JP7004161B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気通路にスロットルバルブが設けられている内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

この種の内燃機関の制御装置では、スロットルバルブの開度の目標値であるスロットル開度目標値を内燃機関の目標トルクに応じて算出し、当該スロットル開度目標値とスロットルバルブの開度であるスロットル開度との偏差を用いたフィードバック制御によってスロットルバルブの操作量が算出されることがある。このように算出した操作量に基づいてスロットルバルブを作動させる場合、スロットル開度目標値の変更に対し、吸気通路を介して燃焼室に導入される吸入空気の量である吸入空気量の変化に遅れが生じることがある。

特許文献１に記載される制御装置では、目標トルクに基づいて算出したスロットル開度目標値が、想定される吸入空気量の変化の遅れに基づいた補償量を基に補正される。そして、補正後のスロットル開度目標値を用いてスロットルバルブの操作量が算出され、当該操作量に基づいてスロットルバルブを作動させる。このようにスロットルバルブを作動させると、スロットル開度目標値を補正しない場合と比較して操作量が大きくなる分、スロットル開度のオーバーシュートの量が多くなるものの、スロットル開度目標値の変更に対する吸入空気量の変化の遅れを抑制することができるようになる。

特開２０１２－７４８６号公報

吸気通路におけるスロットルバルブよりも吸気上流側の圧力と同スロットルバルブよりも吸気下流側の圧力との差分を吸気差圧とした場合、スロットル開度を規定量変更したときにおける吸気差圧の変化量は、そのときのスロットル開度、及び、吸気通路における吸入空気の流速に応じて変わる。具体的には、スロットル開度が大きい場合ほど、スロットル開度を規定量変更したときにおける吸気差圧の変化量が小さくなる。また、吸気通路における吸入空気の流速が小さい場合ほど、スロットル開度を規定量変更したときにおける吸気差圧の変化量が小さくなる。このように吸気差圧の変化量が小さいということは、スロットル開度を変更した場合における吸入空気量の変化量が小さいということである。

そして、スロットル開度を変更しても吸気差圧の変化量が大きくなりにくい場合では、吸気差圧の変化量が大きくなりやすい場合と同じようにスロットル開度目標値を補正して上記オーバーシュートの量を多くしても、吸入空気量の変化速度がほとんど変化しない。すなわち、スロットルバルブを過剰に作動させるだけになってしまうおそれがある。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、吸気通路に設けられているスロットルバルブの開度の目標値であるスロットル開度目標値とスロットルバルブの開度であるスロットル開度との偏差に基づいたフィードバック制御によってスロットルバルブの操作量を算出し、当該操作量に基づいてスロットルバルブを作動させる装置である。この制御装置は、内燃機関の目標トルクを基にスロットル開度目標値を導出する目標値導出部と、目標値導出部によって導出されたスロットル開度目標値を、フィードバック制御によって算出される操作量が大きくなるよう補正する目標値補正部と、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の圧力である下流圧力を取得する下流圧力取得部と、を備えている。補正前のスロットル開度目標値と補正後のスロットル開度目標値との差分を補正量とした場合、目標値補正部は、下流圧力の要求値と下流圧力との偏差である圧力偏差の絶対値が大きいほど上記補正量が大きくなり、スロットル開度が大きいときにはスロットル開度が小さいときよりも上記補正量が小さくなり、吸気通路における吸入空気の流速が小さいときには吸入空気の流速が大きいときよりも上記補正量が小さくなるように、目標値導出部によって導出されたスロットル開度目標値を補正する。

スロットル開度を変更した場合における吸入空気量の変化特性は以下のような特性である。
・スロットル開度が小さく、且つ、吸気通路における吸入空気の流速が大きい場合、スロットル開度を変更した際における吸入空気量の変化量が大きくなりやすい。
・一方、スロットル開度が大きかったり、吸気通路における吸入空気の流速が小さかったりした場合、スロットル開度を変更した際における吸入空気量の変化量が大きくなりにくい。

また、上記の圧力偏差の絶対値が大きいということは、吸入空気量の大幅な変化が要求されているということができる。そのため、圧力偏差の絶対値が大きいほど、スロットル開度を速やかに変化させることが望ましい。

上記構成では、スロットル開度が小さく、且つ、吸気通路における吸入空気の流速が大きい状況下では上記補正量が大きくなりやすい。そのため、当該状況下にあっては、上記圧力偏差の絶対値が大きいほど上記補正量が大きくなるように同スロットル開度目標値を補正することができる。そして、このように補正されたスロットル開度目標値を用いてフィードバック制御を実施することにより、算出されるスロットルバルブの操作量を大きくすることができる。その結果、最終的に収束させたいスロットル開度を開度収束目標値とした場合、例えばスロットル開度を大きくする際にあっては、開度収束目標値に対してスロットル開度を大幅にオーバーシュートさせてから同スロットル開度を開度収束目標値に収束させることができる。また、例えばスロットル開度を小さくする際にあっては、開度収束目標値に対してスロットル開度を大幅にアンダーシュートさせてから同スロットル開度を開度収束目標値に収束させることができる。これにより、スロットル開度目標値の変更に対して吸入空気量を早期に変化させることができる。

一方、上記構成では、スロットル開度が大きかったり、吸気通路における吸入空気の流速が小さかったりする状況下では、上記補正量が大きくなりにくい。すなわち、スロットル開度を変更しても吸入空気量があまり変化しないようなときには、圧力偏差の絶対値が大きくても上記補正量が大きくなりにくい。その結果、スロットル開度を変更しても吸入空気量がそれほど大きく変化しないときには、補正後のスロットル開度目標値を用いたフィードバック制御によって操作量を算出しても、当該操作量が大きくなりにくい。こうした操作量に基づいてスロットルバルブを作動させることにより、例えばスロットル開度を大きくする際にあっては、開度収束目標値に対してスロットル開度がオーバーシュートしにくくなる。また、例えばスロットル開度を小さくする際にあっては、開度収束目標値に対してスロットル開度がアンダーシュートしにくくなる。つまり、スロットルバルブの操作量を大きくしたとしても吸入空気量の変化の遅れを抑制する効果があまり見込めない状況であるにも拘わらずスロットルバルブを過剰に作動させてしまうことを抑制できる。

したがって、上記構成によれば、スロットル開度を変更した場合における吸入空気量の変化特性を考慮してスロットル開度目標値を補正できるため、スロットルバルブを過剰に作動させてしまうことを抑制しつつ、スロットル開度目標値の変更に対する吸入空気量の変化の遅れを抑制することができるようになる。

吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の圧力を上流圧力とし、上流圧力に対する下流圧力の比をスロットル前後圧力比とする。機関運転中にあっては、下流圧力が上流圧力よりも高くなることはない。そのため、スロットル前後圧力比の最大値は「１」である。そして、吸気通路における吸入空気の流速が一定という条件下にあっては、スロットル開度が大きいほどスロットル前後圧力比が「１」に近づく。また、スロットル開度が一定という状況下にあっては、吸気通路における吸入空気の流速が小さいほど、スロットル前後圧力比が「１」に近づく。すなわち、スロットル前後圧力比は、スロットル開度及び吸入空気の流速の双方を反映した値であるといえる。

そこで、上記内燃機関の制御装置は、上流圧力を取得する上流圧力取得部を備えるようにしてもよい。そして、目標値補正部は、上記の圧力偏差が大きいほど第１の補正係数が大きくなるように第１の補正係数を算出する処理と、スロットル前後圧力比が「１」に近いほど第２の補正係数が小さくなるように第２の補正係数を算出する処理と、目標値導出部によって導出されたスロットル開度目標値と第１の補正係数と第２の補正係数との積の絶対値と上記補正量が等しくなるように、補正後のスロットル開度目標値を算出する処理と、を実施することが好ましい。

上記構成では、上記の圧力偏差を基に算出した第１の補正係数と、スロットル前後圧力比を基に算出した第２の補正係数とを用い、内燃機関の目標トルクに応じたスロットル開度目標値が補正される。すなわち、スロットル開度を変更した場合における吸入空気量の変化特性を考慮したスロットル開度目標値の補正が可能となる。

上記のスロットル前後圧力比が小さいときには、スロットル開度の変化によって吸入空気量が変化しやすいと判断できる。一方、スロットル前後圧力比が大きいときには、スロットル開度を変化させても吸入空気量が変化しにくいと判断できる。そのため、内燃機関の制御装置の一態様では、目標値補正部は、スロットル前後圧力比が規定圧力比未満であるときには第２の補正係数を規定値で保持し、スロットル前後圧力比が規定圧力比以上であるときには第２の補正係数を規定値よりも小さくする。

上記構成によれば、スロットル前後圧力比が規定圧力比未満であるときには、スロットル前後圧力比が小さいと判断できるため、スロットル前後圧力比が規定圧力比以上であるときよりも第２の補正係数が大きくなる。そのため、第２の補正係数を用いてスロットル開度目標値を補正することにより、上記補正量が大きくなりやすい。よって、上記圧力偏差が大きいために第１の補正係数が大きいときには、補正後のスロットル開度目標値を用いたフィードバック制御によって、操作量を大きくすることができる。そして、当該操作量に基づいてスロットルバルブを作動させることにより、スロットル開度目標値の変更に対して吸入空気量を早期に変化させることができる。

一方、スロットル前後圧力比が規定圧力比以上であるときには、スロットル前後圧力比が大きいと判断できるため、第２の補正係数が規定値よりも小さくなる。そのため、第２の補正係数を用いてスロットル開度目標値を補正しても、上記補正量は大きくなりにくい。よって、上記圧力偏差が大きいために第１の補正係数が大きくても、補正後のスロットル開度目標値を用いたフィードバック制御によって算出される操作量はそれほど大きくならない。そして、当該操作量に基づいてスロットルバルブを作動させることにより、スロットルバルブが過剰に作動することを抑制できるようになる。

例えば、スロットル前後圧力比が規定圧力比以上である場合、目標値補正部は、スロットル前後圧力比が「１」に近づくにつれて第２の補正係数が次第に小さくなるように同第２の補正係数を算出するようにしてもよい。この構成によれば、スロットル前後圧力比が大きく、スロットル開度の変更に対して吸入空気量を変化させにくい場合ほど、上記補正量を大きくしにくくすることができる。

なお、内燃機関の制御装置の一態様では、目標値補正部は、目標値導出部によって導出されたスロットル開度目標値が大きくなったときに、当該スロットル開度目標値を増大補正する。この構成によれば、内燃機関の出力トルクの増大が指示されたときに、上記のようにスロットル開度目標値を補正することにより、スロットルバルブを過剰に作動させてしまうことを抑制しつつ、スロットル開度目標値の増大に対する吸入空気量の増大の遅れを抑制することができるようになる。すなわち、内燃機関の出力トルクを早期に増大させることができるようになる。

実施形態の内燃機関の制御装置を備える内燃機関の概略を示す構成図。 同制御装置の機能構成を示すブロック図。 第２の補正係数とスロットル前後圧力比との関係を示すグラフ。 スロットル前後圧力比が比較的小さい状況下でスロットル開度目標値が変更された際におけるスロットル開度の推移を示すグラフ。 スロットル前後圧力比が比較的大きい状況下でスロットル開度目標値が変更された際におけるスロットル開度の推移を示すグラフ。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を図１～図５に従って説明する。
図１には、本実施形態の制御装置５０を備える内燃機関１０が図示されている。図１に示すように、内燃機関１０は、複数の気筒１１（図１では１つのみ図示）を有しており、各気筒１１内ではピストン１２が往復動するようになっている。これら各ピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランク軸１４に連結されている。気筒１１内におけるピストン１２よりも上方域は燃焼室１５となっている。各燃焼室１５には、吸気バルブ１６が開弁しているときに吸気通路１７を介して吸入空気が導入される。そして、各燃焼室１５では、吸気通路１７を介して導入された吸入空気と燃料噴射弁１８から噴射された燃料とを含む混合気に対して点火プラグ１９による点火が行われると、混合気が燃焼する。こうした混合気の燃焼によって各燃焼室１５で生じた排気は、排気バルブ２０が開弁しているときに排気通路２１に排出される。なお、図１に示す内燃機関１０では、燃料噴射弁１８は吸気通路１７に燃料を噴射する。

吸気通路１７には、各燃焼室１５に導入される吸入空気量を調整するべく作動するスロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２は、いわゆるバタフライ式のバルブであって、回転軸２２１と回転軸２２１を中心に回転するバルブ本体２２２とを有している。そして、アクチュエータ２３から入力される駆動力を基にスロットルバルブ２２が作動すると、すなわちバルブ本体２２２が回転すると、スロットルバルブ２２の開度であるスロットル開度ＴＡが変わるようになっている。

図１に示すように、制御装置５０には、アクセル開度センサ１０１、クランク角センサ１０２、スロットルセンサ１０３、エアフローメータ１０４、大気圧センサ１０５及び圧力センサ１０６などの各種のセンサから信号が入力される。アクセル開度センサ１０１は、車両の運転者によるアクセルペダル１１０の操作量であるアクセル開度ＡＣＣＰを検出し、アクセル開度ＡＣＣＰに応じた信号を出力する。クランク角センサ１０２は、クランク軸１４の回転速度である機関回転速度ＮＥを検出し、機関回転速度ＮＥに応じた信号を出力する。スロットルセンサ１０３は、スロットル開度ＴＡを検出し、スロットル開度ＴＡに応じた信号を出力する。エアフローメータ１０４は、吸入空気量ＧＡを検出し、吸入空気量ＧＡに応じた信号を出力する。大気圧センサ１０５は、大気圧ＰＡを検出し、大気圧ＰＡに応じた信号を出力する。圧力センサ１０６は、吸気通路１７におけるスロットルバルブ２２よりも下流側（すなわち、燃焼室１５側）の圧力である下流圧力Ｐｍを検出し、下流圧力Ｐｍに応じた信号を出力する。そして、制御装置５０は、これら各種のセンサ１０１～１０６からの信号を基に、アクチュエータ２３及び燃料噴射弁１８を制御し、点火プラグ１９で行われる点火の時期を制御するようになっている。

図２には、スロットルバルブ２２の作動を制御するための制御装置５０の機能構成が図示されている。図２に示すように、制御装置５０は、内燃機関１０の出力トルクの目標値である目標トルクＴｒｑＴｒを基にスロットル開度目標値ＴＡＴｒを導出する目標値導出部５１を有している。目標値導出部５１は、目標トルクＴｒｑＴｒが大きいほどスロットル開度目標値ＴＡＴｒが大きくなるようにスロットル開度目標値ＴＡＴｒを導出する。

なお、制御装置５０では、以下のようにして目標トルクＴｒｑＴｒが算出される。すなわち、アクセル開度ＡＣＣＰに基づいて算出される要求トルク、及び、補機を駆動させるために必要な要求トルクなどの複数の要求トルクが算出される。そして、これら各要求トルクを調停することにより、目標トルクＴｒｑＴｒが算出される。

また、制御装置５０は、下流圧力取得部５２と、上流圧力取得部５８と、圧力比算出部５３と、第１の算出部５４と、目標値補正部５５と、操作量算出部５６と、スロットル操作部５７とを有している。下流圧力取得部５２は、下流圧力Ｐｍを導出する。本実施形態では、下流圧力Ｐｍを検出するための圧力センサ１０６が内燃機関１０に設けられている。そのため、下流圧力取得部５２は、圧力センサ１０６の出力信号を基に下流圧力Ｐｍを算出する。なお、内燃機関１０に圧力センサ１０６が設けられていない場合、下流圧力取得部５２は、吸入空気量ＧＡの推移、スロットル開度ＴＡの推移及び機関回転速度ＮＥの推移を基に下流圧力を推定し、その推定した値を下流圧力Ｐｍとして導出することとなる。

上流圧力取得部５８は、吸気通路１７におけるスロットルバルブ２２よりも上流側の圧力である上流圧力Ｐａを取得する。例えば内燃機関１０が自然吸気の内燃機関である場合は、上流圧力Ｐａが大気圧ＰＡとほぼ等しいと見なすことができる。そのため、上流圧力取得部５８は、大気圧センサ１０５の出力信号に基づいて算出された大気圧ＰＡを上流圧力Ｐａとして取得する。また、例えば内燃機関１０が過給機を有する内燃機関である場合は、大気圧ＰＡと過給機による過給圧との和が上流圧力Ｐａとほぼ等しいと見なすことができる。そのため、上流圧力取得部５８は、大気圧ＰＡと過給圧との和を上流圧力Ｐａとして取得する。なお、ここでいう「過給圧」とは、大気圧ＰＡを基準とする相対的な圧力、いわゆるゲージ圧である。

圧力比算出部５３は、上流圧力取得部５８によって取得された上流圧力Ｐａに対する下流圧力取得部５２によって取得された下流圧力Ｐｍの比であるスロットル前後圧力比Ｒｓを算出する。

なお、スロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性は以下のようなものである。
・スロットル開度ＴＡが小さく、且つ、吸気通路１７における吸入空気の流速が大きい場合、スロットル開度ＴＡを変更した際における吸入空気量ＧＡの変化量が大きくなりやすい。
・一方、スロットル開度ＴＡが大きかったり、吸気通路１７における吸入空気の流速が小さかったりした場合、スロットル開度ＴＡを変更した際における吸入空気量ＧＡの変化量が大きくなりにくい。

そして、スロットル開度ＴＡが小さく、且つ、吸気通路１７における吸入空気の流速が大きい場合のように、スロットル開度ＴＡを変更した際における吸入空気量ＧＡの変化量が大きくなりやすい場合では、スロットル前後圧力比Ｒｓが小さくなる。一方、スロットル開度ＴＡが大きかったり、吸気通路１７における吸入空気の流速が小さかったりした場合のように、スロットル開度ＴＡを変更した際における吸入空気量ＧＡの変化量が大きくなりにくい場合では、スロットル前後圧力比Ｒｓが大きくなりやすい。すなわち、スロットル前後圧力比Ｒｓは、上記のスロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性を反映した、スロットル開度ＴＡの変化量に対する吸入空気量ＧＡの変化量の非線形特性と相関を有する値であるということができる。

第１の算出部５４は、下流圧力Ｐｍの要求値ＰｍＲと下流圧力取得部５２によって取得された下流圧力Ｐｍとの差を圧力偏差ΔＰｍとして算出する。下流圧力Ｐｍの要求値ＰｍＲは、目標トルクＴｒｑＴｒに基づいて算出される要求値である。すなわち、機関制御では、目標トルクＴｒｑＴｒに基づいて機関負荷率ＫＬが算出される。そして、この機関負荷率ＫＬに基づいて下流圧力Ｐｍの要求値ＰｍＲが算出される。例えば、下流圧力Ｐｍの要求値ＰｍＲは、機関負荷率ＫＬが大きいほど大きくなるように算出される。なお、機関負荷率ＫＬとは、機関回転速度ＮＥに対応した吸入空気量の最大値に対する現在の吸入空気量の割合を示す値である。そのため、吸入空気量がその最大値と等しい場合、機関負荷率ＫＬが「１００％」となる。

目標値補正部５５は、第１の補正係数算出部５５１と、第２の補正係数算出部５５２と、第２の算出部５５３と、第３の算出部５５４と、第４の算出部５５５とを含んでいる。
第１の補正係数算出部５５１は、第１の算出部５４によって算出された圧力偏差ΔＰｍが大きいほど第１の補正係数Ｇａｉｎｂが大きくなるように第１の補正係数Ｇａｉｎｂを算出する処理を実施する。すなわち、第１の補正係数算出部５５１は、圧力偏差ΔＰｍが「０」と等しいときには、第１の補正係数Ｇａｉｎｂを「０」と等しくする。また、第１の補正係数算出部５５１は、圧力偏差ΔＰｍが正の値であるときには、第１の補正係数Ｇａｉｎｂを「０」よりも大きくする。また、第１の補正係数算出部５５１は、圧力偏差ΔＰｍが負の値であるときには、第１の補正係数Ｇａｉｎｂを「０」よりも小さくする。

第２の補正係数算出部５５２は、圧力比算出部５３によって算出されたスロットル前後圧力比Ｒｓを基に第２の補正係数Ｋｂを算出する処理を実施する。
第２の補正係数Ｋｂを算出する処理について具体的に説明する。第２の補正係数Ｋｂは、以下に示す関係式（式１）を用いて算出することができる。

関係式（式１）における「Φ（Ｒｓ）」は、スロットル前後圧力比Ｒｓが大きいときにはスロットル前後圧力比Ｒｓが小さいときよりも第２の補正係数Ｋｂを小さくするような関数である。具体的には、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ未満であるときには、「Φ（Ｒｓ）」は関係式（式２）で表すことができる。一方、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上であるときには、「Φ（Ｒｓ）」は関係式（式３）で表すことができる。なお、関係式（式２）及び（式３）において、「κ」は空気の比熱比のことである。

スロットル前後圧力比Ｒｓが比較的小さい場合では、スロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性の関係上、スロットル開度ＴＡの変更によって吸入空気量ＧＡを大きく変化させることができる。一方、スロットル前後圧力比Ｒｓが比較的大きい場合では、スロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性の関係上、スロットル開度ＴＡを変更しても吸入空気量ＧＡはそれほど大きく変化しない。そこで、本実施形態では、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上であるか否かによって、スロットル前後圧力比Ｒｓが大きいか否か、すなわちスロットル前後圧力比Ｒｓが「１」に近いか否かを判断するようにしている。

そのため、図３に示すように、第２の補正係数Ｋｂは、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ未満であるときには規定値で保持され、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上であるときには規定値よりも小さくなる。具体的には、第２の補正係数Ｋｂは、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上であるときには、スロットル前後圧力比Ｒｓが「１」に近づくにつれて次第に小さくなる。なお、ここでいう規定値とは、上記関係式（式２）で表される「Φ（Ｒｓ）」のことである。また、規定圧力比ＲｓＴｈは、関係式（式３）における右辺が関係式（式２）における右辺と等しくなるときのスロットル前後圧力比Ｒｓのことである。

図２に戻り、第２の算出部５５３は、第１の補正係数算出部５５１によって算出された第１の補正係数Ｇａｉｎｂと、第２の補正係数算出部５５２によって算出された第２の補正係数Ｋｂとの積を総合補正係数Ｇａｉｎｔとして算出する。

第３の算出部５５４は、目標値導出部５１によって導出されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒと第２の算出部５５３によって算出された総合補正係数Ｇａｉｎｔとの積を算出する。

第４の算出部５５５は、目標値導出部５１によって算出されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒと、第３の算出部５５４の算出結果（＝ＴＡＴｒ×Ｇａｉｎｔ）との和を、補正後のスロットル開度目標値ＴＡＴｒとして算出する。すなわち、本実施形態では、第３の算出部５５４の算出結果の絶対値が、「スロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正量」に相当する。そして、第３の算出部５５４及び第４の算出部５５５により、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正量が補正前のスロットル開度目標値ＴＡＴｒと第１の補正係数Ｇａｉｎｂと第２の補正係数Ｋｂとの積の絶対値と等しくなるように、補正後のスロットル開度目標値ＴＡＴｒを算出する処理が実施される。

操作量算出部５６は、第４の算出部５５５によって算出された補正後のスロットル開度目標値ＴＡＴｒとスロットル開度ＴＡとの偏差である開度偏差ΔＴＡを算出する。そして、操作量算出部５６は、算出した開度偏差ΔＴＡに基づいた公知のフィードバック制御を実施することにより、スロットルバルブ２２の操作量としてアクチュエータ２３に対する操作指示値ＩＶｓを算出する。

スロットル操作部５７は、操作量算出部５６によって算出された操作指示値ＩＶｓを基にアクチュエータ２３の駆動を制御する。すなわち、スロットル操作部５７は、スロットルバルブ２２の作動を制御する。

次に、図４及び図５を参照し、本実施形態の作用及び効果について説明する。図４及び図５は、横軸をスロットル前後圧力比Ｒｓとし、縦軸を機関負荷率ＫＬとしたグラフである。同グラフにおいて、特性線Ｌ１はスロットル開度ＴＡが第１の開度ＴＡ１であるときにおけるスロットル前後圧力比Ｒｓと機関負荷率ＫＬとの関係を表す線であり、特性線Ｌ２はスロットル開度ＴＡが第２の開度ＴＡ２であるときにおけるスロットル前後圧力比Ｒｓと機関負荷率ＫＬとの関係を表す線である。

図４には、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ未満である状況下で、スロットル開度ＴＡを、第１の開度ＴＡ１から第２の開度ＴＡ２に変更する場合の例が図示されている。第２の開度ＴＡ２は、第１の開度ＴＡ１よりも大きい。

第２の補正係数Ｋｂの算出に用いられるスロットル前後圧力比Ｒｓは、スロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性を反映した、スロットル開度ＴＡの変化量に対する吸入空気量ＧＡの変化量の非線形特性と相関を有する値である。そのため、スロットル前後圧力比Ｒｓが小さい場合、スロットル開度ＴＡは比較的小さいとともに、吸気通路１７における吸入空気の流速が比較的大きいと推測することができる。このような場合にスロットル開度ＴＡを増大させると、吸入空気量ＧＡの増大量は大きくなりやすい。

本実施形態では、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ未満である場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式２）を用いて算出される。すなわち、スロットル開度ＴＡが比較的小さく、且つ、吸気通路１７における吸入空気の流速が比較的大きい場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式２）を用いて算出される。そのため、目標値補正部５５によるスロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正によって、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正量が大きくなりやすい。その結果、スロットル開度ＴＡが収束する開度である第２の開度ＴＡ２と第１の開度ＴＡ１との差が大きいと、目標値補正部５５によって、スロットル開度目標値ＴＡＴｒが大幅に増大補正される。なお、図４では、スロットル開度目標値ＴＡＴｒが変更された時点で算出される補正後のスロットル開度目標値ＴＡＴｒが太い一点鎖線で図示されている。

そして、このように補正されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒを用いたフィードバック制御によって算出された操作指示値ＩＶｓによってスロットルバルブ２２の作動が制御される。これにより、スロットル開度ＴＡは、図４に実線で示すように変化する。すなわち、スロットル開度ＴＡは、最終的なスロットル開度の目標値である第２の開度ＴＡ２を大幅にオーバーシュートした後で第２の開度ＴＡ２に収束するようになる。このようにスロットルバルブ２２を作動させることにより、吸入空気量ＧＡを速やかに増大させることができる。つまり、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの変更に対する吸入空気量ＧＡの変化の遅れを抑制することができる。

ここで、図４では、スロットル前後圧力比Ｒｓを用いないで、すなわちスロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性を考慮することなくスロットル開度目標値ＴＡＴｒを補正する場合が比較例として破線で図示されている。この比較例では、スロットル前後圧力比Ｒｓの大きさによらず、常に上記関係式（式２）で表される「Φ（Ｒｓ）」と等しい第２の補正係数Ｋｂを利用してスロットル開度目標値ＴＡＴｒを補正する。なお、図４では、比較例においてスロットル開度目標値ＴＡＴｒが変更された時点で算出される補正後のスロットル開度目標値ＴＡＴｒが太い破線で図示されている。比較例では、上記圧力偏差ΔＰｍを基に補正したスロットル開度目標値を用いたフィードバック制御によって算出された操作指示値ＩＶｓによってスロットルバルブ２２の作動が制御される。これにより、図４に破線で示すように、スロットル開度ＴＡは、第２の開度ＴＡ２を大幅にオーバーシュートした後で第２の開度ＴＡ２に収束するようになる。

すなわち、本実施形態では、スロットル開度ＴＡが小さく、且つ吸気通路１７における吸入空気の流速が小さい場合では、図４に示すように、比較例の場合と同様に吸入空気量ＧＡの応答遅れを抑制することができる。すなわち、内燃機関１０の出力トルクを目標トルクに向けて早期に大きくすることができる。

図５には、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上である状況下で、スロットル開度ＴＡを第１の開度ＴＡ１から第２の開度ＴＡ２まで増大させる場合の例が図示されている。このようにスロットル前後圧力比Ｒｓが「１」に近い場合、スロットル開度ＴＡが比較的大きかったり、吸気通路１７における吸入空気の流速が比較的小さかったりする。このような場合にスロットル開度ＴＡを増大させても吸入空気量ＧＡの増大量は大きくなりにくい。

本実施形態では、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上である場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式３）を用いて算出される。すなわち、スロットル開度ＴＡが比較的小さかったり、吸気通路１７における吸入空気の流速が比較的小さかったりする場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式３）を用いて算出される。これにより、本実施形態では、こうした状況の場合、スロットル前後圧力比Ｒｓが「１」に近いほど第２の補正係数Ｋｂが小さくなる。そのため、目標値補正部５５によるスロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正によって、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正量が大きくなりにくい。その結果、スロットル開度ＴＡが収束する開度である第２の開度ＴＡ２と第１の開度ＴＡ１との差が大きくても、目標値補正部５５によるスロットル開度目標値ＴＡＴｒの増大補正量が大きくなることを抑制できる。

そして、このように補正されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒを用いたフィードバック制御によって算出された操作指示値ＩＶｓによってスロットルバルブ２２の作動が制御される。これにより、スロットル開度ＴＡは、図５に実線で示すように変化する。すなわち、スロットル開度ＴＡは、第２の開度ＴＡ２を越えた後に第２の開度ＴＡ２に収束するものの、そのオーバーシュート量はそれほど大きくならない。

ちなみに、図５では、上記比較例の場合におけるスロットル開度ＴＡの推移が破線で図示されている。比較例では、スロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性を考慮することなくスロットル開度目標値ＴＡＴｒが補正される。そのため、スロットル開度ＴＡを増大させても吸入空気量ＧＡがそれほど変化しないにも拘わらず、スロットル開度ＴＡが第２の開度ＴＡ２を大幅に越えた後で第２の開度ＴＡ２に収束している。すなわち、スロットルバルブ２２の作動量を大きくしても吸入空気量ＧＡの応答速度がほとんど変化しないにも拘わらず、スロットルバルブ２２を過剰に作動させているといえる。

これに対し、本実施形態では、比較例とは異なってスロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性を考慮してスロットル開度目標値ＴＡＴｒが補正される。そのため、スロットル開度ＴＡを大きくしても吸入空気量ＧＡがそれほど大きく増大しないときには、スロットルバルブ２２を過剰に作動させてしまうことを抑制できる。

したがって、本実施形態では、スロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性を考慮してスロットル開度目標値ＴＡＴｒを補正することにより、スロットルバルブ２２を過剰に作動させてしまうことを抑制しつつ、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの増大に対する吸入空気量ＧＡの変化の遅れを抑制することができる。

次に、スロットル開度ＴＡを小さくする場合、すなわちスロットル開度ＴＡを第２の開度ＴＡ２から第１の開度ＴＡ１に変更する場合の作用及び効果を説明する。
このようにスロットル開度ＴＡを減少させる場合であっても、目標トルクＴｒｑＴｒに基づいたスロットル開度目標値ＴＡＴｒは、第１の補正係数Ｇａｉｎｂ及び第２の補正係数Ｋｂを用いて補正される。すなわち、スロットル開度ＴＡを減少させる場合、下流圧力の要求値ＰｍＲが下流圧力Ｐｍよりも小さくなるため、圧力偏差ΔＰｍ（＝ＰｍＲ－Ｐｍ）に基づいて算出される第１の補正係数Ｇａｉｎｂは負の値となる。そのため、第１の補正係数Ｇａｉｎｂ及び第２の補正係数Ｋｂを用いたスロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正によって、スロットル開度目標値ＴＡＴｒは減少補正される。

この際、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ未満である場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式２）を用いて算出される。すなわち、スロットル開度ＴＡが比較的小さく、且つ、吸気通路１７における吸入空気の流速が比較的大きい場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式２）を用いて算出される。そのため、目標値補正部５５によるスロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正によって、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正量が大きくなりやすい。その結果、スロットル開度ＴＡが収束する開度である第１の開度ＴＡ１と第２の開度ＴＡ２との差分が大きいと、目標値補正部５５によって、スロットル開度目標値ＴＡＴｒが大幅に減少補正される。

そして、このように補正されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒを用いたフィードバック制御によって算出された操作指示値ＩＶｓによってスロットルバルブ２２の作動が制御される。これにより、スロットル開度ＴＡは、第１の開度ＴＡ１を大幅にアンダーシュートした後で第１の開度ＴＡ１に収束するようになる。このようにスロットルバルブ２２を作動させることにより、吸入空気量ＧＡを速やかに減少させることができる。つまり、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの変更に対する吸入空気量ＧＡの変化の遅れを抑制することができる。

一方、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上である場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式３）を用いて算出される。すなわち、スロットル開度ＴＡが比較的大きかったり、吸気通路１７における吸入空気の流速が比較的小さかったりする場合、第２の補正係数Ｋｂは上記関係式（式３）を用いて算出される。そのため、目標値補正部５５によるスロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正によって、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正量が大きくなりにくい。その結果、第１の開度ＴＡ１と第２の開度ＴＡ２との差分が大きくても、目標値補正部５５によるスロットル開度目標値ＴＡＴｒの減少補正量が大きくなることを抑制できる。

そして、このように補正されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒを用いたフィードバック制御によって算出された操作指示値ＩＶｓに基づいてスロットルバルブ２２の作動が制御される。これにより、スロットル開度ＴＡは、第１の開度ＴＡ１をアンダーシュートした後に第１の開度ＴＡ１に収束するものの、そのアンダーシュート量はそれほど大きくならない。その結果、スロットル開度ＴＡを小さくしても吸入空気量ＧＡがそれほど大きく減少しないときには、スロットルバルブ２２を過剰に作動させてしまうことを抑制できる。

なお、本実施形態では、以下に示す効果をさらに得ることができる。
第２の補正係数Ｋｂの算出に際し、スロットル前後圧力比Ｒｓの代わりに、スロットル開度ＴＡ及び吸気通路１７における吸入空気の流速とを用いる算出方法も考えられる。吸入空気の流速が一定であるという条件下にあっては、スロットル開度ＴＡが小さい場合ほど、スロットル開度目標値ＴＡＴｒの変更に対する吸入空気量ＧＡの変化量が大きくなりやすい。しかし、スロットル開度ＴＡを第１の開度ＴＡ１から第２の開度ＴＡ２に変化させる場合であっても、吸入空気の流速によって吸入空気量ＧＡの変化量は変化する。すなわち、吸入空気の流速が小さい場合における上記吸入空気量ＧＡの変化量は、吸入空気の流速が大きい場合における上記吸入空気量ＧＡの変化量よりも小さい。そのため、吸入空気の流速毎に、スロットル開度ＴＡと第２の補正係数Ｋｂとの関係を表すマップや関係式を用意する必要がある。

この点、本実施形態では、スロットル前後圧力比Ｒｓを用いて第２の補正係数Ｋｂを算出するようにしている。この場合、上記関係式（式２）及び（式３）を用意するだけで、第２の補正係数Ｋｂを、そのときのスロットル開度ＴＡ及び吸気通路１７における吸入空気の流速に応じた値とすることができる。すなわち、スロットル前後圧力比Ｒｓの代わりに、スロットル開度ＴＡ及び吸気通路１７における吸入空気の流速とを用いて第２の補正係数Ｋｂを算出する場合と比較し、第２の補正係数Ｋｂを容易に算出することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、スロットル開度ＴＡを大きくする場合だけではなく、スロットル開度ＴＡを小さくする場合であっても、第２の補正係数Ｋｂを用いてスロットル開度目標値ＴＡＴｒを補正するようにしている。しかし、スロットル開度ＴＡを大きくする場合に第２の補正係数Ｋｂを用いてスロットル開度目標値ＴＡＴｒを補正するのであれば、スロットル開度ＴＡを小さくする場合には第２の補正係数Ｋｂを用いたスロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正をしなくてもよい。

また、スロットル開度ＴＡを小さくする場合に第２の補正係数Ｋｂを用いてスロットル開度目標値ＴＡＴｒを補正するのであれば、スロットル開度ＴＡを大きくする場合には第２の補正係数Ｋｂを用いたスロットル開度目標値ＴＡＴｒの補正をしなくてもよい。

・スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上である場合、スロットル前後圧力比Ｒｓが「１」に近づくにつれて第２の補正係数Ｋｂを小さくすることができるのであれば、上記関係式（式３）を用いない別の算出方法で第２の補正係数Ｋｂを算出するようにしてもよい。

・スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上である場合、スロットル前後圧力比Ｒｓが「１」に近づくにつれて第２の補正係数Ｋｂを小さくすることができるのであれば、スロットル前後圧力比Ｒｓが「１」に近づくにつれて第２の補正係数Ｋｂが段階的に小さくなるようにしてもよい。

・スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上である場合、第２の補正係数Ｋｂを規定値よりも小さくすることができるのであれば、スロットル前後圧力比Ｒｓに応じて第２の補正係数Ｋｂを可変させなくてもよい。例えば、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ以上である場合、規定値よりも小さい所定値で第２の補正係数Ｋｂを保持するようにしてもよい。

・スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ未満である場合、第２の補正係数Ｋｂを規定値で保持しなくてもよい。すなわち、スロットル前後圧力比Ｒｓが規定圧力比ＲｓＴｈ未満であっても、スロットル前後圧力比Ｒｓが小さいほど第２の補正係数Ｋｂが大きくなるように第２の補正係数Ｋｂを算出するようにしてもよい。

・目標値導出部５１によって導出されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒと第１の補正係数Ｇａｉｎｂとの積を算出する第１の補正処理を行った後、第１の補正処理によって算出された値（＝ＴＡＴｒ×Ｇａｉｎｂ）と第２の補正係数Ｋｂとの積を算出する第２の補正処理を実施し、その後、目標値導出部５１によって導出されたスロットル開度目標値ＴＡＴｒと第２の補正処理の算出結果との和を補正後のスロットル開度目標値ＴＡＴｒとして算出する処理を実施するようにしてもよい。この場合であっても、スロットル開度ＴＡを変更した場合における吸入空気量の変化特性を加味してスロットル開度目標値ＴＡＴｒを補正することができる。

・第２の補正係数Ｋｂの算出に際し、スロットル前後圧力比Ｒｓの代わりに、スロットル開度ＴＡ及び吸気通路１７における吸入空気の流速を用いるようにしてもよい。

１０…内燃機関、１７…吸気通路、２２…スロットルバルブ、５０…制御装置、５１…目標値導出部、５２…下流圧力取得部、５５…目標値補正部、５５１…第１の補正係数算出部、５５２…第２の補正係数算出部、５８…上流圧力取得部。

Claims (3)

1. 吸気通路に設けられているスロットルバルブの開度の目標値であるスロットル開度目標値と前記スロットルバルブの開度であるスロットル開度との偏差に基づいたフィードバック制御によって前記スロットルバルブの操作量を算出し、当該操作量に基づいて前記スロットルバルブを作動させる内燃機関の制御装置において、
   内燃機関の目標トルクを基に前記スロットル開度目標値を導出する目標値導出部と、
   前記目標値導出部によって導出された前記スロットル開度目標値を、前記フィードバック制御によって算出される操作量が大きくなるように補正する目標値補正部と、
   前記吸気通路における前記スロットルバルブよりも下流側の圧力である下流圧力を取得する下流圧力取得部と、
   前記吸気通路における前記スロットルバルブよりも上流側の圧力である上流圧力を取得する上流圧力取得部と、を備え、
   補正前の前記スロットル開度目標値と補正後の前記スロットル開度目標値との差分を補正量とした場合、
   前記目標値補正部は、前記下流圧力の要求値と前記下流圧力との偏差である圧力偏差の絶対値が大きいほど前記補正量が大きくなり、前記スロットル開度が大きいときには前記スロットル開度が小さいときよりも前記補正量が小さくなり、前記吸気通路における吸入空気の流速が小さいときには前記吸入空気の流速が大きいときよりも前記補正量が小さくなるように、前記目標値導出部によって導出された前記スロットル開度目標値を補正し、
   前記上流圧力に対する前記下流圧力の比をスロットル前後圧力比とした場合、
   前記目標値補正部は、
   前記圧力偏差が大きいほど第１の補正係数が大きくなるように前記第１の補正係数を算出する処理と、
   前記スロットル前後圧力比が「１」に近いほど第２の補正係数が小さくなるように前記第２の補正係数を算出する処理と、
   前記目標値導出部によって導出された前記スロットル開度目標値と前記第１の補正係数と前記第２の補正係数との積の絶対値と前記補正量が等しくなるように、補正後のスロットル開度目標値を算出する処理と、を実施する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記目標値補正部は、前記スロットル前後圧力比が規定圧力比未満であるときには前記第２の補正係数を規定値で保持し、前記スロットル前後圧力比が前記規定圧力比以上であるときには前記第２の補正係数を前記規定値よりも小さくする
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記目標値補正部は、前記スロットル前後圧力比が前記規定圧力比以上であるときには、当該スロットル前後圧力比が「１」に近づくにつれて前記第２の補正係数が次第に小さくなるように同第２の補正係数を算出する
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

Images