JP6406300B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置に関する。

ターボ過給機を備えたエンジンでは、タービンが排気通路に配置され、コンプレッサが吸気通路に配置される。タービンが排気によって回転駆動されることで、タービンに直結されたコンプレッサが回転駆動されて、吸気系から気筒内に吸入される吸気の質量（以下、「充填量」と称する）が増加される。

従来、所定の状況下において、過給圧の立ち上がりの遅れ、所謂ターボラグが生じることが知られている。ターボラグは、例えば低速運転やアイドル運転から加速するときに、排気の流量が不足してしまい、そのことで、タービンが十分に回転駆動されないことに起因して生じる。これを解消するために、例えば特許文献１には、加速過渡時において吸気バルブの開閉時期を調整することにより、充填量を増加させることが開示されている。充填量が増加すれば、その増加分に応じて、タービンを回転駆動する排気も増量するようになる。

特開２００４−１８３５１２号公報

しかしながら、前記のように構成した場合、充填量を増加させたことが過給圧の上昇に寄与するのは、増加分の混合気が燃焼した後の排気行程以降となる。そのため、ターボラグを早期に解消する上で、改善の余地がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置において、ターボラグを早期に解消することにある。

ここに開示する技術は、ターボ過給機と、排気バルブの開閉時期を変更するバルブタイミング可変機構と、吸気バルブの開閉時期を変更する第２のバルブタイミング可変機構と、を備えたエンジンの制御装置に関する。この制御装置は、前記排気バルブの閉時期及び前記吸気バルブの開閉時期を設定すると共に、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの両方が開弁される期間であるオーバーラップ期間を前記バルブタイミング可変機構及び第２のバルブタイミング可変機構を介して制御する制御部を備える。

前記制御部は、前記ターボ過給機にターボラグが生じているか否かを判定し、前記制御部はまた、前記ターボ過給機にターボラグが生じていると判定したとき、前記オーバーラップ期間が延長されるように、前記オーバーラップ期間中に排気系へ吹き抜ける新気の割合である新気吹き抜け率に基づいて設定した遅角量に従って、前記排気バルブの閉時期を遅角させると共に、体積効率又は充填量に基づいて設定した補正量に従って、前記吸気バルブの開閉時期を補正することにより、気筒内へ吸入される吸気の充填量を増加させる。

制御部は、吸気バルブ及び排気バルブの両方が開弁されるオーバーラップ期間を制御する。オーバーラップ期間中には、吸気系から気筒内に吸入された空気が排気系へ吹き抜けるようになる。

ターボラグは、加速過渡時に生じ得る。加速過渡時には、スロットル弁の開弁等を通じて、気筒内に吸入される充填量が増加することになる。

前記の構成によると、制御部は、ターボラグが生じていると判定したときには、オーバーラップ期間が延長されるように、排気バルブの閉時期を遅角させる。オーバーラップ期間が延長されることで、充填量として増加した空気のうち、排気系へ吹き抜ける空気の割合が増大し、その増大分に応じて、タービンへ送られる空気の流量が増加することになる。そのことで、タービンを十分に回転駆動することが可能になる。

さらに、前記の構成は、気筒内に空気が吸入されたときに、その吸入分の混合気が燃焼して排気される前に、タービンへ送る空気の流量を増加させることができるという点で、ターボラグを早期に解消することが可能になる。

さらに、前記の構成によると、排気系へ吹き抜ける空気の割合が増大した分、排気系における酸素量が増加することになり、そのことで、酸素が排気系で反応して生じる所謂、後燃えが起こり易くなる。後燃えにより、排気系へ吹き抜けた空気が昇温、ひいては昇圧することになるから、タービンを十分に回転駆動する上で有利になる。

また、制御部は、新気吹き抜け率に基づいて排気バルブの閉時期の遅角量を設定するから、遅角量を適切に設定することができる。そのことで、ターボラグを確実に解消する上で有利になる。

また、前記エンジンは、前記吸気バルブの開閉時期を変更するように、前記制御部により制御される第２のバルブタイミング可変機構を備えている。

制御部は、ターボラグが生じていると判定したときには、吸気バルブの開閉時期を補正することにより、充填量を増加させる。そして、制御部は、吸気バルブの開閉時期の補正中に、前述の如く、排気バルブの閉時期を遅角させる。これによれば、吸気バルブに関する補正によって増加する充填量の分だけ、オーバーラップ期間中に吹き抜ける空気の流量を増加させることができる。そのことで、タービンを十分に回転駆動する上で有利になる。

また、前記エンジンは、吸気通路において前記ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側に設けられたスロットルバルブを備え、前記制御部は、目標過給圧に基づいて、前記気筒内に吸入される吸気の体積効率又は充填量の目標値を算出すると共に、前記吸気通路のうち前記スロットルバルブよりも下流側の少なくとも一部である下流側通路における吸気の状態、及び、前記エンジンの運転状態に基づいて、前記下流側通路内の吸気が前記気筒内に吸入された場合の前記体積効率又は充填量の予測値を算出し、前記制御部はまた、前記体積効率又は充填量の予測値が前記体積効率又は充填量の目標値よりも小さいときに、前記吸気バルブの開閉時期を補正する、としてもよい。

一般的に、コンプレッサと燃焼室との間には、スロットルバルブやサージタンク等が設けられている。そのため、充填量は、コンプレッサとスロットルバルブとの間の吸気通路の圧力である過給圧だけではなく、スロットルバルブの開度やサージタンクの容積等の影響も受ける。

それに対して、前記下流側通路はスロットルバルブの下流側の部分であり、吸気通路のうち気筒に比較的近い部分である。そこで、制御部は、下流側通路における吸気の状態に基づいて吸気バルブの開閉時期を補正する。これにより、制御部は、充填量を精度良く調整することできる。

さらに、充填量は、そうした吸気の状態だけではなく、エンジン回転数や吸気バルブの開閉時期といったエンジンの運転状態の影響も受ける。そこで、制御部は、エンジンの運転状態に基づいて吸気バルブの開閉時期を補正する。これにより、制御部は、充填量を精度良く調整することができる。

また、前述の如く、制御部は、下流側通路における吸気の状態とエンジンの運転状態とに基づいて、下流側通路内の吸気が気筒内に吸入された場合の体積効率又は充填量を予測すると共に、その予測結果に基づいて吸気バルブの開閉時期を補正する。これによれば、制御部は、体積効率又は充填効率を事前に予測することで、吸気バルブの開閉時期を事前に補正することができる。そのことで、制御部は、充填量を早期に調整することができる。その上、下流側通路内の吸気は将来的に気筒内に吸入されると想定されるため、下流側通路における吸気の状態に基づいて将来の体積効率又は充填量を予測することによって、制御部は、体積効率又は充填量を精度良く予測することができる。

また、前述の如く、制御部は、体積効率又は充填量の予測値だけではなく、体積効率又は充填量の目標値も考慮して吸気バルブの開閉時期を補正する。これによれば、制御部は、例えば予測値と目標値とを事前に比較することによって、体積効率又は充填量が目標値となるように、開閉時期を早めに補正することができる。

また、前述の如く、制御部は、予測値と目標値とを事前に比較する。これにより、制御部は、体積効率又は充填量が目標値となるように、閉時期を早期に進角させることができる。そのことで、制御部は、充填量を早期に調整することができる。

また、前述の如く、制御部は、前記体積効率又は充填量の目標値を、目標過給圧に基づいて算出する。これによれば、制御部は、加速過渡時において充填量を精度良く調整することができる。

詳しくは、前述のように、加速過渡時には、ターボラグが起こり得る。そのターボラグを解消するためには、充填量を早期に増加させることが考えられる。また、その際に、目標過給圧を高い精度で実現するためには、充填量を精度良く調整することが望まれる。

前述の如く、体積効率又は充填量の目標値が目標過給圧に基づいて設定されるので、加速過渡時における充填量を精度良く調整することができるようになる。それに加えて、前述の如く、吸気バルブの開閉時期を体積効率又は充填量の予測値に基づいて事前に補正することで、充填量を早期に増加させて、目標過給圧を実現するまでの時間を短縮することができるようになる。これにより、ターボラグを早期に解消する上で有利になる。

以上説明したように、前記エンジンの制御装置によれば、ターボラグを早期に解消することができる。

図１は、エンジンの概略構成図である。 図２は、ＰＣＭの機能構成図である。 図３は、トルクベース制御に関する処理のフローチャートである。 図４は、吸気バルブの開閉時期を基本値に設定した状態を概略的に示す説明図である。 図５は、吸気バルブの開閉時期を基本値から進角させた状態を概略的に示す説明図である。 図６は、排気バルブの開閉時期を（ａ）始動時における基本値に設定した状態、及び、（ｂ）基本値から遅角させた状態を概略的に示す説明図である。 図７は、吸気ＶＶＴの制御方法を示すブロック図である。 図８は、排気ＶＶＴの制御方法を示すブロック図である。 図９は、加速過渡時における（ａ）アクセル開度の推移、（ｂ）吸気バルブの閉時期の推移、及び、（ｃ）排気バルブの閉時期の推移を例示するタイムチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈エンジンの構成〉
図１は、実施形態による制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１００（例えばガソリンエンジン）は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１０と、吸気通路１０から供給された吸気と後述の燃料噴射弁２３から供給された燃料との混合気を燃焼させてエンジン１００を駆動するエンジン本体２０と、このエンジン本体２０内の燃焼により発生した排気が排出される排気通路（排気系）３０と、エンジン１００全体を制御するＰＣＭ（Powertrain Control Module）５０とを有する。

吸気通路１０には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ２と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、通過する吸気を冷却するインタークーラ９と、通過する吸気の流量を調整するスロットルバルブ１１と、エンジン本体２０に供給する吸気を一次的に蓄えるサージタンク１３ａを有する吸気マニホールド１３とが設けられている。吸気マニホールド１３は、エンジン本体２０の吸気ポート１４に接続されている。

また、吸気通路１０には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路６が設けられている。エアバイパス通路６は、一端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の上流側の吸気通路１０に接続され、他端がコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１０に接続されている。また、このエアバイパス通路６には、エアバイパス通路６を流れる吸気の流量を制御するエアバイパスバルブ７が設けられている。

本明細書では、エアクリーナ２の上流端部から吸気ポート１４の下流端部までの部分を吸気通路１０と称する。また、吸気通路１０のうちスロットルバルブ１１よりも下流側の少なくとも一部を下流側通路１０ａと称する。この実施形態では、下流側通路１０ａは、吸気マニホールド１３のサージタンク１３ａから吸気ポート１４の下流端部まで続く通路である（図１の破線で囲む部分）。

エンジン本体２０は、主に、吸気ポート１４を開閉する吸気バルブ２２と、気筒２１内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、気筒２１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ２４と、気筒２１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２７と、ピストン２７の往復運動により回転されるクランクシャフト２８と、排気ポート３１を開閉する排気バルブ２９とを有する。

クランクシャフト２８には、不図示の吸気カムシャフトと排気カムシャフトとが駆動連結されている。吸気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、吸気バルブ２２を駆動する。この駆動によって、吸気バルブ２２は、吸気ポート１４を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。同様に、排気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、排気バルブ２９を駆動する。この駆動によって、排気バルブ２９は、排気ポート３１を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。

エンジン本体２０は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構（吸気ＶＶＴ）２５と、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させる第２のバルブタイミング可変機構（排気ＶＶＴ）２６とを備えている。

吸気ＶＶＴ２５は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期を、所定の最進角時期と最遅角時期との間で連続的に変更する。この実施形態では、吸気ＶＶＴ２５は、そのコントロールバルブとして、電磁バルブを用いて構成されている。同様に、排気ＶＶＴ２６は、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、排気バルブ２９の開時期及び閉時期を連続的に変更する。この実施形態では、排気ＶＶＴ２６は、そのコントロールバルブとして、油圧式のソレノイドバルブを用いて構成されている。

排気通路３０には、上流側から順に、通過する排気によって回転させられ、この回転によってコンプレッサ４ａを回転駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、排気の浄化機能を有する排気浄化触媒３７、３８とが設けられている。排気浄化触媒３７、３８は、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などである。

排気通路３０を構成する排気管の上流端部は、排気ポート３１に連結される分岐管３０ａと、分岐管３０ａが集合する集合部とを有している。分岐管３０ａの一部は、排気マニホールドにより構成されている。

また、排気通路３０には、排気を吸気通路１０に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路３２が接続されている。このＥＧＲ通路３２は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路３０に接続され、他端がスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０に接続されている。加えて、ＥＧＲ通路３２には、還流させる排気を冷却するＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ通路３２を流れる排気の流量を制御するＥＧＲバルブ３４とが設けられている。

さらに、排気通路３０には、排気にターボ過給機４のタービン４ｂを迂回させるタービンバイパス通路３５が設けられている。このタービンバイパス通路３５には、タービンバイパス通路３５を流れる排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ（以下、「ＷＧバルブ」と称する）３６が設けられている。

また、図１に示すエンジン１００には、各種のセンサが設けられている。具体的には、エンジン１００の吸気系においては、エアクリーナ２の下流側の吸気通路１０（詳しくは、エアクリーナ２とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１０）に、吸気流量を検出するエアフロメータ６１と吸気温度を検出する第１温度センサ６２とが設けられ、コンプレッサ４ａとスロットルバルブ１１との間の吸気通路１０に、過給圧を検出する第１圧力センサ６３が設けられ、スロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０（詳しくは、サージタンク１３ａ内）に、サージタンク１３ａ内の圧力であるインマニ圧力を検出する第２圧力センサ６４が設けられている。この第２圧力センサ６４には、サージタンク１３ａ内の温度であるインマニ温度を検出する温度センサが内蔵されている。

そして、エンジン本体２０においては、クランクシャフト２８のクランク角を検出するクランク角センサ６９、吸気カムシャフトのカム角を検出する吸気側カム角センサ７０、及び、排気カムシャフトのカム角を検出する排気側カム角センサ７１が設けられている。

さらに、エンジン１００の排気系においては、ＥＧＲバルブ３４の開度であるＥＧＲ開度を検出するＥＧＲ開度センサ６５、及び、ＷＧバルブ３６の開度であるＷＧ開度を検出するＷＧ開度センサ６６が設けられ、タービン４ｂの下流側の排気通路３０（詳しくは、タービン４ｂと排気浄化触媒３７との間の排気通路３０）に、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ６７と排気温度を検出する排気温度センサ６８とが設けられている。

その他、エンジン１００には、大気圧を検出する大気圧センサ６０、及び、アクセルペダル８１の開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７２が設けられている。

エアフロメータ６１は、検出した吸気流量に対応する検出信号Ｓ６１をＰＣＭ５０に供給し、第１温度センサ６２は、検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ６２をＰＣＭ５０に供給し、第１圧力センサ６３は、検出した過給圧に対応する検出信号Ｓ６３をＰＣＭ５０に供給し、第２圧力センサ６４は、検出したインマニ圧力とインマニ温度に対応する検出信号Ｓ６４をＰＣＭ５０に供給し、ＥＧＲ開度センサ６５は、検出したＥＧＲ開度に対応する検出信号Ｓ６５をＰＣＭ５０に供給し、ＷＧ開度センサ６６は、検出したＷＧ開度に対応する検出信号Ｓ６６をＰＣＭ５０に供給し、Ｏ_２センサ６７は、検出した酸素濃度に対応する検出信号Ｓ６７をＰＣＭ５０に供給し、排気温度センサ６８は、検出した排気温度に対応する検出信号Ｓ６８をＰＣＭ５０に供給する。クランク角センサ６９は、検出したクランク角に対応する検出信号Ｓ６９をＰＣＭ５０に供給する。吸気側カム角センサ７０及び排気側カム角センサ７１は、それぞれ、検出したカム角に対応する検出信号Ｓ７０，Ｓ７１をＰＣＭ５０に供給する。大気圧センサ６０は、検出した大気圧に対応する検出信号Ｓ６０をＰＣＭ５０に供給する。アクセル開度センサ７２は、検出したアクセル開度に対応する検出信号Ｓ７２をＰＣＭ５０に供給する。

ＰＣＭ５０は、ＣＰＵと、ＣＰＵ上で実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）や各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリとを備えるコンピュータにより構成される。ＰＣＭ５０は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。尚、ＰＣＭ５０は、制御装置の一例である。

図２に、ＰＣＭ５０の機能構成図を示す。詳しくは、ＰＣＭ５０は、各アクチュエータの制御の基本値を設定するトルクベース制御を行うベース設定部５１と、ベース設定部５１が設定した基本値に基づいて、吸気ＶＶＴ２５及び排気ＶＶＴ２６を制御するＶＶＴ制御部５９とを有している。尚、ＶＶＴ制御部５９は、制御部の一例である。

ベース設定部５１は、エンジン１００の運転状態に基づいて出力トルクの要求値（以下、「目標トルク」と称する）を求め、その目標トルクを基準として、スロットルバルブ１１の開度、ＷＧバルブ３６の開度、点火プラグ２４の点火時期、吸気バルブ２２の開閉時期、排気バルブ２９の開閉時期、及び、燃料噴射弁２３の噴射量などの基本値を設定する。各基本値は、目標トルクに応じて様々に変更される。

ＶＶＴ制御部５９は、吸気ＶＶＴ２５を制御する吸気ＶＶＴ制御部５３と、排気ＶＶＴ２６を制御する排気ＶＶＴ制御部５４とを有している。基本的には、吸気ＶＶＴ制御部５３は、ベース設定部５１により設定された吸気バルブ２２の開閉時期を実現するように吸気ＶＶＴ２５を制御する一方、排気ＶＶＴ制御部５４は、ベース設定部５１により設定された排気バルブ２９の開閉時期を実現するように排気ＶＶＴ２６を制御する。エンジン１００の運転状態によっては、吸気行程中に吸気バルブ２２の開弁期間と排気バルブ２９の開弁期間とがオーバーラップするように、吸気バルブ２２の開閉時期及び排気バルブ２９の開閉時期が設定される場合がある。そのような場合、ＶＶＴ制御部５９は、吸気ＶＶＴ制御部５３及び排気ＶＶＴ制御部５４を介して、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の両方が開弁するバルブオーバーラップを実行する。バルブオーバーラップを実行することによって、吸気ポート１４を介して気筒２１内に取り込まれた新気がそのまま排気ポート３１から排出される。例えばタービン流量を増加させたいとき、気筒２１の温度を低下させたいとき、及び、気筒２１の掃気を促進したいとき等にバルブオーバーラップが実行される。

また、吸気ＶＶＴ制御部５３は、下流側通路１０ａにおける吸気の状態とエンジン１００の運転状態とに基づいて、ベース設定部５１により設定された吸気バルブの開閉時期に対し、補正（具体的には、開閉時期の進角）を行う。この補正は、ターボ過給機４にターボラグが生じているときに行われ、この補正により、気筒２１内に吸入される吸気の充填量が増加する。

さらに、排気ＶＶＴ制御部５４は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の両方が開いている期間であるオーバーラップ期間を制御する。詳しくは、排気ＶＶＴ制御部５４は、ターボ過給機４にターボラグが生じているか否かを判定し、ターボラグが生じていると判定したときに、排気バルブ２９の閉時期を遅角させる。排気ＶＶＴ制御部５４は、その遅角量に応じて、オーバーラップ期間を延長する。オーバーラップ期間を延長することで、後述の如く、排気通路３０へ吹き抜ける新気の流量が増加することになる。

〈トルクベース制御〉
まず、トルクベース制御に関わる処理について、図３のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。図３は、ベース設定部５１が行う処理と、ＶＶＴ制御部５９が行う処理とを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、ベース設定部５１は、エンジン１００の運転状態を取得する。具体的には、エンジン本体２０の回転速度（以下、「エンジン回転数」と称する）、車速、アクセル開度、及び、変速比等をエンジン１００の運転状態として読み込む。例えば、エンジン回転数は、クランク角センサ６９の検出結果に基づいて取得される。

続いて、ベース設定部５１は、取得された運転状態に応じて目標加速度を求める（ステップＳ２）。また、ベース設定部５１は、目標加速度を実現するために必要な目標トルクを求める（ステップＳ３）。

さらに、ベース設定部５１は、ステップＳ４において、目標トルクを実現するために必要な充填効率の目標値（以下、「目標充填効率」と称する）を求める。詳しくは、目標充填効率は、目標トルク、エンジン回転数、及び、図示平均有効圧力の目標値（以下、「目標図示平均有効圧力」と称する）に基づいて求められる。目標図示平均有効圧力は、目標トルク、並びに、トルク損失となる機械抵抗及びポンプ損失（ポンピングロス）に基づいて求められる。

ステップＳ５において、ベース設定部５１は、前記のように求められた目標充填効率に基づいて、吸気バルブ２２の開閉時期の基本値及び排気バルブ２９の開閉時期の基本値を設定する。吸気バルブ２２の開閉時期の基本値は、ＰＣＭ５０の内部メモリに予め記憶された、エンジン回転数及び目標充填効率とそれらに応じた吸気バルブ２２の開閉時期とが関連付けて規定された吸気ＶＶＴマップに基づいて求められる。同様に、排気バルブ２９の開閉時期の基本値は、ＰＣＭ５０の内部メモリに予め記憶された、エンジン回転数及び目標充填効率とそれらに応じた排気バルブ２９の開閉時期とが関連付けて規定された排気ＶＶＴマップに基づいて求められる。

図４は、エンジン１００の始動時において、吸気バルブ２２の開閉時期を基本値に設定した状態を概略的に示す説明図である。図４に示すように、吸気バルブ２２の開閉時期の基本値は、基本的には、吸気バルブ２２が吸気行程の途中で開き、ＢＤＣを過ぎて圧縮行程の途中で閉じるように設定されている。つまり、吸気バルブ２２は、所謂、“遅閉じ”に設定されている。また、排気バルブ２９の開閉時期の基本値は、エンジン回転数及び目標充填効率によっては、前述のバルブオーバーラップが実行されるように設定される。

ステップＳ５の後には、ステップＳ６〜ステップＳ９と、ステップＳ１０〜Ｓ１５とが並行して行われる。

ステップＳ６においては、ベース設定部５１は、目標充填効率を実現するために必要な吸気マニホールド１３内の吸気の量の目標値（以下、「目標インマニ空気量」と称する）を求める。目標インマニ空気量は、吸気マニホールド１３内の吸気密度を基準とした体積効率、所謂インマニ基準の体積効率と、吸気マニホールド１３の容積（以下、「インマニ容積」と称する）Ｖｉと、気筒２１の容積（以下、「シリンダ容積」と称する）Ｖｃと、気筒２１内に吸入される１行程あたりの吸気の質量であるシリンダ吸入空気量Ｑｃｒの目標値（以下、「目標シリンダ空気量」と称する）とに基づいて求められる。インマニ容積Ｖｉ及びシリンダ容積Ｖｃは、双方とも予め規定されており、それぞれＰＣＭ５０の内部メモリに記憶されている。目標シリンダ空気量は、ステップＳ４で設定された目標充填効率と、シリンダ容積Ｖｃと、標準大気密度ρ０とに基づいて求められる。標準大気密度ρ０は、標準状態における大気の密度（約１．２ｋｇ［ｋｇ／ｍ^３］）である。

ステップＳ７において、ベース設定部５１は、目標インマニ空気量を実現するため必要となる、スロットルバルブ１１を通過する吸気の流量の目標値（以下、「目標スロットル通過流量」と称する）を求める。この目標スロットル通過流量は、ステップＳ４で求められた目標充填効率と、ステップＳ５で求められた目標インマニ空気量と、現在のインマニ空気量の推定値（以下、「実インマニ空気量」と称する）とに基づいて求められる。実インマニ空気量は、第２圧力センサ６４により検出されたインマニ圧力及びインマニ温度に基づいて推定される。尚、この実インマニ空気量は、吸気マニホールド１３に流入する空気量と吸気マニホールド１３から気筒２１内へ流出する空気量との間の収支を計算することにより推定してもよい。

ステップＳ８において、ベース設定部５１は、目標スロットル通過流量を実現するために必要となる、スロットルバルブ１１のバルブ開度の目標値（以下、「目標スロットル開度」と称する）を設定する。この目標スロットル開度は、目標スロットル通過流量と、第１圧力センサ６３により検出された、スロットルバルブ１１上流側の吸気圧力（過給圧）と、第２圧力センサ６４により検出された、スロットルバルブ１１下流側の吸気圧力とに基づいて求められる。

ステップＳ９において、ベース設定部５１は、燃料噴射弁２３及び点火プラグ２４についても、ＰＣＭ５０の内部メモリに予め記憶された適宜のマップに基づいて基本値を求める。例えば、ベース設定部５１は、目標充填効率に基づいて燃料噴射弁２３の噴射量を設定し、目標トルクを実現するように点火プラグ２４の点火時期を設定する。そして、ベース設定部５１は、燃料噴射弁２３、点火プラグ２４に対して各々の制御値（基本値）に対応する制御信号を出力する。

一方で、ステップＳ１０において、ベース設定部５１は、目標充填効率を実現するために必要となる、過給圧の目標値である目標過給圧を求める。目標過給圧は、ＰＣＭ５０の内部メモリに予め記憶された、エンジン回転数、目標充填効率及び吸気バルブ２２の開閉時期とそれらに応じた目標過給圧とが関連付けて規定された過給圧マップに基づいて求められる。

ステップＳ１１において、ベース設定部５１は、目標過給圧に基づいて、タービン４ｂを通過する流量の目標値である目標タービン流量を求める。詳しくは、目標タービン流量は、圧縮機駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力、及び、エンジン回転数等に基づいて求められる。目標圧縮機駆動力は、目標過給圧に基づいて求められる。

ステップＳ１１の後には、ステップＳ１２〜ステップＳ１３と、ステップＳ１４〜Ｓ１５とが並行して行われる。

ステップＳ１２においては、ベース設定部５１は、算出された目標タービン流量を実現するために必要な、ＷＧバルブ３６のバルブ開度の目標値（以下、「目標ＷＧ開度」と称する）を設定する。目標ＷＧ開度は、目標タービン流量と排気の総流量とに基づいて求められる。

そして、ステップＳ１３において、ベース設定部５１は、ＷＧバルブ３６のバルブ開度が目標ＷＧ開度となるようにＷＧバルブ３６を駆動するための制御信号を出力する。

一方で、ステップＳ１４において、ＶＶＴ制御部５９は、ベース設定部５１が設定した吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の開閉時期の基本値を調整（補正）する。ステップＳ１４の詳細については後述する。

そして、ステップＳ１５において、ＰＣＭ５０は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９に対して各々の制御値（補正後の基本値）に対応する制御信号を出力する。

尚、これらのステップの順番は一例であり、ステップの順番を可能な範囲で適宜入れ替えたり、複数のステップを並行して処理したりしてもよい。例えば、ステップＳ６からステップＳ９まで続くステップと、ステップＳ１０からステップＳ１３まで続くステップとを並行に処理せずに、一つずつ順番に処理してもよい。

続いて、前述のステップＳ１４において行われる処理のうち、吸気ＶＶＴ制御部５３による吸気バルブ２２の開閉時期の補正方法について、図７を参照しながら説明する。図７は、吸気ＶＶＴ２５の制御方法を示すブロック図である。

〈吸気ＶＶＴ制御〉
吸気ＶＶＴ制御部５３は、図２に示すように、体積効率の目標値（以下、「目標体積効率」と称する）Ｋｖｔを算出する目標体積効率演算部５３ａと、体積効率の予測値（以下、「予測体積効率」と称する）Ｋｖｓを算出する体積効率予測部５３ｂと、吸気バルブ２２の開閉時期を現在の基本値から所定のクランク角分だけ進角させたときの体積効率（以下、「仮想体積効率」と称する）Ｋｖｖを算出する仮想体積効率演算部５３ｃと、目標体積効率演算部５３ａ、体積効率予測部５３ｂ、及び仮想体積効率演算部５３ｃの算出結果に基づいて、吸気バルブ２２の開閉時期の進角量を算出する吸気進角量算出部５３ｄとを有する。尚、この例における体積効率は、いずれも標準状態における吸気の状態を基準とした体積効率（すなわち、充填効率）である。基本的には、体積効率が増加するにつれて充填量が増加する一方、体積効率が減少するにつれて充填量も減少することになる。

−目標体積効率演算部−
目標体積効率演算部５３ａは、図７に示すように、ベース設定部５１により求められた目標タービン流量Ｑｔｔと、標準大気密度ρ０とに基づいて目標体積効率Ｋｖｔを算出する。詳しくは、目標体積効率Ｋｖｔは、ＰＣＭ５０の内部メモリに予め記憶された、目標タービン流量Ｑｔｔ及び標準大気密度ρ０と、それらに応じた目標体積効率Ｋｖｔとが関連付けて規定された目標体積効率マップに基づいて求められる。ここで、目標体積効率Ｋｖｔは、目標タービン流量Ｑｔｔ、ひいては目標過給圧を実現するのに必要な体積効率に相当する。

−体積効率予測部−
予測体積効率Ｋｖｓは、下流側通路１０ａ内の現在の吸気が気筒２１内に吸入された場合の体積効率の予測値を示しており、下流側通路１０ａにおける吸気の状態と、エンジン１００の運転状態とに基づいて、体積効率予測部５３ｂにより求められる。具体的に、体積効率予測部５３ｂは、図７に示すように、エンジン回転数、インマニ圧力、大気圧、並びに、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の現在の開閉時期に基づいて、予測体積効率Ｋｖｓを算出する。ここで、インマニ圧力は、「吸気の状態」の一例であり、このインマニ圧力を介して、下流側通路１０ａにおける吸気の量、ひいては体積効率の予測値（予測体積効率）Ｋｖｓが算出されることになる。インマニ圧力は、第２圧力センサ６４により検出される。また、エンジン回転数、吸気バルブ２２の現在の開閉時期、及び、排気バルブ２９の現在の開閉時期は、それぞれ、「エンジンの運転状態」の一例である。吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の現在の開閉時期は、それぞれ、クランク角センサ６９、吸気側カム角センサ７０、及び排気側カム角センサ７１による検出結果に基づいて求められる。

−仮想体積効率演算部−
仮想体積効率演算部５３ｃは、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期の両方を現在の開閉時期から５ｄｅｇ．ＣＡ（クランク角）ずつ進角させたときの予測体積効率Ｋｖｓに相当している。詳しくは、仮想体積効率演算部５３ｃは、図７に示すように、エンジン回転数、インマニ圧力及び大気圧については、対応する予測体積効率Ｋｖｓの算出に用いた値と同一の値を使用する一方、吸気バルブ２２の開時期と閉時期とについては、対応する予測体積効率Ｋｖｓの算出に用いた値から５ｄｅｇ．ＣＡずつ進角させた値を使用する。

−吸気進角量算出部−
吸気進角量算出部５３ｄは、図７に示すように、目標体積効率演算部５３ａにより算出された目標体積効率Ｋｖｔと、体積効率予測部５３ｂにより算出された予測体積効率Ｋｖｓと、仮想体積効率演算部５３ｃにより算出された仮想体積効率Ｋｖｖとに基づいて、吸気バルブ２２の進角量を示す吸気オフセット量Δθｉを算出する。

詳しくは、吸気進角量算出部５３ｄは、図７に示すように、目標体積効率Ｋｖｔから予測体積効率Ｋｖｓを減算することによって、目標体積効率Ｋｖｔと予測体積効率Ｋｖｓとの間の差分ΔＫｖ１（＝Ｋｖｔ−Ｋｖｓ）を算出する。この差分ΔＫｖ１は、充填量が不足し得るか否かを示す指標である。例えば、差分ΔＫｖ１が０より大きい場合つまり、予測体積効率Ｋｖｓが目標体積効率Ｋｖｔ未満の場合には、目標過給圧を達成するために必要な充填量よりも、実際の充填量が不足し得ることを示している。このことは、例えば加速過渡時において、充填量が十分に増加せず、目標過給圧が達成されない状況に対応している。

一方で、吸気進角量算出部５３ｄは、図７に示すように、差分ΔＫｖ１の算出とは別に、仮想体積効率Ｋｖｖから予測体積効率Ｋｖｓを減算することによって、仮想体積効率Ｋｖｖと予測体積効率Ｋｖｓとの間の差分ΔＫｖ２（＝Ｋｖｖ−Ｋｖｓ）を算出する。この差分ΔＫｖ２は、吸気バルブ２２の開時期と閉時期とを５ｄｅｇ．ＣＡずつ進角させたときの体積効率の増加量を示している。例えば差分ΔＫｖ２が０よりも大きい場合には、吸気バルブ２２の開閉時期を５ｄｅｇ．ＣＡずつ進角させたときに、体積効率、ひいては充填量が増加することを示している。

吸気進角量算出部５３ｄは、図７に示すように、差分ΔＫｖ１を差分ΔＫｖ２で除算することによって、５ｄｅｇ．ＣＡ基準の過不足率Ｒｖ（＝ΔＫｖ１／ΔＫｖ２）を算出する。そして、過不足率Ｒｖに対して５ｄｅｇ．ＣＡを乗算することによって、吸気オフセット量Δθｉ（クランク角単位）を算出する。過不足率Ｒｖが１よりも大きいときには、吸気バルブ２２の開閉時期を５ｄｅｇ．ＣＡずつ進角させてもなお、予測体積効率Ｋｖｓが目標体積効率Ｋｖｔまで増加せず、充填量が依然として不足し得るということを示している。このときには、吸気オフセット量Δθｉは、５ｄｅｇ．ＣＡよりも大きく設定される。一方で、過不足率Ｒｖが１以下のときには、吸気バルブ２２の開閉時期を５ｄｅｇ．ＣＡずつ進角させてしまうと、予測体積効率Ｋｖｓが目標体積効率Ｋｖｔよりも大きくなって、充填量が必要以上に増加し得ることを示している。このとき、吸気オフセット量Δθｉは、５ｄｅｇ．ＣＡ未満に設定される。

具体的には、吸気オフセット量Δθｉは、差分ΔＫｖ１が０よりも大きくなるにつれて大きくなるような且つ、差分ΔＫｖ２が０よりも大きくなるにつれて小さくなるような値として算出される。

吸気進角量算出部５３ｄは、算出された吸気オフセット量Δθｉが０よりも小さい場合には、吸気オフセット量Δθｉを０に変更する。つまり、吸気オフセット量Δθｉは０以上の値となる。吸気オフセット量Δθｉが０か、０よりも大きいかに応じて、ターボラグが生じているか否かが間接的に判定される。

詳しくは、吸気オフセット量Δθｉが負の値であることは、充填量が不足していないこと、ひいてはターボラグが生じていないことを示している。そのような状況では、吸気バルブ２２の開閉時期を補正する必要が無いため、吸気オフセット量Δθｉの算出値が０以下の場合には、吸気進角量算出部５３ｄは吸気オフセット量Δθｉを０に変更する。一方で、吸気オフセット量Δθｉが正の値であることは、充填量が不足していること、ひいてはターボラグが生じていることを示している。そのような状況では、吸気オフセット量Δθｉを変更せずに算出値のままに保つ。

最終的に、吸気ＶＶＴ制御部５３は、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期それぞれの現在の基本値から吸気オフセット量Δθｉを減算することにより、吸気バルブ２２の開閉時期を進角させる。前述のように、吸気オフセット量Δθｉは、ターボラグが生じているときに、０よりも大きい値を取る。このことは、吸気ＶＶＴ制御部５３は、ターボラグが生じているときに、吸気バルブ２２の開閉時期を進角させることを示している。

吸気ＶＶＴ制御部５３は、図３のステップＳ１４から続くステップＳ１５において、進角後の開閉時期を実現するように吸気ＶＶＴ２５を制御する。そのような制御によって、充填量が増加することになる。詳しくは、一般的に、気筒２１内には、ピストン２７が下降するときに生じる負圧によって吸気が吸い込まれることになるものの、ピストン２７がＢＤＣ（下死点）を通過して下降から上昇に転じた後も、ＢＤＣの少し後（ＡＢＤＣ）までは、吸気の慣性によって、気筒２１内に吸気が導入されることになる。充填量は、図４に示すように、ＴＤＣからＡＢＤＣまでの区間におけるバルブリフト量の積分量（図４における領域Ａの面積に相当する。）に依存する。一方で、ＡＢＤＣから次のＴＤＣまでの区間において吸気バルブ２２が開いている期間は、吸気の一部が吸気ポート１４に排出されている。気筒２１から吸気ポート１４へ排出される吸気量は、ＡＢＤＣから次のＴＤＣまでの区間における吸気バルブ２２のバルブリフト量の積分量（図４における領域Ｂの面積に相当する。）に依存するため、領域Ａの面積と領域Ｂの面積との収支で充填量が決まる。吸気バルブ２２の開閉時期が変更されれば、領域Ａの面積と領域Ｂの面積とが変化するので、充填量が変化することになる。例えば、図５に示すように、吸気バルブ２２の開時期と閉時期とを図４の状態から進角させると、領域Ａの面積が増大して且つ領域Ｂの面積が減少する。これにより、充填量は、図４に図示した状態よりも増加することになる。

以上、説明してきた吸気バルブ２２の進角に係る処理は、ＰＣＭ５０によって所定の周期で繰り返し実行される。

次に、図３のステップＳ１４において行われる処理のうち、排気ＶＶＴ制御部５４による排気バルブ２９の開閉時期の補正方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、排気ＶＶＴ２６の制御方法を示すブロック図である。

〈排気ＶＶＴ制御〉
排気ＶＶＴ制御部５４は、図２に示すように、現在の新気吹き抜け率（以下、「現在吹き抜け率」と称する）Ｆｓを推定する吹き抜け率推定部５４ｂと、新気吹き抜け率の不足量（以下、「吹き抜け率不足量」と称する）ΔＦ１を算出する吹き抜け率不足分演算部５４ａと、排気バルブ２９の開閉時期を現在の基本値から所定のクランク角分だけ遅角させたときの新気吹き抜け率（以下、「仮想吹き抜け率」と称する）Ｆｖを算出する仮想吹き抜け率演算部５４ｃと、吹き抜け率推定部５４ｂ、吹き抜け率不足分演算部５４ａ、及び仮想吹き抜け率演算部５４ｃの算出結果に基づいて、排気バルブ２９の開閉時期の遅角量を算出する排気遅角量算出部５４ｄとを有する。ここで、新気吹き抜け率は、気筒２１内に吸入される新気のうち、気筒２１内に留まらずに排気ポート３１へ吹き抜ける新気の割合を示している。

−吹き抜け率推定部−
吹き抜け率推定部５４ｂは、下流側通路１０ａにおける吸気の状態と、エンジン１００の運転状態とに基づいて、現在吹き抜け率Ｆｓを推定する。具体的に、吹き抜け率推定部５４ｂは、吸気の状態として、第２圧力センサ６４により検出されたインマニ圧力を読み込むと共に、エンジン１００の運転状態として、図８に示すように、エンジン回転数、大気圧センサ６０により検出された大気圧、並びに、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９それぞれの現在の開閉時期を読み込む。吹き抜け率推定部５４ｂは、読み込んだ各パラメータに基づいて、現在吹き抜け率Ｆｓを推定する。

−吹き抜け率不足分演算部−
吹き抜け率不足量ΔＦ１は、目標タービン流量Ｑｔｔの実現に必要な新気吹き抜け率から、現在の新気抜き抜け率を減算することにより得られる値であり、新気吹き抜け率の不足分を示している。例えば、吹き抜け率不足量ΔＦ１が０よりも大きい場合には、新気吹き抜け率、ひいては排気系へ吹き抜けてタービン４ｂに送られる空気の流量が不足し得ることを示している。吹き抜け率不足分演算部５４ａは、図８に示すように、ベース設定部５１により求められた目標タービン流量Ｑｔｔと、吹き抜け率推定部５４ｂにより推定された現在吹き抜け率Ｆｓとに基づいて吹き抜け率不足量ΔＦ１を求める。

−仮想吹き抜け率演算部−
仮想吹き抜け率演算部５４ｃは、排気バルブ２９の開時期及び閉時期の両方を現在の開閉時期から５ｄｅｇ．ＣＡ（クランク角）ずつ遅角させたときの現在吹き抜け率Ｆｓに相当する仮想吹き抜け率Ｆｖを算出する。詳しくは、仮想吹き抜け率演算部５４ｃは、図８に示すように、インマニ圧力、エンジン回転数及び大気圧については、対応する現在吹き抜け率Ｆｓの算出に用いた値と同一の値を使用する一方、排気バルブ２９の開時期と閉時期とについては、対応する現在吹き抜け率Ｆｓの算出に用いた値から５ｄｅｇ．ＣＡずつ遅角させた値を使用する。

−排気遅角量算出部−
排気遅角量算出部５４ｄは、図８に示すように、吹き抜け率推定部５４ｂにより算出された現在吹き抜け率Ｆｓと、吹き抜け率不足分演算部５４ａにより求められた吹き抜け率不足量ΔＦ１と、仮想吹き抜け率演算部５４ｃにより算出された仮想吹き抜け率Ｆｖとに基づいて、排気バルブ２９の遅角量を示す排気オフセット量Δθｅを算出する。

詳しくは、排気遅角量算出部５４ｄは、図８に示すように、仮想吹き抜け率Ｆｖから現在吹き抜け率Ｆｓを減算することによって、仮想吹き抜け率Ｆｖと現在吹き抜け率Ｆｓとの間の差分ΔＦ２（＝Ｆｖ−Ｆｓ）を算出する。この差分ΔＦ２は、排気バルブ２９の開時期と閉時期とを仮に５ｄｅｇ．ＣＡずつ遅角させたときの新気吹き抜け率の増加量を示している。例えば差分ΔＦ２が０よりも大きい場合には、排気バルブ２９の開閉時期を５ｄｅｇ．ＣＡずつ進角させたときに、新気吹き抜け率、ひいてはタービン４ｂへ送られる空気の流量が増加することを示している。

排気遅角量算出部５４ｄは、図８に示すように、吹き抜け率不足量ΔＦ１を差分ΔＦ２で除算することにより、５ｄｅｇ．ＣＡ基準の過不足率Ｒｆ（＝ΔＦ１／ΔＦ２）を算出する。そして、この過不足率Ｒｆに対して５ｄｅｇ．ＣＡを乗算することによって、排気オフセット量Δθｅ（クランク角単位）を算出する。例えば、過不足率Ｒｆが１よりも大きいときには、排気バルブ２９の開閉時期を５ｄｅｇ．ＣＡずつ遅角させてもなお、新気吹き抜け率の不足分が解消されず、タービン４ｂへ送られる空気の流量が依然として不足し得ることを示している。このときには、排気オフセット量Δθｅは、５ｄｅｇ．ＣＡよりも大きく設定される。一方で、過不足率Ｒｆが１以下のときには、排気バルブ２９の開閉時期を５ｄｅｇ．ＣＡずつ遅角させてしまうと、新気吹き抜け率、ひいてはタービン４ｂへ送られる空気の流量が必要以上に増加し得ることを示している。このときには、排気オフセット量Δθｅは、５ｄｅｇ．ＣＡ未満に設定される。

具体的に、排気オフセット量Δθｅは、吹き抜け率不足量ΔＦ１が０よりも大きくなるにつれて大きくなるような且つ、差分ΔＦ２が０よりも大きくなるにつれて小さくなるような値として算出される。

続いて、排気遅角量算出部５４ｄは、吸気進角量算出部５３ｄにより算出された吸気オフセット量Δθｉ（符号に応じて変更された後の値）を読み込む。排気遅角量算出部５４ｄは、吸気オフセット量Δθｉの値に基づいて、ターボ過給機４にターボラグが生じているか否かを判定し、その判定結果に基づいて、排気オフセット量Δθｅを変更する。前述の如く、吸気オフセット量Δθｉが０か、０よりも大きいかに応じて、ターボラグが生じているか否かが間接的に判定される。排気遅角量算出部５４ｄは、吸気オフセット量Δθｉが０のときには、ターボ過給機４にターボラグが生じていない判定し、排気オフセット量Δθｅを０に変更する。一方、排気遅角量算出分５４ｄは、吸気オフセット量Δθｉが０よりも大きいときには、ターボラグが生じているものと判定し、排気オフセット量Δθｅを変更せずに算出値のままに保つ。

最終的に、排気ＶＶＴ制御部５４は、排気バルブ２９の開時期及び閉時期それぞれの現在の基本値に対して排気オフセット量Δθｅを加算することにより、排気バルブ２９の開閉時期を遅角させる。前述のように、排気オフセット量Δθｅは、ターボラグが生じていないと判定されたときには０に変更される。このことは、排気ＶＶＴ制御部５４は、ターボラグが生じていると判定したときに、排気バルブ２９の開閉時期を遅角させることを示している。

排気ＶＶＴ制御部５４は、図３のステップＳ１４から続くステップＳ１５において、遅角後の開閉時期を実現するように排気ＶＶＴ２６を制御する。そのような制御によって、新気吹き抜け率が増大することになる。詳しくは、例えば図６（ａ）に示す状態から排気バルブ２９の開閉時期を遅角させると、図６（ｂ）に示すようなバルブオーバーラップが行われることになる。そのときのオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ）は、排気オフセット量Δθｅが大きくなるにつれて、つまり、排気バルブ２９の開閉時期が遅角されるに従って、延長されることになる。そのことで、新気の吹き抜け率、ひいては、吸気行程中にタービン４ｂへ送られる空気の量が増大するようになる。

以上、説明してきた排気バルブ２９の遅角に係る処理は、ＰＣＭ５０によって所定の周期で繰り返し実行される。

〈ＶＶＴの制御例〉
以下、吸気ＶＶＴ２５及び排気ＶＶＴ２６の制御例について説明する。

図９は、加速過渡時における（ａ）アクセル開度の推移、（ｂ）吸気バルブ２２の閉時期進の推移、及び、（ｃ）排気バルブ２９の閉時期の推移を例示するタイムチャートである。以下、過給域における過渡運転、特に、加速過渡時の運転について例示する。

例えば、エンジン１００が比較的緩慢に加速するときには、過給圧は、目標過給圧に追従するように制御される。図９（ａ）の破線に示すように、アクセルペダル８１が比較的緩慢に踏み込まれた場合（ｔ＝ｔ０）、吸気オフセット量Δθｉ及び排気オフセット量Δθｅは、双方とも、０又は０付近の値となり、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の開閉時期は、それぞれ、ベース設定部５１が設定した基本値、又は基本値付近の値に設定される。その場合、図９（ｂ）及び図９（ｃ）の破線に示す（基本値のみを図示）ように、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の閉時期は、双方とも、時間経過に従ってスムースに推移することになる。

一方で、図９（ａ）の実線に示すように、アイドル運転や低速運転からの全開加速時（ｔ＝ｔ０）には、過給圧の立ち上がりに遅れが生じ得ること、つまり、ターボラグが顕著に現れることが知られている。例えばアイドル運転では、スロットルバルブ１１の開度は全閉付近に設定されるため、スロットルバルブ１１よりも下流側部分つまり、下流側通路１０ａ内の吸気量は、比較的少量となる。その状態から加速するとき、スロットルバルブ１１の開度を全開にしたとしても、充填量が十分に増加せずに、ひいては排気の確保に遅れが生じてしまい、タービン４ｂやコンプレッサ４ａが十分に駆動されない場合がある。その場合、過給圧が目標過給圧まで上昇するのに顕著な遅れが生じることになる。

前記の構成によると、ターボラグが生じているか否か、すなわち、充填量が不足しているか否かは、吸気オフセット量Δθｉの符号に反映される。吸気オフセット量Δθｉが正の値を取る場合、図９（ｂ）の実線に示すように、ＶＶＴ制御部５９は、吸気バルブ２２の開閉時期を吸気オフセット量Δθｉ分だけ進角させる（ｔ０＜ｔ＜ｔ１）。これにより、気筒２１内に吸入される吸気の充填量が増加する。充填量の増加分は、燃焼行程を経て排出される排気の流量と、後述の如く、吸気行程中に排気系へ吹き抜ける空気の流量とを増加させる。

そして、ＶＶＴ制御部５９は、吸気の充填量を増大させるとき（つまり、吸気オフセット量Δθｉが正の値を取り、ターボラグが生じている判定されたとき）、排気ＶＶＴ２６の遅角も行う。図９（ｃ）の実線に示すように、ＶＶＴ制御部５９は、排気バルブ２９の開閉時期を排気オフセット量Δθｅ分だけ遅角させる（ｔ０＜ｔ＜ｔ１）。これにより、バルブオーバーラップが行われるオーバーラップ期間が延長されて、新気吹き抜け率つまり、吸気行程中に排気系へ吹き抜ける新気の割合が増大することになる。ここで、前述の如く、吸気ＶＶＴ２５を介して吸気の充填量を増加させたことで、その増加分に応じて、排気系へ吹き抜ける空気の量が増加するようになる。

このように、吸気行程と、その後の排気行程との両方において、排気系へ送られる空気の流量が増加することとなり、そのことで、タービン４ｂの回転駆動を促すことができる。

また、排気系３０における新気の割合が増大したことで、新気が排気系３０で反応して生じる所謂、後燃えが起こり易くなる。後燃えにより、排気系３０へ吹き抜けた空気が昇温、ひいては昇圧することになるため、タービン４ｂの回転駆動をさらに促すことができる。

こうした処理は、所定の周期で繰り返し実行されるものの、タービン４ｂへ送られる空気の流量が増加して、過給圧が目標過給圧に向かって上昇するに従って、差分ΔＫｖ１，体積効率過不足率Ｒｖ、及び吸気オフセット量Δθｉは、順次、０に向かって漸減する。これにより、吸気バルブ２２の開閉時期は、基本値に漸近していく。そして、吸気オフセット量Δθｉが０まで減少すると（ｔ＝ｔ１）、それと同時に、排気オフセット量Δθｅも０になる（ｔ＝ｔ１）。これにより、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の開閉時期の補正が終了する。

（まとめ）
以上説明したように、ＶＶＴ制御部５９は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の両方が開弁されるオーバーラップ期間を制御する。オーバーラップ期間中には、吸気系１０から排気系３０へ空気が吹き抜けるようになる。

ターボラグは、加速過渡時に生じ得る。加速過渡時には、スロットルバルブ１１の開弁等を通じて、気筒２１内に吸入される空気の充填量が増加することになる。

前述のように、ＶＶＴ制御部５９は、ターボラグが生じていると判定したときには、オーバーラップ期間が延長されるように、排気バルブ２９の閉時期を遅角させる。オーバーラップ期間が延長されることで、充填量として増加した空気のうち、排気系３０へ吹き抜ける空気の割合が増大し、その増大分に応じて、タービン４ｂへ送られる空気の流量が増加することになる。そのことで、タービン４ｂを十分に回転駆動することが可能になる。

さらに、前記の構成は、気筒２１内に空気が吸入されたときに、その吸入分の混合気が燃焼して排気される前に、タービン４ｂへ送る空気の流量を増加させることができるという点で、ターボラグを早期に解消することが可能になる。

さらに、前記の構成によると、排気系３０へ吹き抜ける空気の割合が増加した分、排気系３０における新気の流量が増加することになり、そのことで、新気が排気系３０で反応して生じる所謂、後燃えが起こり易くなる。後燃えにより、排気系３０へ吹き抜けた空気が昇温、ひいては昇圧することになるから、タービン４ｂを十分に回転駆動する上で有利になる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、新気吹き抜け率に基づいて、排気バルブ２９の閉時期の遅角量を設定することから、遅角量を適切に設定することができるようになり、そのことで、ターボラグを確実に解消する上で有利になる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、吸気バルブ２２の開閉時期の補正中に、排気バルブ２９の開時期を遅角させることから、排気系３０へ吹き抜ける空気の流量を、可及的多く確保することが可能になる。そのことで、ターボラグを早期に解消する上で有利になる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、ターボラグが生じていると判定したときには、吸気バルブ２２の開閉時期を補正することにより、充填量を増加させる。そして、ＶＶＴ制御部５９は、吸気バルブ２２の開閉時期の補正中に、前述の如く、排気バルブ２９の閉時期を遅角させる。これによれば、吸気バルブ２２に関する補正によって増加する充填量の分だけ、オーバーラップ期間中に吹き抜ける空気の流量をさらに増加させることができる。そのことで、タービン４ｂを十分に回転駆動する上で有利になる。

また、下流側通路１０ａはスロットルバルブ１１の下流側の部分であり、吸気通路１０のうち気筒２１に比較的近い部分である。そこで、ＶＶＴ制御部５９は、下流側通路１０ａにおける吸気の状態に基づいて吸気バルブ２２の開閉時期を補正する。これにより、ＶＶＴ制御部５９は、充填量を精度良く調整することできる。

さらに、充填量は、そうした吸気の状態だけではなく、エンジン回転数や吸気バルブ２２の開閉時期といったエンジン１００の運転状態の影響も受ける。そこで、ＶＶＴ制御部５９は、エンジンの運転状態に基づいて吸気バルブ２２の開閉時期を補正する。これにより、ＶＶＴ制御部５９は、充填量を精度良く調整することができる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、下流側通路１０ａにおける吸気の状態とエンジン１００の運転状態とに基づいて、下流側通路１０ａ内の吸気が気筒２１内に吸入された場合の体積効率の予測値である予測体積効率Ｋｖｓを算出すると共に、その算出結果に基づいて吸気バルブ２２の開閉時期を補正する。これにより、ＶＶＴ制御部５９は、体積効率を事前に予測することで、吸気バルブ２２の開閉時期を事前に補正することができる。そのことで、ＶＴ制御部５９は、充填量を早期に調整することができる。さらに、下流側通路１０ａ内の吸気は、将来的に気筒２１内に吸入される。そのため、下流側通路１０ａにおける吸気の状態に基づいて将来の体積効率を予測することによって、体積効率を精度良く予測することができる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、予測体積効率Ｋｖｓだけではなく、体積効率の目標値である目標体積効率Ｋｖｔも考慮して吸気バルブ２２の開閉時期を補正する。具体的に、ＶＶＴ制御部５９は、予測体積効率Ｋｖｓが目標体積効率Ｋｖｔよりも小さいときには、充填量が増加するように吸気バルブ２２の開閉時期を進角させる。これによれば、ＶＶＴ制御部５９は、予測体積効率Ｋｖｓと目標体積効率Ｋｖｔとを事前に比較することによって、体積効率が目標体積効率Ｋｖｔに到達するように、開閉時期を早めに補正することができる。そのことで、ＶＶＴ制御部５９は、充填量を早期に調整することができる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、目標体積効率Ｋｖｔとして、目標過給圧を実現する際に必要な体積効率の目標値を取得するように構成されているから、加速過渡時において充填量を精度良く調整することができる。

詳しくは、加速過渡時において、ターボラグを解消するためには、充填量を早期に増加させることが考えられる。また、その際に、目標過給圧を高い精度で実現するためには、充填量を精度良く調整することが望まれる。

この構成によれば、目標体積効率Ｋｖｔは、目標過給圧に基づいて設定されるので、加速過渡時における充填量を精度良く調整することができるようになる。それに加えて、前述の如く、吸気バルブ２２の開閉時期を予測体積効率Ｋｖｓに基づいて事前に補正することで、充填量を早期に増加させて、目標過給圧を実現するまでの時間を短縮することができるようになる。これにより、ターボラグを解消する上で有利になる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、吸気の状態としてインマニ圧力を読み込むことで、体積効率を適切に予測することができる。

また、ＶＶＴ制御部５９は、エンジンの運転状態としてエンジン回転数、吸気バルブ２２の開閉時期、及び、排気バルブ２９の開閉時期を読み込むことで、体積効率を適切に予測することができる。

また、下流側通路は、吸気通路のうち、吸気マニホールドと吸気ポートとを含む、としてもよい。

この構成によると、吸気バルブ２２の開閉時期を補正する上で、吸気マニホールド及び吸気ポート内の吸気の状態が考慮される。これにより、気筒の直近の部分の吸気の状態が考慮されるので、充填量をより精度良く調整することができる。

〈その他の実施形態〉
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。
しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

エンジン１００の構成は、一例であり、この構成に限られるものではない。

例えば、ＰＣＭ５０は、排気ＶＶＴ制御部５４を介して、排気バルブ２９の開時期と閉時期とを同時に遅角させることによってオーバーラップ期間を延長しているが、これに限られるものではない。ＰＣＭ５０は、排気バルブ２９の閉時期のみを遅角させることによってオーバーラップ期間を延長してもよい。

同様に、ＰＣＭ５０は、吸気ＶＶＴ制御部５３を介して、吸気バルブ２２の開時期と閉時期とを同時に進角させることによって、充填量を増加させているが、これに限られるものではない。ＰＣＭ５０は、吸気バルブ２２の閉時期のみを進角させたり、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期のうちの一方を進角させると共に他方を遅角させたりすることによって、充填量を増加させてもよい。

前記実施形態では、吸気ＶＶＴ制御部５３は、体積効率の目標値Ｋｖｔ及び予測値Ｋｖｓに基づいて、吸気バルブ２２の開閉時期を補正するように構成されていたが、この構成に代えて、充填量の目標値及び予測値に基づいて、吸気バルブ２２の開閉時期を補正してもよい。

前記実施形態では、体積効率予測部５３ｂは、インマニ圧力に基づいて体積効率を予測するように構成されていたが、これに限られるものではない。この構成に代えて、下流側通路１０ａにおける吸気の温度、及び密度等に基づいて予測したり、これらの組み合わせに基づいて予測したりしてもよい。吹き抜け率推定部５４ｂについても同様である。

また、前記実施形態では、仮想体積効率演算部５３ｃは、吸気バルブ２２の開時期と閉時期とを５ｄｅｇ．ＣＡずつ進角させたときの予測体積効率Ｋｖｓに相当する仮想体積効率Ｋｖｖを算出するように構成されていたが、このときの進角量については、可能な範囲で変更することができる。仮想吹き抜け率演算部５４ｃについても同様である。

また、前記実施形態では、吸気進角量算出部５３ｄは、目標体積効率Ｋｖｔから予測体積効率Ｋｖｓを減算することで得られる差分ΔＫｖ１と、仮想体積効率Ｋｖｖから予測体積効率Ｋｖｓを減算することで得られる差分ΔＫｖ２との間の比率に基づいて吸気オフセット量Δθｉを算出していたが、これに限られるものではない。この構成に代えて、目標体積効率Ｋｖｔと予測体積効率Ｋｖｓとの間の比率に基づいて種々の演算を行ったり、差分ΔＫｖ１を差分ΔＫｖ２から減算することで得られる値の大きさに基づいて吸気オフセット量Δθｉを算出したりしてもよい。排気遅角量算出部５４ｄについても同様である。

また、前記実施形態では、体積効率として、標準体積密度ρ０基準の体積効率を用いた構成を例示したが、この構成には限定されない。例えば、標準体積密度ρ０基準の体積効率に代えて、吸気マニホールド１３内の吸気密度を基準とした体積効率、所謂インマニ基準の体積効率を用いて構成してもよい。その場合、図７に示すブロック図において、目標体積効率Ｋｖｔを取得する際に、標準体積密度ρ０に代わって、吸気マニホールド１３内の吸気密度（以下、「インマニ内密度」と称する）ρｉが入力されることになる。

インマニ内密度ρｉは、インマニ容積Ｖｉと、吸気マニホールド１３内の吸気の質量（以下、「インマニ内質量」と称する）Ｍｉとに基づいて、以下の式（１）から求められる。

ρｉ＝Ｍｉ／Ｖｉ ・・・（１）

インマニ内質量Ｍｉは、気筒２１内に吸入される１行程あたりの吸気の質量であるシリンダ吸入空気量Ｑｃｒ、インマニ基準の体積効率の予測値Ｋｖｉ、及び、インマニ容積Ｖｉに対するシリンダ容積Ｖｃの比率であるシリンダ／インマニ容積比Ｒｉ（＝Ｖｃ／Ｖｉ）に基づいて、以下の式（２）から求められる。

Ｍｉ＝Ｑｃｒ／（Ｋｖｉ×Ｒｉ） ・・・（２）

式（２）において、シリンダ吸入空気量Ｑｃｒは、目標充填効率と、シリンダ容積Ｖｃと、大気密度の現在値とに基づいて求められる。大気密度の現在値は、大気圧センサ６０により検出された大気圧と、第１温度センサ６２によって検出された、エアクリーナ２下流側の吸気温度とに基づいて推定される。インマニ基準の体積効率の予測値Ｋｖｉは、前記実施形態における予測体積効率Ｋｖｓと同様に、エンジン回転数及びインマニ圧力等に基づいて求められる。シリンダ／インマニ容積比Ｒｉは、予め、ＰＣＭ５０の内部メモリに記憶されている。

１００ エンジン
１０ 吸気通路
１０ａ 下流側通路
１１ スロットルバルブ
１３ 吸気マニホールド
１４ 吸気ポート
２０ エンジン本体
２１ 気筒
２２ 吸気バルブ
２５ 吸気ＶＶＴ（第２のバルブタイミング可変機構）
２６ 排気ＶＶＴ（バルブタイミング可変機構）
２９ 排気バルブ
３０ 排気通路
４ ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
４ｂ タービン
５０ ＰＣＭ（制御装置）
５１ ベース設定部
５３ 吸気ＶＶＴ制御部
５４ 排気ＶＶＴ制御部
５９ ＶＶＴ制御部（制御部）
Ｆｓ 現在吹き抜け率
Ｋｖｓ 予測体積効率
Ｋｖｔ 目標体積効率
Ｑｔｔ 目標タービン流量
Δθｉ 吸気オフセット量
Δθｅ 排気オフセット量（遅角量）

Claims (2)

1. ターボ過給機と、排気バルブの開閉時期を変更するバルブタイミング可変機構と、吸気バルブの開閉時期を変更する第２のバルブタイミング可変機構と、を備えたエンジンの制御装置であって、
   前記排気バルブの閉時期及び前記吸気バルブの開閉時期を設定すると共に、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの両方が開弁される期間であるオーバーラップ期間を前記バルブタイミング可変機構及び第２のバルブタイミング可変機構を介して制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記ターボ過給機にターボラグが生じているか否かを判定し、
   前記制御部はまた、前記ターボ過給機にターボラグが生じていると判定したときに、前記オーバーラップ期間が延長されるように、前記オーバーラップ期間中に排気系へ吹き抜ける新気の割合である新気吹き抜け率に基づいて設定した遅角量に従って、前記排気バルブの閉時期を遅角させると共に、体積効率又は充填量に基づいて設定した補正量に従って、前記吸気バルブの開閉時期を補正することにより、気筒内へ吸入される吸気の充填量を増加させるエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記エンジンは、吸気通路において前記ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側に設けられたスロットルバルブを備え、
   前記制御部は、目標過給圧に基づいて、前記気筒内に吸入される吸気の体積効率又は充填量の目標値を算出すると共に、前記吸気通路のうち前記スロットルバルブよりも下流側の少なくとも一部である下流側通路における吸気の状態、及び、前記エンジンの運転状態に基づいて、前記下流側通路内の吸気が前記気筒内に吸入された場合の前記体積効率又は充填量の予測値を算出し、
   前記制御部はまた、前記体積効率又は充填量の予測値が前記体積効率又は充填量の目標値よりも小さいときに、前記吸気バルブの開閉時期を補正するエンジンの制御装置。