JP2012077688A - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの制御装置に関し、簡素な構成でトルクベース制御に係るトルクの演算精度を向上させ、要求トルクに応じたエンジンのトルク挙動を精度よく実現する。
【解決手段】エンジン回転数とアクセル操作量とに基づき、アクセル要求トルクを演算する第一演算手段２ａと、外部制御システム８，９から要求される外部要求トルクを演算する第二演算手段２ｅ，２ｆ，２ｇとを備える。また、前記アクセル要求トルク及び前記外部要求トルクに基づき、点火時期制御用の第一目標トルク及び吸気量制御用の第二目標トルクのそれぞれを演算する第三演算手段２ｋと、実充填効率にてエンジン１０が発生可能な最大のトルクを実トルクとして演算する第四演算手段４ｃとを備える。
前記実トルク及び前記第一目標トルクに基づき、エンジン１０の点火時期を制御手段１で制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンを制御する制御装置に関する。
車両に搭載されたエンジンの制御手法の一つとして、エンジンに要求されるトルクの大きさを基準として吸気量や燃料噴射量，点火時期等を制御するトルクベース（トルクディマンド）制御がある。トルクベース制御では、例えばアクセル開度やエンジン回転数等に基づいてエンジントルクの目標値が演算され、この目標値のトルクが得られるようにエンジンが制御される。また、自動変速機やオートクルーズ装置，車両安定装置といった外部制御システムを搭載した車両では、各外部制御システムからエンジンへの出力要求がトルクに換算されてエンジンECU（エンジン電子制御装置）内で一元化され、エンジンのトルク挙動が包括的に制御される。
従来、このトルクベース制御において、制御操作に対する応答性が異なる二種類の制御、すなわち、低応答トルク制御と高応答トルク制御とをともに実施するものが知られている。前者の低応答トルク制御は、例えば電子制御スロットルの操作に代表される吸入空気量操作によってトルクを制御するものである。また、後者の高応答トルク制御は、例えば点火時期操作や燃料噴射量操作によってトルクを制御するものである。これらの各制御は応答性だけでなくトルクの調整幅も相違するため、車両の走行状態やエンジンの運転状態に応じて適宜実施され、あるいは各制御による操作量が協調的に調整される。
トルクベース制御に関して、特許文献１には、低応答制御対象で発生させるべき低応答要求トルクと、高応答制御対象で対応すべき高応答要求トルクとを演算し、前者の過不足分を後者によって補うようにしたエンジンの制御装置が記載されている。この技術では、例えば空気量操作の応答遅れに伴うトルク不足分を燃料噴射量や点火時期の操作によって補填することで、車両の運転者の意図や車両安定性，運転性等を満足させている。
特許第３６２７４６４号公報
特許文献１に記載されたような従来のトルクベース制御では、低応答トルク制御の空気応答遅れ分に相当するトルクが推定された後に高応答トルク制御が実施される。つまり、高応答要求トルクは、低応答トルク制御で推定演算された低応答要求トルクに基づいて演算される。したがって、低応答要求トルクの演算精度を確保しない限り、高応答要求トルクの演算精度を向上させることが難しいという課題がある。しかしながら、低応答要求トルクは、ドライバ要求トルク及び外部要求トルクに基づいて演算されており、実際のトルクについては考慮されていないため、演算精度の確保には限界がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成でトルクベース制御に係るトルクの演算精度を向上させ、要求トルクに応じたエンジンのトルク挙動を精度よく実現することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
（１）ここで開示するエンジンの制御装置は、車両に搭載されたエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記車両のアクセルペダルに入力されたアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、を備える。
また、前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数と前記アクセル操作量検出手段で検出された前記アクセル操作量とに基づき、アクセル要求トルクを演算する第一演算手段と、外部制御システムから要求される外部要求トルクを演算する第二演算手段と、前記アクセル要求トルク及び前記外部要求トルクに基づき、点火時期制御用の第一目標トルク及び吸気量制御用の第二目標トルクのそれぞれを演算する第三演算手段と、を備える。
さらに、実充填効率にて前記エンジンが発生可能な最大のトルクを実トルクとして演算する第四演算手段と、前記実トルク及び前記第一目標トルクに基づき、前記エンジンの点火時期を制御する制御手段と、を備える。
このエンジンの制御装置は、例えば前記エンジンを制御するエンジンECUであり、前記外部制御システムとは、前記エンジンECU以外の制御装置である。前記外部制御システムの例としては、自動変速機（例えばCVT：Continuously Variable Transmission）やESC（Electronic Stability Controller），オートクルーズ制御装置，補機用ECU等が挙げられる。
（２）また、開示のエンジンの制御装置は、前記制御手段が、前記第三演算手段で演算された前記第一目標トルクと前記第四演算手段で演算された前記実トルクとの比に基づき、前記エンジンの点火時期を制御する。
（３）また、開示のエンジンの制御装置は、前記制御手段が、前記第一目標トルクと前記実トルクとの比と、前記エンジンの点火時期のリタード量との対応関係を記憶する記憶手段を有する。
例えば、前記記憶手段は、前記比と前記リタード量との対応関係をエンジン回転数毎に設定されたマップとして記憶する。
（４）また、開示のエンジンの制御装置は、前記制御手段が、前記比と、前記リタード量と、前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数との対応関係を記憶する第二記憶手段を有する。
例えば、前記第二記憶手段は、前記比と前記リタード量と前記エンジン回転数との対応関係を三次元マップとして記憶する。
（５）また、開示のエンジンの制御装置は、前記エンジンに導入される吸気を制御する吸気制御手段を備え、前記第一演算手段が、前記エンジン回転数と前記アクセル操作量とに基づき演算された値に、前記吸気の応答遅れを考慮した一次遅れ処理を施し、前記アクセル要求トルクを算出する。
（６）また、開示のエンジンの制御装置は、前記エンジンに導入される吸気量を検出する吸気量検出手段と、前記吸気量検出手段で検出された前記吸気量に基づき、前記実充填効率を演算する実充填効率演算手段とを備える。
前記実充填効率演算手段は、実際に前記エンジンに導入された吸気量に対応する前記実充填効率を演算する。例えば、直前の一回の吸気行程で吸入された吸気量に対応する前記実充填効率を演算する。この場合、前記吸気量の値は、前記エンジンの燃焼サイクル毎に更新され、実際の前記エンジンの吸気状態に即応したものとなる。
開示のエンジンの制御装置によれば、実トルク及び第一目標トルクに基づいてエンジンの点火時期を制御することで、トルクの演算精度を向上させることができる。
一実施形態に係るエンジンの制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本制御装置の要求トルク集約部での制御プロセスを例示するプロセスチャートである。 本制御装置の目標トルク演算部のブロック図の例示である。 本制御装置の点火時期演算部のブロック図の例示である。 本制御装置に係る実充填効率Ec，点火時期及びトルクの対応マップを例示するものである。 本制御装置に係る比Kとリタード量Rとの対応マップを例示するものである。 本制御装置に係る比K，リタード量R及びエンジン回転数の対応マップの例示である。
図面を参照してエンジンの制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
［１．装置構成］
本実施形態の制御装置は、図１に示す車載のエンジン１０に適用される。ここでは、多気筒四サイクル型のエンジン１０に設けられた複数のシリンダのうち、一つのシリンダを示す。シリンダの頂部には点火プラグ１３がその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。また、燃焼室のシリンダヘッド側の頂面には、吸気通路１１及び排気通路１２が接続される。
吸気通路１１側にはインジェクタ１４，ETV（Electric Throttle Valve）１５及びエアフローセンサ（AFS，Air Flow Sensor）７が設けられる。インジェクタ１４は吸気通路１１内に燃料を噴射するものであり、ETV１５はその開度を変更することでシリンダ内に導入される吸気量を変更するための電子制御式スロットルバルブである。また、エアフローセンサ７はエンジンに導入される空気量を検出するセンサであり、ここではETV１５を通過する吸気流量Qが検出される。
このエンジン１０には、クランクシャフトの角度θCRを検出するクランク角度センサ６が設けられる。クランク角度センサ６で検出されたクランクシャフトの角度θCR及びエアフローセンサ７で検出された吸気流量Qは、後述するエンジンECU１（制御手段）に伝達される。なお、単位時間あたりの角度θCRの変化量からエンジン回転数Neを把握することができる。したがって、クランク角度センサ６はエンジン１０のエンジン回転数Neを検出する手段としての機能を持つ。エンジン回転数Neは、クランク角度センサ６で検出されたクランクシャフトの角度θCRに基づいてエンジンECU１が演算する構成としてもよいし、クランク角度センサ６の内部で演算する構成としてもよい。
エンジン１０を搭載した車両の任意の位置には、図示しないアクセルペダルの操作量θACを検出するアクセルペダルセンサ５（APS，Acceleration pedal Position Sensor）が設けられる。アクセルペダルの踏み込み操作量θACは運転者の加速要求に対応するパラメータであり、言い換えるとエンジン１０の負荷に相関するパラメータである。ここでは例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応する操作量θACが検出され、その情報がエンジンECU１に伝達される。
また、この車両には電子制御装置として、エンジンECU１，CVT-ECU８及びESC-ECU９が設けられる。これらの電子制御装置は、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスであり、通信ラインを介して互いに接続される。
CVT-ECU８は、車両に搭載される図示しないCVT装置（無段変速装置）の動作を制御するものであり、ESC-ECU９は、エンジン１０の出力や個々の車輪の制動力，駆動力を調整することよって車両の姿勢を安定化させる制御を実施するものである。なお、CVT装置の作動状態や車両の姿勢は、エンジン１０の運転状態に関わらず変化しうる。そのため、CVT-ECU８はCVT装置からエンジン１０に要求されるトルクの大きさを随時演算し、エンジンECU１に伝達する。同様に、ESC-ECU９は、車両姿勢を安定化させるのに必要なトルクの大きさを随時演算し、エンジンECU１に伝達する。
ここで、エンジンECU１以外の電子制御装置（ここでは、CVT-ECU８及びESC-ECU９）のことを外部制御システムとも呼ぶ。これら以外の外部制御システムの例としては、自動変速機制御装置，補機用ECU等が挙げられる。また、外部制御システムがエンジン１０に要求するトルクのことを外部要求トルクと呼ぶ。外部要求トルクは、CVT-ECU８，ESC-ECU９といった個々の外部制御システムで演算された後にエンジンECU１に伝達されることとしてもよいし、あるいは個々の外部制御システムで収集された情報に基づいてエンジンECU１で演算されることとしてもよい。
エンジンECU１は、エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを制御対象とし、外部制御システムから要求されるトルクや運転者から要求されるトルクを総合的に判断して、実際にエンジン１０で発生させるトルクを調整する機能（トルクベース制御）を担っている。前述の点火プラグ１３，インジェクタ１４及びETV１５の動作はエンジンECU１によって制御される。エンジンECU１で実施される制御の一つには、エンジン１０に要求されるトルクの大きさを基準として吸気量や燃料噴射量，点火時期等を制御するトルクベース制御が挙げられる。
また、エンジンECU１で実施されるトルクベース制御以外の制御としては、例えばクルーズコントロール（定速走行制御）やアイドルフィードバック制御，燃料カット制御が挙げられる。クルーズコントロールは、運転者が何も操作しなくても車両の走行速度が一定となるようにエンジン出力を調整する制御であり、例えば図示しない定速走行スイッチが運転者に操作されたときに実施される。
アイドルフィードバック制御は、所定のアイドル条件（例えば、エンジン回転数Neやアクセルペダルの踏み込み操作量θACに関する条件）が成立したときにエンジン回転数Neをアイドル回転数に維持する制御であり、エンジンECU１内の図示しないアイドルフィードバック制御部で実施される。また、燃料カット制御は、所定の燃焼カット条件（例えば、エンジン回転数Neやアクセルペダルの踏み込み操作量θACに関する条件）が成立したときに燃料の噴射を停止させる制御であり、エンジンECU１内の図示しない燃料カット制御部で実施される。
以下、エンジンECU１でのトルクベース制御に着目してその機能を説明する。
［２．制御構成］
エンジンECU１（制御手段）には、要求トルク集約部２，目標トルク演算部３及び点火時期演算部４が設けられる。要求トルク集約部２は、外部制御システムから要求されるトルクや運転者から要求されるトルクを集約し、制御操作に対する応答性が異なる二種類の要求トルクを演算するものである。ここでは、点火制御用要求トルクPi_EXT_SAと、吸気制御用要求トルクPi_EXTとが演算される。点火制御は、いわゆる高応答トルク制御であり、吸気制御は、いわゆる低応答トルク制御である。ここで演算された二種類の要求トルクは、目標トルク演算部３に伝達される。
目標トルク演算部３は、要求トルク集約部２で演算された二種類の要求トルクに基づき、二種類の制御目標としての目標トルクを演算するものである。ここでは、点火制御用目標トルクPi_TGT（第一目標トルク）と、吸気制御用目標トルクPi_ETV_STD（第二目標トルク）とが演算される。ETV１５の開度はここで演算された吸気制御用目標トルクPi_ETV_STDに基づいて制御される。また、ここで演算された点火制御用目標トルクPi_TGTは、点火時期演算部４に伝達される。
点火時期演算部４は、目標トルク演算部で演算された点火制御用目標トルクPi_TGTに基づき、実際に点火される実行点火時期SA_ACTを演算するものである。点火プラグ１３は、エンジンECU１によって実行点火時期SA_ACTに点火するように制御される。
なお、これらの要求トルク集約部２，目標トルク演算部３及び点火時期演算部４の各機能は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
［２−１．要求トルク集約部］
要求トルク集約部２での演算プロセスを図２に例示する。要求トルク集約部２には、アクセル要求トルク演算部２ａ，車速制御要求トルク演算部２ｂ，加速ショック対策トルク演算部２ｃ，三種類の外部要求トルク演算部２ｅ，２ｆ，２ｇ及び最終要求トルク演算部２ｋが設けられる。
アクセル要求トルク演算部２ａ（第一演算手段）は、クランクシャフトの角度θCRに基づいて得られるエンジン回転数Neとアクセルペダルの操作量θACとに基づき、アクセル要求トルクPi_APSを演算するものである。なお、図中の記号Piは図示平均有効圧Piを意味しており、ここでは図示平均有効圧Piを用いてトルクの大きさを表現している。以下、エンジン１０で生じる力のモーメントのことだけでなく、エンジン１０のピストンに作用する平均有効圧（例えば、図示平均有効圧Piや正味平均有効圧Pe）で表現されたトルク相当量（トルクに相当する圧力）のことも便宜的にトルクと呼ぶ。
要求トルク集約部２では、アクセル要求トルク演算部２ａで演算されたアクセル要求トルクPi_APSをベースとして、二系統の演算プロセスが実行される。一方のプロセスは、図２中に黒矢印で示すように、点火制御用要求トルクPi_EXT_SAを演算するプロセスであり、他方のプロセスは、図２中に白抜き矢印で示すように、吸気制御用要求トルクPi_EXTを演算するプロセスである。これらの点火制御用要求トルクPi_EXT_SA及び吸気制御用要求トルクPi_EXTは、互いに独立して演算される。
車速制御要求トルク演算部２ｂは、主にクルーズコントロールで要求されるトルクとアクセル要求トルクPi_APSとの調停を図るための演算を実施するものである。ここでは、例えば車両の走行速度の変動幅が所定範囲内に収まるように、アクセル要求トルクPi_APSの値に補正が加えられ、クルーズコントロールでの要求が反映された二系統のトルク値が出力される。これらの二系統のトルク値はそれぞれ、加速ショック対策トルク演算部２ｃに伝達される。なお、車速制御要求トルク演算部２ｂでの演算は、少なくとも吸気制御用要求トルクPi_EXTを演算するプロセスに含まれていればよく、点火制御用要求トルクPi_EXT_SAを演算するプロセスにおいて車速制御要求トルク演算部２ｂでの演算をスキップしてもよい。
加速ショック対策トルク演算部２ｃは、車両の加速時や減速時のショックを防止するための演算を行うものである。ここでは、例えばトルクショック生じないようにトルクの変動に制限が与えられ、すなわち加速ショック対策からの要求が反映された二系統のトルク値が出力される。これらの二系統のトルク値の一方は第一外部要求トルク演算部２ｅに伝達され、他方は第二外部要求トルク演算部２ｆに伝達される。
ここで、加速ショック対策トルク演算部２ｃよりも下流側の演算プロセスに着目すると、応答性の高い点火制御用要求トルクの演算プロセスには、第二外部要求トルク演算部２ｆのみが介装される。一方、吸気制御用要求トルクの演算プロセスには、第一外部要求トルク演算部２ｅ，第二外部要求トルク演算部２ｆ及び第三外部要求トルク演算部２ｇが介装される。
第一外部要求トルク演算部２ｅ（第二演算手段の一つ）は、吸気制御用のトルク演算プロセスのみに介入する演算部であり、ESC-ECU９からの要求に由来するトルク補正を加えるものである。ここでは、ESC-ECU９から要求される外部要求トルクが入力（又は演算）され、これに基づいて入力トルク値に補正が加えられる。例えば、車両の姿勢を安定化させるのに要求されるトルクが外部要求トルクとして演算されるとともに、この外部要求トルクによって入力されたトルク値が制限され、第二外部要求トルク演算部２ｆに伝達される。第一外部要求トルク演算部２ｅから出力されるトルク値は、ESC-ECU９からの要求が反映されたトルク値となる。
第二外部要求トルク演算部２ｆ（第二演算手段の一つ）は、CVT-ECU８から要求される外部要求トルクを演算し、これに基づいて入力トルク値に補正を加えるものである。例えば、点火制御用の要求トルクの演算プロセスでは、CVT装置から要求されるトルク値が外部要求トルクとして入力（又は演算）されるとともに、この外部要求トルクによって加速ショック対策トルク演算部２ｃから伝達されたトルク値が制限され、最終要求トルク演算部２ｋに伝達される。また、吸気制御用の要求トルクの演算プロセスでは、CVT装置からの外部要求トルクによって、第一外部要求トルク演算部２ｅから伝達されたトルク値が制限され、第三外部要求トルク演算部２ｇに伝達される。第二外部要求トルク演算部２ｆから出力されるトルク値は、CVT-ECU８からの要求が反映されたトルク値となる。
第三外部要求トルク演算部２ｇ（第二演算手段の一つ）は、吸気制御用のトルク演算プロセスのみに介入する演算部であり、CVT装置の回転数の上限値制限に由来するトルク補正を加えるものである。ここでは、例えばCVT装置のプーリーの回転数が所定の上限値を超えないように、第二外部要求トルク演算部２ｆから入力されるトルク値が制限され、最終要求トルク演算部２ｋに伝達される。
最終要求トルク演算部２ｋ（第三演算手段）は、二系統のトルク値のそれぞれを点火制御用要求トルクPi_EXT_SA及び吸気制御用要求トルクPi_EXTとして演算するものである。これらの要求トルクは、車両の運転者の意図や車両安定性，運転性等を考慮して集約されたトルクであり、ともに目標トルク演算部３に伝達される。
［２−２．目標トルク演算部］
目標トルク演算部３での演算プロセスを図３に例示する。目標トルク演算部３には、アクセル要求トルク演算部２ａで演算されたアクセル要求トルクPi_APSと、最終要求トルク演算部２ｋで演算された点火制御用要求トルクPi_EXT_SA及び吸気制御用要求トルクPi_EXTが入力される。また、エンジンECU１内の図示しないアイドルフィードバックトルク演算部で演算されたアイドル要求トルクPi_NeFBが入力される。なお、アイドル要求トルクPi_NeFBは、エンジン回転数Neをアイドル回転数に維持するためのアイドルフィードバック制御で要求されるトルクである。
目標トルク演算部３には、第一選択部３ａ，第二選択部３ｂ，燃料カット部３ｃ及び吸気遅れ補正部３ｄが設けられる。
第一選択部３ａは、点火制御用要求トルクPi_EXT_SA，アクセル要求トルクPi_APS及びアイドル要求トルクPi_NeFBのうちの何れか一つを点火制御用のトルクの目標値として選択するものである。また、第二選択部３ｂは、吸気制御用要求トルクPi_EXT，アクセル要求トルクPi_APS及びアイドル要求トルクPi_NeFBのうちの何れか一つを吸気制御用のトルクの目標値として選択するものである。
第一選択部３ａ及び第二選択部３ｂにおけるトルクの目標値の選択条件としては、例えば外部制御システムからのトルクの要求の有無やエンジン１０のアイドル運転の要否等が考えられる。第一選択部３ａで選択されたトルク値は燃料カット部３ｃに伝達され、第二選択部３ｂで選択されたトルク値は吸気遅れ補正部３ｄに伝達される。
燃料カット部３ｃは、燃料カット制御の実施時に点火制御用目標トルクPi_TGTをゼロに設定するものである。燃料カット制御の実施条件は、図示しない燃料カット制御部において、例えばエンジン回転数Neやアクセルペダルの操作量θAC，エンジン冷却水温等に基づいて随時判定される。また、燃料カット部３ｃは、燃料カット制御の非実施時には、第一選択部３ａで選択されたトルク値をそのまま点火制御用目標トルクPi_TGTとして演算する。ここで演算された点火制御用目標トルクPi_TGTは、点火時期演算部４に伝達される。
吸気遅れ補正部３ｄは、ETV１５からの吸気遅れに応じた補正演算を行うものである。ここでは、エンジン１０やETV１５の吸気特性に基づき、吸気遅れを考慮したトルク値として、吸気制御用目標トルクPi_ETV_STDが演算される。なお、具体的な吸気遅れ補正部３ｄでの補正演算手法は、ここで演算される吸気制御用目標トルクPi_ETV_STDを用いたETV１５の制御態様に応じて種々考えられる。例えば、第二選択部３ｂで選択されたトルク値に対し、運転条件や選択した要求トルクに応じて実際の吸気遅れを模擬した一次遅れ処理，二次遅れ処理を施すことによって、実現したいトルク変動の軌跡を生成してもよい。
エンジンECU１は、この吸気制御用目標トルクPi_ETV_STDに基づいてETV１５の開度を調整する吸気制御を実施する。一方、点火制御は、以下に説明する点火時期演算部４によって点火制御用目標トルクPi_TGTにさらに演算が加えられた後に実施されることになる。
［２−３．点火時期演算部］
点火時期演算部４での演算プロセスを図４に例示する。点火時期演算部４には、目標トルク演算部３で演算された点火制御用目標トルクPi_TGT，エアフローセンサ７で検出された吸気流量Q及びエンジン回転数Neが入力される。また、点火時期演算部４には、実充填効率演算部４ａ，MBT演算部４ｂ，実トルク演算部４ｃ，目標点火効率係数演算部４ｄ，リタード量演算部４ｅ及び減算部４ｆが設けられる。
実充填効率演算部４ａ（実充填効率演算手段）は、入力された吸気流量Qに基づき、制御対象の気筒の実際の充填効率を実充填効率Ecとして演算するものである。ここでは、制御対象の気筒について、直前の一回の吸気行程（ピストンが上死点から下死点に移動するまでの一行程）の間にエアフローセンサ７で検出された吸気流量Qの合計から、制御対象の気筒に実際に吸入された空気量が演算され、実充填効率Ecが演算される。ここで演算された実充填効率Ecは、MBT演算部４ｂ及び実トルク演算部４ｃに伝達される。
MBT演算部４ｂは、実充填効率演算部４ａで演算された実充填効率Ec及びエンジン回転数Neに基づき、最大のトルクを発生させる点火時期（MBT，Minimum spark advance for Best Torque）をSA_MBTとして演算するものである。MBT演算部４ｂは、例えば図５に示すように、実充填効率Ec，点火時期及び理論空燃比で発生するトルクの対応関係をエンジン回転数Ne毎のマップとして記憶しており、これを用いて点火時期SA_MBTを演算する。図５のグラフでは、実充填効率Ecが第一所定値Ec1であるときの点火時期SA_MBTがT1であり、実充填効率Ecが第二所定値Ec2であるときの点火時期SA_MBTがT2である。ここで演算された点火時期SA_MBTは減算部４ｆに伝達される。
実トルク演算部４ｃ（第四演算手段）は、実充填効率演算部４ａで演算された実充填効率Ecにて、制御対象の気筒で生じうる最大のトルク（すなわち、実充填効率Ecで点火時期をMBTに設定した場合に発生するトルク）を実トルクPi_ACT_MBTとして演算するものである。ここでいう実トルクPi_ACT_MBTは、図５中に示された各実充填効率Ecの場合のトルク変動グラフの最大値に対応する。実トルク演算部４ｃは、例えばMBT演算部４ｂに記憶されたこのようなマップを用いて実トルクPi_ACT_MBTを演算する。図５のグラフでは、実充填効率Ecが第一所定値Ec1であるときの実トルクPi_ACT_MBTがTq1であり、実充填効率Ecが第二所定値Ec2であるときの実トルクPi_ACT_MBTがTq3である。ここで演算された実トルクPi_ACT_MBTは、目標点火効率係数演算部４ｄに伝達される。
なお、図５のマップは、同一の燃焼条件（例えば、エンジン回転数及び空燃比が一定の条件）において一定の実充填効率Ecで点火時期のみを変化させた場合に生成されるトルクの大きさをグラフ化するとともに、異なる実充填効率Ecでのグラフを重ねて表示したものである。一定の実充填効率Ecでは、横軸の点火時期の変化に対して縦軸のトルクが上に凸の曲線となる。このグラフの頂点の座標に対応する点火時期がMBTであり、頂点の座標に対応するトルクが実トルクPi_ACT_MBTである。また、実充填効率Ecが増加すると、気筒内に導入される空気量の増大により燃焼速度（気筒内での火炎伝播速度）が上昇し、MBTは遅角方向へと移動する。
目標点火効率係数演算部４ｄは、目標トルク演算部３で演算された点火制御用目標トルクPi_TGTと実トルク演算部４ｃで演算された実トルクPi_ACT_MBTとの比K〔K=(Pi_TGT)/(Pi_ACT_MBT)，目標点火効率係数 〕を演算するものである。ここでは、実際にエアフローセンサ７で検出された吸気流量Qに基づいて生成されうるトルクの大きさに対してどの程度の割合で点火制御用目標トルクPi_TGTが必要なのかが演算される。なお、本実施形態の実トルク演算部４ｃでは、点火制御によって実トルクPi_ACT_MBTを超えるような過剰なトルクが生じないようにすべく、比Kの値が１以下の範囲でクリップされる。ここで演算された比Kはリタード量演算部４ｅに伝達される。
リタード量演算部４ｅ（記憶手段）は、MBTを基準として、比Kに応じた大きさのリタード量R（点火時期の遅角量）を演算するものである。リタード量演算部４ｅは、例えば図６に示すように、比Kとリタード量Rとの対応関係をエンジン回転数Ne毎のマップとして記憶しており、このマップを用いてリタード量Rを演算する。なお、ここでいうリタード量RはMBTを基準としたものであり、比K（０≦K≦１）が１に近づくほどリタード量Rがゼロに近づく特性を持つ。また、リタード量Rは、例えば図６中に破線で示すように、エンジン回転数Neが大きいほど増大する特性を持つ。この場合、エンジン回転数Neに応じて点火遅角Ne補正係数を設定し、図６中の実線グラフの関係から得られるリタード量Rに点火遅角Ne補正係数を乗算することで、最終的なリタード量Rを演算する構成とすることが考えられる。
あるいは、図７に示すような三次元マップをこのリタード量演算部４ｅ（第二記憶手段）に記憶させておき、これを用いてリタード量Rを演算することとしてもよい。図７の三次元マップは、実験，試験等を通じて得られた比K，エンジン回転数Ne及びリタード量Rの関係を定めたものである。この場合、点火遅角Ne補正係数を用いた手法よりも記憶容量が嵩むものの、演算精度を向上させることが可能である。ここで演算されたリタード量Rは、減算部４ｆに伝達される。
減算部４ｆは、リタード量演算部４ｅで演算されたリタード量Rに基づいて実行点火時期SA_ACTを演算するものである。ここでは、例えばMBT演算部４ｂで演算された点火時期SA_MBTからリタード量Rが減算され、実行点火時期SA_ACTが演算される。ここで演算された実行点火時期SA_ACTは、点火制御用目標トルクPi_TGTに対応するトルクを生じさせる点火時期である。
エンジンECU１は、この実行点火時期SA_ACTに制御対象の気筒に設けられた点火プラグ１３を点火させる点火制御を実施する。
［３．作用，効果］
上述のエンジン１０の制御装置では、最終要求トルク演算部２ｋで演算された点火制御用トルクPi_EXT_SAのみに基づいて点火プラグ１３の点火時期が制御されるのではなく、実トルク演算部４ｃで演算された実トルクPi_ACT_MBTと点火制御用トルクPi_EXT_SAとに基づいて点火プラグ１３の点火時期が制御される。つまり、実際にエンジン１０で発生するトルクの大きさが考慮された上で、点火制御が実施される。したがって、トルクの演算精度を向上させることができ、要求に応じたエンジン１０のトルク挙動を精度よく実現することができる。特に、エンジントルクのうち、高応答要求トルク分の挙動を正確に制御することができる。
また、上述のエンジンECU１では、図２及び図３に示すように、点火制御用目標トルクPi_TGTと吸気制御用目標トルクPi_ETV_STDとが互いに独立して演算されるため、高応答要求トルクの制御性が低応答要求トルクの演算手法に依存しない。したがって、点火制御及び吸気制御のそれぞれの独立性及び並列性を確保することができるというメリットがある。
また、上述のエンジンECU１の実充填効率演算部４ａでは、直前の一回の吸気行程時にエアフローセンサ７で検出された吸気流量Qに基づいて、制御対象の気筒に実際に吸入された空気量が演算され、実充填効率Ecが演算される。つまり、ここで得られる実充填効率Ecの値は、エンジン１０の燃焼サイクル毎に更新され、実際のエンジン１０の吸気状態に即したものとなる。このように、エアフローセンサ７で検出された吸気流量Qから実充填効率Ecを演算することで、実際の空気量に対応する実トルクPi_ACT_MBTを実トルク演算部４ｃで正確に把握することができ、制御精度を向上させることができる。
また、上述のエンジンECU１のリタード量演算部４ｅでは、目標点火効率係数演算部４ｄで演算された点火制御用目標トルクPi_TGTと実トルクPi_ACT_MBTとの比Kに基づいてリタード量Rが演算される。例えば、比KがK1である場合〔(Pi_TGT)= K1×(Pi_ACT_MBT)である場合〕には、図６に示すように、これに対応するリタード量R1が演算される。
一方、MBTで点火した際に得られるトルクに対して、MBTを基準としたリタード量R1で点火時期を変更した際に得られるトルクの比は、実充填効率Ecに関わらず一定である。例えば、図５に示すように、実充填効率Ecが第一所定値Ec1である場合のMBTでのトルクTq1に対して所定値αだけ点火時期をリタードさせた際に得られるトルクTq2の比(Tq2)/(Tq1)は、実充填効率Ecが第二所定値Ec2である場合のMBTでのトルクTq3に対して所定値αだけ点火時期をリタードさせた際に得られるトルクTq4の比(Tq4)/(Tq3)に一致する。したがって、MBTで点火した場合に発生可能なトルク（実トルクPi_ACT_MBT）に対する比Kを用いることにより、エンジン１０の負荷（実充填効率Ec）に関わらず、目標トルク演算部３で演算された点火制御用目標トルクPi_TGTを得るために必要な点火時期を正確に把握することができる。
さらに、上述のエンジンECU１のリタード量演算部４ｅには、予めマップ化された比Kとリタード量Rとの対応関係が記憶されているため、点火制御用目標トルクPi_TGTを生じさせるのに必要な点火時期を容易に演算することができ、例えば吸気行程から点火までの時間が極めて短い場合であっても迅速かつ正確な制御が期待できるという利点がある。さらに、例えばリタード量演算部４ｅに、図７に示すような比K，エンジン回転数Ne及びリタード量Rの対応関係を記憶させておくことで、点火制御用目標トルクPi_TGTを生じさせるのに必要な点火時期を正確に把握することができる。
［４．変形例等］
上述した実施形態に関わらず、それら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。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上記の実施形態では、要求トルク集約部２，目標トルク演算部３及び点火時期演算部４の各機能を備えたエンジンECU１を例示したが、エンジンECU１の具体的な制御構成はこれに限定されない。
例えば、アクセル要求トルクPi_APSに相当するものを演算する手段（第一演算手段），外部要求トルクに相当するものを演算する手段（第二演算手段），点火時期制御用の第一目標トルクPi_EXT_SA及び吸気量制御用の第二目標トルクPi_EXTに相当するものを演算する手段（第三演算手段），実トルクPi_ACT_MBTに相当するものを演算する手段（第四演算手段）を備えた電子制御装置において、実トルクPi_ACT_MBT及び第一目標トルクPi_EXT_SAに相当するものに基づき、エンジン１０の点火時期を制御するものとすることが考えられる。少なくとも、実トルクPi_ACT_MBTに相当する実値に基づいて点火時期を制御することで、上記の技術効果を奏するものとなる。したがって、具体的な制御構成については適宜追加、あるいは簡素化することが可能である。
また、上述の実施形態では、エアフローセンサ７で検出された吸気流量Qに基づいて実充填効率Ecを演算する実充填効率演算部４ａを例示したが、実充填効率Ecの演算手法はこれのみに限られない。例えば、吸気通路１１や気筒内の圧力，温度を用いて実充填効率Ecを演算してもよいし、これらと吸気流量Qとを併用してより正確な実充填効率Ecを演算してもよい。また、上述の実施形態では、直前の一回の吸気行程の間にエアフローセンサ７で検出された吸気流量Qの合計から実充填効率Ecを演算する実充填効率演算部４ａを例示したが、実充填効率Ecの演算手法はこれに限定されない。例えば、吸気流量Qを参照する時間の幅を変更してもよいし、複数の吸気行程における吸気流量Qや排気流量，前回の演算周期で演算された実充填効率Ecやその履歴等を考慮して、さらに正確な実充填効率Ecを演算してもよい。
上記のように、実際に気筒内に導入された空気量の把握精度，確度を向上させることで、さらに的確なエンジントルク制御が可能となる。
また、上述の実施形態では、点火制御用目標トルクPi_TGTと実トルクPi_ACT_MBTとの比Kに基づいてリタード量Rを演算するものを例示したが、このような演算の代わりに点火制御用目標トルクPi_TGTと実トルクPi_ACT_MBTとの差に基づいてリタード量Rを演算してもよい。点火制御用目標トルクPi_TGT及び実トルクPi_ACT_MBTの相違の度合いとリタード量Rとの相関に着目した演算手法を用いれば、実トルクPi_ACT_MBTを生じさせるのに必要な点火時期を把握することが可能であり、上記の技術効果を奏するものとなる。
なお、上述の実施形態のエンジン１０の燃焼形式は任意であり、少なくとも、トルクベース制御が実施されるエンジン全般に適用可能であり、リーンバーンエンジンや可変バルブリフト機構を持ったエンジン等にも適用することができる。
１ エンジンECU（制御手段）
２ 要求トルク集約部
２ａ アクセル要求トルク演算部（第一演算手段）
２ｂ 車速制御要求トルク演算部
２ｃ 加速ショック対策トルク演算部
２ｅ 第一外部要求トルク演算部（第二演算手段）
２ｆ 第二外部要求トルク演算部（第二演算手段）
２ｇ 第三外部要求トルク演算部（第二演算手段）
２ｋ 最終要求トルク演算部（第三演算手段）
３ 目標トルク演算部
３ａ 第一選択部
３ｂ 第二選択部
３ｃ 燃料カット部
３ｄ 吸気遅れ補正部
４ 点火時期演算部
４ａ 実充填効率演算部（実充填効率演算手段）
４ｂ MBT演算部
４ｃ 実トルク演算部（第四演算手段）
４ｄ 目標点火効率係数演算部
４ｅ リタード量演算部（記憶手段）
４ｆ 減算部
５ アクセルペダルセンサ
６ クランク角度センサ
７ エアフローセンサ（空気量検出手段）
８ CVT-ECU
９ ESC-ECU
１０ エンジン

Claims (6)

  1. 車両に搭載されたエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
    前記車両のアクセルペダルに入力されたアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
    前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数と前記アクセル操作量検出手段で検出された前記アクセル操作量とに基づき、アクセル要求トルクを演算する第一演算手段と、
    外部制御システムから要求される外部要求トルクを演算する第二演算手段と、
    前記アクセル要求トルク及び前記外部要求トルクに基づき、点火時期制御用の第一目標トルク及び吸気量制御用の第二目標トルクのそれぞれを演算する第三演算手段と、
    実充填効率にて前記エンジンが発生可能な最大のトルクを実トルクとして演算する第四演算手段と、
    前記実トルク及び前記第一目標トルクに基づき、前記エンジンの点火時期を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする、エンジンの制御装置。
  2. 前記制御手段が、前記第三演算手段で演算された前記第一目標トルクと前記第四演算手段で演算された前記実トルクとの比に基づき、前記エンジンの点火時期を制御する
    ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの制御装置。
  3. 前記制御手段が、前記第一目標トルクと前記実トルクとの比と、前記エンジンの点火時期のリタード量との対応関係を記憶する記憶手段を有する
    ことを特徴とする、請求項２記載のエンジンの制御装置。
  4. 前記制御手段が、前記比と、前記リタード量と、前記エンジン回転数検出手段で検出された前記エンジン回転数との対応関係を記憶する第二記憶手段を有する
    ことを特徴とする、請求項３記載のエンジンの制御装置。
  5. 前記エンジンに導入される吸気を制御する吸気制御手段を備え、
    前記第一演算手段が、前記エンジン回転数と前記アクセル操作量とに基づき演算された値に、前記吸気の応答遅れを考慮した一次遅れ処理を施し、前記アクセル要求トルクを算出する
    ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
  6. 前記エンジンに導入される吸気量を検出する吸気量検出手段と、
    前記吸気量検出手段で検出された前記吸気量に基づき、前記実充填効率を演算する実充填効率演算手段と
    を備えたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
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