JP4301323B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特開２０００−９７０７３号公報には、内燃機関の制御装置において、目標トルクの変化に対するスロットル開度の変化が大きい領域における、目標トルクの微動に対するスロットルバルブの過大な反応を防止するための技術が開示されている。この装置では、上記領域以外では目標トルクに基づいてスロットル開度を算出し、上記領域内ではアクセル開度に基づいてスロットル開度を算出することとされている。

特開２０００−９７０７３号公報

しかしながら、目標トルクは、アクセル開度に基づく運転者の要求から出力されるだけではなく、車両運動制御などからも出力される。上記従来の技術は、その車両運動制御等の、運転者以外からの要求に対応することができないという問題がある。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の要求トルクから算出したスロットル開度に基づいてスロットルバルブを制御する場合に、スロットルバルブの過大な反応を防止することの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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関に対し、個々の目的に基づいてそれぞれ要求トルクを出力する複数の要求トルク出力手段と、
前記複数の要求トルク出力手段からの要求トルクを集約した集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が基準値より大きいか否かを判定する感度判定手段と、
前記感度が前記基準値より大きいと判定された場合に、複数の前記要求トルクのうち、最も振動的である要求トルクをスロットル開度に変換した第１の要求スロットル開度と、それ以外の要求トルクを集約した要求トルクをスロットル開度に変換した第２の要求スロットル開度とを集約することにより、スロットル開度を算出するスロットル開度算出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関に対し、個々の目的に基づいてそれぞれ要求トルクを出力する複数の要求トルク出力手段と、
前記複数の要求トルク出力手段からの要求トルクを集約した集約後要求トルクに基づいてスロットル開度を算出するスロットル開度算出手段と、
前記集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が基準値より大きいか否かを判定する感度判定手段と、
前記感度が前記基準値より大きいと判定された場合に、機関回転数が、前記感度が前記基準値より小さい領域へ移行するように、機関回転数を変化させる機関回転数変更手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記機関回転数変更手段は、前記集約後要求トルクを割り増し補正することにより、機関回転数を変化させることを特徴とする。

また、第４の発明は、第２の発明において、
前記機関回転数変更手段は、補機負荷を変化させることにより、機関回転数を変化させることを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関に対して出される複数の要求トルクに基づいてスロットル開度を算出する場合において、複数の要求トルクを集約した集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が大きいか否かを判定することができる。そして、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が大きいと判定された場合には、最も振動的である要求トルクのみをスロットル開度に変換した第１の要求スロットル開度と、それ以外の要求トルクを集約した要求トルクをスロットル開度に変換した第２の要求スロットル開度とを集約することにより、最終的なスロットル開度を算出することができる。これにより、集約後要求トルクをそのままスロットル開度に変換する場合と比べ、スロットル開度の変動が過大になるのを防止することができる。よって、スロットルバルブが過大に反応（作動）することを確実に防止することができるので、スロットルバルブの耐久性を向上し、故障等を防止することができる。

第２の発明によれば、内燃機関に対して出される複数の要求トルクに基づいてスロットル開度を算出する場合において、複数の要求トルクを集約した集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が大きいか否かを判定することができる。そして、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が大きいと判定された場合には、機関回転数を変化させることにより、その感度が小さい領域へと移行させることができる。このため、スロットルバルブが過大に反応（作動）することを確実に防止することができるので、スロットルバルブの耐久性を向上し、故障等を防止することができる。

第３の発明によれば、集約後要求トルクを割り増し補正することにより、機関回転数を迅速かつ確実に変化させることができるので、スロットルバルブの過大な反応をより確実に防止することができる。

第４の発明によれば、補機負荷を変化させることにより、機関回転数を迅速かつ確実に変化させることができるので、スロットルバルブの過大な反応をより確実に防止することができる。

実施の形態１．
[システム構成の説明]
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関システムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、車両に搭載された内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットルバルブ２０の開度（以下、「スロットル開度」と称する）を検出するスロットルポジションセンサ２２が設けられている。また、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒２６が配置されている。

内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ２８と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ３０と、吸気弁３２と、排気弁３６とが更に設けられている。なお、本発明は、図示のようなポート噴射式機関に限らず、筒内直接噴射式機関や、ポート噴射と筒内直接噴射とを併用する機関にも適用可能である。

内燃機関１０のクランク軸２４の近傍には、クランク軸２４の回転角度（クランク角）を検出するためのクランク角センサ４２が設けられている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ４４が設置されている。

また、本システムは、エンジンＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。エンジンＥＣＵ（以下単に「ＥＣＵ」と称する）５０には、上述したスロットルポジションセンサ２２、クランク角センサ４２、アクセルポジションセンサ４４等の各種センサや、上述したスロットルバルブ２０、燃料インジェクタ２８、点火プラグ３０等の各種アクチュエータがそれぞれ電気的に接続されている。

本システムは、更に、車両のアンチロックブレーキシステムを制御するＡＢＳ−ＥＣＵ５２と、車両安定性制御システム（Vehicle Stability Control）を制御するＶＳＣ−ＥＣＵ５４とを備えている。

［実施の形態１の特徴］
本実施形態では、内燃機関１０に対し、複数の要求トルクが出される。この要求トルクとしては、例えば、アクセル開度に基づいて算出される運転者からの要求トルク、補機類を駆動するために要求される補機類駆動要求トルク、ＡＢＳ−ＥＣＵ５２から出力されるＡＢＳ要求トルク、ＶＳＣ−ＥＣＵ５４から出力されるＶＳＣ要求トルクなどが挙げられる。そして、ＥＣＵ５０は、それら複数の要求トルクに基づいて、スロットルバルブ２０に対するスロットル開度指示値（以下単に「スロットル開度」と称する）を算出する。以下、本実施形態のスロットル開度算出方法について説明する前に、本実施形態の作用効果を分かり易くするため、比較例のスロットル開度算出方法について説明する。

（比較例のスロットル開度算出方法）
図２は、比較例のスロットル開度算出方法を説明するための図である。図２（ａ）に示すように、ここでは、要求トルクＡ，Ｂ，Ｃの三つがあるものとする。このうち、要求トルクＡは、要求トルクＢ，Ｃと比べ、振動（微小な変動）を繰り返している。

図２（ｂ）は、要求トルクＡ，Ｂ，Ｃを集約した（例えば足し合わせた）要求トルク（以下「Ａ，Ｂ，Ｃ集約要求トルク」と称する）を示している。このＡ，Ｂ，Ｃ集約要求トルクは、要求トルクＡの振動に起因して、振動している。

内燃機関１０では、エンジン回転数とスロットル開度とに応じて、トルクが定まる。ＥＣＵ５０には、その関係を表すマップ（以下「トルク−スロットル開度マップ」と称する）が記憶されている。図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃ集約要求トルクを、そのトルク−スロットル開度マップに基づいて変換して算出されるスロットル開度を示す。

一般に、内燃機関１０では、スロットルバルブ２０が全開（WOT:Wide Open Throttle）に近い領域（以下「ＷＯＴ領域」と称する）では、トルクの変化に対するスロットル開度の変化が比較的大きくなるという性質がある。このため、図２（ｃ）に示すように、ＷＯＴ領域においては、Ａ，Ｂ，Ｃ集約要求トルクの振動に伴うスロットル開度の変動が過度に大きくなってしまう。このため、このような比較例の手法でスロットル開度を算出すると、ＷＯＴ領域でスロットルバルブ２０が過度に反応して急激な作動を繰り返し易くなる。その結果、スロットルバルブ２０に負担がかかり、故障の原因になるなどの弊害を生ずる。

（本実施形態のスロットル開度算出方法）
上記のような不都合を回避するため、本実施形態では、次のようにしてスロットル開度を算出することとした。図３は、本実施形態のスロットル開度算出方法を説明するための図である。本実施形態では、図３（ａ）に示す要求トルクＡ，Ｂ，Ｃがある場合に、まず、そのうちで最も振動的に変化している要求トルクＡのみを、トルク−スロットル開度マップに基づいてスロットル開度に変換する（図３（ｃ））。

次いで、最も振動的である要求トルクＡ以外の、要求トルクＢ，Ｃを集約した（例えば足し合わせた）要求トルク（以下「Ｂ，Ｃ集約要求トルク」と称する）を算出する（図３（ｂ））。続いて、このＢ，Ｃ集約要求トルクを、トルク−スロットル開度マップに基づいてスロットル開度に変換する（図３（ｃ））。

そして、上記のようにして得られた、要求トルクＡを満足する要求スロットル開度と、Ｂ，Ｃ集約要求トルクを満足する要求スロットル開度とを集約する（例えば足し合わせる）ことにより、最終的なスロットル開度を算出する（図３（ｄ））。以上説明した図３に示す場合の信号の流れをまとめると、図４のようになる。

以上説明した本実施形態の方法によれば、図３（ｃ）に示すように、要求トルクＡを満足するスロットル開度は、感度の敏感なＷＯＴ領域ではないため、変動が過大となることはない。よって、要求トルクＡを満足するスロットル開度と、Ｂ，Ｃ集約要求トルクを満足する要求スロットル開度とを集約して算出される、最終的なスロットル開度も、その変動が過大となることはない。このようにして、本実施形態の手法によれば、スロットル開度の変動が過大になることを確実に防止することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０に出されている複数の要求トルクが集約（例えば足し合わせ）される（ステップ１００）。

次いで、上記ステップ１００で算出された集約後の要求トルク（以下「集約後要求トルク」と称する）に基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いか否かが判定される（ステップ１０２）。このステップ１０２では、例えば、前述したトルク−スロットル開度マップにおいて、集約後要求トルクが所定のＷＯＴ領域にある場合には、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いと判定される。あるいは、集約後要求トルクの微小変化ΔTrqと、集約後要求トルクをトルク−スロットル開度マップに基づいて試験的に変換して算出されるスロットル開度の微小変化ΔTAとから、ΔTA/ΔTrqを算出し、ΔTA/ΔTrqが所定の閾値を超えている場合には、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いと判定される。

上記ステップ１０２で、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高くないと判定された場合には、集約後要求トルクをそのままスロットル開度に変換しても、スロットル開度の変動が過大となることはないと判断できる。そこで、この場合には、トルク−スロットル開度マップに基づいて、集約後要求トルクがスロットル開度に変換される（ステップ１０４）。

一方、上記ステップ１０２で、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いと判定された場合には、まず、複数の要求トルクのうち、振動的に変化している要求トルクのみが、トルク−スロットル開度マップに基づいて、スロットル開度に変換される（ステップ１０６）。

続いて、上記ステップ１０６で選択された振動的な要求トルク以外の要求トルクが集約されるとともに、その集約された要求トルクが、トルク−スロットル開度マップに基づいて、スロットル開度に変換される（ステップ１０８）。そして、上記ステップ１０６で算出された要求スロットル開度と、上記ステップ１０８で算出された要求スロットル開度とを集約することにより、最終的なスロットル開度が算出される（ステップ１１０）。

以上説明した本実施形態によれば、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高い領域であっても、スロットル開度の変動が過大（急激）になることを確実に防止することができる。このため、スロットルバルブ２０の耐久性を向上し、故障を防止することができる。

上述した実施の形態１においては、ＡＢＳ−ＥＣＵ５２およびＶＳＣ−ＥＣＵ５４が前記第１の発明における「要求トルク出力手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、アクセル開度に基づいて運転者からの要求トルクを算出すること、および、補機類の作動状態に基づいて駆動要求トルクを算出することにより前記第１の発明における「要求トルク出力手段」が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「感度判定手段」が、上記ステップ１０６〜１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「スロットル開度算出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示す実施の形態１と同様のシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより、実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
図６は、トルク−スロットル開度マップを示す図である。この図に示すように、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度は、エンジン回転数によっても変化する。すなわち、スロットル開度が大きく、かつエンジン回転数が低い領域では、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いが、同じくスロットル開度の大きい領域であっても、エンジン回転数が高くなるほど、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度は低くなっていく。

そこで、本実施形態では、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高い領域であった場合には、エンジン回転数を変化（上昇）させることにより、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高くない領域へ移行させることとした。

なお、エンジン回転数を変化させる方法としては、下記の二つの方法の何れかを選択することとした。
（１）補機を駆動するための負荷を軽減させることにより、エンジン回転数を上昇させる。
（２）集約後要求トルクを割り増しさせて、エンジン回転数を上昇させる。

［実施の形態２における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０に出されている複数の要求トルクが集約される（ステップ１２０）。次いで、上記ステップ１２０で算出された集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いか否かが判定される（ステップ１２２）。この処理は、前述した実施の形態１のステップ１０２の処理と同様である。

上記ステップ１２２で、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高いと判定された場合には、次に、現在の状態が燃費優先モードであるか否かが判別される（ステップ１２４）。本実施形態において、ＥＣＵ５０は、運転者の操作、あるいは車両の状態等に応じて、所定の場合に、燃費性能を特に優先する燃費優先モードで内燃機関１０を運転する。ステップ１２４で、その燃費優先モードであると判別された場合には、補機類のうちの一部または全部がオフされる（ステップ１２６）。

一方、上記ステップ１２４で、燃費優先モードではないと判別された場合には、上記ステップ１２０で算出された集約後要求トルクTrq_rqが、下記式により補正される（ステップ１２８）。
Trq_rq＝Trq_rq＋ΔTrq ・・・（１）

上記（１）式によれば、上記ステップ１２０で算出された集約後要求トルクTrq_rqに、補正分ΔTrqが加算されることにより、集約後要求トルクが割り増しされる。

上記ステップ１２６あるいは１２８の処理の後、集約後要求トルクが、トルク−スロットル開度マップに基づいて、スロットル開度に変換される（ステップ１３０）。このとき、上記ステップ１２６の処理が実行されている場合には、補機を駆動するために消費されるトルクが軽減されるので、エンジントルクに余裕が生じ、エンジン回転数が上昇する。一方、上記ステップ１２８の処理が実行されている場合には、集約後要求トルクが割り増しされているので、エンジントルクに余裕が生じ、エンジン回転数が上昇する。このため、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が大きい領域から、そうではない領域へと迅速に移行するので、スロットル開度の変動が過大になることを確実に防止することができる。

また、図７に示すルーチンの処理によれば、燃費優先モードのときには、補機駆動負荷を軽減することにより、燃料消費量を増加させることなく、エンジン回転数を上昇させることができる。このため、燃費の悪化を防止することができる。

なお、上記ステップ１２２で、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が高くないと判定された場合には、集約後要求トルクをそのままスロットル開度に変換しても、スロットル開度の変動が過大となることはないと判断できる。そこで、この場合には、トルク−スロットル開度マップに基づいて、集約後要求トルクがそのままスロットル開度に変換される（ステップ１３０）。

なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２０および１３０の処理を実行することにより前記第２の発明における「スロットル開度算出手段」が、上記ステップ１２２の処理を実行することにより前記第２の発明における「感度判定手段」が、上記ステップ１２４，１２６，１２８の処理を実行することにより前記第２の発明における「機関回転数変更手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 比較例のスロットル開度算出方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１のスロットル開度算出方法を説明するための図である。 図３に示すスロットル開度算出方法における信号の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 トルク−スロットル開度マップを示す図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２６ 触媒
３２ 吸気弁
３６ 排気弁
５０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関に対し、個々の目的に基づいてそれぞれ要求トルクを出力する複数の要求トルク出力手段と、
   前記複数の要求トルク出力手段からの要求トルクを集約した集約後要求トルクに基づいて、トルク変化に対するスロットル開度変化の感度が基準値より大きいか否かを判定する感度判定手段と、
   前記感度が前記基準値より大きいと判定された場合に、複数の前記要求トルクのうち、最も振動的である要求トルクをスロットル開度に変換した第１の要求スロットル開度と、それ以外の要求トルクを集約した要求トルクをスロットル開度に変換した第２の要求スロットル開度とを集約することにより、スロットル開度を算出するスロットル開度算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images