JP4911112B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの制御装置に関し、より特定的には、車両に搭載された複数の制御システムからの要求値に応じてエンジンを制御する技術に関する。

車両には、自動変速機およびクルーズコントロールなどの制御システムが複数搭載されている。エンジンは、各制御システムから出力される要求値に応じて制御される。たとえば、アクセル開度に応じた駆動力を実現するために、エンジンはトルクの要求値を実現するように制御される。また、変速ショックなどを低減するために、自動変速機の変速中において、エンジンは点火時期の遅角量の要求値を実現するように制御される。さらに、車速を一定に保つために、エンジンはスロットル開度の要求値を実現するように制御される。エンジンの制御システムは、他の制御システムから要求された要求値を調停し、調停された結果選択された要求値に応じてエンジンを制御する。

しかしながら、各制御システムから要求される要求値が統一されていないと、要求値を正しく調停することができない。たとえば、スロットル開度と点火時期とは次元が異なるため、どちらの要求値を優先して実現すべきかを判断することができない。そこで、各制御システムからの要求値をトルクに統一する技術が提案されている。

たとえば特開２００７−１９８１５７号公報（特許文献１）には、トルクベース（トルクディマンド）型エンジン制御を行なうエンジン制御装置が開示される。これによれば、トルクベース型エンジン制御におけるトルク制御には、電制スロットル操作に代表される吸入空気量操作による低応答トルク制御と、点火リタードや燃料カットに代表される吸入空気量操作を介さないで行なう高応答トルク制御との２種類があることに応じて、それぞれのトルク制御方法に対し低応答目標トルク、高応答目標トルクの２種類の目標トルクが設定される。そして、エンジン制御装置は、低応答トルク制御実施時における実発生のエンジントルクを推定する推定トルク演算手段を備え、推定されたエンジントルク推定値と目標トルクとの差分をなくすように、高応答トルク制御が実施される。
特開２００７−１９８１５７号公報

ここで、上記特許文献１のエンジン制御装置において、実発生のエンジントルクを推定する推定トルク演算手段は、エンジンの吸排気系部品に関する過渡応答物理モデルを有しており、過渡応答物理モデルによって演算された吸気管圧情報を基にエンジントルク推定値への変換を実施する。そして、推定トルク演算手段は、このエンジントルク推定値が定常時に１となるように正規化処理を行ない、正規化されたエンジントルク推定値と目標エンジントルクとの積算を行なって最終的なエンジントルク推定値を算出する。これにより、特許文献１のエンジン制御装置によれば、高い精度でエンジントルクを推定できる。しかしながら、その反面、エンジントルク推定値の算出に複雑な演算処理が求められるため、エンジン制御装置に大きな演算負荷が掛かるという課題がある。そのため、特許文献１のエンジン制御装置では、高速な演算処理を実現しようとすれば、コストおよび体格の増加を招いてしまう。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な制御構造でエンジンに対する要求を好適に実現することができるエンジンの制御装置を提供することである。

この発明のある局面によれば、エンジンの制御装置は、複数の制御システムから要求される要求値に応じて制御される。エンジンには、作動量に応じてエンジンの出力を調整する複数のアクチュエータが設けられる。複数の制御システムは、車両の運転状態に基づいて、エンジンに対して、収束すべき収束先要求値を要求する第１の制御システムと、車両の運転状態に基づいて、エンジンに対して、単位時間ごとに満たすべき瞬時要求値を要求する第２の制御システムとを含む。制御装置は、収束先要求値を、エンジンの運転状態を表わす複数のパラメータの中から予め選択された、複数のアクチュエータが共通して制御の対象とする第１のパラメータに変換する第１の変換手段と、第１のパラメータの応答時定数に基づいて、第１のパラメータの収束先目標値に収束するために単位時間ごとに満たすべき第１のパラメータの瞬時目標値を推定する推定手段と、第２の制御システムからの瞬時要求値を第１のパラメータの瞬時目標値に変換する第２の変換手段と、第１の変換手段によって変換された第１のパラメータの瞬時目標値に、第２の変換手段によって変換された第１のパラメータの瞬時目標値を反映させる目標値反映手段と、目標値反映手段によって反映された瞬時目標値に従って、複数のアクチュエータの作動量を制御する駆動制御手段とを備える。

好ましくは、目標値反映手段は、第１の変換手段によって変換された第１のパラメータの瞬時目標値と、第２の変換手段によって変換された第１のパラメータの瞬時目標値とを調停させた結果に基づいて、第１のパラメータの瞬時目標値を算出する。

好ましくは、目標値反映手段は、第１の変換手段によって変換された第１のパラメータの瞬時目標値と、第２の変換手段によって変換された第１のパラメータの瞬時目標値とを加算する。

好ましくは、複数のアクチュエータは、スロットルバルブを含む吸気機構を構成する。第１の変換手段は、収束先要求値をエンジンの充填効率に変換する。

好ましくは、複数のアクチュエータは、スロットルバルブ、点火プラグおよびインジェクタを含む。第１の変換手段は、収束先要求値をエンジンのパワーまたはトルクに変換する。

好ましくは、第１の制御システムは、運転者によるアクセルペダル操作量に基づいて収束先要求値を算出するための手段を含む。第２の制御システムは、運転者により指示された車速を一定に保持するクルーズコントロール機能に基づいて瞬時要求値を算出するための手段を含む。

この発明によれば、簡易な制御構造でエンジンに対する要求を好適に実現することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に係るエンジンの制御装置を搭載した車両のパワートレーンを示す概略ブロック図である。本実施の形態では、自動変速機が流体継手としてトルクコンバータを備えた、歯車式変速機構を有するように構成されているものとして説明する。なお、本発明は、歯車式変速機構を有する自動変速機に限定されるものではなく、たとえばベルト式などの無段変速機であってもよい。また、歯車式変速機構は、遊星歯車から構成されるものであってもよく、常時噛み合い式の歯車から構成されるものであってもよい。

図１を参照して、車両のパワートレーンは、エンジン１００と、トルクコンバータ２００と、自動変速機３００と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００とを備える。

エンジン１００に吸入される空気量は、スロットルバルブ１０２により調整される。また、吸気内に生じる圧力脈動による脈動効果を有効に利用し、エンジン１００のトルクアップを図るため、可変吸気システムが設けられる。

可変吸気システムにおいては、ＡＣＩＳ（Acoustic Control Induction System）バルブ１０４により、脈動流の周期に合わせて有効吸気管長が２段階に切替えられる。ＡＣＩＳバルブ１０４の開閉は、スロットル開度や目標トルクに応じて制御される。

たとえばスロットル開度または目標トルクが大きい高負荷時においては、有効吸気管長が長くなるようにＡＣＩＳバルブ１０４が制御される。一方、スロットル開度または目標トルクが小さい低負荷時においては、有効吸気管長が短くなるようにＡＣＩＳバルブ１０４が制御される。

さらに、エンジン１００の気筒に充填される空気量、すなわちエンジン１００の出力トルクは、可変バルブタイミング機構１０６により、吸気バルブ１０８および排気バルブ１１０の開閉タイミングを変更することにより調整される。吸気バルブ１０８および排気バルブ１１０の開閉タイミングは、スロットル開度に応じて制御される。

たとえばスロットル開度に応じて、すなわち負荷に応じて吸気バルブ１０８と排気バルブ１１０とのオーバーラップ量を調整したり、吸気バルブ１０８の閉じタイミングを調整したりすることにより、気筒内に充填される空気量や内部ＥＧＲ（Engine Gas Recirculation）量などが調整され、エンジン１００の出力トルクがきめ細かく制御される。

エンジン１００の出力軸は、トルクコンバータ２００の入力軸に接続される。エンジン１００とトルクコンバータ２００とは回転軸により連結されている。したがって、エンジン回転数センサにより検知されるエンジン１００の出力軸回転数ＮＥ（エンジン回転数ＮＥ）とトルクコンバータ２００の入力軸回転数（ポンプ回転数）とは同じである。

トルクコンバータ２００は、入力軸と出力軸とを直結するロックアップクラッチと、入力軸側のポンプ羽根車と、出力軸側のタービン羽根車と、ワンウェイクラッチを有しトルク増幅機能を発現するステータとから構成される。トルクコンバータ２００と自動変速機３００とは、回転軸により接続される。トルクコンバータ２００の出力軸回転数ＮＴ（タービン回転数ＮＴ）は、タービン回転数センサにより検知される。自動変速機３００の出力軸回転数ＮＯＵＴは、出力軸回転数センサにより検知される。

このような自動変速機３００は、その内部に複数の摩擦要素であるクラッチやブレーキを備える。予め定められた作動表に基づいて、摩擦要素であるクラッチ要素や、ブレーキ要素、ワンウェイクラッチ要素が、要求された各ギヤ段に対応して係合および解放されるように油圧回路が制御される。自動変速機３００の変速ポジション（シフトポジション）には、パーキング（Ｐ）ポジション、後進走行（Ｒ）ポジション、ニュートラル（Ｎ）ポジション、前進走行（Ｄ）ポジションがある。

これらのパワートレーンを制御するＥＣＵ１０００は、エンジン１００を制御するエンジンＥＣＵ１０１０と、自動変速機３００を制御するＥＣＴ（Electronic Controlled Transmission）＿ＥＣＵ１０２０とを含む。

本実施の形態において、ＥＣＵ１０００は、エンジン回転数やアクセル開度などに基づいて、エンジン１００の目標トルクとしての要求トルクを算出し、その算出した要求トルクを実現するようにエンジン１００のスロットルバルブ１０２を制御する。

ＥＣＵ１０００が算出した要求トルクに基づいて、ＥＣＵ１０００のエンジンＥＣＵ１０１０がスロットルバルブ１０２の目標開度としての要求スロットル開度を算出し、スロットル開度が要求スロットル開度となるようにスロットルバルブ１０２を制御する。

ここで、車両には、アクセル開度に応じた要求トルクを実現するようにエンジン１００を制御する制御システムの他にも、様々な制御システムが搭載されており、エンジン１００は、これら複数の制御システムの各々から出力される要求値に応じて制御される。複数の制御システムには、たとえば、自動変速機３００、クルーズコントロール、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）、ＴＲＣ（TRaction Control）などの制御システムが含まれている。

クルーズコントロールは、車速を一定に維持する制御である。ＶＳＣは、前後輪が横滑りしそうな状態をセンサが検出した場合において、各輪のブレーキ油圧および車両の目標駆動力などを自動的に設定し、車両の安全性を確保する制御である。ＴＲＣは、滑りやすい路面での発進時および加速時に、駆動輪の空転をセンサが感知すると、各輪のブレーキ油圧および車両の目標駆動力などを自動的に設定し、最適な駆動力を確保する制御である。

ここで、これら複数の制御システムからエンジン１００に対して出力される要求値には、トルク、スロットル開度、点火時期およびパワーなどが含まれており、その種類が統一されていない。各制御システムから要求される要求値の種類が統一されていないと、要求値を正しく調停することができないことから、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ１０１０が、各制御システムからエンジン１００に対して要求される要求値をトルクの要求値に変換する。

そして、エンジンＥＣＵ１０１０は、トルクに変換された各制御システムからの要求値に基づいて要求スロットル開度を算出する。このとき、要求スロットル開度は、後述する方法によって、アクセル開度に応じた要求トルクに対して他の制御システムからの要求値を反映させた要求トルクに基づいて算出される。

ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０には、出力軸回転数センサにて検知された出力軸回転数ＮＯＵＴを表わす信号が入力される。また、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０には、エンジンＥＣＵ１０１０から、エンジン回転数センサにて検知されたエンジン回転数ＮＥを表わすエンジン回転数信号が入力される。

これらの回転数センサは、トルクコンバータ２００の入力軸、トルクコンバータ２００の出力軸および自動変速機３００の出力軸に取り付けられた回転検出用のギヤの歯に対向して設けられている。これらの回転数センサは、トルクコンバータ２００の入力軸、トルクコンバータ２００の出力軸よび自動変速機３００の出力軸に僅かな回転の検出も可能なセンサであり、たとえば一般的に半導体式センサと称される磁気抵抗素子を使用したセンサである。

ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０は、トルクコンバータ２００のロックアップクラッチ制御信号を出力する。このロックアップクラッチ制御信号に基づいて、ロックアップクラッチの係合圧が制御される。また、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０は、自動変速機３００にソレノイド制御信号を出力する。このソレノイド制御信号に基づいて、自動変速機３００の油圧回路のリニアソレノイドバルブやオンオフソレノイドバルブなどが制御され、所定の変速ギヤ段（たとえば第１速〜第５速）を構成するように、摩擦係合要素が係合および解放されるように制御される。

また、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０には、アクセル開度センサ２１００から運転者により操作されたアクセルペダル２１０２の開度（アクセル開度）を表わす信号が、車速センサ２２００から車速を表わす信号が、それぞれ入力される。ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０は、アクセル開度センサ２１００から送信された信号に基づいて、アクセル開度の変化率を検出する。また、ＥＣＵ１０００は、各種データやプログラムが記憶されたメモリを有する。なお、アクセル開度の代わりに、その他、アクセルペダル２１０２の踏力を検出してもよい。同様に、アクセル開度の変化率の代わりに、その他、アクセルペダル２１０２の踏力の変化率を検出してもよい。なお、アクセル開度を表わす信号は、エンジンＥＣＵ１０１０にも入力される。

エンジンＥＣＵ１０１０とＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０とは、相互に信号を送受信する。本実施の形態において、エンジンＥＣＵ１０１０は、自動変速機３００を制御するために用いられる実エンジン正味トルクを算出し、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０に送信する。ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０は、エンジンＥＣＵ１０１０から送信された実エンジン正味トルクを用いて、自動変速機３００を制御する。

図２は、本実施の形態に係るエンジンの制御装置の制御構造を示すブロック図である。図２に示す各機能ブロックは、代表的にエンジンＥＣＵ１０１０が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。

図２を参照して、エンジンＥＣＵ１０１０は、要求トルク算出部１１１０と、要求値変換部１１２０と、瞬時要求値推定部１１３０と、瞬時要求トルク算出部１１４０と、瞬時要求値変換部１１５０と、加算部１１６０と、瞬時要求スロットル開度算出部１１７０とを含む。

スロットルバルブ１０２は、モータにより駆動される電機制御式スロットルバルブであり、開度制御部１２０によりその開度が制御される。開度制御部１２０は、上記モータを駆動する駆動部１２２と、開度検出部（図示せず）とを含む。

駆動部１２２は、瞬時要求スロットル開度算出部１１７０から瞬時要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）を示す信号を受けると、開度検出部によって検出された実スロットル開度が要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）に一致するようにスロットルバルブ１０２を制御する。

要求トルク算出部１１１０は、アクセル開度センサ２１００からアクセル開度ＡＣＣを示す信号を受け、エンジン回転数センサ１３０からエンジン回転数ＮＥを示す信号を受ける。アクセル開度ＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥは、車両の運転状態に関する情報に含まれる。要求トルク算出部１１１０は、これらの信号に基づいてエンジン１００の要求トルク（エンジン１００の目標トルク）ＴＲ^＊を算出する。なお、エンジン１００の要求トルクＴＲ^＊は、たとえば実験等により予め求められたマップに基づいて算出される。

要求値変換部１１２０は、要求トルク算出部１１１０によって算出された要求トルクＴＲ^＊を、制御の対象となるパラメータに変換する。制御の対象となるパラメータとは、要求トルクＴＲ^＊を実現するために制御されるパラメータであり、エンジン１００の運転状態を表わす複数のパラメータの中から、エンジン１００の出力を調整する複数のアクチュエータに共通するパラメータが選択される。

具体的には、エンジン１００の気筒に充填される空気量（空気充填量）は、エンジン１００の出力トルクと高い相関を有している。そして、空気充填量は、上述したように、スロットルバルブ１０２、ＡＣＩＳバルブ１０４、および可変バルブタイミング機構１０６（吸気バルブ１０８、排気バルブ１１０）などの複数のアクチュエータを制御することによって調整される。すなわち、これら複数のアクチュエータは、エンジン１００に吸入される空気量を調整するための吸気機構を構成する。なお、該複数のアクチュエータには、上述したバルブの他にも、過給器などが含まれる。

要求値変換部１１２０は、エンジン１００の吸気機構を構成するこれら複数のアクチュエータに共通するパラメータとして、充填効率ＫＬを選択する。充填効率ＫＬとは、気筒に実際に吸入された空気量と理論上吸入されるべき空気量との比であり、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量から算出することができる。そして、要求値変換部１１２０は、エンジン１００の要求トルクＴＲ^＊を、エンジン１００の充填効率ＫＬの目標値である要求充填効率ＫＬ^＊に変換する。なお、要求トルクＴＲ^＊から要求充填効率ＫＬ^＊への変換は、たとえば実験等により予め定められたマップに基づいて行なわれる。

瞬時要求値推定部１１３０は、要求値変換部１１２０から要求充填効率ＫＬ^＊を受けると、実際の充填効率ＫＬが要求充填効率ＫＬ^＊に収束するまでに、所定の単位時間Ｔごとに満たすべき瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ）を推定する。この単位時間Ｔは、たとえばエンジンＥＣＵ１０１０の制御周期に対応するように予め設定されている。

なお、本実施の形態では、車両の運転者からの要求（アクセルペダル２１０２の操作量）が発せられた時点以降において、エンジン１００が収束すべき要求値（要求トルク）を「収束先要求値」と称する。一方、この収束先要求値に対して、瞬時に（単位時間Ｔごとに）エンジン１００が満たすべき要求値を「瞬時要求値」と称する。すなわち、収束先要求値と瞬時要求値とでは、要求される応答性が異なっており、瞬時要求値の方が収束先要求値よりも高い応答性が求められる。本実施の形態では、運転者の要求に応じて算出される要求値（要求トルク）が主として収束先要求値に対応し、自動変速機３００、クルーズコントロール、ＶＳＣ、ＴＲＣなどの制御システムにおいて、車両の挙動に応じて自動的に設定される要求値が主として瞬時要求値に対応する。

ここで、瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ）の推定は、エンジン１００の吸気機構を構成する複数のアクチュエータによって実際の気筒内に吸入される空気の充填効率（実充填効率）ＫＬの応答時定数に基づいて行なわれる。

具体的には、アクセル開度ＡＣＣに基づいて要求トルクＴＲ^＊が算出されると、エンジンＥＣＵ１０１０は、要求トルクＴＲ^＊に応じたアクチュエータの指令値（たとえば、要求スロットル開度）を演算して開度制御部１２０に出力する。ところが、要求トルクＴＲ^＊の変化が実際に出力トルクの変化として現れるまでには応答遅れがあり、その応答時間は、エンジン回転数ＮＥや負荷等のエンジン運転領域が変化することによって、吸気管圧力や吸気流速等の影響を受けて変化する。なお、この応答遅れは、エンジン回転数ＮＥが低くなるほど大きくなるという特性を有している。そのため、低回転数域では、要求トルクＴＲ^＊と実トルクとのずれが大きくなるため、エンジン回転数ＮＥが一時的に落ち込む現象が生じる場合がある。

そのため、瞬時要求値推定部１１３０は、充填効率ＫＬの応答時定数に基づいて、単位時間Ｔごとに満たすべき瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ）を推定する。具体的には、瞬時要求値推定部１１３０は、現時点から単位時間Ｔが経過した時点の充填効率ｋｌ（ｔ＋Ｔ）とエンジン回転数ＮＥとの関係を予め実験等により取得している。図３には、現時点の充填効率ｋｌ（ｔ）が所定値（ｘ％）であるときに、現時点から単位時間Ｔが経過した時点の充填効率ｋｌ（ｔ＋Ｔ）とエンジン回転数ＮＥとの関係が示される。瞬時要求値推定部１１３０は、図３に示す関係を予めマップとして所有しており、エンジン回転数センサ１３０からエンジン回転数ＮＥを受けると、現時点の充填効率ｋｌ（ｔ）を取得するとともに、当該マップを参照して、エンジン回転数ＮＥに基づいて、現時点から単位時間Ｔが経過した時点の充填効率ｋｌ（ｔ＋Ｔ）を推定する。そして、瞬時要求値推定部１１３０は、その推定した充填効率ｋｌ（ｔ＋Ｔ）を、現時点から単位時間Ｔが経過した時点でエンジン１００が満たすべき瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ）に設定する。

このように本実施の形態によれば、収束先要求値を複数のアクチュエータの応答特性に基づいた瞬時要求値に変換することによって、エンジン回転数ＮＥに拘らず、常に要求トルクと同じ応答性でトルクが出力されるようになる。その結果、低回転数域においても、要求トルクと実トルクとのずれが小さくなって、エンジン回転数ＮＥの落ち込みを抑えることができる。

さらに、以下に述べるように、要求トルクＴＲ^＊に対して他の制御システムからエンジン１００に対して要求される要求値を容易に反映させることが可能となる。この結果、簡易な制御構造で、エンジン１００に対する要求をより好適に実現することができる。

詳細には、図２を参照して、瞬時要求トルク算出部１１４０は、制御システム１０３０からの要求値を受ける。制御システム１０３０は、自動変速機３００、クルーズコントロール、ＶＳＣ、ＴＲＣ（TRaction Control）などの制御システムを含んでいる。瞬時要求トルク算出部１１４０は、たとえばクルーズコントロールからスロットル開度ＴＡの要求値を受ける。瞬時要求トルク算出部１１４０は、その受けたスロットル開度ＴＡの要求値をトルクに変換する。このとき、瞬時要求トルク算出部１１４０は、予め定められたマップに従って、スロットル開度ＴＡの要求値を瞬時要求トルクｔｒ^＊（ｔ）に変換する。

瞬時要求値変換部１１５０は、瞬時要求トルクｔｒ^＊（ｔ）をさらに、エンジン１００の充填効率ＫＬの瞬時の目標値である瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｃ^＊（ｔ）に変換する。なお、瞬時要求トルクｔｒ^＊（ｔ）から瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｃ^＊（ｔ）への変換は、たとえば実験等により予め定められたマップに基づいて行なわれる。

加算部１１６０は、瞬時要求値推定部１１３０から瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ）を受け、瞬時要求値変換部１１５０から瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｃ^＊（ｔ）を受けると、これらを加算することにより、最終的な目標値である瞬時要求充填効率ｋｌ^＊（ｔ）を算出する。

瞬時要求スロットル開度算出部１１７０は、算出された瞬時要求充填効率ｋｌ^＊（ｔ）に基づいて、瞬時の目標開度としての瞬時要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）を算出する。なお、瞬時要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）は、実験等により予め求められたマップを用いて算出される。

駆動部１２２は、瞬時要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）を受けると、開度検出部によって検出される実スロットル開度ＴＡ（ｔ）が要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）に一致するようにスロットルバルブ１０２を制御する。

図２に示すエンジンＥＣＵ１０１０の制御構造と本願発明との対応関係については、要求トルク算出部１１１０が「第１の制御システム」に相当し、制御システム１０３０が「第２の制御システム」に相当する。また、要求値変換部１１２０および瞬時要求値推定部１１３０がそれぞれ、「第１の変換手段」および「推定手段」に相当する。さらに、瞬時要求トルク算出部１１４０および瞬時要求値変換部１１５０が「第２の変換手段」に相当し、加算部１１６０が「目標値反映手段」に相当する。

なお、図２に示す制御構造においては、要求トルクＴＲ^＊に対して他の制御システムからの要求値を反映させるための手段として、要求トルクＴＲ^＊および他の制御システムからの要求値をそれぞれ瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ），ｋｌ＿ｃ^＊（ｔ）に変換して加算する構成としたが、制御システム間で予め定められた優先順位に従って、いずれか一方の瞬時要求充填効率を選択する構成としてもよい。また、２つの瞬時要求充填効率の中間値を算出する構成としてもよい。すなわち、瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ）と瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｃ^＊（ｔ）とを調停させる構成とすればよい。

また、要求値変換部１１２０において、要求トルクＴＲ^＊および制御システム１０３０からの要求値を、スロットルバルブ１０２を含む吸気機構に共通するパラメータである充填効率ＫＬに変換する構成としたが、これらの要求値を、スロットルバルブ１０２、インジェクタおよび点火プラグ（ともに図示せず）を含む複数のアクチュエータに共通するパラメータであるパワー（またはトルク）に変換することも可能である。

なお、エンジン１００のパワーとは、トルクとエンジン回転数との積として算出される物理量である。この場合、要求トルクＴＲ^＊および制御システム１０３０からの要求値は、それぞれ瞬時要求パワーに変換された後に互いに調停されることによって、最終的な目標値である瞬時要求パワーに変換される。そして、変換された瞬時要求パワーに従って、インジェクタからの燃焼噴射量、点火プラグによる点火時期およびスロットル開度が制御されることになる。

図４は、本実施の形態に係るエンジンの制御装置が実行するプログラムの制御構造を説明するためのフローチャートである。なお、図４に示すプログラムは、所定の制御周期（単位時間Ｔに相当）で繰り返し実行される。

図４を参照して、処理が開始されると、エンジンＥＣＵ１０１０は、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＣＣを取得する。そして、エンジンＥＣＵ１０１０は、取得したエンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＣＣに基づいて要求トルクＴＲ^＊を算出する（ステップＳ０１）。

次に、エンジンＥＣＵ１０１０は、算出した要求トルクＴＲ^＊を、エンジン１００の吸気機構を構成する複数のアクチュエータに共通するパラメータである充填効率ＫＬの目標値（要求充填効率ＫＬ^＊）に変換する（ステップＳ０２）。

さらに、エンジンＥＣＵ１０１０は、スロットルバルブ１０２を含む吸気機構が作動したときの充填効率ＫＬの応答時定数に基づいて、単位時間Ｔごとの瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ）を推定する（ステップＳ０３）。

次に、エンジンＥＣＵ１０１０は、自動変速機３００およびクルーズコントロールなどの制御システムからの要求値を瞬時要求トルクｔｒ^＊（ｔ）に変換する。そして、その変換した瞬時要求トルクｔｒ^＊（ｔ）を、単位時間Ｔごとの瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｃ^＊（ｔ）にさらに変換する（ステップＳ０４）。

最後に、エンジンＥＣＵ１０１０は、ステップＳ０３，Ｓ０４でそれぞれ取得された瞬時要求充填効率ｋｌ＿ｔ^＊（ｔ），ｋｌ＿ｃ^＊（ｔ）を加算することにより、最終的にエンジン１００が満たすべき瞬時要求充填効率ｋｌ^＊（ｔ）を算出する（ステップＳ０５）。そして、エンジンＥＣＵ１０１０は、その算出した瞬時要求充填効率ｋｌ^＊（ｔ）に基づいて瞬時要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）を算出する（ステップＳ０６）。駆動部１２２は、エンジンＥＣＵ１０１０から瞬時要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）を受けると、実スロットル開度ＴＡ（ｔ）がその要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）になるようにスロットルバルブ１０２を制御する。

最後に、図５および図６を用いて、本発明の実施の形態に係るエンジンの制御装置が奏する作用効果について詳細に説明する。なお、図５には、比較のために、アクセル開度に基づいて算出された要求トルクＴＲ^＊（すなわち、収束先要求値）のみに従ってエンジン１００を制御した場合のエンジン出力（トルク）が示される。一方、図６には、本実施の形態に従うエンジンの制御装置によって制御されるエンジン出力（トルク）が示される。

図５を参照して、従来の制御構造では、時刻ｔ１において運転者からの要求（アクセルペダル２１０２の操作量）に応じて要求トルクＴＲ^＊が算出されると、その算出された要求トルクＴＲ^＊に基づいて、収束先要求値である要求スロットル開度ＴＡ^＊が算出される。そして、駆動部１２２は、算出された要求スロットル開度ＴＡ^＊を受けると、実スロットル開度が要求スロットル開度ＴＡ^＊に一致するようにスロットルバルブ１０２を制御する。これにより、スロットル開度ＴＡは、図５に示すように、時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２において要求スロットル開度ＴＡ^＊に収束する。このとき、エンジン出力も時刻ｔ２において要求出力（要求トルクＴＲ^＊）に収束している。

しかしながら、図５に示す制御構造では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては、エンジン１００の吸気機構を構成する複数のアクチュエータの応答時間がエンジンの回転数ＮＥや負荷等のエンジン運転領域に応じて変化することに起因して、エンジン出力もエンジン運転領域の変化に伴なって成り行きで変化する。すなわち、当該期間において、自動変速機３００およびクルーズコントロールなどの制御システムから要求される瞬時要求トルクｔｒ^＊を満たすことができないために、車両の安定性を確保できないという問題が生じるおそれがある。

これに対して、本実施の形態では、図６に示すように、時刻ｔ１において運転者からの要求に応じて要求トルクＴＲ^＊が算出されると、その算出された要求トルクＴＲ^＊が吸気機構を構成する複数のアクチュエータの応答特性を考慮した、単位時間Ｔごとの瞬時要求値に変換される。そして、この変換された瞬時要求値に対して、自動変速機３００およびクルーズコントロールなどの制御システムから要求される瞬時要求トルクｔｒ^＊が加算される。

これにより、スロットル開度ＴＡは、単位時間Ｔごとに設定された瞬時要求スロットル開度ＴＡ^＊（ｔ）に従って制御される。この結果、エンジン出力は、単位時間Ｔごとの瞬時要求トルクを満たしながら、時刻ｔ２において要求出力（要求トルク）に収束する。

このように本実施の形態に係るエンジンの制御装置は、収束先要求値を複数のアクチュエータの応答性を考慮した瞬時の要求値に変換することにより、収束先要求値に対して、車両の挙動に応じて自動的に設定される瞬時の要求値を容易に反映させることができる。この結果、互いに応答性が異なる複数の制御システムからの要求に好適に対応することができる。

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、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。

この発明の実施の形態に係るエンジンの制御装置を搭載した車両のパワートレーンを示す概略ブロック図である。 この発明の実施の形態に係るエンジンの制御装置の制御構造を示すブロック図である。 エンジンの充填効率の応答時定数とエンジン回転数との関係を示す図である。 この発明の実施の形態に係るエンジンの制御装置が実行するプログラムの制御構造を説明するためのフローチャートである。 従来のエンジン制御装置によって制御されたエンジン出力特性を説明するための図である。 この発明の実施の形態に係るエンジンの制御装置よって制御されたエンジン出力特性を説明するための図である。

符号の説明

１００ エンジン、１０２ スロットルバルブ、１０４ ＡＣＩＳバルブ、１０６ 可変バルブタイミング機構、１０８ 吸気バルブ、１１０ 排気バルブ、１２０ 開度制御部、１２２ 駆動部、１３０ エンジン回転数センサ、２００ トルクコンバータ、３００ 自動変速機、１０１０ エンジンＥＣＵ、１０３０ 制御システム、１１１０ 要求トルク算出部、１１２０ 要求値変換部、１１３０ 瞬時要求値推定部、１１４０ 瞬時要求トルク算出部、１１５０ 瞬時要求値変換部、１１６０ 加算部、１１７０ 瞬時要求スロットル開度算出部、２１００ アクセル開度センサ、２１０２ アクセルペダル、２２００ 車速センサ。

Claims (6)

1. 複数の制御システムから要求される要求値に応じて制御されるエンジンの制御装置であって、
   前記エンジンには、作動量に応じて前記エンジンの出力を調整する複数のアクチュエータが設けられ、
   前記複数の制御システムは、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンに対して、収束すべき収束先要求値を要求する第１の制御システムと、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンに対して、単位時間ごとに満たすべき瞬時要求値を要求する第２の制御システムとを含み、
   前記制御装置は、
   前記収束先要求値を、前記エンジンの運転状態を表わす複数のパラメータの中から予め選択された、前記複数のアクチュエータが共通して制御の対象とする第１のパラメータに変換する第１の変換手段と、
   前記第１のパラメータの応答時定数に基づいて、前記第１のパラメータの収束先目標値に収束するために前記単位時間ごとに満たすべき前記第１のパラメータの瞬時目標値を推定する推定手段と、
   前記第２の制御システムからの前記瞬時要求値を前記第１のパラメータの瞬時目標値に変換する第２の変換手段と、
   前記第１の変換手段によって変換された前記第１のパラメータの瞬時目標値に、前記第２の変換手段によって変換された前記第１のパラメータの瞬時目標値を反映させる目標値反映手段と、
   前記目標値反映手段によって反映された前記瞬時目標値に従って、前記複数のアクチュエータの作動量を制御する駆動制御手段とを備える、エンジンの制御装置。
2. 前記目標値反映手段は、前記第１の変換手段によって変換された前記第１のパラメータの瞬時目標値と、前記第２の変換手段によって変換された前記第１のパラメータの瞬時目標値とを調停させた結果に基づいて、前記第１のパラメータの瞬時目標値を算出する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記目標値反映手段は、前記第１の変換手段によって変換された前記第１のパラメータの瞬時目標値と、前記第２の変換手段によって変換された前記第１のパラメータの瞬時目標値とを加算する、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記複数のアクチュエータは、スロットルバルブを含む吸気機構を構成し、
   前記第１の変換手段は、前記収束先要求値を前記エンジンの充填効率に変換する、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
5. 前記複数のアクチュエータは、スロットルバルブ、点火プラグおよびインジェクタを含み、
   前記第１の変換手段は、前記収束先要求値を前記エンジンのパワーまたはトルクに変換する、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
6. 前記第１の制御システムは、運転者によるアクセルペダル操作量に基づいて前記収束先要求値を算出するための手段を含み、
   前記第２の制御システムは、前記運転者により指示された車速を一定に保持するクルーズコントロール機能に基づいて前記瞬時要求値を算出するための手段を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの制御装置。

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