JP5154532B2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、特に吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な弁作動特性可変機構及びスロットル弁を備える内燃機関の吸気制御装置に関する。

特許文献１には、吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な弁作動特性可変機構及びスロットル弁を備える内燃機関の吸気制御装置が示されている。この吸気制御装置によれば、機関の目標吸入空気量が所定量より小さい低負荷領域では、吸気弁のリフト量を一定値に維持しつつ、スロットル弁の開度を変更することにより、吸入空気量制御が行われ、目標吸入空気量が所定量より大きい中負荷領域では、一定の目標ゲージ圧（吸気圧と大気圧との差圧）が維持されるようにスロットル弁開度を制御しつつ、吸気弁のリフト量を変更することにより、吸入空気量制御が行われる。

特開２００９−２５００２９号公報

中負荷領域における目標ゲージ圧は高く設定する方が燃費がよくなるが、高くし過ぎると、自着火（プレイグニッション）が発生し易くなるため、自着火が発生し易い領域（以下「自着火領域」という）を避けるように目標ゲージ圧の設定が行われる。

自着火領域は機関運転状態に依存して変化するが、上記従来の吸気制御装置では、目標ゲージ圧が機関運転状態に拘わらず一律に所定圧に設定されているため、次のような課題があった。すなわち、自着火を回避するため吸入空気量を過剰に抑制している運転状態があり、特に車両の発進加速時における応答性の点で、改善の余地が残されていた。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、自着火が発生しない範囲で目標ゲージ圧をより高く設定し、特に低負荷領域からの中負荷領域へ移行する運転状態（例えば車両の発進加速時）において、応答性を向上させることができる吸気制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な弁作動特性可変機構（４１）と、前記機関の吸気通路に設けられたスロットル弁（３）とを備える内燃機関の吸気制御装置において、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段（８）と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）に応じて前記リフト量の目標値である目標リフト量（ＬＦＴＣＭＤ）を算出する目標リフト量算出手段と、前記目標リフト量（ＬＦＴＣＭＤ）に応じて前記吸気弁のリフト量（ＬＦＴ）を制御するリフト量制御手段と、前記吸気圧の目標値である目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤ）を設定する目標吸気圧設定手段と、前記目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）が所定範囲（ＲＬＦＴ）内にあるときに、前記吸気圧（ＰＢＡ）が前記目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤ）と一致するように前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を制御するスロットル弁制御手段とを備え、前記目標吸気圧設定手段は、前記目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）が前記所定範囲（ＲＬＦＴ）内にある場合において、前記機関回転数（ＮＥ）が所定回転数（ＮＥＬ）より低いときは、前記機関回転数（ＮＥ）が前記所定回転数（ＮＥＬ）以上であるときより前記目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤ）を低く設定することを特徴とする。

ここで目標吸入空気量の「所定範囲」は、吸気弁のリフト量を変更することにより実吸入空気量を目標吸入空気量に一致させる制御を行う範囲である。すなわち、上述した中負荷領域に相当する範囲であり、目標吸入空気量が第１所定量より大きく第２所定量（＞第１所定量）以下である範囲を意味する。第１所定量は機関のアイドル状態における吸入空気量より若干大きい吸入空気量に設定され、第２所定量は機関の要求出力が最大である状態に対応する吸入空気量より若干小さい吸入空気量に設定される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吸気制御装置において、前記目標吸入空気量算出手段は、前記吸気圧（ＰＢＡ）及び機関回転数（ＮＥ）に応じて上限吸入空気量（ＧＡＩＲＬＭＴＨ）を算出する上限吸入空気量算出手段を有し、前記上限吸入空気量（ＧＡＩＲＬＭＴＨ）を超えないように前記目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の吸気制御装置において、前記機関の冷却水温（ＴＷ）を検出する冷却水温検出手段及び使用中の燃料のオクタン価（ＲＯＮ）を推定するオクタン価推定手段の少なくとも一方を備え、前記上限吸入空気量算出手段は、前記冷却水温（ＴＷ）及び推定されたオクタン価（ＲＯＮ）の少なくとも一方に応じて前記上限吸入空気量（ＧＡＩＲＬＭＴＨ）を補正することにより、補正上限吸入空気量（ＧＡＩＲＬＭＴＨＣ）を算出し、前記目標吸入空気量算出手段は、前記補正上限吸入空気量（ＧＡＩＲＬＭＴＨＣ）を超えないように前記目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、目標吸入空気量が所定範囲内にあるときに、吸気圧が目標吸気圧と一致するようにスロットル弁の開度が制御されるとともに、目標吸入空気量に対応する目標リフト量に応じて吸気弁のリフト量が制御される。そして目標吸入空気量が所定範囲内にある場合において、機関回転数が所定回転数より低いときは、機関回転数が所定回転数以上であるときより目標吸気圧が低く設定される。機関回転数が低下すると、自着火領域が低負荷側に拡大することが確認されているので、機関回転数が所定回転数より低くなったときに目標吸気圧を低下させることにより、自着火が発生しない範囲内で吸入空気量を最大化することができ、車両の発進加速時における応答性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、吸気圧及び機関回転数に応じて上限吸入空気量が算出され、上限吸入空気量を超えないように目標吸入空気量が算出される。実際の吸気圧は目標吸気圧の変化に対して遅れて変化するため、目標吸入空気量が急増すると、実吸気圧が目標吸気圧からずれていることに起因して自着火が発生する可能性がある。吸気圧及び機関回転数に応じて設定される上限吸入空気量以下となるように目標吸入空気量を算出することにより、実吸気圧の目標吸気圧からのずれに起因する自着火を抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、冷却水温及び推定されたオクタン価の少なくとも一方に応じて上限吸入空気量を補正することにより、補正上限吸入空気量が算出され、補正上限吸入空気量を超えないように目標吸入空気量が算出される。自着火が発生するか否かは、機関温度及び／または燃料のオクタン価の影響も受けるので、冷却水温及び／または推定オクタン価に応じて補正された上限吸入空気量を用いることにより、より確実に自着火を抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図１に示す弁作動特性可変装置の構成を示す図である。 図２に示す第１弁作動特性可変機構の概略構成を説明するための図である。 吸気弁及び排気弁の作動特性を示す図である。 吸気制御の概要を説明するための図である。 自着火が発生し易い運転状態を説明するための図である。 目標リフト量（ＬＦＴＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 図７の処理で実行される目標吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）算出処理のフローチャートである。 図８の処理で参照されるマップ及びテーブルを示す図である。 目標ゲージ圧（ＰＢＧＡＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 図１０の処理で参照されるテーブルを示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図２は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、弁作動特性可変装置４０を備えている。弁作動特性可変装置４０は、吸気弁のリフト量（最大リフト量）及び開角（開弁期間）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての第２弁作動特性可変機構４２と、排気弁のリフト量及び開角（開弁機関）を２段階に切り換える第３弁作動特性可変機構４７とを有する。第２弁作動特性可変機構４２により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。

エンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。吸気通路２のスロットル弁３の上流側には、吸入空気量ＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を検出する吸入空気量センサ１３が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。

燃料噴射弁６は吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。エンジン１の各気筒の点火プラグ１５は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１５に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。

スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば６度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。

ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

弁作動特性可変装置４０は、図２に示すように、吸気弁の最大リフト量及び開角（以下単に「リフト量」という）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁の作動位相を連続的に変更する第２弁作動特性可変機構４２と、吸気弁のリフト量を連続的に変更するためのモータ４３と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁４４と、排気弁のリフト量及び開角（開弁期間）を２段階に切り換える第３弁作動特性可変機構４７と、排気弁のリフト量及び開角を２段階に切り換えるための電磁弁４８とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁４４及び４８には、オイルパン４６の潤滑油がオイルポンプ４５により、加圧されて供給される。なお、第２弁作動特性可変機構４２の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。また第３弁作動特性可変機構４７は、市販車に採用されており、その構成は周知である。

第１弁作動特性可変機構４１は、図３（ａ）に示すように、カム５２が設けられたカム軸５１と、シリンダヘッドに軸５５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム５５と、コントロールアーム５５を揺動させるコントロールカム５７が設けられたコントロール軸５６と、コントロールアーム５５に支軸５３ｂを介して揺動可能に支持されるとともに、カム５２に従動して揺動するサブカム５３と、サブカム５３に従動し、吸気弁６０を駆動するロッカアーム５４とを備えている。ロッカアーム５４は、コントロールアーム５５内に揺動可能に支持されている。

サブカム５３は、カム５２に当接するローラ５３ａを有し、カム軸５１の回転により、軸５３ｂを中心として揺動する。ロッカアーム５４は、サブカム５３に当接するローラ５４ａを有し、サブカム５３の動きが、ローラ５４ａを介して、ロッカアーム５４に伝達される。

コントロールアーム５５は、コントロールカム５７に当接するローラ５５ｂを有し、コントロール軸５６の回動により軸５５ａを中心として揺動する。図３（ａ）に示す状態では、サブカム５３の動きはロッカアーム５４にほとんど伝達されないため、吸気弁６０はほぼ全閉の状態を維持する。一方同図（ｂ）に示す状態では、サブカム５３の動きがロッカアーム５４を介して吸気弁６０に伝達され、吸気弁６０は上限リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。

したがって、モータ４３によりコントロール軸５６を回動させることにより、吸気弁６０のリフト量ＬＦＴを連続的に変更することがきる。本実施形態では、第１弁作動特性可変機構４１に、コントロール軸５６の回転角度（以下「ＣＳ角度」という）ＣＳＡを検出するコントロール軸回転角度センサ（以下「ＣＳ角度センサ」という）１４が設けられており、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用される。
なお、第１弁作動特性可変機構４１の詳細な構成は、特開２００８−２５４１８号公報に示されている。

第１弁作動特性可変機構４１により、図４（ａ）に実線で示すように吸気弁のリフト量ＬＦＴ（及び開角）が変更される。また第３弁作動特性可変機構４７により、図４（ａ）に破線で示すように排気弁のリフト量（及び開角）が２段階に変更される。

第２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ１３及びＬ１４で示す特性を中心として、カムの作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１１，Ｌ１２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ１５，Ｌ１６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。なお、以下の説明では「ＣＡＩＮ」を吸気弁作動位相という。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、モータ４３、電磁弁４４、４８に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、燃料噴射制御（燃料噴射弁６による燃料噴射時期及び燃料噴射時間の制御）、及びモータ４３、電磁弁４４、４８による弁作動特性の制御を行う。

図５は本実施形態における吸入空気量制御の概要を説明するための図であり、図５（ａ）（ｃ）は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの関係を示し、図５（ｂ）（ｄ）は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤの関係を示す。

目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ以下である運転状態では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに維持され、ゲージ圧ＰＢＧＡ（＝ＰＢＡ−ＰＡ）が目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致するように、スロットル弁３の開度ＴＨが制御される。以下この制御を行う領域を「ゲージ圧制御領域ＲＰＧ」という。

また目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを超える運転状態では、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤは、基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤ（例えば−１３．３ｋＰａ（−１００ｍｍＨｇ））に維持され、吸気弁のリフト量ＬＦＴを変更することにより、吸入空気量が制御される。以下この制御を行う領域を「リフト量制御領域ＲＬＦＴ」という。なお、リフト量制御領域ＲＬＦＴより高負荷側の領域（アクセルペダル操作量ＡＰが最大値ＡＰＭＡＸの近傍にある運転状態に対応する）は、高負荷制御領域ＲＷＯＴという。高負荷制御領域ＲＷＯＴでは、スロットル弁開度ＴＨ及び吸気弁リフト量ＬＦＴがともに、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが増加するほど増加するように制御される。

図５（ａ）（ｂ）は、リフト量制御領域ＲＬＦＴにおける目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに設定した場合に対応し、図５（ｃ）（ｄ）は、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤより低い所定ゲージ圧ＰＢＧＡＲＬに設定した場合に対応する。本実施形態では、後述するように低回転運転状態における自着火を回避するため、リフト量制御領域ＲＬＦＴにおける目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥに応じて基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤより低下させる制御が行われる。

ゲージ圧制御領域ＲＰＧでは、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの関係は、下記式（１）で表される。下記式（１）のＣＲは、傾きを示す傾きパラメータであり、ＰＢＧＡ０は図５（ａ）（ｃ）に示すように目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが「０」である状態に対応する目標ゲージ圧を示す切片パラメータである。
ＰＢＧＡＣＭＤ＝ＣＲ×ＧＡＩＲＣＭＤ＋ＰＢＧＡ０ （１）

エンジンのアイドル運転状態及びアイドル運転状態より若干吸入空気量が大きい低負荷運転状態が、ゲージ圧制御領域ＲＰＧに対応する。

図６は、ゲージ圧ＰＢＧＡ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬで定義される、自着火が発生し易い領域（自着火領域）と、エンジン回転数ＮＥとの関係を説明するための図である。図６においてハッチングを付して示す領域が、自着火領域である。図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれエンジン回転数ＮＥが回転数ＮＥ１（例えば９００ｒｐｍ），ＮＥ２（例えば７５０ｒｐｍ），及びＮＥ３（例えば６００ｒｐｍ）である状態に対応する。また図６（ａ）において、実線Ｌ１〜Ｌ４は、吸気弁のリフト量ＬＦＴをそれぞれ１．４，２，３，及び４［ｍｍ］としたときの、ゲージ圧ＰＢＧＡと、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬとの関係を示す。すなわち、エンジン回転数ＮＥがＮＥ１であるときは、ゲージ圧ＰＢＧＡを基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに設定した状態で、自着火領域を回避することができる。

図６（ｂ）において、実線Ｌ０，Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ２’，Ｌ３，及びＬ４は、それぞれリフト量ＬＦＴを１，１．４，１．５，２，２．５，３，及び４［ｍｍ］とした状態に対応する。すなわち、エンジン回転数ＮＥがＮＥ２であるときは、ゲージ圧ＰＢＧＡを基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに設定した状態では、リフト量ＬＦＴが１．５から４[ｍｍ]程度の範囲で自着火が発生し易くなる。エンジン回転数ＮＥがＮＥ３であるとき（図６（ｃ））は、自着火領域がさらに低ゲージ圧方向に拡大する。

そこで本実施形態では、エンジン運転状態がリフト量制御領域ＲＬＦＴにある場合においてエンジン回転数ＮＥがＮＥ２であるときは、ゲージ圧ＰＢＧＡを基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤより低い第１低回転用ゲージ圧ＰＢＧＡＸ１とし、エンジン回転数ＮＥがＮＥ３であるときは、第２低回転用ゲージ圧ＰＢＧＡＸ２まで低下させる制御、すなわちエンジン回転数ＮＥに応じて目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを変更する制御を行うようにしている。これにより、低回転運転状態において自着火を回避可能な範囲で吸入空気量を最大化し、車両の発進加速時における応答性を向上させることができる。

図７は、リフト量制御領域ＲＬＦＴにおいて吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間毎に実行される。

ステップＳ１１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて基本目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢを算出する。基本目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢは、アクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例するように設定される。ステップＳ１２では、図８に示すＧＡＩＲＣＭＤ算出処理を実行し、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。

ステップＳ１３では、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを算出する。本実施形態では、複数の所定エンジン回転数、吸気弁の複数の所定作動位相、複数の所定ゲージ圧、及び排気弁の作動特性（図４（ａ）参照）に対応して、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤから目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを算出するための複数のＬＦＴＣＭＤテーブルが予めＥＣＵ５の記憶回路に格納されている。したがって、ステップＳ１３では、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ、ゲージ圧ＰＢＧＡ、及び選択されている排気弁作動特性に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、その選択したテーブルを目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて検索し、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを算出する。このとき適宜補間演算が行われる。

算出された目標リフト量ＬＦＴＣＭＤは、ＣＳ角度ＣＳＡの目標値である目標ＣＳ角度ＣＳＡＣＭＤに変換され、検出されるＣＳ角度ＣＳＡが目標ＣＳ角度ＣＳＡＣＭＤと一致するように、モータ４３の駆動制御が行われる。これにより、吸気弁のリフト量ＬＦＴが目標リフト量ＬＦＴＣＭＤに制御される。

図８のステップＳ２１では、基本目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢを大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに応じて補正する空気密度補正を行い、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。

ステップＳ２２では、エンジン回転数ＮＥ及びゲージ圧ＰＢＧＡに応じて図９（ａ）に示すＧＡＩＲＬＭＴＨマップを検索し、上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨを算出する。図９（ａ）に示す所定回転数ＮＥ１１，ＮＥ１２，及びＮＥ１３は、ＮＥ１１＜ＮＥ１２＜ＮＥ１３なる関係を満たす。すなわち、ＧＡＩＲＬＭＴＨマップは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨが減少し、かつゲージ圧ＰＢＧＡが比較的低い範囲で、ゲージ圧ＰＢＧＡが高くなるほど上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨが減少するように設定されている。

ステップＳ２３では、使用中の燃料の推定オクタン価ＲＯＮに応じて図９（ｂ）に示すＫＲＯＮテーブルを検索し、オクタン価補正係数ＫＲＯＮを算出する。ＫＲＯＮテーブルは、推定オクタン価ＲＯＮが比較的低い範囲で推定オクタン価ＲＯＮ増加するほど、オクタン価補正係数ＫＲＯＮが増加するように設定されている。推定オクタン価ＲＯＮの算出は、例えばエンジンのノッキング発生状態に応じて使用中の燃料のオクタン価を推定することにより行われる。

ステップＳ２４では、エンジン冷却水温ＴＷに応じて図９（ｃ）に示すＫＴＷテーブルを検索し、冷却水温補正係数ＫＴＷを算出する。ＫＴＷテーブルは、エンジン冷却水温ＴＷが比較的低い範囲でエンジン冷却水温ＴＷが高くなるほど、冷却水温補正係数ＫＴＷが減少するように設定されている。

ステップＳ２５では、下記式（２）に上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨ、オクタン価補正係数ＫＲＯＮ、及び冷却水温補正係数ＫＴＷを適用し、補正上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨＣを算出する。
ＧＡＩＲＬＭＴＨＣ＝ＧＡＩＲＬＭＴＨ×ＫＲＯＮ×ＫＴＷ （２）

ステップＳ２６では、ステップＳ２１で算出された目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが補正上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨＣより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを補正上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨＣに設定する（ステップＳ２７）。目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが補正上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨＣ以下であるときは、直ちに処理を終了する。

実際のゲージ圧ＰＢＧＡは目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤの変化に対して遅れて変化するため、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが急増すると、実ゲージ圧ＰＢＧＡが目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤからずれていることに起因して自着火が生する可能性がある。また自着火が発生するか否かは、エンジン温度及び燃料のオクタン価の影響も受ける。したがって、ゲージ圧ＰＢＧＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じて設定される上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨを、冷却水温ＴＷ及び使用燃料の推定オクタン価に応じて補正した補正上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨＣ以下となるように目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出することにより、実ゲージ圧ＰＢＧＡの目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤからのずれに起因する自着火を抑制することができる。

図１０は、ゲージ圧制御領域ＲＰＧ及びリフト量制御領域ＲＬＦＴにおいて目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを算出する処理のフローチャートであり、この処理は所定時間毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。

ステップＳ３１では、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁作動特性に応じて、基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて、選択したＬＦＴＣＭＤテーブルを逆検索することにより、第１吸入空気量ＧＡＩＲ１を算出する。選択されたＬＦＴＣＭＤテーブルの一例が図１１（ａ）において、実線Ｌ２１で示されている。

ステップＳ３２では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気弁作動位相ＣＡＩＮに応じて、基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤより低い所定ゲージ圧ＰＢＧＡＲＬ（例えば−８０．０ｋＰａ（−６００ｍｍＨｇ））に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて、選択したＬＦＴＣＭＤテーブルを逆検索することにより、第２吸入空気量ＧＡＩＲ２を算出する。選択されたＬＦＴＣＭＤテーブルの一例が図１１（ａ）において、破線Ｌ２２で示されている。

ステップＳ３３では、第１吸入空気量ＧＡＩＲ１、大気圧ＰＡ、及び吸気温ＴＡを下記式（Ａ）に適用し、空気密度補正を行って、図５（ｂ）に示す境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを算出する。式（Ａ）のＰＡ０及びＴＡ０は、所定基準状態においける大気圧及び吸気温であり、例えば１０１．３ｋＰａ（７６０ｍｍＨｇ）及び２５℃に設定される。

ステップＳ３４では、基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤ、所定ゲージ圧ＰＢＧＡＲＬ、第１及び第２吸入空気量ＧＡＩＲ１，ＧＡＩＲ２を、下記式（３）に適用し、前記式（１）の傾きパラメータＣＲを算出するとともに、算出した傾きパラメータＣＲ、境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ、及び基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤを下記式（４）に適用し、切片パラメータＰＢＧＡ０を算出する。
ＣＲ＝（ＰＢＧＡＳＴＤ−ＰＢＧＡＲＬ）／（ＧＡＩＲ１−ＧＡＩＲ２）
（３）
ＰＢＧＡ０＝ＰＢＧＡＳＴＤ−ＣＲ×ＧＡＰＢＰＡＲＸ （４）

ステップＳ３５では、算出された傾きパラメータＣＲ及び切片パラメータＰＢＧＡ０と、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤとを前記式（１）に適用し、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを算出する。

ステップＳ３６では、エンジン回転数ＮＥに応じて図１１（ｂ）に示すＰＢＧＡＬＭＴＨテーブルを検索し、上限ゲージ圧ＰＢＧＡＬＭＴＨを算出する。図１１（ｂ）に示すＮＥＬは、例えば９００ｒｐｍに設定される所定回転数であり、ＰＢＧＡＬＭＴＨテーブルは、エンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＬより低いときは、エンジン回転数ＮＥが低下するほど上限ゲージ圧ＰＢＧＡＬＭＴＨが低下するように設定されている。

ステップＳ３７では、ステップＳ３５で算出された目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤが上限ゲージ圧ＰＢＧＡＬＭＴＨより高いか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを上限ゲージ圧ＰＢＧＡＬＭＴＨに設定する（ステップＳ３８）。ステップＳ３７の答が否定（ＮＯ）であって、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤが上限ゲージ圧ＰＢＧＡＬＭＴＨ以下であるときは、直ちに処理を終了する。

ＥＣＵ５は、検出されるゲージ圧ＰＢＧＡ（＝ＰＢＡ−ＰＡ）が目標ケージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致するようにスロットル弁３の開度を制御する（アクチュエータ７の駆動制御を行う）。

図１０の処理によれば、エンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＬより低くなると、エンジン回転数ＮＥが低下するほと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤが低下するように制御されるので、自着火が発生しない範囲内で吸入空気量を最大化することができ、車両の発進加速時における応答性を向上させることができる。

本実施形態では、吸気圧センサ８、エンジン冷却水温センサ１０、及びクランク角度位置センサ１１が、それぞれ吸気圧検出手段、冷却水温検出手段、及び回転数検出手段に相当し、モータ４３がリフト量制御手段の一部を構成し、アクチュエータ７がスロットル弁制御手段の一部を構成する。またＥＣＵ５が、目標吸入空気量算出手段、目標リフト量算出手段、目標吸気圧設定手段、リフト量制御手段の一部、スロットル弁制御手段の一部、上限吸入空気量算出手段、及びオクタン価推定手段を構成する。具体的には、図７のステップＳ１１及びＳ１２が目標吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ１３が目標リフト量算出手段に相当し、図１０の処理が目標吸気圧設定手段に相当し、図８のステップＳ２２〜Ｓ２５が上限吸入空気量算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、検出されるゲージ圧ＰＢＧＡが目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致するようにスロットル弁開度ＴＨを制御し、また上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨをゲージ圧ＰＢＧＡに応じて算出するようにしたが、吸気圧ＰＢＡが目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ（＝ＰＢＧＡＣＭＤ＋ＰＡ）と一致するようにスロットル弁開度ＴＨを制御し、また吸気圧ＰＢＡに応じて上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨを算出するようにしてもよい。

また上述した実施形態では、エンジン回転数ＮＥ及びゲージ圧ＰＢＧＡに応じて算出される上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨを、冷却水温補正係数ＫＴＷ及びオクタン価補正係数ＫＲＯＮにより補正して補正上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨＣを算出するようにしたが、冷却水温補正係数ＫＴＷまたはオクタン価補正係数ＫＲＯＮの何れか一方のみを適用してもよく、また上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨを目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤのリミット処理に適用してもよい。いずれの場合においても、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤの、上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨまたは補正上限吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＴＨＣによるリミット処理を行わない場合に比べて、改善効果が得られる。

また上述した実施形態では、エンジン回転数ＮＥに応じて図１１（ｂ）に示すＰＢＧＡＬＭＴＨテーブルを検索することにより、上限ゲージ圧ＰＢＧＡＬＭＴＨを設定するようにしたが、例えば図１１（ｃ）に示すようにエンジン回転数ＮＥに応じて上限ゲージ圧ＰＢＧＡＬＭＴＨを段階的に設定するようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの吸気制御にも適用が可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
５ 電子制御ユニット（目標吸入空気量算出手段、目標リフト量算出手段、目標吸気圧設定手段、リフト量制御手段、スロットル弁制御手段、上限吸入空気量算出手段、オクタン価推定手段）
７ アクチュエータ（スロットル弁制御手段）
８ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
１０ エンジン冷却水温センサ（冷却水温検出手段）
１１ クランク角度位置センサ（回転数検出手段）
４１ 第１弁作動特性可変機構
４３ モータ（リフト量制御手段）

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な弁作動特性可変機構と、前記機関の吸気通路に設けられたスロットル弁とを備える内燃機関の吸気制御装置において、
   前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記機関の目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
   前記目標吸入空気量に応じて前記リフト量の目標値である目標リフト量を算出する目標リフト量算出手段と、
   前記目標リフト量に応じて前記吸気弁のリフト量を制御するリフト量制御手段と、
   前記吸気圧の目標値である目標吸気圧を設定する目標吸気圧設定手段と、
   前記目標吸入空気量が所定範囲内にあるときに、前記吸気圧が前記目標吸気圧と一致するように前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁制御手段とを備え、
   前記目標吸気圧設定手段は、前記目標吸入空気量が前記所定範囲内にある場合において、前記機関回転数が所定回転数より低いときは、前記機関回転数が前記所定回転数以上であるときより前記目標吸気圧を低く設定することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記目標吸入空気量算出手段は、
   前記吸気圧及び機関回転数に応じて上限吸入空気量を算出する上限吸入空気量算出手段を有し、
   前記上限吸入空気量を超えないように前記目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
3. 前記機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段及び使用中の燃料のオクタン価を推定するオクタン価推定手段の少なくとも一方を備え、
   前記上限吸入空気量算出手段は、前記冷却水温及び推定されたオクタン価の少なくとも一方に応じて前記上限吸入空気量を補正することにより、補正上限吸入空気量を算出し、
   前記目標吸入空気量算出手段は、前記補正上限吸入空気量を超えないように前記目標吸入空気量を算出することを特徴とする請求項２に記載の吸気制御装置。

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