JP4446898B2 - 内燃機関の出力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の出力トルクを目標トルクと一致させるように制御する内燃機関の出力制御装置に関するものである。

従来から、例えば電子スロットルシステムにてスロットル開度を操作し、その開度操作に伴う吸入空気量の調整により内燃機関の出力トルクを制御するものが知られている。かかる場合、ドライバのアクセル操作により目標トルク（要求トルク）が変化する際には、目標トルクの変化から実際の出力トルクが変化するまでに応答遅れが生じ、その応答時間は回転速度や負荷などの変化の影響を受けて変化する。そこで、内燃機関の吸気応答遅れや電子スロットル応答遅れなどを補償して実際の出力トルク変化に適合した出力トルクを算出するようにした技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、目標トルクに対する実際の出力トルクの応答時間がほぼ一定になるようにスロットル開度等を制御すべく、内燃機関の吸気モデルやスロットルモデルの逆モデルを用いて出力トルクを制御するという手法が提案されている。この逆モデルを用いたトルク制御手法によれば、トルク制御の追従性を良好なものとすることができる。

しかしながら、上記のように逆モデルを用いて出力トルクを制御する場合、目標トルクが略定常状態のときでも、実際には目標トルクは微小に変化しており、その微小な変化に応じて逆モデルの出力、すなわち制御入力が大きく変化してしまうという問題が生じる。また、逆モデルへのその他の入力パラメータである回転速度や負荷などの検出周期が、制御周期と比べて大きいときは、ある制御周期においては入力パラメータの変化がほとんどなく、ある制御周期においては入力パラメータが大きく変化するという現象が発生し、このことが逆モデルの出力の微振動を招くという問題が生じる。
特開平１１−２２５１５号公報

本発明は、内燃機関の出力トルクを常に安定した状態で制御することができる内燃機関の出力制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明において、第１の出力制御手段は、内燃機関の出力調整手段の制御を、該出力調整手段への制御入力から出力トルクまでを表した制御対象モデルの逆モデルを用いて行い、第２の出力制御手段は、同出力調整手段の制御を、内燃機関の運転状態に基づいて行う。また、判定手段は、目標トルク又はその相関データの変動に基づく判定パラメータにより過渡状態か定常状態かを判定する。そして、制御切替手段は、前記判定手段による判定結果を基に、過渡判定時であれば前記第１の出力制御手段により前記出力調整手段を制御し、定常判定時であれば前記第２の出力制御手段により前記出力調整手段を制御する。

本発明によれば、車両の加速時など過渡状態下では、制御対象モデルの逆モデルを用いて出力調整手段が制御されることで、目標トルクに対して実際の出力トルクを精度良く追従させることができる。また、定常状態下では、内燃機関の運転状態に基づいて出力調整手段が制御されることで、微小な目標トルクの変動や、逆モデルの入力パラメータ（回転速度や負荷など）の検出周期と制御周期の関係等にかかわらず制御入力の変動を抑制することができる。その結果、内燃機関の出力トルクを常に安定した状態で制御することができる。

なお、「判定パラメータ」としては、目標トルクの単位時間当たりの変化量や、ドライバにより操作されるアクセル操作量の変化量等を用いることができる。

ここで、第２の出力制御手段は、目標トルクから出力調整手段への制御入力に変換するための変換マップを用いて出力調整手段の制御を行うと良い。

前記制御切替手段は、判定パラメータが所定の判定値以上である場合に前記第１の出力制御手段により前記出力調整手段を制御し、判定パラメータが所定の判定値未満である場合に前記第２の出力制御手段により前記出力調整手段を制御すると良い。例えば、判定パラメータとしての単位時間当たりの目標トルクの変化量（トルク変化量）が大きい場合に過渡出力制御が行われ、トルク変化量が小さい場合に定常出力制御が行われる。

ここで、前記判定値に基づく制御切替にヒステリシスを持たせると良い。これにより、過渡出力制御と定常出力制御とが頻繁に切り替わるチャタリング現象を抑制することができる。

具体的には、前記判定値として、過渡状態となることを判定する過渡判定値と、該過渡判定値よりも小さい値であって定常状態となることを判定する定常判定値とを設定しておく。そして、前記制御切替手段は、前記判定パラメータが増加して過渡判定値を超える場合に前記第１の出力制御手段を選択し、前記判定パラメータが減少して定常判定値よりも小さくなる場合に前記第２の出力制御手段を選択すると良い。

前記出力調整手段として、筒内（シリンダ内）に吸入される空気量を調整する空気量調整手段を用いると良い。これにより、内燃機関の出力トルクの調整を容易に行うことができる。なお、空気量調整手段としてより具体的には、吸気通路に設けたスロットルバルブの開度を調整する手段、吸気バルブのリフト量を可変調整する手段、吸気バルブの開弁時間を可変調整する手段などのうち何れか１つ又は複数が適用できる。

また、内燃機関の吸気通路に設けられた電子スロットルバルブを用いて内燃機関の出力トルクを制御する内燃機関の出力制御装置として、次の構成が適用できる。かかる場合、第１の出力制御手段は、内燃機関に供給すべき目標吸入空気量と、電子スロットルバルブの開度を変更してから該変更に伴う吸入空気が内燃機関に供給されるまでの吸入空気の応答を表したモデルの逆モデルとに基づいて電子スロットルバルブの目標開度を設定する。第２の出力制御手段は、内燃機関の運転状態に基づいて電子スロットルバルブの目標開度を設定する。また、判定手段は、内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか定常運転状態であるかを判定する。そして、制御切替手段は、内燃機関の運転状態が過渡運転と判定された場合、前記第１の出力制御手段により電子スロットルバルブの目標開度を設定し、定常運転と判定された場合、前記第２の出力制御手段により電子スロットルバルブの目標開度を設定する。

上記発明によれば、車両の加速時など過渡運転状態では、電子スロットルバルブの開度が変更されてから吸入空気が応答する挙動を示したモデルの逆モデルを用いて電子スロットルバルブの目標開度が設定されることで、過渡運転時の目標トルクに対して実際の出力トルクを精度良く追従させることができる。また、定常運転状態では、内燃機関の運転状態に基づいて電子スロットルバルブの目標開度を設定するので、微小な目標トルクの変動や、逆モデルの入力パラメータ（回転速度や負荷など）の検出周期と制御周期の関係等にかかわらず制御入力の変動を抑制することができる。その結果、内燃機関の出力トルクを常に安定した状態で制御することができる。

なお、第２の出力制御手段は、予め規定した変換マップを用い、内燃機関の運転状態を示すパラメータ情報に基づいて電子スロットルバルブの目標開度を設定すると良い。

また、前記逆モデルに入力される入力パラメータに対してフィルタ処理を行うフィルタ処理手段を備えると良い。これにより、第１の出力制御手段において、入力パラメータの急変によって逆モデル出力が不安定になることを防ぐことができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量（スロットル通過空気量）を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出されるようになっている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。吸気バルブ２１及び排気バルブ２２にはそれぞれ可変動弁機構２５，２６が設けられている。これら可変動弁機構２５，２６は、各バルブ２１，２２のリフト量や開弁時期等のバルブ開閉動作条件を連続的に可変とすることができる構造を有しており、その都度のアクセル開度やエンジン運転状態等に応じてバルブ開閉動作条件（バルブタイミングＶＴ等）が適宜調整されるようになっている。

エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる点火装置２８を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２（リニアＡ／Ｆセンサ、Ｏ2センサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３５が取り付けられている。その他、本システムでは、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ３６が設けられている。

上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２７による点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ４０は、アクセル開度等に基づいてエンジン１０の目標トルク（要求トルク）を算出すると共に、その都度実際の出力トルクが目標トルクに一致するよう吸入空気量を制御する。具体的には、ＥＣＵ４０は、目標トルクを基に目標吸入空気量を算出すると共に、その目標吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出する。そして、目標スロットル開度を基にスロットルアクチュエータ１５を操作して吸入空気量を目標吸入空気量に制御する。

本実施の形態の車両制御システムでは、図２に示すように、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）、クルーズコントロール、トラクションコントロール、自動変速機制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）、アンチロックブレーキシステム制御装置（ＡＢＳ−ＥＣＵ）等において各々目標トルクが設定されるようになっており、アプリケーション選択手段５１はそれら各目標トルクの中から最終の目標トルクを選択する。また、出力制御手段５２は、最終の目標トルクに応じたアクチュエータ指令値（例えば目標スロットル開度）を算出し、エンジン１０に出力する。これにより、エンジン１０において、出力トルクが目標トルクに一致するように吸入空気量が制御される。なお、これらアプリケーション選択手段５１や出力制御手段５２の機能はＥＣＵ４０によって実現される。

出力制御手段５２の機能的構成を図３により説明する。図３に示すように、空気量換算手段６１は、目標トルクを目標吸入空気量Ｍｔに換算する。また、フィルタ処理手段６２は、エンジン回転速度ＮＥやバルブタイミングＶＴなど、各種のエンジン運転状態をフィルタ処理する。そして、空気量換算手段６１にて算出された目標吸入空気量Ｍｔと、フィルタ処理手段６２でフィルタ処理されたフィルタ処理後のエンジン回転速度ＮＥｆやバルブタイミングＶＴｆ等は、過渡出力制御手段６３と定常出力制御手段６４とにそれぞれ入力される。

過渡出力制御手段６３は、車両の加速時など過渡運転時における目標スロットル開度である過渡時制御量θｔｔを算出し、定常出力制御手段６４は、定常運転時における目標スロットル開度である定常時制御量θｔｓを算出する。また、制御切替手段６５は、目標トルクの変動に応じて定められる判定パラメータを基に、過渡出力制御手段６３の過渡時制御量θｔｔか、定常出力制御手段６４の定常時制御量θｔｓのうち何れか一方を選択し、それを目標スロットル開度θｔとして出力する。

ここで、ドライバによりアクセル操作が行われる過渡時（加速時）においては、アクセル開度等に応じて決定される目標スロットル開度θｔ（目標トルク）により吸入空気量が制御されるが、現実の吸入空気量は応答遅れを伴いつつ変化する。またその応答遅れは、エンジン回転速度ＮＥや負荷などによって異なる。本実施の形態では、過渡運転時において、アクセル開度等から目標吸入空気量Ｍｔを算出すると共に、その目標吸入空気量Ｍｔを実現するための目標スロットル開度θｔ（過渡時制御量θｔｔ）を、目標スロットル開度の変化による吸入空気量の応答モデルの逆モデル（吸気系モデルの逆モデルとスロットルモデルの逆モデル）を用いて演算し、その過渡時制御量θｔｔをスロットルアクチュエータ１５に指令する。

図４は、過渡出力制御手段６３の機能を示すブロック線図である。図４に示すように、目標吸入空気量Ｍｔは、吸気系モデルの逆モデルＧａ（Ｓ）によってスロットル開口面積Ａｔに変換され、更にスロットルモデルの逆モデルＧθ（Ｓ）によって過渡時制御量θｔｔに変換される。これら２つの逆モデルＧａ（ｓ），Ｇθ（ｓ）の構成を図５、図６のブロック線図を用いて説明する。これらのブロック線図は、後述する図１０〜図１５の各ルーチンを制御パラメータの流れとして図示したものである。

吸気系モデルの逆モデルＧａ（Ｓ）では、図５に示すように、まず吸気管圧力Ｐｍと吸入空気量とが直線関係にあることに着目して、目標吸入空気量Ｍｔを実現するために必要な吸気管圧力Ｐｍを算出する。ここで、吸気管圧力と吸入空気量との直線関係はエンジン回転速度やバルブタイミング等によって変化するため、この吸気管圧力Ｐｍを、エンジン回転速度ＮＥ、バルブタイミングＶＴ（本実施の形態では特に、フィルタ処理後のＮＥｆ、ＶＴｆ）と目標吸入空気量Ｍｔとをパラメータとする３次元マップによって算出する。次に、この吸気管圧力Ｐｍを実現するために必要なスロットル通過空気量Ｍｉを算出する。一般に、吸気管圧力Ｐｍとスロットル通過空気量Ｍｉとの間には次の関係が成り立つ。

ここで、κは吸気比熱比、Ｒは吸気気体定数、Ｔｍｐは吸気温度である。上記（１）式から、吸気管圧力Ｐｍを実現するスロットル通過空気量Ｍｉは、次式で表される。

ここで、吸気管圧力Ｐｍの微分値（ｄＰｍ／ｄｔ）は、吸気管圧力の今回値Ｐｍと前回値Ｐｏｌｄとの差分（Ｐｍ−Ｐｏｌｄ）を用いれば良い。また、スロットル通過空気量Ｍｉはスロットル開口面積Ａｔによって次式のように表される。

ここで、μは流量適合係数、Ｐａは大気圧であり、φは、吸気管圧力Ｐｍと大気圧Ｐａとの比（Ｐｍ／Ｐａ）によって定まる流量係数である。上記（３）式からスロットル通過空気量Ｍｉを実現するために必要なスロットル開口面積Ａｔを算出することができる。以上の方法で、目標吸入空気量Ｍｔを実現するために必要なスロットル開口面積Ａｔが決定される。

一方、スロットルモデルの逆モデルＧθ（Ｓ）では、図６に示すように、前記スロットル開口面積Ａｔを実現するために必要な目標スロットル開度（過渡時制御量θｔｔ）を算出する。この場合、スロットル開口面積Ａｔとその時のスロットル開度θｕとの関係は非線形であり、スロットル開度θｕをパラメータとする１次元マップにより過渡時制御量θｔｔを算出する。

また、スロットルバルブ１４を駆動するために目標スロットル開度θｔの信号をスロットルアクチュエータ１５に与えた場合、現実にスロットルバルブ１４を駆動し、実際のスロットル開度θｕが目標スロットル開度θｔに到達するまでには応答遅れが生じる。従って、目標スロットル開度θｔ（ここでは過渡時制御量θｔｔ）と実スロットル開度θｕとの間には次式の関係が成立する。

ここで、Ｔθはスロットル開度の応答遅れ時定数であり、この一次遅れモデルの逆モデル、すなわち一次進みモデルを用いることによって、スロットル開口面積Ａｔを実現するための目標スロットル開度θｔを求めることができる。

また、図７は、定常出力制御手段６４の機能を示すブロック線図である。図７では、吸気管圧力Ｐｍと吸入空気量とが直線関係にあることを利用して、目標吸入空気量Ｍｔを実現するために必要な吸気管圧力Ｐｍを算出する。このとき、吸気管圧力Ｐｍを、エンジン回転速度ＮＥ、バルブタイミングＶＴ（本実施の形態では特にフィルタ処理後のＮＥｆ、ＶＴｆ）と目標吸入空気量Ｍｔとをパラメータとする３次元マップによって算出する。

また、定常時制御量θｔｓを、エンジン回転速度ＮＥ、バルブタイミングＶＴ（本実施の形態では特にフィルタ処理後のＮＥｆ、ＶＴｆ）と吸気管圧力Ｐｍとをパラメータとする３次元マップによって算出する。

図８は、制御切替手段６５の機能を示すブロック線図である。図８では、目標トルクの変動に基づく判定パラメータを設定し、その判定パラメータを基に過渡時制御量θｔｔか定常時制御量θｔｓかの何れかを目標スロットル開度θｔとして選択する。判定パラメータは、例えば目標トルクの単位時間当たりの変化量である。

かかる場合、過渡判定部では大小２つの判定値（ＯＮ判定値、ＯＦＦ判定値）によりヒステリシスが設定されており、判定パラメータが増加してＯＮ判定値を超える場合に判定フラグがＯＮとされ、判定パラメータが減少してＯＦＦ判定値よりも小さくなる場合に判定フラグがＯＦＦとされる（但し、ＯＮ判定値＞ＯＦＦ判定値である）。そして、判定フラグ＝ＯＮであれば、過渡時制御量θｔｔが目標スロットル開度θｔとされ、判定フラグ＝ＯＦＦであれば、定常時制御量θｔｓが目標スロットル開度θｔとされる。なお、ＯＮ判定値が「過渡判定値」に相当し、ＯＦＦ判定値が「定常判定値」に相当する。

図９は、フィルタ処理手段６２の機能を示すブロック線図である。このフィルタ処理手段６２では、時定数Ｔｆの一次遅れモデルが規定されている。

以上説明した一連のエンジン制御処理は、ＥＣＵ４０により図１０〜図１５の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

図１０の目標スロットル開度算出ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、先ずステップＳ１０１で過渡時制御量θｔｔを算出し、続くステップＳ１０２で定常時制御量θｔｓを算出する。そしてその後、ステップＳ１０３では、前記算出した過渡時制御量θｔｔと定常時制御量θｔｓとのうち何れかを目標スロットル開度θｔとして選択し、それにより出力制御の切替を適宜実行する。次に、上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の詳細を説明する。

図１１の過渡時制御量θｔｔの算出ルーチンにおいて、ステップＳ２０１では、後述する吸気系モデルの逆モデルルーチン（図１２）を実行することで、目標吸入空気量Ｍｔとフィルタ処理後のエンジン回転速度ＮＥｆとからスロットル開口面積Ａｔを算出する。また、ステップＳ２０２では、後述するスロットルモデルの逆モデルルーチン（図１３）を実行することで、スロットル開口面積Ａｔを実現するための過渡時制御量θｔｔを算出する。

上記図１１のステップＳ２０１で、図１２の吸気系モデル逆モデルルーチンが起動されると、まずステップＳ２２１では、前回の吸気管圧力ＰｍをＰｏｌｄとしてＲＡＭに記憶する。ステップＳ２２２では、フィルタ処理後のエンジン運転情報（ＮＥｆ，ＶＴｆ）と目標吸入空気量Ｍｔとをパラメータとする３次元マップにより吸気管圧力Ｐｍを算出する。ステップＳ２２３では、吸気管圧力の今回値Ｐｍと前回値Ｐｏｌｄとの差分ｄＰｍを算出する（ｄＰｍ＝Ｐｍ−Ｐｏｌｄ）。

その後、ステップＳ２２４では、前記（２）式を用いてスロットル通過空気量Ｍｉを算出し、続くステップＳ２２５では、吸気管圧力Ｐｍと大気圧Ｐａとの比（Ｐｍ／Ｐａ）をパラメータとする１次元マップにより流量係数φを算出する。そして、次のステップＳ２２６では、次式を用いて、スロットル通過空気量Ｍｉを実現するために必要なスロットル開口面積Ａｔを算出する。

上式は、前記（３）式から導き出される。

一方、上記図１１のステップＳ２０２で、図１３のスロットルモデル逆モデルルーチンが起動されると、まずステップＳ２４１では、前回のスロットル開度θｕをθｕｏとしてＲＡＭに記憶する。ステップＳ２４２では、前回の過渡時制御量θｔｔをθｔｏとしてＲＡＭに記憶する。その後、ステップＳ２４３では、スロットル開口面積Ａｔを１次元マップにより実スロットル開度θｕに変換し、続くステップＳ２４４では、実スロットル開度θｕを一次進み処理することで、スロットル開口面積Ａｔを実現するための過渡時制御量θｔｔを算出する。

また、図１４の定常時制御量θｔｓの算出ルーチンにおいて、ステップＳ３０１では、エンジン回転速度ＮＥｆとバルブタイミングＶＴｆと目標吸入空気量Ｍｔとをパラメータとする３次元マップによって吸気管圧力Ｐｍを算出する。その後、ステップＳ３０２では、エンジン回転速度ＮＥｆとバルブタイミングＶＴｆと吸気管圧力Ｐｍとをパラメータとする３次元マップによって定常時制御量θｔｓを算出する。

また、図１５の制御切替ルーチンでは、例えば目標トルクの単位時間当たりの変化量を判定パラメータとし、該判定パラメータに基づいて過渡出力制御と定常出力制御との切替を実行する。なお本ルーチンとしては、前記図８で説明したとおりＯＮ判定値とＯＦＦ判定値とによりヒステリシスを設定しても良いが、ここではＯＮ判定値のみを用い、過渡制御→定常制御の移行時において切替の無効時間を設けることでヒステリシスを設定することとしている。

すなわち、ステップＳ４０１では、判定パラメータがＯＮ判定値以上であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０３に進み、過渡時制御量θｔｔを目標スロットル開度θｔとして設定する。また、ステップＳ４０１がＮＯであればステップＳ４０２に進み、前回がＯＮ判定であったか否かを判定する。

そして、前回がＯＮ判定であれば、ステップＳ４０３に進み、過渡時制御量θｔｔを目標スロットル開度θｔとして設定する（つまり、判定パラメータ＜ＯＮ判定値であっても過渡出力制御を継続する）。また、前回がＯＦＦ判定であれば、ステップＳ４０４に進み、過渡時制御量θｔｔを目標スロットル開度θｔとして設定する。なお、ステップＳ４０２により過渡制御出力状態が継続される時間が無効時間であり、ステップＳ４０２を「ＯＮ判定後、ｎ回経過？」という判定に変更することも可能である（ｎは無効時間に相当）。

図１６は、過渡時と定常時とでトルク制御手法が切り替えられる場合の効果を説明するためのタイムチャートである。

制御切替なしの場合（すなわち、逆モデルによる出力制御を定常時にも実施する場合）、定常時において制御入力（過渡時制御量θｔｔ）のハンチングが生じる。これは、定常時においても、実際には目標トルクは微小に変化しており、その微小な変化に応じて逆モデルの出力、すなわち制御入力が大きく変化してしまうためである。なお、逆モデルの入力パラメータである回転速度や負荷などの検出周期が制御周期と比べて大きい場合にも、それに起因して制御入力の変動が生じると考えられる。

これに対し、制御切替ありの場合、定常時の制御入力のハンチングが抑制され、制御入力が安定したものとなる。

また、図１７は、逆モデルの入力パラメータに関するフィルタ処理効果を説明するためのタイムチャートである。ここでは、バルブタイミングＶＴをフィルタ処理した場合の効果と、エンジン回転速度ＮＥをフィルタ処理した場合の効果とを示す。バルブタイミングＶＴ、エンジン回転速度ＮＥの何れの入力パラメータにおいても、フィルタ処理を行うことで、制御入力が大幅に安定することが確認できる。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

目標スロットル開度を設定するための２つの制御手段（過渡出力制御手段６３、定常出力制御手段６４）を設け、過渡時には、制御対象モデルの逆モデルを用いて算出した過渡時制御量θｔｔを目標スロットル開度θｔとし、定常時には、変換マップを用いて算出した定常時制御量θｔｓを目標スロットル開度θｔとした。これにより、車両の加速時など過渡状態下では、目標トルクに対して実際の出力トルクを精度良く追従させることができる。また、定常状態下では、微小な目標トルクの変動や、逆モデルの入力パラメータ（回転速度や負荷など）の検出周期と制御周期の関係等にかかわらず制御入力の変動を抑制することができる。その結果、エンジンの出力トルクを常に安定した状態で制御することができる。

２つの制御手段（過渡出力制御手段６３、定常出力制御手段６４）の切替にヒステリシスを持たせたため、過渡出力制御と定常出力制御とが頻繁に切り替わるチャタリング現象を抑制することができる。

また、過渡出力制御手段６３（逆モデル）の入力パラメータであるエンジン回転速度やバルブタイミング等に対してフィルタ処理を施すようにしたため、入力パラメータの急変によって逆モデル出力が不安定になることを防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、目標トルクの単位時間当たりの変化量を判定パラメータとして用い過渡判定を実施したが、これを変更する。例えば、ドライバにより操作されるアクセル操作量の変化量を判定パラメータとして用い過渡判定を実施しても良い。

上記実施の形態では、トルク制御のための空気量調整手段としてスロットル開度を可変調整する手段（スロットルアクチュエータ）を用いたが、これに代えて、吸気バルブのリフト量を可変調整する手段、吸気バルブの開弁時間を可変調整する手段などの何れか１つを用いても良い。また、それら各手段を複合的に用いて空気量を可変調整することも可能である。

上記実施の形態では、定常運転時の目標スロットル開度（定常時制御量θｔｓ）を求めるために、エンジン回転速度ＮＥとバルブタイミングＶＴと吸気管圧力Ｐｍとの３次元マップを用いたが、この構成を変更しても良い。例えば、エンジン回転速度ＮＥ等のパラメータを用いて演算により定常運転時の目標スロットル開度（定常時制御量θｔｓ）を算出する。なお、エンジン回転速度ＮＥとバルブタイミングＶＴと吸気管圧力Ｐｍの全てのパラメータを用いる必要は無く、いずれか１つ以上であれば良い。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 車両制御システムの概要を示すブロック線図である。 出力制御手段の機能を説明するブロック線図である。 過渡出力制御手段の機能を説明するブロック線図である。 吸気系モデルの逆モデルＧａ（Ｓ）を説明するブロック線図である。 スロットルモデルの逆モデルＧθ（Ｓ）を説明するブロック線図である。 定常出力制御手段の機能を説明するブロック線図である。 制御切替手段の機能を説明するブロック線図である。 フィルタ処理手段の機能を説明するブロック線図である。 目標スロットル開度算出ルーチンを示すフローチャートである。 過渡時制御量算出ルーチンを示すフローチャートである。 吸気系モデルの逆モデルルーチンを示すフローチャートである。 スロットルモデルの逆モデルルーチンを示すフローチャートである。 定常時制御量算出ルーチンを示すフローチャートである。 制御切替ルーチンを示すフローチャートである。 過渡時と定常時とでトルク制御手法が切り替えられる場合の効果を説明するためのタイムチャートである。 逆モデルの入力パラメータに関するフィルタ処理効果を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、１４…スロットルバルブ、１５…スロットルアクチュエータ、４０…ＥＣＵ、６２…フィルタ処理手段、６３…過渡出力制御手段、６４…定常出力制御手段、６５…制御切替手段。

Claims (7)

1. ドライバのアクセル操作に基づいて内燃機関の目標トルクを設定し、該設定した目標トルクを実現すべく内燃機関の出力調整手段を制御する内燃機関の出力制御装置において、
   前記出力調整手段を制御するための制御入力から前記内燃機関の出力トルクまでを表した制御対象モデルの逆モデルを用い、前記目標トルクに基づいて前記制御入力の目標値を設定するとともに、該目標値に基づいて前記出力調整手段の制御を行う第１の出力制御手段と、
   前記逆モデルを用いず、前記内燃機関の運転状態をパラメータとする演算マップに基づいて、前記目標トルクを実現するための前記制御入力の目標値を設定するとともに、該目標値に基づいて前記出力調整手段の制御を行う第２の出力制御手段と、
   前記目標トルク又はその相関データの変動に基づく判定パラメータにより過渡状態か定常状態かを判定する判定手段と、
   前記判定手段による判定結果を基に、過渡判定時であれば前記第１の出力制御手段により前記出力調整手段を制御し、定常判定時であれば前記第２の出力制御手段により前記出力調整手段を制御する制御切替手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
2. 前記制御切替手段は、前記判定パラメータが所定の判定値以上である場合に前記第１の出力制御手段により前記出力調整手段を制御し、前記判定パラメータが所定の判定値未満である場合に前記第２の出力制御手段により前記出力調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の出力制御装置。
3. 前記判定値に基づく制御切替にヒステリシスを持たせたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の出力制御装置。
4. 前記判定値として、過渡状態となることを判定する過渡判定値と、該過渡判定値よりも小さい値であって定常状態となることを判定する定常判定値とを設定しておき、前記制御切替手段は、前記判定パラメータが増加して過渡判定値を超える場合に前記第１の出力制御手段を選択し、前記判定パラメータが減少して定常判定値よりも小さくなる場合に前記第２の出力制御手段を選択することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の出力制御装置。
5. 前記出力調整手段は、筒内に吸入される空気量を調整する空気量調整手段を用いて前記内燃機関の出力トルクを調整することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の出力制御装置。
6. ドライバのアクセル操作に基づいてエンジンが発生すべきトルクを達成するために必要な内燃機関の目標吸入空気量を設定すると共に、前記目標吸入空気量を実現するために内燃機関の吸気通路に設けられた電子スロットルバルブを用いて内燃機関の出力トルクを制御する内燃機関の出力制御装置において、
   内燃機関に供給すべき目標吸入空気量と、前記電子スロットルバルブの開度を変更してから該変更に伴う吸入空気が内燃機関に供給されるまでの吸入空気の応答を表したモデルの逆モデルとに基づいて前記電子スロットルバルブの目標開度を設定する第１の出力制御手段と、
   前記逆モデルを用いず、内燃機関の運転状態をパラメータとする演算マップに基づいて、前記目標吸入空気量を実現するための前記電子スロットルバルブの目標開度を設定する第２の出力制御手段と、
   内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか定常運転状態であるかを判定する判定手段と、
   前記判定手段により内燃機関の運転状態が過渡運転と判定された場合、前記第１の出力制御手段により前記電子スロットルバルブの目標開度を設定し、定常運転と判定された場合、前記第２の出力制御手段により前記電子スロットルバルブの目標開度を設定する制御切替手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
7. 前記逆モデルに入力される入力パラメータに対してフィルタ処理を行うフィルタ処理手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の出力制御装置。

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