(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブのリフト量を調節する可変動弁機構を備え、目標リフト量を一定にしつつ、目標吸気管圧力を変更することによって目標吸入空気量を達成する第１の運転領域を実現する内燃機関において、該目標吸気管圧力を決定するための制御装置であって、
内燃機関の運転状態に応じて決められた基準吸入空気量に基づいて、前記第１の運転領域における目標リフト量を求める目標リフト量算出手段と、
前記第１の運転領域における目標吸気管圧力を、前記目標吸入空気量の一次式で表し、該一次式の傾きおよび切片を、前記目標リフト量に基づいて算出することにより、該一次式を求める手段と、
前記第１の運転領域における目標吸気管圧力を、前記求めた一次式に前記目標吸入空気量を代入することにより算出する手段と、
前記目標吸気管圧力が所定のゲージ圧を超えないよう該目標吸気管圧力をリミットする手段と、を備え、
前記可変動弁機構は、さらに前記吸気バルブの位相を調節し、
前記第１の運転領域に続き、前記目標吸気管圧力を前記所定のゲージ圧に一定にしつつ、目標リフト量を変更することによって目標吸入空気量を達成する第２の運転領域が実現され、さらに、
標準大気圧および標準吸気温度の標準状態における、吸入空気量、前記内燃機関の回転数、吸気管のゲージ圧、前記吸気バルブの位相、および前記吸気バルブのリフト量の相関を規定したマップを記憶する記憶手段と、
前記標準状態下の前記基準吸入空気量を、現在の大気圧下の基準吸入空気量を示すよう補正する手段と、を備え、
前記目標リフト量算出手段は、前記内燃機関の目標回転数、前記所定のゲージ圧、および所定の位相に対応するマップを前記記憶手段から選択し、前記現在の大気圧下の基準吸入空気量に基づいて該選択したマップを参照することにより、前記目標リフト量を求める、
制御装置。
【請求項２】
検出された前記内燃機関の回転数、検出された前記吸気バルブの位相、および前記所定のゲージ圧に対応するマップを前記記憶手段から選択し、前記目標リフト量に基づいて該マップを参照することにより、第１の吸気量を求める手段と、
前記検出された内燃機関の回転数、前記検出された前記吸気バルブの位相、および前記所定のゲージ圧とは異なる第２のゲージ圧に対応するマップを前記記憶手段から選択し、前記目標リフト量に基づいて該マップを参照することにより、第２の吸気量を求める手段と、
前記所定のゲージ圧に対応する第１の吸気量および前記第２のゲージ圧に対応する第２の吸気量に基づいて、前記傾きを算出する手段と、
を備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の目標回転数、前記所定のゲージ圧、および所定の位相に対応するマップを前記記憶手段から選択し、前記標準状態下の前記基準吸入空気量に基づいて該選択したマップを参照することにより、標準リフト量を求める手段と、
前記検出された内燃機関の回転数、前記検出された吸気バルブの位相、および前記所定のゲージ圧に対応するマップを前記記憶手段から選択し、前記標準リフト量に基づいて該マップを参照することにより、前記第１の運転領域から前記第２の運転領域に移行する時の移行吸入空気量を求める手段と、
前記傾きおよび前記移行する時の移行吸入空気量に基づいて、前記切片を求める手段と、
を備える、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
さらに、
前記標準状態下の前記基準吸入空気量を、現在の大気圧および現在の吸気温下の基準吸入空気量を示すよう補正する手段と、
前記内燃機関の目標回転数、前記所定のゲージ圧、および前記所定の位相に対応するマップを前記記憶手段から選択し、前記現在の大気圧および現在の吸気温下の基準吸入空気量に基づいて該選択したマップを参照することにより、第２の目標リフト量を求める手段と、
前記第２の目標リフト量に従って、前記可変動弁機構を作動させる手段と、
を備える、請求項１に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の目標吸気管圧力を決定するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の内燃機関においては、吸気バルブの作動特性を変更可能な可変動弁機構を搭載し、内燃機関への吸入空気量を制御することが提案されている。下記の特許文献１には、目標吸入空気量に基づいて可変動弁機構を制御すると共に、目標吸気管圧力を発生させるようにスロットル弁を制御することが記載されている。
【０００３】
従来は、目標吸気管圧力を決定するのに、内燃機関の様々な運転状態に応じた目標吸気管圧力を定めるマップを予め作成して制御装置のメモリに記憶し、検出された運転状態に基づいて該マップを参照していた。
【特許文献１】特開２００４−１６９５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の手法において内燃機関の様々な運転状態に対応しようとすると、マップを作成する工数およびマップに規定するデータ数が増えるおそれがある。さらに、上記のような可変動弁機構が搭載されている場合、内燃機関の運転状態に関するパラメータ数が多くなり、これは、マップの作成工数およびマップに規定するデータ数をさらに増やす。また、吸気管圧力は、大気圧および吸気温度によっても影響を受けるが、大気圧および吸気温度ごとに目標吸気管圧力をマップに規定すると、該マップの作成工数およびデータ数はさらに増える。マップ作成工数が増えるほど開発期間の長期化を招き、また、データ数が増えるほど、制御装置のメモリ容量を増やす必要が生じ、これらはコスト高を招く。したがって、可変動弁機構が搭載された内燃機関においても、このようなマップ作成工数およびデータ数の増大を抑制しつつ、内燃機関の様々な運転状態に応じた目標吸気管圧力をより良好な精度で決定することのできる手法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの側面によると、吸気バルブのリフト量を調節する可変動弁機構（３１）を備え、目標リフト量を一定にしつつ、目標吸気管圧力を変更することによって目標吸入空気量を達成する第１の運転領域を実現する内燃機関において、該目標吸気管圧力を決定するための制御装置が提供される。該制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて決められた基準吸入空気量（ＧＡＬＴＨＣＭＤ）に基づいて、第１の運転領域における目標リフト量（ＡＬＣＭＤ＿ＰＡ）を求める手段と、第１の運転領域における目標吸気管圧力（ＰＢＧＡＣＭＤ）を、目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）の一次式で表し、該一次式の傾き（Ａ）および切片（Ｂ）を、上記目標リフト量に基づいて算出することにより、該一次式を求める手段と、第１の運転領域における目標吸気管圧力（ＰＢＧＡＣＭＤ）を、該求めた一次式に目標吸入空気量を代入することにより算出する手段と、を備える。
【０００６】
この発明によれば、目標吸気管圧力を一次式から求めることができるので、目標吸気管圧力を予めマップに規定して制御装置に記憶する必要がない。したがって、目標吸気管圧力をマップに設定する工数および制御装置に記憶すべきデータ数を減らすことができる。
【０００７】
この発明の一実施形態によると、可変動弁機構は、さらに、吸気バルブの位相を調整する。第１の運転領域に続き、目標吸気管圧力を所定のゲージ圧に一定にしつつ、目標リフト量を変更することによって目標吸入空気量を達成する第２の運転領域が実現される。制御装置は、さらに、標準大気圧（ＰＡ＿ＳＴＤ）および標準吸気温度（ＴＡ＿ＳＴＤ）の標準状態における、吸入空気量、内燃機関の回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブの位相、および吸気バルブのリフト量の相関を規定した吸気量マップ（７０）を記憶する記憶手段と、該標準状態下の基準吸入空気量（ＧＡＬＴＨＣＭＤ）を、現在の大気圧（ＰＡ）下の基準吸入空気量（ＧＡＬＴＨＣＭＤＡ）を示すよう補正する手段と、を備える。上記目標リフト量（ＡＬＣＭＤ＿ＰＡ）は、内燃機関の目標回転数、上記所定のゲージ圧、および所定の位相に対応するマップを記憶手段から選択し、該現在の大気圧下の基準吸入空気量に基づいて該選択したマップを参照することにより求められる。
【０００８】
この発明によれば、標準状態下の基準吸入空気量を補正するので、標準状態下における吸気量マップを記憶しておけばよく、大気圧および吸気温度ごとに吸気量マップを作成する必要がないので、マップの作成工数およびデータ数を減らすことができる。
【０００９】
この発明の一実施形態によると、検出された内燃機関の回転数、検出された吸気バルブの位相、および上記所定のゲージ圧（ＰＢＧＡ１）に対応するマップを上記記憶手段から選択し、上記目標リフト量に基づいて該マップを参照することにより、第１の吸気量（ＧＡＩＲ１）を求める手段と、検出された内燃機関の回転数、検出された吸気バルブの位相、および上記所定のゲージ圧とは異なる第２のゲージ圧（ＰＢＧＡ２）に対応するマップを上記記憶手段から選択し、上記目標リフト量に基づいて該マップを参照することにより、第２の吸気量（ＧＡＩＲ２）を求める手段と、該所定のゲージ圧に対応する第１の吸気量および該第２のゲージ圧に対応する第２の吸気量に基づいて、上記傾き（Ａ）を算出する手段と、を備える。
【００１０】
こうして、標準状態下のマップを参照することにより、一次式の傾きを求めることができ、よって目標吸気管圧力を求めることができる。したがって、マップ作成工数および記憶すべきデータ数を減らすことができる。
【００１１】
この発明の一実施形態によると、内燃機関の目標回転数、上記所定のゲージ圧、および所定の位相に対応するマップを上記記憶手段から選択し、標準状態下の基準吸入空気量（ＧＡＬＴＨＣＭＤ）に基づいて該選択したマップを参照することにより、標準リフト量（ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤ）を求める手段と、検出された内燃機関の回転数、検出された吸気バルブの位相、および上記所定のゲージ圧に対応するマップを上記記憶手段から選択し、該標準リフト量に基づいて該マップを参照することにより、第１の運転領域から第２の運転領域に移行する時の移行吸入空気量（ＧＡＰＢＰＡＲＸ）を求める手段と、上記傾きおよび該移行吸入空気量に基づいて、上記切片（Ｂ）を求める手段と、を備える。
【００１２】
こうして、標準状態下のマップ参照することにより、一次式の切片を求めることができ、よって目標吸気管圧力を求めることができる。したがって、マップ作成工数および記憶すべきデータ数を減らすことができる。
【００１３】
この発明の一実施形態によると、目標吸気管圧力が上記所定のゲージ圧を超えないように、該目標吸気管圧力をリミットする手段を備える。こうして、目標吸気管圧力が所定のゲージ圧に達した後の第２の運転領域においては、該目標吸気管圧力を該所定のゲージ圧に維持することができる。
【００１４】
この発明の一実施形態によると、標準状態下の基準吸入空気量を、現在の大気圧（ＰＡ）および現在の吸気温（ＴＡ）下の基準吸入空気量（ＧＡＬＴＨＣＭＤＦ）を示すよう補正する手段と、内燃機関の目標回転数、上記所定のゲージ圧、および所定の位相に対応するマップを上記記憶手段から選択し、該現在の大気圧および現在の吸気温下の基準吸入空気量に基づいて該選択したマップを参照することにより、第２の目標リフト量（ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡ）を求める手段と、該第２の目標リフト量に従って、可変動弁機構を作動させる手段と、を備える。
【００１５】
この発明によれば、標準状態下のマップを参照することにより、可変動弁機構を作動させるための第２の目標リフト量を求めることができる。吸気温および大気圧毎にマップを設定する必要がない。また、リフト量を調整することにより、吸気温変化は、吸気管圧力の変化にほとんど影響しないとの知見により、目標吸気管圧力については、吸気温変化を考慮することなく、大気圧変化だけを考慮すればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンという）およびその制御装置の全体的な構成図である。
【００１７】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１０は、入出力インターフェース、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータを格納することができる。本発明に従う様々な制御のためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびマップは、メモリに格納されている。ＥＣＵ１０は、車両の各部から送られてくるデータを入出力インターフェースを介して受け取って演算を行い、制御信号を生成し、これを、該入出力インターフェースを介してエンジンの各部を制御するために送る。
【００１８】
エンジン１２は、たとえば４気筒４サイクルのエンジンであり、図には、そのうちの一つの気筒が概略的に示されている。エンジン１２は、吸気バルブ１４を介して吸気管１６に連結され、排気バルブ１８を介して排気管２０に連結されている。ＥＣＵ１０からの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁２２が、吸気管１６に設けられている。代替的に、燃料噴射弁２２を、燃焼室２４に設けてもよい。
【００１９】
エンジン１２は、吸気管１６から吸入される空気と、燃料噴射弁２２から噴射される燃料との混合気を、燃焼室２４に吸入する。燃料室２４には、ＥＣＵ１０からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ２６が設けられている。点火プラグ２６による火花により、混合気は燃焼する。この燃焼により混合気の体積は増大し、ピストン２８を下方に押し下げる。ピストン２８の往復運動は、クランク軸３０の回転運動に変換される。４サイクルエンジンでは、エンジンのサイクルは、吸入、圧縮、燃焼、および排気行程からなる。ピストン２８は、１サイクルにつき２往復する。
【００２０】
連続可変動弁機構３１は、吸気バルブ１４のリフト量および位相（開閉タイミング）を連続的に変化することができる機構である。本実施形態では、連続可変動弁機構３１は、可変リフト機構３２および可変位相機構３３から構成される。
【００２１】
可変リフト機構３２は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４のリフト量を連続的に変更することができる機構である。可変リフト機構３２は、任意の既知の手法により実現することができる。例えば、カム、リフト可変リンク、アッパーリンク、ロアリンクから構成され、ロアリンクの角度をアクチュエータなどで変更して、バルブの最大リフト量を制御する手法が提案されている（たとえば、特開２００４−０３６５６０号を参照）。
【００２２】
可変位相機構３３は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４の位相を連続的に変更する。可変位相機構は、任意の既知の手法により実現することができる。たとえば、電磁的に吸気バルブの位相を進角または遅角に制御する手法が提案されている（たとえば、特開２０００―２２７０３３号を参照）。
【００２３】
なお、代替的に、可変リフト機構３２および可変位相機構３３を一体的に構成してもよい。また、本願発明は、リフト量および位相を連続的に変更可能なこれら機構に限定されるわけではなく、リフト量および位相を段階状に変更可能な機構にも適用可能である。
【００２４】
ＥＣＵ１０には、エンジン１２のクランク軸３０の回転角度を検出するクランク角センサ３３およびエンジン１２の吸気弁を駆動するカムが連結されたカム軸の回転角度を検出するカム角センサ３４が接続されており、これらのセンサの検出値はＥＣＵ１０に供給される。クランク角センサ３３は、所定のクランク角度（たとえば３０度）毎に１パルス（ＣＲＫパルス）を発生し、該パルスにより、クランク軸３０の回転角度位置を特定することができる。また、カム角センサ３４は、エンジン１２の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（ＣＹＬパルス）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（ＴＤＣパルス）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種の制御タイミングおよびエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。
【００２５】
なお、カム角センサ３４により出力されるＴＤＣパルスと、クランク角センサ３３により出力されるＣＲＫパルスとの相対関係から、カム軸の実際の位相ＣＡＩＮが検出される。この実施例では、位相ＣＡＩＮは、最遅角をゼロとし、進角になるほど大きい値を持つ。
【００２６】
また、連続可変動弁機構３１には、吸気バルブ１４のリフト量ＬＦＴを検出するためのリフト量センサ３５が設けられ、該センサは、ＥＣＵ１０に接続されている。リフト量センサ３５は、任意の適切な手法により構成されることができる。たとえば、ポテンショメータにより、これらのセンサを構成することができる。該センサの検出値は、ＥＣＵ１０に送られる。
【００２７】
吸気管１６内にはスロットル弁４６が配置されている。スロットル弁４６は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてアクチュエータ(図示せず)によって駆動されるドライブバイワイヤ（drive by wire：ＤＢＷ）式のスロットル弁である。
【００２８】
スロットル弁開度センサ４８がスロットル弁４６に設けられており、スロットル開度ＴＨに応じた信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００２９】
本実施形態では、連続可変動弁機構３１により吸気バルブ１４のリフト量を制御すると共に、スロットル弁４６の開度の制御を介して吸気管圧力を制御することにより、エンジン１２への吸入空気量を制御する。
【００３０】
吸気管１６のスロットル弁４６の上流側に、エアフローメータ５０が設置されている。エアフローメータ５０は、吸入空気量を示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００３１】
吸気管１６のスロットル弁４６の下流には吸気管内圧力センサ５２および吸気温センサ５４が備えられ、それぞれ、吸気管内絶対圧ＰＢおよび吸気温度ＴＡを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。また、大気圧センサ５５がエンジン外部の任意の位置に設置されており、大気圧ＰＡを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。吸気管圧力は、絶対圧およびゲージ圧で表されることができ、ここでゲージ圧は、大気圧ＰＡに対する吸気管内絶対圧ＰＢの差圧を表し、ＰＡ−ＰＢ（ｍｍＨｇ）である。
【００３２】
ＥＣＵ１０には、アクセルペダルの開度ＡＰを検出するアクセルペダルセンサ５６が接続されており、ＥＣＵ１０は、該アクセルペダル開度に基づいて、要求吸入空気量を算出することができる。
【００３３】
排気管２０の触媒５８の上流側にはＬＡＦ(linear air-fuel)センサ６０が設置されている。ＬＡＦセンサ６０は、リーンからリッチにわたる広範囲において排ガス中の酸素濃度に比例する信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００３４】
次に、図２を参照して、本願発明の一実施形態に従う制御の概要について説明する。図では、一例として、目標吸入空気量に対する目標吸気管圧力（絶対圧で表される）の挙動１０１〜１０３と目標リフト量の挙動１１１〜１１３が示されている。符号１０１および１１１は、吸気温が２５度、大気圧が７６０ｍｍＨｇの場合を示し、符号１０２および１１２は、吸気温が５０度、大気圧が７６０ｍｍＨｇの場合を示し、符号１０３および１１３は、吸気温が２５度、大気圧が４５０ｍｍＨｇの場合を示す。符号１０２と符号１０３は、同じ挙動を示すので、重なって示されている。この実施例では、吸気温２５度が標準吸気温であり、大気圧７６０ｍｍＨｇが標準大気圧であり、この状態を標準状態と呼ぶ。代替的に、他の値の吸気温および大気圧を標準状態としてもよい。
【００３５】
本願発明の一実施形態によると、エンジンは２つの制御領域を有する。１つは、目標吸入空気量が所定値より低い領域であり、負圧制御領域と呼ばれる。この領域では、目標リフト量を一定にしつつ、目標吸気管圧力を変更することによって目標吸入空気量を達成する。負圧制御領域では、オーバーラップ期間（吸気バルブと排気バルブの両方が開いているクランク角度期間）が所定値より小さくなるよう可変動弁機構３１が設定されており、たとえばアイドル運転状態は負圧制御領域において実現されることができる。他の１つは、目標吸入空気量が該所定値より高い領域であり、リフト量制御領域と呼ばれる。この領域では、目標吸気管圧力を、基準ゲージ圧（たとえば、−１００ｍｍＨｇ）に一定にしつつ、目標リフト量を変更することによって目標吸入空気量を達成する。ここで、負圧制御領域とリフト量制御領域の間の切換え時期を示す上記所定値は、移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸと呼ばれ、所定の条件に従って決定されることができる。この実施例では、移行吸入空気量は、標準状態において基準ゲージ圧を達成するためのリフト量（標準リフト量と呼ぶ）に基づいて決定される。こうして、負圧制御領域からリフト量制御領域に移行するタイミングが、空気密度に依存することなく一定となるよう決定されるので、どのような環境下においても（たとえば、大気圧が標準大気圧より高い場所等）、エンジンに要求される出力に従って吸入空気量制御を滑らかに移行させることができる。
【００３６】
負圧制御領域において変化する目標吸気管圧力をＰＢＧＡＣＭＤ＿ＣＨＮＧで表す。リフト量制御領域における目標吸気管圧力（基準ゲージ圧）をＰＢＧＡＣＭＤ＿ＣＯＮＳＴで表す。負圧制御領域では、目標リフト量は一定に維持されるので、式（１）のように、目標吸気管圧力は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤの一次式で表すことができる。ここで、Ａは傾きであり、Ｂは切片を示す。図には、符号１０３の目標吸気管圧力についての傾きＡと切片Ｂとが示されている。
PBGACMD_CHNG=A×GAIRCMD + B      （１）
【００３７】
負圧制御領域の目標リフト量は所定の条件下で決定されるが、該所定の条件が変化すると、符号１１１〜１１３に示すように、該目標リフト量の値も変化する。目標リフト量の値が変化すると、符号１０１〜符号１０３に示すように、目標吸気管圧力の挙動を変化させる必要がある。すなわち、傾きＡおよび切片Ｂは、負圧制御領域の目標リフト量の値に従って変化する。
【００３８】
したがって、本願発明では、負圧制御領域において決定される目標リフト量に応じて傾きＡおよび切片Ｂを算出することにより、目標吸気管圧力を算出するための上記一次式（１）を求める。こうして求めた一次式に、目標吸入空気量（これは、エンジンによって要求される吸気量であり、たとえばアクセルペダルの開度等の運転状態に応じて任意の既知の手法で決定されることができる）を代入することにより、目標吸気管圧力を算出することができる。この手法によれば、一次式によって目標吸気管圧力を決定することができるので、様々な運転状態に応じた目標吸気管圧力を予めマップに規定して記憶しておく必要がない。
【００３９】
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態に従う内燃機関の制御装置について説明する。この制御装置は、図１のＥＣＵ１０において実現される。各機能ブロックによる機能は、具体的にはＥＣＵ１０のＣＰＵにより実現される。
【００４０】
基準吸気量補正部６１は、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを密度補正する。基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、図２を参照して説明した負圧制御領域において目標リフト量を決めるためにエンジンのアイドル状態（たとえば、水温等）に応じて決められることができる吸気量である。基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、前述した標準の大気圧ＰＡ＿ＳＴＤおよび標準の吸気温度ＴＡ＿ＳＴＤからなる標準状態下での基準吸入空気量を示す。補正部６１は、該標準状態における空気密度ρ＿ＳＴＤと、ＰＡセンサおよびＴＡセンサ５４により検出される現在の大気圧ＰＡおよび現在の吸気温度ＴＡからなる現在の状態における空気密度ρとの比Ｋρにより、標準状態における基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを、現在の状態における基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに換算する。
【００４１】
具体的には、空気密度比Ｋρは、式（２）のように表される。この実施例では、標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤは７６０ｍｍＨｇであり、標準吸気温ＴＡ＿ＳＴＤは２５度すなわち２９８Ｋ（ケルビン）である。ＰＢＧＡは基準ゲージ圧であり、この実施例では−１００ｍｍＨｇである。前述したように、基準ゲージ圧は、リフト量制御領域における目標吸気管圧力を示す。
【数１】
0004827867.tif 000002
【００４２】
現在の大気圧ＰＡのみが標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤと異なり、現在の吸気温ＴＡが標準吸気温ＴＡ＿ＳＴＤと同じである場合、密度比Ｋρは、式（
３）で表され、これを、標準状態下の基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに乗算することにより、現在の状態下の基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡを算出することができる（式（４））。式から明らかなように、現在の大気圧が標準大気圧より低いほど、現在の状態下の基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡは、標準状態下の基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤより多くされる。こうして、大気圧に依存することなく、所望の容量の基準吸入空気量を算出することができる。
【数２】
0004827867.tif 000003
【００４３】
また、現在の大気圧ＰＡが標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤと異なると共に、現在の吸気温ＴＡが標準吸気温ＴＡ＿ＳＴＤと異なる場合、空気密度比Ｋρは、上記式（２）のように表され、これを、標準状態下の基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに乗算することにより、現在の状態下の基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを算出する（式（５））。
【数３】
0004827867.tif 000004
【００４４】
こうして、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤ、大気圧補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡ、および大気圧および吸気温補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦは、目標リフト算出部６２に渡される。
【００４５】
目標リフト算出部６２は、負圧制御領域における目標リフト量を算出する。この実施例では、負圧制御領域においては、標準大気圧および標準吸気温という標準状態において、基準ゲージ圧および所定の位相下で設定可能な最小のリフト量（ミニマムリフトと呼ばれる）が目標リフト量に設定される。ここで、基準ゲージ圧が条件となるのは、目標吸気管圧力が基準ゲージ圧に達したときにリフト量制御に切り換えられるので、該切換において目標リフト量をミニマムリフトから滑らかに推移させるためである。また、負圧制御領域は、この実施例では、前述したように、オーバーラップ期間が所定値より小さくされる領域であるので、上記所定の位相は、該オーバーラップ期間を実現するための位相（この実施例では、最遅角を示す値であり、たとえばゼロ度）である。代替的に、他の値のゲージ圧および位相におけるリフト量を、負圧制御領域における目標リフト量としてもよい。
【００４６】
ミニマムリフトの算出のため、所定の吸気量マップ７０が参照される。該マップは、上記の標準状態における、吸入空気量、エンジン回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブの位相および吸気バルブのリフト量の相関を規定したマップである。これらのマップは、ＥＣＵ１０のメモリに予め記憶されている。
【００４７】
目標リフト算出部６２は、これらのマップのうち、目標エンジン回転数、基準ゲージ圧、基準位相に応じたマップを選択する。こうして選択されたマップは、標準状態下で基準ゲージ圧、基準位相、目標エンジン回転数という条件が満たされた場合の、リフト量毎の吸入空気量を規定している。ここで、基準ゲージ圧は、前述したように、リフト量制御領域において目標吸気管圧力が一定に維持されるゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤ＿ＣＯＮＳＴであり、たとえば−１００ｍｍＨｇである。基準位相は、たとえば最遅角（ゼロ度）であり、これは、前述したように、負圧制御領域ではオーバーラップ期間が小さいように設定されるためである。ここで図４を参照すると、該選択したマップの一例が示されている。
【００４８】
目標リフト算出部６２は、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに基づいて、図４に示されるようなマップを参照し、対応するリフト量を求める。こうして求めたリフト量は、標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤと呼ばれる。前述したように、標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤは、移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを決定するのに使用される。
【００４９】
さらに、目標リフト算出部６２は、大気圧補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに基づいて、図４に示されるようなマップを参照し、対応するリフト量を求める。こうして求めたリフト量は、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡと呼ばれる。こうして、大気圧が標準大気圧に対して変化することによる吸入空気量の増減は、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡにより補償される。第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡは、一次式算出部６５に渡され、目標吸気管圧力を決定するのに用いられる。
【００５０】
さらに、目標リフト算出部６２は、大気圧および吸気温補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに基づいて、図４に示されるようなマップを参照し、対応するリフト量を求める。こうして求めたリフト量は、第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡと呼ばれる。こうして、大気圧および吸気温が標準大気圧および標準吸気温に対して変化することによる吸入空気量の増減は、第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡにより補償される。第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡは、リフト量制御装置７１に渡される。リフト制御装置７１は、ＥＣＵ１０に実現されることができ、任意の制御手法（たとえば、ＰＩ制御、応答指定型制御等）により、リフト量センサ３５により検出される実際のリフト量を該第２の目標リフト量に収束させるための操作量を算出する。該操作量は可変リフト機構３２に渡され、可変リフト機構３２は、負圧制御領域において、該第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡを達成するよう吸気バルブのリフト量を調整する。
【００５１】
なお、目標吸気管圧力を求めるために、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡが使用され、第２のリフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡが使用されない理由については、後述される。前述した図２において、目標リフト量は、第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡの挙動を示しており、目標吸気管圧力は、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡに基づいて算出されている。
【００５２】
一次式算出部６５は、傾き算出部６３および切片算出部６４を含む。傾き算出部６３は、前述した一次式（１）の傾きＡを算出する。傾きＡは、一次式を表す直線上の２点から求めることができる。傾き算出部６３は、吸気量マップ７０から、ＣＲＫセンサ３３を介して検出された現在のエンジン回転数、ＣＲＫセンサ３３およびＣＡＭセンサ３４を介して検出された吸気バルブの現在の位相、および基準ゲージ圧ＰＢＧＡ１（＝ＰＢＧＡＣＭＤ＿ＣＯＮＳＴ）に応じたマップを選択する。該選択されたマップの一例を、図５の符号１３１により示す。傾き算出部６３は、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡに基づいて該マップを参照し、対応する第１の吸気量ＧＡＩＲ１を求める。
【００５３】
また、傾き算出部６３は、現在のエンジン回転数、現在の位相、および基準ゲージ圧とは異なるゲージ圧（たとえば、―５００ｍｍＨｇであり、ＰＢＧＡ２で表される）に応じたマップを選択する。該選択されたマップの一例を、図５の符号１３２により示す。傾き算出部６３は、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡに基づいて該マップを参照し、対応する第２の吸気量ＧＡＩＲ２を求める。こうして、第１および第２のゲージ圧ＰＢＧＡ１およびＰＢＧＡ２に対応する第１および第２の吸気量ＧＡＩＲ１およびＧＡＩＲ２がそれぞれ求められる。
【００５４】
上記一次式（１）を表す直線上の２点が求められたので、以下の式（６）により、傾きＡを算出することができる。標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤを加算しているのは、絶対圧に換算するためである。
【数４】
0004827867.tif 000005
【００５５】
切片算出部６４は、上記一次式（１）の切片Ｂを求める。図２を参照して説明したように、移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸにおいて、目標吸気管圧力は基準ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤ＿ＣＯＮＳＴに達するのだから、以下の式（７）により切片Ｂを求めることができる。大気圧ＰＡ（大気圧センサ５５により検出されることができる）を加算しているのは、絶対圧に換算するためである。
B＝（PA+PBGACMD_CONST）−A×GAPBPARX      （７）
【００５６】
移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸは、前述したように、標準状態下において基準ゲージ圧を達成するための標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに基づいて決定される。したがって、標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに対応する吸入空気量をマップから求めればよい。切片算出部６４は、現在のエンジン回転数、現在の位相、基準ゲージ圧に対応するマップを選択する。該マップの一例が、図５（ｂ）に示されている。標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに基づいて該マップを参照することにより、対応する基準吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを求める。
【００５７】
こうして、傾きＡおよび切片Ｂが求められたので、上記一次式が決定される。
【００５８】
目標吸気管圧力算出部６６は、以下の式（８）に従って、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤＭ（負圧制御領域のＰＢＧＡＣＭＤ＿ＣＨＮＧに相当する）を算出する。
PBGACMD=A×GAIRCMD＋B−PA      （８）
【００５９】
式（８）は、前述した一次式（１）と同様であるが、ゲージ圧に換算するために、大気圧センサ５５により検出された大気圧ＰＡを減算している。ゲージ圧に換算するのは、以下のリミット処理が基準ゲージ圧を用いているためである。
【００６０】
リミット処理部６７は、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤＭを、基準ゲージ圧を用いてリミット処理し、最終的な目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを算出する。こうして、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤが基準ゲージ圧を超えないよう制御され、図２を参照して説明したように、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを超えた後は、すなわちリフト量制御領域においては、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤが基準ゲージ圧に維持されるようにする。
【００６１】
算出された目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤは、スロットル制御装置７２に渡される。スロットル制御装置７２は、ＥＣＵ１０に実現されることができ、任意の制御手法（たとえば、ＰＩ制御、応答指定型制御等）により、実際の吸気管圧力が目標吸気管圧力に収束するための操作量を算出する。該操作量は、スロットル弁のアクチュエータ（図示せず）に渡され、該アクチュエータは、該操作量に従ってスロットル弁４６の開度を調整する。
【００６２】
なお、リフト量制御領域において、目標吸気管圧力については、上記のリミット処理により、基準ゲージ圧に維持されるよう制御されるが、目標リフト量については、任意の適切な手法で制御するようにしてよい。たとえば、上で述べた負圧制御領域と同様の手法で、すなわち大気圧および吸気温補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに基づいて吸気量マップ７０を参照することにより、対応する目標リフト量を求めるようにしてもよい。
【００６３】
次に、大気圧および吸気温補正済みの基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに基づいて求められた第２の目標リフト量が、目標吸気管圧力を求めるのに用いられない理由を説明する。
【００６４】
図６は、吸気バルブ１４のモデルを示しており、吸気バルブ１４の開口面積（リフト量で表されることができる）がＳであり、ここを、流速Ｖの空気が気筒内に向けて流れていると考える。ＰＢは、吸気管１６内の圧力（絶対圧）であり、ＴＡは、吸気管１６内の温度である。ＧＡＩＲ＿ＣＹＬは、単位時間あたりにバルブ１４を通過する空気量を示し、以下の式（９）のように表される。
GAIR_CYL=ρ・V・S      （９）
【００６５】
他方、気体の状態方程式は、PB＝ρRTと表される（Rは気体定数）。したがって、式（９）は、式（１０）のように変換される。
【数５】
0004827867.tif 000006
【００６６】
目的は、吸気管圧力ＰＢおよびリフト量Ｓにより、所望のＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現することである。ここで、流速Vは、リフト量Sによらず一定であると仮定する（低リフト領域では、バルブ近傍はチョークされているので、流速はほぼ音速で一定と仮定することができる）。大気圧が減少すると、ＰＢは減少するので、所望のＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現するためには、Ｓを増やす必要がある。言い換えれば、大気圧が変化した場合、ＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現するようＳを制御すればよい。この結果、図２の負圧制御領域に示されるように、大気圧が低くなると、目標リフト量は増やされるが、目標吸気管圧力は減少する。
【００６７】
他方、吸気温ＴＡが高くなった場合、所望のＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現するためには、リフト量Ｓを増やす必要がある。したがって、図２に示されるように、吸気温が高くなると、目標リフト量は増やされる。その結果、ＴＡの増大分だけＳも増大されるので、ＰＢは一定である。すなわち、吸気管圧力は変化しない。ここで、流速Vは、前述したように、リフト量Sによらず一定であると仮定する。したがって、図２の符号１０１および１０２に示されるように、吸気温が変化しても、目標吸気管圧力は重なって示されている。このように、吸気温が変化しても、該吸気温変化はリフト量によって補償されるので、吸気管圧力ＰＢを、吸気温によっては変化させる必要はない。よって、目標吸気管圧力を求めるのには、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡが用いられ、第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡを用いる必要はない。
【００６８】
以上のように、本願発明によれば、目標吸入空気量が与えられれば、一次式を用いて目標吸気管圧力を決定することができるので、目標吸気管圧力を予めマップに規定して記憶しておく必要はない。また、標準状態のマップを記憶しておけば、現在の大気圧および吸気温についての目標吸気管圧力を求めることができるので、標準状態以外の大気圧および吸気温についてマップを予め作成する必要がない。マップ作成工数を削減するとともに、制御装置に記憶すべきデータ量を削減することができる。
【００６９】
図７は、この発明の一実施形態に従う、目標吸気管圧力を算出するための制御フローである。該制御フローは、ＥＣＵ１０のＣＰＵにより、所定の時間間隔で（たとえば、ＴＤＣ信号に同期して）実行されることができる。
【００７０】
ステップＳ１において、標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤ、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡおよび第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡを求める。ステップＳ２およびステップＳ３は、前述した一次式（１）の傾きＡを算出するためのステップであり、ステップＳ２においては、第１のゲージ圧ＰＢＧＡ１における第１の吸気量ＧＡＩＲ１を求め、ステップＳ３においては、第２のゲージ圧ＰＢＧＡ２における第２の吸気量ＧＡＩＲ２を求める。ステップＳ４において、図２に示されるように、負圧制御領域からリフト量制御領域に切り替わる移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを求める。
【００７１】
ステップＳ５において、ステップＳ２およびＳ３で求めた第１のゲージ圧ＰＢＧＡ１における第１の吸気量ＧＡＩＲ１および第２のゲージ圧ＰＢＧＡ２における第２の吸気量ＧＡＩＲ２を用い、前述した式（６）に従って傾きＡを算出する。
【００７２】
ステップＳ６において、ステップＳ４で求めた移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを用い、前述した式（７）に従って切片Ｂを算出する。ステップＳ７において、ステップＳ５およびＳ６で求めた傾きＡおよび切片Ｂを有する式（８）に従って、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤＭを算出する。
【００７３】
ステップＳ８において、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤＭを、基準ゲージ圧でリミット処理し、最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを算出する。前述したように、基準ゲージ圧は、リフト量制御領域において維持される目標吸気管圧力の値であるので、目標吸気管圧力は、移行吸入空気量において基準ゲージ圧に達した後は、該基準ゲージ圧に維持されるよう制御されることができる。
【００７４】
ステップＳ９において、最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤに、大気圧センサ５５により検出された大気圧ＰＡを加算することにより、該最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを絶対圧で表し、これは、スロットル制御装置に渡される。なお、ゲージ圧で表された最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤをスロットル制御装置に渡すようにしてもよく、この場合、ステップＳ９はなくてもよい。
【００７５】
図８は、図７のステップＳ１における処理のフローである。ステップＳ１１において、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを、前述した式（４）に従って補正し、大気圧補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡを算出する。また、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを、前述した式（５）に従って補正し、大気圧および吸気温補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを算出する。
【００７６】
ステップＳ１２において、エンジンの目標回転数（これは、たとえばアクセルペダル開度等の運転状態に応じて決めることができる）、基準ゲージ圧、および基準位相に対応する吸気量マップを選択する。基準位相は、前述したように、たとえば最遅角を示す位相である。
【００７７】
ステップＳ１３において、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに基づいて該マップを参照し、標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤを求める。ステップＳ１４において、大気圧補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに基づいて該マップを参照し、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡを求める。ステップＳ１５において、大気圧および吸気温補正済み基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに基づいて該マップを参照し、第２の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡＴＡを求める。ステップＳ１５において求めたリフト量は、リフト制御装置に渡され、吸気バルブのリフト量が、該第２の目標リフト量に収束するよう制御される。
【００７８】
図９は、図７のステップＳ２で実施される処理のフローである。前述したように、吸気量マップ７０では、エンジン回転数、位相、ゲージ圧、リフト量ごとに、吸入空気量が設定されている。まず、基準ゲージ圧、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡ、および検出された現在のエンジン回転数に対応するマップを選択する。選択されたマップは、位相毎に吸入空気量が設定されたマップである。このマップの一例を、図１０（ａ）に示す。この例では、第１の位相ＣＡＩＮ１（たとえば、０度）、第２のＣＡＩＮ２（たとえば、３０度）、第３のＣＡＩＮ３（たとえば、５５度）のそれぞれについて、吸入空気量とリフト量の関係が示されている。ステップＳ３１において、第１の位相ＣＡＩＮ１についてのマップ１４１を選択し、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡに対応する第１の吸気量ＧＡ１を求める。ステップＳ３２において、第２の位相ＣＡＩＮ２についてのマップ１４２を選択し、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡに対応する第２の吸入空気量ＧＡ２を求める。ステップＳ３３において、第３の位相ＣＡＩＮ３についてのマップ１４３を選択し、第１の目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡに対応する第３の吸入空気量ＧＡ３を求める。
【００７９】
こうして求めた吸入空気量についてプロットすると、図１０（ｂ）に示されるようになる。検出された現在の位相ＣＡＩＮに応じた基準吸入空気量を求めるために、補間計算を行う。たとえば、図に示すように、第１の位相ＣＡＩＮ１と第２の位相ＣＡＩＮ２との間に現在の位相ＣＡＩＮがあれば、線形補間により、以下の式によって、現在の位相ＣＡＩＮに対応する第１の吸気量ＧＡＩＲ１を求めることができる。
【数６】
0004827867.tif 000007
【００８０】
この例では３個の位相を用いているが、用いる位相の数はこれに限定されず、任意の数の位相をマップ上に規定しておくことができる。
【００８１】
図９（ｂ）は、図７のステップＳ３で実施される処理のフローである。図９（ａ）と異なるのは、基準ゲージ圧とは異なる第２のゲージ圧に対応するマップを選択する点であり、現在の位相ＣＡＩＮに対応する第２の吸気量ＧＡＩＲ２を求める手法は同じであるので、説明を省略する。
【００８２】
図１１は、図７のステップＳ４で実施される処理のフローである。図９（ａ）と異なるのは、マップを参照するのに用いるリフト量が、標準リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤである点であり、現在の位相ＣＡＩＮに対応する移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを求める手法は同じであるので、説明を省略する。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の全体的な構成図。
【図２】本発明の一実施形態に従う、制御概要を説明するための図。
【図３】本発明の一実施形態に従う、制御装置の機能ブロック図。
【図４】本発明の一実施形態に従う、吸気量マップの一例を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に従う、吸気量マップの一例を示す図。
【図６】本発明の一実施形態に従う、吸気バルブのモデルを表す図。
【図７】本発明の一実施形態に従う、制御のメインフローを示すフローチャート。
【図８】本発明の一実施形態に従う、目標リフト量を算出するプロセスのフローチャート。
【図９】本発明の一実施形態に従う、第１および第２のゲージ圧に対応する第１および第２の吸気量を求めるプロセスのフローチャート。
【図１０】本発明の一実施形態に従う、吸気量マップの一例を示す図。
【図１１】本発明の一実施形態に従う、移行吸入空気量を求めるプロセスのフローチャート。
【符号の説明】
【００８５】
１０  ECU
１４  吸気バルブ
１６  吸気管
３１  可変動弁機構
３２  可変リフト機構
３３  可変位相機構
４６  スロットル弁
５２  吸気管内圧力センサ
５４  吸気温度センサ
５５  大気圧センサ
【図１】
0004827867.tif 000008
【図２】
0004827867.tif 000009
【図３】
0004827867.tif 000010
【図４】
0004827867.tif 000011
【図５】
0004827867.tif 000012
【図６】
0004827867.tif 000013
【図７】
0004827867.tif 000014
【図８】
0004827867.tif 000015
【図９】
0004827867.tif 000016
【図１０】
0004827867.tif 000017
【図１１】
0004827867.tif 000018