WO2023286302A1 - 制御装置 - Google Patents

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WO2023286302A1
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純一 大崎
好彦 赤城
隆 岡田
雄希 奥田
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日立Astemo株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device.
  • the mixture ratio indicated by the amount of air and fuel injection is controlled to the optimum value so that the efficiency of the catalyst is maximized.
  • Patent Document 1 describes a technique for quickly switching to lean combustion by VTC control in response to the problem of response delay in the amount of air, which is a problem when switching between normal combustion and lean combustion.
  • An object of the present invention is to provide a control device that can reduce the energy consumption of actuators.
  • the present invention provides a control device for an actuator used for acceleration of a vehicle, wherein the actuator is controlled to at least two operating states, has a response delay in control, and At a first timing, the device predicts whether or not there is a request to accelerate the vehicle for each predetermined time period from the first timing to the second timing, and stores whether or not there is a request for acceleration of the vehicle for each predetermined time period.
  • the operating state of the actuator at the first timing is the first state and it is predicted that there is no acceleration request from the third timing to the second timing within the period, the actuator operates within the period; The state is changed from the first state to the energy saving second state.
  • the energy consumption of the actuator can be reduced.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing the configuration of an internal combustion engine system to which the present invention is applied;
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing the engine operating range and the behavior of the engine operating point when the driver accelerates or decelerates.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a prediction principle (prediction model 1) of a re-acceleration prediction function;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a prediction principle (prediction model 2) of a re-acceleration prediction function;
  • 1 is a block diagram illustrating the configuration of an embodiment of the present invention;
  • FIG. 4 is a time chart of engine control based on the re-acceleration prediction function of the embodiment of the present invention; 4 is a flowchart for explaining processing in each block according to the embodiment of the present invention;
  • This embodiment relates to a vehicle control device that controls an engine so as to improve fuel efficiency while taking into account the driving characteristics of the driver and the efficiency of the engine or hybrid system.
  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine that predicts and expands the fuel-saving operating range of the engine.
  • An object of the present embodiment is, for example, in a vehicle equipped with an engine, to solve the problem of response delay when switching the combustion state of the engine when the engine is operated under low load or high load.
  • By predicting the deceleration it is determined that the engine will be in a low load state or a high load state in the future, and preparations are made in advance to switch the combustion state, resulting in low load and high load states.
  • FIG. 1 shows the system configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied, and the internal combustion engine shows a cross section of one cylinder.
  • An airflow meter 101 for measuring the amount of intake air is installed in the intake passage of the internal combustion engine 100, and a throttle valve 102 for adjusting the amount of intake air is installed downstream thereof.
  • the air amount output of the airflow meter 101 and the opening degree output of the throttle valve 102 are sent to an ECU (engine control unit) 107 .
  • the internal combustion engine 100 has a fuel injection valve 103 that directly injects fuel into the cylinder 112 .
  • the fuel injection valve 103 is connected to a fuel supply passage 114 and supplied with high-pressure fuel.
  • a spark plug connected to the spark ignition device 109 is provided at the top of the cylinder 112 .
  • a piston 113 is mounted in the cylinder 112 so as to be vertically movable.
  • the crankshaft which converts the vertical motion of the piston 113 into rotational motion, is provided with a crank angle signal plate 105 and a crank angle sensor 106 for detecting the rotational angular velocity (rotational speed of the internal combustion engine) and angular position.
  • a signal from the crank angle sensor 106 is transmitted to the ECU 107 .
  • Internal combustion engine 100 also includes a camshaft 116 for opening and closing intake valves 117 .
  • the camshaft 116 is connected to the crankshaft by a timing belt or metal chain and rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft.
  • the camshaft 116 also has a cam angle signal plate 118 and a cam angle sensor 115 for detecting its rotational angular velocity and angular position.
  • the intake valve 117 is provided with an intake VTC (Valve Timing Control) capable of changing the angular phase difference of the intake side camshaft so that the opening/closing timing of the intake valve 117 can be changed.
  • the intake VTC is controlled by a signal from the ECU 107 .
  • Fuel pressure sensor 104 is a sensor for measuring the pressure in fuel supply passage 114 to fuel injection valve 103 .
  • a water temperature sensor 108 is attached to a cooling water passage of the internal combustion engine 100 and is a sensor for measuring the cooling water temperature of the internal combustion engine.
  • the valve opening detection sensor 110 is a sensor for detecting the opening timing of the fuel injection valve 103 . Valve opening detection sensor 110 can also be used as a knock sensor for detecting knocking.
  • the throttle valve 102 adjusts the amount of intake air.
  • the air flow meter 101 measures the amount of intake air whose intake amount has been adjusted by the throttle valve 102, and the signal is transmitted to the ECU 07. After that, the intake air passes through the intake valve 117 and enters the cylinder 112 of the internal combustion engine to form an air-fuel mixture with the fuel injected from the fuel injection valve 103 .
  • the fuel injection valve 103 is energized by a signal from the ECU 107 to be controlled to open and close to inject fuel.
  • a mixture of fuel and intake air formed in the cylinder 112 is ignited by the spark ignition device 109 .
  • the spark ignition device 109 is ignition controlled by a signal from the ECU 107 .
  • the ignited air-fuel mixture burns and expands to push the piston 113 downward.
  • the output shaft (crankshaft) is connected to the piston 113, rotates when the piston 113 is pushed down, and outputs engine torque.
  • the air-fuel mixture that has finished burning becomes exhaust gas and is sent to the three-way catalyst 120 through the exhaust pipe 119 .
  • the three-way catalyst 120 has the function of converting harmful nitrogen oxides and carbon monoxide contained in the exhaust gas into harmless substances such as carbon dioxide, water and nitrogen through oxidation/reduction reactions.
  • the A/F sensor 121 detects the amount of oxygen contained in the exhaust gas and transmits the sensor output to the ECU 107 .
  • the ECU 107 determines from the output of the A/F sensor 121 whether the air-fuel ratio is excessive fuel (rich) or oxygen excessive (lean), and controls the air-fuel ratio.
  • FIG. 2 is a diagram showing driving conditions to which the control described in this embodiment is applied.
  • the horizontal axis indicates the engine speed
  • the vertical axis indicates the engine torque.
  • the engine speed increases toward the right side
  • the engine torque output increases toward the upper side.
  • the amount of air and the amount of fuel injection are controlled so as to be approximately 1 in the entire range regardless of the magnitude of the engine torque or the magnitude of the engine torque.
  • Lean burn has a larger amount of air than normal combustion, and it is necessary to open the throttle valve 102 more. Therefore, the pumping loss during intake is reduced. Also, during lean-burn combustion, the combustion speed is slow and the combustion temperature is lower than in normal combustion. Therefore, cooling loss can be reduced, and extra work corresponding to the cooling loss can be reduced.
  • the curve indicated by the dots in Figure 2 shows the behavior of the vehicle during acceleration and deceleration. At the Start point in FIG. 2, both the engine speed and the engine torque are high, and the load on the engine is high.
  • Figures 3A and 3B are examples of a model that determines whether or not the vehicle will accelerate based on the behavior of the preceding vehicle.
  • the prediction model 1 shown in FIG. 3A is a model that measures the inter-vehicle distance and vehicle speed and expresses the driver's psychology with respect to the target inter-vehicle distance and target speed by acceleration.
  • the formula for this model is given by
  • Vf(t) indicates the current vehicle speed and Vdes indicates the target vehicle speed.
  • Vdes indicates the target vehicle speed.
  • Xsigma is the target inter-vehicle distance and ⁇ X(t) is the current inter-vehicle distance.
  • the inter-vehicle distance term used exceeds 1.
  • a re-acceleration prediction function 420 (Fig. 4), which will be described later, uses such a model to quantitatively evaluate the driver's intention to accelerate. Expect lower engine loads.
  • the re-acceleration prediction function 420 calculates the positional relationship with the preceding vehicle after an arbitrary time elapses. If it is determined that the inter-vehicle distance will be shorter than the predetermined inter-vehicle distance after the elapse of the predetermined time, the vehicle will decelerate. You can also
  • the re-acceleration prediction function 420 reads the driver's psychology of accelerating or decelerating, and predicts that the engine will have a high load when accelerating and a low engine load when decelerating. .
  • FIG. 4 is a block diagram showing the essential parts of the control device 1 according to the embodiment.
  • the control device 1 of this embodiment includes a re-acceleration prediction function 420 and an ECU (engine control unit) 107 .
  • ECU engine control unit
  • the re-acceleration prediction function 420 is realized, for example, by an electronic control device separate from the ECU 107, an integrated circuit (for example, FPGA: Field Programmable Gate Array), or the like, but may be realized by the ECU 107.
  • the ECU 107 and the electronic control unit are configured by, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device such as a memory, a communication I/F (input/output circuit), etc., and the processor is the subject of processing.
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit)
  • a storage device such as a memory
  • communication I/F input/output circuit
  • the required torque calculation unit 411 calculates the required torque based on the input of each sensor information.
  • the engine torque calculator 412 calculates the torque that the engine should output from the required torque, and issues commands to the air amount control 415 , the fuel injection control 416 and the ignition timing control 417 .
  • the value of ⁇ calculated by the ⁇ control unit 413 takes a value near 1, and control is performed so that the ratio of the air amount and the fuel injection amount becomes the theoretical air-fuel ratio (stoichiometric).
  • the ⁇ switching determination unit 414 of the engine torque calculation unit 412 determines that the required torque calculated by the required torque calculation unit 411 is low and the engine is operated under low load. When driving, control is performed to switch ⁇ .
  • the ⁇ control unit 413 recalculates the air amount, fuel injection amount, and ignition timing for realizing a desired torque when ⁇ is 1 or more, and performs air amount control, fuel injection control, and ignition timing control during lean combustion. conduct.
  • the prediction state continuation counter calculated by the re-acceleration prediction function 420 and the output of the re-acceleration prediction function are input to the ⁇ switching determination unit 414 .
  • the re-acceleration prediction function 420 determines whether the vehicle will accelerate in the future.
  • the re-acceleration prediction function 420 has a function for calculating a prediction state continuation counter 421, and the prediction state continuation counter counts how many seconds the acceleration or deceleration state continues in the future. Output the deceleration status.
  • the re-acceleration prediction function 420 outputs the acceleration/deceleration prediction result for each predetermined interval, and obtains the prediction result that the vehicle will decelerate after 1.0 [s].
  • FIG. 5 is a diagram showing side by side time charts of the ⁇ control unit 413 and the re-acceleration prediction function 420 for explaining the embodiment of the present invention.
  • the time chart indicated by the solid line in the ⁇ switching control in FIG. 5 indicates the parameters of each engine control of the present invention, and the time chart indicated by the broken line is the conventional control chart in which the ⁇ switching control is executed after the engine load becomes low. is.
  • the preceding vehicle is moving at a constant speed. represent the scene.
  • the target equivalence ratio fuel injection amount
  • the target equivalence ratio fuel injection amount
  • the engine is in a high-load state.
  • FIG. 6 is a flow chart showing the flow of control steps in the control block shown in FIG. This flowchart is periodically executed at a predetermined activation timing (for example, every 100 ms).
  • step S601 the re-acceleration prediction function 420 of FIG. 4 predicts the acceleration state or deceleration state of the vehicle for each unit step time up to a predetermined time using prediction models shown in FIGS. Store as a continuation counter.
  • five prediction results of k1 to k5 are stored as prediction results of 0.2 [s] intervals up to 1.0 [s] ahead.
  • step S602 it is determined whether the current operating state of the engine is normal operation or fuel-saving operation.
  • step S603 the prediction results of the re-acceleration prediction function 420 at each elapse of the predetermined time estimated in step S601 are evaluated, and the prediction results of k1 to k5 of the prediction state continuation counter 421 are determined. If the prediction results of k1 to k5 are all predictions of deceleration, the process proceeds to step S604. Also, if any of the prediction results k1 to k5 includes prediction of acceleration, the flow chart is terminated and engine control continues with normal operation.
  • step S604 preparation for engine fuel-saving operation is started.
  • step S605 If it is determined in step S605 that preparation for fuel-saving engine operation has not been completed, the flowchart is terminated, and normal engine control is continued until a state is reached in which fuel-saving engine operation can be performed.
  • Step S607 evaluates the prediction state continuation counter 421 of the re-acceleration prediction function 420 when the engine is in fuel-saving operation.
  • step S608 If acceleration is predicted, the process proceeds to step S609.
  • the vehicle acceleration or deceleration prediction by the re-acceleration prediction function is used.
  • the control device 1 (Fig. 4) is a control device for an actuator (internal combustion engine) used for vehicle acceleration.
  • the actuator is, for example, an internal combustion engine (engine), a hybrid engine, a motor, or the like.
  • the control device 1 (the re-acceleration prediction function 420 in FIG. 4) changes from the first timing (k0) to the second timing (for example, (I) in FIG. 5) at the first timing (for example, k0 in (I) in FIG. Presence/absence of a vehicle acceleration request for each predetermined time period of the period up to k5) of ) is predicted, and the presence or absence of a vehicle acceleration request for each predetermined time period is stored.
  • the third timing is the same as the first timing (k0), but it may be another timing (for example, k1 to k4).
  • the fourth timing is the same as the first timing (k0), but it may be another timing (for example, k1 to k4).
  • the actuator is an internal combustion engine.
  • the first state and the second state are combustion states of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio in the second state is higher than the air-fuel ratio in the first state.
  • the engine speed is lower in the second state than in the first state.
  • the EGR rate may be higher or the opening of the waste gate valve may be larger in the second state than in the first state.
  • fuel-saving operation can be performed by switching the combustion state of the internal combustion engine from the first state to the second state.
  • the EGR rate can be controlled by the throttle valve 102, the EGR valve 122a of the EGR system 122 indicated by the dashed line in FIG. 1, or the like.
  • the wastegate valve 123a is one of the parts constituting the turbocharger 123 indicated by the dashed line in FIG. be.
  • the control device 1 uses prediction models 1 and 2 (FIGS. 3A and 3B) to predict the presence or absence of a vehicle acceleration request at predetermined time intervals from the first timing to the second timing.
  • prediction models 1 and 2 FGS. 3A and 3B
  • the control device 1 uses prediction models 1 and 2 (FIGS. 3A and 3B) to predict the presence or absence of a vehicle acceleration request at predetermined time intervals from the first timing to the second timing.
  • a first timing using at least one of the following distance from the preceding vehicle, the vehicle speed of the preceding vehicle, the vehicle speed of the own vehicle, and the acceleration of the own vehicle, every predetermined time period from the first timing to the second timing
  • Presence or absence of an acceleration request for the vehicle may be predicted. This makes it possible to quantitatively predict the presence or absence of an acceleration request.
  • the third timing and the fourth timing described above have the same value, but are independent values. This makes it possible to change the number of presence/absence of acceleration used for prediction between deceleration prediction and acceleration prediction.
  • the present embodiment it is possible to prepare for implementing fuel-saving operation before detecting that the load of the engine has become low and shifting to fuel-saving operation, and the implementation time of fuel-saving operation is can be extended to improve fuel efficiency.
  • the problem of response delay in air volume control it is possible to avoid deterioration of drivability during control transitions by preparing in advance when the engine returns to normal operation from fuel-saving operation. It is possible.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • an example of control of ⁇ combustion switching is shown as an example of fuel-saving operation of the engine, but it is of course possible to apply it to other engine control in consideration of response delay. For example, when the engine load becomes low during running, the engine is stopped, and when it is predicted that the engine will be accelerated while the engine is stopped, the engine is restarted in consideration of the engine start time.
  • various things such as increasing or decreasing the prediction state continuation counter (k1 to k5) according to the request, changing the calculation cycle according to the control responsiveness, etc. method is conceivable.
  • each function and each step of the drawings used for explanation may be realized by software or hardware. Some may be implemented in either.
  • each block in the block diagram may be included in the same control device, or each block may be arranged in another control device and configured by communication between the control devices.
  • a control device for an actuator for reacceleration with an operation delay having at least two operating states comprising a reacceleration prediction function and a prediction state duration counter, wherein the reacceleration prediction function is activated after a predetermined time has elapsed from the current time. It is determined whether or not there is a request for re-acceleration every predetermined time until the re-acceleration request for every predetermined time from the current time calculated by the re-acceleration prediction function until after the elapse of the predetermined time.
  • the actuator At the current time, the actuator is operating in state 1, and the prediction up to the farthest point from the current time stored in the prediction state duration counter, after an arbitrary time has passed to the furthest time from the current time, when there is no reacceleration request in all predictions, the operating state of the actuator is changed to state 2.
  • the operation state of the actuator is in state 2 at the current time, and the prediction up to the furthest point from the current time stored in the prediction state duration counter occurs after an arbitrary time elapses to the farthest time from the current time, the controller changes the operation state of the actuator to state 1 when there is a request for reacceleration.
  • the reacceleration actuator is an internal combustion engine
  • the states 1 and 2 are combustion states of the internal combustion engine.
  • the re-acceleration prediction function predicts a vehicle, and the re-acceleration prediction function determines whether or not the vehicle will accelerate.
  • any one of the current inter-vehicle distance to the preceding vehicle, the current vehicle speed of the preceding vehicle, the current vehicle speed, and the current acceleration of the vehicle is input to the re-acceleration prediction function.
  • a control device comprising:
  • the air-fuel ratio is set so that when the target air-fuel ratio is compared between the state 1 and the state 2, the air ratio is higher in the state 2 than in the state 1. control device.
  • control device in (3), the control device is characterized in that the target engine speed is differentiated between states 1 and 2 of the combustion state of the internal combustion engine.
  • the target engine speed is set so that when the target engine speed is compared between states 1 and 2, the engine speed is lower in state 2 than in state 1.
  • a control device characterized by:
  • Reference Signs List 100 Internal combustion engine 101 Airflow meter 102 Throttle valve 103 Fuel injection valve 104 Fuel pressure sensor 105 Crank angle signal plate 106 Crank angle sensor 107 ECU (engine control unit) DESCRIPTION OF SYMBOLS 108... Water temperature sensor 109... Spark ignition device 110... Valve opening detection sensor 112... Cylinder 113... Piston 114... Fuel supply passage 115... Cam angle sensor 116... Cam shaft 117... Intake valve 118... Cam angle signal plate 119...
  • Exhaust pipe 120 Three-way catalyst 121 A/F sensor 122a EGR valve 123a Wastegate valve 411 Requested torque calculator 412 Engine torque calculator 413 ⁇ controller 414 ⁇ switching determination unit 415 Air amount control 416 Fuel Injection control 417 Ignition timing control 420 Re-acceleration prediction function 421 Predicted state continuation counter

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

制御装置（再加速予測機能）は、第１タイミングにおいて、第１タイミングから第２タイミングまでの期間の所定時間毎の車両の加速要求の有無を予測し、所定時間毎の車両の加速要求の有無を記憶する。制御装置（ＥＣＵ）は、第１タイミングのアクチュエータの動作状態が第１状態であり、前記期間内の第３タイミングから第２タイミングまでに加速要求がないと予測される場合、前記期間内にアクチュエータの動作状態を第１状態より省エネルギの第２状態に遷移させる。

Description

制御装置
　本発明は、制御装置に関する。
　近年、自動車の排ガス規制の強化や省燃費目標に伴い、従来の制御方式とは異なる新しいエンジン制御方式が考案されている。
　通常のエンジン制御では触媒の効率が最大となるように、空気と燃料噴射量で示される混合比を最適な値に制御することがなされている。
　さらなる燃費向上施策として、エンジンが低負荷の領域では、空気量を増加させ燃料噴射量を絞ること（リーン燃焼）で、少ない燃料で同等のトルクを生み出す技術が存在し研究がなされている。
　特許文献１では、通常の燃焼状態とリーン燃焼の切り替え時に課題となる空気量の応答遅れの課題に対してＶＴＣ制御により素早くリーン燃焼に切り替える技術が記載されている。
特開2008-267337号公報
　しかしながら、リーン燃焼ができる状態となってから、空気量を増加させる制御を開始するために、リーン燃焼可能となるまでに至る時間は通常制御での制御となる。
　上記、リーン燃焼切替に限らず低負荷と高負荷でエンジンの燃焼状態を切り替えるようなエンジン制御では空気量制御の応答遅れの課題が付きまとう。
　ところで、近年の自動車には運転負荷低減のために、緊急ブレーキや、アダプティブクルーズコントロールなど先進技術を採用する車両が増加し、それを実現するために様々なセンサが取り付けられている。
　この中で例えば先行車との車間を計測するセンサ等を用いれば、先行車との車間距離が短くなって自車が減速するであろうというシーンを検知し、減速するために運転者がアクセルを緩めて、エンジン低負荷となることを事前に推定が可能である。
　本発明の目的は、アクチュエータの消費エネルギを低減することができる制御装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、車両の加速に用いられるアクチュエータの制御装置であって、前記アクチュエータは、少なくとも２つ以上の動作状態に制御され、制御に応答遅れがあり、前記制御装置は、第１タイミングにおいて、前記第１タイミングから第２タイミングまでの期間の所定時間毎の前記車両の加速要求の有無を予測し、前記所定時間毎の前記車両の加速要求の有無を記憶し、前記第１タイミングの前記アクチュエータの動作状態が第１状態であり、前記期間内の第３タイミングから前記第２タイミングまでに加速要求がないと予測される場合、前記期間内に前記アクチュエータの動作状態を前記第１状態より省エネルギの第２状態に遷移させる。
　本発明によれば、アクチュエータの消費エネルギを低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明が適用される内燃機関システムの構成を示すシステム構成図である。 エンジンの運転領域と運転者が加速または減速した際のエンジン動作点の挙動を示した図である。 再加速予測機能の予測原理（予測モデル１）の説明図である。 再加速予測機能の予測原理（予測モデル２）の説明図である。 本発明の実施形態の構成を説明するブロック図である。 本発明の実施形態の再加速予測機能に基づくエンジン制御のタイムチャートである。 本発明の実施形態の各ブロックにおける処理を説明するフローチャートである。
　本実施形態は、運転者の運転特性やエンジンまたはハイブリッドシステムの効率を考慮した上で燃費を改善するようにエンジンを制御する車両制御装置に係り、特に運転者の運転特性から車両の将来の挙動を予測し、エンジンの省燃費運転域を拡大する内燃機関の制御装置に関する。
　本実施形態の目的は、例えば、エンジンを搭載する車両において、エンジンが低負荷、または高負荷で運転する際に、エンジンの燃焼状態を切り替える際の応答遅れの課題に対して、車両の加速または減速を予測することで、将来エンジンが低負荷状態となる、または、高負荷状態となると判断し、事前に燃焼状態を切り替えるための準備を行って、低負荷、高負荷の各状態となった際に最適な燃焼制御に素早く切り替え可能な制御装置を提供することにある。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
　図１は、本発明が適用される内燃機関のシステム構成を示し、内燃機関は１つの気筒の断面を示している。
　内燃機関１００の吸入通路には、吸入空気量を計測するエアフロメータ１０１が設置され、その下流には吸入空気量を調節するスロットル弁１０２が設置されている。エアフロメータ１０１の空気量出力、及びスロットル弁１０２の開度出力はＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)１０７に送信される。
　内燃機関１００は、シリンダ１１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０３を備えている。燃料噴射弁１０３は燃料供給通路１１４に連結され、高圧の燃料が供給される。シリンダ１１２の頂部には火花点火装置１０９に接続された点火プラグが設けられている。
　また、シリンダ１１２内にはピストン１１３が上下動可能に装着される。ピストン１１３の上下動を回転運動に変換するクランクシャフトには、その回転角速度(内燃機関の回転数)および角度位置を検出するためのクランク角信号板１０５とクランク角センサ１０６が備えられる。クランク角センサ１０６からの信号はＥＣＵ１０７に送信される。また、内燃機関１００は、吸気弁１１７を開閉するためのカムシャフト１１６も備える。カムシャフト１１６はタイミングベルト、もしくは金属チェーンによりクランクシャフトとつながり、クランクシャフトの回転と連動して回転する。
　また、カムシャフト１１６にはその回転角速度および角度位置を検出するための、カム角信号板１１８とカム角センサ１１５が備わり、カム角センサ１１５からの信号はＥＣＵ１０７に送信される。また、吸気弁１１７はその開閉タイミングが変更可能なように、吸気側カムシャフトの角度位相差を変更可能な吸気ＶＴＣ(ＶａｌｖｅＴｉｍｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌ)が備えられる。吸気ＶＴＣは、ＥＣＵ１０７からの信号により制御される。
　その他、内燃機関には以下のセンサが備わっており、いずれもＥＣＵ１０７に信号を送信する。燃料圧力センサ１０４は、燃料噴射弁１０３への燃料供給通路１１４内の圧力を計測するためのセンサである。水温センサ１０８は、内燃機関１００の冷却水通路に取り付けられ、内燃機関の冷却水温度を計測するためのセンサである。開弁検出センサ１１０は、燃料噴射弁１０３の開弁時期を検出するためのセンサである。開弁検出センサ１１０は、ノッキングを検出するためのノックセンサとして兼用することもできる。
　内燃機関１００では、スロットル弁１０２により吸入空気の吸入量が調節される。スロットル弁１０２で吸入量が調節された吸入空気はエアフロメータ１０１により吸入量が計測され、その信号はＥＣＵ０７に送信される。その後、吸入空気は吸気弁１１７を通過して内燃機関のシリンダ１１２内に入り、燃料噴射弁１０３から噴射された燃料と共に混合気を形成する。燃料噴射弁１０３は、ＥＣＵ１０７からの信号により通電されて開閉制御され、燃料を噴射する。
　シリンダ１１２内にて形成された燃料と吸入空気の混合気は、火花点火装置１０９により点火される。火花点火装置１０９は、ＥＣＵ１０７からの信号により点火制御される。点火された混合気は燃焼し、膨張することでピストン１１３を押し下げる。出力軸（クランクシャフト）はピストン１１３とつながっており、ピストン１１３が押し下げられることで回転し、機関トルクを出力する。
　燃焼を終えた混合気は排気ガスとなって排気管１１９を通り三元触媒１２０へ送られる。三元触媒１２０は排気ガス中に含まれる有害な窒素酸化物や一酸化炭素を酸化・還元反応で二酸化炭素や水、窒素等の無害物質へ変換する機能を備えている。Ａ／Ｆセンサ１２１は排気ガス中に含まれる酸素量を検出し、ＥＣＵ１０７にセンサ出力を送信する。ＥＣＵ１０７はＡ／Ｆセンサ１２１の出力から、空燃比が燃料過多(リッチ)または酸素過多(リーン)の状態を判定し空燃比制御を行うものである。
　以上のような内燃機関のシステム構成は良く知られているのでこれ以上の説明は省略する。
　図２は本実施形態で説明される制御を適用する運転状況を示した図である。図２で横軸はエンジン回転数、縦軸はエンジントルクを示しており、右側に行くほどエンジン回転数が高く、上側に行くほどエンジントルクの出力が高い。
　λは分子に実空燃比、分母に理論空燃比（空気量÷燃料＝１４.７）を置いた時の商で計算される値であり、エンジン暖気後の通常の運転状態においてはエンジン回転数の高低、エンジントルクの大小に限らず全領域でおよそ１となるように、空気量と燃料噴射量が制御される。
　図２でλ＝２の領域は、理論空燃比に対して空気量を増量、燃料噴射量を低く、制御するようにしたリーンバーン燃焼可能領域である。
　リーンバーンは通常の燃焼よりも空気量が多く、スロットル弁１０２を多く開ける必要がある。このため、吸気時のポンピングロスが低減される。また、リーンバーン燃焼時は、燃焼速度が遅く通常の燃焼よりも燃焼温度が低い。このため、冷却損失を低減することができ、冷却損失分の余分な仕事を減らすことができる。
　このようなことから、通常のλ＝１で燃焼する状態と比較し、λ＞１となるようにエンジンを制御した方が燃費の点で優れている。一方で、リーン燃焼が安定して実施できる範囲の外では、排ガス規制の一つであるＮＯｘ排出量が規制にかかるなどの課題があり、昨今のリーン燃焼はエンジン回転数とエンジントルクが低い状態即ちエンジン低負荷領域でのみ実施される。
　図２の点で示されるカーブは車両の加減速時の挙動を示している。図２のＳｔａｒｔの点ではエンジン回転数、エンジントルクともに高い状態であり、エンジンは高負荷となっている。
　ここから、運転者が所望の速度となったことを確認あるいは減速行動に転じた場合には、アクセルが放されスロットル弁は絞られる。すると、エンジン回転数、エンジントルクは（ａ）で示される軌跡をたどって低負荷状態となりエンジンの動作点は（ｂ）の定常で示す点の付近に留まる。
　この低負荷領域の中に入ってλ＝２で運転できると判断されると、ＥＣＵ１０７は、空気量を増加、燃料噴射量を低下させてリーン燃焼を実施し、燃費に有利なエンジンの運転状態を維持する。
　（ｂ）の定常状態から、運転者がアクセルを踏みなおすと、（ｃ）加速時で示すようなエンジンの動作点の軌跡をたどって、エンジンは高負荷状態となる。エンジンが高負荷の状態ではリーン燃焼はできないため、ＥＣＵ１０７は、λ＝２で制御している場合に、λ＝１に戻しエンジン制御を実施する。
　λ＝２とするためにはスロットル弁を開けて空気量を増加させる必要があるが、スロットル弁で調整する空気の応答が遅いため、（ｂ）定常で示した運転領域となって、λ＝２の運転が可能となった場合でも直ちにλ＝２へ切り替えが可能なわけではない。
　このλ＝２で運転できる時間を延長できれば燃費の改善につながるが、そのためには先行でλ＝２で運転できる状態となった時には、空気量はすでにλ＝２で運転できる状態にしておく必要がある。
　そこで、本実施形態では、先行車と自車の位置関係から、運転者がこの先加速するか否かを判断し、加速しないと判断できる場合には、エンジンが低負荷となると見込んで事前にリーン燃焼のための空気量制御を開始することを検討した。
　図３Ａ、３Ｂは、先行車の挙動から自車が加速するか否かを判断するモデルの例である。
　図３Ａに示す予測モデル１は車間距離と車速を測定し、目標車間距離と目標速度に対する運転者の心理を加速度で表現するモデルである。このモデルの式は次式で与えられる。
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　まず、Ｖｆ（ｔ）は現在車速、Ｖｄｅｓは目標車速を示しており、目標車速に対して現在車速が高い場合は、－（Ｖｆ（ｔ）／Ｖｄｅｓ）で示される速度の項が１を超える。
　次に、Ｘｓｉｇｍａは目標車間距離、ΔＸ（ｔ）は現在の車間距離を示しており、目標車間距離に対して、現在の車間距離が短い場合は、－（Ｘsigma／ΔＸ（ｔ））で示される車間距離の項が１を超える。
　このように、目標速度に対して速度が上回る、または目標車間距離に対して車間距離が短い場合にαf（ｔ）はマイナスに評価され減速するという予測ができる。また、目標速度に対して速度が低い、または目標車間距離に対して車間距離が長い場合には、αf（ｔ）はプラスに評価され加速するという予測ができる。
　後述する再加速予測機能４２０（図４）は、このようなモデルを用いて運転者の加速意図を定量的に評価し、また、加速する場合にはエンジン負荷が高くなる、減速する場合にはエンジン負荷が低くなることを予測する。
　また、図３Ｂに示す予測モデル２のようなモデルを使えば、例えば先行車が等加速度で移動すると仮定して、再加速予測機能４２０は、任意時間経過後の先行車との位置関係を計算し、所定時間経過後に車間距離が所定の車間距離よりも短くなると判断される場合には減速する、所定時間経過後に車間距離が所定の車間距離よりも長くなると判断される場合には加速すると予測することもできる。
　これらのモデルを用いて、再加速予測機能４２０は、運転者の加速または減速する心理を読み取り、加速する場合にはエンジンが高負荷、減速する場合にはエンジンが低負荷となることを予測する。
　図４は実施形態に係る制御装置１の要部を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態の制御装置１は、再加速予測機能４２０とＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１０７で構成される。
　再加速予測機能４２０は、例えば、ＥＣＵ１０７とは別の電子制御装置、集積回路（例えば、FPGA：Field Programmable Gate Array）等によって実現されるが、ＥＣＵ１０７によって実現されてもよい。なお、ＥＣＵ１０７と電子制御装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、メモリ等の記憶装置、通信I/F（入出力回路）等から構成され、処理の主体はプロセッサである。
　まずＥＣＵ１０７には、各センサ情報の入力をもとに、要求トルク算出部４１１で要求トルクを算出する。エンジントルク算出部４１２は、要求トルクからエンジンが出力するべきトルクを算出し、空気量制御４１５、燃料噴射制御４１６、点火時期制御４１７に対して指令する。この時、通常のエンジン制御においては、λ制御部４１３が算出するλの値は１近傍の値を取り、空気量と燃料噴射量の比が理論空燃比（ストイキ）となるように制御が行われる。
　ここで、燃費向上のためにリーン燃焼切替を実施するエンジン制御では、エンジントルク算出部４１２のλ切替判断部４１４は、要求トルク算出部４１１で計算された要求トルクが低く、エンジンを低負荷で運転する場合には、λを切り替える制御を実施する。
　λ制御部４１３は、λが１以上で所望のトルクを実現するための空気量、燃料噴射量、点火時期を再計算し、リーン燃焼実施時の空気量制御、燃料噴射制御、点火時期制御を行う。
　本実施形態では、λ切替判断部４１４に対して、再加速予測機能４２０で計算した予測状態継続カウンタと再加速予測機能の出力を入力するように構成した。
　図４の再加速予測機能４２０には、車間距離、車速などのセンサからの情報が入力され、再加速予測機能４２０は、車両がこの先加速するか否かを判定する。再加速予測機能４２０の中には予測状態継続カウンタ４２１を計算する機能があり、予測状態継続カウンタは加速または減速の状態が何秒先まで継続するか任意の時間までの所定の間隔毎の加減速の状態を出力する。
　例えば、０．２［ｓ］間隔で１．０［ｓ］先までの加減速予測を行った場合には、ｋ１＝加速、ｋ２＝加速、ｋ３＝加速、ｋ４＝加速、ｋ５＝減速といった形で、再加速予測機能４２０は所定間隔毎の加減速予測結果を出力し、１．０［ｓ］後に減速するという予測結果が得られる。
　また、ｋ１＝減速、ｋ２＝減速、ｋ３＝減速、ｋ４＝減速、ｋ５＝減速といった結果を得た場合は１．０［ｓ］先までは加速しないという予測結果が得られる。
　図２の（ａ）で減速中であって、現在ｋ０のエンジン動作点にいる場合に、再加速予測機能４２０の結果が、ｋ１＝減速、ｋ２＝減速、ｋ３＝減速、ｋ４＝減速、ｋ５＝減速であり、（ａ）から（ｂ）へ移行する場面を想定すると、エンジン負荷は低い方向へと向かい、λ＝２のリーン燃焼切替ができる領域に入る。
　ｋ０の時点で、ｋ１～ｋ５の結果を見て、全ての結果が減速と予測できる場合は、λ＝２の燃焼切替制御がλ＝２の運転領域に入る前から準備を開始する。
　また、図２の（ａ）で減速中であって、現在ｋ０のエンジン動作点にいる場合に、再加速予測機能４２０の結果が、ｋ１＝減速、ｋ２＝減速、ｋ３＝加速、ｋ４＝加速、ｋ５＝加速であり、（ａ）から（ｄ）へ移行する場面を想定した場合は、エンジン負荷は再び高い方向へと向かい、λ＝１のまま燃焼を続ける。
　このように、再加速予測機能４２０により将来の加減速の状態を推定した予測状態継続カウンタの結果を見て、λ切替判断部はエンジン負荷が低くなる場合はリーン燃焼制御へ移行させ、エンジン負荷が高くなる場合はλ＝１の燃焼状態を維持するように制御の切り替えを実施するようにした。
　図５は、本発明の実施形態を説明するためのλ制御部４１３と再加速予測機能４２０のタイムチャートを並べて表示した図である。
　図５のλ切替制御における実線で示したタイムチャートは本発明の各エンジン制御のパラメータを示し、破線で示したタイムチャートはエンジンが低負荷となってからλ切替制御を実行する従来制御のチャートである。
　また、再加速予測機能４２０のタイムチャートでは先行車が等速度で移動しており、自車が車間距離に応じて減速し、減速後に車間距離が長くなり、再度加速して車間距離が短くなる場面を表している。
　図５で、（Ｉ）地点のｋ０に至る前の状態では、自車の速度が速く、先行車が遅い状況で、徐々に車間が短くなる状況下で、目標車間距離に対して、車間が近づきすぎると再加速予測機能４２０は減速と判断する。
　図５におけるｋ０からｋ５に至るまでの間の、エンジンの燃焼状態としては、ドライバーがアクセルを緩めることによって要求トルクが減少し、空気量が絞られる。
　すると、エンジンの出力が低下してエンジンが低負荷の状態になって、λ切替判断部４１４がλ＝２でエンジンを動作させるか否かを判定する。
　λ＝２に燃焼を切り替える場合は、まず、λ＝１の状態のまま空気量を増加させる。すると目標トルクに対してトルクが増加してしまうため、点火時期を遅らせることによって、トルクの上昇を防ぎ、目標のトルクとなるように制御が行われる。
　その後、λ＝２のエンジン運転状態にできる場合、目標等量比（燃料噴射量）を減少させて、λ＝２とすると同時に、点火時期を進めてλ＝２を実現する。また、λ＝２からλ＝１に戻す際は、目標等量比（燃料噴射量）を増加させ、λ＝１に戻すと同時に、点火時期を遅らせることを行う。その後、空気量を絞りながら点火時期を進め、λ＝１で要求トルク分の空気量で制御をする。
　このように、チャートで示す通り空気量制御には多少の遅れがあり、λを１から２または２から１に切り替えるためには準備時間が必要である。
　本実施形態では、再加速予測機能４２０が、（Ｉ）地点のｋ０時点で、０．２［ｓ］間隔で１．０［ｓ］先までの加減速予測を行った場合、予測状態継続カウンタが、ｋ１＝減速、ｋ２＝減速、ｋ３＝減速、ｋ４＝減速、ｋ５＝減速の場合、ｋ１から１．０［ｓ］までエンジン負荷が低い状態となることを推定して、λ切替制御を開始する。
　エンジンが低負荷状態となった場合にすぐにλ＝２の燃焼を実現するために、ｋ０～ｋ２の区間は、目標等量比がλ＝１となるように燃料噴射量を制御するとともに、空気量は増量し、トルクが増加する分、点火時期を遅らせてトルクを下げることをする。
　ｋ３となってエンジンが低負荷となり、λ＝２でエンジンを運転できる状態となると、λ＝２に切り替える。このようにして再加速予測機能４２０の予測状態継続カウンタを参照してλを切り替えることにより、λ＝２でのエンジン運転時間を延長することが可能であり、燃費向上を図ることができる。
　また、図５で、（ＩＩ）地点のｋ０以降の先は、減速から加速に転じてλ＝２からλ＝１に燃焼を切り替える場面を表している。
　現在、（ＩＩ）のｋ０の状態はエンジン低負荷状態であり、λ＝２で制御をしている状態である。この時、再加速予測機能４２０の予測状態継続カウンタが、ｋ１＝減速、ｋ２＝減速、ｋ３＝加速、ｋ４＝加速、ｋ５＝加速と予測している場合、０．６［ｓ］後に加速することが分かる。
　例えば、λ＝２の状態から、λ＝１の燃焼状態に切り替えを実施した際に、λ＝１で点火時期を遅らせることなしに、要求トルクと空気量が釣り合うまでの遅れが０．４［ｓ］であるならば、（ＩＩ）の地点から０．２［ｓ］進んだｋ１のタイミングで目標等量比がλ＝１となるように燃料噴射量の制御を開始する。ｋ１からλ＝１とした場合は、トルクが増大となるため、点火時期を遅らせてトルクを下げ、徐々に空気量が減少するにつれて点火時期を進めてλ＝１の状態で要求トルクと空気量が釣り合うように制御を実施する。
　（ＩＩ）地点から先に進んだｋ３の地点ではエンジンは高負荷状態であり、この状態においては、すでに空気量制御、燃料噴射制御、点火時期制御はλ＝１で動作し、点火効率も最大となる状態でエンジン運転ができ、λ＝２からλ＝１に移行するときの過渡的な制御遅れによる運転性悪化等の懸念もなくなる。
　図６は、図４に示す制御ブロックにおける制御ステップの流れを示すフローチャートである。このフローチャートは所定の起動タイミング(例えば、１００ｍｓ毎)にて周期的に実行されるものである。
　＜＜ステップＳ６０１＞＞
　ステップＳ６０１では図４の再加速予測機能４２０は、図３Ａ、３Ｂで示すような予測モデルを用いて、所定時間までの単位ステップ時間毎の車両の加速状態または減速状態を予測した結果を予測状態継続カウンタとして記憶する。
　本実施形態の例では１．０[s]先まで、０．２［ｓ］間隔で予測した結果をｋ１～ｋ５の予測結果として５個格納している。
　＜＜ステップＳ６０２＞＞
　ステップＳ６０２では、現在のエンジンの運転状態が通常運転中であるか、省燃費運転中であるかを判断している。これまでに説明してきた例ではλ＝１の運転状態が通常運転中、λ＝２の運転状態が省燃費運転中である。
　エンジンの運転状態が通常運転であればＳ６０３へ移行し、省燃費運転中であればＳ６０７に移行する。
　＜＜ステップＳ６０３＞＞
　ステップＳ６０３では、ステップＳ６０１で推定した所定時間経過毎の再加速予測機能４２０における予測結果を評価し、予測状態継続カウンタ４２１のｋ１～ｋ５の予測結果を判断する。ｋ１～ｋ５までの予測結果がすべて減速の予測の場合、ステップＳ６０４へ移行する。また、ｋ１～ｋ５までの予測結果のいずれかに加速の予測が含まれる場合、フローチャートを終了し、エンジン制御は通常運転のままで継続される。
　＜＜ステップＳ６０４＞＞
　ステップＳ６０４では、エンジン省燃費運転準備を開始する。上述の例に示したλ切替制御に関して言えば、λ＝２の制御を実行するための準備として、事前にλ＝１を維持して空気量と燃料噴射量を増加させて、点火時期を遅らせる制御を開始する。
　＜＜ステップＳ６０５＞＞
　ステップＳ６０５の評価では、ステップＳ６０４にてエンジン省燃費運転準備が開始され、エンジン省燃費運転が実施できる状態となっている場合には、ステップＳ６０６へ移行する。
　ステップＳ６０５で、エンジン省燃費運転準備が未完了の場合は、フローチャートを終了し、エンジン省燃費運転が実施できる状態となるまで通常のエンジン制御を継続する。
　上述に示したλ切替制御に関して言えば、λ＝２の制御を実行するために、空気量と燃料噴射量が目標の値となるまでが制御中の過程である。
　＜＜ステップＳ６０６＞＞
　ステップＳ６０５の評価の結果、エンジンが省燃費運転の準備が完了した場合にはエンジン省燃費運転を開始する。λ切替制御では、このタイミングでλ＝１からλ＝２への切り替えを実施する。
　＜＜ステップＳ６０７＞＞
　ステップＳ６０７はエンジンが省燃費運転中であるときに、再加速予測機能４２０の予測状態継続カウンタ４２１を評価するものである。
　上述に説明したように、例えばλ＝２からλ＝１へ切り替える場面で、空気量制御の応答遅れによって、λ切替後に要求トルクと空気量が釣り合うまでに多少の時間がかかる。
　この応答遅れが例えば０．４［ｓ］である場合は、予測状態継続カウンタがｋ１＝減速、ｋ２＝減速、ｋ３＝加速、ｋ４＝加速、ｋ５＝加速であるとき、λ＝１へ戻す処理を開始すると、加速時にエンジンが高負荷で運転される状態の時に、すでに要求トルクと空気量制御との同期がとれていて、点火時期制御は点火効率が最大となる通常運転ができる。
　このように空気量の応答遅れを考慮する形で例えばＸ＝０．５［ｓ］のような値を設定し、Ｘ秒後まで減速と予測した場合は、ステップＳ６０８へ移行し、Ｘ秒後に加速と予測した場合はステップＳ６０９へ移行する。
　＜＜ステップＳ６０８＞＞
　ステップＳ６０７にてＸ秒後まで加速しないと判断し、制御を切り替える必要が無いと判断されるとき、エンジン省燃費運転を継続する。λ切替制御では、この時λ＝２で運転している状態を維持する。
　＜＜ステップＳ６０９＞＞
　ステップＳ６０７にてＸ秒後に加速すると判断した場合は、エンジン省燃費運転をやめて通常運転に復帰させる。λ切替制御では、この時λ＝２で運転している状態からλ＝１への状態に戻して、通常運転の空気量制御、燃料噴射制御、点火時期制御に戻すことを開始する。
　以上述べた通り、本実施形態では、エンジンの通常運転と省燃費運転でエンジンの燃焼を切り替える場合に、燃焼を切り替えるトリガとしてエンジンが低負荷状態または高負荷状態となることを推定し、また、将来のエンジン状態の推定手段として、再加速予測機能による車両の加速または減速予測を用いる構成とした。
　本実施形態の主な特徴は、次のようにまとめることもできる。
　制御装置１（図４）は、車両の加速に用いられるアクチュエータ（内燃機関）の制御装置である。アクチュエータ（内燃機関）は、少なくとも２つ以上の動作状態（例えば、λ＝１、２）に制御され、制御に応答遅れがある。なお、アクチュエータは、例えば、内燃機関（エンジン）、ハイブリッドエンジン、モータ等である。
　制御装置１（図４の再加速予測機能４２０）は、第１タイミング（例えば、図５の（Ｉ）のｋ０）において、第１タイミング（ｋ０）から第２タイミング（例えば、図５の（Ｉ）のｋ５）までの期間の所定時間毎の車両の加速要求の有無を予測し、所定時間毎の車両の加速要求の有無を記憶する。
　制御装置１（ＥＣＵ１０７）は、第１タイミング（ｋ０）のアクチュエータの動作状態が第１状態（λ＝１）であり、期間（ｋ０～ｋ５）内の第３タイミングから第２タイミング（ｋ５）までに加速要求がないと予測される場合、期間（ｋ０～ｋ５）内にアクチュエータ（内燃機関）の動作状態を第１状態（λ＝１）より省エネルギの第２状態（λ＝２）に遷移させる。なお、本実施形態では、第３タイミングは、第１タイミング（ｋ０）と同じであるが、別のタイミング（例えば、ｋ１～ｋ４）であってもよい。
　これにより、第１タイミング（ｋ０）から第２タイミング（ｋ５）までの期間内に、第１状態（λ＝１）から省エネルギの第２状態（λ＝２）へ切り替えることができる。第１状態から第２状態へ切り替えるタイミングが早くなり、アクチュエータの動作状態が第２状態となっている期間が長くなるため、アクチュエータの消費エネルギを低減することができる。
　また、制御装置１（ＥＣＵ１０７）は、第１タイミング（例えば、図５の（ＩＩ）のｋ０）のアクチュエータ（内燃機関）の動作状態が第２状態（λ＝２）であり、期間（ｋ０～ｋ５）内の第４タイミングから第２タイミング（例えば、図５の（ＩＩ）のｋ５）までに加速要求があると予測される場合、アクチュエータ（内燃機関）の動作状態を第１状態（λ＝１）に遷移させる。なお、本実施形態では、第４タイミングは、第１タイミング（ｋ０）と同じであるが、別のタイミング（例えば、ｋ１～ｋ４）であってもよい。
　これにより、第１タイミング（ｋ０）から第２タイミング（ｋ５）までの期間内に、第２状態（λ＝２）から第１状態（λ＝１）へ切り替えることができる。第２状態から第１状態へ切り替えるタイミングが早くなり、運転性（加速レスポンス）が向上する。
　本実施形態では、アクチュエータは内燃機関である。第１状態と第２状態は、内燃機関の燃焼状態であり、第１状態の空燃比より第２状態の空燃比の方が、空気の比率が高い。これにより、加速要求がない（内燃機関の負荷が低くなる）と予測される場合に、内燃機関の燃焼状態を第１状態から空気の比率が高い空燃比の第２状態に切り替えることで省燃費運転を行うことができる。
　本実施形態では、第１状態より第２状態の方が、エンジン回転数が低い。これにより、加速要求がないと予測される場合に、内燃機関の燃焼状態を第１状態からエンジン回転数の低い第２状態に切り替えることで省燃費運転を行うことができる。
　なお、第１状態より第２状態の方が、ＥＧＲ率が高くなるように又はウェイストゲートバルブの開度が大きくなるようにしてもよい。これにより、加速要求がないと予測される場合に、内燃機関の燃焼状態を第１状態から第２状態に切り替えることで省燃費運転を行うことができる。なお、ＥＧＲ率は、スロットルバルブ１０２や図１の破線で示すＥＧＲシステム１２２のＥＧＲバルブ１２２ａなどによって制御が可能なものである。ウェイストゲートバルブ１２３ａは、図１の破線で示す過給機１２３を構成する部品の１つであり、排気ガスが過給機１２３のタービン（図示せず）をバイパス可能なように開閉するものである。
　本実施形態では、制御装置１は、予測モデル１、２（図３Ａ、３Ｂ）を用いて、第１タイミングから第２タイミングまでの期間の所定時間毎の車両の加速要求の有無を予測するが、第１タイミングにおいて、先行車との車間距離、先行車の車速、自車の車速、自車の加速度のうち少なくとも１つを用いて、第１タイミングから第２タイミングまでの期間の所定時間毎の前記車両の加速要求の有無を予測してもよい。これにより、加速要求の有無を定量的に予測できる。
　なお、本実施形態では、前述した第３タイミングと第４タイミングは同じ値であるが、それぞれ独立した値である。これにより、減速予測と加速予測で予測に用いる加速の有無の数を変更することができる。
　本実施形態によれば、エンジンが低負荷となったことを検出して省燃費運転に移行するよりも先に、省燃費運転を実施するための準備が可能であり、省燃費運転の実施時間を延長して燃費を向上することができる。また、空気量制御における応答遅れの課題を解決し、エンジンが省燃費運転から通常運転へ復帰する際も、事前に準備をしておくことで、制御過渡時における運転性悪化を回避することが可能である。
　尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、本実施形態ではエンジンの省燃費運転の例としてλ燃焼切替の制御例を示したが、応答遅れを考慮した他のエンジン制御へ応用してもよいのは勿論である。例えば、走行中にエンジンが低負荷となる場合に、エンジンを停止、エンジン停止中に加速すると予測された場合にはエンジン始動時間を考慮してエンジン再始動をさせることへの応用も考えられる。本実施形態の適用、あるいは、他のエンジン制御への展開時には、要求に合わせて、予測状態継続カウンタ（ｋ１～ｋ５）を増やすまたは減らすことや、制御応答性に合わせて演算周期を変えるなど様々な方法が考えられる。
　また、本発明を説明するためにブロック図やフローチャートを用いているが、これら説明に用いた図面の各機能および各ステップはソフトウェアで実現してもよいし、ハードウェアで実現してもよく、一部をいずれかで実現してもよい。
また、ブロック図中の各ブロックは同一の制御装置にすべて内包してもよいし、各ブロックが他の制御装置に配置され、制御装置間の通信によって構成するようにしてもよい。
　なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。
　（１）．少なくとも２つ以上の動作状態を持つ作動遅れがある再加速用アクチュエータの制御装置において、再加速予測機能と、予測状態継続時間カウンタを有し、前記再加速予測機能は現時刻から所定時間経過後までの間の所定時間毎の再加速要求の有無を判断し、前記予測状態継続時間カウンタは前記再加速予測機能で算出した現時刻から所定時間経過後までの間の所定時間毎の再加速要求の有無を格納したものであって、現時刻においてアクチュエータの動作状態が状態１で動作中であり、予測状態継続時間カウンタに格納した現時刻から最も遠い時点までの予測で、任意の時間経過後から現時刻から最も遠い時点までの予測すべてで再加速要求がない場合には、アクチュエータの動作状態を状態２に遷移させることを特徴とする制御装置。
　（２）．（１）に記載の制御装置において、現時刻においてアクチュエータの動作状態が状態２で動作中であり、予測状態継続時間カウンタに格納した現時刻から最も遠い時点までの予測で、任意の時間経過後から現時刻から最も遠い時点までの予測いずれかに再加速要求がある場合には、アクチュエータの動作状態を状態１に遷移させることを特徴とする制御装置。
　（３）．（１）に記載の制御装置において、再加速用アクチュエータは内燃機関であり、前記状態１と状態２は内燃機関の燃焼状態であることを特徴とする制御装置。
　（４）．（３）に記載の制御装置において、内燃機関の燃焼状態は状態１と状態２で、空燃比を異ならせることを特徴とする制御装置。
　（５）．（１）に記載の制御装置において、再加速予測機能が予測する対象は車両であって、前記再加速予測機能は車両が加速するか否かを判断することを特徴とする制御装置。
　（６）．（１）に記載の制御装置において、再加速予測機能の入力に、現在の先行車との車間距離、現在の先行車の車速、現在の自車の車速、現在の自車の加速度のいずれかを含むことを特徴とする制御装置。
　（７）．（１）および（２）に記載の制御装置において、（１）の予測状態継続時間カウンタに格納した値を評価するための任意の時間経過後の時刻と、（２）の予測状態継続時間カウンタに格納した値を評価するための任意の時間経過後の時刻はそれぞれ独立した値であること。
　（８）．（４）に記載の制御装置において、状態１と状態２で目標空燃比を比較した際に、状態２の方が状態１よりも空気の比率が高いように空燃比を設定することを特徴とする制御装置。
　（９）．（３）に記載の制御装置において、内燃機関の燃焼状態は状態１と状態２で、目標エンジン回転数を異ならせることを特徴とする制御装置。
　（１０）．（９）に記載の制御装置において、状態１と状態２で目標エンジン回転数を比較した際、状態２の方が状態１よりもエンジン回転数を低く運転するように、目標エンジン回転数を設定することを特徴とする制御装置。
　（１）－（１０）によれば、エンジンが高負荷で運転中にエンジンが低負荷になる手前で、エンジン低負荷時の省燃費運転を実現する燃焼制御の切り替えを開始することができ、燃料消費量を抑えた燃焼を実施する時間を延長することができ燃費を伸ばすことができる。
　また、エンジンが高負荷で運転中に、車両が減速することを予測して、エンジンが低負荷となる状態が継続するか否かを判断し、エンジンの低負荷状態が継続しないと判断すると、エンジン低負荷での省燃費運転に移行することをしないため、無駄に制御が切り替わることを防止し、制御切替時における排ガス悪化を抑制することができる。
　また、エンジンが低負荷にあり省燃費運転を実施中、加速することを事前に予測して、加速に備えて通常のエンジン運転状態に戻すことで、レスポンスの悪化を防ぎ運転性を向上させることが可能である。
１００…内燃機関
１０１…エアフロメータ
１０２…スロットル弁
１０３…燃料噴射弁
１０４…燃料圧力センサ
１０５…クランク角信号板
１０６…クランク角センサ
１０７…ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)
１０８…水温センサ
１０９…火花点火装置
１１０…開弁検出センサ
１１２…シリンダ
１１３…ピストン
１１４…燃料供給通路
１１５…カム角センサ
１１６…カムシャフト
１１７…吸気弁
１１８…カム角信号板
１１９…排気管
１２０…三元触媒
１２１…Ａ／Ｆセンサ
１２２ａ…ＥＧＲバルブ
１２３ａ…ウェイストゲートバルブ
４１１…要求トルク算出部
４１２…エンジントルク算出部
４１３…λ制御部
４１４…λ切替判断部
４１５…空気量制御
４１６…燃料噴射制御
４１７…点火時期制御
４２０…再加速予測機能
４２１…予測状態継続カウンタ

Claims (8)

  1. 　車両の加速に用いられるアクチュエータの制御装置であって、
    　前記アクチュエータは、少なくとも２つ以上の動作状態に制御され、制御に応答遅れがあり、
    　前記制御装置は、
    　第１タイミングにおいて、前記第１タイミングから第２タイミングまでの期間の所定時間毎の前記車両の加速要求の有無を予測し、前記所定時間毎の前記車両の加速要求の有無を記憶し、
    　前記第１タイミングの前記アクチュエータの動作状態が第１状態であり、前記期間内の第３タイミングから前記第２タイミングまでに加速要求がないと予測される場合、前記期間内に前記アクチュエータの動作状態を前記第１状態より省エネルギの第２状態に遷移させる
    　ことを特徴とする制御装置。
  2. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　前記第１タイミングの前記アクチュエータの動作状態が前記第２状態であり、前記期間内の第４タイミングから前記第２タイミングまでに加速要求があると予測される場合、前記期間内に前記アクチュエータの動作状態を前記第１状態に遷移させる
    　ことを特徴とする制御装置。
  3. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　前記アクチュエータは、内燃機関であり、
    　前記第１状態と前記第２状態は、前記内燃機関の燃焼状態であり、
    　前記第１状態の空燃比より前記第２状態の空燃比の方が、空気の比率が高い
    　ことを特徴とする制御装置。
  4. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　前記アクチュエータは、内燃機関であり、
    　前記第１状態と前記第２状態は、前記内燃機関の燃焼状態であり、
    　前記第１状態より前記第２状態の方が、エンジン回転数が低い
    　ことを特徴とする制御装置。
  5. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　前記アクチュエータは、内燃機関であり、
    　前記第１状態と前記第２状態は、前記内燃機関の燃焼状態であり、
    　前記第１状態より前記第２状態の方が、ＥＧＲ率が高い
    　ことを特徴とする制御装置。
  6. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　前記アクチュエータは、内燃機関であり、
    　前記第１状態と前記第２状態は、前記内燃機関の燃焼状態であり、
    　前記第１状態より前記第２状態の方が、ウェイストゲートバルブの開度が大きい
    　ことを特徴とする制御装置。
  7. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　前記第１タイミングにおいて、先行車との車間距離、先行車の車速、自車の車速、自車の加速度のうち少なくとも１つを用いて、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの期間の前記所定時間毎の前記車両の加速要求の有無を予測する
    　ことを特徴とする制御装置。
  8. 　請求項２に記載の制御装置であって、
    　前記第３タイミングと前記第４タイミングは、それぞれ独立した値である
    　ことを特徴とする制御装置。
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