JP5120275B2 - 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、吸入空気量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関する。

特開２００８−２４８８３６号公報に開示されているように、スロットルによる吸気制御と点火時期の遅角制御とを併用してトルク制御を行う技術が知られている。吸気制御によって達成できるトルクが要求トルクよりも大きい場合、その差を点火時期によるトルク調整によって補償するように点火時期の遅角が行われる。

特開２００８−２４８８３６号公報

吸気制御と点火時期の遅角制御とを併用することにより、要求トルクの実現精度を高めることができる。その一方で、点火時期の遅角は燃費の低下を招くことにもなる。このような問題への対策としては、燃費とトルク精度のどちらを優先するか車両の運転条件から判断し、トルク精度を優先するなら点火時期の遅角制御の実施を許可し、燃費を優先するなら点火時期の遅角制御を禁止することが一案として考えられる。

しかし、前記案のように点火時期の遅角制御を限定的に使用する場合には、燃費の悪化を防ぐことができるものの、次のような別の問題が生じる。

点火時期の遅角制御が禁止されている場合、吸気制御によって実際に実現されているトルクと要求トルクとの間には誤差が生じている可能性がある。そのようなトルク実現誤差は、要求トルクをスロットル開度に変換するための計算モデルの精度の他、スロットルに付着したデポジットの影響や、吸入空気温度や大気圧等の環境条件の影響によっても生じうる。ところが、上記のトルク実現誤差は、点火時期の遅角制御が実施される場合には、点火時期の遅角によるトルク調整によって補償される。このため、点火時期の遅角制御の開始時には、その時点でのトルク実現誤差に応じた意図しないトルク段差が発生することになる。

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、吸入空気量によるトルク制御から吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御へ切り替える際に、意図しないトルク段差の発生を防止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。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、吸入空気量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、
吸入空気量によるトルク制御と吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御とを選択するトルク制御方法の選択手段と、
前記内燃機関に対する要求トルクの入力を受け付け、入力された要求トルクを達成するための目標空気量を算出し、前記目標空気量に基づいて吸入空気量を制御する吸気制御手段と、
吸入空気量によるトルク制御から吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御へとトルク制御方法の選択が切り替えられた場合、選択の切替時点における吸入空気量の制御で達成されるトルクと選択の切替時点における要求トルクとの間に生じるトルク実現誤差を算出するトルク実現誤差算出手段と、
吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、入力された要求トルクに前記トルク実現誤差を加えて補正し、補正された要求トルクを点火時期によるトルク制御用の目標トルクとして算出する目標トルク算出手段と、
吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、吸入空気量の制御で達成されるトルクと前記目標トルクとのずれに応じて点火時期を遅角する点火遅角制御手段と、
を備え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、
前記目標トルク算出手段は、入力された要求トルクが一定となった後、前記目標トルクを前記要求トルクまで徐々に変化させることを特徴としている。

また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、吸入空気量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、
吸入空気量によるトルク制御と吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御とを選択するトルク制御方法の選択手段と、
前記内燃機関に対する要求トルクの入力を受け付け、入力された要求トルクを達成するための目標空気量を算出し、前記目標空気量に基づいて吸入空気量を制御する吸気制御手段と、
吸入空気量によるトルク制御から吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御へとトルク制御方法の選択が切り替えられた場合、選択の切替時点における要求トルクを保持し、吸入空気量の制御で達成されるトルクが切替時点における要求トルクに一致するように、吸気制御用のアクチュエータの操作量を補正するアクチュエータ操作量補正手段と、
吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、入力された要求トルクに対して、選択が切り替えられてから吸入空気量の制御で達成されるトルクと切替時点における要求トルクとが一致するまでの時間をディレイ時間としてディレイ処理をかけ、ディレイ処理された要求トルクを点火時期によるトルク制御用の目標トルクとして算出する目標トルク算出手段と、
吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、吸入空気量の制御で達成されるトルクが切替時点における要求トルクに一致した後、吸入空気量の制御で達成されるトルクと前記目標トルクとのずれに応じて点火時期を遅角する点火遅角制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第１の発明によれば、吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択された場合には、要求トルクにトルク実現誤差を加えた値が点火時期によるトルク制御用の目標トルクとされ、その目標トルクを実現するように点火時期が遅角されるので、実際の発生トルクは要求トルクの変化に対して相対的な変化を示すようになる。これにより、吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御への切り替えの前後において要求トルクが滑らかに変化しているのであれば、実発生トルクも滑らかに変化することになって、意図しないトルク段差の発生は防止される。また、前記の切り替えの前後において意図的に要求トルクに段差がつけられた場合には、実発生トルクにも同様のトルク段差を生じさせることができる。

第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、実発生トルクを要求トルクに一致させることも可能になる。つまり、トルク精度を高めることができる。

また、第３の発明によれば、吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択された場合には、まず、吸入空気量の制御で達成されるトルクが選択の切替時点における要求トルクに一致させられ、その後に点火時期の遅角によるトルク調整が行われるので、要求トルクが滑らかに変化しているのであれば、実発生トルクも滑らかに変化することになって、意図しないトルク段差の発生は防止される。また、要求トルクをディレイさせたものが点火時期によるトルク制御用の目標トルクとされるので、第３の発明によれば、実発生トルクを要求トルクに合わせることもできる。

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概略図である。 本発明の実施の形態１に係るトルク制御の内容を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るトルク制御の比較例を示す説明図である。 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概略図である。 本発明の実施の形態２に係るトルク制御の内容を示す説明図である。 本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態３に係るトルク制御の内容を示す説明図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１乃至図３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、火花点火式の内燃機関（以下、単にエンジンという）に適用され、吸入空気量と点火時期とによってエンジンが発生するトルクを制御する。

まず、スロットルによる吸入空気量の制御について説明する。吸入空気量の制御は、要求トルクに基づいて行われる。要求トルクは制御装置の上位にあるパワートレインマネージャ（図示は省略する）から要求効率とともに制御装置に供給される。制御装置のスロットル開度算出部２は、要求トルクを要求効率で除算することによって嵩上げし、嵩上げ後の要求トルクを達成するために必要な空気量を目標空気量として算出する。ここでは、要求効率は１に設定されているものとする。目標空気量の算出にはマップが用いられる。このマップでは、最適点火時期（ＭＢＴ或いはトレースノック点火時期の何れか遅角側の点火時期）のもとでのトルクと空気量とがエンジン回転数等の運転条件をパラメータにして関連付けられている。

スロットル開度算出部２は、次に、要求トルクから変換された目標空気量をスロットル開度（ＴＡ）に変換する。この変換処理には吸気系エアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルは吸気系の物理モデルであり、スロットルの動作に対する空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化されている。その逆モデルであるエア逆モデルでは、バルブタイミングや吸入空気温度等、空気量とスロットル開度との関係に影響する運転条件をパラメータして設定することができる。スロットル開度算出部２は、目標空気量から算出したスロットル開度をスロットルに対する開度指令値として出力する。

次に、点火時期の制御について説明する。点火装置の操作量である点火時期（ＳＡ）は点火時期算出部４で算出される。点火時期算出部４は、パワートレインマネージャから供給される点火使用許可フラグのオン／オフに応じて点火時期の制御方法を切り替える。点火使用許可フラグがオフの場合、点火時期算出部４は、算出する点火時期を最適点火時期とする。点火使用許可フラグがオンの場合は、次に説明する方法にて点火時期を算出する。なお、点火使用許可フラグのオン／オフの選択は車両の運転条件に応じて行われるものであって、通常、点火使用許可フラグはオフとされている。そして、後述するようにトルクダウンの要求があった場合に点火使用許可フラグはオンにされる。

点火使用許可フラグがオンの場合、点火時期算出部４は、推定空気量トルクと目標トルクとのずれに応じて点火時期を遅角する。推定空気量トルクとは、現在のスロットル開度において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、すなわち、現在推定される吸入空気量によって達成可能なトルクを意味する。また、ここでいう目標トルクとは、点火時期によるトルク制御用の目標トルクであって、その計算は後述する目標トルク算出部６にて行われる。点火時期算出部４は、推定空気量トルクと目標トルクとが一致するときは最適点火時期を点火時期として算出し、推定空気量トルクが目標トルクよりも大きいほど点火時期の最適点火時期に対する遅角量を大きくする。

目標トルク算出部６は、要求トルクから目標トルクを計算する。以下の式はその計算式であって、Ｔｑａｒは目標トルク、Ｔｑｂｒは要求トルクである。また、Ｔｑｅは推定空気量トルクである。ｎは点火使用許可フラグがオンに切り替えられてからのステップ数を示している。したがって、Ｔｑｂｒ（０），Ｔｑｅ（０）はそれぞれ点火使用許可フラグがオンになったタイミング、すなわち、点火時期の併用によるトルク制御の開始タイミングでの要求トルクと推定空気量トルクとを示している。
Ｔｑａｒ（ｎ）＝Ｔｑｂｒ（ｎ）＋（Ｔｑｅ（０）−Ｔｑｂｒ（０））

上記の計算式において、（Ｔｑｅ（０）−Ｔｑｂｒ（０））は、スロットルによる吸入空気量の制御で達成されるトルク（推定空気量トルク）と要求トルクとの間に生じるトルク実現誤差である。したがって、上記の計算式によれば、要求トルクにトルク実現誤差を加えた値が目標トルクとして算出されることになる。

本実施の形態に係るトルク制御の内容をトルクの動きで示すと図２のようになる。これについて図３に示すトルクの動きと比較しながら説明する。図３は比較例として要求トルクをそのまま目標トルク（点火時期によるトルク制御用）とした場合のトルクの動きを示した図である。

図２には、要求トルク、推定空気量トルク、点火時期によるトルク制御用の目標トルク、そして、実際の発生トルクの変化をそれぞれ示している。特に、目標トルクは破線で示し、実発生トルクは太い実線で示している。比較例の図３には、要求トルク、推定空気量トルク、そして、実際の発生トルクの変化をそれぞれ示している。図２及び図３では、時点ｔ１において点火使用許可フラグがオフからオンに切り替えられ、その時点から要求トルクが減少されている。

点火使用許可フラグがオフの間（点火使用禁止領域）は、スロットルによる吸入空気量の制御のみが行われることで、実発生トルクは推定空気量トルクに一致し、実発生トルクと要求トルクとの間にはトルク実現誤差が生じている。点火使用禁止領域でのトルクの動きは、本実施の形態に係るトルク制御の場合と比較例でのトルク制御の場合とで同じ動きになっている。

点火使用許可フラグがオンになって点火時期の併用によるトルク制御が選択された場合、図３に示す比較例では、要求トルクを実現するように点火時期が遅角されるので、実発生トルクは要求トルクに一致するように急激に低下し、トルク実現誤差分のトルク段差が発生する。

これに対して、図２に示す本実施の形態に係るトルク制御の場合は、要求トルクにトルク実現誤差を加えた値が点火時期によるトルク制御用の目標トルクとされる。そして、その目標トルクを実現するように点火時期が遅角されるので、実発生トルクは破線で示す目標トルクに一致し、要求トルクの変化に対して相対的な変化を示すようになる。したがって、図２に示すように、点火時期の併用によるトルク制御への切り替えの前後（時点ｔ１の前後）において要求トルクが滑らかに変化しているのであれば、実発生トルクも滑らかに変化することになって、意図しないトルク段差の発生は防止される。また、図示はしていないが、切り替えの前後において意図的に要求トルクに段差がつけられた場合には、実発生トルクにも同様のトルク段差を生じさせることができる。

以上説明した本実施の形態に係るトルク制御は、相対的なトルク変化が重要な機能（例えばＥＣＴ（Electronic Controlled Transmission））からトルクダウンの要求が発せられている場合に用いて好適である。本実施の形態によれば、図２からも分かるように、要求トルクの時間変化を実発生トルクにおいて再現できるからである。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図４及び図５を参照して説明する。

図４は、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。図４において、実施の形態１の制御装置と共通する要素については同一の符号を付している。符号の違いから分かるように、本実施の形態と実施の形態１との違いは目標トルク算出部８にある。

目標トルク算出部８は、実施の形態１と同様、要求トルクから点火時期によるトルク制御用の目標トルクを計算する。その計算には実施の形態１と同じく前述の計算式が用いられる。ただし、目標トルク算出部８は、点火時期の併用によるトルク制御が開始された後、要求トルクが一定となったら、以下の式によって目標トルクの補正を行う。以下の式において、Ｋは係数であって０から−１までの値に設定されている。
Ｔｑａｒ（ｎ）＝Ｔｑａｒ（ｎ−１）＋Ｋ＊（Ｔｑｅ（０）−Ｔｑｂｒ（０））

上記の計算式によれば、目標トルクＴｑａｒ（ｎ）は要求トルクＴｑｂｒ（ｎ）に向けて徐々に変化していくことになる。目標トルク算出部８は、目標トルクが要求トルクに一致するまで上記の計算式によって目標トルクを更新する。目標トルクが要求トルクに一致した後は、目標トルク算出部８は、要求トルクをそのまま目標トルクとして算出する

本実施の形態に係るトルク制御の内容をトルクの動きで示すと図５のようになる。要求トルクが一定となる時点ｔ２までのトルクの動きは実施の形態１の場合と同じ動きである。この時点ｔ２では、実発生トルクと要求トルクとの間にはトルク実現誤差分のずれが生じている。しかし、その時点２から上記の計算式による目標トルクの補正が開始されることで、実発生トルクは次第に要求トルクに近づいていき、やがて実発生トルクは要求トルクに一致する（時点ｔ３）。そして、目標トルクが要求トルクに一致した後は、要求トルクがそのまま目標トルクとされることで、実発生トルクは要求トルクに追従して変化するようになる。

以上説明した本実施の形態に係るトルク制御は、絶対的なトルク精度が重要な機能（例えばＶＳＣ（Vehicle Stability Control System））からトルクダウンの要求が発せられている場合に用いて好適である。本実施の形態によれば、図５からも分かるように、実発生トルクを要求トルクに一致させることができるからである。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図６及び図７を参照して説明する。

図６は、本発明の実施の形態３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。図６において、実施の形態１の制御装置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、スロットルに対する開度指令値を補正するスロットル開度補正部１２を新たに備えている。また、符号の違いから分かるように、本実施の形態と実施の形態１とでは目標トルク算出部１０の内容にも違いがある。

スロットル開度補正部１２が機能するのは、点火使用許可フラグがオフからオンに切り替えられた場合である。点火使用許可フラグがオフの場合には、スロットル開度補正部１２は機能せず、スロットル開度算出部２で算出されたスロットル開度をそのまま開度指令値としてスロットルに出力する。点火使用許可フラグがオンに切り替えられたとき、スロットル開度補正部１２は、その切替時点における要求トルクを保持する。そして、推定空気量トルクが切替時点における要求トルクに一致するように、スロットルに対する開度指令値を補正する。具体的には、切替時点におけるトルク実現誤差から空気量誤差を算出し、空気量誤差を補正するのに必要なスロットル開度の補正量を吸気バルブ及び排気バルブの各バルブタイミングやエンジン回転数を考慮して算出する。

目標トルク算出部１０は、スロットル開度補正部１２と連動して機能する。点火使用許可フラグがオフからオンに切り替えられた場合、入力される要求トルクにディレイ処理をかけ、ディレイ処理後の要求トルクを目標トルクとして算出する。ディレイ処理におけるディレイ時間は、点火使用許可フラグの切替時点から推定空気量トルクが切替時点における要求トルクに一致するまでの時間とされる。

また、本実施の形態は、点火時期算出部４による点火時期の遅角の開始タイミングにも実施の形態１との違いがある。本実施の形態では、点火使用許可フラグがオフからオンに切り替えられた場合、直ぐに点火時期の遅角が開始されるのではなく、ディレイ時間の経過をまってから点火時期の遅角が開始される。つまり、推定空気量トルクが目標トルクに一致してから点火時期の遅角が開始される。

本実施の形態に係るトルク制御の内容をトルクの動きで示すと図７のようになる。点火使用許可フラグがオンになって点火時期の併用によるトルク制御が選択された場合、まず、スロットル開度の補正によって推定空気量トルクが選択の切替時点ｔ１における要求トルクに一致させられる。この間は点火時期の遅角は行われないので、実発生トルクは推定空気量トルクに一致し、推定空気量トルクの低下に追従して低下していく。

推定空気量トルクが要求トルクに一致した時点ｔ２からは、点火時期によるトルク制御用の目標トルクを実現するように点火時期が遅角される。切替時点ｔ１から推定空気量トルクが要求トルクに一致した時点ｔ２までの所要時間だけ要求トルクをディレイした値が目標トルクとされているので、時点ｔ２の前後において実発生トルクは滑らかにつながり、意図しないトルク段差の発生は防止される。また、要求トルクが一定となってからディレイ時間の経過後は目標トルクと要求トルクとが一致するので、最終的には実発生トルクを要求トルクに一致させることができる。

以上説明した本実施の形態に係るトルク制御は、時間方向のトルクのずれが許容できる機能（例えば燃料カット前のショック低減制御やサービスチェック用制御）からトルクダウンの要求が発せられている場合に用いて好適である。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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、制御装置の構成を実施の形態１乃至３の各トルク制御を実施可能な構成とし、トルクダウンの要求を発している機能の種類に応じて、実施するトルク制御を適宜選択するようにしてもよい。

２ スロットル開度算出部
４ 点火時期算出部
６，８，１０ 目標トルク算出部
１２ スロットル開度補正部

Claims (3)

1. 吸入空気量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、
   吸入空気量によるトルク制御と吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御とを選択するトルク制御方法の選択手段と、
   前記内燃機関に対する要求トルクの入力を受け付け、入力された要求トルクを達成するための目標空気量を算出し、前記目標空気量に基づいて吸入空気量を制御する吸気制御手段と、
   吸入空気量によるトルク制御から吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御へとトルク制御方法の選択が切り替えられた場合、選択の切替時点における吸入空気量の制御で達成されるトルクと選択の切替時点における要求トルクとの間に生じるトルク実現誤差を算出するトルク実現誤差算出手段と、
   吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、入力された要求トルクに前記トルク実現誤差を加えて補正し、補正された要求トルクを点火時期によるトルク制御用の目標トルクとして算出する目標トルク算出手段と、
   吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、吸入空気量の制御で達成されるトルクと前記目標トルクとのずれに応じて点火時期を遅角する点火遅角制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記目標トルク算出手段は、入力された要求トルクが一定となった後、前記目標トルクを前記要求トルクまで徐々に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. 吸入空気量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、
   吸入空気量によるトルク制御と吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御とを選択するトルク制御方法の選択手段と、
   前記内燃機関に対する要求トルクの入力を受け付け、入力された要求トルクを達成するための目標空気量を算出し、前記目標空気量に基づいて吸入空気量を制御する吸気制御手段と、
   吸入空気量によるトルク制御から吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御へとトルク制御方法の選択が切り替えられた場合、選択の切替時点における要求トルクを保持し、吸入空気量の制御で達成されるトルクが切替時点における要求トルクに一致するように、吸気制御用のアクチュエータの操作量を補正するアクチュエータ操作量補正手段と、
   吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、入力された要求トルクに対して、選択が切り替えられてから吸入空気量の制御で達成されるトルクと切替時点における要求トルクとが一致するまでの時間をディレイ時間としてディレイ処理をかけ、ディレイ処理された要求トルクを点火時期によるトルク制御用の目標トルクとして算出する目標トルク算出手段と、
   吸入空気量と点火時期の併用によるトルク制御が選択されている場合、吸入空気量の制御で達成されるトルクが切替時点における要求トルクに一致した後、吸入空気量の制御で達成されるトルクと前記目標トルクとのずれに応じて点火時期を遅角する点火遅角制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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