JP2009144567A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリング時におけるエンジン回転数の安定性を確保でき、かつ燃費を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】目標効率制御部３０００は、現在の点火効率が最大効率に達するまでは、目標点火効率をαずつ増加させる。これにより、現在の点火時期を進角させる。よって、現在の点火効率は大きくなり、最大効率に近づく。次に、現在の点火効率が最大効率に等しくなる。そうすると、ＫＬ算出器１０１０は、目標充填効率を増やす。これにより、目標点火効率が最大効率より所定量βだけ低い値となる。したがって、現在の点火効率も最大効率より低い値となる。これらの処理が交互に実行され、現在の点火効率は、最大効率と、最大効率よりもβだけ低い値との間で繰り返し変化する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より特定的には、自動車のエンジン等に適用される内燃機関の無負荷運転時（アイドリング時）におけるアイドル回転数制御（Idle Speed Control：ＩＳＣ）に関するものである。

従来から、自動車のエンジンに代表される内燃機関では、無負荷運転時（アイドリング時）にエンジン回転速度を適正値に維持するアイドル回転数制御（Idle Speed Control：ＩＳＣ）が行なわれている。

アイドリング時にエンジン回転速度を安定させるためには、回転速度の変動に応じてアイドリング時のエンジンの出力トルクを変化させる必要がある。出力トルクを変化させるため、点火時期を進角または遅角させる制御方法が提案されている。たとえば特開２００７−１９８３５６号公報（特許文献１）には、点火装置の点火時期に対応する点火効率を用いてアイドルトルクを算出する内燃機関の制御装置が開示されている。
特開２００７−１９８３５６号公報 特開２００２−２１３２９２号公報

エンジンのアイドリング時における出力トルクの制御として、ＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque；トルクが最大となる点火時期）に対して遅角した点火時期を中心として、その中心から点火時期を進角または遅角させることにより出力トルクを変化させる制御がある。エンジン回転速度が低下した場合には点火時期をＭＢＴに向けて進角させることによりトルクを上昇させる。これによりエンジン回転速度が上昇する。一方、エンジン回転速度が上昇した場合には点火時期を遅角させることによりトルクを低下させる。これによりエンジン回転速度が低下する。このような一連の制御によってエンジン回転速度を安定させることが可能になる。

しかしながらアイドリング時のエンジン回転速度の変動は、そのときのエンジンの運転状態に応じて異なる可能性がある。たとえばエンジンの運転状態は、エアコンプレッサや送風ファンの運転に代表されるエアコン装置の作動負荷に応じて変動する。また、エンジンの個体差により、回転速度の変動の度合いが各エンジンで異なる可能性もある。このような事情を考慮した上でトルクの増減を行なうため、ＭＢＴに対して大きく遅角させた点火時期を中心として、その中心から点火時期を進角または遅角させることが考えられる。

一方、点火時期がＭＢＴから遅角することによって一般的には燃費が低下する。したがってトルク制御の良好な応答性と燃費の向上の両方を満たすことは容易ではない。なお特開２００７−１９８３５６号公報には、このような課題に対する解決方法は具体的に示されていない。

本発明の目的は、アイドリング時におけるエンジン回転数の安定性を確保でき、かつ燃費を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明は要約すれば、内燃機関の制御装置である。制御装置は、内燃機関のアイドリング時の出力トルクを制御するアイドリング制御部を備える。アイドリング制御部は、内燃機関の現在の点火効率が目標点火効率に等しくなるように現在の点火効率を制御する点火効率制御部と、現在の点火効率が最大値に達するまで目標点火効率を増加させる第１の処理と、現在の点火効率が最大値に達した後に目標点火効率を最大値から所定量だけ低い値に変化させる第２の処理とを交互に実行する目標効率制御部とを含む。

好ましくは、目標効率制御部は、最大値を、内燃機関の負荷に応じて変化させる。
好ましくは、目標効率制御部は、目標点火効率の時間に対する増加率を、内燃機関の負荷に応じて変化させる。

好ましくは、目標効率制御部は、内燃機関の充填効率を上昇させることにより、点火効率を低下させる。

より好ましくは、点火効率制御部は、出力トルクの目標値の時間変動を平滑化して、目標トルクを出力する平滑処理部と、平滑処理部からの目標トルクと、目標点火効率とに基づいて、充填効率を算出する充填効率算出部とを含む。

本発明によれば、アイドリング時におけるエンジン回転数の安定性を確保でき、かつ燃費を向上させることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１に示すように、本実施の形態に係る制御装置が搭載された車両は、エンジン１５０と、吸気系１５２と、排気系１５４と、エンジンＥＣＵ１００とを含む。また、このエンジン１５０は、ポート噴射型のガソリンエンジンであるが、ポートインジェクタに代えて／加えてシリンダ内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを備えても構わない。

吸気系１５２は、吸気通路１１０と、エアクリーナ１１８と、エアーフローメータ１０４と、スロットルモータ１１４と、スロットルバルブ１１２と、スロットルポジションセンサ１１６とを含む。

エアクリーナ１１８から吸気された空気は、吸気通路１１０を通り、エンジン１５０に流通する。吸気通路１１０の途中には、スロットルバルブ１１２が設けられる。スロットルバルブ１１２は、スロットルモータ１１４が作動することにより開閉される。このとき、スロットルバルブ１１２の開度は、スロットルポジションセンサ１１６により検出することが可能となる。エアクリーナ１１８とスロットルバルブ１１２との間における吸気通路には、エアーフローメータ１０４が設けられており、吸気された空気量を検出する。エアーフローメータ１０４には、吸入空気量Ｑを表わす吸気量信号をエンジンＥＣＵ１００に送信する。

エンジン１５０は、冷却水通路１２２と、シリンダブロック１２４と、インジェクタ１２６と、ピストン１２８と、クランクシャフト１３０と、水温センサ１０６と、クランクポジションセンサ１３２とを含む。

シリンダブロック１２４には特定の数に対応したシリンダが設けられ（特定の数は、気筒の数に対応する）、シリンダにはそれぞれピストン１２８が設けられる。ピストン１２８上部の燃焼室に吸気通路１１０を通って、インジェクタ１２６から噴射された燃料と吸気された空気との混合気が導入されて、点火プラグ（図示せず）の点火により燃焼する。燃焼が生じると、ピストン１２８が押し下げられる。このとき、ピストン１２８の上下運動は、クランク機構を介して、クランクシャフト１３０の回転運動に変換される。なお、エンジン１５０の回転数ＮＥは、クランクポジションセンサ１３２により検出された信号に基づいてエンジンＥＣＵ１００が検出する。

シリンダブロック１２４内には、冷却水通路１２２が設けられており、ウォータポンプ（図示せず）の作動により、冷却水が循環する。この冷却水通路１２２内の冷却水は、冷却水通路１２２に接続されたラジエータ（図示せず）へと流通して冷却ファン（図示せず）により放熱される。冷却水通路１２２の通路上には水温センサ１０６が設けられており、冷却水通路１２２内の冷却水の温度（エンジン冷却水温）ＴＨＷを検出する。水温センサ１０６は、検出したエンジン冷却水温ＴＨＷを示す信号をエンジンＥＣＵ１００に送信する。

排気系１５４は、排気通路１０８と、第１の空燃比センサ１０２Ａと、第２の空燃比センサ１０２Ｂと、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと、第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂとを含む。第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流側に第１の空燃比センサ１０２Ａが設けられ、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの下流側（第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流側）に第２の空燃比センサ１０２Ｂが設けられる。なお、三元触媒コンバータは１個でもよい。

エンジン１５０の排気側に接続された排気通路１０８は、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂに接続される。すなわち、エンジン１５０において燃焼室内の混合気の燃焼により生じる排気ガスは、まず、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入する。第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入した排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯは、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａにおいて酸化される。また、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘは、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａにおいて、還元される。この第１の三元触媒コンバータ１２０Ａは、エンジン１５０の近くに設置され、エンジン１５０の冷間始動時においても速やかに昇温されて触媒機能を発現する。

さらに、排気ガスは、ＮＯｘの浄化を目的として、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａから第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂに送られる。この第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂとは、基本的には同じ構造および機能を有するものである。

第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流側に設けられた第１の空燃比センサ１０２Ａ、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの下流側であって第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流側に設けられた第２の空燃比センサ１０２Ｂは、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａまたは第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂを通過した排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する。酸素の濃度を検出することにより、排気ガス中に含まれる燃料と空気との比、いわゆる空燃比を検出することができる。

第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を発生させる。この電流は、たとえば電圧に変換されてエンジンＥＣＵ１００に入力される。したがって、第１の空燃比センサ１０２Ａの出力信号から第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流における排気ガスの空燃比を検出することができ、第２の空燃比センサ１０２Ｂの出力信号から第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流における排気ガスの空燃比を検出することができる。これらの第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、空燃比がリーンのときには、たとえば０．１Ｖ程度の電圧を発生し、空燃比がリッチのときには０．９Ｖ程度の電圧を発生するものである。これらの値に基づいて空燃比に換算した値と、空燃比のしきい値とを比較して、エンジンＥＣＵ１００による空燃比制御が行なわれる。

第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂは、空燃比がほぼ理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯを酸化しつつＮＯｘを還元する機能、すなわちＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。これらの第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂは、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと、酸化作用が活発となるが還元作用が不活発となり、また空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ないと、逆に還元作用が活発となるが酸化作用が不活発となり、前述の三成分をすべて良好に浄化させることができない。

なお、エンジンＥＣＵ１００には、ドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（アクセルペダル開度ＡＣＣ）を検出するアクセルペダル開度センサ１６０が接続されている。

エンジンＥＣＵ１００は、エンジン回転数ＮＥ、充填効率ＫＬ、点火時期ＳＡ、空燃比Ａ／Ｆ（ここでは、ストイキメトリックを前提とする）およびトルクの関係を用いて、目標トルクを実現できるように、スロットル開度、点火時期および燃料噴射量を算出して、スロットルバルブ１１２の開度、点火時期およびインジェクタ１２６からの燃料噴射量（より具体的には燃料噴射時間と噴射される燃料量とがリニアな関係が成立する領域（噴射量限界領域）においては、燃料噴射時間をエンジンＥＣＵ１００が制御して燃料噴射量が制御される）を制御する。

なお、エンジン１５０には、エンジン１５０の回転力によって作動エネルギを得られるように構成された付属機器群が連結されている。付属機器の代表例は、エアコン装置１８０である。エアコン装置１８０には、オン・オフ指示や設定温度等の動作指示が入力される。エンジンＥＣＵ１００へは、エアコン装置１８０を代表とする上記付属機器群の負荷要求情報がさらに入力される。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図について説明する。図２に示すように、この制御装置（エンジンＥＣＵ１００で実現される）は、演算器１０００と、ＫＬ算出器１０１０と、スロットル算出部１０３０と、点火時期算出部２０００と、目標効率制御部３０００とを含む。演算器１０００と、ＫＬ算出器１０１０と、スロットル算出部１０３０と、点火時期算出部２０００とは、本発明における「点火効率制御部」を具体的に実現するための１つの例として図２に示したものである。

演算器１０００は、ＩＳＣ（Idle Speed Control）時の目標トルク（以下、ＩＳＣ目標トルクと記載する場合がある）を目標点火効率で割ることによりトルク（以下、最大効率トルクと呼ぶ）を算出する。なお、本実施の形態では最大効率トルクとは、たとえば点火効率が１．０のときのトルク（言い換えると、点火時期がＭＢＴであるときのトルク）である。

ＫＬ算出器１０１０は、演算器１０００により算出された最大効率トルクと、エンジン回転数ＮＥ（現在のエンジン回転数）とに基づいて、目標ＫＬ（目標充填効率）を算出する。

スロットル算出部１０３０は、目標ＫＬに基づいて、スロットルバルブ１１２の開度（以下、スロットル開度と記載する場合がある）を算出する。

また、現在の充填効率ＫＬ（以下、現在ＫＬと記載する場合がある）が検出されて、点火時期算出部２０００は、エンジン回転数ＮＥ（現在のエンジン回転数）と、この現在ＫＬと、上述したＩＳＣ目標トルクとに基づいて、点火時期を算出する。

目標効率制御部３０００は、現在ＫＬ、現在ＮＥ、点火時期算出部２０００が算出した点火時期に基づいて目標点火効率を算出し、その算出した目標点火効率を演算器１０００に出力する。

このような本実施の形態に係る制御装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、エンジンＥＣＵ１００に含まれるＣＰＵ（Central ProcessingUnit)およびメモリとメモリから読み出されてＣＰＵで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。

図３は、図２に示す制御装置による点火時期の算出処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、たとえば所定の条件の成立時あるいは一定の時間ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図３および図２を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１において点火時期算出部２０００は、点火時期を算出するために用いられるターゲット点火効率を算出する。具体的には、点火時期算出部２０００は、目標トルクを、現時点のエンジン１５０の運転状態から定められた最大効率トルクで割ることにより、ターゲット点火効率を算出する。なお最大効率トルクは、現在ＮＥおよび現在ＫＬにより求められる。

ステップＳ２において、点火時期算出部２０００は、ステップＳ１で算出されたターゲット点火効率が、最大効率より大きいか否かを判定する。上述したように本実施の形態では、最大効率は１．０に定められる。ターゲット点火効率が最大効率以下である場合（ステップＳ２においてＮＯ）、処理は後述するステップＳ４に進む。

ターゲット点火効率が最大効率より大きい場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、点火時期算出部２０００は、ステップＳ３においてガード処理を行なう。具体的には、点火時期算出部２０００は、ステップＳ１において算出されたターゲット点火効率を最大効率に置き換える（ステップＳ３）。これによりターゲット点火効率は最大効率を超えないよう制御される。

たとえばエンジン回転数が急速に低下した場合には、エンジン回転数を元の回転数に戻すために目標トルクを急速に上昇させる制御が行なわれると考えられる。この場合、目標トルクが最大効率を上回る可能性がある。しかしながら、目標トルクを急速に上昇させても、その目標トルクをエンジンから出力させるために十分な量の空気がエンジンに供給されていない可能性が高い。ターゲット点火効率が最大効率を超えないよう制御されることにより、エンジンの出力トルクは、現時点においてエンジンが出力可能な最大のトルク以下に制限される。

ステップＳ４において、点火時期算出部２０００は、ステップＳ１において算出されたターゲット点火効率（または、ステップＳ３においてガード処理が施されたターゲット点火効率）に基づいて、点火時期（ＳＡ）を算出する。具体的には、点火時期算出部２０００は、ターゲット点火効率と点火時期とが対応付けられたマップを予め記憶する。このマップは、たとえば実験などにより求められたターゲット点火効率と点火時期との関係に基づいて定められる。そして点火時期算出部２０００は、算出したターゲット点火効率と、そのマップとから、点火時期（ＳＡ）を算出する。ステップＳ４の処理が終了すると全体の処理はメインルーチンに戻る。

図４は、図２に示す制御装置によるスロットル開度の算出処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、たとえば所定の条件の成立時あるいは一定の時間ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図４および図２を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１１において、演算器１０００は、最大効率トルクを算出する。具体的には、演算器１０００は、目標トルクを目標点火効率で割ることにより、最大効率トルクを算出する。

ステップＳ１２において、ＫＬ算出器１０１０は、目標ＫＬを算出する。具体的には、ＫＬ算出器１０１０は、現在ＮＥおよび最大効率トルクを目標ＫＬに変換するためのマップを予め記憶する。このマップは、たとえば実験などにより予め求められる。そしてＫＬ算出器１０１０は、このマップと、現在ＮＥと、ステップＳ１１で算出された最大効率トルクとから目標ＫＬを算出する。

ステップＳ１３において、スロットル算出部１０３０は、ＫＬ算出器１０１０が算出した目標ＫＬを受ける。そしてスロットル算出部１０３０は、予め記憶するスロットル開度変換式にその目標ＫＬを代入することによりスロットル開度を算出する。ステップＳ１３の処理が終了すると全体の処理はメインルーチンに戻る。

ステップＳ１１における目標点火効率は、図５に示すフローチャートに基づいて定められる。なおこのフローチャートに示す処理は、たとえば所定の条件の成立時あるいは一定の時間ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図５および図２を参照して、処理が開始されると、ステップＳ２１において、目標効率制御部３０００は現在の点火効率を算出する。具体的には目標効率制御部３０００は現在トルクを最大効率トルクで割ることにより現在の点火効率を算出する。なお目標効率制御部３０００はエンジン１５０の現在の回転数および現在の充填効率に基づいて最大効率トルクを算出する。目標効率制御部３０００は、その算出された最大効率トルク（すなわち現在の最大効率トルク）と、最大効率トルクの算出直前に点火時期算出部２０００により算出された点火時期とに基づいて現在トルクを算出する。

ステップＳ２２において、目標効率制御部３０００は現在の点火効率が最大効率（本実施の形態では１．０）より小さいか否かを判定する。

現在の点火効率が最大効率より小さい場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、目標効率制御部３０００は、現在の目標点火効率（図中、「目標点火効率（ｎ）」と示す）を、その前回での算出処理により算出された目標点火効率（図中、「目標点火効率（ｎ−１）」と示す）にαを加えることにより算出する（ステップＳ２３）。なお本実施の形態ではαは一定値である。

一方、現在の点火効率が最大効率に等しい場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、目標効率制御部３０００は、現在の目標点火効率（目標点火効率（ｎ））を、その前回での算出処理により算出された目標点火効率（目標点火効率（ｎ−１））からβを減じることにより算出する（ステップＳ２４）。なお本実施の形態ではβは一定値である。

ステップＳ２３またはステップＳ２４の処理が終了すると、全体の処理はメインルーチンに戻る。

図５のフローチャートに示される処理をより具体的に説明すると、まず、目標効率制御部３０００は、現在の点火効率が最大効率に達するまでは、目標点火効率をαずつ増加させる。これにより、現在の点火時期を進角させる。よって、現在の点火効率は大きくなり、最大効率に近づく（ステップＳ２３）。

次に、現在の点火効率が最大効率に等しくなる。そうすると、ＫＬ算出器１０１０は、目標充填効率を増やす。これにより、目標点火効率が最大効率より所定量βだけ低い値となる。したがって、現在の点火効率も最大効率より低い値となる（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の処理の後にはステップＳ２３の処理が再び行なわれる。つまり、ステップＳ２３の処理とステップＳ２４との処理が交互に実行され、現在の点火効率は、最大効率と、最大効率よりもβだけ低い値との間で繰り返し変化する。

なお、図３〜図５に示されているフローチャートは、並列的に実行されてもよいし、ステップＳ１〜Ｓ４（図３）、ステップＳ１１〜Ｓ１３（図４）、ステップＳ２１〜Ｓ２４（図５）の順に実行されてもよい。

図６は、本実施の形態に従う点火時期、スロットル開度、および点火効率の制御を説明するための図である。

図６および図２を参照して、目標効率制御部３０００は、目標点火効率が最大値に達するまで、目標点火効率を単位時間あたりαだけ増加させる。時刻ｔｏにおいて目標点火効率が最大値に達する。そうすると目標効率制御部３０００は、目標点火効率を最大値からβだけ低下させる。そして、目標効率制御部３０００は、再び最大値に達するまで単位時間あたりαの割合で増加させる。この処理は図５のフローチャートに示す処理に対応する。

目標点火効率を上昇させることにより、現在の点火効率が上昇するとともに点火時期も進角する。時刻ｔｏにおいて、現実の点火効率が最大値に達するとともに、点火時期が最大効率時期（たとえばＭＢＴ）となる。この場合、目標トルクは、最大効率トルク（すなわち最大トルク）に等しくなる。

時刻ｔｏ以前では、最大効率トルク（目標トルク÷目標点火効率）は目標点火効率の上昇に応じて低下する。これにより、ＫＬ算出器１０１０が算出する目標充填効率も低下する。目標ＫＬの低下に応じて、現在の充填効率およびスロットル開度も低下する。

目標点火効率が最大値に達すると、目標トルクは最大効率トルクに等しくなる。次に、目標点火効率が最大値からβだけ低下すると、ＫＬ算出器１０１０が算出する目標充填効率は上昇する。したがって現在の充填効率およびスロットル開度も上昇する。これにより現在の点火効率が低下するとともに、点火時期は最大効率時期から遅角させられる。

時刻ｔｏ以後において目標点火効率が上昇することにより、現在の点火効率が上昇するとともに点火時期も進角する。すなわち時刻ｔｏ以前の制御が時刻ｔｏ以後においても繰返される。

このように、本実施の形態では、現在の点火効率が最大値に達するまで目標点火効率を増加させる第１の処理と、現在の点火効率が最大値に達した後に目標点火効率を最大値から所定量だけ低い値に変化させる第２の処理とを交互に繰返す。目標点火効率を最大効率に近づけることにより、現在の点火効率が最大値に近づく（点火時期が進角する）のでエンジンの出力トルクが大きくなる。現在の点火効率が最大値に達した後に目標点火効率を最大値から所定量だけ低い値に変化させることによってエンジンの出力トルクが小さくなる。第１および第２の処理を繰返すことにより、エンジンの出力トルクの増加および減少が繰返される。この結果、アイドリング時におけるエンジン回転数を安定させることができる。

また、本実施の形態では、いわば、現在の点火効率を最大値に常に近づける制御が行なわれる。これによって、燃費の低下を防ぐことができる。

さらに、本実施の形態では、現在の点火効率を最大値に近づけることによってエンジンの出力トルクを増加させる。これによって、素早くエンジンの出力トルクを上昇させることが可能となる。よって、トルク制御の良好な応答性を実現することができる。

（変形例１）
この変形例では、図２に示す目標効率制御部３０００は、エンジンの負荷（運転状態）に応じて目標点火効率の最大値を変化させる。たとえばエアコン装置が動作した状態とエアコン装置が停止した状態とではエンジンの負荷が異なり得る。目標点火効率の最大値をエンジンの負荷に応じて変更することにより、エンジンの負荷が変化しても、アイドリング時のエンジン回転数を安定させることが可能になる。

なお、点火時期算出部２０００は、現在の点火効率が最大効率より大きいか否かを判定する（図５参照）。たとえば、点火時期算出部２０００は、目標効率制御部３０００から最大効率の値を受けることにより、その判定に必要な最大効率の値を取得することができる。なお、以後に説明する各変形例においても点火時期算出部２０００は、目標効率制御部３０００から最大効率の値を受けるものとする。

図７は、エンジンの負荷と点火効率の最大値（最大効率）との関係の一例を示す図である。図７および図２を参照して、目標効率制御部３０００はエアコン装置からの負荷要求情報に基づいて、エンジン負荷の程度が大、中、小のいずれであるかを決定する。そして、目標効率制御部３０００は、その決定したエンジン負荷の程度に応じて、最大効率を決定する。たとえばエンジン負荷の程度が大きい場合の最大効率は１．０であり、エンジン負荷の程度が中程度の場合の最大効率は０．９７であり、エンジン負荷の程度が小さい場合の最大効率は０．９５である。

たとえばエアコン装置の作動負荷が最大の場合、エンジン負荷が現在の負荷よりも大きくなる可能性は低いと考えられる。したがって、この場合には、最大効率は、エンジン負荷の程度が大きい場合の値（１．０）に定められる。

たとえばエアコン装置が現在動作しているものの、その作動負荷が最大ではない場合には、今後エアコン装置の作動負荷が大きくなる可能性がある。したがってこの場合の最大効率は、エンジン負荷の程度が中程度の場合の値（０．９７）に定められる。

たとえば、エアコン装置が現在停止している場合には、エアコン装置が今後動作する可能性がある。したがってこの場合の最大効率は、エンジン負荷の程度が小さい場合の値（０．９５）に定められる。

（変形例２）
変形例２では、変形例１と同様に、エンジンの負荷（運転状態）に応じて目標点火効率の最大値を変化させる。なお、以下では、エンジンの負荷が変動する要因の一例ととして、エアコン装置の作動負荷の変動を示す。

図８は、エアコン装置の動作に伴う点火効率の最大値（最大効率）の変化の一例を示す図である。

図８および図２を参照して、目標効率制御部３０００は、エアコン装置の停止状態（ＯＦＦ状態）では最大効率の値を０．９５に設定する。時刻ｔ１においてエアコン装置の動作が開始され、エアコン装置がＯＮ状態になる。このとき目標効率制御部３０００は、最大効率の値を０．９５から１．０に上昇させる。時刻ｔ１以後、目標効率制御部３０００は、最大効率の値を１．０から緩やかに減少させる。なお、最終的には最大効率の値は、そのエアコン装置の作動負荷に応じた値（たとえば０．９７）となる。

エアコン装置の作動負荷の大きさによらず、エアコン装置の動作開始時点では、エンジン回転数が急速に低下する可能性がある。このため変形例２ではエアコン装置の動作開始に応じて最大効率を一旦大きくする。そして、目標効率制御部３０００は、最大効率を緩やかに減少させることにより、エアコン装置の動作が安定したときのエアコン装置の作動負荷に応じた最大効率を設定する。これにより、変形例１と同様に、エンジンの負荷が変化しても、アイドリング時のエンジン回転数を安定させることが可能になる。

（変形例３）
変形例３では、目標効率制御部３０００は、エンジンの負荷（運転状態）に応じて、単位時間あたりの目標点火効率の増分値（すなわちα）を変化させる。

図９は、エンジンの負荷（運転状態）が所定の状態である場合の目標点火効率の時間変化を示す図である。

図９を参照して、目標点火効率（図中では「目標効率」と示す）は、周期Ｔで変化する。周期Ｔは、たとえば数秒から数十秒の範囲で適切に定められる。

図１０は、目標点火効率の増分値が小さくなった場合の目標点火効率の時間変化を示す図である。

図１０を参照して、実線で示す目標点火効率の時間変化は、図９に示す目標点火効率の時間変化に対応する。破線で示す目標点火効率の時間変化は、この実線で示す目標点火効率の時間変化よりも、目標点火効率の単位時間あたりの増分値が小さくなったものである。破線で示す目標点火効率の時間変化の周期Ｔ１は、周期Ｔよりも長くなる。

図１１は、目標点火効率の増分値が大きくなった場合の目標点火効率の時間変化を示す図である。

図１１を参照して、実線で示す目標点火効率の時間変化は、図９に示す目標点火効率の時間変化に対応する。破線で示す目標点火効率の時間変化は、この実線で示す目標点火効率の時間変化よりも、目標点火効率の単位時間あたりの増分値が大きくなったものである。破線で示す目標点火効率の時間変化の周期Ｔ２は、周期Ｔよりも短くなる。

図２に示す目標効率制御部３０００は、エンジン負荷が増大する（たとえばエアコン装置の作動負荷が最大となる）場合には、図１１に破線で示した目標点火効率の時間変化が実現されるように目標点火効率を変化させる。一方、目標効率制御部３０００は、エンジン負荷が減少する（たとえばエアコン装置が停止する）場合には、図１０に破線で示した目標点火効率の時間変化が実現されるように目標点火効率を変化させる。また、目標効率制御部３０００は、たとえばエアコン装置が動作するものの、その作動負荷が最大でない場合には、図９で示した目標点火効率の時間変化が実現されるように目標点火効率を変化させる。

このように変形例３では、エンジンの負荷（運転状態）に応じて、単位時間あたりの目標点火効率の増分値（すなわちα）を変化させる。これにより現在の負荷が大きい場合には素早く出力トルクを上昇させることができるとともに、現在の負荷がさほど大きくない場合には出力トルクを緩やかに上昇させることができる。これにより現在の負荷に応じてエンジンの出力トルクを適切に変化させることが可能になるとともに、燃費が低下するのを抑制できる。

（変形例４）
図１２は、変形例４に従う制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１２を参照して、制御装置は、演算器１０００の前段に設けられ、ＩＳＣ目標トルクの時間変動を平滑化する平滑処理部１０４０をさらに備える点で図２に示す制御装置と異なる。

ＩＳＣ目標トルクは、エンジンの負荷に応じて細かく変動する可能性がある。図４のフローチャートに示されるように、スロットル開度は、目標トルク（ＩＳＣ目標トルク）および目標点火効率から求められた最大効率トルクによって定められる。したがって、ＩＳＣ目標トルクが細かく変動すると、スロットル算出部１０３０によって算出されたスロットル開度も細かく変動する。その算出されたスロットル開度を実現するために、図１に示すスロットルモータ１１４はスロットルバルブ１１２の開度を小刻みに変化させる。この場合、たとえばスロットルバルブの耐久性への影響が考えられる。

変形例４では、たとえば図１３に示されるように平滑処理部１０４０が目標トルクの時間変動を平滑化する。これにより、たとえば平滑化前の目標トルクに不規則的な時間変化を生じていても、平滑化後の目標トルクの値を、ある値で安定させることができる。これにより、たとえばスロットル開度が細かく変動することにより生じる問題（たとえばスロットルバルブの耐久性への影響）を防ぐことができる。

なお、平滑処理部１０４０による平滑処理は特定の処理に限定されるものではない。平滑処理の一例を示すと、たとえば時間平均を算出する処理、１次フィルタ処理、なまし処理、ヒステリシス処理等が挙げられる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載される車両の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置の制御ブロック図である。 図２に示す制御装置による点火時期の算出処理を示すフローチャートである。 図２に示す制御装置によるスロットル開度の算出処理を示すフローチャートである。 図２に示す制御装置による目標点火効率の算出処理を示すフローチャートである。 本実施の形態に従う点火時期、スロットル開度、および点火効率の制御を説明するための図である。 エンジンの負荷と点火効率の最大値（最大効率）との関係の一例を示す図である。 エアコン装置の動作に伴う点火効率の最大値（最大効率）の変化の一例を示す図である。 エンジンの負荷（運転状態）が所定の状態である場合の目標点火効率の時間変化を示す図である。 目標点火効率の増分値が小さくなった場合の目標点火効率の時間変化を示す図である。 目標点火効率の増分値が大きくなった場合の目標点火効率の時間変化を示す図である。 変形例４に従う制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１２に示した平滑処理部１０４０による目標トルクの平滑処理を説明する図である。

符号の説明

１００ エンジンＥＣＵ、１０２Ａ，１０２Ｂ 空燃比センサ、１０４ エアーフローメータ、１０６ 水温センサ、１０８ 排気通路、１１０ 吸気通路、１１２ スロットルバルブ、１１４ スロットルモータ、１１６ スロットルポジションセンサ、１１８ エアクリーナ、１２０Ａ，１２０Ｂ 三元触媒コンバータ、１２２ 冷却水通路、１２４ シリンダブロック、１２６ インジェクタ、１２８ ピストン、１３０ クランクシャフト、１３２ クランクポジションセンサ、１５０ エンジン、１５２ 吸気系、１５４ 排気系、１６０ アクセルペダル開度センサ、１８０ エアコン装置、１０００ 演算器、１０１０ ＫＬ算出器、１０３０ スロットル算出部、１０４０ 平滑処理部、２０００ 点火時期算出部、３０００ 目標効率制御部。

Claims (5)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関のアイドリング時の出力トルクを制御するアイドリング制御部を備え、
   前記アイドリング制御部は、
   前記内燃機関の現在の点火効率が目標点火効率に等しくなるように前記現在の点火効率を制御する点火効率制御部と、
   前記現在の点火効率が最大値に達するまで前記目標点火効率を増加させる第１の処理と、前記現在の点火効率が前記最大値に達した後に前記目標点火効率を前記最大値から所定量だけ低い値に変化させる第２の処理とを交互に実行する目標効率制御部とを含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記目標効率制御部は、前記最大値を、前記内燃機関の負荷に応じて変化させる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記目標効率制御部は、前記目標点火効率の時間に対する増加率を、前記内燃機関の負荷に応じて変化させる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記目標効率制御部は、前記内燃機関の充填効率を上昇させることにより、前記点火効率を低下させる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記点火効率制御部は、
   前記出力トルクの目標値の時間変動を平滑化して、目標トルクを出力する平滑処理部と、
   前記平滑処理部からの前記目標トルクと、前記目標点火効率とに基づいて、前記充填効率を算出する充填効率算出部とを含む、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

Images