JP3820848B2 - 内燃機関の吸入空気量制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置に係り、特に、吸気弁の開閉時期を制御して出力を制御することができる内燃機関の吸入空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁駆動の吸排気弁を備えた内燃機関がある。例えば、特開平１０−３１１２３１号公報に示されるように、内燃機関の吸排気弁を電磁力により駆動し、内燃機関の稼働状況に応じて吸排気弁の開閉時期を可変とするシステムが知られている。このようなシステムでは、吸気絞り弁を持たないか、あるいは、吸気絞りを極小さくして、吸気管内圧力を大気圧に近い状態とし、吸気弁の開弁期間で吸入空気量の制御を行っている。これにより、従来の吸気絞り弁で吸入空気量制御を行う機関と比較して吸気損失（ポンピングロス）を低減し、燃料消費率を低下させることが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような開閉時期を可変とした吸排気弁を備えた機関においては、吸気管内圧力を概ね大気圧として運転した場合には、従来の吸気絞り弁で吸気量制御を行なう機関に比べて機関に吸入される混合気の流速が下がる為に燃焼室内の流動が低下し、燃焼安定度が下がる場合がある。また、燃料タンクの蒸発燃料を吸着したキャニスターを再生するために吸気管に所定の負圧を発生させる場合がある。
【０００４】
このように、吸気管内に所定の負圧を発生させる必要性から、吸気管に吸気絞り弁を設けて、例えば、冷機時等の燃焼状態が悪化するような条件においては、吸気絞りによって吸入空気量制御を行なって、比較的吸気管内圧力が小さい状態とし、混合気の流速を高めて燃焼状態を良好に保ちながら運転し、一方、暖気後において吸気絞りを極小さくして、吸気管内圧力を大気圧に近い状態に保ち、吸排気弁の開閉時期制御による吸入空気量制御を行ない燃料消費率を低下させる、という運転を行なうことが考えられる。
【０００５】
しかしながら、上記従来の稼働中に吸気絞り弁制御と吸気弁開閉時期制御との２種類の方式の吸入空気量制御を行なう機関においては、その制御方式を切り換える際に機関出力に段差を生じ、運転性が悪化するという問題点が生じる。
【０００６】
この機関出力の段差が生じることの原因として、まず第一に、吸気絞り弁によって吸入空気量制御を行なう場合と、吸気管内圧力を大気圧に近い状態として吸排気弁の開閉時期を用いて吸入空気量制御を行なう場合では、ポンプロスや燃焼効率が異なるので所定の機関出力を得るために必要な空気量が異なる上に、吸気量制御方式を切り換えた際には吸気管内圧力が過渡的に変化するので必要な空気量が過渡的に変化するということが挙げられる。
【０００７】
また、第二に、吸気絞り弁で吸気量制御を行なう場合と、吸排気弁の開閉時期で吸気量制御を行なう場合では吸気量制御の応答性が異なることである。即ち、前者の場合には、吸気絞り弁から吸気弁までの容積が遅延要素として作用するので、目標吸入空気量に対して実際の吸入空気量は遅れをもって変化するのに対して、後者の場合には、目標吸入空気量に対して実際の吸入空気量の遅れが無いことである。
【０００８】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、トルク段差を発生することなく、吸気絞り弁制御と吸気弁開閉時期制御との２つの吸気量制御方式の切換を稼働中に行なうことのできる内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記吸気弁の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標機関トルクと前記定常目標閉時期とに基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標機関トルクと前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、前記吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、前記定常目標閉時期と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記目標機関トルクと前記実吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、を備えたことを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
【００１０】
上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを要旨とする。
【００１１】
上記目的を達成するため請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを要旨とする。
【００１２】
上記目的を達成するため請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段をさらに備え、前記目標機関トルク算出手段は、前記定常目標機関トルクに対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記目標機関トルクを算出することを要旨とする。
【００１３】
上記目的を達成するため請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記定常目標吸気通路内圧力に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記実吸気通路内圧力を取得することを要旨とする。
【００１４】
上記目的を達成するため請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記吸気通路内の実際の圧力を検出する圧力センサを含んで構成されることを要旨とする。
【００１５】
上記目的を達成するため請求項７に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量にポンピングロス低下分の補正を施して前記目標吸入空気量を算出することを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
上記目的を達成するため請求項８に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量に燃焼効率悪化分の補正を加えて前記目標吸入空気量を算出することを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
上記目的を達成するため請求項９に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空 気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、制御方式の選択切換時の吸入空気量の目標値を示す制御方式切換時目標吸入空気量を算出する制御方式切換時目標吸入空気量算出手段と、制御方式の選択が切り換えられたときに、前記制御方式切換時目標吸入空気量に基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出する制御方式切換時目標閉時期算出手段と、を備えたことを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
【００１６】
上記目的を達成するため請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至９の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを要旨とする。
【００１７】
上記目的を達成するため請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至９の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを要旨とする。
【００２１】
上記目的を達成するため請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段とをさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、前記目標吸入空気量と前記実吸入空気量とに基づいて前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【００２２】
上記目的を達成するため請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第１の制御方式から前記第２の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記実吸入空気量と切り換え後の前記目標吸入空気量に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【００２３】
上記目的を達成するため請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第２の制御方式から前記第１の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記目標吸入空気量と切り換え後の前記実吸入空気量に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【００２４】
上記目的を達成するため請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を前記基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記吸気通路内の圧力が前記定常目標吸気通路内圧力と一致していると仮定した場合に吸入空気量が前記制御方式切換時目標吸入空気量と一致する前記吸気弁の閉時期を示す仮閉時期を算出する仮閉時期算出手段とをさらに備え、前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記仮閉時期に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを要旨とする。
【００２５】
上記目的を達成するため請求項１６に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記実吸気通路内圧力とに基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを要旨とする。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れの制御方式が選択されているかに関わらず、定常目標機関トルクに基づいてスロットル弁開度または吸気弁閉時期を制御するようにしたので、機関運転者の操作に対する機関のトルク特性、即ち、操作に対するトルク応答性と操作量に対する発生トルクの大きさを常に等しくすることができるという効果がある。
【００２７】
さらに、目標機関トルクと実吸気通路内圧力とに基づいて吸気弁の目標閉時期を算出しているので、制御方式の切り換え時には、トルク段差を生じて運転性を悪化させることなく２つの制御方式を切り換えることが出来るという効果がある。
【００２８】
請求項２記載の発明によれば、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を基準閉時期としたので、第１の制御方式選択時における機関トルクを大きくすることができる。
【００２９】
請求項３記載の発明によれば、第２の制御方式選択時に吸気通路内の圧力の定常目標値を大気圧近傍の圧力としているので、ポンピングロスがなくなり、第２の制御方式選択時における燃料消費率を第１の制御方式選択時の燃料消費率よりも大幅に低下させることができる。
【００３０】
請求項４記載の発明によれば、前記基準時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸気通路内の圧力変化の応答遅れを示す第１応答遅れ時定数を用いて目標トルクを算出しているので、機関運転者の操作に対する機関のトルク応答性を比較的簡単な演算で常に等しくすることが可能である。
【００３１】
請求項５記載の発明によれば、前記目標閉時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸気通路内の圧力変化の応答遅れを示す第２応答遅れ時定数を用いて実吸気通路内圧力を取得しているので、機関運転者の操作量に対する機関の発生トルクの大きさを比較的簡単な演算で常に等しくすることが可能である。
【００３２】
請求項６記載の発明によれば、吸気通路内の実際の圧力を圧力センサで検出しているので、新たなセンサが必要となるものの、機関の発生トルクの大きさを常に等しくするための演算が請求項５記載の発明よりさらに簡単となる。
【００３３】
請求項７または８記載の発明によれば、主にスロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れの制御方式が選択されているかに関わらず、定常目標吸入空気量に基づいてスロットル弁開度または吸気弁閉時期を制御し、基準閉時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れを示す第１応答遅れ時定数を用いて実吸入空気量を算出しているので、機関運転者の操作に対する機関のトルク特性、即ち、操作に対するトルク応答性と操作量に対する発生トルクの大きさを比較的簡単な演算で常に等しくすることができるという効果がある。
【００３４】
請求項９記載の発明によれば、制御方式切換時目標吸入空気量算出手段により制御方式切り換え時の吸入空気量目標値を算出し、この吸入空気量目標値に基づいて制御方式切換時の吸気弁の目標閉時期を算出するようにしたので、第１及び第２の制御方式の切り換え時にトルク段差を生じさせることなく２つの制御方式を切り換えることが可能である。
【００３５】
請求項１０記載の発明によれば、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を基準閉時期としたので、第１の制御方式選択時における機関トルクを大きくすることができる。
【００３６】
請求項１１記載の発明によれば、第２の制御方式選択時に吸気通路内の圧力の定常目標値を大気圧近傍の圧力としているので、ポンピングロスがなくなり、第２の制御方式選択時における燃料消費率を第１の制御方式選択時の燃料消費率よりも大幅に低下させることができる。
【００３９】
請求項１２記載の発明によれば、目標吸入空気量と、定常目標吸入空気量に対して吸入空気量変化の応答遅れを示す第１応答時定数により一次遅れ処理を施した実吸入空気量とに基づいて制御方式切換時目標吸入空気量を算出するようにしたので、第１及び第２の制御方式の切り換え時にトルク段差を生じさせることなく２つの制御方式を切り換えることが可能である。
【００４０】
請求項１３，１４，１５記載の発明によれば、吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を用いて、制御方式切換時の実吸入空気量と目標吸入空気量とに対して一次遅れ処理を施して制御方式切換時目標吸入空気量を算出するようにしたので、制御方式の切り換え時にトルク段差が生じるのを回避するための演算を比較的簡単にすることができる。
【００４１】
請求項１６記載の発明によれば、吸気通路内の実際の圧力を圧力センサで検出しているので、新たなセンサが必要となるものの、制御方式の切り換え時にトルク段差が生じるのを回避するための演算が請求項１３，１４，１５記載の発明よりさらに簡単となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の吸入空気量制御装置の一実施の形態を採用した内燃機関の構成図である。
【００４３】
機関の吸気通路１０１には、上流側からエアクリーナ１０２，エアフロセンサ１０３，ストッロルチャンバ１０４が配設されている。スロットルチャンバ１０４の内部に収められたスロットル弁１０５は、スロットルアクチュエータ１０６によってその開度を調整することが可能である。ストットルチャンバ１０４の下流側は吸気コレクタ１０７に接続されており、この吸気コレクタ１０７から気筒毎の吸気通路１０８が分岐形成されている。
【００４４】
この吸気通路１０８にインジェクタ１０９が配設されており、このインジェクタ１０９から吸気通路１０８内へ燃料が噴射供給される。吸気通路１０８と燃焼室１１０との間に配設される吸気弁１１１は、電磁アクチュエータ１１２によって開閉駆動されるようになっている。これと同様に、排気通路１１３と燃焼室１１０との間に配設される排気弁１１４も電磁アクチュエータ１１５で開閉駆動されるようになっている。排気通路１１３へ排出された排気ガスは、触媒１１６によって浄化された後大気へ放出される。１１７は点火プラグである。
【００４５】
機関を運転する際の各種の制御は、エンジンコントロールモジュール１２０（以下、ＥＣＭ１２０）によって行われる。ＥＣＭ１２０は入力ポート１２１、マイクロプロセッサ１２２、メモリ１２３、出力ポート１２４等から構成されている。メモリ１２３は、マイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラムや各種の制御マップ、制御データ等を記憶しているＲＯＭと、制御プログラム実行中に一時的に情報の記憶を行うＲＡＭとから構成されている。
【００４６】
ＥＣＭ１２０には、エアフロセンサ１０３が検出した吸入空気量を示す信号の他、クランク角センサ１２５が検出したクランク角度を示す信号、アクセル開度センサ１２６が検出したアクセル開度を示す信号、水温センサ１２７が検出した冷却水温を示す信号、空燃比センサ１２８が検出した排気ガスの空燃比を示す信号、圧力センサ１２９が検出した吸気コレクタ１０７内の圧力を示す信号等が送られ、これらの信号は入力ポート１２１を介して読み込まれ、マイクロプロセッサ１２２が実行する演算処理に使用される。この演算処理によって得られた各種の制御信号は、出力ポート１２４を介してスロットルアクチュエータ１０６、インジェクタ１０９、電磁アクチュエータ１１２、１１５、点火プラグ１１７へ送られる。
【００４７】
またＥＣＭ１２０は、スロットルアクチュエータ１０６を介して、スロットル弁１０５が目標開度となるように開度を制御するとともに、電磁アクチュエータ１１２を介して吸気弁１１１の閉時期が目標閉時期となるように制御する。
【００４８】
さらに、ＥＣＭ１２０は、主にスロットル弁１０５の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に吸気弁１１１の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、第１の制御方式が選択されているときに、吸気弁１１１の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、第１の制御方式が選択されているときに、定常目標機関トルクと定常目標閉時期とに基づいて、吸気通路１０１内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、第２の制御方式が選択されているときに、定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、第２の制御方式が選択されているときに、目標機関トルクと定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、吸気通路１０１内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、定常目標閉時期と定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、目標開度を算出する目標開度算出手段と、目標機関トルクと実吸気通路内圧力とに基づいて、目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段とを兼ねるものである。
【００４９】
スロットルアクチュエータ１０６はＥＣＭ１２０からの目標開度信号を受けて作動し、スロットル弁１０５の開度を目標開度に一致させる。インジェクタ１０９はＥＣＭ１２０からの燃料噴射信号を受けて作動し、燃焼室１１０内に形成される混合気の空燃比が所定の空燃比（例えば理論空燃比）となるような量の燃料を所定の時期に噴射する。点火プラグ１１７はＥＣＭからの点火信号を受けて作動し、所定の時期に火花点火を実行する。
【００５０】
電磁アクチュエータ１１２、１１５は、ＥＣＭ１２０からの目標開閉時期信号を受けて作動し、吸気弁１１１、排気弁１１４を所定の時期に開閉する。この電磁アクチュエータ１１２、１１５の構造を、図２を用いて以下に説明する。図２の電磁アクチュエータは、電磁アクチュエータ１１２、１１５の何れにも適用可能である。すなわち、図中のバルブ２０２は、吸気弁１１１、排気弁１１４の何れでも良い。
【００５１】
図２において、２０１はエンジンのシリンダヘッド、２０２はバルブである。バルブ２０２はシリンダヘッド２０１に対して摺動可能になっているものとする。バルブ２０２の軸部にはバルブリテーナ２０３が固定されている。バルブリテーナ２０３とシリンダヘッド２０１の間にはバルブスプリング２０４が圧縮されて装着されており、このためバルブ２０２はシリンダヘッド２０１のポート２０１ａを閉じる方向（閉弁方向）に付勢されることになる。
【００５２】
シリンダヘッド２０１には装置の筐体である２０５，２０６および２０７が固定されている。筐体内には電磁石２０８および２０９が設けられている。電磁石２０８および２０９は直接筐体２０６および２０７に固定されて設置されている。
【００５３】
電磁石２０８，２０９にはそれぞれ電気コイル２０８ａ，２０９ａが設けられており、各電気コイル２０８ａ，２０９ａには図外の駆動回路により所望のタイミングで電流が流される。その場合には、電磁石の吸引面２０８ｂ，２０９ｂが吸引力を発生することになる。
【００５４】
電磁石２０８および２０９の中心部にはシャフト２１０が摺動可能に設置されている。シャフト２１０の中間部分には電磁石２０８の吸引面２０８ｂと電磁石２０９の吸引面２０９ｂとの間に軟磁性体からなる可動板２１１が固定されている。また、シャフト２１０のシリンダヘッド２０１と反対側の端部にはスプリングシート２１４が固定されており、筐体に固定されたスプリングカバー２１６との間に圧縮されて設置された開弁スプリング２１５の作用により、シャフト２１０は開弁方向（図の下向き）に付勢されている。
【００５５】
シャフト２１０はバルブ２０２の軸部と同軸上に設けられており、シャフト２１０のシリンダヘッド側の端部はバルブ２０２の軸の頂面２０２ａと対向している。そのためシャフト２１０に開弁方向（図の下向き）の力が作用した場合には、シャフト２１０がバルブ２０２を押し、バルブ２０２を開弁することになり、逆にシャフト２１０が閉弁方向（図の上向き）に移動した場合には、バルブ２０２はポート２０１ａを塞ぐまで閉弁方向に変位することになる。このようにして、電磁石２０８，２０９の吸引動作により、バルブの開閉を可能にしている。
【００５６】
２１７はシャフト２０２の変位を計測するセンサであり、例えばポテンショメータを使用してシャフト２０２の変位を検出し、この検出信号によりバルブの開閉状態を図外の駆動制御回路へ伝えるようになっている。
【００５７】
次に、本実施形態の吸入空気量制御について説明する。本実施形態では、吸気弁１１１の閉時期を基準閉時期とした状態でスロットル弁１０５の開度調整によって吸入空気量を制御する第１の制御方式と、吸気通路１０８部の圧力を基準圧力とした状態で吸気弁１１１の閉時期調整によって吸入空気量を制御する第２の制御方式とを選択的に切り換えて実行するようにしている。なお、吸気弁１１１の開時期は常に所定時期（例えば吸気ＴＤＣ）に固定され、排気弁１１４の開・閉時期も常に所定時期に固定されているものとする。
【００５８】
第１の制御方式によれば、吸気通路１０８部の圧力が大気圧よりも低下するので、この吸気通路１０８内へ噴射供給される燃料が気化し易くなる他、燃焼室１１０内のガス流動が比較的強くなる。このため、第１の制御方式は機関の燃焼安定度を確保するのに有利な制御方式である。一方、第２の制御方式において基準圧力をほぼ大気圧とすれば、部分負荷運転時のポンピングロスを大幅に低下させることが可能となり、非常に燃費の良い運転を行うことができる。また、第１の制御方式ではスロットル弁１０５の開度調整に対して実際の吸入空気量の変化に遅れが生じる一方、第２の制御方式では吸気弁１１１の閉時期調整に対して実際の吸入空気量の変化に遅れが生じないという違いもある。
【００５９】
図３は、ＥＣＭ１２０内のマイクロプロセッサ１２２が実行する吸入空気量制御プログラムを示すフローチャートであり、例えば、１０ｍｓｅｃ周期で定期的に実行されるものとする。
【００６０】
ステップ１（以下、Ｓ１のように表記する）では、機関運転条件としてのアクセル開度ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅとに基づいて定常目標機関トルクｓｔＴｅを算出する。具体的には、ＡＰＳ、Ｎｅに対応させてｓｔＴｅを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。定常目標機関トルクｓｔＴｅは機関トルクの定常目標値を示す。
【００６１】
すなわち、定常状態（ＡＰＳ、Ｎｅが変化しない状態）における機関トルクはいずれ定常目標機関トルクｓｔＴｅに収束することになる。なお、このステップで使用するアクセル開度ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅは、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラム内でアクセル開度Ｎｅは、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラム内でアクセル開度センサ１２６，クランク角センサ１２５からの信号に基づいて算出され、メモリ１２３に記憶されているものとする。
【００６２】
Ｓ２では、機関回転速度Ｎｅに基づいて吸気弁１１１の基準閉時期ＩＶＣｂを算出する。具体的には、Ｎｅに対応させてＩＶＣｂを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。基準閉時期ＩＶＣｂは、吸気充填効率を最大とする吸気弁閉時期であり、基本的には吸気ＢＤＣ付近の時期となるが、機関回転速度Ｎｅが大きくなるとＢＤＣを過ぎてから吸気弁１１１を閉じた方が吸気充填効率が大きくなるので、この点を考慮するためにＮｅからＩＶＣｂを算出するようにしている。
【００６３】
Ｓ３では、基準閉時期ＩＶＣｂに基づいて吸気通路内圧力の応答時定数Ｔａを算出する。具体的には、ＩＶＣｂに対応させてＴａを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。応答時定数Ｔａは、スロットル弁１０５の開閉動作に対する吸気通路１０８内の圧力の応答遅れの特性を示す時定数であり、吸気弁１１１の閉時期が基準閉時期ＩＶＣｂとなっている場合の値である。この応答遅れ特性は、主に吸気弁１１１の閉時期の影響を受けて変化するが、他にも機関回転速度や機関負荷（吸入空気量）の影響も受けるので、これらのパラメータも考慮してＴａを算出するようにすれば精度が高くなる。
【００６４】
Ｓ４では、Ｓ１で算出した定常目標機関トルクｓｔＴｅに対して応答時定数Ｔａの一次遅れ処理を施して目標機関トルクｔＴｅを算出する。このような方法で算出した目標機関トルクｔＴｅの変化特性は、吸気弁１１１の閉時期を基準閉時期ＩＶＣｂとした状態でスロットル弁１０５の開度を変化させたときに機関が発生するトルクの変化特性と一致することになる。
【００６５】
Ｓ５では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。制御方式の選択は、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラムで行われており、例えば、冷却水温が低く機関の暖機が完了していないようなとき、あるいは機関の回転変動が大きいときなどは第１の制御方式を選択し、それ以外のときは第２の制御方式を選択するようになっている。
【００６６】
Ｓ５で第１の制御方式が選択されていると判断された場合はＳ６からＳ７へ処理を進め、第１の制御方式が選択されていない（第２の制御方式を選択中）と判断された場合はＳ８からＳ９へ処理を進める。
【００６７】
Ｓ６では、吸気弁１１１の定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを基準閉時期ＩＶＣｂとする。定常目標閉時期ｓｔＩＶＣは、吸気弁１１１の閉時期の定常目標値である。
【００６８】
Ｓ７では、定常目標機関トルクｓｔＴｅと定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとに基づいて定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出する。定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは、吸気通路１０８内の圧力の定常目標値であり、吸気弁１１１の閉時期がｓｔＩＶＣに一致している状態で機関の発生トルクがｓｔＴｅとなるときの吸気通路１０８内の圧力である。ここで行われる演算について以下に説明する。
【００６９】
機関トルクは、燃料の燃焼によって発生するトルクからポンピングロスによる損失トルクを差し引いたものとなる。また、燃料の燃焼によって発生するトルクの大きさは燃焼室１１０内に吸入される空気量で決まる。よって、これらの間には以下の式（１）に示す関係が成立する。
【００７０】
【数１】
機関トルク＝ｆ（吸入空気量、ポンピングロストルク） …（１）
吸入空気量は、吸気通路１０８内の圧力と吸気弁１１１が開弁している時間で決まる。本実施形態では吸気弁１１１の閉時期のみを可変としており、吸気弁閉時期に応じて吸気弁１１１の開弁時間が決まる。よって、これらの間には以下の式（２）に示す関係が成立する。
【００７１】
【数２】
吸入空気量＝ｆ（吸気通路内圧力、吸気弁閉時期） …（２）
ポンピングロストルクは、吸気通路内圧力と吸入空気量で決まる。よって、これらの間には以下の式（３）に示す関係が成立する。
【００７２】
【数３】
ホンピングロストルク＝ｆ（吸気通路内圧力、吸入空気量） …（３）
以上のように、機関トルク、吸入空気量、ポンピングロストルク、吸気通路内圧力、吸気弁閉時期の間に、式（１）〜（３）の３つの関係式が成立するので、５つの値のうち２つを決定すれば残りの値を求めることができる。
【００７３】
Ｓ７は、先に決定した機関トルクと吸気弁閉時期から吸気通路内圧力を求める演算を行うものである。なお、具体的な算出方法としては、３つの式を直接解くようにしても良いし、予め演算を行った結果を制御マップに記憶させておき、記憶値をルックアップするようにしても良い。
【００７４】
第２の制御方式が選択されているときに実行されるＳ８では、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを基準圧力Ｐｂとする。ポンピングロストルクの最小化を図る場合は基準圧力Ｐｂを大気圧とすれば良いが、キャニスタに補集された蒸発燃料を吸気通路内へ吸引する必要がある等の理由から、ここでは大気圧よりもわずかに低い圧力（例えば、大気圧に対し−５０ｍｍＨｇ）を基準圧力Ｐｂとする。
【００７５】
Ｓ９では、目標機関トルクｔＴｅと定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとに基づいて定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを算出する。ここでは、吸気通路１０８内の圧力がｓｔＰに一致している状態で機関の発生トルクがｓｔＴｅとなるときの吸気弁１１１の閉時期を定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとして算出する。ここで行われる演算も、前述の３つの関係式に基づく演算である。
【００７６】
Ｓ１０では、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとに基づいて目標スロットル開度ｔＴＶＯを算出する。吸気通路内圧力、吸気弁閉時期、スロットル開度の間には、定常状態では一定の関係が成立するので、この関係に基づいてスロットル弁１０５の目標開度を算出する。ここで算出された目標スロットル開度ｔＴＶＯに応じて目標開度信号が生成され、この信号がスロットルアクチュエータ１０６へ送られる。
【００７７】
Ｓ１１では、吸気弁１１１の目標閉時期ｔＩＶＣの前回値ｔＩＶＣｚに基づいて吸気通路内圧力の応答時定数Ｔｂを算出する。具体的には、ｔＩＢＣに対応させてＴｂを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。
【００７８】
Ｓ１２では、Ｓ７あるいはＳ８で算出した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに対し応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して実吸気通路内圧力ｒＰを算出する。実吸気通路内圧力ｒＰは、吸気通路１０８内の実際の圧力を示す値である。なお、圧力センサ１２９が十分な精度と応答性を有している場合は、このセンサ出力からｒＰを求めるようにしても良い。この場合、本ステップおよびＳ１１は不要となる。
【００７９】
Ｓ１３では、目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。ここで行われる演算も、前述の３つの関係式に基づく演算である。ここで算出された目標閉時期ｔＩＶＣに応じて目標閉時期信号が生成され、この信号が電磁アクチュエータ１１２へ送られる。
【００８０】
図４は、吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートであり、図５は、第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートである。
【００８１】
図４において、時刻ｔ０までは定常状態が維持されており、定常目標機関トルクｓｔＴｅと目標機関トルクｔＴｅ、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと実吸気通路内圧力ｒＰ、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと目標閉時期ｔＩＶＣはそれぞれ一致した状態にある。特に、第１の制御方式による運転中であるから、吸気弁１１１の閉時期は基準閉時期ＩＶＣｂとなっている。
【００８２】
時刻ｔ０においてアクセル開度ＡＰＳがステップ状に増加すると、これに応じて定常目標機関トルクｓｔＴｅもステップ状に増加する。これに対し、目標機関トルクｔＴｅは一次遅れで定常目標機関トルクｓｔＴｅに漸近する値として算出される。このときの時定数はＴａである。
【００８３】
時刻ｔ０からｔ１の間は、引き続き第１の制御方式が選択されている状態なので、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣは基準閉時期ＩＶＣｂのままである。この定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとステップ状に増加した定常目標機関トルクｓｔＴｅとから定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出するので、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰもｔ０の時点でステップ状に増加する。同様に、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとステップ状に増加した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとから算出する目標スロットル開度ｔＴＶＯもｔ０の時点でステップ状に増加する。
【００８４】
実吸気通路内圧力ｒＰは、一次遅れで定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに漸近する値として算出される。このとき、実際の機関では、スロットル弁１０５の開度増加に追随して吸気通路１０８内の圧力が徐々に増加しているところであり、実吸気通路内圧力ｒＰは実際の吸気通路１０８内の圧力とほぼ一致するはずである。
【００８５】
目標閉時期ｔＩＶＣは、常に目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとから算出されるようになっており、目標閉時期ｔＩＶＣを強制的に基準閉時期ＩＶＣｂに設定することはないが、結果的には基準閉時期ＩＶＣｂ近傍の時期に維持される。これは、もともとの目標機関トルクｔＴｅの算出方法から見て当然の結果である。
【００８６】
時刻ｔ１において吸入空気量の制御方式が第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換わると、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは基準圧力Ｐｂに設定される。この定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと増加途中の目標機関トルクｔＴｅとから定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを算出するので、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣはｔ１の時点でステップ状に早められた後、徐々に遅れ側へ変化する。このような定常目標閉時期ｓｔＩＶＣの変化を受け、目標スロットル開度ｔＴＶＯはｔ１の時点でステップ状に増加した後、徐々に増加する。
【００８７】
実吸気通路内圧力ｒＰは、再びステップ状に増加した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに一次遅れで漸近する値として算出する。このときの実吸気通路内圧力ｒＰも実際の吸気通路１０８内の圧力とほぼ一致するはずであるが、目標機関トルクｔＴｅの変化特性とは全く異なる特性で変化することになる。しかしながら、目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとから算出される目標閉時期ｔＩＶＣが徐々に早まるので、機関が発生するトルクは目標機関トルクｔＴｅと一致することになる。
【００８８】
一方、図５においても、時刻ｔ４までは定常状態が維持されており、定常目標機関トルクｓｔＴｅと目標機関トルクｔＴｅ、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと実吸気通路内圧力ｒＰ、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと目標閉時期ｔＩＶＣはそれぞれ一致した状態にある。ただし、第２の制御方式による運転中であるから、吸気通路１０８内の圧力が基準圧力Ｐｂに一致した状態となっている。
【００８９】
時刻ｔ４からｔ５の間は、引き続き第２の制御方式が選択されている状態なので、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは基準圧力Ｐｂのままである。この定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと徐々に増加する目標機関トルクｔＴｅとから定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを算出するので、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣもｔ４の時点から徐々に遅れ側へ変化する。同様に、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと徐々に増加する定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとから算出する目標スロットル開度ｔＴＶＯもｔ４の時点から徐々に増加する。この間、実吸気通路内圧力ｒＰは基準圧力Ｐｂのまま不変であるから、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣがそのまま目標閉時期ｔＩＶＣとして算出される。
【００９０】
時刻ｔ５において吸入空気量の制御方式が第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換わると、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣは基準閉時期ＩＶＣｂに設定される。この定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと定常目標機関トルクｓｔＴｅとから定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出するので、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰはｔ５の時点でステップ状に減少する。このような定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰの変化を受け、目標スロットル開度ｔＴＶＯもｔ５の時点でステップ状に減少する。
【００９１】
実吸気通路内圧力ｒＰは、ステップ状に減少した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに一次遅れで漸近する値として算出される。このときの実吸気通路内圧力ｒＰも実際の吸気通路１０８内の圧力とほぼ一致するはずである。ここでは、目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとから算出される目標閉時期ｔＩＶＣが徐々に遅れ側に変化し、機関が発生するトルクは目標機関トルクｔＴｅと一致する。
【００９２】
以上のように、第１の制御方式が選択されている場合、第２の制御方式からの切り換え直後を除いて吸気弁１１１の閉時期が基準閉時期ＩＶＣｂとなり、スロットル弁１０５の開度調整によって吸入空気量、すなわち機関の発生トルクが制御される。一方、第２の制御方式が選択されている場合、第１の制御方式から切り換え直後を除いて吸気通路１０８内の圧力が基準圧力Ｐｂとなり、吸気弁１１１の閉時期調整によって吸入空気量が制御される。
【００９３】
また、機関が発生するトルクは常に目標機関トルクｔＴｅと一致し、吸入空気量の制御方式の切り換え前後でトルクが急変することはない。なお、図４，図５ではアクセル開度ＡＰＳが変化した直後の通過状態において制御方式の切り換えが発生した場合について説明したが、定常状態での運転中に制御方式の切り換えが発生してもトルクの急変がないのはもちろんである。
【００９４】
次に、本発明の第２の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。内燃機関の構成は図１，図２に示した構成と同一であり、ＥＣＭ１２０内のマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラムだけが先の実施形態と異なっている。
【００９５】
図６は、例えば１０ｍｓｅｃ周期で定期的に実行されるメイン制御プログラムを示すフローチャートであり、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１を算出するＳ６００、実吸入空気量ｒＱＨ０１を算出するＳ７００、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出するＳ８００、目標吸入空気量ｔＱＨ０２を算出するＳ９００、吸入空気量制御方式切換ときの目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出するＳ１０００、目標スロットル開度ｔＴＶＯを算出するＳ１１００、目標閉時期ｔＩＶＣを算出するＳ１２００からなっている。以下、各ステップ内での詳細な処理を説明する。
【００９６】
図７は、図６のＳ６００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【００９７】
Ｓ６０１では、アイドル保持空気量Ｑｉを算出する。このアイドル保持空気量Ｑｉは、機関回転速度をアイドル設定回転速度に維持するための空気量やエアコン等の補機負荷に対応するトルクを得る為の空気量を含んでいる。
【００９８】
Ｓ６０２では、アイドル保持空気量Ｑｉに基づいてアイドル保持分スロットル開口面積Ａｉを算出する。具体的には、アイドル保持空気量Ｑｉに対しソニック流量でのスロットル通過流量とスロットル開口面積との関係を示す係数を乗じたものをアイドル保持分スロットル開口面積Ａｉとする。
【００９９】
Ｓ６０３では、アクセル開度ＡＰＳに基づいてドライバ要求出力分スロットル開口面積Ａａを算出する。具体的には、ＡＰＳに対応させてＡａを記憶させてある制御テーブル（図８）から値をルックアップする。
【０１００】
Ｓ６０４では、アイドル保持分スロットル開口面積Ａｉとドライバ要求出力分スロットル開口面積Ａａとを加算してスロットル開口面積Ａを算出する。
Ｓ６０５では、スロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算してパラメータＡＮＶを算出する。
【０１０１】
Ｓ６０６では、パラメータＡＮＶに基づいて体積流量比ＱＨ０を算出する。具体的には、ＡＮＶに対応させてＱＨ０を記憶させてある制御テーブル（図９）から値をルックアップする。体積流量比ＱＨ０は機関の行程容積に対する吸入空気量の標準状態での体積を示す値であり、図９の制御テーブルには、例えば吸気弁１１１を吸気ＴＤＣで開弁して吸気ＢＤＣを閉弁した場合の体積流量比が記憶されている。なお、本実施形態では、吸入空気量としてこの体積流量比を使用する。
【０１０２】
Ｓ６０７では、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１を体積流量比ＱＨ０とする。定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１は、第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値である。すなわち、第１の制御方式選択時の定常状態における吸入空気量はいずれ定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１に収束することになる。
【０１０３】
図１０は、図６のＳ７００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
Ｓ７０１では、応答時定数Ｔａを算出する。この応答時定数Ｔａは、先の実施形態の応答時定数Ｔａと同じものである。
【０１０４】
Ｓ７０２では、図７のＳ６０７で算出した定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１に対し応答時定数Ｔａの一次遅れ処理を施して実吸入空気量ｒＱＨ０１を算出する。実吸入空気量ｒＱＨ０１は、第１の制御方式で運転しているときの実際の吸入空気量を示す値である。
【０１０５】
図１１は、図６のＳ８００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１０６】
Ｓ８０１では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ８０１で第１の制御方式が選択されていると判断された場合はＳ８０２へ処理を進め、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１と機関回転速度Ｎｅとに基づいて定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出する。具体的には、ｓｔＱＨ０１とＮｅとに対応させてｓｔＰを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは、吸気通路１０８内の圧力の定常目標値を示す値である。
【０１０７】
Ｓ８０１で第１の制御方式が選択されていない（第２の制御方式を選択中）と判断された場合はＳ８０３へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを基準圧力Ｐｂとする。なお、冷却水温等の機関運転条件に応じてＰｂを変化させるようにしても良い。
【０１０８】
図１２は、図６のＳ９００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１０９】
Ｓ９０１では、第１の制御方式と第２の制御方式のポンピングロスの差分を補正するための補正係数ＰＵＭＰ１を算出する。補正係数ＰＵＭＰ１は、第１の制御方式と第２の制御方式とで機関が同じトルクを出力する空気量を予め実験を行って測定し、その変化率のデータに基づいて作成した制御マップから値をルックアップすることで求められることができる。
【０１１０】
Ｓ９０２では、第１の制御方式と第２の制御方式の燃焼効率の差分を補正するための補正係数ｋを算出する。補正係数ｋは、第１の制御方式と第２の制御方式と出機関が同じトルクを出力する空気量を予め実験を行って測定し、その変化率のデータに基づいて作成した制御マップから値をルックアップすることで求められることができる。
【０１１１】
Ｓ９０３では、図１０のＳ７０２で算出した実吸入空気量ｒＱＨ０１を補正係数ＰＵＭＰ１とｋとで補正し、目標吸入空気量ｔＱＨ０２を算出する。目標吸入空気量ｔＱＨ０２は、第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す値である。第２の制御方式による運転中は、吸入空気量を目標吸入空気量ｔＱＨ０２に一致させることで第１の制御方式による運転中と等しいトルクを発生させることができ、かつ、アクセル操作に対するトルクの応答性も等しくすることができる。
【０１１２】
図１３は、図６のＳ１０００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１１３】
Ｓ１００１では、応答時定数Ｔｂを算出する。この応答時定数Ｔｂは、先の実施形態の応答時定数Ｔｂと同じものである。
Ｓ１００２では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ１００３では、前回本プログラムを実行したとき第２の制御方式が選択されていたか否かを判断する。
【０１１４】
Ｓ１００２の判断がＮＯ，Ｓ１００３の判断がＹＥＳであるとき、すなわち、第２の制御方式が継続して選択されているときはＳ１００４へ処理を進め、目標吸入空気量ｔＱＨ０３を目標吸入空気量ｔＱＨ０２の前回算出値ｔＱＨ０２（ｏｌｄ）とする。すなわち、第２の制御方式が継続して選択されているときは直前の目標吸入空気量ｔＱＨ０２を初期値として以降の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１５】
Ｓ１００２の判断がＮＯでＳ１００３の判断がＮＯであるとき、すなわち第１の制御方式から第２の制御方式への切り換えが行われたときはＳ１００５へ処理を進め、切り換え直前の実吸入空気量ｒＱＨ０１と切り換え後の目標吸入空気量ｔＱＨ０２に対して、応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して、吸入空気量制御方式切り換え時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１６】
Ｓ１００６では前回本プログラムを実行したとき第１の制御方式が選択されていたか否かを判断する。
【０１１７】
Ｓ１００２の判断がＹＥＳでＳ１００６の判断がＹＥＳであるとき、すなわち、第１の制御方式が継続して選択されているときはＳ１００７へ処理を進め、目標吸入空気量ｔＱＨ０３を実吸入空気量ｒＱＨ０１の前回算出値ｒＱＨ０１（ｏｌｄ）とする。すなわち、第１の制御方式が継続して選択されているときは直前の実吸入空気量ｒＱＨ０１を初期値として以降の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１８】
Ｓ１００２の判断がＹＥＳ、Ｓ１００６の判断がＮＯであるとき、すなわち第２の制御方式から第１の制御方式への切り換えが行われたときはＳ１００８へ処理を進め、目標吸入空気量ｔＱＨ０２と実吸入空気量ｒＱＨ０１に対して、応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して、吸入空気量制御方式切り換え時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１９】
図１４は、図６のＳ１１００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１２０】
Ｓ１１０１では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。本ステップの判断がＹＥＳである場合は続いてＳ１１０２、Ｓ１１０３を実行し、本ステップの判断がＮＯである場合はＳ１１０４からＳ１１０６を実行する。
【０１２１】
Ｓ１１０２では、定常目標空気量ｓｔＱＨ０１に基づいてパラメータＡＮＶｍを算出する。具体的は、ｓｔＱＨ０１に対応させてＡＮＶｍを記憶させてある制御テーブル（図１５）から値をルックアップする。パラメータＡＮＶｍは、第１の制御方式において設定する吸気弁閉時期とした場合におけるスロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算した値を示す。
【０１２２】
Ｓ１１０３では、パラメータＡＮＶｍに機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖを乗じてスロットル開口面積Ａｔを算出する。
【０１２３】
Ｓ１１０４では、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに基づいて係数Ｃを算出する。具体的には、ｓｔＰに対応させてＣを記憶させてある制御テーブル（図１６）から値をルックアップする。吸気通路内圧力を一定とした場合、スロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算した値と体積流量比との間には比例関係が成立する。このときの比例係数が係数Ｃである。なお、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは図１１のＳ８０３で設定されたｓｔＰ（＝Ｐｂ）である。
【０１２４】
Ｓ１１０５では、目標吸入空気量ｔＱＨ０２に係数Ｃを乗じてパラメータＡＮＶｅを算出する。パラメータＡＮＶｅは、第２の制御方式におけるスロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算した値を示す。
Ｓ１１０６では、パラメータＡＮＶｅに機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖを乗じてスロットル開口面積Ａｔを算出する。
【０１２５】
Ｓ１１０７では、Ｓ１１０３またはＳ１１０６で算出したスロットル開口面積Ａｔに基づいて目標スロットル開度ｔＴＶＯを算出する。具体的には、Ａｔに対応させてｔＴＶＯを記憶させてある制御テーブル（図１７）から値をルックアップする。
【０１２６】
図１８では、図６のＳ１２００実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１２７】
Ｓ１２０１では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ１２０１で第１の制御方式が選択されていると判断された場合はＳ１２０２へ処理を進め、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
【０１２８】
Ｓ１２０２で経過時間がεを越えていると判断された場合はＳ１２０３へ処理を進め、目標閉時期ｔＩＶＣを基準閉時期ＩＶＣｂとする。
【０１２９】
経過時間がεを越えていない場合はＳ１２０４へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに基づいて最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを算出する。具体的には、ｓｔＰに対応させてＱＨ０ｍａｘを記憶させてある制御テーブル（図１９）から値をルックアップする。最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘは、吸気通路１０８内の圧力が定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと一致している状態で吸入することができる最大の空気量を示す値である。なお、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは図１１のＳ８０２で算出されたｓｔＰである。
【０１３０】
Ｓ１２０５では、ＴＤＣからＢＤＣまでのクランク角度である１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１３１】
Ｓ１２０６では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて吸気弁１１１の仮閉時期ＩＶＣ０を算出する。仮閉時期ＩＶＣ０は、吸気通路１０８内の圧力が定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとなっている場合に吸入空気量が目標吸入空気量ｔＱＨ０３となる吸気弁１１１の閉時期を示す値である。
【０１３２】
Ｓ１２０７では、仮閉時期ＩＶＣ０に対し応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。この処理により、実際の吸入空気量が目標吸入空気量ｔＱＨ０３と一致することになる。
【０１３３】
Ｓ１２０１で第１の制御方式が選択されていない（第２の制御方式を選択中）と判断された場合はＳ１２０８へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに基づいて最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを算出する。この算出はＳ１２０４で行われる処理と同じであるが、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは図１１のＳ８０３で設定されたｓｔＰ（＝Ｐｂ）である。
【０１３４】
Ｓ１２０９では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
Ｓ１２０９で経過時間がεを越えていると判断された場合はＳ１２１０へ処理を進め、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０２と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１３５】
Ｓ１２１１では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて吸気弁１１１の仮閉時期ＩＶＣ０を算出する。
Ｓ１２１２では、仮閉時期ＩＶＣ０をそのまま目標閉時期ｔＩＶＣとする。
【０１３６】
経過時間がεを越えていない場合はＳ１２１３へ処理を進め、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１３７】
Ｓ１２１４では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて吸気弁１１１の仮閉時期ＩＶＣ０を算出する。
Ｓ１２１５では、仮閉時期ＩＶＣ０に対し応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。
【０１３８】
図２０は、吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートであり、図２１は、第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートである。
【０１３９】
図２０において、まず第１の制御方式における時刻ｔ０において、アクセル開度ＡＰＳがステップ状に増加したとする。これにより第１の制御方式における定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１もステップ状に増加するが、実際に吸入される空気量は、実吸入空気量ｒＱＨ０１に示すように遅れて追随する。目標スロットル開度ｔＴＶＯは、ｔ０の直後にステップ状に増加した定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１に応じてステップ的に増加する。
【０１４０】
このとき、目標吸入空気量ｔＱＨ０２は、実吸入空気量ｒＱＨ０１の増加に応じて増加するが、その漸近線は定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１より少ない位置にある。これは切換時の出力を一定に保持するのに必要な空気量が異なるためである。
【０１４１】
次いで時刻ｔ１において、吸入空気量制御の切り換え条件が成立し、第１の制御方式から第２の制御方式への切り換えが開始されたとする。
【０１４２】
吸入空気量制御方式切換時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３は、切換開始点（ｔ１）の直前の実吸入空気量ｒＱＨ０１を初期値として、応答時定数Ｔｂを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて、目標吸入空気量ｔＱＨ０２に漸近するよう算出される。また、目標閉時期ｔＩＶＣも、応答時定数Ｔｂを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて算出される。
【０１４３】
一方、図２１においては、切換開始点（ｔ５）の直前の目標吸入空気量ｔＱＨ０２を初期値として、応答時定数Ｔｂを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて、実吸入空気量ｒＱＨ０１に漸近するよう切り換え時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３が算出される。
【０１４４】
また、目標スロットル開度ｔＴＶＯの演算においては、吸入空気量制御の切り換えに合わせて、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１と目標吸入空気量ｔＱＨ０２を切り換えて、その目標吸入空気量に基づいて開度演算を行う。
【０１４５】
次に、本発明の第３の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。この実施形態は、第２の実施形態に対し目標閉時期ｔＩＶＣを算出するサブプログラム（図６のＳ１２００）の処理内容だけが異なっている。図２２に示すこのサブプログラムは、圧力センサ１２９が十分な精度と応答性を有している場合に使用できる。
【０１４６】
Ｓ１２２１では、圧力センサ１２９の信号から求めた実吸気通路内圧力ｒＰに基づいて最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを算出する。ここで使用する制御テーブルは、第２の実施形態において使用した図１９に示すテーブルと同じものである。ただし、吸気通路１０８内の実際の圧力から最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを求めるので、この最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘは機関が実際に吸入可能な最大の空気量を示す値となる。
【０１４７】
Ｓ１２２２では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ１２２３では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
【０１４８】
Ｓ１２２４では、目標閉時期ｔＩＶＣを基準閉時期ＩＶＣｂとする。
Ｓ１２２５では、ＴＤＣからＢＤＣまでのクランク角度である１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１４９】
Ｓ１２２６では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。この実施形態では、第２の実施形態と異なり、仮閉時期ＩＶＣ０を求めることなく吸気弁開弁期間ＩＶＰから直接目標閉時期ｔＩＶＣを算出することができる。
【０１５０】
Ｓ１２２７では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
Ｓ１２２８では、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０２と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１５１】
Ｓ１２２９では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。
Ｓ１２３０では、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
Ｓ１２３１では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の吸入空気量制御装置を適用した内燃機関の構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明における吸排気弁の構成の一実施形態を示す断面図である。
【図３】第１実施形態におけるエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）内のマイクロプロセッサが実行する吸入空気量制御プログラムを示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）機関トルク、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図５】第１実施形態における吸入空気量の制御方式を第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）機関トルク、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態におけるエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）内のマイクロプロセッサが実行する吸入空気量制御プログラムを示す概略フローチャートである。
【図７】第２実施形態における定常目標吸入空気量ｔＱＨ０１算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図８】アクセル開度ＡＰＳに対応してドライバ要求出力分スロットル開口面積Ａａを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図９】パラメータＡＮＶに対応して体積流量比ＱＨ０を記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態における実吸入空気量ｒＱＨ０１算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１２】第２実施形態における目標吸入空気量ｔＱＨ０２算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１３】第２実施形態における吸入空気量制御方式切換ときの目標吸入空気量ｔＱＨ０３算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１４】第２実施形態における目標スロットル開度ｔＴＶＯ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１５】定常目標空気量ｓｔＱＨ０１に対応してパラメータＡＮＶｍを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１６】定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに対応して係数Ｃを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１７】スロットル開口面積Ａｔに対応して目標スロットル開度ｔＴＶＯを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１８】第２実施形態における目標閉時期ｔＩＶＣ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１９】定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに対応して最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図２０】第２実施形態における吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）吸入空気量、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図２１】第２実施形態における吸入空気量の制御方式を第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）吸入空気量、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図２２】第３実施形態における目標閉時期ｔＩＶＣ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０１ 吸気通路
１０２ エアクリーナ
１０３ エアフロセンサ
１０４ スロットルチャンバ
１０５ スロットル弁
１０６ スロットルアクチュエータ
１０７ 吸気コレクタ
１０８ 吸気通路
１０９ インジェクタ
１１０ 燃焼室
１１１ 吸気弁
１１２ 電磁アクチュエータ
１１３ 排気通路
１１４ 排気弁
１１５ 電磁アクチュエータ
１１６ 触媒
１１７ 点火プラグ
１２０ エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）
１２１ 入力ポート
１２２ マイクロプロセッサ
１２３ メモリ
１２４ 出力ポート
１２５ クランク角センサ
１２６ アクセル開度センサ
１２７ 水温センサ
１２８ 空燃比センサ
１２９ 圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置に係り、特に、吸気弁の開閉時期を制御して出力を制御することができる内燃機関の吸入空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁駆動の吸排気弁を備えた内燃機関がある。例えば、特開平１０−３１１２３１号公報に示されるように、内燃機関の吸排気弁を電磁力により駆動し、内燃機関の稼働状況に応じて吸排気弁の開閉時期を可変とするシステムが知られている。このようなシステムでは、吸気絞り弁を持たないか、あるいは、吸気絞りを極小さくして、吸気管内圧力を大気圧に近い状態とし、吸気弁の開弁期間で吸入空気量の制御を行っている。これにより、従来の吸気絞り弁で吸入空気量制御を行う機関と比較して吸気損失（ポンピングロス）を低減し、燃料消費率を低下させることが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような開閉時期を可変とした吸排気弁を備えた機関においては、吸気管内圧力を概ね大気圧として運転した場合には、従来の吸気絞り弁で吸気量制御を行なう機関に比べて機関に吸入される混合気の流速が下がる為に燃焼室内の流動が低下し、燃焼安定度が下がる場合がある。また、燃料タンクの蒸発燃料を吸着したキャニスターを再生するために吸気管に所定の負圧を発生させる場合がある。
【０００４】
このように、吸気管内に所定の負圧を発生させる必要性から、吸気管に吸気絞り弁を設けて、例えば、冷機時等の燃焼状態が悪化するような条件においては、吸気絞りによって吸入空気量制御を行なって、比較的吸気管内圧力が小さい状態とし、混合気の流速を高めて燃焼状態を良好に保ちながら運転し、一方、暖気後において吸気絞りを極小さくして、吸気管内圧力を大気圧に近い状態に保ち、吸排気弁の開閉時期制御による吸入空気量制御を行ない燃料消費率を低下させる、という運転を行なうことが考えられる。
【０００５】
しかしながら、上記従来の稼働中に吸気絞り弁制御と吸気弁開閉時期制御との２種類の方式の吸入空気量制御を行なう機関においては、その制御方式を切り換える際に機関出力に段差を生じ、運転性が悪化するという問題点が生じる。
【０００６】
この機関出力の段差が生じることの原因として、まず第一に、吸気絞り弁によって吸入空気量制御を行なう場合と、吸気管内圧力を大気圧に近い状態として吸排気弁の開閉時期を用いて吸入空気量制御を行なう場合では、ポンプロスや燃焼効率が異なるので所定の機関出力を得るために必要な空気量が異なる上に、吸気量制御方式を切り換えた際には吸気管内圧力が過渡的に変化するので必要な空気量が過渡的に変化するということが挙げられる。
【０００７】
また、第二に、吸気絞り弁で吸気量制御を行なう場合と、吸排気弁の開閉時期で吸気量制御を行なう場合では吸気量制御の応答性が異なることである。即ち、前者の場合には、吸気絞り弁から吸気弁までの容積が遅延要素として作用するので、目標吸入空気量に対して実際の吸入空気量は遅れをもって変化するのに対して、後者の場合には、目標吸入空気量に対して実際の吸入空気量の遅れが無いことである。
【０００８】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、トルク段差を発生することなく、吸気絞り弁制御と吸気弁開閉時期制御との２つの吸気量制御方式の切換を稼働中に行なうことのできる内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記吸気弁の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標機関トルクと前記定常目標閉時期とに基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標機関トルクと前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、前記吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、前記定常目標閉時期と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記目標機関トルクと前記実吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、を備えたことを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
【００１０】
上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを要旨とする。
【００１１】
上記目的を達成するため請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを要旨とする。
【００１２】
上記目的を達成するため請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段をさらに備え、前記目標機関トルク算出手段は、前記定常目標機関トルクに対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記目標機関トルクを算出することを要旨とする。
【００１３】
上記目的を達成するため請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記定常目標吸気通路内圧力に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記実吸気通路内圧力を取得することを要旨とする。
【００１４】
上記目的を達成するため請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記吸気通路内の実際の圧力を検出する圧力センサを含んで構成されることを要旨とする。
【００１５】
上記目的を達成するため請求項７に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量にポンピングロス低下分の補正を施して前記目標吸入空気量を算出することを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
上記目的を達成するため請求項８に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量に燃焼効率悪化分の補正を加えて前記目標吸入空気量を算出することを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
上記目的を達成するため請求項９に記載の発明は、機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、前記定常目標吸入空 気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、制御方式の選択切換時の吸入空気量の目標値を示す制御方式切換時目標吸入空気量を算出する制御方式切換時目標吸入空気量算出手段と、制御方式の選択が切り換えられたときに、前記制御方式切換時目標吸入空気量に基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出する制御方式切換時目標閉時期算出手段と、を備えたことを要旨とする内燃機関の吸入空気量制御装置である。
【００１６】
上記目的を達成するため請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至９の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを要旨とする。
【００１７】
上記目的を達成するため請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至９の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを要旨とする。
【００２１】
上記目的を達成するため請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段とをさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、前記目標吸入空気量と前記実吸入空気量とに基づいて前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【００２２】
上記目的を達成するため請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第１の制御方式から前記第２の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記実吸入空気量と切り換え後の前記目標吸入空気量に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【００２３】
上記目的を達成するため請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第２の制御方式から前記第１の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記目標吸入空気量と切り換え後の前記実吸入空気量に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを要旨とする。
【００２４】
上記目的を達成するため請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、前記第２の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を前記基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記吸気通路内の圧力が前記定常目標吸気通路内圧力と一致していると仮定した場合に吸入空気量が前記制御方式切換時目標吸入空気量と一致する前記吸気弁の閉時期を示す仮閉時期を算出する仮閉時期算出手段とをさらに備え、前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記仮閉時期に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを要旨とする。
【００２５】
上記目的を達成するため請求項１６に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記実吸気通路内圧力とに基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを要旨とする。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れの制御方式が選択されているかに関わらず、定常目標機関トルクに基づいてスロットル弁開度または吸気弁閉時期を制御するようにしたので、機関運転者の操作に対する機関のトルク特性、即ち、操作に対するトルク応答性と操作量に対する発生トルクの大きさを常に等しくすることができるという効果がある。
【００２７】
さらに、目標機関トルクと実吸気通路内圧力とに基づいて吸気弁の目標閉時期を算出しているので、制御方式の切り換え時には、トルク段差を生じて運転性を悪化させることなく２つの制御方式を切り換えることが出来るという効果がある。
【００２８】
請求項２記載の発明によれば、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を基準閉時期としたので、第１の制御方式選択時における機関トルクを大きくすることができる。
【００２９】
請求項３記載の発明によれば、第２の制御方式選択時に吸気通路内の圧力の定常目標値を大気圧近傍の圧力としているので、ポンピングロスがなくなり、第２の制御方式選択時における燃料消費率を第１の制御方式選択時の燃料消費率よりも大幅に低下させることができる。
【００３０】
請求項４記載の発明によれば、前記基準時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸気通路内の圧力変化の応答遅れを示す第１応答遅れ時定数を用いて目標トルクを算出しているので、機関運転者の操作に対する機関のトルク応答性を比較的簡単な演算で常に等しくすることが可能である。
【００３１】
請求項５記載の発明によれば、前記目標閉時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸気通路内の圧力変化の応答遅れを示す第２応答遅れ時定数を用いて実吸気通路内圧力を取得しているので、機関運転者の操作量に対する機関の発生トルクの大きさを比較的簡単な演算で常に等しくすることが可能である。
【００３２】
請求項６記載の発明によれば、吸気通路内の実際の圧力を圧力センサで検出しているので、新たなセンサが必要となるものの、機関の発生トルクの大きさを常に等しくするための演算が請求項５記載の発明よりさらに簡単となる。
【００３３】
請求項７または８記載の発明によれば、主にスロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れの制御方式が選択されているかに関わらず、定常目標吸入空気量に基づいてスロットル弁開度または吸気弁閉時期を制御し、基準閉時期に基づいてスロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れを示す第１応答遅れ時定数を用いて実吸入空気量を算出しているので、機関運転者の操作に対する機関のトルク特性、即ち、操作に対するトルク応答性と操作量に対する発生トルクの大きさを比較的簡単な演算で常に等しくすることができるという効果がある。
【００３４】
請求項９記載の発明によれば、制御方式切換時目標吸入空気量算出手段により制御方式切り換え時の吸入空気量目標値を算出し、この吸入空気量目標値に基づいて制御方式切換時の吸気弁の目標閉時期を算出するようにしたので、第１及び第２の制御方式の切り換え時にトルク段差を生じさせることなく２つの制御方式を切り換えることが可能である。
【００３５】
請求項１０記載の発明によれば、吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を基準閉時期としたので、第１の制御方式選択時における機関トルクを大きくすることができる。
【００３６】
請求項１１記載の発明によれば、第２の制御方式選択時に吸気通路内の圧力の定常目標値を大気圧近傍の圧力としているので、ポンピングロスがなくなり、第２の制御方式選択時における燃料消費率を第１の制御方式選択時の燃料消費率よりも大幅に低下させることができる。
【００３９】
請求項１２記載の発明によれば、目標吸入空気量と、定常目標吸入空気量に対して吸入空気量変化の応答遅れを示す第１応答時定数により一次遅れ処理を施した実吸入空気量とに基づいて制御方式切換時目標吸入空気量を算出するようにしたので、第１及び第２の制御方式の切り換え時にトルク段差を生じさせることなく２つの制御方式を切り換えることが可能である。
【００４０】
請求項１３，１４，１５記載の発明によれば、吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を用いて、制御方式切換時の実吸入空気量と目標吸入空気量とに対して一次遅れ処理を施して制御方式切換時目標吸入空気量を算出するようにしたので、制御方式の切り換え時にトルク段差が生じるのを回避するための演算を比較的簡単にすることができる。
【００４１】
請求項１６記載の発明によれば、吸気通路内の実際の圧力を圧力センサで検出しているので、新たなセンサが必要となるものの、制御方式の切り換え時にトルク段差が生じるのを回避するための演算が請求項１３，１４，１５記載の発明よりさらに簡単となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の吸入空気量制御装置の一実施の形態を採用した内燃機関の構成図である。
【００４３】
機関の吸気通路１０１には、上流側からエアクリーナ１０２，エアフロセンサ１０３，ストッロルチャンバ１０４が配設されている。スロットルチャンバ１０４の内部に収められたスロットル弁１０５は、スロットルアクチュエータ１０６によってその開度を調整することが可能である。ストットルチャンバ１０４の下流側は吸気コレクタ１０７に接続されており、この吸気コレクタ１０７から気筒毎の吸気通路１０８が分岐形成されている。
【００４４】
この吸気通路１０８にインジェクタ１０９が配設されており、このインジェクタ１０９から吸気通路１０８内へ燃料が噴射供給される。吸気通路１０８と燃焼室１１０との間に配設される吸気弁１１１は、電磁アクチュエータ１１２によって開閉駆動されるようになっている。これと同様に、排気通路１１３と燃焼室１１０との間に配設される排気弁１１４も電磁アクチュエータ１１５で開閉駆動されるようになっている。排気通路１１３へ排出された排気ガスは、触媒１１６によって浄化された後大気へ放出される。１１７は点火プラグである。
【００４５】
機関を運転する際の各種の制御は、エンジンコントロールモジュール１２０（以下、ＥＣＭ１２０）によって行われる。ＥＣＭ１２０は入力ポート１２１、マイクロプロセッサ１２２、メモリ１２３、出力ポート１２４等から構成されている。メモリ１２３は、マイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラムや各種の制御マップ、制御データ等を記憶しているＲＯＭと、制御プログラム実行中に一時的に情報の記憶を行うＲＡＭとから構成されている。
【００４６】
ＥＣＭ１２０には、エアフロセンサ１０３が検出した吸入空気量を示す信号の他、クランク角センサ１２５が検出したクランク角度を示す信号、アクセル開度センサ１２６が検出したアクセル開度を示す信号、水温センサ１２７が検出した冷却水温を示す信号、空燃比センサ１２８が検出した排気ガスの空燃比を示す信号、圧力センサ１２９が検出した吸気コレクタ１０７内の圧力を示す信号等が送られ、これらの信号は入力ポート１２１を介して読み込まれ、マイクロプロセッサ１２２が実行する演算処理に使用される。この演算処理によって得られた各種の制御信号は、出力ポート１２４を介してスロットルアクチュエータ１０６、インジェクタ１０９、電磁アクチュエータ１１２、１１５、点火プラグ１１７へ送られる。
【００４７】
またＥＣＭ１２０は、スロットルアクチュエータ１０６を介して、スロットル弁１０５が目標開度となるように開度を制御するとともに、電磁アクチュエータ１１２を介して吸気弁１１１の閉時期が目標閉時期となるように制御する。
【００４８】
さらに、ＥＣＭ１２０は、主にスロットル弁１０５の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に吸気弁１１１の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、第１の制御方式が選択されているときに、吸気弁１１１の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、第１の制御方式が選択されているときに、定常目標機関トルクと定常目標閉時期とに基づいて、吸気通路１０１内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、第２の制御方式が選択されているときに、定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、第２の制御方式が選択されているときに、目標機関トルクと定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、吸気通路１０１内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、定常目標閉時期と定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、目標開度を算出する目標開度算出手段と、目標機関トルクと実吸気通路内圧力とに基づいて、目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段とを兼ねるものである。
【００４９】
スロットルアクチュエータ１０６はＥＣＭ１２０からの目標開度信号を受けて作動し、スロットル弁１０５の開度を目標開度に一致させる。インジェクタ１０９はＥＣＭ１２０からの燃料噴射信号を受けて作動し、燃焼室１１０内に形成される混合気の空燃比が所定の空燃比（例えば理論空燃比）となるような量の燃料を所定の時期に噴射する。点火プラグ１１７はＥＣＭからの点火信号を受けて作動し、所定の時期に火花点火を実行する。
【００５０】
電磁アクチュエータ１１２、１１５は、ＥＣＭ１２０からの目標開閉時期信号を受けて作動し、吸気弁１１１、排気弁１１４を所定の時期に開閉する。この電磁アクチュエータ１１２、１１５の構造を、図２を用いて以下に説明する。図２の電磁アクチュエータは、電磁アクチュエータ１１２、１１５の何れにも適用可能である。すなわち、図中のバルブ２０２は、吸気弁１１１、排気弁１１４の何れでも良い。
【００５１】
図２において、２０１はエンジンのシリンダヘッド、２０２はバルブである。バルブ２０２はシリンダヘッド２０１に対して摺動可能になっているものとする。バルブ２０２の軸部にはバルブリテーナ２０３が固定されている。バルブリテーナ２０３とシリンダヘッド２０１の間にはバルブスプリング２０４が圧縮されて装着されており、このためバルブ２０２はシリンダヘッド２０１のポート２０１ａを閉じる方向（閉弁方向）に付勢されることになる。
【００５２】
シリンダヘッド２０１には装置の筐体である２０５，２０６および２０７が固定されている。筐体内には電磁石２０８および２０９が設けられている。電磁石２０８および２０９は直接筐体２０６および２０７に固定されて設置されている。
【００５３】
電磁石２０８，２０９にはそれぞれ電気コイル２０８ａ，２０９ａが設けられており、各電気コイル２０８ａ，２０９ａには図外の駆動回路により所望のタイミングで電流が流される。その場合には、電磁石の吸引面２０８ｂ，２０９ｂが吸引力を発生することになる。
【００５４】
電磁石２０８および２０９の中心部にはシャフト２１０が摺動可能に設置されている。シャフト２１０の中間部分には電磁石２０８の吸引面２０８ｂと電磁石２０９の吸引面２０９ｂとの間に軟磁性体からなる可動板２１１が固定されている。また、シャフト２１０のシリンダヘッド２０１と反対側の端部にはスプリングシート２１４が固定されており、筐体に固定されたスプリングカバー２１６との間に圧縮されて設置された開弁スプリング２１５の作用により、シャフト２１０は開弁方向（図の下向き）に付勢されている。
【００５５】
シャフト２１０はバルブ２０２の軸部と同軸上に設けられており、シャフト２１０のシリンダヘッド側の端部はバルブ２０２の軸の頂面２０２ａと対向している。そのためシャフト２１０に開弁方向（図の下向き）の力が作用した場合には、シャフト２１０がバルブ２０２を押し、バルブ２０２を開弁することになり、逆にシャフト２１０が閉弁方向（図の上向き）に移動した場合には、バルブ２０２はポート２０１ａを塞ぐまで閉弁方向に変位することになる。このようにして、電磁石２０８，２０９の吸引動作により、バルブの開閉を可能にしている。
【００５６】
２１７はシャフト２０２の変位を計測するセンサであり、例えばポテンショメータを使用してシャフト２０２の変位を検出し、この検出信号によりバルブの開閉状態を図外の駆動制御回路へ伝えるようになっている。
【００５７】
次に、本実施形態の吸入空気量制御について説明する。本実施形態では、吸気弁１１１の閉時期を基準閉時期とした状態でスロットル弁１０５の開度調整によって吸入空気量を制御する第１の制御方式と、吸気通路１０８部の圧力を基準圧力とした状態で吸気弁１１１の閉時期調整によって吸入空気量を制御する第２の制御方式とを選択的に切り換えて実行するようにしている。なお、吸気弁１１１の開時期は常に所定時期（例えば吸気ＴＤＣ）に固定され、排気弁１１４の開・閉時期も常に所定時期に固定されているものとする。
【００５８】
第１の制御方式によれば、吸気通路１０８部の圧力が大気圧よりも低下するので、この吸気通路１０８内へ噴射供給される燃料が気化し易くなる他、燃焼室１１０内のガス流動が比較的強くなる。このため、第１の制御方式は機関の燃焼安定度を確保するのに有利な制御方式である。一方、第２の制御方式において基準圧力をほぼ大気圧とすれば、部分負荷運転時のポンピングロスを大幅に低下させることが可能となり、非常に燃費の良い運転を行うことができる。また、第１の制御方式ではスロットル弁１０５の開度調整に対して実際の吸入空気量の変化に遅れが生じる一方、第２の制御方式では吸気弁１１１の閉時期調整に対して実際の吸入空気量の変化に遅れが生じないという違いもある。
【００５９】
図３は、ＥＣＭ１２０内のマイクロプロセッサ１２２が実行する吸入空気量制御プログラムを示すフローチャートであり、例えば、１０ｍｓｅｃ周期で定期的に実行されるものとする。
【００６０】
ステップ１（以下、Ｓ１のように表記する）では、機関運転条件としてのアクセル開度ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅとに基づいて定常目標機関トルクｓｔＴｅを算出する。具体的には、ＡＰＳ、Ｎｅに対応させてｓｔＴｅを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。定常目標機関トルクｓｔＴｅは機関トルクの定常目標値を示す。
【００６１】
すなわち、定常状態（ＡＰＳ、Ｎｅが変化しない状態）における機関トルクはいずれ定常目標機関トルクｓｔＴｅに収束することになる。なお、このステップで使用するアクセル開度ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅは、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラム内でアクセル開度Ｎｅは、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラム内でアクセル開度センサ１２６，クランク角センサ１２５からの信号に基づいて算出され、メモリ１２３に記憶されているものとする。
【００６２】
Ｓ２では、機関回転速度Ｎｅに基づいて吸気弁１１１の基準閉時期ＩＶＣｂを算出する。具体的には、Ｎｅに対応させてＩＶＣｂを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。基準閉時期ＩＶＣｂは、吸気充填効率を最大とする吸気弁閉時期であり、基本的には吸気ＢＤＣ付近の時期となるが、機関回転速度Ｎｅが大きくなるとＢＤＣを過ぎてから吸気弁１１１を閉じた方が吸気充填効率が大きくなるので、この点を考慮するためにＮｅからＩＶＣｂを算出するようにしている。
【００６３】
Ｓ３では、基準閉時期ＩＶＣｂに基づいて吸気通路内圧力の応答時定数Ｔａを算出する。具体的には、ＩＶＣｂに対応させてＴａを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。応答時定数Ｔａは、スロットル弁１０５の開閉動作に対する吸気通路１０８内の圧力の応答遅れの特性を示す時定数であり、吸気弁１１１の閉時期が基準閉時期ＩＶＣｂとなっている場合の値である。この応答遅れ特性は、主に吸気弁１１１の閉時期の影響を受けて変化するが、他にも機関回転速度や機関負荷（吸入空気量）の影響も受けるので、これらのパラメータも考慮してＴａを算出するようにすれば精度が高くなる。
【００６４】
Ｓ４では、Ｓ１で算出した定常目標機関トルクｓｔＴｅに対して応答時定数Ｔａの一次遅れ処理を施して目標機関トルクｔＴｅを算出する。このような方法で算出した目標機関トルクｔＴｅの変化特性は、吸気弁１１１の閉時期を基準閉時期ＩＶＣｂとした状態でスロットル弁１０５の開度を変化させたときに機関が発生するトルクの変化特性と一致することになる。
【００６５】
Ｓ５では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。制御方式の選択は、この制御プログラムとは別にマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラムで行われており、例えば、冷却水温が低く機関の暖機が完了していないようなとき、あるいは機関の回転変動が大きいときなどは第１の制御方式を選択し、それ以外のときは第２の制御方式を選択するようになっている。
【００６６】
Ｓ５で第１の制御方式が選択されていると判断された場合はＳ６からＳ７へ処理を進め、第１の制御方式が選択されていない（第２の制御方式を選択中）と判断された場合はＳ８からＳ９へ処理を進める。
【００６７】
Ｓ６では、吸気弁１１１の定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを基準閉時期ＩＶＣｂとする。定常目標閉時期ｓｔＩＶＣは、吸気弁１１１の閉時期の定常目標値である。
【００６８】
Ｓ７では、定常目標機関トルクｓｔＴｅと定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとに基づいて定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出する。定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは、吸気通路１０８内の圧力の定常目標値であり、吸気弁１１１の閉時期がｓｔＩＶＣに一致している状態で機関の発生トルクがｓｔＴｅとなるときの吸気通路１０８内の圧力である。ここで行われる演算について以下に説明する。
【００６９】
機関トルクは、燃料の燃焼によって発生するトルクからポンピングロスによる損失トルクを差し引いたものとなる。また、燃料の燃焼によって発生するトルクの大きさは燃焼室１１０内に吸入される空気量で決まる。よって、これらの間には以下の式（１）に示す関係が成立する。
【００７０】
【数１】
機関トルク＝ｆ（吸入空気量、ポンピングロストルク） …（１）
吸入空気量は、吸気通路１０８内の圧力と吸気弁１１１が開弁している時間で決まる。本実施形態では吸気弁１１１の閉時期のみを可変としており、吸気弁閉時期に応じて吸気弁１１１の開弁時間が決まる。よって、これらの間には以下の式（２）に示す関係が成立する。
【００７１】
【数２】
吸入空気量＝ｆ（吸気通路内圧力、吸気弁閉時期） …（２）
ポンピングロストルクは、吸気通路内圧力と吸入空気量で決まる。よって、これらの間には以下の式（３）に示す関係が成立する。
【００７２】
【数３】
ホンピングロストルク＝ｆ（吸気通路内圧力、吸入空気量） …（３）
以上のように、機関トルク、吸入空気量、ポンピングロストルク、吸気通路内圧力、吸気弁閉時期の間に、式（１）〜（３）の３つの関係式が成立するので、５つの値のうち２つを決定すれば残りの値を求めることができる。
【００７３】
Ｓ７は、先に決定した機関トルクと吸気弁閉時期から吸気通路内圧力を求める演算を行うものである。なお、具体的な算出方法としては、３つの式を直接解くようにしても良いし、予め演算を行った結果を制御マップに記憶させておき、記憶値をルックアップするようにしても良い。
【００７４】
第２の制御方式が選択されているときに実行されるＳ８では、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを基準圧力Ｐｂとする。ポンピングロストルクの最小化を図る場合は基準圧力Ｐｂを大気圧とすれば良いが、キャニスタに補集された蒸発燃料を吸気通路内へ吸引する必要がある等の理由から、ここでは大気圧よりもわずかに低い圧力（例えば、大気圧に対し−５０ｍｍＨｇ）を基準圧力Ｐｂとする。
【００７５】
Ｓ９では、目標機関トルクｔＴｅと定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとに基づいて定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを算出する。ここでは、吸気通路１０８内の圧力がｓｔＰに一致している状態で機関の発生トルクがｓｔＴｅとなるときの吸気弁１１１の閉時期を定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとして算出する。ここで行われる演算も、前述の３つの関係式に基づく演算である。
【００７６】
Ｓ１０では、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとに基づいて目標スロットル開度ｔＴＶＯを算出する。吸気通路内圧力、吸気弁閉時期、スロットル開度の間には、定常状態では一定の関係が成立するので、この関係に基づいてスロットル弁１０５の目標開度を算出する。ここで算出された目標スロットル開度ｔＴＶＯに応じて目標開度信号が生成され、この信号がスロットルアクチュエータ１０６へ送られる。
【００７７】
Ｓ１１では、吸気弁１１１の目標閉時期ｔＩＶＣの前回値ｔＩＶＣｚに基づいて吸気通路内圧力の応答時定数Ｔｂを算出する。具体的には、ｔＩＢＣに対応させてＴｂを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。
【００７８】
Ｓ１２では、Ｓ７あるいはＳ８で算出した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに対し応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して実吸気通路内圧力ｒＰを算出する。実吸気通路内圧力ｒＰは、吸気通路１０８内の実際の圧力を示す値である。なお、圧力センサ１２９が十分な精度と応答性を有している場合は、このセンサ出力からｒＰを求めるようにしても良い。この場合、本ステップおよびＳ１１は不要となる。
【００７９】
Ｓ１３では、目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。ここで行われる演算も、前述の３つの関係式に基づく演算である。ここで算出された目標閉時期ｔＩＶＣに応じて目標閉時期信号が生成され、この信号が電磁アクチュエータ１１２へ送られる。
【００８０】
図４は、吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートであり、図５は、第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートである。
【００８１】
図４において、時刻ｔ０までは定常状態が維持されており、定常目標機関トルクｓｔＴｅと目標機関トルクｔＴｅ、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと実吸気通路内圧力ｒＰ、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと目標閉時期ｔＩＶＣはそれぞれ一致した状態にある。特に、第１の制御方式による運転中であるから、吸気弁１１１の閉時期は基準閉時期ＩＶＣｂとなっている。
【００８２】
時刻ｔ０においてアクセル開度ＡＰＳがステップ状に増加すると、これに応じて定常目標機関トルクｓｔＴｅもステップ状に増加する。これに対し、目標機関トルクｔＴｅは一次遅れで定常目標機関トルクｓｔＴｅに漸近する値として算出される。このときの時定数はＴａである。
【００８３】
時刻ｔ０からｔ１の間は、引き続き第１の制御方式が選択されている状態なので、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣは基準閉時期ＩＶＣｂのままである。この定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとステップ状に増加した定常目標機関トルクｓｔＴｅとから定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出するので、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰもｔ０の時点でステップ状に増加する。同様に、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとステップ状に増加した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとから算出する目標スロットル開度ｔＴＶＯもｔ０の時点でステップ状に増加する。
【００８４】
実吸気通路内圧力ｒＰは、一次遅れで定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに漸近する値として算出される。このとき、実際の機関では、スロットル弁１０５の開度増加に追随して吸気通路１０８内の圧力が徐々に増加しているところであり、実吸気通路内圧力ｒＰは実際の吸気通路１０８内の圧力とほぼ一致するはずである。
【００８５】
目標閉時期ｔＩＶＣは、常に目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとから算出されるようになっており、目標閉時期ｔＩＶＣを強制的に基準閉時期ＩＶＣｂに設定することはないが、結果的には基準閉時期ＩＶＣｂ近傍の時期に維持される。これは、もともとの目標機関トルクｔＴｅの算出方法から見て当然の結果である。
【００８６】
時刻ｔ１において吸入空気量の制御方式が第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換わると、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは基準圧力Ｐｂに設定される。この定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと増加途中の目標機関トルクｔＴｅとから定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを算出するので、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣはｔ１の時点でステップ状に早められた後、徐々に遅れ側へ変化する。このような定常目標閉時期ｓｔＩＶＣの変化を受け、目標スロットル開度ｔＴＶＯはｔ１の時点でステップ状に増加した後、徐々に増加する。
【００８７】
実吸気通路内圧力ｒＰは、再びステップ状に増加した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに一次遅れで漸近する値として算出する。このときの実吸気通路内圧力ｒＰも実際の吸気通路１０８内の圧力とほぼ一致するはずであるが、目標機関トルクｔＴｅの変化特性とは全く異なる特性で変化することになる。しかしながら、目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとから算出される目標閉時期ｔＩＶＣが徐々に早まるので、機関が発生するトルクは目標機関トルクｔＴｅと一致することになる。
【００８８】
一方、図５においても、時刻ｔ４までは定常状態が維持されており、定常目標機関トルクｓｔＴｅと目標機関トルクｔＴｅ、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと実吸気通路内圧力ｒＰ、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと目標閉時期ｔＩＶＣはそれぞれ一致した状態にある。ただし、第２の制御方式による運転中であるから、吸気通路１０８内の圧力が基準圧力Ｐｂに一致した状態となっている。
【００８９】
時刻ｔ４からｔ５の間は、引き続き第２の制御方式が選択されている状態なので、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは基準圧力Ｐｂのままである。この定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと徐々に増加する目標機関トルクｔＴｅとから定常目標閉時期ｓｔＩＶＣを算出するので、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣもｔ４の時点から徐々に遅れ側へ変化する。同様に、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと徐々に増加する定常目標閉時期ｓｔＩＶＣとから算出する目標スロットル開度ｔＴＶＯもｔ４の時点から徐々に増加する。この間、実吸気通路内圧力ｒＰは基準圧力Ｐｂのまま不変であるから、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣがそのまま目標閉時期ｔＩＶＣとして算出される。
【００９０】
時刻ｔ５において吸入空気量の制御方式が第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換わると、定常目標閉時期ｓｔＩＶＣは基準閉時期ＩＶＣｂに設定される。この定常目標閉時期ｓｔＩＶＣと定常目標機関トルクｓｔＴｅとから定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出するので、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰはｔ５の時点でステップ状に減少する。このような定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰの変化を受け、目標スロットル開度ｔＴＶＯもｔ５の時点でステップ状に減少する。
【００９１】
実吸気通路内圧力ｒＰは、ステップ状に減少した定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに一次遅れで漸近する値として算出される。このときの実吸気通路内圧力ｒＰも実際の吸気通路１０８内の圧力とほぼ一致するはずである。ここでは、目標機関トルクｔＴｅと実吸気通路内圧力ｒＰとから算出される目標閉時期ｔＩＶＣが徐々に遅れ側に変化し、機関が発生するトルクは目標機関トルクｔＴｅと一致する。
【００９２】
以上のように、第１の制御方式が選択されている場合、第２の制御方式からの切り換え直後を除いて吸気弁１１１の閉時期が基準閉時期ＩＶＣｂとなり、スロットル弁１０５の開度調整によって吸入空気量、すなわち機関の発生トルクが制御される。一方、第２の制御方式が選択されている場合、第１の制御方式から切り換え直後を除いて吸気通路１０８内の圧力が基準圧力Ｐｂとなり、吸気弁１１１の閉時期調整によって吸入空気量が制御される。
【００９３】
また、機関が発生するトルクは常に目標機関トルクｔＴｅと一致し、吸入空気量の制御方式の切り換え前後でトルクが急変することはない。なお、図４，図５ではアクセル開度ＡＰＳが変化した直後の通過状態において制御方式の切り換えが発生した場合について説明したが、定常状態での運転中に制御方式の切り換えが発生してもトルクの急変がないのはもちろんである。
【００９４】
次に、本発明の第２の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。内燃機関の構成は図１，図２に示した構成と同一であり、ＥＣＭ１２０内のマイクロプロセッサ１２２が実行する制御プログラムだけが先の実施形態と異なっている。
【００９５】
図６は、例えば１０ｍｓｅｃ周期で定期的に実行されるメイン制御プログラムを示すフローチャートであり、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１を算出するＳ６００、実吸入空気量ｒＱＨ０１を算出するＳ７００、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出するＳ８００、目標吸入空気量ｔＱＨ０２を算出するＳ９００、吸入空気量制御方式切換ときの目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出するＳ１０００、目標スロットル開度ｔＴＶＯを算出するＳ１１００、目標閉時期ｔＩＶＣを算出するＳ１２００からなっている。以下、各ステップ内での詳細な処理を説明する。
【００９６】
図７は、図６のＳ６００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【００９７】
Ｓ６０１では、アイドル保持空気量Ｑｉを算出する。このアイドル保持空気量Ｑｉは、機関回転速度をアイドル設定回転速度に維持するための空気量やエアコン等の補機負荷に対応するトルクを得る為の空気量を含んでいる。
【００９８】
Ｓ６０２では、アイドル保持空気量Ｑｉに基づいてアイドル保持分スロットル開口面積Ａｉを算出する。具体的には、アイドル保持空気量Ｑｉに対しソニック流量でのスロットル通過流量とスロットル開口面積との関係を示す係数を乗じたものをアイドル保持分スロットル開口面積Ａｉとする。
【００９９】
Ｓ６０３では、アクセル開度ＡＰＳに基づいてドライバ要求出力分スロットル開口面積Ａａを算出する。具体的には、ＡＰＳに対応させてＡａを記憶させてある制御テーブル（図８）から値をルックアップする。
【０１００】
Ｓ６０４では、アイドル保持分スロットル開口面積Ａｉとドライバ要求出力分スロットル開口面積Ａａとを加算してスロットル開口面積Ａを算出する。
Ｓ６０５では、スロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算してパラメータＡＮＶを算出する。
【０１０１】
Ｓ６０６では、パラメータＡＮＶに基づいて体積流量比ＱＨ０を算出する。具体的には、ＡＮＶに対応させてＱＨ０を記憶させてある制御テーブル（図９）から値をルックアップする。体積流量比ＱＨ０は機関の行程容積に対する吸入空気量の標準状態での体積を示す値であり、図９の制御テーブルには、例えば吸気弁１１１を吸気ＴＤＣで開弁して吸気ＢＤＣを閉弁した場合の体積流量比が記憶されている。なお、本実施形態では、吸入空気量としてこの体積流量比を使用する。
【０１０２】
Ｓ６０７では、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１を体積流量比ＱＨ０とする。定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１は、第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値である。すなわち、第１の制御方式選択時の定常状態における吸入空気量はいずれ定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１に収束することになる。
【０１０３】
図１０は、図６のＳ７００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
Ｓ７０１では、応答時定数Ｔａを算出する。この応答時定数Ｔａは、先の実施形態の応答時定数Ｔａと同じものである。
【０１０４】
Ｓ７０２では、図７のＳ６０７で算出した定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１に対し応答時定数Ｔａの一次遅れ処理を施して実吸入空気量ｒＱＨ０１を算出する。実吸入空気量ｒＱＨ０１は、第１の制御方式で運転しているときの実際の吸入空気量を示す値である。
【０１０５】
図１１は、図６のＳ８００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１０６】
Ｓ８０１では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ８０１で第１の制御方式が選択されていると判断された場合はＳ８０２へ処理を進め、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１と機関回転速度Ｎｅとに基づいて定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを算出する。具体的には、ｓｔＱＨ０１とＮｅとに対応させてｓｔＰを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは、吸気通路１０８内の圧力の定常目標値を示す値である。
【０１０７】
Ｓ８０１で第１の制御方式が選択されていない（第２の制御方式を選択中）と判断された場合はＳ８０３へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰを基準圧力Ｐｂとする。なお、冷却水温等の機関運転条件に応じてＰｂを変化させるようにしても良い。
【０１０８】
図１２は、図６のＳ９００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１０９】
Ｓ９０１では、第１の制御方式と第２の制御方式のポンピングロスの差分を補正するための補正係数ＰＵＭＰ１を算出する。補正係数ＰＵＭＰ１は、第１の制御方式と第２の制御方式とで機関が同じトルクを出力する空気量を予め実験を行って測定し、その変化率のデータに基づいて作成した制御マップから値をルックアップすることで求められることができる。
【０１１０】
Ｓ９０２では、第１の制御方式と第２の制御方式の燃焼効率の差分を補正するための補正係数ｋを算出する。補正係数ｋは、第１の制御方式と第２の制御方式と出機関が同じトルクを出力する空気量を予め実験を行って測定し、その変化率のデータに基づいて作成した制御マップから値をルックアップすることで求められることができる。
【０１１１】
Ｓ９０３では、図１０のＳ７０２で算出した実吸入空気量ｒＱＨ０１を補正係数ＰＵＭＰ１とｋとで補正し、目標吸入空気量ｔＱＨ０２を算出する。目標吸入空気量ｔＱＨ０２は、第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す値である。第２の制御方式による運転中は、吸入空気量を目標吸入空気量ｔＱＨ０２に一致させることで第１の制御方式による運転中と等しいトルクを発生させることができ、かつ、アクセル操作に対するトルクの応答性も等しくすることができる。
【０１１２】
図１３は、図６のＳ１０００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１１３】
Ｓ１００１では、応答時定数Ｔｂを算出する。この応答時定数Ｔｂは、先の実施形態の応答時定数Ｔｂと同じものである。
Ｓ１００２では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ１００３では、前回本プログラムを実行したとき第２の制御方式が選択されていたか否かを判断する。
【０１１４】
Ｓ１００２の判断がＮＯ，Ｓ１００３の判断がＹＥＳであるとき、すなわち、第２の制御方式が継続して選択されているときはＳ１００４へ処理を進め、目標吸入空気量ｔＱＨ０３を目標吸入空気量ｔＱＨ０２の前回算出値ｔＱＨ０２（ｏｌｄ）とする。すなわち、第２の制御方式が継続して選択されているときは直前の目標吸入空気量ｔＱＨ０２を初期値として以降の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１５】
Ｓ１００２の判断がＮＯでＳ１００３の判断がＮＯであるとき、すなわち第１の制御方式から第２の制御方式への切り換えが行われたときはＳ１００５へ処理を進め、切り換え直前の実吸入空気量ｒＱＨ０１と切り換え後の目標吸入空気量ｔＱＨ０２に対して、応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して、吸入空気量制御方式切り換え時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１６】
Ｓ１００６では前回本プログラムを実行したとき第１の制御方式が選択されていたか否かを判断する。
【０１１７】
Ｓ１００２の判断がＹＥＳでＳ１００６の判断がＹＥＳであるとき、すなわち、第１の制御方式が継続して選択されているときはＳ１００７へ処理を進め、目標吸入空気量ｔＱＨ０３を実吸入空気量ｒＱＨ０１の前回算出値ｒＱＨ０１（ｏｌｄ）とする。すなわち、第１の制御方式が継続して選択されているときは直前の実吸入空気量ｒＱＨ０１を初期値として以降の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１８】
Ｓ１００２の判断がＹＥＳ、Ｓ１００６の判断がＮＯであるとき、すなわち第２の制御方式から第１の制御方式への切り換えが行われたときはＳ１００８へ処理を進め、目標吸入空気量ｔＱＨ０２と実吸入空気量ｒＱＨ０１に対して、応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して、吸入空気量制御方式切り換え時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３を算出する。
【０１１９】
図１４は、図６のＳ１１００で実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１２０】
Ｓ１１０１では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。本ステップの判断がＹＥＳである場合は続いてＳ１１０２、Ｓ１１０３を実行し、本ステップの判断がＮＯである場合はＳ１１０４からＳ１１０６を実行する。
【０１２１】
Ｓ１１０２では、定常目標空気量ｓｔＱＨ０１に基づいてパラメータＡＮＶｍを算出する。具体的は、ｓｔＱＨ０１に対応させてＡＮＶｍを記憶させてある制御テーブル（図１５）から値をルックアップする。パラメータＡＮＶｍは、第１の制御方式において設定する吸気弁閉時期とした場合におけるスロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算した値を示す。
【０１２２】
Ｓ１１０３では、パラメータＡＮＶｍに機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖを乗じてスロットル開口面積Ａｔを算出する。
【０１２３】
Ｓ１１０４では、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに基づいて係数Ｃを算出する。具体的には、ｓｔＰに対応させてＣを記憶させてある制御テーブル（図１６）から値をルックアップする。吸気通路内圧力を一定とした場合、スロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算した値と体積流量比との間には比例関係が成立する。このときの比例係数が係数Ｃである。なお、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは図１１のＳ８０３で設定されたｓｔＰ（＝Ｐｂ）である。
【０１２４】
Ｓ１１０５では、目標吸入空気量ｔＱＨ０２に係数Ｃを乗じてパラメータＡＮＶｅを算出する。パラメータＡＮＶｅは、第２の制御方式におけるスロットル開口面積Ａを機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖで除算した値を示す。
Ｓ１１０６では、パラメータＡＮＶｅに機関回転速度Ｎｅと機関の排気量Ｖを乗じてスロットル開口面積Ａｔを算出する。
【０１２５】
Ｓ１１０７では、Ｓ１１０３またはＳ１１０６で算出したスロットル開口面積Ａｔに基づいて目標スロットル開度ｔＴＶＯを算出する。具体的には、Ａｔに対応させてｔＴＶＯを記憶させてある制御テーブル（図１７）から値をルックアップする。
【０１２６】
図１８では、図６のＳ１２００実行されるサブプログラムを示すフローチャートである。
【０１２７】
Ｓ１２０１では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ１２０１で第１の制御方式が選択されていると判断された場合はＳ１２０２へ処理を進め、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
【０１２８】
Ｓ１２０２で経過時間がεを越えていると判断された場合はＳ１２０３へ処理を進め、目標閉時期ｔＩＶＣを基準閉時期ＩＶＣｂとする。
【０１２９】
経過時間がεを越えていない場合はＳ１２０４へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに基づいて最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを算出する。具体的には、ｓｔＰに対応させてＱＨ０ｍａｘを記憶させてある制御テーブル（図１９）から値をルックアップする。最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘは、吸気通路１０８内の圧力が定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰと一致している状態で吸入することができる最大の空気量を示す値である。なお、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは図１１のＳ８０２で算出されたｓｔＰである。
【０１３０】
Ｓ１２０５では、ＴＤＣからＢＤＣまでのクランク角度である１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１３１】
Ｓ１２０６では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて吸気弁１１１の仮閉時期ＩＶＣ０を算出する。仮閉時期ＩＶＣ０は、吸気通路１０８内の圧力が定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰとなっている場合に吸入空気量が目標吸入空気量ｔＱＨ０３となる吸気弁１１１の閉時期を示す値である。
【０１３２】
Ｓ１２０７では、仮閉時期ＩＶＣ０に対し応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。この処理により、実際の吸入空気量が目標吸入空気量ｔＱＨ０３と一致することになる。
【０１３３】
Ｓ１２０１で第１の制御方式が選択されていない（第２の制御方式を選択中）と判断された場合はＳ１２０８へ処理を進め、定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに基づいて最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを算出する。この算出はＳ１２０４で行われる処理と同じであるが、ここで使用される定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰは図１１のＳ８０３で設定されたｓｔＰ（＝Ｐｂ）である。
【０１３４】
Ｓ１２０９では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
Ｓ１２０９で経過時間がεを越えていると判断された場合はＳ１２１０へ処理を進め、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０２と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１３５】
Ｓ１２１１では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて吸気弁１１１の仮閉時期ＩＶＣ０を算出する。
Ｓ１２１２では、仮閉時期ＩＶＣ０をそのまま目標閉時期ｔＩＶＣとする。
【０１３６】
経過時間がεを越えていない場合はＳ１２１３へ処理を進め、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１３７】
Ｓ１２１４では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて吸気弁１１１の仮閉時期ＩＶＣ０を算出する。
Ｓ１２１５では、仮閉時期ＩＶＣ０に対し応答時定数Ｔｂの一次遅れ処理を施して目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。
【０１３８】
図２０は、吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートであり、図２１は、第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える場合のタイムチャートである。
【０１３９】
図２０において、まず第１の制御方式における時刻ｔ０において、アクセル開度ＡＰＳがステップ状に増加したとする。これにより第１の制御方式における定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１もステップ状に増加するが、実際に吸入される空気量は、実吸入空気量ｒＱＨ０１に示すように遅れて追随する。目標スロットル開度ｔＴＶＯは、ｔ０の直後にステップ状に増加した定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１に応じてステップ的に増加する。
【０１４０】
このとき、目標吸入空気量ｔＱＨ０２は、実吸入空気量ｒＱＨ０１の増加に応じて増加するが、その漸近線は定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１より少ない位置にある。これは切換時の出力を一定に保持するのに必要な空気量が異なるためである。
【０１４１】
次いで時刻ｔ１において、吸入空気量制御の切り換え条件が成立し、第１の制御方式から第２の制御方式への切り換えが開始されたとする。
【０１４２】
吸入空気量制御方式切換時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３は、切換開始点（ｔ１）の直前の実吸入空気量ｒＱＨ０１を初期値として、応答時定数Ｔｂを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて、目標吸入空気量ｔＱＨ０２に漸近するよう算出される。また、目標閉時期ｔＩＶＣも、応答時定数Ｔｂを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて算出される。
【０１４３】
一方、図２１においては、切換開始点（ｔ５）の直前の目標吸入空気量ｔＱＨ０２を初期値として、応答時定数Ｔｂを有する吸気通路内圧力の変化特性に合わせて、実吸入空気量ｒＱＨ０１に漸近するよう切り換え時の目標吸入空気量ｔＱＨ０３が算出される。
【０１４４】
また、目標スロットル開度ｔＴＶＯの演算においては、吸入空気量制御の切り換えに合わせて、定常目標吸入空気量ｓｔＱＨ０１と目標吸入空気量ｔＱＨ０２を切り換えて、その目標吸入空気量に基づいて開度演算を行う。
【０１４５】
次に、本発明の第３の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。この実施形態は、第２の実施形態に対し目標閉時期ｔＩＶＣを算出するサブプログラム（図６のＳ１２００）の処理内容だけが異なっている。図２２に示すこのサブプログラムは、圧力センサ１２９が十分な精度と応答性を有している場合に使用できる。
【０１４６】
Ｓ１２２１では、圧力センサ１２９の信号から求めた実吸気通路内圧力ｒＰに基づいて最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを算出する。ここで使用する制御テーブルは、第２の実施形態において使用した図１９に示すテーブルと同じものである。ただし、吸気通路１０８内の実際の圧力から最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを求めるので、この最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘは機関が実際に吸入可能な最大の空気量を示す値となる。
【０１４７】
Ｓ１２２２では、第１の制御方式が選択されているか否かを判断する。
Ｓ１２２３では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
【０１４８】
Ｓ１２２４では、目標閉時期ｔＩＶＣを基準閉時期ＩＶＣｂとする。
Ｓ１２２５では、ＴＤＣからＢＤＣまでのクランク角度である１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１４９】
Ｓ１２２６では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。この実施形態では、第２の実施形態と異なり、仮閉時期ＩＶＣ０を求めることなく吸気弁開弁期間ＩＶＰから直接目標閉時期ｔＩＶＣを算出することができる。
【０１５０】
Ｓ１２２７では、吸入空気量制御の切り換えが行われてからの経過時間が所定時間εを越えているか否かを判断する。
Ｓ１２２８では、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０２と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
【０１５１】
Ｓ１２２９では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。
Ｓ１２３０では、１８０°に目標吸入空気量ｔＱＨ０３と最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘとの比を乗じて吸気弁開弁期間ＩＶＰを算出する。
Ｓ１２３１では、吸気弁開弁期間ＩＶＰに基づいて目標閉時期ｔＩＶＣを算出する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の吸入空気量制御装置を適用した内燃機関の構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明における吸排気弁の構成の一実施形態を示す断面図である。
【図３】第１実施形態におけるエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）内のマイクロプロセッサが実行する吸入空気量制御プログラムを示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）機関トルク、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図５】第１実施形態における吸入空気量の制御方式を第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）機関トルク、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態におけるエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）内のマイクロプロセッサが実行する吸入空気量制御プログラムを示す概略フローチャートである。
【図７】第２実施形態における定常目標吸入空気量ｔＱＨ０１算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図８】アクセル開度ＡＰＳに対応してドライバ要求出力分スロットル開口面積Ａａを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図９】パラメータＡＮＶに対応して体積流量比ＱＨ０を記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態における実吸入空気量ｒＱＨ０１算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１２】第２実施形態における目標吸入空気量ｔＱＨ０２算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１３】第２実施形態における吸入空気量制御方式切換ときの目標吸入空気量ｔＱＨ０３算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１４】第２実施形態における目標スロットル開度ｔＴＶＯ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１５】定常目標空気量ｓｔＱＨ０１に対応してパラメータＡＮＶｍを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１６】定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに対応して係数Ｃを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１７】スロットル開口面積Ａｔに対応して目標スロットル開度ｔＴＶＯを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図１８】第２実施形態における目標閉時期ｔＩＶＣ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【図１９】定常目標吸気通路内圧力ｓｔＰに対応して最大吸入空気量ＱＨ０ｍａｘを記憶した制御テーブルの例を示すグラフである。
【図２０】第２実施形態における吸入空気量の制御方式を第１の制御方式から第２の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）吸入空気量、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図２１】第２実施形態における吸入空気量の制御方式を第２の制御方式から第１の制御方式へ切り換える際の（ａ）アクセル開度、（ｂ）吸入空気量、（ｃ）吸気通路内圧力、（ｄ）吸気弁閉時期、（ｅ）スロットル開度をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図２２】第３実施形態における目標閉時期ｔＩＶＣ算出サブプログラムの動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０１ 吸気通路
１０２ エアクリーナ
１０３ エアフロセンサ
１０４ スロットルチャンバ
１０５ スロットル弁
１０６ スロットルアクチュエータ
１０７ 吸気コレクタ
１０８ 吸気通路
１０９ インジェクタ
１１０ 燃焼室
１１１ 吸気弁
１１２ 電磁アクチュエータ
１１３ 排気通路
１１４ 排気弁
１１５ 電磁アクチュエータ
１１６ 触媒
１１７ 点火プラグ
１２０ エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）
１２１ 入力ポート
１２２ マイクロプロセッサ
１２３ メモリ
１２４ 出力ポート
１２５ クランク角センサ
１２６ アクセル開度センサ
１２７ 水温センサ
１２８ 空燃比センサ
１２９ 圧力センサ
Claims (16)
- 機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式のいずれか一方を選択する制御方式選択手段と、
機関の運転条件に基づいて、機関トルクの定常目標値を示す定常目標機関トルクを算出する定常目標機関トルク算出手段と、
前記定常目標機関トルクに基づいて、この定常目標機関トルクに対し所定の遅れをもって追随する目標機関トルクを算出する目標機関トルク算出手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記吸気弁の閉時期の定常目標値を示す定常目標閉時期を基準閉時期に設定する定常目標閉時期設定手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標機関トルクと前記定常目標閉時期とに基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標機関トルクと前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記定常目標閉時期を算出する定常目標閉時期算出手段と、
前記吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を取得する実吸気通路内圧力取得手段と、
前記定常目標閉時期と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記目標機関トルクと前記実吸気通路内圧力とに基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
- 大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
- 前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段をさらに備え、
前記目標機関トルク算出手段は、前記定常目標機関トルクに対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記目標機関トルクを算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、
前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記定常目標吸気通路内圧力に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記実吸気通路内圧力を取得することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 前記実吸気通路内圧力取得手段は、前記吸気通路内の実際の圧力を検出する圧力センサを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
- 機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、
機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、
前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、
前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量にポンピングロス低下分の補正を施して前記目標吸入空気量を算出することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御されるスロットル弁と、
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、
機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、
前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段と、を備え、
前記目標吸入空気量算出手段は、前記実吸入空気量に燃焼効率悪化分の補正を加えて前記目標吸入空気量を算出することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 機関の吸気通路に配設され、目標開度となるように開度が制御される スロットル弁と、
前記吸気通路と機関の燃焼室との間に配設され、目標閉時期となるように閉時期が制御される吸気弁と、
主に前記スロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第１の制御方式または主に前記吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第２の制御方式の何れか一方を選択する制御方式選択手段と、
機関の運転条件に基づいて、前記第１の制御方式選択時の吸入空気量の定常目標値を示す定常目標吸入空気量を算出する定常目標吸入空気量算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記第２の制御方式選択時の吸入空気量の目標値を示す目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記第１の制御方式が選択されているときに、前記目標閉時期を基準閉時期に設定する目標閉時期設定手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標開度を前記吸気通路内の圧力が基準圧力となる所定開度に設定する目標開度設定手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記目標吸入空気量に基づいて、前記目標閉時期を算出する目標閉時期算出手段と、
制御方式の選択切換時の吸入空気量の目標値を示す制御方式切換時目標吸入空気量を算出する制御方式切換時目標吸入空気量算出手段と、
制御方式の選択が切り換えられたときに、前記制御方式切換時目標吸入空気量に基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出する制御方式切換時目標閉時期算出手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 吸入空気の充填効率が最大となる吸気弁の閉時期を前記基準閉時期とすることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
- 大気圧近傍の圧力を前記基準圧力とすることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
- 前記基準閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する吸入空気量変化の応答遅れの時定数を示す第１応答時定数を算出する第１応答時定数算出手段と、
前記定常目標吸入空気量に対し前記第１応答時定数の一次遅れ処理を施して前記第１の制御方式選択時の実際の吸入空気量を示す実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段とをさらに備え、
前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、前記目標吸入空気量と前記実吸入空気量とに基づいて前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、
前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第１の制御方式から前記第２の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記実吸入空気量と切り換え後の前記目標吸入空気量に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 前記目標閉時期に基づいて、前記スロットル弁の開度変化に対する前記吸気通路内の圧力変化の応答遅れの時定数を示す第２応答時定数を算出する第２応答時定数算出手段をさらに備え、
前記制御方式切換時目標吸入空気量算出手段は、制御方式が前記第２の制御方式から前記第１の制御方式へ切り換えられたときに、切り換え直前の前記目標吸入空気量と切り換 え後の前記実吸入空気量に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して前記制御方式切換時目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 前記第１の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸入空気量に基づいて、前記吸気通路内の圧力の定常目標値を示す定常目標吸気通路内圧力を算出する定常目標吸気通路内圧力算出手段と、
前記第２の制御方式が選択されているときに、前記定常目標吸気通路内圧力を前記基準圧力に設定する定常目標吸気通路内圧力設定手段と、
前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記定常目標吸気通路内圧力とに基づいて、前記吸気通路内の圧力が前記定常目標吸気通路内圧力と一致していると仮定した場合に吸入空気量が前記制御方式切換時目標吸入空気量と一致する前記吸気弁の閉時期を示す仮閉時期を算出する仮閉時期算出手段とをさらに備え、
前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記仮閉時期に対し前記第２応答時定数の一次遅れ処理を施して制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを特徴とする請求項１３または１４に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 吸気通路内の実際の圧力を示す実吸気通路内圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
前記制御方式切換時目標閉時期算出手段は、前記制御方式切換時目標吸入空気量と前記実吸気通路内圧力とに基づいて、制御方式切換時の前記目標閉時期を算出することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
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