JP4345747B2 - 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し、特に、駆動力制御を実行するにおいてアイドルオンからアイドルオフへの切り換わり時にトルク段差を発生させることを回避する内燃機関の制御装置に関する。

運転者のアクセルペダル操作とは独立にエンジン出力トルクを制御することが可能なエンジンと自動変速機とを備えた車両において、運転者のアクセルペダル操作量や車両の運転条件等に基づいて算出された正負の目標駆動トルクを、エンジントルクと自動変速機の変速ギヤ比で実現する「駆動力制御」という考え方がある。また、「駆動力要求型」や「駆動力ディマンド型」と呼ばれる制御手法もこれに類する。

たとえば、アイドルオンの状態においては、ＩＳＣ（Idle Speed Control）制御領域のエンジントルクを基準として制御が実行され、アイドルオフの状態においてアクセルペダル開度に依存したエンジントルクを加算して、運転者の駆動力要求を実現する。

特開２００４−１７６６７１号公報（特許文献１）は、アイドル運転からアイドル運転外の運転への移行を、トルク段差および回転の落込みを確実に防止しながら、円滑に行なえる内燃機関の制御装置を開示する。この内燃機関の制御装置は、設定した目標トルクに基づいてトルク制御を行なう制御装置であって、内燃機関の回転数を含む運転状態を検知する運転状態検知手段と、内燃機関のアイドル運転時の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、内燃機関のアイドル運転時の目標トルクを設定するための制御値を、検知された回転数が設定された目標回転数になるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、フィードバック制御された制御値に基づき、アイドル運転時の要求トルクの学習値を算出する学習値算出手段と、アイドル運転以外の運転時の要求トルクを、検知された運転状態に応じて算出する要求トルク算出手段と、算出された要求トルクを学習値を加算することによって補正する要求トルク補正手段と、補正された要求トルクに基づいて、アイドル運転以外の運転時の目標トルクを設定する目標トルク設定手段とを備える。

この内燃機関の制御装置によると、アイドル運転時においては、目標トルクを設定するための制御値を、内燃機関の回転数が目標回転数になるようにフィードバック制御するとともに、フィードバック制御された制御値に基づき、アイドル運転時の要求トルクの学習値を算出する。したがって、そのように算出された学習値は、内燃機関の回転数を目標回転数に維持するのに必要な、すなわちアイドル回転を維持するのに必要なアイドル運転時の正味の要求トルクを表わす。また、内燃機関のアイドル運転以外の運転時には、そのときの運転状態に応じて要求トルクを算出するとともに、算出した要求トルクを学習値を加算することによって補正し、補正された要求トルクに基づいて、アイドル運転以外の運転時の目標トルクを設定する。以上のように、アイドル運転以外の運転時の要求トルクは、運転状態に応じて算出した要求トルクと、アイドル回転の維持に必要な正味の要求トルクを表わす学習値との和として設定される。したがって、アイドル運転外の運転を、アイドル時の正味の要求トルクをベースとして開始することによって、要求トルクの連続性を確保でき、それにより、トルク段差および回転の落込みを確実に防止でき、アイドル運転からアイドル運転外の運転への移行を円滑に行なうことができる。
特開２００４−１７６６７１号公報

ところで、点火装置を備えた内燃機関においては、出力トルクを種々の条件に応じて変化させるために、点火時期が進角または遅角されるように制御される。また、一般に点火時期が異なると点火効率が異なり、アイドル状態（アイドルオン状態）では非アイドル状態（アイドルオフ状態）と比較して、比較的点火効率が低くされることが知られている。このように点火効率を考慮したアイドルオン状態での要求トルクに、アイドルオフ状態の要求トルクを加算して目標トルクが設定される。

アイドルオン状態での点火効率とアイドルオフ状態での点火効率が異なるため、目標トルクから変換した内燃機関の各アクチュエータへの指令値が過度に大きくなったり小さくなったりして、アイドルオン状態からアイドルオフ状態での切り換わり時にトルク段差を生じる可能性がある。

しかしながら、特許文献１においては、このようなアイドルオン時とアイドルオフ時における点火効率の違いに言及していない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アイドルオン状態（ＩＳＣ制御領域）とアクセルペダルを踏んだ状態（アイドルオフ状態であって運転者による駆動力制御領域）との境界部分でトルク段差の発生を回避する、内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、アイドル状態における目標スロットル開度に基づいて、内燃機関のアイドルトルクを算出するためのアイドルトルク算出手段と、アイドルトルク算出手段により算出されたアイドルトルクと要求トルクとに基づいて、内燃機関の目標トルクを設定するための目標トルク設定手段と、目標トルク設定手段により設定された目標トルクに基づいて、非アイドル状態における目標スロットル開度を算出するための目標スロットル開度算出手段とを含む。アイドルトルク算出手段および目標スロットル開度算出手段においては、内燃機関の運転状態に関する共通する物理量を用いて、アイドルトルクおよび非アイドル状態における目標スロットル開度を算出する。

第１の発明によると、目標スロットル開度から内燃機関のアイドルトルクへの変換や、目標トルクから非アイドル状態における目標スロットル開度への変換が、可逆性を有する場合において、内燃機関の運転状態に関する共通する物理量を用いて、アイドルトルクおよび非アイドル状態における目標スロットル開度が算出される。このような内燃機関の運転状態に関する物理量（たとえば、変換におけるパラメータである内燃機関の回転数や点火効率等）を共通化しておくことにより、アイドル状態におけるスロットル開度と、非アイドル状態におけるスロットル開度とを連続的に変化させることができる。スロットル開度が連続的であると内燃機関の出力トルクも連続的になり、トルク段差が生じない。その結果、アイドルオン状態とアクセルペダルを踏んだ状態（駆動力制御領域）との境界部分でトルク段差の発生を回避する、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明の構成に加えて、目標トルクと流体継手の特性とに基づいて、内燃機関の目標回転数を算出するための目標回転数算出手段をさらに含む。物理量は、目標回転数である。

第２の発明によると、内燃機関の回転数は、目標スロットル開度から内燃機関のアイドルトルクへの変換や、目標トルクから非アイドル状態における目標スロットル開度への変換における重要なパラメータである。このような内燃機関の回転数を共通化しておくことにより、アイドル状態におけるスロットル開度と、非アイドル状態におけるスロットル開度とを連続的に変化させることができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、物理量は、点火装置の点火時期に対応した点火効率である。

第３の発明によると、内燃機関の点火効率は、目標スロットル開度から内燃機関のアイドルトルクへの変換や、目標トルクから非アイドル状態における目標スロットル開度への変換における重要なパラメータである。このような内燃機関の点火効率を共通化しておくことにより、アイドル状態におけるスロットル開度と、非アイドル状態におけるスロットル開度とを連続的に変化させることができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３の発明の構成に加えて、点火効率は、非アイドル状態での点火効率である。

第４の発明によると、非アイドル時の点火効率をベースにしてアイドルトルクを算出して、このアイドルトルクに要求トルクを加算して目標トルクを設定する。このため、非アイドル状態におけるトルクを原点として目標トルクを設定できる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置は、第３または第４の発明の構成に加えて、目標トルクと流体継手の特性とに基づいて、内燃機関の目標回転数を算出するための目標回転数算出手段をさらに含む。物理量は、点火効率および目標回転数である。

第５の発明によると、内燃機関の回転数および点火効率は、目標スロットル開度から内燃機関のアイドルトルクへの変換や、目標トルクから非アイドル状態における目標スロットル開度への変換における重要なパラメータである。このような内燃機関の回転数および点火効率を共通化しておくことにより、アイドル状態におけるスロットル開度と、非アイドル状態におけるスロットル開度とを連続的に変化させることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明において、ＮＥはエンジン回転数を示し、ＴＥはエンジントルクを示し、ＴＡはスロットル開度を示し、ＫＬは負荷率を示し、ＰＷは駆動力を示す。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジン制御システムについて説明する。このエンジン制御システムは、エンジン制御部１００と、エンジン制御部１００に対してエンジントルク要求とエンジン回転数とを出力するＰＴＭ（Power Train Manager）制御部２００とから構成される。ＩＳＣ制御領域のエンジントルクを基準としてアクセルペダル開度に依存したトルクを加算して、要求エンジントルクとしている。

本実施の形態においては、ＩＳＣ制御領域のエンジントルクの計算部分と、要求エンジントルクを算出する計算部分とで、共通するエンジン回転数ＮＥおよび点火効率を用いる点が大きな特徴である。このようにすることにより、アイドルオン判定された場合（ＩＳＣ制御領域）とアクセルペダルを踏んだ場合（アイドルオフ状態で運転者による駆動力制御領域）の境界部分で、スロットル開度が連続的にすることができ、トルク段差の発生を回避できる。

ここで、点火効率について説明する。点火効率とは、基本（ベース）点火時期における基本（ベース）点火効率と、現在の点火時期における点火効率の差分を補正するためのパラメータである。点火時期（遅角量）により点火効率は変化する。エンジントルク制御においては基本点火時期（基本点火効率）での負荷率ＫＬ、エンジン回転数ＮＥとエンジントルクＴＥとの関係を用いて、ＫＬ⇔ＴＥ変換を行なう。

基本点火効率時のエンジントルクＴＥ＝ｍａｐ（ＮＥ、ＫＬ）
負荷率ＫＬ＝ｍａｐ（ＮＥ、基本点火効率時のエンジントルクＴＥ）
基本点火時期のエンジントルクＴＥ＝現在の点火時期ＴＥ×基本点火効率／現在の点火効率
により、基本点火時期のエンジントルクＴＥを算出する。

図１に示すように、エンジン制御部１００は、変換ブロック１１０およびその逆変換ブロック１１２と、変換ブロック１２０およびその逆変換ブロック１２２と、変換ブロック１３０およびその逆変換ブロック１３２と、変換ブロック１４０およびその逆変換ブロック１４２と、ＰＷ調停部１５０と、下限ガードブロック１６０と、選択器１７０とを含む。

変換ブロック１１０は、ＩＳＣ制御における目標スロットル開度（ＩＳＣ目標ＴＡ）からＩＳＣ制御における目標負荷率（ＩＳＣ目標ＫＬ）に変換する。逆変換ブロック１１２は、運転者により要求された目標負荷率（目標ＫＬ）を目標スロットル開度（目標ＴＡ）に変換する。これらの変換および逆変換は、エアモデル（エンジン回転数に基づく）を用いて、実行される。これらの変換および逆変換は可逆変換である。

変換ブロック１２０は、ＩＳＣ制御における目標負荷率（ＩＳＣ目標ＫＬ）をＩＳＣ制御における目標エンジントルク（ＩＳＣ目標ＴＥ）に変換する。逆変換ブロック１２２は、運転者により要求された目標エンジントルク（目標ＴＥ）を運転者により要求された目標負荷率（目標ＫＬ）に変換する。これらの変換および逆変換は、エンジン回転数および点火効率を用いて、実行される。これらの変換および逆変換は可逆変換である。

変換ブロック１３０は、ＩＳＣ制御における目標エンジントルク（ＩＳＣ目標ＴＥ）をＩＳＣ制御における目標駆動力（ＩＳＣ目標ＰＷ）に変換する。逆変換ブロック１３２は、運転者により要求された目標駆動力（目標ＰＷ）を運転者により要求された目標エンジントルク（目標ＴＥ）に変換する。これらの変換および逆変換は、エンジン回転数を用いて、実行される。これらの変換および逆変換は可逆変換である。

変換ブロック１４０は、ＩＳＣ制御における目標駆動力（ＩＳＣ目標ＰＷ）をＩＳＣ制御における目標エンジントルク（ＩＳＣ目標ＴＥ）に変換する。

逆変換ブロック１４２は、運転者により要求された目標エンジントルク（目標ＴＥ）を運転者により要求された目標駆動力（目標ＰＷ）に変換する。これらの変換および逆変換は、エンジン回転数を用いて、実行される。これらの変換および逆変換は可逆変換である。

ＰＴＭ制御部２００においては、変換ブロック１４０から出力されたＩＳＣ制御における目標エンジントルク（ＩＳＣ目標ＴＥ）にアクセル依存エンジントルクＴＥが加算される。詳しくは、ＩＳＣ目標ＴＥを原点としてアクセルペダル開度に依存するエンジントルクＴＥを加算する。加算された結果は、ドライバ要求ＴＥ（アイドルオフ時のＴＥ要求）となる。

結合特性ブロック２１０は、現在ＮＴおよびドライバ要求ＴＥから収束する制的バランス点のエンジン回転数ＮＥを計算して、要求ＮＥとする。なお、ＴＥ＝ｍａｐ（ＴＡ、ＮＥ）＝Ｃ・ＮＥ²を満足するエンジン回転数ＮＥである。ここで、Ｃは、トルクコンバータのトルク容量（容量係数）である。

エンジン制御部１００における、下限ガードブロック１６０は、ドライバー要求ＮＥをＩＳＣ目標ＮＥを用いて下限ガードする。エンジン制御で使用するＮＥ要求とする。ＩＳＣ制御においては、目標ＮＥを実現するための目標ＴＡをフィードバックで計算して実現している。

ＰＷ調停部１５０は、駆動力レベルの調停を実行する。ＩＳＣ目標ＰＷ≧ドライバ要求ＰＷのときアイドルオン、ＩＳＣ目標ＰＷ＜ドライバ要求ＰＷのときアイドルオフと判定する。

選択器１７０は、アイドル判定結果（アイドルオン、アイドルオフ）により、ＩＳＣ目標ＴＡ、ドライバ要求ＴＡを切り換える。

図１において、特徴的であるのは、変換ブロック１１０およびその逆変換ブロック１１２と、変換ブロック１２０およびその逆変換ブロック１２２と、変換ブロック１３０およびその逆変換ブロック１３２と、変換ブロック１４０およびその逆変換ブロック１４２とにおいて、エンジン回転数ＮＥを共通化したことと、変換ブロック１２０およびその逆変換ブロック１２２において、点火効率を共通化したことである。

図２に、一般的なエンジンの特性曲線を示す。図２は、横軸をエンジン回転数ＮＥとして、縦軸をエンジントルクＴＥとして、スロットル開度ＴＡをパラメータとしたエンジンの特性を示す。

同じエンジン回転数ＮＥであってもスロットル開度ＴＡが大きいほどエンジンから発生するトルクＴＥは大きくなる。このため、同じエンジントルクＴＥを発生させるエンジン回転数ＮＥは一意に決定されない。図２のように、ＴＥ（１）というエンジントルクに対して、ＮＥ（１）、ＮＥ（２）、ＮＥ（３）という３つのエンジン回転数ＮＥが存在する。

このように、エンジン回転数ＮＥを用いる変換ブロックおよびそれに対応する逆変換ブロック（変換ブロック１１０、逆変換ブロック１１２、変換ブロック１２０、逆変換ブロック１２２、変換ブロック１３０、逆変換ブロック１３２、変換ブロック１４０、逆変換ブロック１４２）において、共通のエンジン回転数ＮＥを用いて、エンジントルクＴＥ等を算出している。

また、変換ブロック１２０およびその逆変換ブロック１２２において、エンジン回転数ＮＥと点火効率を共通化している。

点火効率とエンジン回転数ＮＥとを共通化したことと、エンジントルクＴＥとの関係について説明する。現在の点火時期ＴＥ⇔基本点火時期ＴＥ⇔負荷率ＫＬの変換（変換ブロック１１０、逆変換ブロック１１２、変換ブロック１２０、逆変換ブロック１２２、変換ブロック１３０、逆変換ブロック１３２、変換ブロック１４０、逆変換ブロック１４２）においては、上述したように、エンジン回転数ＮＥと点火効率とが関連する。

負荷率ＫＬ⇔スロットル開度ＴＡの変換は、エアモデルを用いるので、エンジン回転数ＮＥ（ＶＶＴ（Variable Valve Timing)、ＡＣＩＳ（Acoustic Control Induction System）が備えられているときにはそれらも）が関連する。エンジン回転数ＮＥおよび点火効率を共通化すると、現在点火時期ＴＥ⇔スロットル開度ＴＡの関係が共通になる。同一のエンジントルクＴＥ（スロットル開度）を要求すると、同一ＴＡ（エンジントルクＴＥ）が実現される。

このようにすると、アイドルオン／オフでエンジントルクＴＥを連続的に変化させた場合に、スロットル開度ＴＡが連続的に変化するようにできる。このようにエンジン制御部１００においてエンジン回転数と点火効率とを共通化しなければ、アイドルオン／オフの点火時期差に応じたトルク段差が生じる。これは、アイドルオン点火時期（遅角側）＜アイドルオフ点火時期（進角側）であって、このために、アイドルオン点火効率＜アイドルオフ点火効率となるためである。この結果、アイドルオンからアイドルオフに変化したときに発生するエンジントルクＴＥが変化してしまう。

図３を参照して、アイドルオンからアイドルオフに変化した場合のトルク段差の発生の回避について説明する。図３（Ａ）はアクセルペダル開度の時間変化を、図３（Ｂ）はスロットル開度の時間変化を、図３（Ｃ）は点火時期の時間変化を、それぞれ示す。

図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ（０）より少し前においてアクセルペダルが踏まれ始めて、時刻ｔ（０）においてアイドルオンの状態からアイドルオフの状態に切り換わる。図３（Ｃ）に示すように、アイドルオンの状態とアイドルオフの状態とでは、点火時期が異なる。

このため、従来のように、変換ブロックおよび逆変換ブロックで、エンジン回転数ＮＥおよび点火効率を共通化していないと、図３（Ｂ）の（Ｙ）に示すように、エンジントルクが過度に上昇した場合には、トルク段差（トルクの急上昇）が生じる。また、図３（Ｂ）の（Ｚ）に示すように、エンジントルクが過度に低下した場合には、トルク段差（トルクの急低下）が生じることになるのであるが、下限ガードブロック１６０により下限ガードを越えてまでエンジントルクが下げられることはない。このため、実際には、時刻ｔ（０）でアイドルオフになっても、時刻ｔ（１）までトルク上昇が遅延することになる。

一方、本実施の形態に係るエンジン制御システムによると、図３（Ｃ）の（Ｘ）に示すように、時刻ｔ（０）において滑らかにスロットル開度が上昇するので、トルク段差が生じない。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジン制御システムにおいて、各物理量間の変換および逆変換において使用されるパラメータの中のエンジン回転数と点火効率とを共通化するようにした。このため、アイドルオンの状態からアイドルオフの状態に変化した場合であっても、トルク段差の発生を回避することができる。

なお、上述したように、変換ブロックおよび逆変換ブロックにおいて共通化されている物理量は、エンジン回転数のみであったり、エンジン回転数および点火効率であったりすることを確認的に記載しておく。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の制御ブロック図である。 エンジン回転数ＮＥとエンジントルクＴＥとの関係を示す図である。 アクセルペダルが踏まれた場合のタイミングチャートを示す図である。

符号の説明

１００ エンジン制御部、１１０，１２０，１３０，１４０ 変換ブロック、１１２，１２２，１３２，１４２ 逆変換ブロック、１５０ ＰＷ調停部、１６０ 下限ガードブロック、１７０ 選択器、２００ ＰＴＭ制御部、２１０ 結合特性ブロック。

Claims (3)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   アイドル状態における目標スロットル開度に基づいて、前記内燃機関のアイドルトルクを算出するためのアイドルトルク算出手段と、
   前記アイドルトルク算出手段により算出されたアイドルトルクと要求トルクとに基づいて、前記内燃機関の目標トルクを設定するための目標トルク設定手段と、
   前記目標トルク設定手段により設定された目標トルクに基づいて、非アイドル状態における目標スロットル開度を算出するための目標スロットル開度算出手段とを含み、
   前記アイドルトルク算出手段および前記目標スロットル開度算出手段においては、前記内燃機関の運転状態に関する共通する物理量を用いて、前記アイドルトルクおよび前記非アイドル状態における目標スロットル開度を算出し、
   前記内燃機関は火花点火式の内燃機関であって、点火装置を備え、
   前記共通する物理量は、前記内燃機関の目標回転数、および、前記点火装置の点火時期に対応した点火効率である、内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の出力軸には流体継手が接続され、
   前記目標回転数は、前記流体継手の特性を用いて算出される、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記点火効率は、非アイドル状態での点火効率である、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

Images