JP5189513B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、内燃機関のトルクを吸気量調整弁の弁開度と点火時期とによって制御することができる内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関のトルクの制御方法として、要求トルクに基づいてスロットル開度、点火時期、および燃料噴射量等のトルク関連パラメータを協調制御するいわゆるトルクデマンド制御が知られている。特開平１０−３２５３４９号公報に開示されている技術も、そのようなトルクデマンド制御に関するものである。この公報に開示された技術では、アイドル運転中であっても、トルクデマンド制御を基本に制御系が構成されている。より具体的には、アイドル運転中は、エンジン回転数パラメータとして、実エンジン回転数に代えて目標アイドル回転数が与えられる。目標アイドル回転数に切り替えると、目標アイドル回転数を維持するために必要なトルクが目標値として算出される。このため、何らかの原因によりアイドル中に回転数が低下しても、これに伴って目標発生トルクが低下することはなく、目標回転数に復帰する方向に制御系が作用する。したがって、アイドル制御性能の確保とトルクデマンド制御の両立を実現できる。

特開平１０−３２５３４９号公報

上記従来の技術では、トルクデマンド制御とアイドル制御性の確保とを両立することとしているが、トルクデマンド制御との両立が困難な運転領域はアイドル運転中に限らず他にも存在する。その一例として、例えば内燃機関の始動時が挙げられる。つまり、内燃機関の始動時は筒内の燃焼が不安定であるため、機関回転数が変動してしまいトルクデマンド制御による目標スロットル開度及び目標点火時期の算出を安定して行なうことができない。そこで、この対策として、かかる領域においては別の制御系からアクチュエータへ直接指示を行うことが考えられる。しかしながら、トルクデマンド制御とは異なる制御系を別途設けることとすると、構成が複雑になる上に、制御系を切り替える際にトルク段差等が生じるおそれがあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の始動時であっても、いわゆるトルクデマンド制御の実行を可能と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、吸入空気量を調整する吸気量調整弁の開度と点火時期とによって動作を制御される内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の動作を決定する複数の所定物理量に関する要求（以下、機関要求）を取得する要求取得手段と、
前記内燃機関の現在の運転状態或いは運転条件に関する情報（以下、機関情報）を取得する機関情報取得手段と、
取得した各機関要求が前記内燃機関で実現されるための目標弁開度及び目標点火時期を導出する演算部を具備し、各機関要求と機関情報とを前記演算部に入力することによって目標弁開度及び目標点火時期を算出する目標値算出手段と、を備え、
前記機関情報取得手段は、
前記内燃機関の現在の機関回転数（以下、実回転数）を取得する実回転数取得手段と、
前記内燃機関の運転状態や運転条件から定まる推定回転数を取得する推定回転数取得手段と、
機関情報として前記演算部に入力する回転数を前記実回転数と前記推定回転数との間で切り替える切替手段と、を含み、
前記切替手段は、前記内燃機関の燃焼が不安定な始動時に前記演算部に入力する回転数を前記推定回転数へ切り替えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記目標値算出手段は、
機関情報に基づいて前記内燃機関の最適点火時期を算出する最適点火時期算出手段と、
現在の吸入空気量から推定される現在のトルクが前記機関要求として入力された要求トルクと一致するように、最適点火時期からの点火遅角量を算出する遅角量算出手段と、
前記最適点火時期と前記点火遅角量とに基づいて、前記内燃機関の目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
前記内燃機関の燃焼が不安定な始動時に、前記目標点火時期算出手段において用いられる点火遅角量に制限を設ける制限手段と、
を含むことを特徴とする。

第３の発明は、第１または２の発明において、
前記要求取得手段は、
前記内燃機関の安定した燃焼に対応した所定のトルク（以下、目標トルク）を取得する目標トルク取得手段と、
前記目標トルクに基づいて、所定の要求効率（以下、目標効率）を取得する目標効率取得手段と、を含み、
前記目標値算出手段は、前記内燃機関の燃焼が不安定な始動時に、取得した目標トルク及び目標効率を前記演算部に入力することによって目標弁開度及び目標点火時期を算出することを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明において、
前記要求取得手段は、前記内燃機関の要求トルクを取得する要求トルク取得手段を含み、
前記目標値算出手段は、
前記内燃機関の燃焼が不安定から安定へ移行した場合に、前記演算部に入力するトルクを前記目標トルクから前記要求トルクへ切り替えるトルク切替手段と、
前記内燃機関の燃焼が不安定から安定へ移行した場合に、前記トルク切替手段の実行に先立って、目標トルクの値を要求トルクの値へ徐変させる徐変手段と、
を更に含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関における燃焼が不安定となる始動時に、推定回転数を用いた目標弁開度及び目標点火時期の算出が行われる。このため、本発明によれば、燃焼が不安定なことにより現在の実回転数が変動している場合であっても、逆機関モデルを用いた目標弁開度及び目標点火時期の算出を安定して行うことができる。

第２の発明によれば、内燃機関における燃焼が不安定な始動時に、基本点火時期からの点火遅角量が制限される。このため、本発明によれば、始動直後に点火時期が変動して燃焼が不安定となり、エンスト等を引き起こす事態を効果的に抑止することができる。

第３の発明によれば、内燃機関における燃焼が不安定な始動時に、安定した燃焼に対応する目標トルクが要求トルクとして取得される。また、目標トルクに基づいて、目標効率が要求効率として取得される。このため、本発明によれば、燃焼が不安定な状況であっても、所望のトルクを実現することができる。

第４の発明によれば、始動後内燃機関の燃焼が不安定から安定へ移行した場合に、逆機関モデルに入力されるトルクが所定の目標トルクから要求トルクへ切り替えられる。また、当該切り替えに先立って、目標トルクの値が要求トルクの値に徐変される。このため、本発明によれば、要求トルクの切り替え時にトルク偏差が生じてドライバビリティが悪化する事態を効果的に抑止することができる。

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。 機関回転数による目標スロットル開度の挙動について説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかる点火時期算出部の要部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２にかかる点火時期算出部において、点火遅角量の制限を行った結果の一例を示した図である。 本発明の実施の形態３にかかる要求トルク取得部および要求効率取得部の要部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の始動時において、要求トルクと目標トルク、および要求効率と目標効率の変化の様子を比較するための図である。 目標トルクから要求トルクへの移行する際のトルク変化について説明するための図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１および図２の各図を参照して説明する。

本実施の形態にかかる内燃機関は、火花点火式の内燃機関であって、その動作を制御するためのアクチュエータとしてスロットル弁、点火装置及び燃料噴射装置を備えている。本実施の形態の制御装置は、いわゆるトルクデマンド制御によって内燃機関を制御するものであり、要求トルクを含む種々の機関要求に基づいて各アクチュエータの制御に用いる目標値、すなわち、目標スロットル開度、目標点火時期、及び目標Ａ／Ｆを算出する。なお、ここでいう機関要求とは、内燃機関の動作を決定する物理量の要求値である。内燃機関の動作はトルク、効率及びＡ／Ｆ（空燃比）の３つの物理量によって決定することができることから、機関要求としては要求トルク、要求効率及び要求Ａ／Ｆが入力される。

本実施の形態の制御装置は、図１のブロック図にて示すように構成されている。図１では制御装置の各要素をブロックで示し、ブロック間の信号の伝達（主なもの）を矢印で示している。以下、図１を参照して本実施の形態の制御装置の全体の構成と、その特徴について説明する。

本実施の形態の制御装置は、内燃機関に要求されるトルクを取得する要求トルク取得部２と、内燃機関に要求される効率を取得する要求効率取得部４と、内燃機関に要求されるＡ／Ｆを取得する要求Ａ／Ｆ取得部６とを備えている。各要求は車両の駆動系全体を制御する上位の制御装置から発せられている。

本実施の形態の制御装置は、入力された各機関要求（要求トルク、要求効率、及び要求Ａ／Ｆ）と、内燃機関の現在の運転状態に関する機関情報とに基づいて目標スロットル開度、目標点火時期及び目標Ａ／Ｆを算出する。その計算を行うのがトルク実現部１０である。トルク実現部１０は内燃機関の逆モデルにあたり、マップや関数で表された複数の統計モデルや物理モデルで構成されている。内燃機関の逆モデルの構成は、制御装置による内燃機関の制御特性を特徴付けるが、本実施の形態では要求トルク、要求効率、及び要求Ａ／Ｆのうち、要求トルクを最優先して実現するような構成とされている。

トルク実現部１０に入力される要求トルクと要求効率とは、直接には目標スロットル開度の計算に用いられる信号となる。また、トルク実現部１０に入力される要求Ａ／Ｆは、直接には目標Ａ／Ｆの計算に用いられる信号となる。内燃機関の動作を制御するためには、これらの信号に加えて目標点火時期の計算に用いる信号が必要であり、トルク実現部１０にはその信号を生成する機能も備えられている。

本実施の形態の制御装置において目標点火時期の計算に用いられる信号はトルク効率である。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。トルク実現部１０は、トルク効率の算出ための要素として、推定トルク算出部１１２及びトルク効率算出部１１４を備えている。

推定トルク算出部１１２は、現在のスロットル開度から内燃機関のトルクを推定計算する。より詳しくは、現在のスロットル開度で実現できる吸入空気量を吸気系の物理モデルであるエアモデルを用いて計算する。次に、エアモデルで計算した見込みの吸入空気量をトルクマップに照合してトルクに変換する。トルクマップは、トルクと吸入空気量との関係を示す統計モデルであり、吸入空気量を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップになっている。各パラメータには現在の機関情報から得られる値が入力される。ただし、点火時期は最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうちより遅角側の点火時期）とされている。推定トルク算出部１１２は、見込みの吸入空気量から変換されたトルクを内燃機関の最適点火時期における推定トルクとして算出する。

トルク効率算出部１１４は、トルク実現部１０に入力された要求トルクと、推定トルク算出部１１２で算出された推定トルクとの比をトルク効率として算出する。後述するが、スロットル開度は要求トルクを要求効率で除算して嵩上げした補正要求トルクを実現するように制御される。これは要求効率の分だけ低下するトルクを吸入空気量の増量によって補うためである。ただし、スロットル開度の変化に対する実際の吸入空気量の応答には遅れがあるため、実際に出力可能なトルク（推定トルク）は要求効率の変化に対して応答遅れを有している。推定トルクと要求トルクとの比であるトルク効率は、要求効率と実際の吸入空気量の変化とを共に目標点火時期の計算に反映させるためのパラメータになっている。少なくとも吸入空気量が一定となった定常状態では、理論的には推定トルクは補正要求トルクに一致し、トルク効率は要求効率に一致するようになる。

ところで、車両駆動系の上位制御装置から内燃機関に発せられる要求トルク、要求効率及び要求Ａ／Ｆは、各々が独立して生成されるものであって他機関要求との関係で実現可能な値かどうかは考慮されていない。このため、各機関要求の大きさの関係によっては筒内の燃焼条件が燃焼限界を超えてしまう可能性がある。そこで、トルク実現部１０には、内燃機関の適正運転が可能になるように、内燃機関の各制御に用いられる信号の大きさを修正する修正部２０が設けられている。より詳しくは、修正部２０は、要求トルク、要求効率、要求Ａ／Ｆ、およびトルク効率のそれぞれについて、その値を所定範囲に制限するためのガード部（図示省略）を備えている。各ガード部に設定されているガード値は可変であり、内燃機関の運転状態に応じて適宜の値がセットされる。

修正部２０による処理の結果、アクチュエータを制御するための各目標値の計算に使用される主信号は、修正後の要求トルク、要求効率、要求Ａ／Ｆ、及びトルク効率となる。トルク実現部１０は、修正後の要求トルク及び要求効率に基づいて目標スロットル開度を算出する。また。トルク実現部１０は、修正後のトルク効率に基づいて目標点火時期を算出する。また、トルク実現部１０は、修正後の要求Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆとして算出する。

トルク実現部１０は、目標スロットル開度の計算のため、要求トルク補正部１０２、吸入空気量算出部１０４、及びスロットル開度算出部１０６を備えている。修正後の要求トルクと要求効率とは、要求トルク補正部１０２に入力される。要求トルク補正部１０２は要求トルクを要求効率で除算して補正し、効率補正後の要求トルクを吸入空気量算出部１０４に出力する。修正後の要求効率の値が１よりも小さければ、要求効率による除算によって要求トルクは嵩上げされ、嵩上げされた要求トルクが吸入空気量算出部１０４に供給される。

吸入空気量算出部１０４は、効率補正された要求トルクを吸入空気量に変換する。要求トルクの吸入空気量への変換には空気量マップが用いられる。空気量マップは、トルクと吸入空気量との関係を示す統計モデルであり、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になっている。各パラメータには現在の機関情報から得られる値が入力される。ただし、点火時期は最適点火時期とされている。また、機関回転数は、後述する機関回転数取得部１２０から出力された値が使用される。吸入空気量算出部１０４は、効率補正された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として算出する。

スロットル開度算出部１０６は、目標吸入空気量を実現するためのスロットル開度を算出する。その計算にはエアモデルの逆モデル（以下、「エア逆モデル」と称する）が用いられる。エアモデルによる計算には、機関回転数やバルブタイミング等の吸入空気量に影響する各種の運転状態に関する機関情報が用いられる。なお、機関回転数は、後述する機関回転数取得部１２０から出力された値が使用される。スロットル開度算出部１０６は、目標吸入空気量から変換されたスロットル開度を目標スロットル開度として出力する。

トルク実現部１０は、修正後のトルク効率から目標点火時期を計算するため、点火時期算出部１１６を備えている。点火時期算出部１１６は、修正後のトルク効率から最適点火時期に対する遅角量を計算する。遅角量の計算には遅角量マップ等の統計モデルが用いられる。遅角量マップは、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になっている。各パラメータには、機関回転数やバルブタイミング等の点火時期に影響する各種の運転状態に関する機関情報が用いられる。なお、機関回転数は、後述する機関回転数取得部１２０から出力された値が使用される。トルク効率が小さいほど点火遅角量は大きい値に設定される。また、点火時期算出部１１６は、内燃機関の運転状態に基づいて最適点火時期を計算する。点火時期算出部１１６は、点火遅角量を最適点火時期に加算し、得られた最終的な点火時期を目標点火時期として出力する。

以上がトルク実現部１０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にとっての要部である機関回転数取得部１２０の構成とその機能について説明する。

トルク実現部１０は、内燃機関の機関回転数を取得するための機関回転数取得部１２０を備えている。機関回転数取得部１２０は、２種類の機関回転数を取得するために、実回転数取得部１２２と推定回転数取得部１２４とを備えている。実回転数取得部１２２は、内燃機関の現在の実際の機関回転数を取得する。一方、推定回転数取得部１２４は、実回転数とは異なる推定回転数を取得する。この推定回転数は、現在の内燃機関の運転状態或いは運転条件から、目標となる安定した回転数を推定したものであり、その性格上実回転数よりも変動幅が抑制された回転数となっている。なお、推定回転数取得部１２４での推定回転数の取得は、実回転数になまし処理等のフィルタ処理を施すことにより推定することとしてもよいし、また、運転状態等の機関情報に応じて設定された固定値をマップ等から読み込むこととしてもよい。

また、機関回転数取得部１２０は、機関回転数判定部１２６を備えている。上述した実回転数および推定回転数は、この機関回転数判定部１２６へ入力される。機関回転数判定部１２６は、内燃機関の運転状態や運転条件等の機関情報に基づいて燃焼状態を判定し、制御パラメータとして出力すべき回転数を選択する。そして、選択された回転数を上述した吸入空気量算出部１０４、スロットル開度算出部１０６、および点火時期算出部１１６へ出力する。

次に、図２を参照して、機関回転数取得部１２０の具体的な動作について詳細に説明する。図２は、機関回転数による目標スロットル開度の挙動について説明するための図である。なお、この図では、内燃機関の始動時の様子を示している。図２に示すとおり、始動の際のスタータの駆動時および始動直後は、燃焼が不安定であるため実回転数が大幅に変動している。このため、かかる実回転数を吸入空気量算出部１０４、スロットル開度算出部１０６、および点火時期算出部１１６の制御パラメータとして用いると、目標スロットル開度は実回転数の変動の影響を受けて変動してしまう。このため、内燃機関の始動時に安定して要求トルクを実現することが困難となってしまう。

そこで、本実施の形態では、内燃機関の始動時に、推定回転数を用いて目標スロットル開度を算出することとする。より具体的には、機関回転数判定部１２６は、始動時の機関情報から燃焼不安定を判定すると、推定回転数取得部１２４で取得された推定回転数を選択して出力する。なお、図２に示す例では、推定回転数として、スタータ駆動時と始動後とで異なる推定回転数を設定している。より具体的には、スタータ駆動時は所定の極低回転（固定値）とし、始動後はアイドル時の目標回転数（３００〜４００ｒｐｍ）となるように設定している。

図２に示すとおり、推定回転数を吸入空気量算出部１０４、スロットル開度算出部１０６、および点火時期算出部１１６の制御パラメータとして用いると、実回転数を用いた場合に比して、目標スロットル開度の変動が大幅に抑制される。これにより、内燃機関の始動時に安定して要求トルクを実現することが可能となる。

その後内燃機関の燃焼が安定するにつれて実回転数の変動が小さくなる。そこで、機関回転数判定部１２６は、機関情報から燃焼安定を判定すると、出力する回転数を推定回転数から実回転数へ切り替える。これにより、実回転数を用いた目標スロットル開度および目標点火時期の算出へ切り替えることができる。

上述のような構成及び機能を有するトルク実現部１０によれば、目標スロットル開度および目標点火時期の算出に用いる機関回転数を燃焼状態に応じて実回転数と推定回転数との間で切り替えることができる。このため、内燃機関の始動時であっても、要求トルクを実現するための目標スロットル開度および目標点火時期を安定して算出することができる。

以上、本発明の実施の形態１について説明した。実施の形態１には、本発明のうち第１の発明が具現化されている。詳しくは、図１に示す構成において、要求トルク取得部２、要求効率取得部４及び要求Ａ／Ｆ取得部６は第１の発明の「要求取得手段」に相当し、要求トルク、要求効率及び要求Ａ／Ｆは「機関要求」に該当する。また、吸入空気量算出部１０４、スロットル開度算出部１０６、および点火時期算出部１１６は第１の発明の「演算部」に、トルク実現部１０は第１の発明の「目標値算出手段」に、実回転数取得部１２２は第１の発明の「実回転数取得手段」に、推定回転数取得部１２４は第１の発明の「推定回転数取得手段」に、機関回転数判定部１２６は第１の発明の「切替手段」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図１、図３及び図４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。ただし、本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置とは、制御装置を構成する一要素である点火時期算出部１１６の構成に違いがある。本実施の形態にかかる点火時期算出部１１６の要部の構成を示したのが図３のブロック図である。つまり、本実施の形態の制御装置の構成は、図１に示す構成の一部を図３に示す構成に置き換えたものになっている。以下、図１とともに図３を参照して本実施の形態の特徴である点火時期算出部１１６の構成について説明する。

本実施の形態にかかる点火時期算出部１１６は、最適点火時期算出部１３０を備えている。最適点火時期の計算には、最適点火時期マップ等の統計モデルが用いられる。最適点火時期マップは、機関情報から得られる複数のパラメータを軸とする多次元マップになっている。最適点火時期算出部１３０は、機関回転数や空気量等の機関情報から当該マップを用いて最適点火時期を計算する。

また、点火時期算出部１１６は、点火遅角量算出部１３２を備えている。点火遅角量算出部１３２は、入力されたトルク効率から最適点火時期に対する遅角量を計算する。遅角量の計算には遅角量マップ等の統計モデルが用いられる。遅角量マップは、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になっている。各パラメータには、機関回転数やバルブタイミング等の点火時期に影響する各種の運転状態に関する機関情報が用いられる。

最適点火時期算出部１３０で算出された最適点火時期は、点火時期補正部１３６へ入力される。また、点火遅角量算出部１３２で算出された点火遅角量は、後述する遅角量判定部１３４を介して当該点火時期補正部１３６へ入力される。点火時期補正部１３６は、最適点火時期に点火遅角量を加算し、得られた最終的な点火時期を目標点火時期として出力する。

遅角量判定部１３４は、内燃機関の燃焼状態に応じて、点火時期補正部１３６へ出力する点火遅角量を判断する。より具体的には、内燃機関の燃焼状態が安定している場合には、点火遅角量算出部１３２から入力された点火遅角量をそのまま点火時期補正部へ出力する。一方、内燃機関の燃焼状態が不安定な始動時等には、点火遅角量算出部１３２から入力された点火遅角量に上限の制限（例えば、上限値ゼロ）を加えて点火時期補正部へ出力する。

図３に示す構成によれば、内燃機関の燃焼が不安定な始動時には、最適点火時期からの遅角量を制限することができるので、点火時期が変動することにより燃焼が不安定になる事態を効果的に抑止することができる。

図４は、本実施の形態にかかる点火時期算出部１１６において、点火遅角量の制限を行った結果の一例を示した図である。なお、この図では、内燃機関の始動時の様子を示している。図４に示すとおり、要求トルクが素早く下降する場合には、推定トルクの応答遅れを補うために点火時期が最適点火時期よりも遅角される。このため、燃焼状態が不安定な始動時にこのような点火遅角制御が行われると、更なる燃焼の不安定を招きエンスト等を起こしてしまうおそれがある。本実施の形態の点火時期算出部１１６によれば、図４に示すとおり、内燃機関の燃焼状態が不安定な始動時に点火遅角量が制限されるので、始動時の燃焼安定性を確保することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態２によれば、内燃機関の始動時における点火遅角量の制限として、上限値をゼロとすることとしているが、点火遅角量の制限の程度はこれに限られない。すなわち、要求トルクの実現との両立を図るために、内燃機関の燃焼状態に応じて制限量を可変させることとしてもよいし、また、他の公知の方法で点火遅角量の制限幅を決定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２によれば、内燃機関の始動時に点火遅角量に制限を設けることとしているが、上述した実施の形態１における制御と組み合わせることとしてもよい。これにより、内燃機関の始動時の燃焼安定性を更に高めることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態２について説明した。実施の形態２には、本発明のうち第２の発明が具現化されている。詳しくは、図３に示す構成において、最適点火時期算出部１３０は第２の発明の「最適点火時期算出手段」に、点火遅角量算出部１３２は第２の発明の「点火遅角量算出手段」に、点火時期補正部１３６は第２の発明の「目標点火時期算出手段」に、遅角量判定部１３４は第１の発明の「制限手段」に、それぞれ相当している。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図１、図５乃至図７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。ただし、本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置とは、制御装置を構成する一要素である要求トルク取得部２および要求効率取得部４の構成に違いがある。本実施の形態にかかる要求トルク取得部２および要求効率取得部４の要部の構成を示したのが図５のブロック図である。つまり、本実施の形態の制御装置の構成は、図１に示す構成の一部を図５に示す構成に置き換えたものになっている。以下、図１とともに図５を参照して本実施の形態の特徴である要求トルク取得部２および要求効率取得部４の構成について説明する。

図５に示すとおり、本実施の形態にかかる要求トルク取得部２はトルク調停部１４０を、要求効率取得部４は効率調停部１５０を、それぞれ備えている。制御系統の上位に設けられたパワーとレインマネージャ（図示略）から供給されるトルク要求はトルク調停部へ入力され、効率要求は効率調停部１５０に入力される。パワーとレインマネージャからはトルクや効率で表現された複数の要求が出力されるが、それらの要求を全て同時に実現することはできない。複数のトルク要求があったとしても実現できるトルクは１つであるため、要求の調停という処理が必要となる。効率に関しても同様である。そこで、トルク調停部１４０は、入力された複数のトルク要求を集約して１つの値に調停し、調停したトルク値をエンジンの要求トルクとして出力する。また、効率調停部１５０は、入力された複数の効率要求を集約して１つの値に調停し、調停した効率値をエンジンの要求効率として出力する。なお、ここでいう調停とは、予め定められた計算規則に従って複数の数値から１つの数値を得る動作である。計算規則には例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等が含まれる。それら複数の計算規則を適宜に組み合わせたものとしてもよい。トルク調停部１４０で設定された要求トルクは、後述するトルク判定部１４４へ入力される。また、効率調停部１５０で設定された要求効率は、後述する効率判定部１５４へ入力される。

要求トルク取得部２は、上述したトルク調停部１４０とは別に、目標トルク取得部１４２を備えている。目標トルクは、内燃機関の安定した燃焼に対応したトルクであって、吸入空気量相当のトルクやフリクション相当のトルクを想定している。目標トルクは、例えば、始動時の目標トルクであれば、水温やスタータのＯＮ／ＯＦＦ状態等を考慮して設定される。また、要求効率取得部４は、目標効率取得部１５２を備えている。目標効率取得部１５２は、上記目標トルクから必要な点火時期を見込んだ効率を目標効率として取得する。

目標トルク取得部１４２で取得された目標トルクはトルク判定部１４４へ入力される。トルク判定部１４４は、要求トルクおよび目標トルクの入力を受けて、現在の内燃機関の燃焼状態に応じてトルク実現部１０へ出力すべきトルクを選択する。また、目標効率取得部１５２で取得された目標効率は効率判定部１５４へ入力される。効率判定部１５４は、要求効率および目標効率の入力を受けて、現在の内燃機関の燃焼状態に応じてトルク実現部１０へ出力すべき効率を選択する。

図６は、本実施の形態にかかる内燃機関の始動時において、要求トルクと目標トルク、および要求効率と目標効率の変化の様子を比較するための図である。図６に示す例では、内燃機関のスタータ駆動時に要求トルクが変動している。これは、機関回転数の変動による空気量の変化が反映されているためである。また、図６に示す例では、要求効率は要求トルクの変動を受けて変動している。したがって、これらの要求トルクおよび要求効率がトルク実現部１０へ入力されると、算出される目標スロットル開度および目標点火時期がばらついて、燃焼が不安定になってしまう。

そこで、本実施の形態では、内燃機関の燃焼が不安定となる始動時には、要求トルクおよび要求効率に替えて、目標トルクおよび目標効率に基づいて、目標スロットル開度および目標点火時期を算出することとする。図６に示すとおり、目標トルクは燃焼の安定を目的として設定されたトルクであるため変動幅が要求トルクよりも抑制されている。また、同様に、目標効率に関してもその変動幅が抑制されている。したがって、内燃機関の燃焼が不安定となる始動時には、かかる機関情報を受けてトルク判定部１４４および効率判定部１５４が目標トルクおよび目標効率を選択することにより、目標スロットル開度および点火時期の算出を安定して行うことが可能となる。

なお、内燃機関の燃焼が安定した後は、トルク調停部１４０および効率調停部１５０で設定された要求トルクおよび要求効率を実現することが好ましい。そこで、トルク判定部１４４は、内燃機関の燃焼が安定したと判断した場合には、トルク実現部１０へ出力するトルクを目標トルクから要求トルクへ切り替える。効率判定部１５４においても同様に、トルク実現部１０へ出力する効率目標効率から要求効率へ切り替える。内燃機関の燃焼が安定したか否かの判定は、水温や暖機時間、吸入空気量の積算量などの機関情報に基づいて判断される。これにより、要求トルクの実現精度を高めることができる。

但し、トルク実現部１０へ出力されるトルクを目標トルクから要求トルクへ即座に切り替えることとすると、トルク実現部１０へ出力される要求トルクに段差が発生するおそれがある。図７は、目標トルクから要求トルクへの移行する際のトルク変化について説明するための図である。この図に示すとおり、内燃機関の燃焼が安定した場合であっても、目標トルクと要求トルクとが完全に一致する保障は無く、ある程度の差異が発生していることが想定される。かかる場合に、即剤に目標トルクから要求トルクへ切り替えることとすると、トルクショックによってドライバビリティが悪化してしまう。

そこで、本実施の形態では、内燃機関における燃焼の安定が判定された場合に、目標トルクの値を要求トルクの値に向かって徐変させることとする。これにより、目標トルクから要求トルクへの切り替えの際にトルク段差が発生する事態を回避できるので、ドライバビリティの悪化を効果的に抑止することができる。

ところで、上述した実施の形態３によれば、内燃機関の始動時に要求トルクおよび要求効率に替えて目標トルクおよび目標効率を使用することとしているが、上述した実施の形態１或いは実施の形態２と組み合わせて実行することとしてもよい。これにより、内燃機関の始動時において、更なる燃焼の安定を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態３について説明した。実施の形態３には、本発明のうち第３の発明が具現化されている。詳しくは、図５に示す構成において、目標トルク取得部１４２は第３の発明の「目標トルク取得手段」に、目標効率取得部１５２は第３の発明の「目標効率取得手段」に、トルク判定部１４４および効率判定部１５４は第３の発明の「目標値算出手段」に、それぞれ相当している。

２ 要求トルク取得部
４ 要求効率取得部
６ 要求Ａ／Ｆ取得部
１０ トルク実現部
２０ 修正部
１０２ 要求トルク補正部
１０４ 吸入空気量算出部
１０６ スロットル開度算出部
１１２ 推定トルク算出部
１１４ トルク効率算出部
１１６ 点火時期算出部
１３０ 最適点火時期算出部
１３２ 点火遅角量算出部
１３４ 遅角量判定部
１３６ 点火時期補正部
１４０ トルク調停部
１４２ 目標トルク取得部
１４４ トルク判定部
１５０ 効率調停部
１５２ 目標効率取得部
１５４ 効率判定部

Claims (4)

1. 吸入空気量を調整する吸気量調整弁の開度と点火時期とによって動作を制御される内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の動作を決定する複数の所定物理量に関する要求（以下、機関要求）を取得する要求取得手段と、
   前記内燃機関の現在の運転状態或いは運転条件に関する情報（以下、機関情報）を取得する機関情報取得手段と、
   取得した各機関要求が前記内燃機関で実現されるための目標弁開度及び目標点火時期を導出する演算部を具備し、各機関要求と機関情報とを前記演算部に入力することによって目標弁開度及び目標点火時期を算出する目標値算出手段と、を備え、
   前記機関情報取得手段は、
   前記内燃機関の現在の機関回転数（以下、実回転数）を取得する実回転数取得手段と、
   前記内燃機関の運転状態や運転条件から定まる推定回転数を取得する推定回転数取得手段と、
   機関情報として前記演算部に入力する回転数を前記実回転数と前記推定回転数との間で切り替える切替手段と、を含み、
   前記切替手段は、前記内燃機関の燃焼が不安定な始動時に前記演算部に入力する回転数を前記推定回転数へ切り替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記目標値算出手段は、
   機関情報に基づいて前記内燃機関の最適点火時期を算出する最適点火時期算出手段と、
   現在の吸入空気量から推定される現在のトルクが前記機関要求として入力された要求トルクと一致するように、最適点火時期からの点火遅角量を算出する遅角量算出手段と、
   前記最適点火時期と前記点火遅角量とに基づいて、前記内燃機関の目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
   前記内燃機関の燃焼が不安定な始動時に、前記目標点火時期算出手段において用いられる点火遅角量に制限を設ける制限手段と、
   を含む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. 前記要求取得手段は、
   前記内燃機関の安定した燃焼に対応した所定のトルク（以下、目標トルク）を取得する目標トルク取得手段と、
   前記目標トルクに基づいて、所定の要求効率（以下、目標効率）を取得する目標効率取得手段と、を含み、
   前記目標値算出手段は、前記内燃機関の燃焼が不安定な始動時に、取得した目標トルク及び目標効率を前記演算部に入力することによって目標弁開度及び目標点火時期を算出することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記要求取得手段は、前記内燃機関の要求トルクを取得する要求トルク取得手段を含み、
   前記目標値算出手段は、
   前記内燃機関の燃焼が不安定から安定へ移行した場合に、前記演算部に入力するトルクを前記目標トルクから前記要求トルクへ切り替えるトルク切替手段と、
   前記内燃機関の燃焼が不安定から安定へ移行した場合に、前記トルク切替手段の実行に先立って、目標トルクの値を要求トルクの値へ徐変させる徐変手段と、
   を更に含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。

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