(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開弁タイミングおよび作用角を独立に制御可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、
吸気弁モデルと予め作成された適合マップとに基づいて算出されたモデル吸気量と、実際の吸気量とに基づいて、誤差率αを算出する手段と、
前記モデル吸気量と、当該モデル吸気量に誤差率αを乗算して得た修正吸気量とに基づいて作用角のシフト量を算出する手段と、
前記算出された作用角のシフト量を作用角ごとに保持する、作用角シフト量マップを作成する手段と、
前記可変動弁機構によって作用角の指示があった場合、前記作用角シフト量マップを参照して得たシフト量を前記指示された作用角から除去して実作用角を求め、当該実作用角を引数として前記適合マップを参照し、前記吸気弁モデルに基づいて吸気量を演算する、吸気量演算手段と、を備える、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記作用角のシフト量を算出する手段は、予め決定した一定の時間ごとに作用角のシフト量を算出し、前記作用角シフト量マップを更新することを特徴とする、内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記作用角のシフト量を算出する手段は、可変バルブタイミング機構の進角時には、前記シフト量の算出を停止することを特徴とする、内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記作用角シフト量マップを作成する手段は、予め作成した作用角ごとの作用角シフト量の変化を示す基準作用角シフトカーブを保持し、前記作用角のシフト量を算出する手段によって少なくとも２点の作用角における作用角シフト量を学習した場合、当該学習値に基づいて前記基準作用角シフトカーブからのシフト比を算出し、算出したシフト比に基づいて新たな作用角シフト量マップを生成することを特徴とする、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、内燃機関の制御装置に関し、特に機関への吸入空気量をエアモデルを使用して推定しその推定結果に基づいて機関を制御する、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気系を、スロットル弁、吸気管、吸気弁等の要素に分け、それぞれの要素を流体力学等に基づいて数式でモデル化し、各モデル相互間を圧力、温度、流量等を用いて関係づけることにより機関の吸入空気量（筒内充填空気量）を算出する、いわゆるエアモデルを用いた内燃機関の吸入空気量推定装置が知られている。
【０００３】
このようなエアモデルを用いた吸入空気量推定装置では、例えば、後述するように大気圧、大気温度以外には機関回転数とスロットル弁開度とのみによって筒内充填空気量を算出することが可能となる。また、モデル式を用いた計算により筒内充填空気量が算出できるため、スロットル弁開度等の変化速度が大きい過渡運転時にも応答性良好に吸入空気量を算出することが可能となっている。
【０００４】
しかしながら、このようなエアモデルを用いた吸入空気量推定装置では、吸気系をモデル化した計算式に基づいて筒内充填吸気量を算出するため、吸気系のモデル化の際に誤差があると正確な筒内充填空気量を算出することができない。
【０００５】
また、仮に初期状態では実際の吸気系を正確にモデル化していた場合であっても、例えば、スロットル弁や吸気弁等は長期間の間に徐々に作動特性や流量特性が変化する、いわゆる経年変化を生じる。また、初期状態においてもスロットル弁の特性は公差内でばらつきを生じており、必ずしも正確にモデルと一致していない場合がある。したがって、モデル計算式によって正確な筒内充填空気量を算出するためには、例えば機関運転中のある運転パラメータの実測値と、モデル計算式によって算出されたこの運転パラメータの値とを比較する等してモデル計算式の誤差を修正することが必要となる。
【０００６】
そこで、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、内燃機関の吸気系路に設けた流量センサと、吸気系路内の圧力を測定するために設けた圧力センサにより機関運転中の実測値を求め、エアモデルの計算式を修正するようにしている。これによって、モデル誤差の修正が実際の吸気系に合わせて行われるようになり、エアモデル全体によって行われる筒内充填空気量の推定精度が向上する。
【０００７】
ところが、上記特許文献１に記載の装置では誤差修正のための実測値の獲得に流量センサ、空燃比センサのようなセンサを利用している。このようなセンサでは、一般に、現象の発生とセンサ出力との間に遅れ、即ち応答遅れが存在する。そのため、吸気弁の作用角ごとに作用角ずれの大きさ（シフト量）を算出しようとすると、過渡状態のみで使用する作用角（正常運転時には使用されない作用角）において誤差が生じる。全域一定の作用角シフト量で学習させると、実際のシフト量が作用角ごとに異なるため、学習値が安定せず、筒内充填空気量の推定精度が低下する。実際、特許文献１の装置では、機関が過渡運転状態にある場合、エアモデルの修正を行わないようにしている。
【０００８】
上記特許文献２に記載の装置では、機関の運転状態が過渡状態であってもモデル式を適切に修正することができるように、エアモデルの計算式に用いられる係数に対して、機関の運転条件（機関回転数、吸気弁作用角、吸気管内圧力、吸気弁開弁タイミング）ごとにマップを作成するようにしている。機関の運転中に学習を行って各マップ点を修正し、修正マップを作成する。そのため、機関運転状態が過渡状態であってもモデル式を適切に修正することができるが、適応制御のためのマップに加えてモデル式を修正するためのマップが必要となり、マップ点が指数的に増加する。吸気弁のみならず排気弁の開弁タイミングを制御する内燃機関では更にマップ点が増加し、ＥＣＵ等の制御装置への実装が困難となる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２６３５７１
【特許文献２】特開２００７−２１１７５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来の内燃機関の吸入空気量推定装置における上記のような欠点を解決する目的でなされたもので、可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、エアモデルによる筒内充填空気量の算出を少ない適応パラメータ（マップ点）でしかも高い精度で行うことが可能な、内燃機関の制御装置を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、上記課題を解決するために、吸気弁の開弁タイミングおよび作用角を独立に制御可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、吸気弁モデルと予め作成された適合マップとに基づいて算出されたモデル吸気量と実際の吸気量とに基づいて誤差率αを算出する手段と、前記モデル吸気量と当該モデル吸気量に誤差率αを乗算して得た適応吸気量とに基づいて作用角のシフト量を算出する手段と、前記算出された作用角のシフト量を作用角ごとに保持する作用角シフト量マップを作成する手段と、前記可変動弁機構によって作用角の指示があった場合、前記作用角シフト量マップを参照して得たシフト量を前記指示された作用角から除去して実作用角を求め、当該実作用角を引数として前記適合マップを参照し前記吸気弁モデルに基づいて吸気量を演算する吸気量演算手段と、を備える、内燃機関の制御装置を提供する。
【００１２】
上記内燃機関の制御装置において、前記作用角のシフト量を算出する手段は、予め決定した一定の時間ごとに作用角のシフト量を算出し、前記作用角シフト量マップを更新するものであっても良い。
【００１３】
上記内燃機関の制御装置において、前記作用角のシフト量を算出する手段は、排気状態または吸気弁の開弁タイミングのずれの影響が大きい場合、前記シフト量の算出を停止するようにしても良い。
【００１４】
上記内燃機関の制御装置において、前記作用角シフト量マップを作成する手段は予め作成した作用角ごとの作用角シフト量の変化を示す基準作用角シフトカーブを保持し、前記作用角のシフト量を算出する手段によって少なくとも２点の作用角における作用角シフト量を学習した場合、当該学習値に基づいて前記基準作用角シフトカーブからのシフト比を算出し、算出したシフト比に基づいて新たな作用角シフト量マップを生成するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１５】
吸気弁モデルの作用角シフト量、即ち、可変動弁機構で指示されている指示作用角と実際の作用角とのずれは、１）内燃機関の個体差による機械的な作用角ばらつきに基づくシフト量と、２）経年変化によって弁の開口部に堆積される煤等のデポジットによるシフト量とに分解される。１）は、機械的ばらつきのため運転条件に依存せず、全運転領域で一定のシフト量として求められる。２）は、弁の開口面積を変化させるため、作用角が小さい場合はデポジットの堆積量に対する開口面積変動率が大きく、作用角が大きい場合はデポジットの堆積量に対する開口面積変動率が小さくなり、作用角に依存して変化する。
【００１６】
従って、作用角のシフト量を作用角ごとに求めることにより、このシフト量を指示作用角からのぞくことによって実作用角が算出される。従って、この実作用角で、吸気弁モデルを計算するためのマップを参照することにより、正確な筒内吸入空気流量を計算することができる。作用角のシフト量は、指示作用角θに基づいて計算されたモデル筒内吸入空気流量（以下、モデル吸気量）と、このモデル吸気量に基づいて算出された修正吸気量とに基づいて算出される。
【００１７】
即ち、修正吸気量を通る吸気弁流量特性を、作用角（θ−ｙ：ｙは作用角のシフト量）の吸気弁流量特性として近似することにより、モデル吸気量と修正吸気量との差に基づいて作用角のシフト量ｙを算出することができる。なお、修正吸気量は、モデル吸気量と学習によって求められた実際の吸気量との比、即ち、誤差率αを、モデル吸気量に乗算することによって求められる。
【００１８】
従って、作用角シフト量を作用角ごとに学習させ、マップとして保持しておくことにより、吸気量の演算に当たってこのマップを参照して実作用角を求め、この実作用角で吸気量モデルを計算する場合の適合マップを参照することにより、適合マップを修正することなく吸気量の正確な算出を行うことができる。作用角シフト量マップは作用角軸のマップであり、マップ点を大幅に低減することができるため、多くのメモリ容量を必要とせずＥＣＵに負担を掛けることがない。
【００１９】
また、予め、作用角ごとの作用角シフト量変化を示す基準カーブを作成し、保持しておくことにより、より少ない学習点によって作用角シフトマップを更新することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が摘要される機関全体の概略構成を示す。図において、機関本体１は筒内噴射型火花点火式内燃機関を示す。しかしながら、本発明をポート噴射型火花点火式内燃機関等の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。
【００２２】
図１に示したように、本発明の実施形態では機関本体１はシリンダブロック２と、シリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを具備する。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。シリンダヘッド４には各気筒毎に吸気弁６と、吸気ポート７と、排気弁８と、排気ポート９とが配置される。さらに、図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。また、ピストン３の頂面には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。さらに、シリンダヘッド４には、吸気弁６の位相角およびバルブリフト量を連続的に変更可能な吸気弁制御装置１３が設けられている。
【００２３】
各気筒の吸気ポート７は吸気枝管１４を介してサージタンク１５に連結され、サージタンク１５は吸気管１６を介してエアクリーナ１７に連結される。吸気管１６内にはステップモータ１８によって駆動されるスロットル弁１９が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気管２０に連結され、この排気管２０は排気浄化触媒２１を内蔵したケーシング２２に連結される。なお、以下の説明では、スロットル弁１９から吸気弁６までの吸気枝管１４、サージタンク１５、吸気管１６等の部分を吸気管部分２３と称す。
【００２４】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。サージタンク１３には、吸気管部分２３内の空気（吸気ガス）の圧力を検出するための吸気管内圧力センサ４０が設けられており、吸気管内圧力センサ４０は吸気管部分２３内の圧力に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２５】
また、スロットル弁１９の上流側の吸気管１６には吸気管１６内を通過して流れる吸入空気流量を検出するエアフロメータ（流量計）４１が設けられており、さらに、エアクリーナ１７近傍には吸気温度を検出する吸気温度センサ４２と、大気圧を検出する大気圧センサ４３とが設けられる。スロットル弁１９にはスロットル弁１９の開度を検出するスロットル弁開度センサ４４が設けられており、スロットル弁開度センサ４４はスロットル弁開度に対応する出力信号を発生させる。これらエアフロメータ４１、吸気温度センサ４２、大気圧センサ４３およびスロットル弁開度センサ４４はそれぞれ吸入空気流量（質量流量）、吸気温度（大気温度）、大気圧およびスロットル弁開度に対応する出力信号を発生し、この出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２６】
また、アクセルペダル４５にはアクセルペダル４５の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４６が接続され、負荷センサ４６の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、クランク角センサ４７は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４５の出力パルスから機関回転数が計算される。
【００２７】
一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、吸気弁制御装置１３およびステップモータ１８に接続される。
【００２８】
図１では示されていないが、吸気弁６および排気弁８には、開弁期間の大きさ（作用角）θと開弁期間の位相（開弁機関の中心）φを調整するための可変動弁機構が設けられている。開弁期間の大きさ、即ち作用角θは弁軸のリフト量を変えることによって調整される。また、開弁期間の位相φは、可変動弁機構が有するＶＶＴ機構（可変バルブタイミング機構）を用いて調整される。なお、可変動弁機構は、吸気弁、排気弁の作用角θと開弁期間の位相φとを独立に変更可能である。
【００２９】
図２に、上記のような可変動弁機構による吸気弁または排気弁の開弁／閉弁のタイミング調整の様子を示す。
【００３０】
内燃機関の制御装置では、内燃機関の燃焼室５において燃焼される混合気の空燃比を目標空燃比にするために、吸気弁６が閉じたときに燃焼室５内に充填されている空気の量（以下、「筒内充填空気量Ｍｃ」と称す）を推定し、推定された筒内充填空気量Ｍｃに基づいて混合気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁１１によって内燃機関の燃焼室５（または吸気通路）に噴射する燃料の量（以下、「燃料噴射量」と称す）を定めている。したがって、内燃機関の燃焼室５において燃焼される混合気の空燃比を正確に目標空燃比とするためには、筒内充填空気量Ｍｃを正確に推定する必要がある。
【００３１】
通常、筒内充填空気量Ｍｃは、エアフロメータ等の多数のセンサ、およびこれらセンサからの出力値を引数とした多数のマップから推定される。ところが、このようにマップを用いて筒内充填空気量Ｍｃを推定する場合、推定される筒内充填空気量Ｍｃの値をより正確なものにするためには、必要なマップの数およびその引数の数が多くなる。このようにマップの数が多くなると、マップを保存するためのＥＣＵのＲＯＭを記憶容量の大きいものにしなければならず、内燃機関の制御装置の製造コストが高くなってしまう。さらに、各マップを作成するにはマップが用いられる内燃機関の形式毎に適合作業を行わなければならないが、この適合作業における測定点はマップの数およびその引数の数に応じて増大するため、マップの数およびその引数の数が多くなると適合作業の工数も増大してしまう。
【００３２】
そこで、マップを用いずに様々なモデルを用いて、数値計算により筒内充填空気量Ｍｃを算出する内燃機関の制御装置が検討されている。このような制御装置では、数値計算を多用することにより必要なマップの数を極力減らすようにしており、これにより適合作業を行う際の工数を大幅に削減しながらも、筒内充填空気量Ｍｃを正確に算出することができる。このような制御装置のうち本出願人により提案されたものの一つに、図３に示したエアモデルを搭載した制御装置がある。図示したエアモデルは内燃機関に適用される最も単純なモデルであり、以下このエアモデルについて説明する。
【００３３】
エアモデルは、図３に示すように、スロットルモデルＭ１０、吸気管モデルＭ２０、吸気弁モデルＭ３０を備える。スロットルモデルＭ１０には、スロットル弁開度センサ４４によって検出されたスロットル弁１９の開度（スロットル弁開度）θｔと、大気圧センサ４３によって検出された内燃機関周囲の大気圧（または、吸気管１６に吸入される空気の圧力）Ｐａと、吸気温度センサ４２によって検出された内燃機関周囲の大気温度（または、吸気管１６に吸入される空気の温度）Ｔａと、後述する吸気管モデルＭ２０において算出された吸気管部分２３内の圧力（以下、「吸気管内圧力」と称す）Ｐｍとが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述するスロットルモデルＭ１０のモデル式に代入することで、単位時間当たりにスロットル弁１９を通過する空気の流量（以下、「スロットル通過空気流量の推定値ｍｔ」と称す）が算出される。スロットルモデルＭ１０において算出されたスロットル通過空気流量の推定値ｍｔは、吸気管モデルＭ２０へ入力される。
【００３４】
吸気管モデルＭ２０には、スロットルモデルＭ１０において算出されたスロットル通過空気流量の推定値ｍｔと、以下で詳述する単位時間当たりに燃焼室５内に流入する空気の流量（筒内吸入空気流量あるいは吸気量ｍｃ）とが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気管モデルＭ２０のモデル式に代入することで、吸気管部分２３内に存在する空気の圧力（以下、吸気管内圧力Ｐｍ）と吸気管部分２３内に存在する空気の温度（以下、吸気管内温度Ｔｍ）とが算出される。吸気管モデルＭ２０において算出された吸気管内圧力Ｐｍと吸気管内温度Ｔｍは共に吸気弁モデルＭ３０へ入力され、さらに吸気管内圧力ＰｍはスロットルモデルＭ１０にも入力される。
【００３５】
吸気弁モデルＭ３０には、吸気管モデルＭ２０において算出された吸気管内圧力Ｐｍおよび吸気管内温度Ｔｍの他に大気温度Ｔａが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気弁モデルＭ３０のモデル式に代入することで、筒内吸入空気流量ｍｃが算出される。算出された筒内吸入空気流量ｍｃは、筒内充填空気量Ｍｃに変換され、この筒内充填空気量Ｍｃに基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量が決定される。また、吸気弁モデルＭ３０において算出された筒内吸入空気流量ｍｃは吸気管モデルＭ２０に入力される。
【００３６】
図３から分かるように、エアモデルでは或るモデルにおいて算出されたパラメータの値が別のモデルへの入力値として利用されるので、エアモデル全体では、実際に入力される値はスロットル弁開度θｔ、大気圧Ｐａ、および大気温度Ｔａの三つのパラメータのみであり、これら三つのパラメータから筒内充填空気量Ｍｃが算出される。
【００３７】
上記スロットルモデルＭ１０、吸気管モデルＭ２０および吸気弁モデルＭ３０の詳細な構成については既に公知であり、例えば本出願人により開示された特開２００７−２１１７５１に、スロットルモデルＭ１０および吸気弁モデルＭ３０の修正方法と共に説明されているので、ここでは詳細に説明しない。しかしながら、吸気弁モデルＭ３０の構成およびこのモデルの修正方法について、本発明と関係する部分について簡単に説明する。
【００３８】
吸気弁モデルＭ３０は、以下の式（１）で示される。
【００３９】
【数１】
0004877217.tif 000002
【００４０】
ここで、各記号は以下のものを示す。
ｍｃ：筒内吸入空気流量
Ｔａ：大気温度
Ｔｍ：吸気管内温度
Ｐｍ：吸気管内圧力
ａ：比例係数
ｂ：燃焼室５内に残存する既燃ガス
【００４１】
吸気弁モデルＭ３０の式（１）において用いられる値ａは比例係数であり、また値ｂは燃焼室５内に残存していた既燃ガスを表す値である。これらの値ａ、ｂは、機関回転数ＮＥ、吸気弁の位相角および作用角、更に排気弁の位相角に応じて変化する。このため、機関回転数ＮＥおよび吸排気弁の位相角（吸排気弁の開弁タイミングＶＴ）、吸気弁の作用角θとこれらの値ａ、ｂとの関係を予め実験的にまたは計算により算出し、マップａおよびマップｂとしてＥＣＵ３１に保存する。吸気弁モデルＭ３０において上記式（１）の計算をするにあたってはクランク角センサ４７によって検出された機関回転数ＮＥおよび吸気弁制御装置１３への吸気弁開弁タイミングＶＴ、排気弁タイミングＥｘ−ＶＴ、更に吸気弁作用角θを引数として上記マップａ、マップｂを参照して値ａ、ｂを算出するようにしている。
【００４２】
ところが、これらの値ａ、ｂには、上述したように使用による特性の変化（経年変化）や製作公差によるばらつきなどにより誤差が生じる場合がある。このように、値ａ、ｂに誤差が生じている場合には、吸気弁モデルＭ３０のモデル化誤差を補償するためにこれら値ａ、ｂのマップ値を修正していく必要がある。
【００４３】
上述した本出願人の開示による特開２００７−２１１７５１では、モデル化誤差を補償するためにマップ値ａ、ｂに乗算する誤差率αの算出方法を示している。吸気弁モデルＭ３０の式（１）に用いられる値ａ、ｂのマップ値をこの誤差率に基づいて修正することにより、吸気弁モデルＭ３０によって算出される筒内吸入空気流量の推定値ｍｃを実際の筒内吸入空気流量とほぼ等しい値とすることができる。なお、誤差率αは、特開２００７−２１１７５１に詳細に示されているように、吸気弁モデルに基づいて計算された吸気量と学習によって得られた実際の吸気量とを比較することによって算出される。
【００４４】
開弁タイミングおよび作用角の両者を可変とすることが可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置では、上述したように、係数ａ、ｂは運転状態、即ち、機関回転数ＮＥ、吸気弁の開弁タイミングＶＴ、排気弁の開弁タイミングＥｘ−ＶＴおよび吸気弁の作用角（θ）によって決定される。従って、係数ａ、ｂのマップは、運転状態の各変数についてマップ点を１０個とした場合であっても、１０（ＮＥ）×１０（ＶＴ）×１０（Ｅｘ−ＶＴ）×１０（θ）＝１００００個のマップ点が必要となる。
【００４５】
このようなマップａ、マップｂを備えた実用機において、学習によって誤差率αが算出されると、１００００個のマップ点の値ａ（ｉ）、ｂ（ｉ）のそれぞれについて誤差率αを乗算した値αａ（ｉ）、αｂ（ｉ）を求めることにより、修正マップａ’、ｂ’を作成する。即ち、１００００個のマップ点を有するマップａ、ｂに対して、１００００個のマップ点を有する修正マップａ’、ｂ’が必要となり、ＥＣＵに記憶させるべきデータ数が指数的に増大し、制御装置への実装が困難となる。
【００４６】
そこで、本発明者は、経年変化あるいは個体差に基づく作用角の変化（作用角シフト）の発生原因を追究し、その結果を利用して修正マップを作ることなくマップａ、マップｂの各マップ値の修正を行うことが可能な新たな方法を見出し、これを応用して新たな制御装置を提案することが可能となった。以下に本装置の原理について説明する。
【００４７】
図４および図５は、吸気弁モデルのシフト量を作用角シフトで近似できる理由を説明するための図であって、吸気弁のリフト量と作用角の関係を示すイメージ図である。吸気弁モデルのシフト量は、１）機械的作用角ばらつきによるシフト量と、２）経年変化に伴う開口部への堆積物（デポジット）によるシフト量、との和で示される。図４は、１）の機械的作用角ばらつきによるシフト量を示している。図４の実線Ａは、実作用角を示し、破線Ｂは作用角の指示値を示している。Ａ、Ｂの差が作用角のシフト量を表す。上記１）のシフト量は、機械的ばらつきが原因であるため運転条件（ＮＥ、ＶＴ、Ｅｘ−ＶＴ）に依存せず、全運転領域で一定のシフト量として現れる。従って、指示作用角Ｂに代わって実作用角Ａでマップを参照すれば、修正されたマップ値ａ、ｂを得ることができる。
【００４８】
図４より、実作用角即ちマップ参照作用角は、
マップ参照作用角＝指示作用角−作用角のシフト量
として求められる。従って、指示作用角に対する作用角のシフト量を算出することによって、マップ参照作用角を得ることができる。
【００４９】
図６は、機関回転数ＮＥと作用角θとの関係を示す吸気弁マップ（マップａあるいはマップｂ）のイメージを示す。吸気弁モデルを使用して算出された指示作用角θ（指示）に対してシフト量ｙを除くことによって実作用角θ（実）が得られる。この実作用角θ（実）によってマップを参照することにより、実作用角に対応したマップ値を得ることができる。
【００５０】
一方、上記２）に基づく作用角シフトは、作用角ごとに変化する。図５は、種々の作用角に対する堆積物の影響を示している。図５の曲線Ｃは作用角が小さい場合のリフト量の変化を示し、曲線Ｄは作用角が大きい場合のリフト量の変化を示している。図の斜線領域Ｅは吸気弁の開口部に堆積したデポジットを示す。この図から明らかなように、デポジットの堆積量Ｅに対する吸気弁の開口面積の変動率は、作用角が小さい場合大きく、作用角が大きい場合小さくなる。この結果から、上記２）に基づく作用角シフトが作用角に依存して変化する理由が理解される。従って、作用角のシフト量は、作用角ごとに学習させる必要がある。
【００５１】
図７は、作用角のシフト量を求めるための方法を示す図である。この図は吸気弁流量特性を示し、縦軸は筒内吸入空気流量（吸気量）ｍｃを示し、横軸は吸気管内圧力（以下、圧力）Ｐｍを示している。吸気弁モデルＭ３０によれば、ある作用角θにおける吸気弁流量特性は図７の直線Ｇとして示される。上記式（１）において、Ｔａ≒Ｔｍとすると、係数ａは直線Ｇの傾斜を示し、ｂは吸気量軸の切片の値を示す。上述したように、ａ、ｂは運転条件に依存して決定される値であり、従って、運転条件ごとに予めマップａ、マップｂを作成しておき、運転時にこのマップを参照することにより、圧力Ｐｍ０におけるモデル吸気量βを求めることができる。
【００５２】
モデル吸気量βが求められると、適応値算出時の平均の吸気管内圧力Ｐｍ０を測定し、本出願人による特開２００７−２１１７５１に記載の適応制御ロジックを適用することによって、吸気量の修正値β’が求められる。修正値β’は、モデル吸気量βに誤差率αを乗じたもの、即ちα×βとして算出される。ここで、修正値β’に対応する作用角のシフト量をｙとすると、修正値β’を通る吸気弁流量特性は、作用角（θ−ｙ）の吸気弁流量特性であると近似することができる。
【００５３】
従って、図７の直線Ｇ（θ−１）に示すように、作用角（θ−１）の流量特性をマップａ、ｂを参照して求め、吸気管内圧力Ｐｍ０における吸気量とモデル吸気量βとの差分（γ）を算出する。差分（γ）は作用角の単位シフト量に相当するため、修正値β’に対応する作用角シフト量ｙは、
ｙ（作用角シフト量）＝（β−β’）÷γ
＝（β−α×β）÷γ
＝（１−α）×β÷γ          （２）
として求められる。
【００５４】
図８は、式（２）で求められる作用角シフト量ｙを、作用角θ１、θ２、・・・θ５について求めて示した図である。各作用角の間隔は一定である。本実施形態の装置では、このようにして学習した作用角ごとのシフト量をマップとして記憶しておく。このマップは、作用角軸のマップであるため、マップ点数が大幅に低減される。一実施形態では、十数点程度のマップを学習によって作成すれば良い。
【００５５】
図９は、以上の原理に基づいて作用角シフト量マップを作成するための手順を示すフローチャートである。ステップＳ１からステップＳ４は、マップを更新するために、例えば６５ｍｓ間隔の一定周期で繰り返して実行される。まず、ステップＳ１で、適応制御ロジックを実行し、作用角の誤差量を算出する。適応制御ロジックは、吸気弁モデルＭ３０と予め作成された適合マップａ、ｂとに基づいて、作用角θのモデル吸気量βを算出し、これを実際の吸気量と比較して誤差率αを求めることによって行われる。なお、誤差率αの算出方法を含めた適応制御ロジックについては、前述の特開２００７−２１１７５１号公報に記載されているので、ここでは詳細に説明しない。なお、本発明の装置では、吸気量の修正値β’の算出にあたって、特開２００７−２１１７５１号公報に開示した方法に限定されるものではない。他の方法により求めた修正値β’を用いても良いことはもちろんである。
【００５６】
ステップＳ２では、吸気量の修正値β’が算出されたか否かが判定される。吸気量の修正値β’は、例えば、モデル吸気量βに誤差率αを乗じた値として得られる。ステップＳ１で求めた誤差率αがほぼ１の場合、モデル吸気量βと修正値β’は同じ値となるため、ステップＳ２では修正値β’が算出されない。即ち、ステップＳ２でＮＯの場合は、作用角シフトが存在しないとして処理を終了する。ステップＳ２でＹＥＳの場合、ステップＳ３において作用角のシフト量を算出し、ステップＳ４において、対応する作用角のシフト量を変更する。ステップＳ１からステップＳ４を作用角ごとに実行することによって、図８に示す作用角ごとの作用角シフト量マップが形成される。また、ステップＳ１からステップＳ４を一定間隔ごとに繰り返すことにより、マップが適宜更新される。
【００５７】
図１０は、図９におけるステップＳ３の詳細を示すフローチャートである。図９のステップＳ２で修正値β’が算出されると、ステップＳ３１においてモデル吸気量β、およびモデル吸気量βに基づいて算出される作用角１度分の吸気量差分γを算出する。修正値β’はαβとして得られるので、作用角のシフト量ｙは上述の式（２）に基づいて、（１−α）×β÷γとして得られる。
【００５８】
図１１は、内燃機関の制御装置、例えばＥＣＵにおいて、修正された筒内吸入空気流量ｍｃを求めるための手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、ステップＳ１０において可変動弁機構から吸気弁作用角の指示値θを取得する。ステップＳ１１において、指示値θを引数として予め作成された作用角シフト量マップを参照し、作用角のシフト量ｙを得る。ステップＳ１２では指示作用角θからシフト量ｙを引くことにより実作用角θ’を求め、ステップＳ１３ではこの実作用角θ’を引数として適合マップａ、ｂを参照し、マップ値を取得する。ステップＳ１４では、取得したマップ値を吸気弁モデルＭ３０に適用して吸気量を算出する。
【００５９】
以上に説明したように、本実施形態の装置では、マップ点が少ない作用角シフト量マップを利用することで、適合マップａ、ｂの全てのマップ点を書き換えることなく、高い精度で筒内吸入空気流量を推定することができる。
【００６０】
なお、エンジン等の内燃機関の吸気量変化は、排気状態（圧力、温度等）、吸気弁の開弁タイミング（ＶＴ）におけるタイミングずれによっても引き起こされる。従って、これらの影響が大きい運転条件下で適応制御を行うと、これらの影響を受けた作用角シフト量が算出され、誤差が大きくなる。従って、このような運転条件下では、作用角シフト量の学習を行わないようにする。例えば、ＶＶＴ進角時には排気状態の影響が大きいので、図９に示すフローチャートの実行を停止し、シフト量を算出しないようにする。このような状態では適応値は正確に算出されるが、一方で作用角シフト量を正確に算出することができないためである。
【００６１】
また、適応制御ロジックでは、吸気系路における流量を計測するための流量センサ（エアフローメータ）と吸気系路内の圧力を計測する圧力センサを用いて、実際の値を測定しているが、装置のコスト上、圧力センサを使用することができない場合は、スロットル全開時（Ｐｍ＝Ｐａ（大気圧））に吸気量の誤差量を算出して作用角シフト量を得るようにしても良い。これにより、学習条件は限定されるが、圧力センサを用いることなく作用角シフト量の学習が可能となる。
【００６２】
図１２および１３は、本発明の他の実施形態の説明のための図である。図４および５を参照して説明したように、吸気弁の作用角シフトは、１）吸気弁の個体差に基づく機械的な作用角ばらつきに依存するものと、２）吸気弁の開口部に堆積した煤などのデポジットに依存するもの、に分解することができる。ここで、上述したように、１）の機械的な作用角ばらつきに依存する作用角シフト量は１個の内燃機関において一定である。２）のデポジットに基づくシフト量はデポジットの量に依存して変化するが、その変化の割合は以下に説明するように、デポジットの量に依存しない。
【００６３】
図１２は、デポジットの量と作用角シフト量との関係を示すグラフである。図において、カーブＣａはデポジットの堆積厚さが０．０２５ｍｍの場合の作用角に対するシフト量変化を示し、カーブＣｂはデポジットの堆積厚さが０．０５ｍｍの場合の、カーブＣｃはデポジットの堆積厚さが０．０７５ｍｍの場合の、カーブＣｄはデポジットの堆積厚さが０．１ｍｍの場合の、作用角に対するシフト量変化を示す。図から明らかなように、それぞれのシフト量カーブはカーブ形状が相似しており、従って、例えばカーブＣｄを基準カーブとしたとき、カーブＣｄに一定値の比（Ａ）を掛けることによって、現在のデポジット量（未知）によるシフトカーブＣｅを求めることができる。
【００６４】
図１３は、少なくとも２個のシフト量学習値から、現在のシフトカーブＣｅを求める方法を説明する図である。図において、Ａは、上記２）に基づく作用角ずれを算出するためのシフトカーブ比を示し、Ｂは上記１）に基づく作用角のずれ量（一定値）を示す。従って、ＡおよびＢの値をシフト量学習値Ｓ１、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４から算出できれば、現在のシフトカーブＣｅを求めることができる。なお、最小二乗法によって学習値間のばらつきによる誤差を最小とするためには、シフト量学習値が２点以上必要である。
【００６５】
ここで、作用角θ１のシフト量Ｙ１は、
Ｙ１＝Ａ×Ｗ１（作用角θ１の基準カーブＣｄ上でのマップ値）＋Ｂ
で示される。
【００６６】
従って、シフト量学習値がｎ個あった場合、以下のようにデータを並べる。
【００６７】
【数２】
0004877217.tif 000003
ここで、Ｘ、Ｙを以下のように定義する。
【００６８】
【数３】
0004877217.tif 000004
よって、式（３）は、以下のように示される。
【００６９】
【数４】
0004877217.tif 000005
従って、シフトカーブ比Ａと作用角ずれ量Ｂは、以下のようにして求めることができる。
【００７０】
【数５】
0004877217.tif 000006
【００７１】
従って、ＥＣＵにおいて、基準となるシフトカーブを記憶しておくことによって、現在のデポジットによる少なくとも２点のシフト量学習値を求めることにより、現在のデポジットによるシフトカーブマップを作成することができる。これにより、学習量が大幅に低減され、ＥＣＵにかかる負担が低減する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の制御装置を搭載した内燃機関全体を示す図。
【図２】可変動弁機構における吸気弁のリフト量と作用角の関係を示す図。
【図３】エアモデルの構成を説明するためのブロック図。
【図４】吸気弁モデルにおけるシフト量発生の原因を説明するための図であって、機械的な作用角ばらつきによって発生するシフト量を示す図。
【図５】吸気弁モデルにおけるシフト量発生の原因を説明するための図であって、デポジットの堆積によって作用角に発生する影響を示す図。
【図６】適応マップにおける指示作用角と実作用角の関係を示す図。
【図７】吸気弁流量特性を示すグラフ。
【図８】本発明の一実施形態に従って作成される、作用角シフト量マップの一例を示す図。
【図９】本発明の一実施形態に従って、作用角シフト量マップを作成するための手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の一実施形態に従って、作用角のシフト量を算出する手順を示すフローチャート。
【図１１】本発明の一実施形態に従って、内燃機関の吸気量を算出するための手順を示すフローチャート。
【図１２】作用角シフト量マップにおける、デポジット量の変化に基づく傾向を示す図。
【図１３】本発明の他の実施形態において、少ないシフト量学習点で作用角シフト量マップを形成するための方法の説明に供する図。
【符号の説明】
【００７３】
１    機関本体
５    燃焼室
６    吸気弁
７    吸気ポート
８    排気弁
１１    燃料噴射弁
１４    吸気枝管
１５    サージタンク
１６    吸気管
１９    スロットル弁
２３    吸気管部分
【図１】
0004877217.tif 000007
【図２】
0004877217.tif 000008
【図３】
0004877217.tif 000009
【図４】
0004877217.tif 000010
【図５】
0004877217.tif 000011
【図６】
0004877217.tif 000012
【図７】
0004877217.tif 000013
【図８】
0004877217.tif 000014
【図９】
0004877217.tif 000015
【図１０】
0004877217.tif 000016
【図１１】
0004877217.tif 000017
【図１２】
0004877217.tif 000018
【図１３】
0004877217.tif 000019