JP5285501B2 - 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、特に機関の要求トルクに余裕トルクを加算した吸気制御目標トルクに応じて機関の吸入空気量流量を制御するとともに、最適点火時期より遅角側の点火時期を中心として点火時期制御を行うものに関する。

特許文献１には、機関の要求トルクに余裕トルクを加算した吸気制御目標トルクに応じて機関の吸入空気量流量を制御するとともに、最適点火時期より遅角側の点火時期を中心として点火時期制御を行うトルク制御装置が示されている。このように点火時期の制御を最適点火時期より遅角側の点火時期（余裕トルク分だけトルクを低下させる点火時期）を中心として実行することにより、機関のアイドル運転時に補機の負荷変動による機関の回転変動を、応答性よく抑制することができる。

さらに特許文献１の装置では、最適点火時期から制御中心点火時期まで遅角量の設定に適用する「要求トルク＋余裕トルク」（以下「修正要求トルク」という）のなまし処理（スムージング処理）を行うことにより、実際の吸入空気流量の変化の遅れに対応した点火時期制御が行われる。

特開２００６−１３８３００号公報

上記従来の装置では、修正要求トルクのなまし処理に適用するなまし係数を、機関回転数、吸気圧、吸気温度などの機関運転パラメータに応じて設定されるが、実際の吸入空気流量の変化を正確に近似することは困難である。そのため、実際の吸入空気流量に対応した機関出力トルクと、なまし処理された修正要求トルクとがずれて、点火時期の設定が不適切となり、要求トルクに対応した機関出力トルクが得られない可能性がある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、実際の吸入空気流量の変化をより高精度に推定することにより、吸入空気流量制御と点火時期制御の協調制御をより適切に実行し、機関出力トルクの制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸入空気流量を制御する吸気制御手段（３，４２）と、前記機関の点火時期（ＩＧＬＯＧ）を制御する点火時期制御手段とを備える内燃機関の制御装置において、前記機関の要求トルク（ＴＲＱＥ）を算出する要求トルク算出手段と、前記要求トルク（ＴＲＱＥ）に余裕トルク（ＤＴＲＱＩＤＬＳ）を加算することにより吸気制御目標トルク（ＴＲＱＧＡ）を算出する吸気制御目標トルク算出手段と、前記吸気制御目標トルク（ＴＲＱＧＡ）に応じて前記機関の目標吸入空気流量（ＧＡＣＭＤ）を算出する目標吸入空気流量算出手段と、前記目標吸入空気流量（ＧＡＣＭＤ）に応じて前記吸気制御手段の目標制御量（ＴＨＣＭＤ，ＶＴＣＣＭＤ）を算出する目標制御量算出手段と、前記吸気制御手段の制御量（ＴＨ，ＶＴＣ）が前記目標制御量（ＴＨＣＭＤ，ＶＴＣＣＭＤ）と一致するように前記吸気制御手段を駆動する吸気制御実行手段と、前記吸気制御手段の制御量（ＴＨ，ＶＴＣ）を検出する制御量検出手段と、検出された制御量（ＴＨ，ＶＴＣ）に応じて前記機関の吸入空気流量の推定値である推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を算出する推定吸入空気流量算出手段と、前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）に応じて前記機関の推定出力トルク（ＨＴＲＱＧＡ）を算出する推定出力トルク算出手段と、前記要求トルク（ＴＲＱＥ）と推定出力トルク（ＨＴＲＱＧＡ）との比率であるトルク比率（ＫＴＲＱ）を算出するトルク比率算出手段とを備え、前記点火時期制御手段は、前記機関の出力トルクが最大となる最適点火時期（ＭＢＴ）を、前記機関の運転状態に応じて算出する最適点火時期算出手段と、前記トルク比率（ＫＴＲＱ）に応じて遅角補正量（ＤＩＧＲＴＤ）を算出する遅角補正量算出手段とを備え、前記最適点火時期（ＭＢＴ）を前記遅角補正量（ＤＩＧＲＴＤ）により補正して、前記点火時期（ＩＧＬＯＧ）を算出し、前記吸気制御手段は、前記機関の吸気管に設けられたスロットル弁（３）と、前記機関の吸気弁の作動位相を連続的に変更する弁作動位相可変機構（４２）とを備え、前記目標吸入空気流量算出手段は、前記機関の回転数（ＮＥ）に応じて仮目標吸入空気流量（ＧＡＴＭＰ）を算出する仮目標吸入空気流量算出手段を有し、前記仮目標吸入空気流量（ＧＡＴＭＰ）に応じて、前記吸気弁の仮目標作動位相（ＶＴＣＴＭＰ）を算出する第１ステップと、前記仮目標吸入空気流量（ＧＡＴＭＰ）に応じて、前記機関の仮吸気ゲージ圧（ＰＢＧＡＴＭＰ）を算出する第２ステップと、前記仮吸気ゲージ圧（ＰＢＧＡＴＭＰ）及び仮目標作動位相（ＶＴＣＴＭＰ）に応じて前記点火時期の仮遅角量（ＤＩＧＲＳＶＭ）を算出する第３ステップと、前記仮遅角量（ＤＩＧＲＳＶＭ）に応じて仮トルク低減率（ＫＴＤＴＭＰ）を算出する第４ステップと、前記仮目標吸入空気流量（ＧＡＴＭＰ）及び仮トルク低減率（ＫＴＤＴＭＰ）に応じて前記機関の仮出力トルク（ＴＲＱＴＭＰ）を算出する第５ステップと、前記仮出力トルク（ＴＲＱＴＭＰ）が前記吸気制御目標トルク（ＴＲＱＧＡ）に近づくように、前記仮目標吸入空気流量（ＧＡＴＭＰ）を更新する第６ステップとを繰り返し実行し、前記目標吸入空気流量（ＧＡＣＭＤ）を、前記仮出力トルク（ＴＲＱＴＭＰ）と吸気制御目標トルク（ＴＲＱＧＡ）との差が所定閾値（ＤＴＲＱＴＨ）以下となった時点の仮目標吸入空気流量（ＧＡＴＭＰ）に設定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関の要求トルクに余裕トルクを加算することにより吸気制御目標トルクが算出され、吸気制御目標トルクに応じて機関の目標吸入空気流量が算出される。さらに目標吸入空気流量に応じて吸気制御手段の目標制御量が算出され、吸気制御手段の制御量が目標制御量と一致するように吸気制御手段が駆動される。そして、検出された吸気制御手段の制御量に応じて機関の吸入空気流量の推定値である推定吸入空気流量が算出され、推定吸入空気流量に応じて機関の推定出力トルクが算出され、機関の要求トルクと推定出力トルクとの比率であるトルク比率に応じて点火時期制御が行われる。検出された吸気制御手段の制御量に応じて推定吸入空気流量が算出されるので、実際の吸入空気流量の変化を高精度に推定することができる。そして、この推定吸入空気流量に応じて機関の推定出力トルクを算出し、この推定出力トルクと要求トルクとの関係を示すトルク比率に応じて点火時期を制御することにより、機関出力トルク制御における吸入空気量制御と点火時期制御のそれぞれ寄与度合が正確に調整され、機関出力トルクの制御精度を向上させることができる。より具体的には、機関の出力トルクが最大となる最適点火時期が機関運転状態に応じて算出されるとともに、算出されたトルク比率に応じて遅角補正量が算出され、最適点火時期を遅角補正量で補正することにより、点火時期が算出される。すなわち、トルク比率に対応した点火時期の遅角補正が行われ、これによって吸入空気流量制御と協調的に点火時期制御を行うことができるとともに、点火時期の変更による十分なトルク制御性を確保することができる。さらに、機関回転数に応じて仮目標吸入空気流量が算出され、これを仮目標吸入空気流量の初期値として、仮目標吸入空気流量に応じて、吸気弁の仮目標作動位相を算出する第１ステップと、仮目標吸入空気流量に応じて、仮吸気ゲージ圧を算出する第２ステップと、仮吸気ゲージ圧及び仮目標作動位相に応じて点火時期の仮遅角量を算出する第３ステップと、仮遅角量に応じて仮トルク低減率を算出する第４ステップと、仮目標吸入空気流量及び仮トルク低減率に応じて機関の仮出力トルクを算出する第５ステップと、仮出力トルクが吸気制御目標トルクに近づくように、仮目標吸入空気流量を更新する第６ステップとが繰り返し実行される。そして、目標吸入空気流量が、仮出力トルクと吸気制御目標トルクとの差が所定閾値以下となった時点の仮目標吸入空気流量に設定される。吸入空気流量の変化によって、吸気ゲージ圧及び吸気弁の目標作動位相が変化し、吸気ゲージ圧及び吸気弁の目標作動位相の変化によって、ノッキングの発生を防止するための点火時期の遅角量が変化し、それによって点火時期制御によるトルク低減率が変化する。そのため、目標吸入空気流量の変更が必要となるが、第１〜第６ステップを繰り返し実行することにより、仮出力トルクが吸気制御目標トルクに近づいて行く。したがって、仮出力トルクが吸気制御目標トルクとほぼ一致した時点の仮目標吸入空気流量を目標吸入空気流量とすることにより、過渡状態における吸入空気流量制御と点火時期制御の相互干渉による制御の不安定化を防止し、機関出力トルク制御を安定化することができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図１に示す弁作動特性可変装置の構成を示す図である。 図２に示す弁作動特性可変装置の動作を説明するための図である。 目標トルク（ＴＲＱＥ，ＴＲＱＧＡ）を算出する処理のフローチャート（第１の実施形態）である。 図４の処理で参照されるテーブルを示す図である。 目標吸入空気流量（ＧＡＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 目標吸入空気流量（ＧＡＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 図６の処理で参照されるテーブルを示す図である。 点火時期（ＩＧＬＯＧ）を算出する処理のフローチャートである。 目標トルク（ＴＲＱＥ，ＴＲＱＧＡ）を算出する処理のフローチャート（第２の実施形態）である。 推定弁作動位相（ＨＶＴＣ）及び推定スロットル弁開度（ＨＴＨ）を算出する処理のフローチャートである。 推定弁作動位相（ＨＶＴＣ）の算出手法を説明するためのタイムチャートである。 推定スロットル弁開度（ＨＴＨ）を算出手法を説明するためのタイムチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図２は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての弁作動特性可変機構４２を有する弁作動特性可変装置４０を備えている。弁作動特性可変機構４２により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。

エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

吸気管２には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ１３が設けられている。吸入空気流量センサ１３の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

エンジン１の各気筒の点火プラグ１５は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１５に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば３０度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。

エンジン１ の適宜の位置に、高周波振動を検出するノックセンサ１４が装着されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。またＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

弁作動特性可変装置４０は、図２に示すように、吸気弁の作動位相を連続的に変更する弁作動特性可変機構４２と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁４４とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮから算出される弁作動位相ＶＴＣが用いられる。電磁弁４４には、オイルパン４６の潤滑油がオイルポンプ４５により、加圧されて供給される。なお、弁作動特性可変機構４２の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。

弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、図３に実線Ｌ２で示す特性を中心として、カムの作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ３で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。本実施形態では、弁作動位相ＶＴＣは、最遅角位相を基準とした進角量として定義される。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、電磁弁４４に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、点火時期制御、スロットル弁３の開度制御及び吸気弁作動位相制御による吸入空気流量制御、並びにエンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御を行う。

本実施形態では、アクセルペダル操作量ＡＰに応じたドライバ要求トルクＴＲＱＤと、エンジンにおける摩擦損失トルクＴＦとの和に相当するエンジンの基本目標トルクＴＲＱＢを算出するとともに、補機負荷の作動状態に応じた補機負荷トルクと、エンジンのアイドル運転状態においてエンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪに維持するため必要とされるフィードバック制御トルクとの和として算出される負荷要求トルクＴＲＱＬを算出し、基本目標トルクＴＲＱＢと負荷要求トルクＴＲＱＬとを合計したエンジン出力トルク（目標トルク）ＴＲＱＥが得られるように、吸入空気流量制御及び点火時期制御を協調的に行う。

図４は、エンジンの目標トルクを算出する処理のフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。
ステップＳ１１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて基本目標トルクＴＲＱＢを算出する。基本目標トルクＴＲＱＢには、上述したドライバ要求トルクＴＲＱＤ及び摩擦損失トルクＴＦが含まれる。

ステップＳ１２では、上述した負荷要求トルクＴＲＱＬを算出する。ステップＳ１３では、下記式（１）により目標トルクＴＲＱＥを算出する。
ＴＲＱＥ＝ＴＲＱＢ＋ＴＲＱＬ （１）
ステップＳ１４では、吸気ゲージ圧ＰＢＧＡ（＝ＰＢＡ−ＰＡ）に応じて図５に示すＤＴＲＱＩＤＬＳテーブルを検索し、余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳを算出する。余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳは、点火時期を最適点火時期（エンジン出力トルクが最大となる点火時期）ＭＢＴから遅角した値に設定することによるトルク減少量に相当する。

ステップＳ１５では、下記式（２）に目標トルクＴＲＱＥ及び余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳを適用し、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡを算出する。
ＴＲＱＧＡ＝ＴＲＱＥ＋ＤＴＲＱＩＤＬＳ （２）
ステップＳ１６では、図６及び図７に示すＧＡＣＭＤ算出処理を実行し、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡを得るために必要な吸入空気流量である目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤを算出する。

ステップＳ１７では、目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＶＴＣＣＭＤマップを検索し、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤを算出する。ＶＴＣＣＭＤマップは、目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤに応じて例えば図５（ｂ）に示すように目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤが設定されており、図５（ｂ）に示すようなＶＴＣＣＭＤテーブルが複数の所定エンジン回転数について設定されている。したがって、エンジン回転数ＮＥに応じてＶＴＣＣＭＤテーブルが選択され、適宜補間演算を行うことにより、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤが算出される。

ステップＳ１８では、目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤ、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤ、及びエンジン回転数ＮＥに応じてＴＨＣＭＤマップを検索し、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを算出する。ＴＨＣＭＤマップは、目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤに応じて例えば図５（ｃ）に示すように目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤが設定されており、図５（ｃ）に示すようなＴＨＣＭＤテーブルが複数の所定エンジン回転数及び複数の所定弁作動位相について設定されている。したがって、エンジン回転数ＮＥ及び目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤに応じてをＴＨＣＭＤテーブルが選択され、適宜補間演算を行うことにより、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤが算出される。

ステップＳ１９では、検出されるエンジン回転数ＮＥ、スロットル弁開度ＴＨ、及び弁作動位相ＶＴＣに応じて、吸入空気流量ＧＡＩＲの推定値である推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。具体的には、図５（ｃ）に示すＴＨＣＭＤマップを、検出されるスロットル弁開度ＴＨ及び弁作動位相ＶＴＣに応じて逆検索することにより、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。

ステップＳ２０では、実際の吸入空気流量が推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに等しいときに得られるエンジン出力トルクである推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡを、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて算出する。具体的には、エンジン回転数ＮＥに応じて換算係数ＫＧＡＴを算出し（図６，ステップＳ２９参照）、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに換算係数ＫＧＡＴを乗算することにより、推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡを算出する。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、検出される弁作動位相ＶＴＣ及びスロットル弁開度ＴＨが、それぞれ図４の処理で算出された目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤ及び目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤと一致するように、電磁弁４４及びアクチュエータ７の駆動制御を行う。

図６及び図７は、図４のステップＳ１６で実行されるＧＡＣＭＤを算出処理のフローチャートである。
ステップＳ２１では、エンジン回転数ＮＥに応じて下限吸入空気流量ＧＡＩＲＦＣＬ及び上限吸入空気流量ＧＣＹＬＭＡＸＱを算出する。ステップＳ２２では、仮下側吸入空気流量ＧＡＴＭＰＬを下限吸入空気流量ＧＡＩＲＦＣＬに設定するとともに、仮上側吸入空気流量ＧＡＴＭＰＨを上限吸入空気流量ＧＣＹＬＭＡＸＱに設定する。ステップＳ２３ではインデクスパラメータｉを「１」に設定する。

ステップＳ２４では、下記式（３）に仮下側吸入空気流量ＧＡＴＭＰＬ及び仮上側吸入空気流量ＧＡＴＭＰＨを適用し、仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰを算出する。
ＧＡＴＭＰ＝（ＧＡＴＭＰＬ＋ＧＡＴＭＰＨ）／２ （３）

ステップＳ２５では、仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＶＴＣＣＭＤマップを検索し、仮目標弁作動位相ＶＴＣＴＭＰを算出する（図４，ステップＳ１７参照）。ステップＳ２６では、仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じてＰＢＧＡマップを検索し、仮吸気ゲージ圧ＰＢＧＡＴＭＰを算出する。ＰＢＧＡマップは、予め実験により設定され、ＥＣＵ５の記憶回路に格納されている。

ステップＳ２７では、仮目標弁作動位相ＶＴＣＴＭＰ、エンジン回転数ＮＥ、及び仮吸気ゲージ圧ＰＢＧＡＴＭＰに応じてＤＩＧＲＳＶＭマップ（図示せず）を検索し、点火時期の仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭを算出する。仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭは、点火時期を出力トルクが最大となる最適点火時期ＭＢＴに設定したときにノッキングの発生する可能性が高い運転状態に対応して設定される遅角量である。ＤＩＧＲＳＶＭマップは、予め実験により設定され、ＥＣＵ５の記憶回路に格納されている。

ステップＳ２８では、仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭ及びエンジン回転数ＮＥに応じて仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰを算出する。最適点火時期ＭＢＴからの遅角量ＤＩＧＲＳＶＭと、仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰとの関係は、図８（ａ）に示すようになる。図８（ａ）に示すＫＴＤＴＭＰテーブルが、複数所定エンジン回転数に対応して設定されたトルク低減率マップを、仮遅角量ＤＩＧＲＳＶＭ及びエンジン回転数ＮＥに応じて検索することにより、仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰが算出される。

ステップＳ２９では、エンジン回転数ＮＥに応じて図８（ｂ）に示すＫＧＡＴテーブルを検索し、吸入空気流量をエンジン出力トルクに換算するための換算係数ＫＧＡＴを算出する。ＫＧＡＴテーブルは、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、換算係数ＫＧＡＴが増加するように設定されている。

ステップＳ３０では、下記式（４）に仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰ、仮トルク低減率ＫＴＤＴＭＰ、及び換算係数ＫＧＡＴを適用し、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰを算出する。
ＴＲＱＴＭＰ＝ＧＡＴＭＰ×ＫＴＤＴＭＰ×ＫＧＡＴ （４）

ステップＳ３１では、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡと、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰとの差の絶対値が所定閾値ＤＴＲＱＴＨ以下であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、インデクスパラメータｉが最大値ｉＭＡＸ（例えば１０）と等しいか否かを判別する（ステップＳ３２）。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、図７のステップＳ４１に進み、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡより大きいか否かを判別する。

ステップＳ４１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、上側仮吸入空気流量ＧＡＴＭＰＨを仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰに設定する（ステップＳ４２）。一方、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡ以下であるときは、下側仮吸入空気流量ＧＡＴＭＰＬを仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰに設定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４４では、インデクスパラメータｉを「１」だけインクリメントし、図６のステップＳ２４に戻る。

ステップＳ２４からステップＳ３１及びＳ３２を経由してステップＳ４４に至る処理を繰り返し実行すると、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰは吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡに近づいて行く。その結果、ステップＳ３１の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ３３に進み、目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤをその時点の仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰに設定する。なお、ステップＳ３３では、目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤについて、上限吸入空気流量ＧＣＹＬＭＡＸＱ及び下限吸入空気流量ＧＡＩＲＦＣＬの範囲内に入るようにリミット処理を行うことが望ましい。

ステップＳ３１の答が肯定（ＹＥＳ）となる前にインデクスパラメータｉが最大値ｉＭＡＸに達すると、ステップＳ３２からステップＳ３３に進み、目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤがその時点の仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰに設定される。

吸入空気流量が変化すると、吸気ゲージ圧及び吸気弁の作動位相が変化し、吸気ゲージ圧及び吸気弁の作動位相の変化によって、ノッキングの発生を防止するための点火時期の最適点火時期からの遅角量が変化し、それによって点火時期制御おけるトルク低減率が変化する。そのため、目標吸入空気流量の変更が必要となる。図６及び図７の処理によれば、ステップＳ２４〜Ｓ３２，及びステップＳ４１〜４４を繰り返し実行することにより、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡに近づいて行く。したがって、仮出力トルクＴＲＱＴＭＰが吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡとほぼ一致した時点の仮目標吸入空気流量ＧＡＴＭＰを目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤとすることにより、過渡状態における吸入空気流量制御と点火時期制御の相互干渉による制御の不安定化を防止し、エンジン出力トルク制御を安定化することができる。

図９は、点火時期ＩＧＬＯＧを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。なお、点火時期ＩＧＬＯＧは圧縮上死点からの進角量で示される。

ステップＳ６１では、エンジン回転数ＮＥ、吸気ゲージ圧ＰＢＧＡ、及び弁作動位相ＶＴＣに応じて、ＭＢＴマップを検索し、最適点火時期ＭＢＴを算出する。ＭＢＴマップは、エンジン回転数ＮＥ及び弁作動位相ＶＴＣが一定であれば、吸気ゲージ圧ＰＢＧＡが増加するほど、最適点火時期ＭＢＴが減少する（遅角する）ように設定されている。

ステップＳ６２では、下記式（１１）により設定点火時期ＩＧＳＥＴを算出する。式（１１）のＩＧＫＮＯＣＫは、弁作動位相ＶＴＣ、エンジン回転数ＮＥ及び吸気ゲージ圧ＰＢＧＡに応じたノッキング限界点火時期及びノッキングの発生状況に応じて算出されるノッキング補正項であり、ＩＧＣＲはエンジン冷却水温ＴＷ及び吸気温ＴＡなどに応じて設定される環境補正項である。補正項ＩＧＫＮＯＣＫ及びＩＧＣＲは、遅角方向で正の値をとる。
ＩＧＳＥＴ＝ＭＢＴ−ＩＧＫＮＯＣＫ−ＩＧＣＲ （１１）

ステップＳ６３では、下記式（１２）により基本遅角量ＤＩＧＲＢを算出する。
ＤＩＧＲＢ＝ＭＢＴ−ＩＧＳＥＴ （１２）

ステップＳ６４では、基本遅角量ＤＩＧＲＢ及びエンジン回転数ＮＥに応じて図８（ａ）に示すトルク低減率マップを検索し、基本トルク低減率ＫＩＧＤＮを算出する。基本トルク低減率ＫＩＧＤＮは、点火時期を最適点火時期ＭＢＴから基本遅角量ＤＩＧＲＢだけ遅角することによる出力トルクの低減率を示す。ステップＳ６５では、下記式（１３）に、図４の処理で算出される目標トルクＴＲＱＥ及び推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡを適用し、トルク比率ＫＴＲＱを算出する。
ＫＴＲＱ＝ＴＲＱＥ／ＨＴＲＱＧＡ （１３）

ステップＳ６６では、下記式（１４）に基本トルク低減率ＫＩＧＤＮ及びトルク比率ＫＴＲＱを適用し、トルク低減率ＫＩＧＤＮＭを算出する。
ＫＩＧＤＮＭ＝ＫＴＲＱ×ＫＩＧＤＮ （１４）

ステップＳ６７では、トルク低減率ＫＩＧＤＮＭ及びエンジン回転数ＮＥに応じて図８（ａ）のトルク低減率マップを逆検索し、遅角量ＤＩＧＲＴＤを算出する。ステップＳ６８では、下記式（１５）に最適点火時期ＭＢＴ及び遅角量ＤＩＧＲＴＤを適用し、点火時期ＩＧＬＯＧを算出する。
ＩＧＬＯＧ＝ＭＢＴ−ＤＩＧＲＴＤ （１５）

ＥＣＵ５は、算出した点火時期ＩＧＬＯＧにおいて点火プラグ１５による点火を行う。

トルク比率ＫＴＲＱには、アイドル運転状態においてエンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＯＢＪに制御するためのフィードバックトルク補正成分、及び補機負荷のオンオフにともなう要求トルク変動成分が反映されているので、式（１４）により算出されるトルク低減率ＫＩＧＤＮＭを用いることにより、要求トルクの変化に対応した適切な点火時期制御を行うことができる。

以上詳述したように本実施形態では、エンジンの要求トルクＴＲＱＥに余裕トルクＤＴＲＱＩＤＬＳを加算することにより吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡが算出され、吸気制御目標トルクＴＲＱＧＡに応じて目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤが算出される。さらに目標吸入空気流量ＧＡＣＭＤに応じて目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤ及び目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤが算出され、検出される弁作動位相ＶＴＣ及びスロットル弁開度ＴＨが、それぞれ目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤ及び目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤと一致するように電磁弁４４及びアクチュエータ７が駆動される。そして、検出されたスロットル弁開度ＴＨ及び弁作動位相ＶＴＣに応じて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが算出され、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡが算出され、要求トルクＴＲＱＥと推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡとの比率であるトルク比率ＫＴＲＱを用いて点火時期ＩＧＬＯＧの算出が行われる。検出されたスロットル弁開度ＴＨ及び弁作動位相ＶＴＣに応じて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが算出されるので、実際の吸入空気流量の変化を高精度に推定することができる。そして、この推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡを算出し、この推定吸気制御トルクＨＴＲＱＧＡと要求トルクＴＲＱＥとの関係を示すトルク比率ＫＴＲＱに応じて点火時期を制御することにより、エンジン出力トルク制御における吸入空気量制御と点火時期制御のそれぞれ寄与度合が正確に調整され、エンジン出力トルクの制御精度を向上させることができる。

また算出されたトルク比率ＫＴＲＱに応じて遅角量ＤＩＧＲＴＤが算出され、最適点火時期ＭＢＴを遅角量ＤＩＧＲＴＤで補正することにより、点火時期ＩＧＬＯＧが算出される。すなわち、トルク比率ＫＴＲＱに対応した点火時期の遅角補正が行われ、これによって吸入空気流量制御と協調的に点火時期制御を行うことができるとともに、点火時期の変更による十分なトルク制御性を確保することができる。

本実施形態では、弁作動特性可変機構４２及びスロットル弁３が吸気制御手段に相当し、クランク角度位置センサ１１、カム角度位置センサ１２、及びスロットル弁開度センサ４が制御量検出手段に相当し、ＥＣＵ５が点火時期制御手段、要求トルク算出手段、吸気制御目標トルク算出手段、目標吸入空気流量算出手段、目標制御量算出手段、吸気制御実行手段、推定吸入空気流量算出手段、推定出力トルク算出手段、トルク比率算出手段、最適点火時期算出手段、遅角補正量算出手段、及び仮目標吸入空気流量算出手段を構成する。具体的には、図９の処理が点火時期制御手段に相当し、図４のステップＳ１１〜Ｓ１３が要求トルク算出手段に相当し、ステップＳ１５が吸気制御目標トルク算出手段に相当し、ステップＳ１６が目標吸入空気流量算出手段に相当し、ステップＳ１７及びＳ１８が目標制御量算出手段に相当し、ステップＳ１９が推定吸入空気流量算出手段に相当し、ステップＳ２０が推定出力トルク算出手段に相当する。また図９のステップＳ６５がトルク比率算出手段に相当し、ステップＳ６１が最適点火時期算出手段に相当し、ステップＳ６２〜Ｓ６７が遅角補正量算出手段に相当する。また図６のステップＳ２１，Ｓ２２，及びＳ２４が仮目標吸入空気流量算出手段に相当する。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、検出される弁作動位相ＶＴＣ及びスロットル弁開度ＴＨに応じて、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出したが、本実施形態は、弁作動位相ＶＴＣ及びスロットル弁開度ＴＨの推定値である推定弁作動位相ＨＶＴＣ及び推定スロットル弁開度ＨＴＨを算出し、推定弁作動位相ＨＶＴＣ及び推定スロットル弁開度ＨＴＨに応じて、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出するようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。

図１０は本実施形態における目標トルク算出処理のフローチャートである。図１０に示す処理は、図４の処理にステップＳ１８ａを追加するとともに、ステップＳ１９をステップＳ１９ａに変更したものである。

ステップＳ１８ａでは、図１１に示すＨＶＴＣ／ＨＴＨ算出処理を実行し、推定弁作動位相ＨＶＴＣ及び推定スロットル弁開度ＨＴＨを算出する。ステップＳ１９ａでは、エンジン回転数ＮＥ、推定スロットル弁開度ＨＴＨ、及び推定弁作動位相ＨＶＴＣに応じて、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。すなわち、図２のステップＳ１９における演算において、スロットル弁開度ＴＨ及び弁作動位相ＶＴＣをそれぞれ推定スロットル弁開度ＨＴＨ及び推定弁作動位相ＨＶＴＣに置き換えることにより、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが算出される。

図１１は、図１０のステップＳ１８ａで実行されるＨＶＴＣ／ＨＴＨ算出処理のフローチャートである。
ステップＳ８１では、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤが制限作動位相の前回値ＶＴＣＬＴＤ(k-1)より大きいか否かを判別する。制限作動位相ＶＴＣＬＴＤは、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤに対して、制限された変化量で追従するパラメータであり、以下に説明するステップＳ８２〜Ｓ８７で算出される。また「ｋ」は本処理の実行周期（すなわちＴＤＣパルス発生周期）で離散化した離散化時刻である。

ステップＳ８１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、作動位相リミット値ＶＴＣＬＭＴを下記式（２１）により算出する（ステップＳ８２）。式（２１）のＤＶＴＣＰは、増加方向変化量の上限値である（以下「上限増加量」という）。
ＶＴＣＬＭＴ＝ＶＴＣＬＴＤ(k-1)＋ＤＶＴＣＰ （２１）

ステップＳ８３では、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤが作動位相リミット値ＶＴＣＬＭＴより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、作動位相リミット値ＶＴＣＬＭＴを目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤに設定する（ステップＳ８６）。その後ステップＳ８７に進む。

ステップＳ８３の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＶＴＣＣＭＤ＞ＶＴＣＬＭＴであるときは、直ちにステップＳ８７に進む。
ステップＳ８１の答が否定（ＮＯ）、すなわちＶＴＣＣＭＤ≦ＶＴＣＬＴＤ(k-1)であるときは、作動位相リミット値ＶＴＣＬＭＴを下記式（２２）により算出する（ステップＳ８４）。式（２２）のＤＶＴＣＭは、減少方向変化量の上限値である（以下「上限減少量」という）。
ＶＴＣＬＭＴ＝ＶＴＣＬＴＤ(k-1)−ＤＶＴＣＭ （２２）

ステップＳ８５では、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤが作動位相リミット値ＶＴＣＬＭＴより小さいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ８６に進む。一方ステップＳ８５の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＶＴＣＣＭＤ＜ＶＴＣＬＭＴであるときは、直ちにステップＳ８７に進む。

ステップＳ８７では、制限作動位相ＶＴＣＬＴＤ(k)を作動位相リミット値ＶＴＣＬＭＴに設定する。ステップＳ８８では、仮推定弁作動位相ＨＶＴＣＴＭＰを５演算周期前に算出された制限作動位相ＶＴＣＬＴＤ(k-5)に設定する。次いで仮推定弁作動位相ＨＶＴＣＴＭＰを下記式（２３）に適用し、推定弁作動位相ＨＶＴＣを算出する（ステップＳ８９）。式（２３）のＣＶＴＣは、「０」から「１」の間の値に設定されるなまし係数である。
ＨＶＴＣ＝ＨＶＴＣ(k-1)
＋ＣＶＴＣ×（ＨＶＴＣＴＭＰ(k)−ＨＶＴＣ(k-1)） （２３）

ステップＳ９０では、下記式（２４）に目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを適用し、推定スロットル弁開度ＨＴＨを算出する。式（２４）のＣＴＨは、「０」から「１」の間の値に設定されるなまし係数である。
ＨＴＨ＝ＨＴＨ(k-1)
＋ＣＴＨ×（ＴＨＣＭＤ(k)−ＨＴＨ(k-1)） （２４）

図１２は、図１１の処理におけるＨＶＴＣ算出処理（ステップＳ８１〜Ｓ８９）を説明するためのタイムチャートであり、実線、細い破線、及び太い破線がそれぞれ目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤ、制限作動位相ＶＴＣＬＴＤ、及び推定弁作動位相ＨＶＴＣの推移を示す。なお、制限作動位相ＶＴＣＬＴＤは、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤと一致している部分は示されていない。

制限作動位相ＶＴＣＬＴＤは、制限された変化量で目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤに追従するように変化するので、目標弁作動位相ＶＴＣＣＭＤが急変する期間では、変化速度が制限される。また、仮推定弁作動位相ＨＶＴＣＴＭＰを５演算周期前に算出された制限作動位相ＶＴＣＬＴＤに設定することにより、弁作動特性可変機構４２におけるむだ時間（電磁弁４４の開度変更から実際に弁作動位相ＶＴＣが変化するまでの遅れ時間）の影響が考慮される。さらに、仮推定弁作動位相ＨＶＴＣＴＭＰをなまし処理することにより、吸気弁作動位相の変化速度が比較的遅いという特性が反映される。その結果、精度の高い推定弁作動位相ＨＶＴＣを得ることができる。

図１３は、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤと、推定スロットル弁開度ＨＴＨとの関係を示すタイムチャートである。目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤがステップ状に変化すると、推定スロットル弁開度ＨＴＨは、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤの変化に追従して徐々に変化する。

スロットル弁開度制御には、むだ時間がほとんど無いので、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤをなまし処理することにより、正確な推定スロットル弁開度ＨＴＨを得ることができる。

本実施形態では、推定スロットル弁開度ＨＴＨ及び推定弁作動位相ＨＶＴＣに応じて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが算出される。推定スロットル弁開度ＨＴＨ及び推定弁作動位相ＨＶＴＣは、上述したように比較的高い精度で算出することができるので、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲにより実際の吸入空気流量の変化を高精度に推定することができる。したがって、第１の実施形態と同様の効果に、エンジン出力トルク制御における吸入空気量制御と点火時期制御のそれぞれ寄与度合が正確に調整され、エンジン出力トルクの制御精度を向上させることができる。

なお、第２の実施形態では、仮推定作動位相ＨＶＴＣＴＭＰをなまし処理することにより推定作動位相ＨＶＴＣを算出するようにしたが（図１１，ステップＳ８９）、仮推定作動位相ＨＶＴＣＴＭＰをそのまま推定作動位相ＨＶＴＣとしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気管
３ スロットル弁（吸気制御手段）
４ スロットル弁開度センサ（制御量検出手段）
５ 電子制御ユニット（点火時期制御手段、要求トルク算出手段、吸気制御目標トルク算出手段、目標吸入空気流量算出手段、目標制御量算出手段、吸気制御実行手段、推定吸入空気流量算出手段、推定出力トルク算出手段、トルク比率算出手段、最適点火時期算出手段、遅角補正量算出手段、仮目標吸入空気流量算出手段）
１１ クランク角度位置センサ（制御量検出手段）
１２ カム角度位置センサ（制御量検出手段）
４２ 弁作動特性可変機構（吸気制御手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の吸入空気流量を制御する吸気制御手段と、前記機関の点火時期を制御する点火時期制御手段とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記機関の要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
   前記要求トルクに余裕トルクを加算することにより吸気制御目標トルクを算出する吸気制御目標トルク算出手段と、
   前記吸気制御目標トルクに応じて前記機関の目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
   前記目標吸入空気流量に応じて前記吸気制御手段の目標制御量を算出する目標制御量算出手段と、
   前記吸気制御手段の制御量が前記目標制御量と一致するように前記吸気制御手段を駆動する吸気制御実行手段と、
   前記吸気制御手段の制御量を検出する制御量検出手段と、
   検出された制御量に応じて前記機関の吸入空気流量の推定値である推定吸入空気流量を算出する推定吸入空気流量算出手段と、
   前記推定吸入空気流量に応じて前記機関の推定出力トルクを算出する推定出力トルク算出手段と、
   前記要求トルクと推定出力トルクとの比率であるトルク比率を算出するトルク比率算出手段とを備え、
   前記点火時期制御手段は、前記機関の出力トルクが最大となる最適点火時期を、前記機関の運転状態に応じて算出する最適点火時期算出手段と、前記トルク比率に応じて遅角補正量を算出する遅角補正量算出手段とを備え、前記最適点火時期を前記遅角補正量により補正して、前記点火時期を算出し、
   前記吸気制御手段は、前記機関の吸気管に設けられたスロットル弁と、前記機関の吸気弁の作動位相を連続的に変更する弁作動位相可変機構とを備え、
   前記目標吸入空気流量算出手段は、前記機関の回転数に応じて仮目標吸入空気流量を算出する仮目標吸入空気流量算出手段を有し、
   前記仮目標吸入空気流量に応じて、前記吸気弁の仮目標作動位相を算出する第１ステップと、
   前記仮目標吸入空気流量に応じて、前記機関の仮吸気ゲージ圧を算出する第２ステップと、
   前記仮吸気ゲージ圧及び仮目標作動位相に応じて前記点火時期の仮遅角量を算出する第３ステップと、
   前記仮遅角量に応じて仮トルク低減率を算出する第４ステップと、
   前記仮目標吸入空気流量及び仮トルク低減率に応じて前記機関の仮出力トルクを算出する第５ステップと、
   前記仮出力トルクが前記吸気制御目標トルクに近づくように、前記仮目標吸入空気流量を更新する第６ステップとを繰り返し実行し、
   前記目標吸入空気流量を、前記仮出力トルクと吸気制御目標トルクとの差が所定閾値以下となった時点の仮目標吸入空気流量に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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