JP4594405B2 - 内燃機関の燃料噴射量を制御するための装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の燃料噴射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、吸気バルブのリフト量を変更可能な機構を搭載し、該機構を利用して、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。下記の特許文献１には、このような機構を搭載した内燃機関において、該機構の応答能力を超えるリフトカーブの変更が要求された場合には、アクセル開度に対応する目標吸入空気量を目標リフトカーブの決定のための基礎とするのではなく、その目標吸入空気量になまし処理を施した最終目標吸入空気量を基礎とする手法が記載されている。リフト期間中の最終目標吸入空気量の時間平均値から推定吸入空気量を算出し、該推定吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出する。
特開２００６−２５００４２号公報

エンジンが吸入している過程でリフト量が変化した場合、推定吸入空気量と実際の吸入空気量との間に不一致が生じるおそれがあり、それにより所望の燃料量を実現することができずに空燃比が目標値からずれるおそれがある。これは、加速性能の低下およびエミッションの低下を招くおそれがある。

したがって、より良好な精度で吸入空気量を予測することにより燃料噴射量を制御する手法が望まれている。

本願発明の一つの側面によると、吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、燃料噴射量を制御するための制御装置は、吸気バルブの実リフト量（ＡＬＩＦＴ）を検出する手段と、該実リフト量を、所定の時定数（τｐ）で目標リフト量（ＡＬＣＭＤ）に収束するように所定の制御周期でフィードバック制御する手段と、目標リフト量および実リフト量の差に所定のゲイン（Ｃ）を乗算した値を該実リフト量に加算することにより、次の制御周期のリフト量の予測値（ＨＡＬＩＦＴ）を算出する手段と、該リフト量の予測値に基づいて、該次の制御周期で噴射すべき燃料噴射量を算出する手段と、を備える。ここで、該ゲインは、該制御周期の長さおよび上記時定数に基づいて算出される。

この発明によれば、次の制御周期のリフト量が予測され、該予測値に基づいて燃料噴射量を算出するので、燃料を噴射する制御周期においては、実リフト量が該予測値に到達することとなり、よって、該実リフト量に適した量の燃料を噴射することができる。また、時定数は、実リフト量が目標リフト量に収束する速度を表す指標であるが、該時定数に基づいて予測値が算出されるので、予測値の精度を向上させることができる。

この発明の一実施形態によると、ｐ回前の制御周期において決定された目標リフト量を求める手段を備え、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移するまでの無効時間に基づいて該ｐの値を求める。吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したことが判定されたならば、予測値算出には、該ｐ回前の制御周期において決定された目標リフト量を用いる。

この発明によれば、吸気バルブの無効時間に基づいて、予測値算出に用いる目標リフト量が決定されるので、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移した時の予測値を、より良好な精度で算出することができる。

この発明の一実施形態によると、吸気バルブが作動していることが判定されたならば、予測値算出には、今回の制御周期で決定された目標リフト量を用いる。こうして、吸気バルブが作動している最中には、吸気バルブの無効時間を考慮しなくてもよいようにすることができる。

この発明の一実施形態によると、吸気バルブの作動速度を検出する手段と、該作動速度に従って、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したか、または吸気バルブが作動しているか、を判定する手段と、を備える。こうして、予測値を算出するのに無効時間を考慮すべきかどうかを判断することができる。

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、この発明の一実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）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）１は、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（マップを含む）を格納することができる。ＥＣＵ１は、車両の各部から信号を受取ると共に、該メモリに記憶されたデータおよびプログラムに従って演算を行い、車両の各部を制御するための制御信号を生成する。

エンジン２は、たとえば４気筒を有するエンジンである。エンジン２には、吸気管３および排気管４が連結されている。吸気管４には、スロットル弁５が設けられている。スロットル弁５の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って制御される。スロットル弁５の開度を制御することにより、エンジン２に吸入される空気の量を制御することができる。スロットル弁５には、スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度（θＴＨ）センサ６が連結されており、この検出値は、ＥＣＵ１に送られる。

燃料噴射弁７が、エンジン２とスロットル弁５との間であって、エンジン２の吸気バルブ（図示せず）の少し上流側に、気筒ごとに設けられている。燃料噴射弁７は、図示しない燃料ポンプに接続されている。燃料噴射弁７の燃料噴射時期および燃料噴射量は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って変更される。代替的に、燃料噴射弁を、エンジン２の気筒内に臨むように取り付けてもよい。

スロットル弁５の上流には、吸気管３を流れる空気の量を検出するエアフローメータ（ＡＦＭ）８が設けられている。

スロットル弁５の下流には、吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１０が設けられており、吸気管内の圧力を検出する。また、吸気管内絶対圧センサ１０の下流には吸気温（ＴＡ）センサ１１が設けられており、吸気管内の温度を検出する。これらの検出値は、ＥＣＵ１に送られる。また、エンジン２には、エンジンの水温ＴＷを検出するためのエンジン水温センサ１２が設けられており、該センサの検出値は、ＥＣＵ１に送られる。

エンジン２には、吸気バルブおよび排気弁のリフト量および開角（開弁期間）を連続的に変更することができる第１の機構２１と、吸気バルブを駆動するカムのクランク軸を基準とした位相を連続的に変更する第２の機構２２とを有する弁作動特性可変装置２０を備える。第２の機構２２により吸気バルブを駆動するカムの位相が変更され、よって吸気バルブの位相が変更される。

ＥＣＵ１には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１３およびエンジン１の吸気バルブ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１４が接続されており、これらのセンサの検出値はＥＣＵ１に供給される。クランク角センサ１３は、所定のクランク角度（たとえば３０度）毎に１パルス（ＣＲＫ信号）を発生し、該パルスにより、クランク軸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１４は、エンジン２の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（ＣＹＬ信号）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（ＴＤＣ信号）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１４より出力されるＴＤＣ信号と、クランク角センサ１３より出力されるＣＲＫ信号との相対関係から、吸気バルブのカム軸の実際の位相が検出される。

弁作動特性可変装置２０には、吸気バルブのリフト量を制御する制御軸の回転角度位置を検出するための制御軸回転角度センサ（ＣＳＡ）センサ１５が設けられている。

ＥＣＵ１は、上記各種センサからの入力信号に応じて、メモリに記憶されたプログラムおよびデータ（マップを含む）に従い、エンジン２の運転状態を検出すると共に、スロットル弁５、燃料噴射弁７、弁作動特性可変装置２０を制御するための制御信号を生成する。

図２は、弁作動特性可変装置２０のより具体的な構成図を示す。図に示すように、弁作動特性可変装置２０は、吸気バルブのリフト量および開角（以下、単にリフト量と呼ぶ）を連続的に変更することができる第１の機構２１と、吸気バルブの位相を連続的に変更することができる第２の機構２２と、該第１の機構２１を介して吸気バルブのリフト量を連続的に変更するためのモータ２３を備えるアクチュエータ２４と、該第２の機構２２を介して吸気バルブの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２５を備えるアクチュエータ２６と、を備えている。

吸気バルブの位相を示すパラメータとして、吸気バルブのカム軸の位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁２５には、オイルパン２８の潤滑油がオイルポンプ２７により加圧されて供給される。モータ２３および電磁弁２５は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って作動する。なお、第２の機構２２のより具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。

図３を参照して、第１の機構２１を説明する。（ａ）に示すように、カム３２が設けられたカム軸３１と、シリンダヘッドに軸３５ａ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３５と、コントロールアーム３５を揺動させるコントロールカム３７が設けられた制御軸３６と、コントロールアーム３５に支軸３３ｂを介して揺動可能に支持されると共に、カム３２に従動して揺動するサブカム３３と、サブカム３３に従動し、吸気バルブ４０を駆動するロッカーアーム３４とを備えている。ロッカーアーム３４は、コントロールアーム３５内に揺動可能に支持されている。

サブカム３３は、カム３２に当接するローラ３３ａを有し、カム軸３１の回転により、軸３３ｂを中心として揺動する。ロッカーアーム３４は、サブカム３３に当接するローラ３４ａを有し、サブカム３３の動きが、ローラ３４ａを介して、ロッカーアーム３４に伝達される。

コントロールアーム３５は、コントロールカム３７に当接するローラ３５ｂを有し、制御軸３６の回転により軸３５aを中心として揺動する。（ａ）に示す状態では、サブカム３３の動きはロッカーアーム３４にほとんど伝達されないため、吸気バルブ４０はほぼ全閉の状態を維持する。（ｂ）に示す状態では、サブカム３３の動きがロッカーアーム３４を介して吸気バルブ４０に伝達され、吸気バルブ４０は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（たとえば１２ｍｍ）まで開弁する。

したがって、アクチュエータ２４のモータ２３（図２）の出力軸に、ギアを介して制御軸３６を接続し、該モータ２３によって制御軸３６を回転させることにより、吸気バルブ４０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、第１の機構２１に、制御軸３６の回転角度位置を検出するＣＳＡセンサ１５（図１）が設けられており、該検出される回転角度位置ＣＳＡが、リフト量を示すパラメータとして使用される。なお、第１の機構２１のより詳細な構成は、本出願人による特許出願（特願２００６−１９７２５４号）に示されている。

なお、この発明は、図に示すような第１の機構２１に限定されず、吸気バルブのリフト量を可変に制御可能な機構を、任意の適切な手段で実現することができる点に注意されたい。また、上記の例では、第１の機構２１によって、リフト量だけでなく開角も変更されるが、リフト量のみを変更するような構成の機構でも、本願発明は適用されうる。

図４は、本願発明の一実施形態に従う、吸気バルブのリフト量を制御するための制御装置のブロック図である。リフトコントローラ５１は、ＥＣＵ１に実現される。プラント５２は、ここでは、図２の第１の機構２１およびアクチュエータ２４を含む。リフトコントローラ５１は、後述される制御手法に従い、吸気バルブの実リフト量を目標リフト量に収束させるための操作量を算出する。アクチュエータ２４のモータ２３は、該操作量に従って第１の機構２１を作動させ、吸気バルブのリフト量を変更する。変更されたリフト量は、実リフト量としてＣＳＡセンサ１５（図１）によって検出され、リフトコントローラ５１にフィードバックされる。

図５は、本願発明に従う予測値算出の原理を説明するための図である。リフト量および燃料噴射量の制御は、所定の制御周期に従って実行され、各制御周期において、エンジンの運転状態（たとえば、アクセルペダルの開度等）に応じて目標リフト量が決定される。図には、或る気筒について、３個の制御周期ｎ〜（ｎ＋２）にわたる目標リフト量、実リフト量（ＣＳＡセンサ１５によって検出される）、および本願発明の手法に従って算出される予測リフト量の挙動が示されている。１制御周期の長さは、Ｓｔｉｍｅで表されている。以下の実施例では、制御周期は、固定した時間間隔で実現され、よって制御周期の長さＳｔｉｍｅは一定である（たとえば、１０ミリ秒）。

代替的に、制御周期をＴＤＣ信号に同期させ、ＴＤＣ信号に応じて制御が実行されるようにしてもよい。この場合、制御周期の長さＳｔｉｍｅは、エンジン回転数に基づいて算出されることができる。たとえば、ＴＤＣ信号が吸入行程の上死点で出力され、今回の制御周期ｎにおいて検出されたエンジン回転数がＮＥ（ｒｐｍ）である場合、該制御周期ｎの長さは、以下のように算出されることができる。

各制御周期において、リフトコントローラ５１は、実リフト量を目標リフト量に向けて吸気バルブを制御する。制御周期ｎを参照すると、目標リフト量はＸ（ｍｍ）であり、実リフト量はＺ（ｍｍ）である。目標リフト量および実リフト量に基づいて算出される予測リフト量はＹ（ｍｍ）である。制御周期ｎにおいて、次の制御周期（ｎ＋１）で噴射すべき燃料噴射量は、該予測リフト量に基づいて決定される。制御周期（ｎ＋１）において、実リフト量は、制御周期ｎで算出された予測リフト量の値Ｙにほぼ到達するので、当該周期（ｎ＋１）で実現された実リフト量に適した量の燃料噴射量が噴射されることとなる。

このように、燃料噴射量は、噴射時期よりも１制御周期前に算出されるので、制御周期ｎにおいて検出された実リフト量で燃料噴射量を算出すると、実際の噴射が行われる制御周期（ｎ＋１）の実リフト量に適した量の燃料が噴射されないおそれがある。これは、空燃比のずれを招くおそれがある。本願発明によれば、１制御周期後のリフト量を予測し、該予測リフト量に基づいて燃料噴射量を算出するので、実際の噴射が行われる時の実リフト量に適した量の燃料を供給することができる。

予測リフト量は、以下の式に従って算出されることができる。
ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）
＝Ｃ（ＡＬＣＭＤ（ｎ）―ＡＬＩＦＴ（ｎ））＋ＡＬＩＦＴ（ｎ）
Ｃ＝制御周期の長さＳｔｉｍｅ／（時定数τｐ＋制御周期の長さＳｔｉｍｅ）
（１）

ここで、ＡＬＩＦＴ（ｎ）は、制御周期ｎにおいて検出された実リフト量を示す。ＡＬＣＭＤ（ｎ）は、制御周期ｎにおいて決定された目標リフト量を示す。Ｃはゲインであり、制御周期の長さＳｔｉｍｅおよびリフトコントローラ５１によるリフト量制御の時定数τｐに基づいて算出される。ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）は、制御周期ｎにおいて算出された予測リフト量を示す。予測リフト量は、目標リフト量と実リフト量の偏差にゲインを乗じた値を、実リフト量に加算することにより算出される。

本願発明では、上記式（１）に従い、制御周期ｎにおいて予測値ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）を算出し、該予測値に従って、次の制御周期（ｎ＋１）で供給すべき燃料噴射量を決定する。

以下、上記式（１）の根拠を説明する。

図６は、図４に示すリフトコントローラ５１の詳細なブロック図である。この実施例では、リフトコントローラ５１は、吸気バルブの位置制御すなわちリフト量の制御にＰＤ制御を採用し、速度制御すなわち吸気バルブを動かす速度の制御にＰＩ制御を採用して、操作量を算出する。ＰＤ制御ブロックが符号５４により表され、ＰＩ制御ブロックが符号５５により表されている。Ｋｐｐは比例ゲインを示し、Ｋｐｄは微分ゲインを示す。Ｋｖｐは比例ゲインを示し、Ｋｖｉは積分ゲインを示す。１／ｚは遅延要素を示す。Ｓｔｉｍｅは、前述したように、制御周期の長さを示す。

ブロック５４では、目標リフト量と実リフト量の差に対して比例ゲインＫｐｐが乗算された項と、該差を微分して制御周期の逆数（１／Ｓｔｉｍｅ）および微分ゲインＫｐｄを乗算した項とが加算される。ブロック５５では、実リフト量の今回値と前回値との差（１制御周期あたりのリフト量の変化量を示す）と、ブロック５４の出力との差をとり、該差に対して比例ゲインＫｖｐが乗算された項と、該差を積分して制御周期の長さＳｔｉｍｅおよび積分ゲインＫｖｉを乗算した項とが加算される。

他方、本願発明者の知見によれば、第１の機構２１およびアクチュエータ２４（図２）を含むプラント５２について、該アクチュエータ２４のモータ２３に印加される電圧Ｕを入力とし、結果として生じる該第１の機構２１の制御軸３６の角度θｃｓを出力とすると、プラント５２の運動方程式は、ラプラス演算子ｓを用いて式（２）のような伝達関数で表現されることができる。

ここで、Ｊａｌｌは、モータ２３から制御軸３６に至る系のイナーシャ要素を示し、モータ２３のイナーシャおよび制御軸３６のイナーシャを含む。Ｂａｌｌは、モータ２３から制御軸３６に至る系の粘性抵抗を示し、モータ２３の粘性抵抗、制御軸３６の粘性抵抗およびトルク定数、モータの抵抗、減速比およびギア効率等を含む。

図７（ａ）は、リフトコントローラ５１（図６）およびプラント５２を、ラプラス演算子ｓを用いた伝達関数で表したブロック図である。ブロック７１はＰＤ制御ブロックを示し、ブロック７２はＰＩ制御ブロックを示す。ブロック７３は、プラント５２を示し、上記式（２）が示されている。

ここで、ＰＤおよびＰＩ制御の各ゲインは、以下のように、時定数を用いて設定される。時定数τｐは、位置制御（ＰＤ制御）の時定数であり、時定数τωは、速度制御（ＰＩ制御）の時定数を示す。
Ｋｐｐ＝１／τｐ
Ｋｐｄ＝τω／τｐ
Ｋｖｐ＝Ｊａｌｌ／τω
Ｋｖｉ＝Ｂａｌｌ／τω

時定数τｐおよびτωは、所望の値に設定されることができる。時定数τｐが一定となる位置制御を実現するため、ブロック７１〜７３の合成伝達関数が、単一の時定数τｐの一次遅れ系となるように、上記ゲインＫｐｐ〜Ｋｖｉは設定される。ここで、時定数τｐが一定であるとは、実リフト量が、目標リフト量の約６３％に達するのに要する時間が一定、ということを示す。

ブロック７１〜７３の合成伝達関数を求める。上記時定数τｐおよびτωの定義を用いると、図７（ａ）は、図７（ｂ）のように表される。

次に、図７（ｂ）のＰＩ制御ブロック７２とプラント７３の伝達関数を合成すると、図７（ｃ）のブロック７５により示される伝達関数が得られる。ブロック７５に、ラプラス演算子ｓのフィードバック（ブロック７４で表される）を合成すると、図８（ａ）のブロック７６により示される伝達関数が得られる。さらに、ブロック７１とブロック７６を合成すると、図８（ｂ）のブロック７７により示される伝達関数が得られる。実リフト量から目標リフト量のフィードバックラインをさらに合成すると、図８（ｃ）のブロック７８により示される伝達関数が得られる。こうして、リフトコントローラ５１とプラント５２の合成伝達関数Ｈは、以下の式（３）のように表される。この合成伝達関数は、時定数τｐの一次遅れ系を表している。こうして、上記のようにゲインＫｐｐ〜Ｋｖｉを決めることにより、合成伝達関数Ｈからは、速度制御の時定数τωは消去され、位置制御の時定数τｐのみが残る。前述したように、時定数τｐは所望の値に設定され、該τｐに基づいてゲインＫｐｐおよびＫｐｄが設定されるので、時定数τｐが一定であるようリフト量を制御することができる。
合成伝達関数Ｈ＝１／（τｐ・ｓ＋１） （３）

次に、図９を参照して、式（３）の合成伝達関数Ｈから上記式（１）が導出される根拠を説明する。

図９の（ａ）のブロック７８は、式（３）の伝達関数Ｈを表している。離散化を行うため、ブロック７８を分解すると、（ｂ）に示されるブロック８１および８２が得られる。伝達関数が実行される制御周期の長さをＳｔｉｍｅとすると、積分（１／ｓ）の離散表現は、１／（１−ｚ^―１）であるから、符号８３に示すように、遅延要素ｚを用いて表すことができる。ブロック８４のＳｔｉｍｅは、積分時間を表している。ブロック８１、８３、および８４を合成すると、（ｄ）に示されるブロック８５により表される。Ｓｔｉｍｅ／τｐをｋとおいて、一巡伝達関数(Loop Transfer Function)Ｈ’（ｚ）を求める（ｚ表現で表される）。

Ｃ＝ｋ／（１＋ｋ）とおくと、式（４）は、以下のように表される。

式（５）は、図９の（ｄ）のように表され、これを、入力をＵおよび出力をＹとする差分方程式に変換すると、以下のように展開される。ｎは、制御周期を示す。

式（６）のＹ（ｎ）を予測リフト量ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）とし、Ｙ（ｎ−１）を実リフト量ＡＬＩＦＴ（ｎ）とし、Ｕ（ｎ）を目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）とおけば、上記の式（１）が導出される。

なお、この実施例では、位置制御をＰＤ制御で実現し、速度制御をＰＩ制御で実現しているが、このような制御形態に限定されず、また、速度制御は必ずしも必要とされない。本願発明では、リフト量制御について、伝達関数で表現可能な制御手法であればよく、たとえば、ＰＩ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御、Ｈ∞制御を用いることができる。また、プラントへの外乱を推定して外乱の影響を除去するようプラントを制御する外乱オブザーバによる制御を含めてもよい。これらの制御は、制御パラメータによって、制御の周波数特性（ゲイン特性および位相特性）を決定することができるので、周波数整形(frequency shaping)を実施することのできる制御手法といえる。たとえば、ＰＩ制御では、比例ゲインおよび積分ゲインという制御パラメータにより、該ＰＩ制御のゲイン特性および位相特性を決定することができる。このように、本願発明は、リフト量制御に用いる制御パラメータが時定数を用いて設定されることにより、プラントを含む制御系の合成伝達関数が該時定数の一次遅れ系で表され、これにより、該時定数が一定であるようリフト量を制御可能な制御形態に適用されうる。

図１０は、この発明の一実施形態に従う、燃料噴射量を制御するための装置の機能ブロック図である。各機能ブロックによる機能は、ＥＣＵ１において実現されることができる。

好ましくは、目標リフトデシメーション部９１が設けられ、これは、吸気バルブの無効時間を制御周期の長さＳｔｉｍｅで除算することにより、値ｐを得る。目標リフト量の過去値（以前の制御周期で算出された目標リフト量）は、ＥＣＵ１のメモリに記憶されている。制御周期Ｓｔｉｍｅは、この実施例では一定であり、ＥＣＵ１のメモリに記憶されている。デシメーション部９１は、ｐ回前の制御周期（ｎ−ｐ）において算出された目標リフト量を出力する。

可変リフト機構（第１の機構２１）において、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移するのに無効時間が発生する。すなわち、リフトコントローラ５１は、目標リフト量に応じて吸気バルブのリフト量を制御するための操作量を図２のアクチュエータ２４に出力するが、該操作量に従って実際に吸気バルブが動き出すまでには、無効時間分の遅れがある。したがって、実リフト量と目標リフト量のより正確な対応づけを行うため、上記のようなデシメーション処理を行う。

たとえば、無効時間が３０ｍｓであり、制御周期が１０ｍｓであるとすると、３個前の制御周期（ｎ−３）において決定された目標リフト量が、デシメーション部９１により出力される。この場合、吸気バルブの今回の制御周期の作動開始は、３個前の制御周期において決定された目標リフト量に基づいている、ということを表している。無効時間は、可変リフト機構に依存して、シミュレーション等によって予め算出し、ＥＣＵ１のメモリに記憶しておくことができる。

作動判定部９２は、今回の制御周期ｎにおいて、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したかどうかを判定する。より具体的には、作動判定部９２は、ＣＳＡセンサ１５を介して今回の制御周期ｎで検出された実リフト量と前回の制御周期（ｎ−１）で検出された実リフト量との差を算出し、該差を、制御周期の長さＳｔｉｍｅで除算する。該除算により得た値は、吸気バルブの作動速度を表している。該作動速度が所定値以上ならば、吸気バルブが作動している最中であると判定し、値１の作動フラグを出力する。該作動速度が該所定値より小さければ、前回の制御周期では吸気バルブが静止しており、今回の制御周期において吸気バルブが作動を開始したと判定し、ゼロ値の作動フラグを出力する。

切換え部９３は、作動フラグの値を調べ、該作動フラグの値が１ならば、目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）として、今回の制御周期ｎで決定された目標リフト量の値を採用する。目標リフト量は、前述したように、エンジンの運転状態に応じて、既知の任意の手法で決定されることができる。該作動フラグの値がゼロならば、目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）として、デシメーション部９１から渡されたｐ回前の目標リフト量の値を採用する。こうして、吸気バルブが作動中ではなく、静止状態から作動状態に遷移した時には、無効時間が生じていることを示すので、ｐ回前の目標リフト量を用いるようにする。

このように、吸気バルブが作動中であるときには、無効時間は実質的に発生しないと考えることができる。代替的に、吸気バルブが作動中であるとき、より厳格な意味においては無効時間がわずかながら生じることがある。たとえば、リフトコントローラ５１が算出した操作量がアクチュエータ２４に到達するまでには通信ラインを介しているので、このような無効時間が生じるおそれがある。したがって、吸気バルブが作動中であるときにも無駄時間を考慮するようにしてもよい。その場合には、無効時間を予めシミュレーション等を介して計測してＥＣＵ１のメモリに記憶しておき、デシメーション部９１は、該無効時間を制御周期の長さで除算した値ｐ’を算出し、ｐ’回前の制御周期で決定された目標リフト量を出力する。切換部９３は、作動フラグの値に従い、ｐ’回前の制御周期の目標リフト量またはｐ回前の制御周期の目標リフト量を、今回の制御周期の目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）として選択する。

ゲイン算出部９４は、制御周期の長さＳｔｉｍｅおよびを時定数τｐに基づいて、前述した式（１）に従い、ゲインＣを算出する。時定数τｐは、前述したように、所望の値に設定されることができ、ＥＣＵ１のメモリに予め記憶しておくことができる。

予測リフト算出部９５は、上記の式（１）に、ゲインＣ、今回の制御周期ｎにおいてＣＳＡセンサ１５によって検出された実リフト量ＡＬＩＦＴ（ｎ）、切換え部９３により今回の制御周期ｎで選択された目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）を代入し、予測リフト量ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）を算出する。

燃料噴射量算出部９６は、今回の制御周期ｎにおいて、予測値ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）に基づいて燃料噴射量を算出する。該燃料噴射量は、ＥＣＵ１に実現される燃料コントローラ（図示せず）に渡され、該コントローラにより、次の制御周期（ｎ＋１）において該燃料噴射量が噴射されるように燃料噴射弁が駆動される。

なお、制御がＴＤＣ信号に応じて実行される場合のように、制御周期の長さＳｔｉｍｅが一定でない場合について補足する。まず、前記ｐの値の算出についてであるが、この場合、制御周期の時間長の過去値をＥＣＵ１のメモリに記憶しておく。デシメーション部９１は、無効時間が、何個の制御周期に相当するかを見極める。たとえば、無効時間が３０ｍｓであり、制御周期（ｎ−１）の長さが９ｍｓ、（ｎ−２）の長さが１１ｍｓ、（ｎ−３）の長さが１２ｍｓである場合には、無効時間３０ｍｓ遡った所が制御周期（ｎ−３）に相当するので（３０−９−１１−１２がゼロ以下になる）、ｐ＝３を得ることができる。制御周期の長さの過去値を記憶する代わりに、エンジン回転数の過去値を記憶してもよい。前述したように、制御周期ｎで検出されたエンジン回転数から、該制御周期ｎの長さを求めることができる。

また、前回の実リフト量は前回のＴＤＣ信号に応じて検出され、今回の実リフト量は今回のＴＤＣ信号に応じて検出されるので、作動判定部９２は、作動速度を算出するのに、前回の制御周期ｎ−１の長さを用いるのが好ましい。また、ゲインＣは、今回のＴＤＣ信号に応じて検出された実リフト量が、次のＴＤＣ信号に応じたリフト量検出時までにどれほど変化するかを予測するための値であるので、ゲイン算出部９４は、今回の制御周期ｎの長さＳｔｉｍｅを用いてゲインＣを算出するのが好ましい。

図１１は、本願発明の一実施例に従う、燃料噴射量を算出するプロセスのフローチャートである。該プロセスは、前述した制御周期に従って、ＥＣＵ１により実行され、より具体的には、図１０に示される機能ブロックによって実現される。

ステップＳ１１において、図１０を参照して前述したように、無効時間に基づいてｐ回前の目標リフト量を求める。ステップＳ１２において、吸気バルブの作動速度を算出することにより、今回の制御周期において吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したと判定したならば、作動フラグにゼロを設定し、今回の制御周期にわたって吸気バルブが作動していると判定したならば、作動フラグに１を設定する。

ステップＳ１３において、作動フラグが、吸気バルブの作動中を示す値１であれば、今回の制御周期で決定された目標リフト量を、目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）に設定する（Ｓ１４）。作動フラグが、吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したことを示す値ゼロであれば、ｐ回前の制御周期で決定された目標リフト量を、目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）に設定する（Ｓ１５）。

ステップＳ１６において、制御周期の長さＳｔｉｍｅおよび時定数τｐに基づいて、前述した式（１）に従い、ゲインＣを算出する。ステップＳ１７おいて、ゲインＣと、ＣＳＡセンサ１５によって検出された実リフト量ＡＬＩＦＴ（ｎ）および目標リフト量ＡＬＣＭＤ（ｎ）を用い、上記式（１）に従って予測リフト量ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）を算出する。ステップＳ１８において、今回の制御周期で検出されたエンジン回転数およびステップＳ１７で求めた予測リフト量ＨＡＬＩＦＴ（ｎ）値に基づいて所定のマップを参照し、吸入空気量を求める。該マップは、リフト量、エンジン回転数、および吸入空気量の３次元マップとなっている。該マップの一例が図１２（ａ）に示され、エンジン回転数が高くなるほど、またリフト量が大きくなるほど、吸入空気量が増える。予測リフト量ＨＡＬＩＦＴに対応するマップを選択し、該マップを、検出されたエンジン回転数に基づいて参照して、対応する吸入空気量を求める。

ステップＳ１９において、ステップＳ１８で求めた吸入空気量に基づいて所定のマップを参照し、燃料噴射量を求める。該マップの一例が図１２（ｂ）に示されている。吸入空気量が大きくなるほど、燃料噴射量は増やされる。図１２（ａ）および（ｂ）に示されるマップは、ＥＣＵ１のメモリに記憶されることができる。

この発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。また、上記実施形態は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。

この発明の一実施例に従う、内燃機関およびその制御装置を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、弁作動特性可変装置の構成を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、第１の機構の構成を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、リフト量を制御する装置の構成の概略を示す図。 この発明に従う予測値算出の原理を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、リフトコントローラの機能ブロック図。 この発明の一実施例に従う、リフトコントローラおよびプラントの合成伝達関数を求める手法を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、リフトコントローラおよびプラントの合成伝達関数を求める手法を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、合成伝達関数に基づいて予測値を算出する式を求める手法を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、燃料噴射量を制御する制御装置の機能ブロック図。 この発明の一実施例に従う、燃料噴射量を算出するプロセスのフローチャート。 この発明の一実施例に従う、吸入空気量および燃料噴射量を求めるためのマップ。

符号の説明

１ ＥＣＵ ２ エンジン
３ 吸気管 １５ ＣＳＡセンサ
２０ 弁作動特性可変装置
２３ モータ ３６ 制御軸
４０ 吸気バルブ

Claims (4)

1. 吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、燃料噴射量を制御するための制御装置であって、
   吸気バルブの実リフト量を検出する手段と、
   前記検出された実リフト量を、時定数が一定であるように、目標リフト量に収束するように所定の制御周期でフィードバック制御する手段と、
   前記目標リフト量および前記実リフト量の差に所定のゲインを乗算した値を、該実リフト量に加算することにより、次の制御周期のリフト量の予測値を算出する予測値算出手段であって、該ゲインは、該制御周期の長さおよび前記時定数に基づいて算出される、予測値算出手段と、
   前記リフト量の予測値に基づいて、前記次の制御周期で噴射すべき燃料噴射量を算出する手段と、
   を備える、制御装置。
2. ｐ回前の制御周期において決定された目標リフト量を求める手段であって、前記吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移するまでの無効時間に基づいて、該ｐの値を求める手段と、を備え、
   前記吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したことが判定されたならば、前記予測値算出手段は、前記目標リフト量として、前記ｐ回前の制御周期において決定された目標リフト量を用いる、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記吸気バルブが作動していることが判定されたならば、前記予測値算出手段は、前記目標リフト量として、今回の制御周期で決定された目標リフト量を用いる、請求項２に記載の制御装置。
4. さらに、
   前記吸気バルブの作動速度を検出する手段と、
   前記検出された作動速度に従って、前記吸気バルブが静止状態から作動状態に遷移したか、または該吸気バルブが作動しているか、を判定する手段と、
   を備える、請求項３に記載の制御装置。

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