JP4725555B2

JP4725555B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4725555B2
Application number: JP2007154006A
Authority: JP
Inventors: 宏太佐多; 広一上田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: JP2008303853A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

エンジン始動後は、エンジン回転数を目標アイドル回転数に安定させることが要請される。そのため、点火時期を調節することによってエンジン回転数をフィードバック制御する回転数フィードバック制御を行う技術が従来より知られている。

特開２００４−１０８１７２号公報には、始動時にエンジン回転数が所定回転数より高く、且つ目標アイドル回転数より低く、且つ、エンジン回転数上昇率が所定値以上であるならば、点火時期による回転数フィードバック制御の微分項のみを実施する内燃機関の制御装置が開示されている。また、この装置は、エンジン回転数が目標アイドル回転数より高く、且つ始動後所定時間内ならば、点火時期による回転数フィードバック制御の微分項および比例項を実施する。

特開２００４−１０８１７２号公報特開２００４−１０８２４６号公報

エンジン始動後は、点火時期による回転数フィードバック制御をできる限り早期に導入したいところであるが、始動直後はエンジンの温度、吸入空気の温度、燃料の霧化などにバラツキが大きく、フィードバック制御に不適切な状態であるため、それらのバラツキがある程度解消された時点からでないと、点火時期による回転数フィードバック制御を導入することができない。

ある時点から点火時期による回転数フィードバック制御が急に開始されると、比例項や微分項の影響によって点火時期が不連続に変化する。その結果、トルク段差が発生したり、エンジン回転数の上昇カーブに変曲点が生じたりするので、エンジン音やエンジン振動に乗員が違和感を感じ易い。

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、エンジン始動後、点火時期による回転数フィードバック制御の開始時に、トルク段差が発生したり、エンジン回転数の上昇カーブに変曲点が生じたりすることを確実に抑制することの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、内燃機関の制御装置であって、
エンジン始動後、所定条件が成立した時点から、点火時期によるエンジン回転数のフィードバック制御を実行するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御の開始後、フィードバック補正量を制限する制限手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制限手段は、前記フィードバック制御の開始時に点火時期が急変しないように前記フィードバック補正量を制限することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制限手段は、前記フィードバック補正量の制限範囲を前記フィードバック制御の開始時からの点火回数または経過時間に伴って大きくしていくことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記フィードバック制御手段は、比例制御および／または微分制御を行い、
前記制限手段は、前記比例制御による比例項および／または前記微分制御による微分項を制限することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記制限手段は、前記フィードバック制御開始時における目標エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差が大きい場合ほど、前記フィードバック補正量の制限範囲を小さくすることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記制限手段は、前記フィードバック制御開始時における目標エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差が大きい場合ほど、前記フィードバック補正量の制限範囲を大きくすることを特徴とする。

第１の発明によれば、エンジン始動時に、点火時期によるエンジン回転数フィードバック制御の開始後、フィードバック補正量を制限することができる。これにより、回転数フィードバック制御開始時に点火時期が不連続になることを防止することができ、エンジントルクの急変を回避することができる。よって、エンジン回転数の上昇カーブに変曲点が生ずることを十分に抑制することができる。このため、変曲点においてエンジン音が急変したり、エンジン振動が発生したりすることがなく、乗員が違和感を感ずることを確実に防止することができる。

第２の発明によれば、回転数フィードバック制御の開始時に点火時期が急変しないように、フィードバック補正量を制限することができる。このため、点火時期の急変によるエンジントルクの急変を回避することができるので、エンジン回転数の上昇カーブに変曲点が生ずることをより確実に抑制することができる。

第３の発明によれば、フィードバック補正量の制限範囲をフィードバック制御の開始時からの点火回数または経過時間に伴って大きくしていくことができる。これにより、エンジン回転数の上昇カーブに変曲点が生ずることを確実に抑制しつつ、エンジン回転数を早期に目標アイドル回転数に安定させることができる。

第４の発明によれば、回転数フィードバック制御の比例項あるいは微分項を制限することができる。回転数フィードバック制御開始時には、通常、比例項や微分項が大きくなり易いが、この比例項や微分項を制限することにより、点火時期が不連続になることをより確実に防止することができる。

第５の発明によれば、回転数フィードバック制御開始時における目標エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差が大きい場合ほど、フィードバック補正量の制限範囲を小さくすることができる。一般に、上記偏差が大きいと、エンジン回転数の上昇カーブに変曲点が発生し易い。しかしながら、第５の発明によれば、上記偏差が大きいときほど回転数フィードバック制御の作用を弱くすることができるので、変曲点の発生を確実に抑制することができる。

第６の発明によれば、回転数フィードバック制御開始時における目標エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差が大きい場合ほど、フィードバック補正量の制限範囲を大きくすることができる。上記偏差が大きいと、つまり回転数フィードバック制御開始時におけるエンジン回転数が低いと、エンジンストールのおそれが考えられる。しかしながら、第６の発明によれば、上記偏差が大きいときほど回転数フィードバック制御の作用を強くすることができるので、エンジンストールをより確実に防止することができる。

実施の形態１．
[システム構成の説明]
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、車両に搭載された内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒内には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットルバルブ２０の開度（以下、「スロットル開度」と称する）を検出するスロットルポジションセンサ２２が設けられている。また、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒２６が配置されている。

内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ２８と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ３０と、吸気弁３２と、排気弁３６とが更に設けられている。なお、本発明は、図示のようなポート噴射式機関に限らず、筒内直接噴射式機関や、ポート噴射と筒内直接噴射とを併用する機関にも適用可能である。

内燃機関１０のクランク軸２４の近傍には、クランク軸２４の回転角度（クランク角）を検出するためのクランク角センサ４２が設けられている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ４４が設置されている。

本システムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述したスロットルポジションセンサ２２、クランク角センサ４２、アクセルポジションセンサ４４等の各種センサや、上述したスロットルバルブ２０、燃料インジェクタ２８、点火プラグ３０等の各種アクチュエータがそれぞれ電気的に接続されている。

［実施の形態１の特徴］
内燃機関１０の始動後、ＥＣＵ５０は、点火時期を調節することによってエンジン回転数NEをフィードバック制御する。この制御を以下「回転数フィードバック制御」と称する。点火時期を進角すると、エンジントルクが増大するので、エンジン回転数NEが上昇する。逆に、点火時期を遅角すると、エンジントルクが減少するので、エンジン回転数NEが低下する。本実施形態の回転数フィードバック制御は、比例制御と積分制御とを組み合わせて実行される。すなわち、回転数フィードバック制御の実行時、ＥＣＵ５０は、目標アイドル回転数とエンジン回転数NEとの偏差に基づく比例項と、同偏差の積分値に基づく積分項とからフィードバック補正量を算出し、そのフィードバック補正量に応じて点火時期を補正する。

エンジン始動後は、エンジン回転数NEを迅速に目標アイドル回転数にするべく、回転数フィードバック制御をできる限り早期に導入したいところである。しかしながら、始動直後はエンジンの温度、吸入空気の温度、燃料の霧化などにバラツキが大きく、フィードバック制御に不適切な状態である。このため、そのようなバラツキがある程度解消されたと推定できるような所定条件の成立時点（例えば、始動時から所定時間が経過した時点、あるいは冷却水温が所定温度に達した時点、など）から、回転数フィードバック制御が開始される。

回転数フィードバック制御が開始されると、点火時期に対するフィードバック補正量がその時点から急に導入されるので、点火時期が不連続に変化する。その結果、トルク段差が発生したり、エンジン回転数の上昇カーブに変曲点が生じたりするので、エンジン音が変わったりエンジン振動が生じたりして、乗員が違和感を感じ易い。このことを防止するため、本実施形態では、回転数フィードバック制御の開始後、点火時期に対するフィードバック補正量に制限を加えることとした。

以下、本発明の作用効果を理解し易くするため、まず、回転数フィードバック制御開始後にフィードバック補正量に制限を加えない場合を比較例とし、この比較例の場合のフィードバック補正量およびエンジン回転数NEについて説明する。

（比較例）
図４は、比較例の場合における回転数フィードバック制御の比例項、積分項、フィードバック補正量、およびエンジン回転数NEを示すタイミングチャートである。図４では、時刻t₁において回転数フィードバック制御が開始されたことを示している。比例項は、目標アイドル回転数とエンジン回転数NEとの偏差に基づいて算出されるので、図４（ａ）に示すように、時刻t₁において一気に立ち上がり、その後、減少していく。一方、積分項は、目標アイドル回転数とエンジン回転数NEとの偏差の積分値に基づいて算出されるので、図４（ｂ）に示すように、時刻t₁から徐々に増大し、一定の値に収束する。

フィードバック補正量は、比例項と積分項との足し合わせに基づいて算出されるので、図４（ｃ）のように、時刻t₁においてステップ状に立ち上がる。このようなフィードバック補正量に基づいて点火時期が補正されるので、点火時期は時刻t₁においてステップ状に変化する。つまり、点火時期は時刻t₁において不連続に変化する。このため、エンジントルクが時刻t₁において急変（急増）するので、図４（ｄ）に示すように、時刻t₁付近で、エンジン回転数NEの上昇カーブに変曲点が生ずる。この変曲点において、エンジン音が急変したり、エンジン振動が発生したりするので、乗員は違和感を感じ易い。

（本実施形態）
次に、本実施形態の場合、つまり回転数フィードバック制御の開始後にフィードバック補正量に制限を加えた場合について説明する。図２は、本実施形態の場合における回転数フィードバック制御の比例項、積分項、フィードバック補正量、およびエンジン回転数NEを示すタイミングチャートである。

図２（ａ）中の破線は、比例項上限ガード値を示している。本実施形態では、比例項がこの比例項上限ガード値以下となるように、比例項を制限する。比例項上限ガード値は、回転数フィードバック制御の開始時刻t₁からの点火回数（あるいは経過時間）に伴って、徐々に大きくなるように設定される。図２（ａ）中の二点差線は、比例項上限ガード値によって制限される前の比例項である。このガード前の比例項を比例項上限ガード値によって制限することにより、本実施形態の比例項は、図２（ａ）中の太い実線で示すように算出される。

その結果、フィードバック補正量は、図２（ｃ）に示すように、時刻t₁から徐々に立ち上がるような形に制限される。本実施形態では、図２（ｃ）に示すようなフィードバック補正量に基づいて点火時期が補正されるので、点火時期が時刻t₁において不連続に変化することはなく、連続的に変化する。このため、エンジントルクも時刻t₁において急変することがないので、図２（ｄ）に示すように、エンジン回転数NEの上昇カーブに変曲点が生ずることを十分に抑制することができる。よって、変曲点においてエンジン音が急変したり、エンジン振動が発生したりすることがなく、乗員が違和感を感ずることを確実に防止することができる。

図２（ａ）に示すように、比例項ガード値PGは、回転数フィードバック制御開始時刻t₁からの点火回数（あるいは経過時間）に応じて算出されるが、その傾きを大きくするとフィードバック補正量の制限範囲が大きくなり、傾きを小さくすると制限範囲が小さくなる。この比例項ガード値PGの傾きは一定であってもよいが、回転数フィードバック制御開始時刻t₁における目標アイドル回転数とエンジン回転数NEとの偏差（以下「初期回転偏差dNE0」と称する）などに応じて、比例項ガード値PGの傾きを変化させてもよい。

例えば、初期回転偏差dNE0が大きいほど比例項ガード値PGの傾きを小さくする場合には、初期回転偏差dNE0が大きいときほどフィードバック補正量に対する制限範囲が小さくなるので回転数フィードバック制御の作用を弱くすることができる。一般に、初期回転偏差dNE0が大きいと、変曲点が発生し易い。しかしながら、この場合には、初期回転偏差dNE0が大きいときほど回転数フィードバック制御の作用を弱くすることができるので、変曲点の発生を確実に抑制することができる。

逆に、初期回転偏差dNE0が大きいほど比例項ガード値PGの傾きを大きくする場合には、初期回転偏差dNE0が大きいときほどフィードバック補正量に対する制限範囲が大きくなるので回転数フィードバック制御の作用を強くすることができる。初期回転偏差dNE0が大きいと、つまり時刻t₁におけるエンジン回転数NEが低いと、エンジンストールのおそれが考えられる。しかしながら、この場合には、初期回転偏差dNE0が大きいときほど回転数フィードバック制御の作用を強くすることができるので、エンジンストールをより確実に防止することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の作動サイクル毎に実行されるものとする。図３に示すルーチンによれば、まず、点火時期による回転数フィードバック制御が実行されているか否かが判別される（ステップ１００）。

上記ステップ１００で、回転数フィードバック制御が実行されていないと判別された場合には、カウンタSAPCがリセットされる（ステップ１０２）。つまり、SAPC＝０とされる。このカウンタSAPCは、回転数フィードバック制御開始時からの点火回数を表すカウンタである。

上記ステップ１００で、回転数フィードバック制御が実行されていると判別された場合には、カウンタSAPC＝０であるか否かが判別される（ステップ１０４）。回転数フィードバック制御の開始時点ではSAPC＝０であるので、上記ステップ１０４の判断が肯定され、次に、初期回転偏差dNE0が取得される（ステップ１０６）。すなわち、この時点での目標アイドル回転数とエンジン回転数NEとの偏差deltaNEが初期回転偏差dNE0として記憶される。続いて、カウンタSAPCがインクリメントされる（ステップ１０８）。一方、上記ステップ１０４でSAPC＝０でなかった場合には、ステップ１０６を飛ばしてそのままカウンタSAPCがインクリメントされる（ステップ１０８）。

続いて、比例項ガード値PGが、カウンタSAPCと初期回転偏差dNE0とに基づいて算出される（ステップ１１０）。比例項ガード値PGは、初期回転偏差dNE0が正である場合には正の値となり、負である場合には負の値となる。また、図２（ａ）に示すように、比例項ガード値PGの絶対値は、カウンタSAPCが大きくなるほど大きい値として算出される。その際の比例項ガード値PGの傾きは、前述したように、初期回転偏差dNE0に応じて変化させてもよい。

次いで、初期回転偏差dNE0の正負が判別される（ステップ１１２）。初期回転偏差dNE0が負である場合には、比例項SAPも負となる。そこで、この場合には、比例項SAPが比例項ガード値PGを下回っているか否かが判別される（ステップ１１４）。その結果、比例項SAPが比例項ガード値PGを下回っている場合には、比例項SAPを制限するためのガード処理が実行される（ステップ１１６）。すなわち、SAP＝PGとして、比例項SAPが比例項ガード値PGで置換される。

一方、初期回転偏差dNE0が正である場合には、比例項SAPも正となる。そこで、この場合には、比例項SAPが比例項ガード値PGを上回っているか否かが判別される（ステップ１１８）。その結果、比例項SAPが比例項ガード値PGを上回っている場合には、比例項SAPを制限するためのガード処理が実行される（ステップ１１６）。すなわち、SAP＝PGとして、比例項SAPが比例項ガード値PGで置換される。

ところで、上述した実施の形態１では、回転数フィードバック制御における比例項を制限する場合について説明したが、本発明では、回転数フィードバック制御として微分制御が行われる場合には、その微分項を制限するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０〜１１８の処理を実行することにより前記第１の発明における「制限手段」が、初期回転偏差dNE0が大きいほど比例項ガード値PGの傾きを小さくすることにより前記第５の発明における「制限手段」が、初期回転偏差dNE0が大きいほど比例項ガード値PGの傾きを大きくすることにより前記第６の発明における「制限手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１における回転数フィードバック制御の比例項、積分項、フィードバック補正量、およびエンジン回転数を示すタイミングチャートである。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。比較例の場合における回転数フィードバック制御の比例項、積分項、フィードバック補正量、およびエンジン回転数を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０内燃機関
１２ピストン
１６吸気通路
１８排気通路
２０スロットルバルブ
２６触媒
３２吸気弁
３６排気弁
５０ＥＣＵ

Claims

エンジン始動後、所定条件が成立した時点から、点火時期によるエンジン回転数のフィードバック制御を実行するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御の開始後、フィードバック補正量を所定の制限範囲内に制限する制限手段と、
を備え、
前記制限手段は、前記フィードバック制御開始時における目標エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差が大きい場合ほど、前記フィードバック補正量の制限範囲を小さくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
エンジン始動後、所定条件が成立した時点から、点火時期によるエンジン回転数のフィードバック制御を実行するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御の開始後、フィードバック補正量を所定の制限範囲内に制限する制限手段と、
を備え、
前記制限手段は、前記フィードバック制御開始時における目標エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差が大きい場合ほど、前記フィードバック補正量の制限範囲を大きくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記制限手段は、前記フィードバック制御の開始時に点火時期が急変しないように前記フィードバック補正量を制限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。
前記制限手段は、前記フィードバック補正量の制限範囲を前記フィードバック制御の開始時からの点火回数または経過時間に伴って大きくしていく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。
前記フィードバック制御手段は、比例制御および／または微分制御を行い、
前記制限手段は、前記比例制御による比例項および／または前記微分制御による微分項を制限することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。