JP4911145B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、内燃機関のトルクを吸気量調整弁の弁開度と点火時期とによって制御することができる制御装置に関する。

内燃機関が出力するトルクは筒内に吸入される空気量によって制御することができる。この吸入空気量を調整するため、内燃機関の吸気管にはスロットル弁が配備されている。吸入空気量はスロットル弁を開くほど大きくなるが、ある程度まで弁開度が大きくなるとそれ以上スロットル弁を開いても吸入空気量は変化しなくなる。このときの弁開度が吸入空気量を最大にする最大開度であり、スロットル弁の弁開度はこの最大開度から内燃機関の運転を維持できる最小開度までの範囲内で制御されている。

しかし、吸入空気量が最大となるスロットル弁の最大開度はスロットル弁の個体差によってばらつきがあり、また、経時的な変化もある。このような不都合への対応としては、例えば、吸入空気量を最大にする必要があるときにはスロットル弁の弁開度を全開にしてしまうことが考えられる。例えば、特開２００７−２５５２０４号公報には、全負荷運転が要求されたときにはスロットル弁の弁開度を全開に制御する技術が開示されている。スロットル弁を全開に開くことで吸入空気量は確実に最大になり、スロットル弁の個体差や経時変化によらず最大トルクの出力が保障される。
特開２００７−２５５２０４号公報

ここで、スロットル弁の弁開度を目標トルクや目標吸入空気量に応じて最大開度から最小開度までの範囲内で変化させる制御をスロットル弁の通常制御と呼び、スロットル弁の弁開度を全開に固定する制御をスロットル弁の全開制御と呼ぶ。通常制御から全開制御への切替えは前記の最大開度を経て切替えられるが、最大開度で実現される吸入空気量が最大吸入空気量に近くなっていれば、通常制御から全開制御への切替えに伴う吸入空気量の急変は生じない。

しかしながら、前述のようにスロットル弁には個体差や経時変化があるため、必ずしも最大開度で実現される吸入空気量が最大吸入空気量になっているとは限らない。通常制御から全開制御への切替えの際に吸入空気量が急変したときには、内燃機関が出力するトルクにも急変が生じることになる。このようなトルク段差の発生はドライバビリティを悪化させてしまう。

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、通常制御から全開制御への切り替えの際の吸入空気量の急変によって生じるトルク段差を抑制できるようにした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、吸入空気量を調整する吸気量調整弁の弁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、
前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
前記吸気量調整弁の弁開度を全開にするか否か判定する手段であって、前記目標トルクが所定の全開基準トルク以上であることを全開条件とする全開判定手段と、
前記全開条件が成立しているときには前記吸気量調整弁の弁開度を全開にし、前記全開条件が成立していないときには前記目標トルクの大きさに応じて前記吸気量調整弁の弁開度を変化させる弁開度制御手段と、
前記吸気量調整弁の現在の弁開度で実現される吸入空気量に基づいて前記内燃機関の推定トルクを算出する推定トルク算出手段と、
前記推定トルクが前記目標トルクを超えるときにはそのトルク差を補償するように点火時期を遅角する点火時期制御手段とを備え、
前記弁開度制御手段は、前記全開条件が成立しているときに点火時期の遅角が発生した場合には、前記吸気量調整弁の弁開度を全開開度から徐々に閉じ方向へ変化させることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記弁開度制御手段は、前記全開条件の成立下での点火時期の遅角が所定時間継続した場合に、前記吸気量調整弁の弁開度を全開開度から徐々に閉じ方向へ変化させることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記目標トルクは前記内燃機関が出力可能な最大トルクを基準として設定されるものであり、また、前記全開基準トルクは前記最大トルクに基づいて設定されるものであって、
前記全開条件が成立しているときに点火時期の遅角が発生した場合には、前記推定トルクと前記最大トルクとの差分に基づいて前記最大トルクの補正値を学習する学習手段をさらに備えることを特徴としている。

また、第４の発明は、上記の目的を達成するため、吸入空気量を調整する吸気量調整弁の弁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、
前記内燃機関が出力可能な最大トルクを基準として前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
前記吸気量調整弁の弁開度を全開にするか否か判定する手段であって、前記目標トルクが前記最大トルクに基づいて設定された全開基準トルク以上であることを全開条件とする全開判定手段と、
前記全開条件が成立しているときには前記吸気量調整弁の弁開度を全開にし、前記全開条件が成立していないときには前記目標トルクの大きさに応じて前記吸気量調整弁の弁開度を変化させる弁開度制御手段と、
前記吸気量調整弁の現在の弁開度で実現される吸入空気量に基づいて前記内燃機関の推定トルクを算出する推定トルク算出手段と、
前記推定トルクが前記目標トルクを超えるときにはそのトルク差を補償するように点火時期を遅角する点火時期制御手段と、
前記全開条件が成立しているときに点火時期の遅角が発生した場合には、前記推定トルクと前記最大トルクとの差分に基づいて前記最大トルクの補正値を学習する学習手段と、
を備えることを特徴としている。

第５の発明は、第４の発明において、
前記学習手段は、前記全開条件の成立下での点火時期の遅角が所定時間継続した場合に、前記最大トルクの補正値を学習することを特徴としている。

第１の発明によれば、吸気量調整弁の弁開度が全開にされたときに吸入空気量が急増したとしても、全開開度で実現される吸入空気量に基づいて算出される推定トルクが目標トルクを超えるときにはそのトルク差を補償するように点火時期が遅角されるので、吸入空気量の急増に伴うトルク段差は抑制される。さらに、その後、吸気量調整弁の弁開度を全開開度から徐々に閉じ方向へ変化させていくことで、それによる吸入空気量の減少分だけ点火時期は進角側に戻されていく。これにより、点火時期の遅角によって生じる燃費の悪化は抑えられる。つまり、第１の発明によれば、吸気量調整弁の弁開度が全開に切替えられたときに生じるトルク段差は点火時期の遅角によって抑えることができ、また、点火時期の遅角によって生じる燃費の悪化は弁開度を全開開度から閉じ方向に変化させてその分点火時期を進角側に戻すことによって抑えることができる。

第２の発明によれば、全開条件の成立下での点火遅角が所定時間継続することを条件として弁開度を全開開度から閉じ方向に変化させることで、推定トルクと目標トルクとの一時的なずれによる点火遅角は除外して、全開制御時の定常的な点火遅角の発生を防止することができる。

第３の発明によれば、全開条件の成立時に点火時期の遅角が発生したときには、推定トルクと最大トルクとの差分に基づいて最大トルクの補正値が学習され、次回以降は、補正値によって補正された最大トルクを基準にして目標トルクが設定されるようになる。これによれば、吸気量調整弁の弁開度が全開にされた場合に推定トルクが目標トルクを超えることがなくなるので、次回以降は点火時期が遅角されることはない。したがって、点火時期の遅角による燃費の悪化は防止されるとともに、全開開度をそのまま維持できるので最大トルクの出力を保障することができる。また、次回以降は補正値によって補正された最大トルクに基づいて全開基準トルクが設定されるので、弁開度が全開にされた前後での吸入空気量の急変は抑えられる。

また、第４の発明によれば、吸気量調整弁の弁開度が全開にされたときに吸入空気量が急増したとしても、全開開度で実現される吸入空気量に基づいて算出される推定トルクが目標トルクを超えるときにはそのトルク差を補償するように点火時期が遅角されるので、吸入空気量の急増に伴うトルク段差は抑制される。さらに、推定トルクと最大トルクとの差分に基づいて最大トルクの補正値が学習され、次回以降は、補正値によって補正された最大トルクを基準にして目標トルクが設定されるようになる。これによれば、吸気量調整弁の弁開度が全開にされた場合に推定トルクが目標トルクを超えることがなくなるので、次回以降は点火時期が遅角されることはない。したがって、点火時期の遅角による燃費の悪化は防止されるとともに、全開開度を維持できるので最大トルクの出力を保障することができる。また、次回以降は補正値によって補正された最大トルクに基づいて全開基準トルクが設定されるので、弁開度が全開にされた前後での吸入空気量の急変は抑えられる。

第５の発明によれば、全開条件の成立下での点火遅角が所定時間継続することを条件として最大トルクの補正値の学習を行うことで、実際に実現可能な最大トルクと目標トルクの設定の基準とされた最大トルクとのずれを正確に学習することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１乃至図４の各図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、目標トルクを設定してその目標トルクを実現するように吸入空気量と点火時期とを協調制御するトルクデマンド型の制御装置として構成されている。吸入空気量を調整する吸気量調整弁として、本実施の形態に係る内燃機関は吸気管に配置されたスロットル弁２を備えている。以下、スロット弁２の動作を制御するための制御装置の構成と、その機能とについて説明する。

目標トルクの設定は目標トルク設定部４にて行われる。目標トルク設定部４には、図示省略のアクセル開度センサからのアクセル開度信号が入力される。アクセル開度信号はドライバのアクセル操作が反映された信号であって、ドライバのトルク要求はこのアクセル開度信号に含まれている。目標トルク設定部４は入力されたアクセル開度信号をドライバの要求の大きさ（ドライバ要求率、％で表される）に変換し、現在の機関回転数やバルブタイミングのもとで内燃機関が出力しうる最大トルクとドライバ要求率とに基づいてドライバ要求トルクを算出する。内燃機関が出力しうる最大トルクは、機関回転数やバルブタイミングをパラメータとするマップから算出されるようになっている。

また、目標トルク設定部４には、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）やＴＲＣ（Traction Control system）等の他の制御システムからの信号も入力される。目標トルク設定部４は、これら制御システムからの信号にトルク要求が含まれる場合、各制御において必要なトルクを計算し、他制御要求トルクとして取得する。そして、目標トルク設定部４は、前述のドライバ要求トルクに他制御要求トルクを加算した値を最終的な目標トルクとして設定する。

制御装置は、次に、目標トルクを目標空気量に変換する。この変換作業は目標空気量算出部６にて行われる。目標空気量算出部６は、空気量マップを用いて目標トルクを吸入空気量に変換する。空気量マップは、目標トルクを含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ等、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転状態や運転条件がパラメータとして用いられている。これらのパラメータには現在値が入力されるが、点火時期に関しては最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期の何れか遅角側の点火時期）とされている。目標空気量算出部６は、目標トルクから変換された吸入空気量をエンジンの目標空気量として算出する。

制御装置は、次に、目標空気量をスロットル弁２の弁開度に変換する。この変換作業は目標弁開度算出部８にて行われる。目標弁開度算出部８は、吸気系モデル（エアモデル）の逆モデルを用いて目標空気量をスロットル弁開度に変換する。すなわち、目標空気量を実現可能なスロットル弁開度を計算する。吸気系モデルは、スロットル弁の動作に対する吸入空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化し、それを数式で表したものである。この吸気系モデルの逆モデルに吸入空気量を入力することで、その吸入空気量を実現するためのスロットル弁の動作を導き出すことができる。目標弁開度算出部８は、目標空気量から変換されたスロットル弁開度をスロットル弁２の目標弁開度として算出する

目標弁開度算出部８で算出されたスロットル弁２の目標弁開度は、スロットル弁開度制御部１０を経由してスロットル弁２に出力される。スロットル弁開度制御部１０は、全開許可／禁止信号を受けてスロットル弁２の制御内容を切り替える。全開禁止信号が入力されている場合、スロットル弁開度制御部１０は目標弁開度算出部８で算出された目標弁開度に従ってスロットル弁２の弁開度を変化させる。一方、全開許可信号が入力されている場合は、スロットル弁開度制御部１０はスロットル弁２の弁開度を全開に制御する。スロットル弁２を全開にすることによってスロットル弁２の個体差や経時変化に関係なく吸入空気量を確実に最大にすることができ、ひいては内燃機関の最大トルクを保障することが可能になる。

スロットル弁開度制御部１０は上述の機能の他にもある特徴的な機能を有している。その特徴的な機能とは、全開許可信号が入力されている状況で所定の条件が成立したときに働く機能であるが、これについては追って詳細に説明するものとする。

全開許可／禁止信号は全開判定部１２で発せられる。全開判定部１２は、スロットル弁２を全開に制御するための条件（以下、全開条件）の成否を判定する機能を有している。全開判定部１２は、目標トルク設定部４で設定された目標トルクが全開基準トルク以上になったら全開条件が成立したと判定する。全開条件が成立した場合、全開判定部１２はスロットル弁開度制御部１０に供給する信号を全開禁止信号から全開許可信号に切り替える。全開基準トルクは内燃機関の最大トルクに１未満の所定の係数を掛けた値であり、最大トルクに近い値に設定されている。目標トルクが最大トルク近傍になってから弁開度を全開にすることで、トルク段差の発生を防止しつつ確実な最大トルクの出力が可能になる。なお、ここで用いる最大トルクは現在の運転条件にて出力可能な最大トルクであり、機関回転数や吸排気弁のバルブタイミングをパラメータとするマップから算出される。

次に、本実施の形態で行われる点火時期制御について説明する。点火時期制御に用いられるアクチュエータは点火装置２０であり、ＴＤＣを基準とした点火時期（クランク角で表される）が操作量として用いられる。制御装置は、点火時期算出部２６において点火時期を計算し、点火時期制御部２８にセットする。

点火時期算出部２８における点火時期の計算には、トルク効率が用いられる。トルク効率とは内燃機関の推定トルクに対する目標トルクの比であってトルク効率算出部２４にて計算される。また、推定トルクとは現在のスロットル弁開度のもとで点火時期を最適点火時期に設定したならば得られるトルクであって、次に説明する推定トルク算出部２２で算出される。トルク効率算出部２４は、目標トルク設定部４で設定された目標トルクを推定トルクで除算し、その計算結果をトルク効率として算出する。

推定トルク算出部２２は、推定トルクの算出にあたって、まず、スロットル弁２の現在の弁開度にて実現できると推定される吸入空気量を算出する。この推定空気量の計算には前述の吸気系モデルの順モデルが用いられる。また、この吸気系モデルによる計算にはエアフローセンサで計測された吸気管の空気流量が補正データとして用いられる。

推定トルク算出部２２は、次に、算出した推定空気量をトルクに変換する。推定空気量のトルクへの変換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、機関回転数、Ａ／Ｆ等、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転状態や運転条件がパラメータとして用いられている。これらのパラメータには現在値が入力されるが、点火時期に関しては最適点火時期とされている。推定トルク算出部２２は、推定空気量から変換されたトルクを最適点火時期における推定トルクとして算出する。

点火時期算出部２６は、入力されたトルク効率から最適点火時期に対する点火遅角量を計算する。点火遅角量の計算には点火時期マップが用いられる。点火時期マップは、トルク効率を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、機関回転数等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件をパラメータとして用いられている。点火時期マップでは、トルク効率が１以上のときの点火遅角量はゼロに設定され、トルク効率が１よりも小さいほど点火遅角量は大きい値に設定されている。したがって、推定トルクと目標トルクとの間に差が生じたときには、そのトルク差を点火時期の遅角によるトルク調整で補償するための点火遅角量が算出される。点火時期算出部２６は、点火時期マップを用いて決定された点火遅角量と内燃機関の運転状態から決まる最適点火時期とから最終的な点火時期を計算し、それを点火時期制御部２８にセットする。

以上の一連の処理によって目標トルクに基づいた点火時期制御が行われる。このような点火時期制御によれば、吸入空気量の調整では対応できない目標トルクの変化は点火時期の調整によって補償することができるので、高い目標トルクの実現精度を得ることができる。

さらに、このような点火時期制御は、スロットル弁２の弁開度が全開にされたときの吸入空気量の急増に対しても有効である。前述のように、スロットル弁２は全開基準トルクにて全開にされるが、そのときの弁開度で得られる吸入空気量が最大空気量に近ければスロットル弁２の全開に伴う吸入空気量の急変は生じない。ところが、スロットル弁２には個体差や経時変化があるため、全開基準トルクに対応する吸入空気量が必ずしも最大吸入空気量の近傍になっているとは限らない。スロットル弁２の弁開度を全開にした際に吸入空気量が急変したときには、内燃機関が出力するトルクにも急変が生じ得る。このような問題に関し、本実施の形態では、全開開度で実現される吸入空気量に基づいて算出される推定トルクが目標トルクを超えるときには、そのトルク差を補償するように点火時期が自動的に遅角される。

図２はスロットル弁２が全開にされる直前からその後にかけての目標トルク、推定トルク、スロットル弁開度及び点火時期の各時間変化を示した図である。この図に示すように、目標トルクが全開基準トルクを超えたらスロットル弁２の弁開度は全開にされる。これにより吸入空気量は急増するが、その吸入空気量から算出される推定トルクと目標トルクとのトルク差を補償するように点火時期が遅角されるので、吸入空気量の急増に伴うトルク段差は抑制される。

ただし、ここで１つの課題が生じる。図２に示すように、スロットル弁開度に基づいて算出される推定トルクが“最大トルク”を超える場合である。前述のように、内燃機関の最大トルクは機関回転数等に基づいてマップから算出され、その最大トルクに基づいて目標トルクが設定されるようになっている。マップは実測データに基づいて作成されているものの内燃機関には個体差や経年変化がある。このため、マップから得られる最大トルクよりも、全開時の吸入空気量から計算される推定トルクのほうが大きくなることは十分に起こりえる。この場合、スロットル弁２が全開にされている間は、推定トルクと目標トルク（最大トルク）との間に定常的なトルク差が生じ、そのトルク差を補償するように点火時期は遅角され続けることになる。

点火時期の遅角は内燃機関の効率を低下させて燃費の悪化を招くために好ましくない。そこで、本実施の形態の制御装置は、スロットル弁開度制御部１０にある特徴的な機能を持たせることにした。以下、この特徴的な機能について図３及び図４を用いて説明する。

図３のフローチャートは、全開条件が成立しているときに実行される制御のルーチンを示している。全開判定部１２で全開条件が成立したとき、制御装置は図３のフローチャートに示すルーチンを一定の周期で実行する。

図３に示すルーチンの最初のステップＳ１０２では、スロットル弁２の全開制御によってトルク制御のための点火遅角が発生したかどうか判定される。トルク制御のための点火遅角が発生しているかどうかは、点火時期算出部２６で算出される点火遅角量の有無によって、或いは、トルク効率算出部２４で算出されるトルク効率の値が１未満かどうかによって判定することができる。点火遅角が発生していない場合にはこのルーチンは終了となる。

点火遅角が発生しているときには、続いてステップＳ１０４の判定が行われる。ステップＳ１０４では、点火時期が遅角されている状態が所定時間継続したかどうか判定される。ここで問題としているのはあくまでも定常的な点火時期の遅角であって、一時的な点火時期の遅角は除外するためである。マップから算出される最大トルクと実際に実現可能な最大トルクとにずれが無ければ、推定トルクは最大トルクで頭打ちとなってやがて目標トルクと一致するようになるので、点火時期は自動的に進角側に戻されていく。一方、マップから算出される最大トルクよりも実際に実現可能な最大トルクのほうが大きい場合には、推定トルクと目標トルクとのずれによって定常的な点火遅角が生じることになる。

点火遅角が所定時間継続しなかった場合にはこのルーチンは終了となるが、所定時間継続して点火時期が遅角されたときにはステップＳ１０６の処理が行われる。ステップＳ１０６では、スロットル弁開度制御部１０により、スロットル弁２の弁開度を全開開度から徐々に閉じ方向へ変化させていくための処理が行われる。具体的には、スロットル弁開度制御部１０は、機関回転数をパラメータとするマップから弁開度の補正量ΔＴＡを算出する。そして、現時点の弁開度ＴＡを弁開度補正量ΔＴＡだけ小さくした値を目標弁開度としてスロットル弁２を制御する。

上述のルーチンの実行結果を図解したものが図４である。図４にはスロットル弁２が全開にされる直前からその後にかけての目標トルク、推定トルク、スロットル弁開度及び点火時期の各時間変化が示されている。図４に示すように、目標トルクが全開基準トルクに達した時点（時点t1）で、スロットル弁開度は全開とされる。その結果、吸入空気量の増大にともなって推定トルクは増大し、推定トルクと目標トルクとの間に差が生じる。このトルク差を解消するように点火時期が遅角される。

そして、点火時期が遅角された時点（時点t1）から所定時間が経過した時点（時点t2）で、スロットル弁２の弁開度は全開開度から徐々に閉じ方向へと制御されていく。その結果、吸入空気量の減少にともなって推定トルクは減少し、推定トルクと目標トルクとの間のトルク差も縮小していく。それに伴い点火時期は進角側に戻されていき、やがて、推定トルクが目標トルクに一致したところで点火遅角量はゼロとなる。点火遅角量がゼロとなることで、上述のルーチンのステップＳ１０２の判定結果はＮｏとなり、ステップＳ１０６で行われていたスロットル弁２の閉じ方向への制御は終了する。

図２と図４とを比較すれば明らかなように、全開条件の成立時に図３に示すルーチンを実行すれば、スロットル弁２の弁開度を全開開度から閉じ方向に変化させ、その分点火時期を進角側に戻すことができる。これにより、スロットル弁２の弁開度が全開に切替えられたときに生じるトルク段差を点火時期の遅角によって抑えつつ、点火時期の遅角によって生じる燃費の悪化も抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態１としての制御装置について説明した。実施の形態１と本発明との対応関係は次の通りである。

図１に示す構成において、目標トルク設定部４は第１の発明の「目標トルク設定手段」に相当する。全開判定部１２は第１の発明の「全開判定手段」に相当する。推定トルク算出部２２は第１の発明の「推定トルク算出手段」に相当する。また、トルク効率算出部２４、点火時期算出部２６及び点火時期制御部２８により第１の発明の「点火時期制御手段」が構成されている。そして、目標空気量算出部６、目標弁開度算出部８及びスロットル弁開度制御部１０により第１及び第２の発明の「弁開度制御手段」が構成されている。

実施の形態２．
本発明の実施の形態１について図５乃至図７の各図を参照して説明する。

図５は、本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、実施の形態１と同じくトルクデマンド型の制御装置であり、実施の形態１と同じくスロットル弁２の弁開度を全開にする全開制御を実施可能に構成されている。図５に示す構成において、実施の形態１のものと共通する要素については同一の符号を付している。

本実施の形態の制御装置は実施の形態１の制御装置に新たな機能を追加したものとなっている。本実施の形態で追加された機能は、目標トルクの設定の基準となり、また、全開基準トルクの基準にもなる「最大トルク」を補正する機能である。実施の形態１でも述べたように、内燃機関が出力しうる最大トルクは、機関回転数やバルブタイミングに関連付けてマップに記憶されている。しかし、マップは実測データに基づいて作成されているものの内燃機関には個体差や経年変化があるため、マップから算出される最大トルクよりも実際に実現可能な最大トルクのほうが大きくなることがある。目標トルクはマップから算出される最大トルクに基づいて設定されるため、スロットル弁２が全開のときには推定トルク（実際に実現可能な最大トルク）と目標トルク（マップから算出される最大トルク）との間に差が生じ、そのトルク差に応じて点火時期の遅角が発生してしまう。このようなことから、本実施の形態では、マップに記憶されている最大トルクと機関回転数等との関係を実際の関係に合ったものに補正し、それにより不要な点火遅角の発生を防止することにした。

最大トルクを補正する機能は、最大トルク算出部３０に加えて補正値学習部３２を備えることで実現される。最大トルク算出部３０は、最大トルクと機関回転数等との関係を規定したマップを有し、そのマップに基づいて現在の運転条件において内燃機関が出力可能な最大トルクを算出する。最大トルク算出部３０で得られた最大トルクは、目標トルク設定部４と全開判定部１２とに供給される。目標トルク設定部４は、最大トルク算出部３０から供給される最大トルクを基準にして目標トルクを設定する。また、全開判定部１２は、最大トルク算出部３０から供給される最大トルクに所定の係数を掛けて全開基準トルクを算出する。なお、図１では構成要素としての図示を省略してるが、最大トルク算出部３０の機能は実施の形態１の制御装置にも備えられている。

補正値学習部３２は、全開条件の成立下で点火遅角が発生したとき、そのときの推定トルクと最大トルクとの差分に基づいて最大トルクの補正値を学習する。補正値の学習は機関回転数等で定義された学習領域ごとに行われる。なお、補正値は、学習条件が成立したときの推定トルクと最大トルクとの差分そのものでもよく、その差分に１未満の学習係数を掛けたものでもよい。補正値学習部３２で学習された補正値は、最大トルク算出部３０における最大トルクの計算に反映される。次回以降は、補正値で補正された最大トルクが目標トルク設定部４や全開判定部１２に供給されることになる。

図６のフローチャートは、本実施の形態において全開条件が成立しているときに実行される制御のルーチンを示している。上述した最大トルクの補正は、このルーチンの実行過程において行われる。全開判定部１２で全開条件が成立したとき、制御装置は図６のフローチャートに示すルーチンを一定の周期で実行する。

図６に示すルーチンの最初のステップＳ２０２では、スロットル弁２の全開制御によってトルク制御のための点火遅角が発生したかどうか判定される。点火遅角が発生していない場合にはこのルーチンは終了となる。

点火遅角が発生しているときには、続いてステップＳ２０４の判定が行われる。ステップＳ２０４では、点火時期が遅角されている状態が所定時間継続したかどうか判定される。点火遅角が所定時間継続しなかった場合にはこのルーチンは終了となる、

所定時間継続して点火時期が遅角されたときには、ステップＳ２０６及びＳ２０８の処理が行われる。ステップＳ２０６では、現時点で推定トルク算出部２２で算出されている推定トルクと、機関回転数等に基づいてマップから算出される最大トルクとの差分が算出され、その差分に基づいて最大トルクの補正値が学習される。そして、機関回転数等によって定義されている複数の学習領域のうち、現在の機関回転数等に対応する学習領域に補正値の学習値が記憶される。なお、ステップＳ２０６の処理が実行されるのはステップＳ２０４の判定の初回成立時のみであり、二回目以降はステップＳ２０６の処理はスキップされる。

次のステップＳ２０８では、スロットル弁開度制御部１０は、機関回転数をパラメータとするマップから弁開度の補正量ΔＴＡを算出し、現時点の弁開度ＴＡを弁開度補正量ΔＴＡだけ小さくした値を目標弁開度としてスロットル弁２を制御する。これにより、スロットル弁２の弁開度は、全開開度から徐々に閉じ方向へと変化していくようになる。

図７は、上述のルーチンが実行された後、すなわち、最大トルクが補正された後の全開制御における目標トルク、推定トルク、スロットル弁開度及び点火時期の各時間変化を示す図である。以下、図７を用いて最大トルクを補正することで得られる効果についてより詳しく説明する。なお、最大トルクの補正前における目標トルク、推定トルク、スロットル弁開度及び点火時期の各時間変化は実施の形態１と同じく図４に示す通りとなる。これについては実施の形態１で既に説明しているので、ここでの説明は省略する。

図７に示すように、スロットル弁２の弁開度は目標トルクが全開基準トルクに達した時点（時点t1）で全開とされる。ただし、最大トルクが補正されたことに伴い全開基準トルクも大トルク側に補正されているので、スロットル弁２の弁開度が全開に切り替えられるときの弁開度は大開度側に移行している。つまり、最大トルクの補正によって、全開制御の前後における弁開度の差は縮小されている。これにより、弁開度が全開に切替えられる前後での吸入空気量の差は抑制され、トルク段差を吸収するための点火遅角量は小さくて済むようになる。

さらに、目標トルクは補正された最大トルクを基準にして設定されるので、スロットル弁開度が全開になったときに推定トルクが目標トルクを超えたままにはならない。つまり、推定トルクは最終的には最大トルクに収束して、目標トルクに一致するようになる。これにより、点火時期は一時的には遅角されるものの、直ぐに進角側に戻されていく。つまり、最大トルクが補正された以降の全開制御では、スロットル弁開度を全開から徐々に閉じていく操作を行わずとも点火遅角を無くすことができる。したがって、本実施の形態の制御装置によれば、点火時期の遅角による燃費の悪化を防止できるだけでなく、スロットル弁２の弁開度を全開に維持することで内燃機関が真に出力可能な最大トルクを保障することもできる。

以上、本発明の実施の形態２としての制御装置について説明した。実施の形態２と本発明との対応関係は次の通りである。

図５に示す構成において、目標トルク設定部４は第１及び第４の発明の「目標トルク設定手段」に相当する。全開判定部１２は第１及び第４の発明の「全開判定手段」に相当する。推定トルク算出部２２は第１及び第４の発明の「推定トルク算出手段」に相当する。また、トルク効率算出部２４、点火時期算出部２６及び点火時期制御部２８により第１及び第４の発明の「点火時期制御手段」が構成されている。また、目標空気量算出部６、目標弁開度算出部８及びスロットル弁開度制御部１０により第１、第２及び第４の発明の「弁開度制御手段」が構成されている。そして、補正値学習部３２は第４及び第５の発明の「学習手段」に相当する。

その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、スロットル弁を備えた内燃機関を制御対象としているが、本発明の制御装置が制御対象としうる内燃機関がこれに限定されるものではない。スロットル弁は機関吸気量を調整する吸気量調整弁の一例であり、吸気量調整弁としてはリフト量を連続的に変化させることができる連続式ＶＶＬを備えた吸気弁であってもよい。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 トルクデマンド制御においてスロットル弁の全開制御が行われる場合の問題点について説明するための図である。 本発明の実施の形態１において全開条件が成立しているときに実行される制御のルーチンを示すフローチャートである。 図３に示すルーチンが実行された場合の効果について説明するための図である。 本発明の実施の形態２としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２において全開条件が成立しているときに実行される制御のルーチンを示すフローチャートである。 図６に示すルーチンが実行された場合の効果について説明するための図である。

符号の説明

２ スロットル弁
４ 目標トルク設定部
６ 目標空気量算出部
８ 目標弁開度算出部
１０ スロットル弁開度制御部
１２ 全開判定部
１４ 大気圧学習完了判定部
２０ 点火装置
２２ 推定トルク算出部
２４ トルク効率算出部
２６ 点火時期算出部
２８ 点火時期制御部
３０ 最大トルク算出部
３２ 補正値学習部

Claims (5)

1. 吸入空気量を調整する吸気量調整弁の弁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、
   前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   前記吸気量調整弁の弁開度を全開にするか否か判定する手段であって、前記目標トルクが所定の全開基準トルク以上であることを全開条件とする全開判定手段と、
   前記全開条件が成立しているときには前記吸気量調整弁の弁開度を全開にし、前記全開条件が成立していないときには前記目標トルクの大きさに応じて前記吸気量調整弁の弁開度を変化させる弁開度制御手段と、
   前記吸気量調整弁の現在の弁開度で実現される吸入空気量に基づいて前記内燃機関の推定トルクを算出する推定トルク算出手段と、
   前記推定トルクが前記目標トルクを超えるときにはそのトルク差を補償するように点火時期を遅角する点火時期制御手段とを備え、
   前記弁開度制御手段は、前記全開条件が成立しているときに点火時期の遅角が発生した場合には、前記吸気量調整弁の弁開度を全開開度から徐々に閉じ方向へ変化させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記弁開度制御手段は、前記全開条件の成立下での点火時期の遅角が所定時間継続した場合に、前記吸気量調整弁の弁開度を全開開度から徐々に閉じ方向へ変化させ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. 前記目標トルクは前記内燃機関が出力可能な最大トルクを基準として設定されるものであり、また、前記全開基準トルクは前記最大トルクに基づいて設定されるものであって、
   前記全開条件が成立しているときに点火時期の遅角が発生した場合には、前記推定トルクと前記最大トルクとの差分に基づいて前記最大トルクの補正値を学習する学習手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 吸入空気量を調整する吸気量調整弁の弁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、
   前記内燃機関が出力可能な最大トルクを基準として前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   前記吸気量調整弁の弁開度を全開にするか否か判定する手段であって、前記目標トルクが前記最大トルクに基づいて設定された全開基準トルク以上であることを全開条件とする全開判定手段と、
   前記全開条件が成立しているときには前記吸気量調整弁の弁開度を全開にし、前記全開条件が成立していないときには前記目標トルクの大きさに応じて前記吸気量調整弁の弁開度を変化させる弁開度制御手段と、
   前記吸気量調整弁の現在の弁開度で実現される吸入空気量に基づいて前記内燃機関の推定トルクを算出する推定トルク算出手段と、
   前記推定トルクが前記目標トルクを超えるときにはそのトルク差を補償するように点火時期を遅角する点火時期制御手段と、
   前記全開条件が成立しているときに点火時期の遅角が発生した場合には、前記推定トルクと前記最大トルクとの差分に基づいて前記最大トルクの補正値を学習する学習手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記学習手段は、前記全開条件の成立下での点火時期の遅角が所定時間継続した場合に、前記最大トルクの補正値を学習することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。

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