内燃機関の制御装置
【課題】 内燃機関のアイドル状態における吸入空気量をより適切に制御し、機関回転数を目標回転数に安定的に維持することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが比較的小さいゲージ圧制御領域では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに設定される。アイドル運転状態において、機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＯＢＪと一致するように要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを補正する回転数フィードバック制御が実行されるとともに、吸気ゲージ圧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を制御する吸気圧フィードバック制御が実行される。下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度が低下するように制御される。
【解決手段】 要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが比較的小さいゲージ圧制御領域では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに設定される。アイドル運転状態において、機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＯＢＪと一致するように要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを補正する回転数フィードバック制御が実行されるとともに、吸気ゲージ圧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を制御する吸気圧フィードバック制御が実行される。下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度が低下するように制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に吸気弁の最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構を備える内燃機関の吸入空気量制御を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、吸気弁の最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構と、スロットル弁とを備える内燃機関のアイドル回転数制御装置が示されている。この装置によれば、アイドル状態において、スロットル弁の開度を制御することにより、機関回転数を目標回転数に一致させるフィードバック制御が行われ、その際、吸気弁の最大リフト量に応じてフィードバック制御の制御ゲインが補正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３９９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の制御装置では、機関回転数を目標回転数に一致させる回転数フィードバック制御が行われるが、アイドル状態で機関に吸入される空気量は、吸気圧（スロットル弁下流側の吸気管内圧力）に依存して変化する。したがって、機関回転数を目標回転数に安定的に維持するためには、上記回転数フィードバック制御とともに、吸気圧を目標吸気圧にフィードバック制御する吸気圧フィードバック制御を実行し、さらに吸気弁の最大リフト量の設定を考慮したスロットル弁開度制御を行うことが望ましい。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関のアイドル状態における吸入空気量をより適切に制御し、機関回転数を目標回転数に安定的に維持することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構（４１）と、前記機関の吸入空気量を制御するスロットル弁（３）とを備える内燃機関の制御装置において、前記吸気弁の下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）を算出する下限リフト量算出手段と、前記機関の要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する要求吸入空気量算出手段と、前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）に応じて前記吸気弁の最大リフト量（ＬＦＴ）を制御するリフト量制御手段と、前記機関の運転状態に応じて前記吸気弁の最大リフト量（ＬＦＴ）を前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）に制限するリフト量制限手段と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する機関回転数検出手段と、前記機関のアイドル運転状態において、検出される機関回転数（ＮＥ）が目標回転数（ＮＯＢＪ）と一致するように前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を補正する回転数フィードバック制御を実行する回転数フィードバック制御手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＧＡ）を検出する吸気圧検出手段と、検出される吸気圧（ＰＢＧＡ）と目標吸気圧（ＰＢＧＡＣＭＤ）との偏差である吸気圧偏差（ＤＰＢＧＡ）、及び前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）に応じて、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を制御するスロットル弁開度制御手段とを備え、前記スロットル弁開度制御手段は、前記吸気圧偏差（ＤＰＢＧＡ）を「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御を実行する吸気圧フィードバック制御手段と、前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）に応じて変更する応答速度変更手段とを備え、前記応答速度変更手段は、前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）が増加するほど前記前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）が最小値に設定されているときにおける、前記吸気圧フィードバック制御の応答速度は、前記回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記リフト量制限手段は、前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）が設定空気量（ＧＡＰＢＰＡＲＸ）以下となる機関運転状態では、前記吸気弁の最大リフト量（ＬＦＴ）を前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）に設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記吸気圧偏差（ＤＰＢＧＡ）、及び前記吸気圧偏差の過去値（ＤＰＢＧＡ(k-1)）に設定係数（ＶＰＯＬＥＰＢ）を乗算した値を用いて、切換関数値（σ(k)）を算出する切換関数値算出手段を備え、前記切換関数値（σ(k)）及び所定ゲイン（ＫＲＣＨ，ＫＡＤＰ）を用いて、前記吸気圧フィードバック制御を実行し、前記応答速度変更手段は、前記設定係数（ＶＰＯＬＥＰＢ）を変更することにより前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）が所定閾値（ＬＦＴＭＩＮＴＨ）以上であるときは、前記吸気圧フィードバック制御を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、機関の要求吸入空気量が算出され、要求吸入空気量に応じて吸気弁の最大リフト量が制御されるとともに、機関の運転状態に応じて吸気弁の最大リフト量が下限リフト量に制限される。そして機関のアイドル運転状態において、検出される機関回転数が目標回転数と一致するように要求吸入空気量を補正する回転数フィードバック制御が実行されるとともに、検出される吸気圧と目標吸気圧との偏差である吸気圧偏差、及び要求吸入空気量に応じて、スロットル弁の開度が制御され、吸気圧偏差を「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御が実行される。このとき、吸気弁の下限リフト量が増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度が低下するように制御される。吸気弁の下限リフト量が増加すると、スロットル弁開度の変化に対する吸入空気量の変化感度が増加するので、下限リフト量が増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることにより、回転数フィードバック制御と吸気圧フィードバック制御の干渉を防止し、２つのフィードバック制御の収束性を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、下限リフト量が最小値に設定されているときにおける吸気圧フィードバック制御の応答速度が、回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されるので、回転数フィードバック制御が吸気圧フィードバック制御より優先され、２つのフィードバック制御の干渉を確実に回避することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、要求吸入空気量が設定空気量以下となる機関運転状態では、吸気弁の最大リフト量が下限リフト量に設定される。設定空気量を適切に設定することにより、アイドル運転状態より若干吸入空気量が大きい運転状態においても、下限リフト量に応じて適切な吸気圧フィードバック制御を実行することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、吸気圧偏差、及び吸気圧偏差の過去値に設定係数を乗算した値を用いて、切換関数値が算出され、切換関数値及び所定ゲインを用いて、吸気圧フィードバック制御が実行され、設定係数を変更することにより吸気圧フィードバック制御の応答速度が変更される。通常のＰＩ（比例積分）制御では、比例項ゲインと積分項ゲインを両者のバランスを考慮しつつ変更することにより、フィードバック制御の応答速度の変更を行う必要がある。そのため、応答速度の変更のために複数の比例項ゲイン及び積分項ゲインが設定されたマップを予め用意しておく必要がある。これに対し、切換関数値を用いるフィードバック制御では、切換関数値の算出に適用される設定係数を変更することにより、応答速度を容易に変更することができるので、ＰＩ制御によるフィードバック制御に比べて、ゲイン設定のための工数やメモリに格納すべきデータ量を低減することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、下限リフト量が所定閾値以上であるときは、吸気圧フィードバック制御が停止される。吸気弁の下限リフト量が大きい状態では、スロットル弁開度を変更することによる吸気圧の変化感度が増加し、制御の不安定化を招き易くなる。よって、吸気圧フィードバック制御を停止させることにより、制御の不安定化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】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３】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。
【図４】吸気弁の弁作動特性を示す図である。
【図５】本実施形態における制御の概要を説明するための図である。
【図６】要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図７】ゲージ圧制御領域において吸気弁の目標リフト量を算出する処理のフローチャートである。
【図８】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９】図７または図８の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１０】目標スロットル弁開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１１】図１０の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１２】応答速度設定パラメータ（ＶＰＯＬＥＰＢ）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、吸気弁の弁リフト量（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とを有する弁作動特性可変装置４０を備えている。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。
【００１８】
エンジン１の吸気管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。
【００１９】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない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。
【００２０】
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。
【００２１】
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３０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。
【００２２】
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。
【００２３】
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ＬＦＴ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の上限リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。
【００２７】
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からリフト量ＬＦＴが算出される。
【００２８】
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２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ３及びＬ４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Ｌ１，Ｌ２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ５，Ｌ６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。
【００２９】
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に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００３０】
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、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、並びにモータ４３及び電磁弁４４による弁作動特性（吸入空気量）の制御を行う。より具体的には、主としてアクセルペダル操作量ＡＰに応じてエンジン１の要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、吸入空気量ＧＡＩＲが要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと一致するように、スロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤ及び吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが算出される。そして、スロットル弁開度ＴＨ及び吸気弁リフト量ＬＦＴが、それぞれ目標開度ＴＨＣＭＤ及び吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤと一致するようにアクチュエータ７及びモータ４３が駆動される。
【００３１】
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）は、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの関係を示し、図５（ｂ）は、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤの関係を示す。
【００３２】
要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ以下となる運転状態では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに維持され、吸気ゲージ圧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」という。
【００３３】
また要求吸入空気量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。
【００３４】
ゲージ圧制御領域では、要求吸入空気量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ＲＧＰは、傾きを示す傾きパラメータであり、ＰＢＡＧＡ０は図５（ａ）に示すように要求吸入空気量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＝ＲＧＰ×ＧＡＩＲＣＭＤ＋ＰＢＧＡ０ （１）
【００３５】
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、ゲージ圧制御領域に対応する。
【００３６】
また本実施形態では、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮは、大気圧ＰＡが低下するほど増加するように変更される。下限リフト量ＬＦＴＭＩＮの変更により、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標リフト量ＬＦＴＣＭＤとの関係は、図５（ｂ）に破線で示すように変化する。
【００３７】
図６は、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤ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ＴＣＡＬ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００３８】
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に応じて基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢを算出する。基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢは、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。ステップＳ１２ではアイドルフラグＦＩＤＬが「１」であるか否かを判別する。アイドルフラグＦＩＤＬは、エンジン１がアイドル運転状態にあるとき「１」に設定される。この答が否定（ＮＯ）であるときは、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢに設定する（ステップＳ１３）。
【００３９】
ステップＳ１２でＦＩＤＬ＝１であって、エンジン１がアイドル運転状態にあるときは、エンジン回転数ＮＥ及びアイドル運転状態における目標回転数ＮＯＢＪを下記式（２）に適用し、回転数偏差ＤＮＥを算出する。
ＤＮＥ＝ＮＥ−ＮＯＢＪ （２）
【００４０】
ステップＳ１５では、回転数偏差ＤＮＥを下記式（３）に適用し、回転数偏差積算値ＩＤＮＥを算出する。式（３）の「ｋ」は、本処理の実行周期で離散化した離散化時刻である。なお、今回値であることをしめす(k)は通常は省略されている。ＩＤＮＥ(k-1)は前回算出値である。
ＩＤＮＥ＝ＩＤＮＥ(k-1)＋ＤＮＥ （３）
【００４１】
ステップＳ１６では、回転数偏差ＤＮＥ及び回転数偏差積算値ＩＤＮＥを下記式（４）に適用し、回転数フィードバック補正項ＧＡＩＲＣＭＤＦＢを算出する。式（４）のＫＰは例えば「０．３」に設定される比例項ゲインであり、ＫＩは例えば「０．０１」に設定される積分項ゲインである。
ＧＡＩＲＣＭＤＦＢ＝ＫＰ×ＤＮＥ＋ＫＩ×ＩＤＮＥ （４）
【００４２】
ステップＳ１７では、基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢに回転数フィードバック補正項ＧＡＩＲＣＭＤＦＢを加算することにより（下記式（５））、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。
ＧＡＩＲＣＭＤ＝ＧＡＩＲＣＭＤＢ＋ＧＡＩＲＣＭＤＦＢ （５）
【００４３】
図７は、ゲージ圧制御領域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り、この処理はＴＤＣパルスの発生に同期してＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００４４】
ステップＳ２１では、下記式（１１）及び（１２）により、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを補正し、第１補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡ及び第２補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを算出する。基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、ゲージ圧制御領域において目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを設定するために、例えばエンジン冷却水温ＴＷに応じて設定される吸入空気量である。下記式のＰＡＳＴＤ及びＴＡＳＴＤは、所定基準状態にお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。
【数１】
式（１１）は大気圧ＰＡに応じてた補正を行うものであり、式（１２）は大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに応じた補正を行うものである。これらの補正は、大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに依存して空気密度が変化することを考慮して行われる。
【００４５】
ステップＳ２２では、目標回転数ＮＯＢＪ及び基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに応じて、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤ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、及び複数の所定吸気ゲージ圧に対応して、要求吸入空気量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Ｓ２２では、例えば図９（ａ）に示すように設定された、目標回転数ＮＯＢＪ、吸気弁の基準作動位相（最遅角位相）ＣＡＩＮＳＴＤ、及び基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに対応するテーブルを選択し、その選択したテーブルを基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに応じて検索し、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤを算出する。
【００４６】
ステップＳ２３では、第１補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに応じて、図９（ａ）に示すＬＦＴＣＭＤテーブルを検索し、第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡを算出する。第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡは、後述する目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤの算出に適用される。
【００４７】
ステップＳ２４では、第２補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに応じて、図９（ａ）に示すＬＦＴＣＭＤテーブルを検索し、第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡを算出する。第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡは、吸気弁のリフト量制御（図示せず）に適用され、実際のリフト量ＬＦＴが第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡと一致するように、モータ４３が制御される。
【００４８】
リフト量制御に第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡが適用され、大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに応じた制御が行われるため、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを吸気温ＴＡに応じて変更する必要がない。よって、大気圧ＰＡに応じた補正のみが行われた第１補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに対応する第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡが、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤの算出に適用される。
【００４９】
図８は、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ＴＣＡＬ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及び吸気弁作動位相ＣＡＩＮ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、第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡ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９（ｂ）において、実線Ｌ１１で示されている。
【００５０】
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−６６．７ｋＰａ（−５００ｍｍＨｇ））に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡ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９（ｂ）において、破線Ｌ１２で示されている。
【００５１】
ステップＳ３３では、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤに応じて境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを算出する。具体的には、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に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤに応じて、選択したＬＦＴＣＭＤテーブルを逆検索することにより、境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを算出する。
【００５２】
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（１３）に適用し、前記式（１）の傾きパラメータＲＧＰを算出するとともに、算出した傾きパラメータＲＧＰ、境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ、及び基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤを下記式（１４）に適用し、切片パラメータＰＢＧＡ０を算出する。
ＲＧＰ＝（ＰＢＧＡＳＴＤ−ＰＢＧＡＲＬ）／（ＧＡＩＲ１−ＧＡＩＲ２）
（１３）
ＰＢＧＡ０＝ＰＢＧＡＳＴＤ−ＲＧＰ×ＧＡＰＢＰＡＲＸ （１４）
【００５３】
ステップＳ３５では、算出された傾きパラメータＲＧＰ及び切片パラメータＰＢＧＡ０と、要求吸入空気量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、算出した目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤが基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤを超えないようにリミット処理を行う。
【００５４】
図１０は、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤ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ＴＣＡＬ毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００５５】
ステップＳ４１では、吸気圧フィードバック制御許可フラグＦＰＢＧＡＦＢが「１」であるか否かを判別する。吸気圧フィードバック制御許可フラグＦＰＢＧＡＦＢは、吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが所定閾値ＬＦＴＭＩＮＴＨ（例えば、５ｍｍ）より小さい時「１」に設定される。
【００５６】
ステップＳ４１の答が否定（ＮＯ）、すなわち下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが所定閾値ＬＦＴＭＩＮＴＨ以上であるときは、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤを「０」に設定し（ステップＳ４２）、ステップＳ４８に進む。
【００５７】
ステップＳ４１でＦＰＢＧＡＦＢ＝１であるときは、吸気ゲージ圧ＰＢＧＡ及び目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを下記式（２１）に適用し、吸気圧偏差ＤＰＢＧＡを算出する（ステップＳ４３）。
ＤＰＢＧＡ＝ＰＢＧＡ−ＰＢＧＡＣＭＤ （２１）
【００５８】
ステップＳ４４では、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて図１１（ａ）に示すＶＰＯＬＥＰＢテーブルを検索し、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを算出する。ＶＰＯＬＥＰＢテーブルは、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが「−１」より大きく「０」より小さい範囲において、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが減少するように設定されている。応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢは、後述するスライディングモード制御における制御偏差である吸気圧偏差ＤＰＢＧＡの、時間変化に対する減衰特性（応答速度）を指定するパラメータであり、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが減少するほど、スライディングモード制御の応答速度が低下する。
【００５９】
図１２は、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢと、吸気圧偏差ＤＰＢＧＡの減衰特性との関係を示すタイムチャートであり、実線Ｌ２０は、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが「−１」であるときの特性を示す。また実線Ｌ２１〜Ｌ２３は、それぞれ応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが所定値ＶＰＬ１，ＶＰＬ２，ＶＰＬ３に設定されたときの特性を示し、ー１＜ＶＰＬ１＜ＶＰＬ２＜ＶＰＬ３＜０なる関係が成立する。
【００６０】
本実施形態では、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが最小値に設定されたときの応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢの値、すなわち図１１（ａ）に示す所定パラメータ値ＶＰＯＬＥＰＢ０（応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢの最大値）は、吸気圧フィードバック制御の応答速度が回転数フィードバック制御の応答速度より低くなるように設定されている。
【００６１】
ステップＳ４５では、下記式（２２）により、切換関数値σ(k)を算出する。
σ(k)＝ＤＰＢＧＡ(k)＋ＶＰＯＬＥＰＢ×ＤＰＢＧＡ(k-1) （２２）
ステップＳ４６では、下記式（２３）により切換関数値σ(k)を積算し、積算切換関数値Ｉσを算出する。
Ｉσ＝Ｉσ(k-1)＋σ(k) （２３）
【００６２】
ステップＳ４７では、切換関数値σ(k)及び積算切換関数値Ｉσを下記式（２４）に適用し、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤを算出する。式（２）のＫＲＣＨは例えば「０．３」に設定される到達則ゲインであり、ＫＡＤＰは例えば「０．０１」に設定される適応則ゲインである。
ＤＴＨＤＥＧＳＬＤ＝ＫＲＣＨ×σ(k)＋ＫＡＤＰ×Ｉσ （２４）
【００６３】
ステップＳ４８では、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて図１１（ｂ）に示すＡＢＡＳＥテーブルを検索し、スロットル弁３の基本開口面積ＡＢＡＳＥを算出する。ステップＳ４９では、基本開口面積ＡＢＡＳＥを下記式（２５）に適用し、基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢを算出する。
【数２】
【００６４】
なお、基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢは、吸気温ＴＡ、吸気管開口面積、及び吸気管径に応じた補正係数により補正するようにしてもよい。要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤから基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢを算出する手法は、特開２００８−１９６４７４号公報に示されている。
【００６５】
ステップＳ５０では、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤ及び基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢを下記式（２６）に適用し、スロットル弁３の目標開口面積ＡＴＨＣＭＤを算出する。
ＡＴＨＣＭＤ＝ＡＴＨＣＭＤＢ＋ＤＴＨＤＥＧＳＬＤ （２６）
【００６６】
ステップＳ５１では、目標開口面積ＡＴＨＣＭＤに応じて図１１（ｃ）に示すＴＨＣＭＤテーブルを検索し、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを算出する。
【００６７】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤと一致するように、アクチュエータ７の駆動制御を行う。したがって、上述した回転数フィードバック制御及び吸気圧フィードバック制御を並行して実行することによるスロットル弁開度制御が行われる。
【００６８】
以上詳述したように本実施形態では、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが算出されるとともに、ゲージ圧制御領域では、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに設定される。そしてエンジンのアイドル運転状態において、検出されるエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＯＢＪと一致するように算出される回転数フィードバック補正項ＧＡＩＲＣＭＤＦＢを用いて回転数フィードバック制御が実行されるとともに、検出される吸気ゲージ圧ＰＢＧＡと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの偏差である吸気圧偏差ＤＰＢＧＡ、及び要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて、スロットル弁の開度ＴＨが制御され、吸気圧偏差ＤＰＢＧＡを「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御が実行される。このとき、吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが減少するように設定され、吸気圧フィードバック制御の応答速度が低下するように制御される。吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加すると、スロットル弁開度ＴＨの変化に対する吸入空気量ＧＡＩＲの変化感度が増加するので、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることにより、回転数フィードバック制御と吸気圧フィードバック制御の干渉を防止し、２つのフィードバック制御の収束性を向上させることができる。
【００６９】
また下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが最小値に設定されているときにおける吸気圧フィードバック制御の応答速度、すなわち吸気圧フィードバック制御応答速度の最大値は、回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されるので、回転数フィードバック制御が吸気圧フィードバック制御より常に優先され、２つのフィードバック制御の干渉を確実に回避することができる。
【００７０】
また要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ以下となるゲージ圧制御領域では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに設定される。境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを適切に設定することにより、アイドル運転状態より若干吸入空気量が大きい運転状態（エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪに一致させるフィードバック制御を行わない運転状態）においても、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて適切な吸気圧フィードバック制御を実行することができる。
【００７１】
また吸気圧偏差ＤＰＢＧＡ、及び吸気圧偏差の過去値ＤＰＢＧＡ(k-1)に応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを乗算した値を用いて、切換関数値σ(k)が算出され、切換関数値σ(k)及び制御ゲインＫＲＣＨ、ＫＡＤＰを用いて、吸気圧フィードバック制御が実行され、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを変更することにより吸気圧フィードバック制御の応答速度が変更される。通常のＰＩ（比例積分）制御では、比例項ゲインと積分項ゲインを両者のバランスを考慮しつつ変更することにより、フィードバック制御の応答速度の変更を行う必要がある。そのため、応答速度の変更のために複数の比例項ゲイン及び積分項ゲインが設定されたマップを予め用意しておく必要がある。これに対し、切換関数値σ(k)を用いるスライディングモード制御では、切換関数値σ(k)の算出に適用される応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを変更することにより、応答速度を容易に変更することができるので、ＰＩ制御によるフィードバック制御に比べて、ゲイン設定のための工数やメモリに格納すべきデータ量を低減することができる。
【００７２】
また下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが所定閾値ＬＦＴＭＩＮＴＨ以上であるときは、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤが「０」に設定され（図１０，ステップＳ４２）、吸気圧フィードバック制御が停止される。吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが大きい状態では、スロットル弁開度ＴＨを変更することによる吸気圧ＰＢＡの変化感度が増加し、制御の不安定化を招き易くなる。よって、吸気圧フィードバック制御を停止させることにより、制御の不安定化を回避することができる。
【００７３】
本実施形態では、クランク角度位置センサ１１及び吸気圧センサ８が、それぞれ機関回転数検出手段及び吸気圧検出手段に相当し、ＥＣＵ５及びモータ４３がリフト量制御手段を構成し、ＥＣＵ５及びアクチュエータ７がスロットル弁開度制御手段を構成する。さらにＥＣＵ５が、下限リフト量算出手段、要求吸入空気量算出手段、リフト量制限手段、回転数フィードバック制御手段、吸気圧フィードバック制御手段、応答速度変更手段、及び切換関数値算出手段を構成する。具体的には、図６の処理が要求吸入空気量算出手段に相当し、図８のステップＳ３１〜Ｓ３３がリフト量制限手段の一部に相当し、図６のステップＳ１４〜Ｓ１７が回転数フィードバック制御手段に相当する。また図１０のステップＳ４３〜Ｓ４７が吸気圧フィードバック制御手段に相当し、図１０のステップＳ４４が応答速度変更手段に相当し、ステップＳ４５が切換関数値算出手段に相当する。
【００７４】
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、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤは、検出される吸気ゲージ圧ＰＢＧＡを目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致させるように算出するようにしたが、吸気圧ＰＢＡを目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ（＝ＰＢＧＡＣＭＤ＋ＰＡ）と一致させるように算出するようにしてもよい。
【００７５】
また吸気圧フィードバック制御には、スライディングモード制御を適用するようにしたが、他の応答指定型制御であるバックステッピング制御を適用してもよい。また通常のＰＩ（比例積分）制御を適用してもよい。ただし、ＰＩ制御を適用する場合には、比例項ゲイン及び積分項ゲインをともに下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて変更することにより、応答速度を変更する必要がある。
【００７６】
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制御にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 内燃機関
２ 吸気管
３ スロットル弁
５ 電子制御ユニット（スロットル弁開度制御手段、リフト量制御手段、下限リフト量算出手段、要求吸入空気量算出手段、リフト量制限手段、回転数フィードバック制御手段、吸気圧フィードバック制御手段、応答速度変更手段、及び切換関数値算出手段）
７ アクチュエータ（スロットル弁開度制御手段）
８ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
９ 吸気温センサ
１１ クランク角度位置センサ（機関回転数検出手段）
３３ 大気圧センサ
４１ 弁作動特性可変機構（動弁機構）
４３ モータ（リフト量制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に吸気弁の最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構を備える内燃機関の吸入空気量制御を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、吸気弁の最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構と、スロットル弁とを備える内燃機関のアイドル回転数制御装置が示されている。この装置によれば、アイドル状態において、スロットル弁の開度を制御することにより、機関回転数を目標回転数に一致させるフィードバック制御が行われ、その際、吸気弁の最大リフト量に応じてフィードバック制御の制御ゲインが補正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３９９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の制御装置では、機関回転数を目標回転数に一致させる回転数フィードバック制御が行われるが、アイドル状態で機関に吸入される空気量は、吸気圧（スロットル弁下流側の吸気管内圧力）に依存して変化する。したがって、機関回転数を目標回転数に安定的に維持するためには、上記回転数フィードバック制御とともに、吸気圧を目標吸気圧にフィードバック制御する吸気圧フィードバック制御を実行し、さらに吸気弁の最大リフト量の設定を考慮したスロットル弁開度制御を行うことが望ましい。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関のアイドル状態における吸入空気量をより適切に制御し、機関回転数を目標回転数に安定的に維持することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構（４１）と、前記機関の吸入空気量を制御するスロットル弁（３）とを備える内燃機関の制御装置において、前記吸気弁の下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）を算出する下限リフト量算出手段と、前記機関の要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する要求吸入空気量算出手段と、前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）に応じて前記吸気弁の最大リフト量（ＬＦＴ）を制御するリフト量制御手段と、前記機関の運転状態に応じて前記吸気弁の最大リフト量（ＬＦＴ）を前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）に制限するリフト量制限手段と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する機関回転数検出手段と、前記機関のアイドル運転状態において、検出される機関回転数（ＮＥ）が目標回転数（ＮＯＢＪ）と一致するように前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を補正する回転数フィードバック制御を実行する回転数フィードバック制御手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＧＡ）を検出する吸気圧検出手段と、検出される吸気圧（ＰＢＧＡ）と目標吸気圧（ＰＢＧＡＣＭＤ）との偏差である吸気圧偏差（ＤＰＢＧＡ）、及び前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）に応じて、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を制御するスロットル弁開度制御手段とを備え、前記スロットル弁開度制御手段は、前記吸気圧偏差（ＤＰＢＧＡ）を「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御を実行する吸気圧フィードバック制御手段と、前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）に応じて変更する応答速度変更手段とを備え、前記応答速度変更手段は、前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）が増加するほど前記前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）が最小値に設定されているときにおける、前記吸気圧フィードバック制御の応答速度は、前記回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記リフト量制限手段は、前記要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）が設定空気量（ＧＡＰＢＰＡＲＸ）以下となる機関運転状態では、前記吸気弁の最大リフト量（ＬＦＴ）を前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）に設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記吸気圧偏差（ＤＰＢＧＡ）、及び前記吸気圧偏差の過去値（ＤＰＢＧＡ(k-1)）に設定係数（ＶＰＯＬＥＰＢ）を乗算した値を用いて、切換関数値（σ(k)）を算出する切換関数値算出手段を備え、前記切換関数値（σ(k)）及び所定ゲイン（ＫＲＣＨ，ＫＡＤＰ）を用いて、前記吸気圧フィードバック制御を実行し、前記応答速度変更手段は、前記設定係数（ＶＰＯＬＥＰＢ）を変更することにより前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記下限リフト量（ＬＦＴＭＩＮ）が所定閾値（ＬＦＴＭＩＮＴＨ）以上であるときは、前記吸気圧フィードバック制御を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、機関の要求吸入空気量が算出され、要求吸入空気量に応じて吸気弁の最大リフト量が制御されるとともに、機関の運転状態に応じて吸気弁の最大リフト量が下限リフト量に制限される。そして機関のアイドル運転状態において、検出される機関回転数が目標回転数と一致するように要求吸入空気量を補正する回転数フィードバック制御が実行されるとともに、検出される吸気圧と目標吸気圧との偏差である吸気圧偏差、及び要求吸入空気量に応じて、スロットル弁の開度が制御され、吸気圧偏差を「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御が実行される。このとき、吸気弁の下限リフト量が増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度が低下するように制御される。吸気弁の下限リフト量が増加すると、スロットル弁開度の変化に対する吸入空気量の変化感度が増加するので、下限リフト量が増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることにより、回転数フィードバック制御と吸気圧フィードバック制御の干渉を防止し、２つのフィードバック制御の収束性を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、下限リフト量が最小値に設定されているときにおける吸気圧フィードバック制御の応答速度が、回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されるので、回転数フィードバック制御が吸気圧フィードバック制御より優先され、２つのフィードバック制御の干渉を確実に回避することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、要求吸入空気量が設定空気量以下となる機関運転状態では、吸気弁の最大リフト量が下限リフト量に設定される。設定空気量を適切に設定することにより、アイドル運転状態より若干吸入空気量が大きい運転状態においても、下限リフト量に応じて適切な吸気圧フィードバック制御を実行することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、吸気圧偏差、及び吸気圧偏差の過去値に設定係数を乗算した値を用いて、切換関数値が算出され、切換関数値及び所定ゲインを用いて、吸気圧フィードバック制御が実行され、設定係数を変更することにより吸気圧フィードバック制御の応答速度が変更される。通常のＰＩ（比例積分）制御では、比例項ゲインと積分項ゲインを両者のバランスを考慮しつつ変更することにより、フィードバック制御の応答速度の変更を行う必要がある。そのため、応答速度の変更のために複数の比例項ゲイン及び積分項ゲインが設定されたマップを予め用意しておく必要がある。これに対し、切換関数値を用いるフィードバック制御では、切換関数値の算出に適用される設定係数を変更することにより、応答速度を容易に変更することができるので、ＰＩ制御によるフィードバック制御に比べて、ゲイン設定のための工数やメモリに格納すべきデータ量を低減することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、下限リフト量が所定閾値以上であるときは、吸気圧フィードバック制御が停止される。吸気弁の下限リフト量が大きい状態では、スロットル弁開度を変更することによる吸気圧の変化感度が増加し、制御の不安定化を招き易くなる。よって、吸気圧フィードバック制御を停止させることにより、制御の不安定化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】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３】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。
【図４】吸気弁の弁作動特性を示す図である。
【図５】本実施形態における制御の概要を説明するための図である。
【図６】要求吸入空気量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図７】ゲージ圧制御領域において吸気弁の目標リフト量を算出する処理のフローチャートである。
【図８】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９】図７または図８の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１０】目標スロットル弁開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１１】図１０の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１２】応答速度設定パラメータ（ＶＰＯＬＥＰＢ）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、吸気弁の弁リフト量（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とを有する弁作動特性可変装置４０を備えている。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。
【００１８】
エンジン１の吸気管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。
【００１９】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない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。
【００２０】
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。
【００２１】
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３０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。
【００２２】
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。
【００２３】
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ＬＦＴ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の上限リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。
【００２７】
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からリフト量ＬＦＴが算出される。
【００２８】
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２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ３及びＬ４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Ｌ１，Ｌ２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ５，Ｌ６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。
【００２９】
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に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００３０】
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、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、並びにモータ４３及び電磁弁４４による弁作動特性（吸入空気量）の制御を行う。より具体的には、主としてアクセルペダル操作量ＡＰに応じてエンジン１の要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、吸入空気量ＧＡＩＲが要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと一致するように、スロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤ及び吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが算出される。そして、スロットル弁開度ＴＨ及び吸気弁リフト量ＬＦＴが、それぞれ目標開度ＴＨＣＭＤ及び吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤと一致するようにアクチュエータ７及びモータ４３が駆動される。
【００３１】
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）は、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの関係を示し、図５（ｂ）は、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤの関係を示す。
【００３２】
要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ以下となる運転状態では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに維持され、吸気ゲージ圧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」という。
【００３３】
また要求吸入空気量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。
【００３４】
ゲージ圧制御領域では、要求吸入空気量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ＲＧＰは、傾きを示す傾きパラメータであり、ＰＢＡＧＡ０は図５（ａ）に示すように要求吸入空気量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＝ＲＧＰ×ＧＡＩＲＣＭＤ＋ＰＢＧＡ０ （１）
【００３５】
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、ゲージ圧制御領域に対応する。
【００３６】
また本実施形態では、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮは、大気圧ＰＡが低下するほど増加するように変更される。下限リフト量ＬＦＴＭＩＮの変更により、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと目標リフト量ＬＦＴＣＭＤとの関係は、図５（ｂ）に破線で示すように変化する。
【００３７】
図６は、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤ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ＴＣＡＬ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００３８】
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に応じて基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢを算出する。基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢは、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。ステップＳ１２ではアイドルフラグＦＩＤＬが「１」であるか否かを判別する。アイドルフラグＦＩＤＬは、エンジン１がアイドル運転状態にあるとき「１」に設定される。この答が否定（ＮＯ）であるときは、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢに設定する（ステップＳ１３）。
【００３９】
ステップＳ１２でＦＩＤＬ＝１であって、エンジン１がアイドル運転状態にあるときは、エンジン回転数ＮＥ及びアイドル運転状態における目標回転数ＮＯＢＪを下記式（２）に適用し、回転数偏差ＤＮＥを算出する。
ＤＮＥ＝ＮＥ−ＮＯＢＪ （２）
【００４０】
ステップＳ１５では、回転数偏差ＤＮＥを下記式（３）に適用し、回転数偏差積算値ＩＤＮＥを算出する。式（３）の「ｋ」は、本処理の実行周期で離散化した離散化時刻である。なお、今回値であることをしめす(k)は通常は省略されている。ＩＤＮＥ(k-1)は前回算出値である。
ＩＤＮＥ＝ＩＤＮＥ(k-1)＋ＤＮＥ （３）
【００４１】
ステップＳ１６では、回転数偏差ＤＮＥ及び回転数偏差積算値ＩＤＮＥを下記式（４）に適用し、回転数フィードバック補正項ＧＡＩＲＣＭＤＦＢを算出する。式（４）のＫＰは例えば「０．３」に設定される比例項ゲインであり、ＫＩは例えば「０．０１」に設定される積分項ゲインである。
ＧＡＩＲＣＭＤＦＢ＝ＫＰ×ＤＮＥ＋ＫＩ×ＩＤＮＥ （４）
【００４２】
ステップＳ１７では、基本要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤＢに回転数フィードバック補正項ＧＡＩＲＣＭＤＦＢを加算することにより（下記式（５））、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤを算出する。
ＧＡＩＲＣＭＤ＝ＧＡＩＲＣＭＤＢ＋ＧＡＩＲＣＭＤＦＢ （５）
【００４３】
図７は、ゲージ圧制御領域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り、この処理はＴＤＣパルスの発生に同期してＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００４４】
ステップＳ２１では、下記式（１１）及び（１２）により、基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを補正し、第１補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡ及び第２補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを算出する。基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、ゲージ圧制御領域において目標リフト量ＬＦＴＣＭＤを設定するために、例えばエンジン冷却水温ＴＷに応じて設定される吸入空気量である。下記式のＰＡＳＴＤ及びＴＡＳＴＤは、所定基準状態にお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。
【数１】
式（１１）は大気圧ＰＡに応じてた補正を行うものであり、式（１２）は大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに応じた補正を行うものである。これらの補正は、大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに依存して空気密度が変化することを考慮して行われる。
【００４５】
ステップＳ２２では、目標回転数ＮＯＢＪ及び基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに応じて、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤ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、及び複数の所定吸気ゲージ圧に対応して、要求吸入空気量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Ｓ２２では、例えば図９（ａ）に示すように設定された、目標回転数ＮＯＢＪ、吸気弁の基準作動位相（最遅角位相）ＣＡＩＮＳＴＤ、及び基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤに対応するテーブルを選択し、その選択したテーブルを基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに応じて検索し、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤを算出する。
【００４６】
ステップＳ２３では、第１補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに応じて、図９（ａ）に示すＬＦＴＣＭＤテーブルを検索し、第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡを算出する。第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡは、後述する目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤの算出に適用される。
【００４７】
ステップＳ２４では、第２補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに応じて、図９（ａ）に示すＬＦＴＣＭＤテーブルを検索し、第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡを算出する。第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡは、吸気弁のリフト量制御（図示せず）に適用され、実際のリフト量ＬＦＴが第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡと一致するように、モータ４３が制御される。
【００４８】
リフト量制御に第２目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡＴＡが適用され、大気圧ＰＡ及び吸気温ＴＡに応じた制御が行われるため、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを吸気温ＴＡに応じて変更する必要がない。よって、大気圧ＰＡに応じた補正のみが行われた第１補正基準吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに対応する第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡが、目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤの算出に適用される。
【００４９】
図８は、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ＴＣＡＬ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及び吸気弁作動位相ＣＡＩＮ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、第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡ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９（ｂ）において、実線Ｌ１１で示されている。
【００５０】
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−６６．７ｋＰａ（−５００ｍｍＨｇ））に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、第１目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＰＡ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９（ｂ）において、破線Ｌ１２で示されている。
【００５１】
ステップＳ３３では、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤに応じて境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを算出する。具体的には、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に対応するＬＦＴＣＭＤテーブルを選択し、基準目標リフト量ＬＦＴＣＭＤＳＴＤに応じて、選択したＬＦＴＣＭＤテーブルを逆検索することにより、境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを算出する。
【００５２】
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（１３）に適用し、前記式（１）の傾きパラメータＲＧＰを算出するとともに、算出した傾きパラメータＲＧＰ、境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ、及び基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤを下記式（１４）に適用し、切片パラメータＰＢＧＡ０を算出する。
ＲＧＰ＝（ＰＢＧＡＳＴＤ−ＰＢＧＡＲＬ）／（ＧＡＩＲ１−ＧＡＩＲ２）
（１３）
ＰＢＧＡ０＝ＰＢＧＡＳＴＤ−ＲＧＰ×ＧＡＰＢＰＡＲＸ （１４）
【００５３】
ステップＳ３５では、算出された傾きパラメータＲＧＰ及び切片パラメータＰＢＧＡ０と、要求吸入空気量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、算出した目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤが基準ゲージ圧ＰＢＧＡＳＴＤを超えないようにリミット処理を行う。
【００５４】
図１０は、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤ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ＴＣＡＬ毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００５５】
ステップＳ４１では、吸気圧フィードバック制御許可フラグＦＰＢＧＡＦＢが「１」であるか否かを判別する。吸気圧フィードバック制御許可フラグＦＰＢＧＡＦＢは、吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが所定閾値ＬＦＴＭＩＮＴＨ（例えば、５ｍｍ）より小さい時「１」に設定される。
【００５６】
ステップＳ４１の答が否定（ＮＯ）、すなわち下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが所定閾値ＬＦＴＭＩＮＴＨ以上であるときは、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤを「０」に設定し（ステップＳ４２）、ステップＳ４８に進む。
【００５７】
ステップＳ４１でＦＰＢＧＡＦＢ＝１であるときは、吸気ゲージ圧ＰＢＧＡ及び目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤを下記式（２１）に適用し、吸気圧偏差ＤＰＢＧＡを算出する（ステップＳ４３）。
ＤＰＢＧＡ＝ＰＢＧＡ−ＰＢＧＡＣＭＤ （２１）
【００５８】
ステップＳ４４では、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて図１１（ａ）に示すＶＰＯＬＥＰＢテーブルを検索し、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを算出する。ＶＰＯＬＥＰＢテーブルは、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが「−１」より大きく「０」より小さい範囲において、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが減少するように設定されている。応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢは、後述するスライディングモード制御における制御偏差である吸気圧偏差ＤＰＢＧＡの、時間変化に対する減衰特性（応答速度）を指定するパラメータであり、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが減少するほど、スライディングモード制御の応答速度が低下する。
【００５９】
図１２は、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢと、吸気圧偏差ＤＰＢＧＡの減衰特性との関係を示すタイムチャートであり、実線Ｌ２０は、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが「−１」であるときの特性を示す。また実線Ｌ２１〜Ｌ２３は、それぞれ応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが所定値ＶＰＬ１，ＶＰＬ２，ＶＰＬ３に設定されたときの特性を示し、ー１＜ＶＰＬ１＜ＶＰＬ２＜ＶＰＬ３＜０なる関係が成立する。
【００６０】
本実施形態では、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが最小値に設定されたときの応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢの値、すなわち図１１（ａ）に示す所定パラメータ値ＶＰＯＬＥＰＢ０（応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢの最大値）は、吸気圧フィードバック制御の応答速度が回転数フィードバック制御の応答速度より低くなるように設定されている。
【００６１】
ステップＳ４５では、下記式（２２）により、切換関数値σ(k)を算出する。
σ(k)＝ＤＰＢＧＡ(k)＋ＶＰＯＬＥＰＢ×ＤＰＢＧＡ(k-1) （２２）
ステップＳ４６では、下記式（２３）により切換関数値σ(k)を積算し、積算切換関数値Ｉσを算出する。
Ｉσ＝Ｉσ(k-1)＋σ(k) （２３）
【００６２】
ステップＳ４７では、切換関数値σ(k)及び積算切換関数値Ｉσを下記式（２４）に適用し、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤを算出する。式（２）のＫＲＣＨは例えば「０．３」に設定される到達則ゲインであり、ＫＡＤＰは例えば「０．０１」に設定される適応則ゲインである。
ＤＴＨＤＥＧＳＬＤ＝ＫＲＣＨ×σ(k)＋ＫＡＤＰ×Ｉσ （２４）
【００６３】
ステップＳ４８では、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて図１１（ｂ）に示すＡＢＡＳＥテーブルを検索し、スロットル弁３の基本開口面積ＡＢＡＳＥを算出する。ステップＳ４９では、基本開口面積ＡＢＡＳＥを下記式（２５）に適用し、基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢを算出する。
【数２】
【００６４】
なお、基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢは、吸気温ＴＡ、吸気管開口面積、及び吸気管径に応じた補正係数により補正するようにしてもよい。要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤから基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢを算出する手法は、特開２００８−１９６４７４号公報に示されている。
【００６５】
ステップＳ５０では、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤ及び基本目標開口面積ＡＴＨＣＭＤＢを下記式（２６）に適用し、スロットル弁３の目標開口面積ＡＴＨＣＭＤを算出する。
ＡＴＨＣＭＤ＝ＡＴＨＣＭＤＢ＋ＤＴＨＤＥＧＳＬＤ （２６）
【００６６】
ステップＳ５１では、目標開口面積ＡＴＨＣＭＤに応じて図１１（ｃ）に示すＴＨＣＭＤテーブルを検索し、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを算出する。
【００６７】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤと一致するように、アクチュエータ７の駆動制御を行う。したがって、上述した回転数フィードバック制御及び吸気圧フィードバック制御を並行して実行することによるスロットル弁開度制御が行われる。
【００６８】
以上詳述したように本実施形態では、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが算出されるとともに、ゲージ圧制御領域では、目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに設定される。そしてエンジンのアイドル運転状態において、検出されるエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＯＢＪと一致するように算出される回転数フィードバック補正項ＧＡＩＲＣＭＤＦＢを用いて回転数フィードバック制御が実行されるとともに、検出される吸気ゲージ圧ＰＢＧＡと目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤとの偏差である吸気圧偏差ＤＰＢＧＡ、及び要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤに応じて、スロットル弁の開度ＴＨが制御され、吸気圧偏差ＤＰＢＧＡを「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御が実行される。このとき、吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢが減少するように設定され、吸気圧フィードバック制御の応答速度が低下するように制御される。吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加すると、スロットル弁開度ＴＨの変化に対する吸入空気量ＧＡＩＲの変化感度が増加するので、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが増加するほど吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることにより、回転数フィードバック制御と吸気圧フィードバック制御の干渉を防止し、２つのフィードバック制御の収束性を向上させることができる。
【００６９】
また下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが最小値に設定されているときにおける吸気圧フィードバック制御の応答速度、すなわち吸気圧フィードバック制御応答速度の最大値は、回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されるので、回転数フィードバック制御が吸気圧フィードバック制御より常に優先され、２つのフィードバック制御の干渉を確実に回避することができる。
【００７０】
また要求吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤが境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸ以下となるゲージ圧制御領域では、吸気弁の目標リフト量ＬＦＴＣＭＤが下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに設定される。境界吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを適切に設定することにより、アイドル運転状態より若干吸入空気量が大きい運転状態（エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪに一致させるフィードバック制御を行わない運転状態）においても、下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて適切な吸気圧フィードバック制御を実行することができる。
【００７１】
また吸気圧偏差ＤＰＢＧＡ、及び吸気圧偏差の過去値ＤＰＢＧＡ(k-1)に応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを乗算した値を用いて、切換関数値σ(k)が算出され、切換関数値σ(k)及び制御ゲインＫＲＣＨ、ＫＡＤＰを用いて、吸気圧フィードバック制御が実行され、応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを変更することにより吸気圧フィードバック制御の応答速度が変更される。通常のＰＩ（比例積分）制御では、比例項ゲインと積分項ゲインを両者のバランスを考慮しつつ変更することにより、フィードバック制御の応答速度の変更を行う必要がある。そのため、応答速度の変更のために複数の比例項ゲイン及び積分項ゲインが設定されたマップを予め用意しておく必要がある。これに対し、切換関数値σ(k)を用いるスライディングモード制御では、切換関数値σ(k)の算出に適用される応答速度設定パラメータＶＰＯＬＥＰＢを変更することにより、応答速度を容易に変更することができるので、ＰＩ制御によるフィードバック制御に比べて、ゲイン設定のための工数やメモリに格納すべきデータ量を低減することができる。
【００７２】
また下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが所定閾値ＬＦＴＭＩＮＴＨ以上であるときは、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤが「０」に設定され（図１０，ステップＳ４２）、吸気圧フィードバック制御が停止される。吸気弁の下限リフト量ＬＦＴＭＩＮが大きい状態では、スロットル弁開度ＴＨを変更することによる吸気圧ＰＢＡの変化感度が増加し、制御の不安定化を招き易くなる。よって、吸気圧フィードバック制御を停止させることにより、制御の不安定化を回避することができる。
【００７３】
本実施形態では、クランク角度位置センサ１１及び吸気圧センサ８が、それぞれ機関回転数検出手段及び吸気圧検出手段に相当し、ＥＣＵ５及びモータ４３がリフト量制御手段を構成し、ＥＣＵ５及びアクチュエータ７がスロットル弁開度制御手段を構成する。さらにＥＣＵ５が、下限リフト量算出手段、要求吸入空気量算出手段、リフト量制限手段、回転数フィードバック制御手段、吸気圧フィードバック制御手段、応答速度変更手段、及び切換関数値算出手段を構成する。具体的には、図６の処理が要求吸入空気量算出手段に相当し、図８のステップＳ３１〜Ｓ３３がリフト量制限手段の一部に相当し、図６のステップＳ１４〜Ｓ１７が回転数フィードバック制御手段に相当する。また図１０のステップＳ４３〜Ｓ４７が吸気圧フィードバック制御手段に相当し、図１０のステップＳ４４が応答速度変更手段に相当し、ステップＳ４５が切換関数値算出手段に相当する。
【００７４】
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、吸気圧フィードバック制御項ＤＴＨＤＥＧＳＬＤは、検出される吸気ゲージ圧ＰＢＧＡを目標ゲージ圧ＰＢＧＡＣＭＤと一致させるように算出するようにしたが、吸気圧ＰＢＡを目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ（＝ＰＢＧＡＣＭＤ＋ＰＡ）と一致させるように算出するようにしてもよい。
【００７５】
また吸気圧フィードバック制御には、スライディングモード制御を適用するようにしたが、他の応答指定型制御であるバックステッピング制御を適用してもよい。また通常のＰＩ（比例積分）制御を適用してもよい。ただし、ＰＩ制御を適用する場合には、比例項ゲイン及び積分項ゲインをともに下限リフト量ＬＦＴＭＩＮに応じて変更することにより、応答速度を変更する必要がある。
【００７６】
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制御にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 内燃機関
２ 吸気管
３ スロットル弁
５ 電子制御ユニット（スロットル弁開度制御手段、リフト量制御手段、下限リフト量算出手段、要求吸入空気量算出手段、リフト量制限手段、回転数フィードバック制御手段、吸気圧フィードバック制御手段、応答速度変更手段、及び切換関数値算出手段）
７ アクチュエータ（スロットル弁開度制御手段）
８ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
９ 吸気温センサ
１１ クランク角度位置センサ（機関回転数検出手段）
３３ 大気圧センサ
４１ 弁作動特性可変機構（動弁機構）
４３ モータ（リフト量制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁の最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構と、前記機関の吸入空気量を制御するスロットル弁とを備える内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁の下限リフト量を算出する下限リフト量算出手段と、
前記機関の要求吸入空気量を算出する要求吸入空気量算出手段と、
前記要求吸入空気量に応じて前記吸気弁の最大リフト量を制御するリフト量制御手段と、
前記機関の運転状態に応じて前記吸気弁の最大リフト量を前記下限リフト量に制限するリフト量制限手段と、
前記機関の回転数を検出する機関回転数検出手段と、
前記機関のアイドル運転状態において、検出される機関回転数が目標回転数と一致するように前記要求吸入空気量を補正する回転数フィードバック制御を実行する回転数フィードバック制御手段と、
前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
検出される吸気圧と目標吸気圧との偏差である吸気圧偏差、及び前記要求吸入空気量に応じて、前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁開度制御手段とを備え、
前記スロットル弁開度制御手段は、
前記吸気圧偏差を「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御を実行する吸気圧フィードバック制御手段と、
前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を前記下限リフト量に応じて変更する応答速度変更手段とを備え、
前記応答速度変更手段は、前記下限リフト量が増加するほど前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記下限リフト量が最小値に設定されているときにおける、前記吸気圧フィードバック制御の応答速度は、前記回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記リフト量制限手段は、前記要求吸入空気量が設定空気量以下となる機関運転状態では、前記吸気弁の最大リフト量を前記下限リフト量に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記吸気圧偏差、及び前記吸気圧偏差の過去値に設定係数を乗算した値を用いて、切換関数値を算出する切換関数値算出手段を備え、前記切換関数値及び所定ゲインを用いて、前記吸気圧フィードバック制御を実行し、
前記応答速度変更手段は、前記設定係数を変更することにより前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を変更することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記下限リフト量が所定閾値以上であるときは、前記吸気圧フィードバック制御を停止することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の吸気弁の最大リフト量を連続的に変更可能な動弁機構と、前記機関の吸入空気量を制御するスロットル弁とを備える内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁の下限リフト量を算出する下限リフト量算出手段と、
前記機関の要求吸入空気量を算出する要求吸入空気量算出手段と、
前記要求吸入空気量に応じて前記吸気弁の最大リフト量を制御するリフト量制御手段と、
前記機関の運転状態に応じて前記吸気弁の最大リフト量を前記下限リフト量に制限するリフト量制限手段と、
前記機関の回転数を検出する機関回転数検出手段と、
前記機関のアイドル運転状態において、検出される機関回転数が目標回転数と一致するように前記要求吸入空気量を補正する回転数フィードバック制御を実行する回転数フィードバック制御手段と、
前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
検出される吸気圧と目標吸気圧との偏差である吸気圧偏差、及び前記要求吸入空気量に応じて、前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁開度制御手段とを備え、
前記スロットル弁開度制御手段は、
前記吸気圧偏差を「０」に収束させる吸気圧フィードバック制御を実行する吸気圧フィードバック制御手段と、
前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を前記下限リフト量に応じて変更する応答速度変更手段とを備え、
前記応答速度変更手段は、前記下限リフト量が増加するほど前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を低下させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記下限リフト量が最小値に設定されているときにおける、前記吸気圧フィードバック制御の応答速度は、前記回転数フィードバック制御の応答速度より低い値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記リフト量制限手段は、前記要求吸入空気量が設定空気量以下となる機関運転状態では、前記吸気弁の最大リフト量を前記下限リフト量に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記吸気圧偏差、及び前記吸気圧偏差の過去値に設定係数を乗算した値を用いて、切換関数値を算出する切換関数値算出手段を備え、前記切換関数値及び所定ゲインを用いて、前記吸気圧フィードバック制御を実行し、
前記応答速度変更手段は、前記設定係数を変更することにより前記吸気圧フィードバック制御の応答速度を変更することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気圧フィードバック制御手段は、前記下限リフト量が所定閾値以上であるときは、前記吸気圧フィードバック制御を停止することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２７０５９３（Ｐ２０１０−２７０５９３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２０４４６（Ｐ２００９−１２０４４６）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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