JP2012052492A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機関回転数が目標回転数に一致するように、吸気量制御及び点火時期制御を適切に実行し、制御の収束性が悪化することを防止することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジン回転数ＮＥと目標回転数ＮＯＢＪとの偏差ＤＮＯＢＪに応じて、フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢが算出され、フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢに応じて吸気流量制御及び点火時期制御が行われる。フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢは、比例項ＴＲＱＦＢＰ、積分項ＴＲＱＦＢＩ、及び微分項ＴＲＱＦＢＤの和として算出され、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡまたは遅角限界値ＩＧＬＭＴＲに達しているときは、積分項ＴＲＱＦＢＩの算出に適用される積分ゲインＫＩが第１の値ＫＩ１から第２の値ＫＩ２（＜ＫＩ１）に変更される（Ｓ２２〜Ｓ２５）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に機関回転数が目標回転数と一致するよう機関出力トルクを制御する制御装置に関する。

特許文献１には、目標アイドル回転数に応じて機関の必要出力トルクを設定し、検出される出力トルクが必要出力トルクと一致するように、点火時期及び吸気量を制御する制御装置が示されている。この制御装置によれば、必要出力トルクに応じて点火時期が進角補正されるとともに吸気量が制御される。これにより、応答速度の早い点火時期制御によって必要出力トルクが得られ、次いで吸気量が必要出力トルクが得られる値に制御されるとともに、点火時期の補正が終了する。

また特許文献２には、エンジンの出力軸に接続される変速機の変速時に、エンジン出力トルクを一時的に低減する制御装置が示されている。この制御装置によれば、吸気量減量制御、及び点火時期遅角制御によってトルク低減制御が行われる。

特開平６−２７２５９６号公報 特開平５−１６３９９６号公報

特許文献１に示された装置は、点火時期の進角補正を行うことによって出力トルクを増加させることができるように、点火時期の制御中心値が設定されていること、すなわち制御中心値が、出力トルクが最大となる最適点火時期より遅角側の値に設定されていることを前提としている。そのため、必要出力トルクと検出トルクとの偏差（＝必要出力トルク−検出トルク）が大きいときには、点火時期の進角補正では必要出力トルクが得られないおそれがある。

また特許文献２に示された装置では、点火時期の遅角制御が行われるが、点火時期の遅角量が大きすぎる場合には、失火が発生する可能性が高くなるため、遅角限界値を超えて遅角することはできない。

したがって、点火時期の補正による出力トルクの制御が可能であることを前提として、吸気量制御を実行すると、機関出力トルク制御の応答特性が、設計上想定していた応答特性と異なるものとなる。しかしながら、上記特許文献１及び２に示された制御装置では、点火時期の進角／遅角補正を行うことによる出力トルクの増加量／減少量が不足する状態が考慮されていないため、目標トルクへの収束性が悪化するおそれがある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関回転数が目標回転数に一致するように、吸気量制御及び点火時期制御を適切に実行し、制御の収束性が悪化することを防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の回転数（ＮＥ）が目標回転数（ＮＯＢＪ）と一致するように前記機関の出力トルクを制御する、内燃機関の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、検出される回転数（ＮＥ）と前記目標回転数（ＮＯＢＪ）との偏差（ＤＮＯＢＪ）に応じてフィードバック制御トルク（ＴＲＱＦＢ）を算出するフィードバック制御トルク算出手段と、前記フィードバック制御トルク（ＴＲＱＦＢ）に応じて前記機関の吸気量（ＧＡＩＲ）を制御する吸気量制御手段と、前記フィードバック制御トルク（ＴＲＱＦＢ）に応じて前記機関の点火時期（ＩＧＬＯＧ）を制御する点火時期制御手段とを備え、前記フィードバック制御トルク算出手段は、前記偏差（ＤＮＯＢＪ）及び積分ゲイン（ＫＩ）を用いて積分項（ＴＲＱＦＢＩ）を算出し、該積分項（ＴＲＱＦＢＩ）を用いて前記フィードバック制御トルク（ＴＲＱＦＢ）を算出し、前記点火時期（ＩＧＬＯＧ）が制御限界値（ＩＧＬＩＭＴＡ，ＩＧＬＭＴＲ）に達しているときは、前記積分ゲイン（ＫＩ）をより小さい値（ＫＩ２）に変更することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸気量制御手段は、前記フィードバック制御トルク（ＴＲＱＦＢ）に応じて吸気制御目標トルク（ＴＲＱＧＡ）を算出する吸気制御目標トルク算出手段を備え、前記吸気制御目標トルク（ＴＲＱＧＡ）を目標値として前記吸気量の制御を行い、前記点火時期制御手段は、前記吸気制御目標トルク（ＴＱＲＧＡ）より所定余裕トルク（ＤＴＲＱＩＤＬＳ）分だけ小さいトルクを目標値として前記点火時期制御を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記点火時期の制御限界値は、進角限界値（ＩＧＬＩＭＴＡ）であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記目標回転数（ＮＯＢＪ）は、前記機関のアイドル状態における目標回転数（ＮＯＢＪＩＤＬ）であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検出される回転数と目標回転数との偏差に応じて機関出力トルクのフィードバック制御トルクが算出され、フィードバック制御トルクに応じて機関の吸気量及び点火時期が制御される。フィードバック制御トルクは、検出回転数と目標回転数との偏差と積分ゲインを用いて算出される積分項を用いて算出され、点火時期が制御限界値に達しているときは、積分ゲインがより小さい値に変更される。積分ゲインは、点火時期が制限限界値に達していないことを前提として、制御応答特性が最良となるように設定されており、点火時期が制御限界値に達しているときには、積分ゲインが過大となって、機関回転数の目標回転数への収束性を悪化させるおそれがある。したがって、積分ゲインを小さな値に変更することにより、収束性の悪化を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、フィードバック制御トルクに応じて吸気制御目標トルクが算出され、吸気制御目標トルクを目標値として吸気量の制御が行われる一方、点火時期制御は、吸気制御目標トルクより所定余裕トルク分だけ小さいトルクを目標値として行われるので、所定余裕トルクに対応して、点火時期の制御中心値を最適点火時期（進角限界値）と遅角限界値の間に設定することができる。したがって、機関回転数が低下したときに点火時期を進角させることにより、目標回転数へ迅速に復帰させることができる。このように吸気量制御と点火時期制御とを協調的に行うことにより、積分ゲインを含むフィードバック制御ゲインを比較的大きな値に設定して、良好な制御収束性を得ることができる。フィードバック制御ゲインを大きな値に設定すると、点火時期が制御限界値に達しているときには、制御収束性を悪化させるおそれがあるが、積分ゲインの値を小さくすることにより回避することができる。

請求項３に記載の発明によれば、点火時期の制御限界値は進角限界値とされる。進角限界値は、一般に最適点火時期またはノッキング限界値のいずれか小さい方（遅角側）の値に設定されるが、特にノッキング限界値は吸気温が上昇すると、より小さな値へ変化する。したがって、制御限界値を進角限界値とすることにより、特にノッキング限界値の低下時における制御収束性の悪化を防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、目標回転数は、機関のアイドル状態における目標回転数とされるので、アイドル状態において良好な制御収束性を維持することができる。所定余裕トルクに相当する吸気量の増量を行うと、燃費を悪化させるという課題があることから、特定の機関運転状態に限定して余裕トルクを加算した目標トルクを実現する吸気量制御を行うことにより、燃費の悪化を最小限に抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 目標トルク（ＴＲＱＥ，ＴＲＱＧＡ）を算出する処理のフローチャートである。 図２の処理で参照されるテーブルを示す図である。 フィードバック制御トルク（ＴＲＱＦＢ）を算出する処理のフローチャートである。 目標吸気量（ＧＡＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 目標吸気量（ＧＡＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 図５の処理で参照されるテーブルを示す図である。 点火時期（ＩＧＬＯＧ）を算出する処理のフローチャートである。 従来の制御手法の課題を説明するためのタイムチャートである。 本実施形態の制御手法の効果を説明するためのタイムチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気管２を有し、吸気管２にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給される。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

吸気管２には、エンジン１の吸気量ＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を検出する吸気量センサ１３が設けられている。吸気量センサ１３の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

エンジン１の各気筒の点火プラグ１５は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１５に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば３０度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

エンジン１ の適宜の位置に、高周波振動を検出するノックセンサ１４が装着されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。またＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、及び点火プラグ１５に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、点火時期制御、スロットル弁３の開度制御による吸気量制御、及びエンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御を行う。

本実施形態では、アクセルペダル操作量ＡＰに応じたドライバ要求トルクＴＲＱＤと、エンジン１における摩擦損失に相当するトルクＴＦとの和に相当するエンジンの基本目標トルクＴＲＱＢを算出するとともに、補機負荷の作動状態に応じた補機負荷トルクＴＲＱＬと、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪに制御するため必要とされるフィードバック制御トルクＴＲＱＦＢとを算出し、基本目標トルクＴＲＱＢ、補機負荷トルクＴＲＱＬ、及びフィードバック制御トルクＴＲＱＦＢとを合計したエンジン出力トルク（目標トルク）ＴＲＱＥが得られるように、吸気量制御及び点火時期制御を協調的に行う。

図２は、エンジンの目標トルクを算出する処理のフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１０では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて基本目標トルクＴＲＱＢを算出する。基本目標トルクＴＲＱＢには、上述したドライバ要求トルクＴＲＱＤ及び摩擦損失トルクＴＦが含まれる。

ステップＳ１１では、図４に示すＴＲＱＦＢ算出処理を実行し、フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢを算出する。ステップＳ１２では、上述した補機負荷トルクＴＲＱＬを算出する。ステップＳ１３では、下記式（１）により目標トルクＴＲＱＥを算出する。
ＴＲＱＥ＝ＴＲＱＢ＋ＴＲＱＦＢ＋ＴＲＱＬ （１）

ステップＳ１４では、吸気ゲージ圧ＰＢＧＡ（＝ＰＢＡ−ＰＡ）に応じて図３（ａ）に示すＤＴＲＱＩＤＬＳテーブルを検索し、余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳを算出する。余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳは、点火時期を最適点火時期（エンジン出力トルクが最大となる点火時期）ＭＢＴから遅角した値に設定することによるトルク減少量に相当する。

ステップＳ１５では、下記式（２）に目標トルクＴＲＱＥ及び余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳを適用し、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡを算出する。
ＴＲＱＧＡ＝ＴＲＱＥ＋ＤＴＲＱＩＤＬＳ （２）

ステップＳ１６では、図５及び図６に示すＧＡＣＭＤ算出処理を実行し、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡを得るために必要な吸気量である目標吸気量ＧＡＣＭＤ［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。

ステップＳ１７では、目標吸気量ＧＡＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＴＨＣＭＤマップを検索し、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを算出する。ＴＨＣＭＤマップにおいては、目標吸気量ＧＡＣＭＤに応じて例えば図３（ｂ）に示すように目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤが設定されており、図３（ｂ）に示すようなＴＨＣＭＤテーブルが複数の所定エンジン回転数について設定されている。したがって、エンジン回転数ＮＥに応じてをＴＨＣＭＤテーブルが選択され、適宜補間演算を行うことにより、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤが算出される。

ステップＳ１８では、検出されるエンジン回転数ＮＥ及びスロットル弁開度ＴＨに応じて、吸気量ＧＡＩＲの推定値である推定吸気量ＨＧＡＩＲを算出する。具体的には、図３（ｂ）に示すＴＨＣＭＤマップを、検出されるエンジン回転数ＮＥ及びスロットル弁開度ＴＨに応じて逆検索することにより、推定吸気量ＨＧＡＩＲを算出する。

ステップＳ１９では、実際の吸気量が推定吸気量ＨＧＡＩＲに等しいときに得られるエンジン出力トルクである推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡを、推定吸気量ＨＧＡＩＲに応じて算出する。具体的には、エンジン回転数ＮＥに応じて換算係数ＫＧＡＴを算出し（図５，ステップＳ３８参照）、推定吸気量ＨＧＡＩＲに換算係数ＫＧＡＴを乗算することにより、推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡを算出する。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、検出されるスロットル弁開度ＴＨが、図２の処理で算出される目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤと一致するようにアクチュエータ７の駆動制御を行う。

図４は、図２のステップＳ１１で実行されるＴＲＱＦＢ算出処理のフローチャートである。
ステップＳ２１では、エンジン回転数ＮＥ及び目標回転数ＮＯＢＪを下記式（３）に適用して回転数偏差ＤＮＯＢＪを算出するとともに、回転数偏差ＤＮＯＢＪを下記式（４）に適用し、回転数偏差変化量ＤＤＮＯＢＪを算出する。式（４）のＤＮＯＢＪＢは、回転数偏差ＤＮＯＢＪの前回算出値である。目標回転数ＮＯＢＪは、エンジン１のアイドル状態においてはアイドル目標回転数ＮＯＢＪＩＤＬに設定され、エンジン１の出力軸に接続される変速機の変速時においては変速目標回転数ＮＯＢＪＴＲＮに設定される。変速目標回転数ＮＯＢＪＴＲＮは、変速機のクラッチの非係合状態における被駆動軸の回転速度に応じて設定される。
ＤＮＯＢＪ＝ＮＯＢＪ−ＮＥ （３）
ＤＤＮＯＢＪ＝ＤＮＯＢＪ−ＤＮＯＢＪＢ （４）

ステップＳ２２では、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡと等しいか否かを判別する。進角限界値ＩＧＬＭＴＡは、低負荷運転状態では出力トルクが最大となる最適点火時期ＭＢＴに設定され、ノッキングが発生し易い高負荷運転状態では最適点火時期ＭＢＴより遅角側の値（ノッキング限界点火時期）に設定される。

ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるときは、点火時期ＩＧＬＯＧが遅角限界値ＩＧＬＭＴＲと等しいか否かを判別する（ステップＳ２３）。遅角限界値ＩＧＬＭＴＲは、失火を防止するためにエンジン回転数ＮＥ、吸気量ＧＡＩＲ及び冷却水温ＴＷに応じて設定される下限値である。点火時期ＩＧＬＯＧは、遅角限界ＩＧＬＭＴＲ以上でかつ進角限界値ＩＧＬＭＴＡ以下の値に設定される。

ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるときは、フィードバック制御の積分ゲインＫＩを第１所定ゲインＫＩ１に設定する（ステップＳ２４）。一方、ステップＳ２２またはＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、積分ゲインＫＩを第２所定ゲインＫＩ２に設定する（ステップＳ２５）。第２所定ゲインＫＩ２は、例えば第１所定ゲインＫＩ１の１／１０以下の値に設定される。

ステップＳ２６では、下記式（５）（６）及び（７）により、比例項ＴＲＱＦＢＰ，積分項ＴＲＱＦＢＩ，及び微分項ＴＲＱＦＢＤを算出する。式（５）のＫＰは、所定比例ゲインであり、式（６）のＴＲＱＦＢＩＢは、積分項ＴＲＱＦＢＩの前回算出値であり、式（７）のＫＤは、所定微分ゲインである。
ＴＲＱＦＢＰ＝ＫＰ×ＤＮＯＢＪ （５）
ＴＲＱＦＢＩ＝ＫＩ×ＤＮＯＢＪ＋ＴＲＱＦＢＩＢ （６）
ＴＲＱＦＢＤ＝ＫＤ×ＤＤＮＯＢＪ （７）

ステップＳ２７では、比例項ＴＲＱＦＢＰ，積分項ＴＲＱＦＢＩ，及び微分項ＴＲＱＦＢＤを下記式（８）に適用し、フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢを算出する。
ＴＲＱＦＢ＝ＴＲＱＦＢＰ＋ＴＲＱＦＢＩ＋ＴＲＱＦＢＤ （８）

図５及び図６は、図２のステップＳ１６で実行されるＧＡＣＭＤ算出処理のフローチャートである。

ステップＳ３１では、エンジン回転数ＮＥに応じて下限吸気量ＧＡＩＲＦＣＬ及び上限吸気量ＧＣＹＬＭＡＸＱを算出する。ステップＳ３２では、仮下側吸気量ＧＡＴＭＰＬを下限吸気量ＧＡＩＲＦＣＬに設定するとともに、仮上側吸気量ＧＡＴＭＰＨを上限吸気量ＧＣＹＬＭＡＸＱに設定する。ステップＳ３３ではインデクスパラメータｉを「１」に設定する。

ステップＳ３４では、下記式（９）に仮下側吸気量ＧＡＴＭＰＬ及び仮上側吸気量ＧＡＴＭＰＨを適用し、仮目標吸気量ＧＡＴＭＰを算出する。
ＧＡＴＭＰ＝（ＧＡＴＭＰＬ＋ＧＡＴＭＰＨ）／２ （９）
ステップＳ３５では、仮目標吸気量ＧＡＴＭＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＰＢＧＡマップを検索し、仮吸気ゲージ圧ＰＢＧＡＴＭＰを算出する。ＰＢＧＡマップは、予め実験により設定され、ＥＣＵ５の記憶回路に格納されている。

ステップＳ３６では、エンジン回転数ＮＥ及び仮吸気ゲージ圧ＰＢＧＡＴＭＰに応じてＤＩＧＲＳＶＭマップ（図示せず）を検索し、点火時期の仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭを算出する。仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭは、点火時期を出力トルクが最大となる最適点火時期ＭＢＴに設定したときにノッキングの発生する可能性が高い運転状態に対応して設定される遅角量である。ＤＩＧＲＳＶＭマップは、予め実験により設定され、ＥＣＵ５の記憶回路に格納されている。

ステップＳ３７では、仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭ及びエンジン回転数ＮＥに応じて仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰを算出する。最適点火時期ＭＢＴからの遅角量ＤＩＧＲＳＶＭと、仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰとの関係は、図７（ａ）に示すようになる。図７（ａ）に示すＫＴＤＴＭＰテーブルが、複数所定エンジン回転数に対応して設定されたトルク低減率マップを、仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭ及びエンジン回転数ＮＥに応じて検索することにより、仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰが算出される。

ステップＳ３８では、エンジン回転数ＮＥに応じて図７（ｂ）に示すＫＧＡＴテーブルを検索し、吸気量をエンジン出力トルクに換算するための換算係数ＫＧＡＴを算出する。ＫＧＡＴテーブルは、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、換算係数ＫＧＡＴが増加するように設定されている。

ステップＳ３９では、下記式（１０）に仮目標吸気量ＧＡＴＭＰ、仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰ、及び換算係数ＫＧＡＴを適用し、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰを算出する。
ＴＲＱＴＭＰ＝ＧＡＴＭＰ×ＫＴＤＴＭＰ×ＫＧＡＴ （１０）

ステップＳ４０では、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡと、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰとの差の絶対値が所定閾値ＤＴＲＱＴＨ以下であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、インデクスパラメータｉが最大値ｉＭＡＸ（例えば１０）と等しいか否かを判別する（ステップＳ４１）。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、図６のステップＳ５１に進み、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡより大きいか否かを判別する。

ステップＳ５１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、上側仮吸気量ＧＡＴＭＰＨを仮目標吸気量ＧＡＴＭＰに設定する（ステップＳ５２）。一方、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡ以下であるときは、下側仮吸気量ＧＡＴＭＰＬを仮目標吸気量ＧＡＴＭＰに設定する（ステップＳ５３）。ステップＳ５４では、インデクスパラメータｉを「１」だけインクリメントし、図５のステップＳ３４に戻る。

ステップＳ３４からステップＳ４０及びＳ４１を経由してステップＳ５４に至る処理を繰り返し実行すると、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰは吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡに近づいて行く。その結果、ステップＳ４０の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ４２に進み、目標吸気量ＧＡＣＭＤをその時点の仮目標吸気量ＧＡＴＭＰに設定する。なお、ステップＳ４２では、目標吸気量ＧＡＣＭＤについて、上限吸気量ＧＣＹＬＭＡＸＱ及び下限吸気量ＧＡＩＲＦＣＬの範囲内に入るようにリミット処理を行うことが望ましい。

ステップＳ４０の答が肯定（ＹＥＳ）となる前にインデクスパラメータｉが最大値ｉＭＡＸに達すると、ステップＳ４１からステップＳ４２に進み、目標吸気量ＧＡＣＭＤがその時点の仮目標吸気量ＧＡＴＭＰに設定される。

吸気量が変化すると吸気ゲージ圧が変化し、吸気ゲージ圧の変化によって、ノッキングの発生を防止するための点火時期の最適点火時期からの遅角量が変化し、それによって点火時期制御におけるトルク低減率が変化する。そのため、目標吸気量の変更が必要となる。図５及び図６の処理によれば、ステップＳ３４〜Ｓ４１，及びステップＳ５１〜Ｓ５４を繰り返し実行することにより、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡに近づいて行く。したがって、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡとほぼ一致した時点の仮目標吸気量ＧＡＴＭＰを目標吸気量ＧＡＣＭＤとすることにより、過渡状態における吸気量制御と点火時期制御の相互干渉による制御の不安定化を防止し、エンジン出力トルク制御を安定化することができる。

図７は、点火時期ＩＧＬＯＧを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。なお、点火時期ＩＧＬＯＧは圧縮上死点からの進角量で示される。

ステップＳ６１では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気ゲージ圧ＰＢＧＡに応じて、ＭＢＴマップを検索し、最適点火時期ＭＢＴを算出する。ＭＢＴマップは、エンジン回転数ＮＥが一定であれば、吸気ゲージ圧ＰＢＧＡが増加するほど、最適点火時期ＭＢＴが減少する（遅角する）ように設定されている。

ステップＳ６２では、下記式（１１）により設定点火時期ＩＧＳＥＴを算出する。式（１１）のＩＧＫＮＯＣＫは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気ゲージ圧ＰＢＧＡに応じたノッキング限界点火時期及びノッキングの発生状況に応じて算出されるノッキング補正項であり、ＩＧＣＲはエンジン冷却水温ＴＷ及び吸気温ＴＡなどに応じて設定される環境補正項である。補正項ＩＧＫＮＯＣＫ及びＩＧＣＲは、遅角方向で正の値をとる。
ＩＧＳＥＴ＝ＭＢＴ−ＩＧＫＮＯＣＫ−ＩＧＣＲ （１１）

ステップＳ６３では、下記式（１２）により基本遅角量ＤＩＧＲＢを算出する。
ＤＩＧＲＢ＝ＭＢＴ−ＩＧＳＥＴ （１２）

ステップＳ６４では、基本遅角量ＤＩＧＲＢ及びエンジン回転数ＮＥに応じて図７（ａ）に示すトルク低減率マップを検索し、基本トルク低減率ＫＩＧＤＮを算出する。基本トルク低減率ＫＩＧＤＮは、点火時期を最適点火時期ＭＢＴから基本遅角量ＤＩＧＲＢだけ遅角することによる出力トルクの低減率を示す。ステップＳ６５では、下記式（１３）に、図２の処理で算出される目標トルクＴＲＱＥ及び推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡを適用し、トルク比率ＫＴＲＱを算出する。
ＫＴＲＱ＝ＴＲＱＥ／ＨＴＲＱＧＡ （１３）

ステップＳ６６では、下記式（１４）に基本トルク低減率ＫＩＧＤＮ及びトルク比率ＫＴＲＱを適用し、トルク低減率ＫＩＧＤＮＭを算出する。
ＫＩＧＤＮＭ＝ＫＴＲＱ×ＫＩＧＤＮ （１４）

ステップＳ６７では、トルク低減率ＫＩＧＤＮＭ及びエンジン回転数ＮＥに応じて図７（ａ）のトルク低減率マップを逆検索し、遅角量ＤＩＧＲＴＤを算出する。ステップＳ６８では、下記式（１５）に最適点火時期ＭＢＴ及び遅角量ＤＩＧＲＴＤを適用し、点火時期ＩＧＬＯＧを算出する。
ＩＧＬＯＧ＝ＭＢＴ−ＤＩＧＲＴＤ （１５）

ステップＳ６９では、点火時期ＩＧＬＯＧが遅角限界値ＩＧＬＭＴＲより小さいか否かを判別する。その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、点火時期ＩＧＬＯＧを遅角限界値ＩＧＬＭＴＲに設定する（ステップＳ７０）。ステップＳ６１〜Ｓ６８の演算により、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡを超えることはないので、進角側のリミット処理は行われない。

ＥＣＵ５は、算出した点火時期ＩＧＬＯＧにおいて点火プラグ１５による点火を行う。

図８の処理によれば、トルク比率ＫＴＲＱには、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪに制御するためのフィードバック制御トルクＴＲＱＦＢ、及び補機負荷のオンオフにともなう補機負荷トルクＴＲＱＬの変動成分が反映されているので、式（１４）により算出されるトルク低減率ＫＩＧＤＮＭを用いることにより、目標トルクＴＲＱＥの変化に対応した適切な点火時期制御を行うことができる。すなわち、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪに一致させるトルク制御を行う際に、点火時期ＩＧＬＯＧの変更によって応答速度の速いフィードバック制御が実行される。

図９及び図１０は、図４のステップＳ２２〜Ｓ２５における積分ゲインＫＩの切換（以下「積分ゲイン切換」という）の効果を説明するための図であり、図９は積分ゲイン切換を行わない例を示し、図１０は積分ゲイン切換を行った例を示す。

図９（ａ）〜図９（ｄ）は、それぞれエンジン回転数ＮＥ、スロットル弁開度ＴＨ、点火時期ＩＧＬＯＧ（及び進角限界値ＩＧＬＭＴＡ）、及びフィードバック制御トルクＴＲＱＦＢ（及び積分項ＴＲＱＦＢＩ）の推移を示す。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）も同様である。ただし、図１０（ｃ）には、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡに達したときの積分ゲインＫＩの切換も示されている。

図９に示す例では、積分項ＴＲＱＦＢＩが過大となり、エンジン回転数ＮＥの目標回転数ＮＯＢＪへの収束性が悪化しているが、図１０に示す例では、積分ゲイン切換によって積分項ＴＲＱＦＢＩが過大となることが回避され、良好な収束性が得られることが確認できる。

以上詳述したように本実施形態では、エンジン回転数ＮＥと目標回転数ＮＯＢＪとの偏差である回転数偏差ＤＮＯＢＪに応じて、フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢが算出され、フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢに応じて吸気量制御及び点火時期制御が行われる。フィードバック制御トルクＴＲＱＦＢは、比例項ＴＲＱＦＢＰ、積分項ＴＲＱＦＢＩ、及び微分項ＴＲＱＦＢＤの和として算出され、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡまたは遅角限界値ＩＧＬＭＴＲに達しているときは、積分項ＴＲＱＦＢＩの算出に適用される積分ゲインＫＩが第１の値ＫＩ１から第２の値ＫＩ２（＜ＫＩ１）に変更される。第１の値ＫＩ１は、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡまたは遅角限界値ＩＧＬＭＴＲに達していないことを前提として、制御応答特性が最良となるように設定されており、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡまたは遅角限界値ＩＧＬＭＴＲが制限限界値に達しているときには、積分ゲインＫＩが過大となって、エンジン回転数ＮＥの目標回転数ＮＯＢＪへの収束性を悪化させるおそれがある。したがって、積分ゲインＫＩをより小さい第２の値ＫＩ２に変更することにより、収束性の悪化を防止することができる。

またフィードバック制御トルクＴＲＱＦＢに応じて吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡが算出され、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡを目標値として吸気量制御が行われる一方、点火時期制御は、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡより余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳだけ小さいトルク（ＴＲＱＥ：ＴＲＱＧＡ−ＤＴＲＱＩＤＬＳ）を目標値として行われるので、余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳに対応して、点火時期ＩＧＬＯＧの制御中心値を最適点火時期（進角限界値）と遅角限界値の中間に設定することができる。したがって、エンジン回転数ＮＥが低下したときに点火時期ＩＧＬＯＧを進角させることにより、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪへ迅速に復帰させることができる。このように吸気量制御と点火時期制御とを協調的に行うことにより、積分ゲインＫＩを含むフィードバック制御ゲイン（ＫＰ，ＫＩ，ＫＤ）を比較的大きな値に設定して、良好な制御収束性を得ることができる。フィードバック制御ゲインを大きな値に設定すると、点火時期が進角限界値ＩＧＬＭＴＡまたは遅角限界値ＩＧＬＭＴＲに達しているときには、制御収束性を悪化させるおそれがあるが、積分ゲインＫＩを第１の値ＫＩ１から第２の値ＫＩ２に変更することにより、そのような収束性の悪化を回避することができる。

また点火時期の進角限界値ＩＧＬＭＴＡは、一般に最適点火時期ＭＢＴまたはノッキング限界値（ＭＢＴ−ＩＧＫＮＯＣＫ）のいずれか小さい（遅角側）の値に設定されるが、特にノッキング限界点火時期は吸気温ＴＡが上昇すると、より小さな値へ変化する。したがって、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡに達しているときに積分ゲイン切換を行うことにより、特にノッキング限界点火時期の低下時における制御収束性の悪化を防止することができる。

また目標回転数ＮＯＢＪを、アイドル目標回転数ＮＯＢＪＩＤＬとすることにより、アイドル状態においてエンジン回転数ＮＥの目標回転数ＮＯＢＪへの良好な制御収束性を維持することができる。余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳに相当する吸気量の増量を行うと、燃費を悪化させるという課題があることから、アイドル状態に限定して余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳを加算した吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡを実現する吸気量制御を行うことにより、燃費の悪化を最小限に抑制することができる。

さらに図５の処理により目標吸気量ＧＡＣＭＤを算出するとともに、図８の処理により点火時期ＩＧＬＯＧを算出することにより、エンジン出力トルク制御における吸気量制御と点火時期制御のそれぞれ寄与度合が正確に調整され、エンジン出力トルクの制御精度を向上させることができる。

また算出されたトルク比率ＫＴＲＱに応じて遅角量ＤＩＧＲＴＤが算出され、最適点火時期ＭＢＴを遅角量ＤＩＧＲＴＤで補正することにより、点火時期ＩＧＬＯＧが算出される。すなわち、トルク比率ＫＴＲＱに対応した点火時期の遅角補正が行われ、これによって吸気量制御と協調的に点火時期制御を行うことができるとともに、点火時期の変更による十分なトルク制御性を確保することができる。

本実施形態では、クランク角度位置センサ１１が回転数検出手段に相当し、スロットル弁３及びアクチュエータ７が吸気量制御手段の一部を構成し、ＥＣＵ５がフィードバック制御トルク算出手段、吸気量制御手段の一部、点火時期制御手段、及び吸気制御目標トルク算出手段を構成する。具体的には、図４の処理がフィードバック制御トルク算出手段に相当し、図２のステップＳ１０，Ｓ１２〜Ｓ１５、並びに図５及び図６の処理が吸気量制御手段に相当し、ステップＳ１５が吸気制御目標トルク算出手段に相当し、図８の処理が点火時期制御手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図４の処理では、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡまたは遅角限界値ＩＧＬＭＴＲと等しいときに、積分ゲインＫＩを切り換えるようにしたが、点火時期ＩＧＬＯＧが進角限界値ＩＧＬＭＴＡの近傍の値（ＩＧＬＭＴＡ−ＤＩＧ：ＤＩＧは微少所定量）以上であるとき、または遅角限界値ＩＧＬＭＴＲの近傍の値（ＩＧＬＭＴＲ＋ＤＩＧ）以下であるときに、積分ゲインＫＩを切り換えるようにしてもよい。

本発明は、アイドル状態における機関回転数制御への適用のみに限定されず、例えば自動変速機の変速時に機関回転数を目標回転数と一致させる制御に適用してもよい。

また図８のステップＳ６５では、推定吸気制御ＨＴＲＱＧＡを用いてトルク比率ＫＴＲＱを算出しているが、推定吸気制御ＨＴＲＱＧＡに代えて吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡを用いてもよい。

また上述した実施形態では、スロットル弁３及びアクチュエータ７により吸気量制御を行っているが、スロットル弁３をバイパス通路及びそのバイパス通路を通過する空気量を制御する補助吸気制御弁によって吸気量制御を行うようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

１ 内燃機関
３ スロットル弁（吸気制御手段）
５ 電子制御ユニット（フィードバック制御トルク算出手段、吸気量制御手段の一部、点火時期制御手段、吸気制御目標トルク算出手段）
７ アクチュエータ（吸気制御手段）
１１ クランク角度位置センサ（回転数検出手段）
１５ 点火プラグ

Claims (4)

1. 内燃機関の回転数が目標回転数と一致するように前記機関の出力トルクを制御する、内燃機関の制御装置において、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   検出される回転数と前記目標回転数との偏差に応じてフィードバック制御トルクを算出するフィードバック制御トルク算出手段と、
   前記フィードバック制御トルクに応じて前記機関の吸気量を制御する吸気量制御手段と、
   前記フィードバック制御トルクに応じて前記機関の点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え、
   前記フィードバック制御トルク算出手段は、前記偏差及び積分ゲインを用いて積分項を算出し、該積分項を用いて前記フィードバック制御トルクを算出し、前記点火時期が制御限界値に達しているときは、前記積分ゲインをより小さい値に変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気量制御手段は、前記フィードバック制御トルクに応じて吸気制御目標トルクを算出する吸気制御目標トルク算出手段を備え、前記吸気制御目標トルクを目標値として前記吸気量の制御を行い、
   前記点火時期制御手段は、前記吸気制御目標トルクより所定余裕トルク分だけ小さいトルクを目標値として前記点火時期制御を行う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. 前記点火時期の制御限界値は、進角限界値であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記目標回転数は、前記機関のアイドル状態における目標回転数であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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