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、図７に示すようなマップを参照して目標新気量ｔＱｃｙｌを算出する。
【００１９】
目標作動特性設定部Ｂ１３は、後述するように、目標新気量ｔＱｃｙｌ等に基づいて吸気弁１０４の基本目標作動特性（基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０、基本目標開時期ｔＩＶＯ０）を算出する（図８参照）。
そして、切換出力部Ｂ１４は、所定の高負荷領域であるか否かであるか否かに応じて、出力する目標作動特性を切り換える。ここで、上記所定の高負荷領域であるか否かの判定は、図４に示すようなテーブルを設定し、このテーブルを用いて行ってもよいが、本実施形態では、主としてアクセル開度ＡＰＯに基づいて、すなわち、検出したアクセル開度ＡＰＯとあらかじめ設定した高開度側の所定開度ＡＰＯｓと比較することにより判定するようにしている。そして、アクセル開度ＡＰＯが所定開度ＡＰＯｓ以下であれば（ＡＰＯ≦ＡＰＯｓ）、所定の高負荷領域にない（又は全負荷運転ではない）と判定し、上記目標作動特性設定部Ｂ１３で算出された基本目標作動特性（基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０、基本目標開時期ｔＩＶＯ０）を目標作動特性（ｔθｅｖｅｎｔ、ｔＩＶＯ）として動弁機構１０５に出力する。この場合、動弁機構１０５は、上記目標作動特性設定手段Ｂ１３で算出された目標作動特性となるように、吸気弁１０４の作動特性を制御することになる。
【００２０】
一方、アクセル開度ＡＰＯが所定開度ＡＰＯｓを超えていれば（ＡＰＯ＞ＡＰＯｓ）、所定の高負荷領域（全負荷運転又はそれに近い状態）にあると判断し、切換出力部Ｂ１４は、あらかじめ設定された（記憶した）高負荷用作動特性（θｗｏｔ、ＩＶＯｗｏｔ）を目標作動特性（ｔθｅｖｅｎｔ、ｔＩＶＯ）として動弁機構１０５に出力する。この場合、動弁機構１０５は、上記高負荷用作動特性となるように、吸気弁１０４の作動特性を制御することになる。
【００２１】
したがって、上記切換出力部Ｂ１４が本発明に係る第１の目標作動特性設定手段としての機能を有するとともに、上記目標作動特性設定手段Ｂ１３及び上記切換出力部Ｂ１４が本発明に係る第２の目標作動特性設定手段としての機能を果たしている。
図８は、目標作動特性設定部Ｂ１３における処理を示すブロック図である。
まず、設定した目標新気量ｔＱｃｙｌから吸気脈動分を排除して静的な成分ｔＱｃｙｌ１とする。具体的には、除算部Ｂ１０１、Ｂ１０２は、次式（１）に示すように、目標新気量ｔＱｃｙｌを吸気脈動に伴う吸気温度の変動分の補正係数ＴＲＡＴＥ、及び吸気脈動に伴う吸気圧力の変動分の補正係数ＰＲＡＴＥで除算する。
【００２２】
【数１】
0004740775.tif 000002
【００２３】
ここで、上記２つの補正係数ＴＲＡＴＥ、ＰＲＡＴＥについて説明する。
吸気弁１０４を通過する単位時間Δｔ当たりの流量ΔＱｃｙｌは、次式（２）のように表すことができる。
【００２４】
【数２】
0004740775.tif 000003
【００２５】
但し、Ａは所定クランク角Δθ毎に検出（算出）される吸気弁開口面積であり、Ｒａは空気のガス定数、κは空気の比熱比、Ｐｃはシリンダ内圧力である。
シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気行程期間中、上記ΔＱｃｙｌを積分してΣΔＱｃｙｌとして算出される。ΔＱｃｙｌがソニック流のときには、上記式（２）において、吸気脈動による吸気圧力の変動の影響を受けることなく、吸気弁１０４の前後圧力比（すなわち、シリンダ内圧力Ｐｃ／吸気圧力Ｐｍ）が臨界圧力比で固定されるので（後述する固定値ｑＳＯＮＩＣ）、次式（３）に示すように、シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気圧力Ｐｍに比例し、吸気温度Ｔｍの平方根の逆数に比例する特性を有する。
【００２６】
【数３】
0004740775.tif 000004
【００２７】
一方、ΔＱｃｙｌが０に近い状態で、準静的にシリンダ容積が変化した場合のシリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気弁閉時期ＩＶＣにシリンダ内に吸気通路１０１内の空気が充填されたものとした場合の気体の状態方程式より、吸気脈動による吸気圧力変動分ΔＰｍｉｖｃと吸気温度変動分ΔＴｍｉｖｃとを考慮して、次式（４）のように表すことができる。すなわち、シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気脈動による変動分を考慮した吸気圧力（Ｐｍ＋ΔＰｍｉｖｃ）に比例し、吸気温度（Ｔｍ＋ΔＴｍｉｖｃ）の逆数に比例する特性を有する。
【００２８】
【数４】
0004740775.tif 000005
【００２９】
なお、上記吸気圧力変動分ΔＰｍｉｖｃ及び上記吸気温度変動分ΔＴｍｉｖｃは、図９に示すブロック図により算出される。
図９において、吸気圧力変動分基本値算出部Ｂ２０１は、吸気弁閉時期ＩＶＣと吸気弁開時期ＩＶＯとの偏差（ＩＶＣ−ＩＶＯ）、及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、図に示すようなマップを参照して吸気圧力変動分基本値ΔＰｍｉｖｃ０を算出する。そして、乗算部Ｂ２０２において、吸気圧力変動分基本値ΔＰｍｉｖｃ０に、吸気圧力Ｐｍを大気圧Ｐａｔｍで除算した圧力比（Ｐｍ／Ｐａｔｍ）を乗算することで吸気圧力変動分ΔＰｍｉｖｃとする。また、吸気温度変動分基本値算出部Ｂ２０３は、同じく上記偏差（ＩＶＣ−ＩＶＯ）及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、図に示すようなマップを参照して吸気温度変動分基本値ΔＴｍｉｖｃ０を算出する。そして、乗算部Ｂ２０４において、吸気温度変動分基本値ΔＴｍｉｖｃ０に、上記圧力比（Ｐｍ／Ｐａｔｍ）を乗算することで吸気温度変動分ΔＴｍｉｖｃとする。
【００３０】
ここで、式（３）で表されるソニック流状態から式（４）で表される準静的変化状態に移行するにつれて、吸気脈動による変動分が大きくなることを反映させるための第１の補正係数Ｋ１と、式（３）で表されるソニック流状態と式（４）で表される準静的変化状態とを滑らかに繋ぐための第２の補正係数Ｋ２を設定して、全領域に対応したＱｃｙｌの一般式を次式（５）のように設定する。
【００３１】
【数５】
0004740775.tif 000006
【００３２】
一方、吸気脈動を考慮しない場合のシリンダ吸入空気量（すなわち、吸気脈動分を排除した静的な成分）Ｑｃｙｌ１の一般式は次式（６）と表すことができるから、
【００３３】
【数６】
0004740775.tif 000007
【００３４】
上記式（５）及び（６）より、次式（７）を得る。
【００３５】
【数７】
0004740775.tif 000008
【００３６】
ここで、（Ｐｍ＋Ｋ１・ΔＰｍｉｖｃ）／（Ｐｍ＋ΔＰｍｉｖｃ）を吸気圧力変動分に伴う補正分（圧力補正係数）ＰＲＡＴＥに設定し、
（Ｔｍ＋Ｋ１・ΔＴｍｉｖｃ）−１／（２−Ｋ２）／（Ｔｍ＋ΔＴｍｉｖｃ）−１／（２−Ｋ２）を吸気温度変動分に伴う補正分（温度補正係数）ＴＲＡＴＥに設定すれば、上記式（７）は次式（８）のように表すことができ、これにより上記式（１）を得ることができる。
【００３７】
【数８】
0004740775.tif 000009
【００３８】
図８に戻って、加算部Ｂ１０３は、次式（９）に示すように、上記静的な成分ｔＱｃｙｌ１に対して、目標吹き返しガス量（目標残留ガス量）ｔＱＩＦＢを加算して、実際にシリンダ内に吸い込まれる量に相当する目標シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０とする。なお、ここで加算される目標吹き返しガス量ｔＱＩＦＢは、例えばエンジン運転条件に応じて設定される。
【００３９】
【数９】
0004740775.tif 000010
【００４０】
次に、除算部Ｂ１０４は、上記目標シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０を最大吸入空気量ＱＭＡＸで除算し、次の変換部Ｂ１０５では、図に示すようなテーブルを用いて、除算部Ｂ１０４の算出結果、すなわち（ｔＱｃｙｌ０／ＱＭＡＸ）を（ソニック吸入空気量ＱＤ／ＱＭＡＸ）に変換する。
ここで、ソニック吸入空気量ＱＤ、最大吸入空気量ＱＭＡＸ、及び（ＱＤ／ＱＭＡＸ）と（Ｑｃｙｌ／ＱＭＡＸ）との関係について説明する。
【００４１】
ソニック吸入空気量ＱＤは、吸気弁１０４の作動特性に応じた開口面積でソニック流として吸入した場合のシリンダ吸入空気量であり、次式（１０）、（１１）で算出される。
【００４２】
【数１０】
0004740775.tif 000011
【００４３】
但し、（ΣＡ）は所定クランク角Δθ毎に検出（算出）される吸気弁開口面積の積分値（総開口面積）である。また、Δｔは所定クランク角Δθを時間換算した値であり、ここではΔｔ＝Δθ／（６・Ｎｅ）の演算式によって算出される。
また、吸気弁１０４を通過する吸入空気がソニック流の場合、吸気弁１０４の前後圧力比（Ｐｃ／Ｐｍ）は、常に臨界圧力比（＝｛２／（κ＋１）｝（κ／κ−１））を示すことになるので固定値（定数）ｑＳＯＮＩＣとなる。よって、上記式（１０）は、次式（１１）で表すことができ、本実施形態ではこれを用いる。
【００４４】
【数１１】
0004740775.tif 000012
【００４５】
かかるソニック吸入空気量ＱＤは、具体的には、図１０に示すブロック図により算出される。図１０において、総開口面積算出部Ｂ２１１は、吸気弁開時期ＩＶＯ及び吸気弁閉時期ＩＶＣから吸気弁１０４の作動特性（開閉時期及びリフト量）を把握するとともに、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＮＴ及び上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳから実効上死点ＴＤＣＲを算出し、この実効上死点ＴＤＣＲから吸気弁閉時期ＩＶＣまでの吸気弁１０４開期間中における単位クランク角（Δθ）毎の吸気弁開口面積Ａを上記把握した作動特性から算出し、各算出値を積算して総開口面積（ΣＡ）とする。
【００４６】
ここで、上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅ及びオーバーラップ中心ＯＶＬＣＴＲに対するオーバーラップ開口面積ＯＶＬＡ（＝吸気弁開口面積＝排気弁開口面積）に基づいて、図１１に示すようなマップを参照して算出する。上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅが高く、オーバーラップ開口面積ＯＶＬＡが小さいほど大きくなる特性を有しており、また、図１２に示すように、オーバーラップ開口面積ＯＶＬＡは、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲが小さいほど（進角側にあるほど）大きくなる特性を有している。
【００４７】
乗算部Ｂ２１２は、吸気温度Ｔｍと空気のガス定数Ｒａとを乗算し、変換部Ｂ２１３は、図に示すようなテーブルを検索して乗算部Ｂ２１２の算出結果（Ｒａ・Ｔｍ）をその平方根｛√（Ｒａ・Ｔｍ）｝に変換する。さらに、除算部Ｂ２１４は、吸気圧力Ｐｍを前記平方根｛√（Ｒａ・Ｔｍ）｝で除算し、乗算部Ｂ２１５は、除算部Ｂ２１４の算出結果に定数ｑＳＯＮＩＣを乗算する（｛Ｐｍ・ｑＳＯＮＩＣ／（√（Ｒａ・Ｔｍ）｝）。
【００４８】
そして、乗算部Ｂ２１６は、総開口面積演算部Ｂ２１１の算出結果（ΣＡ）に乗算部Ｂ２１５の算出結果（｛Ｐｍ・ｑＳＯＮＩＣ／√（Ｒａ・Ｔｍ）｝を乗算し、乗算部Ｂ２１７は、さらに積分間隔時間Δｔ１｛＝Δθ／（６・Ｎｅ）｝を乗算する。これにより、上記（１１）式に示すソニック吸入空気量ＱＤが算出される。
一方、最大吸入空気量ＱＭＡＸは、吸気行程開始から終了までのシリンダ行程容積を吸気弁１０４上流側の（吸気）状態で充填した場合のシリンダ吸入空気量であり、次式（１２）で算出される。
【００４９】
【数１２】
0004740775.tif 000013
【００５０】
但し、ＶＩＶＣは吸気弁閉弁時におけるシリンダ容積であり、ＶＴＤＣは上死点におけるシリンダ容積である。ところで、静的に見れば、上記式（１２）に示すように、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積から上死点におけるシリンダ容積を減算した値が（シリンダ）行程容積になるのであるが、上述したように、実際には、実効上死点ＴＤＣＲが吸気行程開始時期（点）であり、実効閉時期ＩＶＣＲが吸気行程終了時期（点）となっている。そのため、本実施形態では、次式（１３）に示すように、上記式（１２）における吸気弁閉弁時シリンダ容積ＶＩＶＣに代えて実効閉時期ＩＶＣＲにおけるシリンダ容積（以下「実効閉時期シリンダ容積」という）ＶＩＶＣＲを、上死点シリンダ容積ＶＴＤＣに代えて実効上死点ＴＤＣＲにおけるシリンダ容積（以下「実効上死点シリンダ容積」という）ＶＴＤＣＲを採用するようにしている。
【００５１】
【数１３】
0004740775.tif 000014
【００５２】
かかる最大吸入空気量ＱＭＡＸは、具体的には、図１３に示すブロック図により算出される。図１３において、実効閉時期演算部Ｂ２２１は、吸気弁閉時期ＩＶＣからＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳを減算して実効閉時期ＩＶＣＲを算出する。ここで、ＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸気弁１０４のリフト量ＶＬＩＦＴｉ（例えば、最大リフト量）に基づいて、図１４に示すようなマップを参照して算出する。ＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅが高く、リフト量ＶＬＩＦＴｉが小さいほど大きくなる特性を有している。
【００５３】
実効閉時期シリンダ容積演算部Ｂ２２２は、実効閉時期ＩＶＣＲに基づいて、図に示すようなテーブルを検索して実効閉時期シリンダ容積ＶＩＶＣＲを算出する。ここでは、（設定上の）吸気弁閉時期ＩＶＣからＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳを減算することで実効閉時期ＩＶＣＲを求めているが、これは一例であり、実際の吸気行程終了時期を実効閉時期ＩＶＣＲとして求めることができれば、他の方法で求めてもよい。
【００５４】
一方、実効上死点演算部Ｂ２２３は、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＮＴに上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳ（図１１参照）を加算して実効上死点ＴＤＣＲを算出し、実効上死点シリンダ容積演算部Ｂ２２４は、実効上死点ＴＤＣＲに基づき図に示すようなテーブルを検索して実効上死点シリンダ容積ＶＴＤＣＲを算出する。ここでは、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲに上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳを加算することで実効上死点ＴＤＣＲを求めているが、実効閉時期ＩＶＣＲと同様にこれは一例であり、実際の吸気行程開始時期を実効上死点ＴＤＣＲとして求めることができれば、他の方法で求めてもよい。
【００５５】
そして、有効行程容積演算部Ｂ２２５は、実効閉時期シリンダ容積ＶＩＶＣＲから実効上死点シリンダ容積ＶＴＤＣＲを減算して実効行程容積（ＶＩＶＣＲ−ＶＴＤＣＲ）を算出し、乗算部Ｂ２２６は、吸気圧力Ｐｍを空気のガス定数Ｒａと吸気温度Ｔｍとの積で除算した｛Ｐｍ／（Ｒａ・Ｔｍ）｝を、実効行程容積（ＶＩＶＣＲ−ＶＴＤＣＲ）に乗算する。これにより、上記（１３）式に示す最大吸入空気量ＱＭＡＸが算出される。
【００５６】
ここにおいて、吸気弁１０４の作動特性に応じた実際のシリンダ吸入空気量をＱｃｙｌとすると、（ソニック吸入空気量ＱＤ／最大吸入空気量ＱＭＡＸ）と（シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌ／最大吸入空気量ＱＭＡＸ）との間に一義的な関係があることが確認されており、この関係をあらかじめ記憶しておけば、一方の値（例えばＱｃｙｌ／ＱＭＡＸ）に基づいて、これに対応する他方の値（ＱＤ／ＱＭＡＸ）を直ちに求めることができる（言い換えると、変換することができる）。かかる関係を示したものが、図８の変換部Ｂ１０５におけるテーブルであり、これにより、図８の除算部Ｂ２０４の算出結果である｛（目標）シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０／最大吸入空気量ＱＭＡＸ｝を｛（目標）ソニック吸入空気量ＱＤ／最大吸入空気量ＱＭＡＸ｝へと変換できる。
【００５７】
再び図８に戻って、乗算部Ｂ１０６では、変換部Ｂ１０５からの出力値（ＱＤ／ＱＭＡＸ）に最大吸入空気量ＱＭＡＸを乗算して目標ソニック吸入空気量ｔＱＤとする。
ソニック吸入空気量ＱＤは上記式（１１）で表されるから、除算部Ｂ１０７にて、上記目標ソニック吸入空気量ｔＱＤを｛Ｐｍ・ｑＳＯＮＩＣ／√（Ｒａ・Ｔｍ）｝で除算し、除算部Ｂ１０８にて、Δｔ｛＝Δθ／（６／Ｎｅ）｝で除算することで、吸気弁１０４の目標総開口面積（ｔΣＡ）とする。したがって、この目標総開口面積（ｔΣＡ）は、目標ソニックｔＱＤを得るための開口面積に相当する。
【００５８】
目標作動角設定部Ｂ１０９では、算出した目標総開口面積（ｔΣＡ）をクランク角単位に換算し、図に示すようなテーブルを検索することで基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０とする（開口面積を作動角に変換する）。なお、基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０は、目標総開口面積ｔΣＡが大きいほど、大きな値として設定される。
ところで、上記加算部Ｂ１０３で加算される目標吹き返しガス量ｔＱＩＦＢは、エンジン運転条件に応じて設定されるものであるが、吹き返しガス量ＱＩＦＢは、オーバーラップ中の開口面積を吸気弁開時期ＩＶＣからオーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲまでの吸気弁開口面積（前半開口面積）の積算値（ΣＡＩＶ）とし、シリンダ内圧力を排気圧力Ｐｅとして次式（１４）のように表すことができるものである。なお、Ｋ３は係数であり、図１５に示すように、エンジン回転速度Ｎｅに比例する１以上の値として設定される。
【００５９】
【数１４】
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【００６０】
したがって、上記式（１４）より、設定された目標吹き返しガス量ｔＱＩＦＢを得る（実現する）ためのオーバーラップ中の目標開口面積｛吸気弁開時期ＩＶＣからオーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲまでの吸気弁前半開口面積の積算値（ΣＡＩＶ）のことであり、以下「目標ＯＶＬ前半開口面積（ｔΣＡＩＶ）」という｝を求めることができる。
本実施形態において、排気弁１０８の作動特性は一定であるから、上記目標ＯＶＬ前半開口面積（ｔΣＡＩＶ）及び上記基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０が求まれば、吸気弁１０４の開時期も決定される。そこで、目標開時期設定部Ｂ１１０において、基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０及び目標ＯＶＬ前半開口面積（ｔΣＡＩＶ）に基づいて、図に示すようなマップを参照して基本目標開時期ｔＩＶＯ０を設定する。
【００６１】
以上のようにして設定された基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０及び基本目標開時期ｔＩＶＯ０が、図６の出力切換部Ｂ１４に出力されることになる。
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、所定の高負荷領域（例えば、図４のハッチング領域）においては、あらかじめ設定された高負荷用作動特性（全負荷用作動特性）が吸気弁１０４の目標作動特性として設定される一方、それ以外の領域においては、目標トルク相当のシリンダ吸入空気量に基づいて吸気弁１０４の目標作動特性が設定（算出）される。したがって、目標トルク（目標吸入空気量）に基づいて吸気弁１０４の作動特性を制御すること（トルクデマンド制御）を基本としつつ、吸気脈動や温度に伴って生じる出力のバラツキを抑制（排除）して、高負荷領域において（全負荷運転時に）も所期の出力を容易かつ確実に得ることができ、エンジンの出力性能を保証できる（最高出力を確保できる）。ここで、上記領域判定をアクセル開度ＡＰＯに基づいて行うことで制御をより簡素化できる。
【００６２】
ここで、本実施形態では、高負荷用作動特性として全負荷運転時に設定されるべき全負荷用作動特性を採用しているが、これは一例であり、高負荷領域をさらに細分化して（例えば、全負荷運転とその直前の運転領域とに分けて）、細分化した領域毎に別々の高負荷用作動特性（全負荷用作動特性、第１高負荷用作動特性、第２高負荷用作動特性、・・・）を設定するようにしてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、ソニック吸入空気量ＱＤ、最大吸入空気量ＱＭＡＸ及び実際のシリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌとしたときに、（ＱＤ／ＱＭＡＸ）と（Ｑｃｙｌ／ＱＭＡＸ）との間の一義的な関係を変換テーブル（図８のＢ１０５）として作成しておき、この変換テーブルと目標シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０に基づいて目標ソニック吸入空気量ｔＱＤを算出し（図８のＢ１０５、Ｂ１０６）、この目標ソニック吸入空気量ｔＱＤに基づいて吸気弁１０４の（基本）目標作動特性（作動角、開時期）を設定している。より具体的には、目標ソニック吸入空気量ｔＱＤから、該目標ソニック吸入空気量ｔＱＤをソニック流として吸入するための開口面積（ｔΣＡ）を算出し、この開口面積（ｔΣＡ）を目標作動角に変換するとともに、目標開時期を算出している（図８のＢ１０９、Ｂ１１０）。このため、運転領域全体において、マップを多用することなく、上記変換テーブルにより吸気弁１０４の（基本）目標作動特性を設定することが可能となり、演算負荷を軽減しつつ、目標トルク相当のシリンダ吸入空気量（目標新気量）ｔＱｃｙｌを達成することができる。但し、これは一例であり、目標トルク相当のシリンダ吸入空気量（目標新気量）に基づいて吸気弁１０４の目標作動特性を設定する構成であれば他の方法であってもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】同上吸気弁の動弁機構（ＶＥＬ機構＋ＶＴＣ機構）の構成を示す図である。
【図３】同上ＶＥＬ機構の構成を示す図である。
【図４】高負荷領域の概要を示す図である。
【図５】弁作動特性、シリンダ内圧力及び単位クランク角当たりのシリンダ吸入空気量の関係を示す図である。
【図６】本実施形態に係る吸入空気量制御の全体構成を示すブロック図である。
【図７】目標新気量を算出するマップの一例である。
【図８】（通常制御用の目標作動特性を設定する）目標作動特性設定手段における処理を示すブロック図である。
【図９】吸気脈動による変動分（吸気圧力変動分、吸気温度変動分）を算出するブロック図である。
【図１０】ソニック吸入空気量ＱＤを算出する構成（ブロック図）である。
【図１１】上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳを算出するマップである。
【図１２】オーバーラップ開口面積ＯＶＬＡ算出するマップである。
【図１３】最大吸入空気量ＱＭＡＸを算出する構成（ブロック図）である。
【図１４】吸気弁閉時期のオフセット量ＩＶＣＯＦＳを算出するマップである。
【図１５】係数Ｋ３を設定するテーブルの一例である。
【符号の説明】
【００６５】
１…エンジン、１０１…吸気通路、１０２…スロットル弁、１０３…インジェクタ、１０４…吸気弁、１０５…動弁機構、１０５ａ…ＶＥＬ機構、１０５ｂ…ＶＴＣ機構、１０６…点火プラグ、１０７…排気通路、１０８…排気弁、１５１…駆動軸、１５２…揺動カム、１５３…偏心駆動カム、１５４…リング状リンク、１５５…制御軸、１５６…偏心制御カム、１５７…ロッカアーム、１５８…ロッド状リンク、１６１…電磁アクチュエータ、２０１…エンジンコントローラ、２１１…アクセルセンサ、２１２…クランク角センサ、２１３…吸気圧力センサ、２１４…吸気温度センサ、２１５…排気圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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