JP4499809B2

JP4499809B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4499809B2
Application number: JP2008133159A
Authority: JP
Inventors: 正樹門脇; 秀樹葉狩
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: JP2009281239A

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、ドライバ（運転者）の要求に応じて目標トルクが設定され、且つ、内燃機関により出力されるトルクがこの目標トルクに対応して調整されるように構成されている、内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置に関する。

近年、ドライバや各車両システム（自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等）からの駆動力の要求値として車両の制御に直接作用する物理量であるエンジン出力軸トルクを用い、これをエンジン出力の目標値としてエンジン制御の制御量である空気量や燃料量や点火時期を決定し、また、実際のエンジンの状態から実出力トルクを推定して各車両システムへ送信することで協調制御を実現して良好な走行性能を得る技術、所謂トルクベース制御が提案されている。

このような制御においては、エンジンの実出力トルクを精度良く算出し、目標出力トルクを精度良く達成することが重要となる。例えば、特許文献１においては、ドライバの要求に応じた内燃機関の出力トルクを求める際のマップ数を増やすことなくトルク制御性を向上させるための方法が示されている。より詳細には、アクセル開度から算出されるドライバ要求軸トルクにロストルクとＩＳＣトルクを加算し、点火時期効率補正と目標Ａ／Ｆ効率補正の後、トルク−空気量変換処理を行っている。この点火時期効率補正における係数を、少ないマップ数で算出することを特徴としている。

また、特許文献２においては、少ない制御マップにより、精度良くエンジンの実出力トルクを推定し、また、目標出力トルクを実現するためのエンジン制御量を簡単なロジック構成で精度良く実現させる方法が示されている。より詳細には、充填効率−点火時期−出力トルクの関係を２次関数にて近似しておき、充填効率と点火時期から実出力トルクを算出し、充填効率と実出力トルクの比である充填効率−トルク変換係数を用いて、目標出力トルクから目標吸入空気量を算出している。この充填効率から実出力トルクを算出し、それらの比を基に、目標出力トルクから目標吸入空気量を算出することで、簡単なロジック構成でエンジン制御量を算出することを特徴としている。

特開２００３−３０１７６６号公報特願２００７−３１０９６８号

特許文献１及び特許文献２の方法は、精度良く目標出力トルクを達成するために、点火時期を考慮に入れて目標出力トルクから目標吸入空気量へ制御量を変換しているが、いずれの文献においても、目標出力トルクが達成され得ない場合の対策について示されていない。まず、図１３を参照しながら内燃機関の出力トルク特性を説明する。図１３は充填効率と出力トルクの関係を示す図である。充填効率が高いほど実出力トルクは高くなり、また、点火リタード時においては充填効率が高いほど点火リタードによる実出力トルクの低下量は大きくなる。つまり、点火リタードした状態で充填効率を増加させていく場合、ある運転ポイントで実出力トルクが増加しなくなる。これらの内燃機関の出力トルク特性によると、例えばノック制御等により点火リタードした状態で目標出力トルクを増加させていく場合、目標充填効率は目標出力トルクを達成しようと増加していくが、ある運転ポイントで充填効率が増加しても実出力トルクは増加しなくなる。このときを境に、実出力トルクは目標出力トルクを達成できなくなるが、目標吸入空気量については、目標充填効率を達成しようと増加させ続けてしまう、といった現象が起こり得る。この結果、実出力トルクはこれ以上増加しないにも関らず、スロットル開度が余分に開き続けてしまい、実際の吸入空気量も余分に増加し続け、その吸入空気量に応じて燃料噴射量を算出してインジェクタを駆動するため、燃費の悪化が懸念されるという問題点があった。また、目標吸入空気量が余分に増加し続けた後に目標出力トルクを低下させる場合、スロットル開度が余分に開いた後であるため、実出力トルクの低下方向への応答性が悪くなることが懸念されるという問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、内燃機関の運転状態に基づいて目標充填効率を適切な最大目標充填効率に制限することにより、燃費の悪化を効果的に回避し、制御性能の向上を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルの開度を制御することで吸気通路の開口面積を変化させて吸入空気流量の可変制御を行うスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の運転状態及び／又は車両の走行速度とドライバのアクセル操作状態とに基づいて、車両に対するドライバ要求出力を算出するドライバ要求出力算出手段と、前記ドライバ要求出力に基づいて、内燃機関が発生するべき目標出力トルク又は目標平均有効圧を算出する目標出力トルク算出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標点火時期を算出し、算出した基本目標点火時期に対して、前記内燃機関の機関温度や吸入空気温度による補正、触媒を早期に活性化させるためのリタード補正、及び／又は、ノック制御によるリタード補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、少なくとも、エンジン回転数、実充填効率及び前記目標点火時期に基づいて、前記内燃機関の実出力トルク又は実平均有効圧を算出する実出力トルク算出手段と、前記実充填効率、前記実出力トルク又は実平均有効圧、及び、前記目標出力トルク又は目標平均有効圧に基づいて、目標充填効率を算出する目標充填効率算出手段と、少なくとも、前記エンジン回転数と、前記目標点火時期と前記基本目標点火時期との差である点火リタード量とに基づいて、前記目標充填効率を制限するための最大目標充填効率を算出する最大目標充填効率算出手段と、前記目標充填効率算出手段により算出された目標充填効率を、前記最大目標充填効率算出手段により算出された最大目標充填効率と比較し、小さい方の値を選択して、制限処理された目標充填効率として出力する制限手段と、前記制限手段から出力される制限処理された前記目標充填効率に基づいて目標シリンダ内空気量を算出し、前記目標シリンダ内空気量から内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記目標吸入空気量算出手段により算出される前記目標吸入空気量を実現するように前記スロットル開度制御手段を制御してスロットルの開度を制御させる制御手段とを備えた内燃機関の制御装置である。

本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルの開度を制御することで吸気通路の開口面積を変化させて吸入空気流量の可変制御を行うスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の運転状態及び／又は車両の走行速度とドライバのアクセル操作状態とに基づいて、車両に対するドライバ要求出力を算出するドライバ要求出力算出手段と、前記ドライバ要求出力に基づいて、内燃機関が発生するべき目標出力トルク又は目標平均有効圧を算出する目標出力トルク算出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標点火時期を算出し、算出した基本目標点火時期に対して、前記内燃機関の機関温度や吸入空気温度による補正、触媒を早期に活性化させるためのリタード補正、及び／又は、ノック制御によるリタード補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、少なくとも、エンジン回転数、実充填効率及び前記目標点火時期に基づいて、前記内燃機関の実出力トルク又は実平均有効圧を算出する実出力トルク算出手段と、前記実充填効率、前記実出力トルク又は実平均有効圧、及び、前記目標出力トルク又は目標平均有効圧に基づいて、目標充填効率を算出する目標充填効率算出手段と、少なくとも、前記エンジン回転数と、前記目標点火時期と前記基本目標点火時期との差である点火リタード量とに基づいて、前記目標充填効率を制限するための最大目標充填効率を算出する最大目標充填効率算出手段と、前記目標充填効率算出手段により算出された目標充填効率を、前記最大目標充填効率算出手段により算出された最大目標充填効率と比較し、小さい方の値を選択して、制限処理された目標充填効率として出力する制限手段と、前記制限手段から出力される制限処理された前記目標充填効率に基づいて目標シリンダ内空気量を算出し、前記目標シリンダ内空気量から内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、前記目標吸入空気量算出手段により算出される前記目標吸入空気量を実現するように前記スロットル開度制御手段を制御してスロットルの開度を制御させる制御手段とを備えた内燃機関の制御装置であるので、内燃機関の運転状態に基づいて目標充填効率を適切な最大目標充填効率に制限することにより、燃費の悪化を効果的に回避し、制御性能の向上を図ることができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態における内燃機関としては、ガソリン機関のエンジンが想定されている。図１及び図２は、本発明の実施の形態１による、エンジンとそれを制御するエンジン制御部を概略的に示す構成図である。

図１において、１はエンジン、２は電子制御式スロットルバルブ、３はスロットル開度センサ、５はサージタンク、６はインマニ圧センサ（インテークマニホールド圧力センサ）、７はＥＧＲバルブ、８はインジェクタ、９は点火コイル、１０は点火プラグ、１１はクランク角センサである。

図１に示すように、エンジン１に対して設けられた吸気系（吸気通路）の上流には、吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ２が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ２には、それの開度を測定するために、スロットル開度センサ３が設けられている。さらに、電子制御式スロットルバルブ２の上流には、吸入空気流量を測定するエアフロセンサ４が設けられており、電子制御式スロットルバルブ２の下流の吸気系（吸気通路）の一部が、エンジン１の手前において、内径が他の部分よりも大きくなって、サージタンク５を構成している。サージタンク５には、サージタンク５内の圧力を測定するためのインマニ圧センサ６が設けられている。

なお、エアフロセンサ４とインマニ圧センサ６に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。

さらに、サージタンク５の下部には、電子制御式ＥＧＲバルブ７が接続されている。また、サージタンク５よりも下流の吸気系（吸気通路）には、燃料を噴射するインジェクタ８が設けられている。なお、インジェクタ８はエンジン１のシリンダに直接噴射できるように設けられてもよい。さらに、エンジン１には、エンジン１のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル９及び点火プラグ１０や、エンジンの回転速度やクランク角度を検出するために、クランク軸に設けられてプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ１１が設けられている。

図２おいて、１２はアクセル開度センサであり、１３は電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）である。他の構成については、図１と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。エアフロセンサ４で測定された吸入空気流量と、インマニ圧センサ６で測定されたインマニ圧と、スロットル開度センサ３で測定された電子制御式スロットルバルブ２の開度と、クランク角センサ１１より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスとが、ＥＣＵ１３に入力される。また、前記以外のアクセル開度センサ１２やその他の各種センサからもＥＣＵ１３に測定値が入力され、さらに、他のコントローラ（例えば、自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等の制御システム）からのトルク要求値も入力される。ＥＣＵ１３では、入力された各種データに基づいて、後述する方法を用いて、実出力トルクが算出され、また、アクセル開度やエンジンの運転状態、さらに他のコントローラからのトルク要求値などを基にして目標出力トルク（又は目標平均有効圧）が設定される。設定された目標出力トルクを達成するよう後述する方法を用いて目標吸入空気流量及び目標点火時期が算出され、目標吸入空気流量を達成するように電子制御式スロットルバルブ２は制御され、目標点火時期を達成するように点火コイル９への通電が行われる。また、運転状態に応じて電子制御式ＥＧＲバルブ７の開度は制御され、目標空燃比を達成するようにインジェクタ８は駆動される。さらに、前記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出される。

次に、図３を参照しながら、ＥＣＵ１３内で行うトルクベース制御の概要について説明する。図３はトルクベース制御全体の構成を示した概略図である。図３において、１４はトルク制御部であり、１５はトルクインターフェース部（以下、「トルクＩ／Ｆ部」と称す。）、１６はエンジン制御部である。エンジン制御部１６には、吸気量制御部１６ａと、燃料制御部１６ｂと、点火時期制御部１６ｃと、その他制御部１６ｄが設けられている。

トルク制御部１４では、アクセル開度センサ１２で測定されたアクセル開度や他のコントローラからのトルク要求から、目標出力トルク（又は目標平均有効圧）を算出して、トルクＩ／Ｆ部１５へ送られる。

トルクＩ／Ｆ部１５では、トルクと充填効率の相互変換処理や、トルクと点火時期の相互変換処理を実施して、実出力トルクを算出するとともに、目標充填効率や目標点火時期を算出する。実出力トルクはトルク制御部１４に送られ、目標充填効率や目標点火時期はエンジン制御部１６に送られる。

エンジン制御部１６の吸気量制御部１６ａでは、目標充填効率から目標シリンダ吸気量を算出し、さらに、目標吸入空気量を算出する。この算出した目標吸入空気量を精度良く達成するよう、エンジン制御部１６は、エアフロセンサ４やインマニ圧センサ６を用いて、電子制御式スロットルバルブ２をフィードバック制御する。また、エアフロセンサ４で測定された吸入空気流量からシリンダ吸気量を推定し、実充填効率の算出も行う。燃料制御部１６ｂでは、吸気量制御部１６ａで算出した実充填効率を用いて、目標空燃比を達成するための燃料噴射量を算出し、インジェクタ８を駆動する。点火時期制御部１６ｃでは吸気量制御部１６ａで算出した実充填効率を用いて基本点火時期を算出し、トルクＩ／Ｆ部１５へ出力する。トルクＩ／Ｆ部１５で最終的な目標点火時期を算出したのち、再度、算出された目標点火時期が点火時期制御部１６ｃに送られて、点火コイル９への通電が行われる。これら以外にも、その他制御部１６ｄにより、ＥＧＲバルブ開度の制御や、ＯＢＤや通信などの処理も合わせて行われる。この様な構成とすることで、ドライバの要求出力や他制御からのトルク要求に精度良く対応することが可能となる。

次に、図４を参照しながら、トルク制御部１４について詳しく説明する。図４は、本実施の形態１に係るトルク制御部の構成を示す図である。図４に示すように、トルク制御部１４には、ドライバ要求トルク演算部Ｂ１０１と、ＩＳＣ要求トルク演算部Ｂ１０２と、車両要求トルク演算部Ｂ１０３と、第１の目標出力トルク演算部Ｂ１０４と、第２の目標出力トルク演算部Ｂ１０５とを備えている。なお、Ｂ１１６は、トルクＩ／Ｆ部１５に備えられた第２の実出力トルク演算部である。

ドライバ要求トルク演算部Ｂ１０１において、アクセル開度センサ１２で測定されたアクセル開度とエンジン回転数等のエンジンの運転状態又は車速等の車両の走行状態とからドライバ要求トルクを算出する。次にＩＳＣ要求トルク演算部Ｂ１０２においては、エンジン回転数とエンジン水温とエンジン補機負荷のスイッチ情報（以下、ＳＷ情報と称す。）等を基にＩＳＣ要求トルクを算出する。なお、エンジン水温の代わりにエンジン油温を基にＩＳＣ要求トルクを算出してもよい。ＩＳＣ要求トルクにはエンジンのフリクションロストルク、ポンピングロストルク及びエンジン補機負荷トルクが含まれ、ＩＳＣ目標エンジン回転数を維持するために必要なトルクである。車両要求トルク演算部Ｂ１０３ではブレーキ制御、スタビリティ制御、自動変速機制御等の他のコントローラからの要求トルクと、トルクＩ／Ｆ部１５の第２の実出力トルク演算部Ｂ１１６にて演算される実際にエンジンが出力しているトルクに相当する第２の実出力トルクとを基に、車両要求トルクを算出する。また、複数のコントローラからのトルク要求が重複した場合には、ブレーキ制御等の車両の安全性確保により重要となるトルク要求を優先するトルク調停を実施して車両要求トルクを算出する。

第１の目標出力トルク演算部Ｂ１０４では、ドライバ要求トルク演算部Ｂ１０１で算出されたドライバ要求トルクとＩＳＣ要求トルク演算部Ｂ１０２で算出されたＩＳＣ要求トルクのうち、吸気量により制御されるトルクを、第１の目標出力トルクとして算出する。なお、第１の目標出力トルク演算部Ｂ１０４で、第１の目標出力トルクの代わりに、ドライバ要求トルク演算部Ｂ１０１で算出されたドライバ要求トルクから内燃機関の目標平均有効圧を算出するようにしてもよい。第２の目標出力トルク演算部Ｂ１０５では、車両要求トルク演算部Ｂ１０３で算出された車両要求トルクとＩＳＣ要求トルク演算部Ｂ１０２で算出されたＩＳＣ要求トルクのうち、点火時期により制御されるトルクを、第２の目標出力トルクとして算出する。第２の目標出力トルクが、車両要求トルクやエンジン補機負荷トルク等、瞬時にトルク変化を行う必要がある要求トルクであるのに対し、第１の目標出力トルクは、ドライバ要求トルクやエンジンのフリクションロストルク等、トルクの変化幅が大きい要求トルクや、変化速度が遅くても差し支えない要求トルクである。また、第１の目標出力トルクと第２の目標出力トルクはお互いに監視しており、予め設定された基準値以上に急激なトルク変化を行わないよう、トルク制限を設けている。なお、車両側からのトルク要求がない場合には、第２の目標出力トルクは第１の目標出力トルクと同じ値とする。なお、ゼロ又は最大トルク値などの所定値を入れるようにしてもよい。

次に、図５を参照しながら、トルクＩ／Ｆ部１５とエンジン制御部１６について詳しく説明する。図５は、本実施の形態１に係るトルクＩ／Ｆ部１５とエンジン制御部１６の構成を示す図である。なお、トルク制御部１４については、以下の説明に必要な部分のみを図示しており、全体の構成については、図４に示した通りである。

図５に示すように、トルクＩ／Ｆ部１５は、第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６と、充填効率−トルク変換係数算出部Ｂ１０７と、第１の目標充填効率演算部Ｂ１０８と、最大目標充填効率演算部Ｂ１０９と、第２の目標充填効率演算部Ｂ１１０と、第２の目標点火時期演算部Ｂ１１１と、第２の実出力トルク演算部Ｂ１１６と、第１の目標出力トルク補正演算部Ｂ１１７と、第３の実出力トルク演算部Ｂ１１８とを備えている。

また、エンジン制御部１６は、目標スロットル開度演算部Ｂ１１２と、実充填効率演算部Ｂ１１３と、第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４と、最終目標点火時期演算部Ｂ１１５とを備えている。

第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６において、実充填効率演算部Ｂ１１３にて演算される実充填効率と第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４にて演算される第１の目標点火時期とを用いて、第１の実出力トルクが演算される。この実出力トルクの演算方法については後述する。なお、第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６において、実出力トルクの代わりに、実充填効率と第１の目標点火時期とから実平均有効圧を算出するようにしてもよい。充填効率−トルク変換係数算出部Ｂ１０７では、第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６にて演算された第１の実出力トルクと後述する実充填効率演算部Ｂ１１３にて演算された実充填効率との比から、充填効率−トルク変換係数を算出し、平滑化のためのフィルタ処理を実施する。なお、フィルタ処理に用いるフィルタ定数は、アイドル運転時とオフアイドル運転時で切換えることにより、アイドル運転時の安定性とオフアイドル運転時の応答性が両立できる。この充填効率−トルク変換係数は、現時点での運転条件における熱効率と相関する係数であり、極端に点火時期がリタード側に設定されるような場合を除き、全域においてほぼ一定の値となる。なお、エンジン始動時は充填効率−トルク変換係数をエンジン始動時のエンジン水温又はエンジン油温により決定されるある所定値で与えることにより、エンストを防止することができる上、始動性が良くなる。

第１の目標充填効率演算部Ｂ１０８では、トルク制御部１４の第１の目標出力トルク演算部Ｂ１０４により演算された第１の目標出力トルクに、充填効率−トルク変換係数算出部Ｂ１０７で算出された充填効率−トルク変換係数を乗算することにより、第１の目標充填効率を演算する。このように充填効率−トルク変換係数を用いることで、トルクと充填効率の相互変換を簡単な演算で行っている。最大目標充填効率演算部Ｂ１０９では、エンジン制御部１６の後述する第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４にて算出される基本点火時期と第１の目標点火時期との差から点火リタード量を算出するとともに、この点火リタード量を用いて最大目標充填効率を演算する。この最大目標充填効率の演算方法については後述する。第２の目標充填効率演算部Ｂ１１０では、第１の目標充填効率演算部Ｂ１０８にて演算された第１の目標充填効率と、最大目標充填効率演算部Ｂ１０９にて演算された最大目標充填効率との間で最小値選択を行うことにより、最大目標充填効率に制限された第２の目標充填効率が演算される。なお、エンジン始動時やアイドル運転時は、最大目標充填効率による制限を禁止することにより、エンストを防止することができる。

エンジン制御部１６では、目標スロットル開度演算部Ｂ１１２で、トルクＩ／Ｆ部１５の第２の目標充填効率演算部Ｂ１１０によって演算された上述の第２の目標充填効率と、エンジン回転数（アイドル時は目標エンジン回転数）とから、目標吸入空気量を算出するとともに、この目標吸入空気量を精度良く達成できる目標スロットル開度を算出し、電子制御式スロットルバルブ２を実際に駆動する。その結果として、エアフロセンサ４又はインマニ圧センサ６での検出結果を基に、実充填効率演算部Ｂ１１３では、サージタンク５の充填遅れを１次フィルタ処理等で模擬して実充填効率が算出される。この実充填効率を用いて、第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４で、基本目標点火時期が算出され、エンジン水温や吸入空気温度による補正、触媒を早期に活性化させる場合のリタード補正、及び／又は、ノック制御によるリタード補正等の補正後、第１の目標点火時期が算出される。この後、再度、算出された第１の目標点火時期トルクが、Ｉ／Ｆ部１５の第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６に入力され、上記の演算が繰り返し実行される。このような構成とすることで、定常運転時には第１の目標出力トルクと第１の実出力トルクは一致することができる。

トルク制御部１４の第２の目標出力トルク演算部Ｂ１０５で、車両側からのトルク要求を受け、第２の目標出力トルクが演算された場合、第２の目標点火時期演算部Ｂ１１１では、第２の目標点火時期が算出される。この第２の目標点火時期演算方法については後述する。エンジン制御部１６の最終目標点火時期演算部Ｂ１１５では、第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４で算出された第１の目標点火時期と第２の目標点火時期演算部Ｂ１１１で算出された第２の目標点火時期のうち、第２の目標出力トルクが第１の目標出力トルクより小さい場合で且つ遅角可能な運転状態と判断された場合や、逆に大きい場合で且つ進角可能な運転状態と判断された場合は、第２の目標点火時期を選択し、それ以外の場合は第１の目標点火時期を選択して、最終目標点火時期として決定する。なお、最大目標充填効率演算部Ｂ１０９で算出される点火リタード量は、第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４にて算出された基本点火時期と最終目標点火時期演算部Ｂ１１５にて算出された最終目標点火時期との差から算出してもよい。

トルクＩ／Ｆ部１５の第２の実出力トルク演算部Ｂ１１６では、第２の目標点火時期演算部Ｂ１１１で算出された第２の目標点火時期と実充填効率演算部Ｂ１１３で算出された実充填効率とから、第２の実出力トルクが算出される。なお、第２の実出力トルク演算部Ｂ１１６の第２の実出力トルク演算方法は第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６の第１の実出力トルク演算方法と同様である。続く第１の目標出力トルク補正演算部Ｂ１１７では第１の目標出力トルク補正量の演算が行われる。これは第２の目標出力トルクが演算された時点で演算された第２の実出力トルクが第２の目標出力トルクより大きい場合、点火リタードだけでは第２の目標出力トルクが達成できないと判断され、第１の目標出力トルクを補正することで吸気量をも制御して第２の目標出力トルクを達成するための補正であり、第２の実出力トルクと第２の目標出力トルクの差に対し、さらに、所定量を加算するか、所定の係数を乗算して第１の目標出力トルク補正量を演算するもので、当該第１の目標出力トルク補正量は第１の目標出力トルク演算部Ｂ１０４で反映される。この第１の目標出力トルク補正量は、第２の目標出力トルクによる点火リタード中は保持される。なお、第２の目標出力トルクによるリタード制御中でも、吸気量制御は第１の目標出力トルクに応じて行われる。このような構成とすることで、第２の目標出力トルクと第２の実出力トルクは一致することができる。第３の実出力トルク演算部Ｂ１１８では、実際にエンジンが出力しているトルクに相当する第３の実出力トルクを演算し、それを基に車両要求トルクを算出する。なお、第３の実出力トルク演算部Ｂ１１８の第３の実出力トルク演算方法は第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６の第１の実出力トルク演算方法と同様である。

次に、図６乃至図８を参照しながら、第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６（及び、第２の実出力トルク演算部Ｂ１１６、第３の実出力トルク演算部Ｂ１１８）の実出力トルク演算と、第２の目標点火時期演算部Ｂ１１１の第２の目標点火時期演算について詳しく説明する。図６は実出力トルクと点火時期の関係を示す概念図であり、図７は実出力トルク演算の実施の形態を示す図である。

図６は、あるエンジン回転数と充填効率の運転条件下において、出力トルク（図示平均有効圧）ｙは上死点ＴＤＣを基準として進角側を正に取った点火時期ｘと２次関数で近似した場合を示しており、これらの関係は次式（１）で表される。

ここで、本２次関数は常時上に凸となるので、ａは負の値をとる。ａ，ｂ，ｃをマップにて与えることで、点火時期に応じた出力トルクの算出が可能となる。ところで、点火時期が基本点火時期マップ値ｘａにて運転されている場合の出力トルク（基本出力トルク）ｙａをマップ化しておけば、下式（２）により、ｃが算出できるので、ｃはマップ化する必要はない。

以上を基に、図７に示す実出力トルク演算（第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６）の実施の形態について説明する。図７に示すように、第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６には、基本出力トルク算出部Ｂ２０１と、係数ａ算出部Ｂ２０２と、係数ｂ算出部Ｂ２０３と、係数ｃ演算部Ｂ２０４と、実出力トルク演算部Ｂ２０５とが設けられている。

基本出力トルク算出部Ｂ２０１では、実充填効率演算部Ｂ１１３で算出された実充填効率と別途算出されたエンジン回転数（アイドル時は目標エンジン回転数）とを基に、基本出力トルクｙａが算出される。同様に、係数ａ算出部Ｂ２０２および係数ｂ算出部Ｂ２０３において係数ａ，ｂが算出される。続いて、係数ｃ算出部Ｂ２０４では、第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４で算出される基本点火時期ｘａと基本出力トルク算出部Ｂ２０１で算出される基本出力トルクｙａとから、式（２）に従って、係数ｃが算出される。実出力トルク演算部Ｂ２０５では、これまでに算出した、係数ａ，ｂ，ｃと実際の点火時期である第１の目標点火時期ｘ１とから、式（１）により実出力トルクｙ１が算出される。

なお、第２の実出力トルク演算部Ｂ１１６にて第２の実出力トルクを演算する場合は、実出力トルク演算部Ｂ２０５にて、係数ａ，ｂ，ｃと第２の目標点火時期ｘ２から同様に式（１）により第２の実出力トルクｙ２が算出され、第３の実出力トルク演算部Ｂ１１８にて第３の実出力トルクを演算する場合は、実出力トルク演算部Ｂ２０５にて、係数ａ，ｂ，ｃと最終目標点火時期ｘｆから同様に式（１）により第３の実出力トルクｙｆが算出される。

図８は、第２の目標点火時期演算について実施の形態を示す図である。図６において、目標出力トルクｙｔが与えられた場合の目標点火時期ｘ_ｔは、下式（３）に示す通り、式（１）を点火時期ｘについて解くことで得ることができる。

なお、２次関数は上に凸であり、目標点火時期としては常にＭＢＴよりリタード側しかとらないので、±の＋側の値を用いることになり、目標点火時期ｘ_ｔは次式（４）で表される。

以上で示した第２の目標点火時期演算の概念を基に、図８に示す、第２の目標点火時期演算部Ｂ１１１による第２の目標点火時期演算の実施の形態について説明する。図８に示すように、第２の目標点火時期演算部Ｂ１１１には、第２の目標点火時期演算部Ｂ２０６と、リタード限界演算部Ｂ２０７とが設けられている。

第２の目標点火時期演算部Ｂ２０６では、第１の実出力トルク演算部Ｂ１０６にて演算された係数ａ，ｂ，ｃと、第２の目標出力トルク演算部にて演算された第２の目標出力トルクｙ_ｔ２とから、式（４）を用いて第２の目標点火時期ｘ_ｔ２が算出される。続くリタード限界演算部Ｂ２０７では、別途算出された点火時期のリタード限界と比較することで第２の目標点火時期ｘ_ｔ２はリタード限界で制限される。すなわち、第２の目標点火時期ｘ_ｔ２が予め設定された所定のリタード限界の値以下のときはリタード限界演算部Ｂ２０７からそのままの値が出力され、逆に大きいときは、リタード限界の値が出力される。このような構成とすることで、実出力トルク演算と第２の目標点火時期演算が実現できる。以上のような構成とすることで、吸入空気量によりトルク制御されるドライバ要求出力と、点火時期によりトルク制御される車両側のトルク要求とを、簡単なロジック構成で実現できる。

次に、図９を参照しながら、最大目標充填効率演算部Ｂ１０９による最大目標充填効率演算について詳しく説明する。図９は最大目標充填効率演算の実施の形態を示す図である。図９に示すように、最大目標充填効率演算部Ｂ１０９には、点火リタード量演算部Ｂ２０８と、最大目標充填効率演算部Ｂ２０９と、フィルタ処理部Ｂ２１０とが設けられている。

点火リタード量演算部Ｂ２０８では、第１の目標点火時期演算部Ｂ１１４で算出される基本点火時期ｘａと第１の目標点火時期ｘ１との差から点火リタード量Δｘが算出される。最大目標充填効率演算部Ｂ２０９では、点火リタード量演算部Ｂ２０８で算出された点火リタード量Δｘと別途算出されたエンジン回転数Ｎｅとを基に、最大目標充填効率ｚが算出される。ここでは、点火リタード量Δｘとエンジン回転数Ｎｅとを軸とした予め用意されたマップを用いて最大目標充填効率ｚを決定している。このような構成とすることで、精度良く最大目標充填効率ｚを算出できる。続いて、フィルタ処理部Ｂ２１０では最大目標充填効率ｚに対して平滑化のためのフィルタ処理を下式（５）により実施する。なお、フィルタ処理に用いるフィルタ定数Ｋは、最大目標充填効率ｚが増加側に変化する時と減少側に変化する時で切換えることにより、点火リタード状態から復帰する時の目標充填効率の応答性と、点火リタード時の目標充填効率の急激な変化の抑制を両立できる。

このフィルタ後の最大目標充填効率ｚと、第１の目標充填効率演算部Ｂ１０８で算出された第１の目標充填効率とを比較することにより、第２の目標充填効率演算部Ｂ１１０で、第２の目標充填効率を演算する。

なお、最大目標充填効率演算部Ｂ１０９では、エンジン回転数を軸とした複数のテーブルを用いて最大目標充填効率を近似して算出してもよい。図１０及び図１１を参照しながら、この場合の最大目標充填効率演算部Ｂ１０９の最大目標充填効率演算について詳しく説明する。図１０は点火リタード量と最大目標充填効率の関係を示す概念図であり、図１１は点火リタード量と最大目標充填効率の関係を所定の演算式を用いて近似した場合の実施の形態を示す図である。図１１において、Ｂ２１１は係数ｋ１演算部であり、Ｂ２１２は係数ｋ２演算部であり、Ｂ２１３は最大目標充填効率演算部である。なお、Ｂ２０８およびＢ２１０は、図９と同様である。

図１０は、あるエンジン回転数の運転条件下において、最大目標充填効率ｚが基本点火時期を基準とした点火リタード量Δｘに２乗相関すると近似した場合を示しており、これらの関係は次式（６）で表される。

ここで、この２次関数は常時上に凸となるので、係数ｋ１は負の値をとる。また、点火リタード量が０である基準の最大目標充填効率である係数ｋ２と、点火リタード量に応じて最大目標充填効率を補正する係数ｋ１は、エンジン回転数を軸としたテーブルを用いて設定することで、点火リタード量に応じた最大目標充填効率の算出が可能となる。なお、基本点火時期より進角側においても、点火リタード量と最大目標充填効率の関係を適切に表した多項式を用いて近似することで対応可能である。この関係を基に、図１１に示す最大目標充填効率演算（最大目標充填効率演算部Ｂ１０９）の実施の形態について説明する。

係数ｋ１演算部Ｂ２１１では、エンジン回転数Ｎｅを基にして係数ｋ１が算出される。同様に、係数ｋ２演算部Ｂ２１２においては、エンジン回転数Ｎｅを基にして係数ｋ２が算出される。続いて、最大目標充填効率演算部Ｂ２１３では、点火リタード量演算部Ｂ２０８で算出された点火リタード量Δｘと、係数ｋ１演算部Ｂ２１１および係数ｋ２演算部Ｂ１２で算出されたｋ１，ｋ２とから、式（６）に従って、最大目標充填効率が算出される。この最大目標充填効率を用いて、フィルタ処理部Ｂ２１０で平滑化のためのフィルタ処理が実施されて、フィルタ後の最大目標充填効率が演算される。この所定の演算式を用いて最大目標充填効率を算出する方法は、エンジン回転数を軸としたテーブル２枚しか用いないため、少ないＲＯＭ使用量での演算が可能である。以上のような構成とすることで、内燃機関の運転状態に基づいて目標充填効率は適切な最大目標充填効率に制限され、燃費の悪化及び制御性能の悪化を効果的に回避することができる。

これまでの説明には、現在一般的となったＥＧＲ、ＶＶＴ（可変バルブタイミング）、リーンバーン、更に今後普及が見込まれるＶＶＬ（可変バルブリフト）の付いたエンジンへの適用については述べていない。以下で、これらの機構や制御が付いたエンジンへの適用方法について述べる。これらが付くことによる影響は、図６の実出力トルクと点火時期の関係及び図１０の最大目標充填効率と点火時期の関係が変わる。ここでは一例として最大目標充填効率演算部Ｂ２０９の最大目標充填効率に対し、ＶＶＴの補正を行う場合について説明するが、係数ｋ１演算部Ｂ２１１及び係数ｋ２演算部Ｂ２１２の係数ｋ１，ｋ２に対する補正や、基本出力トルク算出部Ｂ２０１及至ブロックＢ２０３の基本出力トルク、係数ａ，ｂに対する補正や、ＥＧＲや空燃比による補正についても全く同様の方法で差し支えない。

図１２は最大目標充填効率演算部Ｂ２０９の最大目標充填効率に対し、ＶＶＴの補正を行う場合の実施の形態を示す図である。最大目標充填効率演算部Ｂ２０９に、最大目標充填効率演算部Ｂ３０１と、ＶＶＴ補正係数演算部Ｂ３０２と、ＶＶＴ補正部Ｂ３０３とが設けられている。

最大目標充填効率演算部Ｂ３０１では、点火リタード量Δｘとエンジン回転数Ｎｅとから最大目標充填効率（基準）を算出する。最大目標充填効率（基準）とは、例えば、ＶＶＴ位相角が基準位置に固定された場合の最大目標充填効率を意味している。次に、ＶＶＴ補正係数演算部Ｂ３０２では、点火リタード量Δｘとエンジン回転数ＮｅとからＶＶＴ補正係数を算出する。ＶＶＴ補正係数はＶＶＴ位相角が所定の位相角となったときの最大目標充填効率と最大目標充填効率（基準）の比又は差であり、これがマップに格納されている。

ＶＶＴ補正部Ｂ３０３では、最大目標充填効率演算部Ｂ３０１で演算された最大目標充填効率（基準）に対して、ＶＶＴ補正係数演算部Ｂ３０２で演算したＶＶＴ補正係数を用いて、ＶＶＴ補正を実施する。ここではＶＶＴ位相角が基準位置であれば、ＶＶＴ補正は実施せず、ＶＶＴ位相各が所定の位相角となっていれば、ＶＶＴ補正係数を乗算又は加算することでＶＶＴ補正を実施する。この際、目標ＶＶＴ位相角と実ＶＶＴ位相角の比を基に、ＶＶＴ補正係数の反映量を補正してもよい。以上のような構成とすることで、現在一般的となったＥＧＲ、ＶＶＴ（可変バルブタイミング）、リーンバーン、更に今後普及が見込まれるＶＶＬ（可変バルブリフト）の付いたエンジンへの適用を、簡単なロジック構成で実現できる。

このように、実出力トルク演算部及び最大目標充填効率演算部は、ＥＧＲバルブ開度、ＥＧＲ率、バルブタイミング、バルブリフト量、空燃比のうち、少なくとも１つに基づいて、実出力トルク及び最大目標充填効率をそれぞれ補正する。

以上のように、本実施の形態１においては、エンジン回転数及び点火リタード量等の内燃機関の運転状態に基づいて最大目標充填効率を設定しておき、目標出力トルクから目標吸入空気量を算出して、目標出力トルクを実現するための目標充填効率を決定する際に、この最大目標充填効率を用いて制限処理を行うようにしたので、不必要にインジェクタが駆動されることもなく、また、スロットル開度が余分に開き続けることもないため、応答性がよく、燃費の悪化及び制御性能の悪化を効果的に回避できるという優れた効果を得ることができる。

この発明の実施の形態によるエンジンを概略的に示す構成図である。この発明の実施の形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態によるトルクベース制御の概要を示すブロック図である。この発明の実施の形態によるトルク制御部を示すブロック図である。この発明の実施の形態によるトルクＩ／Ｆ部とエンジン制御部を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による出力トルクと点火時期の関係を示す図である。この発明の実施の形態１による実出力トルク算出手段を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による目標点火時期算出手段を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による最大目標充填効率を演算するブロック図である。この発明の実施の形態１による最大目標充填効率と点火リタード量の関係を示す図である。この発明の実施の形態１による最大目標充填効率を演算するブロック図である。この発明の実施の形態１によるＶＶＴ補正手段を示すブロック図である。従来技術の課題を説明するための充填効率と出力トルクの関係を示す図である。

符号の説明

１エンジン、２電子制御式スロットルバルブ、３スロットル開度センサ、４エアフロセンサ、５サージタンク、６インマニ圧センサ、７ＥＧＲバルブ、８インジェクタ、９点火コイル、１０点火プラグ、１１クランク角センサ、１２アクセル開度センサ、１３電子制御ユニット（ＥＣＵ）、１４トルク制御部、１５トルクＩ／Ｆ部、１６エンジン制御部。

Claims

内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルの開度を制御することで吸気通路の開口面積を変化させて吸入空気流量の可変制御を行うスロットル開度制御手段と、
前記内燃機関の運転状態及び／又は車両の走行速度とドライバのアクセル操作状態とに基づいて、車両に対するドライバ要求出力を算出するドライバ要求出力算出手段と、
前記ドライバ要求出力に基づいて、内燃機関が発生するべき目標出力トルク又は目標平均有効圧を算出する目標出力トルク算出手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標点火時期を算出し、算出した基本目標点火時期に対して、前記内燃機関の機関温度や吸入空気温度による補正、触媒を早期に活性化させるためのリタード補正、及び／又は、ノック制御によるリタード補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
少なくとも、エンジン回転数、実充填効率及び前記目標点火時期に基づいて、前記内燃機関の実出力トルク又は実平均有効圧を算出する実出力トルク算出手段と、
前記実充填効率、前記実出力トルク又は実平均有効圧、及び、前記目標出力トルク又は目標平均有効圧に基づいて、目標充填効率を算出する目標充填効率算出手段と、
少なくとも、前記エンジン回転数と、前記目標点火時期と前記基本目標点火時期との差である点火リタード量とに基づいて、前記目標充填効率を制限するための最大目標充填効率を算出する最大目標充填効率算出手段と、
前記目標充填効率算出手段により算出された目標充填効率を、前記最大目標充填効率算出手段により算出された最大目標充填効率と比較し、小さい方の値を選択して、制限処理された目標充填効率として出力する制限手段と、
前記制限手段から出力される制限処理された前記目標充填効率に基づいて目標シリンダ内空気量を算出し、前記目標シリンダ内空気量から内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、
前記目標吸入空気量算出手段により算出される前記目標吸入空気量を実現するように前記スロットル開度制御手段を制御してスロットルの開度を制御させる制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記最大目標充填効率は、前記エンジン回転数と前記点火リタード量を軸としたマップで設定される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。
前記最大目標充填効率は、前記エンジン回転数を軸としたテーブルで設定し、所定の演算式を用いて補正すると共に、前記点火リタード量を前記所定の演算式における変数として設定する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。
前記最大目標充填効率は、フィルタ処理により平滑化され、そのフィルタ定数は最大目標充填効率の増加時と減少時で切換えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記実出力トルク算出手段及び前記最大目標充填効率算出手段は、ＥＧＲバルブ開度、ＥＧＲ率、バルブタイミング、バルブリフト量、空燃比のうち、少なくとも１つに基づいて、実出力トルク及び最大目標充填効率をそれぞれ補正することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
始動時又はアイドル運転時において、前記制限手段による制限処理が解除されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記目標充填効率算出手段は、
実充填効率と実出力トルク又は実平均有効圧との比である充填効率−トルク変換係数を算出し、前記目標出力トルク又は目標平均有効圧と前記充填効率−トルク変換係数とに基づいて目標充填効率を算出するものであって、
始動時においては、前記充填効率−トルク変換係数を算出せずに、前記充填効率−トルク変換係数として予め設定された所定値を用いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。