JP2009068388A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変リフトおよび位相機構を備える内燃機関において、大気圧に応じた内燃機関制御を行う。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、所定の基準大気圧および基準吸気温度の基準状態下における内燃機関の回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブのリフト量、吸気バルブの位相、および吸入空気量の相関を表す吸気量マップを記憶する。現在の回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブのリフト量、および吸気バルブの位相に基づいて上記吸気量マップを参照し、該基準状態下における吸入空気量を、基準吸入空気量として求める。現在のゲージ圧、現在の大気圧および現在の吸気温度の状態下の空気密度と、前記基準状態下の空気密度との比によって、該基準吸入空気量を補正し、現在の状態における吸入空気量を算出する。また、所定の基準状態下における点火時期マップを記憶し、該マップから得た基準点火時期を、大気圧補正して、最終点火時期を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

最近の内燃機関においては、下記の特許文献１に示されるように、吸気バルブのリフト量および位相を変更可能な機構を搭載し、該機構により、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。

他方、下記の特許文献２に示されるように、内燃機関の制御を行う際に、吸気管の絶対圧を用いることが通常行われている。
特開２００５−１２０９９０号公報 特開平１０−０７３０６８号公報

通常の低地に比べて標高の高い高地では大気圧が低下するため、内燃機関の様々な制御に影響を及ぼす。特に、吸気管の絶対圧を用いた制御を高地においても実行すると、排気圧力、内部ＥＧＲ量等の低下を及ぼし、よって吸入空気量、燃料噴射量および点火時期等に変動が生じうる。上記のような機構が搭載された内燃機関において、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等の様々な制御が、リフト量および位相を考慮して行われるが、このような機構が搭載された場合においても、高地かどうかを考慮してこれら制御を行うことが望ましい。

また、上記のような機構を搭載すると、内燃機関の様々な制御に用いるパラメータ数が多くなると共に、制御量を算出するための計算負荷が増大するおそれがある。特に、連続的にリフト量および位相を変更できる機構の場合には、このようなパラメータ数および計算負荷が飛躍的に増える。したがって、内燃機関の制御には、このようなパラメータ数および計算負荷を抑制することが望まれている。

本発明の一つの側面によると、内燃機関の吸気バルブのリフト量および位相を調節して吸入空気量を制御する可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置は、所定の基準大気圧および基準吸気温度の基準状態下における内燃機関の回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブのリフト量、吸気バルブの位相、および吸入空気量の相関を表す吸気量マップ（７０）を記憶する。該制御装置は、現在の回転数、現在の吸気管のゲージ圧、現在の吸気バルブのリフト量、および現在の吸気バルブの位相に基づいて上記吸気量マップを参照し、該基準状態下における吸入空気量を、基準吸入空気量として求める。現在のゲージ圧、現在の大気圧および現在の吸気温度の状態下の空気密度（ρ）と、上記基準状態下の空気密度（ρbase）との比（Ｋρ）によって、該基準吸入空気量を補正し（式（２））、現在の状態における吸入空気量を算出する。

この発明によれば、基準状態における空気密度と、現在の状態における空気密度の比によって吸入空気量を求めるので、高地であっても、より正確な吸入空気量を求めることができる。また、基準状態下の基準吸入空気量を求めるための吸入空気量マップを参照することと、空気密度による補正という少ない工数で、吸入空気量を求めることができる。この発明によれば、基準状態下における吸入空気量を記憶しておくだけでよく、様々な状態に応じた吸入空気量を予め記憶しておく必要はない。また、この発明によれば、絶対圧ではなく、ゲージ圧すなわち吸気管圧力の大気圧に対する差圧を用いるので、排気圧力や内部ＥＧＲ量等の低下を招くことなく、より正確な吸入空気量を求めることができる。

この発明の一実施形態では、該算出された吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を求める。上記のように、吸入空気量がより正確に、かつより少ない工数で算出されているので、燃料噴射量についても、より正確かつ少ない工数で求めることができる。

この発明の一実施形態では、吸気管のゲージ圧を一定にする制御が実行されている状態において、要求吸入空気量を、現在のゲージ圧、現在の大気圧および現在の吸気温度の状態下の空気密度（ρ）と、上記基準状態下の空気密度（ρbase）との比（Ｋ’ρ）によって補正し、該基準状態下の基準吸入空気量を算出する。現在の回転数、現在の位相、および該基準吸入空気量に基づいて、該一定に制御されるゲージ圧に対応する上記吸気量マップ（７０）を参照し、吸気バルブのリフト量を求める。該リフト量に従って、吸気バルブは制御される。

この発明によれば、基準状態における空気密度と、現在の状態における空気密度の比によって目標リフト量を求めるので、高地であっても、より正確な目標リフト量を求めることができる。また、基準状態下の基準吸入空気量を求めるための吸入空気量マップを参照することと、空気密度による補正という少ない工数で、目標リフト量を求めることができる。この発明によれば、基準状態下における吸入空気量を記憶しておくだけでよく、様々な状態に応じた吸入空気量を予め記憶しておく必要はない。また、この発明によれば、絶対圧ではなく、ゲージ圧すなわち吸気管圧力の大気圧に対する差圧を用いるので、排気圧力や内部ＥＧＲ量等の低下を招くことなく、より正確な目標リフト量を求めることができる。

この発明の他の側面によると、内燃機関の吸気バルブのリフト量および位相を調節して吸入空気量を制御する可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置は、所定の基準大気圧の基準状態下における内燃機関の回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブのリフト量、吸気バルブの位相、および点火時期の相関を表す点火時期マップ（７２）を記憶する。制御装置は、現在の回転数、現在の吸気管のゲージ圧、現在の吸気バルブのリフト量、および現在の吸気バルブの位相に基づいて該点火時期マップを参照し、該基準状態下における点火時期を求める。大気圧、エンジン回転数、ゲージ圧、および点火時期補正量の相関を表す補正量マップ（７３）を、現在の大気圧、現在のエンジン回転数、および現在のゲージ圧に基づいて参照し、点火時期補正量を算出する。該点火時期補正量で該基準点火時期を補正して、点火時期を算出する。

この発明によれば、基準状態における点火時期マップを参照することと、点火時期補正量による補正という少ない工数で、点火時期を求めることができる。また、この発明によれば、点火時期について、基準状態下における点火時期を記憶しておくだけでよく、様々な状態に応じた点火時期を予め記憶しておく必要はない。大気圧に応じた点火時期補正量で、該基準状態下の点火時期を補正することにより、現在の大気圧に適合した点火時期を算出するので、高地かどうかにかかわりなく、最適な点火時期を求めることができる。また、この発明によれば、絶対圧ではなく、ゲージ圧すなわち吸気管圧力の大気圧に対する差圧を用いるので、排気圧力や内部ＥＧＲ量等の低下を招くことなく、より正確な点火時期を求めることができる。

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に設けても良い。

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。燃料室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サイクルにつき２往復する。

連続可変動弁機構３１は、吸気バルブ１４のリフト量および位相（開閉タイミング）を連続的に変化することができる機構である。本実施形態では、連続可変動弁機構３１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は、任意の既知の手法により実現することができる。例えば、カム、リフト可変リンク、アッパーリンク、ロアリンクから構成され、ロアリンクの角度をアクチュエータなどで変更して、バルブの最大リフト量を制御する手法が提案されている（たとえば、特開２００４−０３６５６０号を参照）。

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。可変位相機構は、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状に変更可能な機構にも適用可能である。

本実施形態では、連続可変動弁機構３１は、吸入空気量の制御に利用される。連続可変動弁機構３１を用いて吸気バルブ１４のリフト量および位相を変化させることにより、エンジン１２への吸入空気量を制御することができる。

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３５およびエンジン１２の吸気弁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３６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３５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３６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３６により出力されるＴＤＣパルスと、クランク角センサ３５により出力されるＣＲＫパルスとの相対関係から、カム軸の実際の位相ＣＡＩＮが検出される。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ＬＦＴを検出するためのリフト量センサ３７が設けられ、該センサは、ＥＣＵ１０に接続されている。リフト量センサ３７は、任意の適切な手法により構成されることができる。たとえば、ポテンショメータにより、これらのセンサを構成することができる。該センサの検出値は、ＥＣＵ１０に送られる。

吸気管１６内にはスロットル弁４６が配置されている。スロットル弁４６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４８がスロットル弁４６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、スロットル弁４６は、吸気管内のゲージ圧を制御するために設けられており、スロットル弁４６の開度を変化させることにより、吸気管内のゲージ圧を調整することができる。

吸気管１６のスロットル弁４６の上流側に、エアフローメータ５０が設置されている。エアフローメータ５０は、吸入空気量ＧＡＩＲ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４６の下流には吸気管内圧力センサ５２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。ＥＣＵ１０は、吸気管内絶対圧ＰＢおよび大気圧ＰＡに基づいて、吸気管のゲージ圧ＰＢＧＡを算出する。ゲージ圧ＰＢＧＡは、大気圧に対する吸気管内絶対圧の差圧を表し、この実施例では、ＰＡ−ＰＢ（ｍｍＨｇ）で表される。

ＥＣＵ１０には、アクセルペダルの開度ＡＰを検出するアクセルペダルセンサ５６が接続されており、ＥＣＵ１０は、該アクセルペダル開度に基づいて、要求吸入空気量を算出することができる。

排気管２０の触媒５８の上流側にはＬＡＦ(linear air-fuel)センサ６０が設置されている。ＬＡＦセンサ６０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。

次に、図２を参照して、本発明の一実施形態に従う内燃機関の制御装置について説明する。この制御装置は、図１のＥＣＵ１０において実現され、図の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すような制御形態を実現するよう構成されている。各機能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。これらの制御形態のそれぞれについて、以下に説明する。

（ａ）は、エンジンの現在の運転状態から吸入空気量を算出すると共に、該吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御するための機能ブロック図である。

制御装置は、メモリに吸気量マップ７０を記憶している。該マップは、所定の基準状態における回転数、吸気バルブのリフト量、吸気管のゲージ圧、吸気バルブの位相、および吸入空気量の相関を示すマップである。ここで、基準状態は、所定の基準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤおよび基準吸気温度ＴＡ＿ＳＴＤの状態を示す。この実施例では、基準大気圧＝７６０ｍｍＨｇ（１０１．３２ｋＰａ）および基準吸気温度＝２９８Ｋ（２５度）であるが、これらの数値に限定されるわけではない。

基準吸気量算出部６１は、前述したように現在の運転状態について各種センサにより検出された回転数ＮＥ、吸気バルブのリフト量ＬＦＴ、吸気バルブの位相ＣＡＩＮ、およびゲージ圧ＰＢＧＡを受け取り、これらのパラメータに基づいて吸気量マップ７０を参照し、対応する吸入空気量ＧＡＩＲＬＭを求める。こうして求めた吸入空気量は、基準状態における吸入空気量を表し、基準吸入空気量と呼ばれる。

密度補正部６２は、基準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤおよび基準吸気温度ＴＡ＿ＳＴＤからなる基準状態における空気密度ρbaseと、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、基準吸入空気量ＧＡＩＲＬＭを、現在の状態における吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＦに補正する。具体的には、空気密度比Ｋρは、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）により、式（１）のように表される。式（２）に示されるように、該密度比Ｋρを、基準吸入空気量ＧＡＩＲＬＭに乗算することにより、吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＦを算出する。こうして、基準状態下の吸入空気量が、現在状態下の吸入空気量に換算されることとなる。なお、前述したように、この実施例では、ＴＡ＿ＳＴＤは２９８Ｋであり、ＰＡ＿ＳＴＤは７６０ｍｍＨｇである。式中の吸気温度ＴＡは、単位Ｋ（ケルビン）で表される。また、大気圧ＰＡおよびゲージ圧ＰＢＧＡは、ｍｍＨｇの単位で表される。

こうして、上記密度補正を行うことにより、空気密度が異なるいかなる場所でも、より正確に吸入空気量を算出することができる。高地では、低地に比べて空気密度が小さく、同じ容量（体積）の空気でも、実際の吸入空気量は低地に比べて少なくなる。この密度補正により、高地においても、高地における空気密度に基づく吸入空気量を算出することが可能となる。

さらに、上記手法によれば、吸気量マップへの参照と、式（２）に示す補正式という少ない工程で、吸入空気量を算出することができる。また、メモリに記憶すべきマップは、基準状態における吸入空気量を規定したマップのみでよく、他の状態の大気圧および吸気温度におけるマップは必要とされない。他の状態の大気圧および吸気温度における吸入空気量は、基準状態下の吸入空気量を補正式（２）で換算することにより求めることができる。したがって、記憶すべきデータ量を低減することができる。

燃料噴射量算出部６３は、こうして算出された最終吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＦに基づいて、ＥＣＵ１０のメモリに記憶された燃料噴射量マップ７１を参照し、燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭを求める。求められた燃料噴射量ＴＩＭＡＦＭに従う燃料噴射量が噴射されるよう、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁２２（図１）を制御する。

なお、吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＦは、燃料噴射量の算出だけでなく、内燃機関の他の様々な制御（たとえば、空燃比制御）に用いられることができる点に注意されたい。

（ｂ）は、点火時期を制御するための機能ブロック図である。制御装置は、メモリに点火時期マップ７２を記憶している。該マップは、所定の基準状態における回転数、吸気バルブのリフト量、吸気管のゲージ圧、吸気バルブの位相、および点火時期の相関を示すマップである。ここで、基準状態は、所定の基準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤの状態を示す。この実施例では、基準大気圧＝７６０ｍｍＨｇ（１０１．３２ｋＰａ）であるが、この数値に限定されるわけではない。

基準点火時期算出部６５は、前述したように現在の運転状態について各種センサにより検出された回転数ＮＥ、吸気バルブのリフト量ＬＦＴ、吸気バルブの位相ＣＡＩＮ、およびゲージ圧ＰＢＧＡを受け取り、これらのパラメータに基づいて点火時期マップ７２を参照し、対応する点火時期ＩＧＭＡＰＸを求める。こうして求めた点火時期は、基準状態における点火時期を表し、基準点火時期と呼ばれる。

また、メモリには、点火時期補正量マップ７３がさらに記憶されている。該マップは、回転数、大気圧、ゲージ圧、および点火時期補正量の相関を示すマップである。

点火時期補正量算出部６６は、前述したように現在の運転状態について各種センサにより検出された回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、ゲージ圧ＰＢＧＡを受け取り、これらのパラメータに基づいて点火時期補正量マップ７３を参照し、対応する点火時期補正量ＤＩＧを求める。こうして、大気圧に応じた点火時期補正量が求められる。

点火時期算出部６７は、点火時期補正量ＤＩＧを基準点火時期ＩＧＭＡＰＸに加算することにより、点火時期ＩＧＭＡＰを、最適点火時期（ＭＢＴ）として算出する。求められた点火時期ＩＧＭＡＰに従う点火が行われるよう、ＥＣＵ１０は、点火プラグ２６（図１）による点火を制御する。

大気圧の変化によって、吸入空気の圧力と排気の圧力のバランスが変化し、よってエンジンの充填効率が変化するおそれがある。これにより、最適点火時期（ＭＢＴ）も変動するおそれがある。上記手法によれば、このような大気圧変化に基づく変動を補償することができる。

（ｃ）は、大気圧の変化にかかわらずゲージ圧を一定にする一定負圧制御が実施される時の、エンジンの現在の運転状態から吸気バルブの目標リフト量を制御するための機能ブロック図である。一定負圧は、スロットル弁４６（図１）の開度を制御することにより実現されることができる。

（ｃ）の制御形態は、（ａ）の制御形態の逆と考えることができる。密度補正部６８は、基準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤおよび基準吸気温度ＴＡ＿ＳＴＤからなる基準状態における空気密度ρbaseと、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Ｋ’ρにより、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＡを、基準状態における吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＥＮＳに補正する。要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＡは、任意の適切な手法により、ＥＣＵ１０によって算出される。たとえば、アクセルペダルセンサ５６（図１）により検出されるアクセルペダルの開度に基づいて、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＡを求めることができる。

ここでの密度補正は、（ａ）と逆の方向、すなわち現在の状態から基準状態への換算と考えることができる。ここで用いられる密度比Ｋ’ρは、（ａ）における密度比Ｋρの逆数であり、式（３）のように表される。式（４）に示されるように、該密度比Ｋ’ρを、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＡに乗算することにより、基準状態における要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＥＮＳ（基準要求吸入空気量と呼ぶ）を算出する。こうして、現在状態下の要求吸入空気量が、基準状態下の要求吸入空気量に換算されることとなる。なお、前述したように、この実施例では、ＴＡ＿ＳＴＤは２９８Ｋであり、ＰＡ＿ＳＴＤは７６０ｍｍＨｇである。式中の吸気温度ＴＡは、単位Ｋ（ケルビン）で表され、大気圧ＰＡおよびゲージ圧ＰＢＧＡは、ｍｍＨｇの単位で表される。

（ａ）の所で述べたように、メモリには、吸気量マップ７０が記憶されている。該マップは、上記基準状態における回転数、リフト量、ゲージ圧、位相、および吸入空気量の相関を示すマップである。（ａ）の所では、現在のリフト量を用いて該マップを参照し、対応する吸入空気量を求めた。それに対し、（ｃ）の形態では、目標リフト量算出部６９が、現在の運転状態について各種センサにより検出された回転数ＮＥ、吸気バルブの位相ＣＡＩＮ、ゲージ圧ＰＢＧＡ（これは、一定に制御されている）、および該基準要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＥＮＳを受け取り、これらのパラメータに基づいて吸気量マップ７０を参照し、対応するリフト量を、目標リフト量ＬＦＴ＿ＣＭＤとして求める。

こうして、上記密度補正を行うことにより、空気密度が異なるいかなる場所でも、より正確に目標リフト量を算出することができる。高地では、低地に比べて空気密度が小さく、よって、実際にエンジンに必要とされる空気の容量（体積）は低地に比べて大きくなる。この密度補正により、高地においても、高地における空気密度に基づく目標リフト量を算出することが可能となる。

さらに、上記手法によれば、（４）に示す補正式による補正と、吸気量マップへの参照という少ない工程で、目標リフト量を算出することができる。また、メモリに記憶すべきマップは、基準状態におけるリフト量を規定したマップのみでよく、他の状態の大気圧および吸気温度におけるマップは必要とされない。他の状態の大気圧および吸気温度におけるリフト量は、現在状態下の要求吸入空気量を補正式（４）で換算することにより、求めることができる。したがって、記憶すべきデータ量を低減することができる。

こうして求められた目標リフト量に従うリフト量が実現されるよう、ＥＣＵ１０は、可変リフト機構３２（図１）を制御する。

次に、図３〜図１０を参照して、本発明の一実施形態に従う、制御フローを説明する。これらの制御フローは、ＥＣＵ１０のＣＰＵにより、所定の時間間隔で実行される。

図３は、図２の（ａ）の形態に従う、吸入空気量を算出するプロセスのフローである。具体的には、基準吸気量算出部６１および密度補正部６２により実行される。

この実施例では、吸気量マップ７０は、エンジン回転数およびリフト量に応じて吸入空気量マップ値が設定されたマップを、ゲージ圧の複数の値に対応して複数有している。この実施例では、ゲージ圧の値が３個あり、ステップＳ１０１において、検出されたリフト量ＬＦＴおよび回転数ＮＥに基づいて、第１〜第３のゲージ圧にそれぞれ対応して設けられた３つの吸気量マップを選択する。

図４（ａ）は、一例として、検出されたリフト量に対応して設けられた３つの吸入空気量マップＧＡＩＲＬＣ１、ＧＡＩＲＬＣ２、ＧＡＩＲＬＣ３を示す。これら３つのマップは、図４（ｂ）に示すように、それぞれ、第１、第２および第３のゲージ圧ＰＢＧＭ１、ＰＢＧＭ２およびＰＢＧＭ３に対応して設けられている。回転数が大きいほど、吸入空気量（１サイクルあたりで表される）は減少する。また、ゲージ圧の大きさ（絶対値）が小さいほど、吸入空気量は増大する。

ステップＳ１０３において、検出されたゲージ圧ＰＢＧＡに応じて、マップＧＡＩＲＬＣ１〜３に補間計算を適用する。図４（ｂ）を参照すると、たとえば、検出されたゲージ圧ＰＢＧＡが、ＰＢＧＡ１であるとき、これは、第２のゲージ圧ＰＢＧＭ２と第３のゲージ圧ＰＢＧＭ３の間にある。したがって、ゲージ圧ＰＢＧＡ１に対応するマップは、破線で示されるＧＡＩＲＬＣ４と求められ、検出された回転数ＮＥがＮＥ１であるときには、マップ値Ｍ１が求められる。

さらに、３つの吸入空気量マップは、複数の位相のそれぞれに対応して設けられている。すなわち、図４の（ａ）の例でいえば、ＧＡＩＲＬＣ１〜３からなる一組のマップは、第１、第２および第３の位相ＣＡＩＮＭ１〜３のそれぞれについて設けられている。

したがって、第１〜第３の位相のそれぞれについて、ステップＳ１０３が行われる。前述したマップＧＡＩＲＬＣ４が、第１の位相ＣＡＩＮＭについて求められたものだとすると、同様に、第２および第３の位相ＣＡＩＮＭ２およびＣＡＩＮＭ３について、それぞれ、マップＧＡＩＲＬＣ５およびＧＡＩＲＬＣ６が求められる。

ステップＳ１０５において、検出された位相ＣＡＩＮに応じて、マップＧＡＩＲＬＣ４〜６に補間計算を適用する。図４の（ｃ）には、ＧＡＩＲＬＣ４〜６の一例が示されており、それぞれ、第１〜第３の位相ＣＡＩＮＭ１〜３に対応している。位相が遅角方向に進むほど、オーバーラップ量が小さくなり、よって吸入空気量は増大する。

たとえば、検出された位相ＣＡＩＮがＣＡＩＮ１であるとすると、これは、第３の位相ＣＡＩＮＭ３と第２の位相ＣＡＩＮＭ２の間にある。したがって、位相ＣＡＩＮ１に対応するマップは、破線で示されるＧＡＩＲＬＣ７と求められ、回転数ＮＥがＮＥ１であるときには、マップ値Ｍ２が求められる。このマップ値Ｍ２が、基準吸入空気量ＧＡＩＲＬＭを表す。

ステップＳ１０７において、前述した式（２）に従い、基準吸入空気量ＧＡＩＲＬＭに密度補正を行い、吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＦを算出する。

なお、図４の（ａ）に示すように、ＧＡＩＲＬＣ１等のマップは、いくつかの回転数値に応じた吸気量値のみをマップ値として有するようにし、検出された回転数ＮＥに対応する吸気量値を、補間計算によって求めるようにしてもよい。たとえば、ＧＡＩＲＬＣ１において、黒丸として示される吸気量値のみをマップ上に有し、或る黒丸と他の黒丸との間の吸気量値については、補間計算により算出するようにしてもよい。このことは、以下に示すマップについても、同様に当てはまる。

図５は、図２の（ａ）の形態に従う、燃料噴射量を算出するプロセスのフローである。該プロセスは、具体的には、燃料噴射量算出部６３により実行される。

ステップＳ１１１において、図３のステップＳ１０７で算出された吸入空気量ＧＡＩＲＬＭＦに基づいて、燃料噴射量マップを参照し、燃焼噴射量を求める。該マップの一例が、図６に示されている。これは、所望の空燃比（たとえば、理論空燃比）を前提としたマップを示す。吸入空気量が大きくなるほど、燃料噴射量は増大される。

図７は、図２の（ｂ）の形態に従う、点火時期を算出するプロセスのフローである。具体的には、基準点火時期算出部６５、点火時期補正量算出部６６および点火時期算出部６７により実行される。

この実施例では、点火時期マップ７２は、エンジン回転数およびリフト量に応じて点火時期マップ値が設定されたマップを、ゲージ圧の複数の値に対応して複数有している。この実施例では、ゲージ圧の値が５個あり、ステップＳ１２１において、検出された吸気バルブのリフト量およびエンジン回転数に基づいて、第１〜第５のゲージ圧にそれぞれ対応して設けられた５つの点火時期マップを選択する。

図８（ａ）は、一例として、検出されたリフト量に対応して設けられた５つの点火時期マップＩＧＭＰ１〜ＩＧＭＰ５を示す。これら５つのマップは、図８（ｂ）に示すように、それぞれ、第１〜第５のゲージ圧ＰＢＧＭ１〜ＰＢＧＭ５に対応して設けられている。この実施例では、回転数が大きいほど、点火時期は遅角方向に進み、ゲージ圧の大きさ（絶対値）が小さいほど、点火時期は進角方向に進む。なお、これらのマップは一例であり、点火時期をどちら方向にどれくらい制御するかについては、任意な適切な手法で設定されることができ、たとえば内燃機関の運転状態および（または）制御形態によって変更されることができる。

ステップＳ１２３において、検出されたゲージ圧ＰＢＧＡに応じて、マップＩＧＭＰ１〜５に補間計算を適用する。図８（ｂ）を参照すると、たとえば、検出されたゲージ圧ＰＢＧＡが、ＰＢＧＡ１であるとき、これは、第２のゲージ圧ＰＢＧＭ２と第３のゲージ圧ＰＢＧＭ３の間にある。したがって、ゲージ圧ＰＢＧＡ１に対応するマップは、破線で示されるＩＧＭＰ６と求められ、回転数ＮＥがＮＥ１であるときには、マップ値Ｍ３が求められる。

さらに、５つの点火時期マップは、複数の位相のそれぞれに対応して設けられている。すなわち、図８の（ａ）の例でいえば、ＩＧＭＰ１〜５からなる一組のマップは、第１〜第５の位相ＣＡＩＮＭ１〜５のそれぞれについて設けられている。

したがって、第１〜第５の位相のそれぞれについて、ステップＳ１２３が行われる。前述したマップＩＧＭＰ６が、第１の位相ＣＡＩＮＭ１について求められたものだとすると、同様に、第２〜第５の位相ＣＡＩＮＭ２〜ＣＡＩＮＭ５について、それぞれ、ＩＧＭＰ７〜ＩＧＭＰ１０が求められる。

ステップＳ１２５において、検出された吸気バルブの位相ＣＡＩＮに応じて、マップＩＧＭＰ６〜１０に補間計算を適用する。図８の（ｃ）には、ＩＧＭＰ６〜１０の一例が示されており、それぞれ、第１〜第５の位相ＣＡＩＮＭ１〜ＣＡＩＮＭ５に対応している。位相が進角方向に進むほど、点火時期は進角方向に進む。

たとえば、検出された位相ＣＡＩＮがＣＡＩＮ１であるとすると、これは、第１の位相ＣＡＩＮＭ１と第２の位相ＣＡＩＮＭ２の間にある。したがって、位相ＣＡＩＮ１に対応するマップは、破線で示されるＩＧＭＰ１１と求められ、回転数ＮＥがＮＥ１であるときには、マップ値Ｍ４が求められる。このマップ値Ｍ４が、基準点火時期ＩＧＭＡＰＸを表す。

この実施例では、点火時期補正量マップ７３は、エンジン回転数および大気圧に応じて点火時期補正量マップ値が設定されたマップを、ゲージ圧の複数の値に対応して複数有している。この実施例では、ゲージ圧の値が５個あり、ステップＳ１２７において、検出されたエンジン回転数および大気圧に基づいて、第１〜第５のゲージ圧にそれぞれ対応して設けられた５つの点火時期マップを選択する。

図８（ｅ）は、一例として、検出された大気圧に対応して設けられた５つの点火時期補正量マップＤＩＧＭＰ１〜ＤＩＧＭＰ５を示す。これら５つのマップは、それぞれ、図８（ｆ）に示すように、それぞれ、第１〜第５のゲージ圧ＰＢＧＭ１〜ＰＢＧＭ５に対応して設けられている。回転数が大きいほど、点火時期を補正する補正量は減少する。また、ゲージ圧の絶対値が小さいほど、該補正量は増やされる。

ステップＳ１２９において、検出されたゲージ圧ＰＢＧＡに応じて、マップＤＩＧＭＰ１〜５に補間計算を適用する。図８（ｆ）を参照すると、たとえば、検出されたゲージ圧ＰＢＧＡが、ＰＢＧＡ１であるとき、これは、第２のゲージ圧ＰＢＧＭ２と第３のゲージ圧ＰＢＧＭ３の間にある。したがって、ゲージ圧ＰＢＧＡ１に対応するマップは、破線で示されるＤＩＧＭＰ６と求められ、回転数ＮＥがＮＥ１であるときには、マップ値Ｍ５が求められる。このマップ値Ｍ５が、点火時期補正量を表す。

ステップＳ１３１において、ステップＳ１２９で求めた点火時期補正量ＤＩＧを、ステップＳ１２５で求めた基準点火時期ＩＧＭＰＸに加算し、点火時期ＩＧＭＡＰを算出する。

図９は、図２の（ｃ）の形態に従う、目標リフト量を算出するプロセスのフローである。具体的には、密度補正部６８および目標リフト算出部６９により実行される。

ステップＳ１５２において、前述した式（４）に従い、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＡに密度補正を行い、基準要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＥＮＳを算出する。

吸気量マップ７０は、図４を参照して説明したものと同じマップを用いることができる。前述したように、吸気量マップ７０は、エンジン回転数およびリフト量に応じて吸入空気量マップ値が設定されたマップを、ゲージ圧の複数の値に対応して複数有している。これは、言い方を変えれば、エンジン回転数および吸入空気量に応じてリフト量マップ値が設定されたマップを、ゲージ圧の複数の値に対応して複数有していることとなる。すなわち、図４のフローでは、吸気量マップ７０を、検出されたリフト量をキーとして吸入空気量を求めたのに対し、ここのフローでは、算出された基準要求吸入空気量をキーとしてリフト量を求める（マップを逆方向に検索する）。

前述したように、この制御形態は、ゲージ圧を一定に維持する一定負圧制御に基づいているので、ゲージ圧は予め決まっている。したがって、ステップＳ１５３において、基準要求吸入空気量および回転数に基づいて、複数のゲージ圧に対応して設けられた複数の吸気量マップのうち、該一定に制御されているゲージ圧に対応するマップ（ここでは、リフト量マップと呼ぶ）を選択する。

さらに、該選択されたリフト量マップは、図４を参照して説明したように、複数の位相のそれぞれに対応して設けられている。ここで図１０を参照すると、一例として、ステップＳ１５３において選択されたリフト量マップＬＣＭＤ１〜３が示されており、これら３つのマップは、それぞれ、第１〜第３の位相ＣＡＩＮＭ１〜ＣＡＩＮＭ３に対応して設けられている。回転数が大きいほど、目標リフト量は増加する。また、位相が進角方向に進むほど、目標リフト量は大きくなる。

ステップＳ１５５において、検出された吸気バルブの位相ＣＡＩＮに応じて、リフト量マップＬＣＭＤ１〜３に補間計算を適用する。たとえば、検出された位相ＣＡＩＮがＣＡＩＮ１であるとすると、これは、第１の位相ＣＡＩＮＭ１と第２の位相ＣＡＩＮＭ２の間にある。したがって、位相ＣＡＩＮ１に対応するマップは、破線で示されるＬＣＭＤ４と求められ、回転数ＮＥがＮＥ１であるときには、マップ値Ｍ７が求められる。このマップ値Ｍ７が、目標リフト量ＬＦＴ＿ＣＭＤを表す。

なお、これまで説明してきたマップは一例であり、本願発明は、これに限定されるわけではない。たとえば、図４のマップでは、ゲージ圧および位相の個数はそれぞれ３個であり、図８のマップでは、ゲージ圧および位相の個数はそれぞれ５個であり、図１０のマップでは、位相の個数は３個であるが、これらの個数に限定されない。

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。

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制御装置の機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、吸入空気量を算出するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、吸気量マップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、燃料噴射量を算出するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、燃料噴射量マップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、点火時期を算出するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、点火時期マップおよび点火時期補正量マップを示す図。 本発明の一実施形態に従う、目標リフト量を算出するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、リフト量マップを示す図。

符号の説明

１０ ECU
１４ 吸気バルブ
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 (4)

1. 内燃機関の吸気バルブのリフト量および位相を調節して吸入空気量を制御する可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
   所定の基準大気圧および基準吸気温度の基準状態下における内燃機関の回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブのリフト量、吸気バルブの位相、および吸入空気量の相関を表す吸気量マップを記憶する記憶手段と、
   現在の回転数、現在の吸気管のゲージ圧、現在の吸気バルブのリフト量、および現在の吸気バルブの位相に基づいて前記吸気量マップを参照することにより、前記基準状態下における吸入空気量を、基準吸入空気量として求める基準吸入空気量算出手段と、
   現在のゲージ圧、現在の大気圧および現在の吸気温度の状態下の空気密度と前記基準状態下の空気密度の比によって前記基準吸入空気量を補正し、現在の状態における吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
   を備える、制御装置。
2. さらに、前記吸入空気量算出手段によって算出された吸入空気量に基づいて、燃料噴射量を求める手段を備える、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記吸気管のゲージ圧を一定にする制御が実行されている状態において、要求吸入空気量を、現在のゲージ圧、現在の大気圧および現在の吸気温度の状態下の空気密度と、前記基準状態下の空気密度との比によって補正し、該基準状態下の基準吸入空気量を算出する手段と、
   現在の回転数、現在の位相、および前記算出された基準吸入空気量に基づいて、前記一定に制御されるゲージ圧に対応する前記吸気量マップを参照し、前記吸気バルブのリフト量を求める手段と、
   前記求めた吸気バルブのリフト量に従って、前記吸気バルブを制御する手段と、
   を備える、請求項１または２に記載の制御装置。
4. 内燃機関の吸気バルブのリフト量および位相を調節して吸入空気量を制御する可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
   所定の基準大気圧の基準状態下における内燃機関の回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブのリフト量、吸気バルブの位相、および点火時期の相関を表す点火時期マップを記憶する記憶手段と、
   現在の回転数、現在の吸気管のゲージ圧、現在の吸気バルブのリフト量、および現在の吸気バルブの位相に基づいて前記点火時期マップを参照し、前記基準状態下における点火時期を求める基準点火時期算出手段と、
   大気圧、エンジン回転数、ゲージ圧、および点火時期補正量の相関を表す補正量マップを、現在の大気圧、現在のエンジン回転数、および現在のゲージ圧に基づいて参照することにより、点火時期補正量を求める手段と、
   前記点火時期補正量で前記基準点火時期を補正して、点火時期を算出する手段と、
   を備える制御装置。

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