JP7207548B2 - 内燃エンジンの制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも吸気側に可変動弁機構を備え、筒内に充填される空気の量であるシリンダ充填空気量を、吸気弁のバルブタイミングの変更により制御する内燃エンジンの制御方法および制御装置に関する。

ＪＰ２０１１－１０６３３９Ａには、吸気側に可変動弁機構を備えた内燃エンジンにおいて、吸気弁のバルブタイミングを進角させた場合と、遅角させた場合と、の双方について、過給圧および筒内ガス量から過給効率を予測する。そして、予測された過給効率がより高くなる方向に、例えば、進角させた場合の過給効率が遅角させた場合よりも高くなる場合は、進角方向に、吸気弁のバルブタイミングを変更することが開示されている（段落０００７～０００８）。

加速時におけるシリンダ充填空気量の、目標トルクに対する制御応答性のより一層の向上を念頭に置いた場合に、目標値として設定されるべき吸気バルブタイミングは、加速中を通じて一定ではなく、過渡的な変化を伴う。ＪＰ２０１１－１０６３３９Ａに開示されている技術は、ディーゼルエンジンへの適用を前提に、過給圧および筒内ガス量に対する過給効率の適正化を図ることを目的としたものであり、過渡的な変化を伴う目標吸気バルブタイミングの実現に対応したものではない。

本発明は、以上の問題を考慮した内燃エンジンの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。

一態様では、少なくとも吸気側に可変動弁機構を備える内燃エンジンにおいて、加速時にこの吸気側の可変動弁機構の動作を制御する内燃エンジンの制御方法が提供される。本態様では、吸気弁の作動時期である吸気バルブタイミングを現在値から所定の演算周期内で進角させまたは遅角させることのできる範囲において、吸気バルブタイミングとシリンダ充填空気量との間の関係式を算出する。そして、内燃エンジンの運転状態に基づき、加速時におけるシリンダ充填空気量の目標値である目標充填空気量を算出するとともに、吸気バルブタイミングとシリンダ充填空気量との間の関係式から、目標充填空気量に対する吸気バルブタイミングの目標値を演算周期毎に算出し、算出された吸気バルブタイミングの目標値をもとに、吸気側の可変動弁機構に対する指令信号を設定する。

他の態様では、内燃エンジンの制御装置が提供される。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃エンジンの全体的な構成を示す概略図である。 図２は、同上実施形態に係る吸気バルブタイミング制御の基本的な流れを示すフローチャートである。 図３は、同上吸気バルブタイミング制御における目標吸気バルブタイミング設定処理の内容を示すフローチャートである。 図４は、吸気弁および排気弁のバルブタイミングと筒内残ガス率との関係を示す説明図である。 図５は、吸気弁のバルブタイミングとシリンダ充填空気量との関係を示す説明図であり、目標吸気バルブタイミングの算出過程の例を、概略的に示す。 図６は、本発明の一実施形態に係る内燃エンジンの加速時における動作を示すタイムチャートである。 図７は、吸気弁のバルブタイミングとシリンダ充填空気量との関係を示す説明図であり、目標吸気バルブタイミングの算出過程の他の例を、概略的に示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（内燃エンジンの全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃エンジン１の全体的な構成を示している。

本実施形態に係る内燃エンジン（以下「内燃エンジン」といい、単に「エンジン」という場合がある）１は、車両に搭載され、車両の駆動源を構成する。

内燃エンジン１は、ターボ式の過給器２を備える。過給機２は、吸気コンプレッサ２１および排気タービン２２を備え、吸気コンプレッサ２１は、内燃エンジン１の吸気通路１１に、排気タービン２２は、排気通路１５に、夫々介装されている。吸気コンプレッサ２１と排気タービン２２とは、軸２３により互いに結合されており、排気タービン２２が排気の流れを受け、その回転が軸２３を介して吸気コンプレッサ２１に伝達されることで、吸気コンプレッサ２１が回転する。

吸気通路１１には、導入部に図示しないエアクリーナが設置されるとともに、吸入された空気の流れに関して吸気コンプレッサ２１よりも下流側にスロットル弁１２が設置され、そのさらに下流側にインタークーラ１３が設置されている。エアクリーナは、大気から吸気通路１１に吸入される空気に含まれる異物を除去し、スロットル弁１２は、吸気通路１１の実質的な開口面積を拡大または縮小可能である。本実施形態では、スロットル弁１２は、吸入空気量の制御よりも、むしろ、吸気マニホールド内の圧力（以下「吸気マニホールド圧」という）の調整を、その設置の主な目的とする。インタークーラ１３は、吸気コンプレッサ２１により圧縮された空気を冷却する。インタークーラ１３のさらに下流側には、燃料噴射弁１４が、筒内に燃料を供給可能に設置されている。本実施形態では、燃料噴射弁１４は、シリンダヘッド１Ｂに埋設され、吸気ポートに向けて燃料を噴射する。

内燃エンジン１の本体は、シリンダブロック１Ａとシリンダヘッド１Ｂとに分割形成され、シリンダブロック１Ａとシリンダヘッド１Ｂとは、互いに結合されている。シリンダブロック１Ａのシリンダボアに挿入されたピストン３１の上面と、シリンダヘッド１Ｂの下面と、の間に形成される空間が、燃焼室Ｃとなる。燃焼室Ｃに対し、一側では吸気通路１１がシリンダヘッド１Ｂの吸気ポートを介して連通し、他側では排気通路１５がシリンダヘッド１Ｂの排気ポートを介して連通し、吸気ポートには、吸気弁３２が、排気ポートには、排気弁３４が、夫々各ポートを開閉可能に設置されている。

吸気弁３２および排気弁３４の動作は、可変動弁機構３３、３５により、夫々作動時期、つまり、バルブタイミングを可変に制御される。本実施形態において、吸気側に設けられる可変動弁機構（以下「吸気ＶＴＣ」という場合がある）３３と、排気側に設けられる可変動弁機構（以下「排気ＶＴＣ」という場合がある）３５とは、開時期から閉時期までのクランク角である作動角を一定として、開時期と閉時期との間の作動中心角を変更可能に構成されている。

ここで、本実施形成では、吸気弁３２の作動中心角を「吸気バルブタイミング」とし、排気弁３４の作動中心角を「排気バルブタイミング」とする。しかし、「バルブタイミング」とは、これに限定されるものではなく、可変動弁機構３３、３５の構成によっては吸気弁３２または排気弁３４の開時期としたり、閉時期としたりすることが可能である。つまり、「バルブタイミング」とは、吸気弁３２または排気弁３４の開期間の、特定クランク角（例えば、排気上死点）に対する相対的な位置を示すものとする。

以上に加え、シリンダヘッド１Ｂには、気筒中心軸Ａｘ上に点火プラグ３６が設置されている。点火プラグ３６は、プラグギャップを燃焼室Ｃに臨ませて設置され、燃焼室Ｃに形成された燃料と空気との混合気に点火し、着火させる。

排気通路１５には、燃焼室Ｃから出た排気の流れに関して排気タービン２２よりも下流側に排気浄化装置４１が設置されるとともに、そのさらに下流側に図示しないマフラが設置されている。排気浄化装置４１は、排気浄化用の触媒を内蔵する。

内燃エンジン１は、さらに、燃焼後の排気をＥＧＲガスとして筒内に還流させるＥＧＲシステム（図示せず）を備える。本実施形態では、排気タービン２２よりも下流側の排気通路１５と、吸気コンプレッサ２１よりも上流側の吸気通路１１と、を連通させるＥＧＲ通路を備え、このＥＧＲ通路を介して排気を還流させる低圧型のＥＧＲシステムを採用する。

（制御システムの基本構成）
内燃エンジン１の動作は、エンジンコントローラ１０１により制御される。

エンジンコントローラ１０１は、電子制御ユニットとして構成され、中央演算装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭおよびＲＯＭ等の各種記憶装置、入出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータからなる。

エンジンコントローラ１０１は、内燃エンジン１の運転状態を検出する各種運転状態センサの検出信号を入力し、検出された運転状態をもとに所定の演算を周期的に実行して、内燃エンジン１の燃料噴射量、燃料噴射時期、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミングおよび点火時期等を設定する。

本実施形態では、運転状態センサとして、運転者によるアクセルペダルの操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ１１１、内燃エンジン１の回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ１１２、エンジン冷却水の温度ＴＷを検出する冷却水温度センサ１１３等が設けられるほか、吸気マニホールド圧センサ１１４、吸気マニホールド温度センサ１１５、排気マニホールド圧センサ１１６、排気マニホールド温度センサ１１７、さらに、図示しないエアフローメータ、スロットルセンサおよび空燃比センサ等が設けられる。

吸気マニホールド圧センサ１１４は、吸気通路１１のマニホールド部における空気の圧力を、吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉとして検出し、吸気マニホールド温度センサ１１５は、吸気通路１１のマニホールド部における空気の温度を、吸気マニホールド温度Ｔｍａｎｉ＿ｉとして検出する。排気マニホールド圧センサ１１６は、排気通路１５のマニホールド部における排気の圧力を、排気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｅとして検出し、排気マニホールド温度センサ１１７は、排気通路１５のマニホールド部における排気の温度を、排気マニホールド温度Ｔｍａｎｉ＿ｅとして検出する。

（吸気バルブタイミング制御の概要）
本実施形態では、アクセル開度ＡＰＯに応じたエンジントルクの目標値ないし要求値のため、筒内に燃焼サイクル毎に充填される空気の量であるシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔを制御する。そして、シリンダ充填空気量Ｑｉｎｔの制御に際し、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔを変更し、併せて、吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉを調整する。吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔの変更は、吸気ＶＴＣ３３を作動させることにより、吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉの調整は、スロットル弁１２を作動させることによる。

本実施形態に係る吸気バルブタイミング制御は、概して、次のようである。

図６は、本実施形態に係る内燃エンジン１の加速時における動作を、アクセル開度ＡＰＯの単調的な増大に対するシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔ、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔおよび吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉの変化により示している。当然ながら、時間ｔに対するアクセル開度ＡＰＯ等、各パラメータの傾きは、分かり易さを優先したものであり、実際の縮尺によるものではない。

時刻ｔ１において、運転者によりアクセルペダルが踏み増された場合を想定する。

アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度ＮＥをもとに、内燃エンジン１の要求トルクを実現するためのシリンダ充填空気量の目標値（以下「目標充填空気量」という）Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇを算出する。

そして、運転状態に応じて予め設定され、エンジンコントローラ１０１に記憶された演算マップを参照し、目標充填空気量Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇを定常時に実現可能な吸気バルブタイミングの基本値（以下「基本吸気バルブタイミング」という）ＶＴＣｉｎｔ＿０および吸気マニホールド圧の基本値（以下「基本吸気マニホールド圧」という）Ｐｍａｎｉ＿０を算出する。本実施形態では、ピストン３１の位置と、吸気弁３２の開期間と、の相対的な関係から、アクセル開度ＡＰＯおよび要求エンジントルクの単調的な増大に対し、基本吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿０を一旦遅角させた後、進角させる。他方で、基本吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿０は、基本吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿０の変化に合わせて増大させる。

ここで、基本吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿０に対し、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔの実際値（以下「実吸気バルブタイミング」という）ＶＴＣｉｎｔ＿ａｃｔの変化に、基本吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿０を進角前に一旦遅角させることに起因する遅れに加え、吸気ＶＴＣ３３の油圧系における応答遅れ等に起因する遅れが生じる。この実吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ａｃｔの遅れを補償するため、基本吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿０を補正する。この補正は、概して、実吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ａｃｔの基本値ＶＴＣｉｎｔ＿０に対する不足に対し、基本吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿０よりも大きな吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉの目標値（以下「目標吸気マニホールド圧」という）Ｐｍａｎｉ＿ｔｒｇを設定することによる。

吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔと同様に、吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉの実際値（以下「実吸気マニホールド圧」という）Ｐｍａｎｉ＿ａｃｔに、スロットル弁１２よりも下流側の空気系における応答遅れ等に起因する遅れが生じる。アクセルペダルの踏み増しが速いかまたは大きく、この実吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ａｃｔの遅れが顕著である場合に（時刻ｔ２）、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔの、演算マップによる設定を離れた調整により、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇを設定し、シリンダ充填空気量Ｑｉｎｔを、強制的にその目標値Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇに近付ける。

（フローチャートによる説明）
図２は、エンジンコントローラ１０１が実行する制御として、吸気バルブタイミング制御の基本的な流れを示し、図３は、吸気バルブタイミング制御における目標吸気バルブタイミング設定処理（Ｓ１０６）の具体的な内容を示している。エンジンコントローラ１０１は、運転者のキー操作による電源投入後、所定の演算周期（例えば、１０ｍｓ）毎にこの制御を実行するようにプログラムされている。

図２に示すフローチャートにおいて、Ｓ１０１では、内燃エンジン１の運転状態を読み込む。読み込まれる運転状態には、アクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転速度ＮＥおよび冷却水温度ＴＷ等、エンジン制御に関わる基本的な情報のほか、吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉ、吸気マニホールド温度Ｔｍａｎｉ＿ｉ、排気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｅ、排気マニホールド温度Ｔｍａｎｉ＿ｅ、圧縮比ＲｃｍｐおよびＥＧＲ率Ｒｅｇｒが含まれる。

Ｓ１０２では、目標充填空気量Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇを算出する。

Ｓ１０３では、基本吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿０を算出する。

Ｓ１０４では、基本排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿０を算出する。基本排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿０は、運転状態に応じた排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈの基本値であり、演算マップの参照により求められる。

Ｓ１０５では、基本吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿０を算出する。

Ｓ１０６では、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇを設定する。目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇの設定は、次の図３に示すフローチャートの手順による。

図３に示すフローチャートに移り、Ｓ２０１では、実吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ａｃｔを推定する。この推定は、吸気マニホールド圧センサ１１４の検出値に対し、一次遅れの適合要素を考慮することによる。

Ｓ２０２～２０４および後に述べるＳ２０７～２０９では、吸気弁３２と排気弁３４とがともに開弁する期間の長さであるバルブオーバーラップ量を制限する。具体的には、筒内残ガス率εｒｇの適正な管理の観点から、Ｓ２０２～２０４では、排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈを制限することにより、Ｓ２０７～２０９では、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔを制限することにより、バルブオーバーラップ量を制限する。「筒内残ガス率」εｒｇとは、筒内に占めるガスのうち、前回のサイクルから持ち越された排ガスの比率をいう。

Ｓ２０２～２０４では、筒内残ガス率εｒｇ１を、残ガスの量を許容可能とする範囲の上限値εｔｈ以下に収めるように、排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈの目標値（以下「目標排気バルブタイミング」という）ＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇを制限する。

図４は、吸気弁３２および排気弁３４のバルブタイミングＶＴＣｉｎｔ、ＶＴＣｅｘｈと筒内残ガス率εｒｇとの関係を示している。本実施形態において、筒内残ガス率εｒｇは、全般的な傾向として、バルブオーバーラップ量が増大するほど増加する傾向を有する。具体的には、筒内残ガス率εｒｇは、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔに対し、図４（Ａ）に示すように、その進角側への変更により増加し、排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈに対し、同図（Ｂ）に示すように、その遅角側への変更により増加する。

基本吸気バルブタイミング、吸気マニホールド圧および排気マニホールド圧等をもとに、排気弁３４のバルブタイミングＶＴＣｅｘｈと筒内残ガス率εｒｇとの関係を予め求めておき（図４（Ｂ））、筒内残ガス率の上限値εｔｈに対応する排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈを算出し、これを、排気バルブタイミングの制限値ＶＴＣｅｘｈ＿ｌｉｍとする。演算マップからの参照により得られた基本排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿０がこの制限値ＴＣｅｘｈ＿ｌｉｍを超えて遅角側にある場合は（Ｓ２０３）、最終的な目標排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇを、制限値ＶＴＣｅｘｈ＿ｌｉｍに設定する（Ｓ２０４）。対して、基本排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿０が制限値ＴＣｅｘｈ＿ｌｉｍよりも進角側にある場合は、目標排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇを、基本排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿０に設定する。

Ｓ２０５～２０６では、実際の吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ａｃｔに生じた遅れを、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇの調整ないし補正により補償する。

Ｓ２０５では、実吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ａｃｔの、目標吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｔｒｇに対する乖離量（以下「吸気マニホールド乖離圧」という）ΔＰｍａｎｉ＿ｉを算出し、これが、実吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ａｃｔの遅れが顕著であることを示す所定値ΔＰｔｈよりも大きいか否かを判定する。本実施形態では、吸気マニホールド乖離圧ΔＰｍａｎｉ＿ｉの算出は、目標吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｔｒｇから実吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ａｃｔを減ずることによる。吸気マニホールド乖離圧ΔＰｍａｎｉ＿ｉが所定値ΔＰｔｈよりも大きい場合は、Ｓ２０６へ進み、所定値ΔＰｔｈ以下である場合は、Ｓ２０７へ進む。ここで、吸気マニホールド乖離圧ΔＰｍａｎｉ＿ｉが所定値ΔＰｔｈ以下である場合は、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇの暫定値を、基本吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿０に設定する。

Ｓ２０６では、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇを算出する。具体的には、次の方法による。

図５は、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔとシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔとの関係を示している。

吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔを現在値（前回の制御実行時における吸気バルブタイミング）ＶＴＣｉｎｔ＿ｐｒｅから演算周期ΔＦＲＱ内で進角させまたは遅角させることのできる範囲（ＶＴＣｉｎｔ＿ａｄｖ～ＶＴＣｉｎｔ＿ｒｔｄ）で変更した場合に得られるシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔを車上での計算により求め、得られた複数の点の間の関係式を算出する。本実施形態では、関係式を算出する基礎として、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔの現在値ＶＴＣｉｎｔ＿ｐｒｅに対応する点、進角側の値ＶＴＣｉｎｔ＿ａｄｖに対応する点および遅角側の値ＶＴＣｉｎｔ＿ｒｔｄに対応する点を採用し、これらの点に基づく関係式の算出は、例えば、隣り合う点同士をつなぐことによってもよいし、確からしい直線を近似することによってもよい。本実施形態では、Ｘ－Ｙ座標上の２点（Ｘ₁，Ｙ₁）および（Ｘ₂，Ｙ₂）間における補完を、次に示す計算式により行う。Ｘ座標が、目標充填空気量Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇに、Ｙ座標が、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔに、夫々対応する。
ｙ＝｛（Ｙ₂－Ｙ₁）／（Ｘ₂－Ｘ₁）｝×（Ｘ－Ｘ₁）＋Ｙ₁ …（１）

そして、目標充填空気量Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇに対応する吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔを算出し、これを、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇの暫定値とする。

吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔに対するシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔの算出は、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔおよび排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈにより各ポートに定められる実質的な開口面積のもと、吸気通路１１および排気通路１５内の状態、さらに、筒内の状態に基づく流体力学的な計算によることが可能である。本実施形態では、エンジン回転速度ＮＥ、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ、排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ、吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉ、吸気マニホールド温度Ｔｍａｎｉ＿ｉ、排気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｅ、排気マニホールド温度Ｔｍａｎｉ＿ｅ、圧縮比Ｒｃｍｐ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒおよび冷却水温度ＴＷに基づき、シリンダ充填空気量Ｑｉｎｔを算出する。本実施形態に係るシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔの算出に適用可能な計算方法の例として、次のものが掲げられる。
Ｊｏｈｎ Ｂ．Ｈｅｙｗｏｏｄ（１９８９）、“Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ”、ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ、Ｐ．２０５～２３４

Ｓ２０７～２０９では、筒内残ガス率εｒｇ２を、先の述べた上限値εｔｈ以下に収めるように、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇを制限する。

目標排気バルブタイミング、吸気マニホールド圧および排気マニホールド圧等をもとに、吸気弁３２のバルブタイミングＶＴＣｉｎｔと筒内残ガス率εｒｇとの関係を予め求めておき（図４（Ａ））、筒内残ガス率の上限値εｔｈに対応する吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔを算出し、これを、吸気バルブタイミングの制限値ＶＴＣｉｎｔ＿ｌｉｍとする。Ｓ２０６で算出された目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇ（暫定値）がこの制限値ＶＴＣｉｎｔ＿ｌｉｍを超えて進角側にある場合は（Ｓ２０８）、最終的な目標吸気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇを、制限値ＶＴＣｉｎｔ＿ｌｉｍに設定する（Ｓ２０９）。

本実施形態では、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇの制限は、暫定値の書き換え（Ｓ２０９）による。

そして、吸気ＶＴＣ３３および排気ＶＴＣ３５（具体的には、作動油圧を調整するアクチュエータ）に対し、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇ、目標排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇに応じた指令信号を出力する。

本実施形態では、吸気弁３２、吸気ＶＴＣ３３およびエンジンコントローラ１０１が「内燃エンジンの制御装置」を構成する。そして、エンジンコントローラ１０１が、本実施形態に係る「バルブタイミングコントローラ」の機能を具現する。

（作用効果の説明）
本実施形態に係る内燃エンジン１およびその制御装置は、以上の構成を有し、本実施形態により得られる効果について、以下に説明する。

第１に、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔを現在値ＶＴＣｉｎｔ＿ｐｒｅから所定の演算周期ΔＦＲＱ内で進角または遅角可能な範囲ＶＴＣｉｎｔ＿ａｄｖ～ＶＴＣｉｎｔ＿ｒｔｄにおいて、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔとシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔとの間の関係式を算出し、この関係式から、目標充填空気量Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇに対する吸気バルブタイミングの目標値ＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇを、演算周期毎に算出し、この目標値ＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇをもとに、吸気側の可変動弁機構３３の動作を制御することとした。これにより、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇを、演算周期毎の瞬時値として算出することが可能となり、加速中の過渡的な変化を伴う目標充填空気量Ｑｉｎｔ＿ｔｒｇを、高い精度で実現することが可能となる。よって、シリンダ充填空気量Ｑｉｎｔの制御応答性を向上させ、内燃エンジン１の動力制御の更なる改善を図ることができる。

第２に、関係式の算出に、吸気マニホールド温度Ｔｍａｎｉ＿ｉ、吸気マニホールド圧Ｐｍａｎｉ＿ｉおよび排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈのうち少なくとも１つを反映させることで、関係式を適切に算出可能とし、目標エンジントルクに対するシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔの制御応答性をさらに向上させることができる。

第３に、関係式の算出に際し、複数の吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔおよびシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔに基づくことで、関係式をより適切に算出することが可能となる。

第４に、吸気バルブタイミングに関する制限値ＶＴＣｉｎｔ＿ｌｉｍを採用し、筒内残ガス率εｒｇが上限値εｔｈを超える目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇの設定を回避可能としたことで、筒内残ガス率εｒｇの過度な上昇を抑え、燃焼が不安定となるのを回避することができる。

さらに、目標吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｔｒｇに加え、目標排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇについても筒内残ガス率εｒｇの観点から制限し、筒内残ガス率εｒｇが上限値εｔｈを超える目標排気バルブタイミングＶＴＣｅｘｈ＿ｔｒｇの設定を回避可能としたことで、燃焼が不安定となるのをより確実に回避することが可能となる。

第５に、過給機２を備える内燃エンジン１に適用することで、加速時におけるシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔの変化が特に急速となる内燃エンジン１において、シリンダ充填空気量Ｑｉｎｔの制御応答性を向上させ、内燃エンジン１の動力性能の更なる改善を図ることが可能となる。

以上の説明では、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔとシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔとの間の関係式を算出する基礎として、図５に示すように、吸気バルブタイミングの現在値ＶＴＣｉｎｔ＿ｐｒｅに対応する点、進角側の限界値よりも現在値に近い値ＶＴＣｉｎｔ＿ａｄｖに対応する点および遅角側の限界値よりも現在値に近い値ＶＴＣｉｎｔ＿ｒｔｄに対応する点を採用したが、基礎とする点は、これに限定されるものではなく、これに代えるかまたはこれに加え、進角側の限界値（－ΔＦＲＱ）および遅角側の限界値（＋ΔＦＲＱ）を採用することができ、さらに、該当する運転状態のもとで定常時に設定される吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｓｔｄが変更可能な範囲ＲＮＧにある場合は、この定常点を含めることが可能である。

図７は、吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔとシリンダ充填空気量Ｑｉｎｔとの関係を示しており、定常時に設定される吸気バルブタイミングＶＴＣｉｎｔ＿ｓｔｄに対応する点を含める場合の例を示す。このように、定常点を含めることで、より多くの点をもとに関係式を算出することが可能となり、関係式の信頼性を高めることができる。

さらに、以上の説明では、吸気側および排気側に設けられる可変動弁機構３３、３５として、作動角を一定としながら、作動中心角を可変に構成されたものを採用したが、可変動弁装置３３、３５として採用可能なのは、これに限定されるものではない。可変動弁機構３３、３５は、作動中心角に代えるかまたはこれに加え、作動角または弁リフト量を可変に構成されたものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更および修正が可能である。

Claims (8)

1. 少なくとも吸気側に可変動弁機構を備える内燃エンジンにおいて、加速時に前記吸気側の可変動弁機構の動作を制御する内燃エンジンの制御方法であって、
   吸気弁の作動時期である吸気バルブタイミングを現在値から所定の演算周期内で進角させまたは遅角させることのできる範囲において、前記吸気バルブタイミングとシリンダ充填空気量との間の関係式を算出し、
   前記内燃エンジンの運転状態に基づき、前記加速時における前記シリンダ充填空気量の目標値である目標充填空気量を算出し、
   前記関係式から、前記目標充填空気量に対する前記吸気バルブタイミングの目標値を、前記演算周期毎に算出し、
   算出された前記吸気バルブタイミングの目標値をもとに、前記吸気側の可変動弁機構に対する指令信号を設定する、
   内燃エンジンの制御方法。
2. 吸気温度、吸気圧力および排気弁のバルブタイミングのうち少なくとも１つをもとに、前記関係式を算出する、
   請求項１に記載の内燃エンジンの制御方法。
3. 前記範囲における複数の前記吸気バルブタイミングと、各吸気バルブタイミングに対応する前記シリンダ充填空気量とに基づき、前記関係式を算出する、
   請求項１または２に記載の内燃エンジンの制御方法。
4. 前記複数の吸気バルブタイミングに、前記運転状態のもとで定常時に設定される吸気バルブタイミングを含める、
   請求項３に記載の内燃エンジンの制御方法。
5. 筒内に占めるガスのうち、前回のサイクルから持ち越された排ガスの比率である筒内残ガス率を所定の上限値以下に収める、前記吸気バルブタイミングの制限値に対し、前記吸気バルブタイミングの目標値を、前記制限値よりも遅角側に制限する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃エンジンの制御方法。
6. 前記吸気側の可変動弁機構に加え、排気側に可変動弁機構を備える前記内燃エンジンにおいて、加速時に前記吸気側および前記排気側の可変動弁機構の動作を制御する、請求項１～５のいずれか一項に記載の内燃エンジンの制御方法であって、
   筒内に占めるガスのうち、前回のサイクルから持ち越された排ガスの比率である筒内残ガス率を所定の上限値以下に収めるように、前記吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングの目標値を設定する、
   内燃エンジンの制御方法。
7. 前記内燃エンジンが、前記加速時に作動可能に配設された過給機を備える、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の内燃エンジンの制御方法。
8. 吸気弁と、
   前記吸気弁を、異なる吸気バルブタイミングにより駆動可能に構成された可変動弁機構と、
   加速時に前記可変動弁機構の動作を制御するバルブタイミングコントローラと、
   を備える内燃エンジンの制御装置であって、
   前記バルブタイミングコントローラは、
   前記吸気バルブタイミングを現在値から所定の演算周期内で進角させまたは遅角させることのできる範囲において、前記吸気バルブタイミングとシリンダ充填空気量との間の関係式を算出し、
   前記内燃エンジンの運転状態を検出し、
   検出された前記運転状態に基づき、前記加速時における前記シリンダ充填空気量の目標値である目標充填空気量を算出し、
   前記関係式から、前記目標充填空気量に対する前記吸気バルブタイミングの目標値を、前記演算周期毎に算出し、
   算出された前記吸気バルブタイミングの目標値をもとに、前記吸気側の可変動弁機構に対する指令信号を設定するように構成された、
   内燃エンジンの制御装置。

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