JP5195651B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、要求トルクを設定するとともに同要求トルクに応じた機関制御の実行を通じて機関トルクを調節する内燃機関の制御装置に関するものである。

近年、内燃機関の制御装置として、トルクディマンド型の機関制御を実行する装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。このトルクディマンド型の機関制御では、車両の運転状態（アクセル操作量など）に基づいて機関トルクについての制御目標値（要求トルク）が設定されるとともに、その要求トルクが満足されるようになると見込まれる値が、スロットルバルブや燃料噴射弁などといったトルク調節用機器の作動量の制御目標値として算出される。そして、この制御目標値に基づくトルク調節用機器の作動制御の実行を通じて、機関トルクが車両の運転状態に応じたかたちで調節されるようになる。

特開２００１−２４１３４３号公報

ここで、トルクディマンド型の機関制御では通常、所定周期で実行される処理の各実行タイミングにおいて要求トルクやトルク調節用機器の作動量の制御目標値がそれぞれ算出される。その一方で内燃機関では、燃焼行程における燃料の燃焼が間欠的に行われるために、その燃焼タイミングに合わせて機関出力軸へのトルク付与が間欠的に行われる。そのため、トルクディマンド型の機関制御が実行される装置では、要求トルクや制御目標値の算出タイミング（具体的には、機関制御にかかる処理の実行タイミング）と内燃機関における燃焼タイミングとの間に時間ずれが生じることが避けられないばかりか、そのずれ量にばらつきが生じてしまう。

上記装置では、そうしたずれ量のばらつきに起因して、上記算出タイミングにおいて同一の態様でトルク調節用機器の作動量を変更した場合であっても、その変更によって実際に機関トルクが変化するようになるまでの時間が異なる長さになってしまう。こうした時間の相違は実際の機関トルクの推移と要求トルクの推移との間にずれを生じさせる一因となり、機関トルクの調節にかかる制御の不安定化を招く一因となるために好ましくない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、要求トルクに見合う態様で機関トルクを精度良く調節することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、所定周期で実行される処理を通じて内燃機関の要求トルクを設定する設定手段と、前記要求トルクを、前記設定手段により設定される要求トルクの直近における推移と、前記処理の実行タイミングと前記内燃機関の燃焼サイクルにおける特定のタイミングとの時間差に基づいて、前記特定のタイミングに必要と見込まれる機関トルクである変換要求トルクに変換する変換手段と、機関トルクの調節に用いるトルク調節用機器の作動量の制御目標値として前記変換要求トルクを満足する値を算出するとともに、前記制御目標値に基づく前記トルク調節用機器の作動制御を実行する実行手段とを備えることをその要旨とする。

上記構成によれば、所定周期で設定される要求トルクを、内燃機関の燃焼タイミング（すなわちトルクが発生するタイミング）に同期して変化する値であって、且つ同燃焼タイミングにおいて実際の機関トルクを要求トルクに追従させる上で適したトルクを発生させることの可能な値に変換することができる。そのため、要求トルクに追従させるために燃焼タイミングにおいて必要と見込まれる機関トルクに相当する値（要求トルクの変換値）に応じてトルク調節用機器の作動制御を実行することができ、前述した要求トルクの算出タイミングと内燃機関の燃焼タイミングとのずれ量のばらつきに起因して生じる機関トルクの不安定化を抑えることができる。しかも、そのようにして機関トルクの不安定化が抑えられることにより、その不安定化に起因する実際の機関トルクと要求トルクとのずれの拡大についてもこれを抑えることができる。したがって、要求トルクに精度良く追従するように同要求トルクに見合う態様で機関トルクを精度良く調節することができるようになる。

また、上記構成によれば、特定のタイミングにおいて必要とされる要求トルクに相当する値を精度良く推定するとともに、その推定した値を、要求トルクを変換した値として求めることができるようになる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記変換要求トルクの変化速度に基づいて、運転モードを選択し、前記選択された運転モードに応じて前記トルク調節用機器の作動制御の実行態様を変更することを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記運転モードは、前記トルク調節用機器の作動制御として、スロットルバルブの開度制御により前記変換要求トルクを満足させる標準モードと、前記トルク調節用機器の作動制御として、スロットルバルブの開度、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量及び点火プラグによる点火時期を制御することにより前記変換要求トルクを満させるトルク優先モードとを含み、前記変換要求トルクの変化速度が低いときには前記標準モードが選択され、前記変換要求トルクの変化速度が高いときには前記トルク優先モードが選択されることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は複数の気筒を有するものであり、前記変換手段は、前記変換した要求トルクの変化が同期する気筒が前記複数の気筒の燃焼行程を迎える順序において不連続になるように、前記要求トルクの変換を行うことをその要旨とする。
上記構成によれば、全ての気筒の特定のタイミングに同期するように要求トルクの変換を行うものと比較して、その変換に要する作業を少なくすることができ、制御装置にかかる演算負荷の低減を図ることができる。
請求項５に記載の発明は、所定周期で実行される処理を通じて内燃機関の要求トルクを設定する設定手段と、前記要求トルクを、前記内燃機関の燃焼サイクルにおける特定のタイミングと同期して変化する値に変換する変換手段とを備え、機関トルクの調節に用いるトルク調節用機器の作動量の制御目標値として前記変換手段により変換した要求トルクを満足する値を算出するとともに、前記制御目標値に基づく前記トルク調節用機器の作動制御を実行する実行手段とを備え、前記内燃機関は複数の気筒を有するものであり、前記変換手段は、前記変換した要求トルクの変化が同期する気筒が前記複数の気筒の燃焼行程を迎える順序において不連続になるように、前記要求トルクの変換を行うことをその要旨とする。
上記構成によれば、所定周期で設定される要求トルクを、内燃機関の燃焼タイミング（すなわちトルクが発生するタイミング）に同期して変化する値であって、且つ同燃焼タイミングにおいて実際の機関トルクを要求トルクに追従させる上で適したトルクを発生させることの可能な値に変換することができる。そのため、要求トルクに追従させるために燃焼タイミングにおいて必要と見込まれる機関トルクに相当する値（要求トルクの変換値）に応じてトルク調節用機器の作動制御を実行することができ、前述した要求トルクの算出タイミングと内燃機関の燃焼タイミングとのずれ量のばらつきに起因して生じる機関トルクの不安定化を抑えることができる。しかも、そのようにして機関トルクの不安定化が抑えられることにより、その不安定化に起因する実際の機関トルクと要求トルクとのずれの拡大についてもこれを抑えることができる。したがって、要求トルクに精度良く追従するように同要求トルクに見合う態様で機関トルクを精度良く調節することができるようになる。
また、全ての気筒の特定のタイミングに同期するように要求トルクの変換を行うものと比較して、その変換に要する作業を少なくすることができ、制御装置にかかる演算負荷の低減を図ることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、前記変換手段は、前記要求トルクの変換を、前記設定手段により設定される要求トルクの直近における推移と、前記処理の実行タイミングと前記特定のタイミングとの時間差とに基づき行うことをその要旨とする。

上記構成によれば、特定のタイミングにおいて必要とされる要求トルクに相当する値を精度良く推定するとともに、その推定した値を、要求トルクを変換した値として求めることができるようになる。

なお請求項１、５及び６のいずれか一項に記載の発明において、前記トルク調節用機器としては、内燃機関の燃料噴射弁や点火プラグを採用することの他、請求項７によるように、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブを採用することができる。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記特定のタイミングは、前記内燃機関の燃焼行程において燃料が燃焼するタイミングであることをその要旨とする。

上記構成によれば、内燃機関の燃焼タイミング（すなわち実際にトルクが発生するタイミング）と同期して変化する値になるように要求トルクを変換することができ、同燃焼タイミングにおいて所望のトルクが得られるようにトルク調節用機器の作動制御を適切に実行することができるようになる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の概略構成を示す略図。 同実施の形態にかかる制御装置が適用される車両の概略構成を示す略図。 要求トルクの算出タイミングと内燃機関の燃焼タイミングとの関係を示すタイムチャート。 吸気量制御処理の具体的な実行手順を示すフローチャート。

以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の概略構成を示している。

同図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１１にはスロットル機構１２が設けられている。このスロットル機構１２は、吸気通路１１の内部に取り付けられたスロットルバルブ１３と、同スロットルバルブ１３に連結されたスロットルモータ１４とを備えている。そして、このスロットルモータ１４の作動制御を通じてスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度ＴＡ）を変更することにより、吸気通路１１の通路断面積が変更されて、同吸気通路１１を通じて内燃機関１０の気筒１５内に吸入される空気の量（筒内吸気量）が調節される。

内燃機関１０としては複数（本実施の形態では、四つ）の気筒１５を備えた直列型の気筒配列のものが採用されており、同内燃機関１０の吸気通路１１（詳しくは、吸気ポート）には各気筒１５に対応して燃料噴射弁１６が設けられている。それら燃料噴射弁１６の開弁駆動を通じて吸気通路１１内に燃料が噴射される。そして、燃料噴射弁１６から噴射された燃料は、スロットル開度ＴＡの調節を通じて調量された空気とともに内燃機関１０の各気筒１５内に吸入されて混合気を形成する。なお図１には複数の気筒１５のうちの一つのみを図示している。

内燃機関１０の各気筒１５には、それぞれ点火プラグ１７が設けられている。この点火プラグ１７（詳しくは、イグナイタ１７ａ）の作動制御を通じて、内燃機関１０の気筒１５内の混合気が着火して燃焼するようになる。そして、この燃焼に伴って発生するエネルギがピストン１８およびコンロッド１９を介してクランク軸２０に伝達されることにより、同クランク軸２０に回転トルクが付与されるようになる。

内燃機関１０の各気筒１５内の燃焼ガスは、同内燃機関１０の排気通路２１に排出される。この排気通路２１には排気浄化触媒２２が設けられており、上記燃焼ガス（排気）は、同排気浄化触媒２２によって浄化された後に排気通路２１の外部に排出される。

図２に示すように、上記内燃機関１０は車両３０に搭載されており、同車両３０の動力源として用いられる。車両３０は、右前輪３１、左前輪３２、右後輪３３、および左後輪３４の四つの車輪を備えている。それら右前輪３１、左前輪３２、右後輪３３、および左後輪３４にはそれぞれブレーキ機構３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂが設けられている。本実施の形態では、それらブレーキ機構３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂの作動を個別に制御することにより、車輪の回転を制動するための制動力を車輪毎に調節することが可能になっている。なお、それら車輪のうちの右前輪３１および左前輪３２は変速機３５を介して内燃機関１０のクランク軸２０（図１参照）に連結されたもの（いわゆる駆動輪）であり、右後輪３３および左後輪３４は内燃機関１０のクランク軸２０に連結されていない。

車両３０には、内燃機関１０や車両３０の運転状態を検出するための各種センサが設けられている。各種センサとしては例えば、内燃機関１０（図１）の吸気通路１１を通過する空気の量（通路吸気量ＧＡ）を検出するための空気量センサ４１や、同内燃機関１０のクランク軸２０の回転位相（クランク角）および回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサ４２が設けられている。また、スロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルセンサ４３や、内燃機関１０の排気通路２１（詳しくは排気マニホールド）内の排気の酸素濃度を検出するための空燃比センサ４４、排気浄化触媒２２の温度を検出するための温度センサ４５が設けられている。さらには、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量（アクセル操作量ＡＣＣ）を検出するためのアクセルセンサ４６などが設けられている。その他、右前輪３１（図２）、左前輪３２、右後輪３３、および左後輪３４の近傍にはそれぞれ、その回転速度を検出するための速度センサ３１Ｓ，３２Ｓ，３３Ｓ，３４Ｓが設けられている。

また車両３０には、例えばマイクロコンピュータを中心に構成される電子制御装置４０（図１）が設けられている。この電子制御装置４０は、各種センサの検出信号を取り込むとともにそれら信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて内燃機関１０の運転にかかる各種制御を実行する。

本実施の形態では、そうした機関制御の一つとして、内燃機関１０の気筒１５内に吸入される空気の量（筒内吸気量）を調節するための制御（吸気量制御）が実行される。この吸気量制御としては、トルクディマンド型の制御が実行される。この吸気量制御は基本的には、以下のように実行される。

すなわち先ず、アクセル操作量ＡＣＣ、通路吸気量ＧＡおよび機関回転速度ＮＥなどに基づいて内燃機関１０の出力トルク（機関トルク）についての制御目標値（要求トルク）が算出される。その後、要求トルクに基づいてスロットル開度ＴＡについての制御目標値（目標スロットル開度Ｔｔａ）が算出される。この目標スロットル開度Ｔｔａとしては、上記要求トルクが満足されるようになるスロットル開度ＴＡに相当する値が算出される。そして、目標スロットル開度Ｔｔａと実際のスロットル開度ＴＡとが一致するようにスロットルモータ１４の作動が制御されて、筒内吸気量が車両３０の運転状態に見合う量に調節される。

また、本実施の形態では、そうした吸気量制御において、駆動輪（右前輪３１および左前輪３２）のスリップを抑えるための制御（トラクションコントロール制御「以下、ＴＲＣ制御」）が実行される。このＴＲＣ制御では、駆動輪についてのスリップの有無が判定されており、駆動輪がスリップしていると判定されると要求トルクが小さくされてスロットル開度ＴＡが小さい開度に変更される。こうしたＴＲＣ制御を実行することにより、機関トルクが過度に大きくなったり車両３０が摩擦係数の低い路面を走行したりすることによって駆動輪がスリップした場合に、機関トルクが小さくなって車両３０の駆動力が小さくなり、駆動輪のスリップが抑えられるようになる。なお、駆動輪がスリップしていることは、例えば各車輪（右前輪３１、左前輪３２、右後輪３３、左後輪３４）の回転速度に基づいて前輪と後輪との速度差を求めるとともに同速度差が所定の閾値より大きくなったことをもって判定するといったように判断することができる。

ちなみに本実施の形態のＴＲＣ制御では、そのようにスロットル開度ＴＡを小さくすることに併せて、スリップしている駆動輪（右前輪３１および左前輪３２）の回転を制動する制動力が大きくなるように同駆動輪に対応するブレーキ機構（３１Ｂまたは３２Ｂ）の作動状態が変更される。こうしたブレーキ機構の作動制御によっても、駆動輪のスリップが抑えられるようになる。

さらに、本実施の形態では上記機関制御の一つとして、燃料噴射弁１６からの燃料噴射量を調節するための制御（燃料噴射制御）が実行される。この燃料噴射制御は基本的には、次のように実行される。すなわち、スロットル開度ＴＡや通路吸気量ＧＡ、機関回転速度ＮＥなどに基づいて筒内吸気量が推定されるとともに、その推定した筒内吸気量に基づいて混合気の空燃比が所望の比率（例えば、理論空燃比）になる燃料噴射量に相当する量が目標燃料噴射量ＴＱとして算出される。そして、この目標燃料噴射量ＴＱと実際の燃料噴射量とが一致するように燃料噴射弁１６が開弁駆動される。これにより燃料噴射量が車両３０の運転状態に見合う量に調節される。

本実施の形態では、そうした燃料噴射制御において、空燃比センサ４４により検出される空燃比（正確には、その指標値としての排気の酸素濃度）に基づいて燃料噴射弁１６からの燃料噴射量をフィードバック制御する、いわゆる空燃比フィードバック制御が実行される。この空燃比フィードバック制御は、上記所望の比率と空燃比センサ４４により検出される空燃比との差に応じてフィードバック補正量を算出するとともに、そのフィードバック補正量によって目標燃料噴射量ＴＱを補正して新たな目標燃料噴射量ＴＱを算出するといったように実行される。

また、本実施の形態では上記機関制御の一つとして、点火プラグ１７の作動によって混合気が着火する時期（いわゆる点火時期）を調節するための制御（点火時期制御）が実行される。この点火時期制御は基本的には、筒内吸気量や機関回転速度ＮＥに基づいて点火時期についての制御目標値（目標点火時期）を算出するとともに、同目標点火時期において混合気への点火がなされるように点火プラグ１７の作動を制御するといったように実行される。こうした点火時期制御を通じて、点火時期が車両３０の運転状態に見合う時期に設定されるようになる。

ここで本実施の形態では、吸気量制御にかかる処理が所定周期（例えば数ミリ秒）毎の処理を通じて実行され、同処理の各実行タイミングにおいて前記要求トルクと目標スロットル開度Ｔｔａとがそれぞれ算出される。その一方で内燃機関１０では、混合気の燃焼が所定のクランク角（具体的には、各気筒１５の圧縮上死点付近）において間欠的に行われるために、それら燃焼タイミングに合わせてクランク軸２０へのトルク付与が間欠的に行われる。

そのため本実施の形態では、図３に示すように、要求トルクや目標スロットル開度Ｔｔａの算出タイミング（具体的には、上記吸気量制御にかかる処理の実行タイミング［時刻ｔ２，ｔ３］）と内燃機関１０の各燃焼タイミング［時刻ｔ１，ｔ４］との間に時間ずれが生じることが避けられないばかりか、そのずれ量（図中にＡで示す期間［時刻ｔ３〜ｔ４］）にばらつきが生じてしまう。そして、そうしたずれ量のばらつきに起因して、上記算出タイミングにおいて同一の態様でスロットル開度ＴＡ（詳しくは、目標スロットル開度Ｔｔａ）を変更した場合であっても、その変更によって実際に機関トルクが変化するようになるまでの時間がそのときどきにおいて異なる長さになってしまう。

この時間においても吸気通路１１におけるスロットルバルブ１３より吸気流れ方向下流側の部分の圧力（いわゆる吸気圧力）は変化し続けているために、同時間が異なる長さになることにより、上記算出タイミングにおいて同一の態様でスロットル開度ＴＡを変更したとしても筒内吸気量が異なる量になる。そして、この筒内吸気量の相違は、実際の機関トルクの推移と前記要求トルク（車両３０の運転状態に見合う機関トルク）の推移との間にずれを生じさせる一因となり、機関トルクの調節にかかる制御の不安定化を招く一因となってしまう。しかも、こうした筒内吸気量の相違を考慮することなく目標燃料噴射量ＴＱや目標点火時期を設定すると、燃料噴射量が実際の筒内吸気量に見合う量にならずに混合気の空燃比が不要にリッチ（あるいはリーン）になったり、点火時期が実際の状況に見合う時期にならずに燃焼状態の悪化を招いたりして、排気性状の悪化を招くおそれもある。

ちなみに前述したＴＲＣ制御では、車両３０におけるスリップの発生時において同スリップを抑えるべく機関トルクを変更する際に、そのときどきのスリップ状況に合わせて要求トルクがごく早い周期で変更される。本実施の形態にかかる装置ではそうしたＴＲＣ制御が実行されるために、ＴＲＣ制御が実行されない装置と比較して、要求トルクが変化する周期が早くなり易く同要求トルクの算出タイミングと内燃機関１０の燃焼タイミングとのずれによる影響が大きくなり易いと云え、その分だけ機関トルクの不安定化を招き易いと云える。

こうした実情をふまえて、本実施の形態では、所定周期毎の処理を通じて設定される要求トルクを内燃機関１０の燃焼サイクルにおける燃焼タイミング（本実施の形態では、圧縮上死点）と同期して変化する値（変換要求トルク）に変換するようにしている。これにより、要求トルクを内燃機関１０の燃焼タイミング（すなわちトルクが発生するタイミング）に同期して変化する値であって、且つ同燃焼タイミングにおいて実際の機関トルクを要求トルクに追従させる上で適したトルクを発生させることの可能な値に変換することができる。そのため、この変換要求トルクを満足する値を目標スロットル開度Ｔｔａとして算出することにより、要求トルクに追従させるために燃焼タイミングにおいて必要と見込まれる機関トルクに相当する値（上記変換要求トルク）に応じてスロットルモータ１４の作動制御を実行することができるようになる。したがって、前述した要求トルクの算出タイミングと内燃機関１０の燃焼タイミングとのずれ量（図３の期間Ａ参照）のばらつきに起因して生じる機関トルクの不安定化を抑えることができる。しかも、そのようにして機関トルクの不安定化が抑えられるために、その不安定化に起因する実際の機関トルクと要求トルクとのずれの拡大についても抑えることができる。

以下、そうした要求トルクを変換する処理を含む吸気量制御にかかる処理（吸気量制御処理）について詳しく説明する。
図４は、上記吸気量制御処理の具体的な実行手順を示すフローチャートであり、同フローチャートに示される一連の処理は、所定時間（例えば数ミリ秒）毎の割り込み処理として、電子制御装置４０により実行される。

図４に示すように、この処理では先ず、アクセル操作量ＡＣＣ、機関回転速度ＮＥ、通路吸気量ＧＡ、並びに各車輪の回転速度に基づいて要求トルクが設定される（ステップＳ１００）。本実施の形態では、このステップＳ１００の処理が設定手段として機能する。

そして、上述した要求トルクの算出タイミング（本処理の実行タイミング）と内燃機関１０の燃焼タイミングとのずれ量を考慮しないと仮定した場合において同要求トルクの実現に適した目標スロットル開度Ｔｔａに相当する値（ベース目標開度）が機関回転速度ＮＥに基づき算出される（ステップＳ２００）。なお、要求トルクおよび機関回転速度ＮＥにより定まる内燃機関１０の運転領域と同領域に適したベース目標開度との関係が実験やシミュレーションの結果に基づき予め求められて電子制御装置４０に記憶されており、ステップＳ２００の処理では同関係（具体的には、演算マップまたは計算式）に基づきベース目標開度が算出される。

その後、現時点で上記ベース目標開度を制御目標値としてスロットル開度ＴＡの変更を開始したと仮定した場合にその後において見込まれるスロットル開度ＴＡの推移と機関トルクの推移とが求められる（ステップＳ３００）。なお電子制御装置４０には、機関運転状態とベース目標開度と上記スロットル開度ＴＡの推移と機関トルクの推移との関係が実験やシミュレーションの結果に基づき予め求められて記憶されており、ステップＳ３００の処理では同関係（具体的には、演算マップや計算式）に基づいてスロットル開度ＴＡの推移と機関トルクの推移とが求められる。

また、クランク角と機関回転速度ＮＥに基づいて、現時点から複数の気筒１５のうちの特定気筒の燃焼タイミング（詳しくは、圧縮上死点）になるまでの時間（所要時間Ｔ）が算出される（ステップＳ４００）。この特定気筒は以下のように定められる。すなわち先ず、本処理の前回実行時において特定気筒が定められていない場合には、その後において最も早いタイミングで燃焼行程を迎える気筒１５が特定気筒として定められる。一方、本処理の前回実行時において既に特定気筒が定められている場合には、基本的に、同気筒がそのまま特定気筒として定められる。ただし、混合気の実際の空燃比と所望の比率との差が大きくなったときや、排気浄化触媒２２の温度が所定温度以上になったときには、本処理の前回実行時において定められた気筒よりも遅いタイミングで燃焼行程を迎える気筒が特定気筒として定められる。これは同一の気筒を特定気筒として設定し続けると、これに起因して各気筒１５間における筒内吸気量のばらつきに偏りが生じることや、そもそも装置自体に各気筒１５からの排気の空燃比センサ４４への当接態様に偏りがあることなどによって、空燃比フィードバック制御が適正に機能しなくなって排気性状の悪化を招くことがあるためである。本実施の形態では、そうした不都合が発生した場合に、特定気筒として定められる気筒が変更されて、排気性状の悪化が抑えられるようになる。

なお本実施の形態にかかる制御装置がＶ型の気筒配列の内燃機関や水平対向型の気筒配列の内燃機関などの二つのバンクを有する内燃機関に適用される場合には、次のような不都合が生じるおそれがある。すなわち、特定気筒として同一の気筒のみを設定し続けた場合に、特定気筒を含む一方のバンクについては要求トルクの算出タイミングと内燃機関の燃焼タイミングとのずれ量のばらつきによる悪影響が比較的適正に抑えられるものの、他方のバンクについては同悪影響が適正に抑えられないとの状況になるおそれがある。そして、この場合には空燃比フィードバック制御を通じて一方のバンクの気筒では混合気の空燃比が不要にリッチになるとともに他方のバンクの気筒では混合気の空燃比が不要にリーンになって排気性状の悪化や燃料消費量の増加を招くといった状況になるおそれがある。

こうした場合には、本実施の形態にかかる装置のように特定気筒を変更することにより、要求トルクの算出タイミングと内燃機関の燃焼タイミングとのずれ量のばらつきによる悪影響を二つのバンクについてバランス良く抑えることができるようになり、排気性状の悪化や燃料噴射量の増加を抑えることができるようになる。

その後、上記要求トルク、ベース目標開度、スロットル開度ＴＡの推移、機関トルクの推移、並びに所要時間Ｔを変換パラメータとして用いて同要求トルクを内燃機関１０の特定気筒の燃焼タイミングと同期して変化する値（前記変換要求トルク）に変換する処理が実行される（ステップＳ５００）。本実施の形態では、このステップＳ５００の処理が変換手段として機能する。

具体的には先ず、それら変換パラメータに基づいて、実際の機関トルクを要求トルクに追従させる上で適切なスロットル開度であって、内燃機関１０の特定気筒の燃焼タイミングにおけるスロットル開度（変換スロットル開度）が算出される。ちなみに、各変換パラメータからは次のような情報が把握される。ここでは上記要求トルクとして、本処理の今回実行時において設定された要求トルク（要求トルク［今回値］）と本処理の前回実行時において設定された要求トルク（要求トルク［前回値］）とが用いられる。そして、それら要求トルク［今回値］と要求トルク［前回値］との関係から要求トルクの直近における推移が把握されて、図３中の一点鎖線に一例を示すように、直後における機関トルクの変化傾向（増加傾向あるいは減少傾向）が推定される。また、要求トルク［今回値］に基づいて現時点において目標とする機関トルクが把握される。さらに、所要時間Ｔ（図４）に基づいて要求トルクの算出タイミングと内燃機関１０の特定気筒の燃焼タイミングとのずれ量（時間差）が把握される。また、スロットル開度ＴＡの推移および機関トルクの推移により、上述した要求トルクの変換を実行しないと仮定した場合における吸気量制御の実行態様が把握される。

そして、これら把握した情報をもとに目標スロットル開度Ｔｔａの変化に対するスロットル開度ＴＡの応答遅れやスロットル開度ＴＡの変化に対する機関トルクの応答遅れを考慮しつつ、実際の機関トルクを要求トルクに追従させる上で適切な値が変換スロットル開度として算出される。

なお電子制御装置４０には、要求トルク［今回値］、要求トルク［前回値］、ベース目標開度、スロットル開度ＴＡの推移、機関トルクの推移、並びに所要時間Ｔにより定まる車両３０の運転状態と同運転状態に適した変換スロットル開度との関係が実験やシミュレーションの結果に基づき予め求められて記憶されている。そして、ステップＳ５００の処理では、この関係（演算マップや計算式）をもとに変換スロットル開度が算出される。

そして、このようにして変換スロットル開度が算出された後、機関回転速度ＮＥに基づいて同変換スロットル開度が機関トルクに相当する値（前記変換要求トルク）に変換される。

本実施の形態では、変換要求トルクの変化が同期する気筒（上記特定気筒）が内燃機関１０の複数の気筒１５の燃焼行程を迎える順序において不連続になるように、同変換要求トルクが算出される。そのため、内燃機関１０の全ての気筒１５の燃焼タイミングに同期するように変換要求トルクを算出する装置と比較して、その算出に要する作業を少なくすることができ、電子制御装置４０にかかる演算負荷の低減を図ることができる。

その後、変換要求トルクに基づいて目標スロットル開度Ｔｔａが算出されるとともに、同目標スロットル開度Ｔｔａに基づくスロットルモータ１４の作動制御が実行される（ステップＳ６００）。本実施の形態では、このステップＳ６００の処理が実行手段として機能する。

具体的には先ず、機関回転速度ＮＥおよび変換要求トルクの変化速度に基づいて、運転モードとして、［標準モード］および［トルク優先モード］のいずれかが選択される。
機関回転速度ＮＥや要求トルクの変化速度が比較的低いときには［標準モード］が選択される。この［標準モード］の選択時においては、スロットル開度ＴＡの変更を通じて変換要求トルクの変化に追従するように筒内吸気量を変化させることが可能な状況であるとして、変換要求トルクを満足する目標スロットル開度Ｔｔａが算出されるとともに同目標スロットル開度Ｔｔａに基づくスロットルモータ１４の作動制御が実行されて、筒内吸気量が調節される。ちなみに、このときの目標燃料噴射量ＴＱおよび目標点火時期としては、別途の処理を通じて、そうしたスロットルモータ１４の作動制御の実行によって見込まれる筒内吸気量に見合う値が算出される。そして、それら値に基づき燃料噴射弁１６や点火プラグ１７の作動制御が実行される。

一方、機関回転速度ＮＥや変換要求トルクの変化速度が比較的高いときには、次のような状況であると判断されて［トルク優先モード］が選択される。すなわち、このときスロットル開度ＴＡの変更のみでは変換要求トルクの変化に追従するように筒内吸気量を変化させることが困難な状況や、変換要求トルクの変化に追従するようにスロットル開度ＴＡを変更するとスロットル機構１２の耐久性能の低下を招くおそれのある状況であると判断される。

この［トルク優先モード］の選択時においては、耐久性能の低下を招くことのない範囲でスロットル機構１２が作動するようになる値が目標スロットル開度Ｔｔａとして算出されるとともに、同目標スロットル開度Ｔｔａに基づくスロットルモータ１４の作動制御が実行される。また、これに合わせて別途の処理を通じて、スロットル開度ＴＡの変更量が抑えられたことによる機関トルクの変更不足分を補うことの可能な値が目標燃料噴射量ＴＱおよび目標点火時期として算出されるとともに、それら値に基づき燃料噴射弁１６や点火プラグ１７の作動制御が実行される。このように［トルク優先モード］の選択時においては、スロットル開度ＴＡを変更することに加えて、燃料噴射量や点火時期を変更することによって、実際の機関トルクが要求トルクに追従するように筒内吸気量が調節される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）所定周期毎の処理を通じて設定される要求トルクを内燃機関１０の燃焼サイクルにおける燃焼タイミングと同期して変化する値（変換要求トルク）に変換するとともに、この変換要求トルクを満足する値を目標スロットル開度Ｔｔａとして算出するようにした。そのため、要求トルクの算出タイミングと内燃機関１０の燃焼タイミングとのずれ量のばらつきに起因して生じる機関トルクの不安定化を抑えることができ、機関トルクの不安定化に起因する実際の機関トルクと要求トルクとのずれの拡大を抑えることができる。したがって、要求トルクに精度良く追従するように同要求トルクに見合う態様で機関トルクを精度良く調節することができるようになる。

（２）要求トルクの算出タイミングおよび内燃機関１０の燃焼タイミングの時間差と要求トルクの直近における推移とに基づいて変換要求トルクを算出するようにした。そのため、燃焼タイミングにおいて必要とされる要求トルクに相当する値を精度良く推定するとともに、その推定した値を変換要求トルクとして算出することができる。

（３）内燃機関１０の燃焼タイミングと同期して変化する値になるように変換要求トルクを算出することができ、同燃焼タイミングにおいて所望のトルクが得られるようにスロットルモータ１４の作動制御を実行して筒内吸気量を適切に調節することができる。

（４）変換要求トルクの変化が同期する特定気筒が内燃機関１０の複数の気筒１５の燃焼行程を迎える順序において不連続になるように、同変換要求トルクを算出するようにした。そのため、内燃機関１０の全ての気筒１５の燃焼タイミングに同期するように変換要求トルクを算出する装置と比較して、その算出に要する作業を少なくすることができ、電子制御装置４０にかかる演算負荷の低減を図ることができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・内燃機関１０の全ての気筒１５の燃焼タイミングに同期するように要求トルクを変換した値を変換要求トルクとして算出してもよい。こうした構成によれば、要求トルクに追従するように機関トルクをより精度良く調節することができるようになる。

・上記実施の形態では、変換パラメータに基づいて内燃機関１０の燃焼タイミングにおけるスロットル開度に相当する値（変換スロットル開度）を算出するとともに、同変換スロットル開度を機関トルクに換算した値を変換要求トルクとして算出するようにした。これに代えて、適宜の変換パラメータに基づいて内燃機関１０の燃焼タイミングにおける燃料噴射量に相当する値（変換燃料噴射量）を算出するとともに、同変換燃料噴射量を機関トルクに換算した値を変換要求トルクとして算出してもよい。また、適宜の変換パラメータに基づいて内燃機関１０の燃焼タイミングにおける点火時期に相当する値（変換点火時期）を算出するとともに、同変換点火時期を機関トルクに換算した値を変換要求トルクとして算出してもよい。さらに、吸気バルブのバルブタイミングを変更する変更機構が搭載された内燃機関に適用される場合には、内燃機関の燃焼タイミングにおけるバルブタイミングに相当する値（変換バルブタイミング）を算出するとともに同変換バルブタイミングを機関トルクに換算した値を変換要求トルクとして算出するようにしてもよい。また、それら変換スロットル開度、変換燃料噴射量、変換点火時期、並びに変換バルブタイミングのうちの二つ、あるいは三つ、あるいは全てを算出するとともに、それら算出した値に基づいて変換要求トルクを算出するようにしてもよい。

スロットルバルブ１３、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、並びに上記変更機構はいずれも機関トルクを調節可能なトルク調節用機器として機能する。そのため上記各構成のいずれによっても、内燃機関１０の燃焼タイミングにおけるトルク調節用機器の作動量に相当する値を算出するとともに同値を機関トルクに換算するといった手順で変換要求トルクを算出することができる。

・変換要求トルクを、トルク調節用機器の作動量に相当する値を算出することなく、変換パラメータに基づいて直接算出するようにしてもよい。
・要求トルク［前回値］と要求トルク［今回値］とに基づいて直近の要求トルクの推移を把握した上で変換要求トルクを算出することに代えて、直近の所定期間（要求トルクの算出が三回以上行われる期間）における要求トルクの変化の様子から、その後の要求トルクの推移を予測した上で変換要求トルクを算出するようにしてもよい。

こうした構成によれば、要求トルクの推移をより細かく把握した上で、そのときどきの状況に見合うように、変換要求トルクの算出とトルク調節用機器の作動制御とを好適に実行することができるようになる。これにより、例えば機関トルクが変化することのない期間（各気筒１５の燃焼タイミングの間にあたる期間）においてスロットル開度ＴＡが増加と減少とを交互に繰り返すような場合に、これを把握してスロットル開度ＴＡが無駄に変更されることを回避することができるようになる。そして、この場合にはスロットル機構１２の作動頻度の低下による耐久性能の向上を図ることができる。

・上記実施の形態では、内燃機関１０の特定気筒の圧縮上死点を特定のタイミングとして設定し、同特定のタイミングと同期して変化する値を変換要求トルクとして算出するようにした。そうした特定のタイミングとしては、圧縮上死点に限らず、例えば圧縮上死点より若干遅角側のクランク角や若干進角側のクランク角など、内燃機関１０の燃焼タイミングにおける代表的なタイミングを設定することができる。また、吸気バルブが開弁されるタイミングなど、内燃機関１０の吸気行程における任意のタイミングを特定のタイミングとして設定することもできる。

・吸気量制御にかかる処理が所定時間周期で実行される装置に限らず、吸気量制御にかかる処理が所定クランク角周期で実行される装置にも、上記実施の形態にかかる処理は適用することができる。こうした装置にあっても、要求トルクの算出タイミングと内燃機関１０の燃焼タイミングとの間にずれがある場合には、通路吸気量ＧＡや機関回転速度ＮＥの相違に起因して、上記算出タイミングにおいて同一の態様でトルク調節用機器の作動量を変更した場合であっても、その変更によって実際に機関トルクが変化するようになるまでの時間が異なる長さになってしまう。そして、これが機関トルクの調節にかかる制御の不安定化を招く一因となる。したがって、そうした装置に上記実施の形態にかかる制御装置を適用することにより、上記実施の形態に準じた効果を得ることができる。

・本発明は、ＴＲＣ制御が実行されない車両に搭載される内燃機関の制御装置にも適用することができる。なお、アクセル操作量の変化による変更周期と比較して要求トルクの変更周期がごく短くなるような何らかの制御が実行される装置にあっては、上記実施の形態にかかる制御装置と同様に、要求トルクの算出タイミングと内燃機関の燃焼タイミングとのずれによる影響が大きくなり易く、機関トルクの不安定化を招き易い。したがって、そうした装置に本発明にかかる構成を適用することにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

・本発明は、Ｖ型の気筒配列の内燃機関や水平対向型の気筒配列の内燃機関等、二つのバンクを有する内燃機関にも適用することができる。

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…スロットル機構、１３…スロットルバルブ、１４…スロットルモータ、１５…気筒、１６…燃料噴射弁、１７…点火プラグ、１７ａ…イグナイタ、１８…ピストン、１９…コンロッド、２０…クランク軸、２１…排気通路、２２…排気浄化触媒、３０…車両、３１…右前輪、３２…左前輪、３３…右後輪、３４…左後輪、３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ…ブレーキ機構、３１Ｓ，３２Ｓ，３３Ｓ，３４Ｓ…速度センサ、３５…変速機、４０…電子制御装置、４１…空気量センサ、４２…クランクセンサ、４３…スロットルセンサ、４４…空燃比センサ、４５…温度センサ、４６…アクセルセンサ。

Claims (8)

1. 所定周期で実行される処理を通じて内燃機関の要求トルクを設定する設定手段と、
   前記要求トルクを、前記設定手段により設定される要求トルクの直近における推移と、前記処理の実行タイミングと前記内燃機関の燃焼サイクルにおける特定のタイミングとの時間差に基づいて、前記特定のタイミングに必要と見込まれる機関トルクである変換要求トルクに変換する変換手段と、
   機関トルクの調節に用いるトルク調節用機器の作動量の制御目標値として前記変換要求トルクを満足する値を算出するとともに、前記制御目標値に基づく前記トルク調節用機器の作動制御を実行する実行手段と
   を備える内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記変換要求トルクの変化速度に基づいて、運転モードを選択し、
   前記選択された運転モードに応じて前記トルク調節用機器の作動制御の実行態様を変更する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記運転モードは、前記トルク調節用機器の作動制御として、スロットルバルブの開度制御により前記変換要求トルクを満足させる標準モードと、前記トルク調節用機器の作動制御として、スロットルバルブの開度、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量及び点火プラグによる点火時期を制御することにより前記変換要求トルクを満足させるトルク優先モードとを含み、
   前記変換要求トルクの変化速度が低いときには前記標準モードが選択され、前記変換要求トルクの変化速度が高いときには前記トルク優先モードが選択される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関は複数の気筒を有するものであり、
   前記変換手段は、前記変換した要求トルクの変化が同期する気筒が前記複数の気筒の燃焼行程を迎える順序において不連続になるように、前記要求トルクの変換を行う
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 所定周期で実行される処理を通じて内燃機関の要求トルクを設定する設定手段と、
   前記要求トルクを、前記内燃機関の燃焼サイクルにおける特定のタイミングと同期して変化する値に変換する変換手段と、
   機関トルクの調節に用いるトルク調節用機器の作動量の制御目標値として前記変換手段により変換した要求トルクを満足する値を算出するとともに、前記制御目標値に基づく前記トルク調節用機器の作動制御を実行する実行手段とを備え、
   前記内燃機関は複数の気筒を有するものであり、
   前記変換手段は、前記変換した要求トルクの変化が同期する気筒が前記複数の気筒の燃焼行程を迎える順序において不連続になるように、前記要求トルクの変換を行う
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記変換手段は、前記要求トルクの変換を、前記設定手段により設定される要求トルクの直近における推移と、前記処理の実行タイミングと前記特定のタイミングとの時間差とに基づき行う
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１，５及び６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記トルク調節用機器は前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記特定のタイミングは、前記内燃機関の燃焼行程において燃料が燃焼するタイミングである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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