JP4372455B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された内燃機関における空燃比制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
年々厳しくなる排出ガス浄化規制に合致するためにより高精度な空燃比制御（燃料噴射制御）が求められるようになってきた。より高精度な空燃比制御を実現するためには、内燃機関の燃焼室に吸入される空気量である筒内充填空気量の演算精度を高めることが求められる。筒内充填空気量の演算は、たとえば吸気系モデルを用いて推定することが提案されている（特許文献１）。ここで、吸気系モデルは、スロットルバルブから燃焼室の吸気口までの吸気通路を流れる吸入空気の挙動をモデル化したものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３００４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４０４７６号公報
【特許文献３】
特表平８−５０２１１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吸気通路を流れる吸入空気の挙動は、たとえば吸気通路への堆積物の蓄積といった経年変化によって変動するため、この吸入空気の挙動と吸気系モデルとの間に相違が発生して筒内充填空気量の推定に誤差が生ずるという問題が生じていた。また、燃焼室の吸気口に設けられたバルブの開閉特性についても、動弁系その他の機構系の摩耗や変形によって経年変化が生じ、この経年変化も筒内充填空気量の推定の誤差の要因となっていた。さらに、経年変化だけでなく製造直後から存在する内燃機関の製造ばらつきも誤差の要因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、経年変化や内燃機関の製造ばらつきに起因する空燃比制御の性能劣化を抑制するための技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、燃料の供給量を調整可能な燃料供給機構を備えた内燃機関を制御するための制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の流量である吸気流量を計測するための流量センサと、
前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の圧力である吸気圧力を計測するための圧力センサと、
前記吸気流量と前記吸気圧力とに応じて、前記内燃機関の特性変化を推定する特性変化推定部と、
前記燃料供給機構を制御するための燃料供給機構制御部と、
を備え、
前記燃料供給機構制御部は、前記推定に応じて前記内燃機関の特性変化を補償するように、前記燃料供給機構を制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１の態様では、吸気流量と吸気圧力とに応じて内燃機関の特性変化が推定され、この推定に応じて燃料の供給量を補正して内燃機関の特性変化が補償されるので、経年変化や内燃機関の製造ばらつきに起因する空燃比制御の性能劣化を抑制することができる。
【０００８】
上記内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、さらに、バルブのリフト量と作用角の少なくとも一方を調整可能なバルブ調整機構を備え、
前記制御装置は、さらに、前記バルブ調整機構を制御するためのバルブ調整機構制御部を備えるようにしても良い。
【０００９】
本発明は、バルブリフト調整機構を備える内燃機関において顕著な効果を奏する。このような内燃機関では、経年変化による内燃機関の特性変化も大きくなる傾向があるからである。これは、このような内燃機関では小さなバルブリフト量での運転が想定されており、このような運転では、バルブや燃焼室への吸入口への堆積物の蓄積が筒内充填空気量に大きな影響を与える傾向があるからである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、バルブのリフト量と作用角の少なくとも一方を調整可能なバルブ調整機構を備えた内燃機関を制御するための制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の流量である吸気流量を計測するための流量センサと、
前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の圧力である吸気圧力を計測するための圧力センサと、
前記吸気流量と前記吸気圧力とに応じて、前記内燃機関の特性変化を推定する特性変化推定部と、
前記バルブ調整機構を制御するためのバルブ調整機構制御部と、
を備え、
前記バルブ調整機構制御部は、前記推定に応じて前記内燃機関の特性変化を補償するように、前記バルブ調整機構を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の態様では、吸気流量と吸気圧力とに応じて内燃機関の特性変化が推定され、この推定に応じてバルブのリフト量を補正して内燃機関の特性変化が補償されるので、経年変化や内燃機関の製造ばらつきに起因する空燃比制御の性能劣化を抑制することができる。
【００１２】
上記内燃機関の制御装置において、前記特性変化推定部は、リフト量と作用角の少なくとも一方の増減を含む前記バルブ調整機構の機械的な特性変化を推定するようにしても良いし、
前記特性変化推定部は、前記内燃機関の吸気特性の変化を推定するようにしても良い。前記吸気特性の変化は、たとえば前記内燃機関の燃焼室へ空気が吸気される経路における圧力損失の増減を含む空気力学的な特性変化であっても良い。
【００１３】
上記内燃機関の制御装置において、前記特性変化推定部は、前記内燃機関が所定の定常運転状態にあるときに前記推定を行い、
前記所定の定常運転状態は、前記内燃機関の負荷と回転数とが一定の範囲内に所定の時間だけ維持されている状態であるようにしても良い。
【００１４】
こうすれば、吸入空気の挙動が安定した状態で推定されることになるので、内燃機関の特性変化の推定精度を高めることができる。
【００１５】
上記内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、燃料タンク内にで気化した燃料を前記吸入空気内に開放するパージ制御や、排気の一部を吸気に混入させて再循環させるＥＧＲ制御を行うことが可能であり、
前記特性変化推定部は、前記パージ制御や前記ＥＧＲ制御が行われていないときに前記推定を行うようにしても良い。
【００１６】
パージ制御やＥＧＲ制御が行われているときには吸入空気の挙動が変化して推定精度が低下する恐れがあるので、このようにパージ制御やＥＧＲ制御が行われていないときに推定を行うようにすればパージ制御やＥＧＲ制御に起因する推定精度の低下を回避することができる。
【００１７】
上記内燃機関の制御装置において、前記バルブ調整機構制御部は、前記バルブ調整機構の基準位置を確認するための較正処理を行うことが可能であり、
前記特性変化推定部は、前記較正処理の完了後に前記推定を行うようにしても良い。
【００１８】
バルブ調整機構の制御は較正処理前においては精度が保証されていないので、このように較正処理の完了後に推定を行うようにすればバルブ調整機構の制御の精度の低下に起因する推定精度の低下を回避することができる。
【００１９】
上記内燃機関の制御装置において、前記特性変化推定部は、前記内燃機関の回転数と前記バルブ調整機構の調整位置の組合せ毎に前記推定を行うようにしても良く、バルブのリフト量を時間で積分した値である開弁時間面積毎に前記推定を行うようにしても良い。なお、内燃機関がバルブ調整機構を有していない場合には、前記バルブ調整機構の調整位置は固定値として扱われる。
【００２０】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、たとえば内燃機関の制御方法、その制御装置を備えた内燃機関、筒内充填空気量を計測する計測装置等の態様で実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．第１実施例における動弁機構制御系：
Ｃ．第２実施例における動弁機構制御系：
Ｄ．第３実施例における動弁機構制御系：
Ｅ．第４実施例における燃料供給制御系：
Ｆ．変形例：
【００２２】
Ａ．装置構成：
図１は、本発明の一実施例としての内燃機関とその制御装置の構成を示す説明図である。この制御装置は、車両に搭載された内燃機関であるガソリンエンジン１００を制御する装置として構成されている。エンジン１００は、空気（新気）を燃焼室に供給するための吸気管１１０と、燃焼室から排気を外部に排出するための排気管１２０とを備えている。燃焼室には、燃料を燃焼室内に噴射する燃料噴射弁１０１と、燃焼室内の混合気を着火させるための点火プラグ１０２と、吸気バルブ３２２と、排気バルブ３６２とが設けられている。
【００２３】
吸気管１１０には、上流側から順に、吸気流量を測定するためのエアフローメータ１３０（流量センサ）と、吸気流量を調整するためのスロットルバルブ１３２と、サージタンク１３４とが設けられている。サージタンク１３４には、吸気温センサ１３６と、吸気圧センサ１３８とが設けられている。サージタンク１３４の下流側の吸気経路は、複数の燃焼室に接続された多数の分岐管に別れているが、図１では簡略化されて１本の分岐管のみが描かれている。排気管１２０には、空燃比センサ１２６と、排気中の有害成分を除去するための触媒１２８とが設けられている。なお、エアフローメータ１３０や圧力センサ１３８は、他の位置に設けることも可能である。また、本実施例では、燃料を直接燃焼室内に噴射しているが、吸気管１１０に燃料を噴射するようにしてもよい。
【００２４】
エンジン１００の吸気動作と排気動作は、吸気バルブ３２２と排気バルブ３６２の開閉状態によって切り換えられる。吸気バルブ３２２と排気バルブ３６２には、その開弁特性を変更可能な可変動弁機構３２０、３６０がそれぞれ設けられている。これらの可変動弁機構３２０、３６０は、作用角と、クランクシャフトに対する開閉タイミングとを変更可能な機構である。このような可変動弁機構としては、例えば本出願人により開示された特開２００１−２６３０１５号公報に記載されたものを利用することができる。あるいは、電磁弁を用いて作用角と位相とを変更可能な可変動弁機構を利用することも可能である。
【００２５】
可変動弁機構３２０、３６０は、それぞれ動弁機構調整アクチュエータ２２０、２６０に接続されている。動弁機構調整アクチュエータ２２０、２６０は、制御ユニット１０によってフィードバック制御される。この制御内容については後に詳述する。
【００２６】
エンジン１００の運転は、制御ユニット１０によって制御される。制御ユニット１０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。この制御ユニット１０には、種々のセンサからの信号が供給されている。これらのセンサには、上述したセンサ１３６，１３８，１２６の他に、ノックセンサ１０４と、エンジン水温を検出する水温センサ１０６と、エンジン回転数を検出する回転数センサ１０８と、アクセルセンサ１０９と、が含まれている。
【００２７】
制御ユニット１０は、バルブ３２２、３６２のクランクシャフトに対する開閉タイミングを設定するためのタイミング司令部１２と、バルブ３２２、３６２の作用角を設定するための作用角司令部１４とを備えている。これらは、エンジン１００の回転数や負荷、エンジン水温などに応じて可変動弁機構３２０、３６０を調整することができる。制御ユニット１０は、さらに、燃料噴射弁１０１による燃焼室内への燃料供給量を制御するための燃料供給制御部１６と、可変動弁機構３２０、３６０の経年変化による状態変化を推定するための可変動弁機構状態推定部１８と、を備えている。これらの機能については後に詳述する。
【００２８】
図２は、可変動弁機構３２０による吸気バルブ３２２の開弁／閉弁タイミングの調整の様子を示す説明図である。本実施例の可変動弁機構３２０は、作用角θと同時にリフト量も変更するように構成されている。また、クランクシャフトに対する開閉タイミング（開弁期間の中心）φは、可変動弁機構３２０が有する可変バルブタイミング機構を用いて調整される。
【００２９】
なお、この可変動弁機構３２０は、吸気バルブ３２２の作用角と、クランクシャフトに対する開閉タイミングとを独立に変更可能である。従って、エンジン１００の運転状態に応じて、吸気バルブ３２２の作用角と、クランクシャフトに対する開閉タイミングとがそれぞれ好ましい状態に設定される。排気バルブ３６２用の可変動弁機構３６０も、これと同じ特性を有している。
【００３０】
Ｂ．第１実施例における動弁機構制御系：
図３は、本発明の第１実施例における動弁機構制御系のブロックダイアグラムである。本実施例の動弁機構制御系は、可変動弁機構３２０の経年変化によるバルブの作用角の実質的な減少量Ｅｖ（図３参照）を補償できるように構成されている。このため、本実施例は、制御対象の経年変化の支配的な要因が可変動弁機構３２０の経年変化によるバルブの作用角の実質的な減少量であることが予め分かっている場合に顕著な効果を奏することができる。ここで、作用角θｖは、経年変化がないと仮定したときのノミナル作用角である。
【００３１】
可変動弁機構３２０の経年変化によるバルブの作用角の実質的な減少は、たとえば動弁系が有する図示しないカムの摩耗や図示しないロッカーアームの変形といったものによって引き起こされる。このため、動弁機構状態推定部１５は、バルブの作用角の実質的な減少量が運転状態に拘わらず一定であるものと仮定している。
【００３２】
本実施例の動弁機構制御系は、ＥＣＵ１０によって動弁調整機構アクチュエータ２２０をフィードバック制御することによって実現されている。動弁調整機構アクチュエータ２２０のフィードバック制御は、アクチュエータセンサ２５０によって動弁調整機構アクチュエータ２２０の機械的操作量δａを実測し、実測された機械的操作量δａをＥＣＵ１０にフィードバックすることにより実現される。この結果、作用角司令部１４が出力する目標値（δｃ＋Ｅａ）に対して、機械的操作量δａが近づくように動弁調整機構アクチュエータ２２０が制御されることになる。ここで、説明を分かりやすくするため、アクチュエータセンサ２５０による計測誤差は無視できるものと仮定されている。
【００３３】
目標値（δｃ＋Ｅａ）は、ノミナル作用角θｖに対応するノミナルリフト量δｃと、可変動弁機構３２０の経年変化による作用角の実質的な減少量Ｅｖを補償するための誤差補正量Ｅａ（リフト補償量）との和として算出される。このノミナルリフト量δｃは、作用角司令部１４が有する図示しない作用角マップを用いて、エンジン１００の回転数Ｎｅなどに応じて決定される。
【００３４】
誤差補正量Ｅａは、吸排気機構１５０から入力される吸気圧力Ｐｓと吸気流量Ｍｓと吸気温度Ｔｓと、アクチュエータセンサ２５０から入力される機械的操作量δａと、回転数Ｎｅとから算出される。ここで、吸気圧力Ｐｓは、吸気圧センサ１３８によって計測されたサージタンク１３４（図１）内の圧力であり、吸気流量Ｍｓは、エアフローメータ１３０によって計測された吸気管１１０内の空気（新気）の流量であり、吸気温度Ｔｓは、吸気温センサ１３６によって計測されたサージタンク１３４内の空気の温度である。
【００３５】
誤差補正量Ｅａは、これらの計測値と動弁機構状態推定マップ１５Ｍとに応じて算出することができる。動弁機構状態推定マップ１５Ｍとは、回転数Ｎｅと吸気温度Ｔｓの組合せ毎に用意された複数のマップを有するマップ群であり、各マップは、吸気圧力Ｐｓと吸気流量Ｍｓと作用角θとの間の関係を示している。
【００３６】
動弁機構状態推定部１５は、以下のようにして誤差補正量Ｅａを算出することができる。
（１）回転数Ｎｅと吸気温度Ｔｓとに応じて、上記マップ群の中から１つのマップを選択する。
（２）選択されたマップに基づき吸気圧力Ｐｓと吸気流量Ｍｓとに応じて、空気力学的な推定作用角θｅａの値を算出する。この算出方法について後述する。
（３）アクチュエータセンサ２５０から入力された機械的操作量δａから、機構学的な推定作用角θｅδの値を算出する。この算出は、予め用意されたアクチュエータ２２０機械的操作量δａとバルブの作用角と間の関係に基づいて算出される。この関係では、経年変化による作用角の減少は考慮されていない。
【００３７】
図４は、作用角の空気力学的な推定の方法を示す説明図である。図４（ａ）は、ガソリンエンジン１００（図１）から吸排気機構１５０を抜き出したものを示しており、図４（ｂ）は、吸排気機構１５０の線形モデルを電気回路の形で示している。この線形モデルは、ガソリンエンジン１００の負荷と回転数Ｎｅが安定している状態を線形近似したものである。この線形モデルでは、空気の流れが電流に置換されており、抵抗における電位差は圧力損失に相当することになる。
【００３８】
吸排気機構１５０の各要素は、図４（ｂ）に示される線形モデルの各要素に以下のように対応している。外気は、接地Ｇに対応しており、また、エアフローメータ１３０は電流計１３０ｅに、吸入空気を通す吸気管１１０は導線１１０ｅに、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１３２は可変抵抗１３２ｅに、吸入空気の圧力変動を抑制するサージタンク１３４はコンデンサ１３４ｅに、吸入空気の圧力の圧力を計測する吸気圧センサ１３８は電圧計１３８ｅに、燃焼室への吸気を調整する吸気バルブ３２２は可変抵抗３２２ｅに、燃焼室からの排気を調整する排気バルブ３６２は可変抵抗３６２ｅに、空気力学的にはポンプとして機能するシリンダ１７０およびピストン１７１は電池１７０ｅに、それぞれ対応している。
【００３９】
ガソリンエンジン１００の負荷と回転数Ｎｅが安定している状態では、対応する要素である電池１７０ｅの電圧も安定することになる。この状態において、可変抵抗３２２ｅと電池１７０ｅと可変抵抗３６２ｅとから構成された直列回路に流れる電流と、この直列回路における電位差とが計測できれば、直列回路の抵抗値が算出できることが分かる。この電流は、電流計１３０ｅによって計測が可能であり、この電圧は、電圧計１３８ｅによって計測が可能である。
【００４０】
さらに、電池１７０ｅの電圧が特定できれば２つの可変抵抗３２２ｅ、３６２ｅの抵抗値が算出できることが分かる。一方、電池１７０ｅの電圧に相当する量は、回転数Ｎｅに応じて特定可能である。なお、この算出は、スロットルバルブ１３２に対応する可変抵抗１３２ｅの抵抗値が特定できなくても可能であることも分かる。
【００４１】
このように、ガソリンエンジン１００の負荷と回転数Ｎｅが安定している状態では、２つの可変抵抗３２２ｅ、３６２ｅの抵抗値に対応するバルブ３２２、３６２の作用角θは、吸気圧力Ｐｓと吸気流量Ｍｓとに応じて推定できることが分かる。
【００４２】
動弁機構状態推定部１５は、推定作用角θｅａと推定作用角θｅδの差を経年変化に起因する作用角θの誤差として算出するとともに、この作用角θの誤差をアクチュエータセンサ２５０の操作量に換算して誤差補正量Ｅａを算出する。
【００４３】
図５は、本発明の第１実施例における補正処理の流れを示すフローチャートである。この補正処理では、経年変化による制御対象の特性変化がバルブの作用角を補正することによって補償されている。ステップＳ１０００では、ＥＣＵ１０の動弁機構状態推定部１５（図３）は、前述のように誤差補正量Ｅａを補正値として決定する。ステップＳ２０００では、作用角司令部１４は、ドライバビリティに過大な影響を与えないタイミングで補正値を更新する。これらの処理は、イグニッションがオフにされるまで継続して実行される（ステップＳ３０００）。
【００４４】
図６は、本発明の第１実施例の補正値決定処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１００では、ＥＣＵは、状態推定可否決定処理を行う。状態推定可否決定処理とは、空気力学的な作用角の推定が可能か否かを決定する処理である。
【００４５】
本実施例では、以下の条件が満たされた場合に推定可能と決定される。
（１）吸気圧センサ１３８とエアフローメータ１３０の計測値が信頼できる状態にある。計測値が信頼できる状態とは、たとえば吸気圧センサ１３８とエアフローメータ１３０の計測値が収束していて、かつ過大あるいは過小な値を示していない状態である。
（２）吸排気機構１５０において、パージ制御やＥＧＲ制御が行われていない。パージ制御とは、図示しない燃料タンク内で気化した燃料をサージタンク１３４に開放して、燃料タンク内の圧力が過大とならないようにする制御である。一方、ＥＧＲ制御とは、排気の一部を吸気に混入させて再循環させる制御をいう。パージ制御やＥＧＲ制御が行われていないことを条件としたのは、吸排気機構１５０内の空気力学的な挙動が変化し、エアフローメータ１３０による吸入空気量の計測値の信頼性も失われるからである。
（３）吸気バルブ３２２と排気バルブ３６２の基準位置の学習（較正処理）が完了している。この学習は、たとえば動弁調整機構アクチュエータ２２０を機械的に底付きさせることによって実現される。
【００４６】
このようにして状態推定の可否が決定され、状態推定ができないと判断されると、カウンタがクリアされ（ステップＳ１６００）、ステップＳ１１００に処理が戻り再度状態推定の可否が決定される。一方、状態推定ができると判断されると、ステップＳ１３００に処理が進む（ステップＳ１２００）。
【００４７】
ステップＳ１３００では、ＥＣＵ１０は、吸気圧センサ１３８から取得した吸気圧力Ｐｓの計測値を図示しないＲＡＭに格納し、ステップＳ１４００では、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１３０から取得した吸気流量Ｍｓの計測値を上記ＲＡＭの他のアドレスに格納する。
【００４８】
ステップＳ１５００では、ＥＣＵ１０は、ガソリンエンジン１００の運転が定常状態にあるか否かを決定する。この決定は、回転数Ｎｅおよび負荷（トルク）がそれぞれほぼ一定であるか否かに基づいて行われる。具体的には、回転数Ｎｅその他の計測値がそれらの平均値の±５％の範囲に収まっている場合に、「定常状態」にあると決定することができる。なお、推定精度を高めるために回転数Ｎｅや負荷だけでなく吸気圧力Ｐｓや吸気流量Ｍｓが、それぞれほぼ一定であるか否かに基づいて行うようにしても良い。
【００４９】
この決定の結果、「定常状態」にないと決定されると、カウンタがクリアされ（ステップＳ１６００）、処理がステップＳ１１００に戻る。一方、「定常状態」にあると決定されるとカウントアップされ（ステップＳ１７００）、処理がステップＳ１８００に進む。
【００５０】
ステップＳ１３００では、ＥＣＵ１０は、カウント数が所定値よりも大きいか否かを判断する。この判断は、補正値の決定に要する時間間隔（例えば約３秒）だけ定常状態が継続していたか否かを決定するためのものである。カウント数が所定値以下の場合には、（カウンタをクリアすることなく）ステップＳ１１００に処理が戻り、カウント数が所定値を超えた場合には、ステップＳ１９００に処理が進む。
【００５１】
ステップＳ１９００では、動弁機構状態推定部１５（図３）は、前述の方法で誤差補正量Ｅａを補正値として算出する。新たに算出された誤差補正量Ｅａは、作用角司令部１４に送信される。作用角司令部１４は、新たに受信した誤差補正量Ｅａを図示しないＲＡＭに格納する。
【００５２】
図７は、本発明の第１実施例の補正実行処理の流れを示すフローチャートである。補正値更新処理とは、ドライバビリティに過大な影響を与えないタイミングで誤差補正量Ｅａを更新するための処理である。このような処理を行うのは、補正値の更新によってトルクが不意に変動する恐れがあるからである。
【００５３】
ステップＳ２１００では、作用角司令部１４は、算出された誤差補正量Ｅａと使用中の誤差補正量の差である更新差を算出する。なお、誤差補正が行われていない場合には、使用中の誤差補正量はゼロとして取り扱われる。
【００５４】
ステップＳ２２００では、作用角司令部１４は、更新差が所定の値よりも大きいか否かを判断する。この結果、作用角司令部１４は、更新差が所定の値以下の場合には補正不要と判断し、処理を補正値決定処理（図６）に戻す（ステップＳ３０００（図５））。一方、更新差が所定の値より大きい場合には、処理をステップＳ２３００に進める。
【００５５】
ステップＳ２３００では、作用角司令部１４は、イグニッションがオフであるか否かを判断する。イグニッションがオフであれば、ドライバビリティに影響を与えることなく補正値を更新することができるからである。イグニッションがオフの場合には、補正値の更新が行われる（ステップＳ２７００）。これにより、ドライバビリティに影響がないイグニッションオフ時において、作用角司令部１４がノミナルリフト量δｃとともに出力する誤差補正量Ｅａが更新されることになる。一方、イグニッションがオンの場合には、処理がステップＳ２４００に進む。
【００５６】
ステップＳ２４００では、作用角司令部１４は、ガソリンエンジン１００がアイドリング中であるか否かを判断する。アイドリング中であれば、イグニッションがオンであってもドライバビリティに影響を与えることなく補正値を更新することができるからである。アイドリング中であるか否かは、たとえばアクセルセンサ１０９からの入力信号に応じて決定することができる。アイドリング中である場合には、作用角司令部１４は、補正値を更新する（ステップＳ２７００）。一方、アイドリング中でない場合には、処理がステップＳ２５００に進められる。なお、内燃機関に燃料が供給されていない燃料カットの状態についてもアイドリングと同様に取り扱うことができる。
【００５７】
ステップＳ２５００では、作用角司令部１４は、ガソリンエンジン１００が所定の運転状態にあるか否かを判断する。所定の運転状態とは、バルブ３２２、３６２の作用角が所定の角度よりも大きい状態における運転をいう。このように作用角が比較的に大きな運転状態であれば、補正値の大きさによっては更新されても作用角の変動の割合が比較的に小さいので、ドライバビリティに過大な影響を与えることなく補正値を更新することができる場合があるからである。
【００５８】
ガソリンエンジン１００が所定の運転状態にあるか否かは、たとえば作用角司令部１４が出力する（補正量を含まない）ノミナルリフト量δｃに応じて決定することができる。所定の運転状態にある場合には、作用角司令部１４は、補正値が所定の値未満であるか否かを判断し（ステップＳ２６００）、補正値が所定の値未満である場合には補正値を更新する。一方、所定の運転状態にない場合や補正値が所定の値以上である場合には、ドライバビリティに過大な影響を与える恐れがあるとして、処理が補正値決定処理（図６）に戻される（ステップＳ３０００（図５））。ここで、所定の値は、所定の運転状態において、ドライバビリティに過大な影響を与えることなく補正値を更新することができる値として予め設定された値である。
【００５９】
このように、第１実施例の制御系は、可変動弁機構３２０の経年変化によるバルブのリフト量の減少といった機械的な特性の変化を、バルブの作用角を補正することによって補償することができる。この結果、燃焼室に吸入される空気量の誤差が小さくなるので内燃機関の経年変化や製造ばらつきに起因する空燃比制御の性能劣化を抑制することができる。
【００６０】
さらに、バルブの作用角の補正は、ドライバビリティに過大な影響を与えないタイミングで行われるので、作用角の補正の実行によるドライバビリティへの影響をも抑制することができる。
【００６１】
Ｃ．第２実施例における動弁機構制御系：
図８は、本発明の第２実施例における動弁機構制御系のブロックダイアグラムである。本実施例の動弁機構制御系は、可変動弁機構３２０の経年変化によるバルブのリフト量の減少量Ｅｖ（図３、図８参照）だけでなく給排気系統１５０の経年変化による空気抵抗の増大（圧力損失の増大）をも補償できるように構成されている点で第１実施例の動弁機構制御系と異なる。
【００６２】
ただし、給排気系統１５０の経年変化による空気抵抗の増大は、バルブのリフト量の減少量Ｅｐ（図８参照）として表現されている。空気抵抗の増大をバルブのリフト量の減少量Ｅｐとして表現しているのは、給排気管の空気抵抗の増大もバルブのリフト量の減少も空気力学的には、定性的にほぼ等価と見なせるからである。
【００６３】
このように、本実施例は、制御対象の経年変化の要因として可変動弁機構３２０のバルブのリフト量の減少があるだけでなく、たとえば給排気系統１５０が有する吸気管１１０や排気管１２０への堆積物による空気抵抗の増大が無視できないことが予め分かっているような場合に顕著な効果を奏することができる。
【００６４】
第２実施例の動弁機構制御系は、ＥＣＵ１０の代わりにＥＣＵ１０ａを有する点で第１実施例の動弁機構制御系と異なる。ＥＣＵ１０ａは、動弁機構状態推定部１５の代わりに給排気系統状態推定部１５ａを備えている。給排気系統状態推定部１５ａは、バルブのリフト量の実質的な減少量が運転状態に拘わらず一定であるものと仮定する動弁機構状態推定部１５と異なり、バルブのリフト量の実質的な減少量（Ｅｖ＋Ｅｐ）が運転状態によって変化し得ると仮定している。
【００６５】
ただし、給排気系統１５０の経年変化による空気抵抗の増大は、前述のようにバルブのリフト量の減少量Ｅｐと定性的には同一のものとして取り扱われているため、第１実施例で使用される動弁機構状態推定マップ１５Ｍと同一のマップを用いて第１実施例と同様に誤差補正量を算出することができる。
【００６６】
図９は、本発明の第２実施例において算出された誤差補正量Ｅａ’を示す説明図である。本実施例では、運転条件（エンジン回転数Ｎｅと作用角θの組合せ）毎に誤差補正量Ｅａ’が算出される点で単一の誤差補正量Ｅａが算出される第１実施例と異なる。なお、本実施例では、エンジン回転数Ｎｅは、特許請求の範囲における「内燃機関の回転数」に相当し、作用角θは、特許請求の範囲における「バルブ調整機構の調整位置」に相当する。
【００６７】
図９に示された例では、エンジン回転数Ｎｅが８０１〜１６００ＲＰＭの場合においては、作用角が１１１〜１２０ｄｅｇのときの１つの組合せで誤差補正量Ｅａ’が算出されており、エンジン回転数Ｎｅが１６０１〜２４００ＲＰＭの場合においては、作用角が１０１〜１１０ｄｅｇのときと１２１〜１３０ｄｅｇのときの２つの組合せで誤差補正量Ｅａ’が算出されている。これらの３つの誤差補正量Ｅａ’は、相互に異なっていることが分かる。
【００６８】
このように、運転状態毎に誤差補正量Ｅａ’が異なるのは、たとえば吸気管１１０や排気管１２０の壁面への堆積物による空気抵抗の増大が運転状態よって異なり得ることを考慮したためである。前述の吸排気管１１０、１２０の壁面への堆積物の蓄積は、たとえば壁面における乱流の原因となるが、この乱流による空気抵抗値が吸入空気量に応じて非線形に変動するからである。
【００６９】
このように、第２実施例の制御系は、可変動弁機構３２０の経年変化によるバルブのリフト量の減少量Ｅｖだけでなく、給排気系統１５０の経年変化による空気抵抗の増大（圧力損失の増大）を含む空気力学的な特性の変化をもバルブの作用角を補正することによって補償することができるという利点がある。
【００７０】
さらに、本実施例は、作用角（開弁期間の大きさ）θがバルブのリフト量を変えることによって調整される機構を用いる制御対象でなく、たとえばバルブのリフト量から独立して作用角θを変更可能な機構を用いる制御対象に対しても適用が可能であるという利点もある。バルブのリフト量の実質的な減少量が運転状態に拘わらず一定であるものと仮定せず、運転条件毎に誤差補正量Ｅａ’が算出されているからである。
【００７１】
Ｄ．第３実施例における動弁機構制御系：
図１０は、本発明の第３実施例における誤差補正量Ｅａ’’を示す説明図である。図１０（ａ）は、開弁時間面積毎に算出された誤差補正量Ｅａ’’を示しており、図１０（ｂ）は、開弁時間面積とエンジン回転数Ｎｅとを関係づけるマップの一例を示している。
【００７２】
第３実施例は、図１０（ａ）に示されるように運転条件毎に複数の誤差補正量Ｅａ’’が算出される点で第２実施例と共通する。ただし、運転条件として開弁時間面積が使用されている点で、エンジン回転数Ｎｅと作用角の組合せが使用されている第２実施例と異なる。ここで、開弁時間面積とは、バルブのリフト量を時間で積分した値であり、エンジン回転数Ｎｅと作用角とに基づき、上記マップを用いて算出される値である。
【００７３】
図１１は、本発明の第３実施例で用いられる開弁時間面積の概念を示す説明図である。図１１（ａ）は、可変動弁機構３２０による吸気バルブ３２２のバルブのリフト量とクランク角度φとの間の関係を示し、図１１（ｂ）は、吸気バルブ３２２のバルブのリフト量と時間ｔとの間の関係を示している。図１１（ｂ）は、エンジン回転数Ｎｅを用いて図１１（ａ）の横軸をクランク角度φから時間に変換したものである。開弁時間面積とは、図１１（ｂ）において横軸とリフト量を表す曲線とで囲まれた部分の面積に相当することになる。
【００７４】
作用角θがバルブのリフト量を変えることによって調整される機構においては、開弁時間面積が同一であればエンジン回転数Ｎｅや作用角θに拘わらず、吸入空気の動的特性がほぼ同一となることが当業者において経験的に知られている。換言すれば、エンジン回転数Ｎｅや作用角θが変動しても開弁時間面積が同一であれば吸入空気の動的特性がほぼ同一であり、同一の補正を行えば良いことになる。このため、このような機構においては、運転条件としてエンジン回転数Ｎｅと作用角θの組合せの代わりに開弁時間面積を使用できることが分かる。
【００７５】
このように、第３実施例では、エンジン回転数Ｎｅと作用角といった２つのパラメータの代わりに開弁時間面積という１つのパラメータで表わされた運転条件毎に誤差補正値Ｅａ’’を算出すればよいので、補正値の演算負担が軽減されるという利点がある。
【００７６】
Ｅ．第４実施例における燃料供給制御系：
図１２は、本発明の第４実施例における燃料供給制御系のブロックダイアグラムである。本実施例の燃料供給制御系は、経年変化による制御対象の特性変化を燃料供給量を補正することによって補償する点で、バルブの作用角を補正することによって補償する上記各実施例と異なる。燃料供給量の補正は、筒内空気充填率という概念を用いて行われる。「筒内空気充填率」とは、燃焼室の排気量に対する燃焼室の１回の燃焼サイクルにおいて燃焼室内に導入される空気量の比を意味している。
【００７７】
第４実施例の燃料供給制御系では、ＥＣＵ１０ｂは、動弁機構推定部１５（図３）や給排気系統状態推定部１５ａ（図８）の代わりに空気低減率推定部１５ｂを備えている。空気低減率推定部１５ｂは、空気低減率（Ａ／Ｂ）を算出し、これを燃料供給制御部１６に送信する。
【００７８】
「空気低減率（Ａ／Ｂ）」とは、第１の充填効率Ａを第２の充填効率Ｂで除した値である。ここで、「第１の充填効率」とは、経年変化によって変動した後のガソリンエンジン１００の燃焼室の筒内空気充填率を意味し、「第２の充填効率」とは、経年変化によって変動する前のガソリンエンジン１００の燃焼室の筒内空気充填率を意味する。
【００７９】
空気低減率（Ａ／Ｂ）は、空気低減率推定部１５ｂによって、たとえば以下の方法で算出される。
（１）第１の充填効率Ａ（経年変化後の充填効率）を算出する。この算出は、バルブリフト量の実施的な減少量を推定するとともに、推定されたバルブリフト量とエアフローメータ１３０の計測値とに応じて行われる。ここで、バルブリフト量の実施的な減少量は、上述の第１〜第４実施例と同様に、吸排気機構１５０から入力される吸気圧力Ｐｓと吸気流量Ｍｓと吸気温度Ｔｓと、アクチュエータセンサ２５０から入力される機械的操作量δａと、回転数Ｎｅとから算出される。
（２）第２の充填効率Ｂ（経年変化前の充填効率）を算出する。この算出は、バルブリフト量の実施的な減少がないものと仮定し、エアフローメータ１３０の計測値に応じて行われる。
（３）空気低減率（Ａ／Ｂ）を算出する。この算出は、第１の充填効率を第２の充填効率で除することによって行われる。
【００８０】
算出された空気低減率（Ａ／Ｂ）は、空気低減率推定部１５ｂから燃料供給制御部１６に送信される。燃料供給制御部１６は、空気低減率（Ａ／Ｂ）に応じて燃料供給量を補正する。これにより、空燃比を最適値に近づけることができる。
【００８１】
このように、本発明は、経年変化による制御対象の特性変化を、バルブの作用角を補正するだけでなく燃料供給量を補正することによって補償するように構成可能であることも分かる。
【００８２】
なお、本実施例では、バルブリフト量の実施的な減少量を推定するとともに、推定された減少量に応じて第１の充填効率が算出されているが、吸排気機構１５０やアクチュエータセンサ２５０からの入力に応じて直接的に第１の充填効率を算出するようにしても良い。このような算出は、吸排気機構１５０やアクチュエータセンサ２５０からの入力と第１の充填効率との間の関係を直接的に表すマップを用意することによって実現することができる。
【００８３】
また、第４実施例の内燃機関は可変動弁機構３２０、３６０を備えているが、可変動弁機構３２０、３６０を備えていない内燃機関にも本発明は適用可能である。ただし、本発明は、可変動弁機構３２０、３６０を備える内燃機関において顕著な効果を奏する。このような内燃機関では、経年変化による内燃機関の特性変化も大きくなる傾向があるからである。これは、このような内燃機関では小さなバルブリフト量での運転が想定されており、このような運転では、バルブや燃焼室への吸入口への堆積物の蓄積が筒内充填空気量に大きな影響を与える傾向があるからである
【００８４】
Ｆ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８５】
Ｆ−１．上記各実施例のバルブ調整機構では、バルブのリフト量と作用角とを同時に変更しているが、たとえばバルブリフト量と作用角の一方だけを調整可能な機構であっても良い。本発明で使用するバルブ調整機構は、一般に、バルブのリフト量と作用角の少なくとも一方を調整可能な機構であれば良い。
【００８６】
Ｆ−２．上記各実施例では、内燃機関の給排気機構の製造後の経年変化に起因する特性変化を補償しているが、製造直後から存在する製造ばらつきやオーバーホールによる特性の変化も補償することも可能である。さらに、内燃機関の給排気機構に限られず、これを含む内燃機関全体の特性変化を推定するように構成しても良い。この結果、特許請求の範囲における「内燃機関の特性変化」とは、製造ばらつきがないと仮定した理想的な内燃機関全体と制御対象となっている内燃機関全体との間の差に相当することになる。
【００８７】
Ｆ−３．本発明の適用範囲は、吸気／排気可変バルブタイミング機構付きのエンジンに限定されず、吸気側（又は排気側）のみを可変バルブタイミングとしたエンジンや、可変バルブタイミング機構を全く搭載しないエンジンにも適用できる。ただし、可変バルブタイミング機構を搭載するエンジンでは、比較的小さな作用角でエンジンが運転される場合があるため経年変化の影響を受けやすいため、本発明による効果が顕著に現れる。
【００８８】
また、吸気ポート噴射エンジンに限定されず、筒内噴射エンジンにも適用できる。また、エアフロメータ（吸入空気流量検出手段）も熱式エアフロメータに限定されず、例えば、ベーン式やカルマン渦式のエアフロメータを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としての内燃機関とその制御装置の構成を示す説明図。
【図２】可変動弁機構３２０による吸気バルブ３２２の開弁／閉弁タイミングの調整の様子を示す説明図。
【図３】第１実施例における動弁機構制御系のブロックダイアグラム。
【図４】作用角の空気力学的な推定の方法を示す説明図。
【図５】第１実施例における補正処理の流れを示すフローチャート。
【図６】第１実施例の補正値決定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】第１実施例の補正実行処理の流れを示すフローチャート。
【図８】第２実施例における動弁機構制御系のブロックダイアグラム。
【図９】第２実施例において算出された誤差補正量Ｅａ’を示す説明図。
【図１０】第３実施例における誤差補正量Ｅａ’’を示す説明図。
【図１１】第３実施例で用いられる開弁時間面積の概念を示す説明図。
【図１２】第４実施例における燃料供給制御系のブロックダイアグラム。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ…ＥＣＵ
１２…タイミング司令部
１４…作用角司令部
１５…動弁機構状態推定部
１５…動弁機構推定部
１５Ｍ…動弁機構状態推定マップ
１５ａ…給排気系統状態推定部
１５ｂ…空気低減率推定部
１６…燃料供給制御部
１８…可変動弁機構状態推定部
１００…ガソリンエンジン
１０１…燃料噴射弁
１０２…点火プラグ
１０４…ノックセンサ
１０６…水温センサ
１０８…回転数センサ
１０９…アクセルセンサ
１１０…吸気管
１１０ｅ…導線
１２０…排気管
１２６…空燃比センサ
１２８…触媒
１３０…エアフローメータ
１３０ｅ…電流計
１３２…スロットルバルブ
１３２ｅ…可変抵抗
１３４…サージタンク
１３４ｅ…コンデンサ
１３６…吸気温センサ
１３８…圧力センサ
１３８…吸気圧センサ
１３８ｅ…電圧計
１５０…吸排気機構
１７０…シリンダ
１７０ｅ…電池
１７１…ピストン
２２０…動弁機構調整アクチュエータ
２２０…動弁調整機構アクチュエータ
２５０…アクチュエータセンサ
３２０…可変動弁機構
３２２…吸気バルブ
３２２ｅ…可変抵抗
３６０…可変動弁機構
３６２…排気バルブ
３６２ｅ…可変抵抗

Claims (16)

1. バルブのリフト量と作用角の少なくとも一方を調整可能なバルブ調整機構を備えた内燃機関を制御するための制御装置であって、
   前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の流量である吸気流量と前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の圧力である吸気圧力とを含むパラメータに基づいて算出される第一推定作用角と、前記バルブ調整機構による調整量に基づいて算出推定される第二推定作用角と、を比較することによって前記内燃機関の吸気特性の変化を推定する吸気特性変化推定部と、
   前記バルブ調整機構を制御するためのバルブ調整機構制御部と、を備え、
   前記バルブ調整機構制御部は、前記推定された吸気特性の変化に応じて、前記バルブのリフト量と作用角の少なくとも一方を補正することを特徴とする、制御装置。
2. 請求項１記載の制御装置であって、
   前記吸気特性変化推定部は、前記吸気流量と前記吸気圧力とに応じて推定される第１の推定リフト量もしくは第１の推定作用角と、前記バルブ調整機構のアクチュエータの操作量から推定される第２の推定リフト量もしくは第２の推定作用角の差から、前記リフト量もしくは前記作用角の変化を検出することを特徴とする、制御装置。
3. 請求項１または請求項２記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気特性変化推定部は、前記内燃機関が所定の定常運転状態にあるときに前記推定を行い、
   前記所定の定常運転状態は、前記内燃機関の負荷と回転数とが一定の範囲内に維持されている状態である、制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、燃料タンク内にで気化した燃料を前記吸入空気内に開放するパージ制御を行うことが可能であり、
   前記吸気特性変化推定部は、前記パージ制御が行われていないときに前記吸気特性の変化を検出することを特徴とする、制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、排気の一部を吸気に混入させて再循環させるＥＧＲ制御を行うことが可能であり、
   前記吸気特性変化推定部は、前記ＥＧＲ制御が行われていないときに前記吸気特性の変化を検出することを特徴とする、制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記補正は、イグニッションがオフであるときに実施することを特徴とする、制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記補正は、アイドリング中に実施することを特徴とする、制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記補正は、前記作用角が所定の角度よりも大きいとき実施することを特徴とする、制御装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記補正は、補正値が所定値未満である場合に実施することを特徴とする、制御装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、更に、
    前記吸気圧力を計測するための吸気圧力センサを備える、制御装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、更に、
    前記吸気流量を計測するための吸気流量センサを備える、制御装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記バルブ調整機構制御部は、前記バルブ調整機構の基準位置を確認するための較正処理を行うことが可能であり、
    前記吸気特性変化推定部は、前記較正処理の完了後に前記推定を行う、制御装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記吸気特性変化推定部は、前記内燃機関の回転数と前記バルブ調整機構の調整位置の組合せ毎に前記推定を行う、制御装置。
14. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記吸気特性変化推定部は、バルブのリフト量を時間で積分した値である開弁時間面積毎に前記推定を行う、制御装置。
15. 燃料の供給量を調整可能な燃料供給機構を備えた内燃機関であって、
    請求項３〜５のいずれかに記載の制御装置と、
    を備えることを特徴とする、内燃機関。
16. バルブのリフト量と作用角の少なくとも一方を調整可能なバルブ調整機構を備えた内燃機関であって、
    請求項１ないし１４のいずれかに記載の制御装置と、
    を備えることを特徴とする、内燃機関。

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