JP4793043B2 - エンジンの吸入空気量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として吸気弁の作動特性によってシリンダ吸入空気量を制御する構成のエンジンの吸入空気量制御装置に関し、詳しくは、トルクリニアリティを確保しつつ高負荷領域における出力性能を保証するための技術に関する。

エンジンにおける吸入空気量の制御として、スロットル弁の制御によらず、主に吸気弁の作動特性を可変制御することで、目標トルクとなるような吸入空気量（シリンダ吸入空気量）を実現しようとするものがある（特許文献１）。
特開２００２−２５６９０５号公報

ところで、吸気弁の作動特性を可変制御することによって（シリンダ）吸入空気量を制御する場合には、通常、目標とする吸入空気量から吸気弁の作動特性を算出するように構成されることになる。
しかし、かかる算出過程には、吸気脈動や温度の影響を強く受けてしまう部分があるため、高負荷領域、特に全負荷運転時の出力がばらついて（不足して）しまい、出力性能の保証という観点からは改善の余地がある。その一方で、単に出力性能を保証するだけではなく、運転性や制御性の観点からトルクリニアリティを確保する必要もある。

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、吸気弁の作動特性を可変制御することによって（シリンダ）吸入空気量を制御する構成において、全負荷運転時を含む所定の高負荷領域における出力のバラツキを抑制して出力性能を保証するとともに、トルクリニアリティを十分に確保することを目的とする。

このため、本発明は、吸気通路にスロットル弁が配設されるとともに、吸気弁の作動特性を可変する可変動弁機構を備えたエンジンの吸入空気量制御装置であって、前記エンジンの目標トルク相当のシリンダ吸入空気量である目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、算出された目標吸入空気量に基づいて前記吸気弁の作動特性を制御する吸気弁作動特性制御手段と、前記吸気弁の作動特性に基づいて実際のシリンダ吸入空気量である実吸入空気量を算出し、算出した実吸入空気量と前記目標吸入空気量とに基づいて前記スロットル弁を開閉制御するスロットル制御手段と、を含んで構成され、前記吸気弁作動特性制御手段は、所定の高負荷領域においては、前記目標吸入空気量にかかわらず、前記吸気弁の作動特性を、前記所定の高負荷領域で設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された高負荷用作動特性へと制御し、全負荷運転が要求されたときに、前記スロットル制御手段は、前記吸気弁の作動特性が前記高負荷用作動特性となってから前記スロットル弁を全開とする制御を開始することを特徴とする。

本発明によれば、吸気弁の作動特性による吸入空気量制御を基本としつつ、その誤差分についてはスロットル弁の制御によって補うことができるので、高精度な吸入空気量制御が実現できる。特に、吸気弁作動特性手段は、高負荷領域においては、目標吸入空気量にかかわらず、該高負荷領域で設定されるべき高負荷用作動特性（例えば、全負荷運転時に設定されるべき作動特性、すなわち、（最高）出力性能を確保するための作動特性が該当する）へと制御するので、吸気脈動や温度の影響によって生じる目標作動特性の算出誤差（作動特性制御の誤差）を回避して、高負荷領域において所期の出力を確保することができる。また、スロットル弁は、目標吸入空気量と実吸入空気量とに基づいて、例えばその偏差をなくすように制御されるので、吸気弁作動特性制御を切り換えた場合であっても、トルク段差の発生を抑制しトルクリニアリティを確保できる。

ここで、全負荷運転が要求されると、通常はスロットル弁が直ちに全開に制御されることになるが、本発明では、吸気弁の作動特性が高負荷用作動特性（全負荷用作動特性）になるのを待ってからスロットル弁を全開とするように構成する。このようにすると、吸気弁の作動特性は、全負荷運転の要求とともに高負荷用作動特性への制御が開始されることになるが、該高負荷用作動特性となるまでの間は、実吸入空気量と目標吸入空気量とに基づいてスロットル弁が制御されることとなり、吸気弁の作動特性の過渡的な変化（すなわち、吸気弁作動特性制御の切り換え）に対するトルク精度やトルクリニアリティをスロットル制御で補償しつつ、容易かつ確実に全負荷出力を得ることができる（出力性能を保証できる）。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（エンジン）１の概略構成を示している。
図１において、エンジン１の吸気通路１０１には、吸気上流側から電子制御式のスロットル弁１０２、燃料噴射弁１０３及び吸気弁１０４が配設されている。
スロットル弁１０２は、その開度（スロットル開度）に応じて吸入空気量を制御することが可能である。但し、本実施形態では、主として吸気弁１０４の作動特性を可変（制御）することで吸入空気量を制御することとし、スロットル弁１０２は補助的に用いるようにしている。燃料噴射弁１０３は、入力される噴射信号によって開弁駆動され、制御された吸入空気量のもとで所定の当量比を達成するのに必要な量の燃料を噴射する。そして、吸気弁１０４が開駆動されることにより、吸入空気及び燃料の混合気が筒内（シリンダ内）に導入される。吸気弁１０４は、その上方に設けられた動弁機構１０５によって開閉駆動される。

この動弁機構１０５は、図２に示すように、吸気弁１０４のリフト量及び作動角を連続的に変更できるＶＥＬ機構１０５ａと、吸気弁１０４の作動角の中心位相を連続的に変更できるＶＴＣ機構１０５ｂと、を含んで構成されている。
ＶＥＬ機構１０５ａは、図２、３に示すように、クランクシャフトの回転に連動して回転し、気筒列方向に延びる駆動軸１５１と、この駆動軸１５１の外周に相対回転可能に取り付けられ、バルブリフタ１４１を介して吸気弁１０４を開閉駆動する揺動カム１５２と、駆動軸１５１の外周に固定された偏心カム１５３と、この偏心カム１５３に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１５４と、駆動軸１５１と略平行に設けられた制御軸１５５と、この制御軸の外周に偏心して固定された制御カム１５６と、この制御カム１５６に相対回転可能に外嵌し、その一端でリング状リンク１５４と連携（連結）されたロッカアーム１５７と、このロッカアーム１５７の他端と揺動カム１５２とを連携（連結）するロッド状リンク１５８とを含んで構成される。そして、電磁アクチュエータ１６１によってギヤ列１６２を介して制御軸１５５を回転させることにより、ロッカアーム１５７の揺動中心が変化して、吸気弁１０４のリフト量及び作動角を連続的に変化させるものである。

ＶＴＣ機構１０５ｂは、クランクシャフトに対する駆動軸１５１の回転位相を変化させるものであり、公知の、いわゆるバルブタイミング制御機構を用いることができる。詳細な説明は省略するが、ここでは、クランクシャフトと同期して回転するカムスプロケット１６３と駆動軸１５１との間に中間ギヤを介装してヘリカルギヤ列を形成し、中間ギヤを前後方向（軸方向）に移動させることにより、駆動軸１５１のカムスプロケット１６３（クランクシャフト)に対する回転位相を変化させるようにしている。

再び図１に戻って、シリンダヘッドＨには、燃焼室１０９の上部中央に臨ませて点火プラグ１０６が設けられており、この点火プラグ１０６によって、筒内に導入された混合気への点火が行われる。
燃焼排気は、燃焼室１０９から排気弁１０８を介して排気通路１０７に排出され、図示しない排気浄化触媒等によって浄化された後、大気中に放出される。なお、排気弁１０８は、排気側カム軸１１０に設けられた駆動カム１１１によって、その作動角（リフト量）及び作動角の中心位相が一定のまま開閉駆動される。もちろん、吸気弁１０４側と同様の動弁機構（異なる構成のものであってもよい）を設けて、その作動角、リフト及び／又は作動角の中心位相を変更可能としてもよい。

マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントローラ（ＥＣＵ）２０１には、アクセル開度（アクセル操作量）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ２１１、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ２１２、吸気通路１０１内の圧力（ここでは、吸気コレクタ内圧力であり、以下「吸気圧力」という）Ｐｍを検出する吸気圧力センサ２１３、吸気通路１０１内の温度（すなわち、吸気弁１０４の吸気上流側の空気温度のことであり、以下「吸気温度」という）Ｔｍを検出する吸気温度センサ２１４、及び排気通路１０７内の圧力（以下「排気圧力」という）Ｐｅを検出する排気圧力センサ２１５等の各種センサから検出信号が入力される。なお、エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ２１２の検出結果に基づいて算出される。

そして、ＥＣＵ２０１は、アクセル開度ＡＰＯやエンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に基づいて、吸入空気量制御、燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行する。
ここで、本実施形態に係る吸入空気量制御の概要を説明する。
本実施形態に係る吸入空気量制御は、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に基づいて、エンジン１が発生すべきトルク（以下「目標トルクｔＴｅ」という）を演算し、この目標トルクｔＴｅに基づいて動弁機構１０５及びスロットル弁１０２を作動させるものである。

より具体的には、目標トルクｔＴｅを達成するのに必要なシリンダ吸入空気量（目標トルク相当のシリンダ吸入空気量）として目標新気量ｔＱｃｙｌを算出し、この目標新気量ｔＱｃｙｌに基づいて吸気弁１０４の目標作動特性を設定して動弁機構１０５を作動させるとともに(以下、これを「吸気弁作動特性制御」という）、吸気弁１０４の作動特性に基づいて実際のシリンダ吸入空気量ｒＱｃｙｌを算出（予測）し、この実シリンダ吸入空気量（実新気量）ｒＱｃｙｌの目標新気量ｔＱｃｙｌに対する偏差ΔＱｃｙｌ（＝ｔＱｃｙｌ−ｒＱｃｙｌ）を減少させる方向（０となるように）にスロットル弁１０２を作動させる（吸気圧力Ｐｍを調整する）ものである（以下、これを「スロットル制御」という）。なお、スロットル弁１０２は、吸気通路内に所定の負圧を発生させる場合にもその開度が制御されるようになっている。

そして、吸気弁作動特性制御においては、上述したように、目標トルクｔＴｅ（目標新気量ｔＱｃｙｌ）から算出される目標作動特性へと吸気弁１０４の（実際の）作動特性を制御する「通常時作動特性制御」を基本としつつ、例えば図４のハッチングで示すような所定の高負荷領域（での運転が要求された場合）においては、目標新気量ｔＱｃｙｌにかかわらず、当該所定の高負荷領域で設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された作動特性（以下、これを「高負荷用作動特性」という）へと吸気弁１０４の（実際の）作動特性を制御する「高負荷時作動特性制御」に切り換えるようにしている。なお、ここでいう「目標新気量ｔＱｃｙｌにかかわらず」とは、目標新気量ｔＱｃｙｌを算出することなく又は目標新気量ｔＱｃｙｌを算出してもその算出結果とは無関係にという程度の意味であり、該目標新気量ｔＱｃｙｌに基づく「通常時作動特性制御」と区別するための表現である。また、「所定の高負荷領域」とは、基本的には、全負荷運転（全開運転又はＷＯＴ運転という場合もある）領域及びその近傍の運転領域（その範囲は任意に設定される）のことをいう。

このように、（要求される）運転領域に応じて吸気弁作動特性制御を切り換えるようにしたのは、次のような理由による。すなわち、上記通常時作動特性制御において、目標トルクｔＴｅ（目標新気量ｔＱｃｙｌ）から算出される目標作動特性は、その算出過程で吸気脈動や熱（温度）等の影響を受けて演算誤差が生じ易い場合があり、その結果、吸気弁１０４の作動特性を算出された目標作動特性へと制御したとしても、高負荷領域において所期の出力（トルク）を実現できない（不足する）可能性がある（すなわち、全負荷出力を発生できず、出力性能を保証できなくなる可能性がある）。一方、所期の出力（特に全負荷出力）を確保するための作動特性はあらかじめ求めることができる（又は、あらかじめ決定されている）ことから、高負荷領域で設定されるべき作動特性をあらかじめ「高負荷用作動特性」として記憶しておき、高負荷領域では（高負荷領域における運転が要求されたときには）、この「高負荷用作動特性」を吸気弁１０４の目標作動特性とすることで、容易かつ確実に高負荷領域での出力を確保（出力性能を保証）できることになる。そのため、本実施形態では、吸気弁作動特性制御を運転領域に応じて切り換えるようにしたのである。

なお、本実施形態では、「高負荷用作動特性」として全負荷運転時に設定されるべき作動特性（すなわち、全負荷出力を発生するための作動特性であり「全負荷用作動特性」ともいう）を用いている。これは、エンジンに要求される出力を確保する（最高出力を発生させる）ために決定されている値であることから、出力性能を確実に保証できるとともに、その設定が容易だからである。このため、本実施形態においては、「高負荷用作動特性」というときは「全負荷用作動特性」を意味することになるが、「高負荷用作動特性」と「全負荷用作動特性」とを別々に設定してもよいことから便宜上２つの表現を用いるようにしている。

ところで、所定の高負荷領域の中でも、特に全負荷運転が要求されたときには、一般にスロットル弁１０２は全開（最大開度）に制御されることになる。
しかし、全負荷運転の要求があると同時に、吸気弁１０４を高負荷用作動特性にする制御と、スロットル弁１０２を全開にする制御との両方が行われてしまうと、移行中の過渡的なトルク精度やトルククリニアリティを確保することができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、そのような事態を回避するために次のような制御を行う。すなわち、スロットル制御に関し、全負荷運転が要求されたときでも、直ちにスロットル弁１０２を全開に制御するのではなく、それまでと同様のスロットル制御を継続し、まずは吸気弁１０４の作動特性を高負荷用作動特性（本実施形態では、全負荷用作動特性のことである。以下同じ）へと制御する。そして、吸気弁１０４の作動特性が高負荷用作動特性となってから、スロットル弁１０２を全開に制御するようにしている（すなわち、まず吸気弁作動特性制御の切り換えを行って、その切り換えが完了してからスロットル全開制御を行うようにする）。これにより、吸気弁１０４の作動特性が高負荷用作動特性へと変化している間のトルク精度やトルクリニアリティをスロットル制御によって補償しつつ、全負荷出力を確保するようにしている。

以下、本実施形態に係る吸入空気量制御（すなわち、「吸気弁作動特性制御」及び「スロットル制御」）を詳細に説明していくが、これに先立って後述する演算処理（目標作動特性の設定）で用いる値について、図５を参照して説明しておく。
図５は、（ａ）吸気弁１０４及び排気弁１０８の作動特性（リフト量をそれぞれＶＬＩＦＴｉ、ＶＬＩＦＴｅと記す）、（ｂ）シリンダ内圧力Ｐｃ（吸気圧力Ｐｍ、排気圧力Ｐｅ）、及び（ｃ）単位クランク角（ＣＡ）当たりのシリンダ吸入空気量ＤＬＴＱの関係を示している。

図５に示すように、本実施形態においては、シリンダ内圧力Ｐｃが低下して吸気圧力Ｐｍに一致する点（つまり、実際の吸気行程開始時期）を「実効上死点ＴＤＣＲ」と、シリンダ内において吸入空気の圧縮が実質的に開始される点（つまり、実際の吸気行程終了点）を「実効閉時期ＩＶＣＲ」と、吸気弁１０４のリフト量と排気弁１０８のリフト量とが一致する点（つまり、オーバーラップ中心）におけるクランク角を「オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲ」と、上記「実効上死点ＴＤＣＲ」の「オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＮＴ」からのオフセット量を「上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳ」と、上記「実効閉時期ＩＶＣＲ」の（設定上の）吸気弁閉時期ＩＶＣからのオフセット量を「ＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳ」としている。

まず、吸気弁作動特性制御について説明する。
図６は、本実施形態に係る吸気弁作動特性制御のフローを示している。
図６において、Ｓ１１では、アクセル開度ＡＰＯやエンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件を読込む。
Ｓ１２では、読み込んだアクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて目標トルクｔＴｅを算出する。

Ｓ１３では、算出した目標トルクｔＴｅ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、図７に示すようなマップを参照して（目標トルク相当の）目標新気量ｔＱｃｙｌを算出する。
Ｓ１４では、所定の高負荷領域であるか（所定の高負荷領域での運転が要求されているか）否かを判定する。かかる判定は、例えば図４に示すようなテーブルを用いて行ってもよいが、本実施形態では、検出したアクセル開度ＡＰＯとあらかじめ設定した高開度側の所定開度ＡＰＯｓと比較することにより行うようにしている。そして、アクセル開度ＡＰＯが所定開度ＡＰＯｓを超えていれば（ＡＰＯ＞ＡＰＯｓ）所定の高負荷領域（すなわち、全負荷運転領域又はこれに近い領域）にあると判断してＳ１５に進む。一方、アクセル開度ＡＰＯが上記所定開度ＡＰＯｓ以下であれば（ＡＰＯ≦ＡＰＯｓ）、所定の高負荷領域にないと判断してＳ１６に進む。

Ｓ１５では、「高負荷時作動特性制御」を実行する。すなわち、あらかじめ設定された（記憶した）高負荷用作動特性（作動角θｗｏｔ、開時期ＩＶＯｗｏｔ）を目標作動特性（ｔθｅｖｅｎｔ、ｔＩＶＯ）として動弁機構１０５に出力する。これにより、動弁機構１０５は、高負荷用作動特性となるように、吸気弁１０４の作動特性を制御することになる（通常時作動特性制御から高負荷時作動特性制御に切り換わる）。

Ｓ１６では、「通常時作動特性制御」を実行する。すなわち、目標新気量ｔＱｃｙｌに基づいて算出した作動特性（目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０、目標開時期ｔＩＶＯ０）を目標作動特性（ｔθｅｖｅｎｔ、ｔＩＶＯ）として動弁機構１０５に出力する。これにより、動弁機構１０５は、目標新気量ｔＱｃｙｌ等に基づいて算出された目標作動特性となるように、吸気弁１０４の作動特性を制御することになる。なお、目標作動特性（目標作動角θｅｖｅｎｔ、目標開時期ｔＩＶＯ）の算出については後述する（図８参照）。

図８は、通常時作動特性制御における目標作動特性（ｔθｅｖｅｎｔ、ｔＩＶＯ）の演算処理を示すブロック図であり、図１６のＳ１６で実行される。
まず、設定した目標新気量ｔＱｃｙｌから吸気脈動分を排除して静的な成分ｔＱｃｙｌ１とする。具体的には、除算部Ｂ１０１、Ｂ１０２は、次式（１）に示すように、目標新気量ｔＱｃｙｌを吸気脈動に伴う吸気温度の変動分の補正係数ＴＲＡＴＥ、及び吸気脈動に伴う吸気圧力の変動分の補正係数ＰＲＡＴＥで除算する。

ここで、上記２つの補正係数ＴＲＡＴＥ（温度補正係数）、ＰＲＡＴＥ（圧力補正係数）について説明する。
吸気弁１０４を通過する単位時間Δｔ当たりの流量ΔＱｃｙｌは、次式（２）のように表すことができる。

但し、Ａは所定クランク角Δθ毎に検出（算出）される吸気弁開口面積であり、Ｒａは空気のガス定数、κは空気の比熱比、Ｐｃはシリンダ内圧力である。
シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気行程期間中、上記ΔＱｃｙｌを積分してΣΔＱｃｙｌとして算出される。ΔＱｃｙｌがソニック流のときには、上記式（２）において、吸気脈動による吸気圧力の変動の影響を受けることなく、吸気弁１０４の前後圧力比（すなわち、シリンダ内圧力Ｐｃ／吸気圧力Ｐｍ）が臨界圧力比で固定されるので（後述する固定値ｑ_{ＳＯＮＩＣ}）、次式（３）に示すように、シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気圧力Ｐｍに比例し、吸気温度Ｔｍの平方根の逆数に比例する特性を有する。

一方、ΔＱｃｙｌが０に近い状態で、準静的にシリンダ容積が変化した場合のシリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気弁閉時期ＩＶＣにシリンダ内に吸気通路１０１内の空気が充填されたものとした場合の気体の状態方程式より、吸気脈動による吸気圧力変動分ΔＰｍｉｖｃと吸気温度変動分ΔＴｍｉｖｃとを考慮して、次式（４）のように表すことができる。すなわち、シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌは、吸気脈動による変動分を考慮した吸気圧力（Ｐｍ＋ΔＰｍｉｖｃ）に比例し、吸気温度（Ｔｍ＋ΔＴｍｉｖｃ）の逆数に比例する特性を有する。

なお、上記吸気圧力変動分ΔＰｍｉｖｃ及び上記吸気温度変動分ΔＴｍｉｖｃは、図９に示すブロック図により算出される。
図９において、吸気圧力変動分基本値算出部Ｂ２０１は、吸気弁閉時期ＩＶＣと吸気弁開時期ＩＶＯとの偏差（ＩＶＣ−ＩＶＯ）、及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、図に示すようなマップを参照して吸気圧力変動分基本値ΔＰｍｉｖｃ０を算出する。そして、乗算部Ｂ２０２において、吸気圧力変動分基本値ΔＰｍｉｖｃ０に、吸気圧力Ｐｍを大気圧Ｐａｔｍで除算した圧力比（Ｐｍ／Ｐａｔｍ）を乗算することで吸気圧力変動分ΔＰｍｉｖｃとする。また、吸気温度変動分基本値算出部Ｂ２０３は、同じく上記偏差（ＩＶＣ−ＩＶＯ）及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、図に示すようなマップを参照して吸気温度変動分基本値ΔＴｍｉｖｃ０を算出する。そして、乗算部Ｂ２０４において、吸気温度変動分基本値ΔＴｍｉｖｃ０に、上記圧力比（Ｐｍ／Ｐａｔｍ）を乗算することで吸気温度変動分ΔＴｍｉｖｃとする。

ここで、式（３）で表されるソニック流状態から式（４）で表される準静的変化状態に移行するにつれて、吸気脈動による変動分が大きくなることを反映させるための第１の補正係数Ｋ１と、式（３）で表されるソニック流状態と式（４）で表される準静的変化状態とを滑らかに繋ぐための第２の補正係数Ｋ２を設定して、全領域に対応したＱｃｙｌの一般式を次式（５）のように設定する。

一方、吸気脈動を考慮しない場合のシリンダ吸入空気量（すなわち、吸気脈動分を排除した静的な成分）Ｑｃｙｌ１の一般式は次式（６）と表すことができるから、

上記式（５）及び（６）より、次式（７）を得る。

ここで、（Ｐｍ＋Ｋ１・ΔＰｍｉｖｃ）／（Ｐｍ＋ΔＰｍｉｖｃ）を吸気圧力変動分に伴う補正分（圧力補正係数）ＰＲＡＴＥに設定し、
（Ｔｍ＋Ｋ１・ΔＴｍｉｖｃ）^{−１／（２−Ｋ２）}／（Ｔｍ＋ΔＴｍｉｖｃ）^{−１／（２−Ｋ２）}を吸気温度変動分に伴う補正分（温度補正係数）ＴＲＡＴＥに設定すれば、上記式（７）は次式（８）のように表すことができ、これにより目標新気量ｔＱｃｙｌに関する上記式（１）を得ることができる。

図８に戻って、加算部Ｂ１０３は、次式（９）に示すように、上記静的な成分ｔＱｃｙｌ１に対して、目標吹き返しガス量（目標残留ガス量）ｔＱ_ＩＦＢを加算して、実際にシリンダ内に吸い込まれるガス量に相当する目標シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０とする。なお、ここで加算される目標吹き返しガス量ｔＱ_ＩＦＢは、例えばエンジン運転条件に応じて設定されるものである。

次に、除算部Ｂ１０４は、上記目標シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０を最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸで除算し、次の変換部Ｂ１０５では、図に示すようなテーブルを用いて、除算部Ｂ１０４の算出結果、すなわち（ｔＱｃｙｌ０／Ｑ_ＭＡＸ）を（ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄ／Ｑ_ＭＡＸ）に変換する。
ここで、ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄ、最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸ、及び（Ｑ_Ｄ／Ｑ_ＭＡＸ）と（Ｑｃｙｌ／Ｑ_ＭＡＸ）との関係について説明する。

ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄは、吸気弁１０４の作動特性に応じた開口面積でソニック流として吸入した場合のシリンダ吸入空気量であり、次式（１０）、（１１）で算出される。

但し、（ΣＡ）は所定クランク角Δθ毎に検出（算出）される吸気弁開口面積の積分値（総開口面積）である。また、Δｔは所定クランク角Δθを時間換算した値であり、ここではΔｔ＝Δθ／（６・Ｎｅ）の演算式によって算出される。
また、吸気弁１０４を通過する吸入空気がソニック流の場合、吸気弁１０４の前後圧力比（Ｐｃ／Ｐｍ）は、常に臨界圧力比（＝｛２／（κ＋１）｝^{（κ／κ−１）}）を示すことになるので固定値（定数）ｑ_{ＳＯＮＩＣ}となる。よって、上記式（１０）は、次式（１１）で表すことができ、本実施形態ではこれを用いる。

かかるソニック吸入空気量Ｑ_Ｄは、具体的には、図１０に示すブロック図により算出される。図１０において、総開口面積算出部Ｂ２１１は、吸気弁開時期ＩＶＯ及び吸気弁閉時期ＩＶＣから吸気弁１０４の作動特性（開閉時期及びリフト量）を把握するとともに、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＮＴ及び上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳから実効上死点ＴＤＣＲを算出し、この実効上死点ＴＤＣＲから吸気弁閉時期ＩＶＣまでの吸気弁１０４開期間中における単位クランク角（Δθ）毎の吸気弁開口面積Ａを上記把握した作動特性から算出し、各算出値を積算して総開口面積（ΣＡ）とする。

ここで、上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅ及びオーバーラップ中心ＯＶＬＣＴＲに対するオーバーラップ開口面積ＯＶＬＡ（＝吸気弁開口面積＝排気弁開口面積）に基づいて、図１１に示すようなマップを参照して算出する。上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅが高く、オーバーラップ開口面積ＯＶＬＡが小さいほど大きくなる特性を有しており、また、図１２に示すように、オーバーラップ開口面積ＯＶＬＡは、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲが小さいほど（進角側にあるほど）大きくなる特性を有している。

乗算部Ｂ２１２は、吸気温度Ｔｍと空気のガス定数Ｒａとを乗算し、変換部Ｂ２１３は、図に示すようなテーブルを検索して乗算部Ｂ２１２の算出結果（Ｒａ・Ｔｍ）をその平方根｛√（Ｒａ・Ｔｍ）｝に変換する。さらに、除算部Ｂ２１４は、吸気圧力Ｐｍを前記平方根｛√（Ｒａ・Ｔｍ）｝で除算し、乗算部Ｂ２１５は、除算部Ｂ２１４の算出結果に定数ｑ_{ＳＯＮＩＣ}を乗算する（｛Ｐｍ・ｑ_{ＳＯＮＩＣ}／（√（Ｒａ・Ｔｍ）｝）。

そして、乗算部Ｂ２１６は、総開口面積演算部Ｂ２１１の算出結果（ΣＡ）に乗算部Ｂ２１５の算出結果（｛Ｐｍ・ｑＳＯＮＩＣ／√（Ｒａ・Ｔｍ）｝を乗算し、乗算部Ｂ２１７は、さらに積分間隔時間Δｔ１｛＝Δθ／（６・Ｎｅ）｝を乗算する。これにより、上記（１１）式に示すソニック吸入空気量Ｑ_Ｄが算出される。
一方、最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸは、吸気行程開始から終了までのシリンダ行程容積を吸気弁１０４上流側の（吸気）状態で充填した場合のシリンダ吸入空気量であり、次式（１２）で算出される。

但し、ＶＩＶＣは吸気弁閉弁時におけるシリンダ容積であり、ＶＴＤＣは上死点におけるシリンダ容積である。ところで、静的に見れば、上記式（１２）に示すように、吸気弁閉時期におけるシリンダ容積から上死点におけるシリンダ容積を減算した値が（シリンダ）行程容積になるのであるが、上述したように、実際には、実効上死点ＴＤＣＲが吸気行程開始時期（点）であり、実効閉時期ＩＶＣＲが吸気行程終了時期（点）となっている。そのため、本実施形態では、次式（１３）に示すように、上記式（１２）における吸気弁閉弁時シリンダ容積ＶＩＶＣに代えて実効閉時期ＩＶＣＲにおけるシリンダ容積（以下「実効閉時期シリンダ容積」という）ＶＩＶＣＲを、上死点シリンダ容積ＶＴＤＣに代えて実効上死点ＴＤＣＲにおけるシリンダ容積（以下「実効上死点シリンダ容積」という）ＶＴＤＣＲを採用するようにしている。

かかる最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸは、具体的には、図１３に示すブロック図により算出される。図１３において、実効閉時期演算部Ｂ２２１は、吸気弁閉時期ＩＶＣからＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳを減算して実効閉時期ＩＶＣＲを算出する。ここで、ＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸気弁１０４のリフト量ＶＬＩＦＴｉ（例えば、最大リフト量）に基づいて、図１４に示すようなマップを参照して算出する。ＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳは、エンジン回転速度Ｎｅが高く、リフト量ＶＬＩＦＴｉが小さいほど大きくなる特性を有している。

実効閉時期シリンダ容積演算部Ｂ２２２は、実効閉時期ＩＶＣＲに基づいて、図に示すようなテーブルを検索して実効閉時期シリンダ容積ＶＩＶＣＲを算出する。ここでは、（設定上の）吸気弁閉時期ＩＶＣからＩＶＣオフセット量ＩＶＣＯＦＳを減算することで実効閉時期ＩＶＣＲを求めているが、これは一例であり、実際の吸気行程終了時期を実効閉時期ＩＶＣＲとして求めることができれば、他の方法で求めてもよい。

一方、実効上死点演算部Ｂ２２３は、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＮＴに上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳ（図１１参照）を加算して実効上死点ＴＤＣＲを算出し、実効上死点シリンダ容積演算部Ｂ２２４は、実効上死点ＩＶＣＲに基づき図に示すようなテーブルを検索して実効上死点シリンダ容積ＶＴＤＣＲを算出する。ここでは、オーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲに上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳを加算することで実効上死点ＴＤＣＲを求めているが、実効閉時期ＩＶＣＲと同様にこれは一例であり、実際の吸気行程開始時期を実効上死点ＴＤＣＲとして求めることができれば、他の方法で求めてもよい。

そして、有効行程容積演算部Ｂ２２５は、実効閉時期シリンダ容積ＶＩＶＣＲから実効上死点シリンダ容積ＶＴＤＣＲを減算して実効行程容積（ＶＩＶＣＲ−ＶＴＤＣＲ）を算出し、乗算部Ｂ２２６は、吸気圧力Ｐｍを空気のガス定数Ｒａと吸気温度Ｔｍとの積で除算した｛Ｐｍ／（Ｒａ・Ｔｍ）｝を、実効行程容積（ＶＩＶＣＲ−ＶＴＤＣＲ）に乗算する。これにより、上記（１３）式に示す最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸが算出される。

ここにおいて、吸気弁１０４の作動特性に応じた実際のシリンダ吸入空気量をＱｃｙｌとすると、（ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄ／最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸ）と（シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌ／最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸ）との間に一義的な関係があることが確認されており、この関係をあらかじめ記憶しておけば、一方の値（例えば、Ｑｃｙｌ／Ｑ_ＭＡＸ）に基づいて、これに対応する他方の値（Ｑ_Ｄ／Ｑ_ＭＡＸ）を直ちに求めることができる（すなわち、変換することができる）。かかる関係を示したものが、図８の変換部Ｂ１０５におけるテーブルであり、これにより、図８の除算部Ｂ１０４の算出結果である｛（目標）シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０／最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸ｝を｛（目標）ソニック吸入空気量ｔＱ_Ｄ／最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸ｝へと変換できる。

再び図８に戻って、乗算部Ｂ１０６では、変換部Ｂ１０５からの出力値（ｔＱ_Ｄ／Ｑ_ＭＡＸ）に最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸを乗算して目標ソニック吸入空気量ｔＱ_Ｄとする。
ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄは上記式（１１）で表されるから、除算部Ｂ１０７にて、上記目標ソニック吸入空気量ｔＱ_Ｄを｛Ｐｍ・ｑ_{ＳＯＮＩＣ}／√（Ｒａ・Ｔｍ）｝で除算し、除算部Ｂ１０８にて、Δｔ｛＝Δθ／（６／Ｎｅ）｝で除算することで、吸気弁１０４の目標総開口面積（ｔΣＡ）とすることができる。この目標総開口面積（ｔΣＡ）は、目標ソニックｔＱ_Ｄを得るための開口面積に相当する。

目標作動角設定部Ｂ１０９では、算出した目標総開口面積（ｔΣＡ）をクランク角単位に換算し、図に示すようなテーブルを検索することで基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０とする（すなわち、開口面積を作動角に変換する）。なお、基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０は、目標総開口面積ｔΣＡが大きいほど、大きな値として設定される。
ところで、上記加算部Ｂ１０３で加算される目標吹き返しガス量ｔＱ_ＩＦＢは、エンジン運転条件に応じて設定されるものであるが、吹き返しガス量Ｑ_ＩＦＢは、オーバーラップ中の開口面積を吸気弁開時期ＩＶＣからオーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲまでの吸気弁開口面積（前半開口面積）の積算値（ΣＡ_ＩＶ）とし、シリンダ内圧力を排気圧力Ｐｅとして次式（１４）のように表すことができるものである。なお、Ｋ３は係数であり、図１５に示すように、エンジン回転速度Ｎｅに比例する１以上の値として設定される。

したがって、上記式（１４）より、設定された目標吹き返しガス量ｔＱ_ＩＦＢを得る（実現する）ためのオーバーラップ中の目標開口面積｛吸気弁開時期ＩＶＣからオーバーラップ中心角ＯＶＬＣＴＲまでの吸気弁前半開口面積の積算値（ΣＡ_ＩＶ）のことであり、以下「目標ＯＶＬ前半開口面積（ｔΣＡ_ＩＶ）」という｝を求めることができる。
そして、本実施形態において、排気弁１０８の作動特性は一定であるから、上記目標ＯＶＬ前半開口面積（ｔΣＡ_ＩＶ）及び上記基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０が求まれば、吸気弁１０４の開時期も決定される。そこで、目標開時期設定部Ｂ１１０において、基本目標作動角ｔθｅｖｅｎｔ０及び目標ＯＶＬ前半開口面積（ｔΣＡ_ＩＶ）に基づいて、図に示すようなマップを参照して基本目標開時期ｔＩＶＯ０を設定する。

以上により、通常時作動特性制御における目標作動特性（ｔθｅｖｅｎｔ、ｔＩＶＯ）が設定される（但し、これは一例であり、通常時作動特性制御は、目標新気量ｔＱｃｙｌに基づいて目標作動特性を設定する構成であればよい）。
次に、スロットル制御について説明する。
本実施形態に係るスロットル制御は、エンジン運転条件等により所定の負圧が要求された場合には、当該負圧を発生させるようスロットル弁１０２を動作させるとともに（この場合、上記吸気弁作動特性制御は、当該負圧が発生している状態での基本目標作動特性を算出することになる）、吸気弁１０４の作動特性に基づいて（換言すると、吸気弁１０４によって制御される）実際のシリンダ吸入空気量ｒＱｃｙｌを算出（予測）し、この実シリンダ吸入空気量（実新気量）ｒＱｃｙｌの目標新気量ｔＱｃｙｌに対する偏差ΔＱｃｙｌ（＝ｔＱｃｙｌ−ｒＱｃｙｌ）を減少させる方向に（０とするように）スロットル弁１０２を作動させて吸気圧力Ｐｍを調整するものである。また、特に、全負荷運転が要求されたときであっても、吸気弁１０４の作動特性が高負荷用作動特性に制御されるのを待ってから、スロットル弁１０２を全開とすること（すなわち、直ちに全開としないこと）をその特徴としている。

図１６は、本実施形態に係るスロットル制御のフローを示している。
図１６において、Ｓ２１では、目標新気量ｔＱｃｙｌを読込む。
Ｓ２２では、吸気弁１０４の作動特性に基づいて実新気量ｒＱｃｙｌを算出する。かかる算出は後述する（図１７参照）。
Ｓ２３では、上記目標新気量ｔＱｃｙｌと上記実新気量ｒＱｃｙｌとの偏差ΔＱｃｙｌを算出する（ΔＱｃｙｌ＝ｔＱｃｙｌ−ｒＱｃｙｌ）。

Ｓ２４では、全負荷運転が要求されているか否かを判定する。かかる判定は、例えばアクセル開度ＡＰＯが全開（最大開度）となっているか否かにより行う。全負荷運転が要求されていれば（すなわち、アクセル開度ＡＰＯが全開であれば）Ｓ２５に進み、全負荷運転が要求されていなければＳ２７に進む。
Ｓ２５では、吸気弁１０４の作動特性が高負荷用作動特性（全負荷用作動特性）となったか否かを判定する。吸気弁１０４の作動特性が高負荷用作動特性（全負荷用作動特性）となっていれば、Ｓ２６に進み、スロットル弁１０２を全開に制御する（スロットル弁１０２の目標開度として「全開（最大開度）」を設定して「スロットル全開制御」を実行する）。一方、まだ高負荷用作動特性となっていなければＳ２７に進む。

Ｓ２７では、前記偏差ΔＱｃｙｌに応じて、該偏差ΔＱｃｙｌを減少させる方向にスロットル弁１０２を作動させる「通常時スロットル制御」を実行する。
図１７は、実新気量ｒＱｃｙｌの演算処理を示すブロック図であり、図１６のＳ２２で実行される。実新気量ｒＱｃｙｌの算出は、基本的には、上記基本目標作動特性（ｔθｅｖｅｎｔ、ｔＩＶＯ）の設定の逆方向の演算により行う。

図１７において、Ｑ_Ｄ演算部Ｂ３０１は、吸気弁１０４の作動特性や吸気の状態等に基づいて、ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄを算出する（式（１１）、図１０等参照）。
Ｑ_ＭＡＸ演算部Ｂ３０２は、同じく吸気弁１０４の作動特性や吸気の状態等に基づいて、最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸを算出する（式（１３）、図１３等参照）。
除算部Ｂ３０３は、Ｑ_Ｄ演算部Ｂ３０１で算出したソニック吸入空気量Ｑ_ＤをＱ_ＭＡＸ演算部Ｂ３０２で算出した最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸで除算して（Ｑ_Ｄ／Ｑ_ＭＡＸ）を求める。

変換部Ｂ３０４は、図に示すようなテーブルを用いて（Ｑ_Ｄ／Ｑ_ＭＡＸ）に対応する（Ｑｃｙｌ／Ｑ_ＭＡＸ）を検索する。なお、かかるテーブルは、図８における変換部Ｂ１０５で用いるテーブルと基本的には同じである（Ｘ、Ｙ軸の値を逆にしたものである）。
乗算部Ｂ３０５は、検索した（Ｑｃｙｌ／Ｑ_ＭＡＸ）に上記最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸを乗算して基本吸入空気量Ｑｃｙｌ０とする。この基本吸入空気量Ｑｃｙｌ０は、現在の吸気弁１０４の作動特性及び吸気の状態で実際にシリンダ内に吸い込まれるガス量に相当する。但し、このガス量には、オーバーラップ期間中に吸気ポートに吹き返された排気が再吸入される分（以下単に「吹き返しガス量」という）Ｑ_ＩＦＢも含まれている。

そこで、減算部Ｂ３０６は、上記基本吸入空気量Ｑｃｙｌ０から吹き返しガス量Ｑ_ＩＦＢを減算して新気量（シリンダ吸入空気量）Ｑｃｙｌ１とする。なお、吹き返しガス量Ｑ_ＩＦＢは、現在の吸気弁１０４の作動特性に基づいて前半開口面積の積算値（ΣＡ_ＩＶ）を求めるとともに排気圧力Ｐｅを検出し、上記式（９）によって算出される。
以上により、基本的には、現在の吸気弁１０４の作動特性及び吸気の状態での新気量（シリンダ吸入空気量）を求めることができるのであるが、以上の演算では、吸気圧力Ｐｍとして、複数回の検出値を平均して吸気脈動による変動を平滑化した値を用いている。ところが、実際には、吸気脈動によって吸気圧Ｐｍが変動すると吸気温度Ｔｍも変動し、これらの変動に伴ってシリンダに吸入される新気量も変動する。また、シリンダに吸入される際に吸気弁１０４を通過することになるが、この吸気弁１０４からの熱を受けて温度上昇し、この（吸気弁１０４の熱に起因する）温度上昇によってもシリンダに吸入される新気量は変動する。

そのため、本実施形態では、上記シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌ１に対して吸気脈動に対する補正を行って新気量（シリンダ吸入空気量）の算出精度を高めるようにしている。
図１７に戻って、圧力補正部Ｂ３０７は、シリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌ１に、圧力補正係数算出部ｂ３０７（破線）で算出された圧力補正係数ＰＲＡＴＥを乗算することで吸気脈動による吸気圧力変動分を補正する。なお、圧力補正係数ＰＲＡＴＥは、上記式（７）、（８）に示すように、（Ｐｍ＋Ｋ１・ΔＰｍｉｖｃ）／（Ｐｍ＋ΔＰｍｉｖｃ）で算出されるものであり、具体的には、変換部Ｂ３０４で算出した（Ｑｃｙｌ／Ｑｍａｘ）に基づいて、図に示すようなマップを参照して第１の補正係数Ｋ１を算出し、この第１の補正係数Ｋ１を吸気圧力変動分ΔＰｍｉｖｃに乗算し、さらに吸気圧力Ｐｍを加算して（Ｐｍ＋ｋ１・ΔＰｍｉｖｃ）とし、この値を吸気圧力Ｐｍで除算することで算出する（ｂ３０７参照）。

次の温度補正部Ｂ３０８は、吸気脈動による吸気圧力変動分を補正したシリンダ吸入空気量（Ｑｃｙｌ１・ＰＲＡＴＥ）に、温度補正係数算出部ｂ３０８（破線）で算出された温度補正係数ＴＲＡＴＥを乗算して吸気脈動による吸気温度変動分を補正する。なお、温度補正係数ＴＲＡＴＥは、上記式（７）、（８）に示すように、（Ｔｍ＋Ｋ１・ΔＴｍｉｖｃ）^{−１／（２−Ｋ２）}／（ΔＴｍ＋ΔＴｍｉｖｃ）^{−１／（２−Ｋ２）}で算出されるものであり、具体的には、第１の補正係数Ｋ１を吸気温度変動分ΔＴｍｉｖｃに乗算し、さらに吸気温度Ｔｍを加算して（Ｔｍ＋Ｋ１・ΔＴｍｉｖｃ）とし、これを吸気温度Ｔｍで除算して基本温度補正係数ＴＲＡＴＥ０とする。また、（Ｑｃｙｌ／Ｑｍａｘ）に基づいて、図に示すようなマップを参照して第２の補正係数Ｋ２を算出する。そして、基本温度補正係数ＴＲＡＴＥ０及び第２の補正係数Ｋ２に基づいて、マップを参照して温度補正係数ＴＲＡＴＥを算出する（ｂ３０８参照）。

以上のようにして算出されたシリンダ吸入空気量（Ｑｃｙｌ１・ＰＲＡＴＥ・ＴＲＡＴＥ）が上記実新気量ｒＱｃｙｌに相当する。
図１８は、全負荷運転が要求されたときの吸気弁１０４の作動特性及びスロットル弁１０２（の開度）の様子を示している。
吸気弁１０４の作動特性は、（ａ）に示すように、所定の高負荷領域以外の通常運転時においては、エンジン運転条件に基づいて算出される目標トルクｔＴｅ相当のシリンダ吸入空気量（目標新気量）ｔＱｃｙｌに基づいて制御されている。また、スロットル弁１０２の開度は、（ｂ）に示すように、吸気弁１０４の作動特性によって制御される実際のシリンダ吸入空気量（実新気量）ｒＱｃｙｌと目標新気量ｔＱｃｙｌとの偏差ΔＱｃｙｌを０にするように制御されている。

ここで、全負荷運転の要求があると（例えばアクセル開度ＡＰＯが所定開度ＡＰＯｓを超えたり、目標トルクｔＴｅが所定の判定トルクＴｅ１を超えたりすると）、吸気弁１０４の目標作動特性として直ちに高負荷用作動特性が設定され（（ａ）の破線参照）、吸気弁作動特性制御が通常時作動特性制御から高負荷時作動特性制御へと切り換わる（時刻ｔ１）。

一方、スロットル弁１０２は、全負荷運転の要求があった場合であっても、吸気弁１０４の作動特性が高負荷用作動特性になるまでの間は、引き続き実新気量ｒＱｃｙｌと目標新気量ｔＱｃｙｌとの偏差ΔＱｃｙｌに基づいて制御される（すなわち、通常時スロットル制御のままである）。
そして、吸気弁１０４の作動特性が高負荷用作動特性に到達すると、スロットル弁１０２の目標開度が全開に設定されて（（ｂ）の破線参照）、スロットル全開制御が実行される（時刻ｔ２）。

以上のような制御により、（ｃ）に示すように、吸気弁作動特性制御の切り換えに伴うトルク段差等は発生せずに、また、トルクリニアリティを確保しつつ全負荷出力（ＷＯＴトルク）を得ることができる（時刻ｔ３）。なお、吸気通路内の負圧（Ｂｏｏｓｔ）は、（ｄ）に示すように、吸気弁１０４が高負荷用作動特性となるまでは（すなわち、時刻ｔ２までは）所定値（例えば−５０ｍｍＨｇ）のまま維持され、その後にスロットル弁１０２が全開となることによって負圧も０となる。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、吸気弁の作動特性による吸入空気量制御を基本としつつ、その誤差分についてはスロットル弁の（開閉）制御によって補うことができるので、高精度な吸入空気量制御が実現できる。そして、吸気弁作動特性制御においては、基本的に、目標新気量ｔＱｃｙｌに基づく通常時作動特性制御を行う一方、高負荷領域では、目標新気量ｔＱｃｙｌにかかわらず、吸気弁の作動特性を、該高負荷領域で設定されるべき高負荷用作動特性（例えば、全負荷運転時に設定される作動特性が該当する）へと制御するようにしたので、吸気脈動や温度の影響によって生じる目標作動特性の算出誤差（作動特性制御の誤差）を回避して、高負荷領域において所期の出力を確保することができる。そして、スロットル制御においては、吸気弁の作動特性によって制御される実吸入空気量と目標吸入空気量とに基づいて、その偏差をなくすようにスロットル弁が開閉制御されるので、目標吸入空気量に高精度に制御できる（すなわち、吸気弁作動特性の変化（更に言えば制御の切り換え）に対するトルク精度とトルクリニアリティをスロットル弁で補償することができる）。

ここで、高負荷領域であるか否かは、例えば目標エンジントルクｔＴｅやアクセル開度ＡＰＯ等を用いることで、新たな構成を必要とせずに、容易に判定することができる。
ここで、特にスロットル制御においては、全負荷運転が要求されたときであっても、スロットル弁を直ちに全開とするのではなく、吸気弁の作動特性が高負荷用作動特性（全負荷時に設定される作動特性）になるのを待ってからスロットル弁を全開とするようにしている。このため、吸気弁の作動特性は、全負荷運転の要求とともに高負荷用作動特性への制御が開始されることになるが、吸気弁の作動特性は高負荷用作動特性となるまでの間は、実吸入空気量と目標吸入空気量とに基づいてスロットル弁が制御されることになる。したがって、全負荷運転要求時においても、吸気弁の作動特性の過渡的な変化（吸気弁作動特性制御の切り換え）に対するトルク精度及びトルクリニアリティをスロットル制御で補償しつつ、容易かつ確実に全負荷出力を得ることができる（出力性能を保証できる）。

また、本実施形態では、吸気弁作動特性制御において、ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄ、最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸ及び実際のシリンダ吸入空気量Ｑｃｙｌとしたときに、（Ｑ_Ｄ／Ｑ_ＭＡＸ）と（Ｑｃｙｌ／Ｑ_ＭＡＸ）との間の一義的な関係を変換テーブル（図８のＢ１０５）として作成しておき、この変換テーブルと目標シリンダ吸入空気量ｔＱｃｙｌ０に基づいて目標ソニック吸入空気量ｔＱ_Ｄを算出し（図８のＢ１０５、Ｂ１０６）、この目標ソニック吸入空気量ｔＱ_Ｄに基づいて吸気弁１０４の目標作動特性（作動角、開時期）を設定している。より具体的には、目標ソニック吸入空気量ｔＱ_Ｄから、該目標ソニック吸入空気量ｔＱ_Ｄをソニック流として吸入するための開口面積（ｔΣＡ）を算出し、この開口面積（ｔΣＡ）を目標作動角に変換するとともに、目標開時期を算出している（図８のＢ１０９、Ｂ１１０）。このため、運転領域全体において、マップを多用することなく、上記変換テーブルにより吸気弁１０４の目標作動特性を設定することが可能となり、演算負荷を軽減しつつ、目標トルク相当のシリンダ吸入空気量（目標新気量）ｔＱｃｙｌを達成することができる。但し、これは一例であり、目標トルク相当のシリンダ吸入空気量（目標新気量）に基づいて吸気弁１０４の目標作動特性を設定する構成であれば他の方法であってもよいことはもちろんである。

本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。 同上吸気弁の動弁機構（ＶＥＬ機構＋ＶＴＣ機構）の構成を示す図である。 同上ＶＥＬ機構の構成を示す図である。 高負荷領域の概要を示す図である。 弁作動特性、シリンダ内圧力及び単位クランク角当たりのシリンダ吸入空気量の関係を示す図である。 吸気弁作動特性制御を示すフローチャートである。 目標新気量ｔＱｃｙｌを算出するマップの一例である。 （通常制御用の目標作動特性を設定する）目標作動特性設定手段における処理を示すブロック図である。 吸気脈動による変動分（吸気圧力変動分、吸気温度変動分）を算出するブロック図である。 ソニック吸入空気量Ｑ_Ｄを算出する構成（ブロック図）である。 上死点オフセット量ＴＤＣＯＦＳを算出するマップである。 オーバーラップ開口面積ＯＶＬＡ算出するマップである。 最大吸入空気量Ｑ_ＭＡＸを算出する構成（ブロック図）である。 吸気弁閉時期のオフセット量ＩＶＣＯＦＳを算出するマップである。 係数Ｋ３を設定するテーブルの一例である。 スロットル制御を示すフローチャートである。 実新気量ｒＱｃｙｌを算出する構成(ブロック図)である。 全負荷要求時の吸気弁、スロットル弁の変化を示す図である。

符号の説明

１…エンジン、１０１…吸気通路、１０２…スロットル弁、１０３…インジェクタ、１０４…吸気弁、１０５…動弁機構、１０５ａ…ＶＥＬ機構、１０５ｂ…ＶＴＣ機構、１０６…点火プラグ、１０７…排気通路、１０８…排気弁、１５１…駆動軸、１５２…揺動カム、１５３…偏心駆動カム、１５４…リング状リンク、１５５…制御軸、１５６…偏心制御カム、１５７…ロッカアーム、１５８…ロッド状リンク、１６１…電磁アクチュエータ、２０１…エンジンコントローラ、２１１…アクセルセンサ、２１２…クランク角センサ、２１３…吸気圧力センサ、２１４…吸気温度センサ、２１５…排気圧力センサ

Claims (7)

1. 吸気通路にスロットル弁が配設されるとともに、吸気弁の作動特性を可変する可変動弁機構を備えたエンジンの吸入空気量制御装置であって、
   前記エンジンの目標トルク相当のシリンダ吸入空気量である目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
   算出された目標吸入空気量に基づいて、前記吸気弁の作動特性を制御する吸気弁作動特性制御手段と、
   前記吸気弁の作動特性に基づいて、実際のシリンダ吸入空気量である実吸入空気量を算出し、算出した実吸入空気量と前記目標吸入空気量とに基づいて前記スロットル弁を制御するスロットル制御手段と、を含んで構成され、
   前記吸気弁作動特性制御手段は、所定の高負荷領域においては、前記目標吸入空気量にかかわらず、前記吸気弁の作動特性を、前記所定の高負荷領域で設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された高負荷用作動特性へと制御し、
   全負荷運転が要求されたときに、前記スロットル制御手段は、前記吸気弁の作動特性が前記高負荷用作動特性となってから前記スロットル弁を全開とする制御を開始する、
   ことを特徴とするエンジンの吸入空気量制御装置。
2. 前記吸気弁作動特性制御手段は、アクセル開度が所定開度を超えるときに、前記吸気弁の作動特性を前記高負荷用作動特性へと制御する
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
3. 前記高負荷用作動特性は、全負荷運転時に設定されるべき作動特性である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
4. 前記吸気弁作動特性制御手段は、算出された目標吸入空気量を、吸気脈動に伴う吸気温度の変動分及び吸気脈動に伴う吸気圧力の変動分で補正した目標吸入空気量に基づいて
   吸気弁の作動特性を制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
5. 前記吸気弁作動特性設定手段は、前記吸気弁の作動特性に応じた開口面積でソニック流として吸入した場合のシリンダ吸入空気量をソニック吸入空気量Ｑ_D、吸気行程の開始から終了までのシリンダ行程容積を吸気弁上流側の状態で充填した場合のシリンダ吸入空気量を最大吸入空気量Ｑ_MAX、及び実際のシリンダ吸入空気量をＱｃｙｌとしたときの（Ｑ_D／Ｑ_MAX）と（Ｑｃｙｌ／Ｑ_MAX）との間に設定される関係と、前記目標吸入空気量とに基づいて、該目標吸入空気量に対応する目標ソニック吸入空気量を算出し、
   算出した目標ソニック吸入空気量に基づいて前記目標作動特性を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
6. 前記目標ソニック吸入空気量から、該目標ソニック吸入空気量を得るための開口面積を算出し、算出した開口面積に基づいて前記目標作動特性を設定する
   ことを特徴とする請求項５記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
7. 吸気通路にスロットル弁が配設されるとともに、吸気弁の作動特性を可変する可変動弁機構を備えたエンジンの吸入空気量制御装置であって、
   前記エンジンの目標トルク相当のシリンダ吸入空気量である目標吸入空気量を算出し、算出した目標吸入空気量に基づいて前記吸気弁の作動特性を制御する一方、
   前記吸気弁の作動特性に基づいて実際のシリンダ吸入空気量である実吸入空気量を算出し、算出した実吸入空気量と前記目標吸入空気量とに基づいて前記スロットル弁を制御するように構成し、
   全負荷運転が要求されたときは、前記目標吸入空気量にかかわらず、前記吸気弁の作動特性を全負荷運転時に設定されるべき作動特性としてあらかじめ設定された全負荷用作動特性へと制御するとともに、前記吸気弁の作動特性が前記高負荷用作動特性となってから前記スロットル弁を全開とする制御を開始する、
   ことを特徴とするエンジンの吸入空気量制御装置。

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