JP2008286073A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、複数の要求トルクに基づいてスロットルバルブの開度を制御する場合に、スロットルバルブの過大な反応を防止することを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、複数の要求トルク出力手段からの要求トルクを集約した集約後要求トルクを算出する要求トルク集約手段と、トルク変化に対するスロットルバルブの開度変化の感度が小さい場合に集約後要求トルクの変化に応じてスロットルバルブの開度を変化させることによって実トルクを集約後要求トルクの変化に追従させる第１のトルク制御手段と、上記感度が大きい場合にスロットルバルブの開度を固定するとともに集約後要求トルクの変化に応じてスロットルバルブ以外のアクチュエータの動作量を変化させることによって実トルクを集約後要求トルクの変化に追従させる第２のトルク制御手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
特開２０００−９７０７３号公報には、内燃機関の制御装置において、目標トルクの変化に対するスロットル開度の変化が大きい領域における、目標トルクの微動に対するスロットルバルブの過大な反応を防止するための技術が開示されている。この装置では、上記領域以外では目標トルクに基づいてスロットル開度を算出し、上記領域内ではアクセル開度に基づいてスロットル開度を算出することとされている。
特開２０００−９７０７３号公報 特表２００３−５２７５１８号公報
しかしながら、目標トルクは、アクセル開度に基づく運転者の要求から出力されるだけではなく、車両運動制御などからも出力される。上記従来の技術は、その車両運動制御等の、運転者以外からの要求に対応することができないという問題がある。
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の要求トルクに基づいてスロットルバルブの開度を制御する場合に、スロットルバルブの過大な反応を防止することのできる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、
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を変化させること以外の方法で前記内燃機関のトルクを変化させることのできる少なくとも一つのアクチュエータと、
前記内燃機関に対し、個々の目的に基づいてそれぞれ要求トルクを出力する複数の要求トルク出力手段と、
前記複数の要求トルク出力手段からの要求トルクを集約した集約後要求トルクを算出する要求トルク集約手段と、
トルク変化に対する前記スロットルバルブの開度変化の感度が基準値より大きいか否かを判定する感度判定手段と、
前記感度が前記基準値より小さい場合には、前記集約後要求トルクの変化に応じて前記スロットルバルブの開度を変化させることによって実トルクを前記集約後要求トルクの変化に追従させる第１のトルク制御手段と、
前記感度が前記基準値より大きい場合には、前記スロットルバルブの開度を固定するとともに前記集約後要求トルクの変化に応じて前記アクチュエータの動作量を変化させることによって実トルクを前記集約後要求トルクの変化に追従させる第２のトルク制御手段と、
を備え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、
前記第２のトルク制御手段は、前記スロットルバルブの開度を固定する際、前記集約後要求トルクに対応する開度より大きい開度に固定することを特徴とする。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記アクチュエータとして、点火時期を可変とする点火装置、燃料噴射装置、吸気弁および／または排気弁の開弁特性を可変とする可変動弁装置、のうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする。
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記アクチュエータを複数種類備え、
前記第２のトルク制御手段は、実トルクを変化させるために用いるアクチュエータを前記複数種類のアクチュエータの中から運転状況に応じて選択することを特徴とする。
第１の発明によれば、内燃機関に対して出される複数の要求トルクを集約した集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットルバルブの開度変化の感度が大きいか否かを判定することができる。そして、その感度が小さい場合には、集約後要求トルクの変化に応じてスロットルバルブの開度を変化させることによって実トルクを集約後要求トルクの変化に追従させることができる。一方、その感度が大きい場合には、スロットルバルブの開度を固定するとともに、集約後要求トルクの変化に応じて、スロットルバルブ以外のアクチュエータの動作量を変化させることによって、実トルクを集約後要求トルクの変化に追従させることができる。このため、トルク変化に対するスロットルバルブの開度変化の感度が大きい領域であっても、スロットルバルブが過大に反応（作動）することを確実に防止することができるので、スロットルバルブの耐久性を向上し、故障等を防止することができる。
第２の発明によれば、スロットルバルブの開度を固定する際、集約後要求トルクに対応する開度より大きい開度に固定される。スロットルバルブの開度を固定した状態でスロットルバルブ以外のアクチュエータによってトルクを変化させる場合には、トルクを増加させることよりもトルクを減少させることの方が容易である。第２の発明によれば、スロットルバルブの開度を固定する場合に、集約後要求トルクに対応する開度よりも大きい開度に固定しておくことにより、実トルクを減少方向へ補正することで集約後要求トルクに追従させることができる。このため、実トルクをより正確かつ容易に集約後要求トルクに追従させることができる。
第３の発明によれば、スロットルバルブの開度を固定した場合に、点火時期、燃料噴射量、吸気弁および／または排気弁の開弁特性、のうちの少なくとも一つを変化させることによって実トルクを迅速かつ正確に集約後要求トルクに追従させることができる。
第４の発明によれば、スロットルバルブの開度を固定した場合に、実トルクを変化させるために用いるアクチュエータを複数種類のアクチュエータの中から運転状況に応じて選択することができる。このため、そのアクチュエータの動作量の変化が悪影響を及ぼすことを回避することができる。よって、その運転状況において求められる性能を向上させることができる。
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の内燃機関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、車両に搭載された内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットルバルブ２０の開度（以下、「スロットル開度」と称する）を検出するスロットルポジションセンサ２２が設けられている。また、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒２６が配置されている。
内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ２８と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ３０と、吸気弁３２と、排気弁３６とが更に設けられている。なお、本発明は、図示のようなポート噴射式機関に限らず、筒内直接噴射式機関や、ポート噴射と筒内直接噴射とを併用する機関にも適用可能である。
吸気弁３２は、吸気可変動弁装置３４によって駆動される。吸気可変動弁装置３４は、吸気弁３２の開弁特性（例えば、リフト量、作用角、開閉時期等）を変化させることができるように構成されている。
内燃機関１０のクランク軸２４の近傍には、クランク軸２４の回転角度（クランク角）を検出するためのクランク角センサ４２が設けられている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ４４が設置されている。
また、本システムは、エンジンＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。エンジンＥＣＵ（以下単に「ＥＣＵ」と称する）５０には、上述したスロットルポジションセンサ２２、クランク角センサ４２、アクセルポジションセンサ４４等の各種センサや、上述したスロットルバルブ２０、燃料インジェクタ２８、点火プラグ３０等の各種アクチュエータがそれぞれ電気的に接続されている。
本システムは、更に、車両のアンチロックブレーキシステムを制御するＡＢＳ−ＥＣＵ５２と、車両安定性制御システム（Vehicle Stability Control）を制御するＶＳＣ−ＥＣＵ５４とを備えている。
［実施の形態１の特徴］
本実施形態では、内燃機関１０に対し、複数の要求トルクが出される。この要求トルクとしては、例えば、アクセル開度に基づいて算出される運転者からの要求トルク、補機類を駆動するために要求される補機類駆動要求トルク、ＡＢＳ−ＥＣＵ５２から出力されるＡＢＳ要求トルク、ＶＳＣ−ＥＣＵ５４から出力されるＶＳＣ要求トルクなどが挙げられる。
ＥＣＵ５０は、それら複数の要求トルクに基づいて、スロットルバルブ２０に対するスロットル開度指示値を算出する。ここでは、本実施形態の作用効果を分かり易くするため、まず、比較例のスロットル開度制御方法について説明する。
（比較例のスロットル開度制御方法）
図２は、スロットル開度制御方法を説明するための図である。図２（ａ）に示すように、ここでは、要求トルクＡ，Ｂ，Ｃの三つがあるものとする。このうち、要求トルクＡは、要求トルクＢ，Ｃと比べ、振動（微小な変動）を繰り返している。
図２（ｂ）は、要求トルクＡ，Ｂ，Ｃを集約した（例えば足し合わせた）要求トルク（以下「集約後要求トルク」と称する）を示している。この集約後要求トルクは、要求トルクＡの振動に起因して、振動している。
内燃機関１０では、エンジン回転数とスロットル開度とに応じて、トルクが定まる。ＥＣＵ５０には、その関係を表すマップ（以下「トルク−スロットル開度マップ」と称する）が記憶されている。比較例においては、集約後要求トルクを、そのマップに基づいてそのままスロットル開度に変換する。図２（ｃ）中の実線は、比較例の場合のスロットル開度を示す。
一般に、内燃機関１０では、スロットルバルブ２０が全開（WOT:Wide Open Throttle）に近い領域では、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が過敏であるという性質がある。以下、このような領域をスロットル開度過敏領域と称する。
比較例の場合には、集約後要求トルクがスロットル開度過敏領域内で変動している場合であっても、集約後要求トルクがそのままスロットル開度に変換されるので、図２（ｃ）に示すように、スロットル開度の変動が過度に大きくなる。すなわち、スロットルバルブ２０が過度に反応して急激な作動を繰り返す。その結果、スロットルバルブ２０に負担がかかり、故障の原因になるなどの弊害を生ずる。
（本実施形態のスロットル開度制御方法）
図２（ｃ）中の破線は、本実施形態の場合のスロットル開度を示す。この図に示すように、本実施形態では、上記のような不都合を回避するため、スロットル開度過敏領域においては、スロットル開度を一定の値に固定することとした。そして、スロットル開度を固定している間は、スロットルバルブ２０以外のアクチュエータの動作量を変化させることによって、内燃機関１０の実際のトルク（以下「実トルク」と称する）を集約後要求トルクの変化に追従させることとした。
この場合に用いるアクチュエータとしては、例えば、点火プラグ３０を含む点火装置、燃料インジェクタ２８を含む燃料噴射装置、吸気可変動弁装置３４等が挙げられる。すなわち、スロットル開度が一定であっても、点火装置によって点火時期を変更したり、燃料噴射装置によって燃料噴射量を変更あるいはカットしたり、吸気可変動弁装置３４によって吸気弁３２の開弁特性を変化させたりすることにより、実トルクを集約後要求トルクの変化に追従させることができる。
上記のような本実施形態の方法によれば、スロットル開度過敏領域においては、スロットル開度を一定の値に固定するので、スロットル開度の変動が過大になることを確実に防止することができる。また、スロットル開度を固定している間は、点火時期を変更したり、燃料噴射量を変更あるいはカットしたり、吸気弁３２の開弁特性を変化させたりすることにより、実トルクを迅速に変化させることができるので、実トルクを集約後要求トルクの変化に精度良く追従させることができる。
［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０に対して出されている複数の要求トルクが集約（例えば足し合わせ）される（ステップ１００）。
次いで、上記ステップ１００で算出された集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いか否か、つまりスロットル開度過敏領域内であるか否かが判定される（ステップ１０２）。この処理は、例えば、集約後要求トルクが、前述したトルク−スロットル開度マップ上の所定のスロットル開度過敏領域内にあるか否かによって判定される。あるいは、集約後要求トルクの微小変化ΔTrqと、集約後要求トルクをトルク−スロットル開度マップに基づいて試験的に変換して算出されるスロットル開度の微小変化ΔTAとから、ΔTA/ΔTrqを算出し、ΔTA/ΔTrqが所定の閾値を超えている場合に、スロットル開度過敏領域であると判定してもよい。
上記ステップ１０２で、集約後要求トルクがスロットル開度過敏領域内ではないと判定された場合には、集約後要求トルクをそのままスロットル開度に変換しても、スロットル開度の変動が過大となることはないと判断できる。そこで、この場合には、トルク−スロットル開度マップに基づいて、集約後要求トルクがスロットル開度に変換され（ステップ１０４）、そのスロットル開度が実現されるようにスロットルバルブ２０が駆動される（ステップ１０５）。
一方、上記ステップ１０２で、集約後要求トルクがスロットル開度過敏領域内であると判定された場合には、同判定が初回であるかどうか、すなわち、集約後要求トルクがスロットル開度過敏領域外からスロットル開度過敏領域内へと入ったところであるかどうかが判別される（ステップ１０６）。
上記ステップ１０６で、上記判定が初回であると判別された場合には、上記ステップ１００で算出された集約後要求トルクに所定のΔトルク（加算トルク）を加算した値（以下「割り増し要求トルク」と称する）に対応するスロットル開度が、トルク−スロットル開度マップに基づいて算出され、そのスロットル開度が実現されるようにスロットルバルブ２０が駆動される（ステップ１０８）。
なお、上記ステップ１０８の処理で、Δトルクを加算する理由は、図２（ｃ）に示すように、集約後要求トルクに対応するスロットル開度よりも大きい開度にスロットル開度を固定するためである。実トルクを減少させることは、点火時期を遅角したり、燃料噴射量を減少またはカットしたりすることなどによって行うことができるので、実トルクを増加させることよりも容易かつ迅速に行うことができる。このことに鑑みて、本実施形態では、スロットル開度を固定する場合に、集約後要求トルクに対応するスロットル開度よりも大きい開度に固定しておくことにより、実トルクを減少方向へ補正することで集約後要求トルクに追従させるようにした。これにより、実トルクをより正確かつ容易に集約後要求トルクに追従させることができる。
また、Δトルクの大きさを、振動的な要求トルク（図２（ａ）においては要求トルクＡ）の出所に応じて変化させるようにしてもよい。例えば、振動的な要求トルクが運転者からの要求トルクである場合には、その変動幅が大きくなる可能性があるので、Δトルクを大きく設定することが好ましい。これに対し、振動的な要求トルクがＶＳＣ要求トルクである場合には、その変動幅は通常はそれほど大きいものとはならないので、Δトルクを小さく設定することが好ましい。
さて、上記ステップ１０６で、集約後要求トルクがスロットル開度過敏領域内であるとの判定が２回目以降であると判別された場合には、ステップ１１０に進む。このステップ１１０では、上記ステップ１０８で算出されたスロットル開度が維持されるように、スロットルバルブ２０が制御される。
上記ステップ１０８または１１０の処理に続いて、上記ステップ１０８で算出された割り増し要求トルクと、上記ステップ１００で算出された集約後要求トルクとのトルク差が算出される（ステップ１１２）。続いて、その算出されたトルク差がなくなるように、スロットルバルブ２０以外の所定のアクチュエータの動作量（本実施形態では、点火時期、燃料噴射量、吸気弁３２の開弁特性の何れか）が制御される（ステップ１１４）。
以上説明したように、本実施形態によれば、集約後要求トルクがスロットル開度過敏領域内にある場合であっても、スロットル開度の変動が過大（急激）になることを確実に防止することができる。このため、スロットルバルブ２０の耐久性を向上し、故障を防止することができる。
上述した実施の形態１においては、ＡＢＳ−ＥＣＵ５２およびＶＳＣ−ＥＣＵ５４が前記第１の発明における「要求トルク出力手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、アクセル開度に基づいて運転者からの要求トルクを算出すること、および、補機類の作動状態に基づいて駆動要求トルクを算出することにより前記第１の発明における「要求トルク出力手段」が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「感度判定手段」が、上記ステップ１０４および１０５の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１のトルク制御手段」が、上記ステップ１０６〜１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２のトルク制御手段」が、それぞれ実現されている。
なお、本発明では、排気弁３６の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置を有する内燃機関の場合には、スロットル開度を固定した際に、排気弁の開弁特性を変化させることによって、実トルクを集約後要求トルクの変化に追従させるようにしてもよい。
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示す実施の形態１と同様のシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図４に示すルーチンを実行させることにより、実現することができる。
［実施の形態２の特徴］
前述した実施の形態１では、スロットル開度を固定した際に実トルクを集約後要求トルクに追従させるために制御するアクチュエータが、点火装置、燃料噴射装置、吸気可変動弁装置３４のうちの何れかに予め決められていた。これに対し、本実施形態では、内燃機関１０の運転状況に応じて、点火装置、燃料噴射装置、吸気可変動弁装置３４のうちの一つを選択することとした。
点火時期を遅角することによってトルクを低下させると、燃費が悪化し易い。また、空燃比A/F（燃料噴射量）を変更することによってトルクを変化させると、エミッション性能に影響を及ぼし易い。このように、トルクを変化させるアクチュエータの種類によって、内燃機関１０の各種の性能に対する影響が異なる。本実施形態では、スロットル開度を固定した際、トルクを変化させるためのアクチュエータを、点火装置、燃料噴射装置、吸気可変動弁装置３４のうちから、運転状況に応じて最適な種類のものを選択することにより、その運転状況において求められる性能をより向上させることができる。
［実施の形態２における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態では、前述した図３に示すルーチンのステップ１１２に続いて、図４に示すルーチンが実行されるものとする。
本ルーチンによれば、まず、吸気可変動弁装置３４による吸気弁３２のリフト量（以下単に「バルブリフト量」と称する）の変更によって、図３のステップ１１２で算出されたトルク差（以下単に「トルク差」と称する）をなくせるか否かが判別される（ステップ１２０）。バルブリフト量の変更によってトルクを変化させる場合には、燃費が悪化しにくく、また空燃比A/Fが変化しないのでエミッション性能への悪影響もない。しかしながら、バルブリフト量の変更によるトルク変化の応答性は、点火時期あるいは燃料噴射量の変更によるトルク変化の応答性と比べると、やや遅い。このため、トルク差が大きい場合には、バルブリフト量の変更によってトルク差を解消することは困難となる。そこで、このステップ１２０では、トルク差が所定値以下である場合には、バルブリフト量の変更で対応可能であると判定され、そうでない場合には、バルブリフト量の変更では対応できないと判定される。
ステップ１２０でバルブリフト量の変更で対応可能であると判定された場合には、実トルクを集約後要求トルクに追従させる方法として、バルブリフト量を変更することが選択される。すなわち、トルク差をなくすために必要なバルブリフト量の補正量が算出され（ステップ１２２）、その補正量が実現されるように吸気可変動弁装置３４が制御される。
一方、ステップ１２０でバルブリフト量の変更では対応できないと判定された場合には、次に、エミッション性能を優先すべき状況であるか否かが判断される（ステップ１２４）。この判断は、触媒２６の状態（酸素吸蔵量、温度等）や、空燃比センサ（図示せず）の状態などに基づいて行われる。
上記ステップ１２４で、エミッション性能を優先しなくてもよい状況であると判断された場合には、実トルクを集約後要求トルクに追従させる方法として、空燃比A/Fを変更することが選択される。すなわち、トルク差をなくすために必要な空燃比A/Fの補正量が算出され（ステップ１２６）、その空燃比A/Fが実現されるように燃料インジェクタ２８からの燃料噴射量が制御される。
一方、上記ステップ１２４で、エミッション性能を優先すべき状況である判断された場合には、次に、燃費性能を優先すべき状況であるか否かが判断される（ステップ１２８）。そして、燃費性能を優先しなくてもよい状況であると判断された場合には、実トルクを集約後要求トルクに追従させる方法として、点火時期を変更することが選択される。すなわち、トルク差をなくすために必要な点火時期の補正量が算出され（ステップ１３０）、その点火時期が実現されるように点火装置が制御される。
これに対し、上記ステップ１２８で、燃費性能を優先すべき状況であると判断された場合には、車両に搭載された無段変速機の変速比を補正することによって、車両のドライブシャフトに伝達されるトルクが制御される（ステップ１３２）。これにより、内燃機関１０のトルクを変化させたのと同様の効果を擬似的に得ることができる。
なお、本実施形態において、上記ステップ１３２の処理は行わなくてもよい。また、上記ステップ１２４でエミッション性能を優先すべき状況である判断された場合に、上記ステップ１２８の判断を行わず、そのまま上記ステップ１３０を実行するようにしてもよい。
本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 スロットル開度制御方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
符号の説明
１０ 内燃機関
１２ ピストン
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ スロットルバルブ
２６ 触媒
３２ 吸気弁
３４ 吸気可変動弁装置
３６ 排気弁
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

  1. 内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
    前記スロットルバルブの開度を変化させること以外の方法で前記内燃機関のトルクを変化させることのできる少なくとも一つのアクチュエータと、
    前記内燃機関に対し、個々の目的に基づいてそれぞれ要求トルクを出力する複数の要求トルク出力手段と、
    前記複数の要求トルク出力手段からの要求トルクを集約した集約後要求トルクを算出する要求トルク集約手段と、
    トルク変化に対する前記スロットルバルブの開度変化の感度が基準値より大きいか否かを判定する感度判定手段と、
    前記感度が前記基準値より小さい場合には、前記集約後要求トルクの変化に応じて前記スロットルバルブの開度を変化させることによって実トルクを前記集約後要求トルクの変化に追従させる第１のトルク制御手段と、
    前記感度が前記基準値より大きい場合には、前記スロットルバルブの開度を固定するとともに前記集約後要求トルクの変化に応じて前記アクチュエータの動作量を変化させることによって実トルクを前記集約後要求トルクの変化に追従させる第２のトルク制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記第２のトルク制御手段は、前記スロットルバルブの開度を固定する際、前記集約後要求トルクに対応する開度より大きい開度に固定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。
  3. 前記アクチュエータとして、点火時期を可変とする点火装置、燃料噴射装置、吸気弁および／または排気弁の開弁特性を可変とする可変動弁装置、のうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記アクチュエータを複数種類備え、
    前記第２のトルク制御手段は、実トルクを変化させるために用いるアクチュエータを前記複数種類のアクチュエータの中から運転状況に応じて選択することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
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