(57)【要約】【課題】  算出された吸入空気量の信頼性が低下する可能性がある場合でも、燃料制御および点火時期制御の制御精度を向上させることができるとともに、製造コストを削減することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  制御装置1のECU2は、バルブリフトLiftin、カム位相Cainおよび圧縮比Crに応じて、第１推定吸気量Gcyl＿vtを算出し(ステップ11)、エアフローセンサ22により検出された空気の流量Ginに応じて、第２推定吸気量Gcyl＿afmを算出し(ステップ10)、機関回転数NE、バルブリフトLiftin、カム位相Cainおよび圧縮比Crに基づいて算出した推定流量Gin＿vtがGin＿vt≦Gin1にあるときには、燃料噴射量TOUTを第１推定吸気量Gcyl＿vtに応じて決定し、Gin2≦Gin＿vtにあるときには、第２推定吸気量Gcyl＿afmに応じて決定する(ステップ6,15,18)。【選択図】  図１１
2005315161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変吸気機構により気筒内に吸入される吸入空気量が自在に変更される内燃機関において、燃焼室内に供給される燃料量を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記可変吸気機構の動作状態を表す動作状態パラメータを検出する動作状態パラメータ検出手段と、
当該動作状態パラメータに応じて、前記吸入空気量の推定値として第１推定吸気量を算出する第１推定吸気量算出手段と、
前記内燃機関の吸気通路内を流れる空気の流量を検出する空気流量検出手段と、
当該空気の流量に応じて、前記吸入空気量の推定値として第２推定吸気量を算出する第２推定吸気量算出手段と、
前記内燃機関の負荷を表す負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
前記燃料量を、当該負荷パラメータが所定の第１範囲にあるときには、前記第１推定吸気量に応じて決定するとともに、前記負荷パラメータが前記所定の第１範囲と異なる所定の第２範囲にあるときには、前記第２推定吸気量に応じて決定する燃料量決定手段と、
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】
前記所定の第１範囲および前記所定の第２範囲は互いに重複しないように設定されており、
前記燃料量決定手段は、前記負荷パラメータが前記所定の第１範囲と前記所定の第２範囲との間にあるときには、前記燃料量を前記第１推定吸気量および前記第２推定吸気量に応じて決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記空気流量検出手段が故障しているか否かを判定する第１故障判定手段をさらに備え、
前記燃料量決定手段は、当該第１故障判定手段により前記空気流量検出手段が故障していると判定されたときには、前記負荷パラメータの値にかかわらず、前記燃料量を前記第１推定吸気量に応じて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記可変吸気機構が故障しているか否かを判定する第２故障判定手段と、
当該第２故障判定手段により前記可変吸気機構が故障していると判定されたときには、前記吸入空気量が所定値になるように前記可変吸気機構を駆動する駆動手段と、
をさらに備え、
前記燃料量決定手段は、前記第２故障判定手段により前記可変吸気機構が故障していると判定されたときには、前記所定値に応じて前記燃料量を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の気筒内に吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
当該機関回転数に応じて、当該機関回転数で前記気筒内に吸入可能な最大吸入空気量を算出する最大吸入空気量算出手段と、
前記吸入空気量および前記最大吸入空気量の一方と他方との比、および前記機関回転数に応じて、前記内燃機関の点火時期を決定する点火時期決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記吸入空気量を自在に変更する可変吸気機構を備えており、
当該可変吸気機構の動作状態を表す動作状態パラメータを検出する動作状態パラメータ検出手段と、
前記内燃機関の吸気通路内を流れる空気の流量を検出する空気流量検出手段と、
前記内燃機関の負荷を表す負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
をさらに備え、
前記吸入空気量算出手段は、前記吸入空気量を、前記負荷パラメータが所定の第１範囲にあるときには、前記動作状態パラメータに応じて算出するとともに、前記負荷パラメータが前記所定の第１範囲と異なる所定の第２範囲にあるときには、前記空気の流量に応じて算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記所定の第１範囲および前記所定の第２範囲は互いに重複しないように設定されており、
前記吸入空気量算出手段は、前記負荷パラメータが前記所定の第１範囲と前記所定の第２範囲との間にあるときには、前記吸入空気量を前記動作状態パラメータおよび前記空気流量に応じて算出することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記空気流量検出手段が故障しているか否かを判定する第１故障判定手段をさらに備え、
前記吸入空気量算出手段は、当該第１故障判定手段により前記空気流量検出手段が故障していると判定されたときには、前記負荷パラメータの値にかかわらず、前記吸入空気量を前記動作状態パラメータに応じて算出することを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記可変吸気機構が故障しているか否かを判定する第２故障判定手段と、
当該第２故障判定手段により前記可変吸気機構が故障していると判定されたときには、前記吸入空気量が所定値になるように前記可変吸気機構を駆動する駆動手段と、
前記第２故障判定手段により前記可変吸気機構が故障していると判定されたときには、前記機関回転数の目標となる故障時目標回転数を設定する故障時目標回転数設定手段と、
をさらに備え、
前記点火時期決定手段は、前記第２故障判定手段により前記可変吸気機構が故障していると判定されたときには、前記機関回転数が前記故障時目標回転数になるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより前記点火時期を決定することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記可変吸気機構は、前記内燃機関の吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を変更する可変カム位相機構、前記内燃機関の吸気弁のリフトを変更する可変バルブリフト機構、および前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１ないし４および６ないし９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変吸気機構により気筒内に吸入される吸入空気量が自在に変更される内燃機関の燃料量および点火時期を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可変吸気機構により気筒内に吸入される吸入空気量が自在に変更される内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置は、可変吸気機構を介して吸入空気量を制御するものであり、内燃機関の吸気通路内の空気流量を検出するエアフローセンサと、クランクシャフトの回転状態を検出するクランク角センサと、アクセルペダルの開度（以下「アクセル開度」という）を検出するアクセル開度センサと、これらのセンサからの検出信号が入力されるコントローラとを備えている。コントローラは、クランク角センサの検出信号に基づいて、機関回転数を算出するとともに、エアフローセンサの検出信号に基づいて、吸入空気量を算出する。また、内燃機関には、可変吸気機構として、スロットル弁機構および可変バルブリフト機構が設けられており、このスロットル弁機構により、吸気通路内の空気流量が自在に変更されるとともに、可変バルブリフト機構により、吸気弁のリフト（以下「バルブリフト」という）が自在に変更される。
【０００３】
この制御装置では、以下に述べるように、コントローラにより吸入空気量が制御される。まず、機関回転数、アクセル開度および吸入空気量などに基づいて、内燃機関がどのような運転負荷域にあるかが判定される。そして、内燃機関がアイドル運転域を含む低回転かつ低負荷域にあると判定されたときには、可変バルブリフト機構を介して、バルブリフトが所定の低リフトに制御されるとともに、スロットル弁機構を介して、スロットル弁の開度が機関回転数およびアクセル開度に応じた値に制御される。一方、内燃機関が中回転かつ中負荷域から高回転かつ高負荷域にあると判定されたときには、スロットル弁が全開状態に制御されるとともに、バルブリフトが機関回転数およびアクセル開度に応じた値に制御される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５４１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の制御装置では、エアフローセンサの分解能の低さに起因して、吸入空気量を適切に算出することができなくなる場合がある。例えば、内燃機関には、気筒内への吸気の充填効率を高めるべく、吸気通路内の流動抵抗を低減するために、吸気通路の口径を大きな値（すなわち大口径）に設定したものがある。そのような内燃機関に、上記従来の制御装置を適用した場合、内燃機関が低回転かつ低負荷域にあるときには、吸気流速が極めて低い値になるので、上記従来の制御装置では、エアフローセンサの分解能の低さに起因して、吸入空気量を適切に算出することができなくなり、吸入空気量制御の制御精度が低下する。その結果、そのような吸入空気量に基づいて燃焼室に供給する燃料量を制御すると、その制御精度も低下してしまうことで、燃費および排ガス特性の悪化を招くおそれがある。これに加えて、上記従来の制御装置が適用された内燃機関には、スロットル弁機構が設けられているので、その分、吸気通路内の流動抵抗が上昇してしまう。
【０００６】
また、内燃機関においては、高負荷域で、吸気脈動が発生したり、吸気流速が高くなり過ぎたりすることによって、エアフローセンサの検出信号に基づいて算出された吸入空気量の信頼性が低下する場合もあり、そのような場合にも、上述した問題が発生してしまう。
【０００７】
一方、内燃機関の点火時期制御では、内燃機関の負荷を表す負荷パラメータとして、機関回転数および吸入空気量を用いるとともに、そのような負荷パラメータに対して点火時期のマップ値が予め設定された点火時期マップを用いる手法が、従来より行われており、前述した大口径の内燃機関でも、そのような制御手法により点火時期を制御することが想定される。しかし、上述したように、従来の制御装置では、低負荷域で、エアフローセンサの分解能の低さに起因して、吸入空気量を適切に算出できないため、点火時期制御の制御精度も低下してしまう。また、気筒における吸気の充填効率が機関回転数に応じて変化するのに起因して、ノッキングが発生し始める高負荷域での吸入空気量の最大値も機関回転数に応じて変化してしまうので、そのような高負荷域においては、設定機関回転数ごとに、吸入空気量の設定数およびその最大値を互いに異ならせながら、きめ細かく設定する必要が生じる。それにより、点火時期マップのデータ数が増大することで、データサンプリングのための測定回数が増大するとともに、ＲＯＭなどの記憶媒体の容量アップを招いてしまい、その結果、製造コストが増大する。これに加えて、前述したように、高負荷域で、エアフローセンサの検出信号に基づいて算出された吸入空気量の信頼性が低下する内燃機関においても、点火時期制御の制御精度が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、算出された吸入空気量の信頼性が低下する可能性がある場合でも、燃料制御および点火時期制御の制御精度を向上させることができるとともに、製造コストを削減することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、可変吸気機構（可変バルブリフト機構５０、可変カム位相機構７０、可変圧縮比機構８０）により気筒３ａ内に吸入される吸入空気量が自在に変更される内燃機関３において、燃焼室内に供給される燃料量を制御する内燃機関３の制御装置１であって、可変吸気機構の動作状態を表す動作状態パラメータ（バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎ、圧縮比Ｃｒ）を検出する動作状態パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、回動角センサ２５、カム角センサ２６、制御角センサ２７）と、動作状態パラメータに応じて、吸入空気量の推定値として第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔを算出する第１推定吸気量算出手段（ＥＣＵ２、第１推定吸気量算出部１０１、ステップ１１）と、内燃機関３の吸気通路１２ａ内を流れる空気の流量Ｇｉｎを検出する空気流量検出手段（エアフローセンサ２２）と、空気の流量Ｇｉｎに応じて、吸入空気量の推定値として第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍを算出する第２推定吸気量算出手段（ＥＣＵ２、第２推定吸気量算出部１０２、ステップ１０）と、内燃機関３の負荷を表す負荷パラメータ（機関回転数ＮＥ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎ、圧縮比Ｃｒ）を検出する負荷パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、回動角センサ２５、カム角センサ２６、制御角センサ２７）と、燃料量（燃料噴射量ＴＯＵＴ）を、負荷パラメータが所定の第１範囲（Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１）にあるときには、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに応じて決定するとともに、負荷パラメータが所定の第１範囲と異なる所定の第２範囲（Ｇｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔ）にあるときには、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍに応じて決定する燃料量決定手段（ＥＣＵ２、燃料噴射コントローラ１００、ステップ６，１５，１８）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の制御装置によれば、第１推定吸気量が、吸入空気量の推定値として、可変吸気機構の動作状態を表す動作状態パラメータに応じて算出され、第２推定吸気量が、吸入空気量の推定値として、内燃機関の吸気通路内を流れる空気の流量に応じて算出されるとともに、燃焼室内に供給される燃料量が、内燃機関の負荷を表す負荷パラメータが所定の第１範囲にあるときには、第１推定吸気量に応じて決定される。したがって、この所定の第１範囲を、空気流量検出手段により検出された空気の流量の信頼性が低くなることで、第１推定吸気量の信頼性が第２推定吸気量の信頼性を上回るような負荷域に設定することにより、そのような負荷域でも、第１推定吸気量に応じて燃料量を適切に決定することができる。例えば、吸気通路が大口径に設定されている内燃機関の場合には、低負荷域で、空気の流量が極めて小さい値になることで、第１推定吸気量の信頼性が第２推定吸気量の信頼性を上回るので、所定の第１範囲をそのような低負荷域に設定すればよい。一方、高負荷域で、吸気脈動が発生したり、吸気流速が高くなり過ぎたりすることによって、第１推定吸気量の信頼性が第２推定吸気量の信頼性を上回る内燃機関の場合には、所定の第１範囲をそのような高負荷域に設定すればよい。
【００１１】
さらに、負荷パラメータが所定の第１範囲と異なる所定の第２範囲にあるときには、燃焼室内に供給される燃料量が検出吸気量に応じて決定されるので、この所定の第２範囲を、第２推定吸気量の信頼性が第１推定吸気量の信頼性を上回るような負荷域に設定することにより、そのような負荷域でも、燃料量を第２推定吸気量に応じて適切に算出することができる。以上のように、第１推定吸気量の信頼性が第２推定吸気量の信頼性を上回る負荷域、およびその逆の負荷域においても、燃料量を適切に決定することができるので、燃料制御の制御精度すなわち空燃比制御の制御精度を向上させることができる。その結果、燃費および排ガス特性を向上させることができる（なお、本明細書における「動作状態パラメータの検出」、「負荷パラメータの検出」および「空気の流量の検出」は、動作状態パラメータ、負荷パラメータおよび空気の流量を、センサにより直接的に検出することに限らず、算出または推定することも含む）。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、所定の第１範囲および所定の第２範囲は互いに重複しないように設定されており、燃料量決定手段は、負荷パラメータが所定の第１範囲と所定の第２範囲との間（Ｇｉｎ１＜Ｇｉｎ＿ｖｔ＜Ｇｉｎ２）にあるときには、燃料量（燃料噴射量ＴＯＵＴ）を第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔおよび第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍに応じて決定することを特徴とする。
【００１３】
この内燃機関の制御装置によれば、負荷パラメータが所定の第１範囲と所定の第２範囲との間にあるときには、燃料量が第１推定吸気量および第２推定吸気量に応じて決定されるので、燃料量の決定に用いる吸入空気量の推定値を、第１推定吸気量および第２推定吸気量の一方から他方に直接的に切り換える場合と異なり、燃料量の変化に起因するトルク段差の発生などを回避することができ、運転性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の制御装置１において、空気流量検出手段が故障しているか否かを判定する第１故障判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１４，９２〜９４）をさらに備え、燃料量決定手段は、第１故障判定手段により空気流量検出手段が故障していると判定されたとき（ステップ１４の判別結果がＹＥＳのとき）には、負荷パラメータの値にかかわらず、燃料量（燃料噴射量ＴＯＵＴ）を第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに応じて算出する（ステップ１６〜１８）ことを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の制御装置によれば、空気流量検出手段が故障していると判定されたときには、負荷パラメータの値にかかわらず、燃料量が第１推定吸気量に応じて算出されるので、空気流量検出手段の故障に起因して第２推定吸気量の信頼性が低下したときでも、燃料量を第１推定吸気量に応じて適切に算出することができ、燃料制御における良好な制御精度を確保できる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の制御装置１において、可変吸気機構が故障しているか否かを判定する第２故障判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１３，６０，８０〜９１）と、第２故障判定手段により可変吸気機構が故障していると判定されたとき（ステップ６０の判別結果がＹＥＳのとき）には、吸入空気量が所定値（所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓ）になるように可変吸気機構を駆動する駆動手段（ＥＣＵ２、ステップ７６）と、をさらに備え、燃料量決定手段は、第２故障判定手段により可変吸気機構が故障していると判定されたとき（ステップ１３の判別結果がＹＥＳのとき）には、所定値に応じて燃料量を決定する（ステップ１８，１９）ことを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の制御装置によれば、可変吸気機構が故障していると判定されたときには、吸入空気量が所定値になるように可変吸気機構が駆動されるとともに、燃料量が所定値に応じて決定されるので、この所定値を適切な値に設定することにより、機関出力の上昇に伴う加速を回避できると同時に、機関回転数の低下に伴う減速を回避しながら運転を続行することができる。これにより、内燃機関が車両の動力源として用いられる場合には、車両における必要最低限の走行性能を確保することができる。
【００１８】
請求項５に係る内燃機関３の制御装置１は、内燃機関３の気筒３ａ内に吸入される吸入空気量（算出吸気量Ｇｃｙｌ）を算出する吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１７，１９）と、内燃機関３の機関回転数ＮＥを検出する機関回転数検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０）と、機関回転数ＮＥに応じて、機関回転数ＮＥで気筒３ａ内に吸入可能な最大吸入空気量（最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ）を算出する最大吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、最大推定吸気量算出部１２１、ステップ５０）と、吸入空気量および最大吸入空気量の一方と他方との比（正規化吸気量Ｋｇｃｙｌ）、および機関回転数ＮＥに応じて、内燃機関の点火時期Ｉｇｌｏｇを決定する点火時期決定手段（ＥＣＵ２、点火時期コントローラ１２０、ステップ５２，５４）と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の点火時期が、吸入空気量と最大吸入空気量との比および機関回転数に応じて決定されるので、比および機関回転数に対して設定された点火時期マップを用いて、点火時期を決定することが可能になる。そのように点火時期を決定する場合、吸入空気量および最大吸入空気量の一方と他方との比は、値０から値１までの範囲内の値、または値１から無限大の範囲内の値となるとともに、吸入空気量が最大吸入空気量に近い値になり、ノッキングが発生するような高負荷域では、比が、値１を含む値１付近の値となり、機関回転数の互いに異なる複数の設定値に対して、設定値ごとにばらつくことがなくなる。これにより、点火時期マップのデータを機関回転数および比に応じて設定した場合、その設定データ数を、機関回転数の複数の設定値間で、比に対して同じ数に設定することが可能になるので、点火時期マップのデータを機関回転数および吸入空気量に対して設定する従来の場合と比べて、データ総数を減らすことができ、その分、ＲＯＭなどの記憶媒体の記憶容量を削減することができ、製造コストを削減することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関３は、吸入空気量を自在に変更する可変吸気機構（可変バルブリフト機構５０、可変カム位相機構７０、可変圧縮比機構８０）を備えており、可変吸気機構の動作状態を表す動作状態パラメータ（バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎ、圧縮比Ｃｒ）を検出する動作状態パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、回動角センサ２５、カム角センサ２６、制御角センサ２７）と、内燃機関３の吸気通路１２ａ内を流れる空気の流量Ｇｉｎを検出する空気流量検出手段（エアフローセンサ２２）と、内燃機関３の負荷を表す負荷パラメータ（機関回転数ＮＥ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎ、圧縮比Ｃｒ）を検出する負荷パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、回動角センサ２５、カム角センサ２６、制御角センサ２７）と、をさらに備え、吸入空気量算出手段は、吸入空気量を、負荷パラメータが所定の第１範囲（Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１）にあるときには、動作状態パラメータに応じて算出するとともに、負荷パラメータが所定の第１範囲と異なる所定の第２範囲（Ｇｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔ）にあるときには、空気の流量Ｇｉｎに応じて算出する（ステップ１７）ことを特徴とする。
【００２１】
この内燃機関の制御装置によれば、吸入空気量が、負荷パラメータが所定の第１範囲にあるときには、可変吸気機構の動作状態を表す動作状態パラメータに応じて算出されるとともに、負荷パラメータが所定の第１範囲と異なる所定の第２範囲にあるときには、内燃機関の吸気通路内を流れる空気の流量に応じて算出されるとともに、そのように算出された吸入空気量に応じて、点火時期が決定される。したがって、この所定の第１範囲を、動作状態パラメータの検出値の信頼性が、空気の流量の検出値の信頼性を上回ることで、動作状態パラメータに応じて算出された吸入空気量の信頼性が、空気の流量に応じて算出された吸入空気量の信頼性を上回るような負荷域に設定することにより、そのような負荷域でも、吸入空気量に応じて点火時期を適切に決定することができる。例えば、前述したように、吸気通路が大口径に設定されている内燃機関の場合には、所定の第１範囲を低負荷域に設定すればよく、一方、高負荷域で、空気の流量の検出値の信頼性が動作状態パラメータの検出値の信頼性よりも低くなる内燃機関の場合には、所定の第１範囲をそのような高負荷域に設定すればよい。
【００２２】
さらに、負荷パラメータが所定の第１範囲と異なる所定の第２範囲にあるときには、吸入空気量が空気の流量に応じて算出されるので、この所定の第２範囲を、空気の流量の信頼性が動作状態パラメータの信頼性を上回ることで、空気の流量に応じて算出された吸入空気量の信頼性が、動作状態パラメータに応じて算出された吸入空気量の信頼性を上回るような負荷域に設定することにより、そのような負荷域でも、吸入空気量に応じて点火時期を適切に決定することができる。以上のように、空気の流量に応じて算出された吸入空気量の信頼性が動作状態パラメータに応じて算出された吸入空気量の信頼性が上回る負荷域、およびその逆の負荷域においても、点火時期を適切に決定することができるので、点火時期制御の制御精度を向上させることができる。その結果、燃費および燃焼安定性を向上させることができる。
【００２３】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の内燃機関３の制御装置１において、所定の第１範囲および所定の第２範囲は互いに重複しないように設定されており、吸入空気量算出手段は、負荷パラメータが所定の第１範囲と所定の第２範囲との間（Ｇｉｎ１＜Ｇｉｎ＿ｖｔ＜Ｇｉｎ２）にあるときには、吸入空気量を動作状態パラメータおよび空気流量に応じて算出する（ステップ１７）ことを特徴とする。
【００２４】
この内燃機関の制御装置によれば、負荷パラメータが所定の第１範囲と所定の第２範囲との間にあるときには、吸入空気量が動作状態パラメータおよび空気流量に応じて算出されるので、点火時期の決定に用いる吸入空気量を、空気の流量に応じて算出された値、および動作状態パラメータに応じて算出された値の一方から他方に直接的に切り換える場合と異なり、点火時期の変化に起因するトルク段差の発生などを回避することができ、運転性を向上させることができる。
【００２５】
請求項８に係る発明は、請求項６または７に記載の内燃機関３の制御装置１において、空気流量検出手段が故障しているか否かを判定する第１故障判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１４，９２〜９４）をさらに備え、吸入空気量算出手段は、第１故障判定手段により空気流量検出手段が故障していると判定されたとき（ステップ１４の判別結果がＹＥＳのとき）には、負荷パラメータの値にかかわらず、吸入空気量（算出吸気量Ｇｃｙｌ）を動作状態パラメータに応じて算出する（ステップ１６，１７）ことを特徴とする。
【００２６】
この内燃機関の制御装置によれば、空気流量検出手段が故障していると判定されたときには、負荷パラメータの値にかかわらず、吸入空気量が動作状態パラメータに応じて算出されるので、空気流量検出手段の故障に起因して空気の流量の検出値の信頼性が低下したときでも、点火時期を適切に算出することができ、点火時期制御における良好な制御精度を確保できる。
【００２７】
請求項９に係る発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の内燃機関３の制御装置１において、可変吸気機構が故障しているか否かを判定する第２故障判定手段（ＥＣＵ２、ステップ３０，６０，８０〜９１）と、第２故障判定手段により可変吸気機構が故障していると判定されたとき（ステップ６０の判別結果がＹＥＳのとき）には、吸入空気量が所定値（所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓ）になるように可変吸気機構を駆動する駆動手段（ＥＣＵ２、ステップ７６）と、第２故障判定手段により可変吸気機構が故障していると判定されたとき（ステップ３０の判別結果がＹＥＳのとき）には、機関回転数の目標となる故障時目標回転数ＮＥ＿ｆｓを設定する故障時目標回転数設定手段（ＥＣＵ２、ステップ３８）と、をさらに備え、点火時期決定手段は、第２故障判定手段により可変吸気機構が故障していると判定されたとき（ステップ３０の判別結果がＹＥＳのとき）には、機関回転数ＮＥが故障時目標回転数ＮＥ＿ｆｓになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズム［式（１３）〜（１５）］により点火時期Ｉｇｌｏｇを決定する（ステップ３８，３９）ことを特徴とする。
【００２８】
この内燃機関の制御装置によれば、可変吸気機構が故障していると判定されたときには、吸入空気量が所定値になるように可変吸気機構が駆動されるとともに、機関回転数が故障時目標回転数になるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより点火時期が決定されるので、所定値および故障時目標回転数を適切な値に設定することにより、機関回転数の上昇に伴う加速を回避できると同時に、機関回転数の低下に伴う減速を回避しながら運転を続行することができる。これにより、内燃機関が車両の動力源として用いられる場合には、車両における必要最低限の走行性能を確保することができる。
【００２９】
請求項１０に係る発明は、請求項１ないし４および６ないし９のいずれかに記載の内燃機関３の制御装置１において、可変吸気機構は、内燃機関３の吸気カムシャフト５のクランクシャフト３ｄに対する位相Ｃａｉｎを変更する可変カム位相機構７０、内燃機関３の吸気弁４のリフトＬｉｆｔｉｎを変更する可変バルブリフト機構５０、および内燃機関３の圧縮比Ｃｒを変更する可変圧縮比機構８０の少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００３０】
この内燃機関の制御装置によれば、可変吸気機構が、内燃機関の吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を変更する可変カム位相機構、内燃機関の吸気弁のリフトを変更する可変バルブリフト機構、および内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構の少なくとも１つを含むので、スロットル弁機構を省略することが可能になり、その分、吸気通路内の流動抵抗を低減し、充填効率を高めることができるとともに、製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。この制御装置１は、図２に示すように、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、燃料噴射制御および点火時期制御などの制御処理を実行する。
【００３２】
図１および図３に示すように、エンジン３は、多数組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列多気筒ガソリンエンジンであり、図示しない自動変速機付きの車両に搭載されている。エンジン３は、気筒３ａごとに設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁４および排気弁７と、吸気弁４駆動用の吸気カムシャフト５および吸気カム６と、吸気弁４を開閉駆動する可変式吸気動弁機構４０と、排気弁７駆動用の排気カムシャフト８および排気カム９と、排気弁７を開閉駆動する排気動弁機構３０と、圧縮比を変更する可変圧縮比機構８０と、燃料噴射弁１０と、点火プラグ１１（図２参照）などを備えている。なお、以下の説明では、エンジン３は直列４気筒エンジンとする。
【００３３】
吸気弁４は、そのステム４ａがガイド４ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド４ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、吸気弁４は、図４に示すように、上下のスプリングシート４ｃ，４ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング４ｅとを備えており、このバルブスプリング４ｅにより、閉弁方向に付勢されている。
【００３４】
また、吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられている。この吸気カムシャフト５の一端部上には、吸気スプロケット（図示せず）が同軸に配置され、回転自在に設けられている。この吸気スプロケットは、図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト３ｄに連結され、後述する可変カム位相機構７０を介して吸気カムシャフト５に連結されている。以上の構成により、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。また、吸気カム６は、吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するように気筒３ａごとに設けられている。
【００３５】
さらに、可変式吸気動弁機構４０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って、各気筒３ａの吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気弁４のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、本実施形態では、「吸気弁４のリフト（以下「バルブリフト」という）」は、吸気弁４の最大揚程を表すものとする。
【００３６】
一方、排気弁７は、そのステム７ａがガイド７ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド７ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、排気弁７は、上下のスプリングシート７ｃ，７ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング７ｅとを備えており、このバルブスプリング７ｅにより、閉弁方向に付勢されている。
【００３７】
また、排気カムシャフト８は、これと一体の排気スプロケット（図示せず）を備え、この排気スプロケットおよび図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト３ｄに連結されており、それにより、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。さらに、排気カム９は、排気カムシャフト８上にこれと一体に回転するように気筒３ａごとに設けられている。
【００３８】
さらに、排気動弁機構３０は、ロッカアーム３１を備えており、このロッカアーム３１が排気カム９の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング７ｅの付勢力に抗しながら、排気弁７を開閉駆動する。
【００３９】
一方、燃料噴射弁１０は、気筒３ａごとに設けられ、燃料を燃焼室内に直接噴射するように、傾斜した状態でシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。すなわち、エンジン３は直噴エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、後述するように、開弁時間および開弁タイミングが制御され、それにより、燃料噴射制御が実行される。
【００４０】
また、点火プラグ１１も、気筒３ａごとに設けられ、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。点火プラグ１１は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、後述する点火時期に応じたタイミングで燃料室内の混合気を燃焼させるように、放電状態が制御される。
【００４１】
一方、エンジン３には、クランク角センサ２０および水温センサ２１が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の機関回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。本実施形態では、クランク角センサ２０が、負荷パラメータ検出手段および機関回転数検出手段に相当し、エンジン回転数ＮＥが負荷パラメータに相当する。
【００４２】
また、水温センサ２１は、例えばサーミスタなどで構成されており、エンジン水温ＴＷを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。このエンジン水温ＴＷは、エンジン３のシリンダブロック３ｈ内を循環する冷却水の温度である。
【００４３】
さらに、エンジン３の吸気管１２では、スロットル弁機構が省略されているとともに、その吸気通路１２ａが大口径に形成されており、それにより、流動抵抗が通常のエンジンよりも小さくなるように設定されている。この吸気管１２には、エアフローセンサ２２および吸気温センサ２３（図２参照）が設けられている。
【００４４】
このエアフローセンサ２２（空気流量検出手段）は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路１２ａ内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｇｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、空気流量Ｇｉｎの単位は、ｇ／ｓｅｃである。また、吸気温センサ２３は、吸気通路１２ａ内を流れる空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４５】
さらに、エンジン３の排気管１３には、図示しない触媒装置よりも上流側にＬＡＦセンサ２４が設けられている。ＬＡＦセンサ２４は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２４の検出信号の値に基づき、排気ガス中の空燃比を表す検出空燃比ＫＡＣＴを算出する。なお、この検出空燃比ＫＡＣＴは、具体的には当量比として算出される。
【００４６】
次に、前述した可変式吸気動弁機構４０について説明する。この可変式吸気動弁機構４０は、図４に示すように、吸気カムシャフト５、吸気カム６、可変バルブリフト機構５０および可変カム位相機構７０などで構成されている。
【００４７】
この可変バルブリフト機構５０（可変吸気機構）は、吸気カムシャフト５の回転に伴って吸気弁４を開閉駆動するとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを所定の最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘと最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎとの間で無段階に変更するものであり、気筒３ａごとに設けられた四節リンク式のロッカアーム機構５１と、これらのロッカアーム機構５１を同時に駆動するリフトアクチュエータ６０（図５参照）などを備えている。
【００４８】
各ロッカアーム機構５１は、ロッカアーム５２および上下のリンク５３，５４などで構成されている。この上リンク５３の一端部は、上ピン５５を介して、ロッカアーム５２の上端部に回動自在に取り付けられており、他端部は、ロッカアームシャフト５６に回動自在に取り付けられている。このロッカアームシャフト５６は、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。
【００４９】
また、ロッカアーム５２の上ピン５５上には、ローラ５７が回動自在に設けられている。このローラ５７は、吸気カム６のカム面に当接しており、吸気カム６が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム６上を転動する。これにより、ロッカアーム５２は上下方向に駆動されるとともに、上リンク５３が、ロッカアームシャフト５６を中心として回動する。
【００５０】
さらに、ロッカアーム５２の吸気弁４側の端部には、アジャストボルト５２ａが取り付けられている。このアジャストボルト５２ａは、吸気カム６の回転に伴ってロッカアーム５２が上下方向に移動すると、バルブスプリング４ｅの付勢力に抗しながら、ステム４ａを上下方向に駆動し、吸気弁４を開閉する。
【００５１】
また、下リンク５４の一端部は、下ピン５８を介して、ロッカアーム５２の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク５４の他端部には、連結軸５９が回動自在に取り付けられている。下リンク５４は、この連結軸５９を介して、リフトアクチュエータ６０の後述する短アーム６５に連結されている。
【００５２】
一方、リフトアクチュエータ６０は、図５に示すように、モータ６１、ナット６２、リンク６３、長アーム６４および短アーム６５などを備えている。このモータ６１は、ＥＣＵ２に接続され、エンジン３のヘッドカバー３ｇの外側に配置されている。モータ６１の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸６１ａになっており、このねじ軸６１ａに、ナット６２が螺合している。このナット６２は、リンク６３を介して、長アーム６４に連結されている。このリンク６３の一端部は、ピン６３ａを介して、ナット６２に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン６３ｂを介して、長アーム６４の一端部に回動自在に取り付けられている。
【００５３】
また、長アーム６４の他端部は、回動軸６６を介して短アーム６５の一端部に取り付けられている。この回動軸６６は、断面円形に形成され、エンジン３のヘッドカバー３ｇを貫通しているとともに、これに回動自在に支持されている。この回動軸６６の回動に伴い、長アーム６４および短アーム６５はこれと一体に回動する。
【００５４】
さらに、短アーム６５の他端部には、前述した連結軸５９が回動自在に取り付けられており、これにより、短アーム６５は、連結軸５９を介して、下リンク５４に連結されている。
【００５５】
次に、以上のように構成された可変バルブリフト機構５０の動作について説明する。この可変バルブリフト機構５０では、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されると、ねじ軸６１ａが回転し、それに伴うナット６２の移動により、長アーム６４および短アーム６５が回動軸６６を中心として回動するとともに、この短アーム６５の回動に伴って、ロッカアーム機構５１の下リンク５４が、下ピン５８を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ６０により、下リンク５４が駆動される。
【００５６】
その際、ＥＣＵ２の制御により、短アーム６５の回動範囲は、図５（ａ）に示す最大リフト位置と図５（ｂ）に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク５４の回動範囲も、図４に実線で示す最大リフト位置と、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。
【００５７】
下リンク５４が最大リフト位置にある場合、ロッカアームシャフト５６、上下のピン５５，５８および連結軸５９によって構成される四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図６（ａ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が大きくなる。
【００５８】
一方、下リンク５４が最小リフト位置にある場合、上記四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図６（ｂ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が小さくなる。
【００５９】
以上の理由により、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフトＬｉｆｔｉｎで開弁する。具体的には、吸気カム６の回転中、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、図７の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘを示す。一方、下リンク５４が最小リフト位置にあるときには、図７の２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎを示す。
【００６０】
したがって、この可変バルブリフト機構５０では、アクチュエータ６０を介して、下リンク５４を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘと最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎとの間で無段階に変化させることができる。
【００６１】
なお、この可変バルブリフト機構５０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、リフト制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎが後述する故障時用値Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎ＿ｆｓに設定されているときや、断線などによりＥＣＵ２からのリフト制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されないときには、可変バルブリフト機構５０の動作がロックされる。すなわち、可変バルブリフト機構５０によるバルブリフトＬｉｆｔｉｎの変更が禁止され、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎに保持される。なお、この最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎは、カム位相Ｃａｉｎが後述するロック値に保持されかつ圧縮比Ｃｒが最小値Ｃｒｍｉｎに保持されている場合において、吸入空気量として後述する所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓを確保できるような値に設定されている。この所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓ（所定値）は、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような値に設定されている。
【００６２】
また、エンジン３には、回動角センサ２５が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２５は、回動軸６６すなわち短アーム６５の回動角を検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この回動角センサ２５の検出信号に基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出する。本実施形態では、回動角センサ２５が動作状態パラメータ検出手段および負荷パラメータ検出手段に相当し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが動作状態パラメータおよび負荷パラメータに相当する。
【００６３】
次に、前述した可変カム位相機構７０（可変吸気機構）について説明する。この可変カム位相機構７０は、吸気カムシャフト５のクランクシャフト３ｄに対する相対的な位相（以下「カム位相」という）Ｃａｉｎを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、吸気カムシャフト５の吸気スプロケット側の端部に設けられている。図８に示すように、可変カム位相機構７０は、ハウジング７１、３枚羽根式のベーン７２、油圧ポンプ７３および電磁弁機構７４などを備えている。
【００６４】
このハウジング７１は、吸気カムシャフト５上の吸気スプロケットと一体に構成されており、互いに等間隔に形成された３つの隔壁７１ａを備えている。ベーン７２は、吸気カムシャフト５の吸気スプロケット側の端部に同軸に取り付けられ、吸気カムシャフト５から外方に放射状に延びているとともに、ハウジング７１内に回転可能に収容されている。また、ハウジング７１では、隔壁７１ａとベーン７２との間に、３つの進角室７５および３つの遅角室７６が形成されている。
【００６５】
油圧ポンプ７３は、クランクシャフト３ｄに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｄが回転すると、それに伴って、エンジン３のオイルパン３ｅに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路７７ｃを介して吸い込むとともに、これを昇圧した状態で、油路７７ｃを介して電磁弁機構７４に供給する。
【００６６】
電磁弁機構７４は、スプール弁機構７４ａおよびソレノイド７４ｂを組み合わせたものであり、進角油路７７ａおよび遅角油路７７ｂを介して、進角室７５および遅角室７６にそれぞれ接続されているとともに、油圧ポンプ７３から供給された油圧を、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室７５および遅角室７６にそれぞれ出力する。電磁弁機構７４のソレノイド７４ｂは、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの後述する位相制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎが入力された際、スプール弁機構７４ａのスプール弁体を、位相制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎに応じて所定の移動範囲内で移動させることにより、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔをいずれも変化させる。
【００６７】
以上の可変カム位相機構７０では、油圧ポンプ７３の動作中、電磁弁機構７４が制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎに応じて作動することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室７５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室７６にそれぞれ供給され、それにより、ベーン７２とハウジング７１との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述したカム位相Ｃａｉｎが、最遅角値Ｃａｉｎｒｔ（例えばカム角０゜に相当する値）と最進角値Ｃａｉｎａｄ（例えばカム角５５゜分に相当する値）の間で連続的に変化し、それにより、吸気弁４のバルブタイミングは、図９に実線で示す最遅角タイミングと、図９に２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。
【００６８】
なお、この可変カム位相機構７０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、油圧ポンプ７３からの供給油圧が低いとき、位相制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎが後述する故障時用値Ｕ＿Ｃａｉｎ＿ｆｓに設定されているとき、および断線などにより位相制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎが電磁弁機構７４に入力されないときには、可変カム位相機構７０の動作がロックされる。すなわち、可変カム位相機構７０によるカム位相Ｃａｉｎの変更が禁止され、カム位相Ｃａｉｎが所定のロック値に保持される。この所定のロック値は、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎに保持され、かつ圧縮比Ｃｒが最小値Ｃｒｍｉｎに保持されている場合において、吸入空気量として所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓを確保できるような値に設定されている。
【００６９】
以上のように、本実施形態の可変式吸気動弁機構４０では、可変バルブリフト機構５０により、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが無段階に変更されるとともに、可変カム位相機構７０により、カム位相Ｃａｉｎすなわち吸気弁４のバルブタイミングが前述した最遅角タイミングと最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。また、ＥＣＵ２により、後述するように、可変バルブリフト機構５０および可変カム位相機構７０を介して、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびカム位相Ｃａｉｎがそれぞれ制御される。
【００７０】
一方、吸気カムシャフト５の可変カム位相機構７０と反対側の端部には、カム角センサ２６（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２６は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、吸気カムシャフト５の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、カム位相Ｃａｉｎを算出する。本実施形態では、カム角センサ２６が動作状態パラメータ検出手段および負荷パラメータ検出手段に相当し、カム位相Ｃａｉｎが動作状態パラメータおよび負荷パラメータに相当する。
【００７１】
次に、図１０を参照しながら、前述した可変圧縮比機構８０（可変吸気機構）について説明する。この可変圧縮比機構８０は、ピストン３ｂの上死点位置すなわちピストン３ｂのストロークを変更することにより、圧縮比Ｃｒを所定の最大値Ｃｒｍａｘと最小値Ｃｒｍｉｎとの間で無段階に変更するものであり、ピストン３ｂとクランクシャフト３ｄの間に連結された複合リンク機構８１と、複合リンク機構８１の動きを制御するための制御軸８５と、制御軸８５を駆動するための圧縮比アクチュエータ８７などで構成されている。
【００７２】
複合リンク機構８１は、上リンク８２、下リンク８３および制御リンク８４などで構成されている。上リンク８２は、いわゆるコンロッドに相当するものであり、その上端部がピストンピン３ｆを介してピストン３ｂに回動自在に連結され、下端部がピン８３ａを介して、下リンク８３の一端部に回動自在に連結されている。
【００７３】
下リンク８３は、三角形状のものであり、上リンク８２との連結端部以外の２つの端部はそれぞれ、クランクピン８３ｂを介してクランクシャフト３ｄに、制御ピン８３ｃを介して制御リンク８４の一端部に回動自在に連結されている。以上の構成により、ピストン３ｂの往復運動が、複合リンク機構８１を介してクランクシャフト３ｄに伝達され、クランクシャフト３ｄの回転運動に変換される。
【００７４】
また、制御軸８５は、クランクシャフト３ｄと同様に、図中の奥行き方向に延びており、シリンダブロックに回動自在に支持された回動軸部８５ａと、これと一体の偏心軸部８５ｂおよびアーム８６を備えている。この偏心軸部８５ｂには、制御リンク８４の下端部が回動自在に連結されている。また、アーム８６の先端部は、フォーク部８６ａになっており、このフォーク部８６ａには、圧縮比アクチュエータ８７の駆動軸８７ｂの先端部が回動自在に連結されている。
【００７５】
圧縮比アクチュエータ８７は、モータおよび減速機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、これらを内蔵するケーシング８７ａと、このケーシング８７ａから出没する方向に移動可能な駆動軸８７ｂなどを備えている。この圧縮比アクチュエータ８７では、ＥＣＵ２からの後述する圧縮比制御入力Ｕ＿Ｃｒによって、モータが正逆回転方向に駆動されると、駆動軸８７ｂが、ケーシング８７ａから最も突出する低圧縮比位置（図１０（ａ）に示す位置）と、ケーシング８７ａ側に最も退避する高圧縮比位置（図１０（ｂ）に示す位置）との間で移動する。
【００７６】
以上の構成により、この可変圧縮比機構８０では、アクチュエータ８７の駆動軸８７ｂが、低圧縮比位置から高圧縮比位置側に移動すると、アーム８６を介して、制御軸８５が回動軸部８５ａを中心として図中の反時計回りに回動するように駆動され、それに伴い、偏心軸部８５ｂが下方に移動する。それにより、制御リンク８４全体が押し下げられるのに伴い、下リンク８３がクランクピン８３ｂを中心として図中の時計回りに回動するとともに、上リンク８２がピストンピン３ｆを中心として図中の反時計回りに回動する。その結果、ピストンピン３ｆ、上ピン８３ａおよびクランクピン８３ｂが、低圧縮比位置のときよりも直線状に近づくことで、ピストン３ｂが上死点に到達したときのピストンピン３ｆとクランクピン８３ｂを結ぶ直線距離が長くなり（すなわちピストン３ｂのストロークが長くなり）、燃焼室の容積が小さくなることによって、圧縮比Ｃｒが高くなる。
【００７７】
一方、上記とは逆に、アクチュエータ８７の駆動軸８７ｂが、高圧縮比位置から低圧縮比位置側に移動すると、回動軸部８５ａが図中の時計回りに回動し、それに伴い、偏心軸部８５ｂが上方に移動することで、制御リンク８４全体が押し上げられる。これにより、上記とは全く逆の動作により、下リンク８３が、反時計回りに回動するとともに、上リンク８２が時計回りに回動する。これにより、ピストン３ｂが上死点に到達したときのピストンピン３ｆとクランクピン８３ｂを結ぶ直線距離が短くなり（すなわちピストン３ｂのストロークが短くなり）、燃焼室の容積が大きくなることによって、圧縮比Ｃｒが低くなる。以上のように、この可変圧縮比機構８０では、制御軸８５の回動角を変更することにより、圧縮比Ｃｒが前述した所定の最大値Ｃｒｍａｘと最小値Ｃｒｍｉｎとの間で無段階に変更される。
【００７８】
なお、この可変圧縮比機構８０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、圧縮比制御入力Ｕ＿Ｃｒが後述する故障時用値Ｕ＿Ｃｒ＿ｆｓに設定されているとき、および断線などにより圧縮比制御入力Ｕ＿Ｃｒが圧縮比アクチュエータ８７に入力されないときには、可変圧縮比機構８０の動作がロックされる。すなわち、可変圧縮比機構８０による圧縮比Ｃｒの変更が禁止され、圧縮比Ｃｒが最小値Ｃｒｍｉｎに保持される。この最小値Ｃｒｍｉｎは、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎに保持され、かつカム位相Ｃａｉｎが所定のロック値に保持されている場合において、吸入空気量として所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓを確保できるような値に設定されている。
【００７９】
また、エンジン３には、制御軸８５の付近に、制御角センサ２７が設けられており（図２参照）、この制御角センサ２７は、制御軸８５の回動角を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この制御角センサ２７の検出信号に基づき、圧縮比Ｃｒを算出する。本実施形態では、制御角センサ２７が動作状態パラメータ検出手段および負荷パラメータ検出手段に相当し、圧縮比Ｃｒが動作状態パラメータおよび負荷パラメータに相当する。
【００８０】
さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２８およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）２９が接続されている。このアクセル開度センサ２８は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＩＧ・ＳＷ２９は、イグニッションキー（図示せず）操作によりＯＮ／ＯＦＦされるとともに、そのＯＮ／ＯＦＦ状態を表す信号をＥＣＵ２に出力する。
【００８１】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２８の検出信号およびＩＧ・ＳＷ２９のＯＮ／ＯＦＦ信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、各種の制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２は、後述するように、運転状態に応じて、燃料噴射制御および点火時期制御を実行する。これに加えて、可変バルブリフト機構５０および可変カム位相機構７０を介して、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびカム位相Ｃａｉｎをそれぞれ制御するとともに、可変圧縮比機構８０を介して、圧縮比Ｃｒを制御する。
【００８２】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、動作状態パラメータ検出手段、第１推定吸気量算出手段、第２推定吸気量算出手段、負荷パラメータ検出手段、燃料量決定手段、第１故障判定手段、第２故障判定手段、駆動手段、吸入空気量算出手段、機関回転数検出手段、最大吸入空気量算出手段、点火時期決定手段および故障時目標回転数設定手段に相当する。
【００８３】
次に、本実施形態の制御装置１について説明する。この制御装置１は、燃料噴射制御を実行する燃料噴射コントローラ１００（図１１参照）と、点火時期制御を実行する点火時期コントローラ１２０（図１６参照）とを備えており、これらはいずれも、具体的には、ＥＣＵ２により構成されている。
【００８４】
まず、燃料噴射コントローラ１００（燃料量決定手段）について説明する。この燃料噴射コントローラ１００は、以下に述べるように、燃料噴射量ＴＯＵＴ（燃料量）を燃料噴射弁１０ごとに算出するものであり、図１１に示すように、第１および第２推定吸気量算出部１０１，１０２、移行係数算出部１０３、増幅要素１０４，１０５、加算要素１０６、増幅要素１０７、空燃比補正係数算出部１０８、総補正係数算出部１０９、乗算要素１１０、および燃料付着補正部１１１を備えている。
【００８５】
この第１推定吸気量算出部１０１（第１推定吸気量算出手段）では、以下に述べるように、エンジン回転数ＮＥ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒに応じて、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔが算出される。
【００８６】
具体的には、まず、エンジン回転数ＮＥおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、図１２に示すマップを検索することにより、基本推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ＿ｂａｓｅを算出する。同図において、ＮＥ１〜ＮＥ３は、ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３の関係が成立するエンジン回転数ＮＥの所定値であり、この点は以下の説明においても同様である。
【００８７】
このマップでは、基本推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ＿ｂａｓｅは、ＮＥ＝ＮＥ１またはＮＥ２の場合、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが小さい領域では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きいほど、より大きい値に設定され、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘに近い領域では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、低・中回転域では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘに近い領域においてより大きな値になるほど、吸気弁４の開弁時間が長くなることで、吸気の吹き戻しにより充填効率が低下するためである。また、基本推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ＿ｂａｓｅは、ＮＥ＝ＮＥ３の場合、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、高回転域では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きい領域でも、吸気の慣性力により上記吸気の吹き戻しが発生しにくくなるため、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きいほど、充填効率がより高くなることによる。
【００８８】
また、エンジン回転数ＮＥおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて、図１３に示すマップを検索することにより、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔを算出する。このマップでは、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔは、ＮＥ＝ＮＥ１またはＮＥ２の場合、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近い領域では、最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近いほど、より小さい値に設定され、それ以外の領域では、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄ側の値であるほど、より小さな値に設定されている。これは、低・中回転域では、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近い領域において、最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近いほど、吸気弁４の閉弁タイミングが遅くなることで、吸気の吹き戻しにより充填効率が低下するためであり、それ以外の領域では、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄに近いほど、バルブオーバーラップの増大に伴う内部ＥＧＲ量の増大により、充填効率が低下するためである。また、ＮＥ＝ＮＥ３の場合、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔは、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近い領域では、一定値（値１）に設定され、それ以外の領域では、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄ側の値であるほど、より小さな値に設定されている。これは、高回転域では、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄに近い領域でも、前述した吸気の慣性力により、吸気の吹き戻しが発生しにくくなることによる。
【００８９】
さらに、圧縮比Ｃｒに応じて、図１４に示すテーブルを検索することにより、圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒを算出する。このテーブルでは、圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒは、圧縮比Ｃｒが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、可変圧縮比機構８０では、圧縮比Ｃｒが高いほど、ピストン３ｂのストロークがより長くなり、排気量がより大きくなることによる。
【００９０】
そして、以上のように算出した基本推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ＿ｂａｓｅ、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔおよび圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒを用い、下式（１）により、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔが算出される。
【００９１】
【数１】
2005315161.tif 000003
【００９２】
また、移行係数算出部１０３では、移行係数Ｋｇが以下のように算出される。まず、第１推定吸気量算出部１０１で算出された第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ、およびエンジン回転数ＮＥを用い、下式（２）により、推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔ（単位：ｇ／ｓｅｃ）を算出する。
Ｇｉｎ＿ｖｔ＝２・Ｇｃｙｌ＿ｖｔ・ＮＥ／６０                      ……（２）
【００９３】
次いで、この推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔに応じて、図１５に示すテーブルを検索することにより、移行係数Ｋｇを算出する。同図において、Ｇｉｎ１，２は、Ｇｉｎ１＜Ｇｉｎ２の関係が成立する所定値である。この所定値Ｇｉｎ１は、Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１の範囲では、吸気通路１２ａ内の空気流量が小さいことにより、エアフローセンサ２２の分解能に起因して、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性が後述する第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性を上回るような値に設定されている。また、所定値Ｇｉｎ２は、Ｇｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔの範囲では、吸気通路１２ａ内の空気流量が大きいことにより、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性が第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性を上回るような値に設定されている。さらに、このテーブルでは、移行係数Ｋｇは、Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１の範囲では値０に、Ｇｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔの範囲では値１に設定されているとともに、Ｇｉｎ１＜Ｇｉｎ＿ｖｔ＜Ｇｉｎ２の範囲では、値０と値１の間で、かつ推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔに比例する値に設定されている。この理由については後述する。
【００９４】
一方、第２推定吸気量算出部１０２（第２推定吸気量算出手段）では、空気流量Ｇｉｎおよびエンジン回転数ＮＥに基づき、下式（３）により、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍ（単位：ｇ）が算出される。
Ｇｃｙｌ＿ａｆｍ＝Ｇｉｎ・６０／（２・ＮＥ）                      ……（３）
【００９５】
増幅要素１０４，１０５では、以上のように算出された第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍをそれぞれ（１−Ｋｇ），Ｋｇ倍に増幅した値が算出される。そして、加算要素１０６では、そのように増幅された値に基づき、下式（４）の加重平均演算により、算出吸気量Ｇｃｙｌが算出される。
Ｇｃｙｌ＝Ｋｇ・Ｇｃｙｌ＿ａｆｍ＋（１−Ｋｇ）・Ｇｃｙｌ＿ｖｔ    ……（４）
【００９６】
この式（４）を参照すると明らかなように、Ｋｇ＝０のとき、すなわち前述したＧｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１の範囲では、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ｖｔとなり、Ｋｇ＝１のとき、すなわちＧｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔの範囲では、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ａｆｍとなるとともに、０＜Ｋｇ＜１のとき、すなわちＧｉｎ１＜Ｇｉｎ＿ｖｔ＜Ｇｉｎ２の範囲では、算出吸気量Ｇｃｙｌにおける第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの重み付けの度合いは、移行係数Ｋｇの値によって決定される。
【００９７】
さらに、増幅要素１０７では、算出吸気量Ｇｃｙｌ（吸入空気量）に基づき、下式（５）により、基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓが算出される。
Ｔｃｙｌ＿ｂｓ＝Ｋｇｔ・Ｇｃｙｌ                                  ……（５）
ここで、Ｋｇｔは、燃料噴射弁１０ごとに予め設定される換算係数である。
【００９８】
また、空燃比補正係数算出部１０８では、検出空燃比ＫＡＣＴおよび目標空燃比ＫＣＭＤに応じて、所定のフィードバック制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズム（図示せず）により、空燃比補正係数ＫＳＴＲが算出される。
【００９９】
さらに、総補正係数算出部１０９では、エンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡなどの運転状態を表す各種のパラメータに応じて、図示しないマップおよびテーブルを検索することにより、各種の補正係数を算出するとともに、これらの各種の補正係数を互いに乗算することにより、総補正係数ＫＴＯＴＡＬが算出される。
【０１００】
そして、乗算要素１１０では、下式（６）により、要求燃料噴射量Ｔｃｙｌが算出される。
Ｔｃｙｌ＝Ｔｃｙｌ＿ｂｓ・ＫＳＴＲ・ＫＴＯＴＡＬ                  ……（６）
【０１０１】
さらに、燃料付着補正部１１１では、以上のように算出された要求燃料噴射量Ｔｃｙｌに、所定の燃料付着補正処理を施すことにより、燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。そして、燃料噴射弁１０の燃料噴射タイミングおよび開弁時間が、この燃料噴射量ＴＯＵＴに基づく値になるように、燃料噴射弁１０が制御される。
【０１０２】
以上の式（５），（６）に示すように、燃料噴射コントローラ１００では、燃料噴射量ＴＯＵＴが、算出吸気量Ｇｃｙｌに基づいて算出され、式（４）に示すように、Ｋｇ＝０のときには、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ｖｔとなり、Ｋｇ＝１のときには、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ａｆｍとなる。これは、前述したように、Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１の範囲では、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性が第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性を上回るので、そのような範囲では、燃料噴射量ＴＯＵＴをより信頼性の高い第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに基づいて算出することにより、良好な算出精度を確保するためである。また、Ｇｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔの範囲では、吸気通路１２ａ内の空気流量が大きいことで、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性が第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性を上回るので、そのような範囲では、燃料噴射量ＴＯＵＴをより信頼性の高い第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍに基づいて算出することにより、良好な算出精度を確保するためである。
【０１０３】
また、０＜Ｋｇ＜１のときには、算出吸気量Ｇｃｙｌにおける第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの重み付けの度合いが、移行係数Ｋｇの値によって決定される。これは、Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの一方から他方に直接的に切り換えると、第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの値の差が大きいことに起因して、トルク段差が発生するような場合が考えられるので、それを回避するためである。すなわち、前述したように、移行係数Ｋｇが０＜Ｋｇ＜１となるＧｉｎ１＜Ｇｉｎ＿ｖｔ＜Ｇｉｎ２の範囲では、移行係数Ｋｇが推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔに比例する値になるように設定されているので、推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔがＧｉｎ１およびＧｉｎ２の間で変化すると、それに伴って移行係数Ｋｇが徐々に変化することにより、算出吸気量ＧｃｙｌがＧｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの一方側の値から他方側の値に徐々に変化することになる。その結果、トルク段差の発生を回避することができる。
【０１０４】
次に、図１６を参照しながら、点火時期コントローラ１２０（点火時期決定手段）について説明する。同図に示すように、この点火時期コントローラ１２０では、その一部が前述した燃料噴射コントローラ１００と同様に構成されているので、以下、同じ構成については、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。点火時期コントローラ１２０は、以下に述べるように、点火時期Ｉｇｌｏｇを算出するものであり、第１および第２推定吸気量算出部１０１，１０２、移行係数算出部１０３、増幅要素１０４，１０５、加算要素１０６、最大推定吸気量算出部１２１、除算要素１２２、基本点火時期算出部１２３、点火補正値算出部１２４および加算要素１２５を備えている。
【０１０５】
最大推定吸気量算出部１２１（最大吸入空気量算出手段）では、以下に述べるように、エンジン回転数ＮＥ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒに応じて、最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ（最大吸入空気量）が算出される。具体的には、まず、エンジン回転数ＮＥに応じて、図１７に示すテーブルを検索することにより、最大推定吸気量の基本値Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ＿ｂａｓｅを算出する。このテーブルでは、基本値Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ＿ｂａｓｅは、低中回転域では、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定され、高回転域では、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さな値に設定されているとともに、中回転域の所定値のときに、その最大値を示すように設定されている。これは、運転性の観点から、中回転域の所定値のときに充填効率が最も高くなるように吸気系が構成されているためである。
【０１０６】
また、エンジン回転数ＮＥおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて、図１８に示すマップを検索することにより、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘを算出する。このマップでは、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘは、ＮＥ＝ＮＥ１またはＮＥ２の場合、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近い領域では、最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近いほど、より小さい値に設定され、それ以外の領域では、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄ側の値であるほど、より小さな値に設定されている。さらに、ＮＥ＝ＮＥ３の場合、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘは、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔに近い領域では、一定値（値１）に設定され、それ以外の領域では、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄ側の値であるほど、より小さな値に設定されている。このように補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘが設定されている理由は、前述した補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔの算出に用いる図１３のマップの説明で述べた理由と同じである。
【０１０７】
さらに、前述したように、圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒを、圧縮比Ｃｒに応じて、図１４に示すテーブルを検索することにより算出する。そして、以上のように算出した最大推定吸気量の基本値Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ＿ｂａｓｅ、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘおよび圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒを用い、下式（７）により、最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘが算出される。
【０１０８】
【数２】
2005315161.tif 000004
【０１０９】
一方、除算要素１２２では、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌ（比）が、下式（８）により算出される。
Ｋｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ／Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ                            ……（８）
【０１１０】
さらに、基本点火時期算出部１２３では、以下に述べるように、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌ、エンジン回転数ＮＥ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒに応じて、基本点火時期マップを検索することにより、基本点火時期Ｉｇｌｏｇ＿ｍａｐが算出される。この場合、基本点火時期マップとしては、Ｃｒ＝Ｃｒｍｉｎ用の１組のマップと、Ｃｒ＝Ｃｒｍａｘ用の１組のマップとが準備されており、Ｃｒ＝Ｃｒｍｉｎ用の１組は、図１９に示すＣｒ＝Ｃｒｍｉｎ＆Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎｒｔ用のマップと、図２０に示すＣｒ＝Ｃｒｍｉｎ＆Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄ用のマップと、Ｃｒ＝Ｃｒｍｉｎで、かつカム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔと最進角値Ｃａｉｎａｄとの間にあるとき複数段階のカム位相Ｃａｉｎの値にそれぞれ対応して設定された複数のマップ（図示せず）とで構成されている。また、図示しないが、Ｃｒ＝Ｃｒｍａｘ用の１組のマップも、Ｃｒ＝Ｃｒｍｉｎ用の１組のマップと同様に構成されている。
【０１１１】
以上の基本点火時期マップの検索では、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌ、エンジン回転数ＮＥ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒの値に基づいて複数の値を選択するとともに、当該複数の選択値の補間演算により、基本点火時期Ｉｇｌｏｇ＿ｍａｐが算出される。
【０１１２】
以上のように、基本点火時期算出部１２３では、基本点火時期マップのマップ値を設定するためのパラメータとして、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌを用いており、その理由は、以下による。すなわち、従来のように、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌに代えて算出吸気量Ｇｃｙｌをパラメータとして、基本点火時期マップのマップ値を設定した場合、例えば、図２１に示す基本点火時期マップが得られる。同図に示すように、この基本点火時期マップでは、算出吸気量Ｇｃｙｌの最大設定値が互いに異なるとともに、算出吸気量Ｇｃｙｌが大きい領域（楕円で囲んだ領域）、すなわちノッキングが発生し始める高負荷域でのマップ値の設定数（黒丸で示す格子点の数）が、エンジン回転数ＮＥごとにばらついている。これは、気筒３ａにおける吸気の充填効率がエンジン回転数ＮＥに応じて変化するのに起因して、ノッキングが発生し始める高負荷域での吸入空気量の最大値も、エンジン回転数ＮＥに応じて変化してしまうことによる。
【０１１３】
これに対して、基本点火時期算出部１２３の基本点火時期マップでは、算出吸気量Ｇｃｙｌに代えて正規化吸気量Ｋｇｃｙｌをパラメータとして用いているので、図１９，２０に示すように、ノッキングが発生し始めるような高負荷域、すなわちＫｇｃｙｌが値１を含む値１付近の領域でもエンジン回転数の各設定値ＮＥ１〜ＮＥ３間で、マップ値の数を同じ数に設定でき、それにより、設定データ数を図２１のマップよりも低減できることが判る。すなわち、本実施形態のように、算出吸気量Ｇｃｙｌに代えて正規化吸気量Ｋｇｃｙｌをパラメータとして用いることにより、ＥＣＵ２のＲＯＭの記憶容量を低減することができ、その分、製造コストを削減できるためである。
【０１１４】
また、前述した点火補正値算出部１２４では、吸気温ＴＡ、エンジン水温ＴＷおよび目標空燃比ＫＣＭＤなどに応じて、図示しないマップおよびテーブルを検索することにより、各種の補正値が算出され、これらの各種の補正値に基づき、点火補正値Ｄｉｇｌｏｇが算出される。
【０１１５】
さらに、加算要素１２５では、点火時期Ｉｇｌｏｇが、下式（９）により算出される。
Ｉｇｌｏｇ＝Ｉｇｌｏｇ＿ｍａｐ＋Ｄｉｇｌｏｇ                      ……（９）
【０１１６】
そして、点火プラグ１１が、この点火時期Ｉｇｌｏｇに応じた放電タイミングで放電するように制御される。
【０１１７】
以下、図２２を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される燃料噴射制御処理について説明する。本処理は、燃料噴射量ＴＯＵＴを燃料噴射弁１０ごとに算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して実行される。
【０１１８】
まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）において、基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓを算出する。この基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓの算出処理は、具体的には、図２３に示すように実行される。すなわち、まず、ステップ１０で、前述した式（３）により、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍを算出する。
【０１１９】
次に、ステップ１１で、前述した手法により、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔを算出する。すなわち、エンジン回転数ＮＥおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、図１２に示すマップを検索することにより、基本推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ＿ｂａｓｅを算出し、エンジン回転数ＮＥおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて、図１３に示すマップを検索することにより、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔを算出し、さらに、圧縮比Ｃｒに応じて、図１４に示すテーブルを検索することにより、圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒを算出する。そして、これらの３つの値Ｇｃｙｌ＿ｖｔ＿ｂａｓｅ，Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒに基づき、前述した式（１）により、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔを算出する。
【０１２０】
次に、ステップ１２で、前述した式（２）により、推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔを算出する。その後、ステップ１３に進み、可変機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧが「１」であるか否かを判別する。
【０１２１】
この可変機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧは、後述する故障判定処理において、可変バルブリフト機構５０、可変カム位相機構７０および可変圧縮比機構８０の少なくとも１つが故障していると判定されたときには「１」に、いずれも正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。なお、以下の説明では、可変バルブリフト機構５０、可変カム位相機構７０および可変圧縮比機構８０をまとめて「３つの可変機構」と呼ぶ。
【０１２２】
ステップ１３の判別結果がＮＯで、３つの可変機構がいずれも正常であるときには、ステップ１４に進み、エアフローセンサ故障フラグＦ＿ＡＦＭＮＧが「１」であるか否かを判別する。このエアフローセンサ故障フラグＦ＿ＡＦＭＮＧは、後述する故障判定処理において、エアフローセンサ２２が故障していると判定されたときには「１」に、正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１２３】
ステップ１４の判別結果がＮＯで、エアフローセンサ２２が正常であるときには、ステップ１５に進み、前述したように、移行係数Ｋｇを、推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔに応じて、図１５に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０１２４】
一方、ステップ１４の判別結果がＹＥＳで、エアフローセンサ２２が故障しているときには、ステップ１６に進み、移行係数Ｋｇを値０に設定する。
【０１２５】
ステップ１５または１６に続くステップ１７では、前述した式（４）により、算出吸気量Ｇｃｙｌを算出する。次いで、ステップ１８で、基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓを、換算係数と算出吸気量の積Ｋｇｔ・Ｇｃｙｌに設定した後、本処理を終了する。
【０１２６】
一方、ステップ１３の判別結果がＹＥＳで、３つの可変機構の少なくとも１つが故障していると判定されたときには、ステップ１９に進み、算出吸気量Ｇｃｙｌを前述した所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓに設定する。次いで、前述したステップ１８を実行した後、本処理を終了する。
【０１２７】
図２３に戻り、ステップ１で、以上のように基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓを算出した後、ステップ２に進み、総補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出する。具体的には、前述したように、各種の運転パラメータ（例えば吸気温ＴＡや、大気圧ＰＡ、エンジン水温ＴＷ、アクセル開度ＡＰなど）に応じて、各種のテーブルやマップを検索することで各種の補正係数を算出するとともに、これらの各種の補正係数を互いに乗算することにより、総補正係数ＫＴＯＴＡＬが算出される。
【０１２８】
次いで、ステップ３に進み、アクセル開度ＡＰおよび算出吸気量Ｇｃｙｌに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標空燃比ＫＣＭＤを算出する。この目標空燃比ＫＣＭＤは、基本的には、触媒装置の排ガス浄化性能を良好な状態に保持するために、理論空燃比（１４．５）に設定される。
【０１２９】
次に、ステップ４に進み、空燃比補正係数ＫＳＴＲを、目標空燃比ＫＣＭＤおよび検出空燃比ＫＡＣＴに応じて、フィードバック制御アルゴリズムを含む所定の制御アルゴリズムにより算出する。
【０１３０】
次いで、ステップ５に進み、前述した式（６）により、要求燃料噴射量Ｔｃｙｌを算出する。この後、ステップ６で、前述したように、要求燃料噴射量Ｔｃｙｌに、所定の燃料付着補正処理を施すことにより、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。この後、本処理を終了する。これにより、燃料噴射弁１０の燃料噴射タイミングおよび開弁時間が、この燃料噴射量ＴＯＵＴに基づく値になるように、燃料噴射弁１０が制御される。
【０１３１】
次に、図２４を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される点火時期制御処理について説明する。本処理は、以下に述べるように点火時期Ｉｇｌｏｇを算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して、前述した燃料噴射制御処理に続けて実行される。
【０１３２】
この処理では、まず、ステップ３０で、前述した可変機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、３つの可変機構がいずれも正常であるときには、ステップ３１に進み、エンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。
【０１３３】
このエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴは、図示しない判定処理において、エンジン回転数ＮＥおよびＩＧ・ＳＷ２９の出力信号に応じて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定することにより設定されるものであり、具体的には、エンジン始動制御中であるときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１３４】
ステップ３１の判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ３２に進み、点火時期Ｉｇｌｏｇを、所定の始動時用値Ｉｇ＿ｃｒｋ（例えばＢＴＤＣ１０゜）に設定した後、本処理を終了する。
【０１３５】
一方、ステップ３１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ３３に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この所定値ＡＰＲＥＦは、アクセルペダルが踏まれていないことを判別するためのものであり、アクセルペダルが踏まれていないことを判別可能な値（例えば１゜）に設定されている。
【０１３６】
この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、ステップ３４に進み、エンジン３の始動終了直後からの経過時間である触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔ（例えば３０ｓｅｃ）より小さいか否かを判別する。この触媒暖機制御は、排気管１３に設けられた触媒装置内の触媒をエンジン始動後に急速に活性化させるためのものである。この判別結果がＹＥＳで、Ｔｃａｔ＜Ｔｃａｔｌｍｔのときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ３５に進み、触媒暖機用値Ｉｇ＿ａｓｔを算出する。この触媒暖機用値Ｉｇ＿ａｓｔは、具体的には、下式（１０）〜（１２）の応答指定型制御アルゴリズム（スライディングモード制御アルゴリズムまたはバックステッピング制御アルゴリズム）により、算出される。
【０１３７】
【数３】
2005315161.tif 000005
【０１３８】
なお、式（１０）〜（１２）における記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期（本実施形態ではＴＤＣ信号の発生周期）に同期してサンプリング（または算出）されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングサイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングでサンプリングされた値であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングでサンプリングされた値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）などを適宜、省略する。
【０１３９】
式（１０）において、Ｉｇ＿ａｓｔ＿ｂａｓｅは、所定の触媒暖機用の基準点火時期（例えばＢＴＤＣ５゜）を表し、Ｋｒｃｈ，Ｋａｄｐは、所定のフィードバックゲインを表している。また、σは、式（１１）のように定義される切換関数である。同式（１１）において、ｐｏｌｅは、−１＜ｐｏｌｅ＜０の関係が成立するように設定される応答指定パラメータであり、Ｅｎａｓｔは、式（１２）により算出される追従誤差である。式（１２）において、ＮＥ＿ａｓｔは、所定の触媒暖機用の目標回転数（例えば１８００ｒｐｍ）である。以上の制御アルゴリズムにより、触媒暖機用値Ｉｇ＿ａｓｔは、エンジン回転数ＮＥを上記触媒暖機用の目標回転数ＮＥ＿ａｓｔに収束させる値として、算出される。
【０１４０】
次いで、ステップ３６に進み、点火時期Ｉｇｌｏｇを上記触媒暖機用値Ｉｇ＿ａｓｔに設定した後、本処理を終了する。
【０１４１】
一方、ステップ３３または３４の判別結果がＮＯのとき、すなわちＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるとき、またはアクセルペダルが踏まれているときには、ステップ３７に進み、通常点火時期制御処理を実行する。
【０１４２】
この通常点火時期制御処理は、具体的には、図２５に示すように実行される。まず、ステップ５０で、最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘを、前述した手法により算出する。すなわち、エンジン回転数ＮＥに応じて、図１７に示すテーブルを検索することにより、最大推定吸気量の基本値Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ＿ｂａｓｅを算出し、エンジン回転数ＮＥおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて、図１８に示すマップを検索することにより、補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘを算出し、さらに、圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒを、圧縮比Ｃｒに応じて、図１４に示すテーブルを検索することにより算出する。そして、以上のように算出した３つのＧｃｙｌ＿ｍａｘ＿ｂａｓｅ，Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘ，Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒに基づき、前述した式（７）により、最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘを算出する。
【０１４３】
次いで、ステップ５１で、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌを、前述した式（８）により算出する。この後、ステップ５２で、基本点火時期Ｉｇｌｏｇ＿ｍａｐを前述した手法により算出する。すなわち、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌ、エンジン回転数ＮＥ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒに応じて、図１９，２０などの基本点火時期マップを検索し、複数の値を選択するとともに、当該複数の選択値の補間演算により、基本点火時期Ｉｇｌｏｇ＿ｍａｐを算出する。
【０１４４】
次に、ステップ５３で、点火補正値Ｄｉｇｌｏｇを前述した手法により算出する。すなわち、吸気温ＴＡ、エンジン水温ＴＷおよび目標空燃比ＫＣＭＤなどに応じて、図示しないマップおよびテーブルを検索することにより、各種の補正値を算出し、これらの各種の補正値に基づき、点火補正値Ｄｉｇｌｏｇを算出する。次いで、ステップ５４で、点火時期Ｉｇｌｏｇを、前述した式（９）により算出する。
【０１４５】
図２４に戻り、ステップ３７で、以上のように通常点火時期制御処理を実行した後、本処理を終了する。
【０１４６】
一方、ステップ３０の判別結果がＹＥＳで、３つの可変機構の少なくとも１つが故障しているときには、ステップ３８に進み、故障時用値Ｉｇ＿ｆｓを算出する。この故障時用値Ｉｇ＿ｆｓは、具体的には、下式（１３）〜（１５）の応答指定型制御アルゴリズム（スライディングモード制御アルゴリズムまたはバックステッピング制御アルゴリズム）により、算出される。
【０１４７】
【数４】
2005315161.tif 000006
【０１４８】
上記式（１３）において、Ｉｇ＿ｆｓ＿ｂａｓｅは、所定の故障時用の基準点火時期（例えばＴＤＣ±０゜）を表し、Ｋｒｃｈ#，Ｋａｄｐ#は、所定のフィードバックゲインを表している。また、σ#は、式（１４）のように定義される切換関数である。同式（１４）において、ｐｏｌｅ#は、−１＜ｐｏｌｅ#＜０の関係が成立するように設定される応答指定パラメータであり、Ｅｎｆｓは、式（１５）により算出される追従誤差である。式（１５）において、ＮＥ＿ｆｓは、所定の故障時目標回転数（例えば２０００ｒｐｍ）である。以上の制御アルゴリズムにより、故障時用値Ｉｇ＿ｆｓは、エンジン回転数ＮＥを上記故障時目標回転数ＮＥ＿ｆｓに収束させる値として、算出される。
【０１４９】
次いで、ステップ３９に進み、点火時期Ｉｇｌｏｇを上記故障時用値Ｉｇ＿ｆｓに設定した後、本処理を終了する。
【０１５０】
以下、図２６を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される可変機構制御処理について説明する。本処理は、３つの可変機構をそれぞれ制御するための３つの制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎ，Ｕ＿Ｃａｉｎ，Ｕ＿Ｃｒを算出するものであり、所定の制御周期（例えば５ｍｓｅｃ）で実行される。
【０１５１】
この処理では、まず、ステップ６０で、前述した可変機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、３つの可変機構がいずれも正常であるときには、ステップ６１に進み、前述したエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。
【０１５２】
この判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ６２に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン水温ＴＷに応じて、図２７に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０１５３】
このテーブルでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＲＥＦ１より高い範囲では、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されているとともに、ＴＷ≦ＴＷＲＥＦ１の範囲では、所定値Ｌｉｆｔｉｎｒｅｆに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低い場合、可変バルブリフト機構５０のフリクションが増大するので、それを補償するためである。
【０１５４】
次いで、ステップ６３で、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン水温ＴＷに応じて、図２８に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０１５５】
このテーブルでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＲＥＦ２より高い範囲では、エンジン水温ＴＷが低いほど、より遅角側の値に設定されているとともに、ＴＷ≦ＴＷＲＥＦ２の範囲では、所定値Ｃａｉｎｒｅｆに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低い場合、カム位相Ｃａｉｎをエンジン水温ＴＷが高い場合よりも遅角側に制御し、バルブオーバーラップを小さくすることで、吸気流速を上昇させ、燃焼の安定化を図るためである。
【０１５６】
次に、ステップ６４で、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを所定の始動時用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ｒｋに設定する。この始動時用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ｒｋは、クランキング中のエンジン回転数ＮＥを上昇させ、未燃ＨＣの発生を抑制できるような低圧縮比側の値に設定されている。
【０１５７】
次いで、ステップ６５に進み、下式（１６）〜（１９）に示す目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、リフト制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎを算出する。
【０１５８】
【数５】
2005315161.tif 000007
【０１５９】
同式（１６）において、Ｋｒｃｈ＿ｌｆは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｌｆは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｌｆは、式（１７）のように定義される切換関数である。同式（１７）において、ｐｏｌｅ＿ｌｆは、−１＜ｐｏｌｅ＿ｌｆ＜０の関係が成立するように設定される応答指定パラメータであり、Ｅ＿ｌｆは、式（１８）により算出される追従誤差である。同式（１８）において、Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標バルブリフトのフィルタ値であり、式（１９）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより算出される。同式（１９）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆは、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆ＜０の関係が成立するように設定される目標値フィルタ設定パラメータである。
【０１６０】
次に、ステップ６６に進み、下式（２０）〜（２３）に示す目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、位相制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎを算出する。
【０１６１】
【数６】
2005315161.tif 000008
【０１６２】
同式（２０）において、Ｋｒｃｈ＿ｃａは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｃａは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｃａは、式（２１）のように定義される切換関数である。同式（２１）において、ｐｏｌｅ＿ｃａは、−１＜ｐｏｌｅ＿ｃａ＜０の関係が成立するように設定される応答指定パラメータであり、Ｅ＿ｃａは、式（２２）により算出される追従誤差である。同式（２２）において、Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標カム位相のフィルタ値であり、式（２３）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより算出される。同式（２３）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｃａは、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｃａ＜０の関係が成立するように設定される目標値フィルタ設定パラメータである。
【０１６３】
次に、ステップ６７に進み、下式（２４）〜（２７）に示す目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、圧縮比制御入力Ｕ＿Ｃｒを算出する。
【０１６４】
【数７】
2005315161.tif 000009
【０１６５】
同式（２４）において、Ｋｒｃｈ＿ｃｒは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｃｒは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｃｒは、式（２５）のように定義される切換関数である。同式（２５）において、ｐｏｌｅ＿ｃｒは、−１＜ｐｏｌｅ＿ｃｒ＜０の関係が成立するように設定される応答指定パラメータであり、Ｅ＿ｃｒは、式（２６）により算出される追従誤差である。同式（２６）において、Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標圧縮比のフィルタ値であり、式（２７）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより算出される。同式（２７）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｃｒは、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｃｒ＜０の関係が成立するように設定される目標値フィルタ設定パラメータである。
【０１６６】
以上のステップ６７で、圧縮比制御入力Ｕ＿Ｃｒを算出した後、本処理を終了する。
【０１６７】
一方、ステップ６１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ６８に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、ステップ６９に進み、触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。
【０１６８】
この判別結果がＹＥＳで、Ｔｃａｔ＜Ｔｃａｔｌｍｔのときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ７０に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２９に示すマップを検索することにより算出する。同図において、ＴＷ１〜ＴＷ３は、ＴＷ１＜ＴＷ２＜ＴＷ３の関係が成立するエンジン水温ＴＷの所定値を示しており、この点は以下の説明においても同様である。
【０１６９】
このマップでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低いほど、触媒の活性化に要する時間が長くなるので、排気ガスボリュームを大きくすることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが短い間は、実行時間Ｔｃａｔが長いほど、より大きな値に設定され、実行時間Ｔｃａｔがある程度経過した後は、実行時間Ｔｃａｔが長いほど、より小さな値に設定されている。これは、実行時間Ｔｃａｔの経過に伴い、エンジン３の暖機が進むことで、フリクションが低下した場合において、吸入空気量を低減しないと、エンジン回転数ＮＥを目標値に維持するために点火時期が過剰にリタード制御された状態となり、燃焼状態が不安定になってしまうので、それを回避するためである。
【０１７０】
次いで、ステップ７１で、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを、触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図３０に示すマップを検索することにより算出する。
【０１７１】
このマップでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、エンジン水温ＴＷが低いほど、より進角側の値に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低いほど、上述したように触媒の活性化に要する時間が長くなるので、ポンピングロスを減少させ、吸入空気量を増大させることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが短い間は、実行時間Ｔｃａｔが長いほど、より遅角側の値に設定され、実行時間Ｔｃａｔがある程度経過した後は、実行時間Ｔｃａｔが長いほど、より進角側の値に設定されている。これは、図２９の説明で述べたのと同じ理由による。
【０１７２】
次に、ステップ７２で、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを所定の暖機制御用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ａｓｔに設定する。この暖機制御用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、触媒の活性化に要する時間を短縮するために、熱効率を低下させ、排ガス温度を高めることができるような低圧縮比側の値に設定されている。
【０１７３】
ステップ７２に続いて、前述したように、ステップ６５〜６７を実行した後、本処理を終了する。
【０１７４】
一方、ステップ６８または６９の判別結果がＮＯのとき、すなわちＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるとき、またはアクセルペダルが踏まれているときには、ステップ７３に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３１に示すマップを検索することにより算出する。同図において、ＡＰ１〜ＡＰ３は、ＡＰ１＜ＡＰ２＜ＡＰ３の関係が成立するアクセル開度ＡＰの所定値を示しており、この点は以下の説明においても同様である。
【０１７５】
このマップでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、エンジン３に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
【０１７６】
次いで、ステップ７４で、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３２に示すマップを検索することにより算出する。このマップでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが小さくかつ中回転域にあるときには、それ以外のときよりも進角側の値に設定されている。これは、そのような運転状態では、内部ＥＧＲ量を低減し、ポンピングロスを減少させる必要があるためである。
【０１７７】
次に、ステップ７５で、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３３に示すマップを検索することにより算出する。このマップでは、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、高負荷域になるほど、すなわちノッキングが発生しやすくなるほど、低圧縮比することで、点火時期が過剰にリタード制御された状態となるのを回避し、燃焼効率の低下を回避するためである。
【０１７８】
ステップ７５に続いて、前述したように、ステップ６５〜６７を実行した後、本処理を終了する。
【０１７９】
一方、ステップ６０の判別結果がＹＥＳで、３つの可変機構の少なくとも１つが故障しているときには、ステップ７６に進み、リフト制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎを所定の故障時用値Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎ＿ｆｓに、位相制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎを所定の故障時用値Ｕ＿Ｃａｉｎ＿ｆｓに、圧縮比制御入力Ｕ＿Ｃｒを所定の故障時用値Ｕ＿Ｃｒ＿ｆｓにそれぞれ設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎに、カム位相Ｃａｉｎが所定のロック値に、圧縮比Ｃｒが最小値Ｃｒｍｉｎにそれぞれ保持され、それにより、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に実行できると同時に、走行中は低速走行状態を維持できる。
【０１８０】
次に、図３４を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される３つ可変機構およびエアフローセンサ２２の故障判定処理について説明する。本処理は、３つの可変機構およびエアフローセンサ２２が故障しているか否かを判定するものであり、所定の制御周期（例えば５ｍｓｅｃ）で実行される。
【０１８１】
この処理では、まず、ステップ８０で、可変バルブリフト機構５０が故障状態にあるか否かを判別する。具体的には、バルブリフトＬｉｆｔｉｎと目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの偏差の絶対値が所定のしきい値を超える状態が所定時間以上、継続したとき、またはリフト制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎの絶対値が所定値を超える状態が、所定時間以上、継続したときには、可変バルブリフト機構５０が故障状態にあると判別され、それ以外のときには、可変バルブリフト機構５０が正常であると判別される。
【０１８２】
この判別結果がＹＥＳで、可変バルブリフト機構５０が故障状態にあるときには、それを表すために、ステップ８１に進み、リフト機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧ１を「１」に設定する。一方、ステップ８０の判別結果がＮＯで、可変バルブリフト機構５０が正常であるときには、それを表すために、ステップ８２に進み、リフト機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧ１を「０」に設定する。
【０１８３】
ステップ８１または８２に続くステップ８３では、可変カム位相機構７０が故障状態にあるか否かを判別する。具体的には、カム位相Ｃａｉｎと目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄとの偏差の絶対値が所定のしきい値を超える状態が所定時間以上、継続したとき、または位相制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎの絶対値が所定のしきい値を超える状態が、所定時間以上、継続したときには、可変カム位相機構７０が故障状態にあると判別され、それ以外のときには、可変カム位相機構７０が正常であると判別される。
【０１８４】
この判別結果がＹＥＳで、可変カム位相機構７０が故障状態にあるときには、それを表すために、ステップ８４に進み、位相機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧ２を「１」に設定する。一方、ステップ８３の判別結果がＮＯで、可変カム位相機構７０が正常であるときには、それを表すために、ステップ８５に進み、位相機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧ２を「０」に設定する。
【０１８５】
ステップ８４または８５に続くステップ８６では、可変圧縮比機構８０が故障状態にあるか否かを判別する。具体的には、圧縮比Ｃｒと目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄとの偏差の絶対値が所定のしきい値を超える状態が所定時間以上、継続したとき、または圧縮比制御入力Ｕ＿Ｃｒの絶対値が所定のしきい値を超える状態が、所定時間以上、継続したときには、可変圧縮比機構８０が故障状態にあると判別され、それ以外のときには、可変圧縮比機構８０が正常であると判別される。
【０１８６】
この判別結果がＹＥＳで、可変圧縮比機構８０が故障状態にあるときには、それを表すために、ステップ８７に進み、圧縮比機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧ３を「１」に設定する。一方、ステップ８６の判別結果がＮＯで、可変圧縮比機構８０が正常であるときには、それを表すために、ステップ８８に進み、圧縮比機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧ３を「０」に設定する。
【０１８７】
ステップ８７または８８に続くステップ８９では、以上の３つの故障フラグＦ＿ＶＤＮＧ１〜３がいずれも「０」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、３つの可変機構の少なくとも一つが故障しているときには、それを表すために、ステップ９０に進み、可変機構故障Ｆ＿ＶＤＮＧを「１」に設定する。
【０１８８】
一方、ステップ８９の判別結果がＮＯで、３つの可変機構がいずれも正常であるときには、それを表すために、ステップ９１に進み、可変機構故障Ｆ＿ＶＤＮＧを「０」に設定する。
【０１８９】
ステップ９０または９１に続くステップ９２では、エアフローセンサ２２が故障状態にあるか否かを判別する。具体的には、エアフローセンサ２２が正常な場合における、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに対する第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの上限値および下限値を予め設定した故障判定テーブルを、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに応じて検索する。そして、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍが、上限値および下限値の検索値により規定される範囲を外れていた場合には、エアフローセンサ２２が故障状態にあると判別され、範囲内にあるときには、エアフローセンサ２２が正常であると判別される。
【０１９０】
ステップ９２の判別結果がＹＥＳで、エアフローセンサ２２が故障状態にあるときには、それを表すために、ステップ９３に進み、エアフローセンサ故障フラグＦ＿ＡＦＭＮＧを「１」に設定した後、本処理を終了する。
【０１９１】
一方、ステップ９２の判別結果がＮＯで、エアフローセンサ２２が正常であるときには、それを表すために、ステップ９４に進み、エアフローセンサ故障フラグＦ＿ＡＦＭＮＧを「０」に設定した後、本処理を終了する。
【０１９２】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔが、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒに応じて算出され、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍが、エアフローセンサ２２により検出された空気流量Ｇｉｎに応じて算出される。そして、算出吸気量Ｇｃｙｌが、式（４）により、第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの加重平均値として算出されるとともに、Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１の範囲では、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ｖｔとなり、Ｇｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔの範囲では、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ａｆｍとなる。
【０１９３】
燃料噴射制御処理では、燃料噴射量ＴＯＵＴが算出吸気量Ｇｃｙｌに基づいて算出されるので、Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１のとき、すなわち、吸気通路１２ａ内の空気流量が小さいことで、エアフローセンサ２２の検出信号の信頼性が低く、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性が第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性を上回るときには、信頼性がより高い方の第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに基づいて、燃料噴射量ＴＯＵＴを精度良く算出することができる。また、Ｇｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔのとき、すなわち、吸気通路１２ａ内の空気流量が大きいことで、エアフローセンサ２２の検出信号の信頼性が高く、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性が第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性を上回るときには、信頼性がより高い方の第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍに基づいて、燃料噴射量ＴＯＵＴを精度良く算出することができる。以上のように、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性が第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性を上回る低負荷域、またはその逆の負荷域においても、燃料噴射量ＴＯＵＴを精度良く算出することができるので、燃料噴射制御の制御精度すなわち空燃比制御の制御精度を向上させることができる。その結果、燃費および排ガス特性を向上させることができる。
【０１９４】
さらに、算出吸気量Ｇｃｙｌにおける第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの重み付けの度合いが、移行係数Ｋｇの値によって決定されるとともに、Ｇｉｎ１＜Ｇｉｎ＿ｖｔ＜Ｇｉｎ２のときには、移行係数Ｋｇが推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔに比例する値になるように設定されているので、推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔがＧｉｎ１およびＧｉｎ２の間で変化すると、それに伴って移行係数Ｋｇが徐々に変化することにより、算出吸気量ＧｃｙｌがＧｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの一方側の値から他方側の値に徐々に変化する。これにより、第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの一方から他方に直接的に切り換えると、第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの差が大きいため、燃料噴射量ＴＯＵＴが変化するのに起因して、トルク段差が発生するような場合でも、それを回避することができる。
【０１９５】
また、エアフローセンサ２２が故障状態にあると判定されたときには、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ｖｔとなり、燃料噴射量ＴＯＵＴが全ての負荷域で第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに応じて算出されるので、エアフローセンサ２２の故障に起因して第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性が低下したときでも、燃料噴射量ＴＯＵＴを第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに応じて適切に算出することができ、燃料噴射制御における良好な制御精度を確保できる。
【０１９６】
さらに、３つの可変機構の少なくとも１つが故障状態にあると判定されたときには、吸入空気量が所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓになるように、３つの可変機構への制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎ，Ｕ＿Ｃａｉｎ，Ｕ＿Ｃｒがいずれも所定の故障時用値Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎ＿ｆｓ，Ｕ＿Ｃａｉｎ＿ｆｓ，Ｕ＿Ｃｒ＿ｆｓにそれぞれ設定される。これに加えて、断線などにより、制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎ，Ｕ＿Ｃａｉｎ，Ｕ＿Ｃｒがそれぞれ３つの可変機構に入力されないときでも、ロック機構により、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒが、吸入空気量が所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓになるような値に保持される。これにより、吸入空気量の増大に起因するエンジン出力の上昇を回避でき、それに伴う加速を回避できると同時に、エンジン回転数ＮＥの低下による減速を回避しながら運転を続行することができ、その結果、車両における必要最低限の走行性能を確保することができる。
【０１９７】
一方、点火時期制御では、基本点火時期Ｉｇｌｏｇ＿ｍａｐが、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌおよびエンジン回転数ＮＥに対して設定された点火時期マップを用いて、算出される。この正規化吸気量Ｋｇｃｙｌは、算出吸気量Ｇｃｙｌと最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘとの比として算出されるので、値０から値１までの範囲内の値となるとともに、算出吸気量Ｇｃｙｌが最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘに近い値になり、ノッキングが発生するような高負荷域では、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌが、値１を含む値１付近の値となり、互いに異なるエンジン回転数ＮＥの設定値ＮＥ１〜ＮＥ３に対しても、点火時期マップの設定データ数を、設定値ＮＥ１〜ＮＥ３間で、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌに対して同じ数に設定することができる。これにより、点火時期マップのデータをエンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量に対して設定する従来の場合と比べて、データ総数を減らすことができ、その分、ＲＯＭなどの記憶媒体の記憶容量を削減することができ、製造コストを削減することができる。
【０１９８】
また、前述したように、点火時期Ｉｇｌｏｇが、算出吸気量Ｇｃｙｌと最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘとの比である正規化吸気量Ｋｇｃｙｌを用いて算出されるので、Ｇｉｎ＿ｖｔ≦Ｇｉｎ１のとき、またはＧｉｎ２≦Ｇｉｎ＿ｖｔのとき、すなわち第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの一方の信頼性が他方を上回るような負荷域でも、より信頼性の高い方の値に基づいて、点火時期Ｉｇｌｏｇを精度良く算出することができる。これにより、点火時期制御の制御精度を向上させることができ、その結果、燃費および燃焼安定性を向上させることができる。
【０１９９】
さらに、前述したように、算出吸気量Ｇｃｙｌが、Ｇｉｎ１＜Ｇｉｎ＿ｖｔ＜Ｇｉｎ２の範囲では、推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔがＧｉｎ１およびＧｉｎ２の間で変化すると、Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの一方側の値から他方側の値に徐々に変化するので、第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの一方から他方に直接的に切り換えると、第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの差が大きいため、点火時期Ｉｇｌｏｇが変化するのに起因して、トルク段差が発生するような場合でも、それを回避することができる。
【０２００】
また、エアフローセンサ２２が故障状態にあると判定されたときには、前述したように、Ｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ｖｔとなり、全ての負荷域で、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌが第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに応じて算出されるとともに、そのような正規化吸気量Ｋｇｃｙｌを用いて、点火時期Ｉｇｌｏｇが算出されるので、エアフローセンサ２２の故障に起因して第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性が低下したときでも、点火時期Ｉｇｌｏｇを第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔに応じて適切に算出することができ、点火時期制御における良好な制御精度を確保できる。
【０２０１】
さらに、前述したように、３つの可変機構の少なくとも１つが故障状態にあると判定されたとき、または、断線などにより制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔｉｎ，Ｕ＿Ｃａｉｎ，Ｕ＿Ｃｒがそれぞれ３つの可変機構に入力されないときでも、ロック機構により、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒが、吸入空気量が所定の故障時用値Ｇｃｙｌ＿ｆｓになるような値に保持されるとともに、エンジン回転数ＮＥが故障時目標回転数ＮＥ＿ｆｓになるように、応答指定型制御アルゴリズム［式（１３）〜（１５）］により点火時期の故障時用値Ｉｇｌｏｇ＿ｆｓが制御される。これにより、エンジン回転数ＮＥの上昇に伴う加速を回避できると同時に、エンジン回転数ＮＥの低下による減速を回避しながら運転を続行することができ、その結果、車両における必要最低限の走行性能を確保することができる。
【０２０２】
また、エンジン３のスロットル弁機構が省略されているとともに、吸気通路１２ａが大口径に構成されているので、その分、吸気通路１２ａ内の流動抵抗を低減し、充填効率を高めることができるとともに、製造コストを削減することができる。
【０２０３】
なお、実施形態は、本発明の制御装置１を車両用の内燃機関３に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、船舶用および発電用などの様々な用途の内燃機関に適用可能である。
【０２０４】
また、実施形態は、可変吸気機構として、可変バルブリフト機構５０、可変カム位相機構７０および可変圧縮比機構８０を用いた例であるが、可変吸気機構はこれらに限らず、エンジン３の燃焼室内に吸入される吸入空気量を変更可能なものであればよい。例えば、可変吸気機構として、従来のようなスロットル弁機構を用いてもよい。
【０２０５】
さらに、実施形態は、比としての正規化吸気量ＫｇｃｙｌをＫｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ／Ｇｃｙｌ＿ｍａｘと設定した例であるが、Ｋｇｃｙｌ＝Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ／Ｇｃｙｌと設定してもよい。このように設定した場合、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌが値１から無限大の範囲の値となるとともに、算出吸気量Ｇｃｙｌが最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘに近い値になる領域、すなわちノッキングが発生するような高負荷域では、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌが値１を含む値１付近の値となり、複数のエンジン回転数ＮＥの設定値間でばらつくことがなくなる。その結果、実施形態と同様に、基本点火時期マップの設定データ数を、複数のエンジン回転数ＮＥの設定値間で、正規化吸気量Ｋｇｃｙｌに対して同じ数に設定することが可能になる。それにより、基本点火時期マップのデータをエンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量に対して設定する場合と比べて、データ総数を減らすことができ、その分、ＲＯＭなどの記憶媒体の記憶容量を削減することができ、製造コストを削減することができる。
【０２０６】
一方、実施形態は、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔおよび推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔを、負荷パラメータとしてのエンジン回転数ＮＥ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒに応じて算出した例であるが、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔおよび推定流量Ｇｉｎ＿ｖｔの算出に用いる負荷パラメータはこれに限らず、エンジン３の負荷を表すものであればよい。例えば、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄおよび目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを用いてもよく、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよび／または目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを用いてもよい。
【０２０７】
また、実施形態は、最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘを、エンジン回転数ＮＥ、カム位相Ｃａｉｎおよび圧縮比Ｃｒに応じて算出した例であるが、最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘをエンジン負荷を表す他のパラメータに応じて算出してもよい。例えば、最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘを、エンジン回転数ＮＥと、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄおよび／または目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄとに応じて算出してもよく、エンジン回転数ＮＥと、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの一方とに応じて算出してもよい。
【０２０８】
さらに、実施形態は、本発明の制御装置１を、吸気通路が大口径に構成されていることで、空気流量Ｇｉｎが小さいときすなわち低負荷のときには、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性が第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍを上回るとともに、高負荷のときには、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性が第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔを上回る内燃機関３に適用した例であるが、本発明の制御装置１はこれに限らず、第１および第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ，Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの間で、両者の信頼性の高低が逆転するような負荷域を有するエンジンにも適用可能である。例えば、低負荷域では、第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍの信頼性が第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔを上回るとともに、高負荷域で、吸気脈動が発生したり、吸気流速が高くなり過ぎたりすることによって、第１推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔの信頼性が第２推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ａｆｍを上回る内燃機関に適用しても良い。その場合には、式（４）におけるＧｃｙｌ＿ａｆｍの乗算項を（１−Ｋｇ）とし、Ｇｃｙｌ＿ｖｔの乗算項をＫｇと設定すればよい。
【０２０９】
また、実施形態は、基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓを換算係数と算出吸気量の積Ｋｇｔ・Ｇｃｙｌとして算出した例であるが、基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓを、算出吸気量Ｇｃｙｌに応じて、テーブルを検索することにより算出するように構成してもよい。その場合には、燃料噴射弁１０ごとに予め設定されたテーブルを用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図２】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】内燃機関の可変式吸気動弁機構および排気動弁機構の概略構成を示す断面図である。
【図４】可変式吸気動弁機構の可変バルブリフト機構の概略構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）リフトアクチュエータの短アームが最大リフト位置にある状態と（ｂ）最小リフト位置にある状態を示す図である。
【図６】（ａ）可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態と（ｂ）最小リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態を示す図である。
【図７】可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁のバルブリフト曲線（実線）と、最小リフト位置にあるときのバルブリフト曲線（２点鎖線）をそれぞれ示す図である。
【図８】可変カム位相機構の概略構成を模式的に示す図である。
【図９】可変カム位相機構により、カム位相が最遅角値に設定されているときの吸気弁４のバルブリフト曲線（実線）と、カム位相が最進角値に設定されているときの吸気弁４のバルブリフト曲線（２点鎖線）をそれぞれ示す図である。
【図１０】（ａ）圧縮比が低圧縮比に設定されているときの可変圧縮比機構の全体構成を模式的に示す図と、（ｂ）圧縮比が高圧縮比に設定されているときの可変圧縮比機構における制御軸および圧縮比アクチュエータ付近の構成を示す図である。
【図１１】燃料噴射コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図１２】基本推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｖｔ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１３】補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｖｔの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１４】圧縮比補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｃｒの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１５】移行係数Ｋｇの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１６】点火時期コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図１７】最大推定吸気量Ｇｃｙｌ＿ｍａｘの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１８】補正係数Ｋ＿ｇｃｙｌ＿ｍａｘの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１９】Ｃｒ＝Ｃｒｍｉｎ＆Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎｒｔ用の基本点火時期マップの一例を示す図である。
【図２０】Ｃｒ＝Ｃｒｍｉｎ＆Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄ用の基本点火時期マップの一例を示す図である。
【図２１】算出吸気量Ｇｃｙｌおよびエンジン回転数ＮＥをパラメータとして設定された基本点火時期マップの比較例を示す図である。
【図２２】燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図２３】基本燃料噴射量Ｔｃｙｌ＿ｂｓの算出処理を示すフローチャートである。
【図２４】点火時期制御処理を示すフローチャートである。
【図２５】通常点火時期制御処理を示すフローチャートである。
【図２６】可変機構制御処理を示すフローチャートである。
【図２７】エンジン始動中、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図２８】エンジン始動中、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図２９】触媒暖機制御中、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３０】触媒暖機制御中、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３１】通常運転中、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３２】通常運転中、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３３】通常運転中、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３４】可変バルブリフト機構、可変カム位相機構、可変圧縮比機構およびエアフローセンサの故障判定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２１１】
１  制御装置
２  ＥＣＵ（動作状態パラメータ検出手段、第１推定吸気量算出手段、第２推定吸気        量算出手段、負荷パラメータ検出手段、燃料量決定手段、第１故障判定手段、第        ２故障判定手段、駆動手段、吸入空気量算出手段、機関回転数検出手段、最大吸        入空気量算出手段、点火時期決定手段、故障時目標回転数設定手段）
３  内燃機関
３ａ  気筒
３ｄ  クランクシャフト
４  吸気弁
５  吸気カムシャフト
１２ａ  吸気通路
２０  クランク角センサ（負荷パラメータ検出手段、機関回転数検出手段）
２２  エアフローセンサ（空気流量検出手段）
２５  回動角センサ（動作状態パラメータ検出手段、負荷パラメータ検出手段）
２６  カム角センサ（動作状態パラメータ検出手段、負荷パラメータ検出手段）
２７  制御角センサ（動作状態パラメータ検出手段、負荷パラメータ検出手段）
５０  可変バルブリフト機構（可変吸気機構）
７０  可変カム位相機構（可変吸気機構）
８０  可変圧縮比機構（可変吸気機構）
１００  燃料噴射コントローラ（燃料量決定手段）
１０１  第１推定吸気量算出部（第１推定吸気量算出手段）
１０２  第２推定吸気量算出部（第２推定吸気量算出手段）
１２０  点火時期コントローラ（点火時期決定手段）
１２１  最大推定吸気量算出部（最大吸入空気量算出手段）
ＮＥ  機関回転数（負荷パラメータ）
ＮＥ＿ｆｓ  故障時目標回転数
Ｇｉｎ  空気の流量
Ｇｃｙｌ＿ｖｔ  第１推定吸気量
Ｇｃｙｌ＿ａｆｍ  第２推定吸気量
Ｇｃｙｌ  算出吸気量（吸入空気量）
Ｇｃｙｌ＿ｆｓ  故障時用値（所定値）
Ｇｃｙｌ＿ｍａｘ  最大推定吸気量（最大吸入空気量）
Ｋｇｃｙｌ  正規化吸気量（比）
ＴＯＵＴ  燃料噴射量（燃料量）
Ｉｇｌｏｇ  点火時期
Ｌｉｆｔｉｎ  バルブリフト（動作状態パラメータ、負荷パラメータ）
Ｃａｉｎ  カム位相（動作状態パラメータ、負荷パラメータ）
Ｃｒ  圧縮比（動作状態パラメータ、負荷パラメータ）
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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