JP2010285879A - 内燃機関トルク制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクディマンド方式の内燃機関トルク制御において処理負荷を過剰なものとせず、かつ誤差を相乗させずに吸入空気量を推定して高精度な空燃比制御を可能とし、しかも応答性を低下させないようにする。
【解決手段】スロットル開度制御では目標スロットル開度をスロットルバルブにより実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに対応させているので、目標スロットル開度に対応するトルクと同等のトルクをエンジンに出力させることができる。そしてこの筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆを遅れ時間ＤＴ経過後に（Ｓ１８２）目標燃料噴射量ＴＡＵｔに反映させている（Ｓ１８４）。このため吸気ポートに噴射される燃料により高精度な空燃比が実現する。遅れ時間ＤＴはスロットルバルブのディレー制御とは無関係であるので、トルクディマンド方式にて応答性を低下する要因とはならない。このことにより課題が達成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関に対する要求トルクを実現するために内燃機関への吸入空気量と供給燃料量とを制御する内燃機関トルク制御装置に関する。

一定の操縦感覚の維持などの運転性向上を図るために、アクセル操作量（場合により制御システムによる要求量）、内燃機関回転数及び外部負荷に基づき、内燃機関の目標トルクを算出し、この目標トルクに応じて吸入空気量や燃料噴射量を制御するトルクディマンド方式の内燃機関制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

アクセル操作量に応じた目標スロットル開度となるようにスロットルバルブを電子制御する内燃機関の吸入空気量推定装置が知られている（例えば特許文献２参照）。この吸入空気量推定装置では、吸気バルブ閉弁時の吸入空気量を、スロットルバルブモデル及び吸気系モデルを用いて推定し、この推定吸入空気量に基づいて吸気バルブ開弁前後にて実行される燃料供給による燃料量を調節することで、高精度に空燃比を制御している。

特開２００７−１９２０８２号公報（第８−１０頁、図６−７） 特開２００４−２１１５９０号公報（第１３−２１頁、図６−８）

特許文献１のごとくのトルクディマンド方式技術に対して、特許文献２のごとくモデルを用いて推定吸入空気量を求めて高精度に空燃比を制御できる技術を組み合わせることにより、トルクディマンド方式による高い運転性と共に高精度な空燃比制御が可能な内燃機関制御装置が実現できることが予想される。

しかし単にこれらの技術を組み合わせたのでは、個々の処理が重複して制御装置における処理負荷が過剰なものとなるおそれがある。しかもこの重複によりそれぞれの制御における誤差が相乗して制御精度が低下するおそれがある。

しかも特許文献２では吸気バルブ閉弁時の吸入空気量を推定吸入空気量として先読みする分、アクセル操作に対応するスロットル開度の変更は遅延させるディレー制御を実行している。このため特許文献１と組み合わせた技術についても応答性が低下して運転性低下を生じる問題がある。

本発明は、トルクディマンド方式において処理負荷を過剰なものとせず、かつ誤差を相乗させずに吸入空気量を推定して高精度な空燃比制御を可能とし、しかも応答性を低下することのない内燃機関トルク制御装置を目的とするものである。

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に記載の内燃機関トルク制御装置は、内燃機関に対する要求トルクを実現するために内燃機関への吸入空気量と供給燃料量とを制御する内燃機関トルク制御装置であって、内燃機関に対する要求トルクに基づいて、吸入空気量調節アクチュエータの作動能力により実現可能な筒内吸入空気量を算出する実現可能吸入空気量算出手段と、前記実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対応する前記吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量を算出する目標調節量算出手段と、前記目標調節量算出手段にて算出された目標調節量となるように前記吸入空気量調節アクチュエータを作動させる吸入空気量調節アクチュエータ作動手段と、前記実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対応する供給燃料量を、前記吸入空気量調節アクチュエータ作動手段による吸入空気量調節が燃料供給位置の吸入空気量に反映されるまでの時間である遅れ時間経過後に、目標燃料量として設定する目標燃料量設定手段と、前記目標燃料量設定手段にて設定された目標燃料量分の燃料を吸気中に供給する燃料供給手段とを備えたことを特徴とする。

内燃機関に対する要求トルクそのものが、吸入空気量調節アクチュエータの作動能力では実現不可能な急速な変化をした場合に、従来のごとく、この要求トルクの変化に計算上で対応させて得られた目標調節量では、吸入空気量調節アクチュエータは追随できない。実際には吸入空気量調節アクチュエータの作動能力にて実現可能な吸入空気量になり、これに対応したトルクにできるのみである。したがってこのような目標調節量に対応するトルクと実際のトルクとの間にはずれが生じることになる。

本発明では、実現可能吸入空気量算出手段及び目標調節量算出手段は、内燃機関に対する要求トルクから算出する吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量を、吸入空気量調節アクチュエータの作動能力により実現可能な筒内吸入空気量に対応させた値として算出している。

このため目標調節量が吸入空気量調節アクチュエータ作動手段に用いられても、吸入空気量調節アクチュエータはこの目標調節量の変化に追随できる。すなわち実際のトルク変化は目標調節量に対応するトルクと同等の変化を実現することができ、目標調節量に対応するトルクと実際のトルクとの間のずれが防止される。

しかも、このような目標調節量の算出処理は、予め設定あるいは測定された吸入空気量調節アクチュエータの作動能力に基づいて行うことができ、処理負荷は小さく、容易に算出可能であり、誤差も十分に抑制できる。

そして目標燃料量設定手段は、実現可能な筒内吸入空気量に対応する供給燃料量を、前記遅れ時間経過後に、すなわち目標調節量に対応した吸入空気量が燃料供給位置に到達するタイミングで、目標燃料量として設定している。このため燃料供給手段は、燃料供給位置に到達した吸入空気に対して、その吸入空気量に高精度に対応して高精度な空燃比制御が可能な燃料量を吸気中に供給することができる。しかも上述のごとく実現可能な筒内吸入空気量に対応する供給燃料量を目標燃料量としているため算出も容易であり、誤差も十分に抑制できる。

この場合の遅れ時間は、内燃機関の構造上における処置であるが、燃料供給タイミングである吸気バルブ開弁前後のタイミングと吸入空気量が決定できる吸気バルブ閉弁時のタイミングとのずれとは無関係である。したがって、このようなずれは本発明では考慮する必要がなく、トルクディマンド方式にて応答性を低下する要因とはならない。

このことによりトルクディマンド方式において処理負荷を過剰なものとせず、かつ誤差を相乗させずに吸入空気量を推定して高精度な空燃比制御を可能とし、しかも応答性を低下することのない内燃機関トルク制御装置を実現できる。

請求項２に記載の内燃機関トルク制御装置は、内燃機関に対する要求トルクを実現するために内燃機関への吸入空気量と供給燃料量とを制御する内燃機関トルク制御装置であって、内燃機関に対する要求トルクに基づいて、吸入空気量調節アクチュエータの作動能力により実現可能な筒内吸入空気量を算出する実現可能吸入空気量算出手段と、内燃機関に対する要求トルクに対応する前記吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量を算出する目標調節量算出手段と、前記目標調節量算出手段にて算出された目標調節量となるように前記吸入空気量調節アクチュエータを作動させる吸入空気量調節アクチュエータ作動手段と、前記実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対応する供給燃料量を、前記吸入空気量調節アクチュエータ作動手段による吸入空気量調節が燃料供給位置の吸入空気量に反映されるまでの時間である遅れ時間経過後に、目標燃料量として設定する目標燃料量設定手段と、前記目標燃料量設定手段にて設定された目標燃料量分の燃料を吸気中に供給する燃料供給手段とを備えたことを特徴とする。

この請求項の発明が、前記請求項１の発明と異なるのは、目標調節量算出手段が、内燃機関に対する要求トルクに対応する吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量を算出しており、実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対する目標調節量ではない。

したがって目標調節量は、実際には吸入空気量調節アクチュエータが追随できない変化となる場合がある。しかしこの場合には吸入空気量調節アクチュエータが追随できないことにより、結果的に、吸入空気量調節アクチュエータによる調節は、実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対応する目標調節量を用いた場合と同等な調節となる。

このため目標燃料量設定手段が、前記遅れ時間経過後に、実現可能な筒内吸入空気量に対応する供給燃料量を目標燃料量として設定することにより、結果として、前記請求項１の発明と同様となる。すなわち、燃料供給手段は、燃料供給位置に到達した吸入空気に対して、その吸入空気量に高精度に対応して高精度な空燃比制御が可能な燃料量を供給することができる。

しかも前記請求項１の発明と同様に、目標調節量及び目標燃料量の算出も容易であり、誤差も十分に抑制できる。遅れ時間についても同様でありトルクディマンド方式において応答性を低下することがなくなる。

このことによりトルクディマンド方式において処理負荷を過剰なものとせず、かつ誤差を相乗させずに吸入空気量を推定して高精度な空燃比制御を可能とし、しかも応答性を低下することのない内燃機関トルク制御装置を実現できる。

請求項３に記載の内燃機関トルク制御装置では、請求項２に記載の内燃機関トルク制御装置において、前記目標調節量算出手段は、内燃機関に対する要求トルクに対応する前記吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量に、前記吸入空気量調節アクチュエータの作動能力により実現可能な調節範囲に基づいて制限補正を加えていることを特徴とする。

このように吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量に制限補正を加えても良い。このことにより吸入空気量調節アクチュエータは目標調節量の変化に常に追随できるようになる。すなわち実際のトルク変化は目標調節量に対応するトルクと同等の変化を実現することができ、目標調節量に対応するトルクと実際のトルクとの間のずれが防止される。したがって前記請求項１の発明と同様となる。

請求項４に記載の内燃機関トルク制御装置では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、前記実現可能吸入空気量算出手段は、内燃機関に対する要求トルクに対応した筒内吸入空気量を算出し、この筒内吸入空気量に対して、前記吸入空気量調節アクチュエータの作動能力に基づいて制限補正を加えることで、内燃機関に対する要求トルクに基づいて実現可能な筒内吸入空気量を算出することを特徴とする。

このようにして内燃機関に対する要求トルクに基づいて実現可能な筒内吸入空気量を容易に算出することができる。
請求項５に記載の内燃機関トルク制御装置では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、内燃機関に対する要求トルクは内燃機関に対するドライバーの操作量を含むパラメータに基づいて設定されていることを特徴とする。

内燃機関に対する要求トルクはドライバーの操作量を含むパラメータに基づくことにより、ドライバーの要求に応じたトルクを実現できるが、このような要求トルクに対して、処理負荷を過剰なものとせずに、かつ誤差を相乗させずに吸入空気量を推定して高精度な空燃比制御を可能にでき、しかも応答性が低下することがない。

請求項６に記載の内燃機関トルク制御装置では、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、前記燃料供給位置は、吸気ポートであることを特徴とする。

したがって目標燃料量設定手段は、吸入空気量調節アクチュエータ作動手段による吸入空気量調節が吸気ポートでの吸入空気量に反映されるまでの遅れ時間経過後に、目標燃料量を設定することになる。

請求項７に記載の内燃機関トルク制御装置では、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、吸入空気量調節アクチュエータは、吸気通路に配置された電子制御スロットルバルブであることを特徴とする。

吸入空気量調節アクチュエータとしては、吸気通路に配置された電子制御スロットルバルブを挙げることができる。この電子制御スロットルバルブを用いているトルクディマンド方式の内燃機関トルク制御において、処理負荷を過剰なものとせずに、かつ誤差を相乗させずに吸入空気量を推定して高精度な空燃比制御ができ、しかも応答性が低下することがない。

請求項８に記載の内燃機関トルク制御装置では、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、筒内吸入空気量の代わりに、筒内吸入空気量に対応する物理量を用いて前記各手段での処理を実行することを特徴とする。

筒内吸入空気量自体でなく、筒内吸入空気量に対応する物理量を用いて処理を実行しても良い。例えば、基準とする吸入空気量に対する筒内吸入空気量の割合を、筒内吸入空気量に対応する物理量として用いることができる。

実施の形態１の内燃機関制御装置及び車両用内燃機関の概略構成を表すブロック図。 実施の形態１においてＥＣＵにより実行されるスロットル開度制御処理のフローチャート。 同じく吸入空気量変化限界算出処理のフローチャート。 上記吸入空気量変化限界算出処理にて用いられるスロットル開度変化速度限界マップＭＡＰｄｔａの構成説明図。 実施の形態１においてＥＣＵにより実行される燃料噴射量制御処理のフローチャート。 実施の形態１による制御の一例を示すタイミングチャート。 従来例による実施の形態１に対する比較例としてのタイミングチャート。 実施の形態２においてＥＣＵにより実行されるスロットル開度制御処理の一部のフローチャート。 実施の形態３においてＥＣＵにより実行されるスロットル開度制御処理の一部のフローチャート。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された内燃機関制御装置及び車両用内燃機関の概略構成を表すブロック図である。ここでは内燃機関としてガソリンエンジン（以下「エンジン」と略す）２に適用した例を示している。エンジン２は４気筒の内燃機関であるが、図１では１気筒のみを示している。気筒数は６気筒でも８気筒でも良く、直列でもＶ型でも良い。このエンジン２は各気筒に吸気バルブ４と排気バルブ６とがそれぞれ２つ設けられた４バルブエンジンであるが、２バルブエンジンでも５バルブエンジンでも良い。

エンジン２の出力は変速機を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、吸気ポート８にて燃料を噴射する燃料噴射バルブ１０と、吸気と共に燃焼室１２内に吸入された燃料に点火する点火プラグ１４とがそれぞれ設けられている。吸気ポート８に接続された吸気通路１６の途中にはサージタンク１８が設けられ、サージタンク１８の上流側にはモータ２０によって開度が調節される電子制御スロットルバルブ（以下、スロットルバルブと略す）２２が設けられている。このスロットルバルブ２２の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸入空気量が調節され、その結果、エンジン２の燃焼室１２内、いわゆる筒内に吸入される吸入空気量である筒内吸入空気量（ｇ）が調節される。すなわちスロットルバルブ２２は吸入空気量調節アクチュエータに相当する。

スロットル開度ＴＡ（ｄｅｇ）はスロットル開度センサ２４により検出され、エンジン２の吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓ）は吸気通路１６に設けられた吸入空気量センサ２６により検出され、吸気温ＴＨＡは吸気通路１６に設けられた吸気温センサ２８により検出される。これらの検出値は、それぞれ、内燃機関制御装置、特に内燃機関トルク制御装置として機能する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）３０に読み込まれる。

排気ポート３２には排気通路３４が接続され、この排気通路３４に配置された空燃比センサ３６により排気成分に基づいて混合気の空燃比Ａ／Ｆが検出される。この排気通路３４には更に三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒等の排気浄化触媒が配置されている。

燃料噴射バルブ１０にはデリバリパイプを介して高圧燃料ポンプ側から高圧燃料を供給され、この燃料噴射バルブ１０からはＥＣＵ３０により計算された噴射時期及び噴射時間にて燃料が吸気ポート８内に噴射される。

ＥＣＵ３０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路であり、上述したスロットル開度センサ２４、吸入空気量センサ２６、吸気温センサ２８、空燃比センサ３６以外にも各種センサ類より信号を入力している。すなわちアクセルペダル４０の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ：％）を検出するアクセル開度センサ４２、クランクシャフト回転からエンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）を検出するエンジン回転数センサ４４より信号を入力している。更に吸気カムシャフト回転から吸気カムのカム角ＧＩを決定するカム角センサ４６、排気カムシャフト回転から排気カムのカム角ＧＥを決定するカム角センサ４８より信号を入力している。更に冷却水温センサ５０よりエンジン冷却水温ＴＨＷ（℃）信号を、バッテリ電圧センサ５２より電力源としてのバッテリからのバッテリ電圧Ｖｂ（Ｖ）信号を入力している。その他、車両状態を示す車速などの信号も入力している。尚、本実施の形態のエンジン２はバルブタイミング可変機構４６ａ，４８ａにより吸気バルブ４及び排気バルブ６のバルブタイミングＶＶＴ調節が可能とされている。

ＥＣＵ３０は、上述した各センサ類からの検出内容に基づいて、スロットル開度ＴＡ、燃料噴射バルブ１０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火プラグ１４による点火時期等を制御する。

次にＥＣＵ３０により実行される制御の内、アクセル開度ＡＣＣＰ等に基づく要求トルクを実現するためのスロットル開度制御処理について説明する。本処理のフローチャートを図２に示す。本処理は周期的（例えば８ｍｓｅｃ毎）に割り込みにより実行される。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

スロットル開度制御処理（図２）が開始されると、まず前述した各種センサ類の信号より得られたデータや、ＥＣＵ３０内にて別途実行されている他のシステムによる各種要求が取得されて、ＲＡＭ中の作業領域に読み込まれる（Ｓ１０２）。

ここではドライバー要求としてアクセル開度ＡＣＣＰ、内燃機関運転状態としてエンジン回転数ＮＥ、そして変速制御、クルーズ制御、トラクション制御、車両走行安定制御など他のシステムからの各種要求トルク、及び車速などの車両状態と言った各種データが読み込まれる。

これら各種データに基づいて要求トルクＴＱｔが設定される（Ｓ１０４）。
例えば、アクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとに基づいてドライバー要求トルクが設定され、他のシステムのいずれかの要求トルクとの比較により、いずれか優先される要求トルクが選択される。そしてエンジン２のフリクションによる損失トルク、エアコン、パワーステアリング等の付加的な装置による消費トルク、及び点火時期等による補正が加えられて、要求トルクＴＱｔが設定される。

次にこの要求トルクＴＱｔに基づいて、式１に示すごとく、マップＭＡＰｋｌｔにより要求トルクＴＱｔに対応する筒内吸入空気量である要求吸入空気量ＫＬｔが算出される（Ｓ１０６）。

［式１］ ＫＬｔ ← ＭＡＰｋｌｔ（ＴＱｔ，ＮＥ，ＶＶＴ）
このマップＭＡＰｋｌｔは、要求トルクＴＱｔが大きくなると要求吸入空気量ＫＬｔが大きくなり、エンジン回転数ＮＥが高くなると要求吸入空気量ＫＬｔが大きくなり、吸気バルブ４のバルブタイミングＶＶＴが進角すると要求吸入空気量ＫＬｔが大きくなる傾向に設定されている。尚、これらの傾向は、実験や理論計算により求められておりエンジンの種類により異なる。

次に式２に示すごとく、要求吸入空気量ＫＬｔが吸入空気量変化限界内にある値か否かを判定する（Ｓ１０８）。
［式２］ ＫＬｍｉｎ ≦ ＫＬｔ ≦ ＫＬｍａｘ
ここで吸入空気量変化限界を表す値である増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎは、図３に示す吸入空気量変化限界算出処理により設定されている値である。この吸入空気量変化限界算出処理（図３）はスロットル開度制御処理（図２）と同周期で実行されて、繰り返し増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎを求めて更新している。

ここで吸入空気量変化限界算出処理（図３）について説明する。本処理では、まず図４に示すスロットル開度変化速度限界マップＭＡＰｄｔａによりバッテリ電圧Ｖｂに基づいて増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘ（ｄｅｇ）と減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎ（ｄｅｇ）とが算出される（Ｓ１５２）。増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘは制御周期（ここでは８ｍｓｅｃ）間にモータ２０の駆動によりスロットル開度ＴＡを増加側に変化可能な限界値である。減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎは制御周期間にモータ２０の駆動によりスロットル開度ＴＡを減少側に変化可能な限界値である。

すなわちスロットルバルブ２２の作動能力、特にスロットルバルブ２２を構成しているモータ２０の作動能力に基づいてスロットル開度ＴＡの変化速度限界を求めている。
増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘはプラスの値であり、バッテリ電圧Ｖｂの増加に応じて増加する。減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎはマイナスの値であり、バッテリ電圧Ｖｂの増加に応じて減少する。すなわちバッテリ電圧Ｖｂが高いほどモータ２０によるスロットルバルブ２２の駆動速度が増加側においても減少側においても高速になることを示している。尚、図４では増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘ及び減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎの単位はスロットルバルブ２２の角度（ｄｅｇ）で示しているが、スロットルバルブ２２の全開状態を１００％として％（百分率）で表しても良い。

次に式３に示すごとく現在のスロットル開度ＴＡに増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘを加えることで増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘを求める（Ｓ１５４）。

［式３］ ＴＡｍａｘ ← ＴＡ ＋ ｄＴＡｍａｘ
尚、この式３の右辺における加算結果が最大開度を越えている場合には、増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘには最大開度が設定される。

次に式４に示すごとく現在のスロットル開度ＴＡに減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎを加えることで減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎを求める（Ｓ１５６）。

［式４］ ＴＡｍｉｎ ← ＴＡ ＋ ｄＴＡｍｉｎ
尚、この式４の右辺における加算（実質的には減算）結果が最小開度（ここでは０）を下回っている場合には、減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎには最小開度が設定される。

これら式３，４は、モータ２０の作動能力に基づいて、現在のスロットル開度ＴＡから制御周期毎にスロットル開度ＴＡが変化できる限界開度を求めていることになる。
そして前記式３にて求めた増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘを用いて、エンジン２における吸気系のエアモデルから求めた、スロットル開度ＴＡと吸入空気量との関係を表す関数Ｆａにより、増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘを算出する（Ｓ１５８）。尚、関数Ｆａのパラメータとしてはスロットル開度以外にエンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＶＴ（ここでは２つのカム角ＧＩ，ＧＥに相当）、エンジン冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡ等が存在する。関数Ｆａでなく、エアモデルに基づいて作成されたスロットル開度ＴＡと吸入空気量との関係を表すマップを用いて、増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘ及び前記他のパラメータに基づいて増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘを求めても良い。尚、上記エアモデルは、エンジン２の吸気系をスロットルバルブ２２、吸気通路１６、吸気バルブ４等の要素に分けてそれぞれの要素毎にモデル化して数式で表すことによりエンジン２の吸入空気量（ここでは筒内空気量）を計算により求めるためのモデルである。

次に前記式４にて求めた減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎを用いて、前述した関数Ｆａにより、減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎを算出する（Ｓ１６０）。尚、スロットル開度ＴＡと吸入空気量との関係を表すマップを用いて、減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎ及び前記他のパラメータに基づいて減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎを求めても良い。

このように吸入空気量変化限界算出処理（図３）にて周期的に増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘ及び減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎが算出されて更新されている。
スロットル開度制御処理（図２）の説明に戻る。上述のごとく周期的に更新されている吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘ，ＫＬｍｉｎにて前記式２の判定がなされた結果、前記式２を満足した状態、すなわち要求吸入空気量ＫＬｔが吸入空気量変化限界内にある場合には（Ｓ１０８でＹＥＳ）、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに要求吸入空気量ＫＬｔの値がそのまま設定される（Ｓ１１０）。

前記式２を満足しない状態、すなわち要求吸入空気量ＫＬｔが吸入空気量変化限界外にある場合には（Ｓ１０８でＮＯ）、吸入空気量が増加側か否かが判定される（Ｓ１１２）。この判定は、前回設定された要求吸入空気量ＫＬｔと今回の要求吸入空気量ＫＬｔとの差がプラスか否か、前回設定された要求トルクＴＱｔと今回設定された要求トルクＴＱｔとの差がプラスか否か、あるいはスロットル開度ＴＡが増加側か否かにより判定する。

エンジン吸入空気量が増加側である場合には（Ｓ１１２でＹＥＳ）、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆには増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘが設定される（Ｓ１１４）。エンジン吸入空気量が減少側である場合には（Ｓ１１２でＮＯ）、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆには減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎが設定される（Ｓ１１６）。すなわち要求吸入空気量ＫＬｔが吸入空気量変化限界外にある場合にはスロットル開度ＴＡは要求吸入空気量ＫＬｔに追随できないことから、追いつける限界である増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘあるいは減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎが実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに設定されることになる。すなわちスロットルバルブ２２の作動能力に基づいて制限補正を実行している。

ステップＳ１１０，Ｓ１１４，Ｓ１１６のいずれかにて実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆが設定されると、この実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆが、筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆのデータ配列に格納される（Ｓ１１８）。このデータ配列は、後述する燃料噴射量制御において、遅れ時間経過後に読み出すために設けられている。

次に今回ステップＳ１１０，Ｓ１１４，Ｓ１１６のいずれかにて設定された実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆを用いて、吸入空気量とスロットル開度ＴＡとの関係を表す関数Ｆｂにより、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに対応するスロットル開度を算出して目標スロットル開度ＴＡｔとして設定する（Ｓ１２０）。尚、関数Ｆｂのパラメータとしては吸入空気量以外にエンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＶＴ（ここでは２つのカム角ＧＩ，ＧＥに相当）、エンジン冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡ等が存在する。この関数Ｆｂは、吸入空気量変化限界算出処理（図３）のステップＳ１５８，Ｓ１６０にて説明したエアモデルの逆モデルを表している。関数Ｆｂでなく、吸入空気量とスロットル開度ＴＡとの関係を表すマップを用いて、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆ及び前記他のパラメータに基づいて目標スロットル開度ＴＡｔを求めても良い。

そしてこのように算出された目標スロットル開度ＴＡｔに基づく制御信号がスロットルバルブ２２を駆動するモータ２０へ出力され（Ｓ１２２）、このことで実際のスロットル開度ＴＡが目標スロットル開度ＴＡｔとなるように調節制御される。

以後、上述した処理（図２，３）が８ｍｓｅｃ毎に繰り返されることでモータ２０によるスロットル開度ＴＡの調節がなされることになる。
次にＥＣＵ３０により実行される制御の内、燃料噴射バルブ１０から燃料噴射タイミングにて吸気ポート８に噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御について、図５のフローチャートにより説明する。本処理は周期的（例えば８ｍｓｅｃ毎）に割り込みにより実行される。

燃料噴射量制御（図５）が開始されると、まず遅れ時間ＤＴが式５に示すごとく、遅れ時間マップＭＡＰｄｔにより、エンジン回転数ＮＥ及び吸気バルブ４のバルブタイミングＶＶＴから算出される（Ｓ１８０）。

［式５］ ＤＴ ← ＭＡＰｄｔ（ＮＥ，ＶＶＴ）
ここで遅れ時間ＤＴは、スロットル開度制御処理（図２）による吸入空気量調節タイミングからその調節が吸気ポート８での吸入空気量に反映されるタイミングまでの時間である。ここでは制御周期（８ｍｓｅｃ）の回数として表す。

この遅れ時間マップＭＡＰｄｔは、エンジン回転数ＮＥが高くなると短くなり、吸気バルブ４のバルブタイミングＶＶＴが進角すると短くなる傾向に設定されている。尚、これらの傾向は実験や理論計算により求められておりエンジンの種類により異なる。

次に前記スロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１１８にて実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆを格納した配列内から、遅れ時間ＤＴ前の値を読み出して、遅延筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆｄｔとして設定する（Ｓ１８２）。

そしてエンジン２に要求されている目標空燃比を用いて、式６に示すごとく変換して、目標燃料噴射量ＴＡＵｔとして設定する（Ｓ１８４）。
［式６］ ＴＡＵｔ ← ＫＬｒｅｆｄｔ／目標空燃比
この目標燃料噴射量ＴＡＵｔは、燃料噴射バルブ１０の開弁時間にて表されており、目標燃料量に相当する。

前記遅延筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆｄｔは、遅れ時間ＤＴ前にスロットルバルブ２２にて調節されて、現在、燃料噴射バルブ１０が存在する吸気ポート８に到達している吸入空気量に相当する。したがって、この遅延筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆｄｔを用いて目標燃料噴射量ＴＡＵｔを算出しているため、遅延筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆｄｔに高精度に対応した目標燃料噴射量ＴＡＵｔとなっている。

そしてこのように目標燃料噴射量ＴＡＵｔを設定していることにより、燃料噴射タイミングにおいて目標燃料噴射量ＴＡＵｔに対応した燃料が燃料噴射バルブ１０から吸気ポート８へ噴射されることになる。

図６のタイミングチャートに本実施の形態による制御の一例を示す。タイミングｔ０においてドライバーがアクセルペダル４０を急速に踏み込むと、アクセル開度ＡＣＣＰの急上昇が生じ、これに応じて要求吸入空気量ＫＬｔはステップ的に上昇する。しかし実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆについては増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘにより制限されて、ステップ的な上昇とはならない。このため実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに基づく目標スロットル開度ＴＡｔにより、スロットルバルブ２２のモータ２０による実際のスロットル開度ＴＡはその上昇限界を越えないように上昇する。

そして吸気ポート８から燃焼室１２へ流入する実際の筒内吸入空気量は、遅れ時間ＤＴ後に実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに対応した上昇を示すので、これに対応させて目標燃料噴射量ＴＡＵｔが上昇する。このことにより実際の筒内吸入空気量と実際の燃料噴射量とが高精度に対応できる。

しかもスロットルバルブ２２に対しては従来のごとくのディレー制御は不要となるので、アクセル開度ＡＣＣＰの上昇開始時（ｔ０）から目標燃料噴射量ＴＡＵｔが上昇開始して（ｔ１）、エンジン２のトルクが上昇を開始するまでの遅れが非常に短い。実際には遅れ時間ＤＴ分の遅れである。

これに比較して、図７のタイミングチャートに示す比較例では、従来のごとくスロットルバルブ２２に対するディレー制御を実行している。このためアクセル開度ＡＣＣＰの上昇開始時（ｔ１０）から目標燃料噴射量ＴＡＵｔが上昇開始して（ｔ１１）、エンジン２のトルクが上昇を開始するまでの遅れが非常に長い。

上述した構成において、請求項との関係は、ＥＣＵ３０が実現可能吸入空気量算出手段、目標調節量算出手段、吸入空気量調節アクチュエータ作動手段、目標燃料量設定手段、及び燃料供給手段に相当する。

スロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１０４〜Ｓ１１６が実現可能吸入空気量算出手段としての処理に、ステップＳ１２０が目標調節量算出手段としての処理に、ステップＳ１２２及びＥＣＵ３０によるスロットルバルブ２２のモータ２０に対するスロットル開度ＴＡ調節が吸入空気量調節アクチュエータ作動手段としての処理に相当する。更にスロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１１８、燃料噴射量制御（図５）のステップＳ１８０〜Ｓ１８４が目標燃料量設定手段としての処理に、ＥＣＵ３０による燃料噴射タイミングにおける燃料噴射バルブ１０に対する燃料噴射量調節が燃料供給手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（１）スロットル開度制御処理（図２）では、エンジン２に対する要求トルクＴＱｔから算出する目標スロットル開度ＴＡｔを、スロットルバルブ２２により実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに対応させた値として算出している（Ｓ１０４〜Ｓ１１６，Ｓ１２０）。

このため目標スロットル開度ＴＡｔを用いてスロットルバルブ２２を調節制御しても、スロットルバルブ２２はこの目標スロットル開度ＴＡｔの変化に追随できる。すなわちエンジン２が出力する実際のトルク変化は目標スロットル開度ＴＡｔに対応するトルクと同等の変化を実現することができ、目標スロットル開度ＴＡｔに対応するトルクと実際のトルクとの間のずれが防止される。

しかも、このような目標スロットル開度ＴＡｔの算出処理は、吸入空気量変化限界算出処理（図３）にて算出される吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘ，ＫＬｍｉｎにて要求トルクＴＱｔに対応した要求吸入空気量ＫＬｔに限界を設定（Ｓ１０８〜Ｓ１１６）することにより実行している。このため予め設定あるいは測定されたスロットルバルブ２２の作動能力に基づいて行うことができ、処理負荷は小さく、容易に算出可能であり、誤差も十分に抑制できる。

そして燃料噴射量制御処理（図５）では、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆとして、ＫＬｒｅｆ配列から遅れ時間ＤＴ前の筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆを抽出して目標燃料噴射量ＴＡＵｔの算出に用いる。このことで、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆを遅れ時間経過後に、すなわち目標スロットル開度ＴＡｔに対応した吸入空気量が燃料供給位置に到達するタイミングで、目標燃料噴射量ＴＡＵｔに反映させている。このため吸気ポート８に到達した吸入空気に対して、その吸入空気量に高精度に対応して高精度な空燃比制御が可能な燃料量を吸気中に供給することができる。しかも上述のごとく実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに対応する供給燃料量を目標燃料噴射量ＴＡＵｔとしているため算出も容易であり、誤差も十分に抑制できる。

この場合の遅れ時間ＤＴは、スロットルバルブ２２から吸気ポート８到達までの吸入空気の流動時間であり、燃料供給タイミングである吸気バルブ４の開弁前後のタイミングと、吸入空気量が決定できる吸気バルブ４の閉弁時のタイミングとのずれとは無関係である。したがって、このようなずれは本実施の形態では考慮する必要がなく、トルクディマンド方式にて応答性を低下する要因とはならない。

このことにより本実施の形態におけるトルクディマンド方式の内燃機関トルク制御装置においては、処理負荷を過剰なものとせず、かつ誤差を相乗させずに吸入空気量を推定して高精度な空燃比制御を可能とし、しかも応答性を低下することがない。

［実施の形態２］
前記スロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１２０では関数Ｆｂあるいはマップにより、実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに対応するスロットル開度を算出して目標スロットル開度ＴＡｔとして設定していた。この代わりに、本実施の形態では、このステップＳ１２０では、図８に示すごとく、要求トルクＴＱｔに対応した要求吸入空気量ＫＬｔを用いて、関数Ｆｂあるいはマップによりスロットル開度を算出して目標スロットル開度ＴＡｔとして設定している。

したがって目標スロットル開度ＴＡｔは、実際にはスロットルバルブ２２が追随できない変化となる場合がある。しかしスロットルバルブ２２が追随できないことにより、結果的にスロットルバルブ２２による調節は、ステップＳ１１０，Ｓ１１４，Ｓ１１６のいずれかにて算出された実現可能な筒内吸入空気量ＫＬｒｅｆに対応する目標スロットル開度ＴＡｔを用いた場合と同等な調節となる。

このため結果として、前記実施の形態１と同様な効果を生じる。
［実施の形態３］
本実施の形態では、図９に示すごとく前記スロットル開度制御処理（図２）のステップＳ１２０の代わりに、ステップＳ１３０〜Ｓ１４０の処理を実行する。

まずステップＳ１３０では、前記実施の形態２でのステップＳ１２０（図８）と同じく、要求トルクＴＱｔに対応した要求吸入空気量ＫＬｔを用いて、仮目標スロットル開度ＴＡｘを算出している。

そして、このステップＳ１３０の処理の後に、ステップＳ１３２〜Ｓ１４０により、仮目標スロットル開度ＴＡｘに対して、吸入空気量変化限界算出処理（図３）にて算出している増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘ及び減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎを用いて制限補正をし、このことにより目標スロットル開度ＴＡｔを設定している。

すなわち、仮目標スロットル開度ＴＡｘが、増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘと減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎとの間の範囲に存在する場合には（Ｓ１３２でＹＥＳ）、目標スロットル開度ＴＡｔに仮目標スロットル開度ＴＡｘを設定している（Ｓ１３４）。

仮目標スロットル開度ＴＡｘが増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘより大きい場合には（Ｓ１３２でＮＯ、Ｓ１３６でＹＥＳ）、目標スロットル開度ＴＡｔに増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘを設定している（Ｓ１３８）。

仮目標スロットル開度ＴＡｘが減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎより小さい場合には（Ｓ１３２でＮＯ、Ｓ１３６でＮＯ）、目標スロットル開度ＴＡｔに減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎを設定している（Ｓ１４０）。

このようにスロットルバルブ２２の作動能力により実現可能な調節範囲に基づいて、要求吸入空気量ＫＬｔに対応した仮目標スロットル開度ＴＡｘに制限補正を加えている。
尚、本実施の形態では、ステップＳ１３０〜Ｓ１４０が目標調節量算出手段としての処理に相当する。

このような構成により前記実施の形態１と同様な効果を生じる。
［その他の実施の形態］
・前記各実施の形態では、筒内吸入空気量を用いて処理を実行したが、この筒内吸入空気量の代わりに、筒内吸入空気量に対応する物理量を用いても良く、例えば、基準とする吸入空気量として筒内最大吸入空気量を用い、この値に対する筒内吸入空気量の割合を筒内吸入空気量に対応する物理量として用いても良い。

・前記各実施の形態では増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘ及び減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎはバッテリ電圧Ｖｂに応じた値に設定した。ただしバッテリ電圧Ｖｂの変動が無視できる安定化された電源を用いている場合であれば、増加側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍａｘ及び減少側スロットル開度変化速度限界ｄＴＡｍｉｎは固定値を用いても良い。

・前記各実施の形態は、ガソリンエンジンにおける例であったが、内燃機関が用いられているシステムとしては、ハイブリッドエンジンを挙げることができ、これらについても前記各実施の形態と同様な制御により同様な効果を生じさせることができる。

・吸入空気量変化限界算出処理（図３）では、増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘ、増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘ、減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎ及び減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎを常に算出して用いていた。この代わりに、最初に現在のアクセル開度ＡＣＣＰ（要求トルクＴＱｔ、要求吸入空気量ＫＬｔ）が増加か減少かを判定し、増加時であれば増加側吸入空気量変化限界ＫＬｍａｘ及び増加側スロットル開度変化限界ＴＡｍａｘのみを計算しても良い。そして減少時であれば減少側吸入空気量変化限界ＫＬｍｉｎ及び減少側スロットル開度変化限界ＴＡｍｉｎのみを計算しても良い。

２…エンジン、４…吸気バルブ、６…排気バルブ、８…吸気ポート、１０…燃料噴射バルブ、１２…燃焼室、１４…点火プラグ、１６…吸気通路、２０…モータ、２２…電子制御スロットルバルブ、２４…スロットル開度センサ、２６…吸入空気量センサ、２８…吸気温センサ、３０…ＥＣＵ、３２…排気ポート、３４…排気通路、３６…空燃比センサ、４０…アクセルペダル、４２…アクセル開度センサ、４４…エンジン回転数センサ、４６，４８…カム角センサ、４６ａ，４８ａ…バルブタイミング可変機構、５０…冷却水温センサ、５２…バッテリ電圧センサ。

Claims (8)

1. 内燃機関に対する要求トルクを実現するために内燃機関への吸入空気量と供給燃料量とを制御する内燃機関トルク制御装置であって、
   内燃機関に対する要求トルクに基づいて、吸入空気量調節アクチュエータの作動能力により実現可能な筒内吸入空気量を算出する実現可能吸入空気量算出手段と、
   前記実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対応する前記吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量を算出する目標調節量算出手段と、
   前記目標調節量算出手段にて算出された目標調節量となるように前記吸入空気量調節アクチュエータを作動させる吸入空気量調節アクチュエータ作動手段と、
   前記実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対応する供給燃料量を、前記吸入空気量調節アクチュエータ作動手段による吸入空気量調節が燃料供給位置の吸入空気量に反映されるまでの時間である遅れ時間経過後に、目標燃料量として設定する目標燃料量設定手段と、
   前記目標燃料量設定手段にて設定された目標燃料量分の燃料を吸気中に供給する燃料供給手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関トルク制御装置。
2. 内燃機関に対する要求トルクを実現するために内燃機関への吸入空気量と供給燃料量とを制御する内燃機関トルク制御装置であって、
   内燃機関に対する要求トルクに基づいて、吸入空気量調節アクチュエータの作動能力により実現可能な筒内吸入空気量を算出する実現可能吸入空気量算出手段と、
   内燃機関に対する要求トルクに対応する前記吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量を算出する目標調節量算出手段と、
   前記目標調節量算出手段にて算出された目標調節量となるように前記吸入空気量調節アクチュエータを作動させる吸入空気量調節アクチュエータ作動手段と、
   前記実現可能吸入空気量算出手段により算出された実現可能な筒内吸入空気量に対応する供給燃料量を、前記吸入空気量調節アクチュエータ作動手段による吸入空気量調節が燃料供給位置の吸入空気量に反映されるまでの時間である遅れ時間経過後に、目標燃料量として設定する目標燃料量設定手段と、
   前記目標燃料量設定手段にて設定された目標燃料量分の燃料を吸気中に供給する燃料供給手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関トルク制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関トルク制御装置において、前記目標調節量算出手段は、内燃機関に対する要求トルクに対応する前記吸入空気量調節アクチュエータの目標調節量に、前記吸入空気量調節アクチュエータの作動能力により実現可能な調節範囲に基づいて制限補正を加えていることを特徴とする内燃機関トルク制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、前記実現可能吸入空気量算出手段は、内燃機関に対する要求トルクに対応した筒内吸入空気量を算出し、この筒内吸入空気量に対して、前記吸入空気量調節アクチュエータの作動能力に基づいて制限補正を加えることで、内燃機関に対する要求トルクに基づいて実現可能な筒内吸入空気量を算出することを特徴とする内燃機関トルク制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、内燃機関に対する要求トルクは内燃機関に対するドライバーの操作量を含むパラメータに基づいて設定されていることを特徴とする内燃機関トルク制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、前記燃料供給位置は、吸気ポートであることを特徴とする内燃機関トルク制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、吸入空気量調節アクチュエータは、吸気通路に配置された電子制御スロットルバルブであることを特徴とする内燃機関トルク制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関トルク制御装置において、筒内吸入空気量の代わりに、筒内吸入空気量に対応する物理量を用いて前記各手段での処理を実行することを特徴とする内燃機関トルク制御装置。

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