JP2010065571A

JP2010065571A - 車載内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2010065571A
Application number: JP2008231384A
Authority: JP
Inventors: Koji Ichikawa; 晃次市川; Masahiro Ito; 真洋伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: JP5098911B2

Abstract

【課題】燃料の無駄な消費を抑制しながらリザーブトルクを確保してエンジンストールの発生を抑制しつつ、補機の作動状態の変化に伴う負荷の低下にあわせて機関トルクを低下させ、安定したアイドリング運転を実現することのできる車載内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンコントロールユニット１００は、補機の作動状態の変化に起因して要求トルクが低下したときにスロットル開度を徐々に減少させて吸入空気量を次第に減少させるとともに、機関回転速度に基づいて算出される機関トルクを要求トルクに一致させるように点火時期を変更して機関回転速度の変動を抑制する。このときエンジンコントロールユニット１００は、スロットル開度に基づいて仮想トルクを推定し、仮想トルクが要求トルクよりも大きいときほどスロットル開度の減少速度を大きくするとともに、仮想トルクが要求トルクに近づくほど減少速度を小さくする。
【選択図】図１

Description

この発明は補機の作動状態に応じて機関トルクを増減させて補機の作動状態の変化に伴う負荷変動に起因する機関回転速度の変動を抑制して安定したアイドリング運転を実現する車載内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、エアコンやオルタネータ等、内燃機関の駆動力によって駆動される補機の作動状態に応じて吸入空気量及び点火時期を制御することにより、補機の作動状態の変化に伴う機関回転速度の変動を抑制するように機関トルクを増減させて安定したアイドリング運転を実現する車載内燃機関の制御装置が記載されている。

例えば、こうした車載内燃機関の制御装置にあっては、エアコンが作動する際にはエアコンの作動に伴って増大する負荷に対応する量だけスロットルバルブやアイドルコントロールバルブ等の開度を増大させて吸入空気量を増大さる。そして、これとあわせて点火時期をＭＢＴに近づけることによって吸気遅れによるトルクの増大遅れを補うように機関トルクを増大させ、負荷の増大に対応するように速やかに機関トルクを増大させる。尚、ＭＢＴは最も効率的に混合気を燃焼させて最大のトルクを発生させることのできる点火時期であり、点火時期をＭＢＴに近づけるほどトルクが増大し、点火時期をＭＢＴから遠ざけるほどトルクが減少する。

こうして吸入空気量と点火時期とをあわせて制御することにより補機の作動状態の変化に伴う負荷変動に対応して即座に機関トルクを増減させて機関回転速度の変動を抑制し、安定したアイドリング運転を実現することができるようになる。尚、点火時期をＭＢＴに近づけてトルクを増大させるためには、予め点火時期をＭＢＴからずらした時期に設定してトルクの増大代、いわゆるリザーブトルクを確保しておく必要がある。
特開平９‐３２６１２号公報

ところで、リザーブトルクは、点火時期を敢えてＭＢＴからずらすことにより、点火時期をＭＢＴに設定していれば得られるはずのトルクの一部を反故にすることによって確保されている。そのため、吸入空気量を減少させて機関トルクを減少させると、点火時期をＭＢＴに設定したときに得られるはずのトルク自体が減少し、リザーブトルクも減少してしまう。したがって、例えば、補機の停止に起因する負荷の減少に対応して機関トルクを減少させるべく、補機の停止とともにスロットルバルブやアイドルコントロールバルブ等の開度を即座に減少させて吸入空気量を減少させた場合には、これに伴ってリザーブトルクも減少してしまう。そのため、このときに閉弁に伴って吸入空気量が過剰に減少してしまった場合には、点火時期をＭＢＴに近づけることによってトルクの落ち込みを抑制しようとしても、減少したリザーブトルクだけでは十分にトルクを増大させることができず、機関回転速度が低下してしまい、ひいてはエンジンストールが発生してしまう。

そこで、こうしたエンジンストールの発生を確実に回避する上では、補機の停止に際して上記のようにスロットルバルブやアイドルコントロールバルブ等を即座に目標とする開度まで閉弁させるのではなく、これを徐々に閉弁して吸入空気量を次第に減少させ、これによるトルクの減少だけでは足りない分については点火時期をＭＢＴから遠ざけることによって減少させるようにすることが考えられる。こうした構成によれば、点火時期をＭＢＴから遠ざけてリザーブトルクを十分に確保しながら、補機の停止に伴う負荷の減少分に見合った分だけ速やかにトルクを減少させることができ、エンジンストールの発生を抑制するとともに安定したアイドリング運転を実現させることができるようになる。

しかし、点火時期をＭＢＴから遠ざけるほど、反故にされるトルクが多くなり同量の燃料を含む混合気の燃焼によって得られるトルクは小さくなる。そのため、このように徐々に吸入空気量を減少させるとともに、主として点火時期をＭＢＴから遠ざけることによって機関トルクを目標とするトルクまで低下させるようにした場合には、多くのトルクが反故にされる状態が継続しやすくなり、無駄に消費される燃料の量が増大してしまう。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものでありその目的は、燃料の無駄な消費を抑制しながらリザーブトルクを確保してエンジンストールの発生を抑制しつつ、補機の作動状態の変化に伴う負荷の低下にあわせて機関トルクを低下させ、安定したアイドリング運転を実現することのできる車載内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の駆動力によって駆動される補機の作動状態に基づいてアイドリング運転に必要な機関トルクを要求トルクとして算出する要求トルク算出手段と、機関回転速度に基づいて実際に発生している機関トルクを算出する機関トルク算出手段とを備え、前記要求トルクが低下したときに内燃機関の吸入空気量調量手段の制御量を徐々に変更して吸入空気量を次第に減少させるとともに、前記機関トルク算出手段によって算出される機関トルクを前記要求トルクに一致させるように点火時期を変更することにより機関回転速度の変動を抑制する車載内燃機関の制御装置であって、前記吸入空気量調量手段の制御量に基づいて仮想トルクを推定し、低下した前記要求トルクよりも同仮想トルクが大きいときほど単位時間当たりの吸入空気量の減少度合が大きくなるように前記吸入空気量調量手段の制御量の変更速度を大きくするとともに、前記仮想トルクが前記要求トルクに近づくほど前記変更速度を小さくすることをその要旨とする。

吸入空気量調量手段の制御量が分かればそれに基づいて所定の点火時期（例えば最大のトルクを発生させることのできる点火時期であるＭＢＴ）において点火が行われた場合の発生トルクを仮想トルクとして推定することができる。上記請求項１に記載の構成によれば、吸入空気量調量手段の制御量に基づいて仮想トルクを推定し、補機の作動状態の変化に起因して低下した要求トルクとこの仮想トルクとの乖離の大きさに基づいて吸入空気量調量手段の制御量の変更速度を変化させるようにしている。そして、仮想トルクが要求トルクよりも大きいときほど吸入空気量調量手段の制御量の変更速度を大きくするとともに、仮想トルクが要求トルクに近づくほど同変更速度を小さくするようにしている。そのため、仮想トルクと要求トルクとの乖離が大きく、点火時期をＭＢＴから大きく遠ざけてリザーブトルクを大幅に確保することにより機関トルクを要求トルクに一致させているときには、吸入空気量調量手段の制御量を短期間に大幅に変更して吸入空気量を速やかに減少させることができるようになる。その結果、点火時期がＭＢＴから大きく遠ざけられて機関トルクが大幅に反故にされている状態が速やかに解消されるようになり、燃料の無駄な消費を抑制することができる。また、仮想トルクが要求トルクに近づくほど吸入空気量調量手段の制御量の変更速度を小さくするようにしている。そのため、仮想トルクが要求トルクに近づいてリザーブトルクが小さくなってくると、単位時間当たりの吸入空気量の減少度合が小さくなり、リザーブトルクを確保しながら吸入空気量が緩やかに減少されるようになる。これにより、リザーブトルクが小さいときに吸入空気量が過剰に減少されることに起因するエンジンストールの発生も抑制することができるようになる。要するに上記請求項１に記載の構成によれば、燃料の無駄な消費を抑制しながらリザーブトルクを確保してエンジンストールの発生を抑制しつつ、補機の作動状態の変化に伴う負荷の低下にあわせて機関トルクを低下させ、安定したアイドリング運転を実現することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記仮想トルクが前記要求トルクよりも大きいときほど前記変更速度が大きくなり、前記仮想トルクが前記要求トルクに近づくほど前記変更速度が小さくなるように前記要求トルクと前記仮想トルクとの乖離の大きさに基づいて前記変更速度を段階的に変更することをその要旨とする。

吸入空気量調量手段の制御量の変更速度が仮想トルクと要求トルクとの乖離の大きさの変化に応じて頻繁に変化すると単位時間当たりの吸入空気量の減少度合がその都度変化することとなり、吸入空気量の変化による機関トルクの減少度合も頻繁に変化するようになる。吸入空気量と点火時期との双方を操作することにより機関トルクを制御している場合には、点火時期を所定量だけ変化させたときの機関トルクの変化量が吸入空気量の増減に起因して変化する。そのため、吸入空気量の減少度合が頻繁に変化しているときには、機関トルクを要求トルクに一致させるように点火時期を制御することが特に難しくなり、その結果、機関トルクがハンチングしやすくなってしまう。これに対して上記請求項２に記載の構成によれば、仮想トルクと要求トルクとの乖離の大きさに基づいて吸入空気量調量手段の制御量の変更速度を段階的に変更するようにしている。そのため、例えば仮想トルクと要求トルクとの乖離の大きさに比例するように常に制御量の変更速度の大きさを変化させるような構成と比較して制御量の変更速度が変化する頻度が低くなり、吸入空気量の減少度合が変化する頻度が低くなるため、上記のようなハンチングの発生を抑制することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、前記要求トルクと前記仮想トルクとの乖離の大きさに基づいて変更される前記変更速度の設定値として、第１変更速度と、同第１変更速度よりも小さな第２変更速度と、同第２変更速度よりも更に小さな第３変更速度とが設定されており、前記要求トルクと前記仮想トルクとの乖離の大きさが第１閾値以上のときには前記変更速度として前記第１変更速度を選択し、前記乖離の大きさが前記第１閾値未満であり、且つ同第１閾値よりも小さな第２閾値以上であるときには前記変更速度として前記第２変更速度を選択し、前記乖離の大きさが前記第２閾値未満であり、且つ同第２閾値よりも小さな第３閾値以上であるときには前記変更速度として前記第３変更速度を選択し、前記乖離の大きさが前記第３閾値未満であるときには前記変更速度を「０」にすることにより前記変更速度を前記乖離の大きさに基づいて段階的に変更する請求項２に記載の車載内燃機関の制御装置である。

具体的には、上記請求項３に記載の発明によるように要求トルクと仮想トルクとの乖離の大きさを判定する３つの閾値を設定し、乖離の大きさがこれらの閾値によって区分される４つの領域のうちいずれの領域に属しているのかを判定してこの判定に基づいて変更速度を第１変更速度、第２変更速度、第３変更速度、そして「０」すなわち制御量を変更しない状態の４段階に変更するといった構成を採用することにより、要求トルクと仮想トルクとの乖離の大きさに基づいて吸入空気量調量手段の制御量の変更速度を段階的に変更する構成を具現化することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量調量手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を変更することによって吸入空気量を増減させるものであり、前記制御量は前記スロットルバルブの開度であることをその要旨としている。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量調量手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブを迂回するバイパス通路に設けられたアイドルスピードコントロールバルブの開度を変更することによって吸入空気量を増減させるものであり、前記制御量は前記アイドルスピードコントロールバルブの開度であることをその要旨としている。

請求項１〜３に記載の発明は、上記請求項４に記載の発明のように吸入空気量調量手段としてスロットルバルブを備える内燃機関に適用することができる。そして、吸入空気量調量手段としてスロットルバルブを備える内燃機関に請求項１〜３に記載の発明を適用した場合には、アイドリング運転中にスロットルバルブの開度を変更することにより吸入空気量を調量することができる。尚、この場合には吸入空気量を調量するスロットルバルブの開度に基づいて仮想トルクを推定することができる。

また、上記請求項５に記載の発明のように吸入空気量調量手段としてスロットルバルブを迂回するバイパス通路に設けられたアイドルスピードコントロールバルブを備える内燃機関に請求項１〜３の発明を適用することもできる。こうした構成を採用した場合にあっては、アイドリング運転中にアイドルスピードコントロールバルブの開度を変更することにより、スロットルバルブが閉弁しているときであっても吸入空気量を調量することができる。尚、この場合には、吸入空気量を調量するアイドルスピードコントロールバルブの開度に基づいて仮想トルクを推定することができる。

以下、この発明にかかる車載内燃機関の制御装置を、車載内燃機関を統括的に制御するエンジンコントロールユニットに具体化した一実施形態について、図１〜３を参照して説明する。尚、図１は本実施形態にかかるエンジンコントロールユニット１００とその制御対象である内燃機関１０の関係を示す模式図である。

図１に示されるように内燃機関１０のシリンダ１１には、ピストン１２が摺動可能に収容されている。これにより、シリンダ１１の内周面とピストン１２の頂面及びシリンダヘッド１３によって燃焼室１４が区画形成されている。尚、内燃機関１０は複数のシリンダ１１を有する多気筒機関であるが、図１にあっては複数のシリンダ１１のうちの１つのみを図示している。

シリンダヘッド１３における各燃焼室１４の上部には、ピストン１２と対向するように点火プラグ１８がそれぞれ設けられている。そして、各燃焼室１４には吸気通路２０及び排気通路３０がそれぞれ接続されており、吸気通路２０には燃焼室１４に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。

図１に示されるようにシリンダヘッド１３には吸気通路２０と燃焼室１４とを連通・遮断する吸気バルブ１５と、排気通路３０と燃焼室１４とを連通・遮断する排気バルブ１６とが設けられている。これらの各バルブ１５，１６は、図示しないクランクシャフトと連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトによってそれぞれ開閉駆動される。また、図１の左側に示されるように吸気通路２０には、モータ２２によってその開度が制御され、吸入空気量ＧＡを調量するスロットルバルブ２１が設けられている。

内燃機関１０を統括的に制御するエンジンコントロールユニット１００は、機関制御にかかる各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータが記憶された読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。

エンジンコントロールユニット１００には、機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ５０、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転角を検出するカムポジションセンサ５１、アクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ５２、スロットルバルブ２１の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ５３、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ５４、吸気通路２０を通じて燃焼室１４に導入される吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ５５等の各種センサが接続されている。

エンジンコントロールユニット１００は、これらの各種センサ５０〜５５等からの出力信号を取り込んで各種演算を行い、内燃機関１０を制御する。具体的には、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて要求トルクを算出し、機関トルクが算出された要求トルクに一致するようにスロットル開度ＴＡや燃料噴射量Ｑ、点火時期等を制御する。

また、エンジンコントロールユニット１００は、アイドリング運転時には、内燃機関１０の駆動力を利用して駆動される補機、例えばエアコンやオルタネータの作動・停止に応じて機関トルクを増減させることにより補機の作動・停止の切り替えに伴う負荷変動に起因する機関回転速度ＮＥの変動を抑制するアイドルスピードコントロール制御を実行する。こうしたアイドルスピードコントロール制御を実行するため、エンジンコントロールユニット１００には、各種補機の作動状態を示す信号が入力されており、例えば図１に破線で示されるようにエアコンの駆動状態を制御するエアコンコントロールユニット２００からエアコンの作動・停止を示す信号が入力されている。

アイドルスピードコントロール制御にあっては、エンジンコントロールユニット１００は、まず機関冷却水温ＴＨＷに基づいて基本アイドリングトルクを算出する。そして、各種補機の作動状態に基づいて補機を駆動するために必要な補機駆動トルクを算出し、基本アイドリングトルクにこの補機駆動トルクを加算することにより要求トルクＴＱｄｅｍを算出する。すなわち、補機が作動しているときにはその補機の作動に伴う負荷の増大分に対応する補機駆動トルクを基本アイドリングトルクに加算する一方、補機が停止しているときには加算していた補機駆動トルクを「０」にすることによって要求トルクＴＱｄｅｍを算出する。そしてこの要求トルクＴＱｄｅｍを実現するようにスロットル開度ＴＡ及び点火時期を変更する。

例えば、エアコンが作動する際にはエアコンの作動に伴って増大する負荷の大きさに対応する補機駆動トルクを基本アイドリングトルクに加算し、要求トルクＴＱｄｅｍを増大させる。そして要求トルクＴＱｄｅｍが増大した分だけスロットル開度ＴＡを増大させて吸入空気量ＧＡを増大させる。また、これとあわせて点火時期をＭＢＴに近づけるように進角させ、吸気遅れによるトルクの増大遅れを補うように機関トルクを増大させて速やかに機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させる。そして、スロットル開度ＴＡの増大に遅れて吸入空気量ＧＡが増大するとともに点火時期をＭＢＴから遠ざけるように遅角させ、機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させた状態を保持する。尚、ＭＢＴは最も効率的に混合気を燃焼させて最大のトルクを発生させることのできる点火時期であり、点火時期をＭＢＴに近づけるほどトルクが増大し、点火時期をＭＢＴから遠ざけるほどトルクが減少する。

このように吸入空気量ＧＡと点火時期とをあわせて制御することにより補機の作動・停止に伴う負荷変動に対応して即座に機関トルクを増減させて機関回転速度ＮＥの変動を抑制し、安定したアイドリング運転を実現することができるようになる。

尚、点火時期をＭＢＴに近づけてトルクを増大させるためには、予め点火時期をＭＢＴからずらした時期に設定してトルクの増大代、いわゆるリザーブトルクを確保しておく必要がある。リザーブトルクは、点火時期を敢えてＭＢＴからずらすことにより、点火時期をＭＢＴに設定していれば得られるはずのトルクの一部を反故にすることによって確保されている。そのため、吸入空気量ＧＡを減少させて機関トルクを減少させると、点火時期をＭＢＴに設定したときに得られるはずのトルク自体が減少し、リザーブトルクも減少してしまう。

したがって、負荷の低下にあわせて機関トルクを低下させるべく補機の停止とともにスロットル開度ＴＡを即座に減少させて吸入空気量ＧＡを減少させた場合には、これに伴ってリザーブトルクも減少してしまう。そのため、このときにスロットルバルブ２１の閉弁に伴って吸入空気量ＧＡが過剰に減少してしまった場合には、点火時期をＭＢＴに近づけることによってトルクの落ち込みを抑制しようとしても、吸入空気量ＧＡの減少とともに減少してしまったリザーブトルクだけでは十分にトルクを増大させることができなくなってしまう。その結果、機関トルクが過剰に減少して機関回転速度ＮＥが低下してしまい、ひいてはエンジンストールが発生してしまうおそれがある。

こうしたエンジンストールの発生を確実に回避する上では、補機の停止に際して上記のようにスロットル開度ＴＡを即座に目標とする開度まで閉弁させるのではなく、これを徐々に閉弁して吸入空気量ＧＡを次第に減少させ、これによるトルクの減少だけでは足りない分については点火時期をＭＢＴから遠ざけることによって減少させるようにすればよい。

こうした構成によれば、徐々に減少される吸入空気量ＧＡの減少だけでは足りない分を点火時期の変更によって補うことにより、要求トルクＴＱｄｅｍが低下したときに即座に機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させることができる。これにより、点火時期をＭＢＴから遠ざけてリザーブトルクを十分に確保しながら、補機の停止に伴って減少する負荷に見合った分だけ速やかにトルクを減少させることができ、エンジンストールの発生を抑制するとともに安定したアイドリング運転を実現させることができるようになる。

しかし、上述したように点火時期をＭＢＴから遠ざけるほど、反故にされるトルクが多くなり同量の燃料を含む混合気の燃焼によって得られるトルクは小さくなる。そのため、このように徐々に吸入空気量ＧＡを減少させるとともに、吸入空気量ＧＡの減少による機関トルクの減少だけでは足りない分を点火時期の変更によって補い、機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍまで低下させるようにした場合には、点火時期をＭＢＴからずらすことによって減少されるトルクが比較的多くなる。そのため、多くのトルクが反故にされることとなり、無駄に消費される燃料の量が増大してしまう。

そこで、本実施形態にあっては、補機の停止に伴ってスロットル開度ＴＡを徐々に減少させる際に、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを変化させるようにしている。
以下、図２を参照して補機の停止によって要求トルクＴＱｄｅｍが低下した際の本実施形態におけるスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡの設定にかかる制御について説明する。尚、図２はスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを設定する制御の一連の処理の流れを示すフローチャートである。

この制御はアイドリング運転中に補機が停止されて要求トルクＴＱｄｅｍが低下したときにエンジンコントロールユニット１００によって実行され、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡが「０」になるまで所定の制御周期で繰り返し実行される。

この制御を開始すると、エンジンコントロールユニット１００は、図２に示されるようにステップＳ１００において点火時期がＭＢＴに設定されていると仮定した場合の機関トルクである仮想トルクＴＱｓｕｐをスロットル開度ＴＡに基づいて算出する。

そして、ステップＳ１２０へと進み、仮想トルクＴＱｓｕｐから要求トルクＴＱｄｅｍを減算してこれらの乖離の大きさを算出するとともに、この乖離の大きさが閾値Ａ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１１０において、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ａ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２０へと進み、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを「ａ」に設定する。この「ａ」の値は、例えば本実施形態では所定時間「Ｘ」毎に仮想トルクＴＱｓｕｐを所定量「５Ｙ」減少させる減少速度ΔＴＡに対応する値として設定されている。

一方、ステップＳ１１０において、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ａ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、ステップＳ１１２へと進む。そして、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ａよりも小さな閾値Ｂ以上であるか否か、すなわち乖離の大きさが閾値Ａ未満であり、且つ閾値Ｂ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１１２において、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ｂ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、すなわち乖離の大きさが閾値Ａ未満であり、且つ閾値Ｂ以上である場合には、ステップＳ１３０へと進み、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを「ｂ」に設定する。この「ｂ」の値は、上記「ａ」の値よりも小さな減少速度ΔＴＡに対応する値であり、例えば本実施形態では所定時間「Ｘ」毎に仮想トルクＴＱｓｕｐを所定量「Ｙ」減少させるような減少速度ΔＴＡに対応する値として設定されている。

一方、ステップＳ１１２において、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ｂ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）には、ステップＳ１１４へと進む。そして、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ｂよりも更に小さな閾値Ｃ以上であるか否か、すなわち乖離の大きさが閾値Ｂ未満であり、且つ閾値Ｃ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１１４において、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ｃ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、すなわち乖離の大きさが閾値Ｂ未満であり、且つ閾値Ｃ以上である場合には、ステップＳ１４０へと進み、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを「ｃ」に設定する。この「ｃ」の値は、上記「ｂ」の値よりも更に小さな減少速度ΔＴＡに対応する値であり、例えば本願実施形態では所定時間「４Ｘ」毎に仮想トルクＴＱｓｕｐを所定量「Ｙ」減少させるような減少速度ΔＴＡに対応する値として設定されている。

一方、ステップＳ１１４において、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ｃ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１４：ＮＯ）には、ステップＳ１５０へと進み、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを「０」に設定する。すなわち、要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ｃ未満である場合には、スロットル開度ＴＡを減少させずに現在のスロットル開度ＴＡを保持する。

こうしてスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡが「０」に設定されるまで、すなわち要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさが閾値Ｃ未満になるまでこの制御を繰り返し、吸入空気量ＧＡを徐々に減少させる。

本実施形態のエンジンコントロールユニット１００は、このようにスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを要求トルクＴＱｄｅｍと仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさに基づいて変更する。

そして、エンジンコントロールユニット１００は、こうして設定されたスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡに基づいてスロットル開度ＴＡを減少させて吸入空気量ＧＡを徐々に減少させ、機関トルクを次第に低下させる。そして、こうした吸入空気量ＧＡの減少による機関トルクの減少分だけでは足りない分を点火時期をＭＢＴから遠ざけるように遅角させることによって補い、機関トルクを要求トルクに一致させる。

具体的には、スロットル開度ＴＡの減少によって低下する機関トルクを機関回転速度ＮＥ等に基づいて推定し、推定される機関トルクと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離が大きいときほど遅角量を増大させ、機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させる。尚、このとき点火時期を変更したあとの機関トルクと要求トルクＴＱｄｅｍとのずれに基づいて遅角量を補正するフィードバック制御を実行するようにしてもよい。

こうしてスロットル開度ＴＡを減少させるとともに、点火時期をＭＢＴから遠ざけるように遅角させることにより機関トルクが減少し、補機の停止に伴う負荷の減少に見合った分だけ即座に機関トルクを減少させることができる。

以下、図３を参照してこのように仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさに基づいて減少速度ΔＴＡを設定することによる作用を説明する。尚、図３はエアコンの停止に伴う要求トルクＴＱｄｅｍの変化と、それに伴うスロットル開度ＴＡの変更による仮想トルクＴＱｓｕｐの変化との関係を示すタイミングチャートである。

本実施形態の内燃機関１０にあっては、図３の上段に示されるようにアイドリング運転時には要求トルクＴＱｄｅｍよりも仮想トルクＴＱｓｕｐが大きくなるようにスロットル開度ＴＡを制御し、点火時期をＭＢＴよりも遅角させることによって機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させている。これにより、図３に矢印で示されるように仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍよりも大きくなっている分だけリザーブトルクが確保されている。

ここで図３の下段に示されるように時刻ｔ１においてエアコンの作動が停止されると、これに伴って図３の上段に示されるように要求トルクＴＱｄｅｍが低下する。要求トルクＴＱｄｅｍが低下すると、機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させるように点火時期が遅角される。そして、時刻ｔ２において、仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさが閾値Ａ以上である旨の判定がなされると、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡが「ａ」に設定され、仮想トルクＴＱｓｕｐが所定量「５Ｙ」低下するようにスロットル開度ＴＡが減少される。

こうしてスロットル開度ＴＡが減少され、時刻ｔ２において、仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさが閾値Ａ未満、且つ閾値Ｂ以上である旨の判定がなされると、スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡが「ｂ」に変更され、所定時間「Ｘ」毎に仮想トルクＴＱｓｕｐが所定量「Ｙ」低下するようにスロットル開度ＴＡが減少されるようになる（時刻ｔ２〜ｔ３）。

そして、時刻ｔ３において仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさが閾値Ｂ未満、且つ閾値Ｃ以上である旨の判定がなされると、減少速度ΔＴＡが更に小さな「ｃ」に変更され、所定時間「４Ｘ」毎に仮想トルクＴＱｓｕｐが所定量「Ｙ」低下するようにスロットル開度ＴＡが減少されるようになる（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）。

そして、時刻ｔ４において仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさが閾値Ｃ未満になった旨の判定がなされると、減少速度ΔＴＡが「０」に設定され、スロットル開度ＴＡがそのまま保持されるようになる（時刻ｔ４以降）。

尚、こうしてスロットル開度ＴＡが減少され、吸入空気量ＧＡが徐々に減少している間にも機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させるように点火時期の遅角量が制御されている。これにより、仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍよりも大きい分は、点火時期の遅角によって相殺され、それがリザーブトルクとして確保される。

このように本実施形態にあっては、時刻ｔ１〜ｔ２のように仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍよりも非常に大きく、リザーブトルクが大幅に確保されているときにはスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡが特に大きな「ａ」に設定され、スロットル開度ＴＡが速やかに減少される。そのため、図３に破線で示されるように例えば減少速度ΔＴＡを「ｃ」に設定して常に一定とした場合と比較して仮想トルクＴＱｓｕｐが速やかに要求トルクＴＱｄｅｍに近づくようになる。また、仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍに近づくとともに減少速度ΔＴＡが段階的に小さくなり、仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさが閾値Ｃ未満になったときにスロットル開度ＴＡの減少が終了されるようになっている。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）上記実施形態では、スロットル開度ＴＡに基づいて仮想トルクＴＱｓｕｐを推定し、補機の停止に起因して低下した要求トルクＴＱｄｅｍとこの仮想トルクＴＱｓｕｐとの乖離の大きさに基づいてスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを変化させるようにしている。そして、仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍよりも大きいときほど減少速度ΔＴＡを大きくするとともに、仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍに近づくほど減少速度ΔＴＡを小さくするようにしている。そのため、仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離が大きく、点火時期をＭＢＴから大きく遠ざけてリザーブトルクを大幅に確保することによって機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させているときには、スロットル開度ＴＡを短期間に大幅に減少させて吸入空気量ＧＡを速やかに減少させることができるようになる。その結果、点火時期がＭＢＴから大きく遠ざけられて機関トルクが大幅に反故にされている状態が速やかに解消されるようになり、燃料の無駄な消費を抑制することができる。また、仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍに近づくほど減少速度ΔＴＡを小さくするようにしているため、仮想トルクＴＱｓｕｐが要求トルクＴＱｄｅｍに近づいてリザーブトルクが小さくなってくると、吸入空気量ＧＡの減少度合が小さくなる。これにより、リザーブトルクを確保しながら吸入空気量ＧＡが緩やかに減少されるようになり、リザーブトルクが小さいときに吸入空気量ＧＡが過剰に減少されることに起因するエンジンストールの発生も抑制することができるようになる。要するに本実施形態によれば、燃料の無駄な消費を抑制しながらリザーブトルクを確保してエンジンストールの発生を抑制しつつ、補機の作動状態の変化に伴う負荷の低下にあわせて機関トルクを低下させ、安定したアイドリング運転を実現することができるようになる。

（２）スロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡが仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさの変化に応じて頻繁に変化すると単位時間当たりの吸入空気量ＧＡの減少度合がその都度変化することとなり、吸入空気量ＧＡの変化による機関トルクの減少度合も頻繁に変化するようになる。吸入空気量ＧＡと点火時期との双方を操作することにより機関トルクを制御している場合には、点火時期を所定量だけ変化させたときの機関トルクの変化量が吸入空気量ＧＡの増減に起因して変化する。そのため、吸入空気量ＧＡの減少度合が頻繁に変化しているときには、機関トルクを要求トルクＴＱｄｅｍに一致させるように点火時期を制御することが特に難しくなり、その結果、機関トルクがハンチングしやすくなってしまう。これに対して本実施形態では、仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさに基づいてスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡを段階的に変更するようにしている。そのため、例えば仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離の大きさに比例するように常に減少速度ΔＴＡの大きさを変化させるような構成と比較して減少速度ΔＴＡの変更頻度が低くなり、吸入空気量ＧＡの減少度合が変化する頻度が低くなるため、上記のようなハンチングの発生を抑制することができるようになる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・仮想トルクＴＱｓｕｐと要求トルクＴＱｄｅｍとの乖離が大きいときほどスロットル開度ＴＡの減少速度ΔＴＡが大きくなるように減少速度ΔＴＡを設定するものであれば、減少速度ΔＴＡの設定態様は適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、乖離の大きさに応じて減少速度ΔＴＡを「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「０」の４段階に変更する構成を示したが、３段階、２段階に変更する構成や、５段階以上に細かく変更する構成を採用することもできる。

・また、乖離の大きさに比例する減少速度ΔＴＡを算出し、乖離の大きさに応じて減少速度ΔＴＡを無段階に変更する構成を採用することもできる。
・更に、上記実施形態では、設定された減少速度ΔＴＡに基づいてスロットル開度ＴＡを所定時間毎に所定量ずつステップ状に変更する構成を示したが、スロットル開度ＴＡをステップ状に変更するのではなく減少速度ΔＴＡに応じて連続的に変更するようにしてもよい。

・上記実施形態では吸入空気量調量手段としてスロットルバルブ２１を備え、スロットル開度ＴＡを変更することにより吸入空気量ＧＡを調量する内燃機関１０を制御するエンジンコントロールユニット１００として本願発明を具体化したものを例示したが、吸入空気量調量手段の構成は適宜変更することができる。例えば、吸気通路に設けられたスロットルバルブを迂回するバイパス通路を備えるとともに、このバイパス通路内に吸入空気量調量手段としてアイドルスピードコントロールバルブを備え、このアイドルスピードコントロールバルブの開度を変更することによってアイドリング運転中の吸入空気量ＧＡを増減させる内燃機関に本願発明を適用することもできる。こうした構成を採用した場合にあっては、スロットルバルブが閉弁していてもアイドリング運転中にアイドルスピードコントロールバルブの開度を変更することにより、吸入空気量ＧＡを調量することができる。尚、この場合には、吸入空気量ＧＡを調量するアイドルスピードコントロールバルブの開度に基づいて仮想トルクＴＱｓｕｐを推定することができる。

・また、その他、吸入空気量調量手段として吸気バルブ１５のリフト量及びリフト期間を変更する機構を備え、吸気バルブ１５のリフト量及びリフト期間を変更することにより吸入空気量ＧＡを調量する内燃機関等に本願発明を適用することもできる。

この発明の実施形態にかかるエンジンコントロールユニットとその制御対象である内燃機関との関係を示す模式図。スロットル開度の減少速度を設定する制御の一連の処理の流れを示すフローチャート。エアコンの停止に伴う要求トルクの変化と、それに伴うスロットル開度の変更による仮想トルクの変化との関係を示すタイミングチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…シリンダ、１２…ピストン、１３…シリンダヘッド、１４…燃焼室、１５…吸気バルブ、１６…排気バルブ、１７…燃料噴射弁、１８…点火プラグ、２０…吸気通路、２１…スロットルバルブ、２２…モータ、３０…排気通路、５０…クランク角センサ、５１…カムポジションセンサ、５２…アクセルポジションセンサ、５３…スロットル開度センサ、５４…水温センサ、５５…エアフロメータ、１００…エンジンコントロールユニット、２００…エアコンコントロールユニット。

Claims

内燃機関の駆動力によって駆動される補機の作動状態に基づいてアイドリング運転に必要な機関トルクを要求トルクとして算出する要求トルク算出手段と、機関回転速度に基づいて実際に発生している機関トルクを算出する機関トルク算出手段とを備え、前記要求トルクが低下したときに内燃機関の吸入空気量調量手段の制御量を徐々に変更して吸入空気量を次第に減少させるとともに、前記機関トルク算出手段によって算出される機関トルクを前記要求トルクに一致させるように点火時期を変更することにより機関回転速度の変動を抑制する車載内燃機関の制御装置であって、
前記吸入空気量調量手段の制御量に基づいて仮想トルクを推定し、低下した前記要求トルクよりも同仮想トルクが大きいときほど単位時間当たりの吸入空気量の減少度合が大きくなるように前記吸入空気量調量手段の制御量の変更速度を大きくするとともに、前記仮想トルクが前記要求トルクに近づくほど前記変更速度を小さくする
ことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の車載内燃機関の制御装置において、
前記仮想トルクが前記要求トルクよりも大きいときほど前記変更速度が大きくなり、前記仮想トルクが前記要求トルクに近づくほど前記変更速度が小さくなるように前記要求トルクと前記仮想トルクとの乖離の大きさに基づいて前記変更速度を段階的に変更する
ことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
前記要求トルクと前記仮想トルクとの乖離の大きさに基づいて変更される前記変更速度の設定値として、第１変更速度と、同第１変更速度よりも小さな第２変更速度と、同第２変更速度よりも更に小さな第３変更速度とが設定されており、
前記要求トルクと前記仮想トルクとの乖離の大きさが第１閾値以上のときには前記変更速度として前記第１変更速度を選択し、
前記乖離の大きさが前記第１閾値未満であり、且つ同第１閾値よりも小さな第２閾値以上であるときには前記変更速度として前記第２変更速度を選択し、
前記乖離の大きさが前記第２閾値未満であり、且つ同第２閾値よりも小さな第３閾値以上であるときには前記変更速度として前記第３変更速度を選択し、
前記乖離の大きさが前記第３閾値未満であるときには前記変更速度を「０」にすることにより前記変更速度を前記乖離の大きさに基づいて段階的に変更する
請求項２に記載の車載内燃機関の制御装置。
前記吸入空気量調量手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を変更することによって吸入空気量を増減させるものであり、前記制御量は前記スロットルバルブの開度である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置。
前記吸入空気量調量手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブを迂回するバイパス通路に設けられたアイドルスピードコントロールバルブの開度を変更することによって吸入空気量を増減させるものであり、前記制御量は前記アイドルスピードコントロールバルブの開度である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置。