JP2008286074A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、目標トルクに基づいて目標スロットル開度を算出する場合において、スロットルバルブの振動的な作動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、目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、機関吸気系の特性モデルに基づき、目標トルクと機関回転数とに応じて、目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、実機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、実機関回転数を所定のステップ幅で離散値化した離散化回転数を算出する離散化回転数算出手段とを備え、目標スロットル開度算出手段に入力する機関回転数として、離散化回転数を用いることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特開平１０−１８８８７号公報には、目標トルクを得るための目標スロットル開度を求める場合に、スロットルバルブの前後差圧と目標空気量とを用いる技術が開示されている。また、特開２００６−７０７０１号公報には、目標スロットル開度を求める際に、機関回転数を考慮した吸気系モデルを用いる技術が開示されている。

特開平１０−１８８８７号公報 特開２００６−７０７０１号公報

車両における実際の機関回転数は、補機駆動負荷の変動、変速機やドライブシャフトの捩じれ振動、あるいは走行抵抗の変動などの各種の入力の影響により、短い周期で細かく変動する場合がある。上記従来の技術のように、目標スロットル開度を計算する処理に機関回転数を算入するようにした場合に、機関回転数が短周期で変動していると、目標スロットル開度も短周期で変動することとなる。このため、その目標スロットル開度に基づいてスロットルバルブを駆動制御すると、スロットルバルブが振動的な作動を繰り返してしまい、スロットルバルブに負担がかかる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、目標トルクに基づいて目標スロットル開度を算出する場合において、スロットルバルブの振動的な作動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、
内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
機関吸気系の特性モデルに基づき、前記目標トルクと機関回転数とに応じて、前記目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
実機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
前記実機関回転数を所定のステップ幅で離散値化した離散化回転数を算出する離散化回転数算出手段と、
を備え、
前記目標スロットル開度算出手段に入力する機関回転数として、前記離散化回転数を用い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、
前記実機関回転数をNE、前記ステップ幅をKとし、Nを次式
K×(N-1)＜NE＜K×N
を満足する自然数としたとき、
前記離散化回転数算出手段は、前記内燃機関の加速時には前記離散化回転数をK×Nとして算出し、前記内燃機関の減速時には前記離散化回転数をK×(N-1)として算出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、
前記内燃機関の加速度および／または減速度を算出する加減速度算出手段と、
前記加速度および／または減速度に基づいて、前記ステップ幅の大きさを変更するステップ幅変更手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記ステップ幅変更手段は、前記加速度および／または前記減速度が所定値より大きい場合には、そうでない場合に比べて、前記ステップ幅を大きくすることを特徴とする。

第１の発明によれば、機関吸気系の特性モデルに基づき、目標トルクと機関回転数とに応じて、目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出する場合において、実機関回転数を所定のステップ幅で離散値化した離散化回転数を算出し、その離散化回転数を用いて目標スロットル開度を算出することができる。離散化回転数は、実機関回転数に短周期の変動が生じても、それに伴って変動することがない。このため、この離散化回転数を用いて目標スロットル開度を算出すれば、目標スロットル開度が短周期で変動することを確実に防止することができる。よって、スロットルバルブが振動的な作動を繰り返すことを確実に防止することができ、スロットルバルブに負担が掛かることを回避することができる。

第２の発明によれば、離散化回転数は、内燃機関の加速時には実機関回転数より高くなり、内燃機関の減速時には実機関回転数より低くなる。つまり、加速時や減速時には、離散化回転数は、実際の機関回転数よりも時間的にやや先の（将来の）機関回転数に相当している。このため、第２の発明によれば、加速時や減速時において、機関回転数を先読みして目標スロットル開度が算出されることになる。よって、加速あるいは減速のためのトルク要求に対してより早く応答することができ、加速や減速の応答性を向上することができる。

第３の発明によれば、内燃機関の加速度や減速度に基づいて、離散化回転数のステップ幅の大きさを変更することができる。このため、内燃機関の加速度や減速度の大きさに応じてより適切なステップ幅を設定することができる。

第４の発明によれば、内燃機関の加速度あるいは減速度が所定値より大きい場合には、そうでない場合に比べて、離散化回転数のステップ幅を大きくすることができる。内燃機関の加速度あるいは減速度が大きい場合には、実機関回転数の変化が速いので、ステップ幅を大きくした方が、スロットルバルブの急作動をより確実に防止することができ、好ましい。一方、内燃機関の加速度あるいは減速度が小さい場合（定常状態を含む）には、ステップ幅を小さくした方が、実機関回転数と離散化回転数との偏差が少なくなるので、好ましい。第４の発明によれば、このようなことに鑑み、内燃機関の加速度や減速度の大きさに応じてより適切なステップ幅を設定することができる。

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。

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を集約し、調停することにより、目標トルクを算出する。更に、ＥＣＵ５０は、その目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出し、その目標スロットル開度に基づいてスロットルバルブ２０の作動を制御する。

図２は、ＥＣＵ５０が目標スロットル開度を算出する際の機能ブロック図である。ＥＣＵ５０は、まず、トルク−空気量換算手段５６によって、目標トルクを目標吸入空気量に換算する。次いで、この目標吸入空気量を空気応答遅れ補償手段５８によって応答遅れ補償することにより、目標スロットル開度を算出する。空気応答遅れ補償手段５８は、スロットルバルブ２０の応答遅れ、吸気弁３２の応答遅れおよび吸気通路１６の容積による応答遅れを考慮したモデルの逆モデル（吸気系モデルの逆モデルとスロットルモデルの逆モデル）によって構成されている。

このような目標スロットル開度の算出方法は、例えば特開２００６−７０７０１号公報に記載されており、公知であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。

ところで、目標トルクと目標空気量との関係は、機関回転数によって異なる。このため、トルク−空気量換算手段５６での計算には、機関回転数が入力される。また、実際にシリンダー内に吸入される空気の応答遅れも、機関回転数によって異なる。このため、空気応答遅れ補償手段５８での計算にも、機関回転数が入力される。

車両における実際の機関回転数は、補機駆動負荷の変動、変速機やドライブシャフトの捩じれ振動、あるいは走行抵抗の変動などの各種の入力の影響により、短い周期で細かく変動する場合がある。このため、目標スロットル開度を算出する際に、トルク−空気量換算手段５６や空気応答遅れ補償手段５８に、クランク角センサ４２で検出される機関回転数をそのまま入力すると、その機関回転数の変動に起因して、目標スロットル開度も短周期で変動し易い。目標スロットル開度が短周期で変動すると、スロットルバルブ２０が振動的な作動を繰り返してしまい、スロットルバルブ２０に負担がかかる。

上記のような不都合を回避するため、本実施形態では、クランク角センサ４２で検出される機関回転数（以下「実機関回転数」と称し、符号NEで表す）を離散値化した離散化回転数f(NE)を算出し、その離散化回転数f(NE)をトルク−空気量換算手段５６や空気応答遅れ補償手段５８に入力することとした。本実施形態において、離散化回転数f(NE)は、次式で表される。

なお、上記（１）式中、Kは、ステップ幅である。また、Nは、次式
K×(N-1)＜NE＜K×N ・・・（２）
を満足する自然数である。

図３は、ステップ幅Kが４０rpmの場合における、実機関回転数NEと離散化回転数f(NE)との関係を示す図である。この図に示すように、上記（１）式で算出される離散化回転数f(NE)は、実機関回転数NEに短周期の変動が生じても、それに伴って変動することがない。このため、この離散化回転数f(NE)をトルク−空気量換算手段５６や空気応答遅れ補償手段５８に入力して目標スロットル開度を算出すれば、目標スロットル開度が短周期で変動することを確実に防止することができる。よって、スロットルバルブ２０が振動的な作動を繰り返すことを確実に防止することができ、スロットルバルブ２０に負担が掛かることを回避することができる。

また、図３に示すように、上記（１）式によって算出される離散化回転数f(NE)は、内燃機関１０の加速時には、実機関回転数NEより高くなり、内燃機関１０の減速時には、実機関回転数NEより低くなる。つまり、加速時や減速時には、離散化回転数f(NE)は、実際の機関回転数よりも時間的にやや先の（将来の）機関回転数に相当している。このため、本実施形態では、加速時や減速時において、機関回転数を先読みして目標スロットル開度が算出されることになるので、加速あるいは減速のためのトルク要求に対してより早く応答することができ、加速や減速の応答性を向上することができる。

また、ステップ幅Kは、常に一定でもよいが、内燃機関１０の加速度あるいは減速度に応じて切り替えるようにしてもよい。すなわち、内燃機関１０の加速度あるいは減速度が大きい場合には、実機関回転数NEの変化が速いので、ステップ幅Kを大きくした方が、スロットルバルブ２０の急作動をより確実に防止することができ、好ましい。一方、内燃機関１０の加速度あるいは減速度が小さい場合（定常状態を含む）には、ステップ幅Kを小さくした方が、実機関回転数NEと離散化回転数f(NE)との偏差が少なくなるので、好ましい。そこで、例えば、K1＞K2＞０なる２種類のステップ幅を用意しておき、内燃機関１０の加速度あるいは減速度が所定値以上である場合には、大きい方のステップ幅K1を使用して離散化回転数f(NE)を算出し、加速度あるいは減速度が上記所定値以下である場合（定常状態を含む）には、小さい方のステップ幅K1を使用して離散化回転数f(NE)を算出するようにしてもよい。

ところで、上記（１）式では、内燃機関１０の定常時の離散化回転数f(NE)を加速時と同じにしているが、定常時の離散化回転数f(NE)は、減速時と同じにしてもよい。また、本発明では、加速時か減速時かによらず、離散化回転数f(NE)を同じとしてもよい。更に、上記（１）式では、内燃機関１０のアイドル時には、実機関回転数NEにかかわらず、アイドル時目標回転数を離散化回転数f(NE)としているが、アイドル時にもK×NあるいはK×(N-1)を離散化回転数f(NE)としてもよい。

上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、複数の要求トルクを調停して目標トルクを算出することにより前記第１の発明における「目標トルク設定手段」が、図２に示すブロック図に基づいて目標スロットル開度を算出することにより前記第１の発明における「目標スロットル開度算出手段」が、クランク角センサ４２の信号に基づいて実機関回転数NEを算出することにより前記第１の発明における「機関回転数検出手段」が、上記（１）式に基づいて離散化回転数f(NE)を算出することにより前記第１の発明における「離散化回転数算出手段」が、それぞれ実現されている。

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。 ＥＣＵが目標スロットル開度を算出する際の機能ブロック図である。 実機関回転数NEと離散化回転数f(NE)との関係を示す図である。

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
３６ 排気弁
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   機関吸気系の特性モデルに基づき、前記目標トルクと機関回転数とに応じて、前記目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
   実機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
   前記実機関回転数を所定のステップ幅で離散値化した離散化回転数を算出する離散化回転数算出手段と、
   を備え、
   前記目標スロットル開度算出手段に入力する機関回転数として、前記離散化回転数を用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記実機関回転数をNE、前記ステップ幅をKとし、Nを次式
   K×(N-1)＜NE＜K×N
   を満足する自然数としたとき、
   前記離散化回転数算出手段は、前記内燃機関の加速時には前記離散化回転数をK×Nとして算出し、前記内燃機関の減速時には前記離散化回転数をK×(N-1)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。
3. 前記内燃機関の加速度および／または減速度を算出する加減速度算出手段と、
   前記加速度および／または減速度に基づいて、前記ステップ幅の大きさを変更するステップ幅変更手段と、
   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. 前記ステップ幅変更手段は、前記加速度および／または前記減速度が所定値より大きい場合には、そうでない場合に比べて、前記ステップ幅を大きくすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。

Images