特許 7523867 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 43/00 20060101AFI20240722BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20240722BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20240722BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20240722BHJP

   F02D 41/14 20060101ALI20240722BHJP

   F02D 41/30 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

F02D43/00 310A

F02D13/02 J

F02D21/08 301A

F02D21/08 301C

F02D21/08 301E

F02D43/00 301E

F02D43/00 301H

F02D43/00 301Z

F02D43/00 301N

F02D45/00 368F

F02D41/14

F02D41/30

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021005881

(22)【出願日】2021-01-18

(65)【公開番号】P2022110463

(43)【公開日】2022-07-29

【審査請求日】2023-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085338

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 一博

(74)【代理人】

【識別番号】100148910

【弁理士】

【氏名又は名称】宮澤 岳志

(72)【発明者】

【氏名】辻 達也

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０４７３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５５６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１９２１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２９３３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １３／００ － ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒の吸気バルブまたは排気バルブの開弁または閉弁のタイミングを変更し得るＶＶＴ機構、及び排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に還流させ得るＥＧＲ装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、気筒に連なる吸気通路内の吸気圧を実測して気筒に吸入される空気量を演算する制御装置であって、
ＥＧＲバルブの開度に依拠しない、ＶＶＴ機構が具現するバルブタイミングに応じた補正量ｐ１をメモリに記憶保持しており、それを基に現在のバルブタイミングに対応する補正量ｐ１を知得し、
また、ＶＶＴ機構が具現するバルブタイミングに依拠しない、ＥＧＲバルブの開度に応じた補正量ｐ２をメモリに記憶保持しており、それを基に現在のＥＧＲバルブの開度に対応する補正量ｐ２を知得し、
さらに、ＶＶＴ機構が具現するバルブタイミング及びＥＧＲバルブの開度に応じた補正量ｐＥＸをメモリに記憶保持しており、それを基に現在のバルブタイミング及び現在のＥＧＲバルブの開度に対応する補正量ｐＥＸを知得し、
吸気圧の実測値Ｐを前記補正量ｐ１、前記補正量ｐ２及び前記補正量ｐＥＸを用いて補正することで気筒に吸入される吸気に占める空気の分圧ＰＭを求めて吸入空気量または燃料噴射量を演算することとし、
前記補正量ｐＥＸは、ＥＧＲバルブの開度を一定に保ったままＶＶＴ機構によりバルブタイミングを変更する操作を行う場合に生じる実測空燃比の目標空燃比からの偏差Ｂと、ＥＧＲバルブの開度を変化させる操作を行いながらＶＶＴ機構によりバルブタイミングを変更する操作を行う場合に生じる実測空燃比の目標空燃比からの偏差Ａとの差である偏差の増大量Ｃが、バルブタイミングによらず略一定となるように定められたものである内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気筒の吸気バルブまたは排気バルブの開弁または閉弁のタイミングを変更し得る可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）機構、及び排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に還流させ得る排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングを可変制御できる位相変化型のＶＶＴ機構を備えたものが公知である。この種のＶＶＴ機構は、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに対する、吸気バルブを開閉駆動する吸気カムシャフト及び／または排気バルブを開閉駆動する排気カムシャフトの回転位相を変化させることで、吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させる。ＶＶＴ機構は、主として気筒への吸気の充填効率の改善に寄与する。加えて、気筒の吸気バルブ及び排気バルブがともに開くバルブオーバラップの期間の長さを調整することを通じて、気筒で発生する燃焼ガスの一部を排気せず気筒内に残留させる内部ＥＧＲを実行することもできる。

【0003】

また、内燃機関の排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路を介して接続し、燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路経由で吸気通路に還流させて吸入空気に混交する外部ＥＧＲ装置も広く採用されている。ＥＧＲ通路上には、これを開閉するＥＧＲバルブが設けられている。ＥＧＲバルブの開度を操作すれば、外部ＥＧＲガスの還流量が増減する。ＥＧＲにより、気筒内での燃焼温度を低下させて有害物質ＮＯ_xの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図ることが可能である（以上、例えば、下記特許文献を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１０５６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

気筒に対する燃料の噴射量を決定するには、気筒に吸入される空気（新気、または酸素）量を算定しなければならない。基本的には、気筒に連なる吸気通路内の吸気圧力を検出する吸気圧センサを設置し、当該吸気圧センサを介して実測した吸気圧及び現在のエンジン回転数を基に、吸入空気量を推測する。但し、気筒に流入する吸気には空気以外に外部ＥＧＲガスが含まれることがあり、かつ気筒内には内部ＥＧＲガスが残存していることがある。従って、吸入空気量を精確に見積もるためには、内部ＥＧＲに関わるＶＶＴ機構の操作量及び外部ＥＧＲに関わるＥＧＲバルブの操作量に応じた補正を加える必要がある。

【0006】

従前の内燃機関の運転制御では、ＶＶＴ機構の操作とＥＧＲバルブの操作とを同時に行うことがなかった。つまり、ＶＶＴ機構が具現するバルブタイミングを変化させる間はＥＧＲバルブの開度を一定に保ち、ＥＧＲバルブの開度を拡縮する間はバルブタイミングを一定に保っていた。それ故、実測吸気圧に基づく吸入空気量を補正するにあたっては、ＥＧＲバルブをある開度（特に、全閉）に固定していることを前提として実験的に求めたバルブタイミングに応じた補正量、及びバルブタイミングをある位相角（例えば、バルブオーバラップ量が０となるような位相角）に固定していることを前提として実験的に求めたＥＧＲバルブ開度に応じた補正量を用いていた。

【0007】

近時、ＶＶＴ機構とＥＧＲバルブとを同時に操作することが、内燃機関の効率、燃費性能をより一層改善するために効果的であることが分かってきた。だが、ＶＶＴ機構及びＥＧＲバルブを同時に操作する過渡期において、上述した従前の手法を以て吸入空気量を推算すると、実際に気筒に充填される空気量の真値との間で誤差が生じ、それに起因して燃料噴射量が不適正となり、一時的にせよ混合気の空燃比が目標空燃比から逸脱するおそれがあることが、発明者の鋭意研究の結果判明した。空燃比の目標値からの逸脱は、有害物質の排出量の増加や燃費性能の低下に繋がり、決して好ましくない。

【0008】

本発明は、以上に着目してなされたものであり、ＶＶＴ機構とＥＧＲ装置とを両備した内燃機関を運転制御する際の空燃比の目標値からの逸脱をより小さくすることを所期の目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明では、気筒の吸気バルブまたは排気バルブの開弁または閉弁のタイミングを変更し得るＶＶＴ機構、及び排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に還流させ得るＥＧＲ装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、気筒に連なる吸気通路内の吸気圧を実測して気筒に吸入される空気量を演算する制御装置であって、ＥＧＲバルブの開度に依拠しない、ＶＶＴ機構が具現するバルブタイミングに応じた補正量ｐ１をメモリに記憶保持しており、それを基に現在のバルブタイミングに対応する補正量ｐ１を知得し、また、ＶＶＴ機構が具現するバルブタイミングに依拠しない、ＥＧＲバルブの開度に応じた補正量ｐ２をメモリに記憶保持しており、それを基に現在のＥＧＲバルブの開度に対応する補正量ｐ２を知得し、さらに、ＶＶＴ機構が具現するバルブタイミング及びＥＧＲバルブの開度に応じた補正量ｐＥＸをメモリに記憶保持しており、それを基に現在のバルブタイミング及び現在のＥＧＲバルブの開度に対応する補正量ｐＥＸを知得し、吸気圧の実測値Ｐを前記補正量ｐ１、前記補正量ｐ２及び前記補正量ｐＥＸを用いて補正することで気筒に吸入される吸気に占める空気の分圧ＰＭを求めて吸入空気量または燃料噴射量を演算することとし、前記補正量ｐＥＸは、ＥＧＲバルブの開度を一定に保ったままＶＶＴ機構によりバルブタイミングを変更する操作を行う場合に生じる実測空燃比の目標空燃比からの偏差Ｂと、ＥＧＲバルブの開度を変化させる操作を行いながらＶＶＴ機構によりバルブタイミングを変更する操作を行う場合に生じる実測空燃比の目標空燃比からの偏差Ａとの差である偏差の増大量Ｃが、バルブタイミングによらず略一定となるように定められたものである内燃機関の制御装置を構成した。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ＶＶＴ機構とＥＧＲ装置とを両備した内燃機関を運転制御する際の空燃比の目標値からの逸脱をより小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。

【図2】同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。

【図3】同実施形態の制御装置が用いる吸入空気量の補正量の決定方法を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気バルブよりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を起こすものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

【0013】

吸気を気筒１に供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配設している。

【0014】

排気を気筒１から排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配設している。

【0015】

外部ＥＧＲ装置２は、排気通路４と吸気通路３とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１の下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所（特に、サージタンク３３または吸気マニホルド３４）に接続している。

【0016】

本実施形態の内燃機関では、クランクスプロケット（または、プーリ）、吸気側スプロケット（または、プーリ）並びに排気側スプロケット（または、プーリ）にタイミングチェーン（または、ベルト）を巻き掛け、このタイミングチェーンにより、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケットを介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケットを介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。

【0017】

その上で、吸気側スプロケットと吸気カムシャフトとの間に、ＶＶＴ機構５を介設している。ＶＶＴ機構５は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより、気筒１の吸気バルブの開閉タイミングを変化させる既知のものである。ＶＶＴ機構５は、内燃機関の潤滑油（エンジンオイル）を作動液とし、カムスプロケットに対するカムシャフトの位相角をその潤滑油圧により変位させるベーン式ＶＶＴであることもあれば、カムスプロケットに対するカムシャフトの位相角を電動機により変位させるモータドライブＶＶＴであることもある。

【0018】

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

【0019】

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３または吸気マニホルド３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、大気圧を検出するセンサから出力される大気圧信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、排気通路４を流れるガスの空燃比を検出する空燃比センサ（Ｏ₂センサまたはリニアＡ／Ｆセンサ）から出力される空燃比信号ｈ等が入力される。

【0020】

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２に高電圧を印加する火花点火装置のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構５に対してバルブタイミングの制御信号ｍ等を出力する。

【0021】

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、気筒１に吸入される空気（新気）量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング（一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む）、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、吸気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

【0022】

燃料噴射量を決定するにあたり、ＥＣＵ０は、気筒１に吸入される空気量に比例する、吸入空気量に対して目標空燃比を実現できような燃料噴射量の基本量ＴＰを決定する。広汎な運転領域において、目標空燃比は理論空燃比またはその近傍である。但し、高回転域や高負荷域では、内燃機関の出力を増大させるべく、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定することがある。

【0023】

そして、この基本噴射量ＴＰを、触媒４１に流入するガスの空燃比とその目標値との偏差に応じたフィードバック補正係数ＦＡＦや、環境条件その他に応じて定まる各種補正係数Ｋにより補正する。補正係数ＦＡＦ、Ｋはそれぞれ、１を中心に増減する正数である。さらに、インジェクタ１１を開弁しても燃料が噴出しない無効噴射時間ＴＡＵＶを加味して、最終的な燃料噴射時間Ｔ、即ちインジェクタ１１を開弁するべくこれに通電する時間を算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。ＥＣＵ０は、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に対して信号ｊを入力し、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。

【0024】

混合気の空燃比を目標空燃比に精度よく制御するためには、ＥＣＵ０において、気筒１に吸入される空気（または、酸素）量を精確に見積もる必要がある。吸入空気量の推算値と真値との間に誤差が混入すると、燃料噴射量ＴＰが不適正となり、空燃比がその目標値から逸脱して、有害物質の排出量の増加や燃費性能の低下を招きかねないからである。

【0025】

図２に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、吸入空気量を推算するにあたり、まず、気筒１に連なる吸気通路３（サージタンク３３または吸気マニホルド３４）内の現在の吸気圧Ｐを求める（ステップＳ１）。吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気圧Ｐ、ひいては気筒１に流入する吸気量が、スロットルバルブ３２の開度に依存することは言うまでもない。吸気圧Ｐは、吸気圧センサの出力信号ｅを参照して実測できる。

【0026】

吸気通路３を流れて気筒１に流入する吸気には、外部ＥＧＲガスが含まれていることがある。なおかつ、気筒１内に、排気行程にて完全に排出されず、または吸気行程にて気筒１に再度吸入された内部ＥＧＲガスが残存することもある。ステップＳ１で求めた吸気圧Ｐは、外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲの存在を無視している。気筒１に吸入される空気量を精密に算定するためには、実測の吸気圧Ｐをそのまま吸入空気の分圧と見なすことはせず、これからＥＧＲガスの分圧を差し引く補正を加えなければならない。

【0027】

よって、次に、ＥＣＵ０は、現在ＶＶＴ機構５が具現しているバルブタイミング（のみ）に応じた（ＥＧＲバルブ２３の開度に依拠しない）補正量ｐ１を決定する（ステップＳ２）。気筒１の吸気バルブ及び排気バルブがともに開いているバルブオーバラップ期間の長さは、気筒１に残留する内部ＥＧＲガスの量に影響を及ぼす。吸気バルブの開弁タイミングが進角し、バルブオーバラップ量が大きくなると、内部ＥＧＲが増大し、その分気筒１に充填される空気量が減少する。従って、吸気バルブタイミングの位相角が進角するほど、ステップＳ１で求めた吸気圧Ｐを減じて吸入空気の分圧の真値に近づけるように補正することが求められる。補正量ｐ１が吸気圧Ｐに乗じる補正係数であるならば、吸気バルブタイミングの進角量が大きくなるほど同補正係数を小さな値とし、補正量ｐ１が吸気圧Ｐから減算する補正項であるならば、吸気バルブタイミングの進角量が大きくなるほど同補正項の絶対値を大きな値とする。

【0028】

ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧Ｐと補正量ｐ１との関係を規定したマップデータが格納されている。内部ＥＧＲに関わる補正量ｐ１は、様々な運転領域の下で、ＥＧＲバルブ２３の開度を一定（特に、全閉）に保ったままＶＶＴ機構５によりバルブタイミングを変更する操作を行うことを通じて、実験的に求めたものである。［エンジン回転数Ｎｅ，吸気圧Ｐ］を引数とするのは、内燃機関を運転制御する際のバルブタイミングをこれらエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧Ｐに応じて決定している（間接的に、吸気バルブタイミングの進角量を指し示している）からである。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧Ｐをキーとして当該マップを検索し、現在の補正量ｐ１を得る。

【0029】

並びに、ＥＣＵ０は、現在のＥＧＲバルブ２３の開度（のみ）に応じた（ＶＶＴ機構５が具現しているバルブタイミングに依拠しない）補正量ｐ２を決定する（ステップＳ３）。ＥＧＲバルブ２３の開度は、排気通路４から吸気通路３に還流して気筒１に流入する外部ＥＧＲガスの量に影響を及ぼす。ＥＧＲバルブ２３の開度が拡開すると、外部ＥＧＲが増大し、その分気筒１に充填される空気量が減少する。従って、ＥＧＲバルブ２３の開度が大きくなるほど、ステップＳ１で求めた吸気圧Ｐを減じて吸入空気の分圧の真値に近づけるように補正することが求められる。補正量ｐ２が吸気圧Ｐに乗じる補正係数であるならば、ＥＧＲバルブ２３の開度が大きくなるほど同補正係数を小さな値とし、補正量ｐ２が吸気圧Ｐから減算する補正項であるならば、ＥＧＲバルブ２３の開度が大きくなるほど同補正項の絶対値を大きな値とする。

【0030】

ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧Ｐと補正量ｐ２との関係を規定したマップデータが格納されている。外部ＥＧＲに関わる補正量ｐ２は、様々な運転領域の下で、ＶＶＴ機構５が具現するバルブタイミングを一定（特に、バルブオーバラップ量が０となるタイミング）に保ったままＥＧＲバルブ２３の開度操作を行うことを通じて、実験的に求めたものである。［エンジン回転数Ｎｅ，吸気圧Ｐ］を引数とするのは、内燃機関を運転制御する際のＥＧＲバルブ２３開度をこれらエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧Ｐに応じて決定している（間接的に、ＥＧＲバルブ２３の開度を指し示している）からである。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧Ｐをキーとして当該マップを検索し、現在の補正量ｐ２を得る。

【0031】

上掲のステップＳ１ないしＳ３は、従来の内燃機関の制御と同様である。だが、ステップＳ２及びＳ３で求める補正量ｐ１、ｐ２は何れも、ＶＶＴ機構５及びＥＧＲバルブ２３の双方を同時に操作することを想定して定められたものではない。これら補正量ｐ１、ｐ２による補正のみでは、ＶＶＴ機構５及びＥＧＲバルブ２３を同時に操作する過渡期において、ＥＣＵ０が推算する吸入空気量と実際に気筒１に充填される空気量との間で誤差が生じ得る。

【0032】

そこで、本実施形態では、従来の制御手法に加えて、そのような誤差をより小さくするための新たな補正量ｐＥＸを導入する（ステップＳ４）。

【0033】

以降、ＶＶＴ機構５とＥＧＲ装置２との協調制御における新たな補正量ｐＥＸを定める方法に関して補記する。図３に示すものは、複数のアクセル開度（または、吸気圧Ｐ）の条件の下、ＶＶＴ機構５を操作して吸気バルブタイミングを変化させる過渡期において、従来の制御手法に則って吸入空気量を推算し燃料噴射量ＴＰを決定したときの、気筒１に充填される混合気（そして、気筒１から排出されて触媒４１に流入する排気）の空燃比の目標空燃比からの偏差を計測した結果である。横軸は、ＶＶＴ機構５が具現する吸気バルブの開閉タイミングの進角量（クランク角度（°ＣＡ））であり、基準位相角（例えば、１０°ＣＡ）αにて吸気バルブと排気バルブとがともに開く期間であるバルブオーバラップ量が０となる。吸気バルブの開閉タイミングを基準位相角αよりも進角させると、バルブオーバラップ量が拡大し、内部ＥＧＲ量が増大する。縦軸は、混合気の空燃比と目標空燃比との偏差であって、偏差が０であれば混合気の空燃比が目標空燃比と一致していると言える。

【0034】

図３中、破線Ｂは、ＥＧＲバルブ２３の開度を一定（特に、全閉）に保ったままＶＶＴ機構５により吸気バルブタイミングを変化させる場合に生じた空燃比の偏差を表している。これに対し、実線Ａは、ＥＧＲバルブの開度を変化させながら（特に、全閉とせず開弁操作しながら）ＶＶＴ機構５により吸気バルブタイミングを変化させる場合に生じた空燃比の偏差を表している。並びに、一点鎖線Ｃは、後者の偏差と前者の偏差との差（Ｃ＝Ａ－Ｂ）を表している。本実施形態で初めて導入する補正量ｐＥＸを加味しない限り、ＶＶＴ機構５とＥＧＲバルブ２３とを同時に操作する協調制御では、どちらか一方のみを操作し他方を固定する従前の制御に比して、空燃比の偏差が増大することが分かる。さらに、その偏差の増大量Ｃは、ＶＶＴ機構５が具現するバルブタイミングが基準位相角α近傍であるときに最小（０に近い）であり、バルブタイミングが基準位相角αから進角するほど、また基準位相角αから遅角するほど大きくなっている。一方で、この傾向は、アクセル開度の大小によらず共通している。しかも、図３中の偏差の増大量の線Ｃの形状、極大値と極小値との幅（縦軸方向に沿った高さ）が、アクセル開度にかかわらず略一律になっている。

【0035】

ＶＶＴ機構５とＥＧＲバルブ２３とを同時に操作する協調制御において、ＥＣＵ０が推算する吸入空気量に混入する誤差をより低減せしめ、混合気の空燃比の目標空燃比からの偏差をより縮小するためには、少なくとも、偏差の増大量Ｃがバルブタイミングの進角量によらず略一定となるように、換言すれば図３中の偏差の増大量Ｃの線が横軸方向に沿って略水平になるように（その場合、協調制御時の偏差の線Ａと非協調制御時の偏差の線Ｂとが互いに略平行になり、両者の差が図３に示しているものよりも縮小する）補正量ｐＥＸを定める。そのような補正量ｐＥＸは、ＶＶＴ機構５が具現するバルブタイミング及びＥＧＲバルブ２３の開度に依存するが、アクセル開度には必ずしも依存せず、アクセル開度が異なっても同じ補正量ｐＥＸを用いることが可能と考えられる。

【0036】

補正量ｐＥＸは、吸気圧Ｐに乗じる補正係数であってもよく、吸気圧Ｐに対して加減算する補正項であってもよい。あるいは、補正量ｐＥＸが、補正量ｐ１または補正量ｐ２に乗じる補正係数であることも、補正量ｐ１または補正量ｐ２に対して加減算する補正項であることもあり得る。本実施形態では、補正量ｐＥＸを、補正量ｐ２を補正するものとしている。これは、ＥＧＲバルブ２３の開閉速度が、ＶＶＴ機構５によるカムシャフトの位相角の変化速度よりも遅いことによる。

【0037】

ＥＣＵ０のメモリには予め、ＶＶＴ機構５が具現するバルブタイミングの進角量及びＥＧＲバルブ２３の開度と補正量ｐＥＸとの関係を規定したマップデータが格納されている。ステップＳ４にて、ＥＣＵ０は、現在のバルブタイミングの進角量及びＥＧＲバルブ２３の開度をキーとして当該マップを検索し、現在の補正量ｐＥＸを得る。

【0038】

しかして、ＥＣＵ０は、吸気圧の実測値Ｐを補正量ｐ１、ｐ２及びｐＥＸを用いて補正することにより、真値に近い吸入空気の分圧ＰＭを求める（ステップＳ５）。例えば、
ＰＭ＝Ｐ×ｐ１±（ｐ２±ｐＥＸ）
のような形で、気筒１に吸入される空気の分圧ＰＭを算出する。上式では、ｐ１が内部ＥＧＲに関わる補正係数、ｐ２及びｐＥＸが外部ＥＧＲに関わる補正項となっている。

【0039】

最終的に、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気圧ＰＭから、気筒１に吸入される空気量を求める（ステップＳ６）。現在のエンジン回転数Ｎｅは、クランク角センサの出力信号ｂを参照して実測できる。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気圧ＰＭと吸入空気量との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気圧ＰＭをキーとして当該マップを検索し、現在の吸入空気量を得る。なお、その吸入空気量を、現在の吸気温や大気圧に応じて補正しても構わない。

【0040】

先に述べた通り、算定した吸入空気量は、燃料噴射量ＴＰの演算に用いられる。

【0041】

本実施形態では、気筒１の吸気バルブの開弁または閉弁のタイミングを変更し得るＶＶＴ機構５、及び排気通路４を流れる排気ガスの一部を吸気通路３に還流させ得るＥＧＲ装置２が付帯した内燃機関を制御するものであり、気筒１に連なる吸気通路３内の吸気圧Ｐを実測して気筒１に吸入される空気量を演算する制御装置であって、ＥＧＲバルブ２３の開度を一定に保ったままＶＶＴ機構５により吸気バルブの開弁または閉弁のタイミングを変更する操作を行う場合に生じる実測空燃比の目標空燃比からの偏差Ｂと、ＥＧＲバルブ２３の開度を変化させる操作を行いながらＶＶＴ機構５により吸気バルブの開弁または閉弁のタイミングを変更する操作を行う場合に生じる実測空燃比の目標空燃比からの偏差Ａとの差Ｃを縮小するような補正量ｐＥＸをメモリに記憶保持し、その補正量ｐＥＸを以て吸入空気量（吸入空気圧ＰＭ）を補正する内燃機関の制御装置０を構成した。

【0042】

本実施形態によれば、ＶＶＴ機構５と外部ＥＧＲ装置２とを同時に操作する協調制御時の、空燃比の目標値からの逸脱をより小さくすることができる。空燃比センサの出力信号ｈを参照して知得される実測の空燃比と目標空燃比との間で偏差が発生すると、その偏差はフィードバック制御（補正係数ＦＡＦ）により事後的に修正される。本実施形態の制御装置０は、ＶＶＴ機構５が具現するバルブタイミングとＥＧＲバルブ２３の開度とを同時に変化させる過渡期において、気筒１に吸入される空気量をより精確に見積もることが可能であり、適切に基本燃料噴射量ＴＰを設定して、空燃比とその目標値との偏差が拡大することを予防できる。従って、フィードバック制御を通じた空燃比の目標値への収束が早まり、有害物質の排出量の増加を回避することができ、無駄な燃料消費（空燃比が目標値よりもリーンである状態が長引くと、その間燃料噴射量ＦＡＦを増量し続ける）を抑制することにもなる。

【0043】

本実施形態の制御手法は、新たなハードウェアを追加することなく実現でき、コスト増を招かない。

【0044】

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、補正量ｐＥＸを、吸入空気量（吸入空気圧ＰＭ、より具体的には補正量ｐ２）を補正するものとしていたが、これに代えて、燃料噴射量ＴＰを補正するもの（燃料噴射量ＴＰに乗ずる補正係数、または燃料噴射量ＴＰに対して加減算する補正項）として設定する態様もとり得る。それによっても、混合気の空燃比とその目標値との偏差の拡大を予防することができる。

【0045】

上記実施形態における内燃機関には、気筒１の排気バルブの開閉タイミングを可変制御するための排気ＶＶＴ機構が実装されていなかったが、吸気ＶＶＴ機構５と同様の排気ＶＶＴ機構が内燃機関に付帯していてもよい。排気ＶＶＴ機構を介して排気バルブタイミングを進角または遅角させると、バルブオーバラップ量が変化し、内部ＥＧＲガス量が増減する。従って、排気ＶＶＴ機構と外部ＥＧＲ装置２との協調制御に、本発明を適用することも当然に考えられる。

【0046】

内燃機関の気筒１の吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングを変化させるためのＶＶＴ機構５の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。吸気カムシャフト及び／または排気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させるもの以外にも、吸気バルブ及び／または排気バルブを開弁駆動するカムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動機を介して変化させるもの、吸気バルブ及び／または排気バルブを電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。

【0047】

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。

【符号の説明】

【0049】

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
２…排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
４…排気通路
５…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｇ…カム角信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…スロットルバルブの開度操作信号
ｌ…ＥＧＲバルブの開度操作信号
ｍ…バルブタイミングの制御信号
Ａ…協調制御時に生じる空燃比の偏差
Ｂ…非協調制御時に生じる空燃比の偏差
Ｃ…協調制御時に生じる空燃比の偏差と非協調制御時に生じる空燃比の偏差との差

【図1】

【図2】

【図3】