JP2010084549A - 内燃機関の制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
回転速度と負荷とバルブタイミングにもとづいて点火時期制御量を演算する構成に、大気圧の低下する高地補正分の影響を考慮しようとすると、少なくとも回転速度と負荷とバルブタイミングと大気圧を軸とする多次元マップが必要となるために、ＥＣＵに搭載するマップが大規模となり、メモリ容量が増大する。
【解決手段】
少なくとも回転速度と吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧と可変バルブ制御量を入力とする多項式にもとづき充填効率基準値とＥＧＲ量基準値を演算し、これを吸気絶対圧と大気絶対圧との比によって高地補正する。大気圧の低下する高地条件では、上記高地補正した充填効率にもとづき燃料噴射量を演算し、また、回転速度と上記高地補正済み充填効率と上記高地補正済みＥＧＲ量にもとづき点火時期を演算する。
【選択図】図６

Description

本発明は、可変バルブを備えた内燃機関の高地条件下において、燃料噴射量と点火時期の制御を好適に行う内燃機関の制御装置に関する。

近年の自動車用内燃機関では、吸気バルブや排気バルブにバルブタイミングまたはバルブリフト量を可変とする可変バルブ機構を備えた内燃機関が一般化する傾向にある。上記可変バルブ機構は、制御自由度の増加や動作範囲の拡大，応答性の向上などの観点で技術の向上が図られている。特に、バルブリフト量を連続的に可変制御できる可変バルブ機構が開発されており、上記リフト連続可変バルブ機構によってシリンダへ吸入される空気量を、スロットルバルブを代替して吸気バルブにて制御することで、ポンプ損失の低減やミラーサイクルを実現した内燃機関が開発されている。このような可変バルブ機構を搭載した内燃機関の制御装置においては、吸気管に備えられたエアフローセンサ、または圧力センサによって、吸気管を流れる吸入空気量を検出または推定しており、この値から充填効率を演算し、上記充填効率にもとづき燃料噴射量や点火時期の制御量が演算されている。

特開平９−２０９８９５号公報によれば、実バルブタイミングが基本バルブタイミングよりずれた場合に、そのずれに応じて点火時期を好適に補正する技術が開示されている。特開平９−２０９８９５号公報に開示されている技術では、バルブタイミングのずれが遅角側にずれた場合、低負荷域においては、内部ＥＧＲ量（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）の減少にともなう燃焼速度の増加に対応すべく点火時期を遅角側に補正し、また高負荷域においては実圧縮比の低下にともなう燃焼速度の減少に対応すべく点火時期を進角側に補正している。一方、バルブタイミングのずれが進角側にずれた場合、低負荷域においては内部ＥＧＲ量の増加にともなう燃焼速度の減少に対応すべく点火時期を進角側に補正し、また高負荷域においては、実圧縮比の増加にともなう燃焼速度の増加に対応すべく点火時期を遅角側に補正している。

特開平９−２０９８９５号公報

しかしながら、高地条件のような大気圧の低下する状態においては、バルブタイミングにもとづき変化する内部ＥＧＲ量が、大気圧の状態によっても影響を受けるために、バルブタイミングのずれのみにもとづいて点火時期の補正を正確に実施することができない。また、バルブタイミングが進角側あるいは遅角側にずれた場合の実圧縮比の変化は、バルブ作動角によっても異なるために、バルブ作動角を可変とする可変バルブにおいては、バルブタイミングのずれのみで実圧縮比の変化を考慮することができない。さらに、回転速度と負荷とバルブタイミングにもとづいて点火時期制御量を演算する構成に、前述した大気圧の低下する高地補正分の影響を考慮しようとすると、少なくとも回転速度と負荷とバルブタイミングと大気圧を軸とする多次元マップが必要となるために、ＥＣＵに搭載するマップが大規模となり、メモリ容量が増大するといった課題があった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高地条件のような大気圧が低下した状態で可変バルブを制御した場合においても、充填効率とＥＧＲ量を精度良く演算し、これらにもとづき点火時期と燃料噴射量を好適に制御できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

可変バルブを備えた内燃機関の制御装置であって、
少なくとも回転速度と吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧と可変バルブ制御量にもとづき充填効率を演算する手段と、少なくとも回転速度と吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧と可変バルブ制御量にもとづきＥＧＲ量を演算する手段と、少なくとも前記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段と、少なくとも前記回転速度と前記充填効率と前記ＥＧＲ量にもとづき点火時期を演算する手段を備えること、
を特徴とする内燃機関の制御装置。

請求項１に記載の発明によれば、少なくとも回転速度と吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧と可変バルブ制御量にもとづき充填効率を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても精度良く充填効率を演算することができる。また、少なくとも回転速度と吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧と可変バルブ制御量にもとづきＥＧＲ量を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても精度良くＥＧＲ率を演算することができる。また、少なくとも高地条件に対応した充填効率演算手段にもとづき燃料噴射量を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても精度良く空燃比制御を行うことができ、燃費悪化や排気の悪化を回避することができる。さらに、少なくとも回転速度と高地条件に対応した充填効率演算手段と高地条件に対応したＥＧＲ量演算手段にもとづき点火時期を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても精度良く点火時期制御を行うことができ、燃費悪化やトルク低下を回避することができる。

請求項２に記載の発明によれば、吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧との比である吸気相対圧を演算し、少なくとも回転速度と吸気相対圧と可変バルブ制御量にもとづき充填効率基準値を演算する。さらに、大気絶対圧と大気絶対基準圧との比にもとづいて高地補正量を演算し、充填効率基準値と高地補正量との積によって高地条件での充填効率を演算する。そのため、大気圧の低下する高地条件においても精度良く充填効率を演算することができる。

請求項３に記載の発明によれば、吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧との比である吸気相対圧を演算し、少なくとも回転速度と吸気相対圧と可変バルブ制御量にもとづき内部ＥＧＲ量基準値を演算する。さらに、大気絶対圧と大気絶対基準圧との比にもとづいて高地補正量を演算し、充填効率基準値と高地補正量との積によって高地条件での内部ＥＧＲ量を演算する。そのため、大気圧の低下する高地条件においても精度良く内部ＥＧＲ量を演算することができる。

請求項４に記載の発明によれば、少なくとも回転速度と充填効率と排気温度と大気絶対圧にもとづき排気絶対圧を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても精度良く排気絶対圧を演算することができる。

請求項５に記載の発明によれば、排気流路に前記排気絶対圧を測定するための排気圧力センサを備えるので、大気圧の低下する高地条件においても精度良く排気絶対圧を検知することができる。

請求項６に記載の発明によれば、少なくとも点火時期と空燃比とＥＧＲ率にもとづき排気温度を演算するので、精度良く排気温度を演算することができる。

請求項７に記載の発明によれば、排気流路に排気温度を測定するための排気温度センサを備えるので、精度良く排気温度を検知することができる。

請求項８に記載の発明によれば、少なくとも排気絶対圧と、排気温度と、外部ＥＧＲバルブ開度と、吸気絶対圧にもとづき外部ＥＧＲ量を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても精度良く外部ＥＧＲ量を演算することができる。

請求項９に記載の発明によれば、少なくとも充填効率と内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量にもとづきＥＧＲ率を演算する手段と、少なくとも回転速度と充填効率とＥＧＲ率と吸気バルブ閉時期を入力変数とする多項式によって点火時期を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても精度良く点火時期を演算することができる。また、多次元マップを用いる必要がないので、ＥＣＵのメモリ容量を削減することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、少なくとも回転速度と吸気管相対圧と吸気バルブ作動角と吸気バルブ開時期と排気バルブ閉時期を入力変数とする多項式によって基準大気圧条件における充填効率基準値を演算するので、精度良く充填効率基準値を演算することができる。また、多次元マップを用いる必要がないので、ＥＣＵのメモリ容量を削減することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、少なくとも回転速度と吸気管相対圧と吸気バルブ作動角と吸気バルブ開時期と排気バルブ閉時期を入力変数とする多項式によって基準大気圧条件における内部ＥＧＲ量基準値を演算するので、精度良く内部ＥＧＲ量基準値を演算することができる。また、多次元マップを用いる必要がないので、ＥＣＵのメモリ容量を削減することができる。

請求項１２に記載の発明によれば、スロットルバルブ上流の吸気流路にエアフローセンサを備え、スロットルバルブ下流の吸気流路に圧力センサを備え、少なくとも充填効率演算手段と圧力センサ検出値にもとづきエアフローセンサ部流量を推定し、エアフローセンサ検出流量とエアフローセンサ部推定流量との偏差を充填効率演算手段のもつ誤差として充填効率演算結果を補正するので、内燃機関の個体ばらつきや環境変化，経時劣化などの誤差要因に対して充填効率演算精度をロバストにすることができる。また、可変バルブやスロットルバルブの急変時に対しても充填効率演算精度が悪化することがない。

請求項１３に記載の発明によれば、スロットルバルブ上流の吸気流路にエアフローセンサを備え、少なくとも充填効率演算手段とエアフローセンサ検出流量にもとづいてスロットルバルブ下流の吸気絶対圧を推定する。さらに推定された吸気絶対圧を充填効率演算手段に用いるので、内燃機関の個体ばらつきや環境変化，経時劣化などの誤差要因に対して充填効率演算精度をロバストにすることができる。また、可変バルブやスロットルバルブの急変時に対しても充填効率演算精度が悪化することがない。

請求項１４に記載の発明によれば、少なくとも回転速度と負荷にもとづき目標ＥＧＲ率を演算する手段と、充填効率と内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量にもとづき現在のＥＧＲ率を演算する手段と、目標ＥＧＲ率と現在のＥＧＲ率と吸気相対圧にもとづき可変バルブの制御量または外部ＥＧＲバルブ開度を演算するので、大気圧の低下する高地条件においても可変バルブ制御量または外部ＥＧＲバルブ開度を、燃焼安定性を悪化させない範囲で、燃費性能および排気性能を最適点に制御することができる。

請求項１５に記載の発明によれば、充填効率を一定に保持した状態で大気圧が低下する高地条件の場合に、同一オーバーラップ期間では、大気圧が低下するほど点火時期を遅角側に補正し、同一大気圧では、オーバーラップ期間が増加するほど点火時期を遅角側に補正するので、大気圧の低下する高地条件においても点火時期を燃費最適点に制御することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態の構成を説明する図である。本実施形態のシステムは内燃機関１を備えている。内燃機関１には吸気流路および排気流路が連通している。吸気流路にはエアフローセンサおよび吸気温度センサ２が組付けられている。エアフローセンサ２の下流にはスロットルバルブ３が設けられている。スロットルバルブ３はアクセル踏量とは独立にスロットル開度を制御することができる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ３の下流には吸気マニホールド４が連通している。吸気マニホールド４には吸気管圧力センサ５が組付けられている。吸気マニホールド４の下流には吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁７が配置されている。内燃機関１はバルブのタイミングとリフトを連続的に可変とする可変バルブ機構付き吸気弁８を備えている。可変バルブ機構にはバルブタイミングと最大リフトを検知するためのセンサ９が組付けられている。また、内燃機関１には排気バルブ１０が備えられている。排気バルブ１０には排気バルブタイミングを可変とする可変バルブ機構が備えられており、排気バルブのタイミングをセンサ１１によって検知している。シリンダヘッド部にはシリンダ内に電極部を露出させた点火プラグ１２が組付けられている。さらにシリンダにはノックの発生を検知するノックセンサ１３が組付けられている。クランク軸にはクランク角度センサ１４が組付けられている。クランク角度センサ１４からの出力信号にもとづき内燃機関１の回転速度を検出することができる。排気流路にはＯ₂センサ１５が組付けられている。本実施形態のシステムには排ガスの一部を吸気管へ還流させるための外部ＥＧＲ管１６および外部ＥＧＲ流量を制御するための外部ＥＧＲバルブ１７が備えられている。部分負荷運転時には、外部ＥＧＲバルブ１７を開きＥＧＲを行うことで、ポンプ損失を低減することができる。

本実施形態のシステムは図１に示すようにＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７を備えている。ＥＣＵ１８には、上述した各種センサが接続されている。スロットルバルブ３，燃料噴射弁７，可変バルブ機構付き吸気バルブ８，可変バルブ機構付き排気バルブ１０などのアクチュエータはＥＣＵ１８により制御されている。さらに、上述した各種センサから入力された信号にもとづき内燃機関１の運転状態を検知し、運転状態に応じてＥＣＵ１８により決定されたタイミングで点火プラグ１２が点火を行う。

図２は、吸気バルブの位相を連続的に変化させた場合の、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間の変化を説明する図である。吸気バルブの位相を進角側に変化させるにしたがって、排気バルブとのオーバーラップ期間が増加する。可変バルブを備えた内燃機関では、部分負荷条件において、上記オーバーラップ期間が生じるように可変バルブが制御され、排気管中の排ガスを一旦、吸気管へ吹き返すことによって内部ＥＧＲを生じさせる。内部ＥＧＲの増加にしたがって、部分負荷条件でのポンプ損失の低減ができ、燃焼ガス温度を低減できるために排気中の窒素酸化物の低減を行うことができる。

図３は、バルブの作動角，リフトおよび位相を同時に変化させることができる可変バルブ機構のバルブリフトパターンを説明する図である。従来のスロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関では、吸気バルブの上流圧をスロットルバルブによって絞ることで負圧を生じさせるため、ポンプ損失による燃費悪化が問題となる。吸気バルブの上流圧を絞ることなく、吸気バルブの開閉時期によって吸気量を制御することができれば、上記ポンプ損失にともなう燃費悪化を回避することが出来る。図３に示す可変バルブでは、吸気バルブにバルブリフトを連続的に可変とするリフト可変機構と、位相を連続的に可変とする位相可変機構とを組合わせて用いることによって、バルブ開時期（ＩＶＯ）を固定しつつ、バルブ閉時期（ＩＶＣ）を変化させている。このような可変バルブ機構を備えることで、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関を実現することができる。本リフト可変機構では、バルブ作動角が増加するにしたがって最大リフトが増加する図３下に示すような関係を有しており、要求トルクの小さいときにはリフト量を小さくすると同時にＩＶＣを早期化して吸気量を小さくすることができる。このとき、ＩＶＣを早期化することによって、ピストン圧縮量をピストン膨張量と比較して相対的に小さくすることができるので、ポンプ損失の低減に加えてミラーサイクル効果による燃費向上効果も期待できる点が特徴である。

図４は、回転速度と吸気圧力を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と内部ＥＧＲ量との関係を説明する図である。ここでいうＥＧＲ量とは、シリンダに残留した既燃ガス質量を行程容積相当の標準状態での空気質量にて除した値である。図４に示すように、内部ＥＧＲにはオーバーラップ期間に応じて決まる吹き返しに起因する部分と、排気バルブ閉時期（ＥＶＣ）のすきま容積部に応じて決まる部分とに分けることができる。さらに、内部ＥＧＲ量は、排気圧力と吸気圧力との関係によって影響を受ける。オーバーラップが有る条件で高地条件のように排気圧力が低下する場合においては、吹き返し分の減少によって内部ＥＧＲ量が大幅に減少する。一方、オーバーラップが無い条件では、排気圧力が低下した場合であっても、内部ＥＧＲ量の低下分はすきま容積に起因する部分に限られるために、その減少幅は相対的に小さい。そのため、可変バルブを搭載した内燃機関の高地条件において、内部ＥＧＲ量を正確に見積もるためには、少なくともＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気圧力および排気圧力（または大気圧力）の情報が必要となる。

図５は、回転速度と吸気圧力を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と充填効率との関係ならびにオーバーラップ期間と燃料噴射量との関係を説明する図である。ここでいう充填効率とは、シリンダへ吸気された新気の質量を行程容積相当の標準状態での空気質量にて除した値である。吸気圧力が一定に保持されている場合には、オーバーラップが有る条件において、大気圧の低下する高地条件で充填効率が増加する。これは、図４で述べたように、吸気管へ吹き返され再度シリンダ内へ吸気される内部ＥＧＲ量が減少するからである。オーバーラップ期間が増加するに従って、充填効率の増加が大きくなる一方、オーバーラップが無い条件では、内部ＥＧＲ量の低下分はすきま容積に起因する部分に限られるために、その減少幅は相対的に小さく、充填効率の増加幅も同様に小さい。上述した充填効率の変化に対して、目標空燃比を一定に保つためには、充填効率の変化に応じて燃料噴射量を変化させる高地補正を行う必要がある。すなわち吸気圧力一定でオーバーラップがある条件で、空燃比を一定に保持するために、高地条件にて増加した充填効率に対して燃料噴射量の増量補正を行う。可変バルブを搭載した内燃機関では、上述した高地補正を、オーバーラップ期間や大気圧に応じて変化させる必要がある。スロットルバルブの上流部にエアフローセンサを備えた内燃機関では、高地条件にて上記充填効率の増加分をエアフローセンサにて検出することができるため、定常条件においては、エアフローセンサにて検出された流量と目標空燃比に応じて燃料噴射量制御を行うことができる。

図６は、回転速度と充填効率を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と内部ＥＧＲ率との関係，オーバーラップ期間と燃焼速度との関係、ならびにオーバーラップ期間と点火時期（ＭＢＴ：Minimum spark advance for Best Torque）との関係を説明する図である。ここでいう内部ＥＧＲ率とは内部ＥＧＲ量と充填効率を用いて、次式で求めることができる。

内部ＥＧＲ率＝内部ＥＧＲ量／（内部ＥＧＲ量＋充填効率＋充填効率／空燃比）
・・・式（１）

図４および図５で説明したように、オーバーラップが有る状態で、高地条件にて大気圧が低下した場合には、低地条件と比較して内部ＥＧＲ量が減少するとともに充填効率が増す。同一充填効率で比較した場合では、高地条件にて上式で定義される内部ＥＧＲ率は減少する。ＥＧＲ率は燃焼速度に影響を与え、ＥＧＲ率が増加するほど燃焼速度が低下する。燃焼速度が低下すると、燃焼開始時期である点火時期から燃焼終了までに要する時間が増加するため、燃焼期間を最大トルクの発生する時期に設定するためのＭＢＴが進角する。高地条件かつオーバーラップ有りの条件では、上述するように内部ＥＧＲ率が減少するため、燃焼速度が増加し、ＭＢＴが低地条件にて設定されたＭＢＴから遅角側へ変化する。一方、オーバーラップが無い条件では、内部ＥＧＲ率の減少幅は相対的に小さいため、ＭＢＴの遅角量も相対的に小さい。以上述べたように、可変バルブを搭載した内燃機関においては高地条件やオーバーラップ期間の程度に応じて、点火時期の高地補正を適宜行う必要があるといえる。

図７は、回転速度と充填効率を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件での点火時期とトルクとの関係をオーバーラップ期間大および小の場合について説明する図である。点火時期とトルクとの関係には凸の関係が見られ、点火時期は通常トルク最大点（トルク一定の場合には燃費最良点）、すなわちＭＢＴに設定されている。部分負荷運転時にはオーバーラップ期間を増加して、大量の内部ＥＧＲを行いポンプ損失の低減を図るため、ＭＢＴはオーバーラップ無しの条件と比較して進角側に設定されている。充填効率を一定にした状態で高地条件下のような大気圧低下が生じると、内部ＥＧＲが減少し、燃焼速度が増加するとともにＭＢＴが遅角側に変化する。点火時期を充填効率にもとづいて決定すると、本来のＭＢＴからのかい離を生じ、トルクの低下（燃費の悪化）をきたすことになる。この傾向は、オーバーラップ期間が増加するほど、また大気圧が低下するほど大きくなる。オーバーラップ期間や大気圧の程度に応じて適宜、点火時期高地補正を行うことで、可変バルブを搭載した内燃機関の高地条件においても、トルクの低下を生じることなく、運転状態を常に最適点に保持することができる。

図８は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧，大気絶対圧，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率を演算する手段を説明する図である。図８に示すブロック線図では、まず吸気絶対圧と大気絶対圧との比を求める。吸気絶対圧は吸気マニホールドに備えられた圧力センサによって測定することができる。大気絶対圧についてもスロットルバルブ上流部に圧力センサを備えて測定することができる。また、内燃機関の始動時やスロットルバルブ開度が全開となったときに、吸気マニホールド圧力と大気圧とが一致しているとみなして、大気絶対圧を吸気マニホールドに備えられた圧力センサによって測定することとしてもよい。吸気絶対圧と大気絶対圧との比をブロック８１に入力する。ブロック８１では、回転速度，吸気絶対圧と大気絶対圧との比，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣを入力として、基準条件での充填効率を演算する。ここで、基準条件とは、大気絶対圧，吸気温度，外部ＥＧＲ率がそれぞれ基準条件に設定されているときに得られる充填効率を示している。大気絶対圧と大気絶対基準圧との比を基準充填効率に掛けることで高地補正が行われる。さらに、ブロック８２において、吸気温度および外部ＥＧＲ率の基準条件からの変化分を以下の式を用いて補正する。

充填効率補正量＝(基準吸気温度／吸気温度)^0.5
×（１−外部ＥＧＲ率−基準外部ＥＧＲ率） ・・・式（２）

吸気温度の単位はＫ（ケルビン）である。上で求められる充填効率補正量との積によって、高地補正済みの充填効率を求めることができる。

図９は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧および大気絶対圧にもとづいて内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図である。図９に示すブロック線図では、まず吸気絶対圧と大気絶対圧との比を求める。吸気絶対圧と大気絶対圧との比をブロック９１に入力する。ブロック９１では、回転速度，吸気絶対圧と大気絶対圧との比，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣを入力として、基準条件での内部ＥＧＲ量を演算する。ここで、基準条件とは、大気絶対圧が基準条件に設定されているときに得られる内部ＥＧＲ量を示している。大気絶対圧と大気絶対基準圧との比を基準内部ＥＧＲ量に掛けることで、高地補正済みの内部ＥＧＲ量を求めることができる。

図１０は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、排気絶対圧力を演算する手段を備え、前記排気絶対圧力と回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧，大気絶対圧，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率を演算する手段を説明する図である。図１０に示すブロック線図では、まず吸気絶対圧と排気絶対圧との比を求める。吸気絶対圧と排気絶対圧との比をブロック１０１に入力する。ブロック１０１では、回転速度，吸気絶対圧と排気絶対圧との比，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣを入力として、基準条件での充填効率を演算する。ここで、基準条件とは、大気絶対圧，吸気温度，外部ＥＧＲ率がそれぞれ基準条件に設定されているときに得られる充填効率を示している。大気絶対圧と大気絶対基準圧との比を基準充填効率に掛けることで高地補正が行われる。ブロック１０２では、回転速度，大気絶対圧，空燃比，点火時期，ＥＧＲ率および、前ステップで求められた充填効率を入力として排気絶対圧を演算する。さらに、ブロック１０３において、吸気温度および外部ＥＧＲ率の基準条件からの変化分を補正する。ブロック１０３において求められた充填効率補正量との積によって、高地補正済みの充填効率を求めることができる。このように図８に示した充填効率演算手段を代替えして、図１０に示したブロック線図によっても高地補正済み充填効率を求めることができる。さらに本発明は図８または図１０を用いる方式に限定されるものではなく、ブロック１０１に示した排気絶対圧力演算手段を代替えして、排気管中に圧力センサを備えて直接に排気絶対圧を測定する方法を用いても同様の効果を奏することができる。

図１１は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、排気絶対圧力を演算する手段を備え、前記排気絶対圧力と回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧および大気絶対圧にもとづいて内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図である。図１１に示すブロック線図では、まず吸気絶対圧と排気絶対圧との比を求める。吸気絶対圧と排気絶対圧との比をブロック１１１に入力する。ブロック１１１では、回転速度，吸気絶対圧と排気絶対圧との比，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣを入力として、基準条件での内部ＥＧＲ量を演算する。ここで、基準条件とは、大気絶対圧が基準条件に設定されているときに得られる内部ＥＧＲ量を示している。ブロック１１２では、回転速度，大気絶対圧，空燃比，点火時期，ＥＧＲ率および、前ステップで求められた充填効率を入力として排気絶対圧を演算する。大気絶対圧と大気絶対基準圧との比を基準内部ＥＧＲ量に掛けることで、高地補正済みの内部ＥＧＲ量を求めることができる。このように図９に示した内部ＥＧＲ量演算手段を代替して、図１１に示したブロック線図によっても高地補正済み内部ＥＧＲ量を求めることができる。さらに本発明は図９または図１１を用いる方式に限定されるものではなく、ブロック１１２に示した排気絶対圧力演算手段を代替えして、排気管中に圧力センサを備えて直接に排気絶対圧を測定する方法を用いても同様の効果を奏することができる。

図１２は、シリンダ排気流量とシリンダ排気温度と出口排気流量と外部ＥＧＲ量にもとづき排気圧力変化率を演算し、前記排気圧力変化率にもとづき排気絶対圧力を演算する手段を説明する図である。図１２に示すブロック線図では、まず回転速度，空燃比および充填効率を入力として、ブロック１２１においてシリンダより排出される排気流量ｄＧｃｙｌ／ｄｔを演算する。また、点火時期，空燃比およびＥＧＲ率を入力としてブロック１２２においてシリンダより排出される排気の温度Ｔｅｘを演算する。排気温度の演算には、点火時期，空燃比およびＥＧＲ率を軸としたマップあるいは多項式を用いることができる。また、シリンダより排出される排気温度Ｔｅｘ，大気絶対圧Ｐａｔｍ、および排気管の流量係数μｖを入力としてブロック１２３において排気管から大気中へ排出される排気の流量ｄＧｏｕｔ／ｄｔを演算する。大気中へ排出される排気流量の演算には次式を用いる。

ｄＧｏｕｔ／ｄｔ＝μｏｕｔ×Ａｏｕｔ×(２／ＲｅｘＴｅｘ)^0.5
×Ψ（Ｐｅｘ，Ｐａｔｍ）
Ψ（Ｐｅｘ，Ｐａｔｍ）＝(２／(ｋ＋１))^(1/(k-1))×(ｋ／(ｋ＋１))^0.5
・・・ Ｐａｔｍ／Ｐｅｘ＜(２／(ｋ＋１))^(k/(k-1))
Ψ(Ｐｅｘ，Ｐａｔｍ)＝{(ｋ／(ｋ−１))×((Ｐａｔｍ／Ｐｅｘ)^2/k
−(Ｐａｔｍ／Ｐｅｘ)^(k+1)/k)}^0.5
・・・ Ｐａｔｍ／Ｐｅｘ≧(２／(ｋ＋１))^(k/(k-1))
・・・式（３）

ここで、μｏｕｔは排気出口の流量係数、Ａｏｕｔは排気管出口の面積、ｋは比熱比である。また、シリンダより排出される排気温度，吸気絶対圧，ＥＧＲバルブ開度，排気絶対圧を入力としてブロック１２４において外部ＥＧＲ流量ｄＧｅｇｒ／ｄｔを演算する。外部ＥＧＲ流量の演算には次式を用いる。

ｄＧｅｇｒ／ｄｔ＝μｅｇｒ×Ａｅｇｒ×(２／ＲｅｘＴｅｘ)^0.5
×Ψ（Ｐｅｘ，Ｐｉｎ）
Ψ（Ｐｅｘ，Ｐｉｎ）＝(２／(ｋ＋１))^(1/(k-1))×(ｋ／(ｋ＋１))^0.5
・・・ Ｐｉｎ／Ｐｅｘ＜(２／(ｋ＋１))^(k/(k-1))
Ψ（Ｐｅｘ，Ｐｉｎ）＝{(ｋ／(ｋ−１))×((Ｐｉｎ／Ｐｅｘ)^2/k
−（Ｐｉｎ／Ｐｅｘ）^(k+1)/k))^0.5
・・・ Ｐｉｎ／Ｐｅｘ≧(２／(ｋ＋１))^(k/(k-1))
・・・式（４）

ここで、μｅｇｒは外部ＥＧＲバルブの流量係数、Ａｅｇｒは外部ＥＧＲバルブの開口面積、ｋは比熱比である。ブロック１２５では、ブロック１２１から１２４で求められたシリンダ排気流量ｄＧｃｙｌ／ｄｔ，シリンダ排気温度Ｔｅｘおよび排気出口流量ｄＧｏｕｔ／ｄｔを用いて次式を用いて排気圧力変化率ｄＰｅｘ／ｄｔを演算する。

ｄＰｅｘ／ｄｔ＝(ＲｅｘＴｅｘ／Ｖｅｘ)×(ｄＧｃｙｌ／ｄｔ−ｄＧｏｕｔ／ｄｔ−ｄＧｅｇｒ／ｄｔ) ・・・式（５）

ここで、Ｒｅｘは排ガスのガス定数、Ｖｅｘは排気管の容積である。ブロック１２５で求められた排気圧力変化率ｄＰｅｘ／ｄｔを時間積分することによって排気絶対圧を演算することができる。本方式によれば、外部ＥＧＲを行う内燃機関の大気圧の低下する高地条件においても、排気圧力を精度良く演算することが可能である。

図１３は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での充填効率を演算する手段を説明する図である。本実施形態では、充填効率に与える回転速度，吸気相対圧，吸気バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣの影響を考慮に入れた多項式回帰モデルを用いて基準充填効率を演算する。吸気相対圧とは吸気絶対圧と大気絶対圧との比、または吸気絶対圧と排気絶対圧との比である。上記影響因子を説明変数として、４次項までを考慮する。さらに、上記影響因子同士の交互作用の影響をモデル上で表現するために、４次を最大とする交互作用項を備えている。このように高次項や交互作用項を回帰モデルに含めることで、非線形なエンジンの充填効率特性を精度良く演算することができる。なお、本発明では基準状態での充填効率の演算に多項式を用いる構成としたがこれに限定されるものではない。すなわち、回転速度，吸気相対圧，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとしたマップあるいはテーブルにもとづいて演算する方式としても良い。

図１４は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図である。本実施形態では、内部ＥＧＲ量に与える回転速度，吸気相対圧，吸気バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣの影響を考慮に入れた多項式回帰モデルを用いて基準内部ＥＧＲ量を演算する。吸気相対圧とは吸気絶対圧と大気絶対圧との比、または吸気絶対圧と排気絶対圧との比である。上記影響因子を説明変数として、４次項までを考慮する。さらに、上記影響因子同士の交互作用の影響をモデル上で表現するために、４次を最大とする交互作用項を備えている。このように高次項や交互作用項を回帰モデルに含めることで、非線形なエンジンの内部ＥＧＲ量特性を精度良く演算することができる。なお、本発明では基準状態での内部ＥＧＲ量の演算に多項式を用いる構成としたがこれに限定されるものではない。すなわち、回転速度，吸気相対圧，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとしたマップあるいはテーブルにもとづいて演算する方式としても良い。

図１５は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、高地補正済み充填効率，高地補正済み内部ＥＧＲ量，高地補正済み外部ＥＧＲ量，回転速度，ＩＶＣ，吸気温度，空燃比およびオクタン価を入力とした高地補正済み点火時期制御量を演算する手段を説明する図である。図１５に示すブロック線図では、まずブロック１５１において内部ＥＧＲ量，外部ＥＧＲ量，空燃比および充填効率にもとづきＥＧＲ率を演算する。ＥＧＲ率は次式を用いて求めることができる。

ＥＧＲ率＝（外部ＥＧＲ量＋内部ＥＧＲ量）
／（内部ＥＧＲ量＋外部ＥＧＲ量＋充填効率＋充填効率／空燃比）
・・・式（６）

次に、ブロック１５２において基準点火時期を演算する。基準点火時期とは、ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比、およびオクタン価を基準状態に設定した際に得られる最適点火時期を示している。ブロック１５３から１５５では、ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比およびオクタン価を入力として点火時期の各補正量を演算する。さらに基準値に上記演算された補正値を加算することによって点火時期が演算される。充填効率，内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量は、いずれも高地条件と可変バルブに対応している。これら高地条件と可変バルブに対応した入力を用いる構成とすることによって、点火時期を精度良く演算することが可能となる。

図１６は、可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，充填効率，ＩＶＣ，ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比およびオクタン価をパラメータとした多項式にもとづいて点火時期を演算する手段を説明する図である。基準値多項式の入力には、回転速度，充填効率，ＩＶＣ（吸気バルブ閉じ角）を用いており、これら各変数について高次項および交互作用項を設定している。基準値多項式にＩＶＣを考慮するのは、吸気バルブに作動角および位相を連続的に可変とする可変バルブ機構を備えた本実施形態のシステムでは、ＩＶＣによってピストン運動による実圧縮比が大きく変化し、点火時期制御に重要な因子であるノック挙動が上記ＩＶＣの影響を大きく受けるからである。ＥＧＲ率補正値多項式の入力には、回転速度，充填効率，ＩＶＣおよびＥＧＲ率を用いており、これら各変数について高次項および交互作用項を設定している。同様に、吸気温度補正値多項式，空燃比補正値多項式およびオクタン価補正値多項式を設定している。上述した基準値に各補正値を加算する構成とすることで、点火時期を精度良く演算することが可能となる。なお、本発明では点火時期の演算に多項式を用いる構成としたがこれに限定されるものではない。すなわち、回転速度，充填効率，ＩＶＣ，内部ＥＧＲ量，吸気温度，空燃比，外部ＥＧＲ率およびオクタン価をパラメータとしたマップあるいはテーブルにもとづいて演算する方式としても良い。

以下、本発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。本実施形態のシステムは吸気バルブに位相のみ可変型の可変バルブ機構を備え、スロットルバルブを主体として充填効率を制御に用いる点以外は、実施例１と同様である。

図１７は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧，大気絶対圧，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率を演算する手段を説明する図である。図１７に示すブロック線図では、まず吸気絶対圧と大気絶対圧との比を求める。吸気絶対圧と大気絶対圧との比をブロック１７１に入力する。ブロック１７１では、回転速度，吸気絶対圧と大気絶対圧との比，ＩＶＯおよびＥＶＣを入力として、基準条件での充填効率を演算する。ここで、基準条件とは、大気絶対圧，吸気温度，外部ＥＧＲ率がそれぞれ基準条件に設定されているときに得られる充填効率を示している。大気絶対圧と大気絶対基準圧との比を基準充填効率に掛けることで高地補正が行われる。さらに、ブロック１７２において、吸気温度および外部ＥＧＲ率の基準条件からのかい離分を補正する。以上のような構成とすることで高地補正済みの充填効率を求めることができる。なお、本発明は、これに限定されるものではなく、図１０に示したように、排気絶対圧を演算する手段を備える構成とすることも可能である。また、排気管中に圧力センサを備え、直接的に測定された排気圧力を用いる構成とすることも可能である。

図１８は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧および大気絶対圧にもとづいて内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図である。図１８に示すブロック線図では、まず吸気絶対圧と大気絶対圧との比を求める。吸気絶対圧と大気絶対圧との比をブロック１８１に入力する。ブロック１８１では、回転速度，吸気絶対圧と大気絶対圧との比，ＩＶＯおよびＥＶＣを入力として、基準条件での内部ＥＧＲ量を演算する。ここで、基準条件とは、大気絶対圧が基準条件に設定されているときに得られる内部ＥＧＲ量を示している。大気絶対圧と大気絶対基準圧との比を基準内部ＥＧＲ量に掛けることで、高地補正済みの内部ＥＧＲ量を求めることができる。なお、本発明は、これに限定されるものではなく、図１１に示したように、排気絶対圧を演算する手段を備える構成とすることも可能である。また、排気管中に圧力センサを備え、直接的に測定された排気圧力を用いる構成とすることも可能である。

図１９は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での充填効率を演算する手段を説明する図である。本実施形態では、充填効率に与える回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣの影響を考慮に入れた多項式回帰モデルを用いて基準充填効率を演算する。吸気相対圧とは吸気絶対圧と大気絶対圧との比、または吸気絶対圧と排気絶対圧との比である。上記影響因子を説明変数として、４次項までを考慮する。さらに、上記影響因子同士の交互作用の影響をモデル上で表現するために、４次を最大とする交互作用項を備えている。このように高次項や交互作用項を回帰モデルに含めることで、非線形なエンジンの充填効率特性を精度良く演算することができる。なお、本発明では基準状態での充填効率の演算に多項式を用いる構成としたがこれに限定されるものではない。すなわち、回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとしたマップあるいはテーブルにもとづいて演算する方式としても良い。

図２０は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図である。本実施形態では、内部ＥＧＲ量に与える回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣの影響を考慮に入れた多項式回帰モデルを用いて基準内部ＥＧＲ量を演算する。吸気相対圧とは吸気絶対圧と大気絶対圧との比、または吸気絶対圧と排気絶対圧との比である。上記影響因子を説明変数として、４次項までを考慮する。さらに、上記影響因子同士の交互作用の影響をモデル上で表現するために、４次を最大とする交互作用項を備えている。このように高次項や交互作用項を回帰モデルに含めることで、非線形なエンジンの内部ＥＧＲ量特性を精度良く演算することができる。なお、本発明では基準状態での内部ＥＧＲ量の演算に多項式を用いる構成としたがこれに限定されるものではない。すなわち、回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとしたマップあるいはテーブルにもとづいて演算する方式としても良い。

図２１は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、高地補正済み充填効率，高地補正済み内部ＥＧＲ量，高地補正済み外部ＥＧＲ量，回転速度，吸気温度，空燃比およびオクタン価を入力とした高地補正済み点火時期制御量を演算する手段を説明する図である。図２１に示すブロック線図では、まずブロック２１１において内部ＥＧＲ量，外部ＥＧＲ量，空燃比および充填効率にもとづきＥＧＲ率を演算する。次に、ブロック２１２において基準点火時期を演算する。基準点火時期とは、ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比、およびオクタン価を基準状態に設定した際に得られる最適点火時期を示している。ブロック２１３から２１５では、ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比およびオクタン価を入力として点火時期の各補正量を演算する。さらに基準値に上記演算された補正値を加算することによって点火時期が演算される。充填効率，内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量は、いずれも高地条件と可変バルブに対応している。これら高地条件と可変バルブに対応した入力を用いる構成とすることによって、点火時期を精度良く演算することが可能となる。

図２２は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，充填効率，ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比およびオクタン価をパラメータとした多項式にもとづいて点火時期を演算する手段を説明する図である。基準値多項式の入力には、回転速度，充填効率、を用いており、これら各変数について高次項および交互作用項を設定している。ＥＧＲ率補正値多項式の入力には、回転速度，充填効率、およびＥＧＲ率を用いており、これら各変数について高次項および交互作用項を設定している。同様に、吸気温度補正値多項式，空燃比補正値多項式およびオクタン価補正値多項式を設定している。上述した基準値に各補正値を加算する構成とすることで、点火時期を精度良く演算することが可能となる。なお、本発明では点火時期の演算に多項式を用いる構成としたがこれに限定されるものではない。すなわち、回転速度，充填効率，内部ＥＧＲ量，吸気温度，空燃比，外部ＥＧＲ率およびオクタン価をパラメータとしたマップあるいはテーブルにもとづいて演算する方式としても良い。

図２３は、充填効率検知手段としてエアフローセンサと圧力センサを用いる内燃機関の吸気管構成を説明する図である。定常運転時にはスロットル上流部に備えられたエアフローセンサ部の流量と、シリンダ部の流量とが一致するため、エアフローセンサ検出流量にもとづいて充填効率を演算することが可能である。しかしながら、スロットルバルブが急激に変化する過渡時の場合には、エアフローセンサ部の流量がスロットルバルブ開口面積とマニホールド内圧力に応じて直ちに変化を開始するのに対して、シリンダ部の流量はマニホールド内圧力の変化にもとづいて徐々に変化する。一方、可変バルブが急激に変化する場合には、シリンダ部の流量が可変バルブの変化に応じて直ちに変化を開始するのに対して、スロットルバルブ上流部の流量は、シリンダとエアフローセンサとの間に介在するマニホールド内の圧縮性流体の圧縮・膨張運動によって、その変化の挙動に遅れを生じる。したがって、過渡時においてはエアフローセンサ部の流量とシリンダ部の流量との間に差異を生じるため、エアフローセンサ検出値にもとづいて適切に燃料噴射量や点火時期を演算することができない。エアフローセンサによる検出には、過渡の予測精度の悪化といった課題があるものの、定常精度は環境変化や経時劣化，個体ばらつきに対してロバストであるという長所を有する。一方、吸気管圧力や可変バルブにもとづく充填効率推定モデルは、過渡の急激な変化への追随性が良いという長所を有するものの、あらゆるばらつき要因をモデル内に記述することは実際上困難であるため、定常精度を所定以内に確保することは困難といえる。これらの長所を利用して、定常時や過渡時のいずれの条件において精度良く充填効率を演算できる手段が必要である。

図２４は、可変バルブが主体となって充填効率を制御するか、またはスロットルバルブが主体となって充填効率を制御し、エアフローセンサおよび圧力センサを備えた内燃機関において、エアフローセンサ検出値とモデル推定値にもとづいて充填効率を演算する手段、および上記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段を説明する図である。図２４に示すブロック線図において、ブロック２４２では回転速度，吸気絶対圧，大気絶対圧，可変バルブ，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率が演算される。ブロック２４２には、図８，図１０または図１７に示した充填効率演算手段のいずれも用いることができる。ブロック２４２にて演算された充填効率と回転速度の関係にもとづいてブロック２４４においてシリンダ部の流量が演算される。ブロック２４４において演算されたシリンダ部の流量ｄＧｃｙｌ／ｄｔ，吸気管圧力変化率ｄＰｉｎ／ｄｔ，吸気温度Ｔｉｎおよび外部ＥＧＲ流量ｄＧｅｇｒ／ｄｔにもとづいて、ブロック２４５では次式によってエアフローセンサ部の流量ｄＧａｆｓ／ｄｔを推定する。

ｄＧａｆｓ／ｄｔ＝(Ｖｉｎ／ＲｉｎＴｉｎ)×(ｄＰｉｎ／ｄｔ)＋ｄＧｃｙｌ／ｄｔ −ｄＧｅｇｒ／ｄｔ ・・・式（７）
ここで、Ｒｉｎは吸気ガスのガス定数、Ｖｉｎは吸気管の容積である。ブロック２４５において推定されたエアフローセンサ部流量と、実際に検出されたエアフローセンサ検出流量との差分を求め、これをブロック２４３にて充填効率に換算する。上記換算された差分はブロック２４２内のモデルの定常誤差に相当すると考えられる。この定常誤差を用いてブロック２４２にて演算された充填効率を修正することによって、定常や過渡の状態においても常に精度良く充填効率を演算することが可能となる。上記演算された充填効率を図１５または図２１に示した点火時期演算手段の入力に用いる。さらに、充填効率と目標空燃比，排気空燃比および過渡・定常判定にもとづいてブロック２４１にて燃料噴射量が演算される。

図２５は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御し、エアフローセンサのみを備えた内燃機関において、エアフローセンサ検出値とモデル推定値にもとづいて充填効率を演算する手段、および上記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段を説明する図である。図２５に示すブロック線図において、ブロック２５２では回転速度，吸気絶対圧，大気絶対圧，可変バルブ，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率が演算される。ブロック２５２には、図８，図１０または図１７に示した充填効率演算手段のいずれも用いることができる。ブロック２５２にて演算された充填効率と回転速度の関係にもとづいてブロック２５３においてシリンダ部の流量が演算される。ブロック２５３において演算されたシリンダ部の流量ｄＧｃｙｌ／ｄｔ，吸気温度Ｔｉｎ，外部ＥＧＲ流量ｄＧｅｇｒ／ｄｔおよびエアフローセンサ検出流量ｄＧｃｙｌ／ｄｔにもとづいて、ブロック２５４では次式によって吸気管圧力変化率ｄＰｉｎ／ｄｔを推定する。

ｄＰｉｎ／ｄｔ＝(ＲｉｎＴｉｎ／Ｖｉｎ)×(ｄＧａｆｓ／ｄｔ＋ｄＧｅｇｒ／ｄｔ −ｄＧｃｙｌ／ｄｔ) ・・・式（８）
ここで、Ｒｉｎは吸気ガスのガス定数、Ｖｉｎは吸気管の容積である。ブロック２５４において求められた吸気管圧力変化率を時間積分して吸気管絶対圧力を演算することができる。上記演算された充填効率を図１５または図２１に示した点火時期演算手段の入力に用いる。さらに、充填効率と目標空燃比，排気空燃比および過渡・定常判定にもとづいてブロック２５１にて燃料噴射量が演算される。

図２６は、スロットルバルブが主体となって充填効率を制御し、圧力センサのみを備えた内燃機関において、モデル推定値にもとづいて充填効率を演算する手段、および上記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段を説明する図である。図２６に示すブロック線図において、ブロック２６２では回転速度，吸気絶対圧，大気絶対圧，可変バルブ，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率が演算される。上記演算された充填効率を図１５または図２１に示した点火時期演算手段の入力に用いる。さらに、充填効率と目標空燃比，排気空燃比および過渡・定常判定にもとづいてブロック２６１にて燃料噴射量が演算される。

図２７は、回転速度と充填効率を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と内部ＥＧＲ率との関係，オーバーラップ期間と燃料消費量および窒素酸化物濃度との関係、ならびにオーバーラップ期間と燃焼安定性との関係を説明する図である。内部ＥＧＲを行うと、ポンプ損失の低減や、窒素酸化物の排出量低減ができる一方で、既燃ガスによる希釈の影響で燃焼安定性が悪化する。そのため可変バルブを備える内燃機関では通常、低地条件の下で燃焼安定限界の範囲内で、できる限り多くのＥＧＲを行えるように、可変バルブの制御量が予め設定されている。大気圧の低下する高地条件では、オーバーラップ期間の増加に対して内部ＥＧＲ率が増加する関係において、同一オーバーラップ期間で比較すると内部ＥＧＲ率が減少するために、十分なポンプ損失の低減や、窒素酸化物の排出量低減効果が得られないという問題がある。図２７に示した場合では、オーバーラップ期間を増加する側に制御することによって、高地条件においても上記効果を得ることができる。高地条件においても十分な効果を得るためには、燃焼安定性が確保される範囲内で、大気圧の状態に応じて可変バルブを適切に制御するための手段を備える必要がある。これは、内部ＥＧＲ制御を行う可変バルブのみならず、外部ＥＧＲ制御を行うための外部ＥＧＲバルブについても同様である。

図２８は、高地条件において目標ＥＧＲ率となるべく可変バルブおよび外部ＥＧＲバルブ制御量を演算する手段を説明する図である。図２８に示すブロック線図においては、まずブロック２８１において内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量と空燃比と充填効率を入力としてＥＧＲ率を演算する。上記ＥＧＲ率演算手段には、高地補正済みの内部ＥＧＲ量，外部ＥＧＲ量および充填効率を用いているので、大気圧の低下する高地条件においても精度良くＥＧＲ率を演算することができる。ブロック２８２では、負荷と回転速度を入力として目標ＥＧＲ率を演算する。負荷の変数としては充填効率や体積効率，吸気管絶対圧などを用いることができる。ここで、目標ＥＧＲ率は、燃焼安定性が確保される範囲内で、ポンプ損失の低減や窒素酸化物の排出量低減効果が十分に得られるように、予め適合されている。ブロック２８３では、ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率と回転速度と吸気絶対圧と排気絶対圧との比にもとづいて可変バルブと外部ＥＧＲバルブの制御量が演算される。ここでは、排気絶対圧を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、大気絶対圧を用いても同様の効果を奏することができる。

本発明の実施の形態の構成を説明する図。 吸気バルブの位相を連続的に変化させた場合の、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間の変化を説明する図。 バルブの作動角，リフトおよび位相を同時に変化させることができる可変バルブ機構のバルブリフトパターンを説明する図。 回転速度と吸気圧力を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と内部ＥＧＲ量との関係を説明する図。 回転速度と吸気圧力を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と充填効率との関係ならびにオーバーラップ期間と燃料噴射量との関係を説明する図。 回転速度と充填効率を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と内部ＥＧＲ率との関係，オーバーラップ期間と燃焼速度との関係、ならびにオーバーラップ期間と点火時期（ＭＢＴ）との関係を説明する図。 回転速度と充填効率を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件での点火時期とトルクとの関係をオーバーラップ期間大および小の場合について説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧，大気絶対圧，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率を演算する手段を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧および大気絶対圧にもとづいて内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、排気絶対圧力を演算する手段を備え、前記排気絶対圧力と回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧，大気絶対圧，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率を演算する手段を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、排気絶対圧力を演算する手段を備え、前記排気絶対圧力と回転速度，バルブ作動角，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧および大気絶対圧にもとづいて内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図。 シリンダ排気流量とシリンダ排気温度と出口排気流量と外部ＥＧＲ量にもとづき排気圧力変化率を演算し、前記排気圧力変化率にもとづき排気絶対圧力を演算する手段を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での充填効率を演算する手段を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，バルブ作動角，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、高地補正済み充填効率，高地補正済み内部ＥＧＲ量，高地補正済み外部ＥＧＲ量，回転速度，ＩＶＣ，吸気温度，空燃比およびオクタン価を入力とした高地補正済み点火時期制御量を演算する手段を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，充填効率，ＩＶＣ，ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比およびオクタン価をパラメータとした多項式にもとづいて点火時期を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧，大気絶対圧，吸気温度および外部ＥＧＲ率にもとづいて充填効率を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，ＩＶＯ，ＥＶＣ，吸気絶対圧および大気絶対圧にもとづいて内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での充填効率を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，吸気相対圧，ＩＶＯおよびＥＶＣをパラメータとした多項式にもとづいて基準状態での内部ＥＧＲ量を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、高地補正済み充填効率，高地補正済み内部ＥＧＲ量，高地補正済み外部ＥＧＲ量，回転速度，吸気温度，空燃比およびオクタン価を入力とした高地補正済み点火時期制御量を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御する内燃機関において、回転速度，充填効率，ＥＧＲ率，吸気温度，空燃比およびオクタン価をパラメータとした多項式にもとづいて点火時期を演算する手段を説明する図。 充填効率検知手段としてエアフローセンサと圧力センサを用いる内燃機関の吸気管構成を説明する図。 可変バルブが主体となって充填効率を制御するか、またはスロットルバルブが主体となって充填効率を制御し、エアフローセンサおよび圧力センサを備えた内燃機関において、エアフローセンサ検出値とモデル推定値にもとづいて充填効率、および上記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御し、エアフローセンサのみを備えた内燃機関において、エアフローセンサ検出値とモデル推定値にもとづいて充填効率を演算する手段、および上記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段を説明する図。 スロットルバルブが主体となって充填効率を制御し、圧力センサのみを備えた内燃機関において、モデル推定値にもとづいて充填効率を演算する手段、および上記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段を説明する図。 回転速度と充填効率を一定に保持した状態において得られる、低地条件と高地条件でのオーバーラップ期間と内部ＥＧＲ率との関係，オーバーラップ期間と燃料消費量および窒素酸化物濃度との関係、ならびにオーバーラップ期間と燃焼安定性との関係を説明する図。 高地条件において目標ＥＧＲ率となるべく可変バルブおよび外部ＥＧＲバルブ制御量を演算する手段を説明する図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ エアフローセンサおよび吸気温センサ
３ スロットルバルブ
４ 吸気マニホールド
５ 吸気管圧力センサ
６ タンブルコントロールバルブ
７ 燃料噴射弁
８ 吸気可変バルブ機構
９ バルブリフトセンサおよびバルブタイミングセンサ
１０ 排気可変バルブ機構
１１ バルブタイミングセンサ
１２ 点火プラグ
１３ ノックセンサ
１４ クランク角度センサ
１５ Ｏ₂センサ
１６ 外部ＥＧＲ管
１７ 外部ＥＧＲバルブ
１８ ＥＣＵ（Electronic Control Unit)

Claims (15)

1. 可変バルブを備えた内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも回転速度と吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧と可変バルブ制御量にもとづき充填効率を演算する手段と、少なくとも回転速度と吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧と可変バルブ制御量にもとづきＥＧＲ量を演算する手段と、少なくとも前記充填効率にもとづき燃料噴射量を演算する手段と、少なくとも前記回転速度と前記充填効率と前記ＥＧＲ量にもとづき点火時期を演算する手段を備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧との比である吸気相対圧を演算する手段と、少なくとも回転速度と前記吸気相対圧と可変バルブ制御量にもとづき充填効率基準値を演算する手段と、前記大気絶対圧と大気絶対基準圧との比にもとづいて高地補正量を演算する手段と、前記充填効率基準値と前記高地補正量との積によって高地条件での充填効率を演算する手段を備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   吸気絶対圧と大気絶対圧または排気絶対圧との比である吸気相対圧を演算する手段と、少なくとも回転速度と前記吸気相対圧と可変バルブ制御量にもとづき内部ＥＧＲ量基準値を演算する手段と、前記大気絶対圧と大気絶対基準圧との比にもとづいて高地補正量を演算する手段と、前記内部ＥＧＲ量基準値と前記高地補正量との積によって高地条件での内部ＥＧＲ量を演算する手段を備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも前記回転速度と前記充填効率と排気温度と前記大気絶対圧にもとづき排気絶対圧を演算する手段を備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   排気流路に前記排気絶対圧を測定するための排気圧力センサを備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも点火時期と空燃比とＥＧＲ率にもとづき排気温度を演算する手段を備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   排気流路に排気温度を測定するための排気温度センサを備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも前記排気絶対圧と、前記排気温度と、外部ＥＧＲバルブ開度と、吸気絶対圧にもとづき外部ＥＧＲ量を演算する手段を備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも前記充填効率と前記内部ＥＧＲ量と前記外部ＥＧＲ量にもとづきＥＧＲ率を演算する手段と、少なくとも前記回転速度と前記充填効率と前記ＥＧＲ率と吸気バルブ閉時期を入力変数とする多項式によって前記点火時期を演算する手段を備えること、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    少なくとも前記回転速度と前記吸気管相対圧と吸気バルブ作動角と吸気バルブ開時期と排気バルブ閉時期を入力変数とする多項式によって基準大気圧条件における前記充填効率基準値を演算する手段を備えること、
    を特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    少なくとも前記回転速度と前記吸気管相対圧と吸気バルブ作動角と吸気バルブ開時期と排気バルブ閉時期を入力変数とする多項式によって基準大気圧条件における前記内部ＥＧＲ量基準値を演算する手段を備えること、
    を特徴とする内燃機関の制御装置。
12. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    スロットルバルブ上流の吸気流路にエアフローセンサを備え、スロットルバルブ下流の吸気流路に圧力センサを備え、少なくとも前記充填効率演算手段と前記圧力センサ検出値にもとづきエアフローセンサ部流量を推定する手段と、前記エアフローセンサ検出流量と前記エアフローセンサ部推定流量との偏差を前記充填効率演算手段のもつ誤差として前記充填効率演算結果を補正する手段を備えること、
    を特徴とする内燃機関の制御装置。
13. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    スロットルバルブ上流の吸気流路にエアフローセンサを備え、少なくとも前記充填効率演算手段と前記エアフローセンサ検出流量にもとづいてスロットルバルブ下流の吸気絶対圧を推定する手段を備えること、
    を特徴とする内燃機関の制御装置。
14. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    少なくとも回転速度と負荷にもとづき目標ＥＧＲ率を演算する手段と、前記充填効率と前記内部ＥＧＲ量と前記外部ＥＧＲ量にもとづき現在のＥＧＲ率を演算する手段と、前記目標ＥＧＲ率と前記現在のＥＧＲ率と前記吸気相対圧にもとづき可変バルブの制御量または外部ＥＧＲバルブ開度を演算する手段を備えること、
    を特徴とする内燃機関の制御装置。
15. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    充填効率を一定に保持した状態で大気圧が低下する高地条件の場合に、同一オーバーラップ期間では、大気圧が低下するほど点火時期を遅角側に補正する手段と、同一大気圧では、オーバーラップ期間が増加するほど点火時期を遅角側に補正する手段を備えること、
    を特徴とする内燃機関の制御装置。

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