JP3890827B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には機関スロットル弁の目標開度の制御開始を遅延させて、一定時間経過後の将来のスロットル弁開度を予測し、この予測値に基づいて将来の機関吸入空気量を正確に予測する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
運転者のアクセルペダル操作量とは独立して開度を制御可能な、いわゆる電子制御スロットル弁を備え、アクセルペダル操作量から定まる目標スロットル弁開度にスロットル弁開度を制御する際に、遅れ時間を設けることにより機関吸入空気量を正確に予測する内燃機関の制御装置が知られている。
【０００３】
一般に、内燃機関では機関吸入空気量を実測し、この実測値に基づいて燃料噴射量を算出し、機関空燃比が最適な値になるように制御する、いわゆる空気量先行燃料量追従制御方式が採用されている。これらの機関では機関吸入空気量を正確に検出することが重要となる。ところが、過渡運転等でスロットル弁開度や回転数の変化に伴って機関吸入空気量が変化している状態では、機関吸入空気量を正確に計測することは困難な場合がある。また、実際に機関の気筒内に吸入された空気量は各気筒の吸気弁閉弁時に確定するため、正確に燃料噴射量を設定するためには気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量に基づいて燃料噴射量を設定する必要がある。ところが、一般に各気筒の燃料噴射量を算出するタイミングは吸気弁閉弁時より早い時期にある。従って、実際に気筒に吸入された空気量に基づいて正確な燃料噴射量を設定するためには、燃料噴射量算出時点で将来の吸気弁閉弁時点における機関吸入空気量を正確に予測する必要がある。
【０００４】
機関吸入空気量はスロットル弁開度と機関回転数とに応じて変化する。また、過渡運転においてはスロットル弁開度の変化速度は相対的に機関回転数の変化速度より速いため、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度を正確に予測できれば、吸気弁閉弁時の機関吸入空気量が予測可能となる。運転者のアクセルペダル操作とは独立して動作することが可能な電子制御スロットル弁を備えた機関では、スロットル弁の開閉駆動を所定の時間遅延させることにより、将来のスロットル弁開度を正確に予測し、この予測したスロットル弁開度に基づいて将来の機関吸入空気量（気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量）を正確に推定する、いわゆる位相進み逆演算法が提案されている。
【０００５】
この種の吸入空気量予測を行う内燃機関の制御装置の例としては、例えば特開平１０−１６９４６９号に開示されたものがある。
同公報の装置は、現在のアクセルペダル操作量（踏込み量）に基づいて電子制御スロットル弁の目標開度を設定した後、直ちにはスロットル弁を駆動して目標開度に制御せず、一定の遅れ時間経過後にスロットル弁の駆動を開始するようにしている。一般に電子制御スロットル弁は制御上または機構上動作遅れが伴うため、目標開度が急激に（例えばステップ状に）変化したような場合でも、スロットル弁開度が実際に目標開度に到達するまでにはスロットル弁の動作特性から定まる遅れ時間が生じる。そこで、スロットル弁の動作特性を正確に把握していれば、例えばスロットル弁の目標開度がステップ状に変化したような場合にも、その後実際にスロットル弁が目標開度に到達するまでの各時点におけるスロットル弁開度を算出することが可能である。すなわち、理論的には、目標開度がステップ状に変化した時点で、スロットル弁の動作特性に基づいて将来の各時点のスロットル弁開度を予測することが可能となる。
【０００６】
ところが、実際の運転では運転者のアクセルペダル操作量が大きく、目標開度が連続して変化するような場合には、ある時点でスロットル弁動作特性に基づいて将来の各時点のスロットル弁開度を予測しても、予測値には予測時点以後の目標開度の変化は反映されないことになり、スロットル弁開度予測値の精度が低下する問題がある。
【０００７】
上記公報の装置は、目標開度設定後、実際に目標開度に応じてスロットル弁を駆動する動作を一定の遅延時間（運転者が遅れを体感しない程度の短い時間）だけ遅らせて開始するようにしたことにより、目標開度の変化を完全にスロットル弁開度予測値に反映させることを可能としている。すなわち、同公報の装置では、実際のスロットル弁の動作は目標開度の変化に対して上記遅延時間だけ遅れることになるが、このことは逆にいえば実際にスロットル弁が動作を開始する時点では、目標スロットル弁開度がその後どのように変化するかを完全に知ることができることになる。このため、目標開度の変化をスロットル弁開度の予測値に完全に反映させることが可能となり、実際のスロットル弁開度の変化を正確に予測することが可能となっている。上記公報の装置では上述の方法により、燃料噴射量算出時点で吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度を正確に予測し、この予測に基づいて吸気弁閉弁時における機関吸入空気量を算出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の装置は機関の吸排気弁の開閉タイミングが固定された固定バルブタイミング機関においては正確に機関吸入空気量を予測することが可能であるものの、機関運転状態に応じて吸気弁または排気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機関に適用した場合に正確な機関吸入空気量の予測ができない問題が生じる。
【０００９】
可変バルブタイミング機関では、目標バルブタイミングは機関負荷（機関吸入空気量と回転数）に応じて設定される。ところが、機関吸入空気量はスロットル弁開度と回転数のみで一義的に定まらず、バルブタイミングが変化するとそれに応じて変化する。このため、前述の特開平１０−１６９４６９号公報の装置のように、スロットル弁開度の予測値のみに基づいて機関吸入空気量を予測しているとバルブタイミングが変化する場合には機関吸入空気量の予測精度が大幅に低下してしまう問題がある。
【００１０】
この場合、通常可変バルブタイミング機構の作動速度は電子制御スロットル弁の作動速度に比較してかなり遅いため、スロットル弁開度の変化が急激な場合にはスロットル弁開度変化中の機関バルブタイミングの変化は無視できるほど小さくなり、機関吸入空気量の予測値の精度には大きな影響を与えない。しかし、スロットル弁開度の変化が比較的小さい緩加速、緩減速等の場合にはスロットル弁開度変化中のバルブタイミング変化が相対的に大きくなるため吸入空気量の予測値の精度は大幅に低下するようになる。
【００１１】
また、前述の公報の装置では目標開度が変化してからそれに応じたスロットル弁の動作が開始されるまでの遅延時間は一定値とされている。このため、各気筒の行程サイクルから見たスロットル弁の動作開始タイミングも、目標開度の変化タイミングに応じて変動することになる。実際の内燃機関では、気筒に実際に吸入される空気の量は気筒の行程サイクルのどの部分で機関吸入空気量の変化（すなわちスロットル弁開度の変化）が開始されたかによって多少異なってくる。このため、上記公報の装置のようにスロットル弁開度の変化開始時点が気筒行程サイクル上で変動すると、気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量が同一であっても実際に気筒内に吸入された空気量が変化する場合が生じ、気筒に吸入される空気量の予測値の精度が低下する問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決し正確に気筒内に吸入される空気量を算出することを可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、更に、実際のスロットル弁開度に基づいて機関の目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、機関のバルブタイミングを前記設定された目標バルブタイミングに制御する可変バルブタイミング手段と、前記スロットル弁開度予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における前記目標バルブタイミングの予測値を算出するとともに、該目標バルブタイミング予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における実際の機関バルブタイミングを予測するバルブタイミング予測手段と、前記スロットル弁開度予測値と、前記バルブタイミング予測値とに基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を予測する吸入空気量予測手段と、を備えた内燃機関の制御装置が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明では将来の時点におけるスロットル弁開度のみでなく、機関バルブタイミングも同時に予測される。
機関バルブタイミングの目標値は、通常、機関の実際の機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定される。しかし、前述したように機関吸入空気量はバルブタイミングによっても変化するため、機関吸入空気量とバルブタイミングとの両方を正確に予測することは困難である。本発明では、目標バルブタイミングはバルブタイミングにより変化する機関吸入空気量を用いずに、例えばスロットル弁開度に基づいて決定される。これにより、スロットル弁開度の予測値を用いることにより将来の時点におけるバルブタイミング目標値を予測することが可能となる。また、将来の時点におけるバルブタイミング目標値が予測できれば、実際のスロットル弁開度の予測に用いたと同様な手法を用いて、可変バルブタイミング手段の動作特性に基づいて将来の時点における実際のバルブタイミングを予測することができる。このため、本発明では将来の時点（例えば気筒の吸気弁閉弁時）におけるスロットル弁開度とバルブタイミングとを予測することが可能となり、バルブタイミングの変化を反映した正確な機関吸入空気量を算出することが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、前記目標バルブタイミング設定手段は、前記実際のスロットル弁開度に基づいて設定されるバルブタイミングを大気圧に応じて補正した値を目標バルブタイミングとして設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
すなわち、請求項２の発明では目標バルブタイミングは大気圧に応じて補正を加えた値が使用される。スロットル弁開度のみに基づいて機関バルブタイミングを設定すると、大気圧が異なる場合もスロットル弁開度が同一であればバルブタイミングも同一の値に設定される。この場合、大気圧が同一であれば機関吸入空気量はスロットル弁開度（及び機関回転数）により定まるようになる。ところが、実際には高地走行時等のように大気圧が異なると、スロットル弁開度とバルブタイミングが同一であっても機関吸入空気量が異なってくる。そこで、本発明では大気圧に応じて目標バルブタイミングを補正し、大気圧の変化にかかわらずスロットル弁開度（及び機関回転数）が同一であれば機関吸入空気量が同一になるようにして、大気圧変化の影響を排除している。これにより、スロットル弁開度に基づいて目標バルブタイミングを設定する場合に、大気圧変化により機関吸入空気量が変化することが防止され、機関吸入空気量を正確に予測することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、更に、前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量予測値と、バルブタイミング予測値とに基づいて機関点火時期を設定する手段を備えた、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
すなわち、請求項３の発明では機関点火時期にバルブタイミングの変化が反映される。通常、機関点火時期は機関吸入空気量（及び機関回転数）とバルブタイミングとに基づいて最適な値に設定される。しかし、従来の可変バルブタイミング機関では機関吸入空気量とバルブタイミングとの両方を正確に予測することが困難であったため、点火時期を最適タイミングに設定することができない問題があった。本発明は、前述のように将来の時点における機関吸入空気量とバルブタイミングとの両方を正確に予測することができるため、これら予測値に基づいて最適な機関点火時期を設定することが可能となっている。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁の駆動を開始する時期が機関の特定の気筒の行程における所定のタイミングとなるように前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段を備えた内燃機関の制御装置が提供される。
【００１８】
すなわち、請求項４の発明ではスロットル弁を駆動して目標スロットル弁開度に調整する動作が、特定の気筒（例えば第１気筒）の行程における所定のタイミングに開始されるように遅延時間が設定される。これにより、スロットル弁は常に機関クランク軸が一定回転角の位置になったときに動作を開始する。前述したように、実際の内燃機関では、各気筒に実際に吸入される空気の量は気筒の行程サイクルのどの部分で機関吸入空気量の変化（すなわちスロットル弁開度の変化）が開始されたかによって多少異なってくる。このため、スロットル弁開度の変化開始時点が気筒行程サイクル上で変動すると、気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量が同一であっても実際に気筒内に吸入された空気量が変化する場合が生じ、気筒に吸入される空気量の予測値の精度が低下する問題がある。本発明では、常に一定のクランク角でスロットル弁開度変化が開始されるため、機関吸入空気量は常に各気筒の行程サイクルの同じ位置で開始されることになり、スロットル弁開度変化開始位置の変動による吸入空気量のばらつきが防止され、吸入空気量の予測精度が向上する。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、前記遅延時間設定手段は、スロットル弁駆動開始時にスロットル弁を通過した吸気が前記特定の気筒の吸気弁最大リフト時に前記特定の気筒に到達するように前記遅延時間を設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
すなわち、請求項５の発明では請求項４においてスロットル弁の動作が開始されるタイミングは、吸気弁が最大リフトになったときに、スロットル弁開度変化開始時の吸気が特定気筒に到達するタイミングに設定される。複数気筒を有する機関では、２以上の気筒の吸気行程がオーバラップする場合がある。このようなオーバラップ期間では複数の気筒に吸気が流入するために、機関吸入空気量が１つの気筒に吸入される空気量と正確に対応しない場合があり、エアフローメータ等で計測した吸入空気量に基づく吸入空気量予測の精度が低下する場合がある。一方、各気筒の吸気弁が最大リフトに到達する時期では、他の気筒の吸気弁はほぼ全閉になっている。このため、特定気筒の吸気弁が最大リフトになる時期に変化開始時の吸気を到達させることにより、他の気筒の吸気の影響を排除して正確に吸入空気量を計測することが可能となる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、更に、前記遅延時間設定手段は、前記スロットル弁目標開度の時間変化率が所定値以上である場合には、前記所定のタイミングにかかわらず一定時間経過後最初に吸気弁が最大リフト位置に到達する気筒に、スロットル弁駆動開始時にスロットル弁を通過した吸気が該気筒の吸気弁最大リフト時に到達するように前記遅延時間を設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項６の発明では急加速、急減速時等のようにスロットル弁目標開度の時間変化率（変化速度）が大きい場合には、特定気筒の吸気弁開弁が開始されるまで待つことなく、一定時間経過後いずれかの気筒の吸気弁が最大リフト位置に到達するタイミングに応じてスロットル弁の駆動を開始する。特定気筒の吸気弁最大リフト時に合わせてスロットル弁操作を開始していると、スロットル弁目標開度が変化（運転状態が変化）してから実際にスロットル弁開度が変化を始めるまでの遅延時間がある程度長くなる場合がある。緩加速、緩減速等のように運転状態の変化が比較的緩やかな場合にはこの遅延時間は問題となることはないが、急加速、急減速等のように運転状態の変化が急激な場合（運転者が急激なスロットル弁開度変化を要求している場合）には、できるだけ遅延時間を短くすることが好ましい。そこで、本発明では、スロットル弁目標開度の変化速度が所定値以上となった場合には、次に特定気筒の吸気弁が最大リフトに到達するタイミングまで待たずに、一定時間経過後のいずれかの気筒の吸気弁が最大リフトに到達するタイミングに合わせてスロットル弁の動作を開始させるようにしている。これにより、急加速、急減速等の場合のスロットル弁作動遅延時間が短縮されスロットル弁動作応答性が向上する。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、機関アイドル運転時に、前記スロットル弁の駆動を開始する時期が機関の特定の気筒の行程における所定のタイミングとなるように前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、機関アイドル運転時にエンジンストールが生じる可能性がある場合にアクセルペダル操作量とは無関係にスロットル弁目標開度を設定してエンジンストールを回避するストール回避手段と、前記ストール回避手段によりエンジンストール回避のためにスロットル弁目標開度が設定されたときには、前記遅延時間設定手段により設定される遅延時間にかかわらず、直ちにスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始する手段を備えた、内燃機関の制御装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項７の発明では機関アイドル運転時に燃焼悪化等によるストールが生じることを防止するためにスロットル弁が駆動（スロットル弁開度が増大）される場合には、遅延時間を設けることなく直ちにスロットル弁の駆動を開始する。アイドル運転時に燃焼悪化等により機関回転数が大幅に低下した場合には、エンジンストールを回避するためにスロットル弁開度をできるだけ早く増大させる必要がある。この場合に、スロットル弁の動作開始を遅延させていたのでは、エンジン回転数の低下が大きいとスロットル弁開度の変化が間に合わずエンジンストールが生じる可能性がある。そこで、本発明ではアイドル運転時のエンジンストール回避のためにスロットル弁開度を増大する場合には、遅延時間を設けずに直ちにスロットル弁開度を増大させるようにして、エンジンストールが生じることを防止している。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の全体構成を示す概略図である。図１において、１は内燃機関本体、２は機関１の吸気通路に設けられたサージタンク、２ａはサージタンク２と各気筒の吸気ポートを接続する吸気マニホルド、１６はサージタンク２の上流側の吸気通路に配置されたスロットル弁、７は機関１の各気筒の吸気ポートに加圧燃料を噴射する燃料噴射弁である。
【００２５】
本実施形態では、スロットル弁１６はステッパモータ等のアクチュエータ１６ａを備えており、後述するＥＣＵ１０から入力する制御信号に応じた開度をとる形式のものが使用されている。すなわち、本実施形態のスロットル弁１６としては、運転者のアクセルペダル操作量とは無関係な開度をとることができる、いわゆる電子制御スロットル弁が用いられている。また、スロットル弁１６にはスロットル弁の動作量（開度）に応じた電圧信号を発生するスロットル開度センサ１７が設けられている。
【００２６】
図１において１１は各気筒の排気ポートを共通の集合排気管１４に接続する排気マニホルド、２０は排気管１４に配置された三元触媒、１３は排気マニホルド１１の排気合流部（三元触媒２０上流側）に配置された上流側空燃比センサ、１５は三元触媒２０下流側の排気管１４に配置された下流側空燃比センサである。三元触媒２０は、流入する排気空燃比が理論空燃比近傍にあるときに排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯX の３成分を同時に浄化することができる。空燃比センサ１３、１５は機関通常運転時に機関空燃比が所定の目標空燃比になるように機関への燃料噴射量をフィードバック制御する際の排気空燃比検出に用いられる。
【００２７】
本実施形態では、吸気通路入口には機関吸入空気量に応じた電圧信号を発生するエアフローメータ３が、また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケット８には、冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する水温センサ９が設けられている。
なお、上述のスロットル弁開度センサ１７、エアフローメータ３、水温センサ９及び空燃比センサ１３、１５の出力信号は、後述するＥＣＵ１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１に入力される。
【００２８】
図１に５、６で示すのは、機関１のクランク軸（図示せず）の近傍に配置されたクランク角センサである。クランク角センサ５は例えばクランク角に換算して７２０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生し、クランク角センサ６は、クランク角３０°毎にクランク角検出用パルス信号を発生する。これらクランク角センサ５、６のパルス信号はＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２に供給され、このうちクランク角センサ６の出力はＥＣＵ１０のＣＰＵ１０３の割込み端子に供給される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ６からのクランク角パルス信号間隔に基づいて機関１の回転数（回転速度）を算出し、種々の制御に使用している。
【００２９】
また、本実施形態では機関１は可変バルブタイミング機構５０を備えている。本実施形態の可変バルブタイミング機構５０は、機関吸気弁を駆動するカム軸（図示せず）のクランク軸に対する回転位相を機関運転中に無段階に変更可能なものとされる。一般に、可変バルブタイミング機構５０としては種々の形式のものが使用されるが、本実施形態では特に使用する可変バルブタイミング機構の形式の制限はなく、バルブタイミングを無段階に変更できるものであれば公知のいずれの形式の可変バルブタイミング機構をも使用することができる。また、本実施形態では吸気弁のバルブタイミングのみを変更するようにしているが、本発明は吸排気弁の両方のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構、または排気弁のバルブタイミングのみを変更する可変バルブタイミング機構のいずれを備えた機関にも適用することができる。
【００３０】
図に５１で示すのは、機関１のカム軸近傍に配置されカム軸が基準回転位置になる毎に基準カム回転パルス信号を発生するカム回転角センサである。基準カム回転パルス信号は、ＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２に供給される。ＥＣＵ１０はカム回転角センサ５１から入力する基準カム回転パルス信号と、クランク角センサ５から入力するクランク軸の基準回転パルス信号との位相差に基づいて現在の吸気弁バルブタイミングＶＴを算出する。
【００３１】
機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０は、たとえばマイクロコンピュータとして構成され、マルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力インターフェイス１０２、ＣＰＵ１０３の他に、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５、メインスイッチがオフにされた場合でも記憶保持可能なバックアップＲＡＭ１０６、クロック発生回路１０７等が設けられている。
【００３２】
ＥＣＵ１０は、後述するように、機関吸入空気量に基づく燃料噴射量制御、点火時期制御、運転条件に応じた機関バルブタイミング制御等の機関１の基本制御を行う。また、本実施形態ではＥＣＵ１０は上記基本制御の他に、後述するスロットル弁開度予測値に基づく機関吸入空気量の予測等の制御を行う。
上記制御を行うため、ＥＣＵ１０は一定時間毎に実行するＡ／Ｄ変換ルーチンにより、エアフローメータ３からの機関吸入空気量（ＫＬ）信号、スロットル開度センサ１７からのスロットル開度（ＴＡ）信号、水温センサ９からの冷却水温度（ＴＷ）信号をＡ／Ｄ変換して入力している。
【００３３】
また、ＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２は、駆動回路１０８を介して燃料噴射弁７に接続され、燃料噴射弁７からの燃料噴射量、噴射時期を制御している他、点火回路１１０を介して機関１の各点火プラグ１１１に接続され、機関の点火時期を制御している。更に、ＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２は、それぞれ駆動回路１１３と１１５を介してスロットル弁１６のアクチュエータ１６ａと可変バルブタイミング機構５０のアクチュエータ（図示せず）に接続され、スロットル弁１６開度と吸気弁バルブタイミングとを制御している。
【００３４】
次に、本実施形態の機関の燃料噴射量算出について説明する。
本実施形態においては、燃料噴射量（各燃料噴射弁の噴射時間）ＴＡＵは、各気筒の吸入空気量と機関回転数とに基づいて以下の式から算出される。
ＴＡＵ＝（ＫＬ／ＮＥ）×ＫＩＮＪ×α×ＦＡＦ ……（１）
ここで、ＫＬは、機関吸入空気量（流量）、ＮＥは機関回転数を表す。後述するように本実施形態では、ＫＬは気筒の吸気弁閉弁時における機関吸入空気量の予測値が使用される。また、ＫＩＮＪは機関空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）にするための燃料量を算出するための換算定数である。すなわち、（ＫＬ／ＮＥ）×ＫＩＮＪは、機関吸入空気量ＫＬ、回転数ＮＥのときに各気筒内の燃焼空燃比を目標空燃比にするのに必要とされる基本燃料噴射量を表している。また、αは機関の暖機状態や他の運転状態から決定される補正係数、ＦＡＦは空燃比補正係数である。空燃比補正係数ＦＡＦは、排気通路に配置された空燃比センサ１３、１５出力に基づいて、機関排気空燃比（すなわち機関の燃焼空燃比）が目標空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック制御するための補正係数である。本実施形態の空燃比フィードバック制御の形式としては、空燃比を目標空燃比に制御できるものであれば、公知のいずれの空燃比フィードバック制御をも使用可能であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３５】
上記（１）式から判るように、本実施形態において機関の燃料噴射量ＴＡＵは、機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて先ず基本燃料噴射量（ＫＬ／ＮＥ）×ＫＩＮＪを算出し、この基本燃料噴射量を暖機運転等の機関の運転状態（α）と、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとに基づいて補正することにより求められる。
【００３６】
次に、本実施形態の機関吸入空気量ＫＬの算出方法について説明する。通常の機関では、機関が定常状態で運転されている場合（すなわち、機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＴＡが一定に維持されている場合）には、機関吸入空気量はスロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとの関数となり、スロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとが定まれば一義的に決定される。
【００３７】
本実施形態では、予め実際の機関を用いて機関定常運転時に、機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＴＡとの各組合せ条件での機関吸入空気量ＫＬを計測し、この吸入空気量ＫＬの値をＴＡとＮＥとを用いたマップの形でＥＣＵ１０のＲＯＭ１０４に格納してある。機関運転中、ＥＣＵ１０はスロットル開度センサ１７で検出したスロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとを用いて、このマップから機関定常運転における機関吸入空気量を算出する。なお、このＴＡとＮＥとのマップとして与えられる吸入空気量は標準状態における定常運転時の値であり、実際にエアフローメータセンサ３で検出された吸入空気量とは異なる場合がある。そこで、以下の説明では、吸入空気量の実測値（エアフローメータ３で検出した値）をＫＬＳＭ、上記マップにＴＡとＮＥとの関数として格納された吸入空気量の値をＫＬＴＡ、と呼び両者を区別することにする。
【００３８】
ところで、前述したように、実際に気筒内に吸入された空気量が確定するのは気筒の吸気弁が閉弁した時点である。また、実際の運転においても各気筒の吸気弁閉弁時における吸入空気量（流量）が最も正確に気筒内に吸入された空気量に対応している。ところが、気筒内に燃料を供給するためには燃料噴射弁７から吸気弁開弁中に燃料噴射を行う必要があり、吸気弁が閉弁する前に吸入空気量ＫＬを算出する必要が生じる。このため、本実施形態では燃料噴射タイミング（吸気弁開弁中）におけるＫＬＴＡとＫＬＳＭの値とを用いて吸気弁閉弁時の吸入空気量を予測し（以下この吸気弁閉弁時の吸入空気量予測値をＫＬＦＷＤと呼ぶ）、この予測値ＫＬＦＷＤに基づいて燃料噴射量ＴＡＵ算出等の操作を行う。
【００３９】
以下、ＫＬＦＷＤの算出について説明する。
ＴＡとＮＥとを用いてマップから読みだされる、定常運転における吸入空気量ＫＬＴＡの値は、スロットル弁開度ＴＡまたは機関回転数ＮＥが変化すれば直ちに変化するが、実際の吸入空気量ＫＬはＴＡ、ＮＥが変化しても直ちに変化後の値ＫＬＴＡにはならず、ある遅れ時間を持って変化する。
図２は、ＴＡ、ＮＥ等の変化により吸入空気量のマップ値ＫＬＴＡがステップ状に変化した場合の実際の吸入空気量ＫＬの変化を説明する図である。図２に示すように、ＫＬＴＡがステップ状に変化すると、ＫＬは比較的緩やかに変化して、ある時間経過後に変化後のＫＬＴＡに到達する。このＫＬの挙動はＫＬＴＡの変化に対して一次遅れ応答系で近似することができる。このため、現在の吸入空気量は過去の吸入空気量と現在のＫＬＴＡとの値から一時遅れ応答モデルを用いて計算することができる。すなわち、現在の吸入空気量（計算値）をＫＬＣＲＴとすると、ＫＬＣＲＴは以下の一時遅れ応答式を用いて表すことができる。
【００４０】
ここでＫＬＣＲＴは現在の吸入空気量（計算値）、ＫＬＣＲＴi-1 は現在より時間Δｔ前の吸入空気量、ＫＬＴＡは現在のスロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとから定まる定常状態における吸入空気量（マップ値）である。
【００４１】
また、Ｎは重み付け係数であり、一次遅れ応答の時定数Ｔと上記Δｔとを用いて、Ｎ＝Ｔ／Δｔとして表される。時定数Ｔはスロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとにより定まる値であり、実際の機関を用いて予め実験によりＴＡとＮＥとの関数として求めることができる。
本実施形態では、機関始動時にＫＬＣＲＴ＝ＫＬＴＡの初期値を用いて上記の（２）式の計算を開始し、以後機関運転中時間Δｔ毎に上記（２）式の計算を繰り返すことにより、機関始動時からの逐次計算の結果として現在の吸入空気量ＫＬＣＲＴが算出される。なお、（２）式から明らかなように、機関定常運転（すなわちＫＬＴＡが一定の状態での運転）がある程度継続するとＫＬＣＲＴの値はＫＬＴＡに一致するようになる。
【００４２】
ところで、上記により算出されるＫＬＣＲＴは現在の吸入空気量の値であるが、前述のように、実際に気筒に吸入される空気量を最も良く反映しているのは各気筒の吸気弁閉弁時の吸入空気量の値であるため、正確に吸入空気量ＫＬを算出するためには吸気弁閉弁時の吸入空気量を用いて計算を行うことが好ましい。一方、吸入空気量の応答を図２に示したように一次遅れ応答系で近似して現在の吸入空気量ＫＬＣＲＴを算出したのであるから、仮にＫＬＴＡが変化後一定に維持されるとすれば同じ一次遅れ応答モデルを用いてさらに（２）式の逐次計算を繰り返すことにより、現在（ＫＬＣＲＴ算出時点）より先の時点の吸入空気量を予測することが可能である。すなわち、ＫＬＣＲＴを算出後、同じＫＬＴＡの値を用いて（２）式の計算を１回実施すれば、現在からΔｔ経過後の吸入空気量が計算され、（２）式の計算を２回繰り返せば２×Δｔ経過後の吸入空気量が計算される。つまり、現在（ＫＬＣＲＴ算出時点）から次にいずれかの気筒の吸気弁が閉弁するまでの時間をＬとすると、算出したＫＬＣＲＴの値を初期値として、現在のＫＬＴＡを用いて（２）式の計算をＬ／Δｔ回繰り返すことにより次にいずれかの気筒が閉弁するときの吸入空気量を計算することができる。ここで、次にいずれかの気筒の吸気弁が閉弁するときの吸入空気量の計算値をＫＬＶＬＶと呼ぶと（図４参照）、
の逐次計算によりＫＬＶＬＶが算出される。
【００４３】
ところで、上記逐次計算に使用したＫＬＴＡの値は現在のＴＡとＮＥとに基づくマップ値であるが、ＮＥの値は短時間で大きく変化することはないため現在の回転数を用いて計算を行っても予測精度はそれほど低下しない。しかしＴＡの値は過渡運転時（急加速時、急減速時）などには短時間で大きく変化する場合がある。このため、ＫＬＶＬＶの予測精度を高めるためには、現在の吸入空気量ＫＬＣＲＴから上記逐次計算によりＫＬＶＬＶを算出する場合には現在の値ＴＡではなく吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡの値に基づいてＫＬＴＡを求める必要がある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、前述した特開平１０−１６９４６９で提案された位相進み逆演算法により、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡを正確に予測するようにしている。
本実施形態では、独立したアクチュエータ１６ａを備え、アクセルペダルとは機械的に連結されていない電子制御スロットル弁が用いられている。ＥＣＵ１０は、一定のタイミングで、アクセルペダル近傍に配置されたアクセル開度センサ（図示せず）からアクセルペダルの踏込み量を読み込み、アクセルペダル踏込み量に応じてスロットル弁目標開度を決定するとともに、アクチュエータ１６ａを駆動してスロットル弁１６開度を目標開度に制御する操作を行っている。本実施形態では、現在のアクセル開度に基づいてスロットル弁の目標開度ＴＡＧを設定後、ある遅れ時間Ｄだけ算出した目標開度の出力を遅延させ、遅れ時間ＴＡＧ経過後にアクチュエータ１６ａに目標開度ＴＡＧを出力する。すなわち、アクセルペダルの操作に対する実際のスロットル弁の動きを時間Ｄだけ遅らせるようにしている。
【００４５】
以下、時間Ｄだけスロットル弁の作動を遅延させる理由について説明する。
図３(A) は、スロットル弁目標開度ＴＡＧと実際のスロットル弁の開度変化との関係を示す図である。スロットル弁目標開度ＴＡＧは、運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）が急激に変化した場合にも、それに追従してアクセル開度変化と略同時に変化する。しかし、実際のスロットル弁開度はアクチュエータ１６ａの作動遅れや制御遅れなどにより、目標開度ＴＡＧに対して一定の特性の遅れを持って変化する。すなわち、図３(A) 実線に示すように目標開度ＴＡＧが急激に変化した場合にも、実際のスロットル弁開度ＴＡは点線に示すようにＴＡＧの変化に対してほぼ一次遅れで近似できる変化をする。スロットル弁の作動特性は既知であるため、例えば、図３(A) のように時点ｔ0 で目標開度がステップ状に変化したときには現在から時間Ｌ経過後の実際のスロットル弁開度一次遅れ近似により正確に予測できる。しかし、目標開度ＴＡＧの変化は実際にはステップ状ではなく、時点ｔ0 の後も目標開度ＴＡＧは変化する。このため、時点ｔ0 における目標開度ＴＡＧに基づいて時間Ｌ経過後のスロットル弁開度を予測したのでは、時間Ｌ経過までの目標開度ＴＡＧの変化が予測に反映されず、特に目標開度ＴＡが急激に変化するような場合にはスロットル弁開度の予測精度が大幅に低下する問題が生じる。
【００４６】
そこで、本実施形態ではスロットル弁の作動を故意に時間Ｄだけ遅らせることにより、スロットル弁開度の予測精度を向上させている。図３(B) は図３(A) に対して、スロットル弁の作動を時間Ｄだけ遅らせた場合を示す図である。今アクセル開度ＡＣが時点ｔi で変化を開始したとすると、アクセル開度ＡＣの変化に対応した目標開度ＴＡＧがスロットル弁のアクチュエータに入力され、スロットル弁が作動を開始するのは時点ｔi から時間Ｄが経過した時点（図３(B) ｔ0 ）になる。この時点ｔ0 では、時点ｔi 以後時点ｔ0 までの目標開度ＴＡＧはすでに設定されており既知となっている。このことは、すなわち、時点ｔ0 を基準にして考えると、時点ｔ0 から時間Ｄだけ将来まで（図３(B) 、時点ｔ1 まで）の目標開度ＴＡＧの変化が時点ｔ0 で判明していることになる。このため、時点ｔ0 から時点ｔ1 までの間のスロットル弁開度は、スロットル弁の作動特性と目標開度ＴＡＧの変化に基づいて正確に予測可能となる。このため、ある気筒の閉弁時期が時点ｔ0 から時間Ｄ内にある場合（すなわち、図３(B) の時点ｔ1 より前の場合）には気筒閉弁時期におけるスロットル弁開度は略完全な精度で予測することができる。また、気筒の閉弁時期が時点ｔ1 より後になる場合には、時点ｔ1 を出発点として前述のＫＬＣＲＴで用いたのと同様の繰り返し計算を行うことにより、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度を極めて高精度に予測することが可能となる。
【００４７】
なお、遅れ時間は運転者がスロットル弁の作動遅れを体感しないような短い時間（例えば５０〜１００ミリ秒程度）に設定されるため、スロットル弁の作動を遅延させることにより運転上の問題は生じない。
本実施形態では、上記により次の気筒の吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡを正確に予測し、この予測値と現在の回転数とからマップを用いて算出したＫＬＴＡを使用して前述の（３）式の計算を行うことにより、吸気弁閉弁時の吸入空気量ＫＬＶＬＶを予測している。
【００４８】
図４は、上記各吸入空気量の相互の関係を説明する図である。図４から判るように、本実施形態では吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡＶＬＶと現在の機関回転数ＮＥ、および現在の吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴに基づいて、吸気弁閉弁時の吸入空気量計算値ＫＬＶＬＶを求めている。
ところで、前述のようにＫＬＶＬＶの値は機関始動時から逐次計算される現在の吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴに基づいているため、ＫＬＶＬＶの値はＫＬＣＲＴの逐次計算に伴う定常的な誤差を含んでいる可能性がある。
【００４９】
このため、本実施形態ではエアフローメータ３で計測した実際の吸入空気量を用いてＫＬＶＬＶの値が含む定常的な偏差を補正して吸入空気量の予測精度を高めている。
図５は、上記定常的偏差の補正原理を示す図である。図５において、横軸は時間を、縦軸は吸入空気量をそれぞれ表している。また、カーブＡは吸入空気量算値ＫＬＣＲＴの変化を、カーブＢは実際にエアフローメータ３で測定した吸入空気量実測値ＫＬＳＭの時間的変化の例を示している。エアフローメータ３出力は、実際の吸入空気量の微細な変動成分を除去するために、実際の吸入空気量変化に対して図２で示したのと同様な一次応答遅れの変化をするように平滑化処理をしている。このため、吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴと実測値（エアフローメータ出力）との間には前述の定常的偏差分だけでなく上記の応答遅れ分も含めた差が生じている。
【００５０】
また、図５においてカーブＣは、カーブＡに対してエアフローメータ出力応答遅れに相当する一次遅れ応答のカーブを示す（以下、このエアフローメータ出力応答遅れに相当する吸入空気量計算値をＫＬＣＲＴ４と呼ぶ）。すなわち、カーブＡとカーブＣ（ＫＬＣＲＴ４）との差（図４、ΔＤ）はセンサ応答遅れを表している。従って、仮に吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴが定常的な偏差を全く含んでいないとすれば、エアフローメータ３の出力は図５カーブＣ（ＫＬＣＲＴ４）に示したように変化することになるため、カーブＣとカーブＢ（実際のエアフローメータ３出力ＫＬＳＭ）との差（図５、ΔＫＬＤ）は吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴが含む定常的偏差を表すことになる。
【００５１】
また、図５カーブＣ（ＫＬＣＲＴ４）はカーブＡ（ＫＬＣＲＴ）に対して一次遅れの特性を示すため、前述の（２）式と同様な繰り返し計算で算出することができる。
ＫＬＣＲＴが含む定常的偏差ΔＫＬＤは、ΔＫＬＤ＝ＫＬＣＲＴ４−ＫＬＳＭとして表される（図５）。この定常的偏差ΔＰＤは略一定な値となるため、偏差を修正したＫＬＶＬＶの値、すなわち吸入空気量の算出に用いるべき吸気弁閉弁時の吸入空気量予測値ＫＬＦＷＤは、
ＫＬＦＷＤ＝ＫＬＶＬＶ−ΔＫＬＤ＝ＫＬＶＬＶ−ＫＬＣＲＴ４＋ＫＬＳＭ
…（４）として表される。
【００５２】
本実施形態では、上記により算出したＫＬＦＷＤの値を用いて燃料噴射量を算出している。
ところで、ＫＬＦＷＤ算出のために使用したＫＬＴＡの値は、可変バルブタイミング機関ではＴＡとＮＥのみならず、機関バルブタイミングによっても変化する。また、通常機関バルブタイミングＶＴは実際にエアフローメータ３で計測した吸入空気量ＫＬＳＭと機関回転数ＮＥとに基づいて決定される。このため、ＴＡとＮＥとが同じでもＶＴが変化するとＫＬＴＡの値は異なってくる。一方、前述したようにバルブタイミングＶＴは機関回転数ＮＥと実際の吸入空気量ＫＬＳＭとに基づいて決定されるため、実際の吸入空気量が変化するとＶＴも変化する。このため、ＶＴの変化が無視できる程小さい場合を除くと上記により算出した予測値ＫＬＦＷＤと実際の吸気弁閉弁時の吸入空気量との間に差が生じてしまい、ＫＬＦＷＤの予測精度が低下する問題がある。
【００５３】
そこで、以下に説明する第１の実施形態では、機関バルブタイミングＶＴを決定する際に、ＶＴの値に応じて変化してしまう機関吸入空気量を用いることなくスロットル弁開度ＴＡに基づいてバルブタイミングＶＴを設定するようにしている。
（１）第１の実施形態
本実施形態では、前述した方法で次に吸気弁が閉弁する気筒の吸気弁閉弁時における実際のスロットル弁開度を予測するとともに、この予測スロットル弁開度と可変バルブタイミング装置５０の作動特性とに基づいて吸気弁閉弁時における実際の機関バルブタイミングを予測する。そして、吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度予測値とバルブタイミング予測値と現在の機関回転数とを用いて気筒吸気弁閉弁時における機関吸入空気量ＫＬＦＷＤを予測する。
【００５４】
以下、このＫＬＦＷＤの予測手順について説明する。
図６は、吸気弁閉弁時の吸入空気量予測手順を説明するフローチャートである。図６の操作はＥＣＵ１０により気筒の燃料噴射量算出タイミング毎に行われる。
▲１▼ 操作が開始されると、ＥＣＵ１０は、ステップ６０１でまず現在の機関回転数とクランク回転角とに基づいて、次に吸気弁が閉弁する気筒の吸気弁閉弁時期までの現在からの時間ＴV （ミリ秒）を算出する。
【００５５】
▲２▼ 次いで、ステップ６０３ではスロットル弁開度センサ１７で検出した現在のスロットル弁開度ＴＡ0 と現在から時間Ｄだけ前の時点から現在までの間のスロットル弁開度目標値ＴＡＧとに基づいて、現在から時間Ｄが経過するまでの各時点における実際のスロットル弁開度予測値を算出する。スロットル弁の動作特性は一次応答遅れで近似することができるため、スロットル弁開度目標値ＴＡＧの変化に対する実際のスロットル弁開度ＴＡの変化は、前述の（２）式と同様に、以下の式で表される。
【００５６】
ＴＡi ＝ＴＡ0 ＋（ＴＡＧi −ＴＡ0 ）×（１／ＮＴ）
ＴＡi+1 ＝ＴＡi ＋（ＴＡＧi+1 −ＴＡi ）×（１／ＮＴ）
………………（Ｄ／Δｔ回繰り返し）…………
ＴＡD ＝ＴＡD-1 ＋（ＴＡＧD −ＴＡD-1 ）×（１／ＮＴ） ……（５）
ここで添字ｉ，ｉ＋１，……，Ｄ−１，Ｄは、現在から時間Ｄ経過後までの間隔Δｔ毎の時点におけるそれぞれの値を表す。また、ＮＴはスロットル弁１６の動作特性により定まる重み付係数であり、実験等により決定される。
【００５７】
本実施形態では、ＥＣＵ１０は別途実行する操作により、一定時間毎（Δｔ毎）にアクセル開度ＡＣを読み込み、ＡＣの値に応じて予め定めた関係に基づいてスロットル弁の目標開度ＴＡＧを設定する操作を行うとともに、設定後時間Ｄの間この目標開度を保持した後スロットル弁のアクチュエータ１６ａに出力する遅延動作を行っている。このため、現時点では、現時点から時間Ｄ経過するまでの各時点においてスロットル弁アクチュエータに入力される目標開度ＡＴＧi はすべて今までに決定されており既知となっている。このため、上記（５）式において、ＴＡＧi ，ＴＡＧi+ 1，……ＴＡＧD-1 ，ＴＡＧD の各値はこれらの既知の値を使用して計算することができる。これにより、現在から時間Ｄ経過後までの各時点におけるスロットル弁開度ＴＡi が正確に算出される。
【００５８】
▲３▼ ステップ６０５では、次にステップ６０１で算出した気筒閉弁時までの時間ＴV が現在から時間Ｄまでの間にあるか否かを判断し、時間Ｄまでの間にある場合、すなわちＤ≧ＴV の場合には、ステップ６０３で算出した各時点のスロットル弁開度ＴＡi のうち、現在から時間ＴV 経過時点に相当する時点のスロットル弁開度ＴＡi を気筒閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV として設定する。
【００５９】
一方、Ｄ＜ＴV であった場合には、上記（５）式を更に吸気弁閉弁時（ＴV 経過時）まで繰り返すことにより吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡV を予測する。この場合、時間Ｄ経過後のスロットル弁開度目標値ＴＡＧは現時点では既知となっていないため、期間Ｄ経過後のスロットル弁開度目標値としては、下記の線形外挿による予測値を使用する。
【００６０】
ＴＡＧD+1 ＝ＴＡＧD ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ）
ＴＡＧD+2 ＝ＴＡＧD+1 ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ）
ＴＡＧD+3 ＝ＴＡＧD+2 ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ）
………………………………………………………………
………………………………………………………………
ＴＡＧV ＝ＴＡＧV-1 ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ） ……（６）
吸気弁閉弁時期までの時間ＴV が、時間Ｄより長い場合には、時間Ｄ経過後からＴV 経過までの期間は、上記により予測したスロットル弁開度目標値ＴＡＧi を用いて上記（５）式の計算を時間Ｄ経過時から時間ＴV まで繰り返すことにより、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV が算出される。
【００６１】
▲４▼ ステップ６０７では、ステップ６０５で算出した吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度予測値ＴＡV と現在の機関回転数ＮＥとに基づいて機関バルブタイミングＶＴの吸気弁閉弁時における目標値ＶＴＧが予測される。
従来、機関バルブタイミングの目標値ＶＴＧは、機関１回転当たりの吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定されていた。しかし、吸入空気量はバルブタイミングＶＴによっても変化するため、従来のバルブタイミング設定方法では吸入空気量が定まらなければバルブタイミングＶＴが定まらないことになり、本実施形態のように吸気弁閉弁時の吸入空気量予測時にバルブタイミングの影響を考慮するために使用することはできない。そこで、本実施形態では、吸入空気量の代りにスロットル弁開度ＴＡを用いて、バルブタイミングＶＴの目標値を設定するようにしている。すなわち、本実施形態では、予め機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＴＡとの組合せを変えたときの最適バルブタイミングＶＴを実験により求めておく、そして、この最適バルブタイミングＶＴの値を、ＮＥとＴＡとを用いた二次元数値マップの形でＥＣＵ１０のＲＯＭ１０４に格納しておき、機関運転中に実際のＮＥとＴＡとの値に基づいてこの数値マップからバルブタイミング目標値ＶＴＧを設定するようにしている。
【００６２】
本実施形態では、上記バルブタイミング目標値ＶＴＧの数値マップを用いて吸気弁閉弁時の実際のバルブタイミングＶＴを予測する。
すなわち、現在から吸気弁閉弁時までの機関回転数ＮＥの変化が無視できる程度であるとすれば、吸気弁閉弁時の目標バルブタイミングＶＴＧV は、現在の機関回転数ＮＥと吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡV 予測値とを用いて上記マップから求めることができる。しかし、実際には可変バルブタイミング機構５０は作動遅れがあるため、実際のバルブタイミングＶＴの変化は目標バルブタイミングＶＴＧの変化に対して遅れを生じる。また、実際の可変バルブタイミング機構の作動遅れ特性は、一次遅れ応答で近似できる。
【００６３】
そこで、本実施形態では吸気弁閉弁時における実際のバルブタイミングＶＴを前述の（２）式と同様な繰り返し計算により算出している。
ＶＴi ＝ＶＴ0 ＋（ＶＴＧV −ＶＴ0 ）×（１／ＮＶ）
ＶＴi+1 ＝ＶＴi ＋（ＶＴＧV −ＶＴi ）×（１／ＮＶ）
………………（ＴV ／Δｔ回繰り返し）…………
ＶＴV ＝ＶＴV-1 ＋（ＶＴＧV −ＶＴV-1 ）×（１／ＮＶ） ……（７）
ここで、ＶＴV は吸気弁閉弁時におけるバルブタイミングＶＴの予測値、ＶＴＧV は、ステップ６０５で算出した吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV と現在の機関回転数ＮＥとに基づいてバルブタイミング目標値マップから決定されるバルブタイミング目標値（すなわち吸気弁閉弁時におけるバルブタイミング目標値の予測値）である。また、ＮＶは可変バルブタイミング機構の動作特性から定まる重み付係数であり、詳細には実験により決定される。これにより、（７）式の繰り返し計算を行うことにより、現時点において、時間ＴV 後である吸気弁閉弁時のバルブタイミングの値を正確に予測することが可能となる。
【００６４】
なお、本実施形態では機関のバルブタイミング目標値ＶＴＧは、機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＶＡとのみによって決定されることになる。ところが、実際には、スロットル弁開度ＴＡ、機関回転数ＮＥとバルブタイミングＶＴが同一の状態であっても、大気圧（高度）が異なると機関に吸入される空気量は異なってくる。このため、スロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥが同一の値であれば、機関吸入空気量も同一になるようにするためには大気圧（高度）に応じてバルブタイミングＶＴを補正する必要がある。本実施形態では、実際には予め大気圧を変えたた状態で前述のＮＥとＴＡに基づくバルブタイミング目標値ＶＴＧのマップを作成してあり、機関運転中計算により、または実測により求めた大気圧に基づいて現在の大気圧に応じたバルブタイミング目標値ＶＴＧのマップを使用するようにしている。これにより、大気圧が変化した場合でも機関吸入空気量の算出が正確に行われるようになる。
【００６５】
▲５▼ 次に、図６、ステップ６０９では吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV と現在の機関回転数ＮＥとを用いて吸気弁閉弁時の吸入空気量ＫＬＦＷＤが算出される。ＫＬＦＷＤは、前述した（２）式から（４）式において、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV を用いて計算を行うことにより求められる。
【００６６】
これにより、各気筒の燃料噴射量算出時に正確に吸気弁閉弁時の機関吸入空気量を予測することが可能となり、機関運転状態に応じた燃料噴射量を設定することが可能となる。
▲６▼ 図６、ステップ６１１は機関点火時期の算出を示す。機関の最適点火時期は機関回転数ＮＥと吸入空気量（負荷）ＫＬ、バルブタイミングＶＴに応じて変化する。従来可変バルブタイミング機関では吸気弁閉弁時の吸入空気量とバルブタイミングとの正確な値を予測することが困難であったため、過渡運転時には点火時期の設定が最適値からずれる場合があり、燃焼悪化が生じる場合があった。これに対して、本実施形態では吸気弁閉弁時のバルブタイミングＶＴV と吸入空気量ＫＬＦＷＤとはステップ６０７、６０９で正確に予測することができる。そこで、本実施形態では上記により予測した吸入空気量ＫＬＦＷＤとバルブタイミングＶＴV 及び現在の機関回転数ＮＥを用いて実際の運転状態に正確に対応した点火時期を設定するようにしている。これにより、過渡運転時においても点火時期は最適値からずれることがなく、過渡時の燃焼悪化等が生じることが防止されるようになる。
【００６７】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
上記実施形態では、位相進み逆演算により吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値を正確に計算するためにスロットル弁の作動を時間Ｄだけ遅らせている。通常、遅れ時間Ｄは機関の常用回転数領域において、燃料噴射量算出時点から時間Ｄが経過するまでに気筒の吸気弁が閉弁するような一定時間に設定してスロットル弁開度の予測精度を向上させている。しかし、遅れ時間を一定時間に設定しているとスロットル弁目標開度が変化したときに、変化に応じてスロットル弁が動作を開始するクランク回転位置が異なってくる。スロットル弁が動作を開始するクランク角、すなわち吸入空気量の変化が開始するクランク回転位置（回転角）がことなると、変化開始時の各気筒の行程サイクル上の位置も異なってくるため、実際に機関に吸入される空気量に現れるスロットル弁開度変化の影響も僅かながら異なってくる場合がある。特に、定常運転から過渡運転に移行する際にスロットル弁目標開度が大きく変化したような場合には、吸入空気量変化が気筒行程サイクルの異なる位置で開始されると吸入空気量の実測値にばらつきを生じる場合がある。また、機関アイドル運転時等のように回転数が低い場合には特に影響が大きくなる。そこで、以下に説明する各実施形態では、定常運転から過渡運転への移行時等のように、スロットル弁目標開度が変化する場合にはスロットル弁の動作開始が特定の気筒の特定のタイミングになるようにして吸入空気量の予測精度を向上させている。
【００６８】
以下の実施形態における、スロットル弁駆動開始タイミングの変更について説明する。例えば、アイドル運転時や定常運転時等のスロットル弁の目標開度変化が少ない状態では、ＥＣＵ１０は第１の実施形態と同様にアクセルペダル操作量に基づいて算出したスロットル弁目標開度を、一定の遅れ時間Ｄだけ保持し、遅れ時間Ｄ経過後にスロットル弁のアクチュエータに出力する。
【００６９】
しかし、定常運転から過渡運転への移行時等のようにスロットル弁目標開度変化が急に大きくなった場合には、ＥＣＵ１０は算出した目標開度の保持時間を変更し、次に特定の気筒（例えば第１気筒）の行程サイクル上の特定のタイミングになった時にスロットル弁が開弁動作を開始するように遅れ時間を変更する。
すなわち、ＥＣＵ１０は今回算出したスロットル弁目標開度が前回算出した値に較べて所定量以上変化している場合には、次に今回がスロットル弁目標開度の変化の開始時点か否か、すなわち前回までは目標開度の変化が少ない定常運転であったか否かを判定する。今回が目標開度の開始点、すなわち過渡運転の開始点であった場合には、ＥＣＵ１０は次に特定気筒の行程サイクルが特定のタイミングになるまでの時間ＴR を機関回転数とクランク角とに基づいて算出し、今回算出した目標開度を保持する時間（遅れ時間）をＴR に変更する。これにより、変化直後の目標開度は特定気筒の行程サイクルが特定のタイミングになったときにスロットル弁のアクチュエータに出力され、特定のタイミングからスロットル弁が開弁動作を開始するようになる。なお、特定気筒の特定タイミングにスロットル弁の動作を開始するように遅れ時間を変更するのは目標回転数が変化した直後の１回のみであり、その後は遅れ時間は一定値Ｄに設定される。
【００７０】
以下、スロットル弁の動作を開始する特定気筒の行程サイクル上の特定のタイミングの選定についての実施形態について説明する。
（２）第２の実施形態
本発明の第２の実施形態では、目標スロットル弁開度変化時にスロットル弁の動作を開始するタイミングは、特定気筒（例えば第１気筒）の吸気弁が開弁して最大リフトに到達したときに、スロットル弁開度変化時にスロットル弁を通過した吸気が特定気筒に到達するように、吸気系の応答遅れを考慮して設定される。
【００７１】
一般に複数気筒の機関では２つまたはそれ以上の気筒の吸気弁開弁期間がオーバラップしている期間がある。このような期間では吸気が２つ以上の気筒に吸入されるために、エアフローメータで計測した吸入空気量は一時的に増大する場合がある。このため、この期間では必ずしも気筒内に充填される空気量とエアフローメータで計測した吸入空気量とが対応しない状態が生じる。このため、過渡運転時に複数気筒の吸気弁開弁期間がオーバラップしている時期に前述した吸気量の予測を行うと予測精度が低下する場合がある。
【００７２】
一方、複数気筒機関においては各気筒の吸気弁最大リフト時には他の気筒の吸気弁は全閉に近い状態にある。このため、この時期にスロットル弁開度変化開始時の吸気が気筒に到達するようにすれば、他気筒の吸気との干渉が回避できエアフローメータで計測した吸入空気量と実際に気筒に充填される空気量とが正確に対応するようになる。このため、本実施形態では、吸気系統の応答遅れ（すなわち、スロットル弁を通過した吸気が特定気筒に到達するまでの時間）を考慮して、スロットル弁作動開始時にスロットル弁を通過した吸気が、特定気筒の吸気弁が最大リフトになったときにこの特定気筒に到達するようにスロットル弁作動開始タイミングが設定される。
【００７３】
すなわち、ＥＣＵ１０は、アクセルペダル操作量に基づいてスロットル弁目標開度を算出すると、次に算出した目標開度に基づいて加速等の過渡運転が開始されたか否かを判定する。例えば今回算出した目標開度が前回算出した目標開度から所定量以上変化しているような場合には過渡運転が開始されたと判断することができる。過渡運転が開始されたと判断された場合には、次にＥＣＵ１０は今回が過渡運転開始後最初のスロットル弁目標開度か否かを判定する。例えば、前回まで目標開度に変化がなく、今回急に目標開度が所定値以上変化しているような場合には、今回の目標開度算出は過渡運転開始後最初のものと判断することができる。
【００７４】
今回の目標開度算出が過渡運転開始後最初のものであった場合には、次にＥＣＵ１０は機関回転数と現在のクランク角とに基づいて、特定気筒の吸気弁が最大リフト位置付近になるまでの時間ＴR を算出する。そして、現在の機関吸入空気量（吸気流速）から定まる吸気系統の応答遅れ時間ｔd を算出し、今回算出した目標開度の値の保持時間を（ＴR −ｔd ）に設定する。これにより、現在から（ＴR −ｔd ）が経過すると、目標開度がスロットル弁アクチュエータに出力され、スロットル弁が動作を開始する。またこのときにスロットル弁を通過した、すなわち流量変化の開始時点に相当する吸気はスロットル弁通過後、時間ｔd 経過後に吸気弁が最大リフト位置近傍にある特定気筒に到達するようになる。このため、スロットル弁を通過する吸気のほぼ全量が特定気筒に充填されるようになり、エアフローメータ３で計測した機関吸入空気量は特定気筒に充填される空気量にほぼ対応した値となる。これにより、過渡運転開始時から正確な吸入空気量の予測を行うことが可能となる。
【００７５】
なお、この場合も遅延時間を特定気筒の特定タイミングに合わせて変更するのは、過渡運転開始直後の１回のみとし、次回からは遅延時間は再び一定値Ｄに設定される。
（３）第３の実施形態
本実施形態では、第２の実施形態と同様、アイドル運転時等の定常運転から過渡運転に移行する際には、スロットル弁動作開始タイミングを動作開始時にスロットル弁を通過した吸気が特定気筒の吸気弁が最大リフトになったときに到達する制御を行う。しかし、本実施形態ではスロットル弁開度の変化が急激な場合には特定気筒の吸気弁最大リフトのタイミングを待つことなく、一定時間経過後最初に吸気弁が最大リフトに到達する気筒の吸気弁が最大リフトになるタイミングに合わせてスロットル弁の動作を開始するようにしている。
【００７６】
すなわち、本実施形態ではアイドル運転からの通常の加速等の場合にはスロットル弁動作開始タイミングを特定気筒の特定のタイミングに合わせて行う。この場合には、スロットル弁目標開度の変化からスロットル弁が動作を開始するまでの遅れ時間はスロットル弁目標開度が変化した時点のクランク位相により長短が生じる。通常の緩加速時などにはこの遅れ時間は運転に影響を生じないが、例えば急加速等の場合には、スロットル弁の動作遅れが長くなることは好ましくなょ。そこで、本実施形態では急加速等でスロットル弁目標開度が大きく変化した場合には、特定の気筒の吸気弁が最大リフト位置に来るのを待つことなく、一定時間経過後に最初に吸気弁が最大リフト位置になる気筒の吸気弁最大リフトタイミングに合わせてスロットル弁動作を開始するようにしている。これにより、急激な運転状態の変化の場合にはスロットル弁動作が短時間で行われるようになり、加速等に対する応答性が良好になる。
【００７７】
運転状態の変化が急激か否かは、目標開度の変化量に基づいて判断する。すなわち、ＥＣＵ１０は、アクセルペダル操作量に基づいてスロットル弁目標開度を算出すると、次に算出した目標開度が前回から所定量以上変化したか否かを判断する。そして、目標開度が上記所定量以上変化している場合には、次に今回が過渡運転開始後最初のスロットル弁目標開度か否かを判定する。ここまでの操作は、上述の第２の実施形態と同一である。しかし、本実施形態では目標開度が所定量以上変化しており、今回の目標開度算出が過渡運転開始後最初のものである場合には、次に今回算出したスロットル弁目標開度の前回からの変化量が上記所定値より大きい第２の所定値以上か否かを判定する。スロットル弁目標開度の変化が第２の所定値より小さい場合には、スロットル弁の開度変化は比較的緩やかであるため、第２の実施形態と同様にスロットル弁動作開始時に通過した吸気が特定気筒の吸気弁最大リフト時に到達するように吸気系の応答遅れを考慮して遅れ時間（ＴR −ｔd ）を設定する。
【００７８】
一方、スロットル弁目標開度の変化量が第２の所定値より大きい場合には、運転状態の変化が大きくスロットル弁を素早く動作させることが必要となる。そこで、この場合にはＥＣＵ１０は、機関回転数と現在のクランク角とに基づいて、一定時間（通常の遅れ時間Ｄ程度の時間）経過後に最初に吸気弁が最大リフト位置になる気筒を判定し、この気筒の吸気弁が最大リフト位置付近になるまでの時間を算出し、この時間をＴR に設定する。そして、現在の機関吸入空気量（吸気流速）から定まる吸気系統の応答遅れ時間Ｔd を算出し、今回算出した目標開度の値の保持時間を（ＴR −ｔd ）に設定する。これにより、現在から（ＴR −ｔd ）が経過すると、目標開度がスロットル弁アクチュエータに出力され、スロットル弁が動作を開始する。またこのときにスロットル弁を通過した、すなわち流量変化の開始時点に相当する吸気は、一定時間経過後に最初に吸気弁が最大リフト位置になる気筒に、吸気弁が最大リフト位置近傍になったときに到達するようになる。このため、スロットル弁を通過する吸気のほぼ全量が特定気筒に充填されるようになり、エアフローメータ３で計測した機関吸入空気量はこの気筒に充填される空気量にほぼ対応した値となり、運転状態の急激な変化に対する応答性を悪化させることなく過渡運転開始時から正確な吸入空気量の予測を行うことが可能となる。
（４）第４の実施形態
本実施形態では、機関のアイドル運転中エアコン等の補機の起動により急激に負荷が加わったときに、エンジンストール回避のためのスロットル弁操作を行う。上述の第３の実施形態では、定常運転からの急加速時等の際に遅延時間を短縮して、吸入空気量の予測精度を低下させることなく応答性の悪化を防止している。しかし、アイドル運転中のエンジンストール防止の場合には、機関回転数の低下が急激に生じるためスロットル弁の動作が遅れるとエンジンストールが生じたり回転数が大きく変動する場合がある。そこで、本実施形態ではアイドル運転中のストール回避のためのスロットル弁操作の場合には、吸入空気量予測精度を保持することより優先して、スロットル弁目標開度の変化と同時にスロットル弁を駆動する。これにより、アイドル運転時のエンジンストールが回避される。
【００７９】
この場合には、ＥＣＵ１０は通常のアイドル運転中には前述の実施形態２または３のスロットル弁動作遅延による位相進み逆演算を実施して吸入空気量の予測を行う。しかし、アイドル運転中に補機が起動したこと、または機関回転数が所定値より低下したことを検出すると、ＥＣＵ１０はアクセルペダルの操作量とは関係なくスロットル弁目標開度を現在の値から予め定めた量だけ増大させるとともに、目標開度の保持時間（遅れ時間）を０に設定して直ちにスロットル弁アクチュエータに目標開度を出力する。これにより、スロットル弁は直ちに動作を開始するため、機関回転数の低下によるエンジンストールが生じることが防止される。
（５）第５の実施形態
本実施形態では、定常運転から過渡運転への移行時等に、スロットル弁の動作開始が特定の気筒の特定のタイミングになるように設定する際に、吸入行程中のピストン下降速度が最大になる時期にスロットル弁を変化開始時に通過した吸気が特定気筒に到達するように遅延時間を設定する。
【００８０】
吸入行程中のピストン下降速度が最大になる時期は気筒に吸入される空気の流速が最も高くなる（空気充填率が最も高くなる）時期である。このため、ピストン下降速度が最大になる時期付近の期間は相対的に他の気筒の吸入行程の影響が最も小さくなる。従って、前述の各実施形態と同様に吸気系の応答遅れを考慮した上で、この時期に吸気量の変化を開始した時期にスロットル弁を通過した吸気が特定気筒に到達するようにすることにより、他気筒の吸気との干渉を排除して正確に機関吸入空気量を計測することが可能となる。
（６）第６の実施形態
本実施形態では、定常運転から過渡運転への移行時等に、スロットル弁の動作開始が特定の気筒の特定のタイミングになるように設定する際に、吸気弁と排気弁との両方が開弁しているバルブオーバラップ期間以外の時期に、スロットル弁を変化開始時に通過した吸気が特定気筒に到達するように遅延時間を設定する。
【００８１】
吸気弁は排気弁との両方が開弁しているバルブオーバラップ期間には、気筒内の高圧の既燃ガスが吸気弁から吸気ポートに逆流する既燃ガスの吹き返しが生じる。従って、この期間には気筒内に吸気は吸入されないため、バルブオーバラップ期間内に特定気筒に変化開始後の吸気が到達すると気筒内に吸入される空気量が機関吸入空気量に正確に対応しなくなる場合がある。本実施形態では、開度変化開始時にスロットル弁を通過した吸気が、特定気筒のバルブオーバラップ期間以外の時期に特定気筒に到達するようにして、既燃ガスの吹き返しにより吸入空気量の計測値に誤差が生じることを防止している。
【００８２】
上記第２及び第５、第６の実施形態では特定気筒におけるスロットル弁駆動のタイミングの選定について説明した。上記のように、特定気筒のスロットル弁駆動タイミングを選定することにより、計測した吸入空気量に誤差が生じることが防止される。しかし、上記実施形態において機関のどの気筒を特定気筒として選定するかによっては、運転上わずかながら影響が生じる場合もある。以下の実施形態では特定気筒として選定する気筒の例について説明する。
（７）第７の実施形態
本実施形態では、特定気筒として過渡運転時のノックが生じにくい気筒を選定する。過渡運転時のノックは気筒に充填される空気量の増大に対して点火時期の遅角が遅れるために生じる。また、複数気筒の機関では各気筒の配置によりノックが生じやすい気筒と生じにくい気筒とがある。そこで、本実施形態では、予め実験により過渡運転時のノックが生じにくい気筒を特定しておき、この気筒を上記特定気筒として設定するようにする。これにより、過渡運転移行時に、まずノックが生じにくい気筒に吸気が充填されることになるため、過渡運転時のノックが生じにくくなる。
（８）第８の実施形態
本実施形態では、排気マニホルドに配置された上流側空燃比センサ１３（図１）に最も良く排気が当たる気筒を特定気筒として選定する。前述したように、本実施形態では空燃比センサ１３、１５で検出した排気空燃比に基づいて、機関空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック制御している。ここで、触媒２０の下流側に配置した下流側空燃比センサ１３の位置では各気筒からの排気は均一に混合しているが、排気マニホルド１１に設置された上流側空燃比センサ１３の位置では排気マニホルド１１の形状やセンサ１３の取り付け位置によっては、１つの気筒からの排気が他の気筒からの排気よりセンサに検出されやすくなる場合がある。この場合には、センサ１３の出力はこの１つの気筒からの排気空燃比の変化に最も敏感になる。本実施形態では、予め上流側空燃比センサ１３出力に最も影響を与える上記１つの気筒を実験により特定しておき、この気筒を前述の特定気筒として選定するようにしている。本実施形態では、過渡運転開始時には特定気筒の吸入空気量が最初に変化することになる。従って、この特定気筒として空燃比センサ出力に最も影響を与える気筒を選定することにより、過渡運転時の排気空燃比変化が空燃比センサ出力に敏感に反映されるようになり、過渡運転時の空燃比フィードバック制御の応答性が向上するようになる。
（９）第９の実施形態
本実施形態では、特定気筒として最も吸気が充填されやすい気筒を選定する。複数気筒の機関では、吸気マニホルドの形状や気筒の配置により気筒毎に空気充填率のばらつきが生じている。本実施形態では、気筒のうち最も空気充填率が大きい気筒、すなわち最も吸気が充填されやすい気筒を特定気筒として選定する。このように、吸気が充填されやすい気筒を特定気筒として選定することにより、過渡運転開始時には最も吸気が充填されやすい気筒に最初に空気が供給されるようになるため、例えば加速時の過渡運転では加速特性が向上するようになる。
（１０）第１０の実施形態
本実施形態では、特定気筒として最も吸気応答遅れ時間が小さい気筒を選定する。前述したように、スロットル弁開度が変化したときにスロットル弁の開度変化が気筒に流入する空気量の変化として現れるまでには、スロットル弁から気筒までの間を吸気が流れる時間に相当する遅れ時間が存在する。この時間は吸気マニホルドの形状や各気筒の配置により、各気筒間で僅かに異なっている。本実施形態では、特定気筒として最も吸気応答遅れ時間が小さい気筒を選定することにより、過渡運転開始時に最も応答の速い気筒に最初に空気を充填することができるため、例えば加速時の過渡運転では加速特性が向上するようになる。
（１１）第１１の実施形態
上述の第２から第１０の実施形態では、特定気筒の行程サイクル上の特定のタイミングにスロットル弁の駆動を開始するようにしている。しかし、可変バルブタイミング機関では、上記特定のタイミング（例えば、吸気弁の最大リフトタイミングやバルブオーバラップ期間）になるクランク角は機関のバルブタイミング変化に応じて変化する。そこで、本実施形態では、過渡運転開始時には上記特定のタイミングを機関バルブタイミングの変化を考慮して算出するようにしている。
【００８３】
すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ１０はスロットル弁作動開始の遅延時間算出のために、特定気筒で特定のタイミングに到達するまでの時間（第２、第３の実施形態における時間ＴR ）を算出する際に、特定タイミングに到達するクランク角を現在のバルブタイミングに応じて補正し、この補正後のクランク角と現在のクランク角と機関回転数とに基づいて時間ＴR を算出するようにしている。これにより、変化開始時のスロットル弁を通過した空気は、特定気筒に正確に行程サイクル上の特定のタイミングに到達するようになり、吸入空気量の計測精度を更に向上させることが可能となる。
【００８４】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、スロットル弁の動作開始を所定時間遅延させて気筒に吸入される空気量を予測する場合に、空気量の予測精度を向上させることが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の全体構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図３】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図４】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図５】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図６】本実施形態の吸入空気量予測操作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関本体
５，６…クランク角センサ
１０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１６…スロットル弁
５０…可変バルブタイミング機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には機関スロットル弁の目標開度の制御開始を遅延させて、一定時間経過後の将来のスロットル弁開度を予測し、この予測値に基づいて将来の機関吸入空気量を正確に予測する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
運転者のアクセルペダル操作量とは独立して開度を制御可能な、いわゆる電子制御スロットル弁を備え、アクセルペダル操作量から定まる目標スロットル弁開度にスロットル弁開度を制御する際に、遅れ時間を設けることにより機関吸入空気量を正確に予測する内燃機関の制御装置が知られている。
【０００３】
一般に、内燃機関では機関吸入空気量を実測し、この実測値に基づいて燃料噴射量を算出し、機関空燃比が最適な値になるように制御する、いわゆる空気量先行燃料量追従制御方式が採用されている。これらの機関では機関吸入空気量を正確に検出することが重要となる。ところが、過渡運転等でスロットル弁開度や回転数の変化に伴って機関吸入空気量が変化している状態では、機関吸入空気量を正確に計測することは困難な場合がある。また、実際に機関の気筒内に吸入された空気量は各気筒の吸気弁閉弁時に確定するため、正確に燃料噴射量を設定するためには気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量に基づいて燃料噴射量を設定する必要がある。ところが、一般に各気筒の燃料噴射量を算出するタイミングは吸気弁閉弁時より早い時期にある。従って、実際に気筒に吸入された空気量に基づいて正確な燃料噴射量を設定するためには、燃料噴射量算出時点で将来の吸気弁閉弁時点における機関吸入空気量を正確に予測する必要がある。
【０００４】
機関吸入空気量はスロットル弁開度と機関回転数とに応じて変化する。また、過渡運転においてはスロットル弁開度の変化速度は相対的に機関回転数の変化速度より速いため、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度を正確に予測できれば、吸気弁閉弁時の機関吸入空気量が予測可能となる。運転者のアクセルペダル操作とは独立して動作することが可能な電子制御スロットル弁を備えた機関では、スロットル弁の開閉駆動を所定の時間遅延させることにより、将来のスロットル弁開度を正確に予測し、この予測したスロットル弁開度に基づいて将来の機関吸入空気量（気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量）を正確に推定する、いわゆる位相進み逆演算法が提案されている。
【０００５】
この種の吸入空気量予測を行う内燃機関の制御装置の例としては、例えば特開平１０−１６９４６９号に開示されたものがある。
同公報の装置は、現在のアクセルペダル操作量（踏込み量）に基づいて電子制御スロットル弁の目標開度を設定した後、直ちにはスロットル弁を駆動して目標開度に制御せず、一定の遅れ時間経過後にスロットル弁の駆動を開始するようにしている。一般に電子制御スロットル弁は制御上または機構上動作遅れが伴うため、目標開度が急激に（例えばステップ状に）変化したような場合でも、スロットル弁開度が実際に目標開度に到達するまでにはスロットル弁の動作特性から定まる遅れ時間が生じる。そこで、スロットル弁の動作特性を正確に把握していれば、例えばスロットル弁の目標開度がステップ状に変化したような場合にも、その後実際にスロットル弁が目標開度に到達するまでの各時点におけるスロットル弁開度を算出することが可能である。すなわち、理論的には、目標開度がステップ状に変化した時点で、スロットル弁の動作特性に基づいて将来の各時点のスロットル弁開度を予測することが可能となる。
【０００６】
ところが、実際の運転では運転者のアクセルペダル操作量が大きく、目標開度が連続して変化するような場合には、ある時点でスロットル弁動作特性に基づいて将来の各時点のスロットル弁開度を予測しても、予測値には予測時点以後の目標開度の変化は反映されないことになり、スロットル弁開度予測値の精度が低下する問題がある。
【０００７】
上記公報の装置は、目標開度設定後、実際に目標開度に応じてスロットル弁を駆動する動作を一定の遅延時間（運転者が遅れを体感しない程度の短い時間）だけ遅らせて開始するようにしたことにより、目標開度の変化を完全にスロットル弁開度予測値に反映させることを可能としている。すなわち、同公報の装置では、実際のスロットル弁の動作は目標開度の変化に対して上記遅延時間だけ遅れることになるが、このことは逆にいえば実際にスロットル弁が動作を開始する時点では、目標スロットル弁開度がその後どのように変化するかを完全に知ることができることになる。このため、目標開度の変化をスロットル弁開度の予測値に完全に反映させることが可能となり、実際のスロットル弁開度の変化を正確に予測することが可能となっている。上記公報の装置では上述の方法により、燃料噴射量算出時点で吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度を正確に予測し、この予測に基づいて吸気弁閉弁時における機関吸入空気量を算出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の装置は機関の吸排気弁の開閉タイミングが固定された固定バルブタイミング機関においては正確に機関吸入空気量を予測することが可能であるものの、機関運転状態に応じて吸気弁または排気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機関に適用した場合に正確な機関吸入空気量の予測ができない問題が生じる。
【０００９】
可変バルブタイミング機関では、目標バルブタイミングは機関負荷（機関吸入空気量と回転数）に応じて設定される。ところが、機関吸入空気量はスロットル弁開度と回転数のみで一義的に定まらず、バルブタイミングが変化するとそれに応じて変化する。このため、前述の特開平１０−１６９４６９号公報の装置のように、スロットル弁開度の予測値のみに基づいて機関吸入空気量を予測しているとバルブタイミングが変化する場合には機関吸入空気量の予測精度が大幅に低下してしまう問題がある。
【００１０】
この場合、通常可変バルブタイミング機構の作動速度は電子制御スロットル弁の作動速度に比較してかなり遅いため、スロットル弁開度の変化が急激な場合にはスロットル弁開度変化中の機関バルブタイミングの変化は無視できるほど小さくなり、機関吸入空気量の予測値の精度には大きな影響を与えない。しかし、スロットル弁開度の変化が比較的小さい緩加速、緩減速等の場合にはスロットル弁開度変化中のバルブタイミング変化が相対的に大きくなるため吸入空気量の予測値の精度は大幅に低下するようになる。
【００１１】
また、前述の公報の装置では目標開度が変化してからそれに応じたスロットル弁の動作が開始されるまでの遅延時間は一定値とされている。このため、各気筒の行程サイクルから見たスロットル弁の動作開始タイミングも、目標開度の変化タイミングに応じて変動することになる。実際の内燃機関では、気筒に実際に吸入される空気の量は気筒の行程サイクルのどの部分で機関吸入空気量の変化（すなわちスロットル弁開度の変化）が開始されたかによって多少異なってくる。このため、上記公報の装置のようにスロットル弁開度の変化開始時点が気筒行程サイクル上で変動すると、気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量が同一であっても実際に気筒内に吸入された空気量が変化する場合が生じ、気筒に吸入される空気量の予測値の精度が低下する問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決し正確に気筒内に吸入される空気量を算出することを可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、更に、実際のスロットル弁開度に基づいて機関の目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、機関のバルブタイミングを前記設定された目標バルブタイミングに制御する可変バルブタイミング手段と、前記スロットル弁開度予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における前記目標バルブタイミングの予測値を算出するとともに、該目標バルブタイミング予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における実際の機関バルブタイミングを予測するバルブタイミング予測手段と、前記スロットル弁開度予測値と、前記バルブタイミング予測値とに基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を予測する吸入空気量予測手段と、を備えた内燃機関の制御装置が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明では将来の時点におけるスロットル弁開度のみでなく、機関バルブタイミングも同時に予測される。
機関バルブタイミングの目標値は、通常、機関の実際の機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定される。しかし、前述したように機関吸入空気量はバルブタイミングによっても変化するため、機関吸入空気量とバルブタイミングとの両方を正確に予測することは困難である。本発明では、目標バルブタイミングはバルブタイミングにより変化する機関吸入空気量を用いずに、例えばスロットル弁開度に基づいて決定される。これにより、スロットル弁開度の予測値を用いることにより将来の時点におけるバルブタイミング目標値を予測することが可能となる。また、将来の時点におけるバルブタイミング目標値が予測できれば、実際のスロットル弁開度の予測に用いたと同様な手法を用いて、可変バルブタイミング手段の動作特性に基づいて将来の時点における実際のバルブタイミングを予測することができる。このため、本発明では将来の時点（例えば気筒の吸気弁閉弁時）におけるスロットル弁開度とバルブタイミングとを予測することが可能となり、バルブタイミングの変化を反映した正確な機関吸入空気量を算出することが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、前記目標バルブタイミング設定手段は、前記実際のスロットル弁開度に基づいて設定されるバルブタイミングを大気圧に応じて補正した値を目標バルブタイミングとして設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
すなわち、請求項２の発明では目標バルブタイミングは大気圧に応じて補正を加えた値が使用される。スロットル弁開度のみに基づいて機関バルブタイミングを設定すると、大気圧が異なる場合もスロットル弁開度が同一であればバルブタイミングも同一の値に設定される。この場合、大気圧が同一であれば機関吸入空気量はスロットル弁開度（及び機関回転数）により定まるようになる。ところが、実際には高地走行時等のように大気圧が異なると、スロットル弁開度とバルブタイミングが同一であっても機関吸入空気量が異なってくる。そこで、本発明では大気圧に応じて目標バルブタイミングを補正し、大気圧の変化にかかわらずスロットル弁開度（及び機関回転数）が同一であれば機関吸入空気量が同一になるようにして、大気圧変化の影響を排除している。これにより、スロットル弁開度に基づいて目標バルブタイミングを設定する場合に、大気圧変化により機関吸入空気量が変化することが防止され、機関吸入空気量を正確に予測することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、更に、前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量予測値と、バルブタイミング予測値とに基づいて機関点火時期を設定する手段を備えた、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
すなわち、請求項３の発明では機関点火時期にバルブタイミングの変化が反映される。通常、機関点火時期は機関吸入空気量（及び機関回転数）とバルブタイミングとに基づいて最適な値に設定される。しかし、従来の可変バルブタイミング機関では機関吸入空気量とバルブタイミングとの両方を正確に予測することが困難であったため、点火時期を最適タイミングに設定することができない問題があった。本発明は、前述のように将来の時点における機関吸入空気量とバルブタイミングとの両方を正確に予測することができるため、これら予測値に基づいて最適な機関点火時期を設定することが可能となっている。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁の駆動を開始する時期が機関の特定の気筒の行程における所定のタイミングとなるように前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段を備えた内燃機関の制御装置が提供される。
【００１８】
すなわち、請求項４の発明ではスロットル弁を駆動して目標スロットル弁開度に調整する動作が、特定の気筒（例えば第１気筒）の行程における所定のタイミングに開始されるように遅延時間が設定される。これにより、スロットル弁は常に機関クランク軸が一定回転角の位置になったときに動作を開始する。前述したように、実際の内燃機関では、各気筒に実際に吸入される空気の量は気筒の行程サイクルのどの部分で機関吸入空気量の変化（すなわちスロットル弁開度の変化）が開始されたかによって多少異なってくる。このため、スロットル弁開度の変化開始時点が気筒行程サイクル上で変動すると、気筒吸気弁閉弁時の機関吸入空気量が同一であっても実際に気筒内に吸入された空気量が変化する場合が生じ、気筒に吸入される空気量の予測値の精度が低下する問題がある。本発明では、常に一定のクランク角でスロットル弁開度変化が開始されるため、機関吸入空気量は常に各気筒の行程サイクルの同じ位置で開始されることになり、スロットル弁開度変化開始位置の変動による吸入空気量のばらつきが防止され、吸入空気量の予測精度が向上する。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、前記遅延時間設定手段は、スロットル弁駆動開始時にスロットル弁を通過した吸気が前記特定の気筒の吸気弁最大リフト時に前記特定の気筒に到達するように前記遅延時間を設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
すなわち、請求項５の発明では請求項４においてスロットル弁の動作が開始されるタイミングは、吸気弁が最大リフトになったときに、スロットル弁開度変化開始時の吸気が特定気筒に到達するタイミングに設定される。複数気筒を有する機関では、２以上の気筒の吸気行程がオーバラップする場合がある。このようなオーバラップ期間では複数の気筒に吸気が流入するために、機関吸入空気量が１つの気筒に吸入される空気量と正確に対応しない場合があり、エアフローメータ等で計測した吸入空気量に基づく吸入空気量予測の精度が低下する場合がある。一方、各気筒の吸気弁が最大リフトに到達する時期では、他の気筒の吸気弁はほぼ全閉になっている。このため、特定気筒の吸気弁が最大リフトになる時期に変化開始時の吸気を到達させることにより、他の気筒の吸気の影響を排除して正確に吸入空気量を計測することが可能となる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、更に、前記遅延時間設定手段は、前記スロットル弁目標開度の時間変化率が所定値以上である場合には、前記所定のタイミングにかかわらず一定時間経過後最初に吸気弁が最大リフト位置に到達する気筒に、スロットル弁駆動開始時にスロットル弁を通過した吸気が該気筒の吸気弁最大リフト時に到達するように前記遅延時間を設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項６の発明では急加速、急減速時等のようにスロットル弁目標開度の時間変化率（変化速度）が大きい場合には、特定気筒の吸気弁開弁が開始されるまで待つことなく、一定時間経過後いずれかの気筒の吸気弁が最大リフト位置に到達するタイミングに応じてスロットル弁の駆動を開始する。特定気筒の吸気弁最大リフト時に合わせてスロットル弁操作を開始していると、スロットル弁目標開度が変化（運転状態が変化）してから実際にスロットル弁開度が変化を始めるまでの遅延時間がある程度長くなる場合がある。緩加速、緩減速等のように運転状態の変化が比較的緩やかな場合にはこの遅延時間は問題となることはないが、急加速、急減速等のように運転状態の変化が急激な場合（運転者が急激なスロットル弁開度変化を要求している場合）には、できるだけ遅延時間を短くすることが好ましい。そこで、本発明では、スロットル弁目標開度の変化速度が所定値以上となった場合には、次に特定気筒の吸気弁が最大リフトに到達するタイミングまで待たずに、一定時間経過後のいずれかの気筒の吸気弁が最大リフトに到達するタイミングに合わせてスロットル弁の動作を開始させるようにしている。これにより、急加速、急減速等の場合のスロットル弁作動遅延時間が短縮されスロットル弁動作応答性が向上する。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、機関アイドル運転時に、前記スロットル弁の駆動を開始する時期が機関の特定の気筒の行程における所定のタイミングとなるように前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、機関アイドル運転時にエンジンストールが生じる可能性がある場合にアクセルペダル操作量とは無関係にスロットル弁目標開度を設定してエンジンストールを回避するストール回避手段と、前記ストール回避手段によりエンジンストール回避のためにスロットル弁目標開度が設定されたときには、前記遅延時間設定手段により設定される遅延時間にかかわらず、直ちにスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始する手段を備えた、内燃機関の制御装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項７の発明では機関アイドル運転時に燃焼悪化等によるストールが生じることを防止するためにスロットル弁が駆動（スロットル弁開度が増大）される場合には、遅延時間を設けることなく直ちにスロットル弁の駆動を開始する。アイドル運転時に燃焼悪化等により機関回転数が大幅に低下した場合には、エンジンストールを回避するためにスロットル弁開度をできるだけ早く増大させる必要がある。この場合に、スロットル弁の動作開始を遅延させていたのでは、エンジン回転数の低下が大きいとスロットル弁開度の変化が間に合わずエンジンストールが生じる可能性がある。そこで、本発明ではアイドル運転時のエンジンストール回避のためにスロットル弁開度を増大する場合には、遅延時間を設けずに直ちにスロットル弁開度を増大させるようにして、エンジンストールが生じることを防止している。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の全体構成を示す概略図である。図１において、１は内燃機関本体、２は機関１の吸気通路に設けられたサージタンク、２ａはサージタンク２と各気筒の吸気ポートを接続する吸気マニホルド、１６はサージタンク２の上流側の吸気通路に配置されたスロットル弁、７は機関１の各気筒の吸気ポートに加圧燃料を噴射する燃料噴射弁である。
【００２５】
本実施形態では、スロットル弁１６はステッパモータ等のアクチュエータ１６ａを備えており、後述するＥＣＵ１０から入力する制御信号に応じた開度をとる形式のものが使用されている。すなわち、本実施形態のスロットル弁１６としては、運転者のアクセルペダル操作量とは無関係な開度をとることができる、いわゆる電子制御スロットル弁が用いられている。また、スロットル弁１６にはスロットル弁の動作量（開度）に応じた電圧信号を発生するスロットル開度センサ１７が設けられている。
【００２６】
図１において１１は各気筒の排気ポートを共通の集合排気管１４に接続する排気マニホルド、２０は排気管１４に配置された三元触媒、１３は排気マニホルド１１の排気合流部（三元触媒２０上流側）に配置された上流側空燃比センサ、１５は三元触媒２０下流側の排気管１４に配置された下流側空燃比センサである。三元触媒２０は、流入する排気空燃比が理論空燃比近傍にあるときに排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯX の３成分を同時に浄化することができる。空燃比センサ１３、１５は機関通常運転時に機関空燃比が所定の目標空燃比になるように機関への燃料噴射量をフィードバック制御する際の排気空燃比検出に用いられる。
【００２７】
本実施形態では、吸気通路入口には機関吸入空気量に応じた電圧信号を発生するエアフローメータ３が、また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケット８には、冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する水温センサ９が設けられている。
なお、上述のスロットル弁開度センサ１７、エアフローメータ３、水温センサ９及び空燃比センサ１３、１５の出力信号は、後述するＥＣＵ１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１に入力される。
【００２８】
図１に５、６で示すのは、機関１のクランク軸（図示せず）の近傍に配置されたクランク角センサである。クランク角センサ５は例えばクランク角に換算して７２０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生し、クランク角センサ６は、クランク角３０°毎にクランク角検出用パルス信号を発生する。これらクランク角センサ５、６のパルス信号はＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２に供給され、このうちクランク角センサ６の出力はＥＣＵ１０のＣＰＵ１０３の割込み端子に供給される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ６からのクランク角パルス信号間隔に基づいて機関１の回転数（回転速度）を算出し、種々の制御に使用している。
【００２９】
また、本実施形態では機関１は可変バルブタイミング機構５０を備えている。本実施形態の可変バルブタイミング機構５０は、機関吸気弁を駆動するカム軸（図示せず）のクランク軸に対する回転位相を機関運転中に無段階に変更可能なものとされる。一般に、可変バルブタイミング機構５０としては種々の形式のものが使用されるが、本実施形態では特に使用する可変バルブタイミング機構の形式の制限はなく、バルブタイミングを無段階に変更できるものであれば公知のいずれの形式の可変バルブタイミング機構をも使用することができる。また、本実施形態では吸気弁のバルブタイミングのみを変更するようにしているが、本発明は吸排気弁の両方のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構、または排気弁のバルブタイミングのみを変更する可変バルブタイミング機構のいずれを備えた機関にも適用することができる。
【００３０】
図に５１で示すのは、機関１のカム軸近傍に配置されカム軸が基準回転位置になる毎に基準カム回転パルス信号を発生するカム回転角センサである。基準カム回転パルス信号は、ＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２に供給される。ＥＣＵ１０はカム回転角センサ５１から入力する基準カム回転パルス信号と、クランク角センサ５から入力するクランク軸の基準回転パルス信号との位相差に基づいて現在の吸気弁バルブタイミングＶＴを算出する。
【００３１】
機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０は、たとえばマイクロコンピュータとして構成され、マルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力インターフェイス１０２、ＣＰＵ１０３の他に、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５、メインスイッチがオフにされた場合でも記憶保持可能なバックアップＲＡＭ１０６、クロック発生回路１０７等が設けられている。
【００３２】
ＥＣＵ１０は、後述するように、機関吸入空気量に基づく燃料噴射量制御、点火時期制御、運転条件に応じた機関バルブタイミング制御等の機関１の基本制御を行う。また、本実施形態ではＥＣＵ１０は上記基本制御の他に、後述するスロットル弁開度予測値に基づく機関吸入空気量の予測等の制御を行う。
上記制御を行うため、ＥＣＵ１０は一定時間毎に実行するＡ／Ｄ変換ルーチンにより、エアフローメータ３からの機関吸入空気量（ＫＬ）信号、スロットル開度センサ１７からのスロットル開度（ＴＡ）信号、水温センサ９からの冷却水温度（ＴＷ）信号をＡ／Ｄ変換して入力している。
【００３３】
また、ＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２は、駆動回路１０８を介して燃料噴射弁７に接続され、燃料噴射弁７からの燃料噴射量、噴射時期を制御している他、点火回路１１０を介して機関１の各点火プラグ１１１に接続され、機関の点火時期を制御している。更に、ＥＣＵ１０の入出力インターフェイス１０２は、それぞれ駆動回路１１３と１１５を介してスロットル弁１６のアクチュエータ１６ａと可変バルブタイミング機構５０のアクチュエータ（図示せず）に接続され、スロットル弁１６開度と吸気弁バルブタイミングとを制御している。
【００３４】
次に、本実施形態の機関の燃料噴射量算出について説明する。
本実施形態においては、燃料噴射量（各燃料噴射弁の噴射時間）ＴＡＵは、各気筒の吸入空気量と機関回転数とに基づいて以下の式から算出される。
ＴＡＵ＝（ＫＬ／ＮＥ）×ＫＩＮＪ×α×ＦＡＦ ……（１）
ここで、ＫＬは、機関吸入空気量（流量）、ＮＥは機関回転数を表す。後述するように本実施形態では、ＫＬは気筒の吸気弁閉弁時における機関吸入空気量の予測値が使用される。また、ＫＩＮＪは機関空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）にするための燃料量を算出するための換算定数である。すなわち、（ＫＬ／ＮＥ）×ＫＩＮＪは、機関吸入空気量ＫＬ、回転数ＮＥのときに各気筒内の燃焼空燃比を目標空燃比にするのに必要とされる基本燃料噴射量を表している。また、αは機関の暖機状態や他の運転状態から決定される補正係数、ＦＡＦは空燃比補正係数である。空燃比補正係数ＦＡＦは、排気通路に配置された空燃比センサ１３、１５出力に基づいて、機関排気空燃比（すなわち機関の燃焼空燃比）が目標空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック制御するための補正係数である。本実施形態の空燃比フィードバック制御の形式としては、空燃比を目標空燃比に制御できるものであれば、公知のいずれの空燃比フィードバック制御をも使用可能であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３５】
上記（１）式から判るように、本実施形態において機関の燃料噴射量ＴＡＵは、機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて先ず基本燃料噴射量（ＫＬ／ＮＥ）×ＫＩＮＪを算出し、この基本燃料噴射量を暖機運転等の機関の運転状態（α）と、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとに基づいて補正することにより求められる。
【００３６】
次に、本実施形態の機関吸入空気量ＫＬの算出方法について説明する。通常の機関では、機関が定常状態で運転されている場合（すなわち、機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＴＡが一定に維持されている場合）には、機関吸入空気量はスロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとの関数となり、スロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとが定まれば一義的に決定される。
【００３７】
本実施形態では、予め実際の機関を用いて機関定常運転時に、機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＴＡとの各組合せ条件での機関吸入空気量ＫＬを計測し、この吸入空気量ＫＬの値をＴＡとＮＥとを用いたマップの形でＥＣＵ１０のＲＯＭ１０４に格納してある。機関運転中、ＥＣＵ１０はスロットル開度センサ１７で検出したスロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとを用いて、このマップから機関定常運転における機関吸入空気量を算出する。なお、このＴＡとＮＥとのマップとして与えられる吸入空気量は標準状態における定常運転時の値であり、実際にエアフローメータセンサ３で検出された吸入空気量とは異なる場合がある。そこで、以下の説明では、吸入空気量の実測値（エアフローメータ３で検出した値）をＫＬＳＭ、上記マップにＴＡとＮＥとの関数として格納された吸入空気量の値をＫＬＴＡ、と呼び両者を区別することにする。
【００３８】
ところで、前述したように、実際に気筒内に吸入された空気量が確定するのは気筒の吸気弁が閉弁した時点である。また、実際の運転においても各気筒の吸気弁閉弁時における吸入空気量（流量）が最も正確に気筒内に吸入された空気量に対応している。ところが、気筒内に燃料を供給するためには燃料噴射弁７から吸気弁開弁中に燃料噴射を行う必要があり、吸気弁が閉弁する前に吸入空気量ＫＬを算出する必要が生じる。このため、本実施形態では燃料噴射タイミング（吸気弁開弁中）におけるＫＬＴＡとＫＬＳＭの値とを用いて吸気弁閉弁時の吸入空気量を予測し（以下この吸気弁閉弁時の吸入空気量予測値をＫＬＦＷＤと呼ぶ）、この予測値ＫＬＦＷＤに基づいて燃料噴射量ＴＡＵ算出等の操作を行う。
【００３９】
以下、ＫＬＦＷＤの算出について説明する。
ＴＡとＮＥとを用いてマップから読みだされる、定常運転における吸入空気量ＫＬＴＡの値は、スロットル弁開度ＴＡまたは機関回転数ＮＥが変化すれば直ちに変化するが、実際の吸入空気量ＫＬはＴＡ、ＮＥが変化しても直ちに変化後の値ＫＬＴＡにはならず、ある遅れ時間を持って変化する。
図２は、ＴＡ、ＮＥ等の変化により吸入空気量のマップ値ＫＬＴＡがステップ状に変化した場合の実際の吸入空気量ＫＬの変化を説明する図である。図２に示すように、ＫＬＴＡがステップ状に変化すると、ＫＬは比較的緩やかに変化して、ある時間経過後に変化後のＫＬＴＡに到達する。このＫＬの挙動はＫＬＴＡの変化に対して一次遅れ応答系で近似することができる。このため、現在の吸入空気量は過去の吸入空気量と現在のＫＬＴＡとの値から一時遅れ応答モデルを用いて計算することができる。すなわち、現在の吸入空気量（計算値）をＫＬＣＲＴとすると、ＫＬＣＲＴは以下の一時遅れ応答式を用いて表すことができる。
【００４０】
【００４１】
また、Ｎは重み付け係数であり、一次遅れ応答の時定数Ｔと上記Δｔとを用いて、Ｎ＝Ｔ／Δｔとして表される。時定数Ｔはスロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥとにより定まる値であり、実際の機関を用いて予め実験によりＴＡとＮＥとの関数として求めることができる。
本実施形態では、機関始動時にＫＬＣＲＴ＝ＫＬＴＡの初期値を用いて上記の（２）式の計算を開始し、以後機関運転中時間Δｔ毎に上記（２）式の計算を繰り返すことにより、機関始動時からの逐次計算の結果として現在の吸入空気量ＫＬＣＲＴが算出される。なお、（２）式から明らかなように、機関定常運転（すなわちＫＬＴＡが一定の状態での運転）がある程度継続するとＫＬＣＲＴの値はＫＬＴＡに一致するようになる。
【００４２】
ところで、上記により算出されるＫＬＣＲＴは現在の吸入空気量の値であるが、前述のように、実際に気筒に吸入される空気量を最も良く反映しているのは各気筒の吸気弁閉弁時の吸入空気量の値であるため、正確に吸入空気量ＫＬを算出するためには吸気弁閉弁時の吸入空気量を用いて計算を行うことが好ましい。一方、吸入空気量の応答を図２に示したように一次遅れ応答系で近似して現在の吸入空気量ＫＬＣＲＴを算出したのであるから、仮にＫＬＴＡが変化後一定に維持されるとすれば同じ一次遅れ応答モデルを用いてさらに（２）式の逐次計算を繰り返すことにより、現在（ＫＬＣＲＴ算出時点）より先の時点の吸入空気量を予測することが可能である。すなわち、ＫＬＣＲＴを算出後、同じＫＬＴＡの値を用いて（２）式の計算を１回実施すれば、現在からΔｔ経過後の吸入空気量が計算され、（２）式の計算を２回繰り返せば２×Δｔ経過後の吸入空気量が計算される。つまり、現在（ＫＬＣＲＴ算出時点）から次にいずれかの気筒の吸気弁が閉弁するまでの時間をＬとすると、算出したＫＬＣＲＴの値を初期値として、現在のＫＬＴＡを用いて（２）式の計算をＬ／Δｔ回繰り返すことにより次にいずれかの気筒が閉弁するときの吸入空気量を計算することができる。ここで、次にいずれかの気筒の吸気弁が閉弁するときの吸入空気量の計算値をＫＬＶＬＶと呼ぶと（図４参照）、
【００４３】
ところで、上記逐次計算に使用したＫＬＴＡの値は現在のＴＡとＮＥとに基づくマップ値であるが、ＮＥの値は短時間で大きく変化することはないため現在の回転数を用いて計算を行っても予測精度はそれほど低下しない。しかしＴＡの値は過渡運転時（急加速時、急減速時）などには短時間で大きく変化する場合がある。このため、ＫＬＶＬＶの予測精度を高めるためには、現在の吸入空気量ＫＬＣＲＴから上記逐次計算によりＫＬＶＬＶを算出する場合には現在の値ＴＡではなく吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡの値に基づいてＫＬＴＡを求める必要がある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、前述した特開平１０−１６９４６９で提案された位相進み逆演算法により、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡを正確に予測するようにしている。
本実施形態では、独立したアクチュエータ１６ａを備え、アクセルペダルとは機械的に連結されていない電子制御スロットル弁が用いられている。ＥＣＵ１０は、一定のタイミングで、アクセルペダル近傍に配置されたアクセル開度センサ（図示せず）からアクセルペダルの踏込み量を読み込み、アクセルペダル踏込み量に応じてスロットル弁目標開度を決定するとともに、アクチュエータ１６ａを駆動してスロットル弁１６開度を目標開度に制御する操作を行っている。本実施形態では、現在のアクセル開度に基づいてスロットル弁の目標開度ＴＡＧを設定後、ある遅れ時間Ｄだけ算出した目標開度の出力を遅延させ、遅れ時間ＴＡＧ経過後にアクチュエータ１６ａに目標開度ＴＡＧを出力する。すなわち、アクセルペダルの操作に対する実際のスロットル弁の動きを時間Ｄだけ遅らせるようにしている。
【００４５】
以下、時間Ｄだけスロットル弁の作動を遅延させる理由について説明する。
図３(A) は、スロットル弁目標開度ＴＡＧと実際のスロットル弁の開度変化との関係を示す図である。スロットル弁目標開度ＴＡＧは、運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）が急激に変化した場合にも、それに追従してアクセル開度変化と略同時に変化する。しかし、実際のスロットル弁開度はアクチュエータ１６ａの作動遅れや制御遅れなどにより、目標開度ＴＡＧに対して一定の特性の遅れを持って変化する。すなわち、図３(A) 実線に示すように目標開度ＴＡＧが急激に変化した場合にも、実際のスロットル弁開度ＴＡは点線に示すようにＴＡＧの変化に対してほぼ一次遅れで近似できる変化をする。スロットル弁の作動特性は既知であるため、例えば、図３(A) のように時点ｔ0 で目標開度がステップ状に変化したときには現在から時間Ｌ経過後の実際のスロットル弁開度一次遅れ近似により正確に予測できる。しかし、目標開度ＴＡＧの変化は実際にはステップ状ではなく、時点ｔ0 の後も目標開度ＴＡＧは変化する。このため、時点ｔ0 における目標開度ＴＡＧに基づいて時間Ｌ経過後のスロットル弁開度を予測したのでは、時間Ｌ経過までの目標開度ＴＡＧの変化が予測に反映されず、特に目標開度ＴＡが急激に変化するような場合にはスロットル弁開度の予測精度が大幅に低下する問題が生じる。
【００４６】
そこで、本実施形態ではスロットル弁の作動を故意に時間Ｄだけ遅らせることにより、スロットル弁開度の予測精度を向上させている。図３(B) は図３(A) に対して、スロットル弁の作動を時間Ｄだけ遅らせた場合を示す図である。今アクセル開度ＡＣが時点ｔi で変化を開始したとすると、アクセル開度ＡＣの変化に対応した目標開度ＴＡＧがスロットル弁のアクチュエータに入力され、スロットル弁が作動を開始するのは時点ｔi から時間Ｄが経過した時点（図３(B) ｔ0 ）になる。この時点ｔ0 では、時点ｔi 以後時点ｔ0 までの目標開度ＴＡＧはすでに設定されており既知となっている。このことは、すなわち、時点ｔ0 を基準にして考えると、時点ｔ0 から時間Ｄだけ将来まで（図３(B) 、時点ｔ1 まで）の目標開度ＴＡＧの変化が時点ｔ0 で判明していることになる。このため、時点ｔ0 から時点ｔ1 までの間のスロットル弁開度は、スロットル弁の作動特性と目標開度ＴＡＧの変化に基づいて正確に予測可能となる。このため、ある気筒の閉弁時期が時点ｔ0 から時間Ｄ内にある場合（すなわち、図３(B) の時点ｔ1 より前の場合）には気筒閉弁時期におけるスロットル弁開度は略完全な精度で予測することができる。また、気筒の閉弁時期が時点ｔ1 より後になる場合には、時点ｔ1 を出発点として前述のＫＬＣＲＴで用いたのと同様の繰り返し計算を行うことにより、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度を極めて高精度に予測することが可能となる。
【００４７】
なお、遅れ時間は運転者がスロットル弁の作動遅れを体感しないような短い時間（例えば５０〜１００ミリ秒程度）に設定されるため、スロットル弁の作動を遅延させることにより運転上の問題は生じない。
本実施形態では、上記により次の気筒の吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡを正確に予測し、この予測値と現在の回転数とからマップを用いて算出したＫＬＴＡを使用して前述の（３）式の計算を行うことにより、吸気弁閉弁時の吸入空気量ＫＬＶＬＶを予測している。
【００４８】
図４は、上記各吸入空気量の相互の関係を説明する図である。図４から判るように、本実施形態では吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡＶＬＶと現在の機関回転数ＮＥ、および現在の吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴに基づいて、吸気弁閉弁時の吸入空気量計算値ＫＬＶＬＶを求めている。
ところで、前述のようにＫＬＶＬＶの値は機関始動時から逐次計算される現在の吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴに基づいているため、ＫＬＶＬＶの値はＫＬＣＲＴの逐次計算に伴う定常的な誤差を含んでいる可能性がある。
【００４９】
このため、本実施形態ではエアフローメータ３で計測した実際の吸入空気量を用いてＫＬＶＬＶの値が含む定常的な偏差を補正して吸入空気量の予測精度を高めている。
図５は、上記定常的偏差の補正原理を示す図である。図５において、横軸は時間を、縦軸は吸入空気量をそれぞれ表している。また、カーブＡは吸入空気量算値ＫＬＣＲＴの変化を、カーブＢは実際にエアフローメータ３で測定した吸入空気量実測値ＫＬＳＭの時間的変化の例を示している。エアフローメータ３出力は、実際の吸入空気量の微細な変動成分を除去するために、実際の吸入空気量変化に対して図２で示したのと同様な一次応答遅れの変化をするように平滑化処理をしている。このため、吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴと実測値（エアフローメータ出力）との間には前述の定常的偏差分だけでなく上記の応答遅れ分も含めた差が生じている。
【００５０】
また、図５においてカーブＣは、カーブＡに対してエアフローメータ出力応答遅れに相当する一次遅れ応答のカーブを示す（以下、このエアフローメータ出力応答遅れに相当する吸入空気量計算値をＫＬＣＲＴ４と呼ぶ）。すなわち、カーブＡとカーブＣ（ＫＬＣＲＴ４）との差（図４、ΔＤ）はセンサ応答遅れを表している。従って、仮に吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴが定常的な偏差を全く含んでいないとすれば、エアフローメータ３の出力は図５カーブＣ（ＫＬＣＲＴ４）に示したように変化することになるため、カーブＣとカーブＢ（実際のエアフローメータ３出力ＫＬＳＭ）との差（図５、ΔＫＬＤ）は吸入空気量計算値ＫＬＣＲＴが含む定常的偏差を表すことになる。
【００５１】
また、図５カーブＣ（ＫＬＣＲＴ４）はカーブＡ（ＫＬＣＲＴ）に対して一次遅れの特性を示すため、前述の（２）式と同様な繰り返し計算で算出することができる。
ＫＬＣＲＴが含む定常的偏差ΔＫＬＤは、ΔＫＬＤ＝ＫＬＣＲＴ４−ＫＬＳＭとして表される（図５）。この定常的偏差ΔＰＤは略一定な値となるため、偏差を修正したＫＬＶＬＶの値、すなわち吸入空気量の算出に用いるべき吸気弁閉弁時の吸入空気量予測値ＫＬＦＷＤは、
ＫＬＦＷＤ＝ＫＬＶＬＶ−ΔＫＬＤ＝ＫＬＶＬＶ−ＫＬＣＲＴ４＋ＫＬＳＭ
…（４）として表される。
【００５２】
本実施形態では、上記により算出したＫＬＦＷＤの値を用いて燃料噴射量を算出している。
ところで、ＫＬＦＷＤ算出のために使用したＫＬＴＡの値は、可変バルブタイミング機関ではＴＡとＮＥのみならず、機関バルブタイミングによっても変化する。また、通常機関バルブタイミングＶＴは実際にエアフローメータ３で計測した吸入空気量ＫＬＳＭと機関回転数ＮＥとに基づいて決定される。このため、ＴＡとＮＥとが同じでもＶＴが変化するとＫＬＴＡの値は異なってくる。一方、前述したようにバルブタイミングＶＴは機関回転数ＮＥと実際の吸入空気量ＫＬＳＭとに基づいて決定されるため、実際の吸入空気量が変化するとＶＴも変化する。このため、ＶＴの変化が無視できる程小さい場合を除くと上記により算出した予測値ＫＬＦＷＤと実際の吸気弁閉弁時の吸入空気量との間に差が生じてしまい、ＫＬＦＷＤの予測精度が低下する問題がある。
【００５３】
そこで、以下に説明する第１の実施形態では、機関バルブタイミングＶＴを決定する際に、ＶＴの値に応じて変化してしまう機関吸入空気量を用いることなくスロットル弁開度ＴＡに基づいてバルブタイミングＶＴを設定するようにしている。
（１）第１の実施形態
本実施形態では、前述した方法で次に吸気弁が閉弁する気筒の吸気弁閉弁時における実際のスロットル弁開度を予測するとともに、この予測スロットル弁開度と可変バルブタイミング装置５０の作動特性とに基づいて吸気弁閉弁時における実際の機関バルブタイミングを予測する。そして、吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度予測値とバルブタイミング予測値と現在の機関回転数とを用いて気筒吸気弁閉弁時における機関吸入空気量ＫＬＦＷＤを予測する。
【００５４】
以下、このＫＬＦＷＤの予測手順について説明する。
図６は、吸気弁閉弁時の吸入空気量予測手順を説明するフローチャートである。図６の操作はＥＣＵ１０により気筒の燃料噴射量算出タイミング毎に行われる。
▲１▼ 操作が開始されると、ＥＣＵ１０は、ステップ６０１でまず現在の機関回転数とクランク回転角とに基づいて、次に吸気弁が閉弁する気筒の吸気弁閉弁時期までの現在からの時間ＴV （ミリ秒）を算出する。
【００５５】
▲２▼ 次いで、ステップ６０３ではスロットル弁開度センサ１７で検出した現在のスロットル弁開度ＴＡ0 と現在から時間Ｄだけ前の時点から現在までの間のスロットル弁開度目標値ＴＡＧとに基づいて、現在から時間Ｄが経過するまでの各時点における実際のスロットル弁開度予測値を算出する。スロットル弁の動作特性は一次応答遅れで近似することができるため、スロットル弁開度目標値ＴＡＧの変化に対する実際のスロットル弁開度ＴＡの変化は、前述の（２）式と同様に、以下の式で表される。
【００５６】
ＴＡi ＝ＴＡ0 ＋（ＴＡＧi −ＴＡ0 ）×（１／ＮＴ）
ＴＡi+1 ＝ＴＡi ＋（ＴＡＧi+1 −ＴＡi ）×（１／ＮＴ）
………………（Ｄ／Δｔ回繰り返し）…………
ＴＡD ＝ＴＡD-1 ＋（ＴＡＧD −ＴＡD-1 ）×（１／ＮＴ） ……（５）
ここで添字ｉ，ｉ＋１，……，Ｄ−１，Ｄは、現在から時間Ｄ経過後までの間隔Δｔ毎の時点におけるそれぞれの値を表す。また、ＮＴはスロットル弁１６の動作特性により定まる重み付係数であり、実験等により決定される。
【００５７】
本実施形態では、ＥＣＵ１０は別途実行する操作により、一定時間毎（Δｔ毎）にアクセル開度ＡＣを読み込み、ＡＣの値に応じて予め定めた関係に基づいてスロットル弁の目標開度ＴＡＧを設定する操作を行うとともに、設定後時間Ｄの間この目標開度を保持した後スロットル弁のアクチュエータ１６ａに出力する遅延動作を行っている。このため、現時点では、現時点から時間Ｄ経過するまでの各時点においてスロットル弁アクチュエータに入力される目標開度ＡＴＧi はすべて今までに決定されており既知となっている。このため、上記（５）式において、ＴＡＧi ，ＴＡＧi+ 1，……ＴＡＧD-1 ，ＴＡＧD の各値はこれらの既知の値を使用して計算することができる。これにより、現在から時間Ｄ経過後までの各時点におけるスロットル弁開度ＴＡi が正確に算出される。
【００５８】
▲３▼ ステップ６０５では、次にステップ６０１で算出した気筒閉弁時までの時間ＴV が現在から時間Ｄまでの間にあるか否かを判断し、時間Ｄまでの間にある場合、すなわちＤ≧ＴV の場合には、ステップ６０３で算出した各時点のスロットル弁開度ＴＡi のうち、現在から時間ＴV 経過時点に相当する時点のスロットル弁開度ＴＡi を気筒閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV として設定する。
【００５９】
一方、Ｄ＜ＴV であった場合には、上記（５）式を更に吸気弁閉弁時（ＴV 経過時）まで繰り返すことにより吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡV を予測する。この場合、時間Ｄ経過後のスロットル弁開度目標値ＴＡＧは現時点では既知となっていないため、期間Ｄ経過後のスロットル弁開度目標値としては、下記の線形外挿による予測値を使用する。
【００６０】
ＴＡＧD+1 ＝ＴＡＧD ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ）
ＴＡＧD+2 ＝ＴＡＧD+1 ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ）
ＴＡＧD+3 ＝ＴＡＧD+2 ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ）
………………………………………………………………
………………………………………………………………
ＴＡＧV ＝ＴＡＧV-1 ＋（ＴＡＧD −ＴＡＧD-1 ） ……（６）
吸気弁閉弁時期までの時間ＴV が、時間Ｄより長い場合には、時間Ｄ経過後からＴV 経過までの期間は、上記により予測したスロットル弁開度目標値ＴＡＧi を用いて上記（５）式の計算を時間Ｄ経過時から時間ＴV まで繰り返すことにより、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV が算出される。
【００６１】
▲４▼ ステップ６０７では、ステップ６０５で算出した吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度予測値ＴＡV と現在の機関回転数ＮＥとに基づいて機関バルブタイミングＶＴの吸気弁閉弁時における目標値ＶＴＧが予測される。
従来、機関バルブタイミングの目標値ＶＴＧは、機関１回転当たりの吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定されていた。しかし、吸入空気量はバルブタイミングＶＴによっても変化するため、従来のバルブタイミング設定方法では吸入空気量が定まらなければバルブタイミングＶＴが定まらないことになり、本実施形態のように吸気弁閉弁時の吸入空気量予測時にバルブタイミングの影響を考慮するために使用することはできない。そこで、本実施形態では、吸入空気量の代りにスロットル弁開度ＴＡを用いて、バルブタイミングＶＴの目標値を設定するようにしている。すなわち、本実施形態では、予め機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＴＡとの組合せを変えたときの最適バルブタイミングＶＴを実験により求めておく、そして、この最適バルブタイミングＶＴの値を、ＮＥとＴＡとを用いた二次元数値マップの形でＥＣＵ１０のＲＯＭ１０４に格納しておき、機関運転中に実際のＮＥとＴＡとの値に基づいてこの数値マップからバルブタイミング目標値ＶＴＧを設定するようにしている。
【００６２】
本実施形態では、上記バルブタイミング目標値ＶＴＧの数値マップを用いて吸気弁閉弁時の実際のバルブタイミングＶＴを予測する。
すなわち、現在から吸気弁閉弁時までの機関回転数ＮＥの変化が無視できる程度であるとすれば、吸気弁閉弁時の目標バルブタイミングＶＴＧV は、現在の機関回転数ＮＥと吸気弁閉弁時のスロットル弁開度ＴＡV 予測値とを用いて上記マップから求めることができる。しかし、実際には可変バルブタイミング機構５０は作動遅れがあるため、実際のバルブタイミングＶＴの変化は目標バルブタイミングＶＴＧの変化に対して遅れを生じる。また、実際の可変バルブタイミング機構の作動遅れ特性は、一次遅れ応答で近似できる。
【００６３】
そこで、本実施形態では吸気弁閉弁時における実際のバルブタイミングＶＴを前述の（２）式と同様な繰り返し計算により算出している。
ＶＴi ＝ＶＴ0 ＋（ＶＴＧV −ＶＴ0 ）×（１／ＮＶ）
ＶＴi+1 ＝ＶＴi ＋（ＶＴＧV −ＶＴi ）×（１／ＮＶ）
………………（ＴV ／Δｔ回繰り返し）…………
ＶＴV ＝ＶＴV-1 ＋（ＶＴＧV −ＶＴV-1 ）×（１／ＮＶ） ……（７）
ここで、ＶＴV は吸気弁閉弁時におけるバルブタイミングＶＴの予測値、ＶＴＧV は、ステップ６０５で算出した吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV と現在の機関回転数ＮＥとに基づいてバルブタイミング目標値マップから決定されるバルブタイミング目標値（すなわち吸気弁閉弁時におけるバルブタイミング目標値の予測値）である。また、ＮＶは可変バルブタイミング機構の動作特性から定まる重み付係数であり、詳細には実験により決定される。これにより、（７）式の繰り返し計算を行うことにより、現時点において、時間ＴV 後である吸気弁閉弁時のバルブタイミングの値を正確に予測することが可能となる。
【００６４】
なお、本実施形態では機関のバルブタイミング目標値ＶＴＧは、機関回転数ＮＥとスロットル弁開度ＶＡとのみによって決定されることになる。ところが、実際には、スロットル弁開度ＴＡ、機関回転数ＮＥとバルブタイミングＶＴが同一の状態であっても、大気圧（高度）が異なると機関に吸入される空気量は異なってくる。このため、スロットル弁開度ＴＡと機関回転数ＮＥが同一の値であれば、機関吸入空気量も同一になるようにするためには大気圧（高度）に応じてバルブタイミングＶＴを補正する必要がある。本実施形態では、実際には予め大気圧を変えたた状態で前述のＮＥとＴＡに基づくバルブタイミング目標値ＶＴＧのマップを作成してあり、機関運転中計算により、または実測により求めた大気圧に基づいて現在の大気圧に応じたバルブタイミング目標値ＶＴＧのマップを使用するようにしている。これにより、大気圧が変化した場合でも機関吸入空気量の算出が正確に行われるようになる。
【００６５】
▲５▼ 次に、図６、ステップ６０９では吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV と現在の機関回転数ＮＥとを用いて吸気弁閉弁時の吸入空気量ＫＬＦＷＤが算出される。ＫＬＦＷＤは、前述した（２）式から（４）式において、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値ＴＡV を用いて計算を行うことにより求められる。
【００６６】
これにより、各気筒の燃料噴射量算出時に正確に吸気弁閉弁時の機関吸入空気量を予測することが可能となり、機関運転状態に応じた燃料噴射量を設定することが可能となる。
▲６▼ 図６、ステップ６１１は機関点火時期の算出を示す。機関の最適点火時期は機関回転数ＮＥと吸入空気量（負荷）ＫＬ、バルブタイミングＶＴに応じて変化する。従来可変バルブタイミング機関では吸気弁閉弁時の吸入空気量とバルブタイミングとの正確な値を予測することが困難であったため、過渡運転時には点火時期の設定が最適値からずれる場合があり、燃焼悪化が生じる場合があった。これに対して、本実施形態では吸気弁閉弁時のバルブタイミングＶＴV と吸入空気量ＫＬＦＷＤとはステップ６０７、６０９で正確に予測することができる。そこで、本実施形態では上記により予測した吸入空気量ＫＬＦＷＤとバルブタイミングＶＴV 及び現在の機関回転数ＮＥを用いて実際の運転状態に正確に対応した点火時期を設定するようにしている。これにより、過渡運転時においても点火時期は最適値からずれることがなく、過渡時の燃焼悪化等が生じることが防止されるようになる。
【００６７】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
上記実施形態では、位相進み逆演算により吸気弁閉弁時のスロットル弁開度予測値を正確に計算するためにスロットル弁の作動を時間Ｄだけ遅らせている。通常、遅れ時間Ｄは機関の常用回転数領域において、燃料噴射量算出時点から時間Ｄが経過するまでに気筒の吸気弁が閉弁するような一定時間に設定してスロットル弁開度の予測精度を向上させている。しかし、遅れ時間を一定時間に設定しているとスロットル弁目標開度が変化したときに、変化に応じてスロットル弁が動作を開始するクランク回転位置が異なってくる。スロットル弁が動作を開始するクランク角、すなわち吸入空気量の変化が開始するクランク回転位置（回転角）がことなると、変化開始時の各気筒の行程サイクル上の位置も異なってくるため、実際に機関に吸入される空気量に現れるスロットル弁開度変化の影響も僅かながら異なってくる場合がある。特に、定常運転から過渡運転に移行する際にスロットル弁目標開度が大きく変化したような場合には、吸入空気量変化が気筒行程サイクルの異なる位置で開始されると吸入空気量の実測値にばらつきを生じる場合がある。また、機関アイドル運転時等のように回転数が低い場合には特に影響が大きくなる。そこで、以下に説明する各実施形態では、定常運転から過渡運転への移行時等のように、スロットル弁目標開度が変化する場合にはスロットル弁の動作開始が特定の気筒の特定のタイミングになるようにして吸入空気量の予測精度を向上させている。
【００６８】
以下の実施形態における、スロットル弁駆動開始タイミングの変更について説明する。例えば、アイドル運転時や定常運転時等のスロットル弁の目標開度変化が少ない状態では、ＥＣＵ１０は第１の実施形態と同様にアクセルペダル操作量に基づいて算出したスロットル弁目標開度を、一定の遅れ時間Ｄだけ保持し、遅れ時間Ｄ経過後にスロットル弁のアクチュエータに出力する。
【００６９】
しかし、定常運転から過渡運転への移行時等のようにスロットル弁目標開度変化が急に大きくなった場合には、ＥＣＵ１０は算出した目標開度の保持時間を変更し、次に特定の気筒（例えば第１気筒）の行程サイクル上の特定のタイミングになった時にスロットル弁が開弁動作を開始するように遅れ時間を変更する。
すなわち、ＥＣＵ１０は今回算出したスロットル弁目標開度が前回算出した値に較べて所定量以上変化している場合には、次に今回がスロットル弁目標開度の変化の開始時点か否か、すなわち前回までは目標開度の変化が少ない定常運転であったか否かを判定する。今回が目標開度の開始点、すなわち過渡運転の開始点であった場合には、ＥＣＵ１０は次に特定気筒の行程サイクルが特定のタイミングになるまでの時間ＴR を機関回転数とクランク角とに基づいて算出し、今回算出した目標開度を保持する時間（遅れ時間）をＴR に変更する。これにより、変化直後の目標開度は特定気筒の行程サイクルが特定のタイミングになったときにスロットル弁のアクチュエータに出力され、特定のタイミングからスロットル弁が開弁動作を開始するようになる。なお、特定気筒の特定タイミングにスロットル弁の動作を開始するように遅れ時間を変更するのは目標回転数が変化した直後の１回のみであり、その後は遅れ時間は一定値Ｄに設定される。
【００７０】
以下、スロットル弁の動作を開始する特定気筒の行程サイクル上の特定のタイミングの選定についての実施形態について説明する。
（２）第２の実施形態
本発明の第２の実施形態では、目標スロットル弁開度変化時にスロットル弁の動作を開始するタイミングは、特定気筒（例えば第１気筒）の吸気弁が開弁して最大リフトに到達したときに、スロットル弁開度変化時にスロットル弁を通過した吸気が特定気筒に到達するように、吸気系の応答遅れを考慮して設定される。
【００７１】
一般に複数気筒の機関では２つまたはそれ以上の気筒の吸気弁開弁期間がオーバラップしている期間がある。このような期間では吸気が２つ以上の気筒に吸入されるために、エアフローメータで計測した吸入空気量は一時的に増大する場合がある。このため、この期間では必ずしも気筒内に充填される空気量とエアフローメータで計測した吸入空気量とが対応しない状態が生じる。このため、過渡運転時に複数気筒の吸気弁開弁期間がオーバラップしている時期に前述した吸気量の予測を行うと予測精度が低下する場合がある。
【００７２】
一方、複数気筒機関においては各気筒の吸気弁最大リフト時には他の気筒の吸気弁は全閉に近い状態にある。このため、この時期にスロットル弁開度変化開始時の吸気が気筒に到達するようにすれば、他気筒の吸気との干渉が回避できエアフローメータで計測した吸入空気量と実際に気筒に充填される空気量とが正確に対応するようになる。このため、本実施形態では、吸気系統の応答遅れ（すなわち、スロットル弁を通過した吸気が特定気筒に到達するまでの時間）を考慮して、スロットル弁作動開始時にスロットル弁を通過した吸気が、特定気筒の吸気弁が最大リフトになったときにこの特定気筒に到達するようにスロットル弁作動開始タイミングが設定される。
【００７３】
すなわち、ＥＣＵ１０は、アクセルペダル操作量に基づいてスロットル弁目標開度を算出すると、次に算出した目標開度に基づいて加速等の過渡運転が開始されたか否かを判定する。例えば今回算出した目標開度が前回算出した目標開度から所定量以上変化しているような場合には過渡運転が開始されたと判断することができる。過渡運転が開始されたと判断された場合には、次にＥＣＵ１０は今回が過渡運転開始後最初のスロットル弁目標開度か否かを判定する。例えば、前回まで目標開度に変化がなく、今回急に目標開度が所定値以上変化しているような場合には、今回の目標開度算出は過渡運転開始後最初のものと判断することができる。
【００７４】
今回の目標開度算出が過渡運転開始後最初のものであった場合には、次にＥＣＵ１０は機関回転数と現在のクランク角とに基づいて、特定気筒の吸気弁が最大リフト位置付近になるまでの時間ＴR を算出する。そして、現在の機関吸入空気量（吸気流速）から定まる吸気系統の応答遅れ時間ｔd を算出し、今回算出した目標開度の値の保持時間を（ＴR −ｔd ）に設定する。これにより、現在から（ＴR −ｔd ）が経過すると、目標開度がスロットル弁アクチュエータに出力され、スロットル弁が動作を開始する。またこのときにスロットル弁を通過した、すなわち流量変化の開始時点に相当する吸気はスロットル弁通過後、時間ｔd 経過後に吸気弁が最大リフト位置近傍にある特定気筒に到達するようになる。このため、スロットル弁を通過する吸気のほぼ全量が特定気筒に充填されるようになり、エアフローメータ３で計測した機関吸入空気量は特定気筒に充填される空気量にほぼ対応した値となる。これにより、過渡運転開始時から正確な吸入空気量の予測を行うことが可能となる。
【００７５】
なお、この場合も遅延時間を特定気筒の特定タイミングに合わせて変更するのは、過渡運転開始直後の１回のみとし、次回からは遅延時間は再び一定値Ｄに設定される。
（３）第３の実施形態
本実施形態では、第２の実施形態と同様、アイドル運転時等の定常運転から過渡運転に移行する際には、スロットル弁動作開始タイミングを動作開始時にスロットル弁を通過した吸気が特定気筒の吸気弁が最大リフトになったときに到達する制御を行う。しかし、本実施形態ではスロットル弁開度の変化が急激な場合には特定気筒の吸気弁最大リフトのタイミングを待つことなく、一定時間経過後最初に吸気弁が最大リフトに到達する気筒の吸気弁が最大リフトになるタイミングに合わせてスロットル弁の動作を開始するようにしている。
【００７６】
すなわち、本実施形態ではアイドル運転からの通常の加速等の場合にはスロットル弁動作開始タイミングを特定気筒の特定のタイミングに合わせて行う。この場合には、スロットル弁目標開度の変化からスロットル弁が動作を開始するまでの遅れ時間はスロットル弁目標開度が変化した時点のクランク位相により長短が生じる。通常の緩加速時などにはこの遅れ時間は運転に影響を生じないが、例えば急加速等の場合には、スロットル弁の動作遅れが長くなることは好ましくなょ。そこで、本実施形態では急加速等でスロットル弁目標開度が大きく変化した場合には、特定の気筒の吸気弁が最大リフト位置に来るのを待つことなく、一定時間経過後に最初に吸気弁が最大リフト位置になる気筒の吸気弁最大リフトタイミングに合わせてスロットル弁動作を開始するようにしている。これにより、急激な運転状態の変化の場合にはスロットル弁動作が短時間で行われるようになり、加速等に対する応答性が良好になる。
【００７７】
運転状態の変化が急激か否かは、目標開度の変化量に基づいて判断する。すなわち、ＥＣＵ１０は、アクセルペダル操作量に基づいてスロットル弁目標開度を算出すると、次に算出した目標開度が前回から所定量以上変化したか否かを判断する。そして、目標開度が上記所定量以上変化している場合には、次に今回が過渡運転開始後最初のスロットル弁目標開度か否かを判定する。ここまでの操作は、上述の第２の実施形態と同一である。しかし、本実施形態では目標開度が所定量以上変化しており、今回の目標開度算出が過渡運転開始後最初のものである場合には、次に今回算出したスロットル弁目標開度の前回からの変化量が上記所定値より大きい第２の所定値以上か否かを判定する。スロットル弁目標開度の変化が第２の所定値より小さい場合には、スロットル弁の開度変化は比較的緩やかであるため、第２の実施形態と同様にスロットル弁動作開始時に通過した吸気が特定気筒の吸気弁最大リフト時に到達するように吸気系の応答遅れを考慮して遅れ時間（ＴR −ｔd ）を設定する。
【００７８】
一方、スロットル弁目標開度の変化量が第２の所定値より大きい場合には、運転状態の変化が大きくスロットル弁を素早く動作させることが必要となる。そこで、この場合にはＥＣＵ１０は、機関回転数と現在のクランク角とに基づいて、一定時間（通常の遅れ時間Ｄ程度の時間）経過後に最初に吸気弁が最大リフト位置になる気筒を判定し、この気筒の吸気弁が最大リフト位置付近になるまでの時間を算出し、この時間をＴR に設定する。そして、現在の機関吸入空気量（吸気流速）から定まる吸気系統の応答遅れ時間Ｔd を算出し、今回算出した目標開度の値の保持時間を（ＴR −ｔd ）に設定する。これにより、現在から（ＴR −ｔd ）が経過すると、目標開度がスロットル弁アクチュエータに出力され、スロットル弁が動作を開始する。またこのときにスロットル弁を通過した、すなわち流量変化の開始時点に相当する吸気は、一定時間経過後に最初に吸気弁が最大リフト位置になる気筒に、吸気弁が最大リフト位置近傍になったときに到達するようになる。このため、スロットル弁を通過する吸気のほぼ全量が特定気筒に充填されるようになり、エアフローメータ３で計測した機関吸入空気量はこの気筒に充填される空気量にほぼ対応した値となり、運転状態の急激な変化に対する応答性を悪化させることなく過渡運転開始時から正確な吸入空気量の予測を行うことが可能となる。
（４）第４の実施形態
本実施形態では、機関のアイドル運転中エアコン等の補機の起動により急激に負荷が加わったときに、エンジンストール回避のためのスロットル弁操作を行う。上述の第３の実施形態では、定常運転からの急加速時等の際に遅延時間を短縮して、吸入空気量の予測精度を低下させることなく応答性の悪化を防止している。しかし、アイドル運転中のエンジンストール防止の場合には、機関回転数の低下が急激に生じるためスロットル弁の動作が遅れるとエンジンストールが生じたり回転数が大きく変動する場合がある。そこで、本実施形態ではアイドル運転中のストール回避のためのスロットル弁操作の場合には、吸入空気量予測精度を保持することより優先して、スロットル弁目標開度の変化と同時にスロットル弁を駆動する。これにより、アイドル運転時のエンジンストールが回避される。
【００７９】
この場合には、ＥＣＵ１０は通常のアイドル運転中には前述の実施形態２または３のスロットル弁動作遅延による位相進み逆演算を実施して吸入空気量の予測を行う。しかし、アイドル運転中に補機が起動したこと、または機関回転数が所定値より低下したことを検出すると、ＥＣＵ１０はアクセルペダルの操作量とは関係なくスロットル弁目標開度を現在の値から予め定めた量だけ増大させるとともに、目標開度の保持時間（遅れ時間）を０に設定して直ちにスロットル弁アクチュエータに目標開度を出力する。これにより、スロットル弁は直ちに動作を開始するため、機関回転数の低下によるエンジンストールが生じることが防止される。
（５）第５の実施形態
本実施形態では、定常運転から過渡運転への移行時等に、スロットル弁の動作開始が特定の気筒の特定のタイミングになるように設定する際に、吸入行程中のピストン下降速度が最大になる時期にスロットル弁を変化開始時に通過した吸気が特定気筒に到達するように遅延時間を設定する。
【００８０】
吸入行程中のピストン下降速度が最大になる時期は気筒に吸入される空気の流速が最も高くなる（空気充填率が最も高くなる）時期である。このため、ピストン下降速度が最大になる時期付近の期間は相対的に他の気筒の吸入行程の影響が最も小さくなる。従って、前述の各実施形態と同様に吸気系の応答遅れを考慮した上で、この時期に吸気量の変化を開始した時期にスロットル弁を通過した吸気が特定気筒に到達するようにすることにより、他気筒の吸気との干渉を排除して正確に機関吸入空気量を計測することが可能となる。
（６）第６の実施形態
本実施形態では、定常運転から過渡運転への移行時等に、スロットル弁の動作開始が特定の気筒の特定のタイミングになるように設定する際に、吸気弁と排気弁との両方が開弁しているバルブオーバラップ期間以外の時期に、スロットル弁を変化開始時に通過した吸気が特定気筒に到達するように遅延時間を設定する。
【００８１】
吸気弁は排気弁との両方が開弁しているバルブオーバラップ期間には、気筒内の高圧の既燃ガスが吸気弁から吸気ポートに逆流する既燃ガスの吹き返しが生じる。従って、この期間には気筒内に吸気は吸入されないため、バルブオーバラップ期間内に特定気筒に変化開始後の吸気が到達すると気筒内に吸入される空気量が機関吸入空気量に正確に対応しなくなる場合がある。本実施形態では、開度変化開始時にスロットル弁を通過した吸気が、特定気筒のバルブオーバラップ期間以外の時期に特定気筒に到達するようにして、既燃ガスの吹き返しにより吸入空気量の計測値に誤差が生じることを防止している。
【００８２】
上記第２及び第５、第６の実施形態では特定気筒におけるスロットル弁駆動のタイミングの選定について説明した。上記のように、特定気筒のスロットル弁駆動タイミングを選定することにより、計測した吸入空気量に誤差が生じることが防止される。しかし、上記実施形態において機関のどの気筒を特定気筒として選定するかによっては、運転上わずかながら影響が生じる場合もある。以下の実施形態では特定気筒として選定する気筒の例について説明する。
（７）第７の実施形態
本実施形態では、特定気筒として過渡運転時のノックが生じにくい気筒を選定する。過渡運転時のノックは気筒に充填される空気量の増大に対して点火時期の遅角が遅れるために生じる。また、複数気筒の機関では各気筒の配置によりノックが生じやすい気筒と生じにくい気筒とがある。そこで、本実施形態では、予め実験により過渡運転時のノックが生じにくい気筒を特定しておき、この気筒を上記特定気筒として設定するようにする。これにより、過渡運転移行時に、まずノックが生じにくい気筒に吸気が充填されることになるため、過渡運転時のノックが生じにくくなる。
（８）第８の実施形態
本実施形態では、排気マニホルドに配置された上流側空燃比センサ１３（図１）に最も良く排気が当たる気筒を特定気筒として選定する。前述したように、本実施形態では空燃比センサ１３、１５で検出した排気空燃比に基づいて、機関空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック制御している。ここで、触媒２０の下流側に配置した下流側空燃比センサ１３の位置では各気筒からの排気は均一に混合しているが、排気マニホルド１１に設置された上流側空燃比センサ１３の位置では排気マニホルド１１の形状やセンサ１３の取り付け位置によっては、１つの気筒からの排気が他の気筒からの排気よりセンサに検出されやすくなる場合がある。この場合には、センサ１３の出力はこの１つの気筒からの排気空燃比の変化に最も敏感になる。本実施形態では、予め上流側空燃比センサ１３出力に最も影響を与える上記１つの気筒を実験により特定しておき、この気筒を前述の特定気筒として選定するようにしている。本実施形態では、過渡運転開始時には特定気筒の吸入空気量が最初に変化することになる。従って、この特定気筒として空燃比センサ出力に最も影響を与える気筒を選定することにより、過渡運転時の排気空燃比変化が空燃比センサ出力に敏感に反映されるようになり、過渡運転時の空燃比フィードバック制御の応答性が向上するようになる。
（９）第９の実施形態
本実施形態では、特定気筒として最も吸気が充填されやすい気筒を選定する。複数気筒の機関では、吸気マニホルドの形状や気筒の配置により気筒毎に空気充填率のばらつきが生じている。本実施形態では、気筒のうち最も空気充填率が大きい気筒、すなわち最も吸気が充填されやすい気筒を特定気筒として選定する。このように、吸気が充填されやすい気筒を特定気筒として選定することにより、過渡運転開始時には最も吸気が充填されやすい気筒に最初に空気が供給されるようになるため、例えば加速時の過渡運転では加速特性が向上するようになる。
（１０）第１０の実施形態
本実施形態では、特定気筒として最も吸気応答遅れ時間が小さい気筒を選定する。前述したように、スロットル弁開度が変化したときにスロットル弁の開度変化が気筒に流入する空気量の変化として現れるまでには、スロットル弁から気筒までの間を吸気が流れる時間に相当する遅れ時間が存在する。この時間は吸気マニホルドの形状や各気筒の配置により、各気筒間で僅かに異なっている。本実施形態では、特定気筒として最も吸気応答遅れ時間が小さい気筒を選定することにより、過渡運転開始時に最も応答の速い気筒に最初に空気を充填することができるため、例えば加速時の過渡運転では加速特性が向上するようになる。
（１１）第１１の実施形態
上述の第２から第１０の実施形態では、特定気筒の行程サイクル上の特定のタイミングにスロットル弁の駆動を開始するようにしている。しかし、可変バルブタイミング機関では、上記特定のタイミング（例えば、吸気弁の最大リフトタイミングやバルブオーバラップ期間）になるクランク角は機関のバルブタイミング変化に応じて変化する。そこで、本実施形態では、過渡運転開始時には上記特定のタイミングを機関バルブタイミングの変化を考慮して算出するようにしている。
【００８３】
すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ１０はスロットル弁作動開始の遅延時間算出のために、特定気筒で特定のタイミングに到達するまでの時間（第２、第３の実施形態における時間ＴR ）を算出する際に、特定タイミングに到達するクランク角を現在のバルブタイミングに応じて補正し、この補正後のクランク角と現在のクランク角と機関回転数とに基づいて時間ＴR を算出するようにしている。これにより、変化開始時のスロットル弁を通過した空気は、特定気筒に正確に行程サイクル上の特定のタイミングに到達するようになり、吸入空気量の計測精度を更に向上させることが可能となる。
【００８４】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、スロットル弁の動作開始を所定時間遅延させて気筒に吸入される空気量を予測する場合に、空気量の予測精度を向上させることが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の全体構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図３】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図４】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図５】本実施形態の吸入空気量予測方法を説明する図である。
【図６】本実施形態の吸入空気量予測操作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関本体
５，６…クランク角センサ
１０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１６…スロットル弁
５０…可変バルブタイミング機構
Claims (7)
- 現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、
更に、実際のスロットル弁開度に基づいて機関の目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、
機関のバルブタイミングを前記設定された目標バルブタイミングに制御する可変バルブタイミング手段と、
前記スロットル弁開度予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における前記目標バルブタイミングの予測値を算出するとともに、該目標バルブタイミング予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における実際の機関バルブタイミングを予測するバルブタイミング予測手段と、
前記スロットル弁開度予測値と、前記バルブタイミング予測値とに基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を予測する吸入空気量予測手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。 - 前記目標バルブタイミング設定手段は、前記実際のスロットル弁開度に基づいて設定されるバルブタイミングを大気圧に応じて補正した値を目標バルブタイミングとして設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 更に、前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量予測値と、バルブタイミング予測値とに基づいて機関点火時期を設定する手段を備えた、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、
前記スロットル弁の駆動を開始する時期が機関の特定の気筒の行程における所定のタイミングとなるように前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段を備えた内燃機関の制御装置。 - 前記遅延時間設定手段は、スロットル弁駆動開始時にスロットル弁を通過した吸気が前記特定の気筒の吸気弁最大リフト時に前記特定の気筒に到達するように前記遅延時間を設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
- 更に、前記遅延時間設定手段は、前記スロットル弁目標開度の時間変化率が所定値以上である場合には、前記所定のタイミングにかかわらず一定時間経過後最初に吸気弁が最大リフト位置に到達する気筒に、スロットル弁駆動開始時にスロットル弁を通過した吸気が該気筒の吸気弁最大リフト時に到達するように前記遅延時間を設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
- 現在のアクセルペダル操作量に基づいて、内燃機関のスロットル弁目標開度を設定し、予め定めた遅延時間経過後に、実際のスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始することにより、前記目標開度と前記遅延時間とスロットル弁の作動特性とに基づいて現在から所定時間経過後の将来における実際のスロットル弁開度を予測し、該予測値に基づいて前記所定時間経過後の将来における機関吸入空気量を算出する内燃機関の制御装置において、
機関アイドル運転時に、前記スロットル弁の駆動を開始する時期が機関の特定の気筒の行程における所定のタイミングとなるように前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、
機関アイドル運転時にエンジンストールが生じる可能性がある場合にアクセルペダル操作量とは無関係にスロットル弁目標開度を設定してエンジンストールを回避するストール回避手段と、
前記ストール回避手段によりエンジンストール回避のためにスロットル弁目標開度が設定されたときには、前記遅延時間設定手段により設定される遅延時間にかかわらず、直ちにスロットル弁開度が前記目標開度になるようにスロットル弁の駆動を開始する手段を備えた、内燃機関の制御装置。
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