JP5439228B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気バルブの開閉特性を任意に設定可能な可変動弁機構を備える内燃機関の吸入空気量を制御するための装置に関する。

最近の内燃機関においては、吸気バルブの開閉特性を任意に設定可能な可変動弁機構を搭載し、該可変動弁機構を介して内燃機関への吸入空気量を制御することが提案されている。このような可変動弁機構を搭載した内燃機関においては、吸気バルブの開閉特性を変化させることによって、自着火（自己着火）を生じさせるおそれがある。

自着火を回避するため、下記の特許文献１には、内燃機関の始動時に吸気温度を監視し、吸気温度が所定値以上の場合には、吸気バルブを閉じるタイミングを遅らせることによって有効圧縮比を所定値以下になるよう制御している。

また、下記の特許文献２には、内燃機関の停止時に、スロットル開度と排気バルブを閉じる時期を制御することにより、内燃機関の始動時に自着火を防止する手法が開示されている。

特開２００７−２４７４８４号公報 特開２００８−１４４６８３号公報

上記特許文献１のような手法では、吸気温度だけでは、気筒内の温度を正確に反映しないことがあるので、必要のないときでもバルブタイミングを変化させるおそれがあり、これは、エミッションの低下を招くおそれがある。また、スロットル開度が大きくなって内燃機関の負荷が高くなったときには、有効圧縮比を下げていた場合でも、結果として筒内圧が高くなるおそれがある。したがって、有効圧縮比の観点からのみでは、自着火を引き起こすおそれがある。さらに、有効圧縮比を所定値以下に制御した場合、アイドル運転時や通常走行時におけるバルブタイミングが制限され（吸気バルブの位相を進角することができない等）、燃費およびエンジン出力を低下させるおそれがある。

上記特許文献２のような手法によると、バルブタイミングを変更する機構が、吸気バルブだけでなく排気バルブについても必要となり、コスト高を招く。また、停止時のエンジンの温度と、次回始動時のエンジンの温度とは必ずしも一致しないので、必要のないときでもバルブタイミングを変化させるおそれがあり、これは、始動時のエミッションの低下を招くおそれがある。

したがって、可変動弁機構を備える内燃機関において、上記のような問題を回避することができる、自着火防止のための制御が必要とされている。

本発明の一つの側面によると、吸気バルブの開閉特性を任意に設定可能な可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の水温および吸気温に基づいて、該内燃機関の気筒内の温度を推定する手段と、前記推定された気筒内の温度に基づいて、自着火を防止するための圧縮行程開始時の気筒内の容量の上限値を算出する容量上限値算出手段と、前記容量の上限値に基づいて、自着火を防止するためのリフト量の範囲を求める自着火防止リフト量範囲算出手段と、前記自着火を防止するためのリフト量の範囲に収まるよう、前記可変動弁機構を介して前記吸気バルブを制御するための目標リフト量を決定する目標リフト量決定手段と、を備える。

自着火の発生の有無を左右する要因として、気筒内の温度および圧力がある。この発明によれば、内燃機関の吸気温だけでなく水温に基づいて気筒内の温度を推定するので、より良好な精度で筒内温度を推定することができる。また、こうして推定した筒内温度を用いて、自着火防止のための容量の上限値を算出し、該容量の上限値に基づいて、自着火防止のためのリフト量の範囲を求めるので、気筒内の温度が上記推定された温度下で、気筒内の圧力が自着火を防止可能な圧力であるよう、リフト量を制御することができる。

この発明の一実施形態によると、前記容量上限値算出手段は、前記推定された気筒内の温度に基づいて、自着火を防止するための圧縮後の前記気筒の筒内圧の上限値を求め、該筒内圧の上限値に基づいて、前記自着火を防止するための圧縮行程開始時の前記容量の上限値を算出する。

この発明によれば、推定された気筒内の温度に基づいて、自着火防止のための筒内圧の上限値が求められるので、気筒内の温度が上記推定された温度下で、気筒内の圧力が自着火を防止可能な圧力であるよう、リフト量を制御することができる。

この発明の一実施形態によると、前記容量上限値算出手段は、前記筒内圧の上限値、所定の最大ゲージ圧、および圧縮後の前記気筒内の所定の容積に基づいて、前記自着火を防止するための圧縮行程開始時の前記容量の上限値を算出する。これにより、自着火防止のための筒内圧の上限値に対し、自着火防止のための容量の上限値を演算で算出することができる。したがって、該容量の上限値を求めるために予めデータをマップとして用意する必要がなく、マップの設定工数およびデータ量を抑制することができる。

この発明の一実施形態によると、前記自着火防止リフト量範囲算出手段は、前記容量の上限値に基づいて、該容量の上限値に対応するリフト量を求め、該求めたリフト量を下限値として前記リフト量の範囲を求める。こうして、自着火防止のためのリフト量を下限値として目標リフト量を決定することができる。

この発明の一実施形態によると、前記自着火防止リフト量範囲算出手段は、前記容量の上限値に基づいて、該容量の上限値に対応するリフト量を求め、該求めたリフト量が複数存在する場合には、最大となる値を持つリフト量を選択し、該選択したリフト量を下限値として前記リフト量の範囲を求める。最大となる値のリフト量を選択することにより、通常走行時において、自着火発生を防止しつつ、エンジン出力を維持することができる。

この発明の一実施形態によると、前記自着火防止リフト量範囲算出手段は、車両が減速していると判断されたならば、前記求めた複数のリフト量のうち、最小となる値を持つリフト量を選択し、該選択したリフト量を上限値として前記リフト量の範囲を求める。最小となる値のリフト量を選択することにより、減速走行時においては、自着火発生を防止しつつ、減速感を運転者に知覚させることができる。

この発明の一実施形態によると、前記リフト量の範囲を求めるのに使用されたリフト量に基づいて、前記内燃機関の吸気管の目標ゲージ圧を算出する。こうして、自着火発生を防止するリフト量を実現しつつ、目標吸入空気量を実現することができる。

この発明の一実施形態によると、前記可変動弁機構は、吸気バルブのリフト量が大きくなるにつれて、該吸気バルブを開くタイミングが進角するよう構成されており、前記目標リフト量決定手段により、前記自着火を防止するためのリフト量の範囲で制限されることによって前記目標リフト量が大きくなるよう決定されたならば、前記吸気バルブの位相を遅角する位相変更手段をさらに備える。こうして、オーバーラップ期間の増大を防ぐことができ、燃焼が悪化するのを防止することができる。

この発明の一実施形態によると、前記気筒内に連結する吸気通路に設けられたスロットルバルブを更に備え、前記可変動弁機構の前記目標リフト量の１制御周期における吸入空気量の変化量が、前記スロットルバルブの開度の１制御周期における吸入空気量の変化量より小さい所定量以下に抑制されるように、前記リフト量の範囲は設定される。リフト量の吸入空気量に対する応答は、スロットル開度の吸入空気量に対する応答よりも速い。この発明によれば、両者の応答速度の差を補償することができる。

この発明の一実施形態によると、前記推定された気筒内の温度が所定の自着火発生温度よりも高ければ、前記内燃機関の回転数を高める手段をさらに備える。こうして、リフト量制御だけでは自着火発生の防止が困難なほど高温の場合にのみ、回転数を制御すればよいので、燃費が低下することを防ぐと共に、高温の場合でも自着火発生を防止することができる。

この発明の一実施形態によると、前記内燃機関は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記推定された気筒内温度が所定の温度よりも高ければ、該燃料噴射弁による燃料噴射時期を変更する手段を備える。この発明によれば、気筒内の温度が高いときには、気筒内に噴射された燃料がピストンに付着することにより気筒内の温度を下げることができるので、自着火発生を、より確実に防止することができる。

この発明の一実施形態によると、前記推定された気筒内温度を、前記燃料噴射時期に応じて補正する手段を備える。こうして、燃料噴射時期の変更に応じて、推定された気筒内温度を補正するので、より正確に気筒内温度を判断することができる。

本発明のその他の特徴及び利点については、以下の詳細な説明から明らかである。

本発明の一実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の全体的な構成図。 本発明の一実施形態に従う、可変リフト機構の一例を示す図。 本発明の一実施形態に従う、吸排気バルブの作動特性を示す図。 本発明の一実施形態に従う、リフト量に対する有効圧縮比を示す図。 本発明の一実施形態に従う、吸気温度に対する、自着火防止のためのリフト量を示す図。 本発明の一実施形態に従う、ＰＶ線図を示す図。 本発明の一実施形態に従う、制御形態を説明するための図。 本発明の一実施形態に従う、制御装置の機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、目標リフト量算出部の機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、リフト量に対する吸入空気量を規定したマップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、エンジン水温および吸気温に対する筒内温度を規定したマップを示す図。 本発明の一実施例に従う、筒内温度に対する上限筒内圧を規定したマップを示す図。 本発明の一実施例に従う、容量に対する、自着火防止のためのリフト量を規定したマップを示す図。 本発明の一実施例に従う、リフト量に対するフリクションを示す図。 本発明の一実施例に従う、リフト量とスロットル開度の応答特性を説明するための図。 本発明の一実施形態に従う、目標ゲージ圧算出部の機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、吸入空気量、リフト量およびゲージ圧の関係を規定するマップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、目標位相算出部の機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、目標吸入空気量に対する目標位相を規定したマップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、目標吸入空気量に対する位相補正値を規定したマップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、リフト量を高くすることによってオーバーラップ期間の増大を説明するための図。 本発明の一実施形態に従う、目標回転数算出部の機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、エンジン水温に対する目標回転数を規定したマップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、吸入空気量制御プロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、目標位相算出プロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、目標回転数算出プロセスのフローチャート。 本発明の他の実施形態に従う、制御装置の機能ブロック図。 本発明の他の実施形態に従う、目標リフト量算出部の機能ブロック図。 本発明の他の実施形態に従う、筒内温度と燃料噴射時期の推移の一例を説明する図。 本発明の他の実施形態に従う、吸入空気量制御プロセスのフローチャート。 本発明の他の実施形態に従う、燃料噴射時期算出プロセスのフローチャート。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンという）およびその制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１０は、入出力インターフェース、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータを格納することができる。本発明に従う様々な制御のためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびマップは、メモリに格納されている。ＥＣＵ１０は、車両の各部から送られてくるデータを入出力インターフェースを介して受け取って演算を行い、制御信号を生成し、これを、該入出力インターフェースを介してエンジンの各部を制御するために送る。

エンジン１２は、たとえば４気筒４サイクルのエンジンであり、図には、そのうちの一つの気筒が概略的に示されている。エンジン１２は、吸気バルブ１４を介して吸気管１６に連結され、排気バルブ１８を介して排気管２０に連結されている。ＥＣＵ１０からの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁２２が、吸気管１６に設けられている。代替的に、燃料噴射弁２２を、燃焼室２４に設けてもよい。

エンジン１２は、吸気管１６から吸入される空気と、燃料噴射弁２２から噴射される燃料との混合気を、燃焼室２４に吸入する。燃焼室２４には、ＥＣＵ１０からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ２６が設けられている。点火プラグ２６による火花により、混合気は燃焼する。この燃焼により混合気の体積は増大し、ピストン２８を下方に押し下げる。ピストン２８の往復運動は、クランク軸３０の回転運動に変換される。４サイクルエンジンでは、エンジンの１燃焼サイクルは、吸入、圧縮、燃焼、および排気行程からなる。ピストン２８は、１燃焼サイクルにつき２往復する。

連続可変動弁機構３１は、本実施形態では、可変リフト機構３２および可変位相機構３３から構成される。可変リフト機構３２は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４のリフト量を連続的に変更することができる機構である。可変リフト機構３２の一例は、後述される。

可変位相機構３３は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４の位相を連続的に変更することができる機構である。可変位相機構３３は、任意の既知の手法により実現することができる。たとえば、電磁的に吸気バルブの位相を進角または遅角に制御する手法が提案されている（たとえば、特開２０００―２２７０３３号を参照）。

なお、代替的に、可変リフト機構３２および可変位相機構３３を一体的に構成してもよい。また、本願発明は、リフト量および位相を連続的に変更可能なこれら機構に限定されるわけではなく、リフト量および位相を段階的（ステップ状）に変更可能な機構にも適用可能である。

ＥＣＵ１０には、エンジン１２のクランク軸３０の回転角度を検出するクランク角センサ３４およびエンジン１２の吸気バルブ１４を駆動するカムが連結されたカム軸の回転角度を検出するカム角センサ３５が接続されており、これらのセンサの検出値はＥＣＵ１０に供給される。クランク角センサ３４は、所定のクランク角度（たとえば３０度）毎に１パルス（ＣＲＫパルス）を発生し、該パルスにより、クランク軸３０の回転角度位置を特定することができる。また、カム角センサ３５は、エンジン１２の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（ＣＹＬパルス）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（ＴＤＣパルス）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種の制御タイミングおよびエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。

なお、カム角センサ３５により出力されるＴＤＣパルスと、クランク角センサ３４により出力されるＣＲＫパルスとの相対関係から、クランク軸に対するカム軸の実際の位相ＣＡＩＮが検出される。この実施例では、位相ＣＡＩＮは、最遅角をゼロとし、進角になるほど大きい値を持つ。

また、連続可変動弁機構３１には、吸気バルブ１４のリフト量を検出するためのＣＳＡセンサ３６が設けられ、該センサ３６は、ＥＣＵ１０に接続されている。ＣＳＡセンサ３６については、後述される。ＣＳＡセンサ３６の検出値は、ＥＣＵ１０に送られる。

吸気管１６内にはスロットル弁４２が配置されている。スロットル弁４２は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてアクチュエータ(図示せず)によって駆動されるドライブバイワイヤ（drive by wire：ＤＢＷ）式のスロットル弁である。

スロットル弁開度センサ４４がスロットル弁４２に設けられており、スロットル開度ＴＨに応じた信号をＥＣＵ１０に出力する。

本実施形態では、連続可変動弁機構３１により吸気バルブ１４のリフト量を制御すると共に、スロットル弁４２の開度の制御を介して吸気管圧力を制御することにより、エンジン１２への吸入空気量を制御する。

吸気管１６のスロットル弁４２の上流側に、エアフローメータ４０が設置されている。エアフローメータ４０は、吸入空気量を示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

吸気管１６のスロットル弁４２の下流には吸気管内圧力センサ５０および吸気温センサ５４が備えられ、それぞれ、吸気管内絶対圧ＰＢおよび吸気温度ＴＡを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。また、大気圧センサ５５がエンジン外部の任意の位置に設置されており、大気圧ＰＡを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

吸気管圧力は、絶対圧およびゲージ圧で表されることができ、ここでゲージ圧は、大気圧ＰＡに対する吸気管内絶対圧ＰＢの差圧を表し、ＰＢ−ＰＡ（ｍｍＨｇ）である。

さらに、エンジン１２の水温ＴＷを検出するエンジン水温センサ５６が備えられ、エンジンの水温を示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

排気管２０の触媒４６の上流側にはＬＡＦ(linear air-fuel)センサ４８が設置されている。ＬＡＦセンサ４８は、リーンからリッチにわたる広範囲において排ガス中の酸素濃度に比例する信号をＥＣＵ１０に出力する。

図２を参照して、この発明の一実施形態に従う、可変リフト機構３２を説明する。（ａ）に示すように、カム６２が設けられたカムシャフト６１と、
カムホルダに支持部６５ａ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６５と、コントロールアーム６５を揺動させるコントロールカム６７が設けられた制御軸（コントロールシャフト）６６と、コントロールアーム６５にサブカムシャフト６３ｂを介して揺動可能に支持されると共に、カム６２に従動して揺動するサブカム６３と、サブカム６３に従動し、吸気バルブ１４を駆動するロッカーアーム６４とを備えている。ロッカーアーム６４は、コントロールアーム６５内に、ロッカーシャフト６８によって揺動可能に支持されている。

サブカム６３は、カム６２に当接するローラ６３ａを有し、カムシャフト６１の回転により、サブカムシャフト６３ｂを中心として揺動する。ロッカーアーム６４は、サブカム６３に当接するローラ６４ａを有し、サブカム６３の動きが、ローラ６４ａを介して、ロッカーアーム６４に伝達される。コントロールアーム６５は、コントロールカム６７に当接するローラ６５ｂを有し、制御軸６６の回転により、支持部６５aを中心として揺動する。

（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、矢印で示されているように、吸気バルブ１４の高リフト状態、中リフト状態、低リフト状態をそれぞれ示している。制御軸６６を介してコントロールアーム６５の位置を変化させることにより、（ａ）のような高リフト状態と、（ｃ）のような低リフト状態の間を連続的に遷移させることができる。（ａ）に示す状態では、サブカム６３の動きがロッカーアーム６４を介して吸気バルブ１４に伝達され、吸気バルブ１４は、最大リフト量ＬＦＴＭＡＸまで開弁する。（ｂ）に示す状態では、サブカム６３の動きの、ロッカーアーム６４を介した吸気バルブ１４への伝達量は、（ａ）よりも少なく、よって（ａ）よりも小さいリフト量で開弁する。（ｃ）に示す状態では、サブカム６３の動きはロッカーアーム６４にほとんど伝達されないため、吸気バルブ１４は低リフト状態となる。

制御軸６６には、アクチュエータのモータ（図示せず）が接続されており、該モータによって制御軸６６を回転させることにより、吸気弁１４のリフト量を連続的に変更することができる。この実施形態では、前述したＣＳＡセンサ３６（図１）は、制御軸６６の回転角度位置を検出するよう設けられている。検出された制御軸６６の回転角度位置ＣＳＡが、リフト量を示すパラメータとして使用される。なお、ここで示す可変リフト機構３２の形態は一例であり、他の任意の適切なリフト量を連続的もしくは段階的に変更することができる機構を用いてもよい。たとえば、特開２００８−２５４１８号公報には、連続的にリフト量を変化させることができる可変リフト機構の詳細な構成が示されている。

ここで、自着火について説明すると、上記のように火花点火式のエンジンの場合にも、気筒内の温度および圧力が高くなると、自着火が生じるおそれがある。ここで、気筒内の圧力は、主に、空気の充填量と有効圧縮比（実圧縮比）によって決まり、有効圧縮比は、主に、エンジンの設計上予め決められた圧縮比（メカ圧縮比と呼ぶ）と、吸気バルブの作動特性（これは、吸気バルブの開閉タイミングおよび吸気バルブのリフト量により表される）によって決まる。連続可変動弁機構３１を搭載したエンジンでは、エンジンの運転状態に従って吸気バルブの作動特性を変更することができる。したがって、どの作動特性に従って吸気バルブを作動させるかにより、気筒内の圧力が高くなるおそれがあり、自着火が生じるおそれがある。

図３を参照すると、排気バルブ１８の作動特性と、連続可変動弁機構３１によって制御される吸気バルブ１４の作動特性が示されている。縦軸はリフト量を示し、横軸は、１燃焼サイクルにおけるクランク角度を表しており、圧縮行程の期間が示されている。

ＥＸは、排気バルブ１８の作動特性を示す。ＩＮは、吸気バルブ１４の作動特性を示し、複数の実線で表されるように、エンジンの運転状態に従って作動特性ＩＮを連続的に変化させる、すなわち吸気バルブの位相およびリフト量を連続的に変化させることができる。各作動特性ＩＮにおいて、リフト量のピーク点が、図２を参照して説明した最大リフト量ＬＦＴＭＡＸに対応する。なお、以下の説明における「リフト量」は、各作動特性における最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（すなわち、吸気バルブを開ける量（ｍｍ））を表している。

図から明らかなように、この可変動弁機構３１においては、リフト量を小さくするほど、吸気バルブ１４を閉じるタイミングが早められる。他方、吸気バルブを閉じるタイミングが圧縮行程の開始時点に近くなるほど、有効圧縮比は大きくなる。したがって、図のような吸気バルブの作動特性ＩＮの場合、リフト量を小さくするほど、有効圧縮比が高くなる傾向があり、自着火が生じやすくなる。

ここで図４を参照すると、上記のような可変動弁機構３１を作動させた場合の、リフト量に対する有効圧縮比の推移についての或る実験結果が示されている。この実験では、エンジンの設計上予め設定されたメカ圧縮比が異なる３つのエンジンについて、リフト量に対する有効圧縮比（実圧縮比）の推移が調べられた。この実験結果によって示されるように、リフト量が低いほど、有効圧縮比が高くなることがわかる。なお、図に示される点Ａ１およびＡ２は、リフト量が低い領域において、同じ有効圧縮比を実現するのに２つのリフト量が存在することを示しており、これについては後述される。

また、上で述べたように、自着火発生は、筒内温度にも依存して変化する。ここで図５を参照すると、上記のような可変動弁機構３１を作動させた場合の、吸気温度ＴＡに対する、自着火を防止可能な最低のリフト量を示す。すなわち、各吸気温度に対し、図のグラフで示す値よりもリフト量が小さくなると、自着火が生じうることを示している。たとえば、吸気温度が、Ｂ１で示される温度以下では、Ｂ２で示される低リフト量を用いても自着火が生じないが、吸気温度がＢ１より大きくなると、Ｂ２で示される低リフト量では、自着火が生じうることを表している。この結果で示されるように、吸気温度が高いほど、筒内温度が高いことを示すので、リフト量を高くしないと、自着火が生じやすくなることがわかる。なお、筒内温度は、吸気温度だけでなくエンジン水温によっても影響を受ける。したがって、図には示していないが、吸気温度と同様に、エンジン水温が高いほど、リフト量を高くしないと、自着火が生じやすくなる。

このように、可変動弁機構３１を搭載することにより、低いリフト量（たとえば、５ｍｍ以下）で吸気バルブ１４を動作させることが可能となる。これにより、ポンピングロスを低くすることができるので、燃費の向上を図ることができる。したがって、負荷の低い運転領域では、低いリフト量で吸気バルブを動作させたいという要望がある。他方、低リフト量で吸気バルブ１４を動作させると、有効圧縮比が高くなり、特に筒内温度が高い状況下では、自着火が生じやすくなる。したがって、自着火の発生を抑制することができる程度に低い値のリフト量を見極める必要がある。

そこで図６を参照すると、典型的なエンジンのＰＶ（圧力（ｋＰａ）―容量（ｃｃ））線図が示されている。点Ｃ１は、圧縮行程の開始位置を示しており、点Ｃ２は、爆発行程の開始位置を示している。点Ｃ１における容量および圧力を（Ｖ１，Ｐ１）で表し、点Ｃ２における容量および圧力を（Ｖ２，Ｐ２）で表す。容量Ｖ２は、圧縮した後の気筒内の容量を示しており、これは、エンジンの設計上予め決まっている。容量Ｖ１は、吸気バルブ１４を閉じるタイミング、すなわちどの作動特性で吸気バルブ１４を作動させるかに依存して変化する。

圧縮行程における圧縮を断熱圧縮と仮定すると、ポアソンの法則に基づき、以下の式（１）が成立する。ここで、γは、比熱比を表す。

ここで、圧縮行程開始時の圧力Ｐ１には、想定される最大のゲージ圧が設定され、圧縮後の圧力Ｐ２には、自着火を防止可能な筒内圧の上限値が設定されることにより、このポアソンの式を利用して容量Ｖ１を決定することができる。ここで、自着火を防止可能な筒内圧の上限値は、後述するように、吸気温度とエンジン水温から推定された筒内温度に基づいて設定される。

こうして決定された容量Ｖ１は、自着火を防止可能な容量の上限値を示している。圧縮行程開始時の容量が該上限値Ｖ１よりも高いと、圧縮後の筒内圧が上記上限値より高くなり、自着火を起こすおそれがある。したがって、該上限値を超えない容量の範囲に対応するリフト量の範囲が、自着火を防止するためのリフト量の範囲として決定される。このリフト量の範囲に収まるよう、目標リフト量を決定すればよい。こうして、現在の筒内温度の状況下で、筒内圧が自着火を防止可能な値であるようにリフト量が制御されるので、低リフト量であっても、自着火発生を防止することができる。

以下、本願発明の一実施形態に従う、吸入空気量を制御する具体的な手法について説明する。

図７は、この実施形態で用いる制御形態の概要を示す。図には、目標吸入空気量に対する目標ゲージ圧、目標リフト量および目標位相の推移が示されている。この実施形態によると、エンジンは２つの制御領域を有する。１つは、目標吸入空気量が所定値より低い領域であり、負圧制御領域と呼ばれる。この領域は低負荷領域であり、よってアイドリング運転状態はこの領域において実現される。この領域では、目標リフト量を一定にしつつ、目標吸入空気量の増大に従って目標ゲージ圧を変更する。負圧制御領域では、オーバーラップ期間（吸気バルブと排気バルブの両方が開いているクランク角度期間）を小さくすると共にポンピングロスを低減するため、目標リフト量は低めの値（運転領域全体においてリフト量の下限値となり、ミニマムリフトとも呼ばれる）に設定される。

また、可変動弁機構３１は、リフト量が低いとき、吸気バルブを閉じるタイミングが遅いほどフリクションが高くなるという特性を有する。したがって、低リフト量を用いる負圧制御領域では、吸気バルブを閉じるタイミングを早めるために、目標位相は、進角された値になるよう制御される。これにより、ポンピングロスをより確実に抑制して、燃費の向上を図ることができる。

他の１つは、目標吸入空気量が上記所定値より高い領域であり、リフト量制御領域と呼ばれる。この領域では、目標ゲージ圧を、基準ゲージ圧（この実施例では、−１００ｍｍＨｇ）に一定にしつつ、目標吸入空気量の増大に従って目標リフト量を変更する。この領域は、比較的負荷が高い領域であるので、リフト量によって吸入空気量を制御する。目標位相は、遅角された値になるよう制御される。

このように、可変動弁機構３１を用いた吸入空気量制御では、図の負圧制御領域に一例として示されるように、リフト量を低くする運転領域が存在しうる。このような低リフト量を用いた場合、上で説明したように、自着火が生じやすくなる。他方、上記の負圧制御領域のように負荷の低い運転領域では、リフト量を低くすることにより燃費の向上を図ることができるので、リフト量を低めの値にしたいという要望がある。したがって、当該実施形態では、負圧制御領域で用いるべき低リフト量を、自着火の発生を防止可能なように決定する。

図８は、本発明の一実施形態に従う、図７を参照して述べた負圧制御領域における吸入空気量制御に適用可能な内燃機関の制御装置のブロック図である。この制御装置は、図１のＥＣＵ１０において実現され、各ブロックによる機能は、具体的にはＥＣＵ１０のＣＰＵにより実現される。

目標吸入空気量算出部８１は、エンジンの運転状態に基づいて、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。この実施形態では、アクセルペダルの開度を検出するセンサ（図示せず）によって検出されたアクセルペダルの開度に基づいて、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。

目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤは、吸気バルブ１４のリフト量、吸気管１６のゲージ圧、および吸気バルブ１４の位相によって実現される。そのため、目標リフト量算出部８３、目標ゲージ圧算出部８５および目標位相算出部８８が設けられており、それぞれ、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに基づいて、目標リフト量、目標ゲージ圧および目標位相を算出する。リフト量制御部８４は、任意の適切な制御手法で、ＣＳＡセンサ３６によって検出された実リフト量を目標リフト量に収束させるよう、可変リフト機構３２を操作するための制御信号を生成する。こうして、可変リフト機構３２により、吸気バルブ１４のリフト量は目標リフト量になるよう操作される。

目標スロットル開度算出部８６は、算出された目標ゲージ圧を実現するための目標スロットル開度を算出する。スロットル開度制御部８７は、任意の適切な制御手法で、スロットル開度センサ４４によって検出された実スロットル開度を目標スロットル開度に収束させるよう、スロットル弁４２の駆動機構（アクチュエータ）を操作するための制御信号を生成する。こうして、スロットル弁４２の開度は、目標スロットル開度になるよう操作される。

位相制御部８９は、任意の適切な制御手法で、前述したように検出された実位相ＣＡＩＮを目標位相に収束させるよう、可変位相機構３３を操作するための制御信号を生成する。こうして、可変位相機構３３により、吸気バルブ１４の位相は目標位相になるよう操作される。

また、目標回転数算出部９１が設けられ、エンジンの運転状態に基づいて目標回転数ＮＯＢＪを算出する。エンジン回転数が高くなるほど、燃焼が広がる速度が速くなるので、自着火を抑制することができる。しかしながら、エンジン回転数の上昇は、燃費の低下につながるおそれがあるため、通常時にはリフト量によって自着火を抑制し、これだけでは抑制困難なほど高温の時にのみ回転数を調整するのが好ましい。

以下、目標リフト量算出部８３、目標ゲージ圧算出部８５、目標位相算出部８８および目標回転数算出部９１について、それぞれ、具体的な機能を説明する。

図９は、目標リフト量算出部８３の詳細なブロック図を示す。密度補正部１０５は、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを、環境状態に従って密度補正する。目標吸入空気量算出部８１によって求められた目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤ（ｇ）は、所定の標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤおよび標準吸気温度ＴＡ＿ＳＴＤからなる標準状態下の吸入空気量である。密度補正部１０５は、該標準状態における空気密度ρ＿ＳＴＤと、大気圧センサ５５および吸気温センサ５４により検出される現在の大気圧ＰＡおよび現在の吸気温度ＴＡからなる現在の状態における空気密度ρとの比Ｋρにより、標準状態下の目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを、現在の状態下の目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＦ（ｇ）に換算する。

具体的には、空気密度比Ｋρは、式（２）のように表される。この実施例では、標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤは７６０ｍｍＨｇであり、標準吸気温ＴＡ＿ＳＴＤは２５度すなわち２９８Ｋ（ケルビン）である。ＰＢＧＡは基準ゲージ圧であり、この実施例で、−１００ｍｍＨｇである（大気圧より１００ｍｍＨｇ低い）。前述したように、基準ゲージ圧は、負圧制御領域における最大のゲージ圧を示す（この実施例では、リフト量制御領域における目標ゲージ圧である）。

なお、吸気温に関して“１／２乗”しているのは、吸気温については１／２乗することにより、より良好な精度で吸入空気量を推定できることが、過去の試験結果から判明しているからである。また、ＪＩＳ規格でも、たとえば修正馬力（トルク）の計算では、温度に関して１／２乗することが定められている（しかしながら、代替的には、吸気温に関して１／２乗しなくてもよい）。

空気密度比Ｋρを、標準状態下の目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに乗算することにより、現在の状態下の目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＦを算出する（式（３））。

補正済み目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＦは、現在の状態において、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤをエンジンに供給するために必要な空気量である。密度補正を行うことにより、本来必要とされる目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに必要な目標リフト量を算出することができる。

目標リフト量算出部１０７は、補正済み目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＦに基づいて目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭを算出する。この実施例では、標準状態における、吸気バルブのリフト量に対する吸入空気量を規定したマップが、エンジン回転数、ゲージ圧および吸気バルブの位相毎に設けられており、これらのマップは、ＥＣＵ１０のメモリに予め記憶されている。これらのマップのうち、検出された位相ＣＡＩＮ、検出されたエンジン回転数ＮＥ、および基準ゲージ圧に対応するマップを選択する。

図１０には、こうして選択されたマップの一例が示されている。補正済み目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＦに基づいて該マップを参照することにより、対応するリフト量を求め、これを、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭとする。こうして、負圧制御領域においてゲージ圧が最大（基準ゲージ圧）の時のリフト量が、負圧制御領域の目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭとして設定される。

他方、筒内温度推定部１１１は、吸気温センサ５４およびエンジン水温センサ５６によってそれぞれ検出された吸気温度ＴＡおよびエンジン水温ＴＷに基づいて、気筒内の温度を推定する。該推定に用いるマップが図１１に示されており、これは、予めＥＣＵ１０のメモリに記憶されることができる。筒内温度は、吸気温度ＴＡだけでなく、エンジン水温ＴＷによっても影響を受けるので、両温度に基づいて推定される。筒内温度推定部１１１は、検出された吸気温度ＴＡおよびエンジン水温ＴＷに基づいて該マップを参照することにより、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧを求める。

上限筒内圧算出部１１３は、推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに基づいて、自着火を防止可能な筒内圧の上限値ＰＣＹＬＭＡＸを求める。これに用いるマップが図１２に示されており、これは、予めＥＣＵ１０のメモリに記憶されることができる。筒内温度が高くなるほど、自着火が発生しやすくなるため、自着火防止のための上限筒内圧は減少するよう設定されている。ここで、筒内圧上限値ＰＣＹＬＭＡＸは、図６を参照して説明した、圧縮後の点Ｃ２の圧力Ｐ２を示すものとして用いられる。

自着火防止容量算出部１１５は、前述したポアソンの式（１）を利用して、図６の圧縮開始時の点Ｃ１における容量Ｖ１を算出する。ここで、圧力Ｐ２には、上で述べたように筒内圧上限値ＰＣＹＬＭＡＸが代入される。圧力Ｐ１には、負圧制御領域における最大の吸気管圧力ＰＢＭＡＸ（図７を参照して述べたように、基準ゲージ圧（この実施例では、―１００ｍｍＨｇ）に相当する吸気管圧力（ｋＰａ））が代入される。前述したように、点Ｃ２における容量Ｖ２は、圧縮後の気筒内の容積を示し、エンジン設計によって予め決められた値である。したがって、以下の式（４）に従い、容量Ｖ１を算出することができる。こうして算出された容量Ｖ１は、自着火を防止することができる、圧縮行程開始時の容量の上限値を示す。

自着火防止リフト算出部１１７は、容量Ｖ１に基づいて、自着火を防止することができるリフト量を算出する。該算出に用いるマップが図１３に示されており、これは、予めＥＣＵ１０のメモリに記憶されることができる。自着火防止リフト算出部１１７は、容量Ｖ１に基づいて該マップを参照することにより、対応するリフト量Ｌ１およびＬ２を求める。

図４に示すように、リフト量に対する有効圧縮比の関係では、リフト量の低い範囲において有効圧縮比は凸曲線を描いており、点Ａ１およびＡ２に示すように、同じ有効圧縮比値に対して２個のリフト量が存在する。同様の関係が、リフト量に対する容量の関係においても成立し、したがって、図１３に示すように（この図では、リフト量の低い範囲が示されている）、リフト量の低い範囲において容量は凸曲線を描いている。

前述したように、容量Ｖ１は、自着火を防止することができる容量の範囲の上限値を示しているので、容量Ｖ１に対応するリフト量Ｌ１より高いリフト量範囲と、容量Ｖ１に対応するリフト量Ｌ２より低いリフト量範囲とが、自着火を防止するためのリフト量範囲である。これらの範囲のいずれかに収まるよう、目標リフト量を制御することにより、自着火を防止することができる。

選択部１１９は、この実施形態では、図１３のようなマップを参照し、車両が減速しているか否かに従って、２つの値のリフト量Ｌ１およびＬ２のいずれかを選択する。後述するように、ここで選択されたリフト量は、目標吸入空気量に基づいて算出された目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭをリミット処理するのに用いられる。高い方の値が選択されれば、下限値として用いられ、低い方の値が選択されれば、上限値として用いられる。したがって、選択部１１９は、車両を減速していない通常走行時には、高い値のリフト量Ｌ１を選択する。これにより、車両の出力を維持しつつ、リミット処理において、目標リフト量の不必要な切り下げを回避することができる。

他方、選択部１１９は、車両が減速しているときには、低い値のリフト量Ｌ２を選択する。この理由を述べると、図１４には、或る実験によって得られた、リフト量に対するエンジンフリクションの推移を示されている。前述したように、可変動弁機構３１は、リフト量が低いとき、吸気バルブを閉じるタイミングが遅いと、フリクションが高くなるという特性を有する。これが、図に示されており、吸気バルブの位相が遅角された状態では、リフト量の値が低い領域２０５において、フリクションが大きくなっている。低い値のリフト量Ｌ２を選択することにより、このようなフリクションの増大を介して、運転者に減速感を与えることができる。

この実施形態では、減速しているか否かを、燃料カットが行われているときに値１が設定される燃料カットフラグＦ＿ＦＣを用いて判断する。燃料カットフラグＦ＿ＦＣの値がゼロであるときには、選択部１１９は、リフト量Ｌ１およびＬ２のうち、高い値のリフト量Ｌ１を選択する。燃料カットフラグＦ＿ＦＣの値が１であるときには、選択部１１９は、リフト量Ｌ１およびＬ２のうち、低い値のリフト量Ｌ２を選択する。以下、自着火防止用に選択したリフト量を、Ｌｓｅｌで表す。

代替的に、燃料カットに代えて、たとえば車速センサによって車速を検出し、今回検出された車速と前回検出された車速とを比較し、減速していると判断されたときには低い値のリフト量を選択し、そうでないときには高い値のリフト量を選択するようにしてもよい。

なお、上の例では、容量Ｖ１に対応するリフト量が２つ存在している場合について説明した。それに対し、図１３の凸曲線の頂点に接する点線２０１に対応する容量Ｖｔよりも容量が大きい領域では、容量Ｖ１に対応するリフト量が存在しない。この場合には、どのリフト量であっても容量Ｖ１を上回らないことを示す。したがって、選択部１１９は、選択したリフト量Ｌｓｅｌにゼロを設定し、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが該選択したリフト量Ｌｓｅｌで何ら制限されないようにする。

また、容量Ｖ１が、点線２０１に対応する容量Ｖｔであるとき、該点線２０１は凸曲線の頂点に接しているため、対応するリフト量が１個となる。この場合にも、どのリフト量であっても容量Ｖ１を上回らないので、選択部１１９は、選択したリフト量Ｌｓｅｌにゼロを設定する。

なお、図１３では、リフト量と容量の関係は凸曲線を描いているが、可変動弁機構によっては、このような曲線の形態になるとは限らず、容量Ｖ１に対して、対応する３個以上の複数のリフト量が存在することもありうる。このような場合には、上記高い値のリフト量Ｌ１として、最大のリフト量が選択され、上記低い値のリフト量Ｌ２として、最小のリフト量が選択される。

好ましくは、移行フィルタ部１２１が設けられる。移行フィルタ部１２１は、選択部１１９によって選択された自着火防止リフト量Ｌｓｅｌに対し、所定のフィルタリングを適用する。後述するように、目標リフト量ＡＬＣＭＤＦは、目標リフト量算出部１０７により算出された目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭと、自着火防止リフト量Ｌｓｅｌとの間で切り換えられる。目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが目標リフト量ＡＬＣＭＤＦとして継続的に用いられている場合には、負圧制御領域では目標吸入空気量は主にゲージ圧によって制御されるので、１制御サイクルにおけるリフト量の変化量は小さい。しかしながら、前回の制御サイクルでは目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが目標リフト量ＡＬＣＭＤＦとして用いられ、今回の制御サイクルでは自着火防止リフト量Ｌｓｅｌが目標リフト量ＡＬＣＭＤＦとして用いられると、リフト量が一時に変化するおそれがある。フィルタリングを適用することにより、自着火防止リフト量Ｌｓｅｌに切り換えられた場合でも、１制御サイクルにおけるリフト量の変化量を所定値以下に抑制することができる。

また、上記のようにリフト量の変化量を抑制する理由について述べると、図１５には、目標吸入空気量に応じて可変リフト機構３２を介してリフト量を操作したときの吸入空気量の推移２０７と、該目標吸入空気量に応じてスロットルアクチュエータを介してスロットル開度を操作したときの吸入空気量の推移２０９とが示されている。縦軸の吸入空気量は、目標吸入空気量を値１として正規化された値で表されている。両者を比較して明らかなように、リフト量による吸入空気量は、スロットル開度による吸入空気量よりも早期に目標吸入空気量に到達しており、リフト量の応答は、スロットル開度の応答よりも速い。このような応答性の違いを考慮することなく、リフト量とスロットル開度を同様に変化させても、実際の吸入空気量と目標吸入空気量との間に乖離が生じるおそれがある。そこで、一実施形態では、移行フィルタ１２１を適用し、リフト量を徐々に変化させ（変化速度を緩やかにし）、両者の応答性の違いを補償する。

移行フィルタ部１２１は、自着火防止のために選択部１１９によって選択されたリフト量Ｌｓｅｌの前回値と今回値を比較し、その差（絶対値で表される）が所定値以下となるように、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値を補正する。たとえば、｜選択されたリフト量Ｌｓｅｌの前回値−選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値｜の差ＤＬｉｆｔが所定値Ｄ以上かどうかを判断し、所定値Ｄ以上ならば、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値に対してリミット処理する。該リミット処理では、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値が、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの前回値＋所定値Ｄである最大値を上回ったならば、該最大値を、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値とし、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値が、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの前回値−所定値Ｄである最小値を下回ったならば、該最小値を、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値とする。こうして、選択されたリフト量Ｌｓｅｌの今回値は、前回値に対して、所定値Ｄ（たとえば、０．１ｍｍ）以上の差を生じないよう設定される。以下、フィルタ済みリフト量Ｌｓｅｌを、Ｌｆｉｌで表す。

第１のリミッタ１２３は、目標リフト量算出部１０７によって算出された目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭと、フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌとを比較する。選択部１１９によって選択されたリフト量が、２つのリフト量のうちの高い方の値Ｌ１であった場合（すなわち、通常走行時）、該リフト量Ｌ１よりも高い値のリフト量にしないと自着火が生じるおそれがある。したがって、フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌを下限値として用いる。目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが、フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌよりも大きければ、該目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭを、リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力し、フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌ以下であれば、該フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌを、リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力する。

他方、選択部１１９によって選択されたリフト量が、２つのリフト量のうちの低い方の値Ｌ２であった場合（すなわち、減速走行時）、該リフト量Ｌ２よりも低い値のリフト量にしないと自着火が生じるおそれがある。したがって、フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌを上限値として用いる。目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが、フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌより小さければ、該目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭを、リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力し、フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌ以上であれば、該フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌを、リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力する。

このように、目標吸入空気量に基づいて算出される目標リフト量（目標リフト候補）ＡＬＣＭＤＭは、最大ゲージ圧（基準ゲージ圧）を前提に算出されているのでミニマムリフトとなるよう算出されるが、該目標リフト量ＡＬＣＭＤＭが自着火を発生させるおそれのあるときには、自着火防止リフトで制限される。したがって、自着火発生を防止可能な程度に低い値のリフト量を実現することができる。

第２のリミッタ１２５は、さらに、固定値γを下限値として用い、リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬをリミット処理する。具体的には、リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬが固定値γより大きければ、該リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬを、最終の目標リフト量ＡＬＣＭＤＦとして出力し、リミット処理済み目標リフト量ＡＬＣＭＤＬが該固定値γ以下であれば、該固定値γを、最終の目標リフト量ＡＬＣＭＤＦとして出力する。第２のリミッタ１２５により、最終の目標リフト量ＡＬＣＭＤＦは、固定値γ以上に設定される。このようにするのは、後述するように、低い値Ｌ２が選択された場合でも、ゲージ圧と共に目標吸入空気量を実現するためである。

固定値γによる下限リミット処理によって、目標リフト量が不必要に高められないように、該固定値γは、図７を参照して説明したミニマムリフトが取りうる最小の値もしくはその近傍に設定されるのがよい。

こうして出力された目標リフト量ＡＬＣＭＤＦは、図８を参照して説明したように、可変リフト機構３２のリフト量制御に用いられ、吸気バルブ１４は、目標リフト量ＡＬＣＭＤＦになるよう制御される。

図１６は、図８の目標ゲージ圧算出部８５の詳細なブロック図である。図７に示されるように、負圧制御領域において、目標ゲージ圧は一次式で表される。目標ゲージ圧算出部８５は、この一次式を算出することにより、目標ゲージ圧を算出する。一次式は、２点を求めることによって算出されることができる。

図１０を参照して説明したように、標準状態における、吸気バルブのリフト量に対する吸入空気量を規定したマップが、エンジン回転数、ゲージ圧および吸気バルブの位相毎に設けられてメモリに記憶されている。第１の吸気量算出部１３１は、これらのマップのうち、検出されたエンジン回転数ＮＥ、検出された吸気バルブの位相ＣＡＩＮ、および基準ゲージ圧（前述したように、−１００ｍｍＨｇであり、ＰＢＧＡ１で表される）に応じたマップを選択する。該選択されたマップが、図１７の符号２１１で表されている。第１の吸気量算出部１３１は、検索用リフト選択部１３０によって選択された検索用リフトＬｋｅｙに基づいて該マップを参照し、対応する第１の吸気量ＧＡＩＲ１を求める。

他方、第２の吸気量算出部１３３は、検出されたエンジン回転数ＮＥ、検出された位相ＣＡＩＮ、および基準ゲージ圧とは異なるゲージ圧（たとえば、―６００ｍｍＨｇであり、ＰＢＧＡ２で表される）に応じたマップを選択する。該選択されたマップを、図１７の符号２１３により示す。第２の吸気量算出部１３３は、検索用リフト選択部１３０によって選択された検索用リフトＬｋｅｙに基づいて該マップを参照し、対応する第２の吸気量ＧＡＩＲ２を求める。

ここで、検索用リフト選択部１３０は、選択部１１９（図９）によって用いられた減速を示すフラグＦ＿ＦＣの値に応じて、選択部１１９によって選択されたリフト量Ｌｓｅｌ（Ｌ１またはＬ２）と、第２のリミッタ１２５（図９）で用いた固定値γとのいずれか一方を、検索用リフトＬｋｅｙとして選択する。具体的には、Ｆ＿ＦＣの値がゼロであって減速中でないならば、選択されたリフト量Ｌｓｅｌを選択し、Ｆ＿ＦＣの値が１であって減速中であるならば、固定値γを選択する。

この根拠について説明すると、最終目標リフト量ＡＬＣＭＤＦは、第１のリミッタ１２３（図９）で制限されるため、減速しているか否かに従って、１）高い方の値Ｌ１を下限として、Ｌ１以上の値に設定されるか、２）低い方の値Ｌ２を上限としてＬ２以下の値に設定される。上記１）の場合、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが、Ｌ１により制限されずにそのまま最終の目標リフト量ＡＬＣＭＤＦに設定されても、第１および第２の吸気量算出部１３１および１３３は、Ｌ１に基づいて上記マップを参照してよい。このような状況下の目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤは、図７のリフト量制御領域に入っていることを示すので、ブロック１４１で後述するように、目標ゲージ圧は自動的に基準ゲージ圧に制限される。したがって、選択されたリフト量Ｌ１に基づいて上記マップを参照しても、最終目標リフト量に適合した目標ゲージ圧が、結果として求められる。

他方、上記２）の場合、リフト量制御領域にまだ入っていないので、リフト量に適合したゲージ圧を求める必要がある。Ｌ２以下のリフト量は、Ｌ２が固定値γより小さければ、該固定値γで下限リミット処理（図９の第２のリミッタ１２５参照）されるので、最終の目標リフト量ＡＬＣＭＤＦは、少なくとも固定値γ以上の値を持つ。したがって、固定値γを、検索用リフトＬｋｅｙとして選択し、これに基づいて、第１および第２の吸気量算出部１３１および１３３は上記マップを参照する。これにより、目標吸入空気量を実現するのに十分なゲージ圧を求めることができる。

なお、検索用リフト選択部１３０に入力されるのが、移行フィルタ１２１によりフィルタリングされる前のリフト量Ｌｓｅｌである点に注意されたい。図１５を参照して前述したように、目標吸入空気量の変化に対し、スロットル開度の応答はリフト量に比べて遅い。したがって、目標リフト量を、移行フィルタ１２１によりフィルタリングされた後のリフト量Ｌｆｉｌに基づいて決定するのに対し、目標ゲージ圧を、移行フィルタ１２１が適用される前のリフト量Ｌｓｅｌに基づいて決定することにより、１制御サイクルにおける目標リフト量による吸入空気量の変化量が、１制御サイクルにおけるスロットル開度による吸入空気量の変化量よりも小さい所定量以下に抑制されることとなる。これにより、両者の間の応答特性の差を補償することができる。

傾き算出部１３５は、上記一次式を表す直線上の２点が求められたので、以下の式（５）により、該一次式の傾きβを算出する。

切り換え吸気量算出部１３７は、図７に示すように負圧制御領域からリフト量制御領域に切り換える時の吸入空気量を算出する。上記のＧＡＩＲ１は、図７において、目標ゲージ圧が基準ゲージ圧に達したときの吸入空気量に相当するので、負圧制御領域からリフト量制御領域に切り換える時の（目標）吸入空気量である。前述したように、ＧＡＩＲ１を求めるのに用いたマップは、標準状態下のマップであるので、ＧＡＩＲ１は、現在の状態下で、標準状態下の吸入空気量を実現するのに必要な吸入空気量である。したがって、該標準状態下の吸入空気量αは、前述した式（３）と同様に、以下の式（６）のように算出されることができる。ここで、ＰＡ＿ＳＴＤおよびＴＡ＿ＳＴＤは、式（２）を参照して述べたように、標準大気圧および標準吸気温を示す。ＰＢＧＡは、前述したように、基準ゲージ圧である。ＰＡおよびＴＡは、それぞれ、検出された大気圧（ｍｍＨｇ）および吸気温（Ｋ）である。

こうして、一次式の傾きβおよび切り換え時の吸入空気量αが求められたので、目標ゲージ圧算出部１３９は、目標吸入空気量ＧＡＩＣＭＤに対する目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＭを、以下の式（７）に従って算出する。
ＰＢＧＡＣＭＤＭ＝β×ＧＡＩＲＣＭＤ―１００−（α×β） （７）

リミッタ１４１は、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＭを、基準ゲージ圧を用いてリミット処理し、最終的な目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＦを算出する。すなわち、この実施例では基準ゲージ圧が−１００ｍｍＨｇであるので、該基準ゲージ圧を上回らないように、最終的な目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＦを算出する。目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＦは、図８を参照して説明したように、目標スロットル開度を決定するのに用いられ、該目標スロットル開度を実現するようスロットルバルブ４２が操作される。

図１８は、図８の目標位相算出部８８の詳細なブロック図である。目標位相算出部１５１は、検出されたエンジン回転数ＮＥおよび目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに基づいて、目標位相を求める。たとえば図１９に示すようなマップをエンジン回転数毎に作成して予めＥＣＵ１０のメモリに記憶することができる。目標位相算出部１５１は、検出されたエンジン回転数に対応するマップを選択し、該選択したマップを、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに基づいて参照することにより、対応する目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを求める。

自着火を防止するよう選択部１１９（図９）によって選択されたリフト量Ｌｓｅｌが高い方の値Ｌ１である場合、リフト量比較部１５３は、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭと、Ｌ１とを比較する。比較の結果、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭがＬ１より大きければ、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを、最終的な目標位相ＣＡＩＮＣＭＤＦとして出力する。

他方、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭがＬ１以下であれば、遅角部１５５は、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを所定量だけ遅角する。ここで、該所定量は、図２０に示すような、目標吸入空気量、自着火防止用のリフト量Ｌｓｅｌおよび位相補正値ＤＣＡＩＮＣＭＤの間の関係を規定したマップを参照することにより求められる。該マップは、予めＥＣＵ１０のメモリに記憶されることができる。遅角部１５５は、目標吸入空気量ＧＡＩＮＣＭＤおよび選択部１１９により選択されたリフト量Ｌ１に基づいて該マップを参照することにより、対応する位相補正値ＤＣＡＩＮＣＭＤを求め、該位相補正値ＤＣＡＮＣＭＤだけ、上記のように目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを遅角し、これを、最終の目標位相ＣＡＩＣＭＤＦとして出力する。

このような遅角を行う理由を述べると、従来、目標位相は、検出されたエンジン回転数と目標吸入空気量に基づいて決定されていた。しかしながら、これは、吸気温によってリフト量が変化しないことを前提としている。ここで図２１を参照すると、図３と同様の排気バルブの作動特性ＥＸと吸気バルブの作動特性ＩＮ１およびＩＮ２が示されており、ＩＮ１のリフト量は、ＩＮ２のリフト量より高い。図３にも示されているが、可変動弁機構３１では、リフト量を高くするほど、吸気バルブ１４を開くタイミングが進角されるように、吸気バルブ１４の作動特性が決められている。そのため、自着火を防ぐために、作動特性をＩＮ２からＩＮ１に切り換えると、排気バルブ１８と吸気バルブ１４のオーバーラップ期間（クランク角度で表される）が、ｔｄだけ長くなる。

このようなオーバーラップ期間の増大は、燃焼の安定性を低下させるおそれがある。したがって、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが自着火防止のためのリフト量Ｌ１以下のときには、該目標リフト候補ＡＬＣＭＤよりも高くなるようリフト量が制御されることを示すので、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを遅角し、オーバーラップ期間の増大を抑制する。

なお、図示していないが、前述したように減速中のために自着火防止用に低い値Ｌ２のリフト量が選択部１１９によって選択されたときには、フリクションを増大させるために目標位相を遅角するのがよい（たとえば、最遅角にされる）。

こうして算出された目標位相ＣＡＩＮＣＭＤＦは、図８を参照して説明したように、可変位相機構３３の位相制御に用いられ、該目標位相ＣＡＩＣＭＤＦを実現するよう吸気バルブ１４は操作される。

図２２は、図８の目標回転数算出部９１のブロック図である。目標回転数算出部１７１は、検出されたエンジン水温ＴＷに基づいて、所定のマップを参照し、対応する目標回転数ＮＯＢＪを求める。該マップを、図２３に示す。

補正部１７３は、目標回転数ＮＯＢＪを、図９を参照して前述した、推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに基づいて補正する。具体的には、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが所定の自着火発生温度より高ければ、回転数を高くするため、所定量ＤＮＯＢＪを目標回転数ＮＯＢＪに加算し、その結果を、最終的な目標回転数ＮＯＢＪＦとする。筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが所定の自着火発生温度以下であれば、目標回転数ＮＯＢＪを最終的な目標回転数ＮＯＢＪＦとする。

筒内温度が所定の自着火発生温度より高い状況は、リフト量だけで自着火を抑制することが困難な状況を示しており、このような状況下でのみ、エンジン回転数を高めることによって自着火を抑制する。エンジン回転数が高いほど、燃焼の進行が速くなるので、自着火を抑制することができる。こうして、通常時は、リフト量によって自着火を抑制することができるので、エンジン回転数の上昇に起因して燃費が低下するのを回避することができる。

次に、図２４〜図２６を参照して、この発明の一実施形態に従う、制御プロセスについて説明する。これらの制御プロセスは、ＥＣＵ１０のＣＰＵにより、所定の時間間隔で（たとえば、ＴＤＣ信号に同期して）実行されることができる。

図２４は、負圧制御領域における吸入空気量制御プロセスのフローである。ステップＳ１において、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。前述したように、たとえばアクセルペダルの開度に基づいて算出されることができる。ステップＳ２において、前述した式（３）に従って、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを密度補正し、補正済み目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＦを算出する。ステップＳ３において、現在のエンジン回転数および位相を取得し、前述したように、図１０に示されるような、基準ゲージ圧、該取得したエンジン回転数および位相におけるマップを、補正済み目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＦに基づいて参照し、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭを求める。

ステップＳ４において、現在の吸気温度ＴＡおよびエンジン水温ＴＷを取得し、たとえば図１１に示すようなマップを参照して、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧを推定する。ステップＳ５において、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに基づいて、たとえば図１２に示すようなマップを参照し、自着火を防止可能な圧縮後の筒内圧の上限値ＰＣＹＬＭＡＸを求める。

ステップＳ６において、前述した式（４）に従って、自着火防止のための容量Ｖ１を算出する。ステップＳ７において、該容量Ｖ１に基づいて、たとえば図１３に示すマップを参照し、自着火防止用のリフト量Ｌ１およびＬ２を求める。なお、前述したように、容量Ｖ１に対応するリフト量が２個存在しなければ、自着火防止用のリフト量としてゼロを出力する。

ステップＳ８において、車両が減速しているか否かに従って、２つのリフト量Ｌ１およびＬ２のうちのいずれか一方を選択する。前述したように、減速中であると判断されたならば、低い値のリフト量Ｌ２が選択され、そうでない場合には高い値のリフト量Ｌ１が選択される（選択されたリフト量Ｌｓｅｌの出力）。ステップＳ９において、前述したように、選択されたリフト量Ｌｓｅｌを、１制御サイクルにおけるリフト変化量を所定量以下に抑制するように、フィルタリングする（フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌの算出）。なお、ステップＳ１〜Ｓ３の処理と、Ｓ４〜Ｓ９の処理は、並列に実行してもよい。

ステップＳ１０において、フィルタリングされたリフト量Ｌｆｉｌで、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭをリミット処理する。前述したように、高い値Ｌ１のリフト量が選択された場合、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが該フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌより大きければ、該目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭをリミット処理済みリフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力する。そうでなければ、該フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌをリミット処理済みリフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力する。

他方、低い値Ｌ２のリフト量が選択された場合、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが該フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌより小さければ、該目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭを、リミット処理済みリフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力する。そうでなければ、該フィルタ済みリフト量Ｌｆｉｌを、リミット処理済みリフト量ＡＬＣＭＤＬとして出力する。

ステップＳ１１において、リミット処理済みリフト量ＡＬＣＭＤＬを固定値γで下限リミット処理し、最終の目標リフト量ＡＬＣＭＤＦを算出する。最終目標リフト量ＡＬＣＭＤＦは、可変リフト機構３２のリフト量制御の目標値として用いられる。

ステップＳ１２において、ステップＳ８で選択されたリフト量Ｌｓｅｌおよび固定値γに基づいて、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＦを算出する。具体的には、前述したように、選択されたリフト量Ｌｓｅｌおよび固定値γに基づいて検索用リフトＬｋｅｙを決定し、該検索用リフトＬｋｅｙに基づいて図１７に示すようなマップを参照することにより、第１のゲージ圧における第１の吸気量および第２のゲージ圧における第２の吸気量を求め、負圧制御領域における目標ゲージ圧を表す一次式を算出し、該一次式に基づいて、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに対応する目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを算出する。ステップＳ１３において、前述したように、基準ゲージ圧で該目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤをリミット処理し、最終の目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＦを算出する。最終目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤＦに基づいて目標スロットル開度が決定され、スロットル弁４２は、該目標スロットル開度に基づいて制御される。

図２５は、この発明の一実施形態に従う、負圧制御領域における吸気バルブの位相を制御するプロセスのフローである。

ステップＳ３１において、前述したように、現在のエンジン回転数ＮＥおよび目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを取得し、たとえば図１９のようなマップを参照して、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを求める。ステップＳ３２において、自着火防止のために選択されたリフト量Ｌｓｅｌとして、低い値Ｌ２が選択されたかどうかを判断する。この判断がＮｏならば、高い値Ｌ１が選択されたことを示す。ステップＳ３３に進み、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭとＬ１とを比較する。前述したように、高い値Ｌ１のリフト量が選択された場合、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが該選択されたリフト量Ｌ１より大きければ、該目標リフト候補が最終目標リフト量ＡＬＣＭＤＦとなる。この場合、自着火防止用のリフト量Ｌ１によってリフト量が高められるわけではないので、ステップＳ３６において、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを、最終目標位相ＣＡＩＮＣＭＤＦとする。

他方、高い値Ｌ１のリフト量が選択された場合、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭが該Ｌ１以下であれば、該Ｌ１が最終目標リフト量ＡＬＣＭＤＦとなる。この場合、自着火防止用のリフト量Ｌ１によってリフト量が高められる。これによってオーバーラップ期間が長くなるおそれがあるので、ステップＳ３４において、たとえば図２０に示すマップを、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤおよび自着火防止用のリフト量Ｌ１に基づいて参照して、位相補正値ＤＣＡＩＮＣＭＤを求める。ステップＳ３５において、該位相補正値ＤＣＡＩＮＣＭＤを、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤから減算することにより、最終の目標位相ＣＡＩＮＣＭＤＦを算出する。これにより、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤよりも遅角された最終目標位相ＣＡＩＮＣＭＤＦを求めることができる。

ステップＳ３２の判断がＹｅｓの場合、すなわち自着火防止用のリフト量Ｌｓｅｌとして低い値Ｌ２のリフト量が選択された場合、目標リフト候補ＡＬＣＭＤＭよりも低い値のリフト量が用いられることになるので、位相を遅角する必要はない。したがって、ステップＳ３６に進み、目標位相ＣＡＩＮＣＭＤを、最終目標位相ＣＡＩＮＣＭＤＦとする。

図２６は、この発明の一実施形態に従う、負圧制御領域における目標回転数を算出するプロセスのフローである。

ステップＳ４１において、前述したように、現在のエンジン水温ＴＷを取得し、たとえば図２３のマップを参照して、目標回転数ＮＯＢＪを求める。ステップＳ４２において、図２４のステップＳ４において推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧと、所定の自着火発生温度とを比較する。筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが自着火発生温度より高ければ、筒内温度が高温となっており、リフト量制御だけでは自着火を抑制することができないおそれがあることを示す。したがって、ステップＳ４３に進み、所定値ＤＮＯＢＪを目標回転数ＮＯＢＪに加算することにより、最終の目標回転数ＮＯＢＪＦを算出する。こうして、エンジン回転数を高めることにより、筒内温度が高い状況でも自着火発生を抑制することができる。ステップＳ４２において、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが自着火発生温度以下であれば、リフト量制御によって自着火発生を抑制することができるので、ステップＳ４４において、目標回転数ＮＯＢＪを、最終の目標回転数ＮＯＢＪとする。該目標回転数ＮＯＢＪＦに一致するようエンジンの回転数は制御される。

上記の実施形態（第１の実施形態と呼ぶ）では、推定された気筒内の温度Ｔ＿ＥＮＧに基づいて吸気バルブのリフト量を制限することにより、自着火を防止しており、さらに、リフト量の制御だけで自着火を抑制することが困難な場合、たとえば図２６を参照して述べたように、推定された気筒内の温度Ｔ＿ＥＮＧが所定の自着火発生温度より高い場合には、エンジン回転数を高めることによって自着火を防止している。

代替の実施形態（第２の実施形態と呼ぶ）では、第１の実施形態と同様に、リフト量を制御することにより自着火を防止しようとするものであるが、リフト量の制御だけで自着火を抑制することが困難な場合には、燃料噴射時期を変更することによって自着火を防止する。以下、この第２の実施形態の詳細を述べる。

第１の実施形態では、図１を参照して前述したように、燃料噴射弁を吸気管に設けることができ、代替的に、該燃料噴射弁を燃焼室に臨むように設けてもよい。この第２の実施形態では、該燃料噴射弁は、後者の形態を取り、燃料を気筒内に噴射するよう燃焼室に設けられる。

図２７は、第２の実施形態に従う、制御装置の機能ブロック図を示す。第１の実施形態に従う制御装置の機能ブロック図を表した図８と、燃料噴射時期算出部３０１が設けられている点で異なる。また、燃料噴射時期算出部３０１が設けられたことにより、目標リフト量算出部３０３が、図８の目標リフト量算出部８３と、機能において多少の変更がなされている。

図２８には、目標リフト量算出部３０３のブロック図が示されている。目標リフト量算出部３０３は、第１の実施形態に従う目標リフト量算出部８３のブロック図を表した図９と、筒内温度補正係数算出部３１１、筒内温度補正部３１３、および一次遅れフィルタ３１３が設けられている点で異なる。以下、図２７および図２８について、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

まず、燃料噴射時期算出部３０１について説明すると、該算出部３０１は、目標リフト量算出部３０３の筒内温度推定部１１１（図２８）によって推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧを受け取り、これを、所定値と比較する。ここで、所定値は、自着火発生温度よりも所定温度ＤＫＣＴＭＰだけ低い値（すなわち、“自着火発生温度−ＤＫＣＴＭＰ”）に設定される。“自着火発生温度”は、図２６のステップＳ４２で使用されているものと同じであり、前述したように、自着火が発生するおそれのある筒内温度として予め設定された値である。ＤＫＣＴＭＰは、筒内温度についての余裕値として予め設定される。

燃料噴射時期算出部３０１は、推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが該所定値以下であれば、燃料噴射時期を、通常の噴射時期（たとえば、所定値であることができ、あるいはエンジンの運転状態に基づいて設定されることができる）に設定する。推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが該所定値より大きければ、自着火抑制用に設定された噴射時期に設定される。ここで、噴射時期は、一般にクランク角度によって表され、通常の噴射時期および自着火抑制用の噴射時期の両方とも、圧縮行程中に設定されるが、自着火抑制用の噴射時期は、通常の噴射時期よりも進角側にある。すなわち、自着火抑制用の噴射時期は、通常の噴射時期よりも、時間的に早められる。こうして、通常の噴射時期または自着火抑制用の噴射時期に設定された燃料噴射時期に燃料が噴射されるように、燃料噴射弁が駆動される。

前述したように、当該第２の実施形態においては燃料噴射弁は気筒内に燃料を噴射するので、該燃料噴射により、ピストンに燃料が付着し、よって筒内温度を下げることができる。自着火抑制用の噴射時期は通常の噴射時期よりも時間的に早いので、自着火抑制用の噴射時期で噴射することにより、筒内温度が自着火発生温度に達する前に、気筒内の温度をより確実に下げることができる。したがって、自着火発生を、より確実に防止することができる。

好ましくは、通常の噴射時期から自着火抑制用の噴射時期に移行する際に用いる余裕値ＤＫＣＴＭＰの値と、自着火抑制用の噴射時期から通常の噴射時期に以降する際に用いる余裕値ＤＫＣＴＭＰの値とを持ち替えるのが好ましい。

ここで、図２９を参照すると、第２の実施形態に従う、推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧと燃料噴射時期の推移の一例が示されている。余裕値ＤＫＣＴＭＰとして、２つの値Ｄ１およびＤ２が示されており、Ｄ１（たとえば、３０度）は、通常の噴射時期θｇｅｎから自着火抑制用の噴射時期θｈｏｔに移行する際に用いられ、Ｄ２（たとえば、５０度）は、自着火抑制用の噴射時期θｈｏｔから通常の噴射時期θｇｅｎに移行する際に用いられ、Ｄ２の大きさは、Ｄ１の大きさよりも大きい。

時間ｔ１に至るまで、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧは、“自着火発生温度−Ｄ１”に達していないため、燃料噴射時期θｉｎｊは通常の噴射時期θｇｅｎに設定される。時間ｔ１において、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが“自着火発生温度−Ｄ１”を超えたため、燃料噴射時期θｉｎｊは、通常の噴射時期θｉｎｊから、自着火抑制用の噴射時期θｈｏｔに切り換えられる。

その後、時間ｔ２に至るまで、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧは、“自着火発生温度−Ｄ１”を下回ることがあるものの、“自着火発生温度−Ｄ２”を超えているため、燃料噴射時期θｉｎｊは自着火抑制用の噴射時期θ＿ｈｏｔに維持される。

時間ｔ２に至ったとき、筒内温度Ｔ＿ＥＮＧは、“自着火発生温度−Ｄ２”を下回る。したがって、燃料噴射時期θｉｎｊは、自着火抑制用噴射時期θｈｏｔから、通常の噴射時期θｉｎｊに切り換えられる。

このように、自着火抑制用噴射時期θｈｏｔから通常噴射時期θｇｅｎに切り換えるときの閾値は、通常噴射時期θｇｅｎから自着火抑制用噴射時期θｈｏｔに切り換えるときの閾値よりも低くなるよう設定されるのが好ましい。こうすることにより、筒内温度が確実に低下した状態で通常噴射時期θｇｅｎに切り換えられるので、自着火発生を、より確実に防止することができる。

図２７に戻り、こうして算出された燃料噴射時期θｉｎｊは、目標リフト量算出部３０３に渡される。図２８を参照すると、筒内温度補正係数算出部３１１が、該設定された燃料噴射時期θｉｎｊを受け取り、これが、通常噴射時期θｇｅｎを表しているのか、自着火抑制用噴射時期θｈｏｔを表しているのかを判断する。通常噴射時期θｇｅｎであれば、補正係数に値１を設定し、自着火抑制用噴射時期θｈｏｔであれば、補正係数に、値１より小さい正の値（たとえば、０．９）を設定する。

筒内温度補正部３１３は、推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに、該補正係数を乗算することによって補正する。したがって、通常噴射時期θｇｅｎであれば、推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧの補正は実質的に行われない。自着火抑制用噴射時期θｈｏｔであれば、推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧは、低くなるように補正される。自着火抑制用噴射時期θｈｏｔで燃料噴射を行うことにより、前述したように筒内温度は低下するので、これを反映するように推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧの補正が行われることとなる。この補正により、燃料噴射時期θｉｎｊを変更した場合に、より正確な推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧを算出することができる。

好ましくは、一次遅れフィルタ３１５が設けられ、補正された推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに対して一次遅れフィルタリングが適用される。燃料噴射時期θｉｎｊの変更によって推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが急激に変化するおそれがあるが、該フィルタリングの適用により、このような急激な変化を抑制することができる。

こうしてフィルタリングされた補正済み筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが、上限筒内圧算出部１１３に渡され、それ以降の処理は、第１の実施形態で述べたのと同様に行われる。

図３０は、第２の実施形態に従う、吸入空気量制御のプロセスのフローチャートである。第１の実施形態における吸入空気量制御プロセスを表す図２４と異なる点は、ステップＳ４とＳ５の間に、ステップＳ４ａから４ｃが設けられている点である。他のステップは、図２４と同様であるので、説明を省略する。

ステップＳ４で推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧは、燃料噴射時期算出プロセス（図３１に後述される）に渡され、該プロセスで該推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに基づいて算出された燃料噴射時期θｉｎｊが、ステップＳ４ａで受け取られる。ステップＳ４ａにおいて、該燃料噴射時期θｉｎｊに応じた補正係数を設定する。前述したように、燃料噴射時期θｉｎｊが通常噴射時期θｇｅｎであれば、値１を補正係数に設定し、自着火抑制用噴射時期θｈｏｔであれば、値１より小さい正の値（たとえば、０．９）を補正係数に設定する。

ステップＳ４ｂにおいて、該補正係数を、ステップＳ４で推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに乗算することにより、補正を行う。ステップＳ４ｃにおいて、一次遅れフィルタを、該補正済みの筒内温度Ｔ＿ＥＮＧに適用する。こうしてフィルタリングされた筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが算出され、ステップＳ５に渡される。

図３１は、第２の実施形態に従う、燃料噴射時期算出プロセスを示す。このプロセスは、図３０を参照して述べたように、余裕値ＤＫＣＴＭＰとして、Ｄ１およびＤ２の値（Ｄ２＞Ｄ１）を用いた場合に基づいている。

ステップＳ５１において、筒内温度推定部１１１によって推定された筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが、所定値である“自着火発生温度−Ｄ１”より大きいかどうかを判断する。この判断がＹｅｓならば、すなわち該推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが“自着火発生温度−Ｄ１”より大きければ、ステップＳ５２において、燃料噴射時期θｉｎｊに、自着火抑制用の噴射時期θｈｏｔを設定する。

この判断がＮｏならば、ステップＳ５３において、該推定筒内温度Ｔ＿ＴＮＧが、所定値である“自着火発生温度−Ｄ２”より大きいかどうかを判断する。この判断がＮｏならば、すなわち該推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが“自着火発生温度−Ｄ２”以下であれば、ステップＳ５５において、燃料噴射時期θｉｎｊに、通常噴射時期θｇｅｎを設定する。

ステップＳ５１の判断がＮｏであり、ステップＳ５３の判断がＹｅｓならば、推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが、“自着火発生温度−Ｄ２”と“自着火発生温度−Ｄ１”の間にあることを示す。図２９を参照して述べたように、一旦自着火抑制用噴射時期θｈｏｔに設定された場合には、推定筒内温度Ｔ＿ＥＮＧが、“自着火発生温度−Ｄ２”を下回るまでは、燃料噴射時期は自着火抑制用噴射時期θｈｏｔに維持される。そのため、ステップＳ５４において、燃料噴射時期θｉｎｊの前回値が、通常噴射時期θｇｅｎであったか、もしくは自着火抑制用噴射時期θｈｏｔであったかを調べる。通常噴射時期θｇｅｎであったならば、ステップＳ５４の判断はＮｏとなり、今回の燃料噴射時期θｉｎｊに、通常噴射時期θｇｅｎを設定する（Ｓ５５）。自着火抑制用噴射時期θｈｏｔであったならば、ステップＳ５４の判断はＹｅｓとなり、今回の燃料噴射時期θｉｎｊに、自着火抑制用噴射時期θｈｏｔを設定する（Ｓ５２）。こうして算出された燃料噴射時期θｉｎｊは、前述したように、図３０のステップＳ４ａの処理に用いられると共に、燃料噴射弁の駆動に用いられる。

なお、第２の実施形態では、図２６に示すようなエンジン回転数の制御を行っていない。代替的に、エンジン回転数の制御と、燃料噴射時期の制御の両方を行うようにしてもよい。この場合、目標回転数を、図２６を参照して説明したように制御しつつ、図３１に示すような燃料噴射時期の制御が行われる。こうして、自着火を、より確実に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

１０ ＥＣＵ
１４ 吸気バルブ
１６ 吸気管
３１ 可変動弁機構
３２ 可変リフト機構
３３ 可変位相機構
４６ スロットル弁
５２ 吸気管内圧力センサ
５４ 吸気温度センサ
５５ 大気圧センサ

Claims (12)

1. 吸気バルブの開閉特性を任意に設定可能な可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の水温および吸気温に基づいて、該内燃機関の気筒内の温度を推定する手段と、
   前記推定された気筒内温度に基づいて、自着火を防止するための圧縮行程開始時の容量の上限値を算出する容量上限値算出手段と、
   前記容量の上限値に基づいて、当該上限値で規定される圧縮行程開始時の容量の範囲を実現し得る前記可変動弁機構のリフト量の範囲を、自着火を防止するためのリフト量の範囲として求める自着火防止リフト量範囲算出手段と、
   前記自着火を防止するためのリフト量の範囲に収まるよう、前記可変動弁機構を介して前記吸気バルブを制御するための目標リフト量を決定する目標リフト量決定手段と、
   を備える、制御装置。
2. 前記容量上限値算出手段は、前記推定された気筒内の温度に基づいて、自着火を防止するための圧縮後の前記気筒の筒内圧の上限値を求め、該筒内圧の上限値に基づいて、前記自着火を防止するための圧縮行程開始時の前記容量の上限値を算出する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記容量上限値算出手段は、
   さらに、前記内燃機関の運転時における圧縮行程開始時の前記気筒の所定の最大圧力に基づいて、前記自着火を防止するための圧縮行程開始時の前記容量の上限値を算出する、
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記自着火防止リフト量範囲算出手段は、前記容量の上限値に基づいて、該容量の上限値に対応するリフト量を求め、該求めたリフト量を下限値として前記リフト量の範囲を求める、
   請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記自着火防止リフト量範囲算出手段は、前記容量の上限値に基づいて、該容量の上限値に対応するリフト量を求め、該求めたリフト量が複数存在する場合には、最大となる値を持つリフト量を選択し、該選択したリフト量を下限値として前記リフト量の範囲を求める、
   請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
6. 前記自着火防止リフト量範囲算出手段は、車両が減速していると判断されたならば、前記求めた複数のリフト量のうち、最小となる値を持つリフト量を選択し、該選択したリフト量を上限値として前記リフト量の範囲を求める、
   請求項５に記載の制御装置。
7. 前記リフト量の範囲を求めるのに使用されたリフト量に基づいて、前記内燃機関の吸気管の目標圧力を算出する、
   請求項４から６のいずれかの記載の制御装置。
8. 前記可変動弁機構は、吸気バルブのリフト量が大きくなるにつれ、該吸気バルブを開くタイミングが進角するよう構成されており、
   前記目標リフト量決定手段により、前記自着火を防止するためのリフト量の範囲で制限されることによって前記目標リフト量が大きくなるよう決定されたならば、前記吸気バルブの位相を遅角する位相変更手段をさらに備える、
   請求項１から７のいずれかに記載の制御装置。
9. 前記気筒内に連結する吸気管に設けられたスロットルバルブを更に備え、前記可変動弁機構の前記目標リフト量の１制御周期における吸入空気量の変化量が、前記スロットルバルブの開度の１制御周期における吸入空気量の変化量より小さい所定量以下に抑制されるように、前記リフト量の範囲は設定される、
   請求項１から８のいずれかに記載の制御装置。
10. 前記推定された気筒内の温度が所定の自着火発生温度よりも高ければ、前記内燃機関の回転数を高める手段をさらに備える、
    請求項１から９のいずれかに記載の制御装置。
11. 前記内燃機関は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
    前記推定された気筒内温度が所定の温度よりも高ければ、該燃料噴射弁による燃料噴射時期を変更する手段を備える、
    請求項１から１０のいずれかに記載の制御装置。
12. さらに、
    前記推定された気筒内温度を、前記燃料噴射時期に応じて補正する手段を備える、
    請求項１１に記載の制御装置。

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