JP2005248943A - 多気筒内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒の筒内充填空気量を正確に把握し、筒内充填空気量の気筒毎のばらつきを的確に抑制することのできる多気筒内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量を推定する際には、吸気管内圧力Ｐｍの脈動によって筒内に充填される空気量（余分空気量）も考慮されるため、それら推定される筒内充填空気量を上記脈動をも考慮した正確な値とすることができる。従って、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量を正確に把握することができ、当該空気量に影響を及ぼす吸気バルブ９のバルブ特性を筒内充填空気量の気筒毎のばらつきが小となるよう気筒毎に個別に変更するという対策を適切に講じることが可能になる。そして、こうした対策によって筒内充填空気量の気筒毎のばらつきを的確に抑制することができるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多気筒内燃機関の制御装置に関するものである。

多気筒内燃機関においては、吸気系でのデポジットの付着や部品の組み付け誤差等により、気筒毎に吸気効率に違いが生じることは避けられない。このため、吸気バルブ閉弁時に筒内に存在する空気の量（以下、筒内充填空気量という）が気筒毎にばらつき、こうしたばらつきに起因して各気筒毎に燃焼状態が異なるものとなる。そして、各気筒毎の燃焼状態に違いが生じると、その違いが内燃機関のトルク変動を招き、機関運転が不安定になる。従って、上記のような筒内充填空気量の気筒間のばらつきについては、それを可能な限り抑制することが望まれている。

ただし、各気筒毎の筒内充填空気量のばらつきを抑制すべく対策を講じるには、各気筒毎に異なる筒内充填空気量を正確に把握しておく必要がある。このため、特許文献１では、気筒毎の吸気効率を各々推定し、それら吸気効率を各々対応する気筒の筒内充填空気量の推定に用いることで、吸気効率の違いに起因して各気筒毎にばらつく筒内充填空気量を把握するようにしている。
特開２００１−２３４７９８公報

ところで、内燃機関においては、各気筒の吸気バルブが順々に開弁し、それによって吸気管内の圧力に脈動が生じることとなる。こうした吸気管内の圧力の脈動は、各気筒における筒内充填空気量に密接に関係している。しかし、上記特許文献１では、各気筒の筒内充填空気量を推定する際に上記脈動を考慮していないため、推定される各気筒の筒内充填空気量が不正確なものとなり、それら筒内充填空気量のばらつきへの対策を講じる上で問題になる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、各気筒の筒内充填空気量を正確に把握し、筒内充填空気量の気筒毎のばらつきを的確に抑制することのできる多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、吸気バルブのバルブ特性を気筒毎に個別に変更可能な多気筒内燃機関の制御装置において、吸気管に流入する空気の量を流入空気量として算出する流入空気量算出手段と、各気筒毎に、前記吸気バルブの開弁による前記吸気管内の圧力の降下量に基づき、当該圧力の脈動によって筒内に充填される空気の量を余分空気量として算出する余分空気量算出手段と、前記流入空気量及び前記余分空気量に基づき各気筒の筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定手段と、各気筒の筒内充填空気量に基づき、それら筒内充填空気量の気筒間でのばらつきが小となるよう、前記吸気バルブのバルブ特性を各気筒毎に個別に変更する制御手段とを備えた。

上記構成によれば、吸気管内の圧力の脈動によって筒内に充填される空気の量、即ち余分空気量を考慮して各気筒の筒内充填空気量が推定されるため、それら推定される筒内充填空気量を正確なものとすることができる。従って、各気筒の筒内充填空気量を正確に把握することができ、それら筒内充填空気量の気筒毎のばらつきへの対策が適切に講じられるようになる。こうした対策としては、吸気バルブのバルブ特性が筒内充填空気量に影響を及ぼすものであることを考慮し、そのバルブ特性の変更を通じて行われる。具体的には、推定された筒内充填空気量の気筒毎のばらつきが小となるよう、吸気バルブのバルブ特性が各気筒毎に個別に制御される。そして、このバルブ特性の変更を通じて筒内充填空気量の気筒毎のばらつきが的確に抑制されるようになる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、推定される各気筒の筒内充填空気量を共通の目標値に近づくよう、前記吸気バルブのバルブ特性を各気筒毎に個別に変更するものとした。

上記構成によれば、各気筒の筒内充填空気量が共通の目標値に近づけられるときには、それら筒内充填空気量は互いに近づいてゆくことになるため、筒内充填空気量の気筒間でのばらつきを的確に小さくすることができる。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記制御手段は、前記目標値として、推定された各気筒の筒内充填空気量の平均値を用いるものとした。
各気筒の筒内充填空気量の平均値を上記目標値とすることで、それら筒内充填空気量の目標値に対するずれ量を極力小さくすることができるため、筒内充填空気量を目標値に近づけるための吸気バルブのバルブ特性の変更量を少なく抑えることができる。更に、上記ずれ量が少なく抑えられることで、筒内充填空気量を目標値に素早く近づけることができ、当該目標値への筒内充填空気量の収束性を高めることができるようになる。

請求項４記載の発明では、請求項２又は３記載の発明において、前記制御手段は、推定された筒内充填空気量の前記目標値に対するずれ量が大となるほど、前記吸気バルブのバルブ特性の変更量を大きくするものとした。

上記構成によれば、筒内充填空気量が目標値から大きく離れている気筒ほど、筒内充填空気量を目標値に近づけるための吸気バルブのバルブ特性の変更が大きく行われ、筒内充填空気量が目標値に素早く近づけられるようになる。従って、各気筒において当該目標値への筒内充填空気量の収束性を高めることができる。 請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、吸気バルブのバルブ特性変更として、同バルブを駆動する吸気カムの作用角及び同バルブの最大リフト量を変更するものとした。

吸気カムの作用角及び吸気バルブの最大リフト量の変更は筒内充填空気量に影響を与え易いため、その変更によって筒内充填空気量を広い範囲に亘って調整することが可能になる。従って、仮に筒内充填空気量が気筒間で大きくばらついたとしても、上記最大リフト量及び作用角の変更によって筒内充填空気量の気筒毎のばらつきを的確に小とすることができる。

以下、本発明を自動車に搭載される筒内噴射火花点火式の四気筒エンジンに適用した一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１に示されるエンジン１において、一番〜四番気筒＃１〜＃４（一番気筒＃１のみ図示）の各燃焼室２には、吸気管３を通じて空気が吸入されるとともに燃料噴射弁４から直接燃料が噴射供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ５による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン６が往復移動し、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト７が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として各燃焼室２から排気管８に送り出される。

エンジン１の出力調整は、自動車の運転者によるアクセルペダル１６の踏み込み操作を通じて行われる。即ち、アクセルペダル１６が踏み込み操作されると、そのときのアクセル踏み込み量に応じてスロットルバルブ１９の開度が調節され、吸気管３に流入する空気の量が変化する。そして、燃焼室２に吸入される空気の量に対応した量の燃料が燃料噴射弁４から噴射され、こうして燃焼室２に充填される混合気の量が変化してエンジン１の出力が調整されるようになる。

エンジン１において、燃焼室２と吸気管３との間は吸気バルブ９の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室２と排気管８との間は排気バルブ１０の開閉動作によって連通・遮断される。これら吸気バルブ９及び排気バルブ１０は、クランクシャフト７の回転が伝達される吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２の回転に伴い開閉動作するようになる。

吸気カムシャフト１１には、クランクシャフト７に対する吸気カムシャフト１１の相対回転位相を調節して、各気筒＃１〜＃４における吸気バルブ９のバルブタイミング（開弁期間）を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構１３が設けられている。各気筒＃１〜＃４における吸気バルブ９のバルブタイミングは、バルブタイミング可変機構１３の駆動を通じて一律に変更されるようになっている。

吸気カムシャフト１１と各気筒＃１〜＃４の吸気バルブ９との間には、同バルブ９の最大リフト量及び同バルブ９を開閉させる吸気カム１１ａの作用角を連続的に可変とするリフト量可変機構１４が設けられている。このリフト量可変機構１４は、各気筒＃１〜＃４毎に設けられている（一番気筒＃１のみ図示）。従って、吸気バルブ９の最大バルブリフト量、及び吸気カム１１ａの作用角については、各気筒＃１〜＃４のリフト量可変機構１４によって気筒毎に個別に変更することが可能となっている。

ここで、リフト量可変機構１４の駆動による吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角の変更態様を図２に示す。同図から分かるように、吸気バルブ９の最大リフト量と吸気カム１１ａの作用角とは、互いに同期して変化するものであって、例えば作用角が小さくなるほど最大リフト量も小さくなってゆく。この作用角が小さくなるということは、吸気バルブ９の開弁時期と閉弁時期とが互いに近寄るということであり、吸気バルブ９の開弁期間が短くなるということを意味する。

自動車には、エンジン１の運転制御を行う電子制御装置１５が搭載されている。この電子制御装置１５を通じてエンジン１の燃料噴射制御、スロットル開度制御、バルブタイミング可変機構１３の駆動制御、及びリフト量可変機構１４の駆動制御等が行われる。また、電子制御装置１５には、以下に示される各種センサからの検出信号が入力される。

・アクセルペダル１６の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１７。
・吸気管３に流入する空気の流量を検出するエアフローメータ１８。

・吸気管３内におけるスロットルバルブ１９よりも下流側の圧力（吸気管内圧力）を検出する圧力センサ２２。
・吸気管３内の空気の温度を検出する温度センサ２３。

・クランクシャフト７の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ２５。
・吸気カムシャフト１１の回転位置に対応した信号を出力するカムポジションセンサ２６。

電子制御装置１５は、各気筒＃１〜＃４の燃焼室２に吸入される空気の量（以下、筒内充填空気量という）を推定し、それら筒内充填空気量に基づきエンジン１の運転制御、例えば燃料噴射量制御を実行する。

ただし、上記筒内充填空気量については、エンジン１の吸気系でのデポジットの付着や部品の組み付け誤差等により、気筒間でのばらつきが生じることは避けられない。こうしたばらつきが生じたまま燃料噴射量制御などエンジン１の各種運転制御を行うと、各気筒毎に燃焼状態が異なるものとなって内燃機関のトルク変動を招き、機関運転が不安定なものになる。このため、気筒間での筒内充填空気量のばらつきについて対策が講じられるが、それには各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量を正確に把握することが必要になる。

この筒内充填空気量は、吸気管３に流入する空気の量（流入空気量）が関係してくるだけでなく、各気筒＃１〜＃４での吸気バルブ９の開閉に起因する吸気管３内での圧力の脈動にも密接に関係している。従って、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量を正確に把握するためには、それら筒内充填空気量を推定する際に吸気管３内の圧力の脈動を考慮に入れて当該推定を行うことが重要になる。

そこで本実施形態では、吸気管３内の圧力の脈動によって燃焼室２内（筒内）に充填される空気の量である余分空気量を、吸気バルブ９の開弁による吸気管内圧力の降下量に基づき算出する。そして、この余分空気量と上記流入空気量とに基づき筒内充填空気量を推定することで、推定された筒内充填空気量を上記脈動を考慮した正確なものとする。

更に、上記のように推定された各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量のばらつきへの対策として、吸気バルブ９のバルブ特性が筒内充填空気量に影響を及ぼすものであることを利用して、上記ばらつきが小さくなるよう各気筒＃１〜＃４の吸気バルブ９のバルブ特性を気筒毎に個別に変更する。より具体的には、上記ばらつきが小さくなるよう、吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角を気筒毎に個別に変更する。こうしたバルブ特性の変更を通じて、筒内充填空気量の気筒毎のばらつきが的確に抑制されるようになる。

次に、上記筒内充填空気量の推定手順の概要について、図３及び図４を参照して説明する。
なお、図３は、エンジン１における吸気管部分のモデルである「吸気管モデルＭ１」の基本概念を示している。また、図４（ａ）において、実線ｍｔは吸気管３に流入する空気の流量（単位はｇ／ｓｅｃ）についての時間経過に伴う推移を示しており、実線ｍｃｉは吸気管３からｉ番気筒に流出する空気の流量（単位はｇ／ｓｅｃ）についての時間経過に伴う推移を示している。この図において、面積Ｂは上記流入空気量（単位はｇ）に相当し、面積Ａは余分空気量（単位はｇ）に相当する。更に、図４（ｂ）の実線は吸気管内圧力の時間経過に伴う変化を示している。

まず、図３の吸気管モデルＭ１について考える。エンジン１の吸気管部分について質量保存則を適用すると、吸気管内圧力Ｐｍと、吸気管３に流入する空気の流量（以下、流入流量ｍｔという）と、吸気管３からｉ番気筒に流出する空気の流量（以下、流出流量ｍｃｉという）とには、以下の式（１）の関係が成り立つ。

ここで、Ｔｍは吸気管内温度、Ｖｍは吸気管容積、Ｒａは気体定数を空気の平均分子数で除算した値である。この式（２）を積分することによって、時刻ｔからΔｔ秒間における吸気管内圧力Ｐｍの変化量ΔＰｍを表す以下の式（２）が得られるようになる。

この式（２）から、吸気管内圧力Ｐｍについては、吸気管３への流入流量ｍｔが流出流量ｍｃｉよりも多ければ上昇し、小さければ下降し、等しければ一定となることが分かる。更に、Δｔ秒間における吸気管内圧力Ｐｍの変化量ΔＰｍは、吸気管３内の空気量の変化分に相当することが分かる。なお、図４（ａ）に示されるように、流出流量ｍｃｉについては吸気バルブ９の開閉に依存して間欠的且つ大きく変動するのに対し、流入流量ｍｔについては吸気管３内の空気が流入空気の緩衝の役割を果たすことから緩やかな変化を示す。このため、流出流量ｍｃｉと流入流量ｍｔとの大小関係は反転を繰り返す。これは、上記式（２）の右辺の括弧内の値が一定周期で正負反転を繰り返すこと、即ち吸気管内圧力Ｐｍが一定周期で上昇・下降を繰り返すことを意味し、吸気管内圧力Ｐｍの脈動を表す。

ここで、各気筒＃１〜＃４の吸気バルブ９の開弁期間は重複しないと仮定する。この場合、ｉ番気筒への空気の吸入に際して、吸気管内圧力Ｐｍが最大値Ｐｍmax をとるのは、ｉ番気筒の流出流量ｍｃｉが増大する過程で、吸気管内圧力Ｐｍの時間微分値が「０」となるとき（ｄＰｍ／ｄｔ＝０）、即ち流出流量ｍｃｉが流入流量ｍｔと等しくなるとき（ｍｃｉ＝ｍｔ）である。なお、このときの時刻を最大時刻Ｔmax とする。一方、ｉ番気筒への空気の吸入に際して、吸気管内圧力Ｐｍが最小値Ｐｍmin をとるのは、流出流量ｍｃｉが減少する過程で、吸気管内圧力Ｐｍの時間微分値が「０」となるとき、即ち流出流量ｍｃｉが流入流量ｍｔと等しくなるときである。なお、このときの時刻を最小時刻Ｔmin とする。

ｉ番気筒への空気の吸入によって生じる吸気管内圧力Ｐｍの降下量ΔＰｍdwn 、即ち吸気管内圧力Ｐｍの最大値Ｐｍmax と最小値Ｐｍmin との差分は、以下の式（３）のように表すことができる。

なお、式（３）の積分項は図４（ａ）の面積Ａに相当する。従って、降下量ΔＰｍdwn は面積Ａに比例することが分かる。この式（３）は、各気筒＃１〜＃４における吸気バルブ９の開弁期間の重複はない条件のもとでは、以下の式（４）のように変形することができる。

この式（４）は筒内充填空気量ＭＣ（単位はｇ）を算出するためのものである。式（４）の右辺の積分項は、図４（ａ）の面積Ｂに相当し、最大時刻Ｔmax から最小時刻Ｔmin までに吸気管３内に流入した空気の量（流入空気量）を表している。また、式（４）の右辺の「ΔＰｍdwn ／（Ｒａ・Ｔｍ／Ｖｍ）」という項については、「Ｖｍ／Ｔｍ」を定数ｋに置き換えて「ｋ・ΔＰｍdwn ／Ｔｍ」と表すことができる。この項は、図４（ａ）の面積Ａに相当し、筒内内に吸入される上記流入空気量分の空気に加えて、吸気管内圧力Ｐｍの脈動により更に筒内に充填される空気の量（余分空気量）を表している。この余分空気量は、上記吸気管内圧力Ｐｍの降下量ΔＰｍdwn 等に基づき算出される。従って、式（４）に基づき算出される筒内充填空気量ＭＣは、上記最大時刻Ｔmax から最小時刻Ｔmin までに吸気管３内に流入した空気の量（流入空気量）と上記余分空気量を加算した値となっている。

ただし、厳密に言えば、実際の筒内充填空気量は図４（ａ）の面積Ａ及び面積Ｂに面積Ｃを加えた値に相当する。式（４）によって算出された筒内充填空気量ＭＣは、面積Ｃに相当する空気量を無視した近似値となっている。この面積Ｃに相当する空気量は、各気筒＃１〜＃４における吸気バルブ９の開弁期間の重複がない条件のもとでは無視できるほど微少であるが、当該閉弁期間の重複が生じる場合には無視できないほど大きくなる。このため、各気筒＃１〜＃４における吸気バルブ９の開弁期間が重複する場合も含めて筒内充填空気量ＭＣを正確に求めるべく、式（４）の右辺の積分項を面積Ｂ及び面積Ｃを求める項に置き換えて以下の式（５）とする。

式（５）の右辺の「ｍｔ（Δｔdwn ＋ｉvo−ｉvc）／２」という項は、図４（ａ）の面積Ｂ及び面積Ｃに対応する部分をほぼ台形と見なし、その台形の面積を面積Ｂと面積Ｃの和として算出するものである。ここで、Δｔdwn は最大時刻Ｔmax から最小時刻Ｔmin までの時間である。また、ｉvoはｉ番気筒での吸気バルブ９の開弁時刻であり、ｉvcは当該ｉ番気筒での吸気バルブ９の閉弁時刻である。この式（５）によって算出された筒内充填空気量ＭＣは、上記式（４）を用いて算出した場合に比べてより正確な値となる。

次に、筒内充填空気量ＭＣの具体的な推定手順について、筒内充填空気量推定ルーチンを示す図５及び図６のフローチャートを参照して説明する。この筒内充填空気量推定ルーチンは、電子制御装置１５を通じて例えば所定時間毎及び各気筒毎に時間割り込みにて実行される。なお、筒内充填空気量算出ルーチンの実行間隔（上記所定時間）については、対応する気筒での吸気バルブ９の開弁期間に対して十分に短い時間とされている。

筒内充填空気量推定ルーチンにおいては、まず吸気バルブ９の閉弁から開弁への切り換え直後であるか否かが判断され（図５のＳ１０１）、ここで肯定判定であれば吸気バルブ９の開弁時刻ｉvoが取得される（Ｓ１０２）。

吸気バルブ９の開弁中には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、吸気管内圧力Ｐｍの最大値Ｐｍmax 及び最大値Ｐｍmax が得られたときの最大時刻Ｔmax の更新を行うとともに（Ｓ１０４）、吸気管内圧力Ｐｍの最小値Ｐｍmin 及び最小値Ｐｍmin が得られたときの最小時刻Ｔmin の更新を行う（Ｓ１０５）。即ち、吸気管内圧力Ｐｍが吸気バルブ９の開弁から現在までで最大の値になると、その値が新たな最大値Ｐｍmax として記憶されるととともに、そのときの時刻が新たな最大時刻Ｔmax として記憶される。一方、吸気管内圧力Ｐｍが吸気バルブ９の開弁後から現在までで最小の値になると、その値が新たな最小値Ｐｍmin として記憶されるとともに、そのときの時刻が新たな最小時刻Ｔmin として記憶される。

また、吸気バルブ９の開弁から閉弁への切り換え直後には（図６のＳ１０６：ＹＥＳ）、吸気バルブ９の閉弁時刻ｉvcが取得される（Ｓ１０７）。続くステップＳ１０８では、吸気バルブ９の開弁中における流入流量ｍｔの平均値ｍｔave 、及び吸気管内温度Ｔｍの平均値Ｔｍave が算出される（Ｓ１０８）。そして、ステップＳ１０９では、吸気バルブ９の開弁中における吸気管内圧力Ｐｍの降下量ΔＰｍdwn が、上記記憶された最大値Ｐｍmax と最小値Ｐｍmin との差をとることによって算出される。更に、ステップＳ１１０では、吸気管内圧力Ｐｍについての上記降下量ΔＰｍdwn 分の降下時間ΔＴdwn が、上記記憶された最小時刻Ｔmin と最大時刻Ｔmax との差をとることによって算出される。

そして、ステップＳ１１１では、式（５）に基づき筒内充填空気量ＭＣが算出される。開弁時刻ｉvo 、閉弁時刻ｉvc、降下量ΔＰｍdwn 、及び降下時間ΔＴdwn が式（５）
に代入されるとともに、ステップＳ１０８で算出された平均値ｍｔave 及び平均値Ｔｍave が各々式（５）の流入流量ｍｔ及び吸気管内温度Ｔｍとして代入される。これにより筒内充填空気量ＭＣが算出されることとなる。

次に、気筒間での筒内充填空気量ＭＣのばらつき対策として実行されるバルブ特性の変更手順について、ばらつき抑制ルーチンを示す図７のフローチャートを参照して説明する。ばらつき抑制ルーチンは、電子制御装置１５を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。

ばらつき抑制ルーチンにおいては、まず今回の筒内充填空気量ＭＣの算出が全気筒で完了したか否かが判断される（Ｓ２０１）。今、ここで肯定判定がなされ、各気筒＃１〜＃４毎に算出された筒内充填空気量ＭＣが図８に示されるようにばらついた値になったとする。こうしたばらつき対策のためのバルブ特性変更として、吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角が気筒毎に個別に変更されることとなる。なお、筒内充填空気量は、吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角に応じて変化するものであって、例えばエンジン運転状態一定のもとでは上記最大リフト量及び作用角が大となるほど多くなる傾向を有する。

ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理は、上記ばらつきを小さくすべく上記最大リフト量及び作用角を気筒毎に変更するための各気筒＃１〜＃４のリフト量可変機構１４の制御量Ｓｉ（ｉ＝１〜４）を算出するためのものである。

この一連の処理では、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣの平均値ＭＣave が算出される（Ｓ２０２）。この平均値ＭＣave が各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量の目標値とされ、当該目標値に向けて各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量が近づくよう、制御量Ｓｉが算出されるのである。即ち、上記平均値ＭＣave と筒内充填空気量ＭＣとの差ΔＭＣが気筒毎に算出され（Ｓ２０３）、当該差ΔＭＣに基づき例えば予め定められたマップを参照して各気筒＃１〜＃４の制御量Ｓｉが算出される（Ｓ２０４）。

こうして算出された制御量Ｓｉは、差ΔＭＣが正の値である場合には、同差ΔＭＣが大きいほど筒内充填空気量を多くする側、即ち上記最大リフト量及び作用角をより大きくする側の値となる。また、制御量Ｓｉは、差ΔＭＣが負の値である場合には、同差ΔＭＣが小さいほど筒内充填空気量を少なくする側、即ち上記最大リフト量及び作用角度をより小さくする側の値になる。従って、例えば図８に示されるように各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣがばらついた場合には、上記のように算出された制御量Ｓｉが各気筒＃１〜＃４に対応して図９に示される値をとる。

続いてステップＳ２０５では、各気筒＃１〜＃４に対応する制御量Ｓｉに基づき、対応するリフト量可変機構１４を駆動制御し、吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角が変更される。こうした変更については、上記最大リフト量及び作用角の増大側であれ、或いは減少側であれ、平均値ＭＣave に対する筒内充填空気量ＭＣのずれ量（差ΔＭＣの絶対値）が大となるほど変更量が大きくされる。その結果、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣが図１０に示されるように平均値ＭＣave に速やかに収束し、筒内充填空気量ＭＣの気筒毎のばらつきが的確に抑制されるようになる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣを推定する際には、吸気管内圧力Ｐｍの脈動によって筒内に充填される空気量（余分空気量）も考慮されるため、それら推定される筒内充填空気量ＭＣを上記脈動をも考慮した正確な値とすることができる。従って、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量を正確に把握することができ、当該空気量に影響を及ぼす吸気バルブ９のバルブ特性を筒内充填空気量ＭＣの気筒毎のばらつきが小となるよう気筒毎に個別に変更するという対策を適切に講じることが可能になる。そして、こうした対策によって筒内充填空気量ＭＣの気筒毎のばらつきを的確に抑制することができるようになる。

（２）上記ばらつきを抑制するための吸気バルブ９のバルブ特性変更については、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣが、それらの平均値ＭＣave を共通の目標値として当該目標値に近づくように行われる。この場合、上記バルブ特性変更により各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣが共通の目標値に近づいてゆくことで、それら筒内充填空気量ＭＣが互いに近づいてゆくことになるため、筒内充填空気量ＭＣの気筒間でのばらつきを的確に小とすることができる。

（３）各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣの共通の目標値は、それら筒内充填空気量ＭＣの平均値ＭＣave であるため、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣの目標値に対するずれ量（差ΔＭＣの絶対値）を極力小さくすることができる。従って、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量を目標値（平均値ＭＣave ）に近づけるための吸気バルブ９のバルブ特性の変更量を少なく抑えることができる。更に、上記ずれ量が少なく抑えられることで、筒内充填空気量を目標値（平均値ＭＣave ）に素早く近づけることができるため、当該目標値への筒内充填空気量への収束性を高めることができる。

（４）上記バルブ特性変更として、具体的には吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角の変更が行われる。この最大リフト量及び作用角の変更は筒内充填空気量に影響を与え易いため、当該変更によって筒内充填空気量を広い範囲に亘って調整することが可能になる。従って、仮に筒内充填空気量ＭＣが気筒間で大きくばらついたとしても、上記最大リフト量及び作用角の変更によって筒内充填空気量ＭＣの気筒毎のばらつきを的確に小とすることができる。

（５）筒内充填空気量を目標値に近づけるために、上記最大リフト量及び作用角を増大側へ変更する場合であれ、或いは減少側に変更する場合であれ、その変更量は筒内充填空気量ＭＣの目標値に対するずれ量（差ΔＭＣの絶対値）が大となるほど大きくされる。このため、筒内充填空気量ＭＣが目標値から大きく離れている気筒ほど、筒内充填空気量を目標値に近づけるための上記最大リフト量及び作用角の変更が大きく行われ、筒内充填空気量が素早く目標値に近づけられるようになる。従って、各気筒＃１〜＃４において当該目標値への筒内充填空気量の収束性を高めることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・制御量Ｓｉをマップではなく所定の計算式を用いて算出してもよい。
・筒内充填空気量ＭＣの各気筒毎のばらつきを抑制する際、各気筒＃１〜＃４の筒内充填空気量ＭＣの平均値ＭＣave を共通の目標値とし、その目標値に向けて各気筒＃１〜#4の筒内充填空気量を近づけるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記共通の目標値として、平均値ＭＣave ではなく各筒内充填空気量ＭＣの最大値や最小値を採用してもよい。この場合でも上記（２）の効果は得られるようになる。

・上記目標値を各気筒＃１〜＃４で共通のものとしたが、筒内充填空気量ＭＣの近い複数の気筒を一つのグループとして複数の気筒グループを設定し、各グループで別々の目標値に向けて筒内充填空気量を近づけることで、筒内充填空気量の気筒毎のばらつきを小さくするようにしてもよい。

・リフト量可変機構１４によって吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角といったバルブ特性を可変としたが、これに変えてバルブ開閉を電磁力によって行う電磁駆動バルブを吸気バルブとして設け、当該電磁駆動バルブを駆動制御して上記バルブ特性を可変とするようにしてもよい。

・上記電磁駆動バルブを採用する場合、筒内充填空気量の気筒毎のばらつきを抑制するためのバルブ特性の変更として、吸気バルブのバルブタイミングの変更を行うようにしてもよい。

本実施形態の制御装置が適用される直列四気筒エンジン全体を示す略図。 リフト量可変機構の駆動に基づく吸気バルブの最大リフト量及び吸気カムの作用角の変化態様を示すグラフ。 吸気管モデルの基本概念を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は、時間経過に対する流入流量、流出流量、及び吸気管内圧力の変化を示すタイムチャート。 筒内充填空気量の推定手順を示すフローチャート。 筒内充填空気量の推定手順を示すフローチャート。 筒内充填空気量の気筒毎のばらつきの抑制手順を示すフローチャート。 各気筒の筒内充填空気量ＭＣ及びその平均値ＭＣave 、並びに同平均値ＭＣave と筒内充填空気量ＭＣの差を示すグラフ。 各気筒の制御量Ｓｉを示すグラフ。 各気筒の筒内充填空気量ＭＣを示すグラフ。

符号の説明

１…エンジン、２…燃焼室、３…吸気管、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…クランクシャフト、８…排気管、９…吸気バルブ、１０…排気バルブ、１１…吸気カムシャフト、１１ａ…吸気カム、１２…排気カムシャフト、１３…バルブタイミング可変機構、１４…リフト量可変機構、１５…電子制御装置（流入空気量算出手段、余分空気量算出手段、筒内充填空気量推定手段、制御手段）、１６…アクセルペダル、１７…アクセルポジションセンサ、１８…エアフローメータ、１９…スロットルバルブ、２２…圧力センサ、２３…温度センサ、２５…クランクポジションセンサ、２６…カムポジションセンサ。

Claims (5)

1. 吸気バルブのバルブ特性を気筒毎に個別に変更可能な多気筒内燃機関の制御装置において、
   吸気管に流入する空気の量を流入空気量として算出する流入空気量算出手段と、
   各気筒毎に、前記吸気バルブの開弁による前記吸気管内の圧力の降下量に基づき、当該圧力の脈動によって筒内に充填される空気の量を余分空気量として算出する余分空気量算出手段と、
   前記流入空気量及び前記余分空気量に基づき各気筒の筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定手段と、
   各気筒の筒内充填空気量に基づき、それら筒内充填空気量の気筒間でのばらつきが小となるよう、前記吸気バルブのバルブ特性を各気筒毎に個別に変更する制御手段と、
   を備えることを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、推定される各気筒の筒内充填気量を共通の目標値に近づくよう、前記吸気バルブのバルブ特性を各気筒毎に個別に変更する
   請求項１記載の多気筒内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記目標値として、推定された各気筒の筒内充填空気量の平均値を用いる
   請求項２記載の多気筒内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、推定された筒内充填空気量の前記目標値に対するずれ量が大となるほど、前記吸気バルブのバルブ特性の変更量を大きくする
   請求項２又は３記載の多気筒内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、吸気バルブのバルブ特性変更として、同バルブを駆動する吸気カムの作用角及び同バルブの最大リフト量を変更するものである
   請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒内燃機関の制御装置。

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