JP2009133276A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない制御マップにより、精度良くエンジントルクを推定し、また、目標トルクを実現するためのエンジン制御量を簡単なロジック構成で精度良く実現できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】充填効率−点火時期−出力トルクの関係を２次関数にて近似しておき、充填効率と点火時期から実出力トルクを算出し、充填効率と実出力トルクの比を基に目標出力トルクから目標吸入空気量を算出する。また、瞬時的なトルクダウン要求には、目標トルクダウン要求と充填効率から前記関係式の逆算により目標点火時期を算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、出力トルクを制御目標として内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

近年、ドライバや各車両システム（自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等）からの駆動力の要求値として車両の制御に直接作用する物理量であるエンジン出力軸トルクを用い、これをエンジン出力の目標値としてエンジン制御の制御量である空気量や燃料量や点火時期を決定し、また、実際のエンジンの運転状態から実出力トルクを推定して各車両システムへ送信することで協調制御を実現して良好な走行性能を得る技術、所謂トルクベース制御が提案されている。

このような制御においては、エンジンの実出力トルクを精度良く算出し、目標出力トルクを精度良く達成することが重要となる。例えば、あるエンジン回転数と充填効率におけるエンジントルクＴは、点火時期ＩＧの２次関数として近似することで推定している従来例がある（例えば、特許文献１参照）。より詳細にいえば、ＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）点火時期を頂点とする下記（１）式による２次関数により近似するもので、下記（１）式において、Ａ，Ｂ，Ｃはエンジン回転速度と充填効率のマップとして予め設定されているもので、エンジンの運転状態に応じてＡ，Ｂ，Ｃをマップから算出し、下記（１）式によりエンジントルクを算出している。

そして、自動変速機の変速時に要求トルクを達成するよう、スロットル開度をフィードバック制御し、点火時期にてトルク差を吸収するという形の協調制御となっている。

また、別の従来例においては、ドライバの要求に応じた出力トルクの制御性を、マップ数を増やすことなく向上するための方法が示されている（例えば、特許文献２参照）。より詳細には、アクセル開度から算出されるドライバ要求軸トルクにロストルクとＩＳＣトルクとを加算し、点火時期効率補正と目標Ａ／Ｆ効率補正の後、トルク−空気量変換処理が行われる。この点火時期効率補正における２次関数の係数を、少ないマップ数で算出することを特徴とするものである。

特許第３２２５０６８号公報 特開２００３−３０１７６６号公報

しかしながら、上記の特許文献１の方法では、要求トルクを達成するためのスロットル開度のフィードバック制御ゲインは一定量であるため、自動変速機の変速中のように瞬時的にトルクダウンが必要な場合以外の運転中に使用すると、応答性が悪くなることが考えられる。そのため、通常の運転時はアクセル操作量に応じたスロットル開度を用いてスロットルバルブを制御しているので、この場合は、目標出力トルクを精度良く達成するような構成とはなっていない。また、上記の特許文献２の方法では、通常運転時の目標出力トルクの達成方法については述べられているが、瞬時的にトルクダウンが必要な場合の点火リタード処理方法などについて述べられていない。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、少ない制御マップにより精度良くエンジントルクを推定し、また、目標トルクを実現するためのエンジン制御量を算出することができ、さらに瞬時的なトルクダウンにも容易に対応できる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

この発明は、内燃機関の吸気通路に設けたスロットルの開度を制御することで吸気通路の開口面積が変化して吸入空気流量の可変制御を行うことができるスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の運転状態と車両の走行速度とドライバのアクセル操作とに基づいて車両に対するドライバの要求出力を算出するドライバ要求出力算出手段と、前記ドライバの要求出力に基づいて前記内燃機関が発生するべき第１の目標出力トルクを算出する第１の目標出力トルク算出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標点火時期を算出し、前記基本目標点火時期に対し、前記内燃機関の温度や吸入空気温度による補正、触媒を早期に活性化させるためのリタード補正、ノック制御によるリタード補正の少なくともいずれか１つを行った第１の目標点火時期を算出する第１の目標点火時期算出手段と、エンジン回転数、実充填効率及び第１の目標点火時期に基づいて、前記内燃機関の実出力トルクを算出する第１の実出力トルク算出手段と、前記充填効率と前記実出力トルクとに基づいて、前記充填効率と前記実出力トルクの比である充填効率−トルク変換係数を算出する変換係数算出手段と、前記第１の目標出力トルクと前記充填効率−トルク変換係数とに基づいて目標充填効率を算出する目標充填効率算出手段と、前記目標充填効率に基づいて内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段とを備え、前記目標吸入空気量算出手段により算出された前記目標吸入空気量を実現するように前記スロットル開度制御手段により前記スロットル開度を制御する内燃機関の制御装置である。

この発明は、内燃機関の吸気通路に設けたスロットルの開度を制御することで吸気通路の開口面積が変化して吸入空気流量の可変制御を行うことができるスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の運転状態と車両の走行速度とドライバのアクセル操作とに基づいて車両に対するドライバの要求出力を算出するドライバ要求出力算出手段と、前記ドライバの要求出力に基づいて前記内燃機関が発生するべき第１の目標出力トルクを算出する第１の目標出力トルク算出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標点火時期を算出し、前記基本目標点火時期に対し、前記内燃機関の温度や吸入空気温度による補正、触媒を早期に活性化させるためのリタード補正、ノック制御によるリタード補正の少なくともいずれか１つを行った第１の目標点火時期を算出する第１の目標点火時期算出手段と、エンジン回転数、実充填効率及び第１の目標点火時期に基づいて、前記内燃機関の実出力トルクを算出する第１の実出力トルク算出手段と、前記充填効率と前記実出力トルクとに基づいて、前記充填効率と前記実出力トルクの比である充填効率−トルク変換係数を算出する変換係数算出手段と、前記第１の目標出力トルクと前記充填効率−トルク変換係数とに基づいて目標充填効率を算出する目標充填効率算出手段と、前記目標充填効率に基づいて内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段とを備え、前記目標吸入空気量算出手段により算出された前記目標吸入空気量を実現するように前記スロットル開度制御手段により前記スロットル開度を制御する内燃機関の制御装置であるので、少ない制御マップにより精度良くエンジントルクを推定し、また、目標トルクを実現するためのエンジン制御量を算出することができ、さらに瞬時的なトルクダウンにも容易に対応することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置について詳細に説明する。図１および図２は、本発明の実施の形態１によるエンジンとエンジン制御部を概略的に示す構成図である。

図１および図２において、１はエンジン（内燃機関）、２は電子制御式スロットルバルブ、３はスロットル開度センサ、４はエアフロセンサ、５はサージタンク、６はインマニ圧センサ（インテークマニホルド圧力センサ）、７はＥＧＲバルブ（排気ガス再循環バルブ、ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）、８はインジェクタ、９は点火コイル、１０は点火プラグ、１１はクランク角センサである。また、図２において、１２はアクセル開度センサ、１３はＥＣＵである。内燃機関の制御装置には、この他にも、図２に示すように、各種センサ、各種アクチュエータ、および、他のコントローラ等が設けられている。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置においては、図１に示すように、エンジン１の吸気系の上流に吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ２が設けられている。電子制御式スロットルバルブ２は、スロットルの開度を制御することで、吸気通路の開口面積を変化させ、吸入空気流量の可変制御を行う。電子制御式スロットルバルブ２の開度を測定するために、スロットル開度センサ３が設けられている。さらに、電子制御式スロットルバルブ２の上流には吸入空気流量を測定するエアフロセンサ４が設けられており、電子制御式スロットルバルブ２の下流のエンジン１側には、サージタンク５内の圧力を測定するインマニ圧センサ６が設けられている。なお、エアフロセンサ４とインマニ圧センサ６に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。さらに、サージタンク５には、電子制御式ＥＧＲバルブ７が接続されており、サージタンク５の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ８が設けられている。なお、インジェクタ８はエンジン１のシリンダに直接噴射できるように設けられてもよい。さらに、エンジン１のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル９及び点火プラグ１０や、エンジンの回転速度やクランク角度を検出するために、クランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ１１がエンジン１に設けられている。

図２おいて、エアフロセンサ４で測定された吸入空気流量と、インマニ圧センサ６で測定されたインマニ圧と、スロットル開度センサ３で測定された電子制御式スロットルバルブ２の開度と、クランク角センサ１１より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスとが、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）１３に入力される。また、前記以外のアクセル開度センサ１２やその他の各種センサからもＥＣＵ１３に測定値が入力され、さらに、他のコントローラ（例えば、自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等の制御システム）からのトルク要求値も入力される。ＥＣＵ１３では、入力された各種データより後述する方法を用いて実トルクが算出され、また、アクセル開度やエンジンの運転状態、さらに、他のコントローラからのトルク要求値などを基にして目標トルクが設定される。設定された目標トルクを達成するよう後述する方法で目標吸入空気流量及び目標点火時期が算出され、目標吸入空気流量を達成するように電子制御式スロットルバルブ２は制御され、目標点火時期を達成するように点火コイル９への通電が行われる。また、運転状態に応じて電子制御式ＥＧＲバルブ７の開度は制御され、目標空燃比を達成するようにインジェクタ８は駆動される。さらに、前記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出される。

次に、図３を参照しながら、ＥＣＵ１３内で行うトルクベース制御の概要について説明する。図３は、トルクベース制御全体の構成を示した概略図である。図３に示すように、ＥＣＵ１３には、トルク制御部１４と、トルクＩ／Ｆ部（トルクインターフェース部）１５と、エンジン制御部１６とが設けられている。トルク制御部１４ではアクセル開度や他のコントローラからのトルク要求から目標トルクを算出して、トルクＩ／Ｆ部１５へ送出する。トルクＩ／Ｆ部１５では、トルクと充填効率の相互変換や、トルクと点火時期の相互変換を実施して、実出力トルクを算出するとともに、目標充填効率や目標点火時期を算出する。算出された実出力トルクはトルク制御部１４に送出され、目標充填効率や目標点火時期はエンジン制御部１６に送られる。エンジン制御部１６には、図３に示すように、吸気量制御部と、燃料制御部と、点火時期制御部と、その他制御部とが設けられている。エンジン制御部１６の吸気量制御部では、目標充填効率に基づいて目標シリンダ吸気量を算出し、さらにエンジン１が吸入するべき目標吸入空気量を算出する。この目標吸入空気量に精度良く達成するよう、エアフロセンサ４やインマニ圧センサ６を用いて電子制御式スロットルバルブ２をフィードバック制御する。また、エンジン制御部１６の吸気量制御部では、エアフロセンサ４にて検出した吸気量からシリンダ吸気量を推定し、充填効率の算出も行う。エンジン制御部１６の燃料制御部では、吸気量制御部で算出した充填効率を用いて目標空燃比を達成するための燃料噴射量を算出し、インジェクタ８を駆動する。エンジン制御部１６の点火時期制御部では吸気量制御部で算出した充填効率を用いて基本目標点火時期を算出し、トルクＩ／Ｆ部１５へ送られる。トルクＩ／Ｆ部１５で最終的な目標点火時期を算出したのち、それを、再度、エンジン制御部１６の点火時期制御部に送出して、点火コイル９への通電が行われる。これら以外にも、ＥＧＲバルブ開度の制御や、ＯＢＤや通信などの処理も合わせて行われる。この様な構成とすることで、ドライバの要求出力や他制御からのトルク要求に精度良く対応することが可能となる。

次に、図４を参照しながら、トルク制御部１４について詳しく説明する。

図４は、トルク制御部１４の構成を示す図である。トルク制御部１４には、エンジン１の運転状態と車両の走行速度とドライバのアクセル操作とに基づいて車両に対するドライバの要求出力を算出するドライバ要求出力演算部１０１と、エンジン回転数とエンジン水温とエンジン補機負荷のスイッチ情報等に基づいてＩＳＣ要求トルクを算出するＩＳＣ要求トルク演算部１０２と、ブレーキペダル開度、各車輪の速度差、変速機のギア比切換、オルタネータ等の発電量変化等の車両側からのトルク要求と、実際にエンジン１が出力しているトルクに相当する第３の実出力トルクとに基づいて、瞬時的に変化が必要な車両側の要求出力を算出する車両要求トルク演算部１０３と、ドライバの要求出力に基づいてエンジン１が発生するべき第１の目標出力トルクを算出する第１の目標出力トルク演算部１０５と、車両側の要求出力からエンジンが発生するべき第２の目標出力トルクを算出する第２の目標出力トルク演算部１０６とが設けられている。なお、図４においては、トルクＩ／Ｆ部１５等の構成については、トルク制御部１４の説明に必要な部分のみを示している。

当該構成において、トルク制御部１４では、ドライバ要求出力演算部１０１において、アクセル開度センサ１２で測定されたアクセル開度（すなわち、ドライバのアクセル操作）、エンジン回転数等のエンジンの運転状態、及び／又は、車速等の車両の走行状態から、ドライバの車両に対する要求出力（以下、ドライバ要求トルクとする。）を算出する。次に、ＩＳＣ要求トルク演算部１０２において、エンジン回転数とエンジン水温とエンジン補機負荷のスイッチ情報等に基づいてＩＳＣ要求トルクを算出する。ＩＳＣ要求トルクにはエンジンのフリクションロス、ポンピングロス及びエンジン補機負荷トルクが含まれ、ＩＳＣ目標エンジン回転数を維持するために必要なトルクである。車両要求トルク演算部１０３では、ブレーキ制御、スタビリティ制御、自動変速機制御等の他のコントローラからのトルク要求と、後述するトルクＩ／Ｆ部１５に設けられている第３の実出力トルク演算部１１６にて演算される、実際にエンジン１が出力しているトルクに相当する第３の実出力トルクを基に、車両要求トルクを算出する。また、複数のコントローラからのトルク要求が重複した場合には、ブレーキ制御等の車両の安全性確保により重要となるトルク要求を優先するトルク調停を実施して車両要求トルクを算出する。

また、第１の目標出力トルク演算部１０５では、ドライバ要求出力演算部１０１で算出された要求トルクと、ＩＳＣ要求トルク演算部１０２で算出された要求トルクのうち、吸気量により制御されるトルクを、第１の目標出力トルクとして算出する。第２の目標出力トルク演算部１０６では、車両要求トルク演算部１０３で算出された要求トルクと、ＩＳＣ要求トルク演算部１０２で算出された要求トルクのうち、点火時期により制御されるトルクを、第２の目標出力トルクとして算出する。第２の目標出力トルクは、車両要求トルクやエンジン補機負荷トルク等、瞬時にトルク変化を行う必要がある要求トルクであるのに対し、第１の目標出力トルクは、ドライバ要求トルクやエンジンのフリクショントルク等、トルクの変化幅が大きい要求トルクや、変化速度が遅くても差し支えない要求トルクである。また、第１の目標出力トルクと第２の目標出力トルクはお互いに監視しており、基準値以上に急激なトルク変化を行わないよう、トルク制限を設けている。なお、車両側からのトルク要求がない場合には、第２の目標出力トルクは第１の目標出力トルクと同じ値とする。なお、ゼロ又は最大トルク値などの所定値を入れるようにしてもよい。

次に、図５を参照しながら、トルクＩ／Ｆ部１５について詳しく説明する。

図５は、トルクＩ／Ｆ部１５の構成を示す図である。トルクＩ／Ｆ部１５には、第１の実出力トルク演算部１０４と、充填効率−トルク変換係数算出部１０７と、目標充填効率演算部１０８と、第２の目標点火時期演算部１０９と、第２の実出力トルク演算部１１４と、第１の目標出力トルク補正演算部１１５と、第３の実出力トルク演算部１１６とが設けられている。なお、図５においては、トルク制御部１４およびエンジン制御部１６等の構成については、トルクＩ／Ｆ部１５の説明に必要な部分のみを示している。エンジン制御部１６の吸気量制御部内には、目標スロットル開度演算部１１０と、実充填効率演算部１１１とが設けられている。また、エンジン制御部１６の点火時期制御部内には、第１の目標点火時期演算部１１２と、最終目標点火時期演算部１１３とが設けられている。

上記の構成において、トルクＩ／Ｆ部１５では、まず、第１の実出力トルク演算部１０４において、エンジン制御部１６の吸気量制御部内の実充填効率演算部１１１にて演算される実充填効率と、エンジン制御部１６の点火時期制御部の第１の目標点火時期演算部１１２にて演算される第１の目標点火時期と、エンジン回転数とを用いて、第１の実出力トルクが演算される。この実出力トルクの演算方法については後述する。

次に、充填効率−トルク変換係数演算部１０７では、第１の実出力トルク演算部１０４にて演算された第１の実出力トルクと、エンジン制御部１６の吸気量制御部内の実充填効率演算部１１１にて演算された実充填効率との比である、充填効率−トルク変換係数ＥｃＴｒｑを算出し、平滑化のためのフィルタ処理を下式（２）により実施する。なお、フィルタ処理に用いるフィルタ定数Ｋは、アイドル運転時とオフアイドル運転で切換えることにより、アイドル時の安定性とオフアイドル時の応答性が両立できる。

この充填効率−トルク変換係数は、現時点での運転条件における熱効率と相関する係数であり、極端に点火時期がリタード側に設定されるような場合を除き、全域においてほぼ一定の値となる。

目標充填効率演算部１０８では、この充填効率−トルク変換係数と第１の目標出力トルクとから目標充填効率を演算する。このように、充填効率−トルク変換係数を用いることで、非常に簡単な演算で目標充填効率を算出することができる。エンジン制御部１６では、目標スロットル開度演算部１１０で、この目標充填効率とエンジン回転数（アイドル時は目標エンジン回転数）とから目標シリンダ内空気量を算出し、さらに、目標シリンダ内空気量からエンジンが吸入するべき空気量である、目標吸入空気量を算出することにより、この目標吸入空気量を精度良く達成できる目標スロットル開度を算出し、電子制御式スロットルバルブ２を実際に駆動する。その結果として、エアフロセンサ４又はインマニ圧センサ６での検出結果を基に、実充填効率演算部１１１では、サージタンクの充填遅れを１次フィルタ処理等で模擬して実充填効率が算出される。この実充填効率を用いて、第１の目標点火時期演算部１１２では、エンジンの運転状態に基づいて基本目標点火時期が算出され、当該基本目標点火時期に対し、エンジン水温および／または吸入空気温度等による補正、触媒を早期に活性化させる場合のリタード補正、および／または、ノック制御によるリタード補正などの補正を少なくとも１つ行った、第１の目標点火時期が算出される。この後、再度、第１の実出力トルク演算部１０４の処理に戻り、上記の演算が繰り返し実行される。このような構成とすることで、定常運転時には、第１の目標出力トルクと第１の実出力トルクとを一致させることができ、実際のエンジンの挙動は図９Ａのようになる。

また、第２の目標出力トルク演算部１０６で、車両側からのトルク要求を受け、第２の目標出力トルクが演算された場合、第２の目標点火時期演算部１０９では、第２の目標出力トルクと、エンジン回転数と、充填効率とに基づいて、第２の目標点火時期が算出される。この第２の目標点火時期演算方法については後述する。最終目標点火時期演算部１１３では、第１の目標点火時期演算部１１２で算出された第１の目標点火時期と第２の目標点火時期演算部１０９で算出された第２の目標点火時期のうち、第２の目標出力トルクが第１の目標出力トルクより小さい場合や、あるいは、大きい場合でかつ進角可能な運転状態と判断された場合は第２の目標点火時期を選択し、それ以外の場合は第１の目標点火時期を選択して、最終目標点火時期を決定する。こうして、決定した最終目標点火時期による点火時期制御を行いながら、第１の目標トルクと第１の目標点火時期に基づいて算出された目標吸入空気量とに基づいて、スロットル開度を制御する。この場合の実際のエンジンの挙動は図９Ｂのようになる。

第２の実出力トルク演算部１１４では、第２の目標点火時期が点火時期のリタード側制限値よりさらにリタード側にあった場合、第２の目標点火時期はリタード側制限値で制限され、少なくとも、エンジン回転数と、第２の目標点火時期演算部１０９で算出された第２の目標点火時期と、実充填効率演算部１１１で算出された実充填効率とを基に、第２の実出力トルクが算出される。なお、第２の実出力トルク演算部１１４における第２の実出力トルク演算方法は、第１の実出力トルク演算部１０４における第１の実出力トルク演算方法と同様である。続いて、第１の目標出力トルク補正演算部１１５では、第２の目標出力トルクと第２の実出力トルクとの差に基づく、第１の目標出力トルク補正量の演算が行われる。これは第２の目標出力トルクが演算された時点で演算された第２の実出力トルクが第２の目標出力トルクより大きい場合、点火リタードだけでは第２の目標出力トルクが達成できないと判断し、第１の目標出力トルクを補正することで吸気量をも制御して第２の目標出力トルクを達成するための補正であり、第２の実出力トルクと第２の目標出力トルクの差に対し、さらに所定量を加算するか、所定の係数を乗算して第１の目標出力トルク補正量を演算し、第１の目標出力トルク演算部１０５の処理で反映される。この第１の目標出力トルク補正量は、第２の目標出力トルクによる点火リタード中は保持される。なお、第２の目標出力トルクによるリタード制御中でも、吸気量制御は第１の目標出力トルクに応じて行われる。このような構成とすることで、第２の目標出力トルクと第２の実出力トルクは一致することができ、実際のエンジンの挙動は図９Ｃのようになる。第３の実出力トルク演算部１１６では、実際にエンジンが出力しているトルクに相当する第３の実出力トルクを基に車両要求トルクを算出する。なお、第３の実出力トルク演算部１１６の第３の実出力トルク演算方法は第１の実出力トルク演算部１０４の第１の実出力トルク演算方法と同様である。

次に、図６乃至図８を参照しながら、第１の実出力トルク演算部１０４（及び、第２、第３の実出力トルク演算部１１４、１１６）の実出力トルク演算方法と、第２の目標点火時期演算部１０９の第２の目標点火時期演算方法について詳しく説明する。なお、上述したように、第１の実出力トルク演算部１０４における演算方法と、第２、第３の実出力トルク演算部１１４、１１６における演算方法とは同じであるため、以下の説明においては、第１の実出力トルク演算部１０４を例に挙げて説明する。

図６は実出力トルクと点火時期の関係を示す概念図を、図７は、第１の実出力トルク演算部１０４の構成を示す図である。図６は、あるエンジン回転数と充填効率の運転条件下において、エンジントルク（図示平均有効圧）ｙと上死点ＴＤＣを基準として進角側を正に取った点火時期ｘとを２次関数で近似した場合を示しており、これらの関係は次式（３）で表される。

ここで、この２次関数は常時上に凸となるので、ａは負の値をとる。このとき、ａ，ｂ，ｃをマップにて与えることで、点火時期に応じたエンジントルクの算出が可能となる。ところで、点火時期が基本点火時期マップ値ｘａにて運転されている場合のエンジントルク（基本実トルク）ｙａをマップ化しておけば、次式（４）により、ｃが算出できるので、ｃはマップ化する必要はない。

以上を基に、図７に示す、第１の実出力トルク演算部１０４について説明する。基本実トルク算出部２０１では、実充填効率演算部１１１で算出された実充填効率と別途算出されたエンジン回転数（アイドル時は目標エンジン回転数）とをもとに、基本実トルクｙａが算出される。同様に、係数ａマップ算出部２０２および係数ｂマップ算出部２０３において係数ａ，ｂが算出される。続いて、係数ｃ演算部２０４では、第１の目標点火時期演算部１１２で算出される基本点火時期ｘａと基本実トルクｙａから、上式（４）に従って、係数ｃが算出される。実出力トルク演算部２０５では、これまでに算出した、係数ａ，ｂ，ｃと実際の点火時期である第１の目標点火時期ｘ１から式（３）により実出力トルクｙ１が算出される。

なお、第２の実出力トルク演算部１１４にて第２の実出力トルクを演算する場合は、実出力トルク演算部２０５にて、係数ａ，ｂ，ｃと第２の目標点火時期ｘ２とから同様に式（３）により第２の実出力トルクｙ２が算出される。また、第３の実出力トルク演算部１１６にて第３の実出力トルクを演算する場合は、実出力トルク演算部２０５にて、係数ａ，ｂ，ｃと最終目標点火時期ｘfとから同様に式（３）により第３の実出力トルクｙｆが算出される。

図８は、第２の目標点火時期演算部１０９の構成を示す図である。図６において、目標出力トルクｙｔが与えられた場合の目標点火時期ｘｔは、下記の式（５）に示すように、式（３）を点火時期ｘについて解くことで得ることができる。

なお、図６に示した２次関数は上に凸であり、目標点火時期としては常にＭＢＴよりリタード側しかとらないので、±の＋側の値を用いることになり、目標点火時期ｘｔは次式（６）で表される。

以上説明した、第２の目標点火時期演算の概念を基に、図８に示す第２の目標点火時期演算部１０９について説明する。第２の目標点火時期演算部２０６では、第１の実出力トルク演算部１０４にて演算された係数ａ，ｂ，ｃと第２の目標出力トルクｙｔ２とから式（６）を用いて第２の目標点火時期ｘｔ２が算出される。続いて、リタード限界クリップ部２０７では、別途算出された点火時期のリタード限界と比較されることで、第２の目標点火時期ｘ２はリタード限界で制限される。このような構成とすることで、実出力トルク演算と第２の目標点火時期演算が実現できる。また、以上のような構成とすることで、吸入空気量によりトルク制御されるドライバ要求出力と、点火時期によりトルク制御される車両側のトルク要求とを、簡単なロジック構成で実現できる。

これまでの説明には、現在一般的となったＥＧＲ、ＶＶＴ（可変バルブタイミング）、リーンバーン、更に今後普及が見込まれるＶＶＬ（可変バルブリフト）の付いたエンジンへの適用については述べていない。以下で、これらの機構や制御が付いたエンジンへの適用方法について述べる。これらの機構や制御が付くことによる影響は、図６の実出力トルクと点火時期の関係が変わるのみである。すなわち、図７に示した係数ａ，ｂ，ｃをこれらの機構や制御の制御状態に応じて補正することで、適切な実出力トルクと点火時期を得ることができる。前述の通り、係数ｃは基本実トルクから計算されるため、図７に示した、基本実トルク算出部２０１、係数ａマップ算出部２０２、および、係数ｂマップ算出部２０３について補正する方法を説明する。ここでは一例として、基本実トルク算出部２０１の基本実トルクに対し、ＥＧＲとＶＶＴの補正を行う場合について説明するが、係数ａ，ｂに対する補正や、空燃比やＶＶＬによる補正についても全く同様の方法で差し支えない。

図１０は、基本実トルク算出部２０１の基本実トルクに対し、ＥＧＲとＶＶＴの補正を行う場合の実施の形態を示す図である。基本実トルク（基準値）算出部３０１では、基本実トルク（基準値）を算出する。基本実トルク（基準値）とは、例えば、ＥＧＲはカットされ、ＶＶＴ位相角は基準位置に固定された場合の基本実トルクを意味している。次に、ＥＧＲ補正係数算出部３０２ではＥＧＲ補正係数を算出する。ＥＧＲ補正係数は、所定量のＥＧＲを導入した時の基本実トルクと基本実トルク（基準値）の比又は差であり、これがマップに格納されている。ＶＶＴ補正係数３０３ではＶＶＴ補正係数を算出する。ＶＶＴ補正係数は、ＶＶＴ位相角が所定の位相角となったときの基本実トルクと基本実トルク（基準値）の比又は差であり、これがマップに格納されている。

次に、ＥＧＲ補正部３０４でＥＧＲ補正を実施する。ここでは、ＥＧＲが非導入であれば、ＥＧＲ補正は実施せず、ＥＧＲが導入されていれば、ＥＧＲ補正係数を乗算又は加算することでＥＧＲ補正を実施する。この際、目標ＥＧＲ開度と実ＥＧＲ開度の比を基に、ＥＧＲ補正係数の反映量を補正してもよい。また、ＶＶＴ補正部３０５でＶＶＴ補正を実施する。ここでは、ＶＶＴ位相角が基準位置であれば、ＶＶＴ補正は実施せず、ＶＶＴ位相角が所定の位相角となっていれば、ＶＶＴ補正係数を乗算又は加算することでＶＶＴ補正を実施する。この際、目標ＶＶＴ位相角と実ＶＶＴ位相角の比を基に、ＶＶＴ補正係数の反映量を補正してもよい。以上のような構成とすることで、現在一般的となったＥＧＲ、ＶＶＴ（可変バルブタイミング）、リーンバーン、更に、今後普及が見込まれるＶＶＬ（可変バルブリフト）の付いたエンジンへの適用を、簡単なロジック構成で実現できる。

以上のように、本発明の上記で説明した実施の形態によれば、充填効率−点火時期−出力トルクの関係を２次関数にて近似しておき、充填効率と点火時期とから実出力トルクを算出するとともに、充填効率と実出力トルクとの比を基に目標出力トルクから目標吸入空気量を算出し、また、瞬時的なトルクダウン要求には、目標トルクダウン要求と充填効率から前記関係式の逆算により目標点火時期を算出するようにしたので、少ない制御マップで精度良くエンジントルクを推定し、また、目標トルクを実現するための目標充填効率を単純な演算方法で算出することができ、さらに瞬時的なトルクダウン要求にも第２の目標点火時期を単純な演算方法で算出することができるという優れた効果を得ることができる。

なお、上述の説明においては、第１の実出力トルク演算部１０４から第１の実出力トルクを出力し、第１の目標出力トルク演算部１０５から第１の目標出力トルクを出力するする例について説明したが、その場合に限らず、その代わりに、実平均有効圧および目標平均有効圧を出力して、充填効率と実平均有効圧の比である充填効率−トルク変換係数を算出し、目標平均有効圧と充填効率−トルク変換係数に基づいて、目標充填効率を算出するようにしてもよい。
また、第２の実出力トルク演算部１１４および第２の目標出力トルク演算部１０６についても同様であり、それらから、実平均有効圧および目標平均有効圧を出力して、それを制御に用いるようにしてもよい。
なお、これらの場合にも、同様の効果が得られることはいうまでもない。

この発明の実施の形態によるエンジンを概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態によるトルクベース制御の概要を示すブロック図である。 この発明の実施の形態によるトルク制御部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態によるトルクＩ／Ｆ部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態によるエンジントルクと点火時期の関係を示す図である。 この発明の実施の形態による実出力トルク算出部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態による目標点火時期算出部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態によるエンジンの挙動を示した図である。 この発明の実施の形態によるエンジンの挙動を示した図である。 この発明の実施の形態によるエンジンの挙動を示した図である。 この発明の実施の形態によるＥＧＲ及びＶＶＴ補正部を示すブロック図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）、２ 電子制御式スロットルバルブ、３ スロットル開度センサ、４ エアフロセンサ、５ サージタンク、６ インマニ圧センサ、７ ＥＧＲバルブ、８ インジェクタ、９ 点火コイル、１０ 点火プラグ、１１ クランク角センサ、１２ アクセル開度センサ、１３ ＥＣＵ、１０１ ドライバ要求出力演算部、１０２ ＩＳＣ要求トルク演算部、１０３ 車両要求トルク演算部、１０４ 第１の実出力トルク演算部、１０５ 第１の目標出力トルク演算部、１０６ 第２の目標出力トルク演算部、１０７ 充填効率−トルク変換係数演算部、１０８ 目標充填効率演算部、１０９ 第２の目標点火時期演算部、１１０ 目標スロットル開度演算部、１１１ 実充填効率演算部、１１２ 第１の目標点火時期演算部、１１３ 最終目標点火時期演算部、１１４ 第２の実出力トルク演算部、１１５ 第１の目標出力トルク補正演算部、１１６ 第３の実出力トルク演算部、２０１ 基本実トルク算出部、２０２ 係数ａマップ算出部、２０３ 係数ｂマップ算出部、２０４ 係数ｃ演算部、２０５ 実出力トルク演算部、２０６ 第２の目標点火時期演算部、２０７ リタード限界クリップ部、３０１ 基本実トルク（基準値）算出部、３０２ ＥＧＲ補正係数算出部、３０３ ＶＶＴ補正係数算出部、３０４ ＥＧＲ補正部、３０５ ＶＶＴ補正部。

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路に設けたスロットルの開度を制御することで吸気通路の開口面積が変化して吸入空気流量の可変制御を行うことができるスロットル開度制御手段と、
   前記内燃機関の運転状態と車両の走行速度とドライバのアクセル操作とに基づいて車両に対するドライバの要求出力を算出するドライバ要求出力算出手段と、
   前記ドライバの要求出力に基づいて前記内燃機関が発生するべき第１の目標出力トルクを算出する第１の目標出力トルク算出手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標点火時期を算出し、前記基本目標点火時期に対し、前記内燃機関の温度や吸入空気温度による補正、触媒を早期に活性化させるためのリタード補正、ノック制御によるリタード補正の少なくともいずれか１つを行った第１の目標点火時期を算出する第１の目標点火時期算出手段と、
   エンジン回転数、実充填効率及び第１の目標点火時期に基づいて、前記内燃機関の実出力トルクを算出する第１の実出力トルク算出手段と、
   前記充填効率と前記実出力トルクとに基づいて、前記充填効率と前記実出力トルクの比である充填効率−トルク変換係数を算出する変換係数算出手段と、
   前記第１の目標出力トルクと前記充填効率−トルク変換係数とに基づいて目標充填効率を算出する目標充填効率算出手段と、
   前記目標充填効率に基づいて内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と
   を備え、
   前記目標吸入空気量算出手段により算出された前記目標吸入空気量を実現するように前記スロットル開度制御手段により前記スロットル開度を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. ブレーキペダル開度、各車輪の速度差、変速機のギア比切換、オルタネータ等の発電量変化に基づいて、瞬時的に変化が必要な車両側の要求出力を算出する車両要求出力算出手段と、
   前記車両側の要求出力から前記内燃機関が発生するべき第２の目標出力トルクを算出する第２の目標出力トルク算出手段と、
   前記第２の目標出力トルクと、エンジン回転数と、充填効率とに基づいて、目標点火時期を算出する第２の目標点火時期算出手段と
   をさらに備え、
   前記第１の目標点火時期と前記第２の目標点火時期のうち、
   前記第２の目標出力トルクが前記第１の目標出力トルクより小さい場合、又は、大きい場合でかつ進角可能な運転状態と判断された場合は、第２の目標点火時期に基づいて、
   それ以外の場合は、前記第１の目標点火時期に基づいて、
   点火時期制御を行いながら、前記第１の目標トルクと前記第１の目標点火時期に基づいて算出された目標吸入空気量とに基づいて、スロットル開度を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第２の目標点火時期が点火時期のリタード側制限値より更にリタード側にあった場合、前記第２の目標点火時期はリタード側制限値で制限され、少なくともエンジン回転数、充填効率及び第２の目標点火時期に基づいて、内燃機関の実出力トルクを算出する第２の実出力トルク算出手段
   をさらに備え、
   前記第２の目標出力トルクと前記第２の実出力トルクとの差に基づいて、第１の目標出力トルクを補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記充填効率−トルク変換係数はフィルタ処理により平滑化され、そのフィルタ定数はアイドル時とオフアイドル時で切換えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. アイドル時のエンジン回転数を目標エンジン回転数に制御する運転条件下において、参照するエンジン回転数として目標エンジン回転数を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記第１の実出力トルク算出手段、前記第２の実出力トルク算出手段、及び、前記第２の目標点火時期算出手段は、ＥＧＲバルブ開度又はＥＧＲ率、バルブタイミング、バルブリフト量、空燃比に基づいて、実出力トルクと目標点火時期とを補正することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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