JP4162437B2 - 内燃機関の残留ガス量推定方法及びこれを用いた可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関の吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備えた内燃機関において、残留ガス量を推定すると共に、この推定した残留ガス量を用いて前記可変動弁機構による吸入空気量制御を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の残留ガス量を推定するものとして特開２００１−２２１１０５号公報に記載されたものがある。
このものは、排気バルブのバルブ作動特性を可変制御できる可変動弁機構を備えた内燃機関において、排気バルブの閉弁時期と機関回転速度とに基づいて残留ガス量の基本値を算出し、バルブオーバーラップがないときは、この基本値を残留ガス量として推定する一方、バルブオーバーラップ時においては、前記基本値をバルブオーバーラップ状態に応じた補正値で補正することで残留ガス量を推定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吸気バルブのバルブ作動特性（特に、バルブリフト量）についても可変する可変動弁機構を備えた内燃機関において、残留ガス量を正確に推定するためには、吸気バルブのバルブリフト量についても考慮する必要がある。すなわち、排気バルブの閉時期が同じで、かつ、機関回転速度が同じであっても吸気バルブのバルブリフト量が異なる場合があるし、吸気バルブのバルブリフト量が異なれば、吸気量（これに伴う筒内残留ガス量）やバルブオーバーラップ時の吹き返し量は、当然にその影響を受けて変動するからである。
【０００４】
従って、吸気バルブのバルブ作動特性（バルブリフト量）を全く考慮せずに残留ガス量を推定している上記従来の残留ガス量推定方法では、吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備えた内燃機関にあっては、その残留ガス量を精度よく推定できない。
本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備えた内燃機関において、残留ガス量を高精度に推定する残留ガス推定方法を提供すると共に、この推定した残留ガス量を用いて前記可変動弁機構による吸入空気量制御を精度よく実行できる可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る内燃機関の残留ガス量推定方法は、機関の実吸入空気量と、バルブオーバーラップ時の吸気バルブのバルブリフト量及び開弁タイミングと、排気バルブの閉弁タイミングと、に基づいて機関の残留ガス量を推定するようにした。
また、請求項２に係る発明は、前記可変動弁機構は、前記吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を可変する可変バルブ機構と、クランク軸に対する吸気カム軸の回転位相を変化させることで前記吸気バルブの開閉タイミングを可変する第１可変バルブタイミング機構と、前記クランク軸に対する排気カム軸の回転位相を変化させることで前記排気バルブの開閉タイミングを可変する第２可変バルブタイミング機構と、を有し、前記機関の実吸入空気量に基づいて前記排気バルブの閉弁タイミングが所定の基準閉弁タイミングであるときの残留ガス量を算出し、この残留ガス量を前記排気バルブの実際の閉弁タイミングに応じて補正して基本残留ガス量とする一方、前記バルブオーバーラップ時の前記吸気バルブのバルブリフト量及び開弁タイミングに基づいてバルブオーバーラップ時の吹き返し量ガス量を算出し、前記基本残留ガス量に前記吹き返しガス量を加算して前記機関の残留ガス量を推定するようにした。
【０００６】
請求項１及び請求項２に係る残留ガス量推定方法によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備えた内燃機関において、バルブオーバーラップ時の吹き返し量に対するバルブ開口面積の影響（吸排気バルブの総開口面積）及び排気バルブの閉弁タイミングにおけるピストン位置で定まる有効シリンダ容積の変化による基本残留ガス量の変動を考慮して、機関の残留ガス量を精度よく推定できる。
【０００７】
また、請求項３に係る可変動弁機構の制御装置は、機関の吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構の制御装置であって、前記吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を可変する可変バルブ機構と、機関の運転状態に応じて目標トルク相当の目標吸入空気量を設定する目標吸入空気量設定手段と、機関の実吸入空気量と、バルブオーバーラップ時の前記吸気バルブのバルブリフト量及び開弁タイミングと、排気バルブの閉弁タイミングと、に基づいて機関の残留ガス量を推定する残留ガス量推定手段と、前記目標吸入空気量を前記残留ガス量に応じて補正し、補正後の目標吸入空気量に基づいて前記吸気バルブの目標開口面積を算出する目標開口面積算出手段と、前記目標開口面積に基づいて前記吸気バルブの目標バルブリフト量を算出する目標バルブリフト量算出手段と、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記目標バルブリフト量となるように前記可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このようにすれば、機関の残留ガス量に応じて目標吸入空気量に見合った新気量を確保するための吸気バルブのバルブリフト量（及びバルブ作動角）を精度よく設定でき、可変バルブ機構による吸入空気量制御を精度よく実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、車両用内燃機関の構成図である。図１において、内燃機関１０１の吸気通路１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットル弁１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装されており、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１０】
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、排気浄化触媒１０８により浄化された後、マフラー１０９を介して大気中に放出される。前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によってバルブリフト量及びバルブ作動角を一定に保ったまま駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によってバルブリフト量が連続的に変えられるようになっている。
【００１１】
また、吸気側カム軸１１３及び排気側カム軸１１０の端部には、それぞれクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、バルブリフト量を固定したままバルブの開閉タイミングを連続的に可変する公知の構成の可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４が設けられている。
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５には、アクセル開度センサＡＰＳ１１６、吸入空気量（質量流量）Ｑａを検出するエアフローメータ１１７、クランク軸から回転信号Ｎｅを取り出すクランク角センサ１１８、吸気側カム軸１１３及び排気側カム軸１１０それぞれの回転位置を検出するカムセンサ１１９、スロットル弁１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１２０、シリンダ内の燃焼圧を検出する燃焼圧センサ１２１等からの各種検出信号が入力される。
【００１２】
そして、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５は、前記クランク角センサ１１８及びカムセンサ１１９の検出信号に基づき、クランク軸に対する吸気側カム軸１１３の回転位相（ＶＴＣＮＯＷ１）及び排気側カム軸１１０の回転位相（ＶＴＣＮＯＷ２）をそれぞれ検出して、吸気バルブ１０５の開閉タイミング及び排気バルブ１０７の開閉タイミングを検出すると共に、運転状態に応じてそれぞれの目標値（ＴＧＶＴＣ１、ＴＧＶＴＣ２）を設定する。そして、吸気側カム軸１１３及び排気側カム軸１１０の回転位相が、前記それぞれの目標値となるように可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４を制御することで吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７の開閉タイミングを制御する。
【００１３】
また、スロットル弁１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の開特性によって、アクセル開度に対応する吸入空気量が得られるように、アクセル開度センサＡＰＳ１１６で検出されるアクセル開度ＡＰＯに応じて前記電子制御スロットル１０４及び可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御する。具体的には、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２によりバルブリフト量（及びバルブ作動角）を制御することで吸入空気量を制御しつつ、キャニスタパージ及びブローバイガスの処理のために一定の負圧（目標Ｂｏｏｓｔ：例えば−５０ｍｍＨｇ）を発生させるようにスロットル弁１０３ｂの開度を制御する。但し、負圧要求のない運転条件では、スロットル弁１０３ｂを全開に保持して、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみで吸入空気量を制御する、いわゆるスロットルレス制御を行う。
【００１４】
また、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２のみでは吸入空気量を制御できない場合においては、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の駆動を制御すると共に、前記スロットル弁１０３ｂの開度制御を併用する。
ここで、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の構造について説明する。可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２は、図２〜図４に示すように、一対の吸気バルブ１０５、１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５、１５と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８、１８と、各吸気バルブ１０５、１０５の上端部にバルブリフター１９、１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０、２０とを備えている。
【００１５】
前記偏心カム１５、１５とロッカアーム１８、１８とは、リンクアーム２５、２５によって連係され、ロッカアーム１８、１８と揺動カム２０、２０とは、リンク部材２６、２６によって連係されている。
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００１６】
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自存に支持されている。また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００１７】
前記制御カム１７は円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。前記揺動カム２０は、図２及び図６、図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００１８】
また、該揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。すなわち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、また、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００１９】
前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。なお、前記リンクアーム２５と偏心カム１５とによって揺動駆動部材が構成される。
【００２０】
前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ、２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ、２３ａに圧入した各ピン２８、２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ、２６ｄが貫通形成されている。なお、各ピン２１、２８、２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０、３１、３２が設けられている。
【００２１】
前記制御軸１６は、図１０に示すように、一端部に設けられたＤＣサーボモータ等のアクチュエータ２０１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ２０１で変化させることで、吸気バルブ１０５、１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。すなわち、図１０において、アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）２０１の回転は、伝達部材２０２を介してネジ切り加工が施された軸１０３に伝達され、該軸２０３が通されたナット２０４の軸方向位置が変化する。そして、制御軸１６の先端の取り付けられ、その一端が前記ナット２０４に固定された一対のステー部材２０５ａ、２０５ｂにより制御軸１６が回転する。
【００２２】
なお、本実施形態では、図に示すように、ナット２０４の位置を前記伝達部材２０２に近づけることでバルブリフト量を小さくし、逆に、ナット２０４の位置を前記伝達部材２０２から遠ざけることでバルブリフト量を大きくする。
また、前記制御軸１６の先端には、該制御軸１６の作動角（ＶＥＬ作動角）ＶＣＳ−ＡＮＧＬを検出するポテンショメータ式の作動角センサ２０６（調整位置センサ）が設けられており、該作動角センサ２０６で検出される実際のＶＥＬ作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬが、目標ＶＥＬ作動角（ＴＧＶＥＬ）に一致するように、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５が前記アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）２０１をフィードバック制御する。
【００２３】
次に、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５による吸入空気量制御（エンジントルクデマンド制御）について説明する。
図１１は、吸入空気量制御の全体構成を示す図である。図１１に示すように、前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５は、目標体積流量比演算部ａ（これが、本発明に係る目標吸入空気量設定手段に相当する）と、ＶＥＬ目標作動角演算部ｂ及びＶＴＣ目標回転位相演算部ｃと、目標スロットル開度演算部ｄと、を含んで構成される。以下、それぞれの演算処理について順に説明する。
【００２４】
（ａ）前記目標体積流量比演算部ａにおける演算処理
この目標体積流量比演算部ａは、機関の目標トルク相当の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを算出する。具体的には、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに対応する（又は、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに基づき設定される目標トルクが得られるような）要求空気量（機関要求空気量）Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣを算出する。そして、前記機関要求空気量Ｑ０に、前記ＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣを加算して全要求空気量（吸入空気量）Ｑ（＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）を算出し、更にこの全要求空気量Ｑを機関回転速度Ｎｅ、排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で順次除算することにより、目標トルク相当の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を算出する。
【００２５】
（ｂ）前記ＶＥＬ目標作動角演算部ｂにおける演算処理
このＶＥＬ目標作動角演算部ｂは、まず、前記目標体積流量比演算部ａで算出された目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに、バルブ上流圧補正、ＩＶＣ補正及び残留ガス補正を行って可変バルブ機構ＶＥＬ１１２で実現すべき体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬを算出する。そして、この体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬを、圧縮性流体の定常流れの式をベースに逆変換して目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡを算出し、これより目標作動角ＴＧＶＥＬ０を求める。そして、この目標作動角ＴＧＶＥＬ０と、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の最大作動角ＶＥＬＨＬＭＴと、を比較して最終的なＶＥＬ目標作動角ＴＧＶＥＬを設定する。以下、詳細に説明する。
【００２６】
（ｂ−１）可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の目標作動角の設定
図１２に具体的な制御ブロック図を示す。図１２において、Ａ部では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴとの大きい方を選択して可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２で実現すべき基本体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ０とする。ここで、前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴは、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２で制御可能な（実現可能な）最小体積流量比、すなわち、ＶＥＬ作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬが最小のときの体積流量比であり、図中のａ１部に示すようなテーブルＴＱＨ０ＬＭＴを機関回転速度Ｎｅに基づいて検索することにより算出する。これにより、運転状態にかかわらず可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の目標作動角を設定することになるので、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２を主体とした吸入空気量制御が実行できることになる。
【００２７】
Ｂ部では、バルブ上流圧補正を行う。具体的には、前記基本体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ０を、ｂ１部で設定されるバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰで除算してＴＱＨ０ＶＥＬ１とする。
かかる補正を行うのは、スロットル開度に応じて発生する負圧により吸入できる体積流量（吸気量）も変化するので、前記全要求吸気量Ｑを確保するためには、この変化分を考慮してバルブ作動特性（バルブ開口面積）を設定する必要があるからである。従って、前記スロットル弁１０３ｂが全開となるスロットルレス時においてはバルブ上流圧が大気圧となるので、この補正は不要となるのであるが、実際には、パージ等の負圧要求によりスロットル弁１０３ｂが絞られるので行うのである。なお、前記バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定については、後述する（図１３参照）。
【００２８】
Ｃ部では、ＩＶＣ補正を行う。具体的には、前記バルブ上流圧補正を行った体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ１を、吸気バルブ１０５の閉弁タイミング（ＩＶＣ）及びバルブリフト量に応じてｃ１部で設定されるＩＶＣ補正値ＫＨＯＳＩＶＣ（≦１）で除算してＴＱＨ０ＶＥＬ２とする。
かかる補正を行うのは、吸気バルブ１０５の閉弁タイミングＩＶＣが進角することで有効シリンダ容積が減少して吸気量も変化するので、前記全要求吸気量Ｑを確保するためには、この減少分（＝ＩＶＣ時のＶｃｙｌ／ＢＤＣ時のＶｃｙｌ）を考慮してバルブ作動特性を設定する必要があるからである。また、バルブリフト量が極めて低い領域とそれ以外の領域とでは「バルブリフト量−吸気量特性」が異なるため、前記全要求吸気量Ｑを確保するためにはこれを考慮して（すなわち、異なる演算式を用いて）バルブ作動特性を設定する必要もあるからである。なお、前記ＩＶＣ補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定については後述する（図１４参照）。
【００２９】
Ｄ部では、残留ガス補正を行う。具体的には、前記バルブ上流圧補正及びＩＶＣ補正を行った体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ２を、残留ガス量に応じてｄ１部で設定された残留ガス補正値ＫＲＥＳで除算してＴＱＨ０ＶＥＬとする。ここで算出されたＴＱＨ０ＶＥＬが、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２で実現すべき体積流量比である（以下、これをＶＥＬ実現体積流量比という）。
【００３０】
かかる補正を行うのは、残留ガス量が多くなれば、同じ有効シリンダ容積であっても吸気量が減少してしまうので、前記全要求吸気量Ｑを確保するためにはこれを考慮してバルブ作動特性を設定する必要があるからである。なお、前記残留ガス補正値ＫＲＥＳの設定については後述する（図１５参照）。
Ｅ部では、バルブ開口面積Ａｖ相当の状態量ＶＡＡＣＤＮＶ（＝Ａｖ・Ｃｄ／Ｎ／ＶＯＬ＃＝バルブ開口面積・損失係数／回転速度／排気量）を算出する。具体的には、前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに基づいて、図に示すようなテーブルＴＶＡＡＣＤＭＶを検索することにより行う。なお、かかるテーブルＴＶＡＡＣＤＭＶは、以下のようにして作成する。
【００３１】
まず、吸気バルブ１０５を通過する空気流量（すなわち、シリンダ吸入空気量）Ｑｃは、圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式（１）、（２）のように表すことができる。
【００３２】
【数１】

【００３３】
Ｒ：気体定数（＝２８７）［Ｊ／（Ｋｇ・Ｋ）］
γ：比熱比（＝１．４）、 Ｃｄ：吸気バルブ流量損失係数
Ａｖ：吸気バルブ開口面積［ｍ²］
Ｐ０：吸気バルブ上流圧（例えば、吸気マニホールド圧Ｐｍ）［Ｐａ］
Ｐｃ：吸気バルブ下流圧（すなわち、シリンダ内圧）［Ｐａ］
Ｔ０：吸気バルブ上流温度（例えば、吸気マニホールド温度Ｔｍ）［Ｋ］
前記ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、吸気バルブ１０５を通過させる空気量を機関（エンジン）回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃で除算したものであるから、同様にして次式（３）、（４）のように表すことができる
【００３４】
【数２】

【００３５】
従って、ＶＥＬ実現体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、非チョーク時においては、上記式（３）よりＣｄ・Ａｖ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）とバルブ前後圧比（Ｐｃ／Ｐ０）とに応じた値となり、チョーク時においては、上記式（４）よりＣｄ・Ａｖ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）に比例した値となるので、シミュレーションや実験等によりＴＱＨ０ＶＥＬとＣｄ・Ａｖ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）との相関をあらかじめ求めてテーブルＴＶＡＡＣＤＭＶ作成する。
【００３６】
そして、Ｅ部において算出した状態量ＶＡＡＣＤＮＶに、Ｆ部において機関回転速度Ｎｅを、Ｇ部において排気量ＶＯＬ＃をそれぞれ乗算し、流量特性ＴＶＥＬＡＡ０（＝Ａｖ・Ｃｄ）を算出する。なお、これが（基本的に）吸気バルブに要求される開口面積相当値（以下、要求バルブ開口面積という）である。
Ｈ部では、バルブ開口面積回転補正を行う。具体的には、算出した要求バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡ０を、ＶＥＬ開口面積回転補正値ＫＨＯＳＮＥで除算してＴＶＥＬＡＡを算出する。
【００３７】
かかる補正を行うのは、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の特性上、機関回転速度Ｎｅが一定値以上の上昇すると慣性力も増加し、同一のＶＥＬ作動角であってもバルブリフト量（すなわち、バルブ開口面積）が増えてしまうため、その分を考慮してバルブ開口面積を正確に算出するためである。なお、前記ＶＥＬ開口面積回転補正値ＫＨＯＳＮＥは、機関回転速度Ｎｅに基づいて、図中ｈ１部に示すようなテーブルＴＫＨＯＳＮＥを検索して算出する。そして、ここで算出したＴＶＥＬＡＡが、吸気バルブ１０５の目標バルブ開口面積相当値（以下、目標バルブ開口面積という）である。
【００３８】
次に、Ｉ部では、図に示すような変換テーブルＴＴＧＶＥＬ０（バルブ開口面積―バルブ作動角変換テーブル）を用いて、前記目標バルブ開口面積ＴＶＥＬＡＡをＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０に変換する。すなわち、バルブの開口面積からＶＥＬ作動角は一義的に求めることができるので、前記変換テーブルＴＴＧＶＥＬ０をあらかじめ設定しておくことで、バルブ開口面積をＶＥＬ作動角に容易に変換できる。なお、前記テーブルＴＴＧＶＥＬ０には、バルブ損失係数Ｃｄ分も含めてある。
【００３９】
Ｊ部では、変換したＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬ０と、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２で吸入空気量制御が可能なＶＥＬ作動角の上限値、すなわち、最大ＶＥＬ作動角ＶＥＬＨＬＭＴと、を比較し、目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを設定する。具体的には、図に示すように、ＴＧＶＥＬ０≧ＶＥＬＨＬＭＴであれば、ＶＥＬＨＬＭＴを目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬとして設定し、ＴＧＶＥＬ０＜ＶＥＬＨＬＭＴであれば、ＴＧＶＥＬ０を目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬとして設定する。なお、前記最大ＶＥＬ作動角ＶＥＬＨＬＭＴは、機関回転速度Ｎｅに基づいて、あらかじめ設定した図中のｊ１部に示すようなテーブルＴＶＥＬＨＬＭＴを検索して算出する。これにより、吸入空気量制御を可能な限り実行しつつ、体積効率を最大限確保することができる。
【００４０】
そして、コントロールユニットＣ／Ｕ１１５は、実際のＶＥＬ作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬが前記目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬとなるように、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２を制御する。これにより、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２による吸入空気量制御が精度よく実現できる。
（ｂ−２）バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定
図１２のｂ１部で実行されるバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定について説明する。まず、スロットル弁１０３ｂを絞ることによりバルブ上流圧（吸気マニホールド内圧力）が変化（この変化をＰｍ０→Ｐｍ１とする）しても、吸気バルブ１０５を通過する空気量を一定とするには、圧縮性流体の一次元定常流れの式より次式（５）、（６）が成立する必要がある。
【００４１】
【数３】

【００４２】
Ｐｍ０：スロットル弁全開時のバルブ上流圧（吸気マニホールド圧≒大気圧）
Ｐｍ１：目標Ｂｏｏｓｔ時のバルブ上流圧（吸気マニホールド圧）
Ｐｃ０：スロットル弁全開時のバルブ下流圧（≒シリンダ内圧）
Ｐｃ１：目標Ｂｏｏｓｔ時のバルブ下流圧（≒シリンダ内圧）
Ａｖ０：スロットル弁全開時の吸気バルブ開口面積
Ａｖ１：目標Ｂｏｏｓｔ時の吸気バルブ開口面積
従って、バルブ上流圧が大気圧（Ｐｍ０）のときのバルブ開口面積Ａ０に対するバルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰは、次式（７）、（８）のようになればよい。
【００４３】
【数４】

【００４４】
すなわち、バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰは、チョーク時においては「目標Ｂｏｏｓｔ（マニホールド圧）／大気圧」により一義的に決まる。また、非チョーク時においても（Ｐｃ０／Ｐｍ０）≒（Ｐｃ１／Ｐｍ１）になると考えられるため「目標Ｂｏｏｓｔ／大気圧」が支配的となる。従って、いずれの場合においても、バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰを「目標Ｂｏｏｓｔ／大気圧」として設定できることになる。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、図１３に示すように、バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰとして「目標Ｂｏｏｓｔ（目標マニホールド圧）／大気圧」を１点定数（例えば、８８ＫＰａ／１０１．３ＫＰａ）で設定し、これを図１２のＢ部に出力するようにした。但し、前記目標体積流量ＴＱＨ０ＳＴが前記最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴ以下の場合、すなわち、図１２のＡ部において最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴが選択された場合は、バルブ上流圧の如何にかかわらず最終的に最小体積流量比ＱＨ０ＬＭＴ相当のバルブ作動角が得られるように、バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰとして１．０を図１２のＢ部に出力する。
【００４６】
（ｂ−３）ＩＶＣ補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定
図１２のｃ１部において実行されるＩＶＣ補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定について説明する。本実施形態におけるＩＶＣ補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定は、まず、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（閉弁タイミングＩＶＣ）に基づきバルブタイミング補正値ＨＩＶＣ（≦１）を算出する一方、吸気バルブ１０５のバルブリフト量に基づきバルブリフト量補正値ＨＬＩＦＴ（≧１）を算出し、前記バルブタイミング補正値ＨＩＶＣにバルブリフト量補正値ＨＬＩＦＴを乗算することにより行う。以下、図１４の制御ブロック図に従って説明する。
【００４７】
図１４において、ｃ１０部では、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬに基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＶ０ＩＶＣを検索して、前記可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４が動作していないときの（すなわち、ＶＴＣ最遅角時の）吸気バルブ１０５の閉弁タイミングＶ０ＩＶＣ（ＩＶＣ角度）を算出する。
【００４８】
ｃ１１部では、算出したＶ０ＩＶＣから吸気側カム軸１１３の回転位相（すなわち、可変バルブタイミング（ＶＴＣ）１１４の作動角）ＶＴＣＮＯＷ１を減算することで、吸気バルブ１０５の実際の閉弁タイミングＲＥＡＬＩＶＣ（実ＩＶＣ角度）を算出する。
ｃ１２部では、算出した実際の閉弁タイミングＲＥＡＬＩＶＣに基づいて、図に示すようなテーブルＴＨＩＶＣを検索して吸気バルブ１０５の閉弁タイミングに応じたバルブタイミング補正値ＨＩＶＣ（≦１）を算出する。なお、テーブルＴＨＩＶＣに示すように、バルブタイミング補正値ＨＩＶＣは、閉弁タイミングＩＶＣが進角側にあるほど小さく設定され、前記基本体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ０は増大補正されることになる。
【００４９】
一方、ｃ１３部では、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬに基づいて、図に示すようなテーブルＴＨＬＦＴ検索して吸気バルブ１０５のバルブリフト量に応じたバルブリフト量補正値ＨＬＩＦＴ（≧１）を算出する。なお、テーブルＴＨＬＩＦＴに示すように、バルブリフト量補正値ＨＬＩＦＴは、バルブリフト量が所定量を下回る領域においてバルブリフト量が低いほど大きく設定され、前記基本体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬ０は減少補正されることになる。
【００５０】
そして、ｃ１４部において、前記バルブタイミング補正値ＨＩＶＣにバルブリフト量補正値ＨＬＩＦＴを乗算してＩＶＣ補正値ＫＨＯＳＩＶＣを算出して図１２のＣ部に出力する。
なお、前記バルブタイミング補正値ＨＩＶＣには、上記した静的補正（前記シリンダ容積の減少分の補正）に加えて、機関回転中においては有効シリンダ容積Ｖｃｙｌ相当を吸気できないこと（すなわち、バルブリフト量によって有効シリンダ容積Ｖｃｙｌの０〜１００％の間で可変となること）を考慮した動的補正やバルブオーバーラップ分の補正（吸気バルブ１０５の開弁タイミングＩＶＯに応じた補正）を含めるようにしてもよい。また、本実施形態では、テーブル作成が複雑化するのを回避するため、バルブタイミング補正値ＨＩＶＣとバルブリフト量補正値ＨＬＩＦＴとを別々のテーブルにより算出するようにしているが、これらを合成した１つのテーブルにより算出するようにしてもよい。
【００５１】
（ｂ−４）残留ガス補正値ＫＲＥＳの設定
図１２のｄ１部において実行される残留ガス補正値ＫＲＥＳの設定について説明する。本実施形態における残留ガス補正値ＫＲＥＳの設定は、バルブオーバーラップ時の吹き返し量Ｗｍと筒内残留ガス量Ｗｃｙｌとを算出し、これらを合算して全残留ガス量Ｗとする。そして、残留ガス率ＲＥＳ（＝Ｗ／（Ｑａ＋Ｗ））を算出し、この残留ガス率ＲＥＳに基づいてテーブルを検索することにより行う。以下、図１５の制御ブロック図に従って説明する。
【００５２】
図１５において、ｄ１０部では、吸気バルブ１０５の開弁タイミングＩＶＯと可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬ（バルブリフト量）とに基づいて、あらかじめ設定したマップを参照してバルブオーバーラップ時のバルブ開口面積ＡＷｍを算出する。
ｄ１１部では、算出したバルブ開口面積ＡＷｍに基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＷｍを検索してバルブオーバーラップ時の基本吹き返し量Ｗｍ０を算出する。なお、この基本吹き返し量Ｗｍ０は、所定の基準状態（例えばＮｅ＝１２００ｒｐｍ、Ｐｍ＝１３．３ＫＰａ）におけるバルブ開口面積ＡＷｍに応じた吹き返し量としてあらかじめ求めたものである。
【００５３】
ｄ１２では、前記基本吹き返し量Ｗｍ０に対して吸気圧補正を行う。具体的には、前記基本吹き返し量Ｗｍ０に吸気バルブ上流圧（マニホールド圧：Ｂｏｏｓｔ）Ｐｍに応じた吸気圧補正値ＫＰＭＰＥを乗算してＷｍ１を算出する。かかる補正を行うには、マニホールド圧Ｐｍによって吹き返しの影響度が異なるからである。なお、前記吸気圧補正値ＫＰＭＰＥは、図中ｄ２１部に示すように、マニホールド圧Ｐｍに基づいてあらかじめ設定したテーブルＴＫＰＭＰＥを検索して算出する。
【００５４】
ｄ１３部では、前記基本吹き返し量Ｗｍ１に回転速度補正を行う。具体的には、前記吸気圧補正を行った基本吹き返し量Ｗｍ１に、図中ｄ２２部において機関回転速度Ｎｅに基づいて算出した回転速度補正値ＫＨＯＳＮＥＭを乗算して吹き返し量Ｗｍを算出する。かかる補正を行うのは、前記基準状態において同一のバルブリフト量であっても、機関回転速度Ｎｅによって吹き返しの影響度が異なるからである。なお、図１６に示すように、本実施形態では、機関回転速度Ｎｅが高いほど吹き返し量Ｗｍが少なくなることが実験により確認されているので、この結果をもとに前記回転速度補正値ＫＨＯＳＮＥＭを設定してある。
【００５５】
一方、ｄ１４部では、バルブオーバーラップがない状態における作動ガス量ＲＱＨ０ＶＥＬ１（これが、本発明に係る実吸入空気量に相当する。以下、実機関基本体積流量比という）に基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＷｔｄｃを検索して、前記基準状態において排気バルブ１０７の閉弁タイミングＥＶＣを基準時（例えば、最進角時）としたときの残留ガス量Ｗｔｄｃを算出する。なお、前記実機関基本体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬ１の算出については後述する（図２２のｑ３７部参照）。
【００５６】
ｄ１５部では、排気バルブ１０７の実際の閉弁タイミングＥＶＣに基づいてテーブルＴＷｅｃｖを検索することにより、残留ガス量変動分（増量分）Ｗｅｖｃを算出する。これは、排気バルブの１０７の閉弁タイミングＥＶＣにおけるピストン位置で定まる有効シリンダ容積の変化（これに伴う残留ガス量の変化）を考慮するためである。
【００５７】
ｄ１６部では、前記排気バルブ１０７の閉弁タイミングＥＶＣを基準時としたときの残留ガス量Ｗｔｄｃに、前記残留ガス変動分Ｗｅｖｃを加算してＷｔｄｃ０とする。
ｄ１７部では、前記Ｗｔｄｃ０に回転速度補正を行って基本残留ガス量Ｗｃｙｌを算出する。なお、前記回転速度補正は、例えば、機関回転速度Ｎｅに基づいて図中ｄ２３部に示すテーブルＴＫＨＯＳＮＥＥを検索して算出した回転速度補正値ＫＨＯＳＮＥＥを前記Ｗｔｄｃ０に乗算することにより行う。かかる補正を行うのは、前記吹き返し量Ｗｍと同様に、基本残留ガス量Ｗｃｙｌも機関回転速度Ｎｅの影響を受けるからである。また、本実施形態においては、図１７に示すように、機関回転速度Ｎｅが高いほど基本残留ガス量Ｗｃｙｌが少なくなることが実験により確認されているので、この結果をもとに前記回転速度補正値ＫＨＯＳＮＥＭを設定してある。
【００５８】
ｄ１８部では、前記吹き返し量Ｗｍと前記基本残留ガス量Ｗｃｙｌとを加算して全残留ガス量Ｗを算出する。
このように、全残留ガス量Ｗを推定（算出）するに際し、前記吹き返し量Ｗｍにおいては吸気バルブ１０５の開弁タイミングＩＶＯ及びバルブリフト量（ＶＣＳ−ＡＮＧＬ）を考慮することでバルブ開口面積ＡＷｍによって変動する吹き返し量を精度よく算出でき、基本残留ガス量Ｗｃｙｌにおいては排気バルブ１０７の閉弁タイミングＥＶＣを考慮することで有効シリンダ容積の変化に伴って変動する基本残留ガス量を精度よく算出できるので、これらを加算した機関の全残留ガス量Ｗも精度よく推定（算出）できることになる。
【００５９】
ｄ１９部では、全残留ガス量Ｗと吸入空気量（新気量）Ｑａとに基づいて、残留ガス率ＲＥＳ（＝Ｗ／（Ｗ＋Ｑａ））を算出する。
そして、ｄ２０部では、算出した残留ガス率ＲＥＳに基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＫＲＥＳを検索して残留ガス補正値ＫＲＥＳ（≦１）を設定し、図１２のＤ部に出力する。
【００６０】
なお、テーブルＴＫＲＥＳに示すように、残留ガス補正値ＫＲＥＳは、残留ガス率ＲＥＳ大きいほど小さく設定され、前記基本体積流量比ＴＱＨＶＥＬ０（ＴＱＨ０ＶＥＬ１）は増大補正されることになる。
（ｃ）ＶＴＣ目標回転位相演算部ｃにおける演算処理
ＶＴＣ目標回転位相演算部ｃは、ＮＯｘ低減量がバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）によって決定されるため、あらかじめ運転領域毎の要求ＮＯｘ低減量に基づき目標オーバーラップ量（Ｏ／Ｌ量）を確保するための吸気バルブ１０５の開弁タイミング（ＩＶＯ）及び排気バルブ１０７の閉弁タイミング（ＥＶＣ）を割り付けたマップを作成しておく（Ｋ部に示すＩＶＯマップ及びＥＶＣマップ）。
【００６１】
そして、かかるマップを参照し、前記目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬを考慮しつつ吸気バルブ１０５の目標回転位相（進角値又は遅角値）ＴＧＶＴＣ１を設定すると共に、排気バルブ１０７の目標回転位相（進角値又は遅角値）ＴＧＶＴＣ２を設定する。以下、図１８を参照して詳細に説明する。
図１８において、Ｋ部では、前記目標体積流量比ＴＱ０ＨＳＴと機関回転速度Ｎｅに基づいて、あらかじめ設定したＩＶＯマップ及びＥＶＣマップを参照して吸気バルブ１０５の目標開弁タイミングＴＧＩＶＯを算出すると共に、排気バルブ１０７の目標閉弁タイミングＴＧＥＶＣを算出して目標回転位相ＴＧＶＴＣ２を設定する。
【００６２】
Ｌ部では、前記ＶＥＬ目標作動角ＴＧＶＥＬ（図１２参照）に基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＶ０ＩＶＯを検索し、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２が目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬに制御された場合におけるＶＴＣ最遅角時の吸気バルブ１０５の開弁タイミングＶ０ＩＶＯを算出する。
Ｍ部では、前記目標開弁タイミングＴＧＩＶＯからＶＴＣ最遅角時の開弁タイミングＶ０ＩＶＯを減算することで、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２が目標ＶＥＬ作動角ＴＧＶＥＬに制御された場合を考慮した吸気バルブ１０５の目標回転位相ＴＧＶＴＣ１を算出する。
【００６３】
そして、コントロールユニットＣ／Ｕ１１５は、吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７の実際の回転位相（ＶＴＣＮＯＷ１、２）が、それぞれ前記目標回転位相ＴＧＶＴＣ１又はＴＧＶＴＣ２となるように、吸気側及び排気側それぞれの可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４を制御する。これにより、吸入空気量制御とＮＯｘの低減とを精度よく両立させることができる。
【００６４】
（ｄ）目標スロットル開度演算部ｄにおける演算処理
目標スロットル開度演算部ｄは、吸気バルブ１０５が基準のバルブ作動特性（本実施形態では、前記可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２が作動していないときとする。以下、Ｓｔｄ．バルブ作動特性という）のときに要求されるスロットル弁１０３ｂの開口面積（以下、これをスロットル要求開口面積という）ＴＶＯＡＡ０を算出し、これを実際の（制御された）吸気バルブのバルブ作動特性変化に応じて補正して目標スロットル開口面積ＴＶＯＡＡを算出する。そして、該目標スロットル開口面積ＴＶＯＡＡに基づいて目標スロットル開度ＴＤＴＶＯを設定する。
【００６５】
（ｄ−１）目標スロットル開度ＴＤＴＶＯの設定
図１９に制御ブロック図を示す。図１９において、Ｎ部では、Ｓｔｄ．バルブ作動特性時に要求されるスロットル弁の開口面積Ａｔに相当する状態量ＴＡＤＮＶ０を算出する。具体的には、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに基づいて、あらかじめ設定した変換テーブルＴＴＡＤＮＶ０を検索することによりＴＡＤＮＶ０を算出する。なお、前記状態量ＴＡＤＮＶ０は、スロットル弁開口面積をＡｔ、機関回転速度をＮｅ、排気量（シリンダ容積）をＶＯＬ＃としたときにＡｔ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）で表されるものである。
【００６６】
そして、算出したＴＡＤＮＶ０に、Ｏ部において機関回転速度Ｎｅを、Ｐ部において排気量ＶＯＬ＃をそれぞれ乗算し、Ｓｔｄ．バルブ作動特性時におけるスロットル要求開口面積ＴＶＯＡＡ０を算出する。
Ｑ部では、算出したスロットル要求開口面積ＴＶＯＡＡ０に、吸気バルブ１０５の作動特性の変化に応じた補正を行う。具体的には、前記スロットル要求開口面積ＴＶＯＡＡに、ｑ１部で算出される吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬを乗算して目標スロットル開口面積ＴＶＯＡＡを算出する。なお、前記吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの算出については後述する（図２０参照）。
【００６７】
Ｒ部では、算出した目標スロットル開口面積ＴＶＯＡＡに基づいて、あらかじめ設定した変換テーブルＴＴＶＯＡＡを検索して目標スロットル開度ＴＤＴＶＯを算出する。
そして、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１１５は、実際のスロットル弁１０３ｂの開度が、前記目標スロットル開度ＴＤＴＶＯに収束するように前記電子制御スロットル１０４を制御することになる。これにより、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２による吸入空気量制御を主体としつつ、スロットル弁１０３ｂと協調させた制御が精度よく実行できる。
【００６８】
（ｄ−２）吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの算出
図１９中のｑ１部で算出される吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの設定について説明する。まず、スロットル弁１０３ｂを通過する空気流量Ｑｔｈは、圧縮性流体の一次元定常流れの式より、次式（９）、（１０）のように表すことができる。
【００６９】
【数５】

【００７０】
Ｐａ：大気圧（Ｐａ）、 Ｐｍ：マニホールド圧（Ｐａ）、
Ｔａ：外気温度（Ｋ）、 Ａｔ：スロットル開口面積（ｍ２）
吸気バルブ１０５の作動特性が変化しても（状態０→状態１）空気流量Ｑｔｈを一定にするためには、次式（１１）が成立する必要がある。
【００７１】
【数６】

【００７２】
Ｐｍ０：Ｓｔｄ．バルブ作動特性時の吸気マニホールド圧
Ｐｍ１：可変バルブ機構（ＶＥＬ）作動時の吸気マニホールド圧
Ａｔ０：Ｓｔｄ．バルブ作動特性時のスロットル弁開口面積
Ａｔ１：可変バルブ機構（ＶＥＬ）作動時のスロットル開口面積
従って、吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬは、次式（１２）のようになる。
【００７３】
【数７】

【００７４】
そこで、本実施形態においては、図２０のｑ１０部において、Ｓｔｄ．バルブ作動特性時の圧力比（Ｐｍ０／Ｐａ）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度Ｎｅに基づいて、あらかじめ全性能的に割り付けられたマップを参照して求める。
次に、ｑ１１部では、前記Ｓｔｄ．バルブ作動特性時の圧力比（Ｐｍ０／Ｐａ）に基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＫＰＡ０を検索して係数ＫＰＡ０を算出する。このテーブルＴＫＰＡ０は、次式（１３）をあらかじめ算出して設定したものであり、係数ＫＰＡ０は式（１２）の分子に相当するものである。
【００７５】
【数８】

【００７６】
一方、ｑ１２部においては、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２作動時の圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）に基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＫＰＡ１を検索してＫＰＡ１を算出する。このテーブルＴＫＰＡ１は、次式（１４）をあらかじめ算出して設定したものであり、係数ＫＰＡ１は式（１２）の分母の値に相当するものである。
【００７７】
【数９】

【００７８】
なお、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２作動時の圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）の算出については後述する（図２１参照）。
そして、ｑ１３部において、前記係数ＫＡＰ０を係数ＫＡＰ１で除算することで吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬを算出し、図１９のＱ部に出力する。
（ｄ−３）ＶＥＬ作動時の圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）の算出
図２０のｑ１２部で用いるＶＥＬ作動時の圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）の算出は、以下のようにして行う。
【００７９】
シリンダ内に吸入される空気量（実吸入空気量）Ｑａｃｙｌは、新気割合をηとすると次式（１５）で表すことができる。
【００８０】
【数１０】

【００８１】
従って、圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）は以下のようになる。
【００８２】
【数１１】

【００８３】
但し、「ＴＰ」は、前記シリンダに吸入される空気量（実吸入空気量）Ｑａｃｙｌであり、「ＴＰ１００」は、スロットル弁１０３ｂが全開時にシリンダに吸入される空気量であって、ＴＰ１００＝（ＶＯＬ・Ｐａ）／（Ｒ・Ｔａ）で算出されるものである。また、「ＶＯＬ」は、吸気バルブ１０５の各バルブ作動特性における有効シリンダ容積である。
【００８４】
従って、前記ＴＰ、ＴＰ１００及び新気割合ηを求めることで、吸気マニホールド圧力Ｐｍを検出することなく、ＶＥＬ作動時の圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）を算出できる。
そこで、本実施形態では、図２１のｑ２０部において、スロットル弁１０３ｂ全開時の吸気バルブ１０５の各バルブ作動特性における吸気バルブ１０５通過体積流量比（以下、全開時体積流量比という）ＷＱＨ０ＶＥＬ、変換定数ＴＰＧＡＩＮ＃を乗算することでＴＰ１００を算出する。なお、前記全開時体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬの算出については後述する（図２２参照）。
【００８５】
また、ｑ２１部において、新気割合ηを実際の各バルブ作動特性における吸気バルブ１０５通過体積流量比（以下、実機関体積流量比という）ＲＱＨ０ＶＥＬと機関回転速度Ｎｅに基づいて、あらかじめ全性能的に割り付けられたマップを参照して算出する。なお、前記実機関体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの算出については後述する（図２２参照）。但し、これに限られるのもではなく、例えば、運転状態に基づいて新気割合ηを推定するようにしてもよい。
【００８６】
そして、ｑ２２部において、実吸入空気量「ＴＰ」に前記新気割合ηを乗算して「ＴＰ１００・η」を算出し、更に、ｑ２３部において「ＴＰ／（ＴＰ１００．η）」を算出して（これが、ＶＥＬ作動時の圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）である）、前記図２０のｑ１２部に出力する。但し、チョーク時は、前記バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰ（すなわち、定数）を出力すればよい（式（７）参照）。
【００８７】
（ｄ−４）全開時体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬ及び実機関体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの算出
かかる算出は、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬに基づいて吸気バルブ１０５の開口面積を求め、これを体積流量比に変換することにより行う。図２２に制御ブロック図を示す。
【００８８】
図２２において、ｑ３０部では、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２の実作動角ＶＣＳ−ＡＮＧＬに基づいて、あらかじめ設定したテーブルＴＡＡＶＥＬ０を検索して吸気バルブ１０５の開口面積ＡＡＶＥＬ０を算出する。
ｑ３１部では、図１２のＨ部と同様に、機関回転速度Ｎｅに応じてＶＥＬ開口面積回転補正を行いＡＡＶＥＬとする。
【００８９】
そして、算出したＡＡＶＥＬを、ｑ３２部、ｑ３３部においてそれぞれ機関回転速度Ｎｅ、排気量（シリンダ容積）ＶＯＬ＃で除算して、Ａ／Ｎ／Ｖ特性とする。
ｑ３４部では、あらかじめ設定した変換テーブルＴＷＱＨ０ＶＥＬ０を検索して、Ａ／Ｎ／Ｖ特性を全開時基本体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬ０へと変換する。
【００９０】
そして、ｑ３５部、３６部において、この全開時基本体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬ０に対して、図１２のＣ部、Ｄ部と同様にＩＶＣ補正、残留ガス補正を行い、全開時通過体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬとし、図２１のｑ２０部へ出力する。
一方、ｑ３６部では、ｑ３４部で変換した全開時基本体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬ０に対して、図１２にＢ部と同様に、バルブ上流圧補正を行ってＲＱＨ０ＶＥＬ０とし、更にｑ３７部においてＩＶＣ補正を行い、実機関基本体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬ１を算出する（これが、図１５において、基本残留ガス量Ｗｃｙｌの算出に用いられる実吸入空気量に相当するものである）。
【００９１】
そして、ｑ３８部において、更に残留ガス補正を行って、実機関体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬを算出し、図２１のｑ２１部へ出力する。
以上説明したように、本実施形態においては、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２と前記電子制御スロットル１０４とを協調させた制御を行うので、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２による吸入空気量制御（トルク制御）を可能にしつつ、可変バルブ機構（ＶＥＬ）のみでは対応できない負圧要求に対しては、電子制御スロットル１０４を制御し、運転状態に応じて最適な制御を実現できる。
【００９２】
また、吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７のバルブ作動特性を制御してＮＯｘと低減を図ると共に、機関の残留ガス量を考慮して吸気バルブ１０５の目標バルブ作動特性を設定するので、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２による吸入空気量制御（トルク制御）を精度よく実現できる。
ここで、本実施形態の特徴として、機関の残留ガス量の推定に際し、バルブオーバーラップ時の吸気バルブ１０５の開弁タイミングＩＶＯ及びバルブリフト量ＶＣＳ−ＡＮＧＬや排気バルブ１０７の閉弁タイミングＥＶＣについても考慮するので、吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備えた内燃機関においても、残留ガス量を精度よく推定できる。
【００９３】
また、吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７のバルブ作動特性を制御してＮＯｘと低減を図ると共に、機関の残留ガス量を考慮して吸気バルブ１０５の目標バルブ作動特性を設定するので、全要求吸気量Ｑに見合った新気量を確保するための吸気バルブ１０５のバルブ作動特性を精度よく設定でき、排気エミッションの低減と、可変バルブ機構（ＶＥＬ）１１２による吸入空気量制御と、を両立させることができる。
【００９４】
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１又は２記載の内燃機関の残留ガス量推定方法において、前記実吸入空気量は、吸気バルブのバルブ作動特性に基づいて算出されることを特徴とする。
【００９５】
このようにすれば、実際の筒内吸入空気量に基づいて基本残留ガス量を算出できることになるので、エアフローメータの検出値等を用いた場合に生じる応答遅れを回避して、残留ガス量の推定精度を向上できる。
（ロ）請求項２記載の内燃機関の残留ガス量推定方法において、前記吹き返し量は、吸気圧又は機関回転速度の少なくとも一方に応じて補正されることを特徴とする。
【００９６】
このようにすれば、所定の基準状態における吹き返し量を基本吹き返し量として１の演算式によって算出すると共に、この基本吹き返し量に対して吸気圧又は機関回転速度に応じて設定される補正値によって補正することで演算処理を容易なものにしつつ、吸気圧、機関回転速度の影響を考慮して正確な吹き返し量（副返し分の残留ガス量）を算出できる。
（ハ）請求項３に記載の可変動弁機構の制御装置において、前記基本演算式には、吸気バルブの閉弁タイミングに応じた補正又は吸気バルブのバルブリフト量に応じた補正の少なくとも一方が含まれることを特徴とする。
【００９７】
このようにすれば、吸気バルブの閉弁タイミングの変化による有効シリンダ容積の変動や低バルブリフト量領域において吸気量が制限される状態をも考慮しつつ全要求吸入空気量に見合った新気量を確保するための吸気バルブの目標バルブ作動特性を、更に精度よく設定することができる。これにより、可変動弁機構による吸入空気量制御をより高精度に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における機関の構成図。
【図２】本発明の実施形態における可変バルブ機構ＶＥＬの断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記可変バルブ機構ＶＥＬの側面図。
【図４】上記可変バルブ機構ＶＥＬの平面図。
【図５】上記可変バルブ機構ＶＥＬに使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記可変バルブ機構ＶＥＬの低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記可変バルブ機構ＶＥＬの高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記可変バルブ機構ＶＥＬにおける揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記可変バルブ機構ＶＥＬのバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記可変バルブ機構ＶＥＬにおける制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】本実施形態における吸入空気量制御を示す全体ブロック図。
【図１２】可変バルブ機構ＶＥＬの目標作動角演算を示すブロック図。
【図１３】バルブ上流圧補正値ＫＭＡＮＩＰの設定を示す図。
【図１４】ＩＶＣ補正値ＫＨＯＳＩＶＣの設定を示すブロック図。
【図１５】残留ガス補正値ＫＲＥＳの設定（残留ガス率、残留ガス量の推定）を示すブロック図。
【図１６】機関回転速度Ｎｅと吹き返し量Ｗｍとの関係を示す図。
【図１７】機関回転速度Ｎｅと基本残留ガス量Ｗｃｙｌとの関係を示す図。
【図１８】可変バルブタイミング機構ＶＴＣの目標作動角演算を示すブロック図。
【図１９】目標スロットル開度の設定演算を示すブロック図。
【図２０】吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの算出を示すブロック図。
【図２１】ＶＥＬ作動時の圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）算出を示すブロック図。
【図２２】全開時体積流量比ＷＱＨ０ＶＥＬ及び実機関体積流量比ＲＱＨ０ＶＥＬの算出を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１２…可変動弁機構としての可変バルブ機構、１１４…可変動弁機構としての可変バルブタイミング機構、１１５…目標吸入空気量設定手段、残留ガス量推定手段、目標バルブ作動特性設定手段及び可変動弁機構制御手段としてのコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）

Claims (3)

1. 機関の吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構を備えた内燃機関において、
   機関の実吸入空気量と、バルブオーバーラップ時の前記吸気バルブのバルブリフト量及び開弁タイミングと、前記排気バルブの閉弁タイミングと、に基づいて機関の残留ガス量を推定することを特徴とする内燃機関の残留ガス量推定方法。
2. 前記可変動弁機構は、前記吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を可変する可変バルブ機構と、クランク軸に対する吸気カム軸の回転位相を変化させることで前記吸気バルブの開閉タイミングを可変する第１可変バルブタイミング機構と、前記クランク軸に対する排気カム軸の回転位相を変化させることで前記排気バルブの開閉タイミングを可変する第２可変バルブタイミング機構と、を有し、
   前記機関の実吸入空気量に基づいて前記排気バルブの閉弁タイミングが所定の基準閉弁タイミングであるときの残留ガス量を算出し、この残留ガス量を前記排気バルブの実際の閉弁タイミングに応じて補正して基本残留ガス量とする一方、
   前記バルブオーバーラップ時の前記吸気バルブのバルブリフト量及び開弁タイミングに基づいてバルブオーバーラップ時の吹き返し量ガス量を算出し、
   前記基本残留ガス量に前記吹き返しガス量を加算して前記機関の残留ガス量を推定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の残留ガス量推定方法。
3. 機関の吸気バルブ及び排気バルブのバルブ作動特性を可変する可変動弁機構の制御装置であって、
   前記吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を可変する可変バルブ機構と、
   機関の運転状態に応じて目標トルク相当の目標吸入空気量を設定する目標吸入空気量設定手段と、
   機関の実吸入空気量と、バルブオーバーラップ時の前記吸気バルブのバルブリフト量及び開弁タイミングと、排気バルブの閉弁タイミングと、に基づいて機関の残留ガス量を推定する残留ガス量推定手段と、
   前記目標吸入空気量を前記残留ガス量に応じて補正し、補正後の目標吸入空気量に基づいて前記吸気バルブの目標開口面積を算出する目標開口面積算出手段と、
   前記目標開口面積に基づいて前記吸気バルブの目標バルブリフト量を算出する目標バルブリフト量算出手段と、
   前記吸気バルブのバルブリフト量が前記目標バルブリフト量となるように前記可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段と、
   を備えることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。

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