JP2010236434A - 吸気量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関運転条件の変化直後の過渡時における吸気量を適切に調節することのできる吸気量制御装置を提供する。
【解決手段】この装置は、機関運転条件に基づく吸気バルブの作用角ＶＬの可変制御とスロットル開度ＴＡの可変制御との協働制御の実行を通じて筒内吸気量を調節する。機関運転条件に基づき設定される目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖを満たすように作用角ＶＬの可変制御を実行し、機関運転条件に基づき設定される目標スロットル通過空気量Ｔｇｓを満たすようにスロットル開度ＴＡの可変制御を実行する。機関運転条件が変化したときに（ｔ１）、変化後の運転条件に見合う角度への作用角ＶＬの変更開始（ｔ２）が同変化後の運転条件に見合う開度へのスロットル開度ＴＡの変更開始（ｔ１）より遅延される態様で、目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖおよび目標スロットル通過空気量Ｔｇｓを各別に設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、吸気バルブの作用角の可変制御とスロットルバルブ開度の可変制御との協働制御を通じて内燃機関の吸気量を調節する吸気量制御装置に関する。

近年、内燃機関に、吸気バルブの作用角（開弁されてから閉弁されるまでのクランク角）を機関運転条件に応じて変更する作用角変更機構を搭載することが提案されている。こうした内燃機関では、吸気バルブの作用角を小さくすることによって、燃焼室内に吸入される空気量を減少させることができる。

また、そうした作用角変更機構に加えて、吸気通路の途中に設けられたスロットルバルブの開度を変更するスロットル機構を内燃機関に搭載する装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。この装置では、作用角の可変制御に併せてスロットルバルブの開度（スロットル開度）の可変制御が実行され、それらの協働制御を通じて内燃機関の吸気量が調節される。

特開２００７−２７８１１１号公報

通常、内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブより下流側の部分、すなわち同スロットルバルブから燃焼室に至るまでの部分には、例えばサージタンクなどの容量の大きい部材が存在している。そのため、例えば燃焼室に吸入される空気の量（吸気量）を変更するときなどにおいてスロットル開度が変更された場合に、その変更後においてスロットルバルブの下流側部分の圧力が変更後の開度に見合う圧力に変化するまでに若干の遅れが生じることが避けられない。

ここでスロットル機構と作用角変更機構とが搭載された上記装置では、実際の吸気量が、吸気バルブの作用角の変化によって変化することに加えて、吸気バルブの上流側部分と下流側部分の圧力差、すなわち吸気通路におけるスロットルバルブより下流側の部分と燃焼室内との圧力差によっても変化する。そのため、機関運転条件の変化に伴って吸気バルブの作用角とスロットル開度とを変更する際に、その変更開始直後の過渡時における上記下流側部分の圧力変化の遅れを考慮することなくスロットル開度と作用角とを定めると、次のような不都合が生じてしまう。すなわち、上記下流側部分の圧力変化の遅れに起因して同圧力と吸気バルブの作用角との対応関係が予め見込んでいる所望の関係からずれ、これにより内燃機関の吸気量が不要に変化してしまい、同吸気量を機関運転条件に見合う適正な量に調節することができなくなってしまう。

このように上記装置は、過渡時におけるスロットルバルブの下流側部分の圧力変化の遅れによって吸気量の不要な変化を招くおそれがあるばかりか、場合によってはその急変によってショックが生じるなどといったドライバビリティの低下を招くおそれもある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関運転条件の変化直後の過渡時における吸気量を適切に調節することのできる吸気量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説明する。
請求項１に記載の発明は、吸気バルブの作用角の可変制御とスロットルバルブの開度の可変制御との協働制御の実行を通じて内燃機関の吸気量を調節する空気量制御装置において、前記内燃機関の運転条件に基づいて同内燃機関の吸気通路における前記吸気バルブの配設部分を通過する空気の量についての第１の制御目標値を設定するとともに同制御目標値を満たすように前記作用角の可変制御を実行し、前記運転条件に基づいて前記吸気通路における前記スロットルバルブの配設部分を通過する空気の量についての第２の制御目標値を設定するとともに同制御目標値を満たすように前記開度の可変制御を実行し、前記第１および第２の制御目標値を、前記運転条件が変化したときに前記変化後の運転条件に見合う角度への前記作用角の変更開始が前記変化後の運転条件に見合う開度への前記スロットルバルブの開度の変更開始より遅延される態様で各別に設定することをその要旨とする。

上記構成によれば、内燃機関の運転条件が変化したときに、吸気バルブの作用角の変更開始に先立ってスロットルバルブの開度（スロットル開度）の変更を開始するとともに、その変更開始後において若干遅れて変化するスロットルバルブの下流側部分の圧力の変化に合わせて吸気バルブの作用角の変更を開始して同作用角を変化させることができる。そのため、上記下流側部分の圧力変化の遅れに起因して生じる内燃機関の吸気量についての誤差であって、同圧力と吸気バルブの作用角との対応関係が予め見込んでいる所望の関係からずれることによって生じる誤差を小さく抑えることができ、同吸気量の不要な変化を抑えることができる。

上記協働制御では、吸気バルブの作用角の可変制御を通じて同吸気バルブの配設部分を通過する空気の量（吸気バルブ通過空気量）を調節するとともにスロットルバルブの開度の可変制御を通じて同スロットルバルブの配設部分を通過する空気の量（スロットル通過空気量）を調節することにより、内燃機関の吸気量が運転条件に見合う量に調節される。上記構成によれば、吸気バルブ通過空気量とスロットル通過空気量とが各別に設定される制御目標値をもとに調節されるため、それら通過空気量が共通の制御目標値をもとに調節される構成と比較して、吸気バルブ通過空気量およびスロットル通過空気量をそれぞれ内燃機関の運転条件に見合う量と一致するように緻密に調節することが可能になる。

したがって、内燃機関の運転条件の変化直後の過渡時における吸気量を適切に調節することができるようになる。
なお、吸気バルブの作用角の変更開始をスロットル開度の変更開始より遅延させるための構成としては、請求項２によるように、第２の制御目標値の変化開始後に所定期間が経過したときに第１の制御目標値の変化が開始されるように第１および第２の制御目標値を設定する、との構成を採用することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の吸気量制御装置において、当該装置は、前記内燃機関の出力軸の回転速度が低いときほど前記所定期間として長い期間を設定するものであることをその要旨とする。

内燃機関の出力軸の回転速度（機関回転速度）が高いときほど、吸気通路における空気の流速も高いために、スロットル開度の変更開始後において前記下流側部分の圧力が前記変化後の機関運転条件に見合う圧力になるまでに要する時間が短くなる。そのため、上記下流側部分の圧力の変化の遅れに起因する吸気量の不要な変化を適切に抑えることの可能な期間（上記所定期間）であって、吸気バルブの作用角の変更開始をスロットル開度の変更開始より遅延させる期間も機関回転速度に応じて変化すると云える。

上記構成によれば、そうした機関回転速度と前記下流側部分の圧力の推移との関係に応じたかたちで上記所定期間として適切な期間を設定することができ、内燃機関の運転条件の変化直後の過渡時における吸気量をより適切に調節することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の吸気量制御装置において、当該装置は、前記吸気量が少ないときほど前記所定期間として長い期間を設定するものであることをその要旨とする。

内燃機関の吸気量が多いときほど、吸気通路におけるスロットルバルブの配設部分を通過する空気の量も多いために、スロットル開度の変更開始後において前記下流側部分の圧力が前記変化後の運転条件に見合う圧力になるまでに要する時間が短くなる。そのため、上記下流側部分の圧力の変化の遅れに起因する吸気量の不要な変化を適切に抑えることの可能な期間（上記所定期間）であって、吸気バルブの作用角の変更開始をスロットル開度の変更開始より遅延させる期間も内燃機関の吸気量に応じて変化すると云える。

上記構成によれば、そうした内燃機関の吸気量と上記下流側圧力の推移との関係に応じたかたちで上記所定期間として適切な期間を設定することができ、内燃機関の運転条件の変化直後の過渡時における吸気量をより適切に調節することができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる吸気量制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示す略図。 バルブタイミング可変機構の作動に基づく吸気バルブのバルブタイミングの変化態様を示すグラフ。 作動角可変機構の作動に基づく吸気バルブの作用角の変化態様を示すグラフ。 吸気バルブ及び排気バルブの変位態様の一例を示すグラフ。 吸気量制御処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 吸気量制御処理の具体的な実行手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる吸気量制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示す。

同図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットル機構１４が設けられている。このスロットル機構１４は、スロットルバルブ１６とスロットルモータ１８とを備えている。そして、このスロットルモータ１８の駆動制御を通じてスロットルバルブ１６の開度が調節され、これにより吸気通路１２を通じて燃焼室２０内に吸入される空気の量（筒内吸気量）が調節される。また、上記吸気通路１２にはインジェクタ２２が設けられている。このインジェクタ２２は吸気通路１２内に燃料を噴射する。

内燃機関１０の燃焼室２０では、吸入空気と噴射燃料とからなる混合気が点火されて燃焼する。この燃焼によってピストン２４が往復移動し、クランクシャフト２６が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室２０から排気通路２８に送り出される。

内燃機関１０において、吸気通路１２と燃焼室２０との間は吸気バルブ３０の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室２０と排気通路２８との間は排気バルブ３２の開閉動作によって連通・遮断される。また、吸気バルブ３０はクランクシャフト２６の回転が伝達される吸気カムシャフト３４の回転に伴って開閉動作し、排気バルブ３２は同じくクランクシャフト２６の回転が伝達される排気カムシャフト３６の回転に伴い開閉動作する。

吸気カムシャフト３４にはバルブタイミング変更機構３８が設けられている。このバルブタイミング変更機構３８は、クランクシャフト２６の回転角（クランク角）に対する吸気カムシャフト３４の相対回転角を調節して、吸気バルブ３０のバルブタイミング（吸気バルブタイミングＶＴ）を進角または遅角させるものである。なお、このバルブタイミング変更機構３８は、例えば油圧制御弁などのアクチュエータ４０を通じて同機構３８に作用する油圧を制御することにより作動される。図２は、バルブタイミング変更機構３８の作動による吸気バルブタイミングＶＴの変更態様を示している。同図２から分かるように、吸気バルブタイミングＶＴの変更では、吸気バルブ３０の作用角ＶＬ（開弁されてから閉弁されるまでのクランク角）を一定に保持した状態で同吸気バルブ３０の開弁時期および閉弁時期が共に進角または遅角される。

吸気カムシャフト３４と吸気バルブ３０との間には作用角変更機構４２が設けられている。この作用角変更機構４２は、吸気バルブ３０の作用角ＶＬを機関運転条件に応じて可変設定するものであり、電動モータ等のアクチュエータ４４の駆動制御を通じて作動する。この作用角変更機構４２の作動による吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更態様を図３に示す。同図３から分かるように、作用角変更機構４２の作動によって、吸気バルブ３０の作用角ＶＬは最大リフト量に同期して変化し、例えば作用角ＶＬが小さくなるほど最大リフト量も小さくなる。この作用角ＶＬが大きくなるということは、吸気バルブ３０の開弁時期と閉弁時期とが互いに遠ざかるということであり、吸気バルブ３０の開弁期間が長くなるということを意味する。

内燃機関１０は、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置５０を備えている。電子制御装置５０には、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサの検出信号が取り込まれている。そうした各種センサとしては、例えばクランクシャフト２６の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサや、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量（アクセル踏み込み量ＡＣＣ）を検出するためのアクセルセンサが設けられている。また、吸気通路１２を流れる吸入空気の量（通路吸気量ＧＡ）を検出するための吸気量センサや、吸気通路１２における上記スロットルバルブ１６よりも下流側の吸気圧力（スロットル下流圧力ＰＭ）を検出するための圧力センサが設けられている。その他、スロットルバルブ１６の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するためのスロットルセンサや、吸気バルブタイミングＶＴ（詳しくはバルブタイミング変更機構３８の作動量）を検出するための位置センサ、吸気バルブ３０の作用角ＶＬ（詳しくは作用角変更機構４２の作動量）を検出するための作用角センサ等も設けられている。

電子制御装置５０は、各種センサの検出信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に基づいてスロットル機構１４や、インジェクタ２２、バルブタイミング変更機構３８、並びに作用角変更機構４２の作動制御などといった機関制御を実行する。

本実施の形態では、そうした機関制御のうち、筒内吸気量の調節にかかる制御（吸気量制御）が以下のように実行される。
本実施の形態では、エアクリーナや、吸気管、サージタンク、吸気マニホールド等により構成された吸気通路１２および、スロットルバルブ１６、吸気バルブ３０からなる機関吸気系をモデル化した物理モデルが構築されている。そして、その物理モデルを通じて機関運転条件に見合う筒内吸気量が実現されるようになる各種の制御目標値が算出される。詳しくは、アクセル踏み込み量ＡＣＣ、機関回転速度ＮＥ、筒内吸気量、スロットル下流圧力ＰＭ、スロットルバルブ１６の開度、吸気バルブ３０の作用角、吸気バルブタイミングを変数とするモデル式が予め定められ、同モデル式を通じて各種制御目標値が算出される。なお各種の制御目標値としては以下の各値が挙げられる。
・スロットル開度ＴＡについての制御目標値（目標スロットル開度Ｔｔａ）。
・吸気バルブ３０の作用角ＶＬについての制御目標値（目標作用角Ｔｖｌ）。
・吸気バルブタイミングＶＴについての制御目標値（目標吸気バルブタイミングＴｖｔ）。

なお前記モデル式は、具体的には以下のような概念に基づき定められている。
筒内吸気量は、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの可変制御（作用角制御）とスロットル開度ＴＡの可変制御（スロットル制御）との協働制御を通じて調節される。ここで内燃機関１０にあっては基本的に、スロットル開度ＴＡが大きいほど、また吸気バルブ３０の作用角ＶＬが大きいほど筒内吸気量が多くなる。そのため本実施の形態の協働制御では、要求される筒内吸気量の多い高負荷領域ほど、スロットル開度ＴＡが大きくなるようにスロットル制御が実行され、吸気バルブ３０の作用角ＶＬが大きくなるように作用角制御が実行される。

また、吸気通路１２から燃焼室２０内に吸入空気を効率よく導入するために、バルブタイミング変更機構３８の作動制御（吸気バルブタイミング制御）が実行される。
図４に、吸気バルブ３０および排気バルブ３２の変位態様の一例を示す。同図４に示すように、吸気バルブタイミング制御は、基本的に、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの小さい低負荷領域ほど吸気バルブタイミングＶＴが進角側の時期になるように実行される。これは以下のような理由による。

吸気バルブタイミングＶＴを変更せずに吸気バルブ３０の作用角ＶＬのみを小さくすると、同吸気バルブ３０の開弁時期が遅角側に変化してしまい（図３参照）、燃焼室２０への吸入空気の導入開始が遅くなってしまう。しかも、吸気バルブ３０の開弁時期が上死点よりも遅角側（圧縮行程）になると、ピストン２４が上死点を超えてから吸気バルブ３０が開弁されるまでの期間において、吸気バルブ３０および排気バルブ３２が共に閉弁された状態でピストン２４が下降することとなって損失が生じるおそれがある。こうした実情をふまえて、吸気バルブタイミング制御では吸気バルブ３０の作用角ＶＬが小さいときほど吸気バルブタイミングＶＴを進角側の時期に設定するようにしている。

さらに、本実施の形態では、機関制御のうち、燃料噴射量の調節にかかる制御が次のように実行される。すなわち先ず、通路吸気量ＧＡやスロットル下流圧力ＰＭに基づき筒内吸気量が推定され、その推定された筒内吸気量に対して燃焼室２０内での燃焼に供される混合気の空燃比が所望の比率（ここでは理論空燃比）となる燃料噴射量が目標噴射量Ｔｑとして算出される。そして、この目標噴射量Ｔｑと実際の燃料噴射量とが一致するように上記インジェクタ２２の作動が制御される。

ここで内燃機関１０では、スロットル開度ＴＡが変更された場合に、その変更後においてスロットル下流圧力ＰＭが変更後の開度に見合う圧力に変化するまでに若干の遅れが生じることが避けられない。本実施の形態にかかる装置では、内燃機関１０にスロットル機構１４と作用角変更機構４２とが設けられているために、筒内吸気量が、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変化によって変化することに加えて、吸気バルブ３０の上流側部分と下流側部分の圧力差、すなわちスロットル下流圧力ＰＭと燃焼室２０内の圧力との差によっても変化する。そのため、内燃機関１０の運転条件の変化に伴って吸気バルブ３０の作用角ＶＬとスロットル開度ＴＡとを変更する際に、その変更開始直後の過渡時におけるスロットル下流圧力ＰＭの変化の遅れを考慮することなくスロットル開度ＴＡと作用角ＶＬとを制御すると、次のような不都合が生じるおそれがある。すなわち、スロットル下流圧力ＰＭの変化の遅れに起因する変化分だけ同スロットル下流圧力ＰＭと吸気バルブ３０の作用角ＶＬとの対応関係が予め見込んでいる所望の関係からずれ、これによって筒内吸気量が不要に変化してしまい、一時的であるとはいえ筒内吸気量を機関運転条件に見合う適正な量に調節することができなくなる。

この点をふまえて本実施の形態では、内燃機関１０の運転条件が変化した過渡運転時における吸気量制御において、変化後の運転条件に見合う角度への吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更開始を同変化後の運転条件に見合う開度へのスロットル開度ＴＡの変更開始より遅延させるようにしている。これにより、内燃機関１０の過渡運転時において、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更開始に先立ってスロットル開度ＴＡの変更が開始されるとともに、その変更開始後において若干遅れて変化するスロットル下流圧力ＰＭの変化に合わせて吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更が開始されて同作用角ＶＬが変化するようになる。そのため、スロットル下流圧力ＰＭの変化の遅れに起因して生じる筒内吸気量の誤差（要求される筒内吸気量と実際の筒内吸気量との差）であって、同スロットル下流圧力ＰＭと吸気バルブ３０の作用角ＶＬとの対応関係が所望の関係からずれることによって生じる誤差を小さく抑えることができ、筒内吸気量の不要な変化を抑えることができる。

図５に、アクセルペダルの踏み込み操作時における吸気量制御の実行態様の一例を示す。
同図５に一点鎖線で示す比較例の装置のように、アクセルペダルが踏み込まれた際にスロットル下流圧力ＰＭを考慮することなくスロットル開度ＴＡの増大と吸気バルブ３０の作用角ＶＬの増大とを同時に開始すると（時刻ｔ１以降）、上記対応関係が所望の関係と比較して同作用角ＶＬが相対的に大きい関係になり、筒内吸気量の増加速度が高くなってしまう。そのため、アクセルペダルの踏み込み操作に際して、筒内吸気量の増加による機関トルクの増加に起因してショックが発生したり、機関トルクが不要に早く上昇することによる燃料消費量の増加を招いたりするおそれがある。

これに対して本実施の形態では、図５に実線で示すように、アクセルペダルが踏み込まれた際に、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの増大開始がスロットル開度ＴＡの増大開始より所定期間（時刻ｔ１〜ｔ２）だけ遅延される。そのため、スロットル開度ＴＡの増大開始後においてスロットル下流圧力ＰＭの上昇が遅れる分だけ同スロットル下流圧力ＰＭが上昇するのを待った上で吸気バルブ３０の作用角ＶＬの増大が開始されて同作用角ＶＬが大きくなる。これにより、上記対応関係と所望の関係とのずれに起因する筒内吸気量の誤差が抑えられて、上記ショックの発生や燃料消費量の増加が抑えられるようになる。

しかも、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの増大に先立ってスロットル開度ＴＡが増大するために、それらの増大が同時に開始される上記比較例の構成と比較して、スロットル下流圧力ＰＭが早期に上昇するようになり、内燃機関１０のポンピングロスが低減されて燃料消費量の低減効果が得られるようになる。

一方、アクセル踏み込み量ＡＣＣが小さくなった場合には、スロットル開度ＴＡの縮小開始後においてスロットル下流圧力ＰＭの低下が遅れる分だけ同スロットル下流圧力ＰＭが低下するのを待った上で吸気バルブ３０の作用角ＶＬの縮小が開始されて同作用角ＶＬが小さくなる。そのため、この場合にもアクセルペダルの踏み込み操作時と同様に、上記対応関係と所望の関係とのずれに起因する筒内吸気量の誤差が抑えられるようになる。そして、これにより筒内吸気量の減少による機関トルクの低下に起因するショックの発生が抑えられるようになる。

また本実施の形態では、内燃機関１０の過渡運転時における吸気量制御において、吸気通路１２を通過する空気の量についての制御目標値として、同内燃機関１０の運転条件に基づいて以下の二つの値が設定される。
・［目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖ］吸気通路１２における吸気バルブ３０の配設部分を通過する空気の量（吸気バルブ通過空気量）についての制御目標値。
・［目標スロットル通過空気量Ｔｇｓ］吸気通路１２におけるスロットルバルブ１６の配設部分を通過する空気の量（スロットル通過空気量）についての制御目標値。

そして、目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖと吸気バルブ通過空気量とが一致するように作用角制御が実行され、目標スロットル通過空気量Ｔｇｓとスロットル通過空気量とが一致するようにスロットル制御が実行される。なお本実施の形態では、目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖが第１の制御目標値として機能し、目標スロットル通過空気量Ｔｇｓが第２の制御目標値として機能する。

ここで本実施の形態の吸気量制御では、作用角制御を通じて吸気バルブ通過空気量を調節するとともにスロットル制御を通じてスロットル通過空気量を調節することにより、筒内吸気量が内燃機関１０の運転条件に見合う量に調節される。本実施の形態では、筒内吸気量に誤差が生じやすい内燃機関１０の過渡運転時において、吸気バルブ通過空気量とスロットル通過空気量とが各別に設定される制御目標値（具体的には、目標吸気バルブ通過空気量Ｔｔｇｖおよび目標スロットル通過空気量Ｔｇｓ）をもとに調節される。そのため、それら通過空気量が共通の制御目標値をもとに調節される装置と比較して、吸気バルブ通過空気量およびスロットル通過空気量をそれぞれ内燃機関１０の運転条件に見合う量と一致するように緻密に調節することが可能になり、これにより筒内吸気量を所望の量に精度良く調節することが可能になる。

以下、吸気量制御にかかる処理（吸気量制御処理）について詳細に説明する。
図６は吸気量制御処理の具体的な実行手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御装置５０により実行される。

図６に示すように、この処理では先ず、アクセル踏み込み量ＡＣＣや機関回転速度ＮＥの変化速度などに基づいて、内燃機関１０が過渡運転状態であるか否かが判断される（ステップＳ１０１）。

内燃機関１０が過渡運転状態ではないとき（ステップＳ１０１：ＮＯ）、すなわち同内燃機関１０の運転条件の変化が小さい定常運転時においては、以下のようにして目標スロットル開度Ｔｔａ、目標作用角Ｔｖｌおよび目標吸気バルブタイミングＴｖｔが設定される。

先ず、機関回転速度ＮＥおよびアクセル踏み込み量ＡＣＣに基づいて筒内吸気量についての制御目標値（要求筒内吸気量Ｔｋｌ）が算出される（ステップＳ１０２）。そして、この要求筒内吸気量Ｔｋｌと機関回転速度ＮＥとに基づいてマップから目標作用角Ｔｖｌおよび目標吸気バルブタイミングＴｖｔが算出される（ステップＳ１０３）。なお上記マップには、要求筒内吸気量Ｔｋｌおよび機関回転速度ＮＥによって定まる機関運転領域と同機関運転領域に適した目標作用角Ｔｖｌ、目標吸気バルブタイミングＴｖｔとの関係が実験やシミュレーションの結果に基づき求められて予め記憶されている。その後、目標作用角Ｔｖｌ、目標吸気バルブタイミングＴｖｔおよび要求筒内吸気量Ｔｋｌに基づき前記物モデルを利用して目標スロットル開度Ｔｔａが算出される（ステップＳ１０４）。

このように内燃機関１０が定常運転状態であるときには、スロットル下流圧力ＰＭの変化の遅れがない（あるいはごく小さい）ためにその影響を考慮する必要がないとして、共通の制御目標値（具体的には、要求筒内吸気量Ｔｋｌ）をもとに目標作用角Ｔｖｌ、目標吸気バルブタイミングＴｖｔ、および目標スロットル開度Ｔｔａがそれぞれ算出される。

そして、目標作用角Ｔｖｌに基づく作用角制御、目標吸気バルブタイミングＴｖｔに基づく吸気バルブタイミング制御、目標スロットル開度Ｔｔａに基づくスロットル制御がそれぞれ実行される（ステップＳ１０５）。

一方、内燃機関１０が過渡運転状態であるときには（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、以下のようにして目標スロットル開度Ｔｔａ、目標作用角Ｔｖｌおよび目標吸気バルブタイミングＴｖｔが設定される。

先ず、機関回転速度ＮＥおよびアクセル踏み込み量ＡＣＣに基づき物理モデルを利用して目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖおよび目標スロットル通過空気量Ｔｇｓがそれぞれ設定される（ステップＳ１０６）。

ここでは、目標スロットル通過空気量Ｔｇｓの変化開始後に所定期間が経過したときにおいて目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖの変化が開始されるように、それら目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖおよび目標スロットル通過空気量Ｔｇｓが設定される。これにより、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更開始がスロットル開度ＴＡの変更開始より遅延されるようになる。

なお、機関回転速度ＮＥが高いときほど、吸気通路１２における空気の流速も高いために、スロットル開度ＴＡの変更開始後においてスロットル下流圧力ＰＭが変化後の機関運転条件に見合う圧力になるまでに要する時間が短くなる。また、筒内空気量が多いときほど、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１６の配設部分を通過する空気の量も多いために、スロットル開度ＴＡの変更開始後においてスロットル下流圧力ＰＭが変化後の運転条件に見合う圧力になるまでに要する時間が短くなる。こうしたことから、スロットル下流圧力ＰＭの変化の遅れに起因する筒内吸気量の不要な変化を適切に抑えることの可能な期間（上記所定期間）であって、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更開始をスロットル開度ＴＡの変更開始より遅延させる期間も機関回転速度ＮＥや筒内吸気量に応じて変化すると云える。

この点をふまえて本実施の形態では、ステップＳ１０６の処理において、上記所定期間として、機関回転速度ＮＥが低いときほど、また筒内吸気量が少ないときほど長い期間が設定されるようになっている。これにより所定期間として、上述した機関回転速度ＮＥとスロットル下流圧力ＰＭの推移との関係や筒内吸気量とスロットル下流圧力ＰＭの推移との関係に応じたかたちで適切な期間、すなわちスロットル開度ＴＡの変更開始後においてスロットル下流圧力ＰＭの変化が遅れる分に相当する期間が設定されるようになる。そのため、スロットル開度ＴＡの変更開始後においてスロットル下流圧力ＰＭの変化が遅れる分だけ同スロットル下流圧力ＰＭが変化するのを待った上で、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更を開始して同作用角ＶＬを変化させることができるようになる。これにより、内燃機関１０の運転条件の変化直後の過渡時における筒内吸気量を適切に調節することができるようになる。

このようにして目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖと目標スロットル通過空気量Ｔｇｓとが設定された後、目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖに基づいて目標作用角Ｔｖｌと目標吸気バルブタイミングＴｖｔとが算出されるとともに（ステップＳ１０７）、目標スロットル通過空気量Ｔｇｓに基づいて目標スロットル開度Ｔｔａが算出される（ステップＳ１０８）。なお、これら目標作用角Ｔｖｌ、目標吸気バルブタイミングＴｖｔ、および目標スロットル開度Ｔｔａの算出に際しても前記物理モデルが利用される。上記物理モデルにはスロットル通過空気量とスロットル開度ＴＡとの相関関係を示すモデル式や、吸気バルブ通過空気量と吸気バルブ３０の作用角ＶＬと吸気バルブタイミングＶＴとの相関関係を示すモデル式が含まれており、ここではそれらモデル式を利用することによって目標作用角Ｔｖｌや、目標吸気バルブタイミングＴｖｔ、目標スロットル開度Ｔｔａがそれぞれ精度良く算出される。

そして、目標作用角Ｔｖｌに基づく作用角制御、目標吸気バルブタイミングＴｖｔに基づくバルブタイミング制御、目標スロットル開度Ｔｔａに基づくスロットル制御がそれぞれ実行される（ステップＳ１０５）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１０の運転条件の変化した過渡運転時において、変化後の運転条件に見合う角度への吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更開始を同変化後の運転条件に見合う開度へのスロットル開度ＴＡの変更開始より遅延させるようにした。そのため、スロットル下流圧力ＰＭの変化の遅れに起因して生じる筒内吸気量の誤差であって、同スロットル下流圧力ＰＭと吸気バルブ３０の作用角ＶＬとの対応関係が所望の関係からずれることによって生じる誤差を小さく抑えることができ、筒内吸気量の不要な変化を抑えることができる。

また、内燃機関１０の過渡運転時において、吸気通路１２を通過する空気の量についての制御目標値として、目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖと目標スロットル通過空気量Ｔｇｓとを設定するようにした。そのため、吸気バルブ通過空気量およびスロットル通過空気量が共通の制御目標値をもとに調節される装置と比較して、それら通過空気量をそれぞれ内燃機関１０の運転条件に見合う量と一致するように緻密に調節することができ、筒内吸気量を所望の量に精度良く調節することができる。

したがって、内燃機関１０の過渡運転時における筒内吸気量を適切に調節することができるようになる。
（２）目標スロットル通過空気量Ｔｇｓの変化開始後に所定期間が経過したときにおいて目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖの変化が開始されるように、それら目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖおよび目標スロットル通過空気量Ｔｇｓを設定するようにした。そのため、吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更開始をスロットル開度ＴＡの変更開始より遅延させることができる。

（３）前記所定期間として、機関回転速度ＮＥが低いときほど長い期間を設定するようにした。そのため、スロットル開度ＴＡの変更開始後においてスロットル下流圧力ＰＭの変化が遅れる分だけ同スロットル下流圧力ＰＭが変化するのを待った上で吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更を開始して同作用角ＶＬを変化させることができ、内燃機関１０の運転条件の変化直後の過渡時における筒内吸気量をより適切に調節することができる。

（４）前記所定期間として、筒内吸気量が少ないときほど長い期間を設定するようにした。そのため、スロットル開度ＴＡの変更開始後においてスロットル下流圧力ＰＭの変化が遅れる分だけ同スロットル下流圧力ＰＭが変化するのを待った上で吸気バルブ３０の作用角ＶＬの変更を開始して同作用角ＶＬを変化させることができ、内燃機関１０の運転条件の変化直後の過渡時における筒内吸気量をより適切に調節することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・内燃機関１０が定常運転状態であるときにおいて、過渡運転状態であるときと同様に、吸気通路１２を通過する空気の量についての制御目標値として二つの制御目標値（目標吸気バルブ通過空気量Ｔｇｖ、目標スロットル通過空気量Ｔｇｓ）を設定してもよい。

・前記所定期間の設定態様として、筒内吸気量が少ないときほど長い期間が設定されるとの態様を採用しなくてもよい。
・前記所定期間の設定態様として、機関回転速度ＮＥが低いときほど長い期間が設定されるとの態様を採用しなくてもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットル機構、１６…スロットルバルブ、１８…スロットルモータ、２０…燃焼室、２２…インジェクタ、２４…ピストン、２６…クランクシャフト、２８…排気通路、３０…吸気バルブ、３２…排気バルブ、３４…吸気カムシャフト、３６…排気カムシャフト、３８…バルブタイミング変更機構、４０…アクチュエータ、４２…作用角変更機構、４４…アクチュエータ、５０…電子制御装置。

Claims (4)

1. 吸気バルブの作用角の可変制御とスロットルバルブの開度の可変制御との協働制御の実行を通じて内燃機関の吸気量を調節する空気量制御装置において、
   前記内燃機関の運転条件に基づいて同内燃機関の吸気通路における前記吸気バルブの配設部分を通過する空気の量についての第１の制御目標値を設定するとともに同制御目標値を満たすように前記作用角の可変制御を実行し、
   前記運転条件に基づいて前記吸気通路における前記スロットルバルブの配設部分を通過する空気の量についての第２の制御目標値を設定するとともに同制御目標値を満たすように前記開度の可変制御を実行し、
   前記第１および第２の制御目標値を、前記運転条件が変化したときに前記変化後の運転条件に見合う角度への前記作用角の変更開始が前記変化後の運転条件に見合う開度への前記スロットルバルブの開度の変更開始より遅延される態様で各別に設定する
   ことを特徴とする吸気量制御装置。
2. 請求項１に記載の吸気量制御装置において、
   当該装置は、前記第２の制御目標値の変化開始後に所定期間が経過したときに前記第１の制御目標値の変化が開始されるように前記第１および第２の制御目標値を設定するものである
   ことを特徴とする吸気量制御装置。
3. 請求項２に記載の吸気量制御装置において、
   当該装置は、前記内燃機関の出力軸の回転速度が低いときほど前記所定期間として長い期間を設定するものである
   ことを特徴とする吸気量制御装置。
4. 請求項２または３に記載の吸気量制御装置において、
   当該装置は、前記吸気量が少ないときほど前記所定期間として長い期間を設定するものである
   ことを特徴とする吸気量制御装置。

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