JP2011179395A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スロットルの開度によってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、目標トルクに基づいて目標スロットル開度を算出してから、目標スロットル開度をスロットルへ出力するまでの間に、所定の遅延時間を設けている内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine capable of controlling torque by the opening of a throttle, and more specifically, from calculating a target throttle opening based on the target torque to outputting the target throttle opening to the throttle. The present invention relates to a control device for an internal combustion engine having a predetermined delay time therebetween.
電子制御式のスロットルを備えた内燃機関では、目標トルクに基づいて目標スロットル開度を算出し、その目標スロットル開度に従ってスロットルを操作することが行われている。目標トルクから目標スロットル開度を算出する方法としては、例えば特開2006−200466号公報に開示されているように、吸気系の応答モデルの逆モデルを用いることが公知である。この公報に記載された技術では、目標トルクが目標空気量に換算され、目標空気量を前記の逆モデルに入力することによって、目標トルクを実現するための目標スロットル開度が算出されている。目標スロットル開度の計算に吸気系応答モデルの逆モデルを用いることは、トルクの制御精度を高める上で有用である。 In an internal combustion engine equipped with an electronically controlled throttle, a target throttle opening is calculated based on the target torque, and the throttle is operated according to the target throttle opening. As a method for calculating the target throttle opening from the target torque, it is known to use an inverse model of the response model of the intake system as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-200466. In the technique described in this publication, the target torque is converted into a target air amount, and the target throttle opening for realizing the target torque is calculated by inputting the target air amount into the inverse model. Use of the inverse model of the intake system response model for calculation of the target throttle opening is useful for improving the torque control accuracy.
また、目標スロットル開度の算出時点からスロットルへの出力時点までの間に意図的に遅延時間を設ける、いわゆるスロットルディレイ制御が公知である。その具体的な内容は、例えば特開平10−169469号公報に記載されている。スロットルディレイ制御によれば、実際のスロットル開度を目標スロットル開度よりも遅延時間分だけ遅れて変化させることができるので、その遅延時間分だけ将来のスロットル開度を遅延前の目標スロットル開度から予測することが可能になる。 In addition, so-called throttle delay control is known in which a delay time is intentionally provided between the time when the target throttle opening is calculated and the time when the target throttle is output. The specific contents are described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-169469. According to the throttle delay control, the actual throttle opening can be changed by a delay time from the target throttle opening, so the future throttle opening is set to the target throttle opening before the delay by the delay time. It is possible to predict from.
スロットルディレイ制御は、空燃比の制御精度を高める上で有用である。特開平10−169469号公報に記載された技術では、吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度を予測し、その予測スロットル開度から求められる空気量に基づいて燃料噴射量を計算している。空気量は吸気バルブの閉時点において確定するので、スロットルの遅延制御によってその時点でのスロットル開度を予測することによって、空気量を精度良く予測することが可能となる。 The throttle delay control is useful for improving the control accuracy of the air-fuel ratio. In the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-169469, the throttle opening at the closing timing of the intake valve is predicted, and the fuel injection amount is calculated based on the air amount obtained from the predicted throttle opening. Since the air amount is determined when the intake valve is closed, it is possible to predict the air amount with high accuracy by predicting the throttle opening degree at that point by throttle delay control.
内燃機関のトルク制御及び空燃比制御の方法として、前述の2つの公知技術を組み合わせることが考えられる。しかし、その場合において問題となるのが、機関回転数の変化の影響である。 As a method of torque control and air-fuel ratio control of an internal combustion engine, it is conceivable to combine the above two known techniques. However, the problem in that case is the effect of changes in the engine speed.
スロットルディレイ制御による遅延時間の間に機関回転数が変化した場合、目標スロットル開度に従ってスロットルを操作したとしても目標トルクを精度良く実現することはできない。なぜなら、スロットル開度と空気量との関係は機関回転数に依存するためである。特開平10−169469号公報に記載の技術では、現在の機関回転数をパラメータとして目標空気量から目標スロットル開度が算出されている。このため、遅延時間の間に機関回転数が変化してしまうと、目標スロットル開度に従ってスロットルを操作することで実現される空気量と目標空気量との間には差が生じてしまう。 When the engine speed changes during the delay time by the throttle delay control, even if the throttle is operated according to the target throttle opening, the target torque cannot be realized with high accuracy. This is because the relationship between the throttle opening and the air amount depends on the engine speed. In the technique described in JP-A-10-169469, the target throttle opening is calculated from the target air amount using the current engine speed as a parameter. For this reason, if the engine speed changes during the delay time, there is a difference between the air amount realized by operating the throttle according to the target throttle opening and the target air amount.
さらに言えば、トルクと空気量との関係も機関回転数に依存する。このため、遅延時間の間に機関回転数が変化した場合には、仮に目標空気量を実現できたとしても、それにより実現されるトルクと目標トルクとの間には差が生じることになる。 Furthermore, the relationship between torque and air volume also depends on the engine speed. For this reason, when the engine speed changes during the delay time, even if the target air amount can be realized, there is a difference between the torque realized thereby and the target torque.
本発明は上述のような課題に鑑みなされたもので、目標スロットル開度の算出時点からスロットルへの出力時点までの間に遅延時間が設けられる場合に、機関回転数が変化している状況であっても精度良く空気量を制御して目標トルクを実現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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and in a situation where the engine speed is changing when a delay time is provided between the time of calculation of the target throttle opening and the time of output to the throttle. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can achieve a target torque by controlling the air amount with high accuracy.
上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、
目標トルクに基づく目標スロットル開度の算出時点と、前記目標スロットル開度のスロットルへの出力時点との間に所定の遅延時間を設けている内燃機関の制御装置において、
前記目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
現在よりも前記遅延時間だけ将来の機関回転数を予測する機関回転数予測手段と、
予測した機関回転数のもとで前記目標トルクを実現するために必要な空気量を目標空気量として算出する目標空気量算出手段と、
予測した機関回転数のもとで前記目標空気量を実現するために必要なスロットル開度を前記目標スロットル開度として算出する目標スロットル開度算出手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a control device for an internal combustion engine of the present invention comprises:
In the control device for an internal combustion engine, a predetermined delay time is provided between a calculation time point of the target throttle opening based on the target torque and an output time point of the target throttle opening to the throttle.
Target torque setting means for setting the target torque;
Engine speed prediction means for predicting the future engine speed by the delay time from the present time;
A target air amount calculating means for calculating, as a target air amount, an air amount necessary for realizing the target torque under the predicted engine speed;
A target throttle opening calculation means for calculating a throttle opening required for realizing the target air amount under the predicted engine speed as the target throttle opening;
It is characterized by having.
本発明の内燃機関の制御装置によれば、現在よりも遅延時間だけ将来の予測機関回転数、すなわち、目標スロットル開度がスロットルへ出力されるタイミングでの予測機関回転数に基づいて目標空気量の計算が行われ、さらに同予測機関回転数に基づいて目標スロットル開度の計算が行われるので、機関回転数が変化している状況であっても精度良く空気量を制御して目標トルクを実現することができる。 According to the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the target air amount is based on the predicted engine speed in the future by the delay time from the present time, that is, the predicted engine speed at the timing when the target throttle opening is output to the throttle. Furthermore, the target throttle opening is calculated based on the predicted engine speed, so even if the engine speed is changing, the air volume is accurately controlled to obtain the target torque. Can be realized.
本発明の実施の形態について図1及び図2を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の実施の形態としての制御装置は、電子制御式のスロットルを有し、そのスロットル開度によってトルクを制御可能な内燃機関(以下、エンジン)に適用される。そのようなエンジンの具体例としては、火花点火式の4ストロークレシプロエンジンを挙げることができる。 A control device according to an embodiment of the present invention is applied to an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) that has an electronically controlled throttle and whose torque can be controlled by the throttle opening. A specific example of such an engine is a spark ignition type four-stroke reciprocating engine.
図1は、本実施の形態の制御装置2の構成を示すブロック図である。図1に示すように、制御装置2は、それが有する機能別に、目標トルク設定部4、目標空気量算出部6、目標スロットル開度算出部8、ディレイ制御部10及びエンジン回転数予測部12に分けることができる。これらの要素4,6,8,10,12は、制御装置2が有する種々の機能的な要素のうち、トルク制御のためのスロットル20の操作に関係する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図1は、制御装置2がこれらの要素4,6,8,10,12のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素4,6,8,10,12は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
制御装置2は、目標トルク設定部4においてエンジンに出力させるべき目標トルクを設定する。目標トルク設定部4は、運転者によるアクセルペダルの操作量や、VSC、TRC、ECT等の車両の制御システムからの信号に基づいて目標トルクを設定する。
The
制御装置2は、目標トルクを目標空気量算出部6に入力する。目標空気量算出部6には空気量マップが具備されている。空気量マップは、トルクと空気量とがエンジン回転数を含む種々のエンジン情報をキーにして関連付けられたマップである。目標空気量算出部6は、この空気量マップを用いて目標トルクを空気量の値に変換する。空気量マップの検索には現時点におけるエンジン情報が用いられる。ただし、エンジン回転数に関しては、現時点におけるエンジン回転数ではなく、後述するエンジン回転数予測部12による予測エンジン回転数を用いた空気量マップの検索が行われる。
The
次に制御装置2は、目標空気量を目標スロットル開度算出部8に入力する。目標スロットル開度算出部8にはエア逆モデルが具備されている。スロットル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した吸気系の物理モデルがエアモデルであって、エア逆モデルはその逆モデルである。エア逆モデルに目標空気量を入力することで、それを実現するための目標スロットル開度が算出される。エア逆モデルを表すモデル計算式には、複数の係数が含まれている。それらのうちの少なくとも一部は変数であり、その値の決定にはエンジン情報が用いられる。用いられるエンジン情報は基本的には現時点でのエンジン情報である。ただし、エンジン回転数に関しては、現時点におけるエンジン回転数ではなく、後述するエンジン回転数予測部12による予測エンジン回転数が用いられる。
Next, the
制御装置2は、目標スロットル開度をディレイ制御部10に入力する。ディレイ制御部10は、入力された目標スロットル開度を所定の遅延時間だけ遅延させる。遅延時間は任意に設定することができる。制御装置2は、ディレイ制御部10による遅延後の目標スロットル開度を開度指令値としてスロットル20に出力する。これにより、実際のスロットル開度は目標スロットル開度よりも遅延時間分だけ遅れて変化することになるので、その遅延時間分だけ将来のスロットル開度を遅延前の目標スロットル開度から予測することが可能となる。
The
制御装置2によるエンジン制御には、トルク制御だけでなく空燃比制御も含まれる。その空燃比制御において、制御装置2は、遅延前の目標スロットル開度から吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度を予測する。そして、その予測スロットル開度から算出される空気量に基づいて目標空燃比を実現するための燃料噴射量を計算する。つまり、ディレイ制御部10による目標スロットル開度の出力の遅延は、空燃比の制御精度を高める目的において行われている。
The engine control by the
エンジン回転数予測部12は、現時点よりも前記の遅延時間だけ将来のエンジン回転数、すなわち、算出された目標スロットル開度がスロットルへ出力されるタイミングでのエンジン回転数を予測する。その方法としては、例えば、現在までの所定期間における実際のエンジン回転数の変化速度を算出し、その変化速度を用いて遅延時間の経過後のエンジン回転数を算出する方法を採ることができる。また、現時点で設定された目標トルクは遅延時間後の出力トルクに反映されることから、遅延時間前から現在までの目標トルクの変化をこれからの出力トルクの変化と仮定して、運動方程式によって遅延時間の経過後のエンジン回転数の変化を計算してもよい。予測したエンジン回転数(現時点よりも遅延時間だけ将来のエンジン回転数)は、前述の通り、目標空気量算出部6において目標空気量の計算に用いられるとともに、目標スロットル開度算出部8において目標スロットル開度の計算に用いられる。
The engine
以上が本実施の形態の制御装置2を構成する各要素4,6,8,10,12の機能についての説明である。次に、これらの要素4,6,8,10,12の機能によって得られるトルク制御上の効果について図2を用いて説明する。
The above is description about the function of each
図2は、エンジン回転数が変化している状況において目標トルクが変化したときに、現時点tよりもΔtだけ将来のエンジン回転数の予測がある場合に得られる制御結果(本実施の形態の制御装置2による制御結果)と、エンジン回転数の予測がない場合に得られる制御結果(現時点でのエンジン回転数を用いて目標空気量及び目標スロットル開度を計算する場合の制御結果)とを比較して示す図である。図2中のΔtは、目標スロットル開度が算出されてからスロットル20に出力されるまでの時間、すなわち、スロットルディレイ制御における遅延時間である。
FIG. 2 shows a control result obtained when there is a prediction of the future engine speed by Δt from the current time t when the target torque changes in a situation where the engine speed is changing (the control of the present embodiment). The control result by the device 2) and the control result obtained when the engine speed is not predicted (the control result when the target air amount and the target throttle opening are calculated using the current engine speed) are compared. It is a figure shown. Δt in FIG. 2 is a time from when the target throttle opening is calculated until it is output to the
図2の最上段には、目標トルクの時間変化と、エンジン回転数(NE)の予測がある場合の出力トルクの時間変化とを実線で示し、エンジン回転数の予測がない場合の出力トルクの時間変化を破線で示している。図2の二段目には、エンジン回転数がΔtの間に低下している状況を示している。図2の三段目には、エンジン回転数の予測がある場合の目標空気量の時間変化と、実際の空気量の時間変化とを実線で示している。また、エンジン回転数の予測がない場合の目標空気量の時間変化を破線で示している。図2の最下段には、エンジン回転数の予測がある場合の目標スロットル開度の時間変化と、その目標スロットル開度を遅延して出力したときの実スロットル開度の時間変化とを実線で示している。また、エンジン回転数の予測がない場合の目標スロットル開度の時間変化を破線で示している。 In the uppermost stage of FIG. 2, the change over time of the target torque and the change over time of the output torque when there is a prediction of the engine speed (NE) are indicated by solid lines, and the output torque when there is no prediction of the engine speed. The time change is shown by a broken line. The second stage of FIG. 2 shows a situation in which the engine speed decreases during Δt. In the third row of FIG. 2, the change over time of the target air amount when the engine speed is predicted and the change over time of the actual air amount are shown by solid lines. Moreover, the time change of the target air amount when there is no prediction of the engine speed is shown by a broken line. The bottom line in FIG. 2 shows the change over time in the target throttle opening when the engine speed is predicted and the change over time in the actual throttle opening when the target throttle opening is delayed and output. Show. Moreover, the time change of the target throttle opening when there is no prediction of the engine speed is shown by a broken line.
図2の最上段において目標トルクと出力トルク(実線)とを比較して分かるように、Δtだけ将来のエンジン回転数を予測することで、その間にエンジン回転数が変化したとしても目標トルクを実現することが可能となる。しかし、エンジン回転数の予測がない場合には、目標トルクと出力トルク(破線)とを比較して分かるように目標トルクを実現することはできない。これは、図2の三段目及び最下段に示すように、目標空気量(破線)の計算を精度よく行うことができないし、また、目標スロットル開度(破線)の計算も精度よく行うことができないからである。 As can be seen by comparing the target torque with the output torque (solid line) at the top of FIG. 2, the target torque is realized even if the engine speed changes during that time by predicting the future engine speed by Δt It becomes possible to do. However, when the engine speed is not predicted, the target torque cannot be realized as understood by comparing the target torque with the output torque (broken line). As shown in the third and bottom stages of FIG. 2, the target air amount (broken line) cannot be calculated accurately, and the target throttle opening (broken line) can be calculated accurately. It is because it is not possible.
以上述べたように、本実施の形態の制御装置2によれば、目標スロットル開度がスロットル20へ出力されるタイミングでの予測エンジン回転数に基づいて目標空気量と目標スロットル開度の計算が行われるので、エンジン回転数が変化している状況であっても精度良く空気量を制御して目標トルクを実現することができる。
As described above, according to the
なお、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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
2 制御装置
4 目標トルク設定部
6 目標空気量算出部
8 目標スロットル開度算出部
10 ディレイ制御部
12 エンジン回転数予測部
20 電子制御式のスロットル
2
Claims (1)
前記目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
現在よりも前記遅延時間だけ将来の機関回転数を予測する機関回転数予測手段と、
予測した機関回転数のもとで前記目標トルクを実現するために必要な空気量を目標空気量として算出する目標空気量算出手段と、
予測した機関回転数のもとで前記目標空気量を実現するために必要なスロットル開度を前記目標スロットル開度として算出する目標スロットル開度算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 In the control device for an internal combustion engine, a predetermined delay time is provided between a calculation time point of the target throttle opening based on the target torque and an output time point of the target throttle opening to the throttle.
Target torque setting means for setting the target torque;
Engine speed prediction means for predicting the future engine speed by the delay time from the present time;
A target air amount calculating means for calculating, as a target air amount, an air amount necessary for realizing the target torque under the predicted engine speed;
A target throttle opening calculation means for calculating a throttle opening required for realizing the target air amount under the predicted engine speed as the target throttle opening;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
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