JP2019203439A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン制御装置の制御設計を容易とする。【解決手段】アクセルペダル開度ＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥから要求スロットル下流圧ＰＭ＊を演算するとともに（Ｓ１１０）、スロットル上流圧（大気圧ＰＡ）に対する要求スロットル下流圧ＰＭ＊の比を要求圧力比ＰＢＹＰの値として演算する（Ｓ１２０）。そして、スロットル前後圧力比が、パージ制御２０１や変速時トルクダウン制御２０２において設定された上限圧力比ＲＰＭＭＡＸと要求圧力比（緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭ）との２つの値のうちのより小さい方の値となる開度を、スロットルバルブの目標開度ＴＡ＊として演算する（Ｓ１９０〜Ｓ２１０）。【選択図】図６

Description

本発明は、エンジン制御装置に関する。

車載等のエンジンでは、スロットルバルブの開度（スロットル開度）の制御を通じて、燃焼毎に気筒に流入する空気量（筒内空気量）を調整している。例えば特許文献１には、アクセルペダル開度からスロットルバルブ通過後の吸気の圧力（以下、スロットル下流圧と記載する）の要求値である要求スロットル下流圧を求めるとともに、その要求スロットル下流圧から目標開度を決定してスロットルバルブの開度制御を行うエンジン制御装置が記載されている。

特開２００６−１１８３７３号公報

ところで、車両に搭載されるシステムとして、燃料タンク内の燃料蒸気（ベーパ）を吸気中に放出して処理するベーパ処理システムがある。ベーパ処理システムでは、スロットルバルブでの吸気の絞りにより発生する負圧によりベーパを吸引して吸気中に放出するようにしており、ベーパパージの実行時には、一定以上の吸気負圧を確保する必要がある。そのため、ペーパパージの実行時には、吸気負圧がベーパパージの実行に必要な最小限の値となる開度をスロットル開度の上限値に設定し、その上限値以下の範囲となるようにスロットル開度の制御範囲を制限することがある。また、変速中にスロットル開度の制御範囲を制限してエンジントルクを抑えることで、変速ショックの発生を抑制することがある。このように、スロットル開度の制御範囲の制限を、エンジンの運転状況に応じて実施することがある。

こうしたスロットル開度の制御範囲の制限を行う場合、運転状況に応じた適切な値をスロットル開度の制御範囲の上限値として設定する必要がある。ただし、スロットル開度と吸気流量や吸気圧などの吸気流れの状態量との関係は、エンジンの機種毎に異なるため、運転状況に応じた適切なスロットル開度の上限値もエンジンの機種毎に異なった値となる。そのため、機種毎に異なる上記関係を考慮して上限値を設定しなければならない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、スロットルバルブの開度制御の制御設計を容易とすることにある。

上記課題を解決するエンジン制御装置は、エンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度制御を行う。そして、同エンジン制御装置は、アクセルペダル開度及びエンジン回転数からスロットルバルブの通過後の吸気圧の要求値である要求スロットル下流圧を演算する要求スロットル下流圧演算処理と、スロットルバルブの通過前の吸気圧であるスロットル上流圧を取得するスロットル上流圧取得処理と、スロットル上流圧に対する前記要求スロットル下流圧の比を要求圧力比の値として演算する要求圧力比演算処理と、前記エンジンの運転状況に応じて上限圧力比を設定する上限圧力比設定処理と、前記スロットル上流圧に対する前記スロットルバルブの通過後の吸気圧の比であるスロットル前後圧力比が、前記要求圧力比と前記上限圧力比との２つの値のうちのより小さい方の値となる開度を前記スロットルバルブの目標開度として演算する目標開度演算処理と、を行っている。

上記のように構成されたエンジン制御装置では、スロットルバルブ通過前後の吸気の圧力比であるスロットル前後圧力比が、要求圧力比及び上限圧力比のうちのより小さい方の値となるようにスロットルバルブの目標開度を演算することができる。すなわち、スロットル前後圧力比が上限圧力比以下となる範囲に、スロットル開度の制御範囲を制限することができる。スロットル前後圧力比は、エンジンの機種により変化しない普遍的な物理量であり、エンジンの機種毎のスロットルバルブ特性の差異を考慮せずとも、エンジンの運転状況に応じた適切な値をその上限値である上限圧力比に設定することができる。したがって、スロットルバルブの開度制御の制御設計が容易となる。

なお、燃料タンク内の燃料蒸気を吸気中に放出するベーパパージの実行時には、一定以上の吸気負圧を確保する必要がある。こうした吸気負圧の確保は、上限圧力比設定処理において、ベーパパージの実行時に上限圧力比の値として１未満の正の値を設定することで行うことが可能である。

また、エンジンに連結された変速機の変速中に発生するショック（変速ショック）を抑えるため、変速中のエンジントルクの制限を行う場合がある。こうした変速ショックの抑制にかかるエンジントルクの制限は、上限圧力比設定処理において、変速機の変速が行われているときに、上限圧力比の値として１未満の正の値を設定することで行うことが可能である。

スロットル開度が大きい大開度領域では、スロットル開度に対するスロットル前後圧力比の、ひいてはスロットル通過流量の感度が低くなり、スロットル開度の大幅な変更が頻繁に行われるスロットルハンチングが発生し易くなる。これに対しては、上記エンジン制御装置における前記要求圧力比演算処理において、前記スロットル上流圧に対する前記要求スロットル下流圧の比が既定値未満の場合には同比をそのまま前記要求圧力比の値として演算し、前記比が前記既定値以上の場合には同比に対して値の変化を緩和する緩変化処理を施した値を前記要求圧力比の値として演算するとよい。こうした場合、大開度領域での目標開度の変化が緩やかとなるため、スロットルハンチングが発生し難くなる。

さらに、上記エンジン制御装置における目標開度演算処理において、前記要求圧力比の値が前記既定値を超える場合には、前記スロットル前後圧力比が前記既定値となる前記スロットルバルブの開度と、前記スロットルバルブの最大開度との間で、前記スロットル前後圧力比に応じて前記開度を線形補間することで前記目標開度を演算することが望ましい。こうした場合、スロットルハンチングを抑えつつ、最大開度ＴＡＭＡＸまでスロットル開度ＴＡを増大することが可能となる。

エンジン制御装置の一実施形態の構成の模式図。 スロットル前後圧力比、スロットル開度とスロットル通過流量との関係を示すグラフ。 スロットル前後圧力比とΦ値との関係を示すグラフ。 スロットル開度と飽和流量との関係を示すグラフ。 スロットル開度とスロットル前後圧力比との関係を示すグラフ。 目標開度演算ルーチンのフローチャート。 目標開度演算ルーチンにおける大開度領域での目標開度の演算態様を示す図。

以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１〜図７を参照して詳細に説明する。本実施形態のエンジン制御装置は、車両に搭載された自然吸気式のエンジンに適用されている。

図１に示すように、本実施形態の適用対象となるエンジン１０には、燃焼室１１に流入する吸気が流れる吸気通路１２と、燃焼室１１から排出された排気が流れる排気通路１３と、が設けられている。また、エンジン１０には、開弁／閉弁に応じて吸気通路１２を燃焼室１１に連通／遮断する吸気バルブ１４と、開弁／閉弁に応じて排気通路１３を燃焼室１１に連通／遮断する排気バルブ１５と、が設けられている。

吸気通路１２には、吸気中の塵等を濾過するエアクリーナ１６と、吸気通路１２を流れる吸気の流量（吸気流量ＧＡ）を検出するエアフローメータ１７と、が設けられている。また、吸気通路１２におけるエアフローメータ１７よりも下流側の部分には、スロットルバルブ１８が設置されている。スロットルバルブ１８は、回転可能に軸支された状態で吸気通路１２内に設置されている。そして、スロットルバルブ１８は、スロットルモータ１９により回転駆動されるようになっている。さらに、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分には、吸気中に燃料を噴射するインジェクタ２０が設置されている。そして、燃焼室１１には、吸気通路１２を通じて流入した吸気とインジェクタ２０が噴射した燃料との混合気に着火する点火プラグ２１が設置されている。

こうしたエンジン１０においてスロットルバルブ１８は、吸気通路１２内での回転位置に応じて開口面積を変化させることで、同スロットルバルブ１８を通過する吸気の流量（スロットル通過流量）を調整する弁となっている。以下の説明におけるスロットル開度ＴＡは、開口面積が０となる回転位置（全閉位置）からのスロットルバルブ１８の回転角を表している。

なお、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト２３は、変速機２４を介して車輪２５に連結されている。また、エンジン１０には、燃料タンク２６で発生した燃料蒸気（ベーパ）を吸気中に放出して処理するベーパ処理システムが設けられている。ベーパ処理システムは、燃料タンク２６内のベーパを捕集するチャコールキャニスタ２７、パージ通路２８、及びパージバルブ２９を備えている。パージ通路２８は、チャコールキャニスタ２７と吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分とを繋ぐ通路であり、その途中にパージバルブ２９が設けられている。そして、パージバルブ２９の開弁に応じてチャコールキャニスタ２７に捕集されたベーパが吸気中に放出されるようになっている。

以上のように構成されたエンジン１０は、エンジン制御装置としてのエンジン制御ユニット２２により制御されている。エンジン制御ユニット２２は、エンジン制御に係る各種の演算処理を実行する演算処理回路と、プログラムやデータが記憶されたメモリと、を備えている。エンジン制御ユニット２２には、上述のエアフローメータ１７による吸気流量ＧＡの検出信号に加え、運転者のアクセルペダルの踏込み量（アクセルペダル開度ＡＣＣ）、大気圧ＰＡ、スロットルバルブ１８の開度（スロットル開度ＴＡ）などの検出信号が入力されている。また、エンジン制御ユニット２２には、クランクシャフト２３の回転に応じて出力されるパルス状のクランク信号ＣＲＮＫが入力されている。エンジン制御ユニット２２は、そのクランク信号ＣＲＮＫからエンジン回転数ＮＥを求めている。

エンジン制御ユニット２２は、エンジン制御の一環として、パージ制御、変速時トルクダウン制御などを実行する。パージ制御は、燃料タンク２６内で発生し、チャコールキャニスタ２７に捕集されたベーパを吸気中に放出（パージ）して処理するために行われる。パージ制御では、ベーパパージの実行に際してパージバルブ２９を開く。そして、スロットルバルブ１８での絞りにより発生する吸気負圧により、チャコールキャニスタ２７に捕集したベーパを、パージ通路２８を通じて吸気通路１２内に吸引することで、吸気中へのベーパパージが行われる。また、変速時トルクダウン制御は、変速機２４の変速に伴うトルクショック（変速ショック）を抑制するため、変速中のエンジントルクの制限を行っている。

また、エンジン制御ユニット２２は、スロットルバルブ１８の開度制御を行っている。スロットルバルブ１８の開度制御に際してエンジン制御ユニット２２はまず、アクセルペダル開度ＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥに基づき、負荷率ＫＬの要求値である要求負荷率ＫＬ＊を算出する。負荷率ＫＬは、最大空気量に対する筒内空気量の比率［％］を表している。なお、筒内空気量は、吸気行程毎に燃焼室１１に流入する吸気の質量を、最大空気量は、現在のエンジン回転数ＮＥにおいてスロットル開度ＴＡをその制御範囲の最大値である最大開度ＴＡＭＡＸとしたときの筒内空気量を、それぞれ表している。

筒内空気量は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分の吸気の圧力（以下、スロットル下流圧ＰＭと記載する）とエンジン回転数ＮＥとにより決まる値となる。よって、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づくことで、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要なスロットル下流圧ＰＭの値を求めることができる。エンジン制御ユニット２２は、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づき、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル下流圧ＰＭを要求スロットル下流圧ＰＭ＊の値として演算している。

ここで、スロットルバルブ１８を通過し、エンジン１０の各気筒の燃焼室１１に分配供給される吸気の質量流量をバルブ通過流量とする。なお、燃焼室１１への吸気の流入は吸気バルブ１４の開閉に応じて間欠的に行われるため、実際のバルブ通過流量はエンジン１０の回転に応じて変動する値となるが、以下の説明でのバルブ通過流量はそうした変動分を均した値を表している。エンジン１０が１回転する間に同エンジン１０において行われる吸気行程の回数は、エンジン１０の気筒数により定まった回数となる。よって、単位時間当たりのエンジン１０の回転数であるエンジン回転数ＮＥは、エンジン１０において単位時間に行われる吸気行程の回数に比例した値となり、そのエンジン回転数ＮＥに要求負荷率ＫＬ＊を乗算した積（＝ＮＥ×ＫＬ＊）は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるバルブ通過流量に相当する値となる。

スロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥが一定に保持された定常状態におけるバルブ通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の流量（以下、スロットル通過流量）と等しい流量となる。よって、スロットル下流圧ＰＭが要求スロットル下流圧ＰＭ＊となり、且つ要求負荷率ＫＬ＊にエンジン回転数ＮＥを乗算した積の分のスロットル通過流量が得られるスロットル開度ＴＡをスロットルバルブ１８の目標開度ＴＡ＊に設定すれば、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるようになる。

スロットル通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度と同スロットルバルブ１８の開口面積との積となる。また、スロットルバルブ１８の開口面積は、スロットル開度ＴＡの関数となる。さらに、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８の上流側の部分の吸気の圧力（スロットル上流圧）に対するスロットル下流圧の比（以下、スロットル前後圧力比）により決まる。なお、スロットル前後圧力比の値が取り得る範囲は、０から１までの範囲となる。よって、スロットル開度ＴＡ、スロットル前後圧力比、スロットル通過流量の３つの値のうち、２つの値が定まれば、残りの一つの値も自ずと定まることになる。

図２に、スロットル開度ＴＡ及びスロットル前後圧力比とスロットル通過流量との関係を示す。なお、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比が１のときには０となり、スロットル前後圧力比が一定の値α以下のときには音速となる。そして、スロットル前後圧力比をαから１まで次第に増加させていったときのスロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比がαのときの値である音速からスロットル前後圧力比が１のときの値である０まで次第に低下する。また、スロットル開度ＴＡの増加とともにスロットルバルブ１８の開口面積も増加する。そのため、スロットル開度ＴＡ及びスロットル前後圧力比に対するスロットル通過流量の変化傾向は図２に示す通りとなる。

ここで、スロットル前後圧力比がα以下の領域（音速域）におけるスロットル通過流量を飽和流量とする。飽和流量は、スロットルバルブ１８の開口面積と音速との積となり、その値はスロットル開度ＴＡの関数となる。こうした飽和流量に対するスロットル通過流量の比をΦ値とする。スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比により決まるため、Φ値はスロットル前後圧力比の関数となる。なお、Φ値は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度の、音速に対する比を表してもいる。

図３に、Φ値とスロットル前後圧力比との関係を示す。同図に示すように、スロットル前後圧力比がα以下の音速域でのΦ値は１となる。また、スロットル前後圧力比が１のときのΦ値は０となる。そして、スロットル前後圧力比をαから１へと次第に増加させていったときのΦ値は、スロットル前後圧力比がαのときの値である１からスロットル前後圧力比が１のときの値である０へと次第に減少していく値となる。エンジン制御ユニット２２のメモリには、こうしたΦ値とスロットル前後圧力比との関係が、Φ値演算マップＭＡＰ１として記憶されている。

図４に、飽和流量とスロットル開度ＴＡとの関係を示す。飽和流量とスロットル開度ＴＡとの関係は、吸気通路１２及びスロットルバルブ１８の寸法形状により決まるため、それらの設計仕様から求めることが可能である。エンジン制御ユニット２２のメモリには、こうした飽和流量とスロットル開度ＴＡとの関係が、開度演算マップＭＡＰ２として記憶されている。

スロットル通過流量は、現在のスロットル開度ＴＡにおける飽和流量に、現在のスロットル前後圧力比におけるΦ値を乗算した積として求めることができる。一方、上述のように、要求スロットル下流圧ＰＭ＊は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル下流圧ＰＭの値として求められている。よって、現在のスロットル上流圧が既知となれば、そのスロットル上流圧に対する要求スロットル下流圧ＰＭ＊の比として、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル前後圧力比（以下、要求圧力比ＰＢＹＰと記載する）の値を求めることができる。ちなみに、自然吸気式のエンジン１０では、スロットル上流圧は大気圧ＰＡと同じ圧力であると見做せる。そこで本実施形態では、要求スロットル下流圧ＰＭ＊を大気圧ＰＡで除算した商（＝ＰＭ＊／ＰＡ）を要求圧力比ＰＢＹＰの値として求めている。

さらに、上述のように、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるバルブ通過流量は、要求負荷率ＫＬ＊にエンジン回転数ＮＥを乗算した積として求めることができる。また、定常状態では、バルブ通過流量とスロットル通過流量とは等しい流量となる。よって、次の手順により、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要な目標開度ＴＡ＊の値を演算することができる。

上記のように要求スロットル下流圧ＰＭ＊は、バルブ通過流量が、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる流量となるときのスロットル下流圧を表している。よって、スロットル上流圧（本実施形態では大気圧ＰＡ）に対する要求スロットル下流圧ＰＭ＊の比である要求圧力比ＰＢＹＰの値は、バルブ通過流量が、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる流量となるときのスロットル前後圧力比を表すことになる。そこで、図３の関係に基づいて、スロットル前後圧力比が要求圧力比ＰＢＹＰであるときのΦ値の値を求め、その求めたΦ値の値により、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要なバルブ通過流量を除算した商を演算する。この商の値は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡ、すなわち目標開度ＴＡ＊における飽和流量を表す。そこで、図４の関係に基づき、その商の値が飽和流量となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として求めれば、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算することができる。

ただし、こうして演算した目標開度ＴＡ＊に基づきスロットルバルブ１８の開度制御を行う場合には、次の問題が生じる虞がある。
図５に、スロットル上流圧（大気圧ＰＡ）及びエンジン回転数ＮＥが一定の状態においてスロットル開度ＴＡを変化させたときのスロットル前後圧力比の変化を示す。スロットル開度ＴＡを０から最大開度ＴＡＭＡＸへと増加させていったときにスロットル前後圧力は、スロットル開度ＴＡが０のときの値である０からスロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡＭＡＸのときの値である１へと増加していく。ただし、スロットル開度ＴＡの増加に従って、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比の変化率（スロットル開度ＴＡの変化量に対するスロットル前後圧力比の変化量の比率）は次第に小さくなる。そのため、スロットル前後圧力比が１に近い大開度領域では、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比の感度が低くなる。すなわち、要求負荷率ＫＬ＊の僅かな変化に対して目標開度ＴＡ＊の値が大きく変化することになる。そしてその結果、大開度領域では、スロットル開度ＴＡの大幅な変更が頻繁に行われる、いわゆるスロットルハンチングが発生して、スロットルモータ１９等に多大な負荷がかかる虞がある。なお、本実施形態では、こうしたスロットルハンチングが発生する虞があるスロットル前後圧力の範囲の下限値として、既定の定数（吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴ）を設定している。

また、上述のように本実施形態では、エンジン制御の一環としてパージ制御と、変速時トルクダウン制御を行っている。本実施形態では、こうしたパージ制御、及び変速時トルクダウン制御の実行中に、スロットル開度ＴＡの制御範囲の制限を行うようにしている。

本実施形態では、上記のようなスロットルハンチングの抑制、及びパージ制御、変速時トルクダウン制御でのスロットル開度ＴＡの制御範囲の制限を行うべく、下記の態様でスロットルバルブ１８の目標開度ＴＡ＊の演算を行っている。

図６に、目標開度ＴＡ＊の演算のためにエンジン制御ユニット２２が実行する目標開度演算ルーチンのフローチャートを示す。エンジン制御ユニット２２は、エンジンの運転中に本ルーチンの処理を既定の制御周期毎に繰り返し実行する。そして、エンジン制御ユニット２２は、本ルーチンの実行を通じて演算した目標開度ＴＡ＊にスロットル開度ＴＡが近づくようにスロットルモータ１９を駆動することで、スロットルバルブ１８の開度制御を行っている。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、アクセルペダル開度ＡＣＣ、エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、及び上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの各値が取得される。上限圧力比ＲＰＭＭＡＸは、パージ制御２０１や変速時トルクダウン制御２０２により設定される。パージ制御２０１では、ベーパパージの実行中、同ベーパパージの実行に必要な吸気負圧を確保可能なスロットル前後圧力比の最大値を上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値として設定している。また、変速時トルクダウン制御２０２では、変速機２４の変速中、エンジントルクが変速ショックを抑制可能な上限値となるスロットル前後圧力比を上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値として設定している。なお、パージ制御２０１及び変速時トルクダウン制御２０２では、上述した吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴよりも大きく、且つ１未満の値を上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値として設定している。なお、パージ制御２０１及び変速時トルクダウン制御２０２のいずれにおいてもスロットル開度ＴＡの制御範囲の制限を行っていないときには、スロットル前後圧力比の値が取り得る範囲の上限値である１、或いは１より大きい値が、上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値として設定される。また、パージ制御２０１及び変速時トルクダウン制御２０２が双方同時にスロットル開度ＴＡの制御範囲の制限を行うときには、パージ制御２０１により設定された値、変速時トルクダウン制御２０２により設定された値のうち、より小さい方の値が上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値として設定される。こうして本実施形態では、パージ制御２０１及び変速時トルクダウン制御２０２において、エンジン１０の運転状況に応じて上限圧力比ＲＰＭＭＡＸを設定する上限圧力比設定処理が行われている。

続いて、ステップＳ１１０において、アクセルペダル開度ＡＣＣ、及びエンジン回転数ＮＥに基づき、要求負荷率ＫＬ＊、及び要求スロットル下流圧ＰＭ＊が演算される。そして、続くステップＳ１２０では、スロットル上流圧により要求スロットル下流圧ＰＭ＊を除算した商が要求圧力比ＰＢＹＰの値として演算される。なお、自然吸気式のエンジン１０に適用される本実施形態では、大気圧ＰＡの検出値をスロットル上流圧の値として要求圧力比ＰＢＹＰを演算している。これに対して、過給式のエンジンに適用する場合には過給圧の検出値又は推定値をスロットル上流圧の値として要求圧力比ＰＢＹＰを演算するとよい。

続いて、ステップＳ１３０において要求圧力比ＰＢＹＰが上述の吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴよりも大きい値であるか否かが判定される。そして、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴ以下の値である場合には（ＮＯ）、ステップＳ１４０に処理が進められる。これに対して、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴよりも大きい値である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１６０に処理が進められる。

ステップＳ１４０に処理が進められると、そのステップＳ１４０において、上述のΦ値演算マップＭＡＰ１を用いて、スロットル前後圧力比が要求圧力比ＰＢＹＰであるときのΦ値の値が、要求Φ値ＰＨＹＰＭ＊の値として求められる。そして、さらに同ステップＳ１４０において、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとの積を要求Φ値ＰＨＹＰＭ＊で除算した商が、要求飽和流量ＢＰＭ＊の値として演算される。続いて、ステップＳ１５０において、開度演算マップＭＡＰ２を用いて飽和流量が要求飽和流量ＢＰＭ＊となるスロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡ＊の値として演算された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、上述のステップＳ１３０での判定の結果、ステップＳ１６０に処理が進められた場合にはそのステップＳ１６０において次の２つの値が演算される。まず、Φ値演算マップＭＡＰ１を用いて、スロットル前後圧力比が吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴであるときのΦ値の値が、吸気圧飽和Φ値ＰＨＹＰＭＷＯＴの値として演算される。そして、要求負荷率ＫＬ＊にエンジン回転数ＮＥを乗算した積を吸気圧飽和Φ値ＰＨＹＰＭＷＯＴで除算した商が、吸気圧飽和流量ＢＰＭＷＯＴの値として演算される。そして、ステップＳ１７０において、開度演算マップＭＡＰ２を用いて、飽和流量が吸気圧飽和流量ＢＰＭＷＯＴであるときのスロットル開度ＴＡが吸気圧飽和開度ＴＡＰＭＷＯＴの値として演算される。

続いてステップＳ１８０において、要求圧力比ＰＢＹＰに対して値の変化を緩和とする緩変化処理を施した値を、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭの値として演算する。本実施形態では、式（１）の関係を満たすように値を更新することで緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭの値を演算している。なお、Ｓは、緩変化の度合いを決定する係数であり、１よりも大きい値が設定されている。係数Ｓに設定する値を大きくするほど、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭの値の緩変化の度合いが大きくなる。

次に、ステップＳ１９０において、パージ制御２０１や変速時トルクダウン制御２０２により設定された上限圧力比ＲＰＭＭＡＸよりも緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭが大きい値であるか否かが判定される。ここで、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭが上限圧力比ＲＰＭＭＡＸよりも大きい値である場合には（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、ステップＳ２００において、上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値を緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭの値として設定した後、ステップＳ２１０に処理が進められる。一方、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭが上限圧力比ＲＰＭＭＡＸ以下の値である場合には（Ｓ１９０：ＮＯ）、ステップＳ２００の処理をスキップしてそのままステップＳ２１０に処理が進められる。すなわち、ステップＳ１９０及びステップＳ２００では、上限圧力比ＲＰＭＭＡＸによる緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭの上限ガード処理が行われる。

ステップＳ２１０に処理が進められると、そのステップＳ２１０において、吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴ、吸気圧飽和開度ＴＡＰＭＷＯＴ、最大開度ＴＡＭＡＸ、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭに基づき、式（２）の関係を満たす値が目標開度ＴＡ＊の値として演算された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

図７には、スロットル開度及びスロットル前後圧力比を座標軸とした直交座標系における吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴ、吸気圧飽和開度ＴＡＰＭＷＯＴ、最大開度ＴＡＭＡＸ、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭ、及び目標開度ＴＡ＊の関係を示す。ここでは、上記直交座標系におけるスロットル開度の値がＸ、スロットル前後圧力比の値がＹの座標点を（Ｘ、Ｙ）と表すこととする。このときの目標開度ＴＡ＊の値は、座標点Ａ（ＴＡＰＭＷＯＴ、ＲＰＭＷＯＴ）と座標点Ｂ（ＴＡＭＡＸ、１）とを繋ぐ線分ＬＡＢ上において、スロットル前後圧力比が緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭとなる座標点Ｃのスロットル開度の値となる。すなわち、このときの目標開度ＴＡ＊の値は、吸気圧飽和開度ＴＡＰＭＷＯＴと最大開度ＴＡＭＡＸとの間でのスロットル前後圧力比に応じたスロットル開度ＴＡの線形補間により演算されている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
目標開度演算ルーチンにおけるステップＳ１１０では、アクセルペダル開度ＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥからスロットルバルブ１８の通過後の吸気圧（スロットル下流圧ＰＭ）の要求値である要求スロットル下流圧ＰＭ＊を演算する要求スロットル下流圧演算処理が行われる。また、ステップＳ１００では、スロットルバルブの通過前の吸気圧であるスロットル上流圧（大気圧ＰＡ）を取得するスロットル上流圧取得処理が行われ、ステップＳ１２０では、スロットル上流圧（大気圧ＰＡ）に対する要求スロットル下流圧ＰＭ＊の比を要求圧力比ＰＢＹＰの値として演算する要求圧力比演算処理が行われる。そして、目標開度演算ルーチンにおけるステップＳ１３０以降の処理において、スロットルバルブ１８の目標開度ＴＡ＊を演算する目標開度演算処理が行われる。

一方、本実施形態では、パージ制御２０１及び変速時トルクダウン制御２０２において、エンジン１０の運転状況に応じて上限圧力比ＲＰＭＭＡＸを設定する上限圧力比設定処理が行われる。そして、上記目標開度演算処理では、要求圧力比ＰＢＹＰ（本実施形態では要求圧力比ＰＢＹＰに緩変化処理を施した緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭ）と上限圧力比ＲＰＭＭＡＸとの２つの値のうち、より小さい方の値に基づきスロットルバルブ１８の目標開度ＴＡ＊を演算している。これにより、ベーパパージの実行時にはその実行に必要な吸気負圧を確保し、変速機２４の変速時には変速ショックを抑制可能な範囲にエンジントルクを制限するように、スロットル開度ＴＡの制御範囲の制限が行われる。

上述したように、従来のエンジン制御装置では、こうした場合のスロットル開度ＴＡの制御範囲の制限を、スロットル開度ＴＡの上限値を設定することで行っていた。ただし、スロットルバルブ１８における開度と吸気流量や吸気圧などの吸気流れの状態量との関係は、エンジンの機種毎に異なり、且つ非線形な関係となっている。そのため、パージ制御や変速時トルクダウン制御の要求を満たす適切なスロットル開度ＴＡの上限値をエンジンの機種毎に個別に求める適合作業が必要となる。これに対して、本実施形態では、上限圧力比ＲＰＭＭＡＸを設定し、スロットル前後圧力比がその上限値以下の範囲となるように目標開度ＴＡ＊を設定することで、パージ制御や変速時トルクダウン制御でのスロットル開度ＴＡの制御範囲の制限を行っている。スロットル前後圧力比は、エンジンの機種に依らない普遍的な物理量であるため、機種別の適合作業を行わずとも、パージ制御や変速時トルクダウン制御の要求を満たす値となるように上限圧力比ＲＰＭＭＡＸを設定することが可能となる。そのため、スロットルバルブ１８の開度制御の制御設計が容易となる。

また、本実施形態では、要求圧力比ＰＢＹＰが既定値（吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴ）以下の場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、要求圧力比ＰＢＹＰに基づき目標開度ＴＡ＊を演算している。これに対して、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴを超える場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、値の変化を緩和する緩変化処理を要求圧力比ＰＢＹＰに施した値（緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭ）に基づいて目標開度ＴＡ＊を演算している。そのため、大開度領域でも要求圧力比ＰＢＹＰに基づき目標開度ＴＡ＊を演算した場合に比べ、大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊等の変化に対する目標開度ＴＡ＊の変化が緩慢となり、スロットルハンチングが発生し難くなる。

なお、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比の感度は、最大開度ＴＡＭＡＸに近づくほど小さくなる。そのため、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭを用いて目標開度ＴＡ＊を演算しても、最大開度ＴＡＭＡＸの近傍の開度領域ではスロットルハンチングを抑制し切れない場合がある。これに対して本実施形態では、要求圧力比ＰＢＹＰの値が吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴを超える場合には、下記の態様で目標開度ＴＡ＊を演算している。すなわち、この場合には、スロットル前後圧力比が吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴとなるスロットル開度（吸気圧飽和開度ＴＡＰＭＷＯＴ）と最大開度ＴＡＭＡＸとの間でのスロットル前後圧力比に応じたスロットル開度ＴＡの線形補間により目標開度ＴＡ＊を演算している。こうした場合、要求圧力比ＰＢＹＰの値が吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴを超える領域では、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭに対する目標開度ＴＡ＊の変化率が一定となる。そのため、最大開度ＴＡＭＡＸの近傍の開度領域でも、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比の感度があまり小さくならないようになる。したがって、本実施形態のエンジン制御装置では、スロットルハンチングを抑えつつ、スロットル開度ＴＡの制御範囲の上限を最大開度ＴＡＭＡＸまで広げられる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴを超える場合、吸気圧飽和開度ＴＡＰＭＷＯＴと最大開度ＴＡＭＡＸとの間でのスロットル前後圧力比に応じたスロットル開度ＴＡの線形補間により目標開度ＴＡ＊を演算していた。こうした場合の目標開度ＴＡ＊の演算を、線形補間ではなく、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴ以下の場合と同様に行うようにしてもよい。すなわち、まず、Φ値演算マップＭＡＰ１を用いて、スロットル前後圧力比が緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭであるときのΦ値の値を、要求Φ値ＰＨＹＰＭ＊の値として求める。続いて、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとの積を要求Φ値ＰＨＹＰＭ＊の値で除算した商を、要求飽和流量ＢＰＭ＊の値として演算する。そして、開度演算マップＭＡＰ２を用いて、飽和流量が要求飽和流量ＢＰＭ＊となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算する。

・上記実施形態では、上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値は常に、吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴよりも大きい値に設定されるようになっていた。上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの値として吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴよりも小さい値が設定されることがある場合には、次のように目標開度演算ルーチンの処理手順を変更するとよい。すなわち、目標開度演算ルーチンにおけるステップＳ１４０での要求Φ値ＰＨＹＰＭ＊の演算を、要求圧力比ＰＢＹＰ及び上限圧力比ＲＰＭＭＡＸの２つの値のうちのより小さい方の値に基づいて行うようにする。

・上記実施形態では、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴ以下の場合には要求圧力比ＰＢＹＰに基づき目標開度ＴＡ＊を演算し、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴを超える場合には要求圧力比ＰＢＹＰに緩変化処理を施した緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭに基づき目標開度ＴＡ＊を演算していた。スロットルハンチングが問題とならない場合には、要求圧力比ＰＢＹＰが吸気圧飽和圧力比ＲＰＭＷＯＴを超える場合にも、要求圧力比ＰＢＹＰに基づき目標開度ＴＡ＊を演算するようにしてもよい。

・上記実施形態では、ベーパパージの実行時と変速機２４の変速が行われているときの２つの場合に上限圧力比ＲＰＭＭＡＸに基づくスロットル開度ＴＡの制御範囲の制限を行うようにしていたが、それら以外の場合にも同制限を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、式（１）の関係を満たすように値を更新することで、値の変化を緩和する緩変化処理を要求圧力比ＰＢＹＰに施した値を緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭの値として演算していた。要求圧力比ＰＢＹＰに対して値の変化が緩和された値として演算されるのであれば、緩変化要求圧力比ＰＢＹＰＳＭの値をそれ以外の態様で演算するようにしてもよい。

１０…エンジン、１１…燃焼室、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…吸気バルブ、１５…排気バルブ、１６…エアクリーナ、１７…エアフローメータ、１８…スロットルバルブ、１９…スロットルモータ、２０…インジェクタ、２１…点火プラグ、２２…エンジン制御ユニット、２３…クランクシャフト、２４…変速機、２５…車輪、２６…燃料タンク、２７…チャコールキャニスタ、２８…パージ通路、２９…パージバルブ。

Claims (5)

1. エンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度を制御する装置であって、
   アクセルペダル開度及びエンジン回転数から前記スロットルバルブの通過後の吸気圧の要求値である要求スロットル下流圧を演算する要求スロットル下流圧演算処理と、
   前記スロットルバルブの通過前の吸気圧であるスロットル上流圧を取得するスロットル上流圧取得処理と、
   前記スロットル上流圧に対する前記要求スロットル下流圧の比を要求圧力比の値として演算する要求圧力比演算処理と、
   前記エンジンの運転状況に応じて上限圧力比を設定する上限圧力比設定処理と、
   前記スロットル上流圧に対する前記スロットルバルブの通過後の吸気圧の比であるスロットル前後圧力比が、前記要求圧力比と前記上限圧力比との２つの値のうちのより小さい方の値となる開度を前記スロットルバルブの目標開度として演算する目標開度演算処理と、
   を行うエンジン制御装置。
2. 前記上限圧力比設定処理では、燃料タンク内の燃料蒸気を吸気中に放出するベーパパージの実行時に、前記上限圧力比の値として１未満の正の値を設定する
   請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記上限圧力比設定処理では、前記エンジンに連結された変速機の変速が行われているときに、前記上限圧力比の値として１未満の正の値を設定する
   請求項１又は請求項２に記載のエンジン制御装置。
4. 値の変化を緩和する緩変化処理を同要求圧力比に施した値を緩変化要求圧力比の値として演算する緩変化処理を行うとともに、
   前記目標開度演算処理では、前記要求圧力比の値が既定値以下の場合には前記要求圧力比を用いて前記目標開度を演算し、前記要求圧力比の値が前記既定値を超える場合には前記緩変化要求圧力比を用いて前記目標開度を演算する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
5. 前記目標開度演算処理では、前記要求圧力比の値が前記既定値を超える場合には、
   前記スロットル前後圧力比が前記既定値となる前記スロットルバルブの開度と、同スロットルバルブの最大開度との間で前記スロットル前後圧力比に応じて前記開度を線形補間することで前記目標開度を演算する
   請求項４に記載のエンジン制御装置。