JP2011202632A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ばね上制振制御の影響によるノックの増加や点火時期の過遅角を防止する。
【解決手段】要求トルクに車両の揺れを抑えるための補正トルクが含まれている場合のノック点火時期と、要求トルクに前記補正トルクが含まれていない場合のノック点火時期とを別々に記憶しておく。そして、要求トルクに補正トルクが含まれているかどうかによって、点火時期制御に用いるノック点火時期を切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、トルクを吸入空気量によって制御する火花点火式の内燃機関の制御装置に関し、特に、吸入空気量を能動的に増減させることによってトルクを振動的に変化させることのできる内燃機関の制御装置に関する。

特開２００６−０６９４７２号公報には、車体ばね上の振動、特に、ピッチング振動を抑制するための内燃機関の制御（以下、この目的での内燃機関の制御を特にばね上制振制御という）について記載されている。ばね上制振制御では、現在の駆動力に応じたピッチング振動が車体ばね上振動モデルから求められ、そのピッチング振動を打ち消すような振動的な補正トルクが算出される。そして、この補正トルクによってアクセル開度から算出される基本要求トルクが補正され、補正後の要求トルクに従って内燃機関の出力トルクが制御される。つまり、ばね上制振制御では、内燃機関が出力するトルクを振動的に変化させることが行われる。

その一方で、従来の火花点火式内燃機関には、点火時期によってノックを制御するノックコントロールシステム（以下、ＫＣＳ）が搭載されている。ＫＣＳは、ノックセンサの信号からノックを検出する。そして、ノックが検出されたときには点火時期を少しずつ遅角させていき、ノックが検出されなくなったら点火時期を少しずつ進角させる。このような動作をくり返しながら、ＫＣＳは、ノックが発生する限界点火時期であるノック点火時期を学習する。なお、ノック制御に関する特許文献としては、特開２００７−０２３９７１号公報や特開２００９−０３０５４１号公報を挙げることができる。

特開２００６−０６９４７２号公報 特開２００７−０２３９７１号公報 特開２００９−０３０５４１号公報

ばね上制振制御による振動的なトルクの変化は、ガソリンエンジンの場合、スロットルの操作によって吸入空気量を能動的に増減させることで実現される。しかし、ノックが起こりやすい状況では、吸入空気量の一時的な増大がノックの発生を助長させる場合がある。例えば、図３は、ばね上制振制御が実行されている場合と実行されていない場合の各空気負荷率（ＫＬ）の時間変化をノック領域と併せて示している。図３に示すケースでは、ばね上制振制御の要求が実行されていない場合には空気負荷率はノック領域に入っていない。しかし、このような状況でも、ばね上制振制御が実行されることで空気負荷率が瞬間的にノック領域に入ってしまい、ノックの発生が助長されてしまうおそれがある。

この場合に問題となるのが、従来、内燃機関において行われているノック制御、特に、ＫＣＳによるノック点火時期の学習への影響である。ばね上制振制御が実行されている場合には、ばね上制振制御が実行されていない場合に比較してノックが起こりやすい。このため、ノックセンサの信号を用いて学習されるノック点火時期は、ばね上制振制御の有無によって異なったものになる。

図４は、実際に学習されたノック点火時期（実ノック点火時期）と吸入空気量との関係をばね上制振制御の有無によって比較した図である。この図に示すように、ばね上制振制御がある場合の実ノック点火時期は、ばね上制振制御がない場合に比較して全体的に遅角側となる。このため、ばね上制振制御があるときの実ノック点火時期に基づいて点火時期制御を行う場合には、ばね上制振制御が実行されていないときに点火時期が不要に遅角されることになって燃費の悪化を招いてしまう。逆に、ばね上制振制御がないときの実ノック点火時期に基づいて点火時期制御を行う場合には、ばね上制振制御が実行されたときにノックの増加を招いてしまう。

本発明は上述のような課題に鑑みなされたもので、トルクを吸入空気量によって制御する火花点火式の内燃機関の制御装置に関し、ばね上制振制御の影響によるノックの増加や点火時期の過遅角を防止することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明の内燃機関の制御装置は、
要求トルクに応じて吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
前記要求トルクに車両の揺れを抑えるための補正トルクが含まれているかどうか判定する判定手段と、
前記要求トルクに前記補正トルクが含まれていない場合のノック点火時期を記憶した第１の記憶手段と、
前記要求トルクに前記補正トルクが含まれている場合のノック点火時期を記憶した第２の記憶手段と、
前記要求トルクに前記補正トルクが含まれていない場合には、前記第１の記憶手段に記憶されたノック点火時期に基づいて点火時期を制御し、前記要求トルクに前記補正トルクが含まれている場合には、前記第２の記憶手段に記憶されたノック点火時期に基づいて点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明の内燃機関の制御装置は、第１の発明の内燃機関の制御装置において、
前記要求トルクに前記補正トルクが含まれていない状況においてノック点火時期を学習し、前記第１の記憶手段に記憶されたノック点火時期を更新する第１の学習手段、
をさらに備えることを特徴としている。

第３の発明の内燃機関の制御装置は、第２の発明の内燃機関の制御装置において、
前記要求トルクに前記補正トルクが含まれている状況においてノック点火時期を学習し、前記第２の記憶手段に記憶されたノック点火時期を更新する第２の学習手段、
をさらに備えることを特徴としている。

第１の発明の内燃機関の制御装置によれば、車両の揺れを抑えるための補正トルクが要求トルクに含まれている場合と含まれていない場合とで、点火時期制御に用いられるノック点火時期が切り替えられる。これにより、ばね上制振制御が実行されているかいないかによらず適切な点火時期制御が可能となって、ノックの増加や点火時期の過遅角は防止される。

第２の発明の内燃機関の制御装置によれば、補正トルクが要求トルクに含まれていない場合のノック点火時期の精度が学習によって高められるので、より適切な点火時期制御が可能となる。

第３の発明の内燃機関の制御装置によれば、補正トルクが要求トルクに含まれている場合のノック点火時期の精度も学習によって高められるので、より適切な点火時期制御が可能となる。

本発明の実施の形態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の点火時期制御の内容について説明するための図である。 ばね上制振制御の実行に伴う問題について説明するための図である。 ばね上制振制御の実行に伴う問題について説明するための図である。

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。

本発明の実施の形態において制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。制御装置は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。本発明の実施の形態において制御装置が操作するのはスロットル、点火装置及びインジェクタであり、制御装置はこれらのアクチュエータを操作してエンジンの運転を制御する。

図１は本実施の形態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、エンジンを直接に制御するエンジンコントローラ１０と、車両の駆動状態を制御するパワートレインマネージャ１２とを含む。これらの信号処理ユニットは、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。

パワートレインマネージャ１２は、エンジンコントローラ１０を介してエンジンが出力するトルクを調整することによって、車両の駆動状態を制御している。パワートレインマネージャ１２には、ドライバのトルク要求を検出するアクセルセンサの他、ばね上制振制御のための各種のセンサが接続されている。パワートレインマネージャ１２は、これらのセンサからの情報に基づいて現時点においてエンジンに出力させるべきトルクを計算し、要求トルクとしてエンジンコントローラ１０に出力する。

要求トルクの計算のための要素として、パワートレインマネージャ１２は基本要求トルク算出部２と補正トルク算出部４とを備えている。基本要求トルク算出部２は、アクセルセンサの信号から得られるアクセル開度に基づいて基本要求トルクを算出する。基本要求トルクはドライバのトルク要求を満たすためのトルクである。補正トルク算出部４は、各種センサからの情報に基づいてばね上制振制御のための補正トルクを算出する。補正トルクは車体のピッチング振動を打ち消すように振動的に変化するトルクである（補正トルクの計算方法に関しては、前述の特許文献にも開示されているように既に公知であることから、ここではその説明は省略する）。パワートレインマネージャ１２は、基本要求トルクを補正トルクによって補正し、補正後の要求トルクをエンジンコントローラ１０に出力する。

エンジンコントローラ１０は、トルクベース制御部６とＫＣＳ制御部８とを備えている。パワートレインマネージャ１２から出力された要求トルクは、トルクベース制御部６に入力される。トルクベース制御部６は、要求トルクに基づいて各アクチュエータの操作量を計算し、それに従って各アクチュエータを制御する。詳しくは、インジェクタに関しては、空燃比がストイキになるように燃料噴射量の制御が行われる。点火装置に関しては、ベース点火時期と後述するノック点火時期とに基づいて点火時期の制御が行われる。そして、スロットルに関しては、要求トルクの変化に合わせて吸入空気量を変化させるようにスロットル開度の制御が行われる。したがって、要求トルクにばね上制振制御のための補正トルクが含まれている場合には、トルクベース制御部６は、要求トルクの増減に合わせて吸入空気量を増減させるようスロットル開度を制御する。

ＫＣＳ制御部８は、ＫＣＳ（ノックコントロールシステム）によってノック点火時期を学習する。図２には、ベース点火時期とノック点火時期の学習値との関係が示されている。ベース点火時期は、理論上のノック点火時期（トレースノック点火時期）とＭＢＴのより遅角側の点火時期である。ＫＣＳによるノック点火時期の学習では、具体的には、ベース点火時期に対する遅角量が吸入空気量やエンジン回転数等の運転状態に関連付けて学習される。ただし、本実施の形態では、ノック点火時期の学習値は同一の運転状態（図２では吸入空気量）に対して２つ用意されている。その１つは、ばね上制振制御が実行されていないときに学習したノック点火時期の学習値であり、もう１つは、ばね上制振制御が実行されているときに学習したノック点火時期の学習値である。

ＫＣＳ制御部８は、ノック点火時期の学習値を記憶する記憶領域を２つ有している。第１の記憶領域には、ばね上制振制御が実行されていないときに学習したノック点火時期の学習値がエンジンの運転状態に関連付けて記憶される。第２の記憶領域には、ばね上制振制御が実行されているときに学習したノック点火時期の学習値がエンジンの運転状態に関連付けて記憶される。

ＫＣＳ制御部８は、補正トルク算出部４からばね上制振制御の実行状態に関する情報を受け取る。受け取った情報からばね上制振制御が実行されていないと判定した場合、ＫＣＳ制御部８は、第１の記憶領域からノック点火時期の学習値を読み出してトルクベース制御部６へ出力する。逆に、受け取った情報からばね上制振制御が実行されていると判定した場合には、ＫＣＳ制御部８は、第２の記憶領域からノック点火時期の学習値を読み出してトルクベース制御部６へ出力する。トルクベース制御部６は、ＫＣＳ制御部８から入力されたノック点火時期の学習値とベース点火時期とを比較して、より遅角側の点火時期を目標点火時期として点火時期制御を実行する。

以上述べたように、本実施の形態の制御装置によれば、ばね上制振制御のための補正トルクが要求トルクに含まれている場合と含まれていない場合とで、点火時期制御に用いられるノック点火時期の学習値が切り替えられる。これにより、ばね上制振制御が実行されているかどうかによらず適切な点火時期制御が可能となって、ノックの増加や点火時期の過遅角は防止される。

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。例えば、ばね上制振制御が実行されていない場合のみノック点火時期の学習を行うようにしてもよい。ばね上制振制御が実行されている場合には、吸入空気量の変動によって学習が困難になる可能性があるからである。この場合、ばね上制振制御が実行されている場合のノック点火時期は、予め用意しておいた値を用いるか、或いは、ばね上制振制御が実行されていない場合のノック点火時期から推定した値を用いることができる。

２ 基本要求トルク算出部
４ 補正トルク算出部
６ トルクベース制御部
８ ＫＣＳ制御部
１０ エンジンコントローラ
１２ パワートレインマネージャ

Claims (3)

1. 要求トルクに応じて吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
   前記要求トルクに車両の揺れを抑えるための補正トルクが含まれているかどうか判定する判定手段と、
   前記要求トルクに前記補正トルクが含まれていない場合のノック点火時期を記憶した第１の記憶手段と、
   前記要求トルクに前記補正トルクが含まれている場合のノック点火時期を記憶した第２の記憶手段と、
   前記要求トルクに前記補正トルクが含まれていない場合には、前記第１の記憶手段に記憶されたノック点火時期に基づいて点火時期を制御し、前記要求トルクに前記補正トルクが含まれている場合には、前記第２の記憶手段に記憶されたノック点火時期に基づいて点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記要求トルクに前記補正トルクが含まれていない状況においてノック点火時期を学習し、前記第１の記憶手段に記憶されたノック点火時期を更新する第１の学習手段、
   をさらに備え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. 前記要求トルクに前記補正トルクが含まれている状況においてノック点火時期を学習し、前記第２の記憶手段に記憶されたノック点火時期を更新する第２の学習手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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