JP2018162738A

JP2018162738A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2018162738A
Application number: JP2017060800A
Authority: JP
Inventors: 梓戸田; Azusa Toda; 航介渡邉; Kosuke Watanabe; 雅樹岩越; Masaki Iwakoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-10-18

Abstract

【課題】制御切替時にスロットル開度が急変しないようにしながら、不感帯が生じないようにすることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵは、内燃機関に対して要求される要求トルクとスロットル開度との関係を示す第１マップを用いて要求トルクに基づくスロットル開度制御を実行するとともに、アクセル開度とスロットル開度との関係を示す第２マップを用いてアクセル開度に基づくスロットル開度制御を実行するように構成されており、要求トルクに基づくスロットル開度制御からアクセル開度に基づくスロットル開度制御に切り替えるようになっている。そして、ＥＣＵは、制御切替時にスロットル開度が急変しないように第２マップに対して第１補正を行うとともに、不感帯が生じないように第１補正後の第２マップに対して第２補正を行うように構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関のスロットル開度を制御する内燃機関の制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の内燃機関の制御装置は、内燃機関に対して要求される要求トルクに基づくスロットル開度制御と、アクセル開度に基づくスロットル開度制御とを切替可能に構成されている。そして、この内燃機関の制御装置では、要求トルクに基づくスロットル開度制御からアクセル開度に基づくスロットル開度制御に切り替える際に、アクセル開度に基づくスロットル開度制御の際に用いるマップを補正するように構成されている。これにより、制御切替時に、スロットル開度が急変しないので、トルク段差を適切に抑制することが可能である。

特開２００８−３８８６７号公報

しかしながら、特許文献１の内燃機関の制御装置では、補正後のマップにおいて、アクセル開度が変化してもスロットル開度が変化しない不感帯が生じる場合がある。このような不感帯では、アクセルペダルが踏み増されてもトルクが増加されないので、運転者に違和感を与えるおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、制御切替時にスロットル開度が急変しないようにしながら、不感帯が生じないようにすることが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関のスロットル開度を制御するものであり、内燃機関に対して要求される要求トルクとスロットル開度との関係を示す第１マップに基づいてスロットル開度を算出する第１算出手段と、アクセル開度とスロットル開度との関係を示す第２マップに基づいてスロットル開度を算出する第２算出手段と、第１算出手段によるスロットル開度の算出から第２算出手段によるスロットル開度の算出に切り替える切替手段と、切替手段により切り替えられる際に、スロットル開度が急変しないように、第２マップに対して第１補正を行う第１補正手段と、アクセル開度が変化してもスロットル開度が変化しない不感帯が生じないように、第１補正後の第２マップに対して第２補正を行う第２補正手段とを備える。

なお、第１補正では、たとえば、第１マップの切替時のスロットル開度に第１補正後の第２マップの切替時のスロットル開度が一致するように、第２マップの特性（傾き）を一定にしたまま、第２マップが移動される。また、第２補正では、たとえば、不感帯が生じないようにするとともに、第２マップの特性が変化するのを抑制するために、第１補正後の第２マップが二次曲線に補正される。

このように、第２マップに対して第１補正および第２補正を行うことにより、制御切替時にスロットル開度が急変しないようにしながら、不感帯が生じないようにすることができる。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、制御切替時にスロットル開度が急変しないようにしながら、不感帯が生じないようにすることができる。

本発明の一実施形態によるＥＣＵによって制御される内燃機関の一例を示した概略構成図である。図１のＥＣＵの構成を示したブロック図である。第２マップに対する第１補正の一例を説明するためのグラフである。第１補正後の第２マップに対する第２補正の一例を説明するためのグラフである。本実施形態のＥＣＵによるスロットルバルブの開閉制御の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では、内燃機関の制御装置の一例であるＥＣＵに本発明を適用した場合について説明する。

まず、図１〜図４を参照して、車両走行用の駆動力源である内燃機関１と、内燃機関１を制御するＥＣＵ１００とについて説明する。

−内燃機関−
内燃機関１は、たとえば、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンであって、図１に示すように、燃焼室１ａを形成するピストン１ｂと、出力軸であるクランクシャフト１５とを備えている。ピストン１ｂはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｂの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

クランクシャフト１５には、外周面に複数の突起（歯）１７ａを有するシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ３６が配置されている。クランクポジションセンサ３６は、たとえば、電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

内燃機関１の燃焼室１ａには点火プラグ２２が配置されている。点火プラグ２２の点火時期はイグナイタ２３によって調整される。

内燃機関１のシリンダブロック１ｃには、水温センサ３１およびノックセンサ３２が配置されている。水温センサ３１は冷却水の温度を検出するセンサであり、ノックセンサ３２は内燃機関１の振動を検出するセンサである。

内燃機関１の燃焼室１ａには吸気通路１１および排気通路１２が接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ａとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３および排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの各回転によって行われる。

内燃機関１の吸気通路１１には、エアクリーナ２６、熱線式のエアフロメータ３３、エアフロメータ３３に内蔵された吸気温センサ３４、および、内燃機関１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ２４などが配置されている。スロットルバルブ２４はスロットルモータ２５によって駆動される。スロットルバルブ２４の開度（スロットル開度）はスロットル開度センサ３７によって検出される。内燃機関１の排気通路１２には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ３５や三元触媒２７などが配置されている。

そして、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）２１が配置されている。インジェクタ２１には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となって内燃機関１の燃焼室１ａに導入される。燃焼室１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ２２にて点火されて燃焼する。この混合気の燃焼室１ａ内での燃焼によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。以上の内燃機関１の運転状態はＥＣＵ１００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、内燃機関１の運転制御などを行うように構成されている。具体的には、ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、バックアップＲＡＭ１０４と、入力インターフェース１０５と、出力インターフェース１０６とを含んでいる。なお、ＥＣＵ１００は、本発明の「第１算出手段」、「第２算出手段」、「切替手段」、「第１補正手段」および「第２補正手段」の一例であり、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２に記憶されたプログラムを実行することによりこれらが実現される。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１による演算結果や各種センサの検出結果などを一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、イグニッションをオフする際に保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。

入力インターフェース１０５には、水温センサ３１、ノックセンサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、Ｏ₂センサ３５、クランクポジションセンサ３６、スロットル開度センサ３７、および、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３８などが接続されている。出力インターフェース１０６には、インジェクタ２１、イグナイタ２３およびスロットルモータ２５などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、各種センサの検出結果などに基づいて、スロットル開度（吸入空気量）、燃料噴射量および点火時期などを制御することにより、内燃機関１の運転状態を制御可能に構成されている。

ここで、本実施形態のＥＣＵ１００は、スロットルバルブ２４の開閉制御として、内燃機関１に対して要求される要求トルクに基づく制御とアクセル開度に基づく制御とを実行可能に構成されており、要求トルクに基づく制御とアクセル開度に基づく制御とを切り替え可能に構成されている。要求トルクに基づく制御では、内燃機関１に対して要求される要求トルクとスロットル開度との関係を示す第１マップに基づいてスロットル開度が算出される。一方、アクセル開度に基づく制御では、アクセル開度とスロットル開度との関係を示す第２マップに基づいてスロットル開度が算出される。すなわち、要求トルクに基づく制御では、第１マップを用いて要求トルクからスロットル開度が導出され、アクセル開度に基づく制御では、第２マップを用いてアクセル開度からスロットル開度が導出される。

要求トルクに基づく制御で用いられる第１マップでは、高負荷領域において、要求トルクの変化に対するスロットル開度の変化が大きくなる。これは、内燃機関１の特性などに起因するものである。これに対して、アクセル開度に基づく制御で用いられる第２マップでは、高負荷領域においても、アクセル開度の変化に対するスロットル開度の変化が一定である。

そこで、ＥＣＵ１００は、図３に示すように、制御切替点に到達するまでは第１マップを用いて要求トルクに基づく制御を行い、制御切替点を通過した後は第２マップを用いてアクセル開度に基づく制御を行うように構成されている。これにより、高負荷領域でスロットル開度の変化量が大きくなりすぎるのを抑制することが可能である。

しかしながら、制御切替時に、第２マップをそのまま用いた場合には、スロットル開度が急変してトルク段差が発生する場合がある。具体的に、図３の例では、制御切替点において第１マップから第２マップに切り替えられると、第１マップの制御切替時のスロットル開度Ｔｈｓｗから、第２マップの制御切替時のスロットル開度Ｔｈｉに急低下することとなる。

このため、ＥＣＵ１００は、制御切替時にスロットル開度が急変しないように、第２マップに対して第１補正を行うように構成されている。この第１補正では、たとえば、図３の白抜き矢印で示すように、第１マップの制御切替時のスロットル開度Ｔｈｓｗに第１補正後の第２マップの制御切替時のスロットル開度が一致するように、第２マップの傾きを一定にしたまま、第２マップが上側に平行に移動（シフト）される。なお、第１補正前の第２マップでは、アクセル開度に比例してスロットル開度が上昇しており、アクセル開度が最大値の場合にスロットル開度が最大値になる。このため、第１補正後の第２マップでは、アクセル開度が最大値になる前にスロットル開度が最大値に到達するため、アクセル開度が変化してもスロットル開度が変化しない不感帯ＤＺが生じる。このような不感帯ＤＺでは、アクセルペダルが踏み増されてもトルクが増加されないので、運転者に違和感を与えるおそれがある。

そこで、図４に示すように、ＥＣＵ１００は、不感帯が生じないように、第１補正後の第２マップに対して第２補正を行うように構成されている。この第２補正では、たとえば、不感帯が生じないようにするとともに、第２マップの特性が変化するのを抑制するために、第１補正後の第２マップが二次曲線に補正される。この二次曲線は、以下の式（１）で表される。

ｆ（Acc）＝ａ・Acc²＋ｂ・Acc＋ｃ・・・（１）
なお、式（１）において、ｆ（Acc）は、スロットル開度であり、Accは、アクセル開度である。ａ、ｂおよびｃは、係数である。この係数ａ、ｂおよびｃは、図４の点Ｐ１、Ｐ２およびＰ３から導き出すことが可能である。なお、点Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、第１補正後の第２マップ上の点である。点Ｐ１は、第１補正後の第２マップにおける制御切替点であり、点Ｐ２は、第１補正後の第２マップにおけるスロットル開度が最大値に到達した点であり、点Ｐ３は、第１補正後の第２マップにおけるスロットル開度およびアクセル開度が最大値になる点である。

具体的には、上記式（１）に点Ｐ１を代入すると以下の式（２）になる。

ｆ（Accsw）＝ａ・Accsw²＋ｂ・Accsw＋ｃ＝Thsw ・・・（２）
また、上記式（１）に点Ｐ３を代入すると以下の式（３）になる。

ｆ（Accmax）＝ａ・Accmax²＋ｂ・Accmax＋ｃ＝Thmax ・・・（３）
さらに、第２マップの特性が変化するのを抑制するために、式（１）における点Ｐ１での傾きを、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線の傾きｋとすると、以下の式（４）が成立する。

ｆ´（Accsw）＝２ａ・Accsw＋ｂ＝ｋ・・・（４）
なお、傾きｋは以下の式（５）により算出される。

ｋ＝（Thmax-Thsw）／（Acci-Accsw）・・・（５）
したがって、上記した式（１）における係数ａ、ｂおよびｃが式（２）〜（５）により一意に求められるため、式（１）で表される二次曲線からなる第２補正後の第２マップを導き出すことが可能である。

−スロットルバルブの開閉制御−
次に、図１〜図５を参照して、スロットルバルブ２４の開閉制御について説明する。なお、以下のフローは所定の時間間隔毎に繰り返し行われる。また、以下の各ステップはＥＣＵ１００により実行される。

まず、図５のステップＳＴ１において、内燃機関１（図１参照）に対する要求トルクが算出される。この要求トルクは、たとえば、アクセル開度およびエンジン回転速度などに基づいて算出される。

次に、ステップＳＴ２において、要求トルクに基づくスロットル開度制御から、アクセル開度に基づくスロットル開度制御に切り替えられるか否かが判断される。たとえば、要求トルクに基づく制御で用いられる第１マップにおいて、要求トルクの変化に対するスロットル開度の変化が所定値以上になった場合（第１マップの傾きが所定値以上の場合）に、制御切替点に到達したと判断され、アクセル開度に基づく制御に切り替えられる。そして、アクセル開度に基づく制御に切り替えられないと判断された場合には、ステップＳＴ３に移る。その一方、アクセル開度に基づく制御に切り替えられると判断された場合には、ステップＳＴ４に移る。

次に、ステップＳＴ３では、第１マップを用いてスロットル開度が算出される。すなわち、要求トルクに基づいてスロットル開度が制御される。その後、ステップＳＴ７に移る。

また、ステップＳＴ４において、制御切替時にスロットル開度が急変しないように、第２マップに対して第１補正が行われる。すなわち、図３に示すように、第２マップの傾きを一定にしたまま、第２マップが上側に平行に移動（シフト）される。このため、第１補正後の第２マップでは、不感帯ＤＺが発生している。

次に、ステップＳＴ５において、第１補正で生じた不感帯ＤＺを解消するために、第１補正後の第２マップに対して第２補正が行われる。すなわち、図４に示すように、第１補正後の第２マップが近似する二次曲線に補正される。この二次曲線では、第２マップの特性が変化するのを抑制するために、第２補正後の第２マップにおける点Ｐ１の傾きが、第１補正後の第２マップにおける点Ｐ１の傾きと同じに設定される。具体的には、第２補正後の第２マップは、上記した式（１）により表される。

次に、ステップＳＴ６では、第２補正後の第２マップを用いてスロットル開度が算出される。すなわち、アクセル開度に基づいてスロットル開度が制御される。その後、ステップＳＴ７に移る。

そして、ステップＳＴ７において、ステップＳＴ３またはＳＴ６で算出されたスロットル開度（目標スロットル開度）になるように、スロットルバルブ２４がスロットルモータ２５（図２参照）によって駆動される。

なお、ＥＣＵ１００によりステップＳＴ３が実行されることによって本発明の「第１算出手段」が実現され、ＥＣＵ１００によりステップＳＴ６が実行されることによって本発明の「第２算出手段」が実現され、ＥＣＵ１００によりステップＳＴ２が実行されることによって本発明の「切替手段」が実現される。また、ＥＣＵ１００によりステップＳＴ４が実行されることによって本発明の「第１補正手段」が実現され、ＥＣＵ１００によりステップＳＴ５が実行されることによって本発明の「第２補正手段」が実現される。

−効果−
本実施形態では、上記のように、第２マップに対して第１補正を行うことによって、制御切替時にスロットル開度が急変しないようにすることができる。また、第１補正後の第２マップに対して第２補正を行うことによって、第２マップの特性が変化するのを抑制しながら、不感帯が生じないようにすることができる。したがって、運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、３つの点Ｐ１、Ｐ２およびＰ３を用いて二次曲線を導出する例を示したが、これに限らず、その他の手法を用いて第１補正後の第２マップと近似する二次曲線を導出するようにしてもよい。

本発明は、内燃機関のスロットル開度を制御する内燃機関の制御装置に利用可能である。

１内燃機関
２４スロットルバルブ
２５スロットルモータ
３７スロットル開度センサ
３８アクセル開度センサ
１００ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims

内燃機関のスロットル開度を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関に対して要求される要求トルクとスロットル開度との関係を示す第１マップに基づいてスロットル開度を算出する第１算出手段と、
アクセル開度とスロットル開度との関係を示す第２マップに基づいてスロットル開度を算出する第２算出手段と、
前記第１算出手段によるスロットル開度の算出から前記第２算出手段によるスロットル開度の算出に切り替える切替手段と、
前記切替手段により切り替えられる際に、スロットル開度が急変しないように、第２マップに対して第１補正を行う第１補正手段と、
アクセル開度が変化してもスロットル開度が変化しない不感帯が生じないように、第１補正後の第２マップに対して第２補正を行う第２補正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。