JP5800090B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンとして好適に用いられ、バルブタイミングの可変機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（日本特開２００４−２４５０８２号公報）に開示されているように、ＶＶＴ（Variable Valve Timing system）を備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、目標開弁特性及び目標吸気圧を所定の時間内に実現可能な範囲に設定し、これらの目標値が実現されるようにＶＶＴを駆動することにより、筒内に吸気される空気量を適切に制御する構成としている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２００４−２４５０８２号公報 日本特開２００９−０５７９４５号公報 日本特開２００６−０５７５７３号公報 日本特開２０００−８７７６９号公報

上述した従来技術では、ＶＶＴ制御により吸気弁のバルブタイミングを適切に制御することで、筒内に吸気される実際の空気量を目標値と一致させることができる。具体例を挙げると、ＶＶＴ制御では、現在の空気量が目標値よりも少ない場合に、バルブタイミングを現在の値から空気量が増加する方向に変化させることで、空気量が目標値と一致するバルブタイミングを探索する。また、現在の空気量が目標値よりも多い場合には、バルブタイミングを空気量が減少する方向に変化させることで、上記探索を実行する。

しかしながら、バルブタイミングと空気量との関係を表す空気量特性線には、複数の極大点が存在する場合がある。このような場合の一例としては、過給機付きエンジンにおいて、スカベンジの発生前から発生後に至る過渡期等が挙げられる。空気量特性線に複数の極大点が存在する場合には、現在のバルブタイミングにおける空気量の変化特性（空気量特性線の勾配）に基いて、バルブタイミングを変化させるべき正しい方向を判定できないことがある。即ち、例えば空気量が目標値よりも少ない場合に、空気量が極大化する１つの極大点に向けてバルブタイミングを変化させたとしても、空気量が目標値に到達する極大点は、これと逆向きの方向に存在する可能性がある。

このため、従来技術では、空気量特性線に複数の極大点が存在する場合に、バルブタイミングが誤った方向に変更されることがあり、これによってレスポンスの悪化や空気量の急変が生じるという問題がある。この問題は、空気量特性線に複数の極小点が存在する場合にも生じるものである。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、バルブタイミングと空気量との関係を表す特性線に複数の極大点や極小点が存在する場合でも、バルブタイミングを適切に制御し、運転性を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、吸気弁のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング可変手段と、
筒内の空気量が反映される空気量指標の目標値を設定すると共に、前記吸気弁のバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミングを前記空気量指標の目標値に基いて算出し、前記バルブタイミング可変手段を駆動することにより前記吸気弁のバルブタイミングが前記目標バルブタイミングと一致するように当該バルブタイミングを制御する吸気弁制御手段と、を備え、
前記吸気弁制御手段は、
前記吸気弁のバルブタイミングと前記空気量指標との関係を表す特性線に複数の極大点が存在する所定の運転条件が成立した場合に、前記空気量指標の最大値に対応するバルブタイミングを最大空気量ＶＴとして算出する最大空気量ＶＴ算出手段と、
前記運転条件が成立し、かつ、前記空気量指標の最大値が前記目標値よりも小さい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最大空気量ＶＴに向けて変化させる空気量最大化手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記吸気弁制御手段は、前記運転条件が成立した状態で、前記空気量指標の最大値が前記目標値よりも大きく、かつ、前記目標値が現時点の空気量指標よりも大きい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最大空気量ＶＴに向けて前記目標値に対応する値まで変化させる空気量増加手段を備える。

第３の発明によると、前記吸気弁制御手段は、前記運転条件が成立した状態で、前記空気量指標の最大値が前記目標値よりも大きく、かつ、前記目標値が現時点の空気量指標よりも小さい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記空気量指標が減少する方向に向けて前記目標値に対応する値まで変化させる空気量減少手段を備える。

第４の発明によると、前記吸気弁制御手段は、前記運転条件が成立し、かつ、現時点の空気量指標と前記目標値との差分が所定の近傍判定値よりも小さい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記差分が減少する方向に向けて変化させる近傍探索手段を備える。

第５の発明は、前記特性線に複数の極小点が存在する所定の運転条件が成立した場合に、前記各極小点のうち前記空気量指標の最小値に対応するバルブタイミングを最小空気量ＶＴとして算出する最小空気量ＶＴ算出手段と、
前記運転条件が成立し、かつ、前記空気量指標の最小値が前記目標値よりも大きい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最小空気量ＶＴに向けて変化させる空気量最小化手段と、を備える。

第６の発明は、吸気弁のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング可変手段と、
筒内の空気量が反映される空気量指標の目標値を設定すると共に、前記吸気弁のバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミングを前記空気量指標の目標値に基いて算出し、前記バルブタイミング可変手段を駆動することにより前記吸気弁のバルブタイミングが前記目標バルブタイミングと一致するように当該バルブタイミングを制御する吸気弁制御手段と、を備え、
前記吸気弁制御手段は、
前記吸気弁のバルブタイミングと前記空気量指標との関係を表す特性線に複数の極小点が存在する所定の運転条件が成立した場合に、前記各極小点のうち前記空気量指標の最小値に対応するバルブタイミングを最小空気量ＶＴとして算出する最小空気量ＶＴ算出手段と、
前記運転条件が成立し、かつ、前記空気量指標の最小値が前記目標値よりも大きい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最小空気量ＶＴに向けて変化させる空気量最小化手段と、を備えることを特徴とする。

第７の発明は、内燃機関の排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機を備え、
スカベンジの発生前から発生後に至る過渡期が到来した場合に、前記運転条件が成立したと判定する構成としている。

第１の発明によれば、空気量指標の最大値が目標値よりも小さい場合には、空気量指標の特性線上の何れの極大点でも目標値を実現することができない。しかし、この場合には、吸気弁の現在のバルブタイミングを最大空気量ＶＴに向けて変更すれば、空気量指標を、現時点での最適点である最大値に到達させることができる。即ち、吸気弁のバルブタイミングを変更する方向は、現時点での特性線の変化傾向（勾配）等に関係なく算出された最大空気量ＶＴに基いて決定される。従って、空気量指標の特性線に複数の極大点が存在する場合でも、特性線の勾配等に導かれてバルブタイミングが最適ではない極大点に嵌り込むのを防止することができる。これにより、バルブタイミングを適切な方向に変更し、空気量指標を最適化することができ、レスポンスや運転感覚を向上させることができる。

第２の発明によれば、「空気量指標の最大値＞目標値」が成立するので、空気量指標が目標値と等しくなる点が最大空気量ＶＴの周囲に存在する。また、「目標値＞現時点の空気量指標」が成立するので、吸気弁のバルブタイミングを最大空気量ＶＴに向けて変化させれば、空気量指標が目標値と等しくなる点に到達する。従って、空気量増加手段は、空気量指標が目標値に到達しない極大点を無視して、バルブタイミングを最大空気量ＶＴに向けて変化させる。これにより、空気量指標を目標値と等しくすることができる。

第３の発明によれば、「空気量指標の最大値＞目標値」が成立するので、空気量指標が目標値と等しくなる点が最大空気量ＶＴの周囲に存在する。また、「現時点の空気量指標＞目標値」が成立するので、現時点の空気量指標は、目標値を超えた状態で、空気量指標の最大値の周囲に存在すると考えられる。従って、空気量減少手段は、空気量指標が目標値に近づくように、吸気弁のバルブタイミングを空気量指標が減少する方向に変更する。これにより、空気量指標を目標値と等しくすることができる。

第４の発明によれば、基本的には、前第１乃至第３の発明の何れかで述べた方法により吸気弁のバルブタイミングを制御しつつ、現時点の空気量指標と目標値との近接度合いによっては、近傍探索手段を作動させることができる。これにより、空気量指標を状況に応じて効率よく最適化し、レスポンスを向上させることができる。

第５の発明よれば、空気量指標の特性線に複数の極小点が存在する場合でも、現時点での特性線の変化傾向（勾配）等に導かれてバルブタイミングが最適ではない極小点に嵌り込むのを防止することができる。これにより、吸気弁のバルブタイミングを適切な方向に変更し、空気量指標を最適化することができ、レスポンスや運転感覚を向上させることができる。

第６の発明よれば、空気量指標の特性線に複数の極小点が存在する場合でも、前記第５の発明と同様に、吸気弁のバルブタイミングを適切な方向に変更して空気量指標を最適化することができ、レスポンスや運転感覚を向上させることができる。

第７の発明よれば、スカベンジの発生前から発生後に至る過渡期が到来した場合には、前記運転条件が成立したと判定し、空気量最大化手段、空気量増加手段、空気量減少手段及び近傍探索手段の何れかを作動させることができる。従って、スカベンジにより空気量指標の特性線に複数の極大点（または極小点）が出現した場合でも、空気量指標を安定的に制御することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 従来技術によるＶＶＴ制御の一例において、吸気弁のバルブタイミングの挙動を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。 ＶＴ最適化制御による運転性の改善効果を、当該制御の非実行時と比較して示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。 本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２は、エンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒の吸気ポートに接続されて燃焼室１４内（筒内）に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒の排気ポートに接続されて筒内から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２と、吸入空気を冷却するインタークーラ２４とが設けられている。排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２６が設けられている。また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２８と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気ポートを筒内に対して開閉する吸気弁３２と、排気ポートを筒内に対して開閉する排気弁３４とが設けられている。

また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する公知のターボ過給機３６を備えている。ターボ過給機３６は、排気通路２０に設けられたタービン３６ａと、吸気通路１８に設けられたコンプレッサ３６ｂとにより構成されている。コンプレッサ３６ｂは、排気圧を受けて回転するタービン３６ａにより駆動され、吸入空気を過給する。また、排気通路２０には、タービン３６ａをバイパスするバイパス通路３８と、バイパス通路３８を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブ４０とが設けられている。

また、エンジン１０は、バルブタイミング可変手段としての吸気ＶＶＴ４２と、排気ＶＶＴ４４とを備えている。吸気ＶＶＴ４２は、吸気弁３２のバルブタイミング（位相）を変更するもので、例えば日本特開２０００−８７７６９号公報に記載されているような公知の構成を有している。具体的に述べると、吸気ＶＶＴ４２は、吸気弁を駆動するカムが設けられたカムシャフトと、クランク軸により回転駆動されるカムプーリとの間に配置されている。そして、カムシャフトとカムプーリとを相対回転させることにより、その回転角に応じて吸気弁３２の位相を進角及び遅角するように構成されている。なお、本発明に用いるバルブタイミング可変手段は、ＶＶＴに限定されるものではなく、吸気弁３２の開弁時期、閉弁及び位相のうち少なくとも１つを変更する機能を備えていればよい。一方、排気ＶＶＴ４４は、吸気ＶＶＴ４２とほぼ同様の構成を有し、排気弁３４のバルブタイミングを変更するものである。

次に、システムの制御系統について説明する。本実施の形態のシステムは、エンジン１０や車両の制御に必要な各種のセンサを含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ５０は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力する。また、エアフローセンサ５２はエンジンの吸入空気量を検出し、吸気圧センサ５４は、エンジンの吸気圧（過給圧）を検出する。センサ系統には、この他にも、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ等が含まれている。

ＥＣＵ６０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路と入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ６０の入力側には、上記各センサがそれぞれ接続されている。ＥＣＵ６０の出力側には、スロットルバルブ２２、燃料噴射弁２８、点火プラグ３０、ＷＧＶ４０、ＶＶＴ４２，４４等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ６０は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて各アクチュエータを駆動し、エンジンの運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ５０の出力に基いてエンジン回転数（機関回転数）ＮＥとクランク角とを検出し、エアフローセンサ５２により検出した吸入空気量と、エンジン回転数とに基いてエンジンの負荷ＫＬを算出する。また、エンジン回転数、負荷、水温等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、各気筒において、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁２８を駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ３０を駆動する。これにより、各気筒で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転する。また、ＥＣＵ６０は、後述のＶＴ最適化制御を実行する機能を有し、本実施の形態の吸気弁制御手段を構成している。

［実施の形態１の特徴］
まず、従来技術による制御の問題点について説明する。図２は、従来技術によるＶＶＴ制御の一例において、吸気弁のバルブタイミングの挙動を示す特性線図である。この図には、吸気弁のバルブタイミングＶＴと負荷ＫＬとの関係を示す負荷特性線（空気量特性線）が記載されている。なお、これらの図は、他の運転条件が一定の場合を前提としたものである。図２（Ａ）は、負荷特性線に１個の極大点が存在する場合を示し、図２（Ｂ）は、負荷特性線に複数（例えば２個）の極大点が存在する場合を示している。また、負荷ＫＬは、本実施の形態における空気量指標の一例に対応するもので、筒内に吸気される空気量が増加するほど、当該空気量が反映されて増加する特性を有している。

従来技術の一例を挙げると、ＶＶＴ制御では、エンジンの運転状態等に基いて負荷ＫＬの目標値（目標ＫＬ）を設定し、この目標ＫＬに基いて吸気弁のバルブタイミングの目標値（目標バルブタイミング）を算出する。そして、実際のバルブタイミングが目標バルブタイミングと一致するように、吸気ＶＶＴを駆動して吸気弁のバルブタイミングを制御する。具体的に述べると、まず、図２（Ａ）に示すように、極大点が１個だけの場合には、現在（現時点）の負荷ＫＬが目標ＫＬよりも小さければ、バルブタイミングを現在の値から負荷ＫＬが増加する方向に変化させる。また、現在の負荷ＫＬが目標ＫＬよりも大きければ、バルブタイミングを負荷ＫＬが減少する方向に変化させる。このとき、負荷ＫＬが増加（減少）する方向は、例えばバルブタイミングを微小変化させることで得られる負荷ＫＬの変化特性（現在の負荷特性線の勾配）に基いて判定される。

しかしながら、上記ＶＶＴ制御では、図２（Ｂ）に示すように、複数の極大点が存在する場合に、バルブタイミングを誤った方向に変化させる虞れがある。即ち、例えば負荷ＫＬが目標ＫＬに到達しないような極大点が現在のバルブタイミングの近傍に存在していた場合には、現在の負荷ＫＬの変化特性に基いて、バルブタイミングを間違った極大点に向けて変化させる可能性がある。この場合には、他に最適な極大点が存在するにも拘らず、制御が間違った極大点に嵌ってしまうことになり、最適な負荷ＫＬを実現できず、レスポンスが悪化し易い。また、この状態から吸気圧の上昇等が生じて、目標となっていた極大点が消失すると、ＶＶＴが即座に作動して空気量（負荷）を急変させるので、運転感覚の違和感が生じる場合もある。

（ＶＴ最適化制御）
このため、本実施の形態では、従来技術と同様のＶＶＴ制御を実行しつつ、以下に述べるような特定の運転状態が成立した場合に、ＶＴ最適化制御を実行する。なお、以下の説明では、例えば吸気弁３２のバルブタイミングＶＴを増加させると位相が進角方向に変更され、ＶＴを減少させると位相が遅角方向に変更されるものとする。また、吸気弁３２のバルブタイミングを、単にバルブタイミング、ＶＴと表記する場合がある。図３は、本発明の実施の形態１によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。ＶＴ最適化制御では、負荷特性線に複数の極大点が存在する特定の運転条件が成立した場合に、後述する最大空気量ＶＴの算出処理と、空気量最大化処理とを実行する。

ここで、前記特定の運転条件が成立する場合としては、例えばスカベンジ（吸気系から排気系への新気の吹き抜け）の発生前から発生後に至る過渡期等が挙げられる。ＥＣＵ６０は、吸気バルブ３２と排気バルブ３４とが開弁するバルブオーバーラップ期間の長さや、この期間における排気空燃比等に基いてスカベンジの発生を検出する。そして、例えばスカベンジが発生してから吸入空気の状態（流量、流速等）が定常状態となるまでの期間中に、前記特定の運転条件が成立したものと判定する。

（最大空気量ＶＴの算出処理）
ＶＴ最適化制御では、前記特定の運転条件が成立した場合に、最大空気量ＶＴ（ＶＴｍａｘ）を算出する。ＶＴｍａｘは、図３等に示す負荷特性線上において、負荷ＫＬの最大値ＫＬｍａｘに対応するバルブタイミングとして定義される。負荷特性線の波形は、各種の運転パラメータに応じて変化するので、ＥＣＵ６０には、複数の運転パラメータに基いてＶＴｍａｘを算出するための多次元データマップが予め記憶されている。このデータマップの引数となる運転パラメータとしては、例えば吸気圧（過給圧）Ｐｍ、エンジン回転数ＮＥ、ウェイストゲートバルブ４０の開度等が挙げられる。また、ＥＣＵ６０には、ＶＴｍａｘと負荷の最大値ＫＬｍａｘとの関係を示すデータマップが予め記憶されている。ＶＴｍａｘの算出後には、このデータマップ等に基いてＶＴｍａｘに対応する負荷の最大値ＫＬｍａｘを算出する。

（空気量最大化処理）
ＶＴ最適化制御は、前記特定の運転条件が成立した場合に実行されるもので、図３に示すように、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも小さい場合に、吸気弁３２のバルブタイミングをＶＴｍａｘに向けて変化させる。このとき、仮に現在のバルブタイミング（ＶＴ）の近傍において、ＶＴの変更方向（矢示方向）と異なる方向に極大点が存在しても、この極大点を無視してＶＴを矢示方向に変更する。即ち、現在のＶＴにおける負荷特性線の変化傾向（勾配）を無視して、ＶＴをＶＴｍａｘに向けて変更し、ＶＴがＶＴｍａｘに到達した時点で当該変更動作を終了する。

上記制御によれば、次のような作用効果を得ることができる。負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも小さい場合には、負荷特性線上の何れの極大点でも目標ＫＬを実現することができない。しかし、この場合には、現在のＶＴをＶＴｍａｘに向けて変更すれば、負荷ＫＬを、現時点での最適点である最大値ＫＬｍａｘに到達させることができる。即ち、ＶＴを変更する方向は、現時点での負荷特性線の変化傾向（勾配）等に関係なく算出されたＶＴｍａｘに基いて決定される。従って、負荷特性線に複数の極大点が存在する場合でも、負荷特性線の勾配等に導かれてＶＴが最適ではない極大点に嵌り込むのを防止することができ、ＶＴを適切な方向に変更し、負荷ＫＬを最適化することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図４を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるもので、前記特定の運転条件が成立した場合の処理を示している。図４に示すルーチンにおいて、まず、ステップ１００では、前述したように、現在の運転状態において負荷ＫＬが最大となるＶＴｍａｘを算出する。そして、ステップ１０２では、ＶＴｍａｘに対応する負荷の最大値ＫＬｍａｘを算出する。

次に、ステップ１０４では、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも小さいか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップ１０６に移行して吸気弁３２のバルブタイミングＶＴをＶＴｍａｘに向けて変更する。そして、ＶＴがＶＴｍａｘに到達した時点で当該変更動作を終了する。また、ステップ１０４の判定が不成立の場合には、ステップ１０８に移行し、負荷ＫＬが目標ＫＬに近づくように、現在のＶＴの近傍で適切なバルブタイミングを探索する。具体的に述べると、ステップ１０８では、ＶＴを少しずつ変化させながら、負荷ＫＬを算出し、負荷ＫＬと目標ＫＬとの差分が減少する方向にＶＴを変更する。そして、この差分が最小となった時点で当該変更動作を終了する。

次に、図５を参照して、ＶＴ最適化制御による運転性の改善効果について説明する。図５は、ＶＴ最適化制御による運転性の改善効果を、当該制御の非実行時と比較して示すタイミングチャートである。この図は、加速運転等によりターボ過給機３６が作動して過給圧が上昇する状況において、前記特定の運転条件が成立した場合の一例を示している。また、図中の（Ａ）はＶＴ最適化制御の実行時に対応する特性線を示し、（Ｂ）は当該制御の非実行時に対応する特性線を示している。

図３に示すように、ＶＴ最適化制御を実行しない場合には、負荷特性線に出現した複数の極大点のうち最適ではない極大点にＶＴ（ＫＬ）が嵌ることにより、レスポンスが低下することがある。また、この極大点が運転状態の変化等により消失すると、ＶＴが急変して吸入空気量Ｇａが急増し、運転感覚に違和感が生じる。これに対し、ＶＴ最適化制御を実行した場合には、前述のようにＫＬを最大化（最適化）するＶＴｍａｘが選択されるので、同制御の非実行時と比較して吸入空気量Ｇａを速やかに増加させ、レスポンスを向上させることができる。また、ＶＴが最適（最大値）ではない極大点に嵌ることがないので、極大点の消失による吸入空気量Ｇａの急変がなくなり、運転性を向上させることができる。特に、過給機付きエンジンにおいて、スカベンジの発生前から発生後に至る過渡期が到来した場合に、上記効果を顕著に得ることができる。

なお、前記実施の形態１では、図４中のステップ１００が最大空気量ＶＴ算出手段の具体例を示し、ステップ１０４からステップ１０６に至る処理が空気量最大化手段の具体例を示している。また、実施の形態１では、前記特定の運転条件が成立する場合の一例として、スカベンジの発生前から発生後に至る過渡期を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、負荷特性線に複数の極大点が出現するような任意の運転状態が実現された場合に、前記特定の運転条件が成立したものと判定してＶＴ最適化制御を実行する構成としてもよい。また、実施の形態１では、過給機付きのエンジン１０を例示したが、本発明はこれに限らず、過給機をもたない内燃機関にも適用されるものである。

実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成及び制御に対して、空気量指標の最大値が目標値よりも大きい場合の処理を追加したことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴］
図６は、本発明の実施の形態２によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。この図に示すように、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも大きい場合に、前記実施の形態１で述べた制御のみでは、ＶＴが極大点に嵌り込み、目標ＫＬが実現できない可能性がある。このため、本実施の形態では、ＶＴ最適化制御において、以下に述べる空気量増加処理及び空気量減少処理を実行する。これらの処理は、現時点の負荷ＫＬと目標ＫＬとの大小関係に基いて使い分けられるものである。

（空気量増加処理）
この処理は、前記特定の運転条件が成立した状態で、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも大きく、かつ、目標ＫＬが現時点の負荷ＫＬよりも大きい場合（ＫＬｍａｘ＞目標ＫＬ＞現時点の負荷ＫＬ）に実行する。そして、この実行時には、吸気弁３２のバルブタイミングをＶＴｍａｘに向けて目標ＫＬに対応する値まで変化させる。即ち、空気量増加処理では、前記実施の形態１と同様に、ＶＴを図６中の矢示方向に変更しつつ、負荷ＫＬを算出し、負荷ＫＬの算出値が目標ＫＬに到達した時点でＶＴの変更動作を終了する。

上記処理によれば、「ＫＬｍａｘ＞目標ＫＬ＞現時点の負荷ＫＬ」が成立する場合、即ち、現在のＶＴが図３中の区間Ｘに位置する場合には、次のように考える。まず、「ＫＬｍａｘ＞目標ＫＬ」が成立するので、負荷ＫＬが目標ＫＬと等しくなる点がＶＴｍａｘの周囲に存在する。また、「目標ＫＬ＞現時点の負荷ＫＬ」が成立するので、ＶＴをＶＴｍａｘに向けて変化させれば、負荷ＫＬが目標ＫＬと等しくなる点に到達する。従って、空気量増加処理では、負荷ＫＬが目標ＫＬに到達しない極大点を無視して、ＶＴをＶＴｍａｘに向けて変化させる。これにより、負荷ＫＬを目標ＫＬと等しくすることができ、実施の形態１の効果に加えて、負荷ＫＬの最適化を促進することができる。

（空気量減少処理）
この処理は、前記特定の運転条件が成立した状態で、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも大きく、かつ、目標ＫＬが現時点のＫＬよりも小さい場合（ＫＬｍａｘ＞目標ＫＬ、かつ、現時点のＫＬ＞目標ＫＬ）に実行する。そして、この実行時には、吸気弁３２のバルブタイミングを負荷ＫＬが減少する方向に向けて変更し、負荷ＫＬが目標ＫＬに到達した時点で当該変更動作を終了する。

上記処理によれば、「ＫＬｍａｘ＞目標ＫＬ、かつ、現時点のＫＬ＞目標ＫＬ」が成立する場合、即ち、現在のＶＴが図３中の区間Ｙに位置する場合には、次のように考える。まず、「ＫＬｍａｘ＞目標ＫＬ」が成立するので、負荷ＫＬが目標ＫＬと等しくなる点がＶＴｍａｘの周囲に存在する。また、「現時点の負荷ＫＬ＞目標ＫＬ」が成立するので、現時点の負荷ＫＬは、目標ＫＬを超えた状態で、ＫＬｍａｘの周囲に存在すると考えられる。このため、空気量減少処理では、負荷ＫＬが目標ＫＬに近づくように、ＶＴを負荷ＫＬが減少する方向に変更する。これにより、負荷ＫＬを目標ＫＬと等しくすることができ、負荷ＫＬの最適化を促進することができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図７を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図７は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるもので、前記特定の運転条件が成立した場合の処理を示している。図７に示すルーチンでは、まず、ステップ２００，２０２，２０４において、実施の形態１（図４）のステップ１００，１０２，１０４と同様の処理を実行することにより、ＶＴｍａｘ及びＫＬｍａｘを算出し、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも小さいか否かを判定する。

次に、ステップ２０６では、ステップ２０４の判定が成立した場合に、吸気弁３２のバルブタイミングＶＴをＶＴｍａｘに向けて変更し、ＶＴがＶＴｍａｘに到達した時点で当該変更動作を終了する。また、ステップ２０４の判定が不成立の場合には、ステップ２０８に移行し、目標ＫＬが現時点の負荷ＫＬよりも大きいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ２０６に移行し、吸気弁３２のバルブタイミングＶＴをＶＴｍａｘに向けて変更する。但し、この場合には、負荷ＫＬが目標ＫＬに到達した時点で当該変更動作を終了する。

一方、ステップ２０８の判定が不成立の場合には、ステップ２１０に移行する。ステップ２１０では、負荷ＫＬが目標ＫＬに近づくように、現在のＶＴの近傍で適切なバルブタイミングを探索する。具体的に述べると、ステップ２１０では、例えばＶＴを少し変更したときの負荷ＫＬの増減を判定することにより、ＶＴを負荷ＫＬが減少する方向に変更し、負荷ＫＬが目標ＫＬに到達した時点で当該変更動作を終了する。

なお、前記実施の形態２では、図７中のステップ２００が最大空気量ＶＴ算出手段の具体例を示し、ステップ２０４からステップ２０６に至る処理が空気量最大化手段の具体例を示している。また、ステップ２０８からステップ２０６に至る処理は、空気量増加手段の具体例を示し、ステップ２０８からステップ２１０に至る処理は、空気量減少手段の具体例を示している。

実施の形態３．
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成及び制御に対して、現時点の空気量指標と目標値との差分が小さい場合の処理を追加したことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態３の特徴］
図８は、本発明の実施の形態３によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。この図に示すように、現在のＶＴが目標ＫＬに対応するＶＴ（目標ＶＴ）の近傍に位置する場合には、目標ＶＴよりも遠くに位置するＶＴｍａｘに向けてＶＴを変更すると、レスポンスが悪化する可能性がある。このため、本実施の形態では、ＶＴ最適化制御において、下記の近傍探索処理を実行する。

（近傍探索処理）
この処理は、前記特定の運転条件が成立した状態で、現時点の負荷ＫＬと目標ＫＬとの差分ΔＫＬが所定の近傍判定値Ｓよりも小さい場合（Ｓ＞ΔＫＬ）に、吸気弁３２のバルブタイミングを差分ΔＫＬが減少する方向に変化させる。ここで、近傍判定値Ｓは、例えばＶＴをＶＴｍａｘから離れる方向に変化させても、目標ＫＬを速やかに達成することができるような小さな値として設定される。そして、近傍探索処理の実行時には、ＶＴを変更しつつ、負荷ＫＬ及び差分ΔＫＬを算出し、差分ΔＫＬが零となった時点でＶＴの変更動作を終了する。

上記処理によれば、基本的には、前実施の形態１で述べた空気量最大化処理を実行しつつ、現時点の負荷ＫＬと目標ＫＬとの近接度合いによっては近傍探索処理を実行することができる。これにより、実施の形態１の効果に加えて、負荷ＫＬを状況に応じて効率よく最適化し、レスポンスを向上させることができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
次に、図９を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるもので、前記特定の運転条件が成立した場合の処理を示している。図９に示すルーチンでは、まず、ステップ３００，３０２，３０４において、実施の形態１（図４）のステップ１００，１０２，１０４と同様の処理を実行することにより、ＶＴｍａｘ及びＫＬｍａｘを算出し、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも小さいか否かを判定する。

次に、ステップ３０６では、ステップ３０４の判定が成立した場合に、吸気弁３２のバルブタイミングＶＴをＶＴｍａｘに向けて変更し、ＶＴがＶＴｍａｘに到達した時点で当該変更動作を終了する。また、ステップ３０４の判定が不成立の場合には、ステップ３０８に移行する。ステップ３０８では、例えば目標ＫＬから現時点の負荷ＫＬを減算することにより、両者の差分ΔＫＬ（＝目標ＫＬ−現時点の負荷ＫＬ）を算出し、差分ΔＫＬが近傍判定値Ｓよりも大きいか否かを判定する。

ステップ３０８の判定が成立した場合には、現在のＶＴが目標ＶＴから離れた位置にあると考えられるので、ステップ３０６に移行し、吸気弁３２のバルブタイミングＶＴをＶＴｍａｘに向けて変更する。この場合、ステップ３０６では、前記実施の形態２で述べたように、現時点の負荷ＫＬと目標ＫＬとの大小関係に基いて、空気量増加処理及び空気量減少処理の何れかが実行される。一方、ステップ３０８の判定が不成立の場合には、現在のＶＴが目標ＶＴの近傍位置にあるので、ステップ３１０に移行し、前述の近傍探索処理を実行する。即ち、ステップ３１０では、負荷ＫＬが目標ＫＬに近づくように、現在のＶＴの近傍で適切なバルブタイミングを探索する。

なお、前記実施の形態３では、図９中のステップ３００が最大空気量ＶＴ算出手段の具体例を示し、ステップ３０４からステップ３０６に至る処理が空気量最大化手段の具体例を示している。また、ステップ３０８からステップ３１０に至る処理は、近傍探索手段の具体例を示している。

実施の形態４．
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態では、空気量特性線（負荷特性線）に複数の極小点が存在する場合に対して、ＶＴ最適化制御を適用したことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態４の特徴］
図１０は、本発明の実施の形態４によるＶＴ最適化制御の一例を示す特性線図である。この図に示すように、ＶＴ最適化制御は、負荷特性線に複数の極小点が存在する状況において、負荷ＫＬを最小化したい場合にも、適用することができる。具体例を挙げると、このＶＴ最適化制御では、まず、負荷特性線に複数の極小点が存在する特定の運転条件が成立した場合に、前記各極小点のうち負荷ＫＬが実用上の最小値ＫＬｍｉｎとなるバルブタイミングを最小空気量ＶＴ（ＶＴｍｉｎ）として算出する。この場合、特定の運転状態としては、例えばスカベンジの発生前から発生後に至る過渡期等があげられる。

ＥＣＵ６０には、複数の運転パラメータに基いてＶＴｍｉｎを算出するための多次元データマップが予め記憶されている。このデータマップの引数としては、前記ＶＴｍａｘの算出に用いられるデータマップと同様の運転パラメータが挙げられる。また、ＥＣＵ６０には、ＶＴｍｉｎと負荷の最小値ＫＬｍｉｎとの関係を示すデータマップが予め記憶されている。ＶＴｍｉｎの算出後には、このデータマップ等に基いてＶＴｍｉｎに対応する負荷の最小値ＫＬｍｉｎを算出する。

また、ＶＴ最適化制御では、前記特定の運転条件が成立し、かつ、負荷の最小値ＫＬｍｉｎが目標ＫＬよりも大きい場合（ＫＬｍｉｎ＞目標ＫＬ）に、吸気弁３２のバルブタイミングをＶＴｍｉｎに向けて変化させる処理（空気量最小化処理）を実行する。この処理では、図１０に示すように、仮に現在のバルブタイミングＶＴの近傍において、ＶＴの変更方向（矢示方向）と異なる方向に極小点が存在しても、この極小点を無視してＶＴを矢示方向に変更する。即ち、現在のＶＴにおける負荷特性線の変化傾向（勾配）を無視して、ＶＴをＶＴｍｉｎに向けて変更する。

また、負荷の最小値ＫＬｍｉｎが目標ＫＬよりも小さい場合（目標ＫＬ＞ＫＬｍｉｎ）には、現時点の負荷ＫＬと目標ＫＬとの大小関係に基いて、第２の空気量増加処理と第２の空気量減少処理とを使い分ける。なお、第１の空気量増加処理及び第１の空気量減少処理は、前記実施の形態２で説明した処理である。本実施の形態において、第２の空気量増加処理は、現時点の負荷ＫＬが目標ＫＬよりも小さい場合（目標ＫＬ＞現時点の負荷ＫＬ）に、吸気弁３２のバルブタイミングをＶＴｍｉｎに向けて目標ＫＬに対応する値まで変化させる。また、第２の空気量減少処理は、現時点の負荷ＫＬが目標ＫＬよりも大きい場合（現時点の負荷ＫＬ＞目標ＫＬ）に、バルブタイミングを負荷ＫＬが減少する方向に向けて変更し、負荷ＫＬが目標ＫＬに到達した時点で当該変更動作を終了する。

上記空気量最小化処理によれば、次のような作用効果を得ることができる。負荷の最小値ＫＬｍｉｎが目標ＫＬよりも大きい場合には、負荷特性線上の何れの極小点でも目標ＫＬを実現することができない。しかし、この場合には、現在のＶＴをＶＴｍｉｎに向けて変更すれば、負荷ＫＬを、現時点での最適点である最小値ＫＬｍｉｎに到達させることができる。従って、負荷特性線に複数の極小点が存在する場合でも、現時点での負荷特性線の変化傾向（勾配）等に導かれてＶＴが最適ではない極小点に嵌り込むのを防止することができ、ＶＴを適切な方向に変更して負荷ＫＬを最適化することができる。

また、第２の空気量増加処理によれば、負荷ＫＬが最小値ＫＬｍｉｎに到達しない極小点を無視して、ＶＴをＶＴｍｉｎに向けて適切に変化させることができる。さらに、第２の空気量減少処理によれば、負荷ＫＬが目標ＫＬに近づくように、ＶＴを負荷ＫＬが減少する方向に変更することができる。従って、これらの処理により、負荷ＫＬを目標ＫＬと等しくすることができる。このように、本実施の形態によれば、負荷特性線に複数の極小点が存在する状況において、負荷ＫＬを最小化したい場合にも、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態４を実現するための具体的な処理］
次に、図１１を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図１１は、本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるもので、前記特定の運転条件が成立した場合の処理を示している。図１１に示すルーチンでは、まず、ステップ４００において、前述したＶＴｍａｘ及びＶＴｍｉｎを算出する。そして、ステップ４０２では、ＶＴｍａｘに対応する負荷の最大値ＫＬｍａｘと、ＶＴｍｉｎに対応する負荷の最小値ＫＬｍｉｎとを算出する。

次に、ステップ４０４では、負荷の最大値ＫＬｍａｘが目標ＫＬよりも小さいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ４０６に移行し、前記実施の形態１で述べた空気量最大化処理を実行する。また、ステップ４０４の判定が不成立の場合には、ステップ４０８に移行する。ステップ４０８では、目標ＫＬから現時点の負荷ＫＬを減算することにより、両者の差分ΔＫＬを算出し、差分ΔＫＬが近傍判定値Ｓよりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ４０８の判定が成立した場合には、現在のＶＴが目標ＶＴから離れた位置にあると考えられるので、ステップ４０６に移行する。ステップ４０６では、前記実施の形態２で述べたように、現時点の負荷ＫＬと目標ＫＬとの大小関係に基いて、第１の空気量増加処理と第１の空気量減少処理の何れかを実行する。

一方、ステップ４０８の判定が不成立の場合は、負荷特性線に複数の極小点が存在する状況において、負荷ＫＬを最小化したい場合に対応している。この場合には、まず、ステップ４１０に移行し、目標ＫＬが負荷の最小値ＫＬｍｉｎよりも小さいか否かを判定する。そして、ステップ４１０の判定が成立した場合には、ステップ４１２に移行し、前記空気量最小化処理を実行する。また、ステップ４１０の判定が不成立の場合には、ステップ４１４に移行し、差分ΔＫＬが近傍判定値Ｓ′よりも大きいか否かを判定する。近傍判定値Ｓ′は、前記近傍判定値Ｓと同様の考え方により設定されるが、近傍判定値Ｓと異なる値に設定してもよい。

ステップ４１４の判定が成立した場合には、現在のＶＴが目標ＶＴから離れた位置にあると考えられるので、前述のステップ４１２に移行する。ステップ４１２では、現時点の負荷ＫＬと目標ＫＬとの大小関係に基いて、前述した第２の空気量増加処理と第２の空気量減少処理の何れかを実行する。また、ステップ４１４の判定が不成立の場合には、現在のＶＴが目標ＶＴの近傍位置にあるので、ステップ４１６に移行する。ステップ４１６では、負荷ＫＬが目標ＫＬに近づくように、現在のＶＴの近傍で適切なバルブタイミングを探索する。

なお、前記実施の形態４では、図１１中のステップ４００が最大空気量ＶＴ算出手段及び最小空気量ＶＴ算出手段の具体例を示している。また、ステップ４０４からステップ４０６に至る処理は、空気量最小化手段の具体例を示している。

また、実施の形態１乃至４では、各実施の形態の構成を個別に説明したが、本発明はこれに限らず、実施の形態１乃至４のうち組合わせることが可能な１つまたは複数の構成を組合わせてシステムを実現してもよい。さらに、実施の形態１乃至４では、負荷特性線に極大点（または極小点）が２個存在する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、３個以上の極大点（または極小点）が存在する場合にも適用することができる。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ スロットルバルブ
２４ インタークーラ
２６ 触媒
２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ 吸気弁
３４ 排気弁
３６ ターボ過給機
３６ａ タービン
３６ｂ コンプレッサ
３８ バイパス通路
４０ ウェイストゲートバルブ
４２ 吸気ＶＶＴ（バルブタイミング可変手段）
４４ 排気ＶＶＴ
５０ クランク角センサ
５２ エアフローセンサ
５４ 吸気圧センサ
６０ ＥＣＵ（吸気弁制御手段）
ＫＬ 負荷（空気量指標）
ＶＴｍａｘ（最大空気量ＶＴ）
ＫＬｍａｘ（空気量指標の最大値）
ＶＴｍｉｎ（最小空気量ＶＴ）
ＫＬｍｉｎ（空気量指標の最小値）

Claims (7)

1. 吸気弁のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング可変手段と、
   筒内の空気量が反映される空気量指標の目標値を設定すると共に、前記吸気弁のバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミングを前記空気量指標の目標値に基いて算出し、前記バルブタイミング可変手段を駆動することにより前記吸気弁のバルブタイミングが前記目標バルブタイミングと一致するように当該バルブタイミングを制御する吸気弁制御手段と、を備え、
   前記吸気弁制御手段は、
   前記吸気弁のバルブタイミングと前記空気量指標との関係を表す特性線に複数の極大点が存在する所定の運転条件が成立した場合に、前記空気量指標の最大値に対応するバルブタイミングを最大空気量ＶＴとして算出する最大空気量ＶＴ算出手段と、
   前記運転条件が成立し、かつ、前記空気量指標の最大値が前記目標値よりも小さい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最大空気量ＶＴに向けて変化させる空気量最大化手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気弁制御手段は、前記運転条件が成立した状態で、前記空気量指標の最大値が前記目標値よりも大きく、かつ、前記目標値が現時点の空気量指標よりも大きい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最大空気量ＶＴに向けて前記目標値に対応する値まで変化させる空気量増加手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気弁制御手段は、前記運転条件が成立した状態で、前記空気量指標の最大値が前記目標値よりも大きく、かつ、前記目標値が現時点の空気量指標よりも小さい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記空気量指標が減少する方向に向けて前記目標値に対応する値まで変化させる空気量減少手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記吸気弁制御手段は、前記運転条件が成立し、かつ、現時点の空気量指標と前記目標値との差分が所定の近傍判定値よりも小さい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記差分が減少する方向に向けて変化させる近傍探索手段を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記特性線に複数の極小点が存在する所定の運転条件が成立した場合に、前記各極小点のうち前記空気量指標の最小値に対応するバルブタイミングを最小空気量ＶＴとして算出する最小空気量ＶＴ算出手段と、
   前記運転条件が成立し、かつ、前記空気量指標の最小値が前記目標値よりも大きい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最小空気量ＶＴに向けて変化させる空気量最小化手段と、
   を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 吸気弁のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング可変手段と、
   筒内の空気量が反映される空気量指標の目標値を設定すると共に、前記吸気弁のバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミングを前記空気量指標の目標値に基いて算出し、前記バルブタイミング可変手段を駆動することにより前記吸気弁のバルブタイミングが前記目標バルブタイミングと一致するように当該バルブタイミングを制御する吸気弁制御手段と、を備え、
   前記吸気弁制御手段は、
   前記吸気弁のバルブタイミングと前記空気量指標との関係を表す特性線に複数の極小点が存在する所定の運転条件が成立した場合に、前記各極小点のうち前記空気量指標の最小値に対応するバルブタイミングを最小空気量ＶＴとして算出する最小空気量ＶＴ算出手段と、
   前記運転条件が成立し、かつ、前記空気量指標の最小値が前記目標値よりも大きい場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記最小空気量ＶＴに向けて変化させる空気量最小化手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 内燃機関の排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機を備え、
   スカベンジの発生前から発生後に至る過渡期が到来した場合に、前記運転条件が成立したと判定する構成としてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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