JP2015102053A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の駆動源として搭載した内燃機関の点火時期を制御する制御装置に関し、加速開始後短時間で車両振動を減衰させることを目的とする。
【解決手段】時刻ｔ_２におけるエンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮと、同時刻ｔ_２におけるエンジン負荷率ＫＬの変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮとに基づいて点火時期の遅角量ＳＡａｃを推定する。遅角量ＳＡａｃの推定は、回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃの４つの予測値と変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃの４つの予測値を組み合わせた１６通りのパターンを、制御装置１００内の１６個のコアに割り当てて計算する。時刻ｔ_３において回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ、変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃが確定するので、上記パターンの内から確定した回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ、変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃと条件が最も近いものを選出する。選出した予測値に対応する遅角量ＳＡａｃを基本点火時期の補正値として採用する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の点火時期制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、車両の加速度が増加から減少に転ずる際の値（極大値）と同加速度が減少から増加に転ずる際の値（極小値）とを求め、これらの偏差を小さくするように点火時期を遅角制御する装置が開示されている。加速の初期においては、加速度の増加および減少からなるサイクルが繰り返され、このサイクルの振幅は時間の経過とともに減衰し一定の幅に収束する。但し、このサイクルが収束するまでは車両が前後に振動して乗員に違和感を与える場合がある。特許文献１の装置では、加速度の極大値と極小値の偏差、つまり、上記サイクルの振幅を小さくするように点火時期を遅角制御するので、加速初期に発生する車両振動を確実に減衰させることができる。

特開２００３−１１３７６７号公報

しかし、特許文献１の装置では、加速度センサの値の傾向から上記極大値と極小値を把握するため、点火時期の遅角制御を開始するまでに一定の時間を要する。そのため、より短い時間で車両振動を減衰させるためには更なる改良が必要である。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものである。すなわち、加速開始後短時間で車両振動を減衰させることを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、車両の駆動源として搭載した内燃機関の点火時期を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、少なくともｎ個（ｎ≧２）のコアを有し前記点火時期の補正に関する複数の演算タスクを処理するマルチコアタイプのプロセッサを備え、
前記演算タスクは、前記車両の加速を検出したタイミングにおける機関回転数および機関負荷を基準に予測した当該機関回転数および機関負荷の将来値の組み合わせパターンをｎ個算出するタスクと、当該算出した組み合わせパターンから前記点火時期の遅角量の候補値を算出するタスクと、当該算出した組み合わせパターンの内から実際の機関回転数および機関負荷の組み合わせパターンに最も近いものを選出するタスクと、当該選出した組み合わせパターンに対応する前記候補値を前記点火時期の遅角量として採用するタスクとを備え、
前記プロセッサにおいて、前記候補値の算出タスクを前記ｎ個のコアによって並列処理するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、実際の機関回転数および機関負荷の組み合わせパターンの確定前に点火時期の遅角量の候補値をｎ個のコアによって並列計算できるので、この組み合わせパターンの確定直後から点火時期の遅角制御を実行可能となる。従って、加速開始後短時間で車両振動を減衰させることが可能となる。

実施の形態の制御装置の構成の概略を示す図である。 実施の形態における加速時点火時期遅角制御を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態において制御装置１００が実行する加速時点火時期遅角制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態の内燃機関の制御装置について図を用いながら説明する。

本実施の形態の制御装置は、マルチコアタイプのプロセッサを用いて自動車用エンジンの制御に係るアクチュエータ（スロットル、点火装置、可変バルブタイミング装置、インジェクタ、ウエストゲートバルブ等）の制御目標値を並列計算する機能を備えている。図１は、本実施の形態の制御装置の構成の概略を示す図である。制御装置１００には、エンジンに備えられる複数のセンサから当該エンジンの運転状態や運転環境に関する各種の情報が入力される。制御装置１００はそれらの情報に基づいて各アクチュエータに指示する制御目標値を計算する。

図１に示すように、制御装置１００は複数のコア１０２を備えている。コア１０２の数は少なくとも１６個である。各コア１０２は、ＣＰＵ１０４とキャッシュ１０６とを備えている。ローカルメモリ１０８には、ＣＰＵ１０４で実行される各種のプログラムとそのプログラムの実行時に使用される各種のデータが記憶されている。コア１０２同士はバス１１０で接続されている。バス１１０を経由してコア１０２間での通信が行われる。図示は省略するが、バス１１０にはコア間で共有されるキャッシュも接続されている。

図２は、本実施の形態における加速時点火時期遅角制御を説明するためのタイミングチャートである。なお、点火時期の遅角制御は、エンジンの運転条件に基づいて決定した基本点火時期を遅角するための制御である。基本点火時期の決定手法は公知であるため、その説明は省略する。

図２に示すように、時刻ｔ_１において自動車の運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセルペダル開度ＰＡが増加し、この増加に伴いスロットル開度ＴＡも増加する。時刻ｔ_２において、差分Ｄｉｆｆ＿ＴＡが閾値（設定値）を超えると、加速時点火時期遅角量算出実行フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｃａｌがＯＮとされる。差分Ｄｉｆｆ＿ＴＡは、時刻ｔ_２におけるスロットル開度ＴＡと、時刻ｔ_２の所定時間前（例えば０．５秒前）のスロットル開度ＴＡとの差から算出される。

加速時点火時期遅角量算出実行フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｃａｌがＯＮとされると、点火時期の遅角量ＳＡａｃが計算される。点火時期の遅角量ＳＡａｃは、次式（１）によって表される。
ＳＡａｃ＝ｆ（ΔＴＱ＿ｔａｒｇｅｔ，Ｎｅ＿ＳＡａｃ，ＫＬ＿ＳＡａｃ，ΔＫＬ＿ＳＡａｃ，ＴＨＷ） ・・・（１）
式（１）において、ＳＡａｃは目標トルクの増加量であり、アクセルペダル開度ＰＡの変化率ΔＰＡに基づいて算出される。Ｎｅ＿ＳＡａｃは遅角量ＳＡａｃ算出用のエンジン回転数である。ＫＬ＿ＳＡａｃおよびΔＫＬ＿ＳＡａｃは、遅角量ＳＡａｃ算出用のエンジン負荷率およびその変化率である。ＴＨＷはエンジン冷却水温度である。

本実施の形態において、点火時期の遅角量ＳＡａｃは、時刻ｔ_２におけるエンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮと、同時刻ｔ_２におけるエンジン負荷率ＫＬの変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮとに基づいて推定される。点火時期の遅角量ＳＡａｃの推定は、具体的に、式（２）〜（５）で表されるエンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃの予測値と、式（６）〜（９）で表される変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃの予測値との組み合わせ（Ｎｅ＿ＳＡａｃ_１〜４，ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_１〜４）を、それぞれ式（１）に適用することにより行われる。
Ｎｅ＿ＳＡａｃ_１＝Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ−１００ｒｐｍ ・・・（２）
Ｎｅ＿ＳＡａｃ_２＝Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ ・・・（３）
Ｎｅ＿ＳＡａｃ_３＝Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ＋１００ｒｐｍ ・・・（４）
Ｎｅ＿ＳＡａｃ_４＝Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ＋２００ｒｐｍ ・・・（５）
ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_１＝ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ−１０％ ・・・（６）
ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_２＝ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ ・・・（７）
ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_３＝ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ＋１０％ ・・・（８）
ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_４＝ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ＋２０％ ・・・（９）

（Ｎｅ＿ＳＡａｃ_１〜４，ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_１〜４）の組み合わせは合計１６通りである。本実施の形態では、これらの組み合わせを１６個のコア１０２に割り当てて計算する。これにより、点火時期の遅角量ＳＡａｃの候補値ＳＡａｃ＿ｐｒ_１,・・・,ＳＡａｃ＿ｐｒ_１６が並列計算される。１６個のコア１０２で並列計算することで、１コア当りの演算負荷を低減できるので、エンジンの爆発間隔以内（例えば４気筒エンジンであれば、エンジン回転数３０００ｒｐｍで１０ｍ秒以内）に候補値ＳＡａｃ＿ｐｒ_１,・・・,ＳＡａｃ＿ｐｒ_１６の全てを計算できる。なお、エンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮは、クランク角度センサの出力を用いて計算される。変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮは、時刻ｔ_２におけるエンジン負荷率ＫＬと、時刻ｔ_２の所定時間前（例えば０．５秒前）におけるエンジン負荷率ＫＬとを用いて計算される。

時刻ｔ_３においてエンジン負荷率ＫＬが閾値ＫＬ＿ＳＡａｃを超えると、加速時点火時期遅角量算出実行フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｃａｌがＯＦＦとされ、加速時点火時期遅角実行フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｅｘｅがＯＮとされる。この時刻ｔ_３におけるクランク角度センサの出力からエンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃが計算される。同時刻ｔ_３におけるエンジン負荷率ＫＬと、時刻ｔ_２におけるエンジン負荷率ＫＬとを用いて変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃが計算される。

その後、上記予測値の組み合わせ（Ｎｅ＿ＳＡａｃ_１〜４，ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_１〜４）の内から今回計算したエンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ、変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃと条件が最も近いものを選出する（或いは補間により選出するものを求める）。そして、選出した予測値に基づいて事前に算出した遅角量ＳＡａｃを基本点火時期の補正値として採用する。

本来、加速時点火時期遅角実行フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｅｘｅがＯＮとされたタイミング、即ち時刻ｔ_３においてエンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ、変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃの値が確定するので、確定したこれらの値を式（１）に適用して遅角量ＳＡａｃを算出する。この点、本実施の形態においては、エンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ、変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃが確定する前に、上記予測値の組み合わせ（Ｎｅ＿ＳＡａｃ_１〜４，ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_１〜４）から遅角量ＳＡａｃの候補値ＳＡａｃ＿ｐｒ_１〜ＳＡａｃ＿ｐｒ_１６を計算しているので、エンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ、変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃの確定直後から点火時期の遅角制御を実行できる。従って、より早いタイミングから車両加速時のショックや車両前後振動の抑制を図ることが可能となる。

図２の下方に、特許文献１に開示された従来の点火時期の遅角制御を示す。特許文献１では、加速度の極大値と極小値を把握する必要があるため、時刻ｔ_４までは点火時期の遅角量ＳＡａｃの計算を開始することができない。また、遅角量ＳＡａｃの計算に時間を要するため実際に点火時期が遅角されるのは時刻ｔ_５以降となる。この点、本実施の形態によれば、時刻ｔ_３直後から点火時期を遅角できる。即ち、時刻ｔ_５−時刻ｔ_３の時間差だけ早く遅角制御を開始できる。

図３は、本実施の形態において制御装置１００が実行する加速時点火時期遅角制御ルーチンを示すフローチャートである。

図３に示すように、制御装置１００は先ず、車両が走行中であるか否かを判定する（ステップ１００）。具体的には、車速が５ｋｍ／ｈ以上であるか否かが判定される。車速は例えば車両搭載のセンサから取得される。車速が５ｋｍ／ｈ未満であると判定された場合、制御装置１００はルーチンを終了する。

ステップ１００において、車速が５ｋｍ／ｈ以上であると判定された場合、制御装置１００は車両加速中であるか否かを判定する（ステップ１１０）。具体的には、差分Ｄｉｆｆ＿ＴＡが閾値以上であるか否かが判定される。なお、差分Ｄｉｆｆ＿ＴＡの算出手法は既述のとおりである。差分Ｄｉｆｆ＿ＴＡが閾値未満であると判定された場合、制御装置１００はルーチンを終了する。

ステップ１１０において、差分Ｄｉｆｆ＿ＴＡが閾値以上であると判定された場合、制御装置１００は加速時点火時期遅角量算出実行フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｃａｌをＯＮとする（ステップ１２０）。これにより、エンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮとエンジン負荷率ＫＬの変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮが計算され、その後、エンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃの予測値と、エンジン負荷率ＫＬの変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃの予測値との組み合わせ（Ｎｅ＿ＳＡａｃ_１〜４，ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_１〜４）に対応する点火時期の遅角量ＳＡａｃの候補値ＳＡａｃ＿ｐｒ_１,・・・,ＳＡａｃ＿ｐｒ_１６が計算される。なお、エンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ＿ＯＮ、エンジン負荷率ＫＬの変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃ＿ＯＮおよび候補値ＳＡａｃ＿ｐｒ_１,・・・,ＳＡａｃ＿ｐｒ_１６の計算手法は、既述のとおりである。

続いて、制御装置１００は、エンジン負荷率ＫＬが閾値ＫＬ＿ＳＡａｃ以上であるか否かを判定する（ステップ１３０）。エンジン負荷率ＫＬが閾値ＫＬ＿ＳＡａｃ未満であると判定された場合、制御装置１００はルーチンを終了する。

ステップ１３０において、エンジン負荷率ＫＬが閾値ＫＬ＿ＳＡａｃ以上であると判定された場合、制御装置１００は加速時点火時期遅角量フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｃａｌをＯＦＦとし、加速時点火時期遅角実行フラグＦｌａｇ＿ＳＡａｃ＿ｅｘｅをＯＮとする（ステップ１４０）。これにより、ステップ１２０で計算した組み合わせ（Ｎｅ＿ＳＡａｃ_１〜４，ΔＫＬ＿ＳＡａｃ_１〜４）のうちから、本ステップの処理時に計算されたエンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ、変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃと条件が最も近いものを選出する。そして、選出した予測値に基づいて事前に算出した遅角量ＳＡａｃを基本点火時期の補正値として採用する。その後、ＳＡａｃを減衰して遅角制御を終了する。

以上、図３に示したルーチンによれば、車両加速の検出後の早期のタイミングから点火時期の遅角制御を実行することができるので、車両加速時のショックや車両前後振動の抑制を図ることができる。

ところで、上記実施の形態においては、コア１０２の数を少なくとも１６個としたが、コア１０２の数の下限値は１６個に限られない。即ち、エンジン回転数Ｎｅ＿ＳＡａｃ，エンジン負荷率ＫＬの変化率ΔＫＬ＿ＳＡａｃの予測値の組み合わせの数と、コア１０２の数の下限値を同数（但し、コア１０２の数は２以上）とする限りにおいて、上記実施の形態は各種の変形が可能である。

１００ 制御装置
１０２ コア
１０４ ＣＰＵ
１０６ キャッシュ
１０８ ローカルメモリ
１１０ バス

Claims (1)

1. 車両の駆動源として搭載した内燃機関の点火時期を制御する制御装置であって、
   前記制御装置は、少なくともｎ個（ｎ≧２）のコアを有し前記点火時期の補正に関する複数の演算タスクを処理するマルチコアタイプのプロセッサを備え、
   前記演算タスクは、前記車両の加速を検出したタイミングにおける機関回転数および機関負荷を基準に予測した当該機関回転数および機関負荷の将来値の組み合わせパターンをｎ個算出するタスクと、当該算出した組み合わせパターンから前記点火時期の遅角量の候補値を算出するタスクと、当該算出した組み合わせパターンの内から実際の機関回転数および機関負荷の組み合わせパターンに最も近いものを選出するタスクと、当該選出した組み合わせパターンに対応する前記候補値を前記点火時期の遅角量として採用するタスクとを備え、
   前記プロセッサにおいて、前記候補値の算出タスクを前記ｎ個のコアによって並列処理するように構成したことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。

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