JP4816813B2 - 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、詳しくは、吸入空気量を調整する吸気アクチュエータの操作と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置に関する。

特開２００７−１３２２０３号公報には、内燃機関で発生するトルクの応答性を向上させるのに有効な技術が開示されている。ここに開示された技術によれば、目標トルクを発現させるためのトルク制御量を算出する際に、目標トルク制御量から推定した推定トルクと目標トルクとの差に対して制御の応答遅れ分が補償され、この応答遅れ分が補償された差を加算された目標トルクからトルク制御量が算出される。この従来技術によれば、正確に制御の応答遅れ分を補償した制御量を算出することができるので、その制御量によって内燃機関の各機器を制御することによって内燃機関で発生するトルクの応答性を向上させることができる。

しかしながら、この従来技術にはトルクの制御性に関して改善すべき余地がある。従来技術では、トルク制御量を嵩上げすることによって目標トルクに対する推定トルクの応答遅れを補償するものであるが、その嵩上げ量は実機を用いた適合によって決定されることになる。このため、適合が不十分な場合や、実機の性能のばらつきが大きい場合には、トルク制御量の過剰な嵩上げによってトルクのオーバーシュートが発生してしまう可能性がある。トルクの応答性が十分でない場合には運転者が意図する車両挙動を実現することができないが、同様に、トルクの制御性が十分でない場合にも運転者が意図する車両挙動を実現することはできない。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであって、内燃機関が発生するトルクの応答性と制御性とを共に向上させ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。

本発明の１つ目の態様によれば、この制御装置は吸入空気量を調整する吸気アクチュエータの操作と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置である。この制御装置は、内燃機関への要求トルクを設定する手段と、要求効率を設定する手段とを備える。本出願でいう効率は、筒内混合気が有するエネルギのトルクへの変換率と関係し、所定の点火時期設定での変換率を基準とする無次元値で表される。また、この制御装置は、要求トルクと要求効率とから要求空気量を算出する手段と、要求空気量に基づいて吸気アクチュエータの操作量を算出する手段とを備える。吸気アクチュエータには、例えば、スロットルだけでなくリフト量又は作用角が可変の吸気弁等も含まれる。また、この制御装置は要求トルクの実現に必要な点火時期の遅角量を算出する手段を備える。この点火時期遅角量を算出する手段は、所定の点火時期設定のもと、要求空気量に基づいて算出された操作量によって吸気アクチュエータを操作した場合のトルクを算出し、そのトルクと要求トルクとのずれに基づいて前記の点火時期遅角量を算出する。

以上のような各手段を制御装置が備えることで、吸気アクチュエータは要求トルクと要求効率とから定まる要求空気量を実現するように動作する。このとき、要求効率が１よりも小さい値に設定されていれば、要求空気量は要求効率によって嵩上げされることになって、吸気アクチュエータは吸入空気量を増大させる方向に大きく操作されることになる。吸気アクチュエータの操作量が大きくなった分、それにより実現可能なトルクは増大するが、そのトルクと要求トルクとのずれに応じて点火時期の遅角が行われることで、前記のトルクのずれは点火遅角によるトルク調整によって補償され、結果、要求トルクが内燃機関において実現されるようになる。

本発明の１つ目の態様によれば、この制御装置は、さらに、要求効率を補正する手段を備える。この手段は、詳しくは、前記の要求トルクを設定する手段によって要求トルクの設定値が急増される場合には、要求トルクの設定値の急増に合わせて要求効率の設定値を一時的に低下させる手段である。要求トルクの設定値の急増とは、吸気アクチュエータの操作のみによって実現が可能なトルクの増加量又は増加速度の範囲を超える量又は速度で要求トルクの設定値が増加されることを意味する。要求トルクの設定値が所定の増加量を超えてステップ的に増加されることは要求トルクの設定値の急増の例に含まれる。なお、要求トルクの設定値が急増されるタイミングと要求効率の設定値を一時的に低下させるタイミングとは同時であることが好ましいが、後述する吸入空気量の応答性に影響しない程度のタイミングのずれは許容される。したがって、要求トルクの設定値の急増が開始されるタイミングで要求効率の設定値を一時的に低下させてもよいし、要求トルクの設定値の急増が完了したタイミングで要求効率の設定値を一時的に低下させてもよい。

このような要求効率の補正手段を制御装置が備えることで、要求トルクの急増時には、要求トルクの急増に伴う要求空気量の増大と要求効率の一時的な低下に伴う要求空気量の増大とが重畳することになって、要求空気量は一時的に急増することになる。この一時的に急増した要求空気量に基づいて吸気アクチュエータの操作量が算出されることで、吸気アクチュエータはオーバーシュート的に動作する。吸気アクチュエータがオーバーシュート的に動作することで、筒内に吸入される空気量の応答性は向上し、結果、要求トルクに対する実現トルクの応答性は向上する。それと同時に、吸入空気量の急増によって生じるトルクのオーバーシュートを抑制するように点火時期の遅角が行われるので、実現トルクが要求トルクに対してオーバーシュートすることは防止される。つまり、本発明の１つ目の態様によれば、内燃機関のトルクの応答性を向上させつつトルクの制御性も担保することができる。

なお、要求トルクの設定値が急増されるタイミングに合わせて要求効率の設定値を一時的に低下させる度合いや時間は、要求トルクの設定値が急増される度合いにかかわらず一定でもよい。しかし、より好ましいのは、要求トルクの設定値が急増される度合に応じて要求効率の設定値を一時的に低下させる度合を決定することである。同じくより好ましいのは、要求トルクの設定値が急増される度合に応じて要求効率の設定値を一時的に低下させる時間を決定することである。

要求トルクの設定値の急増度に応じて要求効率の設定値の一時的な低下度を大きくすれば、或いは、要求トルクの設定値の急増度に応じて要求効率の設定値の一時的な低下時間を大きくすれば、それらの相乗効果が生じ、要求空気量が一時的に急増する度合いは拡大する。これによれば、要求トルクの設定値の急増度が大きいほど吸気アクチュエータのオーバーシュート的な動作をより大きくして筒内に吸入される空気量の応答性を高めることができるので、速い要求トルクに対しても高いトルク応答性を得ることができる。逆に、要求トルクの設定値の急増度が小さいとき、すなわち、吸気アクチュエータのオーバーシュート的な動作が小さくて済むときには、要求効率の設定値の一時的な低下度や低下時間は小さくされるので、燃費に関しては不利な点火時期の遅角は抑えられる。したがって、要求トルクの設定値が急増される度合に応じて要求効率の設定値を一時的に低下させる度合や時間を決定することにすれば、トルクの応答性と燃費とを上手く両立させることができる。

本発明の２つ目の態様によれば、この制御装置は、吸入空気量を調整する吸気アクチュエータの操作と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置である。この制御装置は、要求トルクと要求効率とを取得し、取得した要求トルクと要求効率とから要求空気量を算出する手段と、要求空気量に基づいて吸気アクチュエータの操作量を算出する手段とを備える。本発明の２つ目の態様に関しては、要求トルクの設定方法や要求効率の設定方法には限定はない。制御装置の内部で要求トルクを設定するものでもよいし、制御装置の外部で設定された要求トルクを受信するものでもよい。同様に、制御装置の内部で要求効率を設定するものでもよいし、制御装置の外部で設定された要求効率を受信するものでもよい。また、この制御装置は要求トルクの実現に必要な点火時期の遅角量を算出する手段を備える。この点火時期遅角量を算出する手段は、所定の点火時期設定のもと、要求空気量に基づいて算出された操作量によって吸気アクチュエータを操作した場合のトルクを算出し、そのトルクと要求トルクとのずれに基づいて前記の点火時期遅角量を算出する。

以上のような各手段を制御装置が備えることで、吸気アクチュエータは要求トルクと要求効率とから定まる要求空気量を実現するように動作する。このとき、取得した要求効率が１よりも小さい値であれば、要求空気量は要求効率によって嵩上げされることになって、吸気アクチュエータは吸入空気量を増大させる方向に大きく操作されることになる。吸気アクチュエータの操作量が大きくなった分、それにより実現可能なトルクは増大するが、そのトルクと要求トルクとのずれに応じて点火時期の遅角が行われることで、前記のトルクのずれは点火遅角によるトルク調整によって補償され、結果、要求トルクが内燃機関において実現されるようになる。

本発明の２つ目の態様によれば、この制御装置は、さらに、トルクの急増要求を検出する手段と、要求効率を補正する手段とを備える。要求効率を補正する手段とは、詳しくは、トルク急増要求が検出されたときには要求空気量の算出に使用される要求効率の値を一時的に低下させる手段である。トルクの急増要求とは、吸気アクチュエータの操作のみによって実現が可能なトルクの増加速度の範囲を超える速度でのトルクの増加要求を意味する。トルクの急増要求は要求トルクの変化量又は変化速度から検出することができる。例えば、要求トルクの変化量又は変化速度がある閾値を越えたらトルクの急増要求があるものと判断することでトルクの急増要求の検出が可能になる。また、トルクの急増要求が要求トルクの発信源から要求トルクとともに発信されている場合には、その信号を受信することによってトルクの急増要求を検出することができる。

以上のような各手段を制御装置が備えることで、トルクの急増要求が検出されたときには、要求トルクの急増に伴う要求空気量の増大と要求効率の一時的な低下に伴う要求空気量の増大とが重畳することになって、要求空気量は一時的に急増することになる。この一時的に急増した要求空気量に基づいて吸気アクチュエータの操作量が算出されることで、吸気アクチュエータはオーバーシュート的に動作する。吸気アクチュエータがオーバーシュート的に動作することで筒内に吸入される空気量の応答性は向上し、結果、要求トルクに対する実現トルクの応答性は向上する。それと同時に、吸入空気量の急増によって生じるトルクのオーバーシュートを抑制するように点火時期の遅角が行われるので、実現トルクが要求トルクに対してオーバーシュートすることは防止される。つまり、本発明の２つ目の態様によれば、内燃機関のトルクの応答性を向上させつつトルクの制御性も担保することができる。

なお、トルク急増要求が検出されたときに要求空気量の算出に使用される要求効率の値を一時的に低下させる度合いや時間はトルク急増要求の大きさによらず一定でもよい。しかし、より好ましいのは、トルク急増要求の大きさに応じて要求効率の値を一時的に低下させる度合を決定することである。同じくより好ましいのは、トルク急増要求の大きさに応じて要求効率の値を一時的に低下させる時間を決定することである。

トルク急増要求の大きさに応じて要求効率の値の一時的な低下度を大きくすれば、或いは、トルク急増要求の大きさに応じて要求効率の値の一時的な低下時間を大きくすれば、要求トルクの急増と要求効率の低下との相乗効果により要求空気量が一時的に急増する度合いは拡大する。これによれば、トルクの急増要求が大きいほど吸気アクチュエータのオーバーシュート的な動作をより大きくして筒内に吸入される空気量の応答性を高めることができるので、速い要求トルクに対しても高いトルク応答性を得ることができる。逆に、トルク急増要求が小さいとき、すなわち、吸気アクチュエータのオーバーシュート的な動作が小さくて済むときには、要求効率の値の一時的な低下度や低下時間は小さくされるので、燃費に関しては不利な点火時期の遅角は抑えられる。したがって、トルク急増要求の大きさに応じて要求効率の値を一時的に低下させる度合や時間を決定することにすれば、トルクの応答性と燃費とを上手く両立させることができる。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかる要求効率の設定方法と、その作用及び効果とを説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかる要求効率の補正方法について説明するための図である。 本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ 要求トルク設定部
４ 要求効率設定部
６ ＴＡ用要求トルク算出部
８ 要求空気量算出部
１０ スロットル開度算出部
１２ スロットル
１４ 推定トルク算出部
１６ トルク効率算出部
１８ 点火時期算出部
２０ 点火装置
２２ トルク急増要求検出部
２４ 要求効率補正部

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１及び図２を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は火花点火式の内燃機関に適用される制御装置である。本実施の形態の制御装置は吸気アクチュエータとしての電子制御スロットル（以下、単にスロットルという）１２と点火装置２０とを操作することで内燃機関のトルクを制御する。

本実施の形態の制御装置は内燃機関に対するトルクの要求値を設定する要求トルク設定部２を備えている。要求トルク設定部２は、アクセル操作量に基づいて計算される運転者からのトルク要求の他、ＥＣＴ（Electronic Controlled Transmission）やＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）等の車両制御のためのトルク要求も考慮して要求トルクを設定する。

また、本実施の形態の制御装置は内燃機関に対する効率の要求値を設定する要求効率設定部４を備えている。効率は筒内混合気が有するエネルギのトルクへの変換率と関係し、所定の点火時期設定（本実施の形態ではＭＢＴ）での変換率を基準とする無次元値で表される。触媒暖機のために熱エネルギを排気ガスの昇温に利用したい場合等には、効率の要求値は標準値の１よりも小さい値とされる。また、点火時期の進角によってトルクアップを図りたい場合にも、予めリザーブトルクを確保しておくために効率の要求値は標準値の１よりも小さい値とされる。本実施の形態の制御装置が有する重要な特徴の一つが要求効率設定部４の機能にある。その機能の内容については追って詳細に説明する。

要求トルクと要求効率とは要求空気量の計算に使用される。本実施の形態の制御装置は、要求空気量を計算する手段として、スロットル操作のための要求トルク（以下、ＴＡ用要求トルク）を算出するＴＡ用要求トルク算出部６と、ＴＡ用要求トルクから要求空気量を算出する要求空気量算出部８を備えている。

ＴＡ用要求トルク算出部６には要求トルクと要求効率とが入力される。ＴＡ用要求トルク算出部６は要求トルクを要求効率で除算したものをＴＡ用要求トルクとして算出する。この場合、要求効率が標準値の１であればＴＡ用要求トルクは要求トルクから変更はないが、要求効率が１よりも小さいときにはＴＡ用要求トルクは要求トルクから嵩上げされることになる。つまり、ＴＡ用要求トルク算出部６は、点火遅角が要求されているときには、要求トルクを要求効率で除算することで点火遅角によるトルク低下分をスロットル操作のための要求トルクに上乗せするようになっている。

要求空気量算出部８はＫＬマップを用いてＴＡ用要求トルクを空気量（ＫＬ）に変換する。なお、ここでいう空気量とは１サイクル当たりの筒内吸入空気量であり、それを無次元化した充填効率に代えてもよい。ＫＬマップは、トルクを含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクと空気量との関係に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力される。ただし、点火時期はＭＢＴに設定されている。要求空気量算出部８は要求トルクから変換された空気量を要求空気量として算出する。

本実施の形態の制御装置は要求空気量からスロットル開度を算出するスロットル開度算出部１０を備えている。スロットル開度算出部１０にはエア逆モデルが具備されている。スロットル１２の動作に対する筒内吸入空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化した吸気系の物理モデルをエアモデルといい、エア逆モデルはその逆モデルである。エア逆モデルに要求空気量を入力することで、要求空気量を実現するための要求吸気管圧が算出され、要求吸気管圧を実現するための要求スロットル通過空気量が算出され、そして、要求スロットル通過空気量を実現するためのスロットル開度が算出される。エア逆モデルによれば、モデルのパラメータを適宜に設定することによって、要求空気量に対する実際の筒内吸入空気量の応答速度を自在に調整することができる。本実施の形態では、実際の筒内吸入空気量が要求空気量に対して最速で応答するようにエア逆モデルのパラメータの設定が行われている。スロットル開度算出部１０は、要求空気量から変換されたスロットル開度をスロットル１２の操作量として算出し、操作量を指令信号に変換してスロットル１２に出力する。

次に、本実施の形態の制御装置による点火装置２０の操作について説明する。本実施の形態の制御装置は、点火装置２０の操作量である点火時期を計算する手段として、スロットル開度に基づいて推定トルクを算出する推定トルク算出部１４と、推定トルクを用いてトルク効率を算出するトルク効率算出部１６と、トルク効率に基づいて点火時期を算出する点火時期算出部１８とを備えている。トルク効率は内燃機関の推定トルクに対する要求トルクの比として定義される。トルク効率の計算に使用される推定トルクは、以下に説明するように、スロットル１２にて実現された実際のスロットル開度に基づいて算出される。なお、スロットル１２の実開度はスロットル開度センサによって計測することができる。また、スロットル１２を駆動するモータの回転量から計算することもできる。

推定トルク算出部１４は、まず、現在のスロットル開度にて実現できると推定される空気量を算出する。推定空気量の計算には前述のエアモデルの順モデルが用いられる。また、このエアモデルによる計算にはエアフローセンサで計測された吸気管の空気流量が補正データとして用いられる。推定トルク算出部１４は、次に、トルクマップを用いて推定空気量をトルクに変換する。トルクマップは前述のＫＬマップの入出力を逆にしたものであり、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクと空気量との関係に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力されるが、点火時期はＭＢＴとされている。推定トルク算出部１４は推定空気量から変換されたトルクをＭＢＴにおける推定トルクとして算出する。

トルク効率算出部１６には、要求トルク設定部２で設定された要求トルクが入力されるとともに、推定トルク算出部１４からは推定トルクが入力される。トルク効率算出部１６は推定トルクに対する要求トルクの比をトルク効率として算出する。

点火時期算出部１８は点火時期マップを用いてトルク効率を点火時期に変換する。点火時期マップは、トルク効率を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、要求トルク、Ａ／Ｆ、機関回転数等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値が入力される。点火時期マップによれば、トルク効率が最大効率の１のときには点火時期はＭＢＴに設定され、トルク効率が１よりも小さいほど点火時期はＭＢＴに対して遅角側に設定される。このような設定によれば、推定トルクと要求トルクとの間に差が生じた場合には、そのトルク差は点火時期の遅角によるトルク調整によって補償されるようになる。点火時期算出部１８は、トルク効率から変換された点火時期を点火装置２０の操作量として算出し、その操作量を指令信号に変換して点火装置２０に出力する。

以上が本実施の形態の制御装置の基本的な構成に関する説明である。次に、本実施の形態の制御装置が有する重要な特徴の一つである要求効率設定部４の機能について説明する。

要求効率設定部４は、通常は、要求トルク設定部２による要求トルクの設定とは独立して要求効率の設定を行っている。ただし、要求効率設定部４による要求効率の設定に要求トルク設定部２による要求トルクの設定が反映される場合がある。それは、要求トルク設定部２において要求トルクの設定値が所定の増加量又は増加速度を超えて急増される場合である。要求トルクの設定値の増加が要求効率の設定に反映される“急増”にあたるかどうかは、その増加量や増加速度がスロットル１２の操作のみによって実現が可能なトルクの増加量や増加速度の範囲を超えているかどうかによって判断される。したがって、要求トルクの設定値がステップ的に大きく増やされたとき等は、要求トルクの設定が要求効率の設定に反映されることになる。

要求トルクの設定値が急増される場合、要求効率設定部４は要求トルクの設定値が急増されるタイミングに合わせて要求効率の設定値をその直前の設定値に対して一時的に低下させる。本実施の形態では、要求効率の設定値を一時的に低下させる時間と低下量は固定値とする。固定値の具体的な値は実機を用いた適合によって決定することができる。なお、本実施の形態では要求トルクの設定値が急増されるタイミング、すなわち、要求トルクの設定値の急増が開始されるタイミングで要求効率の設定値を一時的に低下させるが、要求トルクの設定値の急増が完了したタイミングで要求効率の設定値を一時的に低下させるのでもよい。

要求効率設定部４が備える前記の機能は内燃機関が発生するトルクを高い応答性をもって増大させたい場合に有効に発揮される。以下、要求効率設定部４の機能によって得られるトルク制御上の効果について図２を用いて説明する。

図２には、内燃機関が発生するトルクを増大させるための要求トルクの設定例と、それに応じた要求効率の設定例とを時間を横軸とするグラフでそれぞれ示している。ここでは、要求トルクの設定値を離散的に立ち上げている。そして、要求トルクの設定値が離散的に立ち上がるタイミングで要求効率の設定値を離散的に立ち下げ、その後すぐに一定の勾配で元の値まで立ち上げている。ただし、ここに示すのは、要求トルクの設定値の増大のさせ方の一例と、要求効率の設定値の一時的な低下のさせ方の一例であって、それぞれ他の方式をとってもよい。例えば、要求トルクの設定値は一定の勾配をもって立ち上げるのでもよい。また、要求効率の設定値は要求トルクが増大する直前の設定値を基準にして矩形状に低下させるのでもよい。

図２の上から３段目のグラフは、要求トルクと要求効率とから算出される要求空気量の時間変化を示している。要求空気量は要求トルクを要求効率で除算した値を空気量に変換したものであるから、要求トルクが増大すればそれに応じて要求空気量も増大する。また、要求効率が低下すればそれに応じて要求空気量は増大する。したがって、上述のように要求トルクと要求効率とを設定した場合には、要求トルクの急増に伴う要求空気量の増大と要求効率の一時的な低下に伴う要求空気量の増大とが重畳することになって、グラフに示すように、要求空気量は急増後の要求トルクのみから決まる値に対して一時的にオーバーシュートすることになる。

図２の上から４段目のグラフは、要求空気量に基づいてスロットル開度が算出されてそのスロットル開度に従いスロットル１２が操作されることで実現される実際の吸入空気量の時間変化を示している。一時的にオーバーシュートした要求空気量に基づいてスロットル開度が算出されることで、スロットル１２はオーバーシュート的に動作する。スロットル１２がオーバーシュート的に動作することで、筒内に吸入される空気量の応答性は向上し、結果、実際の吸入空気量は急増後の要求トルクのみから決まる値に対して一時的にオーバーシュートすることになる。

図２の上から５段目のグラフは、本実施の形態の制御装置で設定される点火時期の時間変化を示している。本実施の形態の制御装置によれば、点火時期は推定トルクに対する要求トルクの比に基づいて算出され、その比が１よりも小さいほどＭＢＴに対する点火時期の遅角量は大きくとられる。したがって、上述のように、実際の吸入空気量がオーバーシュートする場合には、実際の吸入空気量（推定空気量）から算出される推定トルクも要求トルクに対してオーバーシュートすることになるから、そのオーバーシュートによって生じる推定トルクと要求トルクとのトルク差を補償するように点火時期の遅角が行われることになる。

図２の最下段のグラフは、上述のような制御の結果として内燃機関が実際に発生するトルクの時間変化を示している。図中に破線で示すのが推定トルクであり、図中に実線で示すのが実際の実現トルクである。要求トルクの急増に合わせて吸入空気量がオーバーシュート的に増大することで要求トルクに対する実現トルクの応答性は向上する。それと同時に、吸入空気量から算出される推定トルクと要求トルクとのずれを補償するように点火時期の遅角によるトルク調整が行われるので、実現トルクが要求トルクに対してオーバーシュートすることは防止されて要求トルクの実現が担保される。

以上説明したように、本実施の形態の制御装置によれば、内燃機関が発生するトルクを急増させたい場合に、トルクの制御性を損なうことなく高い応答性をもってトルクを増大させることができる。

なお、実施の形態１は、本発明の１つ目の態様を実施するときの具体的な形態の一例である。図１に示す構成において、要求トルク設定部２は本発明の１つ目の態様にかかる「要求トルクを設定する手段」に相当する。要求効率設定部４は本発明の１つ目の態様にかかる「要求効率を設定する手段」と「要求効率を補正する手段」とに相当する。実施の形態では、これら二つの手段を要求効率設定部４に集約しているが、各手段に相当する計算要素を別々に設けてもよい。ＴＡ用要求トルク算出部６と要求空気量算出部８とは本発明の１つ目の態様にかかる「要求空気量を算出する手段」を構成している。スロットル開度算出部１０は本発明の１つ目の態様にかかる「吸気アクチュエータの操作量を算出する手段」に相当する。そして、推定トルク算出部１４、トルク効率算出部１６及び点火時期算出部１８によって本発明の１つ目の態様にかかる「点火時期の遅角量を算出する手段」が構成されている。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態１と同じく、図１のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置との違いは、要求効率設定部４が備える「要求効率を補正する手段」としての機能にある。

本実施の形態においても、要求トルクの設定値が急増される場合、要求効率設定部４は要求トルクの設定値が急増されるタイミングに合わせて要求効率の設定値をその直前の設定値に対して一時的に低下させる。ただし、要求効率の設定値を一時的に低下させる低下量の設定に関し、本実施の形態は実施の形態１とは異なっている。本実施の形態では、要求トルクの速度に応じて要求効率の低下量が決定される。要求トルクの速度は１演算周期あたりの要求トルクの増加量として計算することができる。また、トルクの要求増加速度が設定されている場合にはそれを要求トルクの速度として用いてもよい。何れにしても、要求トルクの速度が速いほど要求トルクの設定値が急増される度合いは大きいということになる。

図３には、要求トルクの速度に対する要求効率の低下量の設定例がグラフで示されている。このグラフでは、低下させる直前の設定値が標準値である１．０であったと仮定して要求トルクの速度と要求効率の低下量との関係を表している。このグラフに示すように、本実施の形態では、要求トルクの速度が通常の速度よりも速くなるほど要求効率の設定値の一時的な低下量が大きくされている。ここでいう要求トルクの“通常”の速度とは、スロットル１２の操作のみによって実現が可能なトルクの増加速度である。

図３に示すように要求トルクの速度に応じて要求効率の低下量を大きくすれば、それらの相乗効果が生じることで要求トルクが急増した直後の要求空気量のオーバーシュートは拡大することになる。これによれば、要求トルクの設定値の急増度が大きいほどスロットル１２のオーバーシュート的な動作をより大きくして筒内に吸入される空気量の応答性を高めることができる。したがって、本実施の形態の制御装置によれば、速い要求トルクに対しても高いトルク応答性を得ることができる。

また、本実施の形態にかかる要求効率設定部４の機能は燃費に関しても有効に発揮される。図３のグラフは、要求トルクの速度が通常の速度に近いほど要求効率の低下量は小さくされていると見ることもできる。このような見方によれば、要求トルクの速度があまり速くないとき、すなわち、スロットル１２のオーバーシュート的な動作が比較的小さくて済むときには、要求効率の設定値の一時的な低下量は小さくされるので、燃費に関しては不利な点火時期の遅角は抑えられることになる。つまり、本実施の形態の制御装置によれば、燃費への影響を最小限に抑えつつトルクの応答性を向上させることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３について図４を用いて説明する。

図４は、本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。図４では、図１に示す実施の形態１の制御装置と共通する要素は同一の符号を付している。図１と図４とを比較して分かるように、本実施の形態の制御装置が実施の形態１の制御装置と異なる点は、要求トルクと要求効率とがそれぞれ制御装置の外部から供給される点である。ここでは、車両の駆動系全体を統括制御するパワートレインマネージャ（以下、ＰＴＭ）（図示は省略）から要求トルク及び要求効率がそれぞれ供給されているものとする。本実施の形態の制御装置とＰＴＭとは、別々のＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成されていてもよいし、共通のＥＣＵ内に設けられた別々のＣＰＵで動作する別々のプログラムとして構成されていてもよいし、共通のＣＰＵで動作する別々のプログラムとして構成されていてもよい。

ＰＴＭでは、要求トルクと要求効率とはそれぞれ独立に設定されているものとする。つまり、ＰＴＭでの要求効率の設定段階では、「要求トルクの設定値が急増されるタイミングに合わせて要求効率の設定値を一時的に低下させる」という処理は行われていない。本実施の形態では、これに相当する処理は、制御装置が要求トルク及び要求効率を取得した後に行われる。

なお、実施の形態１ではＰＴＭについては言及していないが、実施の形態１では制御装置そのものにＰＴＭ（或いはその一部の機能）が含まれている。つまり、本実施の形態と実施の形態１とでは“制御装置”に含まれる機能の範囲が異なっている。

本実施の形態の制御装置は、トルクの急増要求を検出するトルク急増要求検出部２２を備えている。トルク急増要求検出部２２には、ＴＡ用要求トルク算出部６に入力される要求トルクが並行して入力されるようになっている。トルク急増要求検出部２２は、入力された要求トルクの速度を計測する。要求トルクの速度は１演算周期あたりの要求トルクの増加量として計算することができる。トルク急増要求検出部２２は、要求トルクの速度と所定の閾値速度とを比較し、要求トルクの速度が閾値速度を超えることをトルクの急増要求として検出する。閾値速度はスロットル１２の操作のみによって実現が可能なトルクの増加速度に対応している。つまり、トルク急増要求検出部２２は、要求トルクがスロットル１２の操作のみで実現可能かどうかを判定し、実現不可能と判定したときにはトルクの急増要求があるものと判断する。

また、本実施の形態の制御装置は、取得した要求効率を補正する要求効率補正部２４を備えている。トルク急増要求検出部２２によるトルクの急増要求の検出結果は要求効率補正部２４に反映される。要求効率補正部２４は、トルク急増要求が検出されたとき、ＴＡ用要求トルク算出部６に入力する要求効率の値をその直前の入力値に対して一時的に低下させる。つまり、実施の形態１にかかる要求効率設定部４が備えていた「要求効率を補正する手段」としての機能は、本実施の形態では要求効率補正部２４が備えている。なお、要求効率の値を一時的に低下させる時間と低下量は固定値でよい。ただし、燃費についても考慮するならば、実施の形態２と同様に、トルク急増要求の大きさに応じて要求効率の低下量を変更するのが好ましい。トルク急増要求の大きさは要求トルクの速度によって判断することができる。

上述のような補正がＴＡ用要求トルク算出部６に入力される要求効率に対して行われることで、トルクの急増要求が検出されたときには、要求トルクの急増に伴う要求空気量の増大と要求効率の一時的な低下に伴う要求空気量の増大とが重畳することになる、その結果、要求空気量は急増後の要求トルクのみから決まる値に対して一時的にオーバーシュートすることになる。

そして、一時的にオーバーシュートした要求空気量に基づいてスロットル開度が算出されることで、スロットル１２はオーバーシュート的に動作し、筒内に吸入される空気量の応答性は向上する。結果、要求トルクに対する実現トルクの応答性も向上する。それと同時に、図４に示す構成によれば、吸入空気量の急増によって生じるトルクのオーバーシュートを抑制するように点火時期は自動的に遅角されるので、実現トルクが要求トルクに対してオーバーシュートすることは防止される。

つまり、本実施の形態の制御装置によれば、内燃機関に対してトルクの急増要求があった場合に、トルクの制御性を損なうことなく高い応答性をもってトルクを増大させることができる。

なお、実施の形態３は、本発明の２つ目の態様を実施するときの具体的な形態の一例である。図４に示す構成において、ＴＡ用要求トルク算出部６と要求空気量算出部８とは本発明の２つ目の態様にかかる「要求空気量を算出する手段」を構成している。スロットル開度算出部１０は本発明の２つ目の態様にかかる「吸気アクチュエータの操作量を算出する手段」に相当する。推定トルク算出部１４、トルク効率算出部１６及び点火時期算出部１８によって本発明の２つ目の態様にかかる「点火時期の遅角量を算出する手段」が構成されている。また、トルク急増要求検出部２２は本発明の２つ目の態様にかかる「トルクの急増要求を検出する手段」に相当する。そして、要求効率補正部２４は本発明の２つ目の態様にかかる「要求効率を補正する手段」に相当する。

その他．
本発明は上述の実施の形態には限定されない。実施の形態１及び２には本発明の１つ目の態様にかかる「要求トルク設定手段」、「要求効率設定手段」、「要求空気量算出手段」、「吸気アクチュエータ操作量算出手段」、「点火時期遅角量算出手段」及び「要求効率補正手段」が具現化されているが、そこに開示されている構成はこれらの手段が採り得る構成の一例にすぎない。また、実施の形態３には本発明の２つ目の態様にかかる「要求空気量算出手段」、「吸気アクチュエータ操作量算出手段」、「点火時期遅角量算出手段」、「トルク急増要求取得手段」及び「要求効率補正手段」が具現化されているが、そこに開示されている構成はこれらの手段が採り得る構成の一例にすぎない。各手段の機能を実現することが可能な全ての構成がそれら各手段の範囲に含まれる。

上述の実施の形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。例えば、上述の実施の形態では吸気アクチュエータとしてスロットルを用いているが、リフト量或いは作用角を連続的に変換させることができる可変機構付きの吸気弁でもよい。この場合、リフト量或いは作用角が吸気アクチュエータの操作量となる。

また、実施の形態２では、要求トルクの速さに応じて要求効率の設定値の一時的な低下量を変更しているが、要求効率の設定値を一時的に低下させる低下速度を変更するのでもよい。つまり、要求効率の設定値を一時的に低下させるときの低下度には低下量だけでなく低下速度も含まれる。また、要求効率の設定値を一時的に低下させる低下時間を変更するのでもよい。ここでいう低下時間とは、図２に示す要求効率の設定例でいえば、要求効率の設定値が元の値まで立ち上がるまでの継続時間を意味してもよく、要求効率の設定値が離散的に立ち下がってから立ち上がり始めるまでの時間（ローレベルにある時間）でもよい。なお、要求効率の補正に関する上述の変形例は、実施の形態３にも適用することができる。

実施の形態３では外部から要求トルクと要求効率とを取得しているが、要求トルクのみ、或いは要求効率のみ、或いは要求トルクと要求効率の双方を制御装置の内部で設定するようにしてもよい。これら何れの変形例も本発明の２つ目の態様に含まれる。

また、実施の形態３では要求トルクの速度からトルク急増要求を検出しているが、要求トルクの発信源（実施の形態３ではＰＴＭ）からトルク急増要求を発信し、それを制御装置において受信するようにしてもよい。このような変形例も本発明の２つ目の態様に含まれる。

また、各実施の形態では、要求空気量からスロットル開度を算出するにあたって物理モデルであるエア逆モデルを用いているが、このようなエア逆モデルを用いないことも可能である。例えば、要求空気量とスロットル開度との関係は簡単な関数やマップでも近似することができる。ただし、エア逆モデルによれば、そのパラメータを適宜に設定することで実際の筒内吸入空気量が要求空気量に対して最速で応答するようにスロットル１２を操作することができる。したがって、トルクの応答性の観点から言えば、上述の実施の形態のように、スロットル開度（吸気アクチュエータの操作量）の計算にエア逆モデルを用いるほうが好ましい。

Claims (8)

1. 吸入空気量を調整する吸気アクチュエータの操作と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置において、
   要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
   要求効率を設定する要求効率設定手段と、
   前記要求トルクと前記要求効率とから要求空気量を算出する要求空気量算出手段と、
   前記要求空気量に基づいて前記吸気アクチュエータの操作量を算出する吸気アクチュエータ操作量算出手段と、
   所定の点火時期設定のもとで前記操作量によって前記吸気アクチュエータを操作した場合のトルクを算出し、そのトルクと前記要求トルクとのずれに基づいて前記要求トルクの実現に必要な点火時期の遅角量を算出する点火時期遅角量算出手段と、
   前記要求トルク設定手段において前記要求トルクの設定値が所定の増加量又は増加速度を超えて急増される場合には、前記要求トルクの設定値の急増に合わせて前記要求効率の設定値を一時的に低下させる要求効率補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記要求効率補正手段は、前記要求トルク設定手段により前記要求トルクの設定値が急増される度合に応じて、前記要求効率の設定値を一時的に低下させる度合を決定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記要求効率補正手段は、前記要求トルク設定手段により前記要求トルクの設定値が急増される度合に応じて、前記要求効率の設定値を一時的に低下させる時間を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 吸入空気量を調整する吸気アクチュエータの操作と点火時期とによってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置において、
   要求トルクと要求効率とを取得して前記要求トルクと前記要求効率とから要求空気量を算出する要求空気量算出手段と、
   前記要求空気量に基づいて前記吸気アクチュエータの操作量を算出する吸気アクチュエータ操作量算出手段と、
   所定の点火時期設定のもとで前記操作量によって前記吸気アクチュエータを操作した場合のトルクを算出し、そのトルクと前記要求トルクとのずれに基づいて前記要求トルクの実現に必要な点火時期の遅角量を算出する点火時期遅角量算出手段と、
   トルクの急増要求を検出するトルク急増要求取得手段と、
   前記トルク急増要求が検出されたときには、前記要求空気量の算出に使用される要求効率の値を一時的に低下させる要求効率補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記トルク急増要求取得手段は、前記要求トルクの変化量又は変化速度から前記トルク急増要求を検出することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記トルク急増要求は、前記要求トルクの発信源から前記要求トルクとともに発信されていることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記要求効率補正手段は、前記トルク急増要求の大きさに応じて、前記要求空気量の算出に使用される要求効率の値を一時的に低下させる度合を決定することを特徴とする請求項４乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記要求効率補正手段は、前記トルク急増要求の大きさに応じて、前記要求空気量の算出に使用される要求効率の値を一時的に低下させる時間を決定することを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images