JP2017096142A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標トルクに応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段を有するエンジンを、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するように制御することができるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】エンジンの制御装置は、アクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき基本目標トルクを決定する基本目標トルク決定部５１と、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づきトルク低減量を決定するトルク低減量決定部５３と、基本目標トルクとトルク低減量とに基づき最終目標トルクを決定する最終目標トルク決定部５５と、エンジンの燃焼室に導入された実空気量を推定するエンジン制御部５９とを有し、エンジン制御部は、最終目標トルクをエンジンに出力させるための目標空気量を決定し、その目標空気量を実現するように吸入空気量を制御し、目標空気量に対して実空気量が過剰になるほど点火プラグ１４による点火時期を遅角させる。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、目標トルクに応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段と、点火装置による点火時期を制御する点火時期制御手段とを有するエンジンを、車両の運転状態に基づき制御するエンジンの制御装置に関する。

従来、スリップ等により車両の挙動が不安定になった場合に安全方向に車両の挙動を制御するもの（横滑り防止装置等）が知られている。具体的には、車両のコーナリング時等に、車両にアンダーステアやオーバーステアの挙動が生じたことを検出し、それらを抑制するように車輪に適切な減速度を付与するようにしたものが知られている。

一方、上述したような車両の挙動が不安定になるような走行状態における安全性向上のための制御とは異なり、通常の走行状態にある車両のコーナリング時におけるドライバによる一連の操作（ブレーキング、ステアリングの切り込み、加速、及び、ステアリングの戻し等）が自然で安定したものとなるように、コーナリング時に減速度を調整して操舵輪である前輪に加わる荷重を調整するようにした車両運動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

更に、ドライバのステアリング操作に対応するヨーレート関連量（例えばヨー加速度）に応じて車両の駆動力を低減させることにより、ドライバがステアリング操作を開始したときに減速度を迅速に車両に生じさせ、十分な荷重を操舵輪である前輪に迅速に加えるようにした車両用挙動制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この車両用挙動制御装置によれば、ステアリング操作の開始時に荷重を前輪に迅速に加えることにより、前輪と路面との間の摩擦力が増加し、前輪のコーナリングフォースが増大するので、カーブ進入初期における車両の回頭性が向上し、ステアリングの切り込み操作に対する応答性が向上する。これにより、ドライバが意図したとおりの車両挙動を実現する。

特開２０１１−８８５７６号公報 特開２０１４−１６６０１４号公報

ところで、ガソリンエンジンを搭載した車両において、エンジンを制御する制御装置は、車両の運転状態（例えばドライバにアクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリング等の各種操作や、車速、気温、気圧、道路勾配、路面μ等の走行環境等）に基づいて目標トルクを決定し、その目標トルクを実現するための目標空気量がエンジンに導入されるようにスロットルバルブや可変吸気バルブ機構の制御を行うと共に、目標空気量に対応する噴射量の燃料が噴射されるように、燃料噴射弁の制御を行う。

このようなエンジンの制御装置において、上述した特許文献２に記載の車両用挙動制御装置により、ドライバのステアリング操作に応じて車両に減速度を生じさせるために目標トルクを瞬間的に変化させた場合、その目標トルクの変化を実現するようにスロットルバルブや可変吸気バルブ機構の制御が行われることになる。即ち、エンジンの制御装置は、目標トルクの変化に応じてエンジンに導入される空気量を変化させるようにスロットルバルブや可変吸気バルブ機構を制御する。
しかしながら、目標トルクの変化に対応するスロットルバルブや可変吸気バルブ機構の制御が気筒内の空気量に反映されるまでには比較的大きい応答遅れが発生するので、目標トルクの変化に対して実際の出力トルクの変化に遅れが生じ、減速度を十分迅速に車両に生じさせることができないことがある。この場合、ステアリングの切り込み操作に対する車両挙動の応答性を十分に向上させることができず、ドライバが意図したとおりの車両挙動を実現することができない。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、目標トルクに応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段を有するエンジンを、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するように制御することができる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの制御装置は、目標トルクに応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段と、点火装置による点火時期を制御する点火時期制御手段とを有するエンジンを、車両の運転状態に基づき制御するエンジンの制御装置であって、アクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき基本目標トルクを決定する基本目標トルク決定手段と、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づきトルク低減量を決定するトルク低減量決定手段と、基本目標トルクとトルク低減量とに基づき最終目標トルクを決定する最終目標トルク決定手段と、エンジンの燃焼室に導入された実空気量を推定する実空気量推定手段とを有し、空気量制御手段は、最終目標トルクをエンジンに出力させるための目標空気量を決定し、その目標空気量を実現するように吸入空気量を制御し、点火時期制御手段は、目標空気量に対して実空気量推定手段により推定された実空気量が過剰になるほど、点火装置による点火時期を遅角させることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、空気量制御手段は、最終目標トルクをエンジンに出力させるための目標空気量を実現するように吸入空気量を制御し、点火時期制御手段は、目標空気量に対して実空気量が過剰になるほど、点火装置による点火時期を遅角させるので、最終目標トルクの低下に応じて目標空気量が低下した場合、実空気量の応答遅れに起因して目標空気量に対して実空気量が過剰となり、実空気量の減少分だけでは最終目標トルクの低下を実現できない場合でも、点火時期の遅角化により出力トルクを低下させることができ、これにより、トルク低減量の変化に応じた最終目標トルクの低下を実現することができる。従って、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に対して高い応答性でトルク低減量を得られるようにエンジンを制御して、荷重を迅速に前輪に加えることができ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現することができる。

また、本発明において、好ましくは、点火時期制御手段は、トルク低減量が０より大きい場合、実空気量とそのときのエンジン回転数とを含むエンジンの運転状態の下で最終目標トルクを実現するための点火時期に点火が行われるように点火装置を制御し、トルク低減量が０である場合、実空気量とそのときのエンジン回転数とを含むエンジンの運転状態について予め設定された基本点火時期に点火が行われるように点火装置を制御する。
このように構成された本発明においては、点火時期制御手段は、トルク低減量が０より大きい場合、即ちアクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に応じたトルク低減要求がある場合にのみ、実空気量とそのときのエンジン回転数とを含むエンジンの運転状態の下で最終目標トルクを実現するように点火時期を遅角させ、トルク低減量が０である場合、即ちアクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に応じたトルク低減要求がない場合には、実空気量の条件下で燃焼効率に優れた基本点火時期に点火を行うことができ、これにより、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現しつつ、点火時期の遅角化による燃費悪化を最小限に抑えることができる。

また、本発明において、好ましくは、トルク低減量決定手段は、車両のステアリング操作に応じてトルク低減量を決定する。
このように構成された本発明においては、ステアリング操作に基づき決定されたトルク低減量の時間変化を最終目標トルクの時間変化に反映することができ、これにより、ドライバのステアリング操作に応じた減速度を車両に迅速に付加して荷重を前輪に加え、コーナリングフォースを迅速に増大させることによりステアリング操作に対する応答性を向上させることができ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するようにエンジンを制御することができる。

本発明によるエンジンの制御装置によれば、目標トルクに応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段を有するエンジンを、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するように制御することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置がエンジンを制御するエンジン制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置がトルク低減量を決定するトルク低減量決定処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が決定する目標付加減速度と操舵速度との関係を示したマップである。 種々の空気量及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火進角マップである。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を搭載した車両が旋回を行う場合における、エンジンの制御装置によるエンジン制御に関するパラメータの時間変化を示す線図であり、図７（ａ）は右旋回を行う車両を概略的に示す平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示したように右旋回を行う車両の操舵角の変化を示す線図、図７（ｃ）は図７（ｂ）に示したように右旋回を行う車両の操舵速度の変化を示す線図、図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示した操舵速度に基づき決定された付加減速度の変化を示す線図、図７（ｅ）は図７（ｄ）に示した付加減速度に基づいて決定されたトルク低減量の変化を示す線図、図７（ｆ）はトルク変化フィルタによる平滑化前後の基本目標トルクの変化を示す線図、図７（ｇ）は基本目標トルクとトルク低減量とに基づき決定された最終目標トルクの変化を示す線図、図７（ｈ）は最終目標トルクに基づき決定された目標空気量と実際の空気量との変化を示す線図、図７（ｉ）は最終目標トルクと実際の空気量とに基づき決定されたトルク低減点火時期を、基本点火時期を基準として表した線図、図７（ｊ）は（ｈ）及び（ｉ）に示したように吸入空気量と点火時期の制御を行った場合に車両に発生するヨーレート（実ヨーレート）の変化と、トルク低減量決定部が決定したトルク低減量に基づく空気量、点火時期の制御を行わなかった場合の実ヨーレートの変化とを示す線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。

まず、図１及び図２により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、エンジンシステム１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１と、この吸気通路１から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁１３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン１０（具体的にはガソリンエンジン）と、このエンジン１０内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路２５と、エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ３０〜３９と、エンジンシステム１００全体を制御するＰＣＭ５０（エンジンの制御装置）とを有する。

吸気通路１には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気の量（吸入空気量）を調整するスロットルバルブ５と、エンジン１０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク７と、が設けられている。

エンジン１０は、主に、吸気通路１から供給された吸気を燃焼室１１内に導入する吸気バルブ１２と、燃焼室１１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１３と、燃焼室１１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ１４と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン１５と、ピストン１５の往復運動により回転されるクランクシャフト１６と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路２５へ排出する排気バルブ１７と、を有する。

また、エンジン１０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７のそれぞれの動作タイミング（バルブの位相に相当する）を、可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing Mechanism）としての可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９によって可変に構成されている。可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９としては、公知の種々の形式を適用可能であるが、例えば電磁式又は油圧式に構成された機構を用いて、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを変化させることができる。

排気通路２５には、主に、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する排気浄化触媒２６ａ、２６ｂが設けられている。以下では、排気浄化触媒２６ａ、２６ｂを区別しないで用いる場合には、単に「排気浄化触媒２６」と表記する。

また、エンジンシステム１００には、当該エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ３０〜３９が設けられている。これらセンサ３０〜３９は、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ３０は、アクセルペダルの開度（ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する）であるアクセル開度を検出する。エアフローセンサ３１は、吸気通路１を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。スロットル開度センサ３２は、スロットルバルブ５の開度であるスロットル開度を検出する。圧力センサ３３は、エンジン１０に供給される吸気の圧力に相当するインマニ圧（インテークマニホールドの圧力）を検出する。クランク角センサ３４は、クランクシャフト１６におけるクランク角を検出する。水温センサ３５は、エンジン１０を冷却する冷却水の温度である水温を検出する。温度センサ３６は、エンジン１０の気筒内の温度である筒内温度を検出する。カム角センサ３７、３８は、それぞれ、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の閉弁時期を含む動作タイミングを検出する。車速センサ３９は、車両の速度（車速）を検出する。操舵角センサ４０は、ステアリングホイールの回転角度を検出する。これらの各種センサ３０〜４０は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１３０〜Ｓ１４０をＰＣＭ５０に出力する。

ＰＣＭ５０は、上述した各種センサ３０〜４０から入力された検出信号Ｓ１３０〜Ｓ１４０に基づいて、エンジンシステム１００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、図２に示すように、ＰＣＭ５０は、スロットルバルブ５に制御信号Ｓ１０５を供給して、スロットルバルブ５の開閉時期やスロットル開度を制御し、燃料噴射弁１３に制御信号Ｓ１１３を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ１４に制御信号Ｓ１１４を供給して、点火時期を制御し、可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９のそれぞれに制御信号Ｓ１１８、Ｓ１１９を供給して、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを制御する。

また、ＰＣＭ５０には、追従走行制御装置６０（車速制御装置）から、自車両を先行車両に追従走行させるための目標加減速度に対応する制御信号Ｓ１６０が入力される。具体的には、追従走行制御装置６０は、車両の前方を走行する先行車両との車間距離を、例えばミリ波レーダや近赤外線レーザレーダにより検出し、先行車両との車間距離を予め設定された設定車間距離に保つように車速を制御するための目標加減速度を設定する。また、先行車両がいない場合には、自車両の車速を予め設定された設定車速に保つために必要な目標加減速度を設定する。そして、設定した目標加減速度の制御信号Ｓ１６０をＰＣＭ５０に出力する。

また、ＰＣＭ５０は、アクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき基本目標トルクを決定する基本目標トルク決定部５１と、アクセルペダルの操作を含まない車両の運転状態に基づきトルク低減量を決定するトルク低減量決定部５３と、基本目標トルクとトルク低減量とに基づき最終目標トルクを決定する最終目標トルク決定部５５と、最終目標トルクの時間変化を平滑化するトルク変化フィルタ５７と、最終目標トルクを出力させるようにエンジン１０を制御するエンジン制御部５９と、を有する。
これらのＰＣＭ５０の各構成要素は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

次に、図３乃至図６により、エンジンの制御装置が行う処理について説明する。
図３は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置がエンジン１０を制御するエンジン制御処理のフローチャートであり、図４は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置がトルク低減量を決定するトルク低減量決定処理のフローチャートであり、図５は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が決定する目標付加減速度と操舵速度との関係を示したマップであり、図６は、種々の空気量及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火進角マップである。

図３のエンジン制御処理は、車両のイグニッションがオンにされ、エンジンの制御装置に電源が投入された場合に起動され、繰り返し実行される。
エンジン制御処理が開始されると、図３に示すように、ステップＳ１において、ＰＣＭ５０は車両の運転状態を取得する。具体的には、ＰＣＭ５０は、アクセル開度センサ３０が検出したアクセル開度、車速センサ３９が検出した車速、操舵角センサ４０が検出した操舵角、車両の変速機に現在設定されているギヤ段等を含む、上述した各種センサ３０〜４０が出力した検出信号Ｓ１３０〜Ｓ１４０、及び、追従走行制御装置６０が出力した目標加減速度の制御信号１６０等を運転状態として取得する。

次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ５０の基本目標トルク決定部５１は、ステップＳ１において取得されたアクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、基本目標トルク決定部５１は、追従走行制御装置６０による追従走行制御が行われていない場合には、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して現在のアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。また、追従走行制御装置６０による追従走行制御が行われている場合には、追従走行制御装置６０から入力された制御信号１６０により指定された目標加減速度を、目標加速度として決定する。

次に、ステップＳ３において、基本目標トルク決定部５１は、ステップＳ２において決定した目標加速度を実現するためのエンジン１０の基本目標トルクを決定する。この場合、基本目標トルク決定部５１は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジン１０が出力可能なトルクの範囲内で、基本目標トルクを決定する。

次に、ステップＳ４において、トルク変化フィルタ５７は、ステップＳ３において決定された基本目標トルクの時間変化を平滑化する。この平滑化の具体的な手法としては、既知の各種手法（例えば、基本目標トルクの変化率を閾値以下に制限することや、基本目標トルクの時間変化の移動平均を算出すること等）を用いることができる。

また、ステップＳ２〜Ｓ４の処理と並行して、ステップＳ５において、トルク低減量決定部５３は、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づきトルク低減量を決定するためのトルク低減量決定処理を実行する。このトルク低減量決定処理について、図４を参照して説明する。

図４に示すように、トルク低減量決定処理が開始されると、ステップＳ２１において、トルク低減量決定部５３は、ステップＳ１において取得した操舵角の絶対値が増大中か否かを判定する。その結果、操舵角の絶対値が増大中である場合、ステップＳ２２に進み、トルク低減量決定部５３は、ステップＳ１において取得した操舵角に基づき操舵速度を算出する。

次に、ステップＳ２３において、トルク低減量決定部５３は、操舵速度の絶対値が減少しているか否かを判定する。
その結果、操舵速度の絶対値が減少していない場合、即ち操舵速度の絶対値が増大している又は操舵速度の絶対値が変化していない場合、ステップＳ２４に進み、トルク低減量決定部５３は、操舵速度に基づき目標付加減速度を取得する。この目標付加減速度は、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するために、ステアリング操作に応じて車両に付加すべき減速度である。

具体的には、トルク低減量決定部５３は、図５のマップに示した目標付加減速度と操舵速度との関係に基づき、ステップＳ２２において算出した操舵速度に対応する目標付加減速度を取得する。
図５における横軸は操舵速度を示し、縦軸は目標付加減速度を示す。図５に示すように、操舵速度が閾値Ｔ_S（例えば１０ｄｅｇ／ｓ）未満の場合、対応する目標付加減速度は０である。即ち、操舵速度が閾値Ｔ_S未満の場合には、ステアリング操作に応じて車両に減速度を付加する制御が行われない。
一方、操舵速度が閾値Ｔ_S以上の場合には、操舵速度が増大するに従って、この操舵速度に対応する目標付加減速度は、所定の上限値Ｄ_max（例えば１ｍ／ｓ²）に漸近する。即ち、操舵速度が増大するほど目標付加減速度は増大し、且つ、その増大量の増加割合は小さくなる。

次に、ステップＳ２５において、トルク低減量決定部５３は、付加減速度の増大率が閾値Ｒｍａｘ（例えば０．５ｍ／ｓ³）以下となる範囲で今回の処理における付加減速度を決定する。
具体的には、トルク低減量決定部５３は、前回の処理において決定した付加減速度から今回の処理のステップＳ２４において決定した目標付加減速度への増大率がＲｍａｘ以下である場合、ステップＳ２４において決定した目標付加減速度を今回の処理における付加減速度として決定する。
一方、前回の処理において決定した付加減速度から今回の処理のステップＳ２４において決定した目標付加減速度への変化率がＲｍａｘより大きい場合、トルク低減量決定部５３は、前回の処理において決定した付加減速度から今回の処理時まで増大率Ｒｍａｘにより増大させた値を今回の処理における付加減速度として決定する。

また、ステップＳ２３において、操舵速度の絶対値が減少している場合、ステップＳ２６に進み、トルク低減量決定部５３は、前回の処理において決定した付加減速度を今回の処理における付加減速度として決定する。即ち、操舵速度の絶対値が減少している場合、操舵速度の最大時における付加減速度（即ち付加減速度の最大値）が保持される。

また、ステップＳ２１において、操舵角の絶対値が増大中ではない（一定又は減少中である）場合、ステップＳ２７に進み、トルク低減量決定部５３は、前回の処理において決定した付加減速度を今回の処理において減少させる量（減速度減少量）を取得する。この減速度減少量は、例えば、予めメモリ等に記憶されている一定の減少率（例えば０．３ｍ／ｓ³）に基づき算出される。あるいは、ステップＳ１において取得された車両の運転状態やステップＳ２２において算出した操舵速度に応じて決定された減少率に基づき算出される。

そして、ステップＳ２８において、トルク低減量決定部５３は、前回の処理において決定した付加減速度からステップＳ２７において取得した減速度減少量を減算することにより、今回の処理における付加減速度を決定する。

ステップＳ２５、Ｓ２６、又はＳ２８の後、ステップＳ２９において、トルク低減量決定部５３は、ステップＳ２５、Ｓ２６、又はＳ２８において決定した今回の付加減速度に基づき、トルク低減量を決定する。具体的には、トルク低減量決定部５３は、今回の付加減速度を実現するために必要となるトルク低減量を、ステップＳ１において取得された現在の車速、ギヤ段、路面勾配等に基づき決定する。このステップＳ２９の後、トルク低減量決定部５３はトルク低減量決定処理を終了し、メインルーチンに戻る。

図３に戻り、ステップＳ２〜Ｓ４の処理及びステップＳ５のトルク低減量決定処理を行った後、ステップＳ６において、最終目標トルク決定部５５は、ステップＳ４において平滑化を行った後の基本目標トルクから、ステップＳ５のトルク低減量決定処理において決定したトルク低減量を減算することにより、最終目標トルクを決定する。

次に、ステップＳ７において、エンジン制御部５９は、ステップＳ６において決定した最終目標トルクをエンジン１０により出力させるための目標空気量及び目標当量比を決定する。ここで、「空気量」とは、エンジン１０の燃焼室１１内に導入される空気の量である。なお、この空気量を無次元化した充填効率を用いてもよい。
具体的には、エンジン制御部５９は、最終目標トルクにフリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを加味した目標図示トルクを算出し、この目標図示トルクを発生させるために必要な目標発生熱量を算出し、この目標発生熱量と目標当量比とに基づき、目標空気量を決定する。

次に、ステップＳ８において、エンジン制御部５９は、ステップＳ７において決定した目標空気量の空気がエンジン１０に導入されるように、エアフローセンサ３１が検出した空気量を考慮して、スロットルバルブ５の開度と、可変吸気バルブ機構１８を介した吸気バルブ１２の開閉時期とを決定する。

次に、ステップＳ９において、エンジン制御部５９は、ステップＳ８において設定したスロットル開度及び吸気バルブ１２の開閉時期に基づき、スロットルバルブ５及び可変吸気バルブ機構１８を制御するとともに、ステップＳ７において決定した目標当量比と、エアフローセンサ３１の検出信号Ｓ１３１等に基づき推定した実空気量とに基づき燃料噴射弁１３を制御する。

次に、ステップＳ１０において、エンジン制御部５９は、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づくトルク低減の要求の有無を判定する。具体的には、エンジン制御部５９は、ステップＳ５のトルク低減量決定処理において決定されたトルク低減量が０より大きい場合、トルク低減の要求があると判定する。

その結果、トルク低減の要求がある場合、ステップＳ１１に進み、エンジン制御部５９は、ステップＳ６において決定した最終目標トルクと、ステップＳ９におけるスロットルバルブ５及び可変吸気バルブ機構１８の制御により実際に燃焼室１１に導入された実空気量とに基づき、最終目標トルクをエンジン１０により出力させるためのトルク低減点火時期を決定する。
具体的には、エンジン制御部５９は、エアフローセンサ３１の検出信号Ｓ１３１等に基づき、実空気量を推定する。そして、種々の空気量及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火進角マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、推定した実空気量及びエンジン回転数に対応する点火進角マップを選択し、選択した点火進角マップを参照して、ステップＳ７において算出した目標図示トルクに対応する点火時期をトルク低減点火時期として決定する。
図６に示すように、点火進角マップは、横軸を点火時期、縦軸を図示トルクとした場合、点火時期がＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）であるときの図示トルクを極大値として、点火時期が進角又は遅角するほど図示トルクが減少するような上に凸の曲線で表される。
トルク低減要求に対応した目標空気量の減少に対して、実空気量の応答が遅れ、実空気量が目標空気量に対して過剰になっている場合、実空気量に対応する点火進角マップのＭＢＴ_Rにおける図示トルク（図６において実線により示す）は、目標空気量に対応する点火進角マップのＭＢＴ_Sにおける図示トルク（図６において点線により示す）よりも大きい。言い換えると、実空気量に対応する点火進角マップの目標図示トルクＴｒに対応する点火時期Ｉｇ_R（即ちトルク低減点火時期）は、目標空気量に対応する点火進角マップの目標図示トルクＴｒに対応する点火時期Ｉｇ_Sに対して遅角している。トルク低減点火時期は、目標空気量に対して実空気量が過剰になるほど遅角側にシフトする。

次に、ステップＳ１２において、エンジン制御部５９は、ステップＳ１１において決定したトルク低減点火時期に点火が行われるように、点火プラグ１４を制御する。

また、ステップＳ１０において、トルク低減の要求がない場合、ステップＳ１３に進み、エンジン制御部５９は、ステップＳ９におけるスロットルバルブ５及び可変吸気バルブ機構１８の制御により実際に燃焼室１１に導入された実空気量に対応する最も燃焼効率の良い点火時期（基本点火時期）に点火が行われるように、点火プラグ１４を制御する。
具体的には、エンジン制御部５９は、実空気量及びエンジン回転数に対応する点火進角マップのＭＢＴと、実空気量及びエンジン回転数に対応するノック限界点火時期の内、遅角側の点火時期を基本点火時期として設定し、点火プラグ１４を制御する。
ステップＳ１２又はＳ１３の後、ＰＣＭ５０は、エンジン制御処理を終了する。

次に、図７により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用を説明する。図７は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を搭載した車両が旋回を行う場合における、エンジンの制御装置によるエンジン制御に関するパラメータの時間変化を示す線図である。

図７（ａ）は、右旋回を行う車両を概略的に示す平面図である。この図７（ａ）に示すように、車両は、位置Ａから右旋回を開始し、位置Ｂから位置Ｃまで操舵角一定で右旋回を継続する。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したように右旋回を行う車両の操舵角の変化を示す線図である。図７（ｂ）における横軸は時間を示し、縦軸は操舵角を示す。
この図７（ｂ）に示すように、位置Ａにおいて右向きの操舵が開始され、ステアリングの切り足し操作が行われることにより右向きの操舵角が徐々に増大し、位置Ｂにおいて右向きの操舵角が最大となる。その後、位置Ｃまで操舵角が一定に保たれる（操舵保持）。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示したように右旋回を行う車両の操舵速度の変化を示す線図である。図７（ｂ）における横軸は時間を示し、縦軸は操舵速度を示す。
車両の操舵速度は、車両の操舵角の時間微分により表される。即ち、図７（ｃ）に示すように、位置Ａにおいて右向きの操舵が開始された場合、右向きの操舵速度が生じ、位置Ａと位置Ｂとの間において操舵速度がほぼ一定に保たれる。その後、右向きの操舵速度は減少し、位置Ｂにおいて右向きの操舵角が最大になると、操舵速度は０になる。更に、位置Ｂから位置Ｃまで右向きの操舵角が保持される間、操舵速度は０のままである。

図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示した操舵速度に基づき決定された付加減速度の変化を示す線図である。図７（ｄ）における横軸は時間を示し、縦軸は付加減速度を示す。また、図７（ｄ）における実線は、図４のトルク低減量決定処理において決定された付加減速度の変化を示し、一点鎖線は、操舵速度に基づく目標付加減速度の変化を示す。この一点鎖線により示す目標付加減速度は、図７（ｃ）に示した操舵速度の変化と同様に、位置Ａから増大し始め、位置Ａと位置Ｂとの間においてほぼ一定に保たれ、その後減少して位置Ｂにおいて０になる。

図４を参照して説明したように、トルク低減量決定部５３は、ステップＳ２３において操舵速度の絶対値が減少していない場合、即ち操舵速度の絶対値が増大している又は操舵速度の絶対値が変化していない場合、ステップＳ２４において操舵速度に基づき目標付加減速度を取得する。続いて、ステップＳ２５において、トルク低減量決定部５３は、付加減速度の増大率が閾値Ｒｍａｘ以下となる範囲で各処理サイクルにおける付加減速度を決定する。
図７（ｄ）では、位置Ａから増大を開始した目標付加減速度の増大率が閾値Ｒｍａｘを上回っている場合を示している。この場合、トルク低減量決定部５３は、増大率＝Ｒｍａｘとなるように（即ち一点鎖線で示した目標付加減速度よりも緩やかな増大率で）付加減速度を増大させる。また、位置Ａと位置Ｂとの間において目標付加減速度がほぼ一定に保たれている場合、トルク低減量決定部５３は、付加減速度＝目標付加減速度として決定する。

また、上述したように、図４のステップＳ２３において操舵速度の絶対値が減少している場合、トルク低減量決定部５３は、操舵速度の最大時における付加減速度を保持する。図７（ｄ）では、位置Ｂに向かって操舵速度が減少している場合、それに伴って一点鎖線により示す目標付加減速度も減少するが、実線により示す付加減速度は最大値を位置Ｂまで維持する。

更に、上述したように、図４のステップＳ２１において、操舵角の絶対値が一定又は減少中である場合、トルク低減量決定部５３は、ステップＳ２７において減速度減少量を取得し、その減速度減少量により付加減速度を減少させる。図７（ｄ）では、トルク低減量決定部５３は、付加減速度の減少率が徐々に小さくなるように、即ち付加減速度の変化を示す実線の傾きが徐々に緩やかになるように、付加減速度を減少させる。

図７（ｅ）は、図７（ｄ）に示した付加減速度に基づき決定されたトルク低減量の変化を示す線図である。図７（ｅ）における横軸は時間を示し、縦軸はトルク低減量を示す。
上述したように、トルク低減量決定部５３は、付加減速度を実現するために必要となるトルク低減量を、現在の車速、ギヤ段、路面勾配等のパラメータに基づき決定する。従って、これらのパラメータが一定である場合、トルク低減量は、図７（ｄ）に示した付加減速度の変化と同様に変化するように決定される。

図７（ｆ）はトルク変化フィルタ５７による平滑化前後の基本目標トルクの変化を示す線図である。図７（ｆ）における横軸は時間を示し、縦軸はトルクを示す。また、図７（ｆ）における点線はトルク変化フィルタ５７による平滑化前の基本目標トルクを示し、実線はトルク変化フィルタ５７による平滑化後の基本目標トルクを示す。
アクセル開度、車速、ギヤ段等に基づき設定された目標加速度を実現するように決定された基本目標トルクは、図７（ｆ）に点線で示すように、各種の外乱やノイズ等により急峻な変化を含む場合がある。この基本目標トルクをトルク変化フィルタ５７により平滑化することで、図（ｆ）に実線で示すように急峻な変化が抑制され、車両の急激な加減速が抑制されるようになっている。

図７（ｇ）は基本目標トルクとトルク低減量とに基づき決定された最終目標トルクの変化を示す線図である。図７（ｇ）における横軸は時間を示し、縦軸はトルクを示す。また、図７（ｇ）における点線は図７（ｆ）に示した平滑化後の基本目標トルクを示し、実線は最終目標トルクを示す。
図３を参照して説明したように、最終目標トルク決定部５５は、ステップＳ４において平滑化を行った後の基本目標トルクから、ステップＳ５のトルク低減量決定処理において決定したトルク低減量を減算することにより、最終目標トルクを決定する。
つまり、追従走行制御装置６０による追従走行制御が行われている場合において、その追従走行制御装置６０により指定された目標加速度を実現するために基本目標トルクが決定されている場合でも、その基本目標トルクからトルク低減量を減算することにより最終目標トルクが決定されるので、図７（ｇ）に実線で示すように、トルク低減量は追従走行制御の影響を受けることなく、そのまま最終目標トルクに反映される。

図７（ｈ）は最終目標トルクに基づき決定された目標空気量と実空気量との変化を示す線図である。図７（ｈ）における横軸は時間を示し、縦軸は空気量を示す。また、図７（ｈ）における一点鎖線は図７（ｇ）に示した最終目標トルクに対応する目標空気量を示し、実線は最終目標トルクに応じたスロットルバルブ５及び可変吸気バルブ機構１８の制御により実際に燃焼室１１に導入された実空気量を示す。
図７（ｈ）に示すように、目標空気量が最終目標トルクの時間変化に同期して変化するが、目標空気量の変化に対して実空気量の応答に遅れが生じている。即ち、目標空気量が低下するときには実空気量が過剰となり、目標空気量が上昇するときには実空気量が過小となっている。

図７（ｉ）は最終目標トルクと実際の空気量とに基づき決定されたトルク低減点火時期を、基本点火時期を基準として表した線図である。図７（ｉ）における横軸は時間を示し、縦軸は基本点火時期を基準とした点火時期（進角が正、遅角が負）を示す。
図７（ｈ）に示したように、最終目標トルクの低下に応じて目標空気量が低下する場合、実空気量の応答に遅れが生じ、目標空気量に対して実空気量が過剰となるので、実空気量の減少分だけでは最終目標トルクの低下を実現できない。そこで、最終目標トルクと実空気量とに基づいてトルク低減点火時期を基本点火時期よりも遅角側に設定することにより、最終目標トルクの低下を実現するようにしている。

図７（ｊ）は、図７（ｂ）に示したように操舵が行われる車両において、図７（ｇ）に示した最終目標トルクを実現するようにエンジン１０の制御を行った場合に車両に発生するヨーレート（実ヨーレート）の変化と、図７（ｅ）に示したトルク低減量に対応する制御を行わなかった場合（即ち図７（ｇ）に点線で示した平滑化後の基本目標トルクを実現するようにエンジン１０の制御を行った場合）の実ヨーレートの変化とを示す線図である。図７（ｊ）における横軸は時間を示し、縦軸はヨーレートを示す。また、図７（ｊ）における実線は、最終目標トルクを実現するようにエンジン１０の制御を行った場合の実ヨーレートの変化を示し、点線は、トルク低減量に対応する制御を行わなかった場合の実ヨーレートの変化を示す。
位置Ａにおいて右向きの操舵が開始され、右向きの操舵速度が増大するにつれて図７（ｅ）に示したようにトルク低減量を増大させると、車両の操舵輪である前輪の荷重が増加する。その結果、前輪と路面との間の摩擦力が増加し、前輪のコーナリングフォースが増大するため、車両の回頭性が向上する。即ち、図７（ｊ）に示すように、位置Ａと位置Ｂとの間において、トルク低減量に対応する制御を行わなかった場合（点線）よりも、トルク低減量を反映した最終目標トルクを実現するようにエンジン１０の制御を行った場合（実線）の方が、車両に発生する時計回り（ＣＷ）のヨーレートが大きくなる。
また、図７（ｄ）、（ｅ）に示したように、位置Ｂに向かって操舵速度が減少するとき目標付加減速度も減少するが、トルク低減量を最大値のまま維持しているので、操舵の切り込みが継続されている間は前輪に付加した荷重が維持され、車両の回頭性が保たれる。
更に、位置Ｂから位置Ｃにおいて操舵角の絶対値が一定である場合、トルク低減量を滑らかに減少させるので、操舵の切り込みの終了に応じて徐々に前輪に付加した荷重を低減し、前輪のコーナリングフォースを減少させることにより車体を安定させつつ、エンジン１０の出力トルクを回復させる。

次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
上述した実施形態においては、トルク低減量決定部５３は、操舵速度に基づき目標付加減速度を取得し、この目標付加減速度に基づいてトルク低減量を決定すると説明したが、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態（操舵角、ヨーレート、スリップ率等）に基づきトルク低減量を決定するようにしてもよい。
例えば、トルク低減量決定部５３は、操舵角及び車速から算出した目標ヨーレートや、ヨーレートセンサから入力されたヨーレートに基づき、車両に発生させるべき目標ヨー加速度を算出し、その目標ヨー加速度に基づき目標付加減速度を取得して、トルク低減量を決定するようにしてもよい。あるいは、加速度センサにより、車両の旋回に伴って発生する横加速度を検出し、この横加速度に基づきトルク低減量を決定するようにしてもよい。あるいは、トルク低減量決定部５３は、目標付加減速度とは異なる要求（例えば、加減速時のパワートレインの振動を打ち消すために必要なトルク）に基づきトルク低減量を決定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、ＰＣＭ５０には、追従走行制御装置６０から、自車両を先行車両に追従走行させるための目標加減速度に対応する制御信号Ｓ１６０が入力されると説明したが、追従走行制御装置６０による制御信号Ｓ１６０とともに、あるいはこれに代えて、設定車速を保持するようにエンジン１０を制御する車速制御装置による制御信号が入力されるようにしてもよい。この場合においても、基本目標トルクからトルク低減量を減算することにより最終目標トルクが決定されるので、トルク低減量は車速制御の影響を受けることなく、そのまま最終目標トルクに反映される。

次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるエンジンの制御装置の効果を説明する。

まず、エンジン制御部５９は、最終目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標空気量を決定し、その目標空気量を実現するようにスロットルバルブ５及び可変吸気バルブ機構１８を制御し、目標空気量に対して実空気量が過剰になるほど、点火プラグ１４による点火時期を遅角させるので、最終目標トルクの低下に応じて目標空気量が低下した場合、実空気量の応答遅れに起因して目標空気量に対して実空気量が過剰となり、実空気量の減少分だけでは最終目標トルクの低下を実現できない場合でも、点火時期の遅角化により出力トルクを低下させることができ、これにより、トルク低減量の変化に応じた最終目標トルクの低下を実現することができる。従って、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に対して高い応答性でトルク低減量を得られるようにエンジン１０を制御して、荷重を迅速に前輪に加えることができ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現することができる。

特に、エンジン制御部５９は、トルク低減量が０より大きい場合、実空気量とそのときのエンジン回転数とを含むエンジンの運転状態の下で最終目標トルクを実現するための点火時期に点火が行われるように点火装置を制御し、トルク低減量が０である場合、実空気量とそのときのエンジン回転数とを含むエンジンの運転状態について予め設定された基本点火時期に点火が行われるように点火装置を制御するので、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に応じたトルク低減要求がある場合にのみ、最終目標トルクと実空気量とに応じて点火時期を遅角させることができ、これにより、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現しつつ、点火時期の遅角化による燃費悪化を最小限に抑えることができる。

また、トルク低減量決定部５３は、車両のステアリング操作に応じてトルク低減量を決定するので、ステアリング操作に基づき決定されたトルク低減量の時間変化を最終目標トルクの時間変化に反映することができ、これにより、ドライバのステアリング操作に応じた減速度を車両に迅速に付加して荷重を前輪に加え、コーナリングフォースを迅速に増大させることによりステアリング操作に対する応答性を向上させることができ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するようにエンジン１０を制御することができる。

また、最終目標トルク決定部５５は、車両の目標加速度に基づき決定された基本目標トルクと、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づき決定されたトルク低減量とに基づき、最終目標トルクを決定し、エンジン制御部５９は、その最終目標トルクを出力させるようにエンジン１０を制御するので、基本目標トルクがどのような運転操作や制御に基づいて決定されたかに関わらず、トルク低減量の変化を最終目標トルクに反映することができ、これにより、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に対して高い応答性でトルク低減量を得られるようにエンジン１０を制御して、荷重を迅速に前輪に加えることができ、他の駆動力制御と適切に協調しつつ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現することができる。

特に、基本目標トルク決定部５１は、追従走行制御装置６０等の車速制御装置により設定された目標加速度に基づき基本目標トルクを決定するが、最終目標トルク決定部５５は、その基本目標トルクと、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づき決定されたトルク低減量とに基づき、最終目標トルクを決定し、エンジン制御部５９は最終目標トルクを出力させるようにエンジン１０を制御するので、追従走行制御装置６０等により車速制御が行われている場合においても、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現することができる。

１ 吸気通路
５ スロットルバルブ
１０ エンジン
１３ 燃料噴射弁
１４ 点火プラグ
１８ 可変吸気バルブ機構
２５ 排気通路
３０ アクセル開度センサ
３９ 車速センサ
５０ ＰＣＭ
５１ 基本目標トルク決定部
５３ トルク低減量決定部
５５ 最終目標トルク決定部
５７ トルク変化フィルタ
５９ エンジン制御部
６０ 追従走行制御装置
１００ エンジンシステム

Claims (3)

1. 目標トルクに応じて吸入空気量を制御する空気量制御手段と、点火装置による点火時期を制御する点火時期制御手段とを有するエンジンを、車両の運転状態に基づき制御するエンジンの制御装置であって、
   アクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき基本目標トルクを決定する基本目標トルク決定手段と、
   上記アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づきトルク低減量を決定するトルク低減量決定手段と、
   上記基本目標トルクと上記トルク低減量とに基づき最終目標トルクを決定する最終目標トルク決定手段と、
   エンジンの燃焼室に導入された実空気量を推定する実空気量推定手段とを有し、
   上記空気量制御手段は、上記最終目標トルクを上記エンジンに出力させるための目標空気量を決定し、その目標空気量を実現するように吸入空気量を制御し、
   上記点火時期制御手段は、上記目標空気量に対して上記実空気量推定手段により推定された実空気量が過剰になるほど、上記点火装置による点火時期を遅角させることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記点火時期制御手段は、上記トルク低減量が０より大きい場合、上記実空気量とそのときのエンジン回転数とを含むエンジンの運転状態の下で上記最終目標トルクを実現するための点火時期に点火が行われるように上記点火装置を制御し、上記トルク低減量が０である場合、上記実空気量とそのときのエンジン回転数とを含むエンジンの運転状態について予め設定された基本点火時期に点火が行われるように上記点火装置を制御する請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 上記トルク低減量決定手段は、車両のステアリング操作に応じて上記トルク低減量を決定する、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。

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