JP4483885B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、内燃機関で発生するエネルギを調整可能な複数の制御量の算出に関する。

運転者によるアクセル操作量や駆動系等の要求に基づいて設定された目標トルクを実現するために、内燃機関の機能要素を制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、アクセル操作量から求められた要求仕事量を実現するために、燃料噴射量を制御する装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２の装置では、主噴射に跨って副次的噴射が行われている。詳細には、副次的噴射による仕事当量を算出し、該算出された仕事当量と主噴射による仕事当量との和が上記要求仕事量に等しくなるように、主噴射量が制御されている。

特開２００６−１８３５０６号公報 特開２００３−９７３３０号公報

ところで、内燃機関に要求される機能は、運転者が意図するように車両を駆動するためのトルク（仕事）に限られない。トルク（仕事）の外に、エミッション性能を向上させるために、排気エネルギを増加させる機能や、空燃比を最適に制御する機能も要求される。
しかしながら、上記の特許文献１，２には、要求トルク以外の内燃機関に要求される機能を満たすための制御が開示されていない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関に要求される複数の機能を実現することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関で発生するエネルギを調整可能な複数の制御量を算出する制御量算出手段と、
前記制御量算出手段により算出された複数の制御量に基づいて、複数のアクチュエータの駆動制御を実行する駆動制御手段とを備え、
前記制御量算出手段は、
前記内燃機関の出力に関する要求値と、前記内燃機関の排気に関する要求値と、前記内燃機関の冷却損失に関する要求値とを、それぞれエネルギ形式で算出する要求値算出手段と、
前記要求値算出手段により算出された各要求値を加算することでトータル要求値を求める要求値加算手段とを有し、該トータル要求値から前記複数の制御量を求めることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記複数の制御量は、燃料供給量、吸気量および点火時期であり、
前記制御量算出手段は、
前記トータル要求値のエネルギを発生させるために必要な燃料供給量を算出する燃料供給量算出手段と、
前記燃料供給量を用いて所定の空燃比を実現するために必要な吸気量を算出する吸気量算出手段と、
前記排気に関する要求値を用いて、前記点火時期を算出する点火時期算出手段とを更に有することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記点火時期算出手段は、
前記燃料供給量と前記吸気量とを用いて前記内燃機関の排出ガス量を算出する排出ガス量算出手段と、
前記排出ガス量と前記排気に関する要求値とに基づいて筒内温度を算出する筒内温度算出手段とを有し、該筒内温度に基づいて前記点火時期を算出することを特徴とする。

また、第４の発明は、第２の発明において、
前記内燃機関は車両に搭載され、
前記制御量算出手段は、
前記出力に関する要求値に基づいて第２点火時期を算出する第２点火時期算出手段と、
車両運転状態に応じて、前記点火時期算出手段により算出された点火時期と前記第２点火時期との何れかを選択する点火時期選択手段とを更に有することを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記制御量算出手段は、前記点火時期選択手段により前記第２点火時期が選択された後、前記点火時期選択手段により前記点火時期が再び選択された場合に、前記排気に関する要求値を補正する補正手段を更に有することを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
前記制御量算出手段は、前記点火時期選択手段により前記第２点火時期が選択された期間の実際の排気エネルギを推定する排気エネルギ推定手段を更に有し、
前記補正手段は、前記排気エネルギ推定手段により推定された実際の排気エネルギを考慮して、前記排気に関する要求値を補正することを特徴とする。

第１の発明では、機関出力に関する要求値と、排気に関する要求値と、冷却損失に関する要求値とがそれぞれエネルギ形式で算出され、算出された各要求値を加算することで内燃機関に対するトータル要求値が求められる。そして、このトータル要求値から、内燃機関で発生するエネルギを調整可能な複数の制御量が算出される。第１の発明によれば、機関出力だけでなく、排気及び冷却損失を考慮して算出された複数の制御量に基づいて、複数のアクチュエータの駆動制御が実行される。よって、複数のアクチュエータを駆動することで、内燃機関に要求される複数の機能を実現することができる。

第２の発明では、機関出力に関する要求値と、排気に関する要求値と、冷却損失に関する要求値とを満たすように、燃料供給量が算出される。さらに、空燃比が所定の空燃比となるように吸気量が算出され、排気に関する要求値を満たすように点火時期が算出される。第２の発明によれば、機関出力の機能だけでなく、排気に関する機能を実現することができる。

第３の発明では、トータル要求値から求められた燃料供給量と吸気量とを用いて内燃機関の排出ガス量が算出され、該排出ガス量と排気に関する要求値とを用いて筒内温度が算出される。筒内温度は点火時期と相関を有するため、筒内温度を考慮して点火時期を算出することで、排気に関する要求を精度良く実現することができる。

第４の発明では、内燃機関が車両に搭載された場合であって、出力に関する要求値に基づいて第２点火時期が算出され、車両運転状態に応じて、排気に関する要求値に基づく点火時期と第２点火時期との何れかが選択される。第４の発明によれば、第２点火時期を選択することによって、出力に関する要求値の急変に対応することができる。

上記第２点火時期が選択された期間は、排気に関する要求値が実現されない可能性がある。第５の発明では、点火時期が再び選択された場合に、排気に関する要求値が補正される。これにより、第２点火時期が選択された場合であっても、排気に関する機能を実現することができる。

第６の発明では、第２点火時期が選択された期間における実際の排気エネルギが推定される。そして、推定された実際の排気エネルギを考慮して、排気に関する要求値が補正される。よって、排気に関する機能を精度良く実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１としての火花点火式ガソリンエンジン（以下「エンジン」という。）を備えている。エンジン１は、複数の気筒２を有している。図１には、複数気筒のうちの１気筒のみを示している。

エンジン１は、内部にピストン４を有するシリンダブロック６を備えている。ピストン４は、クランク機構を介してクランク軸８と接続されている。クランク軸８の近傍には、クランク角センサ１０が設けられている。クランク角センサ１０は、クランク軸８の回転角度（クランク角CA）を検出するように構成されている。また、シリンダブロック６には、エンジン１の冷却水温Twを検出する冷却水温センサ１２が設けられている。

シリンダブロック６の上部にはシリンダヘッド１４が組み付けられている。ピストン４上面からシリンダヘッド１４までの空間は燃焼室１６を形成している。シリンダヘッド１４には、燃焼室１６内に直接燃料を噴射するインジェクタ１８が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ２０が設けられている。

シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する吸気ポート２２を備えている。吸気ポート２２と燃焼室１６との接続部には吸気バルブ２４が設けられている。吸気バルブ２４には、吸気バルブ２４の開弁特性（開閉弁時期、リフト量）を変更可能な可変動弁機構２６が設けられている。

吸気ポート２２には、吸気通路２８が接続されている。吸気通路２８の途中にはサージタンク３０が設けられている。サージタンク３０の上流にはスロットルバルブ３２が設けられている。スロットルバルブ３２は、スロットルモータ３４により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ３２は、アクセル開度センサ３８により検出されるアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ３２の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ３６が設けられている。

スロットルバルブ３２の上流には、エアフロメータ４０が設けられている。エアフロメータ４０は、吸入空気量（以下「吸気量」と略する。）Gaを検出するように構成されている。

また、シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する排気ポート４２を備えている。排気ポート４２と燃焼室１６との接続部には排気バルブ４４が設けられている。排気バルブ４４には、排気バルブ４４の開弁特性（開弁時期、リフト量）を変更可能な可変動弁機構４６が設けられている。排気ポート４２には排気通路４８が接続されている。排気通路４８には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒（以下「触媒」と略する。）５０が設けられている。触媒５０には、触媒床温Tcを検出する触媒床温センサ５２が設けられている。また、触媒５０の上流には、排気空燃比を検出する空燃比センサ５４が設けられている。

本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ１８、点火プラグ２０、可変動弁機構２６，４６、スロットルモータ３４等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ１０、冷却水温センサ１２、スロットル開度センサ３６、アクセル開度センサ３８、エアフロメータ４０、触媒床温センサ５２、空燃比センサ５４等が接続されている。

ＥＣＵ６０は、クランク角CAに基づいて、エンジン回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、エンジン１に要求される負荷KLを算出する。

ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、エンジン１の制御を実行する。詳細には、後述する手法により、目標燃料供給量、目標吸気量及び目標点火時期を求め、各種アクチュエータ（インジェクタ１８、スロットルモータ３４、可変動弁機構２６，４６、点火プラグ２０）の駆動制御を実行する。

［実施の形態１の特徴］
既述した特許文献１，２に開示されるように、アクセル操作量等から求められた目標トルクを実現するために、燃料供給量や点火時期等の制御を行うことが知られている。

しかしながら、エンジンに要求される機能は、運転者が意図するように車両を駆動するために要求される仕事（出力）に限られず、エミッション性能を向上させるために、排気エネルギを増加させる機能や、空燃比を最適に制御する機能もある。上記特許文献１，２によるトルクデマンド制御では、エンジンに対して要求される全ての機能を実現することができない。

ところで、エンジン１で発生したエネルギは、図２に示すように、（Ａ）仕事、（Ｂ）排気エネルギ及び（Ｃ）冷却損失に分配されることが知られている。

そこで、本実施の形態１では、エンジン１に対して要求される全ての機能を実現するべく、仕事、排気エネルギ及び冷却損失からの各要求を総合的に考慮して、エンジン１で発生させるトータルのエネルギを求めるようにする。そして、該エネルギを実現するために、燃料噴射量、吸気量及び点火時期等の制御量を求めるようにする。以下、かかる制御量を算出する手法について、説明する。

図３は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０における制御量算出フローを説明する図である。
図３に示す目標仕事算出部６１において、ドライバ要求（例えば、アクセル開度AA）や車両の各種制御（例えば、クルーズ運転）等から目標トルクが算出され、さらに該目標トルクから目標仕事がエネルギ形式で算出される。すなわち、目標仕事を実現するために必要なエネルギが算出される。算出された目標仕事は、加算部６４に入力される。

また、目標排気エネルギ算出部６２において、モデルやマップを用いて、触媒５０の暖機状態に基づいて目標排気エネルギが算出される。すなわち、触媒暖機に必要なエネルギが算出される。触媒５０の暖機状態は、触媒床温Tcから把握することができる。算出された目標排気エネルギは、加算部６４に入力される。さらに、目標排気エネルギは、後述する目標点火時期算出部６７にも入力される。

なお、過給機付きエンジンの場合には、上記暖機状態のほかに、目標過給圧や目標タービン回転数等を考慮して、目標排気エネルギを算出することができる。この場合、触媒暖機と所望の過給状態を実現するために必要なエネルギが算出される。

また、冷却損失算出部６３において、モデルやマップを用いて、エンジン回転数NEや冷却水温Twからメカフリクションが推定され、さらに該メカフリクションから冷却損失がエネルギ形式で算出される。すなわち、冷却損失となるエネルギが算出される。算出された冷却損失は、加算部６４に入力される。

加算部６４において、目標仕事と目標排気エネルギと冷却損失が加算される。上述のように目標仕事及び冷却損失はエネルギ形式で算出されている。よって、この加算部６４における加算処理により、エンジン１で発生させる目標トータルエネルギ（以下「E_total」という。）が算出される。算出されたE_totalは、目標供給燃料量算出部６５に入力される。

目標供給燃料量算出部６５において、次式(1)に従って、E_totalを発生させるために必要な燃料供給量（以下「目標燃料供給量」という。）が算出される。その後、ＥＣＵ６０において、この目標燃料供給量を実現するアクチュエータであるインジェクタ１８の駆動制御量が決定される。
目標燃料供給量=E_total/(燃料が有する単位体積当たりの低発熱量)・・・(1)

なお、上式(1)における「燃料が有する単位体積当たりの低発熱量」は、燃料の組成により変化する。よって、燃料の組成を検出や推定等により求め、求めた組成に対応する低発熱量をマップや関数を用いて求めることができる。

上式(1)により算出された目標燃料供給量は、目標吸気量算出部６６に入力される。目標吸気量算出部６６には、目標燃料供給量のほか、目標Ａ／Ｆが入力される。目標Ａ／Ｆは、通常は理論空燃比（=14.6）であるが、例えば、リーンバーン運転時のようにエンジン１が有する性能を実現する場合にはリーン空燃比やリッチ空燃比にされることもある。

目標吸気量算出部６６において、目標燃料供給量を用いて目標Ａ／Ｆに制御するために必要な吸気量（以下「目標吸気量」という。）が算出される。具体的には、次式(2)のように、目標燃料供給量と目標Ａ／Ｆを乗算することにより、目標吸気量が求められる。
目標吸気量=目標燃料供給量×目標Ａ／Ｆ・・・(2)

その後、ＥＣＵ６０において、この目標空気量を実現するためのスロットル開度TA及び吸気バルブ開弁特性（開閉弁時期及びリフト量）が決定され、さらにそのアクチュエータであるスロットルモータ３４及び可変動弁機構２６の駆動制御量が決定される。

また、目標点火時期算出部６７は、上記目標排気エネルギを用いて目標点火時期が算出される。図３に示す例では、排気エネルギと筒内燃焼ガス温度（以下「筒内温度」という。）の相関と、筒内温度と点火時期の相関とを利用して、目標点火時期が算出される。なお、この筒内温度は、排気バルブ開弁時の筒内温度である。

目標点火時期算出部６７は、図３に示すように、排出ガス量算出部６７Ａと、目標筒内温度算出部６７Ｂと、目標点火時期決定部６７Ｃとを有している。
先ず、排出ガス量算出部６７Ａにおいて、入力される目標燃料供給量と目標吸気量とを加算することで、エンジン１から排出されるガス量（以下「排出ガス量」という。）が算出される。算出された排出ガス量は、目標筒内温度算出部６７Ｂに入力される。そして、目標筒内温度算出部６７Ｂにおいて、次式(3)の関係を利用して、すなわち、次式(3)を変形して得られた次式(4)に従って、目標筒内温度が算出される。なお、次式(3)及び(4)における「C」は係数である。
排気エネルギ=C×筒内温度×排出ガス量・・・(3)
目標筒内温度=目標排気エネルギ/(C×排出ガス量)・・・(4)

上式(4)により算出された目標筒内温度は、目標点火時期決定部６７Ｃに入力される。目標点火時期決定部６７には、目標筒内温度と、その目標筒内温度を実現するための点火時期（すなわち、目標点火時期）とが規定されたマップが格納されている。目標点火時期決定部６７において、このマップを参照することで、入力される目標筒内温度に応じた目標点火時期が決定される。
その後、ＥＣＵ６０において、この目標点火時期を実現するアクチュエータである点火プラグ２０の駆動制御量が決定される。

図４は、本実施の形態１において、目標排気エネルギと目標点火時期の変化を示すタイミングチャートである。具体的には、図４（Ａ）は目標排気エネルギの積算値の変化を、図４（Ｂ）は瞬時の目標排気エネルギの変化を、図４（Ｃ）は目標点火時期の変化を、それぞれ示している。
上記目標排気エネルギ算出部６２において算出された目標排気エネルギは、瞬時の目標排気エネルギであり、図４（Ｂ）に示すように変化する。

触媒５０を暖機する際、触媒床温Tcを目標温度に瞬間的には到達させることはできない。そこで、ある程度の時間をかけて触媒床温Tcを目標温度に到達させるようにされる。具体的には、ＥＣＵ６０により、触媒暖機が開始される時刻ｔ１において、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ１から所定期間Ａを経過した後の時刻ｔ２における目標排気エネルギ（積算）Ｅａ（ｔ２）が決定される。

そして、この目標排気エネルギ（積算）Ｅａ（ｔ２）を所定期間Ａで分割することにより、図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１における目標排気エネルギ（瞬時）が算出される。上記目標点火時期算出部６７において、図４（Ｃ）に示すように、このように算出された目標排気エネルギ（瞬時）を実現するための目標点火時期が算出される。

以上説明したように、本実施の形態１では、目標仕事と目標排気エネルギと冷却損失を加算することで目標トータルエネルギであるE_totalを算出し、該E_totalから目標燃料供給量、目標吸気量及び目標点火時期が算出される。本実施の形態１によれば、エンジン出力だけでなく排気エネルギ及び冷却損失を考慮して算出された目標燃料供給量、目標空気量及び目標点火時期に基づいて、インジェクタ１８、点火プラグ２０、可変動弁機構２６及びスロットルモータ３４等の複数のアクチュエータが駆動される。すなわち、これらの複数のアクチュエータを駆動することで、エンジン１により目標仕事を実現することができ、空燃比を目標Ａ／Ｆに制御でき、触媒暖機に必要な排気エネルギを得ることができる。従って、エンジン１に対して要求される複数の機能を実現することができる。

ところで、本実施の形態１においては、目標点火時期決定部６７Ｃでマップを参照することで目標点火時期を決定しているが、マップの代わりに、目標筒内温度と目標点火時期との関係を定義した関数を用いて、目標点火時期を求めてもよい。

また、目標点火時期決定部６７Ｃで目標点火時期を決定する際、目標筒内温度と目標点火時期との関係に影響を与える負荷KLやエンジン回転数NEや冷却水温Twを考慮してもよい。すなわち、かかる負荷KL等を目標点火時期決定部６７Ｃに入力として持つようにしてもよい。

また、本実施の形態１においては、NEやTwに基づいて冷却損失を算出しているが、冷却水温Twをコントロールできるシステムの場合には、冷却損失の目標値を設定してもよい。

また、目標排気エネルギ実現するための目標点火時期を算出する手法は、本実施の形態１で示した手法に限られず、他の手法を用いることができる。

尚、本実施の形態１においては、エンジン１が第１の発明における「内燃機関」に、ＥＣＵ６０が第１の発明における「制御量算出手段」及び「駆動制御手段」に、インジェクタ１８、点火プラグ２０、可変動弁機構２６及びスロットルモータ３４が第１の発明における「複数のアクチュエータ」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、目標仕事算出部６１、目標排気エネルギ算出部６２及び冷却損失算出部６３が第１の発明における「要求値算出手段」に、加算部６４が第１の発明における「要求値加算手段」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、目標燃料供給量算出部６５が第２の発明における「燃料供給量算出手段」に、目標吸気量算出部６６が第２の発明における「吸気量算出手段」に、目標点火時期算出部６７が第２の発明における「点火時期算出手段」に、排出ガス量算出部６７Ａが第３の発明における「排出ガス量算出手段」に、目標筒内温度算出部６７Ｂが第３の発明における「筒内温度算出手段」に、それぞれ相当する。

実施の形態２．
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２のシステムとして、図１に示したハードウェアを用いることができる。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、目標仕事は、主に目標燃料供給量と目標吸気量によって実現される。すなわち、点火時期は、主に目標排気エネルギを実現するように決定される。例えば、定常運転時やクルーズ制御時のように目標トルクが急変しない場合や、車両運転性能として要求される応答性を吸気量の制御だけで充分に満たす場合には、上記実施の形態１の制御で特に問題はない。

ところで、車両の運転状態によっては、目標トルクが急変する場合がある。例えば、変速時や車両安定性制御（ＶＳＣ：vehicle stability control）実行時が該当する。かかる場合に、吸気量の制御だけでは、目標トルクに対する応答性が充分ではない可能性がある。すなわち、スロットル開度TAの制御や、バルブ開弁特性（開閉弁時期及びリフト量）の可変制御を行うことによっても、なお目標トルクの急変に対応することができない可能性がある。

そこで、本実施の形態２では、目標トルク及び目標仕事の急変に対応可能とすべく、目標排気エネルギに基づく目標点火時期と、目標仕事に基づく第２目標点火時期とを選択可能とする場合について説明する。

図５は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０における制御量算出フローを説明する図である。
図５に示すＥＣＵ６０は、図３に示す構成に加えて、第２目標点火時期算出手段６８と、選択部６９と、排気エネルギ推定部７０とを更に備えている。以下、この相違点を中心に説明する。

目標仕事算出部６１により算出された目標仕事は、加算部６４だけでなく、第２目標点火時期算出部６８にも入力される。第２目標点火時期算出部６８では、目標仕事を実現するための点火時期（以下「第２目標点火時期」という。）が算出される。

第２目標点火時期算出部６８により算出された第２目標点火時期は、選択部６９に入力される。この選択部６９には、上記目標点火時期算出部６７によって算出された目標点火時期、すなわち、目標排気エネルギを実現するための目標点火時期が入力される。

選択部６９において、エンジン１の運転状態に応じて、目標排気エネルギを実現するための「目標点火時期」と、目標仕事を実現するための「第２目標点火時期」のうちの何れか一方が選択される。選択部６９の選択は、例えば、車両の各制御の要求を調停した結果に基づいて実行される。

詳細には、目標トルク及び目標仕事の急変に対応する必要がある場合（例えば、変速時やＶＳＣ制御時等）には、選択部６９において第２目標点火時期が選択される。それ以外の場合、すなわち、目標トルク及び目標仕事の急変に対応する必要がない場合（例えば、クルーズ運転時等）には、選択部６９において目標点火時期が選択される。

選択部６９の選択状態は、排気エネルギ推定部７０に入力される。選択部６９により「第２目標点火時期」が選択されている場合、後述するように、実際の排気エネルギは、目標排気エネルギ（積算）と乖離してしまう。そこで、排気エネルギ推定部７０において、第２目標点火時期に基づいて、実際の排気エネルギの積算値（以下「排気エネルギ（積算）」という。）が推定される。推定された実際の排気エネルギ（積算）は、目標排気エネルギ算出部６２に入力される。選択部６９により目標点火時期が再び選択されると、目標排気エネルギ算出部６２において、実際の排気エネルギ（積算）を考慮して、目標排気エネルギ（瞬時）が算出される。

図６は、本実施の形態２において、目標トルクの急変を実現するために点火時期を変更した場合の目標排気エネルギの変化を示すタイミングチャートである。具体的には、図６（Ａ）は目標トルクの変化を、図６（Ｂ）は目標排気エネルギの積算値の変化を、図６（Ｃ）は瞬時の目標排気エネルギの変化を、図６（Ｄ）は目標点火時期の変化を、それぞれ示している。

時刻ｔ１１において、触媒暖機が開始される。この時刻ｔ１１において、所定期間Ａが経過した後の時刻ｔ１４における目標排気エネルギ（積算値）Ｅａ（ｔ１４）が決定される。そして、この目標排気エネルギ（積算値）Ｅａ（ｔ１４）を所定期間Ａで分割することにより、図６（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１１における目標排気エネルギ（瞬時）が算出される。さらに、上記目標点火時期算出部６７において、図６（Ｄ）に示すように、目標排気エネルギ（瞬時）を実現するための目標点火時期が算出される。

なお、図示しないが、この目標点火時期が算出されると同時に、上記第２目標点火時期算出部６８において、目標仕事を実現するための第２目標点火時期が算出される。時刻ｔ１１においては目標トルクの急変に対応する必要がないため、上記選択部６９により「目標点火時期」が選択される。

時刻ｔ１２において、図６（Ａ）に示すように、目標トルクが急変（急激に減少）している。本例では、時刻ｔ１２から所定期間Ｂ経過後の時刻ｔ１３において、目標トルクが元に戻されている。よって、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３までの期間Ｂは、目標トルクが優先的に実現される。そうすると、この目標トルクの急変に対応するため、上記選択部６９において「第２目標点火時期」が選択される。

詳細には、時刻ｔ１２において、図６（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１１〜ｔ１２の目標点火時期よりも遅角側の点火時期に設定される。そうすると、エンジン１で発生した全エネルギのうち排気エネルギに分配される比率が高くなる。このため、図６（Ｃ）においてハッチングＨで示すように、所定期間Ｂにおける実際の排気エネルギ（瞬時）が、目標排気エネルギ（瞬時）に比して大きくなる。すなわち、目標トルクが優先的に実現される所定期間Ｂにおいて、目標排気エネルギ（瞬時）が実現されなくなる。

さらに、図６（Ｂ）に示すように、この期間Ｂにおいて、実際の排気エネルギ（積算）が目標排気エネルギ（積算）に比して大きくなる。すなわち、期間Ｂにおいて、目標排気エネルギ（積算）が実現されなくなる。

その後、時刻ｔ１３において、目標トルクが元に戻され、目標トルクが優先的に実現される期間Ｂが終了すると、目標排気エネルギ（瞬時）が再計算される。ここで、期間Ｂ内は、排気エネルギ推定部７０において、第２目標点火時期に基づいて実際の排気エネルギ（積算）が算出されている。そこで、目標排気エネルギ算出部６２において、時刻ｔ１４において予め算出された目標排気エネルギ（積算値）Ｅａ（ｔ１４）となるように、時刻ｔ１３において、実際の排気エネルギ（積算）を考慮して目標排気エネルギ（瞬時）が算出される。

具体的には、目標排気エネルギ算出部６２において、時刻ｔ１３における実際の排気エネルギ（積算）と目標排気エネルギ（積算値）Ｅａ（ｔ１４）との差分を、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４の期間で分割することにより、時刻ｔ１４における目標排気エネルギ（瞬時）が算出される。

さらに、この再計算された目標排気エネルギ（瞬時）を実現するための目標点火時期が、上記目標点火時期算出部６７において算出される。そして、目標選択部６９において、目標排気エネルギ（瞬時）を実現するための「目標点火時期」が選択される。

以上説明したように、本実施の形態２では、吸気量制御では実現できない目標トルクの急変を実現するために、目標点火時期と第２目標点火時期との間で選択可能とされた。第２目標点火時期が選択されている期間Ｂ内は、目標排気エネルギ（瞬時，積算）が実現することができないため、該期間Ｂ内における実際の排気エネルギ（積算）が推定される。そして、目標点火時期が再び選択された場合には、推定された実際の排気エネルギ（積算）を考慮して、目標排気エネルギ（瞬時）が再計算される。よって、目標トルクの急変を実現する場合であっても、予め決定された目標排気エネルギ（積算）Ｅａ（ｔ１４）を実現することができる。

尚、本実施の形態２においては、第２目標点火時期算出部６８が第４の発明における「第２点火時期算出手段」に、選択部６９が第４の発明における「点火時期選択手段」に、目標排気エネルギ算出部６２が第５及び第６の発明における「補正手段」に、排気エネルギ推定部７０が第６の発明における「排気エネルギ推定手段」に、それぞれ相当する。

本発明の実施の形態１によるシステムの構成を説明するための図である。 エンジンで発生したエネルギの分配を説明するための図である。 本実施の形態１において、ＥＣＵ６０における制御量算出フローを説明する図である。 本発明の実施の形態１において、目標排気エネルギと目標点火時期の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０における制御量算出フローを説明する図である。 本発明の実施の形態２において、目標トルクの急変を実現するために点火時期を変更した場合の目標排気エネルギの変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１２ インジェクタ
２０ 点火プラグ
２４ 吸気バルブ
２６ 可変動弁機構
３２ スロットルバルブ
３４ スロットルモータ
６０ ＥＣＵ
６１ 目標仕事算出部
６２ 目標排気エネルギ算出部
６３ 冷却損失算出部
６４ 加算部
６５ 目標燃料供給量算出部
６６ 目標吸気量算出部
６７ 目標点火時期算出部
６７Ａ 排出ガス量算出部
６７Ｂ 目標筒内温度算出部
６７Ｃ 目標点火時期決定部
６８ 第２目標点火時期算出部
６９ 選択部
７０ 排気エネルギ推定部

Claims (6)

1. 内燃機関で発生するエネルギを調整可能な複数の制御量を算出する制御量算出手段と、
   前記制御量算出手段により算出された複数の制御量に基づいて、複数のアクチュエータの駆動制御を実行する駆動制御手段とを備え、
   前記制御量算出手段は、
   前記内燃機関の出力に関する要求値と、前記内燃機関の排気に関する要求値と、前記内燃機関の冷却損失に関する要求値とを、それぞれエネルギ形式で算出する要求値算出手段と、
   前記要求値算出手段により算出された各要求値を加算することでトータル要求値を求める要求値加算手段とを有し、該トータル要求値から前記複数の制御量を求めることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記複数の制御量は、燃料供給量、吸気量および点火時期であり、
   前記制御量算出手段は、
   前記トータル要求値のエネルギを発生させるために必要な燃料供給量を算出する燃料供給量算出手段と、
   前記燃料供給量を用いて所定の空燃比を実現するために必要な吸気量を算出する吸気量算出手段と、
   前記排気に関する要求値を用いて、前記点火時期を算出する点火時期算出手段とを更に有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記点火時期算出手段は、
   前記燃料供給量と前記吸気量とを用いて前記内燃機関の排出ガス量を算出する排出ガス量算出手段と、
   前記排出ガス量と前記排気に関する要求値とに基づいて筒内温度を算出する筒内温度算出手段とを有し、該筒内温度に基づいて前記点火時期を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関は車両に搭載され、
   前記制御量算出手段は、
   前記出力に関する要求値に基づいて第２点火時期を算出する第２点火時期算出手段と、
   車両運転状態に応じて、前記点火時期算出手段により算出された点火時期と前記第２点火時期との何れかを選択する点火時期選択手段とを更に有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御量算出手段は、前記点火時期選択手段により前記第２点火時期が選択された後、前記点火時期選択手段により前記点火時期が再び選択された場合に、前記排気に関する要求値を補正する補正手段を更に有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御量算出手段は、前記点火時期選択手段により前記第２点火時期が選択された期間の実際の排気エネルギを推定する排気エネルギ推定手段を更に有し、
   前記補正手段は、前記排気エネルギ推定手段により推定された実際の排気エネルギを考慮して、前記排気に関する要求値を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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