JP2007056698A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は内燃機関の制御装置に関し、アクセル操作に対するトルクの応答性を車両の運転状態に応じて可変にする。
【解決手段】 アクセル急操作の検出時には、アクセル開度θ_Aに応じてスロットル開度の仮目標値θ’を算出する。また、仮想吸気系モデルにおけるスロットル開度とサージタンク内圧力の圧力変化との関係を用いて、実際のサージタンク内圧力Ｐ_outと筒内吸入空気量ｍ_vを前提として仮目標値θ’に応じた目標圧力変化ΔＰ_out’を算出する。仮想吸気系モデルにおける仮想サージタンク容積係数ｎは、アクセル開度θ_A等の車両の運転状態に応じて設定する。そして、実際のサージタンク容積のもとで前記目標圧力変化ΔＰ_out’を実現するように、サージタンク内圧力Ｐ_out及び筒内吸入空気量ｍ_vに応じて目標スロットル開度θを設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の制御技術に関し、特に、アクセル操作に対する内燃機関のトルク特性を改善するためのスロットルの制御技術に関する。

スロットルの下流にサージタンクを有する内燃機関の場合、アクセル操作に対するトルクの応答性はサージタンクの容積によって決まる。具体的には、サージタンク容積が大きいほど、スロットル流量の変化に対するサージタンク内部の圧力変化は少なくなるため、トルクの変化も小さくなる。つまり、アクセル操作に対するトルク応答は緩慢なものになる。逆に、サージタンク容積が小さいほど、サージタンク内部の圧力変化は大きくなるため、トルク応答は急なものになる。

したがって、アクセル操作に対するトルクの応答性をアクセル操作量や操作速度、車速、変速機の変速比等、車両の運転状態に応じて可変にしたい場合には、車両の運転状態に応じてサージタンクの容積を変化させればよい。しかし、サージタンク容積を可変にすると、装置の複雑化によってコスト増を招いてしまう。このため、サージタンク容積は一定のまま、アクセル操作に対するトルクの応答性を変化させることが可能な技術が求められている。

特許文献１には、アクセル操作量を１次遅れフィルタによって処理したものをスロットル開度とし、１次遅れフィルタの時定数を変速機の変速状態やアクセル操作速度に応じて可変とした技術が記載されている。この技術によれば、時定数を小さく設定することで、アクセル操作量に対するスロットル開度の変化を敏感にしてトルクの応答性を高めることができ、逆に時定数を大きく設定することで、応答遅れを大きくしてトルクショックを低減できるとされている。
特開平１−１１１５４３号公報 特開平９−３１０６３７号公報

しかしながら、アクセル操作量を１次遅れフィルタによって処理したものをスロットル開度とすると、アクセル操作量がステップ状に変化したにもかかわらず、スロットル開度はステップ状には変化せずに徐々に変化することになる。内燃機関のトルクはサージタンク内の圧力が変化することによって変化するが、スロットル流量が変化しなければ、サージタンク内圧力は変化しない。このため、特許文献１に記載の技術では、アクセル操作にトルクが応答しない実質的な無反応時間ができてしまい、必ずしもサージタンク容積を可変とした場合のような理想のトルク応答が得られるとはいえない。

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、アクセル操作に対するトルクの応答性を車両の運転状態に応じて可変にした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、
アクセル操作量を測定するアクセル操作量測定手段と、
アクセル操作量に応じたスロットル開度の目標値を算出する目標開度算出手段と、
アクセルの急操作を検出する急操作検出手段と、
車両の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
アクセル急操作の検出時には、車両の運転状態に応じて前記目標値を補正した補正目標値を初期値とし、前記補正目標値から前記目標値へスロットル開度を徐々に変化させるスロットル制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記スロットル制御手段は、
実際のサージタンク内圧力を測定或いは推定する手段と、
サージタンクから筒内に吸入される空気量を測定或いは推定する手段と、
仮想のサージタンク容積を有する仮想の吸気系モデルを含み、前記仮想吸気系モデルにおけるスロットル開度とサージタンク内圧力の圧力変化との関係を用いて、測定或いは推定された実際のサージタンク内圧力及び筒内吸入空気量を前提として前記目標値に応じた目標圧力変化を算出する手段と、
車両の運転状態に応じて前記仮想サージタンク容積を設定する手段とを備え、
アクセル急操作の検出時には、実際のサージタンク容積のもとで前記目標圧力変化を実現するように、測定或いは推定されたサージタンク内圧力及び筒内吸入空気量に応じてスロットル開度を制御することで、前記仮想サージタンク容積に応じて決まる初期値から前記目標値へスロットル開度を徐々に変化させることを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記スロットル制御手段は、スロットルの上流圧を測定或いは推定する手段をさらに備え、測定或いは推定されたスロットル上流圧にも応じてスロットル開度を制御することを特徴としている。

第４の発明は、第１の発明において、
前記スロットル制御手段は、車両の運転状態に応じて設定される補正係数を前記目標値に乗算したものを前記補正目標値として算出することを特徴としている。

第５の発明は、第４の発明において、
前記スロットル制御手段は、前記目標値と前記補正目標値との差分を一次遅れフィルタにより処理することにより前記補正目標値から前記目標値へスロットル開度を徐々に変化させ、前記一次遅れフィルタの時定数は車両の運転状態に応じて設定することを特徴としている。

第１の発明によれば、アクセル急操作の検出時、スロットル開度はアクセル操作量から決まる目標値に設定されるのではなく、先ず、車両の運転状態に応じて補正された補正目標値に設定され、補正目標値から目標値へ徐々に変化させられる。これにより、筒内に吸入される空気量は車両の運転状態に応じた変化を示すようになり、アクセル操作に対するトルクの応答性を車両の運転状態に応じたものにすることができる。例えば、補正目標値を本来の目標値よりも小さい値に設定すれば、アクセル操作に対するトルク応答を緩慢にすることができる。逆に、補正目標値を本来の目標値よりも大きい値に設定すれば、アクセル操作に対するトルク応答を急にすることができる。

スロットルの下流にサージタンクを有する内燃機関の場合、アクセル操作に対するトルクの応答性は、サージタンク内圧力がどのように変化するかによって決まる。第２の発明によれば、仮想吸気系モデルで得られるサージタンク内圧力の圧力変化を目標圧力変化としてスロットル開度が制御されるので、仮想吸気系モデルを有する内燃機関と同等の応答性を実現することができる。仮想吸気系モデルを有する内燃機関のアクセル操作に対するトルクの応答性は、仮想サージタンク容積で決まり、仮想サージタンク容積を大きく設定すれば、アクセル操作に対するトルク応答を緩慢にすることができる。この場合、スロットル開度の初期値（補正目標値）は、本来の目標値よりも小さい値に設定されることになる。逆に、仮想サージタンク容積を小さく設定すれば、アクセル操作に対するトルク応答を急にすることができる。この場合、スロットル開度の初期値（補正目標値）は、本来の目標値よりも大きい値に設定されることになる。

第３の発明によれば、スロットル開度を制御するためのパラメータとしてスロットル上流圧も考慮に入れることで、スロットル上流圧が変化する場合、例えば、過給機付きの内燃機関であっても、車両の運転状態に応じたトルク特性を実現するためのスロットル制御を正確に行うことが可能になる。

また、第４の発明によれば、補正係数を１よりも小さい値に設定することで、アクセル操作に対するトルク応答を緩慢にすることができる。逆に、補正係数を１よりも大きい値に設定すれば、アクセル操作に対するトルク応答を急にすることができる。この補正係数を車両の運転状態に応じて設定することにより、車両の運転状態に応じたトルク特性を実現することができる。

第５の発明によれば、一次遅れフィルタの時定数を大きく設定することで、スロットル開度の変化を緩慢にすることができ、一次遅れフィルタの時定数を小さく設定することで、スロットル開度の変化を急にすることができる。この時定数を車両の運転状態に応じて設定することにより、車両の運転状態により合致したトルク特性を実現することができる。

実施の形態．
以下、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関（以下、エンジンという）の概略構成図である。図１に示すように、本エンジンは、エンジン本体２に接続される吸気通路４と排気通路８を備えている。吸気通路４の途中にはサージタンク６が形成され、サージタンク６からエンジン本体２の各気筒へ空気が分配されるようになっている。吸気通路４におけるサージタンク６の上流には、電子制御式のスロットル１２が配置されている。

本エンジンは、その運転を制御するためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０を備えている。ＥＣＵ２０の出力側にはスロットル１２等の種々の機器が接続され、ＥＣＵ２０の入力側には種々のセンサ類が接続されている。本エンジンでは、サージタンク６にスロットル下流圧センサ３４が設けられている。スロットル下流圧センサ３４は、スロットル１２の下流側における圧力（サージタンク内圧力）Ｐ_OUTに応じた信号を出力する。また、吸気通路４におけるスロットル１２の上流には、スロットル１２の上流側における圧力Ｐ_INに応じた信号を出力するスロットル上流圧センサ３２が設けられている。さらに、アクセルの開度（アクセル操作量）θ_Aに応じた信号を出力するアクセル開度センサ３０も備えられている。なお、ＥＣＵ２０には、これらの機器やセンサ以外にも複数の機器やセンサが接続されているが、ここではその説明は省略する。ＥＣＵ２０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。

制御装置としてのＥＣＵ２０の機能の一つとして、アクセルの開度θ_Aに応じてスロットル１２の開度を制御するスロットル制御がある。本実施形態では、アクセル操作に対するトルクの応答性をアクセル開度θ_Aに応じて可変とするよう、スロットル開度の制御が行われる。

本実施形態にかかるスロットル制御では、仮想のサージタンク容積を有する仮想の吸気系モデルを用い、この仮想の吸気系モデルで得られるサージタンク内圧力の変化を目標圧力変化としてスロットル１２を制御するようにしている。アクセル操作に対するトルクの応答性は、サージタンク内圧力がどのように変化するかによって決まり、サージタンク内圧力の変化はサージタンク容積に依存する。したがって、仮想サージタンク容積をアクセル開度θ_Aに応じて設定すれば、仮想吸気系モデルにおけるサージタンク内圧力はアクセル開度θ_Aに応じた変化を示すようになり、それを目標圧力変化としてスロットル１２を制御することで、アクセル開度θ_Aに応じたトルク応答を実現することができる。

スロットル制御を行う場合のＥＣＵ２０の動作は、図２のブロック図を用いて説明することができる。図２に示すように、スロットル制御時のＥＣＵ２０は、仮目標スロットル開度を算出する第１の演算部２２、仮想吸気系モデルの仮想サージタンク容積係数を設定する第２の演算部２４、筒内吸入空気量を算出する第３の演算部２９、仮想吸気系モデルを用いてサージタンク６内の目標圧力変化を算出する第４の演算部２６、そして、目標スロットル開度を算出する第５の演算部２８として動作する。

アクセル開度センサ３０の信号からアクセルの急操作が検出された場合、ＥＣＵ２０は、先ず、第１の演算部２２として動作する。ＥＣＵ２０は、定常状態でのアクセル開度θ_Aとスロットル開度θ’との関係を規定したマップを有している。このマップは、従来のスロットル制御において、アクセル開度から目標スロットル開度を決定するために用いられていた。つまり、従来のスロットル制御では、アクセル開度θ_Aに応じたスロットル開度θ’がマップから読み出され、それがそのまま目標スロットル開度として設定されていた。これに対し、本エンジンによるスロットル制御では、ＥＣＵ２０は、このマップを参照して急操作後のアクセル開度θ_Aに応じたスロットル開度θ’を求め、これをそのまま目標スロットル開度とするのではなく、仮目標スロットル開度として設定する。

また、ＥＣＵ２０は、第１の演算部２２として動作すると同時に第２の演算部２４としても動作する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度θ_Aと仮想サージタンク容積係数ｎとの関係を規定したマップを有している。この仮想サージタンク容積係数ｎは、仮想吸気系モデルにおけるサージタンクの容積と実際のサージタンク６の容積との比である。ｎ＞１であれば、仮想サージタンク容積は実際のサージタンク容積よりも大きく、ｎ＜１であれば、仮想サージタンク容積は実際のサージタンク容積よりも小さい。ｎ＝１であれば、仮想サージタンク容積は実際のサージタンク容積に等しい。本実施形態では、図２中に示すように、アクセル開度θ_Aが比較的小さい間は、ｎ＞１に設定され、アクセル開度θ_Aが比較的大きくなったら、ｎ＝１に設定されている。ＥＣＵ２０は、このマップを参照して急操作後のアクセル開度θ_Aに応じた仮想サージタンク容積係数ｎを設定する。

ＥＣＵ２０は、第１の演算部２２及び第２の演算部２４として動作した後、第３の演算部２９、第４の演算部２６及び第５の演算部２８として動作する。ＥＣＵ２０の第３の演算部２９としての動作では、エンジン回転数、筒内圧、バルブタイミング等に基づき、サージタンク６からエンジン本体２に吸入される空気量（筒内吸入空気量）ｍ_v(g/sec)が算出される。算出された筒内吸入空気量ｍ_vは、第４の演算部２６及び第５の演算部２８での演算に用いられる。

ＥＣＵ２０が第４の演算部２６として動作する場合、ＥＣＵ２０は、前述の仮想吸気系モデルを用いてサージタンク６内の目標圧力変化を算出する。仮想吸気系モデルにおけるサージタンク内圧力の変化ΔＰ_OUT’は、筒内吸入空気量ｍ_v、スロットル流量ｍ_t’、仮想サージタンク容積係数ｎを用いて下式（１）によって表すことができる。筒内吸入空気量ｍ_vには、第３の演算部２９で算出された空気量を代入し、仮想サージタンク容積係数ｎには、第２の演算部２４で設定された値を代入する。なお、Ｖ_mはサージタンク６の容積、Ｔはサージタンク６内の空気温度を示している。

上記式（１）で用いられる仮想吸気系モデルのスロットル流量ｍ_t’は、スロットル開度θ’、スロットル下流圧Ｐ_OUT、スロットル上流圧Ｐ_INをノズルの式として知られている下式（２）に代入することで算出することができる。なお、スロットル開度θ’には、第１の演算部２２で設定された仮目標スロットル開度θ’を代入する。また、スロットル下流圧Ｐ_OUTには、実際にスロットル下流圧センサ３４の信号から測定された圧力を代入し、スロットル上流圧Ｐ_INには、実際にスロットル上流圧センサ３２の信号から測定された圧力を代入する。

上記の式（２）において、Ｂは流量係数を含むスロットル開度の関数であり、変数ｘに対して図３に示すような対応関係を示す。また、Φは以下の式（３）で表される関数であり、変数ｘに対して図４に示すような対応関係を示す。下式（３）におけるｋは空気の比熱比である。

アクセル操作に対するトルクの応答性は、サージタンク内圧力がどのように変化するかによって決まる。したがって、本エンジンにおいて仮想吸気系モデルを有するエンジンと同等の応答性を実現するためには、実際のサージタンク６内の圧力が仮想吸気系モデルにおけるサージタンク内圧力変化と同じ変化を示すようにスロットル１２を制御すればよい。つまり、仮想吸気系モデルにおけるサージタンク内圧力変化を目標圧力変化としてスロットル１２を制御すればよい。ＥＣＵ２０は、式（１）で表されるサージタンク内圧力変化ΔＰ_OUT’を目標圧力変化として設定する。

次に、ＥＣＵ２０は第５の演算部２８として動作する。本エンジンにおけるサージタンク６内の圧力変化ΔＰ_OUTは、筒内吸入空気量ｍ_vとスロットル流量ｍ_tを用いて下式（４）によって表すことができる。筒内吸入空気量ｍ_vには、第３の演算部２９で算出された空気量を代入する。

上記式（４）で用いられるスロットル流量ｍ_tは、スロットル１２の開度に依存する。本エンジンにおいて設定されるスロットル開度をθとすると、スロットル流量ｍ_tは、スロットル開度θと、各センサ３４，３２の信号から測定されるスロットル下流圧Ｐ_OUT及びスロットル上流圧Ｐ_INを用いて下式（５）によって表すことができる。

本エンジンにおいて仮想吸気系モデルを有するエンジンと同等の応答性を実現するためには、サージタンク内圧力変化ΔＰ_OUTを目標圧力変化ΔＰ_OUT’に一致させる必要がある。つまり、以下の式（６）を成立させる必要がある。

上記の式（６）を成立させるには、本エンジンにおけるスロットル流量ｍ_tを、仮想吸気系モデルのスロットル流量ｍ_t’との関係で以下の式（７）が成立するように制御すればよい。

上記の式（７）を成立させるスロットル開度θは、以下の式（８）によって求めることができる。式（８）におけるＢ^-1は、Ｂの逆関数を示している。ＥＣＵ２０は、式（８）によって算出されるスロットル開度θを目標スロットル開度として設定する。

以上のようにして算出される目標スロットル開度θに従い、ＥＣＵ２０によるスロットル１２の制御が行われる。ＥＣＵ２０によるスロットル制御の結果を図５に示す。図５は、加速時のアクセル開度（Ａ）の変化に対する、スロットル開度（Ｂ）、トルク（Ｃ）、サージタンク内圧力（Ｄ）の各変化を、本エンジンによるスロットル制御と、従来のスロットル制御とで比較した図である。なお、図中、太い実線は本エンジンによる緩加速時のスロットル制御の結果を示し、細い破線は従来の緩加速時のスロットル制御の結果を示している。また、図中の太い点線は本エンジンによる急加速時のスロットル制御の結果を示している。

本エンジンによるスロットル制御では、上述のように、仮想のサージタンク容積を有する仮想の吸気系モデルを用い、この仮想の吸気系モデルで得られるサージタンク内圧力の変化を目標圧力変化としてスロットル１２が制御される。これによれば、アクセルが踏み込まれた時の目標スロットル開度θの初期値は、アクセル開度θ_Aに応じて設定されたスロットル開度（仮目標スロットル開度）θ’そのものではなく、仮想吸気系モデルを用いて仮目標スロットル開度θ’を補正したものとなる。目標スロットル開度θの初期値は仮想吸気系モデルにおける仮想サージタンク容積係数ｎに応じて決まり、仮想サージタンク容積係数ｎに応じて決まる初期値（補正目標値）から、最終的な目標値（仮目標スロットル開度θ’）まで、スロットル開度は徐々に変更されていく。

仮想サージタンク容積係数ｎが１よりも大きく設定される場合、つまり、踏み込み時のアクセル開度が比較的小さい緩加速時には、図５中に実太線で示すように、アクセルが踏み込まれたとき、スロットル１２は従来のスロットル制御によるスロットル開度（図中に細破線で示す）よりも小さく開かれる。そして、徐々に、従来のスロットル制御によるスロットル開度まで大きく開かれていく。これは、サージタンク容積の大きいエンジンにおけるサージタンク内圧力の圧力変化を目標圧力変化として、スロットル開度が制御されるからである。

アクセル踏み込み時の初期スロットル開度が小さく設定されることで、本エンジンによれば、アクセル踏み込み直後のスロットル流量の増大を抑えることができ、サージタンク容積の大きいエンジンのように、サージタンク内圧力の上昇は緩やかなものになる。その結果、アクセル操作に対するトルク応答は緩慢なものになり、トルクショックを低減することができる。その後、スロットル１２は、小さく設定された初期スロットル開度から、アクセル開度に応じた本来のスロットル開度（仮目標スロットル開度θ’）に向けて徐々に開かれていくので、最終的にはアクセル開度に応じたトルク、つまり、ドライバの要求するトルクを得ることができる。

一方、本エンジンによる急加速時のスロットル制御では、アクセルの踏み込み時から、スロットル１２は従来のエンジンによるスロットル開度と同開度まで開かれる。これは、急加速時、つまり、踏み込み時のアクセル開度が比較的大きい場合には、仮想サージタンク容積係数ｎが１に設定されることで、式（８）により定まる目標スロットル開度θはアクセル開度θ_Aに応じて設定された仮目標スロットル開度θ’に等しくなるからである。この場合は、アクセルの踏み込み直後からアクセル開度に応じた本来のスロットル開度までスロットル１２が開かれることで、サージタンク内圧力は速やかに上昇していく。その結果、トルクはアクセル操作に対して従来のエンジンと同様の応答を示し、ドライバの加速要求に応えることが可能になる。

なお、上記実施の形態では、仮想サージタンク容積係数ｎの最小値を１に制限にしているが、１よりも小さい値に設定してもよい。例えば、第２の演算部２４で使用するマップにおいて、アクセル開度θ_Aが比較的小さい場合はｎ＞１に設定し、アクセル開度θ_Aが中央値付近の場合はｎ＝１に設定し、アクセル開度θ_Aが比較的大きい場合はｎ＜１に設定してもよい。

仮想サージタンク容積係数ｎを１よりも小さく設定した場合には、図６に示すように、アクセルが踏み込まれたとき、スロットル１２は最初大きく開かれ、アクセル開度に応じた本来のスロットル開度（仮目標スロットル開度θ’）に向けて徐々に閉じられていく。これは、サージタンク容積の小さいエンジンにおけるサージタンク内圧力の圧力変化を目標圧力変化として、スロットル開度が制御されるからである。この場合は、アクセル踏み込み時の初期スロットル開度が大きく設定されることで、アクセル踏み込み直後のスロットル流量を増大させることができ、サージタンク容積の小さいエンジンのように、サージタンク内圧力は速やかに上昇する。これにより、アクセル操作に対するトルクの応答性を向上させることができる。

上記実施の形態では、第１の発明の「目標開度算出手段」、「急操作検出手段」、「運転状態取得手段」及び「スロットル制御手段」は、何れも、ＥＣＵ２０の機能の１つとして実現されている。

実施の形態２．
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本発明の実施の形態としての制御装置は、実施の形態１にかかる内燃機関の構成において、図２に示すブロック図に代えて、図７に示すブロック図に示すようにＥＣＵ２０を動作させることで実現することができる。

図７のブロック図は、本実施形態においてＥＣＵ２０がスロットル制御を行う場合の動作を示したものである。図７に示すように、本実施形態では、スロットル制御時のＥＣＵ２０は、仮目標スロットル開度を算出する第１の演算部４２、補正係数を設定する第２の演算部４４、１次遅れフィルタのフィルタ係数を設定する第３の演算部４６、そして、目標スロットル開度を算出する第４の演算部４８として動作する。

アクセル開度センサ３０の信号からアクセルの急操作が検出された場合、ＥＣＵ２０は、先ず、第１の演算部４２として動作する。第１の演算部４２として動作は、実施の形態１にかかる第１の演算部２２としての動作と同じである。すなわち、ＥＣＵ２０は、図中に示すマップを参照して急操作後のアクセル開度θ_Aに応じたスロットル開度θ’を求め、これを仮目標スロットル開度として設定する。

また、ＥＣＵ２０は、第１の演算部４２として動作すると同時に、第２の演算部４４及び第３の演算部４６としても動作する。ＥＣＵ２０の第２の演算部４４としての動作では、マップ（図示略）を参照して急操作後のアクセル開度θ_Aに応じた補正係数ｋが設定される。ＥＣＵ２０の第３の演算部４６としての動作では、別のマップ（図示略）を参照して急操作後のアクセル開度θ_Aに応じたフィルタ係数ｊが設定される。設定された補正係数ｋ及びフィルタ係数ｊは、次に説明するＥＣＵ２０の第４の演算部４８としての動作において使用される。

ＥＣＵ２０は、第１の演算部４２、第２の演算部４４及び第３の演算部４６として動作した後、第４の演算部４８として動作する。ＥＣＵ２０が第４の演算部４８として動作する場合、ＥＣＵ２０は、先ず、下式（９）に示すように、第１の演算部４２で設定された仮目標スロットル開度θ’に補正係数ｋを乗算することで、初期スロットル開度θ_kを算出する。この初期スロットル開度θ_kは、アクセルが踏み込まれた時の目標スロットル開度の初期値である。本実施形態では、アクセル開度θ_Aが比較的小さい間はｋ＜１に設定され、アクセル開度θ_Aが比較的大きくなったらｋ＝１に設定されるものとする。或いは、アクセル開度θ_Aが比較的小さい間はｋ＜１に設定され、アクセル開度θ_Aが中央値付近ではｋ＝１に設定され、アクセル開度θ_Aが比較的大きくなったらｋ＞１に設定されるようにしてもよい。

ＥＣＵ２０は、次に、下式（１０）に示すように、仮目標スロットル開度θ’と初期スロットル開度θ_kとの差分(1-k)θ’を１次遅れフィルタによって処理することで、スロットル開度変化量θ_fを算出する。式（１０）において、θ_f’はスロットル開度変化量θ_fの前回値である。フィルタ係数ｊは、１次遅れフィルタの時定数の逆数に対応しており、急操作後のアクセル開度θ_Aに応じて、０よりも大きく１よりも小さい値に設定されている。式（１０）で算出されるスロットル開度変化量θ_fは、アクセル踏み込み時以降の目標スロットル開度の変化量を示している。

そして、ＥＣＵ２０は、下式（１１）に示すように、初期スロットル開度θ_kにスロットル開度変化量θ_fを加算したものを、目標スロットル開度θとして算出する。

以上のようにして算出される目標スロットル開度θに従い、ＥＣＵ２０によるスロットル１２の制御が行われる。ＥＣＵ２０によるスロットル制御の結果を図８に示す。図８は、加速時のアクセル開度（Ａ）の変化に対する、スロットル開度（Ｂ）、トルク（Ｃ）、サージタンク内圧力（Ｄ）の各変化を、本エンジンによるスロットル制御と、従来のスロットル制御とで比較した図である。なお、図中、太い実線は本エンジンによる緩加速時のスロットル制御の結果を示し、細い破線は従来の緩加速時のスロットル制御の結果を示している。

前述の実施の形態１にかかるスロットル制御では、仮想吸気系モデルで得られるサージタンク内圧力の変化を目標圧力変化としてスロットル１２を制御することで、結果的に、目標スロットル開度の初期値が仮想サージタンク容積係数ｎに応じて補正されるようになっている。これに対し、本エンジンによるスロットル制御では、上述のように、アクセル開度θ_Aから決まる目標値（仮目標スロットル開度θ’）に補正係数ｋを掛けることで、目標値を直接補正し、補正した目標値を初期スロットル開度θ_kとして設定している。これによれば、補正係数ｋの設定によって、アクセル操作に対するトルクの初期応答を可変にすることができる。

補正係数ｋが１よりも小さく設定される場合、つまり、踏み込み時のアクセル開度が比較的小さい緩加速時には、図８中に実太線で示すように、アクセルが踏み込まれたとき、スロットル１２は従来のスロットル制御によるスロットル開度（図中に細破線で示す）よりも小さく開かれる。これにより、アクセル踏み込み直後のサージタンク内圧力の立ち上がりを抑えてトルクショックを低減することができる。また、アクセル踏み込み直後からサージタンク内圧力に変化が生じることで、アクセル操作にトルクが応答しない実質的な無反応時間が生じることは防止される。

また、前述の実施の形態１にかかるスロットル制御では、仮想吸気系モデルで得られるサージタンク内圧力の変化を目標圧力変化としてスロットル１２を制御することで、結果的に、スロットル開度はアクセル開度θ_Aから決まる目標値（仮目標スロットル開度θ’）に向けて徐々に変化していく。これに対し、本エンジンによるスロットル制御では、上述のように、仮目標スロットル開度θ’と初期スロットル開度θ_kとの差分(1-k)θ’を１次遅れフィルタによって処理することで、初期スロットル開度θ_kから仮目標スロットル開度θ’に向けてスロットル開度を徐々に変化させるようになっている。これによれば、フィルタ係数ｊの設定によって、初期応答後のトルク変化を可変にすることができる。

本実施形態では、アクセル開度θ_Aに応じてフィルタ係数ｊを設定することで、アクセル開度θ_Aに応じたトルク変化を実現している。フィルタ係数ｊを小さい値に設定するほど（ただし、ｊ＞０）、初期スロットル開度θ_kから仮目標スロットル開度θ’へのスロットル開度の変化は遅くなり、フィルタ係数ｊを大きい値に設定するほど（ただし、ｊ＜１）、スロットル開度の変化は速くなる。フィルタ係数ｊを適切な値に設定することで、図８に示すように、サージタンク内圧力を緩やかに上昇させることができる。その結果、初期応答後のトルク変化を緩慢なものにしてトルクショックを低減することができる。

上記実施の形態では、第１の発明の「目標開度算出手段」、「急操作検出手段」、「運転状態取得手段」及び「スロットル制御手段」は、何れも、ＥＣＵ２０の機能の１つとして実現されている。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記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。例えば、次のように変形して実施してもよい。

実施の形態１では、アクセル開度θ_Aに応じて仮想サージタンク容積係数ｎを設定しているが、アクセル開度以外の車両の運転状態、例えば、アクセル操作速度（アクセル開度の変化速度）、変速機の変速比、或いは車速等に応じて仮想サージタンク容積係数ｎを設定してもよい。同様に、実施の形態２では、アクセル開度θ_Aに応じて補正係数ｋ及びフィルタ係数ｊを設定しているが、アクセル操作速度、変速機の変速比、或いは車速等に応じて補正係数ｋやフィルタ係数ｊを設定してもよい。

上記の各実施の形態にかかるスロットル制御は、図１に示すような自然吸気エンジンのみならず過給機付きエンジンにも適用できる。また、実施の形態１では、スロットル１２の上流側における圧力Ｐ_INをスロットル上流圧センサ３２の信号から測定しているが、自然吸気エンジンの場合には、スロットル上流圧センサ３２は省略してスロットル上流圧Ｐ_INを大気圧で近似してもよい。

また、実施の形態１で、エンジン回転数等から筒内吸入空気量ｍ_vを推定しているが、サージタンク６と各気筒とを接続する吸気管毎にエアフローメータを設け、各エアフローメータの信号から筒内吸入空気量ｍ_vを測定するようにしてもよい。また、エンジン本体２から排気通路８に排出される排気ガス量を測定し、排気ガス量から筒内吸入空気量ｍ_vを推定してもよい。

実施の形態２にかかるスロットル制御は、スロットルの下流にサージタンクを有しない構造のエンジンにも適用することができる。例えば、各気筒の吸気ポートの近傍に気筒毎にスロットルを備えるエンジンにも適用可能である。また、吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を有し、吸気バルブのリフト量によって吸入空気量を制御可能なエンジンにも適用可能である。この場合は、可変動弁機構がスロットルとなり、リフト量がスロットル開度に相当する。

本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の概略構成図である。 本発明の実施の形態１におけるＥＣＵのスロットル制御時の動作を説明するためのブロック図である。 関数Ｂと変数ｘとの対応関係を示す図である。 関数Φと変数ｘとの対応関係を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる方法で目標スロットル開度を算出した場合の効果を説明するための図である。 仮想サージタンク容積係数ｎの設定と、アクセル急操作後のスロットル開度の変化との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２におけるＥＣＵのスロットル制御時の動作を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態２にかかる方法で目標スロットル開度を算出した場合の効果を説明するための図である。

符号の説明

２ エンジン本体
４ 吸気通路
６ サージタンク
８ 排気通路
１２ 電子制御式スロットル
２０ ＥＣＵ
２２ 第１の演算部
２４ 第２の演算部
２６ 第４の演算部
２８ 第５の演算部
２９ 第３の演算部
３０ アクセル開度センサ
３２ スロットル上流圧センサ
３４ スロットル下流圧センサ
４２ 第１の演算部
４４ 第２の演算部
４６ 第３の演算部
４８ 第４の演算部

Claims (5)

1. アクセル操作量を測定するアクセル操作量測定手段と、
   アクセル操作量に応じたスロットル開度の目標値を算出する目標開度算出手段と、
   アクセルの急操作を検出する急操作検出手段と、
   車両の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
   アクセル急操作の検出時には、車両の運転状態に応じて前記目標値を補正した補正目標値を初期値とし、前記補正目標値から前記目標値へスロットル開度を徐々に変化させるスロットル制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記スロットル制御手段は、
   実際のサージタンク内圧力を測定或いは推定する手段と、
   サージタンクから筒内に吸入される空気量を測定或いは推定する手段と、
   仮想のサージタンク容積を有する仮想の吸気系モデルを含み、前記仮想吸気系モデルにおけるスロットル開度とサージタンク内圧力の圧力変化との関係を用いて、測定或いは推定された実際のサージタンク内圧力及び筒内吸入空気量を前提として前記目標値に応じた目標圧力変化を算出する手段と、
   車両の運転状態に応じて前記仮想サージタンク容積を設定する手段とを備え、
   アクセル急操作の検出時には、実際のサージタンク容積のもとで前記目標圧力変化を実現するように、測定或いは推定されたサージタンク内圧力及び筒内吸入空気量に応じてスロットル開度を制御することで、前記仮想サージタンク容積に応じて決まる初期値から前記目標値へスロットル開度を徐々に変化させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記スロットル制御手段は、スロットルの上流圧を測定或いは推定する手段をさらに備え、測定或いは推定されたスロットル上流圧にも応じてスロットル開度を制御することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記スロットル制御手段は、車両の運転状態に応じて設定される補正係数を前記目標値に乗算したものを前記補正目標値として算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記スロットル制御手段は、前記目標値と前記補正目標値との差分を一次遅れフィルタにより処理することにより前記補正目標値から前記目標値へスロットル開度を徐々に変化させ、前記一次遅れフィルタの時定数は車両の運転状態に応じて設定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
   

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