JP2004132314A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】吸気弁の作用角を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備えた内燃機関において、機関燃焼に供される混合気の空燃比を正確に制御できる装置を提供する。
【解決手段】吸気弁作用角を可変制御する吸気弁可変機構２１と、スロットル弁開度を可変制御するアクチュエータ４３ａとを備えたエンジン１の電子制御装置（ＥＣＵ）８０は、吸気弁作用角とスロットル弁開度との関係を調整することにより燃焼室１３に吸入される空気量を制御する。また、ＥＣＵ８０は、酸素濃度センサ６５の出力信号に基づいて機関燃焼に供される混合気の空燃比を検出し、検出される空燃比が目標値となるように目標燃料噴射量を決定する。ここで、目標燃料噴射量の補正値（空燃比学習値）を、吸気量と吸気弁作用角とによって決定づけられる領域毎に学習する。
【選択図】 図１
【解決手段】吸気弁作用角を可変制御する吸気弁可変機構２１と、スロットル弁開度を可変制御するアクチュエータ４３ａとを備えたエンジン１の電子制御装置（ＥＣＵ）８０は、吸気弁作用角とスロットル弁開度との関係を調整することにより燃焼室１３に吸入される空気量を制御する。また、ＥＣＵ８０は、酸素濃度センサ６５の出力信号に基づいて機関燃焼に供される混合気の空燃比を検出し、検出される空燃比が目標値となるように目標燃料噴射量を決定する。ここで、目標燃料噴射量の補正値（空燃比学習値）を、吸気量と吸気弁作用角とによって決定づけられる領域毎に学習する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃焼に供される混合気の空燃比を最適化する制御を行う制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（以下、エンジンという）の運転状態を制御する装置の１つとして、エンジンの燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置がある。一般に、空燃比制御装置は、エンジンの排気通路に設けられる酸素濃度センサの検出信号に基づき、燃料噴射弁を通じて燃焼室に供給される燃料の量（燃料供給量）を制御することにより、機関燃焼に供される混合気中の酸素と空気との比率（実空燃比）を目標値（目標空燃比）に追従させる制御（空燃比制御）を行う。混合気中の空燃比は、基本的には燃焼室に供給される空気の流量（吸気量）と燃料供給量とによって決定づけられるため、空燃比制御の実施中、車両の急加速等に伴って吸気量が過渡的に変化したり、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系内に導入されると、目標空燃比に対する実空燃比の追従性が低下する。
このため、空燃比制御を実施するエンジンでは一般に、吸気量や吸気系に導入される蒸発燃料量に応じて、予め補正値を設定する。さらに、このような補正値を加味して燃料供給量を決定した結果として観測される実空燃比と、目標空燃比との偏差が減少するように、補正値を逐次更新する（特許文献１を参照）。このように、逐次更新される補正値（学習値）を採用して空燃比制御を実施することにより、目標空燃比に対する実空燃比の追従性が向上する。
【０００３】
一方、吸気弁の動作特性（例えば作用角）を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備え、吸気弁の動作とスロットル弁の動作とを様々に組み合わせることで吸気量を制御することができるエンジンが知られている。このようなエンジンでは、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、スロットル弁の開度を任意に制御する機能とを併せて活用し、実際の吸気量を目標値に合致させる制御を行う（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２８９９３号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５９３４５号公報
【特許文献３】
特公平６−７６７６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献２に記載されたエンジンのように、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、スロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備えたエンジンでは、吸気量が同等であるような条件下であっても、燃焼室内に流入する空気の動態が不規則に変化し易い。このため、このようなエンジンでは、吸気量に応じて逐次更新される学習値が、実空燃比を目標空燃比に近似させるために用いられる燃料供給量の補正値として、十分な精度（再現性）を保証し得ない。すなわち、吸気量に対応する学習値を採用して空燃比制御を行っても、目標空燃比に対する実空燃比の追従性を十分に高めることができなかった。
【０００６】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備えた内燃機関において、機関燃焼に供される混合気の空燃比を正確に制御できる装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、吸気弁の作用角を可変にする可変動弁機構と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にするアクチュエータと、を備えた内燃機関の制御装置において、前記吸気弁の作用角と前記スロットル弁の開度との関係を調整することにより当該機関に吸入される空気量を制御する空気量制御手段と、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記検出される空燃比が目標値となるように当該機関の運転状態に関するパラメータを制御する空燃比制御手段と、前記制御されるパラメータの補正値を、当該機関に吸入される空気の流量と前記吸気弁の作用角又は当該機関に吸入される空気の圧力とによって決定づけられる領域毎に学習する学習手段と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
ここで、当該機関に吸入される空気量とは、空気の流量と空気の圧力との何れをも意味する。
【０００９】
また、前記制御されるパラメータとしては、当該機関の燃焼室に供給される燃料量であるのが好ましい。
【００１０】
また、当該制御装置は、当該機関の吸気系において当該機関に吸入される空気量を検出するセンサを備えるのが好ましい。
【００１１】
また、前記学習手段は、前記制御されるパラメータの補正値を、当該機関に吸入される空気の流量と、前記吸気弁の作用角又は当該機関に吸入される空気の圧力と、前記スロットル弁の開度とによって決定づけられる領域毎に学習することにしてもよい。
【００１２】
前記吸気弁の作用角と前記スロットル弁の開度との関係を調整することによって内燃機関に吸入される空気量を制御する場合、当該機関の燃焼室に供給される燃料の量や、当該機関に吸入される空気の流量が同等であっても、前記吸気弁の作用角と前記スロットル弁の開度との関係、とくに、前記吸気弁の作用角が変化すると、当該機関の燃焼室直近において、同燃焼室に吸入される空気の圧力が変化する。燃焼室に吸入される空気の圧力が変化すると、同燃焼室へ吸入される空気の動態も変化するため、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比も変化することになる。
【００１３】
同構成によれば、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を過渡的に変動させる要因を、前記制御されるパラメータの補正値（学習値）に正確に反映させることができる。この結果、信頼性の高い空燃比制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車載エンジンシステムに適用した一実施の形態について説明する。
【００１５】
〔エンジンシステムの基本構造及び機能〕
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンという）１は、複数のシリンダ（一本のシリンダのみ図示）を備え、吸入行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るガソリンエンジンシステムである。
【００１６】
エンジン本体１０は、シリンダブロック１０ａとシリンダヘッド１０ｂとが閉じ合わされて構成され、その内部にシリンダ１１を形成する。シリンダ１１内には、ピストン１２が往復動可能に収容される。ピストン１２の頭頂面１２ａと、シリンダ１１の内壁と、シリンダヘッド１０ｂとに囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。ピストン１２に連結されたコンロッド１４は、シリンダ１１内におけるピストン１２の往復運動をエンジン１のクランクシャフト１５の回転運動に変換する。
【００１７】
また、シリンダヘッド１０ｂには点火プラグ１６が設けられている。点火プラグ１６は、イグナイタ１７を介して適宜のタイミングで通電され、燃焼室１３内に充填される燃料及び空気の混合気に点火する。また同じく、シリンダヘッド１０ｂには、燃焼室１３内に直接その噴孔を臨ませる燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧され、蓄圧室（図示略）に蓄えられた加圧燃料を、燃焼室１３内に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００１８】
また、シリンダヘッド１０ｂには、燃焼室１３に連通し吸気通路４０の最下流部位をなす吸気ポート４１と、同じく燃焼室１３に連通し排気通路５０の最上流部位をなす排気ポート５１とが形成され、さらに、吸気ポート４１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する吸気弁１９や、排気ポート５１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、吸気弁可変機構２１によって開閉駆動される。軸部材１９ａの先端に弁体１９ｂを備えて構成される吸気弁１９は、基本的にはクランクシャフト１５の回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。吸気弁可変機構（可変動弁機構）２１は、吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを可変制御することができる。また、排気弁２０は、吸気弁１９と同じく軸部材２０ａの先端に弁体２０ｂを備え、その軸部材２０ａの後端を、クランクシャフト１５の回転に連動して回転する排気カム２２に当接させている。排気弁２０は、排気カム２２によって駆動され、クランクシャフト１５の回転と正確に同期した往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。
【００１９】
吸気通路４０は、外部から燃焼室１３内に吸入される空気（吸気）の通路である。吸気通路４０には、吸気の流路上流から下流にかけて、エアクリーナ４２、スロットル弁４３、サージタンク４４等が順次設けられている。エアクリーナ４２は、吸気通路４０に取り込まれる空気中の塵や埃を取り除くフィルタである。
スロットル弁４３は、ステップモータ等を備えたアクチュエータ４３ａによってその開度が無段階に調節される電子制御式の開閉弁である。サージタンク４４は、吸気の脈動を抑制する。排気通路５０は、燃焼室１３から排出される排気ガスの通路である。排気通路には、排気浄化用触媒（図示略）を内蔵する触媒ケーシング５２が設けられている。
【００２０】
また、エンジンの各部位には、当該部位の環境条件やエンジン１の運転状態に関する信号を出力する各種センサが取り付けられている。すなわち、スロットル弁開度センサ６０は、スロットル弁４３の開度（以下、スロットル弁開度という）ＴＡに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ６１は、吸気通路４０内のスロットル弁４３上流において空気の流量に応じた検出信号を出力する。また、アクセルポジションセンサ６２はエンジンのアクセルペダル７０に取り付けられ、同ペダル７０の踏込量（以下、アクセル指示量という）ＡＣＣに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ６３は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。クランク角センサ６３の検出信号は、エンジン１の回転数（以下、エンジン回転数という）ＮＥ等を演算するために活用される。吸気弁リフト量センサ６４は、吸気弁１９の閉弁状態からの移動距離（リフト量）に応じた検出信号を出力する。酸素濃度センサ６５は、排気通路５０内において排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する。これらセンサ６０〜６５は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭおよびタイマーカウンタ等を備え、これら各部と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００２２】
このように構成されたＥＣＵ８０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいて、エンジン１の運転状態に関する各種パラメータを把握し、これらパラメータに基づいて、イグナイタ１７、燃料噴射弁１８、吸気弁可変機構２１およびスロットル弁４３等を駆動する。言い換えれば、ＥＣＵ８０は、エンジン１の運転状態を最適化すべく、エンジン１の各構成要素を統括制御する。
【００２３】
〔吸気弁可変機構の機能〕
上述したように、本実施の形態にかかる吸気弁可変機構２１は、吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを可変制御することができる。吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを変更すると、吸気弁１９の作用角（以下、吸気弁作用角という）ＶＡが変化する。ここで、吸気弁作用角ＶＡとは、吸気弁１９の開弁期間に相当するクランク角の変化量を意味する。
【００２４】
吸気弁可変機構２１としては、様々な作動原理を利用した機構を採用し得る。
【００２５】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、各種作動原理を利用した吸気弁可変機構２１によって吸気弁が開閉弁動作を行う際、吸気弁リフト量がどのように推移するのかを例示するチャートである。
【００２６】
例えば、クランクシャフト１５の回転に連動するカム機構であって、複数形状のカムを選択的に用いて吸気弁１９を駆動することのできる機構や、クランクシャフト１５の回転に連動するカムと、カムの動作を修正するメカニズムとを併せて活用し吸気弁１９を駆動することのできる機構等を採用することができる。このようなカム機構を採用することにより、図２（ａ）に示すように、吸気弁１９の閉弁タイミングＣＡをＣＡ１〜ＣＡ３のように変更し、結果として吸気弁作用角ＶＡをＶＡ１〜ＶＡ３のように変更することができる。さらに、図２（ｂ）に示すように、選択されるカムの形状や、カムの動作を修正するメカニズムの特性次第で、リフト量の最大値を変更することもできる。
【００２７】
また例えば、吸気弁１９に対し、その往復動作の方向に沿って電磁力を付与することのできる機構を採用することにより、吸気弁作用角ＶＡや閉弁タイミングを変更することもできる。このような機構を採用した場合、図２（ｃ）に示すように、吸気弁の動作をクランクシャフトの回転に連動させる必要がなくなるため、その動作範囲や動作速度の制御ついて、自由度が高まる。
【００２８】
このような吸気弁可変機構２１の機能を活用することにより、エンジン１のＥＣＵ８０は、吸気弁作用角ＶＡ、閉弁タイミング、或いは最大リフト量を可変制御することができる。吸気弁１９の１回の開閉弁動作によって燃焼室１３に流入する空気量は、吸気弁作用角ＶＡに依存する。つまり、吸気弁可変機構２１を通じて吸気弁作用角ＶＡを変更すれば、吸気通路４０を通じて燃焼室１３に吸入される空気の質量流量（吸気量）ＧＡ及び圧力（吸気圧）ＰＭを制御することができる。
【００２９】
〔空燃比制御（燃料噴射制御）の概要〕
次に、ＥＣＵ８０の実行する空燃比制御（燃料噴射制御）について説明する。
ＥＣＵ８０は、エンジン１の燃焼に供される混合気中の酸素と空気との比率（実空燃比）を当該エンジン１の運転状態に適した目標値（例えば理論空燃比）に収束させる制御（空燃比制御）を実施する。空燃比制御は、燃料噴射弁１８から噴射される燃料量の制御（燃料噴射制御）を通じて行う。この空燃比制御において、ＥＣＵ８０は先ず、エアフロメータ６１の出力信号に基づいて吸気量ＧＡを把握するとともに、クランク角センサ６３の出力信号に基づいてエンジン回転数ＮＥを演算し、これらパラメータＧＡ，ＮＥに基づき、例えば演算式（ｉ）に従って基本燃料噴射量（時間）ＴＡＵＢＳを求める。
ＴＡＵＢＳ＝Ｋ×ＧＡ／ＮＥ
…（ｉ）
但し、
Ｋ：予め設定される定数
そして、この基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳに対し、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ、空燃比学習値ＦＧ及びその他の各種制御（例えば、暖機運転時の増量制御や加減速時の増量又は減量制御）によって得られた各種補正係数を加味することにより、例えば演算式（ｉｉ）に従って最終的な目標燃料噴射量（時間）ＴＡＵＦを決定する。
ＴＡＵＦ＝ＴＡＵＢＳ×ＦＡＦ×ＦＧ×…
…（ｉｉ）
ここで、本実施の形態において採用される空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ及び空燃比学習値ＦＧの基本特性について説明する。
【００３０】
図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、空燃比フィードバック制御中に観測される酸素濃度センサ６５の検出信号（図３（ａ））、この酸素濃度センサ６５の検出信号に基づくＥＣＵ８０の判定信号（図３（ｂ））及びこのＥＣＵ８０の判定信号に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦについて、各々の波形を同一軸線上に示すタイムチャートである。
【００３１】
ＥＣＵ８０は、排気中の酸素濃度に対応する酸素濃度センサ６５の検出信号に基づいて、機関燃焼に関わった混合気の空燃比がリッチ（燃料過多）であるかリーン（酸素過多）であるかを判断する。そして、当該空燃比がリッチであると判断すれば空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを減少（リーンスキップ）させ、リーンであると判断すれば増量（リッチスキップ）させるといった態様で、燃料噴射量の補正を周期的に繰り返す（空燃比フィードバック制御を実行する）。
【００３２】
そしてさらに、この空燃比フィードバック制御の制御結果を逐次処理し、エンジン１の運転状態に基づいて区分される複数の学習領域毎に、空燃比学習値ＦＧとしてマップ上に記憶する。空燃比学習値ＦＧは、各学習領域において得られた空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの平均的な値に相当する。
【００３３】
例えば、ある学習領域において空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの平均値（以下、平均空燃比フィードバック補正係数という）ＦＡＦＡＶを以下の演算式（ｉｉｉ）に基づいて算出する。
ＦＡＦＡＶ＝（ＦＡＦＬＳＫＰ−ＦＡＦＲＳＫＰ）／２
…（ｉｉｉ）
但し、
ＦＡＦＬＳＫＰ：リーンスキップ（減量）直前のＦＡＦ（図３（ｃ）中の点αに相当）
ＦＡＦＲＳＫＰ：リッチスキップ（増量）直前のＦＡＦ（図３（ｃ）中の点βに相当）
空燃比フィードバック制御においてＥＣＵ８０は、平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶを「１．００」（補正率が０％）に収束させる。従って、例えば平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶが「１．０５」（５％増量）であれば、以降、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの算出にあたり、この「１．０５」を空燃比学習値ＦＧとして加味する（基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳに積算する）。
【００３４】
図４には、本実施の形態において適用する空燃比学習値ＦＧの学習区分（マップ上の区分）を示す。
【００３５】
同図４に示すように、本実施の形態にかかるエンジン１では、吸気量ＧＡと吸気弁作用角ＶＡとの関係によって決定づけられる学習区分を設定しておき、各学習区分に対応する空燃比学習値ＦＧ（ＦＧＡ１１・・・・ＦＧＡ５５）を基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳの補正値として個別に更新する。なお、これら空燃比学習値ＦＧは、基本的に、空燃比フィードバック制御の実行中であるか否かに関わらず、燃料噴射制御において目標燃料噴射量ＴＡＵＦを算出するための基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳの一補正係数として常時採用されるが、その更新は空燃比フィードバック制御の実行に伴って行われる。
【００３６】
〔燃料噴射制御の具体的な手順〕
次に、本実施の形態にかかる燃料噴射制御（空燃比フィードバック制御の実行を伴わない場合と、空燃比フィードバック制御の実行を伴う場合とを含む）の具体的な制御手順について、フローチャートを参照して説明する。
【００３７】
図５には、本実施の形態における燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ８０により所定時間毎に実行される。
【００３８】
同ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ８０は先ずステップＳ１０１において、基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳを決定するために必要な現在の吸気量ＧＡやエンジン回転数ＮＥをはじめ、エンジン１の運転状態に関する各種パラメータを把握する。
【００３９】
ステップＳ１０２においてＥＣＵ８０は、エンジン１の現在の運転状態に照らし、空燃比フィードバック制御の実行条件が満たされているか否かを判断する。ＥＣＵ８０は、例えば機関冷却水の温度が所定温度を上回っている場合に、空燃比フィードバック制御の実行条件が満たされていると判断する。
【００４０】
上記ステップＳ１０２での判断が肯定である場合、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ１０３に移行し、フィードバック制御実行フラグＦを「１」に設定する。一方、上記ステップＳ１０２での判断が否定である場合、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ１０４に移行し、フィードバック制御実行フラグＦを「０」に設定する。
【００４１】
上記ステップＳ１０３若しくはＳ１０４での処理を経た後、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ１０５に移行する。
【００４２】
ステップＳ１０５においてＥＣＵ８０は、現在の運転状態（吸気量ＧＡ及び吸気弁作用角ＶＡ）が属する学習区分を認識する。
【００４３】
ステップＳ１０６においてＥＣＵ８０は、先のステップＳ１０１で把握した吸気量ＧＡ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて、基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳを算出する（演算式（ｉ）参照）。
【００４４】
ステップＳ１０７においてＥＣＵ８０は、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの算出に必要な空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦや空燃比学習値ＦＧ等、各種補正係数を決定する。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出方法は、先の図３において説明した通りである。なおこのとき、フィードバック制御実行フラグＦが「０」に設定されている場合、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとして定数「１．００」を採用する。
【００４５】
ステップＳ１０８においてＥＣＵ８０は、上記ステップＳ１０６で求めた基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳと、上記ステップＳ１０７で求めた各種補正係数とに基づいて、目標燃料噴射量ＴＡＵＦを算出する（演算式（ｉｉ）参照）。
【００４６】
こうした求められた目標燃料噴射量ＴＡＵＦが、燃料噴射弁１８を通じて燃焼室１３内に噴射供給される燃料の量に相当することは、上述した通りである。
【００４７】
次に、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１０９においてフィードバック制御実行フラグＦが「１」に設定されているか、すなわち空燃比フィードバック制御が実行されているか否かを判断する。そしてＥＣＵ８０は、その判断が肯定であれば処理をステップＳ１１０に移行し、その判断が否定であれば本ルーチンを一旦抜ける。
【００４８】
ステップＳ１１０においてＥＣＵ８０は、現時点がリーンスキップ直前、或いはリッチスキップ直前のタイミング（先の図３（ｃ）中における点α或いは点β）に相当するか否かを判断する。そしてＥＣＵ８０は、その判断が肯定であれば処理をステップＳ１１１に移行し、その判断が否定であれば処理をステップＳ１１２に移行する。
【００４９】
ステップＳ１１１においてＥＣＵ８０は、点α及び点βにおいて採用された最新の空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＬＳＫＰ（点α），ＦＡＦＲＳＫＰ（点β）に基づいて平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶの最新値を算出する（演算式（ｉｉｉ）参照）。
【００５０】
ステップＳ１１２においてＥＣＵ８０は、上記ステップＳ１１２において算出した平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶの最新値を、上記ステップＳ１０５で認識した学習区分に対応する空燃比学習値ＦＧとして記憶し、本ルーチンを一旦抜ける。
【００５１】
なお、上記ステップＳ１１２において空燃比学習値ＦＧの更新が行われたか否かに関わらず、また、フィードバック制御実行フラグＦが「１」に設定されているか「０」に設定されているかに関わらず、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの算出に際し、上記ステップＳ１０７，Ｓ１０８において現時点の運転状態に適合する最新の空燃比学習値ＦＧが毎回のルーチンで採用されることになる。
【００５２】
このように、エンジン１のＥＣＵ８０は、酸素濃度センサ６５の出力信号に基づいて機関燃焼に供される混合気の空燃比を検出し、検出される空燃比（実空燃比）が目標値（目標空燃比）となるように目標燃料噴射量ＴＡＵＦを決定するとともに、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの補正値（空燃比学習値）ＦＧを、吸気量ＧＡと吸気弁作用角ＶＡとによって決定づけられる領域毎に学習する。
【００５３】
エンジン１のように、吸気弁作用角ＶＡとスロットル弁開度ＴＡとの関係を調整することによって吸気量ＧＡを制御する場合、当該機関の燃焼室に供給される燃料の量や、吸気量ＧＡが同等であっても、吸気弁作用角ＶＡとスロットル弁開度ＴＡとの関係、とくに、吸気弁作用角ＶＡが変化すると、当該機関の燃焼室直近において、同燃焼室へ充填される空気の動態が変化するため、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比も変化することになる。
【００５４】
言い換えると、吸気量ＧＡおよび燃料噴射量ＴＡＵＦが一定でも、吸気弁作用角ＶＡとスロットル弁開度ＴＡとの関係が異なれば、空燃比は変動する。このような条件下で、吸気量ＧＡのみによって定義づけられる学習区分を設定したとしても、実空燃比を目標空燃比に収束させるといった観点から信頼性の高い空燃比制御を行うことは難しい。
【００５５】
この点、本実施の形態によれば、吸気量ＧＡおよび吸気弁作用角ＶＡの双方によって定義づけられる複数の運転領域を、燃料噴射量の補正値を学習するための学習区分として設定するため、実空燃比を目標空燃比に収束させる制御を実施する上で、高い信頼性を得ることができる。
【００５６】
なお、吸気量ＧＡとあわせて燃焼室１３へ充填される空気の動態を決定づけるパラメータであり、また、吸気弁作用角ＶＡと相関の高いパラメータである吸気圧ＰＭを、吸気作用角ＶＡに替えて採用してもよい。すなわち、吸気量ＧＡと吸気弁作用角ＶＡとの関係によって決定づけられる学習区分（図４）に替え、図６に示すような吸気量ＧＡと吸気圧ＰＭとの関係によって決定づけられる学習区分を設定しておき、各学習区分に対応する空燃比学習値ＦＧ（ＦＧＢ１１・・・・ＦＧＢ５５）を、基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳの補正値として個別に更新するようにしてもよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、実空燃比を目標空燃比に収束させるために制御されるパラメータとして、燃料噴射量を採用することにしたが、実空燃比を変更し得る他のパラメータを採用することもできる。例えば、いわゆる排気還流（ＥＧＲ）装置を備えた内燃機関において、排気還流（ＥＧＲ）量を制御して実空燃比を目標空燃比に収束させることもできる。また、排気系に還元剤を添加する装置を備える内燃機関では、還元剤の添加量を制御して実空燃比に相当するパラメータ（排気中の酸素濃度）を目標値に収束させることもできる。
【００５８】
また、図６の学習区分を適用するにあたっては、吸気圧ＰＭを認識する手段として、吸気通路４０におけるスロットル弁４４下流（最も好ましくは、燃焼室１３に近接する吸気ポート４１内）の圧力を検出する圧力センサを設ければよい。
また、目標燃料噴射量ＴＡＵＦやエンジン回転数ＮＥ等に基づいて、吸気圧ＰＭを推定することにしてもよい。
【００５９】
また、空燃比学習値ＦＧの学習区分（領域）を、吸気量ＧＡ、吸気弁作用角ＶＡ、スロットル弁開度ＴＡの三者間の関係、或いは吸気量ＧＡ、吸気圧ＰＭ、スロットル弁開度ＴＡの三者間の関係から決定づけるようにしてもよい。このようにすれば、ＥＣＵ８０が格納すべき情報量は増大するが、目標空燃比に対する実空燃比の追従性は一層高くなる。ただし、スロットル弁開度ＴＡの変更に対応して、燃焼室１３へ充填される空気の動態が変化するまでにはある程度の応答遅れが存在するため、燃焼室１３に直近の吸気弁の作用角ＶＡや、吸気ポート４１内の圧力（吸気圧）ＰＭと、吸気量ＧＡとの関係のみから空燃比学習値ＦＧの学習区分（領域）を決定することで、実空燃比を目標空燃比に収束させる上で十分な信頼性を得ることはできる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、吸気弁の作用角を可変にする可変動弁機構と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にするアクチュエータと、を備えた内燃機関において、収束性、応答性等といった観点から、空燃比制御の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる制御装置が設けられた車載用エンジンの概略構成図。
【図２】各種の吸気弁可変機構を通じて変更される吸気弁の動作特性を示す図。
【図３】酸素センサからの検出信号に基づく空燃比フィードバック補正係数の推移を示すタイムチャート。
【図４】同実施の形態において空燃比学習値を格納するマップを示す図。
【図５】同実施の形態における燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。
【図６】同実施の形態において空燃比学習値を格納するマップの別例を示す図。
【符号の説明】
１ エンジン
１０ エンジン本体
１０ａ シリンダブロック
１０ｂ シリンダヘッド
１１ シリンダ
１２ ピストン
１２ａ 頭頂面
１３ 燃焼室
１４ コンロッド
１５ クランクシャフト
１６ 点火プラグ
１７ イグナイタ
１８ 燃料噴射弁
１９ 吸気弁
１９ａ 軸部材
１９ｂ 弁体
２０ 排気弁
２０ａ 軸部材
２０ｂ 弁体
２１ 吸気弁可変機構（可変動弁機構）
２２ 排気カム
４０ 吸気通路
４１ 吸気ポート
４２ エアクリーナ
４３ スロットル弁
４３ａ アクチュエータ
４４ サージタンク
４４ スロットル弁
５０ 排気通路
５１ 排気ポート
５２ 触媒ケーシング
５５ クランク角センサ
６０ スロットル弁開度センサ
６１ エアフロメータ
６２ アクセルポジションセンサ
６３ クランク角センサ
６４ 吸気弁リフト量センサ
６５ 酸素濃度センサ
７０ アクセルペダル
８０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃焼に供される混合気の空燃比を最適化する制御を行う制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（以下、エンジンという）の運転状態を制御する装置の１つとして、エンジンの燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置がある。一般に、空燃比制御装置は、エンジンの排気通路に設けられる酸素濃度センサの検出信号に基づき、燃料噴射弁を通じて燃焼室に供給される燃料の量（燃料供給量）を制御することにより、機関燃焼に供される混合気中の酸素と空気との比率（実空燃比）を目標値（目標空燃比）に追従させる制御（空燃比制御）を行う。混合気中の空燃比は、基本的には燃焼室に供給される空気の流量（吸気量）と燃料供給量とによって決定づけられるため、空燃比制御の実施中、車両の急加速等に伴って吸気量が過渡的に変化したり、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系内に導入されると、目標空燃比に対する実空燃比の追従性が低下する。
このため、空燃比制御を実施するエンジンでは一般に、吸気量や吸気系に導入される蒸発燃料量に応じて、予め補正値を設定する。さらに、このような補正値を加味して燃料供給量を決定した結果として観測される実空燃比と、目標空燃比との偏差が減少するように、補正値を逐次更新する（特許文献１を参照）。このように、逐次更新される補正値（学習値）を採用して空燃比制御を実施することにより、目標空燃比に対する実空燃比の追従性が向上する。
【０００３】
一方、吸気弁の動作特性（例えば作用角）を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備え、吸気弁の動作とスロットル弁の動作とを様々に組み合わせることで吸気量を制御することができるエンジンが知られている。このようなエンジンでは、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、スロットル弁の開度を任意に制御する機能とを併せて活用し、実際の吸気量を目標値に合致させる制御を行う（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２８９９３号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５９３４５号公報
【特許文献３】
特公平６−７６７６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献２に記載されたエンジンのように、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、スロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備えたエンジンでは、吸気量が同等であるような条件下であっても、燃焼室内に流入する空気の動態が不規則に変化し易い。このため、このようなエンジンでは、吸気量に応じて逐次更新される学習値が、実空燃比を目標空燃比に近似させるために用いられる燃料供給量の補正値として、十分な精度（再現性）を保証し得ない。すなわち、吸気量に対応する学習値を採用して空燃比制御を行っても、目標空燃比に対する実空燃比の追従性を十分に高めることができなかった。
【０００６】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備えた内燃機関において、機関燃焼に供される混合気の空燃比を正確に制御できる装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、吸気弁の作用角を可変にする可変動弁機構と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にするアクチュエータと、を備えた内燃機関の制御装置において、前記吸気弁の作用角と前記スロットル弁の開度との関係を調整することにより当該機関に吸入される空気量を制御する空気量制御手段と、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記検出される空燃比が目標値となるように当該機関の運転状態に関するパラメータを制御する空燃比制御手段と、前記制御されるパラメータの補正値を、当該機関に吸入される空気の流量と前記吸気弁の作用角又は当該機関に吸入される空気の圧力とによって決定づけられる領域毎に学習する学習手段と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
ここで、当該機関に吸入される空気量とは、空気の流量と空気の圧力との何れをも意味する。
【０００９】
また、前記制御されるパラメータとしては、当該機関の燃焼室に供給される燃料量であるのが好ましい。
【００１０】
また、当該制御装置は、当該機関の吸気系において当該機関に吸入される空気量を検出するセンサを備えるのが好ましい。
【００１１】
また、前記学習手段は、前記制御されるパラメータの補正値を、当該機関に吸入される空気の流量と、前記吸気弁の作用角又は当該機関に吸入される空気の圧力と、前記スロットル弁の開度とによって決定づけられる領域毎に学習することにしてもよい。
【００１２】
前記吸気弁の作用角と前記スロットル弁の開度との関係を調整することによって内燃機関に吸入される空気量を制御する場合、当該機関の燃焼室に供給される燃料の量や、当該機関に吸入される空気の流量が同等であっても、前記吸気弁の作用角と前記スロットル弁の開度との関係、とくに、前記吸気弁の作用角が変化すると、当該機関の燃焼室直近において、同燃焼室に吸入される空気の圧力が変化する。燃焼室に吸入される空気の圧力が変化すると、同燃焼室へ吸入される空気の動態も変化するため、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比も変化することになる。
【００１３】
同構成によれば、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を過渡的に変動させる要因を、前記制御されるパラメータの補正値（学習値）に正確に反映させることができる。この結果、信頼性の高い空燃比制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車載エンジンシステムに適用した一実施の形態について説明する。
【００１５】
〔エンジンシステムの基本構造及び機能〕
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンという）１は、複数のシリンダ（一本のシリンダのみ図示）を備え、吸入行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るガソリンエンジンシステムである。
【００１６】
エンジン本体１０は、シリンダブロック１０ａとシリンダヘッド１０ｂとが閉じ合わされて構成され、その内部にシリンダ１１を形成する。シリンダ１１内には、ピストン１２が往復動可能に収容される。ピストン１２の頭頂面１２ａと、シリンダ１１の内壁と、シリンダヘッド１０ｂとに囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。ピストン１２に連結されたコンロッド１４は、シリンダ１１内におけるピストン１２の往復運動をエンジン１のクランクシャフト１５の回転運動に変換する。
【００１７】
また、シリンダヘッド１０ｂには点火プラグ１６が設けられている。点火プラグ１６は、イグナイタ１７を介して適宜のタイミングで通電され、燃焼室１３内に充填される燃料及び空気の混合気に点火する。また同じく、シリンダヘッド１０ｂには、燃焼室１３内に直接その噴孔を臨ませる燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧され、蓄圧室（図示略）に蓄えられた加圧燃料を、燃焼室１３内に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００１８】
また、シリンダヘッド１０ｂには、燃焼室１３に連通し吸気通路４０の最下流部位をなす吸気ポート４１と、同じく燃焼室１３に連通し排気通路５０の最上流部位をなす排気ポート５１とが形成され、さらに、吸気ポート４１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する吸気弁１９や、排気ポート５１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、吸気弁可変機構２１によって開閉駆動される。軸部材１９ａの先端に弁体１９ｂを備えて構成される吸気弁１９は、基本的にはクランクシャフト１５の回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。吸気弁可変機構（可変動弁機構）２１は、吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを可変制御することができる。また、排気弁２０は、吸気弁１９と同じく軸部材２０ａの先端に弁体２０ｂを備え、その軸部材２０ａの後端を、クランクシャフト１５の回転に連動して回転する排気カム２２に当接させている。排気弁２０は、排気カム２２によって駆動され、クランクシャフト１５の回転と正確に同期した往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。
【００１９】
吸気通路４０は、外部から燃焼室１３内に吸入される空気（吸気）の通路である。吸気通路４０には、吸気の流路上流から下流にかけて、エアクリーナ４２、スロットル弁４３、サージタンク４４等が順次設けられている。エアクリーナ４２は、吸気通路４０に取り込まれる空気中の塵や埃を取り除くフィルタである。
スロットル弁４３は、ステップモータ等を備えたアクチュエータ４３ａによってその開度が無段階に調節される電子制御式の開閉弁である。サージタンク４４は、吸気の脈動を抑制する。排気通路５０は、燃焼室１３から排出される排気ガスの通路である。排気通路には、排気浄化用触媒（図示略）を内蔵する触媒ケーシング５２が設けられている。
【００２０】
また、エンジンの各部位には、当該部位の環境条件やエンジン１の運転状態に関する信号を出力する各種センサが取り付けられている。すなわち、スロットル弁開度センサ６０は、スロットル弁４３の開度（以下、スロットル弁開度という）ＴＡに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ６１は、吸気通路４０内のスロットル弁４３上流において空気の流量に応じた検出信号を出力する。また、アクセルポジションセンサ６２はエンジンのアクセルペダル７０に取り付けられ、同ペダル７０の踏込量（以下、アクセル指示量という）ＡＣＣに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ６３は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。クランク角センサ６３の検出信号は、エンジン１の回転数（以下、エンジン回転数という）ＮＥ等を演算するために活用される。吸気弁リフト量センサ６４は、吸気弁１９の閉弁状態からの移動距離（リフト量）に応じた検出信号を出力する。酸素濃度センサ６５は、排気通路５０内において排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する。これらセンサ６０〜６５は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭおよびタイマーカウンタ等を備え、これら各部と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００２２】
このように構成されたＥＣＵ８０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいて、エンジン１の運転状態に関する各種パラメータを把握し、これらパラメータに基づいて、イグナイタ１７、燃料噴射弁１８、吸気弁可変機構２１およびスロットル弁４３等を駆動する。言い換えれば、ＥＣＵ８０は、エンジン１の運転状態を最適化すべく、エンジン１の各構成要素を統括制御する。
【００２３】
〔吸気弁可変機構の機能〕
上述したように、本実施の形態にかかる吸気弁可変機構２１は、吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを可変制御することができる。吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを変更すると、吸気弁１９の作用角（以下、吸気弁作用角という）ＶＡが変化する。ここで、吸気弁作用角ＶＡとは、吸気弁１９の開弁期間に相当するクランク角の変化量を意味する。
【００２４】
吸気弁可変機構２１としては、様々な作動原理を利用した機構を採用し得る。
【００２５】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、各種作動原理を利用した吸気弁可変機構２１によって吸気弁が開閉弁動作を行う際、吸気弁リフト量がどのように推移するのかを例示するチャートである。
【００２６】
例えば、クランクシャフト１５の回転に連動するカム機構であって、複数形状のカムを選択的に用いて吸気弁１９を駆動することのできる機構や、クランクシャフト１５の回転に連動するカムと、カムの動作を修正するメカニズムとを併せて活用し吸気弁１９を駆動することのできる機構等を採用することができる。このようなカム機構を採用することにより、図２（ａ）に示すように、吸気弁１９の閉弁タイミングＣＡをＣＡ１〜ＣＡ３のように変更し、結果として吸気弁作用角ＶＡをＶＡ１〜ＶＡ３のように変更することができる。さらに、図２（ｂ）に示すように、選択されるカムの形状や、カムの動作を修正するメカニズムの特性次第で、リフト量の最大値を変更することもできる。
【００２７】
また例えば、吸気弁１９に対し、その往復動作の方向に沿って電磁力を付与することのできる機構を採用することにより、吸気弁作用角ＶＡや閉弁タイミングを変更することもできる。このような機構を採用した場合、図２（ｃ）に示すように、吸気弁の動作をクランクシャフトの回転に連動させる必要がなくなるため、その動作範囲や動作速度の制御ついて、自由度が高まる。
【００２８】
このような吸気弁可変機構２１の機能を活用することにより、エンジン１のＥＣＵ８０は、吸気弁作用角ＶＡ、閉弁タイミング、或いは最大リフト量を可変制御することができる。吸気弁１９の１回の開閉弁動作によって燃焼室１３に流入する空気量は、吸気弁作用角ＶＡに依存する。つまり、吸気弁可変機構２１を通じて吸気弁作用角ＶＡを変更すれば、吸気通路４０を通じて燃焼室１３に吸入される空気の質量流量（吸気量）ＧＡ及び圧力（吸気圧）ＰＭを制御することができる。
【００２９】
〔空燃比制御（燃料噴射制御）の概要〕
次に、ＥＣＵ８０の実行する空燃比制御（燃料噴射制御）について説明する。
ＥＣＵ８０は、エンジン１の燃焼に供される混合気中の酸素と空気との比率（実空燃比）を当該エンジン１の運転状態に適した目標値（例えば理論空燃比）に収束させる制御（空燃比制御）を実施する。空燃比制御は、燃料噴射弁１８から噴射される燃料量の制御（燃料噴射制御）を通じて行う。この空燃比制御において、ＥＣＵ８０は先ず、エアフロメータ６１の出力信号に基づいて吸気量ＧＡを把握するとともに、クランク角センサ６３の出力信号に基づいてエンジン回転数ＮＥを演算し、これらパラメータＧＡ，ＮＥに基づき、例えば演算式（ｉ）に従って基本燃料噴射量（時間）ＴＡＵＢＳを求める。
ＴＡＵＢＳ＝Ｋ×ＧＡ／ＮＥ
…（ｉ）
但し、
Ｋ：予め設定される定数
そして、この基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳに対し、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ、空燃比学習値ＦＧ及びその他の各種制御（例えば、暖機運転時の増量制御や加減速時の増量又は減量制御）によって得られた各種補正係数を加味することにより、例えば演算式（ｉｉ）に従って最終的な目標燃料噴射量（時間）ＴＡＵＦを決定する。
ＴＡＵＦ＝ＴＡＵＢＳ×ＦＡＦ×ＦＧ×…
…（ｉｉ）
ここで、本実施の形態において採用される空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ及び空燃比学習値ＦＧの基本特性について説明する。
【００３０】
図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、空燃比フィードバック制御中に観測される酸素濃度センサ６５の検出信号（図３（ａ））、この酸素濃度センサ６５の検出信号に基づくＥＣＵ８０の判定信号（図３（ｂ））及びこのＥＣＵ８０の判定信号に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦについて、各々の波形を同一軸線上に示すタイムチャートである。
【００３１】
ＥＣＵ８０は、排気中の酸素濃度に対応する酸素濃度センサ６５の検出信号に基づいて、機関燃焼に関わった混合気の空燃比がリッチ（燃料過多）であるかリーン（酸素過多）であるかを判断する。そして、当該空燃比がリッチであると判断すれば空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを減少（リーンスキップ）させ、リーンであると判断すれば増量（リッチスキップ）させるといった態様で、燃料噴射量の補正を周期的に繰り返す（空燃比フィードバック制御を実行する）。
【００３２】
そしてさらに、この空燃比フィードバック制御の制御結果を逐次処理し、エンジン１の運転状態に基づいて区分される複数の学習領域毎に、空燃比学習値ＦＧとしてマップ上に記憶する。空燃比学習値ＦＧは、各学習領域において得られた空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの平均的な値に相当する。
【００３３】
例えば、ある学習領域において空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの平均値（以下、平均空燃比フィードバック補正係数という）ＦＡＦＡＶを以下の演算式（ｉｉｉ）に基づいて算出する。
ＦＡＦＡＶ＝（ＦＡＦＬＳＫＰ−ＦＡＦＲＳＫＰ）／２
…（ｉｉｉ）
但し、
ＦＡＦＬＳＫＰ：リーンスキップ（減量）直前のＦＡＦ（図３（ｃ）中の点αに相当）
ＦＡＦＲＳＫＰ：リッチスキップ（増量）直前のＦＡＦ（図３（ｃ）中の点βに相当）
空燃比フィードバック制御においてＥＣＵ８０は、平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶを「１．００」（補正率が０％）に収束させる。従って、例えば平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶが「１．０５」（５％増量）であれば、以降、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの算出にあたり、この「１．０５」を空燃比学習値ＦＧとして加味する（基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳに積算する）。
【００３４】
図４には、本実施の形態において適用する空燃比学習値ＦＧの学習区分（マップ上の区分）を示す。
【００３５】
同図４に示すように、本実施の形態にかかるエンジン１では、吸気量ＧＡと吸気弁作用角ＶＡとの関係によって決定づけられる学習区分を設定しておき、各学習区分に対応する空燃比学習値ＦＧ（ＦＧＡ１１・・・・ＦＧＡ５５）を基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳの補正値として個別に更新する。なお、これら空燃比学習値ＦＧは、基本的に、空燃比フィードバック制御の実行中であるか否かに関わらず、燃料噴射制御において目標燃料噴射量ＴＡＵＦを算出するための基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳの一補正係数として常時採用されるが、その更新は空燃比フィードバック制御の実行に伴って行われる。
【００３６】
〔燃料噴射制御の具体的な手順〕
次に、本実施の形態にかかる燃料噴射制御（空燃比フィードバック制御の実行を伴わない場合と、空燃比フィードバック制御の実行を伴う場合とを含む）の具体的な制御手順について、フローチャートを参照して説明する。
【００３７】
図５には、本実施の形態における燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ８０により所定時間毎に実行される。
【００３８】
同ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ８０は先ずステップＳ１０１において、基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳを決定するために必要な現在の吸気量ＧＡやエンジン回転数ＮＥをはじめ、エンジン１の運転状態に関する各種パラメータを把握する。
【００３９】
ステップＳ１０２においてＥＣＵ８０は、エンジン１の現在の運転状態に照らし、空燃比フィードバック制御の実行条件が満たされているか否かを判断する。ＥＣＵ８０は、例えば機関冷却水の温度が所定温度を上回っている場合に、空燃比フィードバック制御の実行条件が満たされていると判断する。
【００４０】
上記ステップＳ１０２での判断が肯定である場合、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ１０３に移行し、フィードバック制御実行フラグＦを「１」に設定する。一方、上記ステップＳ１０２での判断が否定である場合、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ１０４に移行し、フィードバック制御実行フラグＦを「０」に設定する。
【００４１】
上記ステップＳ１０３若しくはＳ１０４での処理を経た後、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ１０５に移行する。
【００４２】
ステップＳ１０５においてＥＣＵ８０は、現在の運転状態（吸気量ＧＡ及び吸気弁作用角ＶＡ）が属する学習区分を認識する。
【００４３】
ステップＳ１０６においてＥＣＵ８０は、先のステップＳ１０１で把握した吸気量ＧＡ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて、基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳを算出する（演算式（ｉ）参照）。
【００４４】
ステップＳ１０７においてＥＣＵ８０は、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの算出に必要な空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦや空燃比学習値ＦＧ等、各種補正係数を決定する。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出方法は、先の図３において説明した通りである。なおこのとき、フィードバック制御実行フラグＦが「０」に設定されている場合、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとして定数「１．００」を採用する。
【００４５】
ステップＳ１０８においてＥＣＵ８０は、上記ステップＳ１０６で求めた基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳと、上記ステップＳ１０７で求めた各種補正係数とに基づいて、目標燃料噴射量ＴＡＵＦを算出する（演算式（ｉｉ）参照）。
【００４６】
こうした求められた目標燃料噴射量ＴＡＵＦが、燃料噴射弁１８を通じて燃焼室１３内に噴射供給される燃料の量に相当することは、上述した通りである。
【００４７】
次に、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１０９においてフィードバック制御実行フラグＦが「１」に設定されているか、すなわち空燃比フィードバック制御が実行されているか否かを判断する。そしてＥＣＵ８０は、その判断が肯定であれば処理をステップＳ１１０に移行し、その判断が否定であれば本ルーチンを一旦抜ける。
【００４８】
ステップＳ１１０においてＥＣＵ８０は、現時点がリーンスキップ直前、或いはリッチスキップ直前のタイミング（先の図３（ｃ）中における点α或いは点β）に相当するか否かを判断する。そしてＥＣＵ８０は、その判断が肯定であれば処理をステップＳ１１１に移行し、その判断が否定であれば処理をステップＳ１１２に移行する。
【００４９】
ステップＳ１１１においてＥＣＵ８０は、点α及び点βにおいて採用された最新の空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＬＳＫＰ（点α），ＦＡＦＲＳＫＰ（点β）に基づいて平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶの最新値を算出する（演算式（ｉｉｉ）参照）。
【００５０】
ステップＳ１１２においてＥＣＵ８０は、上記ステップＳ１１２において算出した平均空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦＡＶの最新値を、上記ステップＳ１０５で認識した学習区分に対応する空燃比学習値ＦＧとして記憶し、本ルーチンを一旦抜ける。
【００５１】
なお、上記ステップＳ１１２において空燃比学習値ＦＧの更新が行われたか否かに関わらず、また、フィードバック制御実行フラグＦが「１」に設定されているか「０」に設定されているかに関わらず、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの算出に際し、上記ステップＳ１０７，Ｓ１０８において現時点の運転状態に適合する最新の空燃比学習値ＦＧが毎回のルーチンで採用されることになる。
【００５２】
このように、エンジン１のＥＣＵ８０は、酸素濃度センサ６５の出力信号に基づいて機関燃焼に供される混合気の空燃比を検出し、検出される空燃比（実空燃比）が目標値（目標空燃比）となるように目標燃料噴射量ＴＡＵＦを決定するとともに、目標燃料噴射量ＴＡＵＦの補正値（空燃比学習値）ＦＧを、吸気量ＧＡと吸気弁作用角ＶＡとによって決定づけられる領域毎に学習する。
【００５３】
エンジン１のように、吸気弁作用角ＶＡとスロットル弁開度ＴＡとの関係を調整することによって吸気量ＧＡを制御する場合、当該機関の燃焼室に供給される燃料の量や、吸気量ＧＡが同等であっても、吸気弁作用角ＶＡとスロットル弁開度ＴＡとの関係、とくに、吸気弁作用角ＶＡが変化すると、当該機関の燃焼室直近において、同燃焼室へ充填される空気の動態が変化するため、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比も変化することになる。
【００５４】
言い換えると、吸気量ＧＡおよび燃料噴射量ＴＡＵＦが一定でも、吸気弁作用角ＶＡとスロットル弁開度ＴＡとの関係が異なれば、空燃比は変動する。このような条件下で、吸気量ＧＡのみによって定義づけられる学習区分を設定したとしても、実空燃比を目標空燃比に収束させるといった観点から信頼性の高い空燃比制御を行うことは難しい。
【００５５】
この点、本実施の形態によれば、吸気量ＧＡおよび吸気弁作用角ＶＡの双方によって定義づけられる複数の運転領域を、燃料噴射量の補正値を学習するための学習区分として設定するため、実空燃比を目標空燃比に収束させる制御を実施する上で、高い信頼性を得ることができる。
【００５６】
なお、吸気量ＧＡとあわせて燃焼室１３へ充填される空気の動態を決定づけるパラメータであり、また、吸気弁作用角ＶＡと相関の高いパラメータである吸気圧ＰＭを、吸気作用角ＶＡに替えて採用してもよい。すなわち、吸気量ＧＡと吸気弁作用角ＶＡとの関係によって決定づけられる学習区分（図４）に替え、図６に示すような吸気量ＧＡと吸気圧ＰＭとの関係によって決定づけられる学習区分を設定しておき、各学習区分に対応する空燃比学習値ＦＧ（ＦＧＢ１１・・・・ＦＧＢ５５）を、基本燃料噴射量ＴＡＵＢＳの補正値として個別に更新するようにしてもよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、実空燃比を目標空燃比に収束させるために制御されるパラメータとして、燃料噴射量を採用することにしたが、実空燃比を変更し得る他のパラメータを採用することもできる。例えば、いわゆる排気還流（ＥＧＲ）装置を備えた内燃機関において、排気還流（ＥＧＲ）量を制御して実空燃比を目標空燃比に収束させることもできる。また、排気系に還元剤を添加する装置を備える内燃機関では、還元剤の添加量を制御して実空燃比に相当するパラメータ（排気中の酸素濃度）を目標値に収束させることもできる。
【００５８】
また、図６の学習区分を適用するにあたっては、吸気圧ＰＭを認識する手段として、吸気通路４０におけるスロットル弁４４下流（最も好ましくは、燃焼室１３に近接する吸気ポート４１内）の圧力を検出する圧力センサを設ければよい。
また、目標燃料噴射量ＴＡＵＦやエンジン回転数ＮＥ等に基づいて、吸気圧ＰＭを推定することにしてもよい。
【００５９】
また、空燃比学習値ＦＧの学習区分（領域）を、吸気量ＧＡ、吸気弁作用角ＶＡ、スロットル弁開度ＴＡの三者間の関係、或いは吸気量ＧＡ、吸気圧ＰＭ、スロットル弁開度ＴＡの三者間の関係から決定づけるようにしてもよい。このようにすれば、ＥＣＵ８０が格納すべき情報量は増大するが、目標空燃比に対する実空燃比の追従性は一層高くなる。ただし、スロットル弁開度ＴＡの変更に対応して、燃焼室１３へ充填される空気の動態が変化するまでにはある程度の応答遅れが存在するため、燃焼室１３に直近の吸気弁の作用角ＶＡや、吸気ポート４１内の圧力（吸気圧）ＰＭと、吸気量ＧＡとの関係のみから空燃比学習値ＦＧの学習区分（領域）を決定することで、実空燃比を目標空燃比に収束させる上で十分な信頼性を得ることはできる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、吸気弁の作用角を可変にする可変動弁機構と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にするアクチュエータと、を備えた内燃機関において、収束性、応答性等といった観点から、空燃比制御の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる制御装置が設けられた車載用エンジンの概略構成図。
【図２】各種の吸気弁可変機構を通じて変更される吸気弁の動作特性を示す図。
【図３】酸素センサからの検出信号に基づく空燃比フィードバック補正係数の推移を示すタイムチャート。
【図４】同実施の形態において空燃比学習値を格納するマップを示す図。
【図５】同実施の形態における燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。
【図６】同実施の形態において空燃比学習値を格納するマップの別例を示す図。
【符号の説明】
１ エンジン
１０ エンジン本体
１０ａ シリンダブロック
１０ｂ シリンダヘッド
１１ シリンダ
１２ ピストン
１２ａ 頭頂面
１３ 燃焼室
１４ コンロッド
１５ クランクシャフト
１６ 点火プラグ
１７ イグナイタ
１８ 燃料噴射弁
１９ 吸気弁
１９ａ 軸部材
１９ｂ 弁体
２０ 排気弁
２０ａ 軸部材
２０ｂ 弁体
２１ 吸気弁可変機構（可変動弁機構）
２２ 排気カム
４０ 吸気通路
４１ 吸気ポート
４２ エアクリーナ
４３ スロットル弁
４３ａ アクチュエータ
４４ サージタンク
４４ スロットル弁
５０ 排気通路
５１ 排気ポート
５２ 触媒ケーシング
５５ クランク角センサ
６０ スロットル弁開度センサ
６１ エアフロメータ
６２ アクセルポジションセンサ
６３ クランク角センサ
６４ 吸気弁リフト量センサ
６５ 酸素濃度センサ
７０ アクセルペダル
８０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
Claims (1)
- 吸気弁の作用角を可変にする可変動弁機構と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にするアクチュエータと、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁の作用角と前記スロットル弁の開度との関係を調整することにより当該機関に吸入される空気量を制御する空気量制御手段と、
当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記検出される空燃比が目標値となるように当該機関の運転状態に関するパラメータを制御する空燃比制御手段と、
前記制御されるパラメータの補正値を、当該機関に吸入される空気の流量と前記吸気弁の作用角又は当該機関に吸入される空気の圧力とによって決定づけられる領域毎に学習する学習手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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