(57)【要約】【課題】  スロットル弁と、それと協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関の吸気量制御装置及び吸気量制御方法であって、スロットル弁の目標開度を、新規な方法によって求めるようにした吸気量制御装置及び吸気量制御方法を提供する。【解決手段】  スロットル弁と、それと協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関において吸気量を制御する装置及び方法であって、アクセル開度と機関回転数とに基づいて目標吸気量ｍｃｔａを求め（ステップ１０１）、少なくとも上記目標吸気量に基づいて上記吸気量可変手段についての目標設定状態Ｃｖｔａを決定し（ステップ１０３）、上記目標吸気量ｍｃｔａと、上記目標設定状態Ｃｖｔａとから、機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式に基づいて目標スロットル開度θｔｔａを求める（ステップ１０７）、内燃機関の吸気量制御装置及び方法を提供する。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁と、該スロットル弁と協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関において吸気量を制御する装置であって、
機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式を備えていて、更に、
アクセル開度と機関回転数とに基づいて目標吸気量を求める手段と、
少なくとも上記目標吸気量に基づいて上記吸気量可変手段についての目標設定状態を決定する手段と、
上記目標吸気量と、上記目標設定状態とから、上記モデル式に基づいて上記目標吸気量を実現するスロットル開度である目標スロットル開度を求める手段とを有する、内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項２】
目標スロットル開度を求める上記手段は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める手段と、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて、上記目標スロットル開度を求める手段とを有している、請求項１に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項３】
上記モデル式として、スロットル弁下流側の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係を表す第１の式であってスロットル開度に応じて定まる第１の式と、
スロットル弁下流側の吸気管内圧力と筒内吸入空気流量との関係を表す第２の式であって少なくとも上記吸気量可変手段の設定状態と機関回転数とに応じて定まる第２の式と、を有している、請求項１に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項４】
目標吸気量を求める上記手段は、上記アクセル開度と上記機関回転数とに基づいて上記吸気量可変手段が予め定めた基準状態に設定されているとした場合における目標スロットル開度である基準目標スロットル開度を求める手段を有していて、該手段によって求められた基準目標スロットル開度によって定められた上記第１の式に基づいて求められるスロットル弁通過空気流量と、上記吸気量可変手段が上記基準状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に基づいて求められる筒内吸入空気流量とが同一のスロットル弁下流側吸気管内圧力に対して等しくなる時の上記筒内吸入空気流量を求め、該筒内吸入空気流量を目標吸気量とする、もしくは該筒内吸入空気流量を換算した値を目標吸気量とする、請求項３に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項５】
目標スロットル開度を求める上記手段は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める手段を有していて、該手段は、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量を代入することによって上記目標吸気管内圧力を求める、請求項３または４に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項６】
目標スロットル開度を求める上記手段は、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて上記目標スロットル開度を求める手段を更に有していて、該手段は、筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とを用いて、上記第１の式に基づいて上記目標スロットル開度を求める、請求項５に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項７】
上記吸気量可変手段は、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁特性を制御する開弁特性制御手段である、請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項８】
スロットル弁と、該スロットル弁と協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関において吸気量を制御する方法であって、
アクセル開度と機関回転数とに基づいて目標吸気量を求める段階と、
少なくとも上記目標吸気量に基づいて上記吸気量可変手段についての目標設定状態を決定する段階と、
上記目標吸気量と、上記目標設定状態とから、機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式に基づいて上記目標吸気量を実現するスロットル開度である目標スロットル開度を求める段階とを有する、内燃機関の吸気量制御方法。
【請求項９】
目標スロットル開度を求める上記段階は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める段階と、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて、上記目標スロットル開度を求める段階とを有している、請求項８に記載の内燃機関の吸気量制御方法。
【請求項１０】
上記モデル式として、スロットル弁下流側の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係を表す第１の式であってスロットル開度に応じて定まる第１の式と、
スロットル弁下流側の吸気管内圧力と筒内吸入空気流量との関係を表す第２の式であって少なくとも上記吸気量可変手段の設定状態と機関回転数とに応じて定まる第２の式と、が少なくとも用いられる、請求項８に記載の内燃機関の吸気量制御方法。
【請求項１１】
目標吸気量を求める上記段階は、上記アクセル開度と上記機関回転数とに基づいて上記吸気量可変手段が予め定めた基準状態に設定されているとした場合における目標スロットル開度である基準目標スロットル開度を求める段階を有していて、
目標吸気量を求める上記段階においては、上記基準目標スロットル開度によって定められた上記第１の式に基づいて求められるスロットル弁通過空気流量と、上記吸気量可変手段が上記基準状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に基づいて求められる筒内吸入空気流量とが同一のスロットル弁下流側吸気管内圧力に対して等しくなる時の上記筒内吸入空気流量が求められ、該筒内吸入空気流量が目標吸気量とされる、もしくは該筒内吸入空気流量を換算した値が目標吸気量とされる、請求項１０に記載の内燃機関の吸気量制御方法。
【請求項１２】
目標スロットル開度を求める上記段階は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める段階を有していて、該段階においては、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量を代入することによって上記目標吸気管内圧力が求められる、請求項１０または１１に記載の内燃機関の吸気量制御方法。
【請求項１３】
目標スロットル開度を求める上記段階は、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて上記目標スロットル開度を求める段階を更に有していて、該段階においては、筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とを用いて、上記第１の式に基づいて上記目標スロットル開度が求められる、請求項１２に記載の内燃機関の吸気量制御方法。
【請求項１４】
上記吸気量可変手段は、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁特性を制御する開弁特性制御手段である、請求項８から１３の何れか一項に記載の内燃機関の吸気量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気量制御装置及び吸気量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上等を目的として、スロットル弁とそれ以外の機構との協調制御によって吸気量を制御するようにした内燃機関が公知になっている。上記機構の例としては、吸気弁や排気弁の開弁特性を制御する可変動弁機構が代表的であるが、その他にも気筒数可変機構や排気量可変機構等がある。
【０００３】
そしてこのような吸気量を制御する付加的な機構は、一般に、アクセル開度等に対応して設定される吸気量（すなわち、目標吸気量）と内燃機関の運転状態とに応じて、燃費、エミッション、トルク変動等の条件が複合的に最適となる状態に設定されるのであるが、内燃機関自体は運転者のアクセル操作に対応した運転（もしくはトルク発生）を行うことが期待されるため、上記機構がどのような状態に設定されたとしても、アクセル開度に対応した上記目標吸気量を実現するようにする必要がある。すなわち、上記機構の設定状態に対応して上記目標吸気量を実現するスロットル弁の開度（すなわち、目標スロットル開度）を求め、その開度にスロットル弁の開度を調整する必要がある。
【０００４】
スロットル弁の目標開度を求める方法としては、例えば特許文献１に、アクセル開度から要求トルク、要求トルクから目標吸気量、目標吸気量から目標吸気圧、目標吸気圧からスロットル弁の目標開度、と吸気系モデルを用いて順次算出する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されているのはスロットル弁のみによって吸気量を制御する場合であり、上記のような吸気量を制御する付加的な機構を有する場合には対応していない。
【０００５】
他方、上記のような機構を有する場合にも対応し得るスロットル弁の目標開度を求める方法としては、目標吸気量と、運転状態を表す各指標を引数とした目標開度のマップを事前に作成しておき、そのマップに基づいて求める方法がある。しかしながら、実際にこのようなマップを作成するためには、多大な時間が必要となる。特に上記のような機構を備えている場合には、その設定状態を表す指標が上記の運転状態を表す指標として加わるため、マップ作成作業の工数は非常に大きなものとなる。そしてマップ作成作業の工数を低減すべく、引数や実測点を減少させた場合には、得られる目標開度の精度が低下することが懸念される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３０９９９３
【特許文献２】特開２００１−４１０９５
【特許文献３】特開２００２−１８０８９２
【特許文献４】特開２００２−３０９９９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、スロットル弁とそれと協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関の吸気量制御装置及び吸気量制御方法であって、吸気量可変手段の設定状態に応じたスロットル弁の目標開度を、上記のような問題のない新規な方法によって求めるようにした吸気量制御装置及び吸気量制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の吸気量制御装置または吸気量制御方法を提供する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、スロットル弁と、該スロットル弁と協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関において吸気量を制御する装置であって、機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式を備えていて、更に、アクセル開度と機関回転数とに基づいて目標吸気量を求める手段と、少なくとも上記目標吸気量に基づいて上記吸気量可変手段についての目標設定状態を決定する手段と、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とから、上記モデル式に基づいて上記目標吸気量を実現するスロットル開度である目標スロットル開度を求める手段とを有する、内燃機関の吸気量制御装置を提供する。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、スロットル弁と、該スロットル弁と協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関において、吸気量を制御する際の上記目標スロットル開度が、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とから、機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式に基づいて求められる。これにより、従来に比べ、上記目標スロットル開度を求めるのに必要なマップを作成するための工数を削減することができ、また、上記目標スロットル開度を比較的精度良く求めることができる。
【００１１】
なお、本明細書でいう吸気量とは、内燃機関の稼動中の全気筒の燃焼室内に吸入される空気の量のことである。そのため、例えば、気筒の一部を休止させることによっても上記吸気量を変化させることができる。また、上記吸気量は、例えば、筒内充填空気量、筒内吸入空気流量、筒内空気充填率等で表すことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、目標スロットル開度を求める上記手段は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める手段と、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて、上記目標スロットル開度を求める手段とを有している。
請求項２に記載の発明によっても請求項１に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では請求項１に記載の発明において、上記モデル式として、スロットル弁下流側の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係を表す第１の式であってスロットル開度に応じて定まる第１の式と、スロットル弁下流側の吸気管内圧力と筒内吸入空気流量との関係を表す第２の式であって少なくとも上記吸気量可変手段の設定状態と機関回転数とに応じて定まる第２の式と、を有している。
請求項３に記載の発明によっても請求項１に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では請求項３に記載の発明において、目標吸気量を求める上記手段は、上記アクセル開度と上記機関回転数とに基づいて上記吸気量可変手段が予め定めた基準状態に設定されているとした場合における目標スロットル開度である基準目標スロットル開度を求める手段を有していて、該手段によって求められた基準目標スロットル開度によって定められた上記第１の式に基づいて求められるスロットル弁通過空気流量と、上記吸気量可変手段が上記基準状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に基づいて求められる筒内吸入空気流量とが同一のスロットル弁下流側吸気管内圧力に対して等しくなる時の上記筒内吸入空気流量を求め、該筒内吸入空気流量を目標吸気量とする、もしくは該筒内吸入空気流量を換算した値を目標吸気量とする。
請求項４に記載の発明によれば、運転者の意図に則した目標吸気量を設定することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では請求項３または４に記載の発明において、目標スロットル開度を求める上記手段は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める手段を有していて、該手段は、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量を代入することによって上記目標吸気管内圧力を求める。
請求項５に記載の発明によれば、上記目標スロットル開度を求める過程において、比較的簡単な計算により上記目標吸気管内圧力を求めることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では請求項５に記載の発明において、目標スロットル開度を求める上記手段は、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて上記目標スロットル開度を求める手段を更に有していて、該手段は、筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とを用いて、上記第１の式に基づいて上記目標スロットル開度を求める。
請求項６に記載の発明によっても請求項１に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、上記吸気量可変手段は、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁特性を制御する開弁特性制御手段である。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、スロットル弁と、上記開弁特性制御手段とを備えた内燃機関において吸気量を制御する際の上記目標スロットル開度が、上記目標吸気量と、上記目標設定状態（より詳細には、目標開弁特性）とから、機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式に基づいて求められる。これにより、従来に比べ、上記目標スロットル開度を求めるのに必要なマップを作成するための工数を削減することができ、また、上記目標スロットル開度を比較的精度良く求めることができる。なお、本明細書において開弁特性とは、バルブリフト量、作用角、弁の開閉タイミングのうちの一つ、もしくは複数のものを意味する。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、スロットル弁と、該スロットル弁と協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関において吸気量を制御する方法であって、アクセル開度と機関回転数とに基づいて目標吸気量を求める段階と、少なくとも上記目標吸気量に基づいて上記吸気量可変手段についての目標設定状態を決定する段階と、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とから、機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式に基づいて上記目標吸気量を実現するスロットル開度である目標スロットル開度を求める段階とを有する、内燃機関の吸気量制御方法を提供する。
請求項８に記載の発明によっても請求項１に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明では請求項８に記載の発明において、目標スロットル開度を求める上記段階は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める段階と、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて、上記目標スロットル開度を求める段階とを有している。
請求項９に記載の発明によっても請求項１に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明では請求項８に記載の発明において、上記モデル式として、スロットル弁下流側の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係を表す第１の式であってスロットル開度に応じて定まる第１の式と、スロットル弁下流側の吸気管内圧力と筒内吸入空気流量との関係を表す第２の式であって少なくとも上記吸気量可変手段の設定状態と機関回転数とに応じて定まる第２の式と、が少なくとも用いられる。
請求項１０に記載の発明によっても請求項１に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００２２】
請求項１１に記載の発明では請求項１０に記載の発明において、目標吸気量を求める上記段階は、上記アクセル開度と上記機関回転数とに基づいて上記吸気量可変手段が予め定めた基準状態に設定されているとした場合における目標スロットル開度である基準目標スロットル開度を求める段階を有していて、目標吸気量を求める上記段階においては、上記基準目標スロットル開度によって定められた上記第１の式に基づいて求められるスロットル弁通過空気流量と、上記吸気量可変手段が上記基準状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に基づいて求められる筒内吸入空気流量とが同一のスロットル弁下流側吸気管内圧力に対して等しくなる時の上記筒内吸入空気流量が求められ、該筒内吸入空気流量が目標吸気量とされる、もしくは該筒内吸入空気流量を換算した値が目標吸気量とされる。
請求項１１に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明と同様、運転者の意図に則した目標吸気量を設定することができる。
【００２３】
請求項１２に記載の発明では請求項１０または１１に記載の発明において、目標スロットル開度を求める上記段階は、上記目標吸気量と、上記目標設定状態とに基づいて、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されている場合に上記目標吸気量を実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力である目標吸気管内圧力を求める段階を有していて、該段階においては、上記吸気量可変手段が上記目標設定状態に設定されているとして少なくとも機関回転数によって定められた上記第２の式に筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量を代入することによって上記目標吸気管内圧力が求められる。
請求項１２に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明と同様、上記目標スロットル開度を求める過程において、比較的簡単な計算により上記目標吸気管内圧力を求めることができる。
【００２４】
請求項１３に記載の発明では請求項１２に記載の発明において、目標スロットル開度を求める上記段階は、上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とに基づいて上記目標スロットル開度を求める段階を更に有していて、該段階においては、筒内吸入空気流量で表された上記目標吸気量と、上記目標吸気管内圧力とを用いて、上記第１の式に基づいて上記目標スロットル開度が求められる。
請求項１３に記載の発明によっても請求項１に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００２５】
請求項１４に記載の発明では請求項８から１３の何れか一項に記載の発明において、上記吸気量可変手段は、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁特性を制御する開弁特性制御手段である。
請求項１４に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
各請求項に記載の発明によれば、スロットル弁と、該スロットル弁と協働する吸気量可変手段とを備えた内燃機関において吸気量を制御する際の目標スロットル開度が、目標吸気量と、上記吸気量可変手段の目標設定状態とから、機関吸気系をモデル化して該機関吸気系を通過する空気について表したモデル式に基づいて求められる。これにより、従来に比べ、上記目標スロットル開度を求めるのに必要なマップを作成するための工数を削減することができ、また、上記目標スロットル開度を比較的精度良く求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
【００２８】
図１は本発明を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用してもよい。
図１において、１は内燃機関本体、２は吸気弁、３は吸気ポート、４は排気弁、５は排気ポート、６はシリンダ（気筒）７内に形成された燃焼室をそれぞれ示す。各気筒の吸気ポート３は下流側の吸気管８を介してサージタンク９に連結され、サージタンク９は上流側の吸気管１０を介してエアクリーナ１１へ連結される。上記吸気管１０内にはスロットル弁１２が配置される。一方、各気筒の排気ポート５は排気管１３に連結される。
【００２９】
また、１４はバルブリフト量を変更するためのバルブリフト量変更装置を示している。つまり、本実施形態ではバルブリフト量変更装置１４を作動させることにより、吸気弁２のバルブリフト量を制御することができる。
バルブリフト量変更装置１４を作動させることによって吸気弁２のバルブリフト量が変更されると、それに伴って吸気弁２の開口面積が変更されることになる。本実施形態の吸気弁２では、バルブリフト量が増加されるに従って吸気弁２の開口面積が増加する。また後述するように本実施形態ではバルブリフト量変更装置１４によって吸気弁２のバルブリフト量が変更されると、それに伴って吸気弁２の作用角も変更される。
【００３０】
一方、１５は吸気弁２のバルブリフト量及び作用角を変更することなく開閉タイミングをシフトさせるための開閉タイミングシフト装置を示している。つまり、開閉タイミングシフト装置１５を作動することにより、吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせたり、遅角側にシフトさせたりすることができ、これによってバルブオーバーラップ量の調整等を行うことができる。
【００３１】
１６は燃料噴射弁、１７は点火栓、１８は吸気弁２のバルブリフト量及び作用角、並びに開閉タイミングシフト量を検出するための開弁特性センサ、１９は機関回転数を検出するための機関回転数センサである。２０は内燃機関の周囲の大気の圧力を検出するための大気圧センサ、２１は内燃機関冷却水の温度を検出するための冷却水温センサ、２２は内燃機関の周囲の大気の温度を検出するための大気温センサである。２３はスロットル弁１２の開度を検出するためのスロットル開度センサ、２４はエアフローメータ、２５はスロットル弁１２よりも下流側の吸気管内の圧力を検出するための吸気管内圧力センサである。２６はアクセルペダル２７に接続された負荷センサであり、アクセルペダル２７の踏込み量（以下、「アクセル踏込み量」と称す）に比例した出力を発生する。２８はＥＣＵ（電子制御装置）であり、図１に示されているように上述の各センサの出力はここへ入力される。
【００３２】
本実施形態において、燃料噴射弁１６はＥＣＵ２８に接続されており、ＥＣＵ２８からの信号によって噴射される燃料量や噴射時期を制御することができる。同様に、点火栓１７もＥＣＵ２８に接続されており、ＥＣＵ２８からの信号によって点火時期を制御することができる。また、スロットル弁１２の開度はアクセル踏込み量とは無関係に変更することができ、スロットル開度を調整することでスロットル弁下流側の吸気管内の圧力を制御することができる。
【００３３】
図２は、バルブリフト量変更装置１４が作動されるのに伴って吸気弁２のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。図２に示すように、バルブリフト量変更装置１４によって吸気弁２のバルブリフト量が連続的に変更せしめられる。また、上述したように本実施形態においては、バルブリフト量の変化に伴って、吸気弁２の開弁期間に対応する作用角についても変化する。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２の作用角が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。したがって、本実施形態において、バルブリフト量変更装置１４はリフト量制御手段と作用角制御手段の両方を構成する。
【００３４】
また、本実施形態では、バルブリフト量変更装置１４が作動されるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングも変更せしめられる。より詳細には、図２に示されているように、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングが遅角せしめられる。
【００３５】
図３は、開閉タイミングシフト装置１５が作動されるのに伴って吸気弁２の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。図３に示すように、開閉タイミングシフト装置１５によって吸気弁２の開閉タイミングが連続的に変更せしめられる。この時、吸気弁２の作用角は変更されない。
【００３６】
本実施形態では、各気筒の燃焼室６内に吸入される空気量を、吸気弁２の開弁特性（リフト量、作用角、バルブタイミング）とスロットル弁１２の開度（より詳細には、スロットル弁下流側の吸気管内圧力）とを協調制御することによって制御することができる。つまり、内燃機関の吸気量を、吸気弁２の開弁特性とスロットル弁１２の開度とを協調制御することによって制御することができる。また、他の実施形態では、これらに加え、アイドルスピードコントロールバルブ（図示なし）の開度を制御することによって吸気量を制御するようにしてもよい。
【００３７】
ところで、近年、内燃機関の吸気系を流体力学等に基づいてモデル化し、そのモデルを用いて算出した制御パラメータに基づいて内燃機関の制御を行うことが検討されている。すなわち、例えば、内燃機関の吸気系について、スロットルモデル、吸気管モデル、吸気弁モデル等を構築して吸気系を通過する空気について表したモデル式を求め、これら各モデル式を用いることにより各種の制御に必要なパラメータを算出して、これらに基づいて内燃機関の制御を行うようにする。
【００３８】
そして、本実施形態においても、図１に示したような構成において、その吸気系がスロットルモデル、吸気管モデル、吸気弁モデルの各モデルにモデル化され、以下で説明するような各モデル式が具備されている。以下、上記の各モデル及びそのモデル式について説明する。
【００３９】
まずスロットルモデルについて説明する。スロットルモデルはスロットル弁をモデル化したものであり、これによるとスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）が下記数１によって表される。ここで、Ｐａｃ（ｋＰａ）はスロットル弁１２の上流側の吸気管内圧力（以下、「上流側吸気管内圧力」と称す）であり、少なくともエアクリーナ１１の圧力損失を考慮して求められた値である。また、Ｔａ（Ｋ）は大気温度、Ｐｍ（ｋＰａ）はスロットル弁より下流側の吸気管内圧力（以下、「下流側吸気管内圧力」と称す）、Ｒは気体定数である。更に、μはスロットル弁における流量係数で、スロットル開度θｔの関数であり、図４に示したようなマップから定まる。また、Ａｔ（ｍ2）はスロットル弁の開口断面積（以下、「スロットル開口面積」と称す）を示し、スロットル開度θｔの関数である。なお、これら流量係数μ及びスロットル開口面積Ａｔをまとめたμ・Ａｔをスロットル開度θｔだけを変数とする関数Ｆ（θｔ）とすると、数１は数２のように書き換えることができる。そしてこの関数Ｆ（θｔ）の値を実験またはシミュレーション等によって求めてθｔを引数とするマップを事前に作成しておけば、そのマップに基づいてスロットル開度θｔからＦ（θｔ）の値を求めることができる。
【００４０】
【数１】
2005069141.tif 000003
【００４１】
【数２】
2005069141.tif 000004
【００４２】
Φ（Ｐｍ／Ｐａｃ）は下記数３に示した関数であり、この数３におけるκは比熱比（κ＝Ｃｐ（等圧比熱）／Ｃｖ（等容比熱）であり、一定値とする）である。この関数Φ（Ｐｍ／Ｐａｃ）は図５に示したようなグラフに表すことができるので、このようなグラフをマップとしてＥＣＵ２８に保存し、実際には数３を用いて計算するのではなくマップからΦ（Ｐｍ／Ｐａｃ）の値を求めるようにしてもよい。
【００４３】
【数３】
2005069141.tif 000005
【００４４】
これらスロットルモデルのモデル式である数１から数３は、スロットル弁１２上流の気体の圧力を上流側吸気管内圧力Ｐａｃ、スロットル弁１２上流の気体の温度を大気温度Ｔａ、スロットル弁１２を通過する気体の圧力を下流側吸気管内圧力Ｐｍとして、図６に示したようなスロットル弁１２のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則及び運動量保存則を適用し、更に気体の状態方程式、比熱比の定義式、及びマイヤーの関係式を利用することによって得られる。
【００４５】
なお、ここでスロットル弁１２上流の気体の圧力として大気圧Ｐａではなく、上記上流側吸気管内圧力Ｐａｃを用いたのは、実際のスロットル弁１２上流側の圧力は、機関吸気系におけるスロットル弁上流側の圧力損失があるために、通常、機関運転中においては大気圧Ｐａより低い圧力となっているからである。そして特に図１に示した構成においては、機関吸気系の最上流部にエアクリーナ１１が設けられているので、より正確にスロットル弁通過空気流量ｍｔを算出するためには、少なくともエアクリーナ１１の圧力損失を考慮して求めた上記上流側吸気管内圧力Ｐａｃを用いることがより好ましいと考えられる。
【００４６】
ところで、上記上流側吸気管内圧力Ｐａｃは、スロットル弁１２の直上流に圧力センサを設けて検出するようにしてもよいが、圧力センサを使用しないで算出することも可能である。すなわち、大気圧Ｐａと上流側吸気管内圧力Ｐａｃとの差は、ベルヌーイの定理により、下記数４のように表すことができる。
【００４７】
【数４】
2005069141.tif 000006
【００４８】
ここで、ρは大気密度であり、ｖはエアクリーナ１１を通過する空気の流速であり、Ｇａはエアクリーナ１１を通過する空気の流量であり、ｋはｖとＧａの比例係数である。標準大気密度ρ０と、標準大気密度ρ０を現在の大気密度ρへ変換するための圧力補正係数ｅｋｐａ及び温度補正係数ｅｋｔｈａとを使用すれば、数４は下記数５のように書き換えることができる。更に、数５は、流量Ｇａだけを変数とする関数ｆ（Ｇａ）を使用して下記数６のように書き換えることができる。そして、この関数ｆ（Ｇａ）の値を実験またはシミュレーション等によって求めてＧａを引数とするマップを事前に作成しておけば、そのマップに基づいて流量Ｇａからｆ（Ｇａ）の値を求めることができる。
【００４９】
【数５】
2005069141.tif 000007
【００５０】
【数６】
2005069141.tif 000008
【００５１】
数６は、上記上流側吸気管内圧力Ｐａｃを表す下記数７のように変形することができる。数７において、流量Ｇａは、エアクリーナ１１の下流側のエアフローメータ２４により検出することができる。そして、その流量Ｇａを用いて上述したｆ（Ｇａ）のマップからｆ（Ｇａ）の値を求めることができる。また、圧力補正係数ｅｋｐａは、検出される大気圧Ｐａにより設定可能であり、温度補正係数ｅｋｔｈａは、検出される大気温度Ｔａにより設定可能である。
【００５２】
【数７】
2005069141.tif 000009
【００５３】
また、数７において、エアクリーナ１１を通過する空気の流量Ｇａは、スロットル弁通過空気流量ｍｔと考えることができ、数７は下記数８のように変形することができる。
【００５４】
【数８】
2005069141.tif 000010
【００５５】
更に、上記流量Ｇａは機関回転数ＮＥ及び後述する筒内空気充填率Ｋｌに比例することから、ｊを比例係数とすると上記数７は下記数９のように変形することもできる。
【００５６】
【数９】
2005069141.tif 000011
【００５７】
次に吸気管モデルについて説明する。吸気管モデルは、スロットル弁１２から吸気弁２までの吸気管８等の部分（以下、「吸気管部分」と称す）８´をモデル化したものであり、これによると下流側吸気管内圧力Ｐｍ（ｋＰａ）及び下流側吸気管内温度Ｔｍ（Ｋ）について下記数１０及び数１１のようなモデル式が得られる。ここで、ｍｃ（ｇ／ｓ）は筒内吸入空気流量であり、Ｖｍ（ｍ3）は上記吸気管部分８´の容積に等しい定数である。
【００５８】
【数１０】
2005069141.tif 000012
【００５９】
【数１１】
2005069141.tif 000013
【００６０】
ここで、吸気管モデルについて図７を参照して説明する。吸気管部分８´の総気体量をＭとすると、総気体量Ｍの時間的変化は、吸気管部分８´に流入する気体の流量、すなわちスロットル弁通過空気流量ｍｔと、吸気管部分８´から流出する気体の流量、すなわち筒内吸入空気流量ｍｃとの差に等しいため、質量保存則により下記数１２が得られ、この数１２及び気体の状態方程式（Ｐｍ・Ｖｍ＝Ｍ・Ｒ・Ｔｍ）より、数１０が得られる。
【００６１】
【数１２】
2005069141.tif 000014
【００６２】
また、吸気管部分８´の気体のエネルギＭ・Ｃｖ・Ｔｍの時間的変化量は、吸気管部分８´に流入する気体のエネルギと吸気管部分８´から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分８´に流入する気体の温度を大気温度Ｔａ、吸気管部分８´から流出する気体の温度を下流側吸気管内温度Ｔｍとすると、エネルギ保存則により下記数１３が得られ、この数１３及び上記気体の状態方程式より、数１１が得られる。
【００６３】
【数１３】
2005069141.tif 000015
【００６４】
最後に吸気弁モデルについて説明する。吸気弁モデルは吸気弁をモデル化したものであり、これによると筒内吸入空気流量ｍｃが下記数１４のようなモデル式で表される。数１４におけるＡ、Ｂは、少なくとも機関回転数ＮＥに基づいて定められる適合パラメータであり、予めマップを作成しておき、必要に応じてマップを検索して求めるようにする。なお、本実施形態においては、上述したように吸気弁２に対してバルブリフト量変更装置１４及び開閉タイミングシフト装置１５が設けられており、吸気弁２のバルブリフト量及び開閉タイミング等の開弁特性を変更できるので、上記適合パラメータＡ、Ｂは、吸気弁２の開弁特性の設定状態にも基づいて定められる。
【００６５】
【数１４】
2005069141.tif 000016
【００６６】
上述した吸気弁モデルについて図８を参照して説明する。一般に、吸気弁２が閉じた時に燃焼室６内に充填されている空気の量である筒内充填空気量Ｍｃは、吸気弁２が閉弁する時（吸気弁閉弁時）に確定し、吸気弁閉弁時の燃焼室６内の圧力に比例する。また、吸気弁閉弁時の燃焼室６内の圧力は吸気弁上流の気体の圧力、すなわち下流側吸気管内圧力Ｐｍと等しいとみなすことができる。したがって、筒内充填空気量Ｍｃは、下流側吸気管内圧力Ｐｍに比例すると近似することができる。
【００６７】
ここで、単位時間当たりに吸気管部分８´から流出する全空気の量を平均化したもの、または単位時間当たりに吸気管部分８´から全ての燃焼室６に吸入される空気の量を一つの気筒の吸気行程に亘って平均化したものを筒内吸入空気流量ｍｃ（以下で詳述する）とすると、筒内充填空気量Ｍｃが下流側吸気管内圧力Ｐｍに比例することから、筒内吸入空気流量ｍｃも下流側吸気管内圧力Ｐｍに比例すると考えられる。このことから、理論及び経験則に基づいて、上記数１４が得られる。なお、数１４における適合パラメータＡは比例係数であり、適合パラメータＢは排気弁閉弁時において燃焼室６内に残存している既燃ガス量に関連する値である。
【００６８】
なお、適合パラメータＡ、Ｂについて、機関回転数等が同じであっても下流側吸気管内圧力Ｐｍが大きい場合と小さい場合とでそれぞれ異なる二つの値（例えば、Ａ１、Ｂ１及びＡ２、Ｂ２）をとるようにすることによって、すなわち、筒内吸入空気流量ｍｃを二つの上記数１４のような式（つまり、下流側吸気管内圧力Ｐｍの一次式）で示すようにすることによって、筒内吸入空気流量ｍｃをより正確に求めることが可能な場合があることがわかっている。これは、特に吸気弁２と排気弁４とが共に開いている期間（すなわち、バルブオーバーラップ）がある場合等において既燃ガスが吸気ポート３に逆流することに関連するものと考えられる。すなわち、バルブオーバーラップがある場合において、下流側吸気管内圧力Ｐｍが所定圧力以上である時には、下流側吸気管内圧力Ｐｍが高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、上記所定圧力以下である時に比較して、Ａの値は大きくされると共にＢの値は小さくされる。
【００６９】
ここで、筒内吸入空気流量ｍｃについて、図９を参照して内燃機関が４気筒である場合について説明する。なお、図９は横軸がクランクシャフトの回転角度、縦軸が単位時間当たりに吸気管部分８´から燃焼室６に実際に流入する空気の量である。図９に示したように、４気筒の内燃機関では、吸気弁２が例えば１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に開弁し、各気筒に対応する吸気弁２の開弁量に応じて吸気管部分８´から各気筒の燃焼室６内へ空気が流入する。吸気管部分８´から各気筒の燃焼室６内に流入する空気の流量の変位は図９に破線で示した通りであり、これらを総合した吸気管部分８´から全気筒の燃焼室６に流入する空気の流量は図９に実線で示した通りである。また、例えば１番気筒への筒内充填空気量Ｍｃは図９に斜線で示した部分に相当する。
【００７０】
これに対して、実線で示した吸気管部分８´から全ての気筒の燃焼室６に流入する空気の量を平均化したものが筒内吸入空気流量ｍｃであり、図中に一点鎖線で示されている。そして、この一点鎖線で示した筒内吸入空気流量ｍｃに、４気筒の場合にはクランクシャフトが１８０°（すなわち、４ストローク式内燃機関において１サイクル中にクランクシャフトが回転する角度７２０°を気筒数で割った角度）回転するのにかかる時間ΔＴ180°を乗算したものが筒内充填空気量Ｍｃとなる。したがって、吸気弁モデルＭ２３で算出された筒内吸入空気流量ｍｃにΔＴ180°を乗算することで、筒内充填空気量Ｍｃを算出することができる（Ｍｃ＝ｍｃ・ΔＴ180°）。更に、この筒内充填空気量Ｍｃを、１気圧、２５℃の状態において一気筒当たりの排気量に相当する容積を占める空気の質量で除算することによって筒内空気充填率Ｋｌを算出することができる。このように筒内充填空気量Ｍｃ、筒内吸入空気流量ｍｃ、筒内空気充填率Ｋｌは互いに比例関係にあり、何れか一つの値を求めれば他の値を求めることができる。すなわち、これらの値は相互に換算することが可能である。
【００７１】
なお、本明細書において、内燃機関の吸気量とは、内燃機関の（稼動中の）全気筒の燃焼室内に吸入される空気の量のことであり、これは上記の筒内充填空気量Ｍｃ、筒内吸入空気流量ｍｃ、筒内空気充填率Ｋｌの何れを用いても表現することができる。
【００７２】
ところで、本実施形態においては、上述したように、バルブリフト量変更装置１４や開閉タイミングシフト装置１５によって吸気弁２の開弁特性（リフト量、作用角、バルブタイミング）を制御することができ、スロットル弁１２によって下流側吸気管内圧力を制御することができる。そして、この開弁特性とスロットル弁１２の開度（より詳細には、スロットル弁下流側の吸気管内圧力）とを協調制御することによって吸気量が制御される。すなわち、スロットル弁と、開弁特性制御手段であるバルブリフト量変更装置１４及び開閉タイミングシフト装置１５とが協働して吸気量を制御する。そして、本実施形態ではこのような吸気量制御の際に、上述した各モデル式を利用した制御がなされる。以下ではその具体的な方法について図１０のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００７３】
図１０は、本実施形態における吸気量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ２８により予め定めた時間、すなわち制御周期Ｔｓ毎の割込みによって実施される。
【００７４】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において、制御周期Ｔｓに相当する時間経過後に実現すべき目標吸気量ｍｃｔａが求められる。なお、上述したように吸気量は、上記の筒内充填空気量Ｍｃ、筒内吸入空気流量ｍｃ、筒内空気充填率Ｋｌの何れを用いても表現することができるが、以下の説明では筒内吸入空気流量ｍｃを用いて表現する。したがって、上記目標吸気量ｍｃｔａは、より詳細には、制御周期Ｔｓに相当する時間経過後に実現すべき筒内吸入空気流量ｍｃのことである。
【００７５】
この目標吸気量ｍｃｔａは、内燃機関の運転状態、より詳細には機関回転数ＮＥ及びアクセル踏込み量Ｌに要求トルクＴＱｒを対応させたマップと、要求トルクＴＱｒに目標吸気量ｍｃｔａを対応させたマップとを事前に作成しておき、これらのマップに基づいて求めるようにしてもよいが、本実施形態においては以下のようにして求められる。
【００７６】
すなわち、本実施形態においては、機関回転数ＮＥとアクセル踏込み量Ｌとから、開弁特性が予め定めた基準状態に設定されているとした場合のスロットル開度（すなわち、基準目標スロットル開度）θｔｂを求めるマップが事前に作成され、ＥＣＵ２８に記憶されている。ここで上記基準状態は、例えば、バルブリフト量変更装置１４や開閉タイミングシフト装置１５を有していない通常エンジンにおける標準的なバルブリフト量及び作用角、並びに開閉タイミングとされ得る。
【００７７】
そして、まず上記基準目標スロットル開度θｔｂを求めるマップに基づいて、機関回転数ＮＥとアクセル踏込み量Ｌとから基準目標スロットル開度θｔｂが求められる。そして、この基準目標スロットル開度θｔｂにより、上述したスロットルモデルのモデル式（数２）が定められる（下記数１５）。
【００７８】
【数１５】
2005069141.tif 000017
【００７９】
一方、開弁特性が予め定めた基準状態に設定されているとすると、機関回転数ＮＥ等から上述した吸気弁モデルのモデル式（数１４）の適合パラメータＡ、Ｂが定められ、そのモデル式が定められる。適合パラメータＡ、ＢがＡｂ、Ｂｂに定められたとすると下記数１６のようになる。
【００８０】
【数１６】
2005069141.tif 000018
【００８１】
そして吸気量が目標吸気量になる状態は、すなわち収束状態であり、その時スロットル弁通過空気流量ｍｔと筒内吸入空気流量ｍｃは等しくなる。したがって、上記のように定められたスロットルモデルのモデル式（数１５）から得られるスロットル弁通過空気流量ｍｔｂと、上記のように定められた吸気弁モデルのモデル式（数１６）から得られる筒内吸入空気流量ｍｃｂとが、同一の下流側吸気管内圧力Ｐｍに対して等しくなる時の上記筒内吸入空気流量ｍｃｂを求めれば、それが目標吸気量ｍｃｔａということになる。
【００８２】
そして、以上のようにして上記目標吸気量ｍｃｔａを求めることは、図１１に例示したように、上記のように定められたスロットルモデルのモデル式（数１５）によって表される曲線ｍｔｂと上記のように定められた吸気弁モデルのモデル式（数１６）によって表される直線ｍｃｂとの交点ＥＰｂを求め、その縦軸の座標を求めることと同義である。ここで、上記交点ＥＰｂを求める場合、曲線ｍｔｂを表す式（数１５）をそのまま用いて上記交点ＥＰｂを求めようとすると計算が非常に複雑になる。そこで、計算を簡単にするために、上記曲線ｍｔｂを表す式（数１５）を複数の下流側吸気管内圧力Ｐｍの一次式で近似するようにしてもよい。すなわち、上記曲線ｍｔｂを複数の直線で近似するようにする。具体的には、例えば下流側吸気管内圧力Ｐｍの一定間隔毎に上記曲線ｍｔｂを表す式（数１５）に基づいてスロットル弁通過空気流量ｍｔｂを算出して下流側吸気管内圧力Ｐｍの一定間隔毎の上記曲線ｍｔｂ上の点を求め、これらの隣り合う２点を結ぶ各直線を上記曲線ｍｔｂの近似直線として求めるようにする。そして、これらの各近似直線を表す一次式が上記曲線ｍｔｂを表す式（数１５）の近似一次式となる。
【００８３】
ところで、上記曲線ｍｔｂを表す式の一次式への近似は、上記交点ＥＰｂを容易に求めるためであるので、ここで必要となるのは上記交点ＥＰｂの近傍における近似一次式である。したがって、この近似一次式のみを求めるようにしてもよい。この場合、下流側吸気管内圧力Ｐｍの一定間隔毎に上記直線ｍｃｂを表す式（数１６）に基づいて筒内吸入空気流量ｍｃｂも求めておき、スロットル弁通過空気流量ｍｔｂと筒内吸入空気流量ｍｃｂとの大きさが逆転するところを求めることで上記交点ＥＰｂの位置が特定できる。
【００８４】
すなわち、上記交点ＥＰｂ近傍（すなわち、スロットル弁通過空気流量ｍｔｂと筒内吸入空気流量ｍｃｂとの大きさが逆転する部分）における近似一次式は、例えば曲線ｍｔｂ上の２点であってスロットル弁通過空気流量ｍｔｂと筒内吸入空気流量ｍｃｂとの大きさが逆転する前後の２点を結んだ直線を表す一次式とされる。
【００８５】
なお、以上の説明から理解されると思われるが、上記基準状態をバルブリフト量変更装置１４や開閉タイミングシフト装置１５を有していない通常エンジンにおける標準的なバルブリフト量及び作用角、開閉タイミングとして上記の方法により目標吸気量ｍｃｔａを求めると、通常エンジンの場合において運転者があるアクセル踏込み量Ｌｃで意図する吸気量と同じ吸気量を、本実施形態における同じアクセル踏込み量Ｌｃに対する目標吸気量ｍｃｔａとして求めることができる。
【００８６】
ステップ１０１で目標吸気量ｍｃｔａが求められると、続くステップ１０３において、吸気弁２の目標開弁特性Ｃｖｔａ、すなわち、目標リフト量Ｌｔｔａ及び目標作用角Ｓａｔａ、並びに目標開閉タイミングシフト量（すなわち、基準となる開閉タイミングからの遅角または進角量であって開閉タイミングシフト装置による変位角）Ｖｔｔａが決定される。なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態においてはリフト量Ｌｔと作用角Ｓａには一定の関係があり、作用角Ｓａが決まればリフト量Ｌｔも決まるので、目標リフト量Ｌｔｔａ及び目標作用角Ｓａｔａを決定する場合、実際には目標作用角Ｓａｔａがマップを用いて決定される。
【００８７】
より詳細には、ステップ１０３においては、上記目標作用角Ｓａｔａ及び目標開閉タイミングシフト量Ｖｔｔａが、機関回転数ＮＥ、目標吸気量ｍｃｔａ等に対して、燃費、エミッション、トルク変動等の条件が複合的に最適となる作用角Ｓａ及び開閉タイミングシフト量Ｖｔが得られるように作成されたマップに基づいて決定される。このようなマップは事前に実験等によって求められ、ＥＣＵ２８に記憶させておく。
【００８８】
ステップ１０３において目標開弁特性Ｃｖｔａが決定されると、続くステップ１０５において、目標吸気管内圧力Ｐｍｔａが求められる。この目標吸気管内圧力Ｐｍｔａは吸気弁２の開弁特性Ｃｖが上記目標開弁特性Ｃｖｔａに設定されている場合に上記目標吸気量ｍｃｔａを実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力Ｐｍである。
【００８９】
そして、本実施形態において、この目標吸気管内圧力Ｐｍｔａは、上述した吸気弁モデルのモデル式（数１４）を用いて以下のように求められる。すなわち、まず開弁特性Ｃｖが上記目標開弁特性Ｃｖｔａに設定されているとして、機関回転数ＮＥ等から上述した吸気弁モデルのモデル式（数１４）の適合パラメータＡ、Ｂを定め、そのモデル式を定める。つまり、適合パラメータＡ、ＢがＡｆ、Ｂｆに定められたとすると下記数１７のようになる。
【００９０】
【数１７】
2005069141.tif 000019
【００９１】
そして、上記目標吸気管内圧力Ｐｍｔａは、この数１７において目標吸気量ｍｃｔａを実現する下流側吸気管内圧力Ｐｍであるので、数１７に基づいて下記数１８のように表すことができる。
【００９２】
【数１８】
2005069141.tif 000020
【００９３】
上記開弁特性Ｃｖが上記目標開弁特性Ｃｖｔａに設定されている場合の吸気弁モデルのモデル式（数１７）で表される直線ｍｃｆと上記目標吸気管内圧力Ｐｍｔａとを図示すると、例えば図１２のようになる。
【００９４】
ステップ１０５において目標吸気管内圧力Ｐｍｔａが求められると、続くステップ１０７において、目標スロットル開度θｔｔａが求められる。この目標スロットル開度θｔｔａは下流側吸気管内圧力Ｐｍを上記目標吸気管内圧力Ｐｍｔａとするスロットル開度θｔである。本実施形態において、この目標スロットル開度θｔｔａは、上述したスロットルモデルのモデル式（数２）を用いて以下のようにして求められる。
【００９５】
すなわち、スロットル開度θｔを目標スロットル開度θｔｔａとした場合には、下流側吸気管内圧力Ｐｍが上記目標吸気管内圧力Ｐｍｔａに収束すると共に、スロットル弁通過空気流量ｍｔが目標吸気量ｍｃｔａに収束するはずであるので、下記数１９が成立する。
【００９６】
【数１９】
2005069141.tif 000021
【００９７】
そして、数１９は、下記数２０のように変形することができる。
【００９８】
【数２０】
2005069141.tif 000022
【００９９】
そしてここで、数２０の左辺はスロットル開度θｔのみの関数であるので、数２０の右辺の値を計算することで、数２０に基づいて目標スロットル開度θｔｔａを求めることができる。すなわち、例えば、上述したスロットル開度θｔからＦ（θｔ）の値を求めるマップを逆に用いることで、算出された数２０の右辺の値を用いて目標スロットル開度θｔｔａを求めることができる。
【０１００】
なお、上記数２０は、上記数８及び数１８を用いると、下記数２１のように書き換えることができる。
【０１０１】
【数２１】
2005069141.tif 000023
【０１０２】
また、上記のようにして求められた目標スロットル開度θｔｔａを上記数２に代入すると下記数２２が得られる。そしてこの数２２で表されるスロットル通過空気流量ｍｔｆの曲線を図示すると図１３のように点ＥＰｆ（Ｐｍｔａ，ｍｃｔａ）を通る曲線となる。
【０１０３】
【数２２】
2005069141.tif 000024
【０１０４】
ステップ１０７において目標スロットル開度θｔｔａが求められると、続くステップ１０９において、吸気弁２の開弁特性Ｃｖが上記目標開弁特性Ｃｖｔａになるようにバルブリフト量変更装置１４及び開閉タイミングシフト装置１５が制御されると共に、スロットル開度θｔが上記目標スロットル開度θｔｔａになるようにスロットル弁１２が制御される。これによって、吸気量が目標吸気量ｍｃｔａになるように制御される。そしてステップ１０９を終了するとステップ１０１に戻り同様の制御が繰り返される。
【０１０５】
なお、本実施形態では、バルブリフト量変更装置１４及び開閉タイミングシフト装置１５によって吸気弁２の開弁特性のみが変更され、排気弁４の開弁特性は変更されていないが、他の実施形態では、排気弁用のバルブリフト量変更装置及び開閉タイミングシフト装置を設けることによって排気弁４の開弁特性を変更できるようにしてもよい。
【０１０６】
また、以上では、スロットル弁１２と、バルブリフト量変更装置１４及び開閉タイミングシフト装置１５という可変動弁機構との協調制御によって吸気量を制御する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スロットル弁と、可変動弁機構以外の吸気量可変手段、例えば気筒数可変機構や排気量可変機構等とが協働して吸気量を制御する場合にも適用可能である。すなわち、これらの吸気量可変手段についてその設定状態に対応して上記吸気弁モデルのモデル式の適合パラメータＡ、Ｂを適切に定めておけば、上述した可変動弁機構の場合と同様にして、目標吸気量や目標スロットル開度を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】図１は、本発明を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、バルブリフト量変更装置が作動されるのに伴って吸気弁のバルブリフト量及び作用角が変化する様子を示した図である。
【図３】図３は、開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。
【図４】図４は、スロットル開度と流量係数との関係を示す図である。
【図５】図５は、関数Φ（Ｐｍ／Ｐａｃ）を示す図である。
【０１０８】
【図６】図６は、スロットルモデルの基本概念を示す図である。
【図７】図７は、吸気管モデルの基本概念を示す図である。
【図８】図８は、吸気弁モデルの基本概念を示す図である。
【図９】図９は、筒内充填空気量及び筒内吸入空気流量の定義に関する図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態における吸気量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、図１０の制御ルーチンのステップ１０１に関連する図であり、目標吸気量ｍｃｔａについて示した図である。
【図１２】図１２は、図１０の制御ルーチンのステップ１０５に関連する図であり、目標吸気管内圧力Ｐｍｔａについて示した図である。
【図１３】図１３は、図１０の制御ルーチンのステップ１０７に関連する図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…内燃機関本体
２…吸気弁
３…吸気ポート
４…排気弁
５…排気ポート
６…燃焼室
７…シリンダ（気筒）
９…サージタンク
１１…エアクリーナ
１２…スロットル弁
１４…バルブリフト量変更装置
１５…開閉タイミングシフト装置
１８…開弁特性センサ
２４…エアフローメータ
２８…ＥＣＵ（電子制御装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005069141.tif 000028
【図５】
2005069141.tif 000029
【図６】
2005069141.tif 000030
【図７】
2005069141.tif 000031
【図８】
2005069141.tif 000032
【図９】
2005069141.tif 000033
【図１０】
2005069141.tif 000034
【図１１】
2005069141.tif 000035
【図１２】
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【図１３】
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