JP6432548B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置に関する。

一般に、火花点火式エンジンの運転領域が例えば相対的に低回転且つ高負荷領域である場合に、点火プラグを中心に広がる火炎が伝播する前に未燃焼の混合気（エンドガス）が自己着火して衝撃波を生じさせるいわゆるノッキングが発生し易いことが知られている。特に近年では、エンジンの性能向上を目的として、高圧縮比化や過給機による吸入空気の過給が行われるようになっており、ノッキングが一層発生し易くなっている。

ノッキングは騒音の増大やエンジン損傷の原因となり得るので、ノッキングを抑制するために必要に応じて点火時期の遅角化（点火リタード）が行われる。具体的には、エンジンに取り付けられたノックセンサによりノッキングが検出された場合、点火時期を遅角させることにより燃焼圧力のピークを低下させ、ノッキングを抑制する。ノッキングが検出されない場合には、点火時期を徐々に進角させる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−６４０３２号公報

ノッキングが発生していない状態において、点火時期は、最大トルクを発生するＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）近傍に設定されるのが通常である。したがって、ノッキングが検出され点火リタードを行った場合、それに応じて出力トルクが低下してしまう。
そこで、点火リタードを行った場合には、この点火リタードによるトルク低下を相殺するように吸入空気量を増大させ、出力トルクを維持することが考えられる。

しかしながら、吸入空気量を過度に増大させるとエンジンの熱効率が低下するので、吸入空気量の増大にも関わらず出力トルクを維持することができず、燃費の悪化も招く。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を防止することができる、エンジン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に、本発明のエンジンの制御装置は、目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、エンジンの点火装置による基準点火時期を、エンジンの運転状態に応じて設定する点火時期設定手段と、ノッキングを抑制するために、基準点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段と、目標トルクをエンジンに出力させるための目標空気量を、点火時期が基準点火時期に設定された条件でのエンジンの運転状態に応じた基準熱効率、又は、吸入空気量、エンジン回転数及び点火リタード量に基づき推定した実熱効率を用いて設定する目標空気量設定手段と、目標空気量を、エンジンの運転状態に応じた基準熱効率が所定値以上となるように設定された閾値を超えないように制限する目標空気量制限手段と、目標空気量制限手段により閾値以下に制限された目標空気量に応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段と、を有し、閾値は、エンジン負荷が相対的に低い領域では同一のエンジン負荷においてエンジン回転数によらずにほぼ一定に設定され、エンジン負荷が相対的に高い領域では、同一のエンジン負荷において、エンジン回転数が相対的に高い高回転領域及び相対的に低い低回転領域よりも、それらの高回転領域と低回転領域との間の領域で高くなるように設定されていることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、目標空気量制限手段は、点火時期に応じて設定された目標空気量を、エンジンの運転状態に応じて設定された閾値を超えないように制限するので、吸入空気量を閾値を超えて過度に増大させることにより熱効率が低下し、目標空気量を増大させたにも関わらず目標トルクを得ることができず、目標空気量がさらに増大して燃費が悪化するという悪循環に陥ることを防止でき、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を防止することができる。また、目標空気量制限手段は、目標空気量を、熱効率が所定値以上となるように設定された閾値を超えないように制限するので、吸入空気量を閾値を超えて過度に増大させることにより、目標空気量を増大させても目標トルクを得ることができず、目標空気量がさらに増大して燃費が悪化するような領域まで熱効率が低下することを防止でき、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を確実に防止することができる。

また、本発明において、好ましくは、目標空気量制限手段は、目標空気量を、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が増大するほど大きくなるように設定された閾値を超えないように制限する。
このように構成された本発明においては、目標空気量制限手段は、目標空気量を、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて適切に設定された閾値以下となるように制限することができ、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を確実に防止することができる。

また、本発明において、好ましくは、目標空気量制限手段は、目標空気量を、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が相対的に高い領域では一定となるように設定された閾値を超えないように制限する。
このように構成された本発明においては、目標空気量制限手段は、目標空気量を、エンジン負荷に応じて適切に設定された閾値以下となるように制限することができ、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を確実に防止することができる。

また、本発明において、好ましくは、目標空気量設定手段は、基準熱効率と、実熱効率との内、低い方の基準熱効率又は実熱効率に基づき、目標空気量を設定する。
このように構成された本発明においては、目標空気量設定手段は、基準熱効率と実熱効率との内、低い方の熱効率に基づき目標空気量を設定するので、点火リタードによる熱効率の低下を加味して目標空気量を設定することができ、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を確実に抑制できるとともに、燃費の悪化を防止することができる。

本発明によるエンジンの制御装置によれば、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を防止することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置がエンジンを制御するエンジン制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が目標充填効率を設定する目標充填効率設定処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるＰＣＭが要求充填効率を算出する方法を示した制御ブロック図である。 エンジン回転数と要求平均有効圧力に応じて設定された制限充填効率を示すマップである。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を搭載した車両においてアクセル操作が行われた場合の、エンジン制御に関するパラメータの時間変化を示すタイムチャートであり、図７（ａ）はアクセル開度の変化を示すチャート、図７（ｂ）は図７（ａ）に示したようにアクセル開度が変化した場合における目標トルクの変化を示すチャート、図７（ｃ）はノッキングを抑制するために設定された点火リタード量の変化を示すチャート、図７（ｄ）は図７（ｂ）の目標トルクをエンジンに出力させるように設定された充填効率の変化を示すチャート、図７（ｅ）は図７（ｄ）の充填効率を実現するように制御されるスロットル開度の変化を示すチャート、図７（ｆ）は図７（ｄ）の充填効率を実現するように制御される吸気ＶＶＴの進角量の変化を示すチャート、図７（ｇ）は図７（ｅ）、（ｆ）のように制御されたエンジンのエンジン回転数の変化を示すチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。

まず、図１及び図２により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、エンジンシステム１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１と、この吸気通路１から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁１３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン１０（具体的にはガソリンエンジン）と、このエンジン１０内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路２５と、エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５４と、エンジンシステム１００全体を制御するＰＣＭ６０（エンジンの制御装置）とを有する。

吸気通路１には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、外気や冷却水により吸気を冷却するインタークーラ５と、通過する吸気の量（吸入空気量）を調整するスロットルバルブ６と、エンジン１０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク７と、が設けられている。

また、吸気通路１には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路８が設けられている。具体的には、エアバイパス通路８の一端は、コンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ６の上流側の吸気通路１に接続され、エアバイパス通路８の他端は、エアクリーナ３の下流側で且つコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１に接続されている。

このエアバイパス通路８には、エアバイパス通路８を流れる吸気の流量を開閉動作により調節するエアバイパスバルブ９が設けられている。エアバイパスバルブ９は、エアバイパス通路８を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。

エンジン１０は、主に、吸気通路１から供給された吸気を燃焼室１１内に導入する吸気バルブ１２と、燃焼室１１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１３と、燃焼室１１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ１４と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン１５と、ピストン１５の往復運動により回転されるクランクシャフト１６と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路２５へ排出する排気バルブ１７と、を有する。

また、エンジン１０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７のそれぞれの動作タイミング（バルブの位相に相当する）を、可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing Mechanism）としての可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９によって可変に構成されている。可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９としては、公知の種々の形式を適用可能であるが、例えば電磁式又は油圧式に構成された機構を用いて、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを変化させることができる。

排気通路２５には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によってコンプレッサ４ａを駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する排気浄化触媒２６ａ、２６ｂが設けられている。以下では、排気浄化触媒２６ａ、２６ｂを区別しないで用いる場合には、単に「排気浄化触媒２６」と表記する。

また、排気通路２５には、排気の一部を吸気通路１に還流する排気再循環（Exhaust Gas Recirculation、以下「ＥＧＲ」と称する）通路２７が接続されている。ＥＧＲ通路２７は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路２５に接続され、他端がスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１に接続されている。さらに、ＥＧＲ通路２７には、還流させる排気を冷却するＥＧＲクーラ２８と、ＥＧＲ通路２７を流れる排気の流量を制御するＥＧＲバルブ２９とが設けられている。

さらに、排気通路２５には、排気にターボ過給機４のタービン４ｂを迂回させるタービンバイパス通路３０が設けられている。このタービンバイパス通路３０には、タービンバイパス通路３０を流れる排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧバルブ」と称する）３１が設けられている。

また、エンジンシステム１００には、当該エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５４が設けられている。これらセンサ４０〜５４は、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ４０は、アクセルペダルの開度（ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する）であるアクセル開度を検出する。エアフローセンサ４１は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。第１温度センサ４２は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の温度を検出する。第１圧力センサ４３は、過給圧を検出する。スロットル開度センサ４４は、スロットルバルブ６の開度であるスロットル開度を検出する。第２圧力センサ４５は、エンジン１０に供給される吸気の圧力に相当するインマニ圧（サージタンク７内の圧力）を検出する。クランク角センサ４６は、クランクシャフト１６におけるクランク角を検出する。吸気側カム角センサ４７は、吸気カムシャフトのカム角を検出する。排気側カム角センサ４８は、排気カムシャフトのカム角を検出する。ＥＧＲ開度センサ４９は、ＥＧＲバルブ２９の開度を検出する。ＷＧ開度センサ５０は、ＷＧバルブ３１の開度を検出する。Ｏ₂センサ５１は、排気中の酸素濃度を検出する。排気温度センサ５２は、排気温度を検出する。車速センサ５３は、車両の速度（車速）を検出する。ノックセンサ５４は、例えばエンジン１０のシリンダブロックに設けられ、エンジン１０のノッキングによる振動を検出する。これらの各種センサ４０〜５４は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５４をＰＣＭ６０に出力する。

ＰＣＭ６０は、上述した各種センサ４０〜５４から入力された検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５４に基づいて、エンジンシステム１００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、図２に示すように、ＰＣＭ６０は、スロットルバルブ６に制御信号Ｓ１０６を供給して、スロットルバルブ６の開閉時期やスロットル開度を制御し、エアバイパスバルブ９に制御信号Ｓ１０９を供給して、エアバイパスバルブ９の開閉を制御し、ＷＧバルブ３１に制御信号Ｓ１３１を供給して、ＷＧバルブ３１の開度を制御し、燃料噴射弁１３に制御信号Ｓ１１３を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ１４に制御信号Ｓ１１４を供給して、点火時期を制御し、可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９のそれぞれに制御信号Ｓ１１８、Ｓ１１９を供給して、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを制御する。

例えば、ＰＣＭ６０は、点火プラグ１４による基準点火時期をエンジン１０の運転状態に応じて設定すると共に、ノッキングを抑制するために基準点火時期を遅角側に補正する。また、ＰＣＭ６０は、目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標となる充填効率（吸入空気量を無次元化した値）を、点火時期に応じて設定すると共に、１０の運転状態に応じて設定された閾値を超えないように制限し、その目標充填効率に応じてスロットルバルブ６、ＷＧバルブ３１、吸気バルブ１２、排気バルブ１７等を制御することにより、充填効率を制御する。
ＰＣＭ６０は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。
なお、ＰＣＭ６０は、本発明における「エンジンの制御装置」に相当し、本発明における「点火時期設定手段」、「点火時期補正手段」、「目標空気量設定手段」、「目標空気量制限手段」、及び「空気量制御手段」として機能する。

次に、図３乃至図６により、エンジンの制御装置が行うエンジン制御処理について説明する。
図３は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置がエンジンを制御するエンジン制御処理のフローチャートであり、図４は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が目標充填効率を設定する目標充填効率設定処理のフローチャートであり、図５は、本発明の実施形態によるＰＣＭが要求充填効率を算出する方法を示した制御ブロック図であり、図６は、エンジン回転数と要求平均有効圧力に応じて設定された制限充填効率を示すマップである。

図３のエンジン制御処理は、車両のイグニッションがオンにされ、エンジンの制御装置に電源が投入された場合に起動され、繰り返し実行される。
エンジン制御処理が開始されると、図３に示すように、ステップＳ１において、ＰＣＭ６０は車両の運転状態を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、アクセル開度センサ４０が検出したアクセル開度、エアフローセンサ４１が検出した吸入空気量、車速センサ５３が検出した車速、ノックセンサ５４が検出したノッキング発生の有無、車両の変速機に現在設定されているギヤ段等を含む、上述した各種センサ４０〜５４が出力した検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５４を運転状態として取得する。

次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１において取得されたアクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して現在のアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。

次に、ステップＳ３において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２において決定した目標加速度を実現するためのエンジン１０の目標トルクを決定する。この場合、ＰＣＭ６０は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジン１０が出力可能なトルクの範囲内で、目標トルクを決定する。

また、ステップＳ２〜Ｓ３の処理と並行して、ステップＳ４において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１においてノックセンサ５４から取得した検出信号に基づき、ノッキングが検出されたか否かを判定する。
その結果、ノッキングが検出された場合、ステップＳ５に進み、ＰＣＭ６０は、ノッキングを抑制するために点火時期を遅角側に補正するときの補正量（点火リタード量）を増大させる。一方、ノッキングが検出されなかった場合、ステップＳ６に進み、ＰＣＭ６０は、点火リタード量を減少させる。これにより、ノックセンサ５４によりノッキングが検出される度に点火時期は徐々に遅角側に補正され、ノッキングが検出されない場合、点火時期は進角側に戻される。ただし、点火リタード量は、燃焼効率の著しい悪化や失火を考慮した燃焼安定性の観点から予め実験により定められた遅角量の限界値（遅角限界）を超えないように設定される。

ステップＳ３、及び、ステップＳ５又はＳ６の後、ステップＳ７に進み、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１において取得した現在のエンジン回転数及びステップＳ３において決定した目標トルクを含むエンジン１０の運転状態に応じて、点火プラグ１４による基準点火時期を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、目標トルクにフリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを加味した目標図示トルクを算出し、種々の充填効率及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火進角マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在のエンジン回転数に対応し且つＭＢＴ近傍で目標図示トルクが得られる点火進角マップを選択し、選択した点火進角マップを参照して、目標図示トルクに対応する点火時期を基準点火時期として設定する。そして、ＰＣＭ６０は、設定した基準点火時期を、ステップＳ５又はＳ６において設定した点火リタード量により遅角側に補正する。

次に、ステップＳ８において、ＰＣＭ６０は、目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標充填効率を設定する目標充填効率設定処理を実行する。この目標充填効率設定処理について、図４及び図５を参照して説明する。

図４及び図５に示すように、目標充填効率設定処理が開始されると、ステップＳ２１において、ＰＣＭ６０の圧力変換部６１は、ステップＳ７において算出した目標図示トルクを出力するために必要な要求平均有効圧力を算出する。

次に、ステップＳ２２において、ＰＣＭ６０の熱量変換部６２は、ステップＳ２１において算出された要求平均有効圧力に相当する熱量（要求熱量）を取得する。例えば、ＰＣＭ６０は、要求平均有効圧力に行程容積を乗ずることにより、要求平均有効圧力を得るために必要な仕事量を算出し、この仕事量に相当する熱量を要求熱量として取得する。

次に、ステップＳ２３において、ＰＣＭ６０の基準熱効率変換部６３は、ステップＳ２１において算出した要求平均有効圧力及びエンジン回転数に基づき、基準熱効率を取得する。この基準熱効率は、点火プラグ１４による点火時期がステップＳ７において設定した基準点火時期に設定された条件での熱効率であり、例えば、種々のエンジン回転数について平均有効圧力と熱効率との関係を規定したマップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から現在のエンジン回転数に対応するマップを参照して、要求平均有効圧力に対応する熱効率を基準熱効率として取得する。

次に、ステップＳ２４において、ＰＣＭ６０の実熱効率変換部６４は、ステップＳ１において取得された吸入空気量及びエンジン回転数と、ステップＳ５又はＳ６において設定された点火リタード量とに基づき、実熱効率を推定する。この実熱効率は、エンジン１０の実際の運転条件による熱効率であり、例えば、種々の吸入空気量及び種々のエンジン回転数について点火リタード量と実熱効率との関係を規定したマップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の吸入空気量及びエンジン回転数に対応するマップを参照して、点火リタード量に対応する熱効率を実熱効率として推定する。

次に、ステップＳ２５において、ＰＣＭ６０は、基準熱効率と実熱効率とを比較する。その結果、実熱効率が基準熱効率よりも低い場合には、ステップＳ２６に進み、ＰＣＭ６０のｃｅ変換部６５は、実熱効率と要求熱量から目標充填効率（以下、必要に応じて充填効率をｃｅ（ｃｈａｒｇｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と呼ぶ）を算出する。具体的には、ＰＣＭ６０は、要求熱量を実熱効率で除することにより、実熱効率の下で要求熱量を得るために必要な発生熱量（効率反映熱量）を算出する。ｃｅ変換部６５は、発生熱量とｃｅとの関係を規定したマップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）を参照し、効率反映熱量に対応するｃｅを目標ｃｅとして取得する。
一方、実熱効率が基準熱効率以上である場合には、ステップＳ２７に進み、ＰＣＭ６０のｃｅ変換部６５は、基準熱効率と要求熱量から目標ｃｅを算出する。具体的には、ＰＣＭ６０は、要求熱量を基準熱効率で除することにより、基準熱効率の下で要求熱量を得るために必要な発生熱量（効率反映熱量）を算出する。ｃｅ変換部６５は、発生熱量とｃｅとの関係を規定したマップを参照し、効率反映熱量に対応するｃｅを目標ｃｅとして取得する。

ステップＳ２６又はＳ２７の後、ステップＳ２８に進み、ＰＣＭ６０は、ｃｅ制限マップ６６（予め作成されてメモリなどに記憶されている）を参照し、目標ｃｅと制限ｃｅとを比較する。

その結果、目標ｃｅが制限ｃｅ以下である場合には、ステップＳ２９に進み、ＰＣＭ６０は、目標ｃｅを要求ｃｅとして設定する。一方、目標ｃｅが制限ｃｅを超えている場合には、ステップＳ３０に進み、ＰＣＭ６０は、制限ｃｅを要求ｃｅとして設定する。すなわち、ＰＣＭ６０は、要求ｃｅが制限ｃｅを超えないように制限する。

制限ｃｅは、エンジン回転数と要求平均有効圧力に応じて設定されている。この制限ｃｅは、基本的には、種々のエンジン回転数及び要求平均有効圧力において熱効率が３０％以上となるｃｅの上限値である。
要求ｃｅを制限ｃｅ以下に制限せず、熱効率が３０％未満の運転領域でエンジン１０を運転した場合、僅かな点火リタードを行っただけでも出力トルクが大幅に低下するので、そのトルク低下を補って目標トルクを達成するために要求ｃｅを増大させることになり、燃費が悪化する。さらに、ｃｅの増大に伴って熱効率がより低い運転領域でエンジン１０を運転することになるので、要求ｃｅを増大させたにも関わらず目標トルクを得ることができず、要求ｃｅがさらに増大して燃費が悪化するという悪循環に陥る。しかしながら、本実施形態では、要求ｃｅが制限ｃｅを超えないように制限するので、上記のような燃費悪化を防止することができる。

具体的には、図６のマップに示すように、同一のエンジン回転数において要求平均有効圧力（すなわちエンジン負荷）が大きくなるほど、制限ｃｅが大きくなるように設定されている。これは、エンジン回転数が同一の場合、要求平均有効圧力が大きくなるほど、その要求平均有効圧力を実現するために必要なｃｅが大きくなることに対応している。また、要求平均有効圧力が相対的に高い領域、より具体的にはアクセル開度が全開の状態に対応する領域では、制限ｃｅは一定となるように設定されている。
また、要求平均有効圧が相対的に低い運転領域は、そもそも熱効率が低い運転領域であるので、ｃｅを増大させなければ目標トルクを得ることができず、また、そもそも燃料消費量が少ないので、熱効率が３０％未満に悪化しても燃費に及ぼす影響が小さい。そこで、要求平均有効圧が相対的に低い運転領域における制限ｃｅは、３０％よりも低い熱効率（例えば２２％）に対応する値に設定されている。
また、制限ｃｅは、同一の要求平均有効圧力においてエンジン回転数によらずほぼ一定となるように設定されている。

図４に戻り、ステップＳ２９又はＳ３０の後、ＰＣＭ６０は目標充填効率設定処理を終了し、メインルーチンに戻る。

図３に戻り、ステップＳ８の目標充填効率設定処理を実行した後、ステップＳ９に進み、ＰＣＭ６０は、目標充填効率設定処理において設定した要求ｃｅに相当する空気がエンジン１０に導入されるように、エアフローセンサ３１が検出した空気量を考慮して、スロットルバルブ６の開度と、可変吸気バルブ機構１８を介した吸気バルブ１２の開閉時期とを決定する。

次に、ステップＳ１０において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ９において決定したスロットル開度及び吸気バルブ１２の開閉時期に基づき、スロットルバルブ６及び可変吸気バルブ機構１８を制御するとともに、エンジン１０の運転状態等に応じて決定された目標当量比と、エアフローセンサ４１の検出信号Ｓ１４１等に基づき推定した実空気量とに基づき、燃料噴射弁１３を制御する。

また、ステップＳ９〜Ｓ１０の処理と並行して、ステップＳ１１において、ＰＣＭ６０は、ターボ過給機４による目標過給圧を取得する。例えば、目標トルクと目標過給圧との関係を示すマップが予めメモリ等に記憶されており、ＰＣＭ６０は、そのマップを参照し、ステップＳ３において決定した目標トルクに対応する目標過給圧を取得する。

次に、ステップＳ１２において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１１において取得した目標過給圧を実現するための、ＷＧバルブ３１の開度を決定する。

次に、ステップＳ１３において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１２において設定した開度に基づき、ＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御する。
この場合、ＰＣＭ１０は、ステップＳ１２において設定した開度に応じてＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御すると共に、第１圧力センサ４３により検出される過給圧を、ステップＳ１１において取得した目標過給圧に近づけるようにアクチュエータをフィードバック制御する。

また、ステップＳ９〜Ｓ１０及びステップＳ１１〜Ｓ１３の処理と並行して、ステップＳ１４において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ７において設定した点火時期に点火が行われるように、点火プラグ１４を制御する。

また、ステップＳ２２において、トルク低減の要求がない場合、ステップＳ２５に進み、エンジン制御部６７は、ステップＳ２１におけるスロットルバルブ６及び可変吸気バルブ機構１８の制御により実際に燃焼室１１に導入された実空気量に対応する最も燃焼効率の良い点火時期（基本点火時期）に点火が行われるように、点火プラグ１４を制御する。
具体的には、エンジン制御部６７は、実空気量及びエンジン回転数に対応する点火進角マップのＭＢＴと、実空気量及びエンジン回転数に対応するノック限界点火時期の内、遅角側の点火時期を基本点火時期として設定し、点火プラグ１４を制御する。
ステップＳ１０、Ｓ１３及びＳ１４の後、ＰＣＭ６０は、エンジン制御処理を終了する。

次に、図７により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用を説明する。図７は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を搭載した車両においてアクセル操作が行われた場合の、エンジン制御に関するパラメータの時間変化を示すタイムチャートである。

図７（ａ）はアクセル開度の変化を示すチャート、図７（ｂ）は図７（ａ）に示したようにアクセル開度が変化した場合における目標トルクの変化を示すチャートである。
図７（ａ）は、ギヤ段を固定した状態で車速をほぼ一定の上昇率で上昇させるようにアクセルペダルを操作したときのアクセル開度の変化を示している。これらの図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、目標トルクは、基本的にアクセル開度の変化と同様に変化する。

図７（ｃ）はノッキングを抑制するために設定された点火リタード量の変化を示すチャート、図７（ｄ）は図７（ｂ）の目標トルクをエンジンに出力させるように設定された充填効率の変化を示すチャートであり、図７（ｄ）における実線は、制限ｃｅを超えないように制限された要求ｃｅを示し、破線は、制限ｃｅに制限される前の目標ｃｅを示し、一点鎖線は、実際にエンジン１０に吸入された空気量に相当する実ｃｅを示している。
図７（ｃ）の例では、アクセル開度の増大に応じて目標トルクが上昇し始めたタイミングで点火リタードが行われている。この点火リタードによる出力トルクの低下を補うために、図７（ｄ）に破線で示すように目標ｃｅが上昇する。しかしながら、図４及び図５を参照して説明したように、要求ｃｅは制限ｃｅを超えないように制限される。すなわち、図７（ｄ）に実線で示すように、点火リタードが実行され且つ目標トルクが相対的に高い場合、要求ｃｅは目標ｃｅよりも低い値に制限される。これにより、過度にｃｅを増大させて熱効率が低下することによる燃費悪化を防止することができる。実ｃｅは、図７（ｄ）に一点鎖線で示すように、基本的には要求ｃｅと一致するように制御されるが、要求ｃｅが急激に増大する場合には若干の遅れが生じている。これは、スロットルバルブ６や可変吸気バルブ機構１８の制御に対する吸入空気量の応答遅れによるものである。

図７（ｅ）は図７（ｄ）の要求ｃｅを実現するように制御されるスロットル開度の変化を示すチャート、図７（ｆ）は図７（ｄ）の充填効率を実現するように制御される吸気ＶＶＴの進角量の変化を示すチャート、図７（ｇ）は図７（ｅ）、（ｆ）のように制御されたエンジンのエンジン回転数の変化を示すチャートである。
図７（ｅ）、（ｆ）に示すように、スロットルバルブ６及び可変吸気バルブ機構１８は、図７（ｄ）に示した要求ｃｅを実現するように制御される。これにより、図７（ｇ）に示すエンジン回転数は、アクセル開度の変化に対応して変化しつつ、ほぼ一定の上昇率で上昇している。このときのエンジン１０の実際の出力トルクは、図７（ｂ）に示した目標トルクとほぼ一致するように変化する。すなわち、燃費の悪化を防止しつつ、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できる。

次に、上述した本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の効果を説明する。

まず、ＰＣＭ６０は、目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標ｃｅを、基準点火時期又はノッキングを抑制するために遅角側に補正された点火時期に応じて設定し、その目標ｃｅを、エンジン１０の運転状態に応じて設定された制限ｃｅを超えないように制限し、制限ｃｅ以下に制限された要求ｃｅに応じて吸入空気量を制御するので、ｃｅを過度に増大させて熱効率が低下することにより、目標ｃｅを増大させたにも関わらず目標トルクを得ることができず、目標ｃｅがさらに増大して燃費が悪化するという悪循環に陥ることを防止でき、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を防止することができる。

特に、ＰＣＭ６０は、目標ｃｅを、種々の運転状態において熱効率が３０％以上となるように設定された制限ｃｅを超えないように制限するので、ｃｅを過度に増大させることにより、目標ｃｅを増大させても目標トルクを得ることができず、目標ｃｅがさらに増大して燃費が悪化するような領域まで熱効率が低下することを防止でき、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を確実に防止することができる。

また、ＰＣＭ６０は、目標ｃｅを、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が増大するほど大きくなるように設定された制限ｃｅを超えないように制限するので、目標ｃｅを、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて適切に設定された制限ｃｅ以下となるように制限することができ、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を確実に防止することができる。

また、ＰＣＭ６０は、目標ｃｅを、エンジン負荷が相対的に高い領域では一定となるように設定された制限ｃｅを超えないように制限するので、目標ｃｅを、エンジン負荷に応じて適切に設定された制限ｃｅ以下となるように制限することができ、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を確実に防止することができる。

また、ＰＣＭ６０は、目標ｃｅを、同一のエンジン負荷においてエンジン回転数によらずほぼ一定に設定された制限ｃｅを超えないように制限するので、目標ｃｅを、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて適切に設定された制限ｃｅ以下となるように制限することができ、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できるとともに、燃費の悪化を確実に防止することができる。

また、ＰＣＭ６０は、目標トルク及びエンジン回転数に応じて予め設定された基準熱効率と、エンジン回転数、吸入空気量及び点火時期に基づき推定した実熱効率との内、低い方の熱効率に基づき、目標ｃｅを設定するので、点火リタードによる熱効率の低下を加味して目標ｃｅを設定することができ、これにより、ノッキング防止のための点火リタードに伴うトルク低下を確実に抑制できるとともに、燃費の悪化を防止することができる。

１ 吸気通路
４ ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
６ スロットルバルブ
９ エアバイパスバルブ
１０ エンジン
１３ 燃料噴射弁
１４ 点火プラグ
１８ 可変吸気バルブ機構
２５ 排気通路
３１ ＷＧバルブ
４０ アクセル開度センサ
５３ 車速センサ
５４ ノックセンサ
６０ ＰＣＭ
１００ エンジンシステム

Claims (4)

1. 目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンの点火装置による基準点火時期を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する点火時期設定手段と、
   ノッキングを抑制するために、上記基準点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段と、
   上記目標トルクを上記エンジンに出力させるための目標空気量を、点火時期が上記基準点火時期に設定された条件での上記エンジンの運転状態に応じた基準熱効率、又は、吸入空気量、エンジン回転数及び点火リタード量に基づき推定した実熱効率を用いて設定する目標空気量設定手段と、
   上記目標空気量を、上記エンジンの運転状態に応じた基準熱効率が所定値以上となるように設定された閾値を超えないように制限する目標空気量制限手段と、
   上記目標空気量制限手段により上記閾値以下に制限された目標空気量に応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段と、を有し、
   上記閾値は、エンジン負荷が相対的に低い領域では同一のエンジン負荷においてエンジン回転数によらずにほぼ一定に設定され、エンジン負荷が相対的に高い領域では、同一のエンジン負荷において、エンジン回転数が相対的に高い高回転領域及び相対的に低い低回転領域よりも、それらの高回転領域と低回転領域との間の領域で高くなるように設定されている、
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記目標空気量制限手段は、上記目標空気量を、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が増大するほど大きくなるように設定された上記閾値を超えないように制限する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 上記目標空気量制限手段は、上記目標空気量を、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が相対的に高い領域では一定となるように設定された上記閾値を超えないように制限する、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
4. 上記目標空気量設定手段は、上記基準熱効率と、上記実熱効率との内、低い方の上記基準熱効率又は上記実熱効率に基づき、上記目標空気量を設定する請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。

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