JP2010038151A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】推定トルクと要求トルクとの間の時間的なずれに起因する点火時期の不要な遅角を防止することができるようにする。
【解決手段】要求トルクに対応した目標スロットル開度を求めると共に、点火時期を最適点火時期に設定したときの推定トルクを目標スロットル開度に基づいて算出する。そして、要求トルクと推定トルクとの比（トルク効率）に基づいて点火時期を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、推定トルクと要求トルクとの比に基づいて点火時期を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、火花点火式の内燃機関では、そのトルクを制御するための手段として空気量の調整と合わせて点火時期の調整が用いられている。例えば、特開２００５−１１３８７７号公報に記載された技術では、ベース点火時期とＭＢＴとの差に応じて決まる点火時期効率によって要求トルクが補正され、その効率補正された要求トルクに基づいて要求スロットル開度が算出されている。また、実際の空気量と機関回転数とから推定されたＭＢＴにおける推定トルクが求められ、推定トルクと補正前の要求トルクとの比に基づいてＭＢＴに対する点火遅角量が算出されている。
特開２００５−１１３８７７号公報 特表平１１−５０９９１０号公報

上記公報に記載の技術によれば、要求トルクの変化に応じてスロットル開度が変化し、スロットル開度の変化に応じて空気量が変化する。そして、空気量の変化に応じて推定トルクが変化する。つまり、推定トルクは要求トルクに追従して変化する。要求トルクが推定トルクに反映されるまでの過程には、制御装置内部での演算処理及び信号伝達の遅れ、スロットルの動作遅れ、或いはセンサの応答遅れ等の各種応答遅れが発生する。このため、推定トルクと要求トルクとの間には常に時間的なずれが存在している。

上記の時間的なずれは要求トルクが過渡的に変化しているとき、特に、要求トルクが減少しているときにある問題を生じさせる。例えば、図５に示すように要求トルクが振動的に変化している場合、推定トルクもそれに追従して振動的に変化する。このとき、上述の各種応答遅れに伴う時間的なずれは、推定トルクと要求トルクとの間の位相のずれとして現れる。この結果、推定トルクが要求トルクよりも大きくなっている期間が周期的に生じることになる。

上記公報に記載の技術によれば、推定トルクと要求トルクとの比に応じて点火遅角量が決定されるため、推定トルクが要求トルクよりも大きくなっている期間は点火時期がＭＢＴよりも遅角されることになる。そして、このような点火遅角は点火時期効率が最大効率に設定されているとき、すなわち、ＭＢＴでの運転が要求されているときでも自動的に行われてしまう。つまり、上記公報に記載の技術は、意図していないにもかかわらず点火時期が不要に遅角されてしまうおそれがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、推定トルクと要求トルクとの間の時間的なずれに起因する点火時期の不要な遅角を防止できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、吸気量を調整する吸気アクチュエータの動作と点火時期とによって機関トルクを制御可能な内燃機関の制御装置において、
要求トルクを取得する要求トルク取得手段と、
前記要求トルクを複数のパラメータを経由して前記吸気アクチュエータを制御するための指令信号に変換する吸気アクチュエータ制御手段と、
点火時期を最適点火時期に設定したときの推定トルクを前記複数のパラメータの中の所定のパラメータに基づいて算出する推定トルク算出手段と、
前記要求トルクと前記推定トルクとの比をトルク効率として算出するトルク効率算出手段と、
前記トルク効率に基づいて点火時期を設定する点火時期設定手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記吸気アクチュエータ制御手段は、前記複数のパラメータの中の所定のパラメータを所定の遅延時間だけ遅延させ、遅延処理したパラメータを前記吸気アクチュエータの制御信号に変換するように構成され、
前記推定トルク算出手段は、遅延処理されていないパラメータに基づいて推定トルクを算出することを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記推定トルク算出手段は、前記吸気アクチュエータをモデル化した吸気アクチュエータモデルを有し、前記の遅延処理されていないパラメータを前記吸気アクチュエータモデルに入力することで得られる前記吸気アクチュエータの予測動作に基づいて推定トルクを算出することを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第２の何れか１つの発明において、
点火時期を最適点火時期に設定したときの推定トルクを前記吸気アクチュエータの実際の動作に基づいて算出する第２の推定トルク算出手段と、
前記トルク効率の算出に使用する推定トルクを前記推定トルク算出手段（以下、第１の推定トルク算出手段）によって算出された推定トルクから前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替える切替手段をさらに備えることを特徴としている。

第５の発明は、第４の発明において、
前記切替手段は、前記要求トルクの出所に基づいて燃費優先かトルク精度優先かを判定し、燃費優先であれば前記第１の推定トルク算出手段で算出された推定トルクを使用し、トルク精度優先であれば前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替えることを特徴としている。

第６の発明は、第４の発明において、
前記切替手段は、前記要求トルクの変化率が所定値よりも大きいか否か判定し、前記要求トルクの変化率が所定値以下であれば前記第１の推定トルク算出手段で算出された推定トルクを使用し、前記要求トルクの変化率が所定値よりも大きければ前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替えることを特徴としている。

第７の発明は、第４の発明において、
前記切替手段は、前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒の活性状態を判定し、前記排気浄化触媒の活性度が所定程度以上であれば前記第１の推定トルク算出手段で算出された推定トルクを使用し、前記排気浄化触媒の活性度が所定程度未満であれば前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替えることを特徴としている。

第１の発明によれば、点火時期の設定の基礎とされるトルク効率は、要求トルクを吸気アクチュエータの指令信号に変換するためのパラメータから算出された推定トルクを用いてされる。この推定トルクには吸気アクチュエータの動作遅れが反映されていないので、推定トルクと要求トルクとの間の時間的なずれに起因してトルク効率が低下することは防止され、ひいては不要な点火遅角は防止される。

第２の発明によれば、要求トルクの変化に対して吸気アクチュエータの応答を所定の遅延時間だけ遅らせる遅延制御が行われている場合には、遅延処理されていないパラメータから推定トルクを算出することにより、推定トルクと要求トルクとの間に時間的なずれが生じるのを防止することができる。

第３の発明によれば、推定トルクの算出に吸気アクチュエータモデルを用いることで、吸気アクチュエータの応答特性を推定トルクに反映させることができる。

第４の発明によれば、トルク効率の算出に使用する推定トルクとして、吸気アクチュエータの実際の動作に基づいて算出された推定トルクと、要求トルクを吸気アクチュエータの指令信号に変換するためのパラメータから算出された推定トルクの何れか一方を選択できるので、状況に応じた点火時期制御が可能になる。前者の推定トルクが選択されたときには正確なトルク制御を実施することができる。また、後者が選択されたときには推定トルクと要求トルクとの間の時間的なずれに起因してトルク効率が低下することは防止され、ひいては不要な点火遅角は防止される。

第５の発明によれば、燃費優先のときには、要求トルクを吸気アクチュエータの指令信号に変換するためのパラメータから算出された推定トルクを用いてトルク効率を算出することで、不要な点火遅角を防止して燃費を向上させることができる。また、トルク精度優先のときには、吸気アクチュエータの実際の動作に基づいて算出された推定トルクを用いてトルク効率を算出することで、推定トルクと要求トルクとの比に応じた点火遅角によって要求トルクに対する実トルクの追従精度を向上させることができる。

第６の発明によれば、要求トルクの変化率が比較的小さく吸気アクチュエータの動作によってその変化率を達成可能なときには、要求トルクを吸気アクチュエータの指令信号に変換するためのパラメータから算出された推定トルクを用いてトルク効率を算出することで、不要な点火遅角を防止して燃費を向上させることができる。逆に、要求トルクの変化率が比較的大きく吸気アクチュエータの動作のみでは達成できないときには、吸気アクチュエータの実際の動作に基づいて算出された推定トルクを用いてトルク効率を算出することで、吸気アクチュエータの動作と点火時期との協働によって要求トルクの変化率を達成することが可能となり、高いトルク追従性能を確保することができる。

第７の発明によれば、排気浄化触媒の活性度が所定程度以上であるときには、要求トルクを吸気アクチュエータの指令信号に変換するためのパラメータから算出された推定トルクを用いてトルク効率を算出することで、不要な点火遅角を防止して排気温度の上昇による排気浄化触媒の過熱を防止することができる。逆に、排気浄化触媒の活性度が所定程度未満であって点火遅角による排気浄化触媒への熱供給が許容されるときには、吸気アクチュエータの実際の動作に基づいて算出された推定トルクを用いてトルク効率を算出することで、推定トルクと要求トルクとの比に応じた点火遅角によって高いトルク追従性能を確保することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、火花点火式の内燃機関に適用され、火花点火式内燃機関のアクチュエータである電子制御スロットル（以下、単にスロットルという）と点火装置の各動作を制御する制御装置として構成されている。

本実施の形態の制御装置は、要求トルクに基づいてスロットル８と点火装置２４の動作を制御する、いわゆるトルクデマンド型の制御装置である。制御装置には制御系統の上位に設けられたパワートレインマネージャ（図示略）から各種の要求トルクが入力される。要求トルクには、運転者が要求しているドライバ要求トルクの他、ＥＣＴ（Electronic Controlled Transmission）やＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）等の車両制御に必要なトルクも含まれている。制御装置は、これら種々のトルク要求源から発せられた要求トルクを集約して１つの値に調停するトルク調停部２を備えている。なお、ここでいう調停とは、予め定められた計算規則に従って複数の数値から１つの数値を得る動作である。計算規則には例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等が含まれる。それら複数の計算規則を適宜に組み合わせたものとしてもよい。

まず、要求トルクに基づいたスロットル８の制御について説明する。トルク調停部２で調停された要求トルクは目標ＫＬ設定部４に供給される。目標ＫＬ設定部４は、ＫＬマップを用いて要求トルクを空気量（ＫＬ）に変換する。なお、ここでいう空気量とは１サイクル当たりの筒内吸入空気量であり、それを無次元化した充填効率に代えてもよい。ＫＬマップは、トルクを含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクと空気量との関係に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力される。ただし、点火時期は最適点火時期としてのＭＢＴに設定されている。目標ＫＬ設定部４は、要求トルクから変換された空気量を目標空気量（目標ＫＬ）とし、それを目標スロットル開度設定部６に出力する。

目標スロットル開度設定部６は、吸気系エアモデルの逆モデルを用いて目標空気量をスロットル開度に変換する。エアモデルは吸気系の物理モデルであり、スロットル８の動作に対する空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化されている。その逆モデルであるエア逆モデルでは、バルブタイミングや吸入空気温度等、空気量とスロットル開度との関係に影響する運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力される。目標スロットル開度設定部６は、目標空気量から変換されたスロットル開度をスロットル８の目標開度として設定し、設定した目標開度を指令信号に変換してスロットル８に出力する。スロットル８は入力された指令信号に従って目標開度を実現するように動作する。

次に、点火装置２４の制御について説明する。本実施の形態の制御装置において点火時期制御に用いられる信号はトルク効率である。トルク効率は、内燃機関の推定トルクに対する要求トルクの比として定義される。トルク効率の計算に使用される推定トルクはスロットル８の目標開度に基づいて算出される。

推定トルクの算出にあたっては、まず、前述の目標スロットル開度設定部６で設定された目標開度が推定ＫＬ算出部１４に取り込まれる。推定ＫＬ算出部１４は、その目標開度にて実現できると推定される空気量（推定ＫＬ）を算出する。推定ＫＬ算出部１４による推定空気量の計算には前述のエアモデルの順モデルが用いられる。

推定ＫＬ算出部１４で算出された推定空気量は、次に、推定トルク算出部１６においてトルクに変換される。推定トルク算出部１６はトルクマップを用いて推定空気量をトルクに変換する。トルクマップは前述のＫＬマップの入出力を逆にしたものであり、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクと空気量との関係に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力されるが、点火時期はＭＢＴとされている。推定トルク算出部１６は、推定空気量から変換されたトルクをＭＢＴにおける推定トルクとして算出し、トルク効率算出部２０へ出力するようになっている。

トルク効率算出部２０で算出されたトルク効率は点火時期設定部２２に入力される。点火時期設定部２２は、点火時期マップを用いてトルク効率を点火時期に変換する。点火時期マップは、トルク効率を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、要求トルク、Ａ／Ｆ、機関回転数等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力される。点火時期マップによれば、トルク効率が最大効率の１のときには点火時期はＭＢＴに設定され、トルク効率が１よりも小さいほど点火時期はＭＢＴに対して遅角側に設定される。点火時期設定部２２は、トルク効率から計算された点火時期を指令信号に変換して点火装置２４に出力する。点火装置２４は入力された指令信号に従って点火動作を行う。

本実施の形態の制御装置によれば、点火時期の設定の基礎とされるトルク効率はスロットル８の目標開度から算出された推定トルクを用いて算出される。この推定トルクにはスロットル８の動作遅れが反映されていないので、推定トルクと要求トルクとの間の時間的なずれに起因してトルク効率が低下することは防止される。したがって、本実施の形態の制御装置によれば、不要な点火遅角による燃費の悪化を防止することができる。

なお、本実施の形態では、図１に示す構成においてトルク調停部２が第１の発明の「要求トルク取得手段」に相当している。また、目標ＫＬ設定部４及び目標スロットル開度設定部６により第１の発明の「吸気アクチュエータ制御手段」が構成され、「吸気アクチュエータ制御手段」に係る「複数のパラメータ」には目標ＫＬ及び目標開度が相当している。また、推定ＫＬ算出部１４及び推定トルク算出部１６により第１の発明の「推定トルク算出手段（第１の推定トルク算出手段）」が構成され、「推定トルク算出手段」に係る「前記複数のパラメータの中の所定のパラメータ」には目標開度が相当している。また、トルク効率算出部２０は第１の発明の「トルク効率算出手段」に相当し、点火時期設定部２２は第１の発明の「点火時期設定手段」に相当している。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図２を参照して説明する。

図２は、本発明の実施の形態２としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、実施の形態１の制御装置の構成をベースとしつつ、新たな要素を追加した構成になっている。したがって、図２において実施の形態１と共通する要素は同一の符号を付している。以下では、実施の形態１と共通する構成についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１とは異なる構成について重点的に説明するものとする。

本実施の形態の制御装置は、スロットル８にて実現された実際のスロットル開度に基づいて推定トルクを算出する機能を備えている。以下では、実際のスロットル開度に基づいて算出される推定トルクを推定トルクＡといい、目標スロットル開度に基づいて算出される推定トルクを推定トルクＢという。実施の形態１においてトルク効率の算出に使用したのは推定トルクＢである。

推定トルクＡの算出にあたっては、まず、スロットル８の実開度（現在のスロットル開度）が推定ＫＬ算出部１０に取り込まれる。スロットル８の実開度はスロットル開度センサによって計測することができる。また、スロットル８を駆動するモータの回転量から計算することもできる。推定ＫＬ算出部１０は、現在のスロットル開度にて実現できると推定される空気量（推定ＫＬ）を算出する。推定ＫＬ算出部１０による推定空気量の計算には推定ＫＬ算出部１４で用いられるのと同じエアモデルが用いられる。ただし、このエアモデルによる計算にはエアフローセンサで計測された吸気管の空気流量も用いられる。

推定ＫＬ算出部１０で算出された推定空気量は、次に、推定トルク算出部１２においてトルクに変換される。推定トルク算出部１２は、推定トルク算出部１６で用いられるのと同じトルクマップを用いて推定空気量をトルクに変換する。トルクマップの各パラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力される。ただし、点火時期はＭＢＴとされている。推定トルク算出部１２は、推定空気量から変換されたトルクをＭＢＴにおける推定トルクＡとして算出する。

以上のようにして計算された推定トルクＡと推定トルクＢとの違いは、要求トルクに対する時間遅れの有無である。実際に内燃機関が出力可能なトルクを表しているのは推定トルクＡであるが、要求トルクが推定トルクＡに反映されるまでには時間遅れがある。その時間遅れの内訳は、（１）要求トルクを取得してからスロットル８の目標開度決定までの制御的遅れ、（２）目標開度に従ってスロットル８の実開度が変化するまでのハード的遅れ、（３）スロットル開度が変化してから空気量が変化するまでの物理的遅れ、（４）センシングした空気流量等から推定トルクＡを算出するまでの制御的遅れである。これに対して、要求トルクが推定トルクＢに反映されるまでの時間遅れは制御的遅れのみである。したがって、ハード的遅れや物理的遅れがない分、要求トルクに対する推定トルクＢの時間遅れは極めて小さく、推定トルクＡの場合と比較すれば無視することができる。

算出された推定トルクＡと推定トルクＢは何れも選択部１８に入力される。選択部１８はトルク効率を算出するトルク効率算出部２０の入力側に設けられている。選択部１８はこれら２種類の推定トルクＡ，Ｂの何れか一方を選択してトルク効率算出部２０へ出力するようになっている。選択部１８によって２種類の推定トルクＡ，Ｂを選択可能にしたのは次のような理由による。

推定トルクと要求トルクとの間の時間的ずれという問題は、目標スロットル開度から算出された推定トルクＢを用いることで解消することができる。推定トルクＢを用いてトルク効率を算出すれば、要求トルクが変化している過渡期においても推定トルクと要求トルクとの位相のずれに起因するトルク効率の低下は抑えられるので、点火時期の不要な遅角を防止することができる。しかし、その一方で、推定トルクＢは現時点において内燃機関が出力可能なトルクよりも時間的に先行しているので、この推定トルクＢを用いて点火時期制御を行う場合には、要求トルクに対する実トルクの追従精度は低下することになる。実スロットル開度から算出された推定トルクＡを用いる場合には、推定トルクＢを用いる場合とは逆に、要求トルクに対する実トルクの追従精度は高いものの、要求トルクが変化している過渡期において点火時期の不要な遅角が発生してしまう。

このように２種類の推定トルクＡ，Ｂの何れを選択するにしてもそれぞれに長所及び短所があるが、燃費とトルク精度の何れか優先される方に合わせて選択を行うことで長所のほうをより生かすことが可能になる。具体的には、燃費優先の状況では、目標スロットル開度から算出された推定トルクＢに基づいてトルク効率を算出することで、不要な点火遅角を防止して燃費を向上させることができる。一方、トルク精度が優先される状況では、実スロットル開度から算出された推定トルクＡに基づいてトルク効率を算出することで、要求トルクに対する実トルクの追従精度を向上させることができる。

選択部１８は、要求トルクの出所に応じて、より正確に言えば、その要求トルクを発しているトルク要求源の種類に応じて選択を切り替えている。要求トルクが運転者からのドライバ要求トルクのみの場合には、目標スロットル開度から算出された推定トルクＢが選択される。この場合はトルク精度よりも不要な遅角の防止による燃費の向上のほうが優先されるためである。これに対して要求トルクにＶＳＣ等からの車両制御のための要求トルクが含まれている場合には、実スロットル開度から算出された推定トルクＡが選択される。この場合に要求されるのは車両の高い制御性能であり、燃費よりもトルク精度のほうが優先されるためである。

なお、本実施の形態では、図２に示す構成において推定ＫＬ算出部１０及び推定トルク算出部１２により第３の発明の「第２の推定トルク算出手段」が構成されている。そして、選択部１８が第３乃至第５の各発明の「切替手段」に相当している。実施の形態２と本発明とのその他の対応関係に関しては、実施の形態１と本発明との対応関係に共通している。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図３を参照して説明する。

図３は、本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置と実施の形態２の制御装置との違いは、スロットルの動作を制御するための回路にある。図３において実施の形態２と共通する要素は同一の符号を付している。以下では、実施の形態２と共通する構成についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態２とは異なる構成について重点的に説明するものとする。

本実施の形態の制御装置はスロットル８をディレイ制御する点において特徴がある。ディレイ制御とは目標開度の設定からスロットル８への指令信号の出力タイミングまでにディレイ時間を設けることである。このようなディレイ制御を行うことで、そのディレイ時間分だけ将来のスロットル開度を目標開度から予測することが可能になる。予測した将来のスロットル開度は、燃料噴射量等、内燃機関の空燃比制御に係る制御パラメータ値に反映させることができる。

本実施の形態の制御装置は、目標スロットル開度設定部６とスロットル８との間にディレイ制御部２６を備えている。上述のディレイ制御はこのディレイ制御部２６による行われる。ディレイ制御部２６は、目標スロットル開度設定部６からスロットル８の目標開度を受信し、目標開度を所定のディレイ時間だけ遅らせたものから指令信号を生成してスロットル８に出力する。スロットル８は指令信号に従って動作するので、スロットル８によって実際に実現されるスロットル開度は目標開度に対して少なくともディレイ時間だけ遅れて変化することになる。

本実施の形態のケースでは、目標開度は２種類存在する。１つはディレイ前の目標開度であり、もう１つはディレイ制御部２６によるディレイ後の目標開度である。これら２種類の目標開度のうち、推定トルクＢの算出に用いられるのはディレイ前の目標開度である。目標スロットル開度設定部６で設定されたディレイ前の目標開度が推定ＫＬ算出部１４に取り込まれる。そして、ディレイ前の目標開度から算出された推定空気量に基づいて推定トルク算出部１６により推定トルクＢが算出される。このようにディレイ前の目標開度から推定トルクＢを算出することにより、ディレイ制御の影響で推定トルクと要求トルクとの間に時間的なずれが生じ、それに起因して不要な点火遅角が行われるのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、図３に示す構成において目標ＫＬ設定部４、目標スロットル開度設定部６及びディレイ制御部２６により第２の発明の「吸気アクチュエータ制御手段」が構成されている。そして、「吸気アクチュエータ制御手段」に係る「複数のパラメータの中の所定のパラメータ」には目標スロットル開度設定部６で設定された目標開度が相当している。また、第２の発明の「推定トルク算出手段」に係る「遅延処理されていないパラメータ」には目標スロットル開度設定部６で設定された目標開度が相当している。実施の形態３と本発明とのその他の対応関係に関しては、実施の形態２と本発明との対応関係に共通している。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図４を参照して説明する。

図４は、本発明の実施の形態４としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置と実施の形態３の制御装置との主な違いは、推定トルクＢを算出するための回路にある。図４において実施の形態３と共通する要素は同一の符号を付している。以下では、実施の形態３と共通する構成についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態３とは異なる構成について重点的に説明するものとする。

本実施の形態の制御装置は、推定トルクＢの算出に電スロモデル２８を用いる点において特徴がある。電スロモデル２８とは、電子制御式スロットル８の入力に対する出力の応答特性をモデル化した回路である。電スロモデル２８は、簡単には一次遅れ要素で表すこともできる。

本実施の形態の制御装置は、目標スロットル開度設定部６と推定ＫＬ算出部１４との間に電スロモデル２８を備えている。目標スロットル開度設定部６で設定されたディレイ前の目標開度は、まず、電スロモデル２８に取り込まれる。電スロモデル２８からは、スロットル８が目標開度に従って動作したときの実開度の予測値が出力される。推定ＫＬ算出部１４では、実開度の予測値から推定空気量が算出される。そして、実開度の予測値から算出された推定空気量に基づいて推定トルク算出部１６により推定トルクＢが算出される。このように推定トルクＢの算出に電スロモデル２８を用いることで、スロットル８の応答特性を推定トルクに反映させることができる。

また、本実施の形態の制御装置にはもう１つの特徴がある。それは、選択部１８による選択の切り替えが排気浄化触媒の活性度に応じて行なわれる点である。選択部１８には、排気浄化触媒に取り付けられた温度センサ３０からの信号が入力されている。選択部１８は、温度センサ３０の信号から排気浄化触媒の温度を計測する。そして、触媒温度が所定の活性基準温度を超える状態が所定時間以上継続しているのであれば、排気浄化触媒の活性度は基準の活性度に達しているものと判定し、選択部１８は推定トルクＢを選択する。不要な点火遅角を防止して排気温度の上昇による排気浄化触媒の過熱を防止するためである。

これに対して排気浄化触媒の活性度が基準の活性度に達していないときには、選択部１８は推定トルクＡを選択する。排気浄化触媒が十分に活性していないのであれば、点火遅角による排気温度の上昇は排気浄化触媒の浄化性能にとって不利には働かない。この場合は、スロットル８の実際の動作に基づいて算出された推定トルクＡを用いてトルク効率を算出することで、推定トルクＡと要求トルクとの比に応じた点火遅角によって高いトルク追従性能を確保することができる。

なお、本実施の形態では、図４に示す構成において、電スロモデル２８、推定ＫＬ算出部１４及び推定トルク算出部１６により第３の発明の「推定トルク算出手段」が構成されている。そして、「推定トルク算出手段」にかかる「吸気アクチュエータモデル」には電スロモデル２８が相当している。また、選択部１８及び温度センサ３０によって第７の発明の「切替手段」が構成されている。実施の形態４と本発明とのその他の対応関係に関しては、実施の形態３と本発明との対応関係に共通している。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上述の実施の形態においては目標開度に基づいて推定トルクを算出しているが、その他のパラメータを用いて推定トルクを算出してもよい。例えば、目標空気量や目標吸気管圧等である。要求トルクをスロットルの指令信号へ変換する過程で経由するパラメータであればよい。

また、上述の実施の形態では、吸入空気量を調整する吸気アクチュエータとしてスロットルを用いているが、可変バルブリフト機構付の吸気弁を吸気アクチュエータとして用いてもよい。また、スロットルに可変動弁機構付の吸気弁を組み合わせてもよい。さらに、吸気弁及び／又は排気弁の可変バルブタイミング機構を組み合わせてもよい。

また、実施の形態２及び３では、選択部１８は要求トルクの出所に応じて選択を切り替えているが、要求トルクの変化率に応じて選択を切り替えてもよい。具体的には、スロットル８によって実現できるトルク変化率（実現可能な最大変化率）を機関回転数、要求トルク及びスロットル８の最大開度（全開開度）などに基づいて算出し、それと要求トルクの変化率との比較結果に基づいて選択を切り替えるようにする。

その比較の結果、要求トルクの変化率がスロットル８によって実現できるトルク変化率以下であれば、目標スロットル開度から算出された推定トルクＢを選択すればよい。これにより、不要な点火遅角を防止して燃費を向上させることができる。また、要求トルクの変化率を達成するようにスロットル８が動作することによって、ある程度のトルク追従性能も確保することができる。

一方、要求トルクの変化率がスロットル８によって実現できるトルク変化率よりも大きければ、実スロットル開度から算出された推定トルクＡを選択すればよい。これにより、スロットル８の動作と点火時期との協働によって要求トルクの変化率を達成することが可能となり、高いトルク追従性能を確保することができる。

また、実施の形態４において説明した排気浄化触媒の活性度に応じて選択を切り替える方法は、実施の形態２及び３の制御装置の構成にも適用することができる。逆に、実施の形態２及び３にかかる要求トルクの出所に応じて選択を切り替える方法や、上記の要求トルクの変化率に応じて選択を切り替える方法は、実施の形態４の制御装置の構成にも適用することができる。さらに、何れか１つの切り替え方法を用いるのではなく、複数の切替方法を併用することも可能である。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 要求トルクと推定トルクとの間の時間的ずれによって生じる問題について説明するための図である。

符号の説明

２ トルク調停部
４ 目標ＫＬ設定部
６ 目標スロットル開度設定部
８ 電子制御スロットル
１０ 推定ＫＬ算出部
１２ 推定トルク算出部
１４ 推定ＫＬ算出部
１６ 推定トルク算出部
１８ 選択部
２０ トルク効率算出部
２２ 点火時期設定部
２４ 点火装置
２６ ディレイ制御部
２８ 電スロモデル
３０ 温度センサ

Claims (7)

1. 吸気量を調整する吸気アクチュエータの動作と点火時期とによって機関トルクを制御可能な内燃機関の制御装置において、
   要求トルクを取得する要求トルク取得手段と、
   前記要求トルクを複数のパラメータを経由して前記吸気アクチュエータを制御するための指令信号に変換する吸気アクチュエータ制御手段と、
   点火時期を最適点火時期に設定したときの推定トルクを前記複数のパラメータの中の所定のパラメータに基づいて算出する推定トルク算出手段と、
   前記要求トルクと前記推定トルクとの比をトルク効率として算出するトルク効率算出手段と、
   前記トルク効率に基づいて点火時期を設定する点火時期設定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気アクチュエータ制御手段は、前記複数のパラメータの中の所定のパラメータを所定の遅延時間だけ遅延させ、遅延処理したパラメータを前記吸気アクチュエータの制御信号に変換するように構成され、
   前記推定トルク算出手段は、遅延処理されていないパラメータに基づいて推定トルクを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. 前記推定トルク算出手段は、前記吸気アクチュエータをモデル化した吸気アクチュエータモデルを有し、前記の遅延処理されていないパラメータを前記吸気アクチュエータモデルに入力することで得られる前記吸気アクチュエータの予測動作に基づいて推定トルクを算出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 点火時期を最適点火時期に設定したときの推定トルクを前記吸気アクチュエータの実際の動作に基づいて算出する第２の推定トルク算出手段と、
   前記トルク効率の算出に使用する推定トルクを前記推定トルク算出手段（以下、第１の推定トルク算出手段）によって算出された推定トルクから前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替える切替手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記切替手段は、前記要求トルクの出所に基づいて燃費優先かトルク精度優先かを判定し、燃費優先であれば前記第１の推定トルク算出手段で算出された推定トルクを使用し、トルク精度優先であれば前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替えることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記切替手段は、前記要求トルクの変化率が所定値よりも大きいか否か判定し、前記要求トルクの変化率が所定値以下であれば前記第１の推定トルク算出手段で算出された推定トルクを使用し、前記要求トルクの変化率が所定値よりも大きければ前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替えることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記切替手段は、前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒の活性状態を判定し、前記排気浄化触媒の活性度が所定程度以上であれば前記第１の推定トルク算出手段で算出された推定トルクを使用し、前記排気浄化触媒の活性度が所定程度未満であれば前記第２の推定トルク算出手段で算出された推定トルクに切り替えることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。

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