JP4760793B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関の出力を調整する調整機構を制御する技術に関する。
従来より、内燃機関においては、吸入される空気量（気筒内に充填される空気量）、点火時期などを調整することにより、出力が調整される。たとえば、スロットルバルブ、スワールコントロールバルブ、点火プラグ、インテークバルブ、エキゾーストバルブ、吸気管の長さを変更するＡＣＩＳ（Acoustic Control Induction System）など（以下、これらの機構を調整機構とも記載する）により、内燃機関の出力が調整される。調整機構は、運転者に操作されるアクセルペダルの開度（以下、アクセル開度とも記載する）に応じて制御される。たとえば、アクセル開度が大きいほどより出力が大きくなるように制御される。
ところで、運転者は内燃機関の出力を増大もしくは減少するためにアクセルペダルを操作する。したがって、アクセル開度を内燃機関の出力（たとえば出力トルク、負荷など）を示すパラメータに置換し、このパラメータに応じて調整機構を制御することにより、運転者の要求に合致した出力を得ることが可能である。
特開平１１−２３６８３７号公報（特許文献１）は、エンジンの運転状態に応じて目標負荷を設定し、この目標負荷に基づいてエンジン出力に関係する制御パラメータの値を決定するエンジンの制御装置を開示する。この制御装置は、アクセル操作量もしくはこれに対応する値を検出するアクセル操作量検出部と、エンジン回転数を検出する回転数検出部と、吸気の密度状態を検出する吸気密度状態検出部と、目標負荷設定部とを備える。目標負荷設定部は、予め設定された、アクセル操作量及びエンジン回転数と仮想体積効率との対応関係からアクセル操作量検出部および回転数検出部の出力に応じて仮想体積効率を求め、仮想体積効率に吸気密度状態に応じた補正を加味することにより、空燃比を所定値に保つ標準運転条件を想定した場合の要求エンジントルクに見合う充填効率である仮想充填効率を演算し、仮想充填効率に対応した値を目標負荷とする。
この公報に記載の制御装置によれば、標準運転条件を想定した場合の要求エンジントルクに見合う仮想充填効率が演算されてそれに対応する値が目標負荷として求められる。特に、予め設定された対応関係からアクセル操作量およびエンジン回転数に応じて仮想体積効率が求められた上で、これに吸気密度状態に応じた補正が加味されて仮想充填効率が求められる。そのため、吸気温度や大気圧の変化等によって吸気密度状態が変化したときにそれに応じて目標負荷が調整される。これに伴い、目標負荷に基づいて決定される制御パラメータの値が吸気密度状態に応じて適正に調整されることとなる。
特開平１１−２３６８３７号公報
ところで、スロットル開度の変動量に対する内燃機関の出力（負荷）の変動量は、スロットル開度が大きくなるにつれて小さくなる。そのため、スロットル開度が大きい領域では、内燃機関の出力の目標値がわずかに変動した場合であっても、スロットル開度が大きく変動し得る。したがって、特開平１１−２３６８３７号公報に記載の制御装置により算出された目標負荷に応じてスロットルバルブを制御した場合、スロットル開度の変動量が大きくなり得る。そのため、スロットルバルブがハンチングし得る。また、スロットル開
度に応じてスワールコントロールバルブなどが作動するように設定されたエンジンにおいては、スワールコントロールバルブなどがハンチングし得る。いずれの場合においても、内燃機関の出力の精度が悪化し得る。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の出力を精度よく制御することができる内燃機関の制御装置を提供することである。
第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の出力を調整する調整機構と、内燃機関の出力の目標値を算出するための算出手段と、内燃機関の出力軸回転数を検出するための手段と、検出された出力軸回転数における内燃機関の最大出力および目標値の比率に応じて、調整機構を制御するための制御手段とを備える。
この構成によると、内燃機関の出力の目標値が算出される。また、出力軸回転数が検出される。検出された出力軸回転数における内燃機関の最大出力および出力の目標値の比率に応じて、内燃機関の出力を調整する調整機構が制御される。最大出力は出力軸回転数に対して一義的に定まる。そのため、最大出力と目標値との比率は、目標値に対して比例する。したがって、目標値の変動量が小さい場合は、最大出力および目標値の比率の変動量が小さい。逆に、目標値の変動量が大きい場合は、最大出力および目標値の比率の変動量が大きい。このような特性を有する比率に応じて調整機構が制御される。これにより、調整機構の作動を安定化することができる。そのため、内燃機関の出力を精度よく制御することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、調整機構は、第１の調整機構および第２の調整機構を含む。算出手段は、内燃機関の出力の第１の目標値を算出するための手段と、第１の目標値を補正した第２の目標値を算出するための手段とを含む。制御手段は、最大出力および第１の目標値の比率に応じて、第１の調整機構を制御するための手段と、最大出力および第２の目標値の比率に応じて、第２の調整機構を制御するための手段とを含む。
この構成によると、第１の調整機構および第２の調整機構が設けられる。内燃機関の出力の第１の目標値および第１の目標値を補正した第２の目標値が算出される。最大出力および第１の目標値の比率に応じて、第１の調整機構が制御される。最大出力および第２の目標値の比率に応じて、第２の調整機構が制御される。これにより、目標値の特性に応じて異なる調整機構を作動することができる。たとえば、緩やかに変化する目標値に応じて開閉するようにスロットルバルブを制御し、速やかに変化する目標値に応じて点火時期を変更するように点火プラグを制御することができる。これにより、内燃機関の実際の出力が目標値に精度よく一致するようにすることができる。
第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、調整機構は、スロットルバルブである。制御手段は、最大出力および目標値の比率に応じて開閉するように、スロットルバルブを制御するための手段を含む。
この構成によると、スロットルバルブの作動を安定化することができる。
第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、調整機構は、スワールコントロールバルブである。制御手段は、最大出力および目標値の比率に応じて開閉するように、スワールコントロールバルブを制御するための手段を含む。
この構成によると、スワールコントロールバルブの作動を安定化することができる。
第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、調整機構
は、点火プラグである。制御手段は、最大出力および目標値の比率に応じて点火時期を変更するように、点火プラグを制御するための手段を含む。
この構成によると、点火プラグの点火時期を安定化することができる。
第６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、調整機構は、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方である。制御手段は、最大出力および目標値の比率に応じて位相を変更するように、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方を制御するための手段を含む。
この構成によると、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方の位相を安定化することができる。
第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、調整機構は、内燃機関の吸気管の長さを変更することにより内燃機関の出力を調整する。制御手段は、最大出力および目標値の比率に応じて吸気管の長さを変更するように、調整機構を制御するための手段を含む。
この構成によると、吸気管の長さを安定化することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、たとえば図１に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０００が、ＲＯＭ（Read Only Memory）４００２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。なお、ＥＣＵ４０００は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。また、ＥＣＵ４０００により実行されるプログラムをＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。
エンジン１０００は、車両に駆動源として搭載される。エンジン１０００は、「Ａ」バンク１０１０と「Ｂ」バンク１０１２とに、それぞれ４つの気筒（シリンダ）からなる気筒群が設けられたＶ型８気筒エンジンである。なお、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンを用いるようにしてもよい。
エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。
空気は、吸気管１０３２を通ってシリンダ１０４０に導入される。空気は、シリンダ１０４０（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０４０には、インジェクタ１０５０から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０５０の噴射孔はシリンダ１０４０内に設けられている。
燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０５０の噴射孔がシリンダ１０４０内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５０に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴
射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。
シリンダ１０４０内の混合気は、点火プラグ１０６０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１０８０押し下げられ、クランクシャフト１０９０が回転する。
シリンダ１０４０の頭頂部には、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０が設けられる。インテークバルブ１１００はインテークカムシャフト１１２０により駆動される。エキゾーストバルブ１１１０はエキゾーストカムシャフト１１３０により駆動される。インテークカムシャフト１１２０とエキゾーストカムシャフト１１３０とは、チェーンやギヤ等により連結され、同じ回転数で回転する。
さらに、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０のうちの少なくともいずれか一方は、クランクシャフト１０９０とチェーンやベルト等により連結される。インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、クランクシャフト１０９０の２分の１の回転数で回転する。
インテークバルブ１１００は、インテークカムシャフト１１２０に設けられたインテーク用ＶＶＴ機構２０００により、位相（開閉タイミング）が制御される。エキゾーストバルブ１１１０は、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられたエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００により、位相（開閉タイミング）が制御される。
本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０がＶＶＴ機構により回転されることにより、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。
インテーク用ＶＶＴ機構２０００およびエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００は、電動モータにより作動する。なお、インテーク用ＶＶＴ機構２０００もしくはエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を油圧により作動するようにしてもよい。また、ＶＶＴ機構には、公知の技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰返さない。さらに、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０のうちのいずれか一方のみの位相を変更するようにしてもよい。
ＥＣＵ４０００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０の回転数およびクランク角を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ４０００には、カムポジションセンサ５０１０からインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表す信号が入力される。
さらに、ＥＣＵ４０００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。
ＥＣＵ４０００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１００の位相、エキゾーストバルブ１１１０の位相などを制御する。
図２を参照して、エンジン１０００についてさらに説明する。エンジン１０００には、
スワールコントロールバルブ１２００およびＡＣＩＳ１３００が設けられる。
スワールコントロールバルブ１２００は、シリンダ１０４０に連結する２つのインテークポートのうちの一方のポートに設けられる。スワールコントロールバルブ１２００が閉じることにより、他方のポートを通過する空気の流速が早くなる。そのため、シリンダ１０４０内の横方向の乱流が強化される。これにより、燃料の霧化が促進される。スワールコントロールバルブ１２００は、モータ１２０２の駆動力により開閉される。
ＡＣＩＳ１３００は、ＡＣＩＳバルブ１３０２を開閉することにより、吸気管１０３２の長さを２段階に切換える。より具体的には、吸気管１０３２の有効な長さを２段階に切換える。ＡＣＩＳバルブ１３０２が閉じた場合、図３において斜線で示すように、吸気管１０３２の有効な長さが長くなる。ＡＣＩＳバルブ１３０２が開いた場合、図４において斜線で示すように、吸気管１０３２の有効な長さが短くなる。
図５を参照して、ＥＣＵ４０００の機能について説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ４０００の機能は、ハードウェアにより実現するようにしてもよく、ソフトウェアにより実現するようにしてもよい。
ＥＣＵ４０００は、第１回転数検出部４０１０と、第１負荷率算出部４０１１と、第２負荷率算出部４０１２と、第３負荷率算出部４０１３と、第１推定部４０１４と、第１加工部４０２１と、第２加工部４０２２と、第３加工部４０２３と、第１比率算出部４０３１と、第２比率算出部４０３２と、第３比率算出部４０３３と、第１制御部４０４１と、第２制御部４０４２と、第３制御部４０４３と、第２回転数検出部４０５０と、第２推定部４０６０と、第４比率算出部４０６２と、第４制御部４０６４と、第５制御部４０６６とを含む。
第１回転数検出部４０１０は、クランク角センサ５０００から送信された信号に基づいて、現在のエンジン回転数ＮＥ（運転状態）を検出する。
第１負荷率算出部４０１１、第２負荷率算出部４０１２および第３負荷率算出部４０１３は、現在のエンジン回転数ＮＥにおいて、運転者および車両に搭載されたシステム（たとえばオートマチックトランスミッション、トラクションコントロールシステム、スタビリティコントロールシステム、補機類など）がエンジン１０００に対して要求する負荷率（シリンダ１０４０内の空気の充填効率）ＫＬを算出する。以下、第１負荷率算出部４０１１、第２負荷率算出部４０１２および第３負荷率算出部４０１３により算出される負荷率ＫＬをそれぞれ、負荷率ＫＬ（１）、負荷率ＫＬ（２）および負荷率ＫＬ（３）とも記載する。
なお、本実施の形態においては、エンジン１０００の出力を表わす値として負荷率ＫＬが用いられる。負荷率ＫＬの代わりに、その他、出力トルクもしくは駆動力などを用いるようにしてもよい。
負荷率ＫＬ（１）は、たとえば、図６に示す特性を有するように、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度などをパラメータに有するマップに従って算出される。負荷率ＫＬ（２）は、たとえば、図７において実線で示すように、負荷率ＫＬが緩やかに変化するという特性を有するように算出される。負荷率ＫＬ（３）は、たとえば、図８において実線で示すように、負荷率ＫＬが速やかに変化するという特性を有するように算出される。
エンジン１０００に最終的に要求される要求負荷率、すなわちエンジン１０００の出力の目標値は、負荷率ＫＬ（１）、負荷率ＫＬ（２）および負荷率ＫＬ（３）を用いて複数
回加工された結果、設定される。
第１推定部４０１４は、現在のエンジン回転数ＮＥ（運転状態）における、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）を推定する。図９に、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）の一例を示す。最大値ＫＬ（ＭＡＸ）は、実験およびシミュレーションなどに基づいて予め求められ、ＲＯＭ４００２に記憶される。
第１加工部４０２１は、負荷率ＫＬ（１）を用いて要求負荷率を加工する。ただし、第１加工部４０２１においては、負荷率ＫＬ（１）がそのまま要求負荷率として設定される。
第２加工部４０２２は、負荷率ＫＬ（２）を用いて要求負荷率を加工する。第２加工部４０２２においては、第１加工部４０２１において加工（設定）された要求負荷率から、負荷率ＫＬ（２）を減算したり加算したりすることにより、要求負荷率を加工する。すなわち、第２加工部４０２２においては、第１加工部４０２１により設定された要求負荷率を補正した要求負荷率が設定される。第２加工部４０２２において要求負荷率が加工された結果、図１０において実線で示すような要求負荷率が得られる。
第３加工部４０２３は、負荷率ＫＬ（３）を用いて要求負荷率を加工する。第３加工部４０２３においては、第２加工部４０２２において加工（設定）された要求負荷率から、負荷率ＫＬ（３）を減算したり加算したりすることにより、要求負荷率を加工する。すなわち、第３加工部４０２３においては、第２加工部４０２２により設定された要求負荷率を補正した要求負荷率が設定される。第３加工部４０２３において要求負荷率が加工された結果、図１１において実線で示すような要求負荷率が得られる。
第１比率算出部４０３１は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第１加工部４０２１において加工された要求負荷率との比率を算出する。以下、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第１加工部４０２１において加工された要求負荷率との比率を比率（１）とも記載する。要求負荷率を最大値ＫＬ（ＭＡＸ）で除算することにより比率（１）が算出される。
第２比率算出部４０３２は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第２加工部４０２２において加工された要求負荷率との比率を算出する。以下、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第２加工部４０２２において加工された要求負荷率との比率を比率（２）とも記載する。要求負荷率を最大値ＫＬ（ＭＡＸ）で除算することにより比率（２）が算出される。
第３比率算出部４０３３は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第３加工部４０２３において加工された要求負荷率との比率を算出する。以下、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第３加工部４０２３において加工された要求負荷率との比率を比率（３）とも記載する。要求負荷率を最大値ＫＬ（ＭＡＸ）で除算することにより比率（３）が算出される。
第１制御部４０４１は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第１加工部４０２１において加工された要求負荷率との比率（１）に応じて開閉するようにスロットルバルブ１０３０を制御する。たとえば、比率（１）が大きいほどよりスロットル開度が大きくなるように制御される。
第２制御部４０４２は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第１加工部４０２１において加工された要求負荷率との比率（１）に応じて開閉するようにスワールコントロールバルブ１２００を制御する。たとえば、比率（１）がしきい値より大きい場合、スワールコントロールバルブ１２００が開くように制御される。比率（１）がしきい値より小さい場合、スワールコントロールバルブ１２００が閉じるように制御される。
第３制御部４０４３は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と第３加工部４０２３において加工された要求負荷率との比率を比率（３）に応じて点火時期を変更するように点火プラグ１０６０を制御する。たとえば、比率（３）がしきい値より小さいと点火時期を遅角するように点火プラグ１０６０が制御される。また、比率（３）が小さいほどより点火時期が遅くなるように点火プラグ１０６０が制御される。
第２回転数検出部４０５０は、第１加工部４０２１において設定された要求負荷率を実現するようにスロットルバルブ１０３０およびスワールコントロールバルブ１２００が制御され、第３加工部４０２３において設定された要求負荷率を実現するように点火プラグ１０６０が制御された後のエンジン回転数ＮＥを、クランク角センサ５０００から送信された信号に基づいて検出する。なお、エンジン回転数ＮＥを推定するようにしてもよい。
第２推定部４０６０は、第１加工部４０２１において設定された要求負荷率を実現するようにスロットルバルブ１０３０およびスワールコントロールバルブ１２００が制御され、第３加工部４０２３において設定された要求負荷率を実現するように点火プラグ１０６０が制御された後のエンジン回転数ＮＥにおける、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）を推定する。
第４比率算出部４０６２は、第２推定部４０６０により得られた最大値ＫＬ（ＭＡＸ）および第３加工部４０２３において設定された要求負荷率の比率を算出する。以下、第４比率算出部４０６２が算出する比率を比率（４）とも記載する。要求負荷率を最大値ＫＬ（ＭＡＸ）で除算することにより比率（４）が算出される。
第４制御部４０６４は、比率（４）に応じて位相を変更するように、インテークバルブ１１００を制御する。より具体的には、比率（４）に応じて位相を変更するように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００が制御される。たとえば、比率（４）をパラメータとしたマップにしたがって、位相が定められる。なお、比率（４）に応じてエキゾーストバルブ１１１０の位相を変更するようにしてもよい。
第５制御部４０６６は、比率（４）に応じて吸気管１０３２の長さを変更するようにＡＣＩＳ１３００を制御する。より具体的には、比率（４）に応じて開閉するようにＡＣＩＳバルブ１３０２が制御される。たとえば、比率（４）がしきい値より大きい場合、ＡＣＩＳバルブ１３０２が閉じるように制御される。比率（４）がしきい値より小さい場合、ＡＣＩＳバルブ１３０２が開くように制御される。
図１２および図１３を参照して、ＥＣＵ４０００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で繰り返し実行される。
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ４０００は、クランク角センサ５０００から送信された信号に基づいて現在のエンジン回転数ＮＥ（運転状態）を検出する。
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ４０００は、運転者および車両に搭載されたシステムがエンジン１０００に対して要求する負荷率ＫＬ（１）、負荷率ＫＬ（２）および負荷率ＫＬ（３）を算出する。
Ｓ１０４にて、ＥＣＵ４０００は、現在のエンジン回転数ＮＥにおける、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）を推定する。
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ４０００は、負荷率ＫＬ（１）を用いて要求負荷率を加工する。Ｓ１１２にて、ＥＣＵ４０００は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（１）を用いて
加工された要求負荷率との比率（１）を算出する。
Ｓ１１４にて、ＥＣＵ４０００は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（１）を用いて加工された要求負荷率との比率（１）に応じて開閉するようにスロットルバルブ１０３０を制御する。
Ｓ１１６にて、ＥＣＵ４０００は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（１）を用いて加工された要求負荷率との比率（１）に応じて開閉するようにスワールコントロールバルブ１２００を制御する。
Ｓ１２０にて、ＥＣＵ４０００は、負荷率ＫＬ（２）を用いて要求負荷率を加工する。Ｓ１２２にて、ＥＣＵ４０００は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（２）を用いて加工された要求負荷率との比率（２）を算出する。
Ｓ１３０にて、ＥＣＵ４０００は、負荷率ＫＬ（３）を用いて要求負荷率を加工する。Ｓ１３２にて、ＥＣＵ４０００は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（３）を用いて加工された要求負荷率との比率（３）を算出する。
Ｓ１３４にて、ＥＣＵ４０００は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（３）を用いて加工された要求負荷率との比率（３）に応じて点火時期を変更するように点火プラグ１０６０を制御する。
Ｓ１４０にて、ＥＣＵ４０００は、第１加工部４０２１において設定された要求負荷率を実現するようにスロットルバルブ１０３０およびスワールコントロールバルブ１２００が制御され、第３加工部４０２３において設定された要求負荷率を実現するように点火プラグ１０６０が制御された後のエンジン回転数ＮＥを、クランク角センサ５０００から送信された信号に基づいて検出する。
Ｓ１４２にて、ＥＣＵ４０００は、第１加工部４０２１において設定された要求負荷率を実現するようにスロットルバルブ１０３０およびスワールコントロールバルブ１２００が制御され、第３加工部４０２３において設定された要求負荷率を実現するように点火プラグ１０６０が制御された後のエンジン回転数ＮＥにおける、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）を推定する。
Ｓ１４４にて、ＥＣＵ４０００は、Ｓ１４２にて推定された最大値ＫＬ（ＭＡＸ）および第３加工部４０２３において設定された要求負荷率の比率（４）を算出する。Ｓ１４６にて、ＥＣＵ４０００は、比率（４）に応じて位相を変更するように、インテークバルブ１１００を制御する。Ｓ１４８にて、ＥＣＵ４０００は、比率（４）に応じて吸気管１０３２の長さを変更するようにＡＣＩＳ１３００を制御する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ４０００の動作について説明する。
エンジン１０００の運転中、現在のエンジン回転数ＮＥが検出される（Ｓ１００）。運転者および車両に搭載されたシステムがエンジン１０００に対して要求する負荷率ＫＬ（１）、負荷率ＫＬ（２）および負荷率ＫＬ（３）が算出される（Ｓ１０２）。さらに、現在のエンジン回転数ＮＥにおける、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）が推定される（Ｓ１０４）。
算出された負荷率ＫＬ（１）を用いて、要求負荷率が加工される（Ｓ１１０）。最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（１）を用いて加工された要求負荷率との比率（１）が算出される（Ｓ１１２）。
前述の図６に示すように、負荷率ＫＬ（１）が変動する頻度は少ない。したがって、負荷率ＫＬ（１）は、エンジン１０００が定常的に実現すべき負荷率ＫＬであるといえる。このような負荷率ＫＬ（１）は、スロットルバルブ１０３０およびスワールコントロールバルブ１２００を制御することにより実現することが好ましい。
そこで、比率（１）に応じて開閉するようにスロットルバルブ１０３０が制御される（Ｓ１１４）。また、比率（１）に応じて開閉するようにスワールコントロールバルブ１２００が制御される（Ｓ１１６）。
要求負荷率は、負荷率ＫＬ（２）を用いてさらに加工される（Ｓ１２０）。最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（２）を用いて加工された要求負荷率との比率（２）が算出される（Ｓ１２２）。
その後、要求負荷率は、負荷率ＫＬ（３）を用いてさらに加工される（Ｓ１３０）。最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と、負荷率ＫＬ（３）を用いて加工された要求負荷率との比率（３）が算出される（Ｓ１３２）。
前述の図８に示すように、負荷率ＫＬ（３）は速やかに変動する。したがって、負荷率ＫＬ（３）は、エンジン１０００が一時的に実現すべき負荷率ＫＬであるといえる。このような負荷率ＫＬ（３）は、点火時期を変更することにより実現することが好ましい。そこで、比率（３）に応じて点火時期を変更するように点火プラグ１０６０が制御される（Ｓ１３４）。
加工の途中で得られた要求負荷率を用いてエンジン１０００の出力を調整するスロットルバルブ１０３０などの調整機構を制御することにより、要求された負荷率ＫＬの特性に対して適切な調整機構を作動することができる。そのため、要求された負荷率ＫＬを精度よく実現することができる。
さらに、要求負荷率を実現するようにスロットルバルブ１０３０、スワールコントロールバルブ１２００および点火プラグ１０６０が制御された後のエンジン回転数ＮＥが検出される（Ｓ１４０）。また、要求負荷率を実現するようにスロットルバルブ１０３０、スワールコントロールバルブ１２００および点火プラグ１０６０が制御された後のエンジン回転数ＮＥにおける、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）が推定される（Ｓ１４２）。
推定された最大値ＫＬ（ＭＡＸ）および第３加工部４０２３において設定された要求負荷率の比率（４）が算出される（Ｓ１４４）。比率（４）に応じて位相を変更するように、インテークバルブ１１００が制御される（Ｓ１４６）。比率（４）に応じて吸気管１０３２の長さを変更するようにＡＣＩＳ１３００が制御される（Ｓ１４８）。
負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）は、エンジン回転数ＮＥに対して一義的に定まる。そのため、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と要求負荷率との比率は、図１４に示すように、要求負荷率に対して比例する。したがって、要求負荷率の変動量が小さい場合は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と要求負荷率との比率の変動量が小さい。逆に、要求負荷率の変動量が大きい場合は、最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と要求負荷率との比率の変動量が大きい。このような特性を有する比率に応じて、エンジン１０００の出力を調整するスロットルバルブ１０３０などが制御される。これにより、スロットルバルブ１０３０などの作動を安定化することができる。そのため、内燃機関の出力を精度よく制御することができる。
以上のように、本実施の形態に係る制御装置によれば、エンジンの負荷率の最大値ＫＬ
（ＭＡＸ）と、エンジンに要求される要求負荷率との比率に応じて、エンジンの出力を調整するスロットルバルブなどが制御される。これにより、スロットルバルブなどの作動を安定化することができる。そのため、内燃機関の出力を精度よく制御することができる。
なお、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と要求負荷率との比率を算出する際には、加給器、フューエルカット、気筒休止、点火時期などによる負荷（トルク）の減少分を考慮するようにしてもよい。
また、前述の図８に示すように、負荷率ＫＬが増大したり減少したりする場合には、増大する負荷率ＫＬもしくは減少する負荷率ＫＬのうちのいずれか一方のみを用いて、負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）と要求負荷率との比率を算出するようにしてもよい。
さらに、要求負荷率を加工するたびに算出される複数の比率のうちのいずれか一つの比率を用いてエンジン１０００の出力を調整する調整機構をオンにするか否かを判定し、他の比率を用いてオフにするか否かを判定するようにしてもよい。たとえば、複数の比率のうちのいずれか一つの比率を用いてスワールコントロールバルブ１２００を閉じるか否かを判定し、他の比率を用いて開くか否かを判定するようにしてもよい。
さらに、算出される複数の比率を互いに加算した値もしくは減算した値に応じてエンジン１０００の出力を調整する調整機構を制御するようにしてもよい。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
エンジンを示す概略構成図である。 スワールコントロールバルブおよびＡＣＩＳを示す図である。 ＡＣＩＳバルブが閉じた状態を示す図である。 ＡＣＩＳバルブが開いた状態を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 負荷率ＫＬを示す図（その１）である。 負荷率ＫＬを示す図（その２）である。 負荷率ＫＬを示す図（その３）である。 負荷率ＫＬの最大値ＫＬ（ＭＡＸ）を示す図である。 加工後の要求負荷率を示す図（その１）である。 加工後の要求負荷率を示す図（その２）である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート（その１）である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート（その２）である。 要求負荷率と比率との関係を示す図である。
符号の説明
１０００ エンジン、１０２０ エアクリーナ、１０３０ スロットルバルブ、１０３２ 吸気管、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、１０９０ クランクシャフト、１１００ インテークバルブ、１１１０ エキゾーストバルブ、１１２０ インテークカムシャフト、１１３０ エキゾーストカムシャフト、１２００ スワールコントロールバルブ、１２０２ モータ、１３００
ＡＣＩＳ、１３０２ ＡＣＩＳバルブ、２０００ インテーク用ＶＶＴ機構、３０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００ ＥＣＵ、４０１０ 第１回転数検出部、４０１１
第１負荷率算出部、４０１２ 第２負荷率算出部、４０１３ 第３負荷率算出部、４０１４ 第１推定部、４０２１ 第１加工部、４０２２ 第２加工部、４０２３ 第３加工部、４０３１ 第１比率算出部、４０３２ 第２比率算出部、４０３３ 第３比率算出部、４０４１ 第１制御部、４０４２ 第２制御部、４０４３ 第３制御部、４０５０ 第２回転数検出部、４０６０ 第２推定部、４０６２ 第４比率算出部、４０６４ 第４制御部、４０６６ 第５制御部、５０００ クランク角センサ、５０１０ カムポジションセンサ、５０２０ 水温センサ、５０３０ エアフローメータ。

Claims (6)

  1. 内燃機関の出力を調整するスロットルバルブおよび点火プラグと、
    前記内燃機関の出力の第１の目標値を算出するための手段と、前記第１の目標値に比べて速やかに変動する第２の目標値を、前記第１の目標値を補正することにより算出するための手段とを含む算出手段と、
    前記内燃機関の出力軸回転数を検出するための手段と、
    前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が大きいほどスロットル開度が大きくなるように、前記スロットルバルブを制御するための手段と、前記最大出力および前記第２の目標値の比率がしきい値より小さいと点火時期を遅角するように、前記点火プラグを制御するための手段とを含む制御手段とを備える、内燃機関の制御装置。
  2. 内燃機関の出力を調整するスロットルバルブおよび前記内燃機関の吸気管の長さを変更することにより前記内燃機関の出力を調整する調整機構と、
    前記内燃機関の出力の第１の目標値を算出するための手段と、前記第１の目標値に比べて速やかに変動する第２の目標値を、前記第１の目標値を補正することにより算出するための手段とを含む算出手段と、
    前記内燃機関の出力軸回転数を検出するための手段と、
    前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が大きいほどスロットル開度が大きくなるように、前記スロットルバルブを制御するための手段と、前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が大きいほどスロットル開度が大きくなるように、前記スロットルバルブが制御された後の前記内燃機関の出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第２の目標値の比率がしきい値より大きいと前記吸気管の長さが長くなるように、前記調整機構を制御するための手段とを含む制御手段とを備える、内燃機関の制御装置。
  3. 内燃機関の出力を調整するスロットルバルブおよび、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方と、
    前記内燃機関の出力の第１の目標値を算出するための手段と、前記第１の目標値に比べて速やかに変動する第２の目標値を、前記第１の目標値を補正することにより算出するための手段とを含む算出手段と、
    前記内燃機関の出力軸回転数を検出するための手段と、
    前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が大きいほどスロットル開度が大きくなるように、前記スロットルバルブを制御するための手段と、前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が大きいほどスロットル開度が大きくなるように、前記スロットルバルブが制御された後の前記内燃機関の出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第２の目標値の比率にしたがって位相を定めるように、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうちの少なくともいずれか一方を制御するための手段とを含む制御手段とを備える、内燃機関の制御装置。
  4. 内燃機関の出力を調整するスワールコントロールバルブおよび点火プラグと、
    前記内燃機関の出力の第１の目標値を算出するための手段と、前記第１の目標値に比べて速やかに変動する第２の目標値を、前記第１の目標値を補正することにより算出するための手段とを含む算出手段と、
    前記内燃機関の出力軸回転数を検出するための手段と、
    前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が第１のしきい値よりも大きいと開き、小さいと閉じるように、前記スワールコントロールバルブを制御するための手段と、前記最大出力および前記第２の目標値の比率が第２のしきい値より小さいと点火時期を遅角するように、前記点火プラグを制御するための手段とを含む制御手段とを備える、内燃機関の制御装置。
  5. 内燃機関の出力を調整するスワールコントロールバルブおよび前記内燃機関の吸気管の長さを変更することにより前記内燃機関の出力を調整する調整機構と、
    前記内燃機関の出力の第１の目標値を算出するための手段と、前記第１の目標値に比べて速やかに変動する第２の目標値を、前記第１の目標値を補正することにより算出するための手段とを含む算出手段と、
    前記内燃機関の出力軸回転数を検出するための手段と、
    前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が第１のしきい値より大きいと開き、小さいと閉じるように、前記スワールコントロールバルブを制御するための手段と、前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が前記第１のしきい値より大きいと開き、小さいと閉じるように、前記スワールコントロールバルブが制御された後の前記内燃機関の出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第２の目標値の比率が第２のしきい値より大きいと前記吸気管の長さが長くなるように、前記調整機構を制御するための手段とを含む制御手段とを備える、内燃機関の制御装置。
  6. 内燃機関の出力を調整するスワールコントロールバルブおよび、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方と、
    前記内燃機関の出力の第１の目標値を算出するための手段と、前記第１の目標値に比べて速やかに変動する第２の目標値を、前記第１の目標値を補正することにより算出するための手段とを含む算出手段と、
    前記内燃機関の出力軸回転数を検出するための手段と、
    前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が第１のしきい値より大きいと開き、小さいと閉じるように、前記スワールコントロールバルブを制御するための手段と、前記検出された出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第１の目標値の比率が前記第１のしきい値より大きいと開き、小さいと閉じるように、前記スワールコントロールバルブが制御された後の前記内燃機関の出力軸回転数における前記内燃機関の最大出力および前記第２の目標値の比率にしたがって位相を定めるように、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうちの少なくともいずれか一方を制御するための手段とを含む制御手段とを備える、内燃機関の制御装置。
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