JP4379292B2 - 内燃機関のバルブ特性推定装置及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気バルブの開弁期間及びリフト量の少なくとも一方のバルブ特性についてこれを可変とするバルブ特性調整機構を備える内燃機関に適用されて前記バルブ特性の推定を行うバルブ特性推定装置、及び同バルブ特性調整機構を備える内燃機関の制御を、前記バルブ特性の現状値を検出するセンサの検出値に基づいて行う内燃機関の制御装置に関するものである。

周知のように、車載等の内燃機関に適用される機構として、吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性を機関運転状況に応じて可変調整するバルブ特性調整機構が実用されている。

このバルブ特性調整機構を備える内燃機関では、吸気バルブの開弁期間やリフト量が変更されるため、シリンダへの空気の流入状態が変化するようになる。そこでこうした内燃機関では、バルブ特性調整機構の作動状態を検出する、より具体的には吸気バルブの開弁期間やリフト量についてその現状値を検出するセンサを設け、その検出結果に基づいてスロットルバルブの目標開度（目標スロットル開度）を設定するようにしている。また吸気バルブの開弁期間やリフト量が変更されると、吸排気バルブのバルブオーバラップ量が変化することから、吸気バルブのバルブタイミングを可変調整するバルブタイミング調整機構を備える内燃機関では、同バルブタイミングの目標値（目標バルブタイミング）を吸気バルブの開弁期間やリフト量の検出結果に基づいて設定するようにもしている。さらに吸気バルブの開弁期間やリフト量の調整に際しては、センサによって検出された実際のバルブ特性が、機関運転状況に応じて設定される目標バルブ特性に一致するように、バルブ特性調整機構はフィードバック制御される。

こうした内燃機関では、上記センサの故障等によって吸気バルブの開弁期間やリフト量を直接検出することが不能になると、上記目標スロットル開度・目標バルブタイミングの設定やバルブ特性調整機構のフィードバック制御等といった開弁期間やリフト量の検出値に基づく機関制御を適切に行うことができなくなってしまう。そしてその結果、運転者のアクセル操作に応じた出力調節ができなくなったり、吸気不足による失火が発生したりして、車両の退避走行が困難となるおそれがある。そのためこうした内燃機関では、センサによる直接検出が不能となったときにも、吸気バルブの開弁期間やリフト量を把握できるようにしておくことが望ましい。

従来、センサの検出値に依らずして吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性を推定する手法として、特許文献１、２に記載の推定手法が知られている。これら文献の推定手法では、予め用意された機関回転速度及び吸入空気量とバルブ特性とのテーブルを用い、吸入空気量及び機関回転速度の検出値から吸気バルブのバルブ特性についてその推定値を算出するようにしている。このように機関回転速度及び吸入空気量の検出値から間接的にバルブ特性を推定することが可能であれば、センサによる直接の検出が不能となっても、現状の吸気バルブのバルブ特性を概ね把握して機関制御を行うことができ、退避走行を行うことができる。
特開２０００−２８２９０１号公報 特開２０００−３１４３２９号公報

ところが近年の車載内燃機関では、より高度な吸気制御が行われており、そうした場合に上記従来の推定態様では、吸気バルブのバルブ特性を精度良く推定することができなくなってしまう。

例えば上記バルブ特性調整機構を備える内燃機関では、スロットル開度の調整に加え、吸気バルブのバルブ特性の調整によっても、吸入空気量を調整可能であることから、同一の吸入空気量を様々なスロットル開度及びバルブ特性の組合せで実現することができる。そこで所望の吸入空気量が得られるスロットル開度及びバルブ特性の組合せの中から、運転状況に応じた最適な組合せを選出することで、より高度な吸気制御を行うことができる。こうした吸気制御が行われる場合には、たとえ機関負荷及び機関回転速度が一定であっても状況によっては異なったスロットル開度が設定され、そのスロットル開度の設定によって吸気状態が変化する。また、吸気バルブのバルブタイミングを機関運転状況に応じて可変調整するバルブタイミング調整機構が設けられている場合にも、同調整機構の作動状態によって吸気状態が変化してしまう。このように内燃機関の吸気状態に影響を与える因子が多くなると、吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性は機関回転速度及び吸入空気量に対して必ずしも一義的に定まらなくなるため、上記従来の手法では吸気バルブのバルブ特性を正確に推定することができなくなってしまう。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は次のものである。すなわち、吸気バルブの開弁期間及びリフト量の少なくとも一方のバルブ特性についてこれを可変とするバルブ特性調整機構を備える内燃機関に適用され、センサの検出結果に依らずして吸気バルブの前記バルブ特性をより正確に推定することのできる内燃機関のバルブ特性推定装置を提供することにある。また、センサによる前記バルブ特性の検出不能時における機関制御をより適正に行うことのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、吸気バルブの開弁期間及びリフト量の少なくとも一方のバルブ特性についてこれを可変とするバルブ特性調整機構を備える内燃機関に適用され、前記バルブ特性を推定する装置であって、当該内燃機関の吸入空気量及び吸気圧の双方に対する前記バルブ特性の関係を予め規定するとともに、当該関係と前記吸入空気量及び前記吸気圧の検出値とに基づいて前記バルブ特性の推定値を算出することをその要旨とする。

スロットルバルブの開度変更によって吸入空気量及び吸気圧は変化するが、これら吸入空気量及び吸気圧が互いに相関することはよく知られている。ここで、吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性が変化すると吸気状態も変化するようになるため、吸入空気量が同一であっても吸気バルブのバルブ特性が異なれば、その吸入空気量に対応する吸気圧は異なるようになる。また、吸気圧が同一であっても吸気バルブのバルブ特性が異なれば、その吸気圧に対応する吸入空気量は異なるようになる。このように吸気バルブのバルブ特性の変化は、吸入空気量と吸気圧との相関関係の変化となって現れるため、吸入空気量と吸気圧とに基づいてそのときどきの吸気バルブのバルブ特性を推定することができる。また、この推定態様では、吸入空気量と吸気圧との相関関係の変化に基づいて吸気バルブのバルブ特性が推定されるため、スロットル開度の影響を極力排除しながら同バルブ特性を推定することができる。そこで上記構成では、内燃機関の吸入空気量及び吸気圧の双方に対する吸気バルブのバルブ特性の関係と吸入空気量及び吸気圧の検出値とに基づいて吸気バルブのバルブ特性の推定値を算出するようにしており、同構成によれば、センサの検出結果に依らずして吸気バルブのバルブ特性をより正確に推定することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のバルブ特性推定装置において、当該内燃機関は、前記吸気バルブのバルブタイミングを機関運転状況に応じて可変調整するバルブタイミング調整機構を更に備えてなり、前記バルブ特性の推定は、更に前記吸気バルブのバルブタイミングに基づいて行われることをその要旨とする。

吸気バルブのバルブタイミングが変化すると吸気状態も変化するようになるため、吸気バルブの上記バルブ特性が変化する場合と同様に、そのようなバルブタイミングの変化も吸入空気量と吸気圧との相関関係に影響を与えるようになる。そこで上記構成によるように、吸気バルブの開弁期間及びリフト量の少なくとも一方のバルブ特性とバルブタイミングとが可変調整される内燃機関においては、吸気バルブのバルブタイミングも考慮して吸気バルブの上記バルブ特性を推定することにより、同バルブ特性をより正確に推定することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、吸気バルブの開弁期間及びリフト量の少なくとも一方のバルブ特性についてこれを可変とするバルブ特性調整機構を備え、該バルブ特性の現状値をセンサにて検出し、その検出値に基づき機関制御を行う内燃機関の制御装置において、当該内燃機関の吸入空気量及び吸気圧の双方に対する前記バルブ特性の関係を予め規定するとともに、前記センサによる前記バルブ特性の検出が不能となったときには、当該関係と前記吸入空気量及び吸気圧の検出値とに基づいて前記バルブ特性を推定し、その推定値に基づき前記機関制御を行うことをその要旨とする。

上記バルブ特性調整機構を備える内燃機関では、吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性が変更されるとシリンダへの空気の流入状態が変化するようになるため、そのようなバルブ特性の変更は機関運転状態に影響を与えることとなる。そこでこうした内燃機関では、吸気バルブのバルブ特性についてその現状値をセンサによって検出し、その検出結果に基づいて機関制御を行うようにしている。そのため、センサによる上記バルブ特性の検出が不能になると、吸気バルブのバルブ特性を把握することができなくなるため、適正な機関制御を行うことが困難となる。

この点、上記構成によれば、そのような検出不能時には、当該内燃機関の吸入空気量及び吸気圧の双方に対するバルブ特性の関係と吸入空気量及び吸気圧の検出値とに基づいて吸気バルブのバルブ特性が推定され、その推定値に基づいて機関制御が行われる。特に、吸気バルブのバルブ特性が吸入空気量及び吸気圧の検出値に基づいて推定される同構成によれば、上述したように、より正確なバルブ特性の推定値を求めることができるため、その推定精度も高いものとなる。従って、同構成によれば、センサによる吸気バルブの上記バルブ特性の検出不能時における機関制御をより適正に行うことができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、当該内燃機関は、前記吸気バルブのバルブタイミングを機関運転状況に応じて可変調整するバルブタイミング調整機構を更に備えてなり、前記バルブ特性の推定は、更に前記吸気バルブのバルブタイミングに基づいて行われることをその要旨とする。

上述したように、吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性、及びバルブタイミングとが可変調整される内燃機関においては、吸気バルブのバルブタイミングも考慮して吸気バルブのバルブ特性を推定することにより、同バルブ特性をより正確に推定することができるようになる。従って、上記構成によれば、バルブ特性調整機構及びバルブタイミング調整機構を備える内燃機関であっても、センサによる吸気バルブのバルブ特性の検出不能時における機関制御をより適正に行うことができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、前記バルブ特性が検出不能となったときには、前記バルブタイミングの目標値を前記バルブ特性の推定値に基づき設定することをその要旨とする。

吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性とバルブタイミングとの組合せが適正になされていない場合には、機関運転状態に悪影響を及ぼすおそれがある。例えば、バルブオーバラップ量が過度に大きくなると失火しやすくなる。また、吸気バルブの閉弁時期が過度に遅くなると吸入空気量が不足するようになる。また、吸気バルブの開弁時期が遅くなるほどノッキングは発生しやすくなる。この点、同構成によれば、開弁期間やリフト量といったバルブ特性が検出不能となったときには、上記推定されたバルブ特性の推定値に基づきバルブタイミングの目標値が設定される。そのため、吸気バルブの実際のバルブ特性（開弁期間やリフト量）とバルブタイミングとの組合せを極力適正なものにすることができ、もって同バルブ特性が検出不能となった場合であっても、可能な限り内燃機関の運転を継続させることができるようになる。従って、例えば上記内燃機関が搭載された車両にあって、上記バルブ特性を検出するセンサに異常が生じた場合でも該車両を待避走行させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記バルブ特性が検出不能となったときには、スロットルバルブの目標開度を前記バルブ特性の推定値に基づき補正することをその要旨とする。

同構成によれば、吸気バルブの開弁期間やリフト量といったバルブ特性が検出不能となったときには、上記推定されたバルブ特性の推定値に基づきスロットル開度の目標値が補正される。そのため、運転者の要求する機関出力、いわば要求吸入空気量を極力確保することができるようになり、もって上記バルブ特性が検出不能となった場合であっても、可能な限り運転者の要求に対応させて内燃機関の運転を継続させることができるようになる。従って、例えば上記内燃機関が搭載された車両にあって、上記バルブ特性を検出するセンサに異常が生じた場合の待避走行も容易となる。なお、同構成にあっては、バルブ特性の推定値が小さくなるほどスロットル開度の目標値が大きくなるように補正されることで、要求吸入空気量に応じたスロットル開度を好適に確保することができる。

ちなみに、上記吸気圧とは、吸気通路内に設けられたスロットルバルブと吸気バルブとの間における吸気管内圧力のことをいう。

以下、本発明にかかる内燃機関のバルブ特性推定装置及び制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図９を併せ参照して説明する。
図１は、本実施形態におけるエンジン１の構成を示している。

この図１に示されるように、エンジン１は、シリンダブロック２やシリンダヘッド３等を備えて構成されており、そのシリンダブロック２にはシリンダ２１が設けられている。このシリンダ２１内には、ピストン２２が往復動可能に収容されている。また、シリンダ２１内には、シリンダ２１の内周面、ピストン２２の頂面、及びシリンダヘッド３に囲まれた燃焼室２３が区画形成されている。

シリンダヘッド３には、吸気ポート３１及び排気ポート３２が設けられている。吸気ポート３１には吸気管３３が接続されており、排気ポート３２には排気管３４が接続されている。吸気ポート３１と燃焼室２３との連通及び遮断は、吸気バルブ３５の開閉動作によって行われ、排気ポート３２と燃焼室２３との連通及び遮断は、排気バルブ３６の開閉動作によって行われる。また、吸気ポート３１には、同吸気ポート３１内に向けて燃料を噴射するインジェクタ３９が設けられている。

シリンダヘッド３において燃焼室２３の頂部を形成する箇所には、燃料と空気との混合体である混合気を火花着火する点火プラグ３７が配置されている。
吸気管３３の途中にはサージタンク４０が設けられており、このサージタンク４０よりも吸気上流側には、吸気管３３内を流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ３８が設けられている。

上記シリンダヘッド３には、吸気バルブ３５の各種バルブ特性を可変とする可変バルブ機構５が備えられている。この可変バルブ機構５は、吸気バルブ３５のバルブタイミングを可変調整するバルブタイミング調整機構５１、及び同吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭを可変調整する作用角調整機構５３から構成されている。なお、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭは、該吸気バルブ３５の開弁期間に一致する値である。また、作用角調整機構５３は上記バルブ特性調整機構を構成している。

バルブタイミング調整機構５１は、吸気バルブ３５を駆動するカムシャフトとエンジン１のクランクシャフトとの相対回転位相を変更する機構であって、同機構の駆動を通じて吸気バルブ３５のバルブタイミングＩＮＶＴは連続的に変更される。このバルブタイミングＩＮＶＴの変更により、吸気バルブ３５の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣは同じクランク角度だけ進角または遅角される。すなわち、図２に示すように、吸気バルブ３５の開弁期間ＩＶＯＴが一定に維持された状態で、開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣが進角方向、あるいは遅角方向に変更される。

作用角調整機構５３は、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭ、すなわち開弁期間ＩＶＯＴとバルブリフト量の最大値（以下、最大リフト量ＶＬという）とを連続的に変更する機構である。図３に示すように、吸気バルブ３５の最大リフト量ＶＬは、最も大きい最大リフト量ＶＬである上限リフト量ＶＬｍａｘから最も小さい最大リフト量ＶＬである下限リフト量ＶＬｍｉｎまでの間で連続的に変更される。また、この最大リフト量ＶＬの連続的な変更に同期して、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭも連続的に変更される。すなわち、上限リフト量ＶＬｍａｘにおいて作用角ＩＮＣＡＭは最大となり、最大リフト量ＶＬが小さくなるほど作用角ＩＮＣＡＭも短くなっていく。そして、下限リフト量ＶＬｍｉｎにおいて作用角ＩＮＣＡＭは最小となる。

また、作用角調整機構５３が駆動されることにより、吸気バルブ３５の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣも変更されるが、バルブタイミング調整機構５１を駆動することにより、開弁時期ＩＶＯや閉弁時期ＩＶＣを任意に設定することができる。従って、図４に示すように、上記可変バルブ機構５の駆動制御を通じて、例えば開弁時期ＩＶＯを変更することなく、作用角ＩＮＣＡＭ及び最大リフト量ＶＬを変更することも可能となる。

エンジン１の燃料噴射制御、点火時期制御、吸入空気量制御、及び各種バルブ特性の制御等といった各種制御は電子制御装置９によって行われる。
この電子制御装置９は、エンジン制御にかかる演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）、エンジン制御に必要なプログラムや各種の情報を記憶するためのメモリ、外部との信号の入出力を行うための入力ポート及び出力ポートを備えている。この入力ポートには機関運転状態を検出する次のような各種センサが接続されている。

吸入空気量センサ９１は、吸気管３３内を流通する空気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出する。吸気圧センサ９２はサージタンク４０の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出する。クランク角センサ９３は、クランクシャフトの回転角度、すなわちクランク角度を検出し、この検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥが算出される。スロットル開度センサ９４は、スロットルバルブ３８の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出する。バルブタイミングセンサ９５は吸気バルブ３５のバルブタイミングＩＮＶＴを検出する。作用角センサ９６は、作用角調整機構５３の作動状態、すなわち吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭの現状値を検出する。また、アクセルセンサ９７は、アクセルペダルの操作量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を検出する。

他方、出力ポートには、点火プラグ３７、スロットルバルブ３８、インジェクタ３９、バルブタイミング調整機構５１、及び作用角調整機構５３等の駆動回路などが接続されている。

電子制御装置９は、バルブタイミング調整機構５１、作用角調整機構５３、及びスロットルバルブ３８の協調制御を通じて吸入空気量を調整することで、実際の吸入空気量を要求吸入空気量に収束させる。なお、要求吸入空気量はアクセル操作量ＡＣＣＰや機関回転速度ＮＥ等に基づいて算出される。

また、要求吸入空気量を確保するべく、スロットルバルブ３８、バルブタイミング調整機構５１、及び作用角調整機構５３を駆動する際には、効率よく機関出力が得られるように、吸入空気量に関与するスロットル開度ＴＡ、バルブタイミングＩＮＶＴ、及び作用角ＩＮＣＡＭの目標値がそれぞれ設定される。

上述したような作用角調整機構５３を備えるエンジン１では、吸気バルブの作用角ＩＮＣＡＭが変更されると、吸気バルブ３５の開弁期間ＩＶＯＴや最大リフト量ＶＬも変更されるため、シリンダ２１への空気の流入状態が変化するようになる。そこでこうしたエンジン１では、作用角調整機構５３の作動状態を検出する、より具体的には吸気バルブ３５の実際の作用角ＩＮＣＡＭを検出する作用角センサ９６の検出結果に基づき、スロットルバルブ３８の目標開度（目標スロットル開度ＴＡｐ）を設定するようにしている。

また、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが変更されると、吸気バルブ３５と排気バルブ３６とのバルブオーバラップ量が変化する。そのため、吸気バルブ３５のバルブタイミングＩＮＶＴを可変調整するバルブタイミング調整機構５１を備えるエンジン１では、吸気バルブ３５のバルブタイミングＩＮＶＴの目標値（目標バルブタイミングＩＮＶＴｐ）を上記作用角ＩＮＣＡＭの検出結果に基づいて設定するようにもしている。

さらに、吸気バルブ３５の作用角調整に際しては、作用角センサ９６によって検出された実際の作用角ＩＮＣＡＭが、機関運転状況に応じて設定される目標作用角ＩＮＣＡＭｐに一致するように、作用角調整機構５３はフィードバック制御される。

こうした上記エンジン１では、作用角センサ９６の故障等によって吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭを直接検出することが不能になると、上記目標スロットル開度ＴＡｐ、目標バルブタイミングＩＮＶＴｐの設定や作用角調整機構５３のフィードバック制御等といった作用角検出値に基づく機関制御を適切に行うことができなくなってしまう。そしてその結果、運転者のアクセル操作に応じた機関出力の調節ができなくなったり、吸気不足による失火が発生したりして、エンジン１が搭載された車両の退避走行が困難となるおそれがある。そのため、本実施形態では、作用角センサ９６による作用角ＩＮＣＡＭの直接検出が不能となったときには、同作用角ＩＮＣＡＭを推定するようにしている。

以下、本実施形態にかかるバルブ特性推定装置によって行われる作用角ＩＮＣＡＭの推定処理、及び同処理を通じて求められた推定作用角ＩＮＣＡＭｅを用いて行われる機関制御、より具体的には目標バルブタイミングＩＮＶＴｐの設置と目標スロットル開度ＴＡｐの補正とについて説明する。

図５は、作用角センサ９６故障時におけるバルブタイミング及びスロットル開度の設定処理についてその手順を示している。本処理は、電子制御装置９により所定期間毎に繰り返し実行される。

本処理が開始されるとまず、作用角センサ９６が故障しているか否かが判定される（Ｓ１００）。ここでの作用角センサ９６の故障とは、同作用角センサ９６による作用角ＩＮＣＡＭの検出が不能である状態をいい、例えばセンサ本体の故障、出力線の断線、あるいは出力信号の不適切な処理等が挙げられる。また、この故障判定は様々な態様で行うことができ、例えば作用角センサ９６の出力がその上限値、あるいは下限値に張り付いている場合、同作用角センサ９６が故障していると判定するようにしてもよい。また、作用角センサ９６を２つ備えている場合には、互いの出力値が所定値以上異なっている場合に、少なくともいずれか一方の作用角センサ９６が故障していると判定するようにしてもよい。

そして、ステップＳ１００において、作用角センサ９６が故障していない旨判定されるときには（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、ステップＳ１００において、作用角センサ９６が故障している旨判定されるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、現在の吸入空気量ＧＡ、吸気圧ＰＭ、及びバルブタイミングＩＮＶＴが読み込まれ（Ｓ１１０）、これら読み込まれた各値に基づいて現在の作用角ＩＮＣＡＭの推定値、すなわち推定作用角ＩＮＣＡＭｅが求められる（Ｓ１２０）。吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭを吸入空気量ＧＡ、吸気圧ＰＭ、及びバルブタイミングＩＮＶＴに基づいて推定することができる理由は以下による。

スロットルバルブ３８の開度変更によって吸入空気量ＧＡ及び吸気圧ＰＭは変化するが、これら吸入空気量ＧＡ及び吸気圧ＰＭは互いに相関することはよく知られている。ここで、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが変化すると吸気状態も変化するようになるため、同吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭの変化は、吸入空気量ＧＡと吸気圧ＰＭとの相関関係の変化となって現れる。図６は、作用角ＩＮＣＡＭを変化させた場合の吸気圧ＰＭと吸入空気量ＧＡとの対応関係の変化を示している。なお、同図６において、ある作用角ＩＮＣＡＭにおける吸気圧ＰＭと吸入空気量ＧＡとの対応関係を実線にて示す。また、作用角が最大となっているときの吸気圧ＰＭと吸入空気量ＧＡとの対応関係を一点鎖線にて示す。そして、作用角が最小となっているときの吸気圧ＰＭと吸入空気量ＧＡとの対応関係を二点鎖線にて示す。

この図６に示されるように、作用角ＩＮＣＡＭが大きくなるにつれて、同一の吸入空気量ＧＡに対応する吸気圧ＰＭは低くなる傾向にあり、作用角ＩＮＣＡＭが小さくなるにつれて、同一の吸入空気量ＧＡに対応する吸気圧ＰＭは高くなる傾向にある。このように吸入空気量ＧＡが同一であっても吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが異なれば、その吸入空気量ＧＡに対応する吸気圧ＰＭは異なるようになる。

また、同図６に示されるように、作用角ＩＮＣＡＭが大きくなるにつれて、同一の吸気圧ＰＭに対応する吸入空気量ＧＡは大きくなる傾向にあり、作用角ＩＮＣＡＭが小さくなるにつれて、同一の吸気圧ＰＭに対応する吸入空気量ＧＡは小さくなる傾向にある。このように吸気圧ＰＭが同一であっても吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが異なれば、その吸気圧ＰＭに対応する吸入空気量ＧＡは異なるようになる。

すなわち、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭの変化は、吸入空気量ＧＡと吸気圧ＰＭとの相関関係の変化となって現れるため、吸入空気量ＧＡと吸気圧ＰＭとに基づいてそのときどきの吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭを推定することができる。また、この推定態様では、吸入空気量ＧＡと吸気圧ＰＭとの相関関係についてその変化に基づき吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが推定されるため、スロットル開度ＴＡの影響を極力排除しながら同作用角ＩＮＣＡＭをより正確に推定することができる。

そこで、本実施形態では電子制御装置９のメモリに、図７に示すような推定作用角設定マップを記憶させておき、同マップを参照して推定作用角ＩＮＣＡＭｅが求められる。この推定作用角設定マップは、図２に示した吸入空気量ＧＡ及び吸気圧ＰＭと作用角ＩＮＣＡＭとの関係をマップ化したものであり、吸気圧ＰＭが低くなるほど、あるいは吸入空気量ＧＡが大きくなるほど、求められる推定作用角ＩＮＣＡＭｅの値が大きくなるように設定されている。

また、吸気バルブ３５のバルブタイミングＩＮＶＴが変化すると吸気状態も変化するようになるため、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが変化する場合と同様に、そのようなバルブタイミングＩＮＶＴの変化も吸入空気量ＧＡと吸気圧ＰＭとの相関関係に影響を与えるようになる。従って、バルブタイミング調整機構５１を備えるエンジン１にあっては、吸気バルブ３５のバルブタイミングＩＮＶＴも考慮して作用角ＩＮＣＡＭを推定することにより、同作用角ＩＮＣＡＭをより正確に推定することができる。そこで、上記推定作用角設定マップは、種々のバルブタイミングＩＮＶＴ毎に複数用意されている。

こうしてステップＳ１２０では、まず、バルブタイミングＩＮＶＴに基づいて参照すべき推定作用角設定マップが選択され、その選択されたマップを用いて吸入空気量ＧＡ及び吸気圧ＰＭに基づき、推定作用角ＩＮＣＡＭｅが求められる。

次に、求められた推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づいて目標バルブタイミングＩＮＶＴｐが求められるとともに、同推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づいて目標スロットル開度ＴＡｐが補正される（Ｓ１３０）。まず、目標バルブタイミングＩＮＶＴｐは、電子制御装置９のメモリに記憶された目標バルブタイミング設定マップを用いて、推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づき設定される。この目標バルブタイミング設定マップは図８に示すような態様で設定されており、特に以下の点が考慮されている。

すなわち、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭとバルブタイミングＩＮＶＴとの組合せが適正になされていない場合には、機関運転状態に悪影響を及ぼすおそれがある。
例えば、バルブタイミングＩＮＶＴが遅角側に移行して吸気バルブ３５の開弁時期ＩＶＯが遅くなるとともに、作用角ＩＮＣＡＭが小さくなるほど、換言すれば最大リフト量ＶＬが小さくなるほど、吸気ポート３１からシリンダ２１内に流入する吸気の温度は高くなる傾向があるため、ノッキングが発生しやすくなる。これは図８に「Ａ」にて示される領域に相当する。

また、バルブタイミングＩＮＶＴが遅角側に移行して吸気バルブ３５の閉弁時期ＩＶＣが下死点よりも遅くなるとともに、作用角ＩＮＣＡＭが大きくなるほど、換言すれば最大リフト量ＶＬが大きくなるほど、下死点を通過したピストン２２の上昇によってシリンダ２１内の吸気が吸気ポート３１に吹き返されてしまい、吸入空気量が不足するようになる。これは図８に「Ｂ」にて示される領域に相当する。

また、バルブタイミングＩＮＶＴが進角側に移行して吸気バルブ３５の開弁時期ＩＶＯが早くなるとともに、作用角ＩＮＣＡＭが大きくなるほど、換言すれば最大リフト量ＶＬが大きくなるほど、バルブオーバラップ量が大きくなるため、混合気の失火が起きやすくなる。これは図８に「Ｃ」にて示される領域に相当する。

そこで、上記目標バルブタイミング設定マップにおける推定作用角ＩＮＣＡＭｅと目標バルブタイミングＩＮＶＴｐとの対応関係は、上記「Ａ」〜「Ｃ」の領域を避けるように設定されている。そして、基本的には、推定作用角ＩＮＣＡＭｅが大きくなるほど、設定される目標バルブタイミングＩＮＶＴｐはより遅角側の値となるように、同推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づき、目標バルブタイミングＩＮＶＴｐは設定される。

このように、作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となったときには、推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づいて適切な目標バルブタイミングＩＮＶＴｐが設定されるため、吸気バルブ３５の実際の作用角ＩＮＣＡＭとバルブタイミングＩＮＶＴとの組合せを極力適正なものにすることができる。そのため、作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となった場合であっても、可能な限りエンジン１の運転を継続させることができるようになり、例えばエンジン１が搭載された車両にあって作用角センサ９６に異常が生じた場合でも、該車両を待避走行させることができるようになる。

また、ステップＳ１２０における目標スロットル開度ＴＡｐの補正は以下のようにして行われる。すなわち、アクセル操作量ＡＣＣＰや機関回転速度ＮＥ等に基づいて設定された目標スロットル開度ＴＡｐは、電子制御装置９のメモリに記憶された目標スロットル開度補正マップを用いて、推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づき補正される。この目標スロットル開度補正マップは図９に示すように、推定作用角ＩＮＣＡＭｅが大きくなるほど、目標スロットル開度ＴＡｐがより小さくなるように設定されている。このような設定態様により、作用角ＩＮＣＡＭが小さいときほど、アクセル操作量ＡＣＣＰ等に対応する目標スロットル開度ＴＡｐは大きくなるように補正され、必要な吸入空気量が確保される。また、作用角ＩＮＣＡＭが大きいときほど、アクセル操作量ＡＣＣＰ等に対応する目標スロットル開度ＴＡｐは小さくなるように補正され、過剰な吸入空気量の流入が抑制される。すなわち上記設定態様により、要求吸入空気量に応じたスロットル開度ＴＡを好適に確保することができる。

このように、作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となったときには、推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づいて目標スロットル開度ＴＡｐが補正される。そのため、運転者の要求する機関出力、いわば要求吸入空気量を極力確保することができるようになり、もって作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となった場合であっても、可能な限り運転者の要求に対応させてエンジン１の運転を継続させることができるようになる。従って、エンジン１が搭載された車両にあって、作用角センサ９６に異常が生じた場合の待避走行も容易となる。

こうして目標バルブタイミングＩＮＶＴｐの設定や、目標スロットル開度ＴＡｐの補正がなされると、本処理は一旦終了される。
そして、バルブタイミングＩＮＶＴが目標バルブタイミングＩＮＶＴｐとなるようにバルブタイミング調整機構５１の駆動制御が実施され、スロットル開度ＴＡが目標スロットル開度ＴＡｐとなるようにスロットルバルブ３８の駆動制御が実施される。

なお、ステップＳ１００において、作用角センサ９６が故障している旨判定された場合の作用角調整機構５３の駆動制御は、エンジン１の運転が可能な程度の最大リフト量ＶＬとなるようにオープンループにて制御される。ちなみに、作用角センサ９６が故障している旨判定された場合には、作用角調整機構５３の駆動を停止させるようにしてもよい。また、上記推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づいて作用角調整機構５３をフィードバック制御するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果が得られるようになる。
（１）吸入空気量ＧＡ及び吸気圧ＰＭに基づいて吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭの推定値（推定作用角ＩＮＣＡＭｅ）を算出するようにしている。そのため、作用角センサ９６の検出結果に依らずして吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭをより正確に推定することができるようになる。

（２）作用角ＩＮＣＡＭの推定に際して、更に吸気バルブ３５のバルブタイミングＩＮＶＴも加味して行うようにしている。そのため、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭとバルブタイミングＩＮＶＴとが可変調整されるエンジン１において、作用角ＩＮＣＡＭをより正確に推定することができるようになる。

（３）作用角センサ９６による作用角ＩＮＣＡＭの検出が不能となったときには、上述したような態様で吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭの推定値（推定作用角ＩＮＣＡＭｅ）を算出するようにしている。そのため、従来のものよりもより正確に作用角ＩＮＣＡＭの推定値を求めることができ、その推定精度も高いものとなる。そして、上記推定された作用角ＩＮＣＡＭ（推定作用角ＩＮＣＡＭｅ）に基づき機関制御を行うようにしている。従って、作用角センサ９６による作用角ＩＮＣＡＭの検出不能時における機関制御をより適正に行うことができるようになる。

（４）作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となったときには、目標バルブタイミングＩＮＶＴｐを推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づき設定するようにしている。そのため、吸気バルブ３５の実際の作用角ＩＮＣＡＭとバルブタイミングＩＮＶＴとの組合せを極力適正なものにすることができ、もって作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となった場合であっても、可能な限りエンジン１の運転を継続させることができるようになる。従って、例えばエンジン１が搭載された車両にあって作用角センサ９６に異常が生じた場合でも該車両を待避走行させることができるようになる。

（５）作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となったときには、推定作用角ＩＮＣＡＭｅに基づき目標スロットル開度ＴＡｐを補正するようにしている。そのため、運転者の要求する機関出力、いわば要求吸入空気量を極力確保することができるようになり、もって作用角ＩＮＣＡＭが検出不能となった場合であっても、可能な限り運転者の要求に対応させてエンジン１の運転を継続させることができるようになる。従って、例えば上記エンジン１が搭載された車両にあって、作用角センサ９６に異常が生じた場合の待避走行も容易となる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・推定作用角ＩＮＣＡＭｅの設定、目標バルブタイミングＩＮＶＴｐの設定、目標スロットル開度ＴＡｐの補正は、マップによらず関数式を用いるようにしてもよい。

・上記実施形態では吸気バルブ３５の開弁期間（作用角ＩＮＣＡＭ）を推定するようにしたが、同様な態様で吸気バルブ３５のリフト量（最大リフト量ＶＬ）を推定するようにしてもよい。また、このように吸気バルブ３５の最大リフト量ＶＬを推定する場合には、その推定された最大リフト量ＶＬに基づき、上記実施形態と同様な態様で目標バルブタイミングＩＮＶＴｐを設定したり、目標スロットル開度ＴＡｐを補正したりすることができる。また、吸気バルブ３５の最大リフト量ＶＬを推定する場合には、作用角調整機構５３が吸気バルブ３５の最大リフト量ＶＬのみを変更するリフト量調整機構であってもよい。

・上記作用角センサ９６は、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭを検出するセンサであったが、作用角調整機構５３の作動状態を検出することができるセンサであればよく、例えば、吸気バルブ３５の最大リフト量の現状値を検出するセンサでもよい。

・上記可変バルブ機構５は、吸気バルブ３５のバルブタイミングを変更するバルブタイミング調整機構５１、及び吸気バルブ３５の最大リフト量ＶＬと開弁期間ＩＶＯＴとを変更する作用角調整機構５３から構成されていた。この点、可変バルブ機構５が作用角調整機構５３のみで構成されている場合であっても、本発明は同様に適用することができる。また、作用角調整機構５３が吸気バルブ３５の開弁期間ＩＶＯＴのみを変更する開弁期間調整機構であっても、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる内燃機関のバルブ特性推定装置及び制御装置を具体化した一実施形態について、これが適用されるエンジンの構成を示す概略図。 同実施形態のバルブタイミング調整機構によって可変とされる吸気バルブのバルブタイミングについてその変更態様を示す模式図。 同実施形態の作用角調整機構による吸気バルブの最大リフト量及び作用角の変更態様を示す模式図。 作用角調整機構及びバルブタイミング調整機構の駆動制御についてその組み合わせの一例を示す模式図。 同実施形態において、作用角センサ故障時におけるバルブタイミング及びスロットル開度の設定処理についてその手順を示すフローチャート。 吸気圧と吸入空気量との対応関係に対する作用角の影響について一例を示すグラフ。 推定作用角を設定するためのマップを示す概念図。 目標バルブタイミング設定マップの設定態様を示す概念図。 目標スロットル開度補正マップの設定態様を示す概念図。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、５…可変バルブ機構、９…電子制御装置、２１…シリンダ、２２…ピストン、２３…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…排気ポート、３３…吸気管、３４…排気管、３５…吸気バルブ、３６…排気バルブ、３７…点火プラグ、３８…スロットルバルブ、３９…インジェクタ、４０…サージタンク、５１…バルブタイミング調整機構、５３…作用角調整機構、９１…吸入空気量センサ、９２…吸気圧センサ、９３…クランク角センサ、９４…スロットル開度センサ、９５…バルブタイミングセンサ、９６…作用角センサ、９７…アクセルセンサ。

Claims (6)

1. 吸気バルブの開弁期間及びリフト量の少なくとも一方のバルブ特性についてこれを可変とするバルブ特性調整機構を備える内燃機関に適用され、前記バルブ特性を推定する装置であって、
   当該内燃機関の吸入空気量及び吸気圧の双方に対する前記バルブ特性の関係を予め規定するとともに、当該関係と前記吸入空気量及び前記吸気圧の検出値とに基づいて前記バルブ特性の推定値を算出する
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性推定装置。
2. 当該内燃機関は、前記吸気バルブのバルブタイミングを機関運転状況に応じて可変調整するバルブタイミング調整機構を更に備えてなり、
   前記バルブ特性の推定は、更に前記吸気バルブのバルブタイミングに基づいて行われる
   請求項１に記載の内燃機関のバルブ特性推定装置。
3. 吸気バルブの開弁期間及びリフト量の少なくとも一方のバルブ特性についてこれを可変とするバルブ特性調整機構を備え、該バルブ特性の現状値をセンサにて検出し、その検出値に基づき機関制御を行う内燃機関の制御装置において、
   当該内燃機関の吸入空気量及び吸気圧の双方に対する前記バルブ特性の関係を予め規定するとともに、前記センサによる前記バルブ特性の検出が不能となったときには、当該関係と前記吸入空気量及び吸気圧の検出値とに基づいて前記バルブ特性を推定し、その推定値に基づき前記機関制御を行う
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 当該内燃機関は、前記吸気バルブのバルブタイミングを機関運転状況に応じて可変調整するバルブタイミング調整機構を更に備えてなり、
   前記バルブ特性の推定は、更に前記吸気バルブのバルブタイミングに基づいて行われる
   請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記バルブ特性が検出不能となったときには、前記バルブタイミングの目標値を前記バルブ特性の推定値に基づき設定する
   請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記バルブ特性が検出不能となったときには、スロットルバルブの目標開度を前記バルブ特性の推定値に基づき補正する
   請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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