JP5253239B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気バルブの開閉特性を任意に設定可能な可変動弁機構を備える内燃機関の該吸気バルブのリフト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、吸気バルブの開閉特性を任意に設定可能な可変動弁機構を搭載し、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、このような可変動弁機構を備えた内燃機関において、アイドル運転状態時には吸気バルブの閉時期を固定し、スロットル弁の開度を制御することによって吸入空気量を制御する手法が開示されている。

特許第３７９１２６７号公報

従来の手法によると、アイドル運転状態時にスロットル弁の開度を制御することによって、吸入空気量の少ない低負荷時においても、吸気バルブの閉時期制御に起因するガス流動の弱化や付着燃料の気化の鈍化等の問題を解決することができる。

しかしながら、吸気バルブの開時期を固定することにより該バルブの開時間が長くなると、上記のような付着および気化等の問題は解決されるかもしれないが、ポンピングロスが増加して、内燃機関の出力を得るための燃料消費量も増加し、よって燃費を低下させるおそれがある。

また、従来は、低負荷領域における吸気バルブのリフト量は、或る一定の所定値に制御されるのが一般的であった。そして、様々な環境条件（たとえば、大気圧や吸気温の違い）に対応可能なように、このような所定値は、比較的高い値に設定されており、よって、環境によっては燃費が低下するおそれがあった。

したがって、任意の環境下において、燃費を低下させることなく、吸気バルブを制御する手法が望まれている。特に、任意の環境下において、低負荷の運転状態を実現しつつ、燃費を低下させることのない吸気バルブの制御手法が望まれている。

本発明の一つの側面によると、少なくとも吸気温度および大気圧を含む内燃機関周囲の環境状態について、現在の該環境状態（ＰＡ、ＴＡ）を検出する検出手段と、標準となる前記環境状態（ＰＡ＿ＳＴＤ、ＴＡ＿ＳＴＤ）における吸入空気量および吸気バルブのリフト量の間の関係を示すマップ（９０）を記憶する記憶手段と、内燃機関によって要求される要求吸入空気量（ＧＡＬＴＨＣＭＤ）を算出する手段と、標準の環境状態下における該要求吸入空気量を、現在の環境状態下における要求吸入空気量を示すよう補正する補正手段と、補正された要求吸入空気量（ＧＡＬＴＨＣＭＤＦ）に基づいて、記憶手段に記憶されたマップを参照し、該補正された要求吸入空気量に対応する目標リフト量（ＡＬＣＭＤ）を算出する手段と、を備える。

この発明によれば、現在の環境状態に従って要求吸入空気量を補正するので、現在の環境状態に適合した目標リフト量を算出することができる。様々な環境に適合可能なようにリフト量を高めの値に固定する制御に比べ、ポンピングロスを抑制し、良好な燃費を実現することができる。また、標準となる環境状態における吸入空気量とリフト量の関係を記憶しておけばよく、異なる環境状態ごとに該関係を記憶しておく必要がないので、データの設定工数およびデータ容量を抑制することができる。

この発明の一実施形態では、上記リフト量は、アイドリング運転状態において算出される。こうして、低負荷の運転領域において、現在の環境に適合したリフト量が実現されるので、燃費の低下を回避することができる。

この発明の一実施形態では、上記環境状態は、吸気温度および大気圧に基づく空気密度（ρ）で表される。こうして、吸気温度および大気圧が様々に異なる任意の環境下において、該環境に適合したリフト量を実現することができる。

この発明の一実施形態では、補正された要求吸入空気量および内燃機関の目標回転数（ＮＯＢＪ）に基づいて、記憶手段に記憶されたマップを参照し、該補正された要求吸入空気量に対応する目標リフト量を算出する。こうして、リフト量を、目標回転数に応じた値とすることができる。

この発明の一実施形態では、要求吸入空気量は、内燃機関によって駆動される補機の負荷および該内燃機関のフリクションに基づいて算出される。こうして、アイドリング運転状態においてエンジンに必要とされうる吸入空気量を決定されることができる。

この発明の一実施形態では、リフト量を一定にしつつ、目標吸入空気量の増大に従って吸気管圧力を変更する第１の運転領域と、吸気管圧力を所定の基準ゲージ圧に一定にしつつ、目標吸入空気量の増大に従ってリフト量を変更する第２の運転領域とが実現される。所定の基準位相下において、目標吸入空気量が上記要求吸入空気量に達したとき、該第１の運転領域から第２の運転領域に切り換えられる。上記マップは、標準となる環境状態および該基準ゲージ圧における吸入空気量および吸気バルブのリフト量の間の関係を示しており、目標リフト量は、該第１の運転領域に適用される。こうして、第１の運転領域から第２の運転領域に切り換えられる時の基準ゲージ圧下において要求吸入空気量を実現することができるような目標リフト量を算出することができる。要求吸入空気量は、内燃機関に必要とされる空気量であり、環境に依存することなく一定であるので、どのような環境下においても、同様のタイミングで第１の運転領域から第２の運転領域への切換をスムーズに行うことができる。

この発明の一実施形態では、さらに、上記の検出手段によって検出された大気圧を平滑化して平滑化する手段を備え、上記の補正手段は、該平滑化された大気圧を用いて補正を行う。該平滑化は、今回のサイクルで補正手段によって用いられる該平滑化された大気圧が、前回のサイクルで補正手段によって用いられた該平滑化された大気圧に対して所定値以上の大きさの差を有しないように行われる。

たとえば大気圧を検出するセンサの故障等に起因して、検出された大気圧が急変すると、目標リフト量が急変し、よって吸入空気量が急変するおそれがある。この発明によれば、補正に用いる大気圧の変化が抑制されるように、大気圧の平滑化が行われるので、このような吸入空気量の急変を抑制することができ、よって、エンジンストールや急発進等の発生を防止することができる。

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、内燃機関の補機の一例を示す図。 本発明の一実施形態に従う、吸気バルブの挙動およびポンピングロスを説明するための図。 本発明の一実施形態に従う、制御形態を説明するための図。 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、吸気量マップの一例を示す図。 本発明の一実施形態に従う、制御プロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、吸気量マップの一例を示す図。 本発明の一実施形態に従う、吸気バルブのモデルを表す図。 本発明の一実施形態に従う、移行吸入空気量を求め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、吸気量マップの一例を示す図。 本発明の他の実施例に従う、制御装置の機能ブロック図。 本発明の他の実施例に従う、平滑化大気圧を算出するプロセスのフローチャート。 本発明の、平滑化大気圧を用いることの技術的意義を説明するための図。 本発明の、平滑化大気圧を用いることの技術的意義を説明するための図。

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に設けてもよい。

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、本実施形態では、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。

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３３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３４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３３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３４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３４により出力されるＴＤＣパルスと、クランク角センサ３３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。この実施例では、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３５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３５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、連続可変動弁機構３１により吸気バルブ１４のリフト量を制御すると共に、スロットル弁４６の開度の制御を介して吸気管圧力を制御することにより、エンジン１２への吸入空気量を制御する。

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。吸気管圧力は、絶対圧およびゲージ圧で表されることができ、ここでゲージ圧は、大気圧ＰＡに対する吸気管内絶対圧ＰＢの差圧を表し、ＰＢ−ＰＡ（ｍｍＨｇ）である。さらに、エンジン１２の水温ＴＷを検出するエンジン水温センサ５６が備えられ、エンジンの水温を示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

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。

図２を参照すると、本願発明の一実施例に従う、エンジン１２によって駆動される補機の一例が示されている。自動変速機６１、エアコン６２、パワーステアリング装置６３およびオルタネータ６４等の補機は、エンジン１２のクランク軸３０によって駆動される。図に示す補機は一例であり、エンジンに対して負荷を与える車両に搭載された任意の装置が、該補機に含められるとする。

図３（ａ）を参照すると、連続可変動弁機構３１によって制御される吸気バルブの挙動を説明するためのグラフである。縦軸はリフト量を示し、横軸はクランク角度を表す。連続可変動弁機構により、吸気バルブの位相を連続的に変化させることができると共に、リフト量を連続的に変化させることができる。

排気バルブのクランク角度に対するリフト量（以下、作動特性と呼ぶ）が、符合ＥＸ１によって示されている。実線で示されるＩＮ１１〜ＩＮ１５は、吸気バルブの基準位相における作動特性を示している。この実施例では、該基準位相は、ＴＤＣ（圧縮上死点）に対して最遅角の所に設定されている。ＩＮ１５からＩＮ１１に向けて、リフト量は増大しており、エンジンの運転状態に応じて、ＩＮ１１〜ＩＮ１５の間で作動特性が切り換えられる。点線で示されるＩＮ２１〜ＩＮ２５は、作動特性ＩＮ１１〜ＩＮ１５がそれぞれＴＤＣに対して最進角された状態の作動特性を示している。図から明らかなように、この可変動弁機構においては、リフト量を小さくするほど、吸気バルブが開いている時間（開時間）も短くなる。

ここで、たとえばＩＮ１１およびＩＮ１５について、燃費を考察してみる。図３（ｂ）において、符号７１は、ＩＮ１１についてのＰＶ線図（燃焼室内の圧力と体積の関係を示す）を示し、符号７２は、ＩＮ１５についてのＰＶ線図を示す。点Ａにおいて、吸気バルブが開き、吸入行程が開始する。点Ｂから圧縮行程が開始する。点Ｃから膨張行程が開始する。点Ｄから排気行程が開始する。圧縮〜排気行程においては、ＩＮ１１（符号７１）もＩＮ１５（符号７２）も同様の挙動を示すが、吸入行程においては、ＩＮ１１は、ＩＮ１５に比べて、仕事量が大きくなっている。符号７５によって示される網掛けされた領域は、ポンピングロスと考えられる。このように、リフト量を小さくするほど、ポンピングロスを抑制することができ、よって燃費の低下を防止することができる。したがって、特にアイドリング運転領域のような低負荷領域においては、ポンピングロスを抑制するよう、リフト量を低く維持するのがよい。

図４を参照して、本願発明の一実施形態に従う制御形態について説明する。図では、一例として、目標吸入空気量に対する目標吸気管圧力（絶対圧で表される）の挙動１０１〜１０３と目標リフト量の挙動１１１〜１１３が示されている。符号１０１および１１１は、吸気温が２５度、大気圧が７６０ｍｍＨｇの場合を示し、符号１０２および１１２は、吸気温が５０度、大気圧が７６０ｍｍＨｇの場合を示し、符号１０３および１１３は、吸気温が２５度、大気圧が４５０ｍｍＨｇの場合を示す。符号１０１と符号１０２は、同じ挙動を示すので、重なって示されている。この実施例では、吸気温２５度が標準吸気温であり、大気圧７６０ｍｍＨｇが標準大気圧であり、この状態を標準状態（標準の環境状態）と呼ぶ。代替的に、他の値の吸気温および大気圧を標準状態としてもよい。

本願発明の一実施形態によると、エンジンは２つの制御領域を有する。１つは、目標吸入空気量が所定値より低い領域であり、負圧制御領域と呼ばれる。この領域は、低負荷領域であり、よってアイドリング運転状態はこの領域において実現される。この領域では、目標リフト量を一定にしつつ、目標吸入空気量の増大に従って目標吸気管圧力を変更する。負圧制御領域では、オーバーラップ期間（吸気バルブと排気バルブの両方が開いているクランク角度期間）を小さくすると共に、ポンピングロスを抑制するため、目標リフト量は低めの値に設定される。

他の１つは、目標吸入空気量が該所定値より高い領域であり、リフト量制御領域と呼ばれる。この領域では、目標吸気管圧力を、基準ゲージ圧（たとえば、−１００ｍｍＨｇ）に一定にしつつ、目標吸入空気量の増大に従って目標リフト量を変更する。この領域は、比較的負荷が高い領域であるので、リフト量によって吸入空気量を制御する。

ここで、基準位相下において、負圧制御領域とリフト量制御領域の間の切換え時期を示す上記所定値は、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤであり、これは、低負荷運転においてエンジンによって必要とされる吸入空気量である。好ましくは、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、アイドリング運転状態においてエンジンに対する負荷およびフリクションによって決まる値である。要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、エンジンによって純粋に要求される吸入空気量と考えることができ、よって、空気密度に依存することなく一定である。目標吸入空気量が要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを超えたならば、補機およびフリクション等のエンジン固有の負荷とは異なる負荷が生じてきたことを示すので（たとえば、アクセルペダルが踏まれる等）、ゲージ圧を基準ゲージ圧に一定にし、リフト量によって吸入空気量を制御するリフト量領域に移行する。

要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤが、好ましくは、上で述べたようにアイドリング運転状態時に確保すべき吸入空気量として算出されるので、上記の基準位相は、該アイドリング運転状態時に吸気バルブについて設定される所定の位相である。負圧制御領域では、前述したようにオーバーラップ期間を小さくするのが好ましいので、該基準位相は、オーバーラップ期間が小さくなる値（この実施例では、最遅角（ゼロ度））に設定される。

目標吸入空気量が要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに達した時に着目すると、ゲージ圧は基準ゲージ圧である。ゲージ圧、吸入空気量およびリフト量は互いに相関しているので、基準ゲージ圧下において、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを実現するためのリフト量を求めることができる。負圧制御領域では、このリフト量に維持される。

要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、標準状態において、負圧制御領域からリフト量制御領域に切り換えるタイミングとして定義される。したがって、現在の環境状態が標準状態であれば、符号１１１によって示されるように、目標吸入空気量が要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに達したとき、リフト量Ｌ１によって、該要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに相当する量の空気がエンジンに供給される。しかしながら、現在の環境状態が標準状態と異なると、リフト量Ｌ１では、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに相当する量の空気がエンジンに供給されないこととなる。したがって、現在の環境状態が標準状態と異なるときには、補正を行う。符号１１３の環境状態（吸気温が２５度、大気圧が４５０ｍｍＨｇ）の場合の補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦが図に示されている。補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに対応する目標リフト量は、標準状態の符号１１１から求められるように、Ｌ２である。こうして、符号１１３の環境状態では、目標吸入空気量が要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに達したとき、リフト量Ｌ２によって、該要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに相当する量の空気を確実にエンジンに供給することができる。

負圧制御領域におけるリフト量をこのように設定することにより、どのような環境下においても、負圧制御領域からリフト量制御領域への切換を同様のタイミングで実施することができる。

次に、図５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。

要求吸入空気量算出部８１は、前述した、エンジンによって必要とされる要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを、エンジンの運転状態に応じて算出する。好ましくは、アイドル運転状態において要求されうる最大の空気量に基づいて、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを算出する。ここで「最大」としているのは、負圧制御領域において、図２に示すような補機のすべてを作動させると共に該作動状態を維持した場合（すなわち、補機負荷が最大になった場合）でもアイドル運転状態を継続することができるようにするためである。

この実施例では、図２に示すような補機が車両に設けられているので、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、アイドル運転状態において生じうる該補機による負荷およびエンジンのフリクションに基づいて算出される。より具体的には、以下の１）から５）を加算することにより、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを算出する。

１）エアコン６２による負荷を補償するための空気量。これは、吸気温センサ５４およびエンジン水温センサ５６によって検出された吸気温ＴＡおよびエンジン水温ＴＷに基づいて決定されることができる。
２）パワーステアリング装置６３による負荷を補償するための空気量。これは、所定値とすることができる。
３）オルタネータ６４による負荷を補償するための空気量。これは、オルタネータの通電デューティを最大にした時の空気量と考えることができ、シミュレーション等を介して予め求めておくことができる。
４）自動変速機６１による負荷を補償するための空気量。これは、吸気温センサ５４およびエンジン水温センサ５６によって検出された吸気温ＴＡおよびエンジン水温ＴＷに基づいて決定されることができる。
５）エンジンのフリクションを補償するための空気量。これは、大気圧センサ５５およびエンジン水温センサ５６によって検出された大気圧ＰＡおよびエンジン水温ＴＷに基づいて決定されることができる。

上記１）〜５）は、それぞれ、所定のマップ（ＥＣＵ１０に記憶されることができる）を参照することにより求めることができる。たとえば、上記１）については、吸気温、エンジン水温およびエアコン負荷を補償する空気量の相関をマップに規定して記憶し、現在の吸気温および現在のエンジン水温に基づいて該マップを参照することにより、該エアコン負荷を補償する空気量を求めることができる。

目標回転数算出部８２は、現在の運転状態に応じた目標回転数を算出する。より好ましくは、アイドル運転状態において実現されうる最大の目標回転数を、該目標回転数として決定する。ここで「最大」としているのは、負圧制御領域においてアイドル運転状態を継続することができるようにするためである。たとえば、エンジン水温センサ５６により検出された現在のエンジン水温ＴＷに基づいて所定のマップ（通常運転時用のマップでよい）を参照することにより求めた目標回転数と、図２の補機のすべてが作動状態にある時の最大の目標回転数（所定値として予め決めておくことができる）のいずれか高い方を、目標回転数ＮＯＢＪに決定することができる。

要求吸入空気量補正部８３は、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを、環境状態に従って密度補正する。要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤは、前述したように、標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤおよび標準吸気温度ＴＡ＿ＳＴＤからなる標準状態下で、負圧制御領域からリフト量制御領域に移行するときの要求吸入空気量である。補正部８３は、該標準状態における空気密度ρ＿ＳＴＤと、大気圧センサ５５および吸気温センサ５４により検出される現在の大気圧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、標準状態下の要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを、現在の状態下の要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに換算する。

具体的には、空気密度比Ｋρは、式（１）のように表される。この実施例では、標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤは７６０ｍｍＨｇであり、標準吸気温ＴＡ＿ＳＴＤは２５度すなわち２９８Ｋ（ケルビン）である。ＰＢＧＡは基準ゲージ圧であり、この実施例では−１００ｍｍＨｇである（大気圧より１００ｍｍＨｇ低い）。前述したように、基準ゲージ圧は、リフト量制御領域における目標吸気管圧力を示す。

空気密度比Ｋρを、標準状態下の要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに乗算することにより、現在の状態下の要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを算出する（式（２））。

補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦは、現在の状態において、負圧制御領域からリフト量制御領域に切り換えるときに（すなわち、基準ゲージ圧下で）要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤをエンジンに供給するための空気量である。こうして算出された補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦは、目標リフト算出部８４に渡される。

目標リフト算出部８４は、負圧制御領域における目標リフト量を算出する。前述したように、該目標リフト量は、基準ゲージ圧において要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを実現するためのものである。現在の状態下で要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを実現するためには、上記のように補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦが必要となり、よって、これに対応する目標リフト量を求める。

目標リフト量の算出のため、所定の吸気量マップ９０が参照される。該マップは、標準状態における、吸入空気量、エンジン回転数、吸気管のゲージ圧、吸気バルブの位相および吸気バルブのリフト量の相関を規定したマップである。これらのマップは、ＥＣＵ１０のメモリに予め記憶されている。

目標リフト算出部８４は、これらのマップのうち、目標回転数算出部８２により算出された目標回転数ＮＯＢＪ、基準ゲージ圧、基準位相に応じたマップを選択する。こうして選択されたマップは、標準状態下で基準ゲージ圧、基準位相、目標エンジン回転数ＮＯＢＪという条件が満たされた場合の、リフト量と吸入空気量の間の関係を規定している。

図６を参照すると、該選択したマップの一例が示されている。目標リフト算出部８４は、補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに基づいて、図６に示されるようなマップを参照し、対応するリフト量ＡＬＣＭＤを求める。これが、負圧制御領域の目標リフト量である。

目標リフト量ＡＬＣＭＤは、リフト量制御装置８５に渡される。リフト制御装置８５は、ＥＣＵ１０に実現されることができ、任意の制御手法（たとえば、ＰＩ制御、応答指定型制御等）により、リフト量センサ３５により検出される実際のリフト量を該目標リフト量に収束させるための操作量を算出する。該操作量は可変リフト機構３２に渡され、可変リフト機構３２は、負圧制御領域において、該目標リフト量ＡＬＣＭＤを達成するよう吸気バルブのリフト量を調整する。

図７は、この発明の一実施形態に従う、負圧制御領域における吸入空気量制御プロセスの制御フローである。該プロセスは、ＥＣＵ１０のＣＰＵにより、所定の時間間隔で（たとえば、ＴＤＣ信号に同期して）実行されることができる。

ステップＳ１において、エンジンが必要としている要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを算出する。前述したように、アイドリング運転状態においてエンジンに必要とされうる空気量を、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤとして算出するのが好ましい。この場合、車両に搭載されている補機の負荷およびエンジンのフリクションを補償するための空気量を加算することにより、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを算出することができる。

ステップＳ２において、前述した式（２）に従って、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを密度補正し、補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを算出する。ステップＳ３において、前述したように、目標回転数ＮＯＢＪを算出する。前述したように、アイドリング運転状態において必要とされうる目標回転数を、該目標回転数として算出するのが好ましい。

ステップＳ４において、図６に示すような、基準ゲージ圧、目標回転数ＮＯＢＪおよび基準位相における吸気量マップ９０を、補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに基づいて参照し、目標リフト量ＡＬＣＭＤを算出する。負圧制御領域においては、吸気バルブのリフト量は、目標リフト量ＡＬＣＭＤに一定に維持される。目標リフト量ＡＬＣＭＤは、前述したようにリフト量制御装置８５に渡され、該装置により、該目標リフト量に追従するよう実リフト量が制御される。

ステップＳ５において、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤＭ（ゲージ圧で表される）を算出する。この算出手法の一例は後述される。

ステップＳ６において、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤＭを、基準ゲージ圧でリミット処理し、最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを算出する。前述したように、基準ゲージ圧は、リフト量制御領域において維持される目標吸気管圧力の値であるので、リミット処理により、目標吸気管圧力は、要求吸入空気量において基準ゲージ圧に達した後は、該基準ゲージ圧に維持されるよう制御されることができる。

ステップＳ７において、最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤに、大気圧センサ５５により検出された大気圧ＰＡを加算することにより、該最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを絶対圧で表し、これは、スロットル制御装置に渡される。なお、ゲージ圧で表された最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤをスロットル制御装置に渡すようにしてもよく、この場合、ステップＳ７はなくてもよい。スロットル制御装置（図示せず）は、ＥＣＵ１０に実現されることができ、任意の制御手法（たとえば、ＰＩ制御、応答指定型制御等）により、該最終目標吸気管圧力を実現するよう、スロットル弁４６の開度を調節するための操作量を算出する。該操作量はスロットルアクチュエータ（図示せず）に渡され、スロットルアクチュエータは、該操作量に従ってスロットル弁の開度を調整する。

こうして、アイドリング運転状態が実現される低負荷領域においては、それよりも高負荷の領域に比べ、目標リフト量を低い値に一定にするので、ポンピングロスを抑制して燃費を向上させることができる。また、目標リフト量は、環境状態に従って補正されるので、車両が存在する環境状態に適合した値にリフト量を設定することができ、よって燃費を向上させることができる。該目標リフト量を求めるには、標準状態下の吸気量マップを作成して記憶しておくだけでよく、様々な環境状態用のマップを作成して記憶する必要はない。したがって、データの設定工数およびデータ容量を抑制することができる。

ここで、ステップＳ５における目標吸気管圧力の算出手法の一例を簡単に説明する。

図４に示されるように、負圧制御領域における目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤは、目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤの一次式で表されることができる。ここで、Ａは傾きを示し、Ｂは切片を示す。
ＰＢＧＡＣＭＤ＝Ａ×ＧＡＩＲＣＭＤ＋Ｂ （３）

したがって、傾きＡおよび切片Ｂを求めることにより、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを算出することができる。

まず、傾きＡの算出手法について説明する。吸気量マップ９０から、現在のエンジン回転数、吸気バルブの現在の位相、基準ゲージ圧（ＰＢＧＡ１で表す）に応じたマップと、現在のエンジン回転数、吸気バルブの現在の位相、基準ゲージ圧ＰＢＧＡ１とは異なる第２のゲージ圧（たとえば、―５００ｍｍＨｇであり、ＰＢＧＡ２で表される）に応じたマップを選択する。該選択したマップの一例を、図８の符号１３１および１３２にそれぞれ示す。該２つのマップを、検索用目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡに基づいて参照することにより、第１および第２の吸気量ＧＡＩＲ１およびＧＡＩＲ２をそれぞれ求める。ここで、検索用目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡは、前述した負圧制御領域において一定に維持される目標リフト量ＡＬＣＭＤとは異なる。この理由は、後述される。

一次式（３）を表す直線上の２点が求められたので、以下の式（４）により、傾きＡを算出することができる。標準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤを加算しているのは、絶対圧に換算するためである。

次に、切片Ｂを算出する。図４においては、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤにおいて、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤが基準ゲージ圧ＰＢＧＡ１に達するよう描かれているが、これは、前述したように、基準位相（前述したように、この実施例では、最遅角）の条件下である。たとえば、負圧制御領域において、基準位相のアイドリング運転状態が実施された後に走行を開始すると、位相が基準位相に対して変化するおそれがある。位相が変化すると、吸入空気量も変化する。したがって、この実施例では、負圧制御領域からリフト量制御領域に切り換えられる時の目標吸入空気量の値（以下、移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸと呼ぶ）は、現在の位相を考慮して決定される。この決定手法は、後述される。移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸが決定されれば、該移行吸入空気量において、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤは基準ゲージ圧ＰＢＧＡ１に達するのだから、以下の式（５）により切片Ｂを求めることができる。大気圧ＰＡを加算しているのは、絶対圧に換算するためである。

こうして、上記一次式が決定されるので、以下の式（６）に従って、目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを算出すればよい。
ＰＢＧＡＣＭＤ＝Ａ×ＧＡＩＲＣＭＤ＋Ｂ−ＰＡ （６）

この式は、前述した一次式（３）と同様であるが、ゲージ圧に換算するために、大気圧センサにより検出された大気圧ＰＡを減算している。ゲージ圧に換算するのは、前述したステップＳ６のリミット処理に基準ゲージ圧を用いているためである。

前述した検索用目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡは、以下の式（７）のように、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを、大気圧についてのみ補正し、該大気圧補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＡに基づいて、図６に示されるようなマップを参照して求めたリフト量である。大気圧と吸気温の両方について補正したＧＡＬＴＨＣＭＤＦを用いない理由について説明する。

図９は、吸気バルブ１４のモデルを示しており、吸気バルブ１４の開口面積（リフト量で表されることができる）がＳであり、ここを、流速Ｖの空気が気筒内に向けて流れていると考える。ＰＢは、吸気管１６内の圧力（絶対圧）であり、ＴＡは、吸気管１６内の温度である。ＧＡＩＲ＿ＣＹＬは、単位時間あたりにバルブ１４を通過する空気量を示し、以下の式（８）のように表される。

他方、気体の状態方程式は、PB＝ρRTと表される（Rは気体定数）。したがって、式（８）は、式（９）のように変換される。

目的は、吸気管圧力ＰＢおよびリフト量Ｓにより、所望のＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現することである。ここで、流速Vは、リフト量Sによらず一定であると仮定する（低リフト領域では、バルブ近傍はチョークされているので、流速はほぼ音速で一定と仮定することができる）。大気圧が減少すると、ＰＢは減少するので、所望のＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現するためには、Ｓを増やす必要がある。言い換えれば、大気圧が変化した場合、ＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現するようＳを制御すればよい。この結果、図４の負圧制御領域に示されるように、大気圧が低くなると、目標リフト量は増やされるが、目標吸気管圧力は減少する。

他方、吸気温ＴＡが高くなった場合、所望のＧＡＩＲ＿ＣＹＬを実現するためには、リフト量Ｓを増やす必要がある。したがって、図４に示されるように、吸気温が高くなると、目標リフト量は増やされる。その結果、ＴＡの増大分だけＳも増大されるので、ＰＢは一定である。すなわち、吸気管圧力は変化しない。ここで、流速Vは、前述したように、リフト量Sによらず一定であると仮定する。したがって、図４の符号１０１および１０２に示されるように、吸気温が変化しても、目標吸気管圧力は重なって示されている。このように、吸気温が変化しても、該吸気温変化はリフト量によって補償されるので、吸気管圧力ＰＢを、吸気温によっては変化させる必要はない。よって、目標吸気管圧力を求めるのには、検索用目標リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＰＡが用いられ、実際のリフト量制御に用いられる目標リフト量ＡＬＣＭＤを用いる必要はない。

次に、前述した移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸの算出手法について説明する。基準位相下において、移行時に確保すべき要求吸入空気量は、前述したようにＧＡＬＴＨＣＭＤである。該要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤに基づいて図６に示すようなマップを参照し、対応するリフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤを、第２の検索用リフト量として求める。第２の検索用リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤは、標準状態および基準位相下において基準ゲージ圧を達成するためのリフト量を示す。

図１０は、第２の検索用リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに基づいて、現在の位相に応じた移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを求めるためのプロセスのフローであり、各ステップにおいて、マップ選択が行われる。これについてまず説明すると、前述したように、吸気量マップ９０（図５）においては、エンジン回転数、位相、ゲージ圧、およびリフト量ごとに、吸入空気量が設定されている。現在のエンジン回転数、基準ゲージ圧、第２の検索用リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに対応するマップを選択すると、該選択されたマップは、位相ごとに吸入空気量が設定されたマップである。該マップの一例を、図１１（ａ）に示す。この例では、第１の位相ＣＡＩＮ１（たとえば、ゼロ度）、第２の位相ＣＡＩＮ２（たとえば、３０度）、第３の位相ＣＡＩＮ３（たとえば、５５度）のそれぞれについて、吸入空気量とリフト量の関係が示されている。

したがって、ステップＳ１１において、第１の位相ＣＡＩＮ１についてのマップ１４１を選択し、第２の検索用リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに対応する第１の吸気量ＧＡ１を求める。ステップＳ１２において、第２の位相ＣＡＩＮ２についてのマップ１４２を選択し、第２の検索用リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに対応する第２の吸入空気量ＧＡ２を求める。ステップＳ１３において、第３の位相ＣＡＩＮ３についてのマップ１４３を選択し、第２の検索用リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに対応する第３の吸入空気量ＧＡ３を求める。

位相が進むにつれ、第２の検索用リフト量ＡＬＣＭＤ＿ＳＴＤに対応する吸入空気量は小さくなり、よって、負圧制御領域からリフト量制御領域への移行が早められる。

こうして求めた吸入空気量ＧＡ１、ＧＡ２およびＧＡ３についてプロットすると、図１１（ｂ）に示されるようになる。検出された現在の位相ＣＡＩＮに応じた移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを求めるために、補間計算を行う（Ｓ１４）。たとえば、図に示すように、第１の位相ＣＡＩＮ１と第２の位相ＣＡＩＮ２との間に現在の位相ＣＡＩＮがあれば、線形補間により、以下の式（１０）によって、現在の位相ＣＡＩＮに対応する移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸを求めることができる。

この例では３個の位相を用いているが、用いる位相の数はこれに限定されず、任意の数の位相をマップ上に規定しておくことができる。

次に、この発明の他の実施形態（第２の実施形態と呼ぶ）について説明する。式（１）および（２）を参照して説明したように、上記の実施形態（第１の実施形態と呼ぶ）では、検出された大気圧ＰＡを用いて要求吸入空気量の補正を実施している。たとえば大気圧センサ５５（図１）の故障等に起因して、該大気圧センサ５５により検出された大気圧ＰＡの値が急変すると、補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦも急変する（たとえば、ＰＡが７６０ｍｍＨｇから４６０ｍｍＨｇに変化した場合、ＧＡＬＴＨＣＭＤＦは、７６０／４６０倍（約１．６５倍）となる）。要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦは、図７のステップＳ４を参照して述べたように、目標リフト量ＡＬＣＭＤを検索するための値である。したがって、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦが急変すると、目標リフト量ＡＬＣＭＤも急変する。結果として、吸入空気量が急変し、これは、エンジンストールや急発進等を発生させるおそれがある。

このことを防止するため、以下に詳細に説明する第２の実施形態では、大気圧センサ５５によって検出された大気圧の値ＰＡの代わりに、該大気圧の検出値ＰＡを平滑化した値ＰＡｆｉｌｔｅｒを用いて要求吸入空気量の補正を行う。

図１２は、この第２の実施形態に従う、内燃機関の制御装置のブロック図である。図５と同じ点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図５と異なる点は、大気圧平滑部９５が設けられている点である。大気圧平滑部９５は、大気圧センサ５５によって検出された大気圧ＰＡを平滑化し、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒを算出する。

ここで、図１３のフローを参照して、大気圧平滑部９５によって実行される平滑化プロセスを具体的に説明する。このプロセスは、所定の時間間隔で実行される。ここで、所定の時間間隔は、図７が実行されるプロセスと同期するよう設定されてもよいし（前述したように、図７のプロセスがＴＤＣ信号に同期して実行されれば、当該プロセスもＴＤＣ信号に同期して実行される）、図７のプロセスとは非同期であるよう、たとえば所定の時間長の間隔（たとえば、２００ミリ秒間隔）に設定されてもよい。

ステップＳ３１において、大気圧センサ５５から検出された大気圧ＰＡの今回値と、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの前回値との差の絶対値ＤＰＡｆｉｌｔｅｒを算出する。なお、最初にこのプロセスが実行されるときには、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの前回値は未だ存在していないので、初期値として、検出大気圧ＰＡの今回値を用いることができる（その場合、ＤＰＡｆｉｌｔｅｒはゼロとなる）。

ステップＳ３２において、差ＤＰＡｆｉｌｔｅｒが、所定値Ｃ以上かどうかを判断する。所定値Ｃ以上でなければ（Ｓ３２がＮｏ）、検出大気圧ＰＡが急変していないことを示すので、ステップＳ３３において、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの今回値に、検出大気圧ＰＡの今回値を設定する。

他方、差ＤＰＡｆｉｌｔｅｒが該所定値Ｃ以上ならば（Ｓ３２がＹｅｓ）、検出大気圧ＰＡが急変していることを示すので、ステップＳ３４において、検出大気圧ＰＡに対してリミット処理を行い、その結果を平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの今回値に設定する。

具体的には、検出大気圧ＰＡが、最大値（＝平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの前回値＋所定値Ｄ）を超えたならば、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒに該最大値を設定する。検出大気圧ＰＡが、最小値（＝平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの前回値−所定値Ｄ）を下回ったならば、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒに該最小値を設定する。こうして、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの今回値は、その前回値に対して、所定値Ｄの大きさ以上の差を有しないように設定される。

なお、ステップＳ３２の所定値ＣとステップＳ３４の所定値Ｄは、同じ値でもよい。

図１２に戻り、要求吸入空気量算出部８１は、前述したように、エンジンの運転状態に応じて、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを算出するが、ここで、前述した５）のエンジンのフリクションを補償するための空気量を算出するとき、検出大気圧ＰＡに代えて、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒを用いる。こうして、大気圧センサ５５の故障等に起因した大気圧の急変によって、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤが急変するのを抑制することができる。

また、要求吸入空気量補正部８３は、前述したのと同様の手法で要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを補正するが、検出大気圧ＰＡに代えて、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒが用いられる。したがって、前述した式（１）および（２）は、以下の式（１１）および（１２）となり、これらの式に従って、補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦが算出される。

目標リフト算出部８４は、前述したのと同様の手法で、式（１２）に従って算出された補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦに基づいて目標リフト量ＡＬＣＭＤを求める。このように、この実施例では、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦが平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒに基づいて算出されるので、補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦの急変が抑制され、よって目標リフト量ＡＬＣＭＤの急変を抑制することができる。

図７を参照して説明したプロセスは、この第２の実施形態にも同様に適用される。この場合、検出大気圧ＰＡに代えて、図１３のプロセスで算出された平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒの最新の値が用いられる。具体的には、前述したように、ステップＳ１では、該平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒを用いて、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを算出し、ステップＳ２では、該平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒを用いて、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを補正し、補正済み要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを算出する。ステップＳ４では、この要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦを用いて、目標リフト量ＡＬＣＭＤを求める。

また、ステップＳ５の目標吸気管圧力の算出処理においては、前述したように、式（５）〜（７）が計算されるが、これらの式において、検出大気圧ＰＡの代わりに平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒが用いられることとなる。また、ステップＳ５の目標吸気管圧力の算出処理においては、さらに移行吸入空気量ＧＡＰＢＰＡＲＸが算出されるが、ここでは、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒを用いて算出された要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤが用いられる。

さらに、ステップＳ７において、最終目標吸気管圧力ＰＢＧＡＣＭＤを絶対圧で表すのにも、検出大気圧ＰＡに代えて、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒが用いられる。

次に、図１４および図１５を参照して、平滑化大気圧ＰＡｆｉｌｔｅｒを用いることの意義および効果を説明する。

図１４において、（ａ）は、検出大気圧ＰＡが急変した場合の他のパラメータの検出値の推移のシミュレーション結果の一例を示す図である。示される推移は、時間にして数秒程度であり、負圧制御領域の期間の一部を示す。

パラメータとして、上段には、大気圧ＰＡの他に、エンジン回転数ＮＥ、ゲージ圧ＰＢＧＡ、スロットル開度ＴＨが示されている。中段には、前後Ｇ（前後加速度であり、たとえば、車両に取り付けられた前後加速度センサにより検出されることができる）およびリフト量ＬＦＴが示され、下段には、吸気管圧力ＰＢが示されている。

時間ｔ１までは、前述したように、所定の要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤを実現するよう、目標リフト量および目標吸気管圧力が制御され、該目標吸気管圧力に従ってスロットル開度ＴＨが制御されている。大気圧ＰＡは、ほぼ一定に維持されている。

時間ｔ１において、検出大気圧ＰＡが、たとえば大気圧センサの故障等に起因して急低下している。検出大気圧ＰＡが急低下すると、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤＦが急増するため、符号２０３の領域に示すように、リフト量ＬＦＴが急増する。また、目標吸気管圧力を実現しようとして、符号２０１の領域に示すように、スロットル開度ＴＨが急増する（この例では、スロットル開度ＴＨは、一旦減少した後に急増している）。リフト量ＬＦＴおよびスロットル開度ＴＨの増大により、矢印２０５に示すように、前後Ｇは増大する。

このように、検出大気圧ＰＡの急低下に応じて、スロットル開度だけでなく、リフト量の増大も加速要因となるので、加速Ｇが大きくなり、急加速および急発進等の現象を生じさせるおそれがある。

他方、比較のために、（ｂ）には、検出された吸気管圧力ＰＢが急変した場合のシミュレーション結果の一例が示されている。

時間ｔ２において、検出吸気管圧力ＰＢが、たとえば吸気管圧力センサ５２（図１）の故障等に起因して急低下する。目標吸気管圧力を実現しようとして、符号２１１の領域に示すように、スロットル開度ＴＨが急増する。しかしながら、符号２１３の領域に示すように、リフト量ＬＦＴはほとんど変化しない。

上記の式（１）および（２）に示されるように、要求吸入空気量ＧＡＬＴＨＣＭＤの補正には、検出吸気管圧力ＰＢは用いられていないため、該検出吸気管圧力ＰＢが変動しても、目標リフト量ＡＬＣＭＤにはほとんど影響しない。したがって、検出吸気管圧力ＰＢが急変しても、加速要因はスロットル開度ＴＨのみとなり、リフト量ＬＦＴは加速要因とならない。その結果、（ａ）に比べて、（ｂ）における前後Ｇの変動は小さく、急加速や急発進等の現象は起こりにくい。

図１４（ａ）は、大気圧ＰＡが急減する場合の例であるが、大気圧が急増する場合でも同様のことが言える。この場合、スロットル開度だけでなくリフト量も減速要因となるため、急減速となり、ひいてはエンジンストールとなるおそれがある。

このように、検出大気圧ＰＡの急変は、検出大気圧ＰＢの急変よりも、吸入空気量に対する影響が大きく、車両のエンジンストールや急発進等の発生を起こすおそれがあるが、上記の第２の実施形態によれば、検出大気圧ＰＡを平滑化した値を用いて要求吸入空気量を補正するので、このような現象の発生を防止することができる。

次に、図１５を参照すると、（ａ）には、図１４（ａ）と同様の図が示されており、第２の実施形態による大気圧の平滑化が行われた場合の各種のパラメータの推移の一例が示されている。パラメータとして、上段には、大気圧ＰＡ、エンジン回転数ＮＥ、ゲージ圧ＰＢＧＡ、スロットル開度ＴＨが示され、下段には、前後Ｇおよびリフト量ＬＦＴが示されている。

時間ｔ３において、検出大気圧ＰＡが、たとえば大気圧センサ５５の故障等に起因して減少し始めるが、大気圧の平滑化が行われるため、符号２２１の領域に示すように、一気に減少することはなく、所定の時間間隔あたり所定値以上変化しないように、徐々に減少する。

大気圧が徐々に減少するので、符号２２３の領域に示すように、リフト量ＬＦＴは一気に増大することなく徐々に増大している。また、符号２２５の領域に示すように、スロットル開度ＴＨの急変も抑制されている。したがって、吸入空気量が一気に増大することが防止され、前後Ｇの急変も抑止される。

ここで、急発進等の現象を防止するため、大気圧の平滑化処理において、大気圧の所定時間あたりの変化をどの程度に抑制するのが好ましいかについて考察する。

（ｂ）は、加速Ｇと、大気圧の所定時間あたりの変化量（ｍｍＨｇ）との間の関係をシミュレーション等によって調べた結果を示す。該変化量は、負の値で表され、右に行くほど、その絶対値（大きさ）は大きくなっている。このグラフでの「所定時間」は、図１３を参照して説明した大気圧ＰＡの平滑化処理が実行される時間間隔に対応しており、この例では２００ミリ秒である。

このグラフから明らかなように、加速Ｇを、所定値Ｖ１以下に抑えるためには、大気圧の所定時間あたりの変化量を、該所定値Ｖ１に対応する所定値Ｖ２の大きさ以内に制限する必要がある。ここで、加速Ｇの所定値Ｖ１は、運転者に違和感を生じさせることなく、緩やかな加速を表す値として選択されている（たとえば、０．５Ｇ以下の値）。

他方、（ｃ）は、車速が１００ｋｍ／ｈとした場合の、走行路の勾配と、大気圧の所定時間あたりの変化量と間の関係をシミュレーション等によって調べた結果を示す。この結果によると、（ｂ）の大気圧の所定時間あたりの変化量が上記所定値Ｖ２（この例では、−５０ｍｍＨｇ）というのは、約５５％の上り勾配（約２９度）の走行路を１００ｋｍ／ｈで走行することに相当する。通常、３０％を超える上り勾配はほとんど存在しない（たとえば、日本の「いろは坂」でも、約１３．４％の勾配である）。したがって、所定値Ｖ１という加速Ｇの値は、緩やかな加速を表すものの、通常の走行には十分であり、よって、大気圧の所定時間あたりの変化量の大きさを所定値Ｖ２以内に制限しても、通常の走行には支障がない。

以上のことから、上記のように選択された加速Ｇの値に対応する、大気圧の所定時間あたりの変化量であって、通常の走行に支障のない該変化量の大きさの範囲内に収まるように、大気圧の平滑化を行うのが好ましい。この場合、図１３のプロセスのステップＳ３４の所定値Ｄは、該選択された加速Ｇの値に対応する大気圧の所定時間あたりの変化量の大きさ（絶対値）に設定される。こうして、検出大気圧ＰＡが急変した場合でも、運転者に違和感を生じさせないような緩やかな加速が行われ、突然急加速するような事態を回避することができる。

なお、上記の大気圧の所定時間あたりの変化量の大きさは、所定時間に依存する値であるから、該所定時間の長さに応じて調整されるのがよい。

また、図１５は、加速Ｇについて説明したものであるが、減速Ｇについても同様のことがあてはまり、大気圧の所定時間あたりの変化量を所定値以下に制限することにより減速Ｇも抑制することができるので、急減速やエンジンストール等の発生を防止することができる。

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。

１０ ECU
１４ 吸気バルブ
１６ 吸気管
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 (6)

1. 吸気バルブの開閉特性を任意に設定可能な可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも吸気温度および大気圧を含む内燃機関周囲の環境状態について、現在の該環境状態を検出する検出手段と、
   前記環境状態が所定の標準環境状態である場合における、ポンピングロスを所定値未満とするための、吸入空気量と吸気バルブのリフト量との間の関係を示すマップを記憶する記憶手段と、
   所定の運転状態において前記内燃機関によって要求される、前記標準環境状態下における要求吸入空気量を算出する手段と、
   前記標準環境状態下における要求吸入空気量を、現在の環境状態下における要求吸入空気量を示す値に補正する補正手段と、
   前記記憶手段に記憶されたマップを参照し、前記補正された後の要求吸入空気量に基づいて、当該要求吸入空気量に対応する目標リフト量を算出する手段と、
   を備え、
   吸入空気量を前記内燃機関への運転指示に応じた目標吸入空気量とするため、
   吸気バルブのリフト量を前記目標リフト量となるよう一定にしつつ吸気管圧力を変更する第１の制御と、
   吸気管圧力を大気圧に対し所定の基準ゲージ圧だけ異なるよう一定にしつつ吸気バルブのリフト量を変更する第２の制御と、
   が実現され、
   所定の基準位相下において前記目標吸入空気量が増大し前記要求吸入空気量に達したとき、前記内燃機関の運転制御が前記第１の制御から前記第２の制御に切り換えられ、
   前記マップは、前記標準環境状態において吸気管圧力が大気圧に対し前記基準ゲージ圧だけ異なるときの吸入空気量と吸気バルブのリフト量との間の関係を示したものである、
   制御装置。
2. 前記所定の運転状態はアイドリング運転状態であり、
   前記目標リフト量は、当該アイドリング運転状態において算出される、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記環境状態は、前記吸気温度および大気圧に基づく空気密度で表される、
   請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記補正された要求吸入空気量および前記内燃機関の目標回転数に基づいて、前記記憶
   手段に記憶されたマップを参照し、前記補正された後の要求吸入空気量に対応する目標リ
   フト量を算出する、
   請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記要求吸入空気量は、さらに、前記内燃機関によって駆動される補機の負荷および該
   前記内燃機関のフリクションに基づいて算出される、
   請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
6. さらに、前記検出手段によって検出された大気圧を平滑化する手段を備え、
   前記補正手段は、前記平滑化された大気圧を用いて前記補正を行い、
   前記平滑化は、今回のサイクルで前記補正手段によって用いられる前記平滑化された大
   気圧が、前回のサイクルで前記補正手段によって用いられた前記平滑化された大気圧に対
   して所定値以上の大きさの差を有しないように行われる、
   請求項１から５のいずれかに記載の制御装置。

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