JP4997208B2 - 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、トルクデマンド制御によって内燃機関のトルク調整要素を制御する制御装置に関する。

内燃機関のトルクの制御方法として、スロットル開度や点火時期等のトルク調整要素を要求トルクに基づいて制御するいわゆるトルクデマンド制御が知られている。スロットル開度の制御に関して言えば、要求トルクから目標吸入空気量が算出され、目標吸入空気量を実現するようにスロットル開度が制御されるようになっている。

ところで、内燃機関で実施される種々の制御のうちの一つに、車両減速時や車両停止時において一時的に燃料供給を停止する燃料カットがある。この燃料カットがトルクデマンド制御で実行される場合、燃料カット中は要求トルクが発生しないためにスロットル開度の制御は行われない。このため燃料カット中にスロットルが開いてしまう可能性もあり、そのような場合には、ブレーキシステムにおいて必要とされるブレーキ負圧が確保できなくなるという問題が生じうる。

吸気管負圧の制御に関する技術としては、例えば、特開平１１−１３５１６号公報に記載されている技術がある。この公報に開示されているのは減速時の負圧制御に関する技術であり、要求空気量の下限制御によって吸気管内の負圧が一定以上上昇しないようにしている。詳しくは、トルクデマンド制御による目標吸入空気量の算出後、目標吸入空気量と下限リミッタである負圧制御目標吸気量とを比較して、大きいほうに基づいて目標スロットル開度を算出するようにしている。
特開平１１−１３５１６号公報

しかしながら、上記公報に記載の技術では、燃料カットの実行中のスロットル開度の制御に関しては考慮されていない。負圧制御目標吸気量はあくまでも吸気管内の負圧が一定以上上昇しないように設定されたものであって、ブレーキ負圧の確保という観点からは設定されていない。このため、仮に、負圧制御目標吸気量に基づいて燃料カット中のスロットル開度制御が行われたとしても、必要とするブレーキ負圧を確保できない可能性は依然として残ることになる。また、上記公報に記載のようなスロットル開度制御が燃料カット中に行なわれる場合、燃料カットからの復帰時にはスロットル弁が開いた状態になるため、燃料カットからの復帰直後にトルクショックが発生してしまう可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料カット中のブレーキ負圧を確保することができるとともに、燃料カットからの復帰時にはトルクショックの発生を防止できるようにした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、少なくともスロットル開度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、
要求トルクを生成する要求トルク生成手段と、
目標とする吸気管圧を前記要求トルクに基づいて算出する目標吸気管圧算出手段と、
ブレーキ負圧の確保のために必要な吸気管圧を指示する吸気管圧指示手段と、
前記目標吸気管圧算出手段により算出される目標吸気管圧と、前記吸気管圧指示手段によって指示される吸気管圧との何れか一方を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択された吸気管圧を実現するようにスロットル開度を制御するスロットル開度制御手段と、
現在のスロットル弁開度から推定されるトルクと前記要求トルクとの間に差がある場合にはそのトルク差を補償するように点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記吸気管圧指示手段によって指示される吸気管圧のもとで出力されるトルク（以下、参照トルク）を算出する参照トルク算出手段と、
燃料カットの実行中及び燃料カットからの復帰直後は、前記吸気管圧指示手段によって指示される吸気管圧を選択し、燃料カットからの復帰後に前記要求トルクが前記参照トルクまで上昇した場合、前記目標吸気管圧算出手段によって前記要求トルクから算出される目標吸気管圧を選択するように前記選択手段に選択の切り替えを指示する切替指示手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記要求トルク生成手段は、燃料カットからの復帰時、前記要求トルクを前記参照トルクよりも低い値から徐々に上昇させていくことを特徴としている。

第１の本発明によれば、スロットル開度の制御に用いる吸気管圧として、ブレーキ負圧を確保するために指示される吸気管圧と、要求トルクに基づいて算出される目標吸気管圧とを選択することができる。燃料カット中は、前者の吸気管圧が選択されてそれを実現するようにスロットル開度が制御されるので、必要なブレーキ負圧を確実に確保することができる。そして、燃料カットからの復帰時には、要求トルクが参照トルク（ブレーキ負圧確保のために指示された吸気管圧のもとで出力されるトルク）まで上昇してから、スロットル開度の制御に用いる吸気管圧の選択が切り替えられる。これにより、燃料カットからの復帰によりトルクが発生したときのトルク段差を小さくすることができ、トルク段差によるショックの発生を抑えることができるとともに、吸入空気量の急変によるトルクショックの発生も防止することができる。

さらに、第２の発明によれば、燃料カットからの復帰時には、要求トルクは参照トルクよりも低い値から徐々に上げられていくので、トルクショックの発生をより効果的に防止することができる。

本発明の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態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、要求トルクに基づいてスロットル開度と点火時期とを協調制御するトルクデマンド型の制御装置として構成されている。

まずは、スロットル開度を制御するための制御装置の構成と、その機能とについて説明する。スロットル開度制御のための基礎情報となる要求トルクは、要求トルク生成部２にて生成される。要求トルク生成部２には、図示省略のアクセル開度センサからのアクセル開度信号が入力される。アクセル開度信号はドライバのアクセル操作が反映された信号であって、ドライバのトルク要求はこのアクセル開度信号に含まれている。要求トルク生成部２は入力されたアクセル開度信号からドライバ要求トルクを算出する。また、要求トルク生成部２には、車両の駆動制御に係る他の制御システムからの信号も入力される。要求トルク生成部２は、これら制御システムからの信号にトルク要求が含まれる場合、各制御において必要なトルクを計算し、システム要求トルクとして取得する。そして、要求トルク生成部２は、前述のドライバ要求トルクにシステム要求トルクを加算した値を最終的な要求トルク（ＴＲＱ）として出力する。

なお、要求トルク生成部２は上述の機能の他にもある特徴的な機能を有している。その特徴的な機能とは、燃料カットからの復帰時に働く機能であるが、これについては追って詳細に説明するものとする。

制御装置は、次に、要求トルク（ＴＲＱ）を吸入空気量に変換する。この変換作業は目標吸入空気量算出部４にて行われる。目標吸入空気量算出部４は、空気量マップを用いて要求トルクを吸入空気量に変換する。空気量マップは、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、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転状態や運転条件がパラメータとして用いられている。これらのパラメータには現在値が入力されるが、点火時期に関しては最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期の何れか遅角側の点火時期）とされている。目標吸入空気量算出部４は、要求トルクから変換された吸入空気量を目標吸入空気量（ＫＬ）として算出する。

制御装置は、次に、目標吸入空気量（ＫＬ）を吸気管圧に変換する。この変換作業は目標吸気管圧算出部６にて行われる。目標吸気管圧算出部６は、吸気バルブの逆モデルと吸気管の逆モデルとを有している。これらの逆モデルに目標吸入空気量を入力することで、それを実現するために必要な吸気管圧を算出することができる。目標吸気管圧算出部６は、要求トルクから変換された吸気管圧を目標吸気管圧（ＰＭ）として算出する。

目標吸気管圧算出部６で算出された目標吸気管圧（ＰＭ）は選択部１６に入力される。選択部１６は、目標吸気管圧（ＰＭ）と後述する直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）の何れか一方を選択し、選択した吸気管圧をスロットル開度算出部８に出力する。ただし、選択部１６における標準の選択は目標吸気管圧であり、一定の条件下でのみ直接指示吸気管圧に切り替えられるようになっている。選択部１６の機能については直接指示吸気管圧の内容とともに追って詳細に説明するものとする。

選択部１６で目標吸気管圧が選択されている場合、スロットル開度算出部８は入力された目標吸気管圧からスロットル開度を算出する。スロットル開度算出部８は、スロットル弁の逆モデルを有している。この逆モデルに目標吸気管圧を入力することで、それを実現するために必要なスロットル開度を算出することができる。スロットル開度算出部８は、目標吸気管圧から算出したスロットル開度（ＴＡ）を指令信号としてスロットル弁に出力する。

次に、本実施の形態で行われる点火時期制御について説明する。点火時期制御では、ＴＤＣを基準とした点火時期（クランク角で表される）が点火時期算出部１４において算出される。

点火時期算出部１４における点火時期の計算には、トルク効率が用いられる。トルク効率とは内燃機関の推定トルクに対する要求トルクの比であってトルク効率算出部１２にて計算される。また、推定トルクとは現在のスロットル開度のもとで点火時期を最適点火時期に設定したならば得られるトルクであって、次に説明する推定トルク算出部１０で算出される。トルク効率算出部１２は、要求トルク生成部２から出力される要求トルクを推定トルクで除算し、その計算結果をトルク効率として算出する。

推定トルク算出部１０は、推定トルクの算出にあたって、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吸入空気量を算出する。この推定空気量の計算には吸気系モデルが用いられる。推定トルク算出部１０は、次に、算出した推定空気量をトルクに変換する。推定空気量のトルクへの変換にはトルクマップが用いられる。トルクマップは前述の空気量マップの入出力を逆にしたものであり、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転状態や運転条件がパラメータとして用いられている。これらのパラメータには現在値が入力されるが、点火時期に関しては最適点火時期が入力される。推定トルク算出部１０は、推定空気量から変換されたトルクを最適点火時期における推定トルクとして算出する。

点火時期算出部１４は、入力されたトルク効率から最適点火時期に対する点火遅角量を計算する。点火遅角量の計算には点火時期マップが用いられる。点火時期マップは、トルク効率が１以上のときの点火遅角量はゼロに設定され、トルク効率が１よりも小さいほど点火遅角量は大きい値に設定されている。したがって、推定トルクと要求トルクとの間に差が生じたときには、そのトルク差を点火時期の遅角によるトルク調整で補償するための点火遅角量が算出される。点火時期算出部１４は、点火時期マップを用いて決定された点火遅角量と内燃機関の運転状態から決まる最適点火時期とから最終的な点火時期（ＳＡ）を算出する。

以上の構成によって要求トルクに基づいたスロットル開度制御及び点火時期制御が行なわれる。ただし、上述の構成のみでは、燃料カット中のブレーキ負圧の確保において問題が生じる。上述の構成では吸気管圧を決定するスロットル開度は要求トルクに応じて制御されるため、要求トルクが発生しない燃料カット中は適切なスロットル開度制御を行なうことができないからである。本実施の形態の制御装置の特徴の１つは、燃料カット中でも必要なブレーキ負圧を確実に確保できるようにしたことにあり、それは上述の構成に加えて以下に説明する構成を備えることによって実現される。

本実施の形態の制御装置は、燃料カット中に実現すべき吸気管圧を直接指示する吸気管圧直接指示部１８を備えている。吸気管圧直接指示部１８は、車両のブレーキシステムにおいて必要とされるブレーキ負圧を確保できる吸気管圧を算出し、それを直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）として選択部１６に出力する。選択部１６には目標吸気管圧（ＰＭ）も入力されているが、目標吸気管圧は要求トルクに応じて設定されるため、要求トルクが発生していない燃料カット中は有効な値になっていない可能性がある。そこで、本実施の形態の制御装置は、燃料カットの実行条件が成立したら、選択部１６における選択を標準の目標吸気管圧から直接指示吸気管圧へ切り替えるようになっている。この切り替えは、切替指示部２４から選択部１６への切替指示によって実現される。

選択部１６によって吸気管圧の選択が直接指示吸気管圧に切り替えられることで、燃料カット中は直接指示吸気管圧に基づいてスロットル開度が制御されるようになる。これにより、ブレーキシステムにおいて必要とされるブレーキ負圧を確実に確保することが可能となる。

さて、燃料カット中のスロットル開度制御は上述のとおりであるが、次に問題になるのは燃料カットからの復帰時である。燃料カットから復帰することで要求トルクに基づいたトルクデマンド制御が再開されるわけであるが、その際、選択部１６の選択を急に標準に戻してしまうとトルクショックが発生する可能性がある。要求トルクに基づき算出される目標吸気管圧と直接指示吸気管圧との間に差がある場合、その差に応じてスロットル開度が急変し、吸入空気量の急変を招くことになるからである。本実施の形態の制御装置の特徴のもう１つは、燃料カットからの復帰時にトルクショックが発生することを防止できるようにしたことにあり、それは上述の構成に加えて以下に説明する構成を備えることによって実現される。

本実施の形態の制御装置は、直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）を吸入空気量に変換する参照吸入空気量算出部２０を備えている。参照吸入空気量算出部２０は、吸気バルブのモデルを有している。このモデルに直接指示吸気管圧を入力することで、それより実現される吸入空気量を算出することができる。参照吸入空気量算出部２０は、直接指示吸気管圧から変換された吸入空気量を参照吸入空気量（ＫＬｄ）として算出する。

制御装置は、次に、参照吸入空気量（ＫＬｄ）をトルクに変換する。この変換作業は参照トルク算出部２２にて行われる。参照トルク算出部２２は、トルクマップを参照吸入空気量をトルクに変換する。トルクマップは、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、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転状態や運転条件がパラメータとして用いられている。これらのパラメータには現在値が入力されるが、点火時期に関しては最適点火時期が入力される。参照トルク算出部２２は、参照吸入空気量から変換されたトルクを参照トルク（ＴＲＱｄ）として算出する。

参照トルク算出部２２で算出された参照トルク（ＴＲＱｄ）は、燃料カットからの復帰後のトルク制御において使用される。図２は本実施の形態において実施されるトルク制御について説明するための図である。図２の上段に示すグラフの縦軸は要求トルクであり、実線が要求トルク生成部２から出力される要求トルクを示している。破線は内燃機関が出力しうる最小トルク（ＭＩＮ）を示し、二点鎖線が参照トルク（ＴＲＱｄ）を示している。図２中に示すように、燃料カットからの復帰後のトルク制御には、復帰直後に実施されるつなぎ制御と、その後に実施される通常制御とがある。通常制御とは、要求トルクに基づいたスロットル開度及び点火時期の協調制御を意味する。

参照トルク（ＴＲＱｄ）が使用されるのは、燃料カットからの復帰直後のつなぎ制御においてである。つなぎ制御は、要求トルクに基づいた制御である点では通常制御と共通する。ただし、図２の下段のグラフに示すように、通常制御では目標吸気管圧（ＰＭ）に基づいてスロットル開度制御が行なわれるのに対して、つなぎ制御では直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）に基づいてスロットル開度制御が行なわれるようになっている。つまり、燃料カットからの復帰後もつなぎ制御が行なわれている間は、選択部１６ではそのまま直接指示吸気管圧が選択されるようになっている。つなぎ制御の終了条件、すなわち、選択部１６での標準の選択への切り替えの条件については後述する。

つなぎ制御において、参照トルク（ＴＲＱｄ）は要求トルク生成部２による要求トルクの生成に用いられる。図２に示すように、要求トルク生成部２は、内燃機関が出力しうる最小トルク（ＭＩＮ）から参照トルク（ＴＲＱｄ）まで要求トルクを徐々に上昇させていく。詳しくは、要求トルク生成部２は、最小トルク（ＭＩＮ）を初期値とし、参照トルク（ＴＲＱｄ）を収束値とするなまし処理によって要求トルクを算出する。

つなぎ制御では、点火時期の遅角によってトルクの調整が行われる。スロットル開度は直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）によって決まる開度に制御されているため、推定トルク算出部１０では参照トルク（ＴＲＱｄ）が推定トルクとして算出されることになる。点火時期算出部１４では、参照トルク（ＴＲＱｄ）と要求トルク（ＴＲＱ）との差分だけトルクを低減させるように、最適点火時期に対する点火遅角量が算出される。

そして、要求トルク（ＴＲＱ）が参照トルク（ＴＲＱｄ）の近傍まで上昇したら、例えば、要求トルク（ＴＲＱ）と参照トルク（ＴＲＱｄ）との差が所定値未満になったら、つなぎ制御は終了となる。つなぎ制御の終了により通常制御へと移行し、要求トルク生成部２はドライバ要求トルクやシステム要求トルクに基づいて要求トルクを生成する。また、つなぎ制御の終了を受けて切替指示部２４は選択部１６に対して標準の選択への切り替えを指示し、選択部１６は直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）から目標吸気管圧（ＰＭ）へ選択を切り替える。これにより、それ以降の通常制御では、目標吸気管圧に基づいてスロットル開度制御が行なわれるようになる。

以上述べたように、本実施の形態の制御装置は、燃料カットからの復帰時には、要求トルクを最小値（ＭＩＮ）から徐々に上昇させていき、要求トルクが参照トルク（ＴＲＱｄ）まで上昇してから、スロットル開度の制御に用いる吸気管圧の選択を直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）から目標吸気管圧（ＰＭ）へと切り替える。このような制御によれば、燃料カットからの復帰によりトルクが発生したときのトルク段差を小さくしてトルク段差によるショックの発生を抑えることができるとともに、吸入空気量の急変によるトルクショックの発生も防止することができる。

なお、上述の実施の形態と本発明との対応関係は次の通りである。図１に示す構成において、目標吸気管圧算出部６は本発明の「目標吸気管圧算出手段」に相当する。吸気管圧直接指示部１８は本発明の「吸気管圧指示手段」に相当する。選択部１６は本発明の「選択手段」に相当する。スロットル開度算出部８とスロットル弁のドライバ（図示略）とにより本発明の「スロットル開度制御手段」が構成されている。推定トルク算出部１０、トルク効率算出部１２、点火時期算出部１４及び点火装置のドライバ（図示略）により本発明の「点火時期制御手段」が構成されている。参照吸入空気量算出部２０と参照トルク算出部２２とにより本発明の「参照トルク算出手段」が構成されている。また、要求トルク生成部２は本発明の「要求トルク生成手段」に相当する。そして、切替指示部２４は本発明の「切替指示手段」に相当する。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することもできる。例えば、吸気管圧の選択の段階で切り替えを行なうのではなく、スロット弁に出力する指令信号の段階で切り替えを行なうようにしてもよい。つまり、目標吸気管圧（ＰＭ）からスロットル開度（ＴＡ）を算出するとともに、直接指示吸気管圧（ＰＭｄ）からもスロットル開度（ＴＡｄ）を算出する。そして、スロットル開度（ＴＡ）によるスロットル弁の制御を標準の制御とし、燃料カットからつなぎ制御が終了するまでの間は、スロットル開度（ＴＡｄ）による制御に切り替えるようにする。このような変形例でも上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態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にて実施されるトルク制御について説明するための図である。

符号の説明

２ 要求トルク生成部
４ 目標吸入空気量算出部
６ 目標吸気管圧算出部
８ スロットル開度算出部
１０ 推定トルク算出部
１２ トルク効率算出部
１４ 点火時期算出部
１６ 選択部
１８ 吸気管圧直接指示部
２０ 参照吸入空気量算出部
２２ 参照トルク算出部
２４ 切替指示部

Claims (2)

1. 少なくともスロットル開度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、
   要求トルクを生成する要求トルク生成手段と、
   目標とする吸気管圧を前記要求トルクに基づいて算出する目標吸気管圧算出手段と、
   ブレーキ負圧の確保のために必要な吸気管圧を指示する吸気管圧指示手段と、
   前記目標吸気管圧算出手段により算出される目標吸気管圧と、前記吸気管圧指示手段によって指示される吸気管圧との何れか一方を選択する選択手段と、
   前記選択手段で選択された吸気管圧を実現するようにスロットル開度を制御するスロットル開度制御手段と、
   現在のスロットル弁開度から推定されるトルクと前記要求トルクとの間に差がある場合にはそのトルク差を補償するように点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   前記吸気管圧指示手段によって指示される吸気管圧のもとで出力されるトルク（以下、参照トルク）を算出する参照トルク算出手段と、
   燃料カットの実行中又は燃料カットから復帰した後は、前記吸気管圧指示手段によって指示される吸気管圧を選択し、燃料カットからの復帰後に前記要求トルクが前記参照トルクまで上昇した場合、前記目標吸気管圧算出手段によって前記要求トルクから算出される目標吸気管圧を選択するように前記選択手段に選択の切り替えを指示する切替指示手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記要求トルク生成手段は、燃料カットから復帰した場合、前記要求トルクを前記参照トルクよりも低い値から徐々に上昇させていくことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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