(57)【要約】【課題】エンジンの過渡状態は無数に存在するため、過渡時可変バルブの全ての組み合わせについて充填効率をマップにてＥＣＵに所持する方式では、ＥＣＵに多大なメモリ容量を必要となる。さらに可変バルブ動作水準を離散的に与えて得られる充填効率マップを複数枚備え、これらを用いて線形補間によって過渡時の可変バルブ動作量に対応する充填効率を求めると、精度が十分に確保できない。この課題を解決することを目的とする。【解決手段】内燃機関の回転速度と吸気管圧力と前記可変バルブのバルブリフト特性にもとづく回帰モデルによって、内燃機関の定常状態の吸入空気量を演算する手段を備え、回帰モデルによって演算された可変バルブ動作変化にともなう吸入空気量変化にもとづいて、吸気流量検出手段で検出された流量の検出遅れ分を補正して、内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する手段を備える。【選択図】図３
2009150345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブ及び、又は排気バルブのバルブタイミングとバルブリフト特性の少なくとも一方を変化させる可変バルブ機構と、前記内燃機関の吸気管内の流量を検出する吸気流量検出手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の回転速度と前記吸気管内の圧力と前記可変バルブ機構の変化に基く回帰モデルによって前記内燃機関の定常状態の充填効率変化分を演算する手段と、前記回帰モデルによって演算された前記充填効率変化分を基に前記吸気流量検出手段で検出された流量の検出遅れ分を補正して前記内燃機関の充填効率を推定する手段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】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記回帰モデルで演算された前記充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に、前記遅れ補正量を乗じることで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備え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であって、
前記回帰モデルで演算された前記充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に、前記遅れ補正量を加算することで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備え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であって、
前記回帰モデルで演算された前記充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素による処理を施し、前記遅れ系要素による処理が行われた流量に、さらに前記遅れ補正量を乗じることで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記回帰モデルで演算された前記充填効率変化に遅れ系要素の処理が施され、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との差によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素の処理を施し、前記遅れ系要素による処理が行われた流量に、さらに前記遅れ補正量を加算することで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段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】
請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記遅れ系要素が一次遅れの伝達関数で表され、前記一次遅れの伝達関数に含まれる時定数が固定値で与えられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項４または５に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記遅れ系要素が一次遅れの伝達関数で表され、前記一次遅れの伝達関数に含まれる時定数が少なくとも前記内燃機関の回転速度に反比例するように与えられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記回帰モデルが、回転速度の項、吸気管圧力の項、バルブリフト特性の項、回転速度と吸気管圧力とバルブリフト特性のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記回帰モデルのバルブリフト特性が、吸気バルブ作動角の項、オーバーラップ期間の項、排気バルブ閉じ時期の項、吸気バルブ作動角とオーバーラップ期間と排気バルブ閉じ時期のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式で表されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置であって、
大気圧または排気管内の圧力を検出または推定する手段を備え、前記大気圧または前記排気管内の圧力と前記吸気管内の圧力との差圧を変数とし、前記差圧と前記オーバーラップ期間との交互作用項によって、充填効率を補正する手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記推定された内燃機関の充填効率と目標空燃比にもとづいて、燃料噴射量を演算する手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
少なくとも前記推定された内燃機関の充填効率にもとづいて、点火時期制御量を演算する手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記点火時期制御量を演算する手段は、少なくとも前記内燃機関の回転速度と前記推定された内燃機関の充填効率と前記可変バルブ機構のバルブリフト特性にもとづく回帰モデルを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記回帰モデルが、回転速度の項、充填効率の項、バルブリフト特性の項、回転速度と充填効率とバルブリフト特性のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記回帰モデルのバルブリフト特性が、吸気バルブ閉じ時期の項、オーバーラップ期間の項、排気バルブ閉じ時期の項、吸気バルブ閉じ時期とオーバーラップ期間と排気バルブ閉じ時期のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式で表されてい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、可変バルブと吸気管内の流量を検出する吸気流量検出手段を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車用内燃機関では、吸気バルブや排気バルブにバルブタイミングまたはバルブリフト量を可変とする可変バルブ機構を備えた内燃機関が一般化する傾向にある。上記可変バルブ機構は、制御自由度の増加や動作範囲の拡大、応答性の向上などの観点で技術の向上が図られている。
【０００３】
特に、バルブリフト量を連続的に可変制御できる可変バルブ機構が開発されており、上記リフト連続可変バルブ機構によってシリンダへ吸入される空気量を、スロットルバルブを代替して吸気バルブにて制御することで、ポンプ損失の低減やミラーサイクルを実現したスロットルレス内燃機関が開発されている。
【０００４】
このような可変バルブ機構を搭載した内燃機関の制御装置においては、吸気管に備えられたエアフローセンサによって吸気管を流れる吸気流量を検出しており、この検出値から充填効率を演算し、上記充填効率にもとづき燃料噴射量および点火時期制御量が演算されている。
【０００５】
可変バルブ機構が動作することによってバルブリフト特性が変化すると、充填効率が変化する。このとき上記充填効率の変化が、バルブリフト特性の変化に応じて直ちに変化を開始するのに対して、吸気管に備えられたエアフローセンサの検出値は、シリンダとエアフローセンサとの間に介在するマニホールドによって、その変化の挙動に遅れを生じることが知られている。
【０００６】
したがって、エアフローセンサの検出値と回転速度にもとづき充填効率を求めると、可変バルブの過渡時に誤差を生じる。充填効率に誤差を生じれば、充填効率にもとづき制御を行う空燃比制御や点火時期制御の制御精度が悪化する。その結果、可変バルブの動作時に燃料濃度がリーン化あるいはリッチ化したり、点火時期が最適点火時期から乖離したりするので、運転性の悪化や排気性能の悪化といった問題を生じる。
【０００７】
このような問題に対して、特開平１１−２６４３３０号公報（特許文献１）に開示されるものでは、可変バルブの動作にもとづく充填効率変化分と、これに２回一次遅れ処理したものとの差分を、エアフローセンサ出力の一次遅れ処理した結果に加算することによって、可変バルブの過渡時においても、エアフローセンサの検出値にもとづき、充填効率を演算する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２６４３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、エンジンの過渡状態は無数に存在するため、過渡時可変バルブの全ての組み合わせについて充填効率をマップにてＥＣＵに所持する方式では、ＥＣＵに多大なメモリ容量が必要となる。
【００１０】
さらに可変バルブ動作水準を離散的に与えて得られる充填効率マップを複数枚備え、これらを用いて線形補間によって過渡時の可変バルブ動作量に対応する充填効率を求めると、精度が十分に確保できない。可変バルブの制御自由度の増加や動作範囲の拡大によって、上述した問題が、より深刻化しているといった課題があった。
【００１１】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、可変バルブの過渡時においても充填効率を精度良く演算できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、内燃機関の回転速度と吸気管内の圧力と可変バルブ機構の変化に基く回帰モデルによって内燃機関の定常状態の充填効率変化分を演算する手段と、前記回帰モデルによって演算された前記充填効率変化分を基に吸気流量検出手段で検出された流量の検出遅れ分を補正して前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関の回転速度と吸気管圧力と可変バルブ機構の変化に基く回帰モデルによって、定常状態の吸入空気量を演算する手段を備え、回帰モデルによって演算された可変バルブ動作変化にともなう充填効率変化にもとづいて、吸気流量検出手段で検出された流量の検出遅れ分を補正する。
【００１４】
回帰モデルを用いることで可変バルブ動作変化にともなう充填効率変化を遅れなく推定することができる。
【００１５】
一方、内燃機関の個体ばらつきや経時変化などの影響から、回帰モデルでは充填効率を定量的に演算することは困難である。これには吸気流量検出手段による検出値を用いることによって上記内燃機関の個体ばらつきや経時変化の問題を回避することができる。回帰モデルと吸気流量検出手段の両方を用いるので、上記可変バルブの過渡時においても検出遅れなく精度良く充填効率を推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明する図である。本実施形態のシステムは内燃機関１を備えている。内燃機関１には吸気流路および排気流路が連通している。吸気流路にはエアフローセンサおよび吸気温度センサ２が組付けられている。
【００１９】
エアフローセンサ２の下流にはスロットルバルブ３が設けられている。スロットルバルブ３はアクセル踏量とは独立にスロットル開度を制御することができる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ３の下流には吸気マニホールド４が連通している。吸気マニホールド４には吸気管圧力センサ５が組付けられている。
【００２０】
吸気マニホールド４の下流には吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁７が配置されている。内燃機関１はバルブタイミングを可変とする可変バルブ機構付き吸気弁８を備えている。可変バルブ機構にはバルブタイミングを検知するためのセンサ９が組付けられている。
【００２１】
また、内燃機関１には排気バルブ１０が備えられている。排気バルブ１０にも排気バルブタイミングを可変とする可変バルブ機構が備えられており、排気バルブの開閉タイミングをセンサ１１によって検知している。シリンダヘッド部にはシリンダ内に電極部を露出させた点火プラグ１２が組付けられている。
【００２２】
さらにシリンダにはノックの発生を検知するノックセンサ１３が組付けられている。クランク軸にはクランク角度センサ１４が組付けられている。クランク角度センサ１４からの出力信号にもとづき内燃機関１の回転速度を検出することができる。排気流路にはＡ／ＦセンサまたはＯ２センサ１５が組付けられている。
【００２３】
本実施形態のシステムは図１に示すようにＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１６を備えている。ＥＣＵ１６には、上述した各種センサが接続されている。スロットルバルブ６、燃料噴射弁７、可変バルブ機構付き吸気バルブ８、可変バルブ機構付き排気バルブ１０などのアクチュエータはＥＣＵ１６により制御されている。
【００２４】
さらに、上述した各種センサから入力された信号にもとづき内燃機関１の運転状態を検知し、運転状態に応じてＥＣＵ１６により決定されたタイミングで点火プラグ１２が点火を行う。
【００２５】
図２は、バルブタイミングを連続的に可変制御できる可変バルブ機構を備えた吸気および排気バルブのバルブリフト特性を説明するための図である。同図に示すように、吸気バルブの開く時期を制御し、気バルブとのオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ期間）を変化させることによって、シリンダに残留する既燃ガス量（内部ＥＧＲ）を制御する。
【００２６】
図３は、充填効率を演算する制御ブロック図を説明するための図である。ブロック１００において検出されたエアフローセンサの出力値と回転速度にもとづき、ブロック１０１においてエアフローセンサ部の流量を充填効率に換算する。ブロック１０２において遅れ系要素１によって処理がなされる。
【００２７】
ここで、遅れ系要素１は、時定数をτ１とし、ゲインを１．０とした一次遅れの伝達関数で表されている。一方、ブロック１０３では、回転速度、吸気管圧力およびバルブリフト特性を入力変数として定常時の充填効率が回帰モデルによって演算される。これをもとに、可変バルブの制御でバルブリフト特性が変化することに起因して生じる定常時の充填効率変化分を演算し出力する。
【００２８】
上記演算された可変バルブ制御時の定常時充填効率変化分はブロック１０４において遅れ系要素２によって処理が施される。上記充填効率変化分と上記遅れ処理が施された後の値との比がブロック１０５において求められる。ここで、遅れ系要素２は、時定数をτ２とし、ゲインを１．０とした一次遅れの伝達関数で表されている。
【００２９】
ブロック１０６において、上記比にゲイン係数Ｋｃが乗じられる。上記ブロック１０２の出力値と上記ブロック１０６の出力値との積によって充填効率が演算される。上記時定数をτ１、時定数をτ２およびゲイン係数Ｋｃは適合定数であり、後に述べる過渡挙動を精度良く予測するためにあらかじめ最適値に適合されている。
【００３０】
以上述べたように、スロットルバルブの急変時と可変バルブ側の急変時の両方に場合に対応して、図３に示す一つの制御ロジックで精度良く充填効率を演算することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示す制御ブロック図によっても図３の方式と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
なお、回転速度、吸気管圧力およびバルブリフト特性を入力変数として定常時の充填効率が回帰モデルによって演算するところを含めて、内燃機関の定常状態の充填効率変化分を演算する手段と云う。
【００３２】
図４は、異なる方式で実施した充填効率を演算する制御ブロック図を説明するための図である。図４に示す方式では、エアフローセンサ出力値に遅れ処理を施し、これに可変バルブの制御でバルブリフト特性が変化することに起因して生じる定常時の充填効率変化分と、それに遅れ処理を施した後の値との差分を加えることによって実現されている。
【００３３】
このような方式によっても充填効率の過渡挙動を精度良く演算することが可能である。
【００３４】
図５は、スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関において、部分負荷運転状態からスロットルバルブを急激に全開状態へ変化させた際の、シリンダ吸入空気量を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図である。
【００３５】
なお、この間、可変バルブの制御量は一定に保持されている。スロットルバルブが絞られている状態では、スロットルバルブの下流部であるマニホールド内の圧力が負圧状態となっている。そのため、スロットルバルブを急激に全開状態へ変化させると、その圧力差によってマニホールド内へ直ちに空気が流入する。
【００３６】
そのため、スロットルバルブ上流部に取り付けられたエアフローセンサの出力値は、出力Ａの如く一旦大きくオーバーシュートし、やがて定常状態に収束するような挙動を示す。シリンダへ実際に吸入される空気量を○印のプロットにて同図に示している。同図に示すようにシリンダへの実吸気量にはエアフローセンサ出力のようなオーバーシュートは見られない。
【００３７】
このように、エアフローセンサの出力値とシリンダ実吸気量との間には遅れ挙動のあることが知られている。そのため遅れ系要素１によって遅れ処理を施すことで、シリンダ実吸気量と出力Ｂとを精度良く近似させることができる。
【００３８】
一方、このとき可変バルブの制御量は一定状態に保持されているので、上述した可変バルブ制御時の定常時充填効率変化分はなく、基準値１．０を示している。そのため、ブロック１０７の前後の関係において出力Ｂ＝出力Ｄとなる。
【００３９】
以上のような処理が施され、エアフローセンサ検出値を入力として充填効率が精度良く演算される。
【００４０】
図６は、スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関において、スロットルバルブ全開状態から前閉状態近くまで急激に閉止した際のシリンダ吸入空気量を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図である。
【００４１】
なおこの間、可変バルブの制御量は一定に保持されている。スロットルバルブを急激に閉止すると、スロットルバルブ上流部に備えられたエアフローセンサ部の流量は、スロットルバルブの閉止後、比較的速やかに減少する。それに対して、シリンダへの実吸入空気量はエアフローセンサ部の流量と比較して、遅れ挙動を示すことが知られている。
【００４２】
充填効率を演算する本制御ブロックでは、遅れ系要素１によって遅れ処理を施すことで上記遅れ挙動を精度良く近似させることができる。また、可変バルブの制御量は一定状態に保持されているので、上述した可変バルブ制御時の定常時充填効率変化分はなく、ブロック１０７の前後の関係において出力Ｂ＝出力Ｄとなる。
【００４３】
以上のような処理が施され、エアフローセンサ検出値を入力として充填効率が精度良く演算される。
【００４４】
図７は、可変バルブを制御することによって、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間（以下、Ｏ／Ｌ期間とする）を増減した際の充填効率を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図である。
【００４５】
なおこの間、スロットルバルブの開度は部分負荷状態で一定に保持されている。Ｏ／Ｌ期間を矩形波状に増加させると、エアフローセンサの出力値が徐々に減少する。一方、シリンダへの実吸入空気量は一度オーバーシュートするように減少し、その後定常状態へと収束するような挙動を示す。
【００４６】
このように、可変バルブの急変時にはエアフローセンサの出力値がシリンダへの実吸入空気量に対して遅れ挙動を示す。Ｏ／Ｌ期間を矩形波状に減少させた際にも、エアフローセンサの出力値がシリンダへの実吸入空気量に対して遅れ挙動を示す。
【００４７】
さらに、このように遅れ挙動を示すエアフローセンサ出力値に、さらにブロック１０２において遅れ処理が施される。
【００４８】
一方、可変バルブの制御でバルブリフト特性が変化することに起因して生じる定常時の充填効率変化分と、それに遅れ処理を施した後の値との比が出力Ｃの如く求められる。これを補正値としてブロック１０７にて出力Ｂに乗じることで、シリンダへの実吸入空気量が演算される。
【００４９】
以上のような処理が施され、エアフローセンサ検出値を入力として可変バルブ急変時であっても充填効率が精度良く演算される。
【００５０】
図８は、スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関において、定常時の充填効率を求める回帰モデルについて説明するための図である。
【００５１】
本実施形態では、充填効率に与える回転速度、吸気管圧力、Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣの影響を考慮に入れた多項式回帰モデルを用いて定常時の充填効率を演算する。上記影響因子を説明変数として、４次項までを考慮する。
【００５２】
さらに、上記影響因子同士の交互作用の影響をモデル上で表現するために、４次を最大とする交互作用項を備えている。
【００５３】
このように高次項や交互作用項を回帰モデルに含めることで、非線形なエンジンの充填効率特性を精度良く近似することができる。
【００５４】
図９は、点火時期を求める回帰モデルを説明するための図である。
【００５５】
点火時期を精度良く求めるために回帰モデルの入力変数には、少なくとも回転速度、充填効率、Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣを用いている。これら各変数について、高次項および交互作用項を設定し、後に述べるように充填効率回帰モデルと同様に、尤度比検定によって回帰モデルの最適化を行う。
【００５６】
Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣを変数に用いるのは、Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣが点火時期に影響の大きいと考えられる内部ＥＧＲ量を決める重要な因子であるからである。本回帰モデルには図示していないが、大気圧を変数として追加することも可能である。
【００５７】
大気圧の影響を考慮することで、高地条件下で内部ＥＧＲが減少するために変化する点火時期の影響を回帰モデルによって精度良く近似することができる。
【００５８】
図１０は、点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図を説明するための図である。
【００５９】
可変バルブ制御の影響や高地条件の影響を考慮して、充填効率推定手段にエアフローセンサ、大気圧、吸気管圧力、回転速度およびバルブリフト特性を入力する。充填効率推定ブロックには、図３あるいは図４で説明した制御手段が備えられている。
【００６０】
さらに上記充填効率推定手段によって求められたシリンダ充填空気量と目標空燃比から燃料噴射量が演算される。さらに、上記充填効率を入力変数として、点火時期が回帰モデルによって求められる。
【００６１】
更に述べると、エアフローセンサである吸気流量検出手段の出力値（流量）が内燃機関のシリンダへの実吸入空気量に対して遅れ挙動を示すが、前述した回帰モデルによって演算された充填効率変化分に基いて、その遅れ挙動を補正して内燃機関の充填効率を推定している。この推定に係るところ含めて、回帰モデルによって演算された充填効率変化分を基に吸気流量検出手段で検出された流量の検出遅れ分を補正して内燃機関の充填効率を推定する手段と云う。
【００６２】
また、シリンダ充填空気量と目標空燃比から燃料噴射量が演算されところを含め、推定された内燃機関の充填効率と目標空燃比にもとづいて、燃料噴射量を演算する手段と云う。
【００６３】
以下に内燃機関の充填効率を推定する手段を列挙する。
１．回帰モデルで演算された充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、吸気流量検出手段で検出された流量に、遅れ補正量を乗じることで、内燃機関の充填効率を推定する手段。
２．回帰モデルで演算された充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、吸気流量検出手段で検出された流量に、遅れ補正量を加算することで、内燃機関の充填効率を推定する手段。
３．回帰モデルで演算された充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素による処理を施し、遅れ系要素による処理が行われた流量に、さらに遅れ補正量を乗じることで、内燃機関の充填効率を推定する手段。
４．回帰モデルで演算された充填効率変化に遅れ系要素の処理が施され、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との差によって遅れ補正量を求め、吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素の処理を施し、遅れ系要素による処理が行われた流量に、さらに遅れ補正量を加算することで、内燃機関の充填効率を推定する手段。
【００６４】
図１１は、点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図において可変バルブを制御することによって、Ｏ／Ｌ期間を増減した際の点火時期および燃料噴射量の出力結果を説明するための図である。
【００６５】
点火時期および燃料噴射量は、充填効率にもとづいて演算されるために、過渡時のシリンダ充填効率の挙動に従って変化する。Ｏ／Ｌを急拡大することによってシリンダ充填効率がオーバーシュートして減少し、その後定常値に収束する。このとき内部ＥＧＲがオーバーシュートして増加し、その後定常値に収束する。
【００６６】
点火時期は上述する充填効率と内部ＥＧＲの挙動にもとづいて、一旦オーバーシュートするように進角側制御され、その後定常状態に収束する。また、燃料噴射量についても、充填効率のオーバーシュートする挙動に従って変化する。Ｏ／Ｌを急激に減少させた場合についても、同様に充填効率のオーバーシュートする挙動にしたがって点火時期および燃料噴射量が推移する。
【００６７】
このように、可変バルブの過渡時においてもエアフローセンサの出力値にもとづいて適切に点火時期および燃料噴射量が演算もしくは制御されるので、過渡時に運転性能や排気性能を悪化させることがない。
【００６８】
図１２は、定常時のシリンダ充填効率回帰モデルを作成するフローを説明するための図である。
【００６９】
ステップ３０１では、回転速度、吸気管圧力、Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣをパラメータとして複数水準設定し、上記パラメータの組み合わせにもとづく充填効率を、サイクルシミュレーションによって求める。
【００７０】
サイクルシミュレーションは複数の物理モデルからなっており、これらの物理モデルに含まれる経験定数を、予め代表点にて計測したエンジン実機データにもとづきチューニングしておく。上記チューニングを施し、十分な予測精度を確認した後、充填効率のデータセットを作成する。
【００７１】
ステップ３０２では、上記データセットを解析対象データとして、多元高次多項式による回帰分析で定常時の充填効率を求める回帰モデルを作成する。ステップ３０３では、データセットに対してこれを最も良く近似するべく多項式の各項に乗じられた偏回帰係数を算出する。偏回帰係数の計算には、最小二乗法を用いる。
【００７２】
ステップ３０４では、多項式の各項について尤度比および危険率を求める。尤度比は以下の手順にしたがって求めることができる。すなわち、対象とする回帰モデルを設定し、解析対象データと回帰モデルとの残差を求める。
【００７３】
さらに、前記回帰モデルから項を一つ除外して残差を求める。上記残差にもとづき尤度比が求められる。上記尤度比とカイ二乗分布との関係から危険率を求めることができる。危険率とは、除外した項が解析対象データを近似するにあたって、近似精度の改善に寄与していない項を回帰モデル中に含む確率を意味する。
【００７４】
ステップ３０５において、設定した回帰モデルの近似精度および演算負荷を求める。近似精度の指標としては、自由度調整済み決定係数やＡＩＣ（赤池情報量基準）などを用いることができる。上述した危険率の算出を繰返し、全ての項について求める（ステップ３０６）。ステップ３０７では、危険率の許容できる水準を設定する。
【００７５】
すなわち、危険率が上記危険率許容値以下の値を示す項についてのみ回帰モデル中に含めることで、危険率の小さい項のみで構成された回帰モデルが作成できる（ステップ３０８）。
【００７６】
なお本実施形態では、回帰モデル中の項の取捨選択に尤度比検定による手法を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、Ｆ検定やｔ検定などの検定手法によっても回帰モデル中の不要な項を適切に削除することができ、同様の効果を奏する。
【００７７】
また、項を一つ除外して尤度比を求めることとしたが、項を一つ加えて尤度比を求め、当該項の危険率を求めることも可能である。
【００７８】
図１３は、尤度比検定および危険率の計算で多項式回帰モデルを最適化する過程を説明するための図である。
【００７９】
同図に示すように、変数の数と次数を設定し、上記変数と次数との組み合わせで考えられる全ての項を回帰モデル中に設定する。各項には偏回帰係数が乗じられている。
【００８０】
このように設定された高次項や交互作用項の全てが、解析データを近似する上で必ずしも必要であるとは限らない。そのため、尤度比検定によって各項の危険率を求め、さらに危険率の許容値を設定することで項の取捨選択を行う。
【００８１】
図１３下には、危険率許容値を５０％ととして削除される項について二重実線で、危険率許容値をさらに厳しく２０％として削除される項について二重破線で示している。同図に示すように、危険率が比較的高い値を示す項は、高次項や交互作用項に現れやすく、これらを適切に削除することによって、演算負荷を大幅に削減することができる。危険率を低く（厳しく）設定するほど削除される項の数は増加する。
【００８２】
図１４は、危険率許容値を複数水準設定した場合に得られる回帰モデルの近似精度および演算負荷の関係を説明するための図である。
【００８３】
危険率許容値を、１００％、５０％、２０％、１０％、５％、２％および１％に設定し、上記危険率で選択された項を用いて回帰モデルを設定し、精度と演算負荷の関係を求めた。
【００８４】
なお危険率許容値を１００％に設定することは全ての項を採用することを意味しており、ここでは４次の多項式を設定している。さらに３次、２次および１次までの多項式を比較のため◆にてプロットしている。
【００８５】
危険率許容値を１００％から２０％まで除外しても精度の悪化はほとんど見られず、４次の多項式では、精度改善に寄与していない高次項や交互作用項を多数含んでいる。さらに危険率を減少させると、演算負荷の低下とともに近似精度についても徐々に悪化する傾向を示す。
【００８６】
このように近似精度と演算負荷との間にはトレードオフの関係が存在するため、最適な回帰モデルを設定するためには、両観点を最適にする組み合わせを選択する必要がある。同図には、近似精度と演算負荷の両観点にとってのパレート解を示している。パレート解上の組み合わせを選択することで最適な回帰モデルを選択することができる。
【００８７】
図１５は、低地および高地条件におけるＯ／Ｌ期間と内部ＥＧＲ量との関係を説明するための図である。
【００８８】
低地条件では、部分負荷時に排気管の圧力が吸気管圧力と比較して高いために、吸気バルブと排気バルブが同時に開くＯ／Ｌ期間において、シリンダを介して逆流を生じる。そのためＯ／Ｌ期間の増加にしたがって内部ＥＧＲ量が増加する。高地条件では同一負荷および回転速度の条件では、排圧が低下する。
【００８９】
そのため、高地条件で同じ吸気管圧力を示す場合では、吸気管圧力と排気管圧力との差が、低地条件の場合のそれと比較して小さいために、内部ＥＧＲ量は減少する。Ｏ／Ｌ期間の増加にしたがって内部ＥＧＲ量が増加する傾向は高地条件ほど小さくなる。
【００９０】
図１６は、高地条件および低地条件でのＯ／Ｌ期間と充填効率の関係を説明するための図である。
【００９１】
同一回転速度および同一吸気管圧力のもとでは、高地条件ほどＯ／Ｌ期間の増加に対する内部ＥＧＲ量の増加の傾向が小さくなるため、充填効率の低下する傾向も同様に小さくなる。
【００９２】
そのため、充填効率を多項式回帰モデルによって精度良く求めるためには、吸気管圧力のみならず、大気圧または排圧の影響についても考慮しなければならない。
【００９３】
図１７は、高地条件での定常時の充填効率を求めるための回帰モデルを説明するための図である。
【００９４】
同図に示すように、高地条件を考慮に入れることで、図８に示した充填効率回帰モデルに、さらに大気圧の項と大気圧の変数を含む交互作用項が追加されている。図１６で述べたように、充填効率はＯ／Ｌ期間のみならず、大気圧または排圧の影響を考慮しなければならず、この影響は大気圧とＯ／Ｌ期間との交互作用項によって表現することができる。
【００９５】
上記回帰モデルについても同様に、尤度比検定によって項の取捨選択を行い、回帰モデルの最適化を行うことができる。本実施形態のシステムでは、大気圧を測定するための大気圧センサを備えていない。
【００９６】
大気圧は、スロットルバルブが全開状態にあるときの吸気管圧力が大気圧であるとみなして推定することができる。また、始動時などの吸気管に負圧が発達していないときの吸気管圧力をもって大気圧としても良い。
【００９７】
上記の圧力の推定に関するところ含めて、大気圧または排気管内の圧力を検出または推定する手段と云う。
【００９８】
また、大気圧とＯ／Ｌ期間との交互作用項に関するところを含めて、大気圧または排気管内の圧力と吸気管内の圧力との差圧を変数とし、差圧と前記オーバーラップ期間との交互作用項によって、充填効率を補正する手段と云う。
【００９９】
また、本発明の実施形態はこれに限定される者ではなく、スロットルバルブの上流部に大気圧センサを別途備える構成としてもよい。または、排気管に排気圧センサを備える構成として、上記排圧をパラメータとした回帰モデルによって定常時の充填効率を演算することとしても良い。
【０１００】
図１８は、高地条件下において、可変バルブを制御することによって、Ｏ／Ｌ期間を増減した際の充填効率を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図である。
【０１０１】
なおこの間、スロットルバルブの開度は部分負荷状態で一定に保持されている。また、比較のため、低地条件にて得られる各部出力の時間推移を併せて示している。Ｏ／Ｌ期間を矩形波状に増加させると、エアフローセンサの出力値が徐々に減少する。一方、シリンダへの実吸入空気量は一度オーバーシュートするように減少し、その後定常状態へと収束するような挙動を示す。
【０１０２】
このように、可変バルブの急変時にはエアフローセンサの出力値がシリンダへの実吸入空気量に対して遅れ挙動を示す。Ｏ／Ｌ期間を矩形波状に減少させた際にも、エアフローセンサの出力値がシリンダへの実吸入空気量に対して遅れ挙動を示す。これらの定性的挙動は、低地条件でのそれとほぼ同じであるが、Ｏ／Ｌ期間を増加させた際の充填効率の減少量は、低地条件でのそれと比較して小さい。
【０１０３】
このように、回帰モデルに高地条件を想定して大気圧の項を追加することによって、高地条件においても充填効率が精度良く演算される。
【０１０４】
図１９は、点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図において、高地条件下で可変バルブを制御することによって、Ｏ／Ｌ期間を増減した際の点火時期および燃料噴射量の出力結果を説明するための図である。
【０１０５】
Ｏ／Ｌを急拡大することによってシリンダ充填効率がオーバーシュートして減少し、その後定常値に収束する。このとき内部ＥＧＲがオーバーシュートして増加し、その後定常値に収束する。点火時期は上述する充填効率と内部ＥＧＲの挙動にもとづいて、一旦オーバーシュートするように進角側制御され、その後定常状態に収束する。
【０１０６】
また、燃料噴射量についても、充填効率のオーバーシュートする挙動に従って変化する。Ｏ／Ｌを急激に減少させた場合についても、同様に充填効率のオーバーシュートする挙動にしたがって点火時期および燃料噴射量が推移する。
【０１０７】
これらの定性的挙動は、低地条件でのそれとほぼ同じであるが、Ｏ／Ｌ期間を増加させた際の充填効率の減少量は、低地条件でのそれと比較して小さい。このように、高地条件にて可変バルブを急変させた場合においても、点火時期ならびに燃料噴射量が適切に演算または制御されるので、運転性能や排気性能を悪化させることがない。
【０１０８】
図２０は、遅れ系要素１および遅れ系要素２において用いられる一次遅れ系要素に備えられた時定数の関係を示すための図である。
【０１０９】
同一のエンジン諸元での比較では、いずれの時定数についても回転速度に反比例する関係をもっており、回転速度が増加するにしたがって時定数が減少する。
【０１１０】
このように時定数を変化させることによって、回転速度の大小に関わらず、スロットルバルブの急変時と可変バルブ側の急変時の両方に場合に対応して、図３または図４に示す一つの制御ロジックで精度良くシリンダ実吸入空気量を演算することができる。
【０１１１】
また、このような時定数と回転速度との関係を利用することによって、回転速度毎に時定数を逐一適合する必要がなく、適合工数を削減することができる。
【０１１２】
ただし本発明は、時定数を回転速度のみにもとづいて求めることに限定するものではない。すなわち、吸入空気の流量に応じて変化させることとしても同様の効果を奏する。
【０１１３】
図２１は、可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関において、バルブタイミングおよびバルブリフト量を連続的に可変制御できる可変バルブ機構を備えた吸気バルブのバルブリフト特性を説明するための図である。
【０１１４】
同図に示すように、吸気バルブの開く時期をほぼ同時期に保持しつつ、閉じ時期とバルブリフト量とを変化させることによって、シリンダに吸入される空気量を制御する。本システムの連続リフト可変バルブ機構ではバルブリフト量とバルブ作動角が一意的に決定されている。そのため吸気バルブの開く時期をほぼ同時期に保持するべく、通常は可変バルブタイミング機構と併用して用いられる。
【０１１５】
図２２は、スロットルバルブによって吸気絞りを行わないエンジンシステムにおいて、充填効率を演算する制御ブロック図を説明するための図である。
【０１１６】
スロットルバルブによって吸気絞りを行わないエンジンシステムでは、吸気管内に大きな圧力差をともなう領域が存在しないために、スロットルバルブ急変時に見られるような遅れ挙動は現れない。
【０１１７】
そのため、図２２では、図３に示した制御ロジックから遅れ系要素１を除いている。
【０１１８】
ブロック２００において検出されたエアフローセンサの出力値と回転速度にもとづき、ブロック２０１においてエアフローセンサ部の流量を充填効率に換算する。
【０１１９】
一方、ブロック２０２では、回転速度、吸気管圧力およびバルブリフト特性を入力変数として定常時の充填効率が回帰モデルによって演算される。これをもとに、可変バルブの制御でバルブリフト特性が変化することに起因して生じる定常時の充填効率変化分を演算し出力する。
【０１２０】
上記演算された可変バルブ制御時の定常時充填効率変化分はブロック２０３において遅れ系要素３によって処理が施される。上記充填効率変化分と上記遅れ処理が施された後の値との比がブロック２０４において求められる。
【０１２１】
ここで、遅れ系要素３は、時定数をτ３とし、ゲインを１．０とした一次遅れの伝達関数で表されている。ブロック２０５において、上記比にゲイン係数Ｋｃが乗じられる。上記ブロック２０１の出力値と上記ブロック２０５の出力値との積によって充填効率が演算される。
【０１２２】
上記時定数をτ３およびゲイン係数Ｋｃは適合定数であり、後に述べる過渡挙動を精度良く予測するためにあらかじめ最適値に適合されている。
【０１２３】
図２２に示した方式に代えて、図２３に示すような制御ロジックを用いることとしても良い。図２３は、異なる方式で実施したスロットルバルブによって吸気絞りを行わないエンジンシステムにおいて、シリンダ吸入空気量を演算する制御ブロック図を説明するための図である。
【０１２４】
図２３に示す方式では、エアフローセンサ出力値に、これに可変バルブの制御でバルブリフト特性が変化することに起因して生じる定常時の充填効率変化分と、それに遅れ処理を施した後の値との差分を加えることによって実現されている。
【０１２５】
このような方式によっても図２２において説明した充填効率の過渡挙動を精度良く演算することが可能である。
【０１２６】
図２４は、可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関において、定常時の充填効率を求める回帰モデルについて説明するための図である。
【０１２７】
本実施形態では、充填効率に与える回転速度、吸気管圧力、吸気バルブ作動角またはバルブリフト、Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣの影響を考慮に入れた多項式回帰モデルを用いて定常時の充填効率を演算する。
【０１２８】
上記影響因子を説明変数として、４次項までを考慮する。さらに、上記影響因子同士の交互作用の影響をモデル上で表現するために、４次を最大とする交互作用項を備えている。
【０１２９】
このように高次項や交互作用項を回帰モデルに含めることで、非線形なエンジンの充填効率特性を精度良く近似することができる。
【０１３０】
図２５は、可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関において、点火時期を求める回帰モデルを説明するための図である。
【０１３１】
点火時期を精度良く求めるために回帰モデルの入力変数には、少なくとも回転速度、充填効率、ＩＶＣ（吸気バルブ閉じ角）、Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣを用いている。これら各変数について、高次項および交互作用項を設定し、充填効率回帰モデルと同様に、尤度比検定によって回帰モデルの最適化を行う。
【０１３２】
点火時期回帰モデルにＩＶＣを考慮するのは、図２に示すように吸気バルブに作動角および位相を連続的に可変とする可変バルブ機構を備えたエンジンシステムでは、ＩＶＣによってピストン運動による実圧縮比が大きく変化するため、点火時期制御に重要な因子であるノックの挙動を適切に表現するためである。
【０１３３】
さらにＯ／Ｌ期間およびＥＶＣを変数に用いるのは、Ｏ／Ｌ期間およびＥＶＣが点火時期に影響の大きいと考えられる内部ＥＧＲ量を決める重要な因子であるからである。本回帰モデルには図示していないが、大気圧を変数として追加することも可能である。大気圧の影響を考慮することで、高地条件下で内部ＥＧＲが減少するために変化する点火時期の影響を回帰モデルによって精度良く近似することができる。
【０１３４】
上記の点火時期制御に関するところを含めて、推定された内燃機関の充填効率にもとづいて、点火時期制御量を演算する手段と云う。
【０１３５】
図２６は、可変バルブを制御することによって、吸気バルブの作動角を増減した際の充填効率を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図である。
【０１３６】
なおこの間、吸気管圧力は大気圧または大気圧より若干負圧側に保持されている。吸気バルブ作動角を矩形波状に減少させると、エアフローセンサの出力値が出力Ａの如く徐々に減少する。
【０１３７】
一方、シリンダへの実吸入空気量は一度オーバーシュートするように減少し、その後定常状態へと収束するような挙動を示す。
【０１３８】
このように、可変バルブの急変時にはエアフローセンサの出力値がシリンダへの実吸入空気量に対して遅れ挙動を示す。吸気バルブ作動角を矩形波状に増加させた際にも、エアフローセンサの出力値がシリンダへの実吸入空気量に対して遅れ挙動を示す。
【０１３９】
一方、可変バルブの制御でバルブリフト特性が変化することに起因して生じる定常時の充填効率変化分と、それに遅れ処理を施した後の値との比が出力Ｂの如く求められる。これを補正値としてブロック２０６にて出力Ａに乗じることで、シリンダへの実吸入空気量が演算される。
【０１４０】
以上のような処理が施され、エアフローセンサ検出値を入力として可変バルブ急変時であっても充填効率が精度良く演算される。
【０１４１】
図２７は、点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図において可変バルブを制御することによって、吸気バルブ作動角を増減した際の点火時期および燃料噴射量の出力結果を説明するための図である。
【０１４２】
点火時期および燃料噴射量は、充填効率にもとづいて演算されるために、過渡時のシリンダ充填効率の挙動に従って変化する。吸気バルブ作動角を急減少することによってシリンダ充填効率がオーバーシュートして減少し、その後定常値に収束する。
【０１４３】
点火時期は上述する充填効率の挙動にもとづいて、一旦オーバーシュートするように進角側に制御され、その後定常状態に収束する。また、燃料噴射量についても、充填効率のオーバーシュートする挙動に従って変化する。
【０１４４】
吸気バルブ作動角を急激に増加させた場合についても、同様に充填効率のオーバーシュートする挙動にしたがって点火時期および燃料噴射量が推移する。
【０１４５】
このように、可変バルブの過渡時においてもエアフローセンサの出力値にもとづいて適切に点火時期および燃料噴射量が演算もしくは制御されるので、過渡時に運転性能や排気性能を悪化させることがない。
【０１４６】
図２８は、遅れ系要素３において用いられる一次遅れ系要素に備えられた時定数の関係を示すための図である。
【０１４７】
同一のエンジン諸元での比較では、一次遅れ系要素に備えられた時定数には回転速度に関わらずほぼ一定値を用いることで、充填効率の過渡挙動を精度良く演算することができる。また、このような時定数と回転速度との関係を利用することによって、回転速度毎に時定数を逐一適合する必要がなく、適合工数を削減することができる。
【０１４８】
上述した本発明の実施例の主な特徴を以下に列挙する。
【０１４９】
１．前記内燃機関の回転速度と前記吸気管内の圧力と前記可変バルブ機構の変化に基く回帰モデルによって前記内燃機関の定常状態の充填効率変化分を演算する手段と、前記回帰モデルによって演算された前記充填効率変化分を基に前記吸気流量検出手段で検出された流量の検出遅れ分を補正して前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備えることを特徴とする。
【０１５０】
これにより、可変バルブの過渡時においても検出遅れなく精度良く充填効率を推定できる。
【０１５１】
２．回帰モデルで演算された前記充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に、前記遅れ補正量を乗じることで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備えることを特徴とする。
【０１５２】
これによれば、回帰モデルで演算された可変バルブ動作変化にともなう充填効率変化に遅れ系要素が処理され、充填効率変化と遅れ系要素が処理された充填効率変化との比によって遅れ補正量が求められる。このため、吸気流量検出手段で検出された流量に、前記遅れ補正量を乗じることで、内燃機関の充填効率を推定するので、可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関の可変バルブの過渡時においても、検出遅れなく精度良く充填効率を推定できる。
【０１５３】
３．回帰モデルで演算された前記充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に、前記遅れ補正量を加算することで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備えることを特徴とする。
【０１５４】
これによれば、回帰モデルで演算された可変バルブ動作変化にともなう吸入空気量変化に遅れ系要素が処理され、充填効率変化と遅れ系要素が処理された充填効率変化との差によって遅れ補正量が求められる。このため、吸気流量検出手段で検出された流量に、遅れ補正量を加算することで、内燃機関の充填効率を推定するので、可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関の可変バルブの過渡時においても、精度良く充填効率を推定できる。
【０１５５】
４．回帰モデルで演算された前記充填効率変化分に遅れ系要素による処理を施し、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との比によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素による処理を施し、前記遅れ系要素による処理が行われた流量に、さらに前記遅れ補正量を乗じることで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備えることを特徴とする。
【０１５６】
これによれば、回帰モデルで演算された可変バルブ動作変化にともなう充填効率変化に遅れ系要素が処理され、充填効率変化と遅れ系要素が処理された充填効率変化との比によって遅れ補正量が求められる。このため、吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素が処理され、遅れ系要素が処理された流量に、さらに遅れ補正量を乗じることで、内燃機関の充填効率を推定するので、スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関の可変バルブの過渡時やスロットルバルブの過渡時においても精度良く充填効率を推定できる。
【０１５７】
５．回帰モデルで演算された前記充填効率変化に遅れ系要素の処理が施され、処理前の充填効率変化分と処理後の充填効率変化分との差によって遅れ補正量を求め、前記吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素の処理を施し、前記遅れ系要素による処理が行われた流量に、さらに前記遅れ補正量を加算することで、前記内燃機関の充填効率を推定する手段を備えることを特徴とする。
【０１５８】
これによれば、回帰モデルで演算された可変バルブ動作変化にともなう充填効率変化に遅れ系要素が処理され、充填効率変化と遅れ系要素が処理された充填効率変化との差によって遅れ補正量が求められる。このため、吸気流量検出手段で検出された流量に遅れ系要素が処理され、遅れ系要素が処理された流量に、さらに遅れ補正量を加算することで、内燃機関の充填効率を推定するので、スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関の可変バルブの過渡時やスロットルバルブの過渡時においても精度良く充填効率を推定できる。
【０１５９】
６．遅れ系要素が一次遅れの伝達関数で表され、前記一時遅れの伝達関数に含まれる時定数が固定値で与えられていることを特徴とする。
【０１６０】
これによれば、遅れ系要素が一時遅れの伝達関数で表されており、一時遅れの伝達関数に含まれる時定数が固定値で与えられているので、可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関の回転速度が異なる場合であっても、精度良くシリンダ吸入空気量を推定できる。また、時定数の適合工数を軽減することができる。
【０１６１】
７．遅れ系要素が一次遅れの伝達関数で表され、前記一時遅れの伝達関数に含まれる時定数が少なくとも前記内燃機関の回転速度に反比例するように与えられていることを特徴とする。
【０１６２】
これによれば、遅れ系要素が一時遅れの伝達関数で表されており、一時遅れの伝達関数に含まれる時定数が少なくとも回転速度に反比例するように与えられているので、スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関の回転速度が異なる場合であっても、精度良くシリンダ吸入空気量を推定できる。また、時定数の適合工数を軽減することができる。
【０１６３】
８．回帰モデルが、回転速度の項、吸気管圧力の項、バルブリフト特性の項、回転速度と吸気管圧力とバルブリフト特性のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式であることを特徴とする。
【０１６４】
これによれば、回帰モデルが、回転速度のみの項、吸気管圧力のみの項、バルブリフト特性のみの項、回転速度と吸気管圧力とバルブリフト特性のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項を備えた多項式であるので、回転速度や吸気管圧力やバルブリフト特性の影響を考慮して定常時の充填効率を精度良く演算することができる。
【０１６５】
９．回帰モデルのバルブリフト特性が、吸気バルブ作動角の項、オーバーラップ期間の項、排気バルブ閉じ時期の項、吸気バルブ作動角とオーバーラップ期間と排気バルブ閉じ時期のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式で表されていることを特徴とする。
【０１６６】
これによれば、回帰モデルのバルブリフト特性が、吸気バルブ作動角のみの項、オーバーラップ期間のみの項、排気バルブ閉じ時期のみの項、吸気バルブ作動角とオーバーラップ期間と排気バルブ閉じ時期のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式で表されているので、吸気バルブ作動角やオーバーラップ期間や排気バルブ閉じ時期の影響を考慮して定常時の充填効率を精度良く演算することができる。
【０１６７】
１０．大気圧または排気管内の圧力を検出または推定する手段を備え、前記大気圧または前記排気管内の圧力と前記吸気管内の圧力との差圧を変数とし、前記差圧と前記オーバーラップ期間との交互作用項によって、充填効率を補正する手段を備えることを特徴とする。
【０１６８】
これによれば、大気圧または排気管圧力を検出または推定する手段を備え、大気圧または排気管圧力と吸気管圧力との差圧を変数とし、差圧とオーバーラップ期間との交互作用項によって、充填効率を補正する手段を備えるので、高地条件下においても、定常時の充填効率を精度良く演算することができる。
【０１６９】
１１．推定された内燃機関の充填効率と目標空燃比にもとづいて、燃料噴射量を演算する手段を備えることを特徴とする。
【０１７０】
これによれば、充填効率と目標空燃比にもとづいて、燃料噴射量を演算する手段を備えるので、可変バルブの過渡時やスロットルバルブの過渡時においても適切に燃料噴射量を制御することができ、運転性の悪化や排気性能の悪化の問題を軽減することができる。
【０１７１】
１２．少なくとも前記推定された内燃機関の充填効率にもとづいて、点火時期制御量を演算する手段を備えることを特徴とする。
【０１７２】
これによれば、少なくとも充填効率にもとづいて、点火時期制御量を演算する手段を備えるので、精度良く点火時期を制御することができる。
【０１７３】
１３．点火時期制御量を演算する手段は、少なくとも前記内燃機関の回転速度と前記推定された内燃機関の充填効率と前記可変バルブのバルブリフト特性にもとづく回帰モデルを備えることを特徴とする。
【０１７４】
これによれば、点火時期制御量を演算する手段は、少なくとも回転速度と充填効率と可変バルブのバルブリフト特性にもとづく回帰モデルを備えているので、回転速度や充填効率やバルブリフト特性の影響を考慮して精度良く点火時期を制御することができる。
【０１７５】
１４．回帰モデルが、回転速度の項、充填効率の項、バルブリフト特性の項、回転速度と充填効率とバルブリフト特性のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式であることを特徴とする。
【０１７６】
これによれば、点火時期を求める回帰モデルが、回転速度のみの項、シリンダ吸入空気量のみの項、バルブリフト特性のみの項、回転速度とシリンダ吸入空気量とバルブリフト特性のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項を備えた多項式であるので、回転速度や充填効率やバルブリフト特性の影響を考慮して精度良く点火時期を制御することができる。
【０１７７】
１５．回帰モデルのバルブリフト特性が、吸気バルブ閉じ時期の項、オーバーラップ期間の項、排気バルブ閉じ時期の項、吸気バルブ閉じ時期とオーバーラップ期間と排気バルブ閉じ時期のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項を備えた多項式で表されていることを特徴とする。
【０１７８】
これによれば、前記回帰モデルのバルブリフト特性が、吸気バルブ閉じ時期のみの項、オーバーラップ期間のみの項、排気バルブ閉じ時期のみの項、吸気バルブ閉じ時期とオーバーラップ期間と排気バルブ閉じ時期のうち２つ以上の変数で構成された交互作用項であって、これらのうちで少なくとも１つ以上の項で構成された多項式で表されているので、精度良く点火時期を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】本発明の実施の形態の構成を説明する図。
【図２】バルブタイミングを連続的に可変制御できる可変バルブ機構を備えた吸気および排気バルブのバルブリフト特性を説明するための図。
【図３】充填効率を演算する制御ブロック図を説明するための図。
【図４】異なる方式で実施した充填効率を演算する制御ブロック図を説明するための図。
【図５】スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関において、部分負荷運転状態からスロットルバルブを急激に全開状態へ変化させた際の、シリンダ吸入空気量を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図。
【図６】スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関において、スロットルバルブ全開状態から前閉状態近くまで急激に閉止した際のシリンダ吸入空気量を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図。
【図７】可変バルブを制御することによって、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間（以下、Ｏ／Ｌ期間とする）を増減した際の充填効率を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図。
【図８】スロットルバルブによって負荷制御を行う内燃機関において、定常時の充填効率を求める回帰モデルについて説明するための図。
【図９】点火時期を求める回帰モデルを説明するための図。
【図１０】点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図を説明するための図。
【図１１】点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図において可変バルブを制御することによって、Ｏ／Ｌ期間を増減した際の点火時期および燃料噴射量の出力結果を説明するための図。
【図１２】定常時のシリンダ充填効率回帰モデルを作成するフローを説明するための図。
【図１３】尤度比検定および危険率の計算で多項式回帰モデルを最適化する過程を説明するための図。
【図１４】危険率許容値を複数水準設定した場合に得られる回帰モデルの近似精度および演算負荷の関係を説明するための図。
【図１５】低地および高地条件におけるＯ／Ｌ期間と内部ＥＧＲ量との関係を説明するための図。
【図１６】高地条件および低地条件でのＯ／Ｌ期間と充填効率の関係を説明するための図。
【図１７】高地条件での定常時の充填効率を求めるための回帰モデルを説明するための図。
【図１８】高地条件下において、可変バルブを制御することによって、Ｏ／Ｌ期間を増減した際のシリンダ吸入空気量を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図。
【図１９】点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図において、高地条件下で可変バルブを制御することによって、Ｏ／Ｌ期間を増減した際の点火時期および燃料噴射量の出力結果を説明するための図。
【図２０】遅れ系要素１および遅れ系要素２において用いられる一次遅れ系要素に備えられた時定数の関係を示すための図。
【図２１】可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関において、バルブタイミングおよびバルブリフト量を連続的に可変制御できる可変バルブ機構を備えた吸気バルブのバルブリフト特性を説明するための図。
【図２２】スロットルバルブによって吸気絞りを行わないエンジンシステムにおいて、充填効率を演算する制御ブロック図を説明するための図。
【図２３】異なる方式で実施したスロットルバルブによって吸気絞りを行わないエンジンシステムにおいて、シリンダ吸入空気量を演算する制御ブロック図を説明するための図。
【図２４】可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関において、定常時の充填効率を求める回帰モデルについて説明するための図。
【図２５】可変バルブによって負荷制御を行う内燃機関において、点火時期を求める回帰モデルを説明するための図。
【図２６】可変バルブを制御することによって、吸気バルブの作動角を増減した際の充填効率を演算する制御ブロック図の各部出力の時間推移を説明するための図。
【図２７】点火時期および燃料噴射量を演算する制御ブロック図において可変バルブを制御することによって、吸気バルブ作動角を増減した際の点火時期および燃料噴射量の出力結果を説明するための図。
【図２８】遅れ系要素３において用いられる一次遅れ系要素に備えられた時定数の関係を示すための図。
【符号の説明】
【０１８０】
１…内燃機関
２…エアフローセンサ（吸気流量検出手段）および吸気温センサ
３…スロットルバルブ
４…吸気マニホールド
５…吸気管圧力センサ
６…タンブルコントロールバルブ
７…燃料噴射弁
８…吸気可変バルブ機構
９…バルブリフトセンサおよびバルブタイミングセンサ
１０…排気可変バルブ機構
１１…バルブタイミングセンサ
１２…点火プラグ
１３…ノックセンサ
１４…クランク角度センサ
１５…Ａ／ＦセンサまたはＯ２センサ
１６…ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）
【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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