JP2010031760A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、エミッション、トルクおよび燃費のバランスが、燃料性状の変化によって悪化してしまうことを抑制することが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。
【解決手段】燃料性状Iが検知され、現在の燃料性状に適した重み付け係数w_THC、w_NOx、w_CO、w_TQ、w_TFが選択される。内燃機関１０の状態を示す評価関数f₁が準備される。評価関数f₁は、重み付け係数w_THC、w_NOx、w_CO、w_TQ、w_TFによる重み付けが施された関数である。評価関数f₁に燃料性状I(k)に応じた重み付け係数が代入され、評価関数f₁の値に基づいて制御パラメータSat、raf.t、Vtin.t、Vtex.tが補正される。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、燃料性状に応じて制御内容を変更する内燃機関の制御装置が知られている。この従来技術にかかる制御装置では、空燃比センサが活性化して空燃比フィードバック制御が開始された後の期間に、空燃比センサの出力状態に基づいて、空燃比フィードバック制御の積分分が変更される。これにより、燃料性状が変化しても、内燃機関の始動後に安定な運転性を確保しつつ空燃比フィードバック制御の開始時期を早めることができる。その結果、排気浄化性能や燃費を、向上することができる。

特開２００６−２９１１２号公報 特開２００２−３０９９９５号公報 特開２０００−２９７６９０号公報

車両用内燃機関の運転中には、エミッション特性、燃費およびドライバビリティといった性能が、それぞれ高い水準で確保されていることが望ましい。しかしながら、これらの性能を常に両立できるとは限らず、互いに背反してしまう場合もある。そこで、内燃機関の運転に係る各種アクチュエータの制御内容、操作量が定められる際には、必要に応じて、運転状態が総合的に見て最良或いは妥当になるように上記各性能の重要度に重み付けが施されることが好ましい。

しかしながら、ある１種類の重み付けパターンを定め、この重み付けパターンを全ての燃料性状に対して画一的に適用すると、ある燃料性状では最良のバランスが得られたとしても、他の燃料性状では最良なバランスが得られない或いはバランスが崩れてしまうおそれがある。その結果、エミッション、トルクおよび燃費のバランスが、燃料性状の変化によって悪化してしまうおそれがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、エミッション、トルクおよび燃費のバランスが、燃料性状の変化によって悪化してしまうことを抑制することが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、
制御パラメータに従って各種アクチュエータが制御されることにより運転される内燃機関を制御する制御装置であって、前記内燃機関の運転条件を示す運転条件パラメータ群を取得する運転条件パラメータ取得手段と、前記運転条件パラメータ群に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを補正する制御パラメータ補正手段と、を備える内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の性能のうちエミッション、トルク、トルク変動のそれぞれに対する重み付けを定めた重み付け係数を、複数種類の燃料性状の各々について記憶した係数記憶手段と、
前記係数記憶手段から、前記内燃機関の現在の燃料性状に応じた重み付け係数を取得する係数取得手段と、を備え、
前記制御パラメータ補正手段が、前記制御パラメータの補正処理の内容に前記重み付け係数に従って重み付けを施した上で、前記運転条件パラメータ群に基づく前記制御パラメータの補正をするものであ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、
前記内燃機関のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記重み付け係数をそれぞれ補正するための係数である補正係数を、複数の異なるアクセル開度にそれぞれ対応させて規定したマップである、アクセル補正係数マップを記憶したアクセル補正係数記憶手段と、
前記アクセル補正係数マップから、前記アクセル開度検出手段が検知したアクセル開度に応じた前記補正係数を取得する補正係数取得手段と、
を備え、
前記制御パラメータ補正手段が、前記アクセル補正係数取得手段が取得した前記補正係数によって補正された後の前記重み付け係数を、重み付けに用い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、
前記内燃機関が接続する変速装置の現在の変速比を検出する変速比検出手段と、
前記重み付け係数をそれぞれ補正するための係数である補正係数を、複数の変速比にそれぞれ対応させて規定したマップである、変速比補正係数マップを記憶した変速比補正係数記憶手段と、
前記変速比補正係数マップから、前記変速比検出手段が検知した変速比に応じた前記補正係数を取得する変速比補正係数取得手段と、
を備え、
前記制御パラメータ補正手段が、前記変速比補正係数取得手段が取得した前記補正係数によって補正された後の前記重み付け係数を、重み付けに用いることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、
前記内燃機関を冷却する冷却水の水温を検出する水温検出手段と、
前記重み付け係数をそれぞれ補正するための係数である補正係数を、前記冷却水の水温の値に対応させて規定したマップである、水温補正係数マップを記憶した水温補正係数記憶手段と、
前記水温補正係数マップから、前記水温検出手段が検知した水温に応じた前記補正係数を取得する水温補正係数取得手段と、
を備え、
前記制御パラメータ補正手段が、前記水温補正係数取得手段が取得した前記補正係数によって補正された後の前記重み付け係数を、重み付けに用いることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至４の発明のいずれか１つにおいて、
前記係数記憶手段が、異なる複数種類の燃料性状の各々について第１、２、３重み付け係数が規定されたマップである重み付け係数マップを記憶した手段であり、
前記係数取得手段が、前記重み付け係数マップから、前記内燃機関の現在の燃料の燃料性状に応じた前記第１、２、３重み付け係数を取得する手段であり、
かつ、
前記制御パラメータ補正手段が、
前記運転条件パラメータを変数として前記内燃機関のエミッション特性、トルク特性およびトルク変動特性を規定した関数であるエミッション特性関数、トルク特性関数およびトルク変動特性関数を含む数式であって、該エミッション特性関数に前記第１重み付け係数を乗じた項、該トルク特性関数に前記第２重み付け係数を乗じた項、および、該トルク変動特性関数に前記第３重み付け係数を乗じた項を含む数式を、前記内燃機関の状態を表す評価関数として記憶した関数記憶手段と、
前記係数取得手段が取得した前記第１、２、３重み付け係数と前記条件パラメータ群とを前記評価関数に代入した結果得られる値が、前記内燃機関の状態が向上する方向へと変化するように、前記制御パラメータを補正する評価向上手段と、
を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、現在の運転条件を示す運転条件パラメータ群に基づいて制御パラメータを補正する場合において、制御パラメータの補正処理の内容に燃料性状に応じた重み付けを反映させることができる。このような重み付けにより、制御パラメータの補正時におけるエミッション、トルク、トルク変動の各々の優先度を、燃料性状に応じて変更することができる。つまり、エミッション特性、燃費、ドライバビリティのうち何れの性能に重点を置いて制御パラメータの補正を行うかを、個々の燃料性状に合わせて変更することができる。従って、エミッション、トルクおよび燃費のバランスが、燃料性状の変化によって悪化してしまうことを抑制することができる。

第２の発明によれば、重み付け係数を、アクセルペダルの開度に応じて補正することができる。

第３の発明によれば、重み付け係数を、変速比に応じて補正することができる。

第４の発明によれば、重み付け係数を、内燃機関の温度に応じて補正することができる。

第５の発明によれば、内燃機関の状態を示す評価関数に含まれる第１、２，３重み付け係数を、燃料性状に応じて変更することができる。評価関数は、エミッション特性関数、トルク特性関数およびトルク変動特性関数を項として含む数式であり、これらの特性を総合的に評価する役割を担っている。第５の発明によれば、この評価関数による評価を、燃料性状ごとに、エミッション、トルク、トルク変動への重み付けを変えながら行うことができる。その結果、燃料性状に応じて、何れの性能に重点を置いて評価を行うかを変更することができる。よって、優先させる性能を燃料性状に応じて変更しながら、制御パラメータを補正することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。図１に示すように、実施の形態１のシステムは、内燃機関１０を備えている。

内燃機関１０の筒内には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２には、吸入空気量GAを検出するエアフローメータ１６が配置されている。エアフローメータ１６の下流には、スロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８の開度は、スロットルモータ２０の作動によって調整される。スロットル弁１８の近傍には、スロットル弁１８の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ２２が配置されている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ２４が設けられている。

排気通路１４には、空燃比センサ４０、触媒４２が順次設けられている。触媒４２には、触媒温度Tcatを計測するための温度センサ４４が取り付けられている。

内燃機関１０の気筒には、吸気ポート１１内に燃料を噴射するための燃料インジェクタ２６が配置されている。内燃機関１０の気筒には、更に、吸気弁２８、点火プラグ３０、排気弁３２およびピストン３４が設けられている。なお、本発明における内燃機関は、図示のようなポート噴射式のものに限らず、燃料を筒内に直接噴射する筒内直接噴射式のものでもよく、更にはポート噴射と筒内噴射とを併用するものでもよい。

また、実施の形態１のシステムは、クランク軸３６の回転角度（回転位置）、すなわちクランク角θを検出するクランク角センサ３８と、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されており、下記の情報を算出できるように構成されている。
（a）点火時期SA
（b）空燃比r_AF
（c）吸気弁２８の開弁タイミングであるVTin
（d）排気弁３２の開弁タイミングであるVTex
（e）吸入空気量GA
（f）触媒温度Tcat
以下、SA、r_AF、VTin、VTex、GA、Tcatを、それぞれ、内燃機関１０の運転条件を示す「運転条件パラメータ」とも称す。また、全ての運転条件パラメータを一括して、「運転条件パラメータ群」とも称す。

また、以下の説明では、ＥＣＵ５０に接続された各種アクチュエータの制御内容、操作量を決定するためのパラメータであるSat、raf.t、Vtin.t、Vtex.tを、それぞれ「制御パラメータ」とも称す。

実施の形態１のシステムは、燃料性状Iを検知することができる燃料性状センサ４６を備えている。なお、燃料性状Iは、実施の形態１のようなセンサ計測以外にも、専用センサを用いない種々の推定方法が知られている。これらの公知の推定方法を、燃料性状センサ４６に代えて使用しても良い。

実施の形態１では、ＥＣＵ５０に、燃料性状Iに応じて異なる値に設定された、重み付け係数（w_THC、w_NOx、w_CO、w_TQ、w_TF）のマップが記憶されている。以下、このマップを、「重み付け係数マップ」とも称す。重み付け係数マップは、具体的には、図２におけるフローチャートのステップＳ１２２のブロック内に記載されたマップである。実施の形態１では、この重み付け係数マップが使用されることにより、燃料性状に合わせた適切な重み付け係数が取得される。この重み付け係数による重み付けが、制御パラメータ（Sat、raf.t、Vtin.t、Vtex.t）の補正処理の内容に反映される。詳細は後述する図２のフローチャートの説明で述べる。

また、実施の形態１では、内燃機関１０の運転状態を評価するための下記の関数f₁が予め作成され、ＥＣＵ５０に記憶されている。以下、この関数f₁を、「評価関数f₁」とも称す。

上記の（２）式〜（４）式すなわち関数func_THC、func_NOx、funk_COは、それぞれ、排気ガス中の有害成分であるＴＨＣ（Total HC）、ＮＯｘ、ＣＯの量を推定する数式である。また、（５）式すなわち関数funk_TQは、トルクTQを、（６）式すなわち関数func_TFは、トルク変動TFを、それぞれ推定する数式である。（２）式〜（６）式は、すべて、運転条件パラメータ群（GA、Tcat、SA、r_AF、VTin、VTex）を変数として含むように関数化されている。

（２）式〜（６）式は、予め作成され、ＥＣＵ５０に記憶される。これらの式の具体的な作成方法は、従来のＴＨＣ（Total HC）、ＮＯｘ、ＣＯ量、トルク、トルク変動に関する推定方法を適用、応用することができ、新規な事項ではない。このため、ここではこれ以上の説明は省略する。実施の形態１では、評価関数f₁が用いられることにより、内燃機関１０の運転状態の評価が向上していくように、制御パラメータの補正が行われる。

実施の形態１では、評価関数f₁の値が大きいほど内燃機関１０の運転状態が良好になるように、評価関数f₁がつくられている。上述した（１）式は、関数func_THC、func_NOx、funk_CO、funk_TQ、func_TFに重み付け係数（ｗ_THC、ｗ_NOx、ｗ_CO、ｗ_TQ、ｗ_TF）がそれぞれ掛けられてなる多項式である。燃料性状Iのマップ（図２参照）にあるように、ｗ_THC、ｗ_NOx、ｗ_COおよびｗ_TFは負の数値、ｗ_TQは正の数値が設定されている。その結果、（１）式の第１、２、３、５項は、値が小さくなるほど評価関数f₁の値が増加する。また、（１）式の第４項は、逆に、値が大きくなるほど、評価関数f₁の値が増加する。よって、THC、NOx、CO量が少なくなりエミッション特性が良好になるほど、評価関数f₁の値が増加する。また、トルクTQが大きくなり燃費が高まるほど、評価関数f₁の値が増加する。また、トルク変動TFが小さくなりドライバビリティが向上するほど、評価関数f₁の値が増加する。以上のように、評価関数f₁の値が大きければ大きいほど、内燃機関１０のエミッション特性、燃費、ドライバビリティが向上していることになる。

［実施の形態１の動作］
以下、実施の形態１の動作を、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行する具体的処理の内容とともに説明する。図２乃至６は、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートを示す。

図２のルーチンでは、先ず、現在のステップをｋとして、ＥＣＵ５０が、点火時期SA(k)、空燃比r_AF(k)、吸気弁開弁タイミングVTin(k)、排気弁開弁タイミングVTex(k)、吸入空気量GA(k)、触媒温度Tcat(k)をそれぞれ取得する（ステップＳ１００〜Ｓ１１０）。

なお、実施の形態１では、内燃機関１０の始動後、空燃比センサ４０が活性化するまでの期間は、吸入空気量GA(k)と燃料インジェクタ２６の噴射量との比を、空燃比r_AF(k)とする。そして、空燃比センサ４０が活性化した後は、空燃比センサ４０の出力に基づいて、空燃比r_AF(k)を算出する。内燃機関１０の始動後かつ空燃比フィードバック制御開始前の期間は、エミッションが最も悪化しかつ燃料消費率が高くなる期間である。実施の形態１によれば、そのような期間も含めて、良好なエミッション特性が実現される。

次いで、燃料性状センサ４６の出力に基づいて燃料性状I(k)が算出される（ステップＳ１２０）。

その後、ステップＳ１２０で得られた燃料性状I(k)を用いて、重み付け係数マップが参照される（ステップＳ１２２）。このステップでは、先ず、重み付け係数マップに記憶された複数の燃料性状のうち、現在の燃料性状I(k)に適合する燃料性状が特定される。次いで、適合した燃料性状について規定されている重み付け係数（ｗ_THC、ｗ_NOx、ｗ_CO、ｗ_TQ、ｗ_TF）が読み出される。例えば、燃料性状I(k)が通常燃料の性状と適合した場合には、図２ステップＳ１２２の欄の表の一列目の重み付け係数が読み出される。その結果、現在の重み付け係数は、ｗ_THC(k)=-0.3、ｗ_NOx(k)=-0.3、ｗ_CO(k)=-0.2、ｗ_TQ(k)=0.1、ｗ_TF(k)=-0.1と設定される。なお、実施の形態１では、通常燃料については、エミッションを重視するように重み付け係数を設定している。また、実施の形態１では、重質燃料が比較的燃えにくいという点を考慮して、重質燃料についてはトルクを重視するように重み付け係数を設定している。

続いて、評価関数f₁が読み出される（図３のステップＳ１２４）。次いで、評価関数f₁がSAで偏微分された数式であるdf₁/dSAが取得される（ステップＳ１２６）。このdf₁/dSAに対して、現ステップであるステップｋにおける運転条件パラメータ群および重み付け係数が代入される。その結果、ステップｋにおける評価関数f₁の偏微分係数df₁(k)/dSAが算出される。

なお、ステップＳ１２４およびＳ１２６の内容は、実際には、予めdf₁(k)/dSAをＥＣＵ５０に記憶しておいて単に運転条件パラメータ群および重み付け係数を代入するだけであってもよい。

ステップＳ１２６の後、df₁(k)/dSAが零よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１２８）。この条件が成立した場合には、次ステップであるステップk+1の制御パラメータの１つである点火時期Sat(k+1)が、SA(k)に所定の増分ΔSAを加えた値（SA(k)+ΔSA）に設定される（ステップＳ１３０）。つまり、プラスΔSAの補正が行われる。なお、実施の形態１では、+ΔSAの補正は、具体的には、例えば、点火時期を０．５度進角側に補正するという内容にする。その後、今回のルーチンが終了する（図６のend）。

ステップＳ１２８の条件が不成立の場合には、df₁(k)/dSAが零よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ１３２）。この条件が成立した場合には、点火時期Sat(k+1)が、SA(k)からΔSAを減じた値（SA(k)-ΔSA）に設定される（ステップＳ１３４）。つまり、マイナスΔSAの補正が行われる。実施の形態１では、-ΔSAの補正は、具体的には、例えば、点火時期を０．５度遅角側に補正するという内容にする。その後、今回のルーチンが終了する（図６のend）。

ステップＳ１３２の条件が不成立の場合には、点火時期の補正が行われないまま今回のルーチンが終了する（図６のend）。

以上の補正処理によって、内燃機関１０の運転状態が向上する方向へと評価関数f₁(k)の値が変化するように、制御パラメータSatを補正することができる。

ここまで、点火時期Satを対象とした制御パラメータ補正処理の内容を述べた。これと同様の内容の補正処理を、図４〜６に示すように、空燃比raf.t、吸気弁開弁タイミングVtin.t、排気弁開弁タイミングVtex.tに対して行う。

すなわち、図４に示すように、空燃比raf.tに関して、df₁(k)/dr_AFの算出（ステップＳ１３６）、df₁(k)/dr_AFが零より大きければプラスΔr_AFの補正（ステップＳ１３８、Ｓ１４０）、df₁(k)/dr_AFが零より小さければマイナスΔr_AFの補正（ステップＳ１４２、Ｓ１４４）、df₁(k)/dr_AF=0であれば補正せずにルーチン終了となる。Δr_AFは、実施の形態１では、０．０３とする。

同様に、図５に示すように、VTinに関して、df₁(k)/dVTinの算出（ステップＳ１４６）、df₁(k)/dVTinが零より大きければプラスΔVTinの補正（ステップＳ１４８、Ｓ１５０）、df₁(k)/dVTinが零より小さければマイナスΔVTinの補正（ステップＳ１５２、Ｓ１５４）、df₁(k)/dVTin=0であれば補正せずにルーチン終了となる。ΔVTinは、実施の形態１では、０．５とする。

また、図６に示すように、VTexに関して、df₁(k)/dVTexの算出（ステップＳ１５６）、df₁(k)/dVTexが零より大きければプラスΔVTexの補正（ステップＳ１５８、Ｓ１６０）、df₁(k)/dVTexが零より小さければマイナスΔVTexの補正（ステップＳ１６２、Ｓ１６ｈ４）、df₁(k)/dVTex=0であれば補正せずにルーチン終了となる。ΔVTexは、実施の形態１では、０．５とする。

Sat、raf.t、Vtin.tおよびVtex.tの全ての制御パラメータに関する補正処理が終了したら、今回のルーチンが終了する。その後、実施の形態１では、上記のルーチンが、１つの気筒の１燃焼行程に対して１回ずつ制御パラメータの補正が行われるように、繰り返し実行される。つまり、演算周期は、多気筒内燃機関の場合は次のようになる。４気筒の内燃機関の場合には、クランクシャフトが１回転する間に２回、上記ルーチンが実行される。また、８気筒の内燃機関では、クランクシャフトが１回転する間に４回、上記ルーチンが実行される。

以上説明した実施の形態１によれば、現在の運転条件を示す運転条件パラメータ群に基づいて制御パラメータを補正する場合において、制御パラメータの補正処理の内容に燃料性状に応じた重み付けを反映させることができる。このような重み付けにより、制御パラメータの補正時におけるエミッション、トルク、トルク変動の各々の優先度を、燃料性状に応じて変更することができる。従って、エミッション特性、燃費、ドライバビリティのうち何れの性能に重点を置いて制御パラメータの補正を行うかを、燃料性状に合わせて変更することができる。

また、実施の形態１によれば、評価関数f₁に含まれる重み付け係数を、燃料性状Iに応じて変更することができる。評価関数f₁は、エミッション特性を示す関数func_THC、func_NOx、funk_CO、トルク特性を示す関数funk_TQ、およびトルク変動特性を示す関数func_TFを、項として含む数式である。その結果、評価関数f₁は、エミッション、トルク、トルク変動の特性を総合的に評価する役割を担っている。実施の形態１によれば、評価関数f₁による評価を、異なる複数種類の燃料性状Iのそれぞれについて、エミッション、トルク、トルク変動への重み付けを変えながら行うことができる。その結果、燃料性状に応じて内燃機関の何れの性能に重点を置いて評価を行うかを変更しつつ、内燃機関の運転状態の評価が向上するように制御パラメータを補正することができる。

また、実施の形態１によれば、アクチュエータベースではなく商品思想ベースでの制御を実現することができ、アクチュエータ設定値の適合を必要としないという利点がある。また、実施の形態１では、評価関数f₁においてトルク変動等、ドライバビリティに関する考慮がなされているので、冷間ヘジテーションを中心としたドライバビリティ向上にも寄与する。

尚、上述した実施の形態１では、ＥＣＵ５０が各種センサおよび各種アクチュエータと接続してそれらと信号の授受を行うことにより、前記第１の発明における「運転条件パラメータ取得手段」が実現されている。また、図２のステップＳ１２２のブロックに示したマップにより、前記第１の発明における「係数記憶手段」が実現されている。また、図２のステップＳ１２０およびＳ１２２が実行されることにより、前記第１の発明における「係数取得手段」が実現されている。また、図３乃至６のそれぞれに示した各ステップが実行されることにより、前記第１の発明における「制御パラメータ補正手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図７乃至９を用いて、本発明の実施の形態２を説明する。以下の説明では、実施の形態１との相違点を中心に述べ、同様の事項については説明を簡略化ないしは省略し、図示も省略する。

［実施の形態２のシステム構成］
実施の形態２にかかる内燃機関の制御装置は、実施の形態１と同様に、図１のシステム構成を備えている。また、実施の形態２のシステムは、図示しないが、エンジン水温を測定可能な水温センサを備えている。また、ＥＣＵ５０が、現在の変速比（シフト）を随時検知できるようになっている。その他のハードウェア構成は実施の形態１と同様のため、実施の形態２のシステム構成についてのこれ以降の詳細は図示および説明を省略する。

また、実施の形態２では、ＥＣＵ５０が、図７のステップＳ１７２のブロック中に示した、ペダル開度による重み付け補正係数（k_PA,THC、k_PA,NOx、k_PA,CO、k_PA,TQ、k_PA,TF）のマップを記憶している（以下、このマップを、「ペダル開度補正係数マップ」とも称す）。

また、実施の形態２では、ＥＣＵ５０が、図８のステップＳ１７４のブロック中に示した、シフトに応じた重み付け補正係数（k_sft,THC、k_sft,NOx、k_sft,CO、k_sft,TQ、k_sft,TF）のマップを記憶している（以下、このマップを、「シフト補正係数マップ」とも称す）。

更に、ＥＣＵ５０は、Ｓ１７６のブロック中に示したエンジン水温に応じた重み付け補正係数（k_Tw,THC、k_Tw,NOx、k_Tw,CO、k_Tw,TQ、k_Tw,TF）のマップを記憶している（以下、このマップを、「水温補正係数マップ」とも称す）。

上記の補正係数は、それぞれ、同じ添え字を有する重み付け係数w_THC、w_NOx、w_CO、w_TQ、w_TFに乗算されるために予め定められたものである。

［実施の形態２の動作］
実施の形態１では、燃料性状ごとに１組ずつ重み付け係数を設定した。ところで、内燃機関の運転状態が異なれば、重み付け係数を定めるにあたって重視すべき項目も変わってくると考えられる。例えば、モードエミッションを重視して重み付け係数を決定した場合、暖機後や始動後に即ノーマル→ドライブへのシフトチェンジがあったとき等に、燃費やドライバビリティが悪化してしまうおそれがある。

そこで、実施の形態２では、重み付け係数が、ペダル開度、エンジン水温およびシフトに応じて、補正される。これにより、運転状態が異なる様々な状況下でも、エミッション、燃費、ドライバビリティの最適なバランスを良好に維持することができる。

図７乃至９は、実施の形態２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。

なお、実施の形態２のルーチンでは、図７乃至９のルーチンに先立って、実施の形態１のルーチンの一部の処理（各種センサの出力から運転状態パラメータ群が算出され、かつ、燃料性状I(k)に応じて重み付け係数w(k)が取得されるまでの処理：すなわちステップＳ１００〜Ｓ１２２）が実行されているものとする。便宜上、図７に、燃料性状I(k)に応じた重み付け係数w(k)の取得処理（ステップＳ１２０、Ｓ１２２）のみを示している。

図７のルーチンがスタートすると、運転状態パラメータ群の算出処理や重み付け係数の取得処理と並行して、アクセルポジションセンサ２４の出力に基づき現ステップkにおけるペダル開度PA(k)が取得される（ステップＳ１７０）。

続いて、取得されたPA(k)に応じて、重み付け補正係数k_PA,THC(k)、k_PA,NOx(k)、k_PA,CO(k)、k_PA,TQ(k)、k_PA,TF(k)が取得される（ステップＳ１７２）。ここで、実施の形態２では、図７のペダル開度補正係数マップの具体的数値を、ペダル開度の増大に応じてトルクが重点的に増加するように設定している。よって、実施の形態２では、ペダル要求が大きいほどトルクが優先されるように、補正係数が定められている。

また、図７のルーチンがスタートすると、上記のペダル開度に応じた補正係数取得の処理に並行して、図８のルーチンのステップＳ１７４およびＳ１７８の処理も実行される。ステップＳ１７４ではエンジン水温Tw(k)が、ステップＳ１７８ではシフトsft(k)が、それぞれ取得される。

その後、先ず、水温補正係数マップが参照されて、現在のエンジン水温Tw(k)に応じた補正係数k_Tw,THC(k)、k_Tw,NOx(k)、k_Tw,CO(k)、k_Tw,TQ(k)、k_Tw,TF(k)が取得される（ステップＳ１７６）。ここで、実施の形態２では、図８の水温補正係数マップ中の具体的数値を、エンジン水温が６０℃以上の場合には、エミッションに関する補正係数であるk_Tw,THC、k_Tw,NOx、k_Tw,COが相対的に小さくなり、トルクに関する補正係数であるk_Tw,TQが相対的に大きくなるように、設定している。よって、実施の形態２では、暖機後にはエミッションよりも燃費が優先されるように、補正係数が定められている。

次いで、シフト補正係数マップが参照されて、現在のシフトsft(k)に応じた補正係数k_sft,THC(k)、k_sft,NOx(k)、k_sft,CO(k)、k_sft,TQ(k)、k_sft,TF(k)が取得される（ステップＳ１８０）。ここで、実施の形態２では、図８のシフト補正係数マップ中の具体的数値を、シフトがドライブまたはリヤである場合には、トルクに関する補正係数であるk_sft,TQやトルク変動に関する補正係数であるk_sft,TFが、大きく設定されている。これにより、実施の形態２では、シフトがドライブやリヤであるとき燃費やドライバビリティが優先されるように、補正係数が定められている。

ステップＳ１７２、Ｓ１７６、Ｓ１８０でそれぞれ補正係数が取得されると、補正後重み付け係数を算出する処理が実行される（図９のステップＳ１８２）。ここでは、下記の（７）式〜（１１）式に従って、補正後重み付け係数W_THC、W_NOx、W_CO、W_TQ、W_TFが、それぞれ算出される。

次いで、下記の（１２）式に、実施の形態１で述べた（２）式〜（６）式が代入される。
f₂ ＝ func_f2(GA、Tcat、SA、r_AF、VTin、VTex、W_THC、W_NOx、W_CO、W_TQ、W_TF)
＝ W_THC×THC ＋ W_NOx×NOx ＋ W_CO×CO ＋ W_TQ×TQ ＋ W_TF×TF ・・・（１２）
（１２）式中のTHC、NOx、CO、TQ、TFが、それぞれ、（２）〜（６）式を意味している。その上で、実施の形態１で行われたのと同様に、f₂がSAで偏微分される。その後は、実施の形態１で関数f₁が担っていた役割を、関数f₂に代替させる。つまり、偏微分後の関数df₂/dSAに、現在の運転条件パラメータ群および補正後重み付け係数が代入される（ステップＳ１８４、Ｓ１８６）。なお、実際には、予めdf₂(k)/dSAをＥＣＵ５０に記憶しておいて、単に運転条件パラメータ群および重み付け係数を代入するだけであってもよい。

その後、実施の形態１と同様に偏微分係数df₂(k)/dSAの正負に応じてΔSAの増加補正または減少補正が行われる（ステップＳ１８８〜Ｓ１９４）。

他の制御パラメータのそれぞれ（raft.t、Vtin.t、Vtex.t）に関しても、図示は省略するが、Satに対する処理と同様の処理が行われる。すなわち、評価関数の偏微分、偏微分後の関数df₂/drAF、df₂/d VTin、df₂/d VTexに現在の運転条件パラメータ群および補正後重み付け係数が代入され、得られた偏微分係数の値に応じてΔr_AF、ΔVTin、ΔVTexの増加補正または減少補正が行われる。

実施の形態３．
実施の形態３を説明する。実施の形態１、２では、各種センサの出力値の計測位相がずらされていない。すなわち、ある気体群が気筒内から排気管を通じて排気されるとき、その気体群に関係するSA、VTin、VTex、GAは当該気体群が気筒内に存在するときのセンサ出力値を示す。これに対し、空燃比センサ４０の出力に基づくr_AFは、当該気体群が空燃比センサ４０付近に存在するときのセンサ出力値を表す。また、Tcatは、当該気体群が触媒４２付近に存在するときの値を表す。これに起因して、実施の形態１、２では、運転状態パラメータ群からエミッション、燃費、ドライバビリティを推定する際に、推定精度が低下してしまう。結果、エミッション、燃費、ドライバビリティを始めとした運転状態のバランスが崩れてしまうおそれがある。

そこで、実施の形態３では、関数func_THC、func_NOx、funk_CO、funk_TQ、func_TFにおいて、センサ位相ずれが考慮されるとともに、位相ずれの度合いが運転条件から常時算出される。これにより、ＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＴＱ、ＴＦの推定精度が向上し、エミッション、燃費、ドライバビリティのバランスが良好に確保される。

実施の形態３は、実施の形態１と同じハードウェア構成を備えている。以下の説明では、実施の形態１および２との相違点を中心に述べ、同様の事項については説明を簡略化ないしは省略し、図示も省略する。

実施の形態３では、下記の（１３）式および（１４）式が、実験などを行うことにより予め決定されている。（１３）式は、空燃比センサ位相遅れステップ数を算出するための関数SIGMA_AFであり、（１４）式は、触媒位相遅れステップ数を算出するための関数SIGMA_catである。

以下、実施の形態３の動作を、実施の形態３において実行される具体的処理の内容と共に説明する。図１０乃至１２は、実施の形態３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。

実施の形態３のルーチンでは、図１０乃至１２のルーチンに先立って、実施の形態１のルーチンの一部の処理（各種センサの出力から運転状態パラメータ群が算出され、かつ、燃料性状I(k)に応じて重み付け係数w(k)が取得されるまでの処理：すなわちステップＳ１００〜Ｓ１２２）が実行されているものとする。便宜上、図１０に、燃料性状I(k)に応じた重み付け係数w(k)の取得処理（ステップＳ１２０、Ｓ１２２）のみを示している。

図１０のルーチンがスタートすると、上記の処理と並行し、吸入空気量GA(k)の取得処理（ステップＳ１０８）により得られたGA(k)を用いて、空燃比センサ位相遅れステップ数iが算出される（ステップＳ２００）。このステップでは、前述した（１３）式にしたがって、空燃比センサ位相遅れステップ数iが算出される。

続いて、同じくGA(k)を用いて、触媒位相遅れステップ数jが算出される（ステップＳ２０２）。このステップでは、前述した（１４）式にしたがって、触媒位相遅れステップ数jが算出される。

次いで、実施の形態１と同様に、評価関数f₁が読み出される（ステップＳ１２４）。そして、評価関数f₁をSAで偏微分したdf₁/dSAに、運転条件パラメータおよび重み付け係数が入力される（ステップＳ２０４）。ここで、実施の形態３では、空燃比センサ位相遅れおよび触媒位相遅れを反映させるために、df₁/dSAに、下記の各ステップの運転条件パラメータ群が代入される。
SA = SA(k-j)
r_AF = r_AF(k-j+i)
VTin = VTin(k-j)
VTex = VTex(k-j)
GA = GA(k-j)
Tcat = Tcat(k)

なお、ステップＳ１２４およびＳ２０４の内容は、実際には、予めdf₁(k)/dSAをＥＣＵ５０に記憶しておいて単に運転条件パラメータ群および重み付け係数を代入するだけであってもよい。

次いで、df₁(k)/dSAが零よりも大きいか否かが判定される（図１１のステップＳ２０６）。この条件が成立した場合には、更に、SA(k)≦SA(k-j)が成立しているか否かが判定される（ステップＳ２０８）。この条件が成立している場合には、制御パラメータraf.tを対象にしてプラスΔSAの補正がなされ（ステップＳ２１０）、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ２０８の条件が不成立である場合には、現ステップの点火時期SA(k)が、そのまま、次のステップk+1の点火時期SA(k+1)に設定される（ステップＳ２１２）。その後、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ２０６の条件が不成立である場合には、df₁(k)/dSAが零よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ２１４）。この条件が成立している場合には、更に、SA(k)≧SA(k-j)が成立しているか否かが判定される（ステップＳ２１６）。この条件が成立している場合には、制御パラメータraf.tを対象にしてマイナスΔSAの補正がなされ（ステップＳ２１０）、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ２１４またはステップＳ２１６において、判定条件が不成立である場合には、現ステップの点火時期SA(k)が、そのまま、次のステップk+1の点火時期SA(k+1)に設定される（ステップＳ２１２）。その後、今回のルーチンが終了する。

VTin、VTexに関しても、図示は省略するが、SAと同様に、以上述べた図１１のルーチンが実行される。

一方、raf.tの補正は、図１２に示すルーチンによって行われる。つまり、df₁(k)/dr_AFの正負の判定と（ステップＳ２２０、Ｓ２２８）、r_AF(k)とr_AF(k-j+i)の比較（ステップＳ２２２、Ｓ２３０）との結果に応じて、プラス補正（Ｓ２２４）、現状維持（ステップＳ２２６）、マイナス補正（Ｓ２３２）のいずれかが実行される。

以上説明した実施の形態３によれば、空燃比センサ位相遅れおよび触媒位相遅れが反映されることにより、ＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＴＱ、ＴＦの推定精度が向上する。その結果、燃料性状の変化に対して、エミッション、燃費、ドライバビリティのバランスがより一層良好に維持される。

本発明の実施の形態１のシステム構成を示す図である。 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。 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。 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。 本発明の実施の形態３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３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３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
１１ 吸気ポート
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアフローメータ
１８ スロットル弁
２０ スロットルモータ
２２ スロットルポジションセンサ
２４ アクセルポジションセンサ
２６ 燃料インジェクタ
２８ 吸気弁
３０ 点火プラグ
３２ 排気弁
３４ ピストン
３６ クランク軸
３８ クランク角センサ
４０ 空燃比センサ
４２ 触媒
４４ 温度センサ
４６ 燃料性状センサ
GA 吸入空気量
PA ペダル開度
r_AF 空燃比
SA 点火時期
sft シフト
Tcat 触媒温度
TF トルク変動
TQ トルク
Tw エンジン水温
VTex 排気弁開弁タイミング
VTin 吸気弁開弁タイミング

Claims (5)

1. 制御パラメータに従って各種アクチュエータが制御されることにより運転される内燃機関を制御する制御装置であって、前記内燃機関の運転条件を示す運転条件パラメータ群を取得する運転条件パラメータ取得手段と、前記運転条件パラメータ群に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを補正する制御パラメータ補正手段と、を備える内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の性能のうちエミッション、トルク、トルク変動のそれぞれに対する重み付けを定めた重み付け係数を、複数種類の燃料性状の各々について記憶した係数記憶手段と、
   前記係数記憶手段から、前記内燃機関の現在の燃料性状に応じた重み付け係数を取得する係数取得手段と、を備え、
   前記制御パラメータ補正手段が、前記制御パラメータの補正処理の内容に前記重み付け係数に従って重み付けを施した上で、前記運転条件パラメータ群に基づく前記制御パラメータの補正をするものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   前記重み付け係数をそれぞれ補正するための係数である補正係数を、複数の異なるアクセル開度にそれぞれ対応させて規定したマップである、アクセル補正係数マップを記憶したアクセル補正係数記憶手段と、
   前記アクセル補正係数マップから、前記アクセル開度検出手段が検知したアクセル開度に応じた前記補正係数を取得する補正係数取得手段と、
   を備え、
   前記制御パラメータ補正手段が、前記アクセル補正係数取得手段が取得した前記補正係数によって補正された後の前記重み付け係数を、重み付けに用い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. 前記内燃機関が接続する変速装置の現在の変速比を検出する変速比検出手段と、
   前記重み付け係数をそれぞれ補正するための係数である補正係数を、複数の変速比にそれぞれ対応させて規定したマップである、変速比補正係数マップを記憶した変速比補正係数記憶手段と、
   前記変速比補正係数マップから、前記変速比検出手段が検知した変速比に応じた前記補正係数を取得する変速比補正係数取得手段と、
   を備え、
   前記制御パラメータ補正手段が、前記変速比補正係数取得手段が取得した前記補正係数によって補正された後の前記重み付け係数を、重み付けに用いることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関を冷却する冷却水の水温を検出する水温検出手段と、
   前記重み付け係数をそれぞれ補正するための係数である補正係数を、前記冷却水の水温の値に対応させて規定したマップである、水温補正係数マップを記憶した水温補正係数記憶手段と、
   前記水温補正係数マップから、前記水温検出手段が検知した水温に応じた前記補正係数を取得する水温補正係数取得手段と、
   を備え、
   前記制御パラメータ補正手段が、前記水温補正係数取得手段が取得した前記補正係数によって補正された後の前記重み付け係数を、重み付けに用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記係数記憶手段が、異なる複数種類の燃料性状の各々について第１、２、３重み付け係数が規定されたマップである重み付け係数マップを記憶した手段であり、
   前記係数取得手段が、前記重み付け係数マップから、前記内燃機関の現在の燃料の燃料性状に応じた前記第１、２、３重み付け係数を取得する手段であり、
   かつ、
   前記制御パラメータ補正手段が、
   前記運転条件パラメータを変数として前記内燃機関のエミッション特性、トルク特性およびトルク変動特性を規定した関数であるエミッション特性関数、トルク特性関数およびトルク変動特性関数を含む数式であって、該エミッション特性関数に前記第１重み付け係数を乗じた項、該トルク特性関数に前記第２重み付け係数を乗じた項、および、該トルク変動特性関数に前記第３重み付け係数を乗じた項を含む数式を、前記内燃機関の状態を表す評価関数として記憶した関数記憶手段と、
   前記係数取得手段が取得した前記第１、２、３重み付け係数と前記条件パラメータ群とを前記評価関数に代入した結果得られる値が、前記内燃機関の状態が向上する方向へと変化するように、前記制御パラメータを補正する評価向上手段と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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