JP4114427B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気弁を開閉弁するための動弁装置であって、吸気弁を開弁するタイミング（開弁タイミング）を変更することができるようになっている動弁装置が、特開２００１−６５３７５号公報に開示されている。ところで、内燃機関の温度（機関温度）が低くなるにつれて、内燃機関の内部摩擦による出力損失の大きさ（以下、機関フリクション度合と称す）が増大することから、例えば、内燃機関が始動された直後のように機関温度が比較的低いときに、要求されている出力を内燃機関から出力させるためには、比較的大きな機関トルクが必要である。そこで、上記公報では、機関温度が比較的低いときには、吸気弁の開弁タイミングを早めることによって、燃焼室に吸入される空気の量（吸気量）を増大し、これによって、比較的大きな機関トルクを内燃機関から出力させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、要求されるトルク（要求トルク）、或いは、要求される出力（要求出力）を確実に内燃機関から出力させるためには、内燃機関のフリクション度合を考慮して、吸気量を制御する必要がある。ここで、上記公報では、機関フリクション度合を代表するパラメータとして、機関温度を採用しているが、実際には、機関フリクション度合は機関温度以外の要因によっても左右される。
【０００４】
そして、このことは、一般的に、内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の量を目標量に制御するための制御装置に対する制御量を設定する場合にも当てはまり、また、広くは、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの量を目標量に制御するための制御装置に対する制御量を設定する場合にも当てはまる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、従来と異なる方法によって、内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の量または燃焼室から排出される排気ガスの量が確実に目標量となるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の量または燃焼室から排出される排気ガスの量を目標量に制御するための制御装置において、内燃機関が、機関に要求されるトルクが一定である条件下で、かつ機関回転数が予め定められた目標機関回転数になるように機関吸気量が制御される回転数制御が実行されているときの機関吸気量に基づいて、機関内部摩擦による出力損失の大きさとして定義される内燃機関のフリクション度合が推定され、該推定されたフリクション度合に基づいて吸気の量または排気ガスの量が目標量となるように制御される。
【０００７】
２番目の発明では、１番目の発明において、燃焼室に吸入される吸気の量または燃焼室から排出される排気ガスの量を制御するために吸気弁または排気弁の開弁量または開閉タイミングの少なくとも一方を変更可能な可変動弁装置を具備する。ここで、可変動弁装置は、後述する実施形態において、開弁量変更機構、または、リフトタイミング変更機構に相当する。
【０００９】
３番目の発明では、１番目の発明において、燃焼室に吸入される吸気の量を目標量に制御するための吸気量制御装置を具備し、内燃機関の運転条件がアイドリング運転が実行される運転条件にあるときに機関回転数が予め定められた目標機関回転数に維持されるように上記吸気量制御装置の制御量を制御するアイドリング時回転数制御が実行されるようになっており、該アイドリング時回転数制御中における吸気量制御装置の制御量が上記フリクション度合を推定するための内燃機関の制御量として採用される。ここで、予め定められた目標機関回転数は、後述する実施形態において、目標アイドル回転数に相当する。
【００１０】
４番目の発明では、３番目の発明において、内燃機関の運転条件がアイドリング運転が実行される運転条件にあるときであっても内燃機関の温度が予め定められた温度よりも低いときには上記アイドリング時回転数制御が実行されずに、燃焼室に吸入される吸気の量が内燃機関の運転を維持するのに最低限必要とされる吸気量として設定された目標最低吸気量となるようにする冷間アイドリング時吸気量制御が実行され、一方、内燃機関の運転条件がアイドリング運転が実行される運転条件であるときに内燃機関の温度が上記予め定められた温度よりも高いときにのみ上記アイドリング時回転数制御が実行されるようにし、冷間アイドリング時吸気量制御中においては上記目標最低吸気量がアイドリング時回転数制御中に推定された内燃機関のフリクション度合に基づいて補正される。
【００１１】
５番目の発明では、１〜４番目の発明のいずれか１つにおいて、上記推定されたフリクション度合が内燃機関の温度に基づいて補正される。
６番目の発明では、１〜５番目の発明のいずれか１つにおいて、内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高いときに内燃機関の制御量と内燃機関の運転状態とに基づいて内燃機関のフリクション度合が推定される。
【００１２】
７番目の発明では、１〜６番目の発明のいずれか１つにおいて、内燃機関の温度が安定したときに内燃機関の制御量と内燃機関の運転状態とに基づいて内燃機関のフリクション度合が推定される。
【００１３】
８番目の発明では、１〜７番目の発明のいずれか１つにおいて、内燃機関の温度が予め定められた温度であるときに内燃機関の制御量と内燃機関の運転状態とに基づいて内燃機関のフリクション度合が推定される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は４ストローク内燃機関を示す全体図である。図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓、１１は燃料噴射弁を夫々示す。吸気ポート７は吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結される。
【００１５】
サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結される。吸気ダクト１４には、燃焼室５内に吸入される空気の量（吸気量）を検出するためのエアフローメータ１６が取り付けられる。また、シリンダブロック２には、内燃機関を冷却するための冷却水の温度を検出するための水温センサ１７が取り付けられる。吸気弁６には動弁装置１８が連結されており、吸気弁６はこの動弁装置１８によって開閉弁せしめられる。また、排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。
【００１６】
電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。アクセルペダル２０にはアクセルペダル２０の踏込量に比例した出力電圧を発生するトルクセンサ２１が接続される。トルクセンサ２１の出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、クランク角センサ２２は、例えば、クランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３５に入力される。このクランク角センサ２２の出力パルスから機関回転数が算出される。
【００１７】
さらに、油温センサ２３は内燃機関を潤滑するための潤滑油の温度に比例した出力電力を発生し、この出力電力は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。この油温センサ２３の出力電力に基づいて、潤滑油の温度が推定される。また、水温センサ１７およびエアフローメータ１６の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１８】
一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓１０および燃料噴射弁１１に接続され、これら点火栓１０および燃料噴射弁１１の作動は、電子制御ユニット３０によって制御される。
【００１９】
次に、動弁装置１８について説明する。動弁装置１８は、吸気弁６のリフト量と吸気弁の開弁期間に相当する作用角とを同時に変更するための機構を備える。この機構によれば、図２に示したように、吸気弁６のリフト曲線は、図２の曲線Ｌｕと図２の曲線Ｌｌとの間で連続的に変更可能である。なお、以下の説明では、吸気弁のリフト量と作用角とを合わせて吸気弁の開弁量と称し、上記機構を開弁量変更機構と称す。
【００２０】
図２に示した例では、吸気弁６が曲線Ｌｕに沿ってリフトせしめられるときには、吸気弁６の開弁量は最も大きく、燃焼室５内に吸入される空気の量（吸気量）は最も多い。一方、図２に示した例では、吸気弁６が曲線Ｌｌに沿ってリフトせしめられるときには、吸気弁６の開弁量は最も小さく、吸気量は最も少ない。また、図２に示した例では、吸気弁６が曲線Ｌｍに沿ってリフトせしめられるときには、吸気弁６の開弁量は、最も大きい開弁量と最も小さい開弁量との間の量となり、したがって、吸気量も最も多い吸気量と最も少ない開弁量との間の量となる。
【００２１】
また、動弁装置１８は、吸気弁６の開弁開始タイミング、すなわち、リフトタイミングを変更するためのリフトタイミング変更機構を備える。このリフトタイミング変更機構によれば、図３に示したように、吸気弁６のリフト曲線は、図３の曲線Ｌａと曲線Ｌｒとの間で連続的に変更可能である。もちろん、図３の曲線Ｌａ、Ｌｒは図２の曲線Ｌｕと曲線Ｌｌとの間の曲線のいずれか１つである。
【００２２】
図３に示した例では、吸気弁６が曲線Ｌａに沿ってリフトせしめられるときには、吸気弁６のリフトタイミングは最も早い。一方、図３に示した例では、吸気弁６が曲線Ｌｒに沿ってリフトせしめられるときには、吸気弁６のリフトタイミングは最も遅い。また、図３に示した例では、吸気弁６が曲線Ｌｍに沿ってリフトせしめられるときには、吸気弁６のリフトタイミングは、最も早いリフトタイミングと最も遅いリフトタイミングとの間のタイミングとなる。
【００２３】
次に、内燃機関の基本的な運転制御について説明する。内燃機関の運転（機関運転）中においては、トルクセンサ２１からの出力電圧に基づいて内燃機関に要求されるトルク（要求トルク）が算出されると共に、クランク角センサ２２からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。そして、これら要求トルクと機関回転数とに基づいて、燃焼室５内に吸入すべき空気の量（以下、目標吸気量と称す）が算出される。第１実施形態では、こうした目標吸気量は、図４に示したように、機関回転数Ｎと要求トルクＴとの関係でもってマップの形で予めＲＯＭ３３に記憶されており、機関運転中、このマップから目標吸気量ＴＧａが算出される。
【００２４】
斯くして、目標吸気量ＴＧａが算出されると、燃焼室５内に吸入される空気（吸気）の量、具体的には、エアフローメータ１６によって検出される吸気量がこの目標吸気量ＴＧａとなるように、動弁装置１８の開弁量変更機構によって吸気弁６のリフト曲線が図２の曲線Ｌｕと曲線Ｌｌとの間で制御せしめられる。詳細には、吸気量が目標吸気量ＴＧａよりも少ないときには、吸気弁６のリフト曲線は図２の曲線Ｌｕに近づけられる。一方、吸気量が目標吸気量ＴＧａよりも多いときには、吸気弁６のリフト曲線は図２の曲線Ｌｌに近づけられる。
【００２５】
また、第１実施形態では、燃焼室５内の空燃比が予め定められた目標空燃比となるように、エアフローメータ１６によって検出される吸気量に基づいて、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。詳細には、空燃比が目標空燃比よりも大きく、したがって、空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれているときには、燃料噴射量は増大せしめられる。一方、空燃比が目標空燃比よりも小さく、したがって、空燃比が目標空燃比よりもリッチ側にずれているときには、燃料噴射量は減少せしめられる。
【００２６】
さらに、第１実施形態では、燃焼室５内の混合気の圧縮比が最も高くなるように、動弁装置１８のリフトタイミング変更機構によって吸気弁６のリフト曲線が図３の曲線Ｌａと曲線Ｌｒとの間で制御せしめられる。詳細には、吸気弁６のリフトタイミングが混合気の圧縮比を最も高めるタイミングよりも早いときには、吸気弁６のリフト曲線は図３の曲線Ｌｒに近づけられ、したがって、吸気弁６のリフトタイミングは遅角せしめられる。一方、吸気弁６のリフトタイミングが混合気の圧縮比を最も高めるタイミングよりも遅いときには、吸気弁６のリフト曲線は図３の曲線Ｌａに近づけられ、したがって、吸気弁６のリフトタイミングは進角せしめられる。
【００２７】
ところで、機関運転中に摺動し合う内燃機関の部品間には、フリクション（内部摩擦による出力損失）が生じる。したがって、要求されている出力（要求出力）を内燃機関から出力させるためには、目標吸気量を設定するときに、このフリクション（以下、機関フリクションと称す）分だけ多く目標吸気量を設定しなければならない。しかしながら、要求出力を内燃機関から出力させることができる目標吸気量ＴＧａを実験等によって求めて図４に示したような目標吸気量算出マップを作成すれば、このマップから算出される目標吸気量ＴＧａには、実質的に、機関フリクションが既に反映されている。
【００２８】
したがって、機関フリクションが目標吸気量を求めるための実験が行われたときの値（以下、基準値と称す）からずれない限り、図４に示したような実験等から求められたマップから算出される目標吸気量は、内燃機関から要求出力を出力させることができる吸気量である。ところが、実際には、機関運転中に、機関フリクションは大きくなったり小さくなったりするので、吸気量が図４に示したようなマップから算出される目標吸気量に維持されたとしても、内燃機関からは要求出力は出力されないことがある。
【００２９】
一般的には、内燃機関の温度（機関温度）が高くなると、内燃機関を潤滑する潤滑油の潤滑特性が向上することから、機関フリクションが小さくなり、一方、機関温度が低くなると、潤滑油の潤滑特性が低下することから、機関フリクションが大きくなることが知られている。したがって、機関温度は機関フリクション度合を代表するパラメータであると言える。
【００３０】
しかしながら、実際には、機関フリクションは機関温度以外のパラメータの変動の影響を受けても変動する。例えば、潤滑油が劣化すれば、機関温度が低くなったときの機関フリクションの増大割合が小さくなる。また、機関運転中に摺動し合う内燃機関の部品が摩耗によって磨り減れば、機関フリクションは小さくなり、或いは、場合によっては、大きくなったりする。
【００３１】
また、目標吸気量算出マップを予め実験等によって求めるとは言っても、全ての内燃機関について個別に目標吸気量算出マップを求めることは非常に煩雑な作業である。したがって、１つの内燃機関について目標吸気量算出マップを求め、斯くして求められた目標吸気量算出マップを同じタイプの内燃機関に適用することが一般的である。しかしながら、タイプが同じであるとは言っても内燃機関毎に製造精度のバラツキがあるので、タイプが同じ全ての内燃機関に共通の目標吸気量算出マップが適用された場合、要求出力を内燃機関から出力させることができないことがある。
【００３２】
そこで、第１実施形態では、機関運転中に、機関フリクションを代表するパラメータとして、機関温度以外のパラメータを採用し、このパラメータから機関フリクション度合を推定し、この機関フリクション度合の推定値に基づいて目標吸気量算出マップを補正するようにしている。詳細には、第１実施形態では、目標吸気量算出マップを作成したときに前提とした機関フリクション度合を基準値とし、機関フリクション度合の推定値がこの基準値よりも大きいほど目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量が多くなるように目標吸気量算出マップを補正し、一方、機関フリクション度合の推定値が基準値よりも小さいほど目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量が少なくなるように目標吸気量算出マップを補正するようにしている。
【００３３】
こうして補正された目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量は、機関フリクション度合に応じて補正された吸気量である。したがって、この目標吸気量に吸気量が制御されれば、機関フリクション度合が基準値から変動していたとしても、確実に、要求出力を内燃機関から出力させることができる。
【００３４】
ところで、要求トルクが一定となったときに機関回転数が予め定められた一定の機関回転数に維持されるように吸気量を制御する回転数制御が実行されるようになっている場合において、機関フリクション度合がその基準値のままであれば、回転数制御中の吸気量はそのときの要求トルクと機関回転数とに基づいて目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量に等しいはずである。
【００３５】
そして、機関フリクション度合がその基準値よりも大きくなっていれば、上記回転数制御中の吸気量は目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量よりも多くなっているはずであり、その一方で、機関フリクション度合がその基準値よりも小さくなっていれば、上記回転数制御中の吸気量は目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量よりも少なくなっているはずである。
【００３６】
すなわち、上記回転数制御中の吸気量に基づいて、基準値に対する機関フリクション度合のずれ、すなわち、機関フリクション度合を推定することができる。
【００３７】
そこで、第１実施形態では、或る特定の条件が成立したとき、すなわち、要求トルクが一定であるという条件が成立したときに吸気量を制御することによって機関回転数を予め定められた目標機関回転数に維持するための回転数制御が実行されるようになっており、機関フリクションを代表する機関温度以外のパラメータとして、この回転数制御中の吸気量を採用するようにしている。そして、第１実施形態では、回転数制御中の吸気量が目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量よりも多いほど機関フリクション度合が基準値よりも大きくなっていると推定し、一方、回転数制御中の吸気量が目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量よりも少ないほど機関フリクション度合が基準値よりも小さくなっていると推定する。そして、第１実施形態では、この機関フリクション度合の推定値に基づいて、目標吸気量算出マップを補正する。
【００３８】
なお、第１実施形態において、機関フリクションを代表する機関温度以外のパラメータとして、吸気量の代わりに、吸気弁の作用角またはリフト量を採用してもよいし、また、燃焼室５内に吸入される空気の量を制御するためのスロットル弁が吸気ダクト１４に配置されている場合においては、このスロットル弁の開度を採用してもよい。
【００３９】
ところで、アクセルペダル２０の踏込量が零とされ、要求トルクが非常に小さくなったとき（以下、アイドリング運転時と称す）に、吸気量を要求トルクと機関回転数とに基づいて目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量に制御していると、機関回転数が極端に小さくなることがあり、この場合、内燃機関の運転が不安定になってしまう。
【００４０】
そこで、第１実施形態では、アイドリング運転時において内燃機関を安定して運転させるのに最低限必要な機関回転数を目標機関回転数（以下、目標アイドル回転数と称す）として予め設定しておき、アイドリング運転時には、機関回転数がこの目標アイドル回転数に維持されるように吸気量を制御するアイドリング時回転数制御（以下、ＩＳ制御と称す）を実行するようにしている。
【００４１】
ところで、アイドリング時回転数制御（ＩＳ制御）中においては、要求トルクが一定であるという条件が成立しており且つ吸気量が制御されて機関回転数が予め定められた目標機関回転数に維持されている。
【００４２】
したがって、第１実施形態では、機関フリクションに影響を与える機関温度以外のパラメータとしてＩＳ制御中の吸気量が採用される。すなわち、機関フリクション度合がその基準値のままである場合にアイドリング時回転数制御（ＩＳ制御）中に燃焼室に吸入されると予想される空気の量（以下、基準量と称す）とＩＳ制御中の吸気量とを比較し、ＩＳ制御中の吸気量が基準量よりも多いほど機関フリクション度合がその基準値よりも大きくなっていると推定され、一方、ＩＳ制御中の吸気量が基準量よりも少ないほど機関フリクション度合がその基準値よりも小さくなっていると推定される。
【００４３】
こうした機関フリクション度合の推定を図５を参照して説明すれば、以下のようになる。すなわち、図５の関係に従うと、ＩＳ制御中の吸気量Ｇａｉが基準量Ｇａｉｒよりも大きくなるほど機関フリクション度合Ｆがその基準値Ｆｒよりも大きく推定され、一方、ＩＳ制御中の吸気量Ｇａｉが基準量Ｇａｉｒよりも小さくなるほど機関フリクション度合Ｆが基準値Ｆｒよりも小さく推定される。なお、図５の関係では、ＩＳ制御中の吸気量Ｇａｉの増大に対する機関フリクション度合Ｆの増大割合は一定であるが、これ以外の関係に基づいて、ＩＳ制御中の吸気量Ｇａｉから機関フリクション度合Ｆを推定するようにしてもよい。
【００４４】
ところで、内燃機関の運転が始動されてから或る一定の時間が経過するまでの間（以下、機関始動時と称す）のように機関温度が非常に低いことがある。このように機関温度が非常に低いときに、アクセルペダル２０の踏込量が零とされた場合には、上述したアイドリング時回転数制御（ＩＳ制御）を実行して機関回転数を目標アイドル回転数に維持するよりも、内燃機関の運転を維持するのに最低限必要な吸気量を予め設定しておき、吸気量をこの予め設定した吸気量に維持するほうが、内燃機関を安定して運転せしめることができる。
【００４５】
そこで、第２実施形態では、アイドリング運転時であって機関温度が予め定められた温度よりも低いとき（以下、冷間運転時と称す）に内燃機関の運転を維持するのに最低限必要な吸気量を目標吸気量（以下、目標最低吸気量と称す）として予め設定しておき、アイドリング運転時であっても冷間運転時（以下、冷間アイドリング運転時と称す）には吸気量を上記目標最低吸気量とする冷間アイドリング時吸気量制御（以下、ＬＩ制御と称す）を実行し、一方、アイドリング運転時であって機関温度が上記予め定められた温度よりも高いとき（以下、暖機運転時と称す）にのみＩＳ制御を実行するようにしている。これによれば、内燃機関がより安定して運転せしめられることとなる。なお、第２実施形態において、ＬＩ制御中には、機関フリクション度合の推定は行われない。
【００４６】
ところで、冷間アイドリング時吸気量制御（ＬＩ制御）用の目標最低吸気量を機関フリクション度合に応じて補正すれば、ＬＩ制御中において、内燃機関をより安定して運転せしめることができる。
【００４７】
そこで、第２実施形態では、上述した実施形態に従って推定される機関フリクション度合の推定値に基づいて、ＬＩ制御用の目標最低吸気量算出マップを補正するようにしている。詳細には、機関フリクション度合の推定値がその基準値よりも大きいほど目標最低吸気量マップから算出される目標最低吸気量が多くなるように目標最低吸気量マップを補正し、一方、機関フリクション度合の推定値がその基準値よりも小さいほど目標最低吸気量マップから算出される目標最低吸気量が少なくなるように目標最低吸気量マップを補正するようにしている。これによれば、ＬＩ制御中において、内燃機関がより安定して運転せしめられることとなる。また、これによれば、内燃機関が始動された直後の冷間運転時にもＬＩ制御が実行されるので、内燃機関の始動性が向上することとなる。
【００４８】
なお、冷間アイドリング時吸気量制御（ＬＩ制御）中においては、吸気量が或る一定の吸気量に維持される。このように、吸気量が或る一定の吸気量に維持されている場合において、機関フリクション度合がその基準値からずれていなければ、機関回転数は或る一定の機関回転数になるはずである。そこで、吸気量が或る一定の吸気量に維持されている場合においては、機関回転数から機関フリクション度合を推定するようにしてもよい。
【００４９】
また、吸気量が或る一定の吸気量に維持されている場合において、機関フリクション度合がその基準値からずれていなければ、内燃機関のトルクは或る一定の値になるはずである。そこで、吸気量が或る一定の吸気量に維持されている場合においては、内燃機関のトルクから機関フリクション度合を推定するようにしてもよい。
【００５０】
次に、図６〜図８に示されている関係を利用した場合における冷間アイドリング時吸気量制御（ＬＩ制御）用の目標最低吸気量の設定、ＬＩ制御中の吸気弁の目標開弁量の設定、および、ＬＩ制御中の吸気弁の目標リフトタイミングの設定の例を説明する。
【００５１】
この例では、機関フリクション度合の推定値Ｆに基づいて図６に示されている関係から冷間アイドリング時吸気量制御（ＬＩ制御）用の目標最低吸気量ＴＧａｉｌが設定され、ここでは、機関フリクション度合の推定値Ｆが大きくなるのにほぼ比例して目標最低吸気量ＴＧａｉｌは大きく設定される。次いで、斯くして設定された目標最低吸気量ＴＧａｉｌに基づいて、図７に示されている関係から吸気弁６の目標開弁量ＴＬが設定され、ここでは、目標最低吸気量ＴＧａｉｌが大きくなるのにほぼ比例して吸気弁６の目標開弁量ＴＬが大きく設定される。次いで、斯くして設定された吸気弁６の目標開弁量ＴＬに基づいて、図８に示されている関係から吸気弁６の目標リフトタイミングＴＴが設定され、ここでは、吸気弁６の目標開弁量が大きくなるのにほぼ比例して目標リフトタイミングＴＴが進角側に設定される。なお、目標リフトタイミングは、燃焼室５内における混合気の圧縮比が最も高くなるタイミングとされる。
【００５２】
なお、図６において、Ｆｒは機関フリクション度合の基準値であり、ＴＧａｉｌｒは機関フリクション度合が基準値Ｆｒであるときの目標最低吸気量である。また、図６では、機関フリクション度合の推定値Ｆの増大に対する目標最低吸気量ＴＧａｉｌの増大割合は一定であり、図７では、目標最低吸気量ＴＧａｉｌの増大に対する吸気弁の目標開弁量ＴＬの増大割合は目標最低吸気量ＴＧａｉｌが大きい領域ほど大きく、図８では、吸気弁の目標開弁量ＴＬの増大に対する吸気弁の目標リフトタイミングＴＴの進角側への移行割合は吸気弁の目標開弁量ＴＬが大きい領域ほど小さくなる。
【００５３】
ところで、上述したように、機関フリクション度合は内燃機関の温度（機関温度）によっても変動するので、アイドリング運転時以外のとき（以下、通常運転時と称す）に機関温度に基づいて目標吸気量算出マップを補正するようにすれば、より確実に、要求出力を内燃機関から出力させることができる。
【００５４】
そこで、第３実施形態では、上述した実施形態に従って機関フリクション度合の推定値に基づいて目標吸気量算出マップを補正すると共に、通常運転時においては、機関温度が高くなるほど目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量が少なくなるように目標吸気量算出マップを補正し、一方、機関温度が低くなるほど目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量が多くなるように目標吸気量算出マップを補正するようにしている。これによれば、より確実に、要求出力が内燃機関から出力されることとなる。
【００５５】
もちろん、冷間アイドリング時吸気量制御（ＬＩ制御）中に機関温度に基づいて目標最低吸気量算出マップを補正するようにすれば、内燃機関をより安定して運転せしめることができる。
【００５６】
そこで、第４実施形態では、上述した実施形態に従って機関フリクション度合の推定値に基づいて目標最低吸気量算出を算出するための目標最低吸気量算出マップを予め作成しておき、ＬＩ制御中においては、機関温度が高くなるほど目標最低吸気量算出マップから算出される目標最低吸気量が少なくなるように目標最低吸気量算出マップを補正し、一方、機関温度が低くなるほど目標最低吸気量算出マップから算出される目標最低吸気量が多くなるように目標最低吸気量算出マップを補正するようにしている。これによれば、内燃機関がより安定して運転せしめられることとなる。
【００５７】
なお、機関温度は、水温センサ１７によって検出される冷却水の温度から推定されてもよいし、油温センサ２３によって検出される潤滑油の温度から推定されてもよいし、これら冷却水の温度および潤滑油の温度から推定されてもよい。
【００５８】
ところで、機関フリクション度合は機関回転数が大きくなるほど大きくなる。したがって、通常運転時において目標吸気量を設定するときにそのときの機関回転数を考慮すれば、通常運転時に、より確実に、要求出力を内燃機関から出力させることができる。
【００５９】
そこで、第５実施形態では、機関回転数に基づいて目標吸気量算出マップを補正するようにしている。詳細には、上述した実施形態に従って機関フリクション度合の推定値に基づいて目標吸気量算出マップを補正すると共に、通常運転時においては、機関回転数が大きくなるほど目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量が多くなるように目標吸気量算出マップを補正し、一方、機関回転数が小さくなるほど目標吸気量算出マップから算出される目標吸気量が少なくなるように目標吸気量算出マップを補正するようにしている。これによれば、通常運転時において、より確実に、要求出力が内燃機関から出力されることとなる。
【００６０】
また、冷間アイドリング時吸気量制御（ＬＩ制御）用の目標最低吸気量を設定するときにそのときの機関回転数を考慮すれば、ＬＩ制御において、内燃機関をより安定して運転せしめることができる。
【００６１】
そこで、第６実施形態では、機関回転数に基づいてＬＩ制御用の目標最低吸気量算出マップを補正するようにしている。詳細には、第６実施形態では、上述した実施形態に従って機関フリクション度合の推定値に基づいて目標最低吸気量算出マップを補正すると共に、ＬＩ制御中においては、機関回転数が大きくなるほど目標最低吸気量算出マップから算出される目標最低吸気量が多くなるように目標最低吸気量算出マップを補正し、一方、機関回転数が小さくなるほど目標査定吸気量算出マップから算出される目標最低吸気量が少なくなるように目標最低吸気量算出マップを補正するようにしている。これによれば、ＬＩ制御中において、内燃機関がより安定して運転せしめられることとなる。
【００６２】
次に、図９に示されている関係を利用した場合における機関始動時のＬＩ制御用の目標最低吸気量の設定の例を説明する。この例では、機関フリクション度合がその基準値であると推定され且つ機関温度がその基準温度である場合には、図６の関係Ａから、機関始動時のＬＩ制御用の目標最低吸気量が算出される。この関係Ａによれば、例えば、機関回転数が或る所定の値Ｎｒであるときには目標最低吸気量は値Ｇａｉｌ１と算出される。
【００６３】
ところが、機関フリクション度合がその基準値よりも大きいと推定された場合には、機関フリクション度合がその基準値よりも大きい分だけ算出される目標最低吸気量が多くなるように、例えば、機関回転数が或る所定の値Ｎｒであるときに算出される目標最低吸気量が値Ｇａｉｌ２と算出されるように、図９の関係Ａが原点を中心として回転移動することによって補正せしめられ、関係Ｂとされる。
【００６４】
さらに、機関始動時のＬＩ制御中の機関温度がその基準温度よりも低い場合には、図６の関係Ｂは、機関温度がその基準温度よりも低い分だけ算出される目標最低吸気量が多くなるように、例えば、機関回転数が或る所定の値Ｎｒであるときに算出される目標最低吸気量が値Ｇａｉｌ３と算出されるように、図９の関係Ｂが原点を中心としてさらに回転移動することによって補正せしめられ、直線Ｃとされる。この関係Ｃによれば、例えば、機関回転数が或る所定の値Ｎｒであるときには目標最低吸気量は値Ｇａｉｌ３と算出される。
【００６５】
ところで、機関温度が低いときよりも高いときのほうが、機関温度の変動幅は小さい。ここで、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する場合、機関温度の変動幅が大きいときよりも小さいときのほうが、より正確に、機関フリクション度合を推定することができる。
【００６６】
そこで、第７実施形態では、機関温度を考慮しつつ機関フリクション度合を推定するようにしている。すなわち、第７実施形態では、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立したときであっても機関温度が予め定められた温度よりも低いときには機関フリクション度合の推定を行わず、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立し且つ機関温度が予め定められた温度よりも高いときにのみ機関フリクション度合の推定を行うようにしている。これによれば、より正確に、機関フリクション度合が推定されることとなる。
【００６７】
もちろん、機関温度があまりに高すぎても、機関フリクション度合をより正確に推定することができない場合もある。そこで、第８実施形態では、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立したときであっても機関温度が予め定められた温度範囲内にないときには機関フリクション度合の推定を行わず、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立し且つ機関温度が予め定められた温度範囲内にあるときのみ機関フリクション度合の推定を行うようにしている。これによれば、より正確に、機関フリクション度合が推定されることとなる。
【００６８】
また、第９実施形態では、機関温度の変動を考慮しつつ機関フリクション度合を推定するようにしている。すなわち、第９実施形態では、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立したときであっても機関温度の変動が大きいとき、すなわち、安定していないとき、には機関フリクション度合の推定を行わず、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立し且つ機関温度の変動が小さいとき、すなわち、安定したときにのみ機関フリクション度合の推定を行うようにしている。これによれば、より正確に、機関フリクション度合が推定されることとなる。
【００６９】
もちろん、第７実施形態〜第９実施形態とを適宜組み合わせてもよい。例えば、第７実施形態と第９実施形態とを組み合わせた場合には、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立したときであっても機関温度が予め定められた温度よりも低いか、或いは、機関温度が安定していないときには機関フリクション度合の推定を行わず、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立し且つ機関温度が予め定められた温度よりも高く且つ機関温度が安定したときにのみ機関フリクション度合の推定を行うようにされる。
【００７０】
なお、上述した実施形態においては、アイドリング運転時となる度に機関フリクション度合が推定され、この機関フリクション度合の推定値に基づいて目標吸気量算出マップが補正されるので、機関温度が比較的高いときの機関フリクション度合に基づいて目標吸気量算出マップが補正されていることが圧倒的に多い。すなわち、目標吸気量算出マップは暖機運転時の機関フリクション度合に基づいて補正されていることが多い。したがって、暖機運転時の通常運転時に、こうして補正された目標吸気量算出マップを用いて吸気量が制御されれば、確実に、内燃機関から要求出力を出力させることができる。
【００７１】
しかしながら、冷間運転時、特に、機関始動時の冷間アイドリング運転時においては、暖機運転時の機関フリクション度合の推定値に基づいて補正された目標吸気量算出マップを用いて吸気量が制御されても、必ずしも、内燃機関から要求出力を出力させることはできず、却って、内燃機関から出力される出力が要求出力から大きくずれてしまうことさえある。
【００７２】
ところが、冷間時の通常機関運転用の吸気量制御、或いは、冷間時のアイドリング運転用の吸気量制御において、図４のマップから算出された目標吸気量ＴＧａを機関温度に応じて補正している実施形態によれば、より確実に、内燃機関から要求出力を出力させることができる。
【００７３】
ところで、上述したように、機関温度が変わると機関フリクション度合も変わることがある。したがって、上述した実施形態において、機関フリクション度合を推定したときの機関温度がその時々で異なると、実際の機関フリクション度合に変化がなくても、推定される機関フリクション度合に変化が生じることがある。すなわち、この場合、機関フリクション度合の推定値は、真の機関フリクション度合に相当しないことになる。そして、このことは、正確に、要求出力を内燃機関から出力させるという観点からは好ましくない。
【００７４】
そこで、第１０実施形態では、上述した実施形態に従って推定される機関フリクション度合を予め定められた温度における機関フリクション度合として推定し、この予め定められた温度における機関フリクション度合に基づいて目標吸気量算出マップを補正するようにしている。これによれば、より正確に、要求出力が内燃機関から出力されることとなる。
【００７５】
なお、第１０実施形態においては、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定する条件が成立し且つ機関温度が予め定められた機関温度となっているときに機関フリクション度合を推定することによって予め定められた機関温度における機関フリクション度合を推定してもよいし、上述した実施形態に従って機関フリクション度合を推定し、このときの機関温度に基づいてこの機関フリクション度合の推定値を予め定められた機関温度における機関フリクション度合に換算することによって予め定められた機関温度における機関フリクション度合を推定してもよい。
【００７６】
図１０は機関始動時のＬＩ制御用の目標最低吸気量を算出するためのマップを作成するための制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図１０のルーチンでは、始めに、ステップ１０において、冷却水の温度Ｔｗと潤滑油の温度Ｔｏとが検出される。次いで、ステップ１１において、アイドリング時回転数制御（ＩＳ制御）中であるか否かが判別される。
【００７７】
ステップ１１において、ＩＳ制御中であると判別されたときには、ルーチンはステップ１２に進んで、潤滑油の温度Ｔｏが所定の範囲内にある（Ｔｏｌ＜Ｔｏ＜Ｔｏｈ）か否かが判別される。ステップ１２において、Ｔｏｌ＜Ｔｏ＜Ｔｏｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１３に進んで、冷却水の温度Ｔｗが所定の温度範囲内にある（Ｔｗｌ＜Ｔｗ＜Ｔｗｈ）か否かが判別される。ステップ１３において、Ｔｗｌ＜Ｔｗ＜Ｔｗｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ１４に進んで、吸気量Ｇａｉが検出される。次いで、ステップ１５において、ステップ１４で検出された吸気量Ｇａｉに基づいて機関フリクション度合が推定される。次いで、ステップ１６において、ステップ１５で推定された機関フリクション度合の推定値に基づいて目標最低吸気量マップが補正されることによって、機関始動時のＬＩ制御用の目標最低吸気量算出マップが作成される。
【００７８】
なお、ステップ１１において、ＩＳ制御中ではないと判別されたとき、および、Ｔｏ≦ＴｏｌまたはＴｏ≧Ｔｏｈであると判別されたとき、および、Ｔｗ≦ＴｗｌまたはＴｗ≧Ｔｗｈであると判別されたときには、ルーチンは終了する。
【００７９】
図１１は、機関始動時であって冷間アイドリング時における吸気量制御（ＬＩ制御）用の目標最低吸気量、吸気弁の目標開弁量、および、吸気弁の目標リフトタイミングを設定するための制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図１１のルーチンでは、始めに、ステップ２０において、機関始動時であるか否かが判別される。ステップ２０において、機関始動時ではないと判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ２０において、機関始動時であると判別されたときには、ルーチンはステップ２１に進んで、冷却水の温度Ｔｗと潤滑油の温度Ｔｏとが検出される。
【００８０】
次いで、ステップ２２において、ステップ２０で検出された冷却水の温度Ｔｗと潤滑油の温度Ｔｏとに基づいて、機関温度Ｔｅが推定される。次いで、ステップ２３において、ステップ２２で推定された機関温度Ｔｅに基づいて、図１０のルーチンに従って作成された機関始動時のＬＩ制御用の目標最低吸気量算出マップが補正される。
【００８１】
次いで、ステップ２４において、ステップ２３で補正された目標最低吸気量算出マップから目標最低吸気量ＴＧａｉｌが算出される。次いで、ステップ２５において、ステップ２４で算出された目標最低吸気量ＴＧａｉｌに基づいて、吸気弁の目標開弁量ＴＬが算出される。次いで、ステップ２６において、ステップ２５で算出された目標開弁量ＴＬに基づいて、吸気弁の目標リフトタイミングＴＴが算出される。
【００８２】
なお、上述した実施形態において、各種パラメータに基づいて目標吸気量算出マップ、或いは、目標最低吸気量算出マップ自体を補正するのではなく、各マップから算出される値を各種パラメータに基づいて補正するようにしてもよいことは明らかである。
【００８３】
また、上述した実施形態では、連続的に吸気弁の開弁量を変更可能な開弁量変更機構を備えた動弁装置に関連して本発明を説明したが、例えば、段階的に開弁量を変更可能な開弁量変更機構を備えた動弁装置にも本発明は適用可能である。また、上述した実施形態では、連続的に吸気弁のリフトタイミングを変更可能なリフトタイミング変更機構を備えた動弁装置に関連して本発明を説明したが、段階的にリフトタイミングを変更可能なリフトタイミング変更機構を備えた動弁装置にも本発明は適用可能である。
【００８４】
また、上述した実施形態において、機関フリクション度合を推定する条件に加えて、或いは、それに代えて、内燃機関の運転が開始されてから一定期間が経過したときという条件を採用してもよい。
【００８５】
また、上述では、動弁機構が燃焼室内に吸入される吸気量を変更するための吸気量制御装置を具備する場合について説明したが、燃焼室から排出される排気ガスの量を変更するために、動弁機構が排気弁の開弁量（リフト量および作用角）を変更するための機構、および、排気弁のリフトタイミングを変更するための機構の少なくとも一方を具備する場合にも、本発明は適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼室に吸入される吸気の量または燃焼室から排出される排気ガスの量に影響するフリクション度合が内燃機関の制御量と内燃機関の運転状態とから推定され、この推定されたフリクション度合に基づいて制御装置の制御量が設定されるので、確実に、燃焼室に吸入される吸気の量または燃焼室から排出される排気ガスの量が目標量に制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動弁装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図２】吸気弁の開弁量に関する動弁装置の作用を説明するための図である。
【図３】吸気弁のリフトタイミングに関する動弁装置の作用を説明するための図である。
【図４】目標吸気量を算出するためのマップを示す図である。
【図５】アイドリング時回転数制御中の吸気量Ｇａｉと機関フリクション度合Ｆとの関係を示す図である。
【図６】冷間アイドリング時吸気量制御における機関フリクション度合Ｆと目標最低吸気量ＴＧａｉｌとの関係を示す図である。
【図７】冷間アイドリング時吸気量制御における目標最低吸気量ＴＧａｉｌと吸気弁の目標開弁量ＴＬとの関係を示す図である。
【図８】冷間アイドリング時吸気量制御における吸気弁の目標開弁量ＴＬと吸気弁の目標リフトタイミングＴＴとの関係を示す図である。
【図９】冷間アイドリング時吸気量制御中の機関回転数Ｎと機関フリクション度合Ｆとの関係を示す図である。
【図１０】機関始動時であって冷間アイドリング時における吸気量制御用の目標最低吸気量算出マップを作成するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】機関始動時における冷間アイドリング時吸気量制御用の目標最低吸気量等を設定するためのルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…本体
６…吸気弁
１０…点火栓
１１…燃料噴射弁
１６…エアフローメータ
１７…水温センサ
１８…動弁装置
２３…油温センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の量または燃焼室から排出される排気ガスの量を目標量に制御するための制御装置であって、内燃機関が、機関に要求されるトルクが一定である条件下で、かつ機関回転数が予め定められた目標機関回転数になるように機関吸気量が制御される回転数制御が実行されているときの機関吸気量に基づいて、機関内部摩擦による出力損失の大きさとして定義される内燃機関のフリクション度合が推定され、該推定されたフリクション度合に基づいて吸気の量または排気ガスの量が目標量となるように制御されることを特徴とする制御装置。
2. 燃焼室に吸入される吸気の量または燃焼室から排出される排気ガスの量を制御するために吸気弁または排気弁の開弁量または開閉タイミングの少なくとも一方を変更可能な可変動弁装置を具備することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 燃焼室に吸入される吸気の量を目標量に制御するための吸気量制御装置を具備し、内燃機関の運転条件がアイドリング運転が実行される運転条件にあるときに機関回転数が予め定められた目標機関回転数に維持されるように上記吸気量制御装置の制御量を制御するアイドリング時回転数制御が実行されるようになっており、該アイドリング時回転数制御中における吸気量制御装置の制御量が上記フリクション度合を推定するための内燃機関の制御量として採用されることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 内燃機関の運転条件がアイドリング運転が実行される運転条件にあるときであっても内燃機関の温度が予め定められた温度よりも低いときには上記アイドリング時回転数制御が実行されずに、燃焼室に吸入される吸気の量が内燃機関の運転を維持するのに最低限必要とされる吸気量として設定された目標最低吸気量となるようにする冷間アイドリング時吸気量制御が実行され、一方、内燃機関の運転条件がアイドリング運転が実行される運転条件であるときに内燃機関の温度が上記予め定められた温度よりも高いときにのみ上記アイドリング時回転数制御が実行されるようにし、冷間アイドリング時吸気量制御中においては上記目標最低吸気量がアイドリング時回転数制御中に推定された内燃機関のフリクション度合に基づいて補正されることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 上記推定されたフリクション度合が内燃機関の温度に基づいて補正されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の制御装置。
6. 内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高いときに内燃機関の制御量と内燃機関の運転状態とに基づいて内燃機関のフリクション度合が推定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の制御装置。
7. 内燃機関の温度が安定したときに内燃機関の制御量と内燃機関の運転状態とに基づいて内燃機関のフリクション度合が推定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の制御装置。
8. 内燃機関の温度が予め定められた温度であるときに内燃機関の制御量と内燃機関の運転状態とに基づいて内燃機関のフリクション度合が推定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の制御装置。

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