JP2011185122A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルの開度と点火時期とによって動作を制御される内燃機関の制御装置に関し、アイドル状態からの連続的なトルク増大要求が出された場合に生じるトルク段差を緩和する。
【解決手段】要求トルクと要求効率とを取得し、要求トルクを要求効率で除算することにより要求潜在トルクを算出する。要求潜在トルクの実現に必要な要求筒内空気量を算出し、これに基づいてスロットルへ向けた開度指令値を決定する。開度指令値に従ってスロットルを操作した場合の推定潜在トルクを算出し、これに対する要求トルクの割合（推定効率）を算出する。この際、要求効率の値が１より小さな値の場合、及び、アイドル運転中に所定のトルク増大要求が出された場合は、推定効率の算出に用いる要求トルクに、当該要求トルクの変化割合を緩慢にするためのなまし処理を施す。推定効率を指示効率として点火時期の遅角量を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、スロットルの開度と点火時期とによって動作を制御される内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関のトルクの制御方法として、要求トルクに基づいてスロットル開度と点火時期とを協調制御するいわゆるトルクデマンド制御が知られている。特開２００６−１３８３００号公報に開示されている技術もそのようなトルクデマンド制御に関するものである。この公報に開示された技術では、要求トルクとは別にトルクリザーブのためのトルク余裕値が入力され、要求トルクとトルク余裕値とに基づいてスロットル開度と点火時期とを算出している。詳しくは、要求トルクにトルク余裕値を加算した値からスロットル開度を算出している。また、要求トルクと、要求トルクにトルク余裕値を加算した値との比から点火時期の遅角量を算出している。

特開２００６−１３８３００号公報

従来技術において問題が生じるのは、内燃機関のアイドル運転中に連続的なトルク増大要求が出された場合である。すなわち、アイドル状態では、ＩＳＣの目標ＭＢＴトルク（言い換えれば、ＩＳＣの要求トルクにトルク余裕値を加算した値）を実現するようにスロットルを操作するとともに、点火時期を遅角することで要求トルクを実現している。ここで、アイドル状態からアクセルペダルを踏んだ場合、アクセルの踏み込み量に応じて要求トルクが増加し、これに応じて要求される筒内空気量も増加する。しかしながら、実際の筒内空気量は、サージタンク内の空気の影響により、要求筒内空気量に対して遅れて変化する。このため、要求トルクが変化している間の実際筒内空気量は、過渡的に空気が不足する状態になってしまう。

ここで、上記従来技術のように、トルク余裕値が残されている場合には、点火時期を進角することで筒内の空気不足分のトルクを補い、要求トルクを実現することができる。しかしながら、点火時期の遅角によってトルクを補うことができるのは、該点火時期がＭＢＴになるまでの期間である。このため、これ以降の要求トルクの増大に対しては、実際筒内空気量の応答でしか対応できないこととなる。

以上のようなトルク、筒内空気量、そして点火時期の動きを時間軸に沿って示したチャートが図３である。従来技術によれば、要求トルクの増大にともなって点火時期は進角されることになり、点火時期の進角はトルクを増大させる方向に作用する。そして、要求トルクの値がＩＳＣの目標ＭＢＴトルクの値になった時点で当該点火時期がＭＢＴに達することとなる。しかしながら、この時点において実際筒内空気量が未だ応答していないため、実際に実現されるトルクには段差が発生することになる。図３からも明らかなように、従来技術には、アイドル状態からの連続的なトルク増大要求が出された場合にトルク段差が発生する問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アイドル状態からの連続的なトルク増大要求が出された場合に生じるトルク段差を緩和することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第1の発明は、上記の目的を達成するため、スロットルの開度と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関に出力させるトルクの要求値（以下、要求トルク）を取得する要求トルク取得手段と、
前記内燃機関が出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合の要求値（以下、要求効率）を取得する要求効率取得手段と、
前記要求トルクを前記要求効率で除算することにより要求潜在トルクを算出する要求潜在トルク算出手段と、
前記要求潜在トルクの実現に必要な筒内空気量（以下、要求筒内空気量）を算出する要求筒内空気量算出手段と、
前記要求筒内空気量に基づいて前記スロットルへ向けた開度指令値を決定する開度指令値決定手段と、
前記開度指令値に従って前記スロットルを操作した場合の推定潜在トルクを算出する推定潜在トルク算出手段と、
前記推定潜在トルクに対する前記要求トルクの割合（以下、推定効率）を算出する推定効率算出手段と、
前記要求効率の値が１より小さな値の場合、及び、前記内燃機関のアイドル運転中に所定のトルク増大要求が出された場合は、前記推定効率の算出に用いる要求トルクに、当該要求トルクの変化割合を緩慢にするためのなまし処理を施すなまし処理手段と、
前記推定効率を指示効率として点火時期の遅角量を決定する点火時期遅角量決定手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記なまし処理手段は、前記なまし処理の処理度合を設定する手段を含み、前記要求トルクの変化割合が大きいほど前記処理度合を高く設定することを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記なまし処理手段は、前記なまし処理の処理度合を設定する手段を含み、前記内燃機関の機関回転数が大きいほど前記処理度合を低く設定することを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記なまし処理手段は、前記推定効率の算出に用いる要求トルクに、当該要求トルクの変化割合を緩慢にするための所定のフィルタ処理を施す手段を含み、当該フィルタ処理の時定数を変化させることで前記なまし処理の処理度合を設定することを特徴とする。

第１の発明の内燃機関の制御装置によれば、潜在トルクが実際に出力されるトルクよりも大きい場合、及び、アイドル運転中に所定のトルク増大要求が出された場合に、推定効率の算出に用いる要求トルクに、当該要求トルクの変化割合を緩慢にするためのなまし処理が施される。これにより、当該なまし処理が施された要求トルクを用いて算出される推定効率も、その変化の割合が緩慢になり、これにより、点火時期の進角の割合も緩慢になる。このため、本発明によれば、点火時期の進角による要求トルクの実現時間を長期化することができるので、筒内空気量の応答遅れにより発生するトルク段差を有効に緩和することができる。

第２の発明の内燃機関の制御装置によれば、推定効率の算出に用いる要求トルクのなまし処理において、要求トルクの変化割合が大きいほど、なまし処理の処理度合が高く設定される。要求トルクの変化割合が大きいほど、点火時期の進角による要求トルクの実現時間が短期化するため、発生するトルク段差はより大きなものとなる。このため、本発明によれば、要求トルクの変化割合が大きいほど、点火時期の進角の割合をより緩慢にすることができるので、トルク段差を有効に緩和することが可能となる。

第３の発明の内燃機関の制御装置によれば、推定効率の算出に用いる要求トルクのなまし処理において、内燃機関の機関回転数が大きいほど、なまし処理の処理度合が低く設定される。機関回転数が大きいほど、筒内空気量の応答の遅れが小さくなるため、発生するトルク段差は緩和される。このため、本発明によれば、機関回転数が大きいほど、点火時期の進角の割合をより迅速にすることができるので、トルク段差の緩和と出力されるトルクのレスポンス向上とを両立することが可能となる。

第４の発明の内燃機関の制御装置によれば、推定効率の算出に用いる要求トルクのなまし処理として所定のフィルタ処理を施す場合に、時定数を変化させることで当該なまし処理の処理度合が調整される。このため、本発明によれば、簡易な方法で当該要求トルクに所望の度合のなまし処理を施すことが可能となる。

本発明が適用される内燃機関の制御システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかるトルク制御を説明するための図である。 従来技術の問題点について説明するための図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１および図２を参照して説明する。

本発明の実施の形態１において制御対象とされる内燃機関は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。制御装置は、内燃機関に備えられるアクチュエータを操作することで内燃機関の運転を制御する。本発明の実施の形態において制御装置が操作するのはスロットルと点火装置であり、制御装置はこれら２つのアクチュエータを操作して内燃機関が出力するトルクを制御する。制御装置によるスロットルの操作量はスロットル開度（以下、ＴＡと表記する場合もある）であり、点火装置の操作量は点火時期（以下、ＳＡと表記する場合もある）である。制御装置は、内燃機関に対して各操作量の指令値、すなわち、開度指令値（ＴＡ）と点火時期指令値（ＳＡ）とを出力する。

図１は本発明の実施の形態１の内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の制御装置は要求トルクと要求効率とを取得する。車両の制御系統において、本実施の形態の制御装置の上位にはパワートレインマネージャ（図示省略）が配置されており、要求トルク及び要求効率はそのパワートレインマネージャから制御装置に入力されるようになっている。

入力される要求トルクには、アクセルペダルの開度から計算されるドライバ要求トルクの他、車両制御上の必要性からＩＳＣ、ＶＳＣ、或いはＴＲＣといった各種制御デバイスからの要求トルクが含まれている。

効率は内燃機関が出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合であり、要求効率はその要求値である。効率の最大値は１であり、そのときには内燃機関が出力しうる潜在トルクがそのまま実際に出力されることになる。効率が１よりも小さい場合には、実際に出力されるトルクは内燃機関が出力しうる潜在トルクよりも小さく、その余裕分は主に熱となって内燃機関から出力されることになる。

本実施の形態の制御装置は、取得した要求トルクと要求効率とを目標ＭＢＴトルク計算部２に入力する。目標ＭＢＴトルク計算部２は、要求効率によって要求トルクを除算することによって目標ＭＢＴトルクを得る。目標ＭＢＴトルクは点火時期がＭＢＴであることを前提としたときの出力トルクの目標値であり、前述の潜在トルクの要求値、すなわち、要求潜在トルクである。

目標ＭＢＴトルクは、筒内空気量計算部４において筒内空気量（或いは充填効率）の値に変換される。筒内空気量計算部４は、トルクの筒内空気量への変換に空気量マップを使用する。空気量マップは、点火時期がＭＢＴであることを前提にして、トルクと筒内空気量とが種々の機関情報をキーにして関連付けられたマップである。ここでは、要求潜在トルクである目標ＭＢＴトルクの実現に必要な筒内空気量、すなわち、要求筒内空気量が計算される。

次に、スロットル開度計算部６において、要求筒内空気量がスロットルへの開度指令値（ＴＡ）に変換される。変換にはエアモデルの逆モデル（エア逆モデル）が用いられる。エアモデルはスロットルの動作に対する筒内空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化した吸気系の物理モデルである。その逆モデルによって算出されたスロットル開度は要求筒内空気量の達成に必要なスロットル開度であり、制御装置はそれを開度指令値としてスロットルに出力する。

本実施の形態の制御装置は、上記の処理と並行して、実際のスロットル開度（実ＴＡ）に基づいた推定ＭＢＴトルクの計算を推定ＭＢＴトルク計算部８にて実施する。推定ＭＢＴトルクは点火時期をＭＢＴと仮定した場合の推定トルクであり、これは現在のスロットル開度のもとで内燃機関が潜在的に出力可能なトルク（推定潜在トルク）を意味する。推定ＭＢＴトルクの計算にはトルクマップが用いられる。トルクマップは前述の空気量マップの入出力を逆にしたものであり、点火時期がＭＢＴであることを前提にして、トルクと空気量とが種々の機関情報をキーにして関連付けられている。

推定ＭＢＴトルクは要求トルクとともにトルク効率計算部１０に入力される。トルク効率計算部１０では、要求トルクの推定ＭＢＴトルクに対する割合がトルク効率として算出される。トルク効率は、現在のスロットル開度のもとで要求トルクを達成するように点火装置を操作した場合の推定効率である。

本実施の形態の制御装置は、要求トルクの信号を複製し、複製した要求トルクをなまし処理部１２に入力する。なまし処理部１２は、入力された要求トルクにローパスフィルタ処理を施し、当該要求トルクの変化を緩慢にする。なまし処理の度合は、ローパスフィルタの時定数を変化させることで調整する。より具体的には、入力された要求トルクの変化割合が大きいほど、時定数を小さくしてなまし処理の度合を強くする。また、内燃機関の機関回転数が大きいほど、時定数を大きくしてなまし処理の度合を弱くする。なまし処理された要求トルクはオリジナルの要求トルクとともに切替スイッチ１４に入力される。

切替スイッチ１４は、入力された２種類の要求トルクの何れか一方のみを選択して出力する。ただし、選択のデフォルトはオリジナルの要求トルクであり、過渡領域判定部１６から切替スイッチ１４に切替信号が入力された場合のみ、オリジナルの要求トルクから遅延処理された要求トルクに選択の切り替えが行われる。

過渡領域判定部１６は、アイドル状態からの連続的なトルク増大要求が出された場合、すなわち、アイドル状態においてアクセルペダルが踏まれた場合に、切替スイッチ１４に切替信号を出力する。したがって、この条件が満たされた場合には、切替スイッチ１４からはオリジナルの要求トルクではなくなまし処理された要求トルクが出力されることになる。

切替スイッチ１４で選択された要求トルクは、推定ＭＢＴトルクとともにトルク効率計算部１０に入力される。そして、要求トルクの推定ＭＢＴトルクに対する割合がトルク効率として算出される。本実施の形態の制御装置は、このトルク効率をそのまま指示効率とし、点火時期計算部１８において指示効率を点火時期指令値（ＳＡ）に変換する。

以上説明した構成を採ることで、本実施の形態の制御装置には次に説明するような利点がある。

図２には、ＩＳＣ制御中に連続的な要求トルクの増大要求が出された場合の、トルク、筒内空気量、そして点火時期の動きを時間軸に沿って示したチャートである。より具体的には、図２に示すチャートには、制御装置に入力された要求トルクと、なまし処理された要求トルクと、制御装置内で計算される推定ＭＢＴトルクと、内燃機関から出力される出力トルクとの関係が示されている。

アイドル運転中のＩＳＣ制御では、要求トルクとしてＩＳＣの要求トルクが取得されるとともに、要求効率の値は１よりも小さな値が取得される。これにより、スロットルを操作することで実現される目標ＭＢＴトルクは、図中に示すＩＳＣの目標ＭＢＴトルクに制御されるとともに、点火時期をＭＢＴよりも遅角させることでＩＳＣの要求トルクが実現される。ここで、図２に示すとおり、要求トルクの増大要求が出されると、本実施の形態の制御装置は、なまし処理された要求トルクを用いてトルク効率を計算する。このため、そのトルク効率に基づき計算される点火時期の遅角量によれば、出力トルクはなまし処理された要求トルクに一致するように制御されることになる。これにより、点火時期の進角に要する時間を長期化させることができるので、空気量の応答遅れに起因するトルク段差を有効に緩和することができる。

また、本実施の形態の制御装置は、入力された要求トルクのなまし処理において、要求トルクの変化割合が大きいほど、ローパスフィルタの時定数を小さくしてなまし処理の度合を強くする。要求トルクの変化割合が大きいほど、点火時期をＭＢＴまで進角するのに要する時間が短いため、トルク段差はより大きなものとなる。したがって、要求トルクの変化割合が大きい場合になまし処理の度合を強くすることで、トルク段差を有効に緩和することが可能となる。

また、本実施の形態の制御装置は、入力された要求トルクのなまし処理において、内燃機関の機関回転数が大きいほど、ローパスフィルタの時定数を小さくしてなまし処理の度合を弱くする。機関回転数が大きいほど、空気応答の遅れが小さくなるためトルク段差は緩和される。したがって、機関回転数が大きい場合になまし処理の度合を小さくすることで、トルク段差を緩和しつつ、出力トルクのレスポンスを向上させることができる。

ところで、上述した本実施の形態の制御装置は、要求トルクに施すなまし処理としてローパスフィルタ処理を施すこととしているが、なまし処理の方法はこれに限られない。すなわち、要求トルクの変化割合を緩慢にすることができる処理であれば、他のフィルタ処理を施すこととしてもよいし、また一定の割合で徐変させることとしてもよい。また、なまし処理の度合の調整は、フィルタ処理の時定数を変化させる手段に限らず、例えば、なまし処理の回数を変化させることでなまし度合を調整することとしてもよい。

２ 目標ＭＢＴトルク計算部
４ 筒内空気量計算部
６ スロットル開度計算部
８ 推定ＭＢＴトルク計算部
１０ トルク効率計算部
１２ なまし処理部
１４ 切替スイッチ
１６ 過渡領域判定部
１８ 点火時期計算部

Claims (4)

1. スロットルの開度と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関に出力させるトルクの要求値（以下、要求トルク）を取得する要求トルク取得手段と、
   前記内燃機関が出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合の要求値（以下、要求効率）を取得する要求効率取得手段と、
   前記要求トルクを前記要求効率で除算することにより要求潜在トルクを算出する要求潜在トルク算出手段と、
   前記要求潜在トルクの実現に必要な筒内空気量（以下、要求筒内空気量）を算出する要求筒内空気量算出手段と、
   前記要求筒内空気量に基づいて前記スロットルへ向けた開度指令値を決定する開度指令値決定手段と、
   前記開度指令値に従って前記スロットルを操作した場合の推定潜在トルクを算出する推定潜在トルク算出手段と、
   前記推定潜在トルクに対する前記要求トルクの割合（以下、推定効率）を算出する推定効率算出手段と、
   前記要求効率の値が１より小さな値の場合、及び、前記内燃機関のアイドル運転中に所定のトルク増大要求が出された場合は、前記推定効率の算出に用いる要求トルクに、当該要求トルクの変化割合を緩慢にするためのなまし処理を施すなまし処理手段と、
   前記推定効率を指示効率として点火時期の遅角量を決定する点火時期遅角量決定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記なまし処理手段は、前記なまし処理の処理度合を設定する手段を含み、前記要求トルクの変化割合が大きいほど前記処理度合を高く設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記なまし処理手段は、前記なまし処理の処理度合を設定する手段を含み、前記内燃機関の機関回転数が大きいほど前記処理度合を低く設定することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記なまし処理手段は、前記推定効率の算出に用いる要求トルクに、当該要求トルクの変化割合を緩慢にするための所定のフィルタ処理を施す手段を含み、当該フィルタ処理の時定数を変化させることで前記なまし処理の処理度合を設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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