JP6446081B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気還流装置を備える内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の出力トルクが目標トルクと一致するように吸入空気流量の制御を行う制御装置に関する。
特許文献１は、内燃機関のスロットル弁の開度と吸入空気流量との関係に関する特性にばらつきがあっても、目標トルクに応じた実際の吸入空気流量の制御精度を高めることを目的とした内燃機関の制御装置を開示している。この制御装置によれば、内燃機関の目標トルクに基づいて目標吸入空気流量が算出されるとともに、目標吸入空気流量、還流排気流量などに基づいて目標吸気圧が算出され、実吸気圧を用いずに目標吸気圧及び目標吸入空気流量に基づいて、スロットル弁の目標開度が算出され、実際のスロットル弁開度が目標開度と一致するように制御される。
特許第４４１５５０９号公報
例えば機関の出力軸に接続された変速機のシフトアップを行うときには、一時的に機関の目標トルクを低下させ、直ぐに復帰させる制御動作が一般的に行われており、このとき吸入空気流量を一時的に減少させ、直ぐに増加させる制御動作が行われる。その制御動作を行う際に排気還流が行われている場合には、吸入空気流量を増加させたときに、実際の吸入空気流量が目標吸入空気流量に対してオーバシュートして一時的に機関出力トルクが増加する不具合（小さなトルクショック）が発生することがある。排気還流を実行しているときは、吸入空気流量の変化に対応させて還流排気流量も変化させる制御が行われるが、吸入空気流量の変化速度よりも還流排気流量の変化速度が若干遅いことが原因と考えられる。
このような問題は、上記特許文献１に示されるように、実吸気圧ではなく目標吸気圧に基づいてスロットル弁開度を制御する制御手法を適用しても発生する場合があることが確認されている。
本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、排気還流実行中に吸入空気流量を減少させ直ぐに増加させる制御動作が行われる場合において、実際の吸入空気流量が目標吸入空気流量を超えてオーバシュートし、トルクショックが発生することを防止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。
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、排気を吸気通路（２）に還流する排気還流装置（１２，１３）を備える内燃機関の制御装置であって、前記吸気通路内に設けられたスロットル弁（３）の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する目標開度算出手段と、前記スロットル弁の実際の開度（ＴＨ）が前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）と一致するように前記スロットル弁（３）を駆動するスロットル弁駆動手段とを備える制御装置において、前記機関の目標トルク（ＴＲＱＣＭＤ）を算出する目標トルク算出手段と、前記目標トルク（ＴＲＱＣＭＤ）に基づいて前記機関の目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する目標吸入空気流量算出手段と、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）に基づいて目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤ）を算出する目標吸気圧算出手段と、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）に基づいて目標還流排気流量（ＧＥＧＲＣＭＤ）を算出する目標還流排気流量算出手段と、前記目標還流排気流量（ＧＥＧＲＣＭＤ）について還流排気流量変化遅れ処理を施すことにより、補正目標還流排気流量（ＧＥＧＲＣＭＤＣ）を算出する補正目標還流排気流量算出手段と、前記排気還流装置に設けられた還流排気流量調整弁（１３）の開度を、前記排気還流装置を介して還流される排気の流量である還流排気流量（ＧＥＧＲ）が前記目標還流排気流量（ＧＥＧＲＣＭＤ）と一致するように制御する流量調整弁制御手段とを備え、前記目標吸気圧算出手段は、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）及び前記補正目標還流排気流量（ＧＥＧＲＣＭＤＣ）を用いて前記目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤ）を算出することによって、前記還流排気流量の変化遅れに対応する吸気圧変化遅れ処理を実行し、前記目標開度算出手段は、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）及び前記目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤ）を用いて前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出し、前記流量調整弁制御手段は、前記目標トルク（ＴＲＱＣＭＤ）と同様に変化し、前記吸気圧変化遅れ処理が行われていない目標吸気圧に相当する遅れ無し目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤＸ）を算出し、前記目標還流排気流量（ＧＥＧＲＣＭＤ）及び前記遅れ無し目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤＸ）に基づいて前記還流排気流量調整弁（１３）の開度を制御することを特徴とする。
この構成によれば、排気還流装置による還流排気流量の変化遅れに対応する吸気圧変化遅れ処理を行うことによって目標吸気圧が算出され、その目標吸気圧及び目標吸入空気流量を用いて、スロットル弁の目標開度が算出される。具体的には、目標吸入空気流量を用いて目標還流排気流量が算出され、目標還流排気流量について還流排気流量変化遅れ処理を施すことにより、補正目標還流排気流量が算出され、還流排気流量が目標還流排気流量と一致するように還流排気流量調整弁の開度が制御され、目標吸入空気流量及び補正目標還流排気流量を用いて目標吸気圧を算出することによって、吸気圧変化遅れ処理が実行される。補正目標還流排気流量には、還流排気流量の変化遅れが反映されているので、補正目標還流排気流量及び目標吸入空気流量を用いて目標吸気圧を算出することによって、還流排気流量の変化遅れに対応する吸気圧変化遅れ処理を行うことができる。このようにして算出される目標吸気圧を用いてスロットル弁の目標開度を算出することにより、還流排気流量の変化遅れに対応する遅れを伴った目標開度設定を行うことが可能となり、スロットル弁開度が、還流排気流量の変化遅れに対応する遅れを伴って変化する吸入空気流量制御が行われる。その結果、還流排気流量の変化遅れに起因して、実吸入空気流量が目標吸入空気流量を超えてオーバシュートし、トルクショックが発生することを防止できる。さらに目標トルクと同様に変化し、吸気圧変化遅れ処理が行われていない目標吸気圧に相当する遅れ無し目標吸気圧が算出され、目標還流排気流量及び遅れ無し目標吸気圧に基づいて還流排気流量調整弁の開度が制御されるので、還流排気流量の変化遅れを低減することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記還流排気流量変化遅れ処理は、むだ時間に対応する遅れ処理（Ｓ２６，Ｓ２７）と、変化速度を制限するレートリミット処理（Ｓ２１〜Ｓ２５）とを含むことを特徴とする。
この構成によれば、還流排気流量変化遅れ処理として、むだ時間に対応する遅れ処理と、変化速度を制限するレートリミット処理とが行われるので、補正目標還流排気流量の変化を比較的高い精度で、実際の還流排気流量の変化遅れに一致させることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記目標吸入空気流量算出手段は、前記目標吸入空気流量の複数の候補値（ＧＡＩＲＣＭＤ(i)）を算出する候補値算出手段と、前記複数の候補値（ＧＡＩＲＣＭＤ(i)）に対応する、前記機関の複数の仮点火時期（ＩＧＥＳＴ(i)）を用いて、前記複数の候補値（ＧＡＩＲＣＭＤ(i)）に対応する複数の推定機関出力トルク値（ＨＴＲＱ(i)）を算出する推定機関出力トルク値算出手段とを備え、前記推定機関出力トルク値（ＨＴＲＱ(i)）と前記目標トルク（ＴＲＱＣＭＤ）との関係と、前記複数の候補値（ＧＡＩＲＣＭＤ(i)）とに基づいて、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出することを特徴とする。
この構成によれば、目標吸入空気流量の複数の候補値が算出され、該複数の候補値に対応する複数の仮点火時期を用いて、複数の候補値に対応する複数の推定機関出力トルク値が算出され、推定機関出力トルク値と目標トルクとの関係と、複数の候補値とに基づいて、目標吸入空気流量が算出される。したがって、点火時期の設定に依存する実出力トルクの変化を加味した吸入空気流量制御が行われ、実出力トルクを目標トルクに精度良く一致させることができる。
本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 本発明の解決課題を説明するためのタイムチャートである。 本発明の制御手法を説明するためのタイムチャートである。 内燃機関の出力トルク制御を実行する処理のフローチャートである。 図４の処理において目標吸気圧（ＰＢＡＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 図４または図５の処理で参照されるマップまたはテーブルの設定を説明するための図である。 図５の処理で実行される増加方向のレートリミット処理を説明するための図である。 本実施形態の変形例を説明するためのタイムチャートである。
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図であり、この図に示す内燃機関（以下「エンジン」という）１は、例えば４気筒を有し、各気筒には、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタ６が設けられている。インジェクタ６の作動は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５により制御される。またエンジン１の各気筒には点火プラグ８が装着されており、ＥＣＵ５によって点火プラグ８による点火時期が制御される。エンジン１の吸気通路２にはスロットル弁３が配置されている。
ＥＣＵ５には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２１、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２２、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ２３、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ２４、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２５、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２６、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダル操作量ＡＰを検出するアクセルセンサ２７、大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２８、及び図示しない他のセンサ（例えば、空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ、カム軸の回転角度を検出するカム角度センサ、車速センサなど）が接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ２６は、クランク角度位置を示す複数のパルス信号を出力するものであり、このパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数（回転速度）ＮＥの検出に使用される。
エンジン１は排気還流装置を備えており、この排気還流装置は、排気通路１０と吸気通路２と接続する排気還流通路１２と、排気還流通路１２を通過する排気の流量を調整する排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）１３とを有する。ＥＧＲ弁１３の作動は、ＥＣＵ５によって制御される。
エンジン１は各気筒に設けられた吸気弁（図示せず）の作動位相ＣＡＩＮを連続的に変更可能な弁作動特性可変装置４０を備えており、吸気弁作動位相ＣＡＩＮは、ＥＣＵ５によって制御される。
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路等を備える周知の構成を有するものであり、エンジン運転状態（主としてエンジン回転数ＮＥ及び目標トルクＴＲＱＣＭＤ）に応じて、インジェクタ６による燃料噴射制御、点火プラグ８による点火時期制御、アクチュエータ３ａ及びスロットル弁３による吸入空気流量制御、ＥＧＲ弁１３による還流排気流量制御、弁作動特性可変装置４０による吸気弁作動位相制御を行う。目標トルクＴＲＱＣＭＤは、主としてアクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように算出される。また目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤは、目標トルクＴＲＱＣＭＤに応じて算出され、目標トルクＴＲＱＣＭＤにほぼ比例するように算出される。実際の吸入空気流量ＧＡＩＲが目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤと一致するように、アクチュエータ３ａによってスロットル弁３を駆動する吸入空気流量制御が行われる。
インジェクタ６による燃料噴射量（質量）ＧＩＮＪは、吸入空気流量ＧＡＩＲを用いて算出される基本燃料量ＧＩＮＪＢを、空燃比センサにより検出される空燃比ＡＦに応じた空燃比補正係数ＫＡＦなどの補正係数を用いて補正することによって制御される。なお、燃料噴射量ＧＩＮＪは公知の手法を用いて、燃圧ＰＦ及び燃料の密度などに応じてインジェクタ６の開弁時間ＴＯＵＴに変換され、１サイクル当たりに燃焼室内の供給する燃料量が燃料噴射量ＧＩＮＪとなるように制御される。
ＥＣＵ５は、ネットワークバスを介してエンジン１によって駆動される車両の変速機を制御する変速制御用電子制御ユニット（変速ＥＣＵ，図示せず）に接続されており、シフトアップ及びシフトダウンを行う際に、変速ＥＣＵからのトルク変更要求に応じて目標トルクＴＲＱＣＭＤを変更する協調制御を実行する。
図２は本発明の解決課題を説明するためのタイムチャートであり、目標トルクＴＲＱＣＭＤ、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標還流排気流量（以下「目標ＥＧＲ流量」という）ＧＥＧＲＣＭＤ、目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ、スロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤ、及びＥＧＲ弁１３の目標開度に相当する目標リフト量ＬＣＭＤの推移を示す。図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す破線は、実際の吸入空気流量ＧＡＩＲ、還流排気流量ＧＥＧＲ、及び吸気圧ＰＢＡの推移を示す。
本実施形態では、目標トルクＴＲＱＣＭＤに基づいて目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤに基づいて目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤを用いて目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを用いて目標開度ＴＨＣＭＤが算出され、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ及び目標吸気圧ＰＢＡを用いて目標リフト量ＬＣＭＤが算出される。スロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤと一致し、ＥＧＲ弁１３の実開度に相当するリフト量ＬＡＣＴが目標リフトＬＣＭＤと一致するようにスロットル弁３及びＥＧＲ弁１３の制御が行われる。
図２には、目標トルクＴＲＱＣＭＤが時刻ｔ１においてステップ状に減少し、時刻ｔ２においてステップ状に増加する動作例が示されている。このような目標トルクＴＲＱＣＭＤの変化は、例えば変速機においてシフトアップを行う際に変速ＥＣＵからのトルク変更要求によって発生する。
この例では、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ、及び目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤは、目標トルクＴＲＱＣＭＤと同様に変化し、したがって目標開度ＴＨＣＭＤ及び目標リフト量ＬＣＭＤも、目標トルクＴＲＱＣＭＤと同様に変化するが、実際の吸入空気流量ＧＡＩＲ、還流排気流量ＧＥＧＲ、及び吸気圧ＰＢＡは、破線で示すように変化が遅れる。ここで、図２（ｂ）と（ｃ）を対比すると明らかなように、還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れは、吸入空気流量ＧＡＩＲの変化遅れより大きくなっている。そのため、矢印Ａで示すように吸入空気流量ＧＡＩＲのオーバシュートが発生し、エンジン出力トルクの一時的な増加、すなわちトルクショックが発生している。
図３は本実施形態における制御手法を説明するためのタイムチャートであり、図３（ａ）〜（ｆ）は、対応する図２（ａ）〜（ｆ）と同じ制御パラメータの推移を示す。ただし、図３（ｄ）は、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤについて変化遅れ処理（以下「ＥＧＲ変化遅れ処理」という）を行うことによって算出される補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ（図３（ｃ）に一点鎖線で示す）を用いて算出される目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤの推移を示す。
図３（ａ）〜（ｃ）に実線で示す推移は、図２（ａ）〜（ｃ）と同一であるが、図３（ｄ）に示す目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤは、時刻ｔ１及びｔ２における変化量が減少し、時刻ｔ１からｔ３までの期間及び、時刻ｔ２からｔ４までの期間では、同一値に保持され、時刻ｔ３以後は徐々に減少し、時刻ｔ４以後は徐々に増加して、本来の目標値まで推移する。したがって、目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを用いて算出される目標開度ＴＨＣＭＤ及び目標リフト量ＬＣＭＤが、目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤと同様の変化態様を示すように制御される。ただし、図３は、時刻ｔ１において目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤが「０」となる動作例を示しており、目標リフト量ＬＣＭＤは、時刻ｔ１において「０」となる（後述する式（６）参照）。
目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤは、図２に示す従来例では、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤと同様に変化するが、本実施形態では、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤについてＥＧＲ変化遅れ処理を行うことにより、補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ及び補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣを用いて目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤが算出される。ＥＧＲ変化遅れ処理を行うことによって算出される補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣは、実際の還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに対応したものとなり、補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣを用いて目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを算出することにより、還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに対応する変化遅れ処理（以下「ＰＢＡ変化遅れ処理」という）が行われた目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤが得られる。
したがってＰＢＡ変化遅れ処理を行って算出される目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤと、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤと用いて目標開度ＴＨＣＭＤを算出することによって、目標開度ＴＨＣＭＤの変化が実際の還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに対応する変化遅れを伴うものとなり、図３（ｂ）に矢印Ｂで示すように、実際の吸入空気流量ＧＡＩＲのオーバシュートを解消することができる。
図４は、上述したエンジン１の出力トルク制御を実行する処理のフローチャートである。この処理は、所定時間ＴＣＡＬ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎にＥＣＵ５において実行される。
ステップＳ１１では、目標トルクＴＲＱＣＭＤに応じてＣＡＩＮＣＭＤマップを検索し、目標作動位相ＣＡＩＮＣＭＤを算出する。目標作動位相ＣＡＩＮＣＭＤは、吸気弁作動位相ＣＡＩＮの目標値であり、目標トルクＴＲＱＣＭＤに応じて例えば図６（ａ）に示すように、すなわち、大まかには目標トルクＴＲＱＣＭＤが増加するほど、吸気弁作動位相ＣＡＩＮが増加するように設定される。吸気弁作動位相ＣＡＩＮは、最遅角位相からの進角量として定義され、目標トルクＴＲＱＣＭＤが増加するほど吸気弁作動位相ＣＡＩＮは増加（進角）するように設定される。吸気弁作動位相ＣＡＩＮの算出には、エンジン回転数ＮＥも考慮され、吸気弁作動位相ＣＡＩＮはエンジン回転数ＮＥが増加するほど減少（遅角）するように設定される。
ステップＳ１２では、目標作動位相ＣＡＩＮＣＭＤに応じて１０個の仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）を算出する。すなわち、吸気圧ＰＢＡが「０」である状態に対応する仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(0)と、吸気圧ＰＢＡが大気圧ＰＡと等しい状態に対応する仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(9)と、その間に等間隔に配置された仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(1)〜ＧＡＩＲＣＭＤ(8)を算出する。吸気圧ＰＢＡに応じた目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤの算出には、例えば図６（ｂ）に示すように設定されたＧＡＩＲマップが使用される。図６（ｂ）は吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及びエンジン回転数ＮＥが一定である状態に対応する関係を示しており、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気弁作動位相ＣＡＩＮが増加するほど、吸入空気流量ＧＡＩＲは増加する。
本実施形態では、ステップＳ１２で算出される１０個の仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）に対応して、１０個の仮目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ(i)、１０個の仮補正目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ(i)、１０個の仮点火時期ＩＧＥＳＴ(i)、及び１０個の推定出力トルクＨＴＲＱ(i)を算出し（ステップＳ１３〜Ｓ１６）、目標トルクＴＲＱＣＭＤと推定出力トルクＨＴＲＱ(i)との関係と、１０個の仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)とに基づいて、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ、及び目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤが算出される（ステップＳ１７）。
ステップＳ１３では、仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）に対応して、仮目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）を算出する。この演算には例えば図６（ｃ）に示される関係（エンジン回転数ＮＥが一定の場合に対応する）が適用される。目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤは、排気還流を実行する吸入空気流量範囲においては、エンジン回転数ＮＥが増加するほど減少するように設定される。
ステップＳ１４では、後述する図５に示す処理を実行し、仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)及び仮目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）を用いて仮目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）を算出する。
ステップＳ１５では、仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)、仮目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）、及びエンジン回転数ＮＥとともに、ノッキングの発生状態に応じた遅角補正量も考慮して、公知の手法を用いて仮点火時期ＩＧＥＳＴ(i)（ｉ＝０〜９）を算出する。
ステップＳ１６では、仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)、仮目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ(i)及び仮点火時期ＩＧＥＳＴ(i)（ｉ＝０〜９）を用いてエンジン１の推定出力トルクＨＴＲＱ(i)（ｉ＝０〜９）を公知の手法を用いて算出する。
ステップＳ１７では、下記のような補間演算を実行して、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ、及び目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを算出する。
１）下記の関係を満たすインデクスパラメータｉの値ｉＸを決定する（ｉＸは、「０」から「８」までの間の整数値をとる）。
ＨＴＲＱ(iX)≦ＴＲＱＣＭＤ＜ＨＴＲＱ(iX+1)
２）下記式（１）により補間比率ＫＩＮＴを算出する。
ＫＩＮＴ＝（ＴＲＱＣＭＤ−ＨＴＲＱ(iX)）／（ＨＴＲＱ(iX+1)−ＨＴＲＱ(iX))
（１）
３）補間比率ＫＩＮＴを下記式（２）〜（４）に適用して、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ、及び目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを算出する。
ＧＡＩＲＣＭＤ＝ＧＡＩＲＣＭＤ(iX)
＋ＫＩＮＴ×（ＧＡＩＲＣＭＤ(iX+1)−ＧＡＩＲＣＭＤ(iX)) （２）
ＧＥＧＲＣＭＤ＝ＧＥＧＲＣＭＤ(iX)
＋ＫＩＮＴ×（ＧＥＧＲＣＭＤ(iX+1)−ＧＥＧＲＣＭＤ(iX)) （３）
ＰＢＡＣＭＤ＝ＰＢＡＣＭＤ(iX)
＋ＫＩＮＴ×（ＰＢＡＣＭＤ(iX+1)−ＰＢＡＣＭＤ(iX)) （４）
ステップＳ１８では、ノズルの式として周知の下記式（５）及び（６）を用いて、スロットル弁３の有効開口面積ＡＴＨＣＭＤ及びＥＧＲ弁１３の有効開口面積ＡＬＣＭＤを算出し、有効開口面積ＡＴＨＣＭＤ及びＡＬＣＭＤをそれぞれ所定の変換テーブルを用いて目標開度ＴＨＣＭＤ及び目標リフト量ＬＣＭＤに変換する。
Figure 0006446081
ここで、Ｒはガス定数、ＴＡＫ及びＴＥＸＫはそれぞれ絶対温度で示した吸気温及び排気温、ＰＡ及びＰＥＸはそれぞれ大気圧及び還流される排気の圧力（排気圧）、ＫＣは単位変換のための定数、Ψは周知の圧力比流量関数である。排気温ＴＥＸＫは、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて設定されたマップを用いて推定した温度が適用され、排気圧ＰＥＸは、大気圧ＰＡと、車両１００のマフラーから排気還流通路１２の入口までの圧力損ＰＬＳ１と、排気還流通路１２における圧力損ＰＬＳ２とを用いて推定した圧力値が適用される。圧力損ＰＬＳ１はエンジン回転数ＮＥ及び吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて設定されたマップを用いて算出され、圧力損ＰＬＳ２はエンジン回転数ＮＥ及び還流排気流量ＧＥＧＲに応じて設定されたマップを用いて算出される。排気温ＴＥＸＫ及び排気圧ＰＥＸの推定手法は、いずれも公知のものである。
図６は、図５のステップＳ１４で実行されるＰＢＡＣＭＤ(i)算出処理のフローチャートである。
ステップＳ２０では、レートリミット処理におけるステップＳ２２及びＳ２４の演算に適用する増加量ＤＧＥＧＲＲ及び減少量ＤＧＥＧＲＦをエンジン回転数ＮＥに応じて算出する。増加量ＤＧＥＧＲＲ及び減少量ＤＧＥＧＲＦは、ともにエンジン回転数ＮＥが増加するほど増加するように設定される。
ステップＳ２１では、目標ＥＧＲ流量増加フラグＦＩＮＣが「１」であるか否かを判別する。目標ＥＧＲ流量増加フラグＦＩＮＣは、下記式（７）で定義される変化量ＤＧＥＧＲの符号がプラスであるとき「１」に設定され、変化量ＤＧＥＧＲが「０」以上であるときは「１」に維持され、負の値に変化すると「０」に変更され、以後は変化量ＤＧＥＧＲが「０」以下であるときは「０」に維持され、正の値に変化すると「１」に変更される。
ＤＧＥＧＲ＝ＧＥＧＲＣＭＤ(k)−ＧＥＧＲＣＭＤ(k-1) （７）
ここで、ｋは本処理の演算周期（ＴＣＡＬ）で離散化した離散化時刻である。
ステップＳ２１の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち目標ＥＧＲ流量増加フラグＦＩＮＣが「１」であるときは、ステップＳ２０で算出した増加量ＤＧＥＧＲＲを下記式（８）に適用し、増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k)を算出する（ステップＳ２２）。
ＧＥＧＲＬＭＲ(k)＝ＧＥＧＲＬＭＲ(k-1)＋ＤＧＥＧＲＲ （８）
ここで増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k)の初期値は「０」に設定される。
ステップＳ２３では、算出した増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k)及び仮目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ(i,k)を下記式（９）適用して、仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)を算出する。式（９）は、ＧＥＧＲＣＭＤ(i,k)及びＧＥＧＲＬＭＲ(k)の小さい方を仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)として選択するリミット処理に相当する。
ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)＝ＭＩＮ（ＧＥＧＲＣＭＤ(i,k)，ＧＥＧＲＬＭＲ(k)）
（９）
ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）、すなわち目標ＥＧＲ流量増加フラグＦＩＮＣが「０」であるときは、ステップＳ２０で算出した減少量ＤＧＥＧＲＦを下記式（１０）に適用し、減少レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＦ(k)を算出する（ステップＳ２４）。
ＧＥＧＲＬＭＦ(k)＝ＧＥＧＲＬＭＦ(k-1)−ＤＧＥＧＲＦ （１０）
ここで減少レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＦ(k)の初期値は「０」に設定される。
ステップＳ２５では、算出した減少レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＦ(k)及び仮目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ(i,k)を下記式（１１）適用して、仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)を算出する。式（１１）は、ＧＥＧＲＣＭＤ(i,k)及びＧＥＧＲＬＭＦ(k)の大きい方を仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)として選択するリミット処理に相当する。
ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)＝ＭＡＸ（ＧＥＧＲＣＭＤ(i,k)，ＧＥＧＲＬＭＦ(k)）
（１１）
ステップＳ２３及びＳ２５で算出される仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)（ｉ＝０〜９）は、むだ時間相当遅れ処理を行うために、最大むだ時間に相当する期間に算出された値（例えば離散化時刻で（ｋ−１）から（ｋ−２０）に相当する算出値）をバッファメモリに格納する。ステップＳ２１〜Ｓ２５によって、単位時間当たりの変化量を制限するレートリミット処理が行われた仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k)が得られる。
ステップＳ２６では、エンジン回転数ＮＥに応じて図６（ｄ）に示すｋＤＬＹテーブルを検索し、むだ時間を演算周期ＴＣＡＬで離散化した離散化むだ時間ｋＤＬＹを算出する。ｋＤＬＹテーブルは、大まかにはエンジン回転数ＮＥが増加するほど離散化むだ時間ｋＤＬＹが減少するように設定されている。図６（ｄ）のｋ０及びｋ１は、それぞれ例えば２０（２００ｍｓｅｃ相当値）及び８（８０ｍｓｅｃ相当値）に設定される。
ステップＳ２７では、ステップＳ２６で算出された離散化むだ時間ｋＤＬＹ前の算出値であるＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k-kDLY)（以下「むだ時間処理値」という）をバッファメモリから読み出し、このむだ時間処理値ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k-kDLY)及び仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)を用いて仮目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）を算出する（ステップＳ２８）。
すなわち、吸入ガス流量ＧＧＡＳＩＮを下記式（１２）によって算出し、吸入ガス流量ＧＧＡＳＩＮと、図６（ｂ）に示す関係とを用いて、仮目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ(i)を算出する。
ＧＧＡＳＩＮ＝ＧＡＩＲＣＭＤ(i)＋ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i,k-kDLY) （１２）
図７は、図６のステップＳ２２及びＳ２３による増加方向のレートリミット処理を説明するための図であり、図７（ａ）〜（ｅ）は、離散化時刻ｋが時刻ｋ０から（ｋ０＋４）までの期間における仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i)（「×」で示されている）の推移を示す。エンジン回転数ＮＥがほぼ一定の場合を想定しており、補正前の仮目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ(i)は「○」で示されている。
時刻ｋ０では、増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k0)は「０」であり、仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i)（ｉ＝０〜９）はすべて「０」となる。時刻（ｋ０＋１）では、仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i)（ｉ＝３〜７）が増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k0+1)に制限され、時刻（ｋ０＋２）では、仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i)（ｉ＝３〜７）が増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k0+2)に制限され、時刻（ｋ０＋３）では、仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i)（ｉ＝４〜７）が増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k0+3)に制限され、時刻（ｋ０＋４）では、仮補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ(i)（ｉ＝５，６）が増加レートリミット値ＧＥＧＲＬＭＲ(k0+4)に制限される。
以上のように本実施形態では、排気還流装置による還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに対応するＰＢＡ変化遅れ処理を行うことによって目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤが算出され、その目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤ及び目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤを用いて、スロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤが算出されるので、スロットル弁開度ＴＨが、還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに対応する遅れを伴って変化する吸入空気流量制御が行われる。したがって、還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに起因して、実吸入空気流量ＧＡＩＲが目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤを超えてオーバシュートし、トルクショックが発生することを防止できる。
また目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤを用いて目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤが算出され、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤについてＥＧＲ変化遅れ処理を施すことにより、補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣが算出され、還流排気流量ＧＥＧＲが目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤと一致するようにＥＧＲ弁１３のリフト量ＬＡＣＴが制御され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ及び補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣを用いて目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを算出することによって、ＰＢＡ変化遅れ処理が実行される。補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣには、還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れが反映されているので、補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣ及び目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤを用いて目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを算出することによって、還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに対応するＰＢＡ変化遅れ処理を行うことができる。このようにして算出される目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを用いてスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出することにより、還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに対応する遅れを伴った目標開度ＴＨＣＭＤの設定を行うことが可能となる。
また目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤ及び目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤに基づいてＥＧＲ弁１３の目標リフト量ＬＣＭＤが算出され、ＥＧＲ弁１３のリフト量ＬＡＣＴが目標リフト量ＬＣＭＤと一致するようにＥＧＲ弁１３が制御されるので、目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤを用いて制御されるスロットル弁開度ＴＨの変化特性と同様に、ＥＧＲ弁１３のリフト量ＬＡＣＴを変化させることができる。
また目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤの変化遅れ処理として、むだ時間に対応するむだ時間相当遅れ処理（図５，ステップＳ２６，Ｓ２７）と、変化速度を制限するレートリミット処理（図５，ステップＳ２１〜Ｓ２５）とが行われて、補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣが算出されるので、補正目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲＣＭＤＣの変化を比較的高い精度で、実際の還流排気流量ＧＥＧＲの変化遅れに一致させることができる。
また目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤの複数の候補値に相当する仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)（ｉ＝０〜９）が算出され、仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)に対応する仮点火時期ＩＧＥＳＴ(i)を用いて、仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)に対応する推定出力トルクＨＴＲＱ(i)が算出され、推定出力トルクＨＴＲＱ(i)と目標トルクＴＲＱＣＭＤとの関係と、仮目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(i)とに基づいて、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤが算出される。具体的には、推定出力トルクＨＴＲＱ(i)と目標トルクＴＲＱＣＭＤとの関係からインデクスパラメータ値ｉＸが決定され、式（１）及び（２）を用いて、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤが算出される。したがって、点火時期の設定に依存する実出力トルクＴＲＱの変化を加味した吸入空気流量制御が行われ、実出力トルクＴＲＱを目標トルクＴＲＱＣＭＤに精度良く一致させることができる。
また本実施形態の制御手法は、目標トルクＴＲＱＣＭＤが減少方向に急減した場合にも適用されるが（図３，時刻ｔ１〜ｔ３参照）、これによる弊害はなく、上述した目標開度ＴＨＣＭＤ及び目標リフト量ＬＣＭＤの算出手法は常時適用することが可能である。目標トルクＴＲＱＣＭＤが減少方向に急減した場合には、図２には示されていないが、吸入空気流量ＧＡＩＲが一時的に目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤより低下し、燃焼不安定化を招く可能性がある。本実施形態の制御手法によれば、そのような燃焼不安定化を防止する効果も得られる。
本実施形態では、ＥＣＵ５が、目標開度算出手段、スロットル弁駆動手段の一部、目標トルク算出手段、目標吸入空気流量算出手段、目標吸気圧算出手段、目標還流排気流量算出手段、補正目標還流排気流量算出手段、流量調整弁制御手段、及び推定機関出力トルク算出手段を構成し、アクチュエータ３ａがスロットル弁駆動手段の一部を構成する。
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ＥＧＲ弁１３の有効開口面積ＡＬＣＭＤを算出する式（６）を下記式（６ａ）に代えてもよい。式（６ａ）では、ＰＢＡ変化遅れ処理が行われた目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤに代えて、ＰＢＡ変化遅れ処理が行われていない目標吸気圧に相当する遅れ無し目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤＸが適用されるので、目標リフト量ＬＣＭＤが図８（ｆ）に示すように設定され、還流排気流量ＧＥＧＲの遅れを上述した実施形態よりも低減することができる。遅れ無し目標吸気圧ＰＢＡＣＭＤＸは、図８（ｄ）に細い破線で示すように、目標トルクＴＲＱＣＭＤと同様に変化するように算出される。
Figure 0006446081
また上述した実施形態では、弁作動特性可変装置４０を備えるエンジン１の制御装置を示したが、本発明は弁作動特性可変装置４０を備えていないエンジンの制御装置にも適用可能である。また燃焼室内に燃料を噴射するエンジンに限らず、吸気通路内を燃料を噴射するエンジンの制御装置にも適用可能である。また本発明は、過給機を備えたエンジンの制御装置にも適用可能であり、その場合には式（５）におけるスロットル弁の上流側の圧力は、大気圧ＰＡに代えて過給圧ＰＢを適用する。
１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
３ａ アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）
５ 電子制御ユニット（目標開度算出手段、スロットル弁駆動手段の一部、目標トルク算出手段、目標吸入空気流量算出手段、目標吸気圧算出手段、目標還流排気流量算出手段、補正目標還流排気流量算出手段、流量調整弁制御手段、推定機関出力トルク算出手段）
６ インジェクタ
８ 点火プラグ
１０ 排気通路
１２ 排気還流通路（排気還流装置）
１３ 排気還流制御弁（流量制御弁、排気還流装置）
２１ 吸入空気流量センサ
２２ 吸気温センサ
２３ スロットル弁開度センサ
２４ 吸気圧センサ
２７ アクセルセンサ
２８ 大気圧センサ
ＴＲＱＣＭＤ 目標トルク
ＧＡＩＲＣＭＤ 目標吸入空気流量
ＧＥＧＲＣＭＤ 目標還流排気流量
ＧＥＧＲＣＭＤＣ 補正目標還流排気流量
ＰＢＡＣＭＤ 目標吸気圧
ＴＨＣＭＤ 目標開度
ＬＣＭＤ 目標リフト量

Claims (3)

  1. 排気を吸気通路に還流する排気還流装置を備える内燃機関の制御装置であって、前記吸気通路内に設けられたスロットル弁の目標開度を算出する目標開度算出手段と、前記スロットル弁の実際の開度が前記目標開度と一致するように前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段とを備える制御装置において、
    前記機関の目標トルクを算出する目標トルク算出手段と、
    前記目標トルクに基づいて前記機関の目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
    前記目標吸入空気流量に基づいて目標吸気圧を算出する目標吸気圧算出手段と、
    前記目標吸入空気流量に基づいて目標還流排気流量を算出する目標還流排気流量算出手段と、
    前記目標還流排気流量について還流排気流量変化遅れ処理を行うことにより、補正目標還流排気流量を算出する補正目標還流排気流量算出手段と、
    前記排気還流装置に設けられた還流排気流量調整弁の開度を、前記排気還流装置を介して還流される排気の流量である還流排気流量が前記目標還流排気流量と一致するように制御する流量調整弁制御手段とを備え、
    前記目標吸気圧算出手段は、前記目標吸入空気流量及び前記補正目標還流排気流量を用いて前記目標吸気圧を算出することによって、前記還流排気流量の変化遅れに対応する吸気圧変化遅れ処理を実行し、
    前記目標開度算出手段は、前記目標吸入空気流量及び前記目標吸気圧を用いて前記目標開度を算出し、
    前記流量調整弁制御手段は、前記目標トルクと同様に変化し、前記吸気圧変化遅れ処理が行われていない目標吸気圧に相当する遅れ無し目標吸気圧を算出し、
    前記目標還流排気流量及び前記遅れ無し目標吸気圧に基づいて前記還流排気流量調整弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記還流排気流量変化遅れ処理は、むだ時間に対応する遅れ処理と、変化速度を制限するレートリミット処理とを含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記目標吸入空気流量算出手段は、
    前記目標吸入空気流量の複数の候補値を算出する候補値算出手段と、
    前記複数の候補値に対応する、前記機関の複数の仮点火時期を用いて、前記複数の候補値に対応する複数の推定機関出力トルク値を算出する推定機関出力トルク値算出手段とを備え、
    前記推定機関出力トルク値と前記目標トルクとの関係と、前記複数の候補値とに基づいて、前記目標吸入空気流量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
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