JP5085597B2

JP5085597B2 - エンジンの制御装置

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Publication number: JP5085597B2
Application number: JP2009083856A
Authority: JP
Inventors: 直之田代; 堀　　俊雄; 真也佐藤; 邦彦鈴木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010236402A

Description

本発明は、エンジンのトルク制御を行う制御装置に係り、特に、トルク制御を、最適点火時期(ＭＢＴ)からの点火リタード量とエンジントルク発生効率との関係から導き出される点火時期効率特性を使用して行なうエンジンの制御装置に関する。

自動車用ガソリンエンジンに関する技術として、可変バルブシステム(可変動弁機構)が注目されている。可変バルブシステムは、エンジンのカム軸固定部周辺に油圧や電動のアクチュエータを設け、運転状態に応じてバルブタイミング(吸排気バルブの開閉時期、位相)やリフト量を変更するものである。可変バルブシステムの効果としては、ポンプ損失低減による燃費向上や、バルブオーバーラップ適正化によるＨＣやＮＯｘなどの排気を低減することが挙げられる。

一方、自動車用ガソリンエンジンに関する他の技術として、点火リタード(点火時期遅延)による高応答トルクダウン制御が知られている。点火リタードによる高応答トルクダウン制御とは、点火時期を基準点火時期より遅らせてトルク発生効率を下げることにより、エンジンのトルクダウンを行なうものである。この制御は、燃料カットとならび、高速なエンジントルクダウンの実現手段として有効である。

ここで、点火時期とエンジンの発生トルクの関係について説明する。図１９（Ａ）に点火時期が早過ぎる場合、（Ｂ）に点火時期が最良の場合、（Ｃ）に点火時期が遅すぎる場合の発生トルクがそれぞれ示されているように、シリンダ内の燃焼圧（筒内圧）がピークを示すクランク角は、点火時期によって変化する。一般に、前記燃焼圧ピークが上死点後１０〜１５°付近に位置するように点火時期を設定した場合に、エンジンの発生トルクが最大になると考えられており、その際の点火時期を最適点火時期：ＭＢＴ（Minimum advanced for the Best Torque）と呼ぶ。

ＭＢＴを基準に点火時期をリタードさせると、この点火リタードに伴ってエンジントルクが減少する。その際の点火リタード量とＭＢＴを基準とした正規化エンジントルク（ＭＢＴ基準トルク発生効率）との関係は、２次曲線的な関係となる。言い換えれば、点火リタード量とＭＢＴ基準トルク発生効率)とから、２次曲線で表される点火時期効率特性が導き出される。

従って、従来、点火リタードによるトルクダウンを行なう際には、予め定式化あるいはテーブル化された点火時期効率特性を基に、所望のトルクダウン率(以下、点火リタード用トルク補正率)に対する点火リタード量を算出する方式が一般的である。

従来、上記点火時期効率特性は、エンジン回転数やエンジン負荷に拠らず一定であるとされてきたが、これは可変バルブ機構を持たない従来の固定カム機構エンジンの経験則を基にしている。しかし、可変バルブ機構を備えたエンジンの場合、バルブオーバーラップ拡大などに伴う内部ＥＧＲ量（Exaust Gas Recirculation:排気ガス還流量）の変化によって、混合気の燃焼速度が大きく変化する。その結果、上記点火時期効率特性が運転状態に応じて変化するため、単一の点火時期効率特性(マップ)にて点火リタード制御を行なうと、エンジントルクの制御精度が低下するという問題があった。

前記問題に対応するため、例えば下記特許文献1では、空燃比、ＥＧＲ率、スワールの強度によって、点火時期効率特性を補正する技術が開示されている。

特開2003−278591号公報

しかしながら、上記特許文献１に所載の制御装置においては、空燃比、ＥＧＲ率、スワールの強度に応じて、すなわち、エンジンの様々な運転状態に応じて点火時期効率特性を補正する必要がある。このため、点火リタードによるトルク制御精度を向上させるためには、多様な運転状態のそれぞれに対応した多数のマップが必要となり、マップの増加・肥大化、補正に必要な入力パラメータの増大等々、点火リタードによるトルク制御モデルの煩瑣化・大規模化を招くという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、点火リタードによるトルク制御モデルの煩瑣化・大規模化を招くことなく、点火時期効率特性を合理的かつ効率的に補正し得て、高精度なトルク制御を実現できるエンジンの制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置は、基本的には、ＭＢＴからの点火リタード量とトルク発生効率との関係から導き出される点火時期効率特性を用いて、点火リタードによるトルク制御を行なうようにされていて、任意の点火時期における燃焼期間を基準となる特定の点火時期における燃焼期間で除算する等して正規化燃焼期間を求めるとともに、該正規化燃焼期間とクランク角との関係から導き出される正規化燃焼期間特性とＭＢＴとに基づいて正規化燃焼期間変化率を算出し、該正規化燃焼期間変化率に基づいて前記点火時期効率特性を補正するとともに、該補正した点火時期効率特性と要求トルク発生効率とに基づいて、前記トルク制御に用いる、ＭＢＴからの点火リタード量を演算することを特徴としている。

より具体的には、ドライバーのアクセル操作と運転状態に基づき、要求トルク発生効率を算出する要求トルク発生効率演算手段と、任意のクランク角で点火した場合の燃焼期間を基準となる特定クランク角で点火した場合の燃焼期間で除算する等して得られる正規化燃焼期間とクランク角との関係から導き出される正規化燃焼期間特性とＭＢＴとに基づき、正規化燃焼期間変化率を算出する正規化燃焼期間変化率演算手段と、前記正規化燃焼期間変化率に基づき、前記点火時期効率特性を補正する点火時期効率補正手段と、前記補正された点火時期効率特性と前記要求トルク発生効率とに基づいて、前記トルク制御に用いる、ＭＢＴからの点火リタード量を演算する点火リタード量演算手段と、を備えていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記点火時期効率特性は、多次元マップあるいは演算式を用いて求められる２次曲線群で表される。

前記点火時期効率補正手段は、好ましくは、前記正規化燃焼期間変化率が大きいほど、前記点火時期効率特性を表す曲線の曲率が大きくなるように補正し、前記正規化燃焼期間変化率が小さいほど、前記曲線の曲率が小さくなるように補正するようにされる。

他の好ましい態様では、前記正規化燃焼期間変化率として、ＭＢＴからの点火リタード量が最大となる点火時期における正規化燃焼期間とＭＢＴにおける正規化燃焼期間との比を求めるようにされる。

別の好ましい態様では、前記正規化燃焼期間変化率として、前記正規化燃焼期間特性を表す曲線における、ＭＢＴとなるクランク角での接線の傾きを求めるようにされる。

さらに別の好ましい態様では、前記正規化燃焼期間変化率として、ＭＢＴからの点火リタード量が最大となる点火時期における燃焼期間とＭＢＴにおける燃焼期間との比を求めるようにされる。

この場合、好ましい態様では、前記燃焼期間を、ＥＧＲ率、エンジン回転数、空燃比、水温、混合気の乱れ強さを表す指標のうちの少なくとも一つを用いて演算するようにされる。

さらに別の好ましい態様では、前記燃焼期間を、多次元マップ、重回帰式あるいは燃焼期間の理論演算式を用いて演算するようにされる。

他の好ましい態様では、前記正規化燃焼期間特性を、混合気の乱れ強さを表す指標を参酌して求めるようにされる。

この場合、前記混合気の乱れ強さを表す指標として、好ましくは、エンジン回転数、タンブル強度、スワール強度、クランク角のうちの少なくとも一つを求めるようにされる。

本発明によれば、特に可変バルブ機構を備えたエンジンで問題となる、燃焼(運転)状態に応じた点火時期効率特性の補正に関し、正規化燃焼期間変化率を中間パラメータとすることによって補正パラメータの集約化が図られ、補正ロジックの簡略化が可能となる。また、前記正規化燃焼期間変化率は、ＭＢＴに対してほぼ一義的に決まることから、従来方式に比べ、補正に必要な入力パラメータを大幅に削減できる。従って、マップの肥大化等を防ぎつつ、シンプルな補正ロジックで点火時期効率特性を補正することが可能となり、点火リタードによるトルク制御の精度を向上することができる。

本発明に係る制御装置の一実施形態(第１〜第４実施例で共通)を、それが適用されたエンジンと共に示す概略構成図。実施形態におけるトルクベース型エンジン制御の全体構成を示す機能ブロック図。アクセル開度とドライバー要求トルクとの関係の説明に供される図。燃料カット気筒数と燃料カット用トルク補正率との関係の説明に供される図第１実施例における点火リタード量演算手段の説明に供される機能ブロック図。正規化燃焼期間変化率と点火時期効率特性との関係の説明に供される図。点火時期効率演算手段において多次元マップを用いた場合の説明に供される図。点火時期効率演算手段において演算式を用いた場合の説明に供される図。クランク角と正規化燃焼期間との関係の説明に供される図。点火時期と燃焼期間との関係の説明に供される図。第1実施例における正規化燃焼期間変化率演算手段の一演算例の説明に供される図。第1実施例における正規化燃焼期間変化率演算手段の他の演算例の説明に供される図。第２実施例における正規化燃焼期間変化率演算手段の演算例の説明に供される図。他の点火リタード量算出例の説明に供される図。第３実施例における点火時期効率特性と排ガス温度の関係の説明に供される図。第３実施例における点火時期効率特性とアイドル時の点火リタード量との関係の説明に供される図。第４の実施例における点火リタード用演算手段の説明に供される図。第４実施例におけるアイドル時の目標エンジン回転数と点火時期制御の関係の説明に供される図。点火時期と筒内圧との関係の説明に供される図。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図1は、本発明に係る制御装置の一実施形態(第１〜第４実施例)が適用された可変バルブ機構付き自動車用ガソリンエンジンの概略構成図である。

まず、上記可変バルブ機構付き自動車用ガソリンエンジン１のハード構成について説明する。ドライバーが操作したアクセルペダル１１７の踏み込み量によって、エンジンコントロールユニット１１８（以下、ＥＣＵ１１８）では、電子制御スロットルバルブ（以下、電制スロットルとする）１０３の目標スロットルバルブ開度を決定し、電制スロットル１０３に開度指令値を送信する。前記指令値に従い、電制スロットル１０３が目標スロットルバルブ開度を実現すると、吸気管(吸気通路)１０１におけるスロットル下流に負圧が発生して空気が取り込まれる。

吸気通路１０１の入口より取り込まれた空気は、エアクリーナ１００を通過し、吸気通路１０１の途中に設けられたエアフロセンサ１０２によって吸入空気量が計測された後に、電制スロットル１０３入口へ導入される。なお、エアフロセンサ１０２の計測値はＥＣＵ１１８に送信され、その値を基に空燃比が理論空燃比となるような燃料噴射弁１０５の燃料噴射パルス幅が演算される。電制スロットル１０３を通過した吸入空気は、コレクタ１０４を通過した後にインテークマニホールド(多岐管)内に導入され、前記パルス幅を持つ駆動パルス信号に従って燃料噴射弁１０５より噴射されたガソリン噴霧と混合して混合気となり、吸気バルブ１０７の開閉に同期して燃焼室１１１に導入される。その後、吸気バルブ１０７が閉じ、ピストン１１２の上昇の過程で圧縮された混合気は、圧縮上死点直前付近において、ＥＣＵ１１８で指令された点火時期に従って点火プラグ１０８により点火され、急速に膨張してピストン１１２を押し下げ、エンジントルクを発生させる。ここで、エンジンの回転速度はクランク角センサ１１９により検出され、ＥＣＵ１１８に送信される。

その後ピストン１１２が上昇し、排気バルブ１１０が開いた瞬間から排気行程が始まり、排気ガスは排気マニホールド１１３へ排出される。排気マニホールド１１３の下流(の排気通路)には排気を浄化するための三元触媒１１５が設けられ、排ガスが三元触媒１１５を通過する際にＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの排気成分は、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂、Ｎ₂へ変換されて浄化される。なお、三元触媒入口と出口には、それぞれ空燃比センサ１１４とＯ₂センサ１１６が設置されており、前記センサにより計測されたそれぞれの空燃比情報はＥＣＵ１１８へ送信される。ＥＣＵ１１８では、それらの情報を基に空燃比が所望空燃比(通常は理論空燃比)となるように、燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御を行なう。

上記電子制御スロットルバルブ開度の指令値は、後述するＥＣＵ１１８内で演算される目標エンジントルクに基づいて設定される。また前記燃料噴射パルス幅は、前記目標エンジントルクに応じて、気筒番号によっては０に設定される場合がある（燃料カット）。同じく前記点火時期についても、通常は前記ＭＢＴ近辺に設定されるが、前記目標エンジントルクに応じてリタード(遅延)側に設定される場合がある（点火リタード）。

また、前記吸気バルブ１０７と排気バルブ１１０の開閉タイミング、リフト量は、それぞれ吸気側可変バルブ機構１０６と排気側可変バルブ機構１０９により決定される。本実施形態における吸気側可変バルブ機構１０６と排気側可変バルブ機構１０９には、バルブの開閉タイミング及びリフト量を連続可変可能な機構が備えられており、運転条件に応じてＥＣＵ１１８が演算した指令値を基に、バルブの開閉タイミング及びリフト量が変更される。

次に、図２の機能ブロック図を用いて、前記エンジン1に対するトルクベース（トルクデマンド）型制御を説明する。本制御を行なう制御手段(コントロールユニット１１８)は、機能的には、主構成手段として目標トルク演算手段２０１と目標トルク実現手段２０２とを備えている。前記目標トルク演算手段２０１は、ドライバーのアクセル操作に応じた、最も基本的な要求トルクを演算するドライバー要求トルク演算手段２０３と、運転状態判定手段２１０を備える。

ドライバー要求トルク演算手段２０３では、アクセル開度の他、エンジン回転数、最大トルク及びアイドル要求トルクを基に、ドライバーが要求するエンジントルクを算出する。具体的には、図３に示されるように、機械式スロットル＋ＩＳＣバルブシステムとほぼ同等のトルク特性を実現するような、要求トルクの演算が実行される。即ち、アクセル全閉時にはアイドル要求トルクを算出し、アクセル開度増加と共に上に凸となるように要求トルクを除々に増大させ、最終的にアクセル全開時には、そのエンジン回転数における最大トルクが算出されるものである。

運転状態判定手段２１０では、アクセル開度や車速、外部要求トルクＤＴの有無などから、その状況下における運転状態を判定する。また、前記ドライバー要求トルク演算手段２０３の後段には、ドライバー要求トルクを基に演算される発進時要求トルク、加速時要求トルク、減速時要求トルク、燃料カット時要求トルク、燃料カットリカバー時要求トルク等の、過渡時の運転性を向上させるための要求トルク演算手段群が設置される。さらにその後段には、目標トルク選択手段２１１が設置され、前記要求トルク群及びトラクションコントロールやクルーズコントロール等の外部要求トルクＤＴの中から、前記運転状態判定手段２１０の判定結果に従って、本車両において最適な要求トルクを選択する。

選択される目標エンジントルクは２種（低応答目標トルクＬＴ、高応答目標トルクＨＴ）であり、その他、吸気制御のみを行なったと仮定した際のエンジントルクの推定値である、吸気相当分推定トルクＳＴを出力する。

目標トルク実現手段２０２内には、電制スロットル及びバルブリフト量、位相角を用いて低速なトルク制御を実現するために必要な低応答目標トルク実現手段２１５と、点火リタードや燃料カットを用いて高速なトルク制御を実現するために必要な高応答目標トルク実現手段２１６が存在する。低応答目標トルク実現手段２１５内には、目標吸気量演算手段２１７が備えられ、前記低応答目標トルクＬＴを実現するのに必要な目標吸気量を算出する。

その後段には、目標吸気量振分け演算手段２２１が備えられ、前記目標吸気量を実現するための目標スロットル開度演算手段２１８と目標バルブリフト量演算手段２１９、目標バルブ位相角演算手段２２０が備えられ、目標スロットル開度演算手段２１８では所望の目標スロットル開度２１８が演算された後、電制スロットル１０３へ送信される。また、目標バルブリフト量演算手段２１９、目標バルブ位相角演算手段２２０では、所望の吸排気バルブ１０７、１１０のリフト量及び位相角が演算された後、それぞれ吸気側可変バルブ機構１０６、排気側可変バルブ機構１０９へ送信される。

前記目標吸気量振分け演算手段２２１は、吸気量制御方式選択手段２３１の出力に応じて、各吸気デバイスに振分ける吸気量を決定する。

可変バルブ機構を備えたエンジンにおける吸気量制御は、スロットルを全開付近に保ち、バルブリフト量を調整することで行なう。かかるバルブリフト主体の吸気量制御では、従来のスロットル主体制御に比べ、ポンピングロスを低減することができ、燃費が向上する。しかし、現状の可変バルブ機構は、低リフト制御が困難であることやブレーキ負圧の確保の観点から、吸気量制御方式選択手段２３１では、運転状態に応じて、バルブリフト主体制御とスロットル主体制御のいずれかを選択する。

一方、高応答目標トルク実現手段２１６では、高応答目標トルクＨＴを吸気相当分推定トルクＳＴで除算して求めたトルク補正率Ｔｃを基に、トルク操作量振分け演算手段２２４によって所望のトルク操作割合が算出され、その目標とすべきトルク操作割合が、燃料カット気筒数演算手段２２６ならびに点火リタード量演算手段２２９に送信される。燃料カット気筒数演算手段２２６では、送信された燃料カット用トルク補正率Ｆｃに応じて燃料カット気筒数＃ｘを演算する。具体的には、図４に示される如くに、燃料カット用トルク補正率Ｆｃから、燃料カット気筒数＃ｘを算出する。

一方、点火リタード量演算手段２２９では、同じく送信された点火リタード用トルク補正率(要求トルクダウン率とも称す)Ｒｔに応じて点火リタード量Ｒｐを演算する。なお、前記トルク操作割合の燃料と点火への負担割合は、前記運転状態判定手段２１０に応じて決定される。

[第１実施例]
次に上記構成を、前記トルクベース型エンジン制御へ適用した第１実施例について、図５〜図７を用いて説明する。

図５は、点火リタード量演算手段２２９を示しており、点火時期効率演算手段３０１と、前記点火時期効率を補正する点火時期効率補正手段３０２とで構成され、本演算手段２２９では点火リタード用トルク補正率Ｒｔを入力として、所望の点火リタード量Ｒｐを演算する。

点火時期効率演算手段３０１では、点火時期補正量演算手段３０２の出力値である正規化燃焼期間変化率Ｃｒに従って点火時期効率特性を補正して点火リタード量Ｒｐを出力する。補正内容としては、図６に示される如くに、正規化燃焼期間変化率が大きいほど、点火時期効率特性を表す曲線Ｕの曲率が大きくなるように補正し、燃焼期間変化率が小さいほど、上記点火時期効率特性曲線Ｕの曲率が小さくなるように補正する。点火時期効率特性は、図７に示される如くに、点火リタード用トルク補正率Ｒｔと正規化燃焼期間変化率Ｃｒとを入力とした３次元マップで表現するか、あるいは、図８に示される如くに、２次関数(Ｙ＝aＸ²+bＸ+c)で表現してもよい。ここで、Ｙは点火リタード量Ｒｐ、Ｘは点火リタード用トルク補正率Ｒｔを示す。２次関数の係数a、ｂ、cは正規化燃焼期間変化率Ｃｒに応じて変化させることで、点火時期効率特性曲線Ｕの曲率を変更する。

点火時期効率補正手段３０２では、ＭＢＴとエンジン回転数を入力とし、正規化燃焼期間変化率演算手段３０４を用い、正規化燃焼期間変化率Ｃｒを算出する。

正規化燃焼期間変化率演算手段３０４について、図９を用いて説明する。図９に示される曲線Ｖは、あるクランク角θ’で点火した際の燃焼期間Ｔ’を、基準クランク角θで点火した際の燃焼期間Ｔで除算して(比をとって)正規化したときのクランク角と正規化燃焼期間の関係(以下、正規化燃焼期間特性とする)を表す。前記正規化燃焼期間特性は、エンジンの動作点やEGR率等の混合気の状態によらず、図９に示される如くのほぼ一つの曲線で近似可能である。その理由について図１０を用いて説明する。

混合気の燃焼速度が大きいほど、燃焼期間は短くなり、燃焼速度は空燃比、EGR率、温度、圧力、混合気の乱れなどによって決定される。一般に、ＥＧＲ率が大きいほど燃焼速度は小さくなるため、その結果、燃焼期間が長くなる。同様に、空燃比はリッチなほど、温度、圧力は高いほど、混合気の乱れは強いほど、燃焼速度が大きくなる。燃焼速度は、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示される如くに、燃焼速度Ｙ＝Ｆ(ＥＧＲ率)×Ｇ(空燃比λ)×Ｈ(温度Ｔ、圧力Ｐ)と表すことができる。ここで、Ｆ、ＧはそれぞれＥＧＲ率、空燃比λによって変化する関数を、Ｈは温度Ｔと標準温度Ｔoの比Ｔ/Ｔoと、圧力Ｐと標準圧力(大気圧等)Ｐoの比Ｐ/Ｐoの積、つまりＨ(Ｔ、Ｐ)=(Ｔ/Ｔo)×(Ｐ/Ｐo)によって決定する関数を表す。

あるＥＧＲ率、空燃比λで点火時期のみを変更する場合、温度や圧力はクランク角によって変化するため、点火時期によってＨ（Ｔ、Ｐ）は変化する。ここで、図９（Ａ）に示されるように、点火時期θ１における温度と圧力をそれぞれ、Ｔ１、Ｐ１、図９（Ｂ）に示されるように、点火時期θ２における温度と圧力をＴ２、Ｐ２とする。点火時期θ２における燃焼期間Ｂ２を点火時期θ１における燃焼期間Ｂ１で正規化した正規化燃焼期間Ｂ２／Ｂ１は、次式（１）で表される。

ここで、Cはエンジン幾何依存の定数を、Ｙ１、Ｙ２はそれぞれ点火時期θ１、θ２における燃焼速度を示す。エンジン幾何依存の定数Ｃは点火時期に依らず一定であるため、次式（２）となる。

点火時期のみを変更した場合、θ１、θ２におけるＥＧＲ率、空燃比λは同じ値のため、次式（３）となる．

また、ピストンによる混合気の圧縮を断熱圧縮（Ｐ１＝aＰ２, Ｔ１=aＴ２）と想定すると、温度、圧力比はクランク角により一意に定まる。ここで、aはクランク角依存の定数を表す。したがって、正規化燃焼期間Ｂ２／Ｂ１は、次式（４）となる。

式（４）から理解されるように、正規化燃焼期間はクランク角依存の定数aのみで表すことができるため、クランク角によって一意に定まる。なお、混合気の乱れの強さはクランク角によって多少異なる。したがって、演算精度を向上するためには、混合気の乱れの強さを表す指標(エンジン回転数等)によって異なるテーブル、あるいは、二次関数(Ｙ＝aＸ²+bＸ+c)の係数を補正したものを用いてもよい。ここで、Ｙは正規化燃焼期間、Ｘはクランク角を、a、b、cは混合気の乱れの強さを表す指標によって決定する定数を表す。

正規化燃焼期間変化率Ｃｒは、図１１に示される如くに、正規化燃焼期間特性曲線Ｖを用い、ＭＢＴ時のクランク角における正規化燃焼期間Ｔmbtと、点火時期効率演算手段３０１にて想定される最大点火リタード量RTDmax適用時のクランク角(ＭＢＴ＋RTDmax)における正規化燃焼期間Ｔmaxの比Ｔmax/Ｔmbtによって決定される。あるいは図１２に示される如くに、正規化燃焼期間特性曲線Ｖを微分処理し、ＭＢＴとなるクランク角における接線の傾きを正規化燃焼期間変化率Ｃｒとして用いてもよい。

[第２実施例]
次に、第２実施例における正規化燃焼期間変化率演算手段３０４について、図１３を用いて説明する。第２実施例では、ＭＢＴ及び最大点火リタード量RTDmaxにおける燃焼期間をそれぞれ算出し、除算することで、正規化燃焼期間変化率Ｃｒを算出する。ここで、燃焼期間演算手段３０６の入力パラメータとしては、点火時期（Ｘ₁）、ＥＧＲ率（Ｘ₂）、空燃比（Ｘ₃）、温度（Ｘ₄）、エンジン回転数（Ｘ₅）など燃焼速度に影響を与える因子を用いており、実機試験やシミュレータにて得られた燃焼期間（Ｙ）に対する関係を、例えば下記のような重回帰式（５）を用いて定式化し、各運転状態における燃焼期間を算出している。

なお、入力パラメータとしては、上記の他にスワール強度やタンブル強度を加えてもよい。また、エンジン回転数、スワール強度、タンブル強度を総括し、混合気の乱れ強さを指標として適用してもよい。

次に、図１４を用いて、上記とは別の点火リタード量算出例を説明する。本例では、先の実施例のように点火リタード量演算における中間パラメータとして正規化燃焼期間変化率Ｃｒを算出せず、点火リタード用トルク補正率Ｒｔ、エンジン回転数、ＭＢＴを基に、点火リタード量Ｒｐを直接算出する。本方式は、前記した点火リタード用演算手段２２９の入出力に着目して、トルク発生効率に応じた点火リタード量を実機試験やシミュレータであらかじめ算出し、多次元テーブル・マップに格納しておくことで実現する。

[第３実施例]
次に、図１５を用いて、本発明を冷間始動時の点火時期制御に適用した第３実施例ついて説明する。冷間始動時には点火時期を通常値よりも大幅にリタードさせることにより、排気ガス温度を高め、触媒の昇温を促進させる制御が行なわれている。図１５に、点火時期効率特性(曲線Ｕ)と排ガス温度の関係を示す。一般にトルク発生効率が高いほど、排ガス温度が低く、トルク発生効率が低いほど、排ガス温度は高くなる。

冷間始動時の点火時期制御では、失火防止などを考慮しつつ、水温に応じて最大点火リタード量を決定し、点火リタードによるトルク発生効率低下分については、吸気量の増加によって対処する。しかし、可変バルブ機構を備えたエンジンでは、可変バルブの動作によってＥＧＲ率などが変化し、点火時期効率特性曲線Ｕの曲率が変化することがある。従って、点火時期効率特性が単一である従来方式の場合、点火時期効率特性を基に算出された前記吸気増量分がアンマッチとなり、回転数の吹け上がりやエンジンストールを起こす場合があった。

そこで、始動時の点火時期制御において、前記点火リタード量演算手段２２９を適用することにより、点火時期効率特性が的確に補正されて、実現可能な点火リタード上限値が明確になるとともに、可変バルブのバルブタイミング設定値等に依らず、回転数の吹け上がりやエンジンストールを防止でき、さらには触媒の昇温も適切に行なうことができる。

[第４実施例]
図１６〜１８を用いて、第４実施例を説明する。本実施例では、点火リタード量演手段２２９をアイドル時の点火時期制御に適用する。アイドル時はエンジン回転数を一定に保つため、高応答のトルクアップ・ダウン制御が必要となり、点火時期制御を用いてトルク制御を行なう。

図１６に示される如くに、点火時期制御によるトルクアップ・ダウンを可能にするため、アイドル時の点火時期は、あらかじめＭＢＴから一定量リタードした点火時期（以下、アイドル時基準点火リタード量）に設定されている。

ここで、アイドル時基準点火リタード量におけるトルク発生効率をアイドル時基準トルク補正率Ｒｔ'とする。また、アイドル時点火リタード量Ｒｐ'は、エンジン回転数を目標値に保つための所望のトルクダウン率（点火リタード用トルク補正率Ｒｔ）をアイドル時基準トルク補正率Ｒｔ'で除算した結果を点火リタード用演算手段２２９に入力することで算出する(図１７)。

図１８に示される如くに、アイドル時基準点火リタード量Ｒｐ'に対応する点火時期（以下、アイドル基準点火時期）を基準にアドバンスあるいはリタードすることで、高速にトルクアップ・ダウンを実行でき、エンジン回転数を目標値に保つように制御することが可能となる。

１自動車用ガソリンエンジン
１００エアクリーナ
１０１吸気通路
１０２エアフロセンサ
１０３電制スロットル
１０４コレクタ
１０５燃料噴射弁
１０６吸気側可変バルブ機構
１０７吸気バルブ
１０８点火プラグ
１０９排気側可変バルブ機構
１１０排気バルブ
１１１燃焼室
１１２ピストン
１１３排気マニホールド
１１４広域空燃比センサ
１１５三元触媒
１１６Ｏ₂センサ
１１７アクセルペダルセンサ
１１８エンジンコントロールユニット
１１９クランク角センサ
２０１目標トルク演算手段
２０２目標トルク実現手段
２０３ドライバー要求トルク演算手段
２０４発進時要求トルク演算手段
２０５加速時要求トルク演算手段
２０６減速時要求トルク演算手段
２０７燃料カット時要求トルク演算手段
２０８燃料カットリカバー時要求トルク演算手段
２１０運転状態判定手段
２１１目標トルク選択手段
２１５低応答目標トルク実現手段
２１６高応答目標トルク実現手段
２１７目標吸気量演算手段
２１８目標スロットル開度演算手段
２１９目標バルブリフト量演算手段
２２０目標バルブ位相角演算手段
２２１目標吸気量振分け演算手段
２２４高応答トルク操作量振分け演算手段
２２６燃料カット気筒数演算手段
２２９点火リタード量演算手段
３０１点火時期効率演算手段
３０２点火時期効率補正手段
３０４正規化燃焼期間変化率演算手段
３０６燃焼期間演算手段
ＤＴ外部要求トルク
ＬＴ低応答目標トルク
ＨＴ高応答目標トルク
ＳＴ吸気相当分推定トルク
Ｔｃトルク補正率
Ｆｃ燃料カット用トルク補正率
＃ｘ燃料カット気筒数
Ｒｔ点火リタード用トルク補正率
Ｒｐ点火リタード量
Ｃｒ正規化燃焼期間変化率
Ｕ点火時期効率特性曲線
Ｖ正規化燃焼期間特性曲線

Claims

ＭＢＴからの点火リタード量とトルク発生効率との関係から導き出される点火時期効率特性を用いて、点火リタードによるトルク制御を行なうエンジンの制御装置であって、
任意の点火時期における燃焼期間を基準となる特定の点火時期における燃焼期間で除算して正規化燃焼期間を求めるとともに、該正規化燃焼期間とクランク角との関係から導き出される正規化燃焼期間特性とＭＢＴとに基づいて正規化燃焼期間変化率を算出し、該正規化燃焼期間変化率に基づいて前記点火時期効率特性を補正するとともに、該補正した点火時期効率特性と要求トルク発生効率とに基づいて、前記トルク制御に用いる、ＭＢＴからの点火リタード量を演算することを特徴とするエンジンの制御装置。
ＭＢＴからの点火リタード量とトルク発生効率との関係から導き出される点火時期効率特性を用いて、点火リタードによるトルク制御を行なうエンジンの制御装置であって、
ドライバーのアクセル操作と運転状態に基づき、要求トルク発生効率を算出する要求トルク発生効率演算手段と、
任意のクランク角で点火した場合の燃焼期間を基準となる特定クランク角で点火した場合の燃焼期間で除算して得られる正規化燃焼期間とクランク角との関係から導き出される正規化燃焼期間特性とＭＢＴとに基づき、正規化燃焼期間変化率を算出する正規化燃焼期間変化率演算手段と、
前記正規化燃焼期間変化率に基づき、前記点火時期効率特性を補正する点火時期効率補正手段と、
前記補正された点火時期効率特性と前記要求トルク発生効率とに基づいて、前記トルク制御に用いる、ＭＢＴからの点火リタード量を演算する点火リタード量演算手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
前記点火時期効率特性は、多次元マップあるいは演算式を用いて求められる２次曲線群で表されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
前記点火時期効率補正手段は、前記正規化燃焼期間変化率が大きいほど、前記点火時期効率特性を表す曲線の曲率が大きくなるように補正し、前記正規化燃焼期間変化率が小さいほど、前記曲線の曲率が小さくなるように補正することを特徴とする請求項２に従属する場合の請求項３に記載のエンジンの制御装置。
前記正規化燃焼期間変化率として、ＭＢＴからの点火リタード量が最大となる点火時期における正規化燃焼期間とＭＢＴにおける正規化燃焼期間との比を求めることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
前記正規化燃焼期間変化率として、前記正規化燃焼期間特性を表す曲線における、ＭＢＴとなるクランク角での接線の傾きを求めることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
前記正規化燃焼期間変化率として、ＭＢＴからの点火リタード量が最大となる点火時期における燃焼期間とＭＢＴにおける燃焼期間との比を求めることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
前記燃焼期間を、ＥＧＲ率、エンジン回転数、空燃比、水温、混合気の乱れ強さを表す指標のうちの少なくとも一つを用いて演算することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの制御装置。
前記燃焼期間を、多次元マップ、重回帰式あるいは燃焼期間の理論演算式を用いて演算することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの制御装置。
前記正規化燃焼期間特性を、混合気の乱れ強さを表す指標を参酌して求めることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
前記混合気の乱れ強さを表す指標として、エンジン回転数、タンブル強度、スワール強度、クランク角のうちの少なくとも一つを求めることを特徴とする請求項８又は１０に記載のエンジンの制御装置。