JP5540761B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、吸入空気量と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置に関し、特に、点火時期の遅角によるトルクの低下を吸入空気量の増加によって補償することのできる内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine capable of controlling torque by an intake air amount and an ignition timing, and in particular, an internal combustion engine capable of compensating for a decrease in torque due to a retarded ignition timing by increasing the intake air amount. The present invention relates to a control device.
火花点火式の内燃機関では、その点火時期がMBTであるときに最大トルクを得ることができ、また、最良の燃費性能を得ることができる。したがって、基本的には点火時期はMBTに設定されることが望ましいが、排気ガス温度を高めて触媒を暖機したいときや、ノックが検出されたとき等、場合によっては点火時期がMBTよりも遅角される場合がある。 In the spark ignition type internal combustion engine, the maximum torque can be obtained when the ignition timing is MBT, and the best fuel consumption performance can be obtained. Therefore, basically, it is desirable to set the ignition timing to MBT. However, in some cases, such as when it is desired to warm up the catalyst by increasing the exhaust gas temperature or when knocking is detected, the ignition timing may be set higher than MBT. May be delayed.
しかし、点火時期を遅角することには、内燃機関から出力されるトルクを低下させるという問題が有る。この問題に関し、特開2009−068430号公報に開示された技術では、点火時期が遅角される場合には、それに合わせて吸入空気量を増加させるようスロットルが操作されている。つまり、点火時期の遅角に伴うトルクの低下を吸入空気量の増加によって補償するようにしている。 However, retarding the ignition timing has a problem of reducing the torque output from the internal combustion engine. With regard to this problem, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-068430, when the ignition timing is retarded, the throttle is operated to increase the intake air amount accordingly. That is, a decrease in torque accompanying the retard of the ignition timing is compensated by an increase in the intake air amount.
点火時期に対するトルクの応答感度は高いため、点火時期の遅角に伴うトルクの低下を出来る限り抑えたいのであれば、吸入空気量は急増させる必要がある。しかし、スロットルの操作に対する吸入空気量の応答感度、すなわち、トルクの応答感度は、点火時期に対するトルクの応答感度のようには高くはない。 Since the response sensitivity of the torque with respect to the ignition timing is high, the intake air amount needs to be increased rapidly if it is desired to suppress the decrease in the torque accompanying the retardation of the ignition timing as much as possible. However, the response sensitivity of the intake air amount to the operation of the throttle, that is, the response sensitivity of the torque is not as high as the response sensitivity of the torque to the ignition timing.
そこで、従来提案されているのが、いわゆるスロットルのオーバーシュート制御である。オーバーシュート制御では、スロットルを一旦オーバーシュートさせてから定常での目標開度に収束させることが行われる。これによれば、最初から定常開度に向けてスロットルを開く場合に比較して吸入空気量を急増させることが可能であり、点火時期の遅角に伴うトルクの低下を最小限に抑えることができる。 Therefore, what is conventionally proposed is so-called throttle overshoot control. In the overshoot control, the throttle is once overshooted and then converged to a steady target opening. According to this, it is possible to increase the intake air amount rapidly compared to the case where the throttle is opened from the beginning toward the steady opening, and to minimize the decrease in torque due to the retard of the ignition timing. it can.
ところが、点火時期の遅角がノックを防止するための遅角である場合には、吸入空気量を急増させることによって負荷が急増し、却ってノックの発生が助長されてしまうおそれがある。 However, when the retard of the ignition timing is a retard for preventing knocking, the load increases rapidly by increasing the intake air amount, and the occurrence of knocking may be promoted.
本発明は上述のような課題に鑑みなされたもので、ノックの発生時、ノックを防止すべく点火時期を遅角するとともに、点火時期の遅角に伴うトルクの低下を吸入空気量の増加によって補償しつつ、吸入空気量を増加させることがノックの発生を助長してしまうのを防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. When knocking occurs, the ignition timing is retarded to prevent knocking, and the torque reduction associated with the retarding ignition timing is reduced by increasing the intake air amount. An object of the present invention is to prevent the occurrence of knocking by increasing the intake air amount while compensating.
上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、
吸入空気量と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置において、
所定の遅角条件が満たされた場合、点火時期を遅角する点火時期遅角手段と、
点火時期の遅角に伴うトルクの低下を吸入空気量の増加によって補償するように、点火時期の変化に連動して目標空気量を変化させる目標空気量設定手段と、
目標空気量に従ってスロットルを操作する手段であって、目標空気量が急増した場合、前記スロットルを一旦オーバーシュートさせてから目標空気量に対応する定常開度に収束させるスロットル操作手段と、
前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角がノックを防止するための遅角である場合、前記スロットル操作手段によるスロットルのオーバーシュート操作を禁止するオーバーシュート操作禁止手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a control device for an internal combustion engine of the present invention comprises:
In a control device for an internal combustion engine capable of controlling torque by the amount of intake air and ignition timing,
An ignition timing retarding means for retarding the ignition timing when a predetermined retarding condition is satisfied;
A target air amount setting means for changing the target air amount in conjunction with a change in the ignition timing so as to compensate for a decrease in torque due to the retard of the ignition timing by an increase in the intake air amount;
Means for operating the throttle according to the target air amount, and when the target air amount suddenly increases, the throttle operating means for once overshooting the throttle and then converging to a steady opening corresponding to the target air amount;
When the ignition timing retarded by the ignition timing retarding means is a retard for preventing knocking, overshoot operation prohibiting means for prohibiting the throttle overshoot operation by the throttle operating means;
It is characterized by having.
本発明の内燃機関の制御装置によれば、点火時期の遅角がノックを防止するための遅角である場合には、スロットルのオーバーシュート操作は禁止されるので、吸入空気量の急増によってノックの発生が助長されることは防止される。ノックの防止以外の目的で点火時期が遅角される場合には、スロットルのオーバーシュート操作によって吸入空気量を急増させることが可能であり、点火時期の遅角に伴うトルクの低下を最小限に抑えることができる。 According to the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, when the retard of the ignition timing is retarded to prevent knocking, the overshoot operation of the throttle is prohibited. The occurrence of this is prevented. When the ignition timing is retarded for purposes other than knock prevention, it is possible to increase the intake air amount rapidly by operating the throttle overshoot, minimizing the decrease in torque associated with retarding the ignition timing. Can be suppressed.
本発明の実施の形態について図1乃至図3の各図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
本発明の実施の形態おいて制御対象とされる内燃機関(以下、エンジン)は、ガソリンを燃料とする火花点火式の4サイクルレシプロエンジンである。制御装置は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。制御装置が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、EGR装置等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置が操作するのはスロットルと点火装置であり、制御装置はこれら2つのアクチュエータを操作してエンジンが出力するトルクを制御する。制御装置によるスロットルの操作量はスロットル開度であり、点火装置の操作量は点火時期である。 An internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) to be controlled in an embodiment of the present invention is a spark ignition type four-cycle reciprocating engine using gasoline as fuel. The control device controls the operation of the engine by operating an actuator provided in the engine. The actuator that can be operated by the control device includes an ignition device, a throttle, a fuel injection device, a variable valve timing mechanism, an EGR device, and the like. However, in the present embodiment, the control device operates the throttle and the ignition device, and the control device operates these two actuators to control the torque output by the engine. The operation amount of the throttle by the control device is the throttle opening, and the operation amount of the ignition device is the ignition timing.
本実施の形態の制御装置は、エンジンの制御量に関する要求として、要求トルクと要求効率とを取得する。車両の制御系統において、制御装置の上位にはパワートレインマネージャが配置されており、要求トルク及び要求効率はそのパワートレインマネージャから制御装置に入力される。要求トルクは、エンジンに出力させるトルク、より厳密には図示トルクの要求値である。効率はエンジンが出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合であり、要求効率はその要求値である。効率の最大値は1であり、そのときにはエンジンが出力しうる潜在トルクがそのまま実際に出力されることになる。効率が1よりも小さい場合には、実際に出力されるトルクはエンジンが出力しうる潜在トルクよりも小さく、その余裕分は主に熱となってエンジンから出力されることになる。 The control device according to the present embodiment acquires a required torque and a required efficiency as a request related to an engine control amount. In a vehicle control system, a power train manager is disposed above the control device, and required torque and required efficiency are input from the power train manager to the control device. The required torque is a torque to be output from the engine, more strictly, a required value of the indicated torque. The efficiency is the ratio of the torque that is actually output to the potential torque that the engine can output, and the required efficiency is the required value. The maximum value of efficiency is 1, and at that time, the potential torque that can be output by the engine is actually output as it is. When the efficiency is smaller than 1, the torque that is actually output is smaller than the potential torque that can be output by the engine, and the margin is mainly output as heat and output from the engine.
図1は本実施の形態の制御装置2の構成を示すブロック図である。制御装置2は、それが有する機能別に、空気制御用目標トルク算出部4、目標空気量算出部6、目標開度算出部8、トルク効率算出部10、目標点火時期算出部12、要求効率上限ガード部14、トルク効率上限ガード部16及びノック制御部18に分けることができる。これらの要素4,6,8,10,12,14,16,18は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
まずは、制御装置2を構成する複数の要素4,6,8,10,12,14,16,18のうち、エンジンのトルク制御に関係する要素4,6,8,10,12,14,16の機能について説明する。
First, among the plurality of
制御装置2が取得した要求トルクと要求効率は、空気制御用目標トルク算出部4に入力される。空気制御用目標トルク算出部4は、要求トルクを要求効率で除算することによって空気制御用目標トルクを算出する。要求効率が1よりも小さい場合には、空気制御用目標トルクは要求トルクよりも嵩上げされることになる。これは要求トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがスロットルに要求されていることを意味する。
The required torque and the required efficiency acquired by the
ただし、要求効率に関しては、要求効率上限ガード部14を通ったものが空気制御用目標トルク算出部4に入力される。要求効率上限ガード部14は、空気制御用目標トルク算出部4に入力される要求効率の最大値を上限ガード効率によって制限する。上限ガード効率の値は可変であって、そのデフォルトは1に設定されている。
However, with respect to the required efficiency, the value that has passed through the required efficiency upper
空気制御用目標トルクは目標空気量算出部6に入力される。目標空気量算出部6は、空気量マップを用いて空気制御用目標トルクを空気量の値に変換する。このマップは、点火時期がMBTであることを前提にして、トルクと吸入空気量とがエンジン回転数等の種々のエンジン情報をキーにして関連付けられたマップである。目標空気量算出部6では、空気制御用目標トルクの実現に必要な吸入空気量がエンジンの目標空気量として算出される。
The target torque for air control is input to the target air
目標空気量は目標開度算出部8に入力される。目標開度算出部8は、エアモデルの逆モデル(エア逆モデル)を用いて目標空気量をスロットルの目標開度に変換する。エアモデルはスロットルの動作に対する筒内吸入空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量の達成に必要なスロットル開度を逆算することができる。また、エア逆モデルによれば、モデルのパラメータを適宜に設定することによって、目標空気量に対する実際の吸入空気量の応答感度を自在に調整することができる。ここでのエア逆モデルのパラメータの設定は可変であり、目標空気量の急増に対してスロットルをオーバーシュートさせるような設定がデフォルトとされている。
The target air amount is input to the target
制御装置2は、目標開度算出部8で算出された目標開度に従ってスロットルの操作を行う。
The
制御装置2は、上記の処理と並行して、実際のスロットル開度に基づいた推定MBTトルクの計算を実施する。推定MBTトルクとは、現在のスロットル開度の元で点火時期をMBTにセットした場合に出力できるトルク、すなわち、エンジンが潜在的に出力しうるトルクの推定値である。この推定MBTトルクは複製された要求トルクとともにトルク効率算出部10に入力される。トルク効率算出部10では、要求トルクの推定MBTトルクに対する比率がトルク効率として算出される。トルク効率は、現在のスロットル開度のもとで要求トルクを達成するように点火時期を操作した場合の推定効率であり、定常状態においては要求効率に一致する。
In parallel with the above process, the
トルク効率算出部10で計算されたトルク効率は、トルク効率上限ガード部16を通ってから目標点火時期算出部12に指示効率として入力される。トルク効率上限ガード部16は、目標点火時期算出部12に入力される指示効率の最大値を上限ガード効率によって制限する。上限ガード効率の値は可変であって、そのデフォルトは1に設定されている。
The torque efficiency calculated by the torque
目標点火時期算出部12は、エンジン回転数や空気量等のエンジン情報からMBTを計算するとともに、入力された指示効率からMBTに対する遅角量を計算し、それらを足しあわせたものを目標点火時期として算出する。遅角量の計算においては、指示効率が1であれば遅角量はゼロとされ、指示効率が1よりも小さいほど遅角量は大きくされる。
The target ignition timing
制御装置2は、目標点火時期算出部12で算出された目標点火時期に従って点火装置の操作を行う。
The
以上がエンジンのトルク制御に関係する要素4,6,8,10,12,14,16の機能についての説明である。次に、エンジンのノック制御に関係する要素18、14,16,6の機能について説明する。
The above is the description of the functions of the
ノック制御部18は、ノックセンサ(図示省略)が発する信号を取得し、その信号からエンジンにノックが発生したかどうかを判定する。ノックが発生した場合、ノック制御部18は、トルク効率上限ガード部16の上限ガード効率として、1よりも小さい値のノック効率をセットする。これにより、目標点火時期算出部12に入力される指示効率の値は1よりも小さい値に制限されることとなり、点火時期のMBTに対する遅角が行われる。なお、ノック効率の値は、発生しているノックの強度(ノックレベル)が高いほど大きい値に設定される。
Knock
また、ノック制御部18は、ノックが発生した場合には、上記のノック効率を要求効率上限ガード部14の上限ガード効率にもセットする。これにより、空気制御用目標トルク算出部4に入力される要求効率の値は1よりも小さい値に制限されることとなり、空気制御用目標トルクは要求トルクよりも嵩上げされる。その嵩上げ量は、点火時期の遅角によるトルクの低下分に等しい。したがって、目標空気量算出部6で算出される目標空気量は、点火時期の遅角によるトルクの低下を補うように増大せしめられることになる。
When knocking occurs, the
さらに、ノック制御部18は、ノックが発生した場合には、目標開度算出部8に対してスロットルのオーバーシュートの禁止を要求する。この禁止要求を受けて、目標開度算出部8は、デフォルトの設定から目標空気量の急増に対してスロットルをオーバーシュートさせない設定へと、エア逆モデルのパラメータの設定を変更する。これにより、目標開度に従いスロットルを操作したときに吸入空気量が急増することは回避され、吸入空気量の急増によってノックの発生が助長されることは防止される。
Further, when knocking occurs, the
ここで、制御装置2におけるスロットル操作のための一連の処理の流れをフローチャートにまとめると、図2のようになる。
Here, a flow of a series of processes for throttle operation in the
図2のフローチャートによれば、最初のステップS2において要求トルクが取得され、ステップS4において要求効率が取得される。そして、次のステップS6において要求トルクと要求効率とから空気制御用目標トルクが算出される。さらに次のステップS8において空気制御用目標トルクから目標空気量が算出される。 According to the flowchart of FIG. 2, the required torque is acquired in the first step S2, and the required efficiency is acquired in step S4. In the next step S6, the target torque for air control is calculated from the required torque and the required efficiency. In the next step S8, the target air amount is calculated from the air control target torque.
次に実施する処理は、ノックの防止のための点火時期の遅角(ノック遅角)の有無によって異なる。ノック遅角が無い場合には、ステップS10の判定がNoとなり、そのままステップS14において目標空気量から目標開度が算出される。 The processing to be performed next differs depending on whether or not the ignition timing is retarded (knock retard) for preventing knock. If there is no knock retardation, the determination in step S10 is No, and the target opening is calculated from the target air amount as it is in step S14.
一方、ノック遅角が有る場合には、ステップS10の判定がYesとなり、ステップS12においてスロットルのオーバーシュートが禁止される。具体的には、エア逆モデルのパラメータの設定が、目標空気量の急増に対してスロットルをオーバーシュートさせない設定に変更される。そして、次のステップS14において目標空気量から目標開度が算出される。 On the other hand, if there is a knock retardation, the determination in step S10 is Yes, and throttle overshoot is prohibited in step S12. Specifically, the parameter setting of the air inverse model is changed to a setting that does not overshoot the throttle with respect to the sudden increase in the target air amount. Then, in the next step S14, the target opening is calculated from the target air amount.
最後に、本実施の形態の制御装置2の機能によって得られるノック制御上の効果について図3を用いて説明する。
Finally, the effect on the knock control obtained by the function of the
図3は、ノックが発生した場合の本実施の形態の制御装置2による制御結果と、従来の制御装置による制御結果とを比較して示している。図3において比較されている制御結果は、トルク、点火時期、ノックレベル、吸入空気量及びスロットル開度の各時間変化である。実線が本実施の形態の制御装置2による制御結果であり、破線が従来の制御装置による制御結果である。
FIG. 3 shows a comparison between the control result by the
まず、最下段のスロットル開度の比較から分かるように、従来の制御装置では目標空気量の急増に応じてスロットルのオーバーシュート操作が行われるのに対し、本実施の形態の制御装置2ではそのような操作は行われない。このため、吸入空気量の比較から分かるように、従来の制御装置では吸入空気量の急増を招いてしまうのに対し、本実施の形態の制御装置2では吸入空気量を徐々に増加させることができる。
First, as can be seen from the comparison of the throttle opening at the lowest stage, in the conventional control device, the throttle overshoot operation is performed in response to the rapid increase of the target air amount, whereas in the
その結果、ノックレベルの比較から分かるように、従来の制御装置ではノックの発生が助長されてしまうのに対し、本実施の形態の制御装置2ではノックの発生が助長されることはない。ノックの発生が助長されることで、従来の制御装置では点火時期の遅角が進むこととなり、結果、トルクの荒れによって要求トルクを実現できなくなってしまう可能性がある。一方、本実施の形態の制御装置2によれば、一時的なトルクの低下は生じたとしても、ノックを速やかに終息させることが可能であり、結果として要求トルクを高い満足度で実現することができる。
As a result, as can be seen from the comparison of the knock levels, the occurrence of knock is promoted in the conventional control device, whereas the occurrence of knock is not promoted in the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
2 制御装置
4 空気制御用目標トルク算出部
6 目標空気量算出部
8 目標開度算出部
10 トルク効率算出部
12 目標点火時期算出部
14 要求効率上限ガード部
16 トルク効率上限ガード部
18 ノック制御部
2 Control device 4 Air control target
Claims (1)
所定の遅角条件が満たされた場合、点火時期を遅角する点火時期遅角手段と、
点火時期の遅角に伴うトルクの低下を吸入空気量の増加によって補償するように、点火時期の変化に連動して目標空気量を変化させる目標空気量設定手段と、
目標空気量に従ってスロットルを操作する手段であって、目標空気量が急増した場合、前記スロットルを一旦オーバーシュートさせてから目標空気量に対応する定常開度に収束させるスロットル操作手段と、
前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角がノックを防止するための遅角である場合、前記スロットル操作手段によるスロットルのオーバーシュート操作を禁止するオーバーシュート操作禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 In a control device for an internal combustion engine capable of controlling torque by the amount of intake air and ignition timing,
An ignition timing retarding means for retarding the ignition timing when a predetermined retarding condition is satisfied;
A target air amount setting means for changing the target air amount in conjunction with a change in the ignition timing so as to compensate for a decrease in torque due to the retard of the ignition timing by an increase in the intake air amount;
Means for operating the throttle according to the target air amount, and when the target air amount suddenly increases, the throttle operating means for once overshooting the throttle and then converging to a steady opening corresponding to the target air amount;
When the ignition timing retarded by the ignition timing retarding means is a retard for preventing knocking, overshoot operation prohibiting means for prohibiting the throttle overshoot operation by the throttle operating means;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
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