JP5327131B2 - 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、少なくとも点火時期によってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置に関する。

特開平１１−８９２１４号公報には、火花点火式の内燃機関における点火時期制御装置に関する発明が開示されている。この公報に記載の点火時期制御装置によれば、トルクと点火時期との関係に基づいて、目標トルクから点火時期が決定される。この公報に記載のものがそうであるように、通常、点火時期はＭＢＴかそれよりも遅角側に設定される。これは、内燃機関の発生トルクがＭＢＴにおいて最大となり、多くの内燃機関においてＭＢＴよりも進角側ではトルクの低下が生じるためである。点火時期によるトルクの制御によって目標トルクを実現することのみが目的であるならば、点火時期をＭＢＴよりも進角側に設定する必要が生じることはない。

特開平１１−８９２１４号公報 ＷＯ２００２／０３１３５５号公報 特開２００８−２２３６８０号公報 特開２００８−１３３８０７号公報

ところが、内燃機関に求められるトルク以外の性能についても考慮するならば、点火時期をＭＢＴよりも進角側に設定することが望ましい場合もある。例えば、排気ガス性能に関しては、点火時期をＭＢＴよりも若干進角したほうがエミッションを低く抑えることができる場合がある。しかし、前記公報に開示されている従来装置は、ＭＢＴよりも遅角側の領域の使用を前提にして構築されている。このため、ＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転したいという要求があったとしても、それに対応することは容易ではない。また、単に点火時期をＭＢＴよりも進角したのでは、目標トルクを実現することができない。

本発明は上述のような課題に鑑みなされたもので、少なくとも点火時期によってトルクを制御可能な内燃機関の制御装置に関し、目標トルクを実現しつつ、内燃機関をＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転可能にすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明の内燃機関の制御装置は、
点火時期によってトルクを制御可能であり、運転状態によってはＭＢＴよりも進角側にトルクの低下が生じない点火時期の範囲（以下、不感帯）が存在することになる内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
前記内燃機関をＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転したいという要求（以下、進角要求）を取得する進角要求取得手段と、
点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルクよりも前記目標トルクが小さいかどうか判定する判定手段と、
前記目標トルクが点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルク以上であり、且つ、現在の運転状態が予め特定されている前記不感帯が存在する運転状態である場合には、前記不感帯の範囲内において、前記進角要求に応じて点火時期をＭＢＴよりも進角する点火時期制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明の内燃機関の制御装置は、第１の発明の内燃機関の制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記内燃機関の運転状態に関する情報に基づいてＭＢＴ点火時期を算出する手段と、
前記進角要求が取得された場合に、前記進角要求に基づいて点火時期の進角補正量を算出する手段と、
点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルクよりも前記目標トルクが小さい場合に、その差分に基づいて点火時期の遅角補正量を算出する手段と、
前記遅角補正量が存在する場合には、前記ＭＢＴ点火時期に前記遅角補正量を加算したものを最終点火時期に決定し、前記進角補正量が存在し、且つ、前記遅角補正量が存在しない場合には、前記ＭＢＴ点火時期に前記進角補正量を加算したものを最終点火時期に決定する手段と、
を含むことを特徴としている。

第１の発明の内燃機関の制御装置によれば、ＭＢＴよりも進角側にトルクの低下が生じない点火時期の範囲、すなわち、不感帯が存在することを条件として、その不感帯の範囲内において点火時期がＭＢＴを超えて進角される。また、目標トルクが点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルク以上であることも、点火時期がＭＢＴを超えて進角される条件とされている。逆に言えば、それらの条件が整っていないのであれば、内燃機関をＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転したいという要求があったとしても、点火時期がＭＢＴを超えて進角されることはない。つまり、第１の発明の内燃機関の制御装置によれば、目標トルクを実現することのできる範囲内で、要求に応じて内燃機関をＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転することができる。

第２の発明の内燃機関の制御装置によれば、ＭＢＴ点火時期に遅角補正量を加算することによって目標トルクの実現が可能となる。また、ＭＢＴ点火時期に進角補正量を加算することによって進角要求を満たすことも可能となる。さらに、遅角補正量と進角補正量が併存する場合には遅角補正量のほうが優先されるので、点火時期の進角によって目標トルクが実現できなくなることはない。

本発明の実施の形態１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１による点火時期の決定方法を説明するための図である。 参考例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。 参考例としての点火時期の決定方法を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及び図２を参照して説明する。

本発明の実施の形態１において制御対象とされる内燃機関は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。制御装置は、内燃機関に備えられるアクチュエータを操作することで内燃機関の運転を制御する。本実施の形態において制御装置が操作するのは主として点火装置である。制御装置は点火装置を操作して点火時期を制御し、点火時期によって内燃機関が出力するトルクを制御する。本実施の形態にかかる内燃機関は、その点火時期−トルク特性に１つの特徴を有している。図２の点火時期−トルク特性図に示すように、本実施の形態にかかる内燃機関は、ＭＢＴよりも進角側にトルクの低下が生じない点火時期の範囲（以下、不感帯）を有している。

図１は本実施の形態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２は、それが有する機能別に、目標トルク設定部４、進角要求部６、ＭＢＴ点火時期算出部８、遅角補正量算出部１０、進角補正量算出部１２、補正量選択部１４、最終点火時期決定部１６に分けることができる。ただし、これらの要素４，６，８，１０，１２，１４，１６は、制御装置２が有する種々の機能的な要素のうち、点火時期によるトルク制御に関係する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図１は、制御装置２がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。以下、各要素４，６，８，１０，１２，１４，１６の機能について説明する。

目標トルク設定部４は、運転者によるアクセルペダルの操作量や、ＶＳＣ、ＴＲＣ、ＥＣＴ等の車両の制御システムからの信号に基づいて、内燃機関に出力させるべき目標トルクを設定する。

進角要求部６は、排気ガスのエミッション値を所望の範囲に収めるためには点火時期をＭＢＴよりも進角させる必要があるかどうか、内燃機関の運転状態に関する情報に基づいて判定する。そして、その必要があると判断した場合には、点火時期の進角要求を発生させる。

ＭＢＴ点火時期算出部８は、吸入空気量、空燃比、バルブタイミング等の内燃機関の状態量に基づいて、ＭＢＴ点火時期を算出する。その計算には、例えば、ＭＢＴ点火時期と各種の状態量とを関連付けるマップを用いることができる。

遅角補正量算出部１０は、目標トルク設定部４で設定された目標トルクを取得する。そして、点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルク（以下、ＭＢＴトルク）よりも目標トルクが小さい場合に、そのトルク差に基づいて点火時期の遅角補正量ΔＳＡｔを算出する。図２に示すように、遅角補正量ΔＳＡｔはＭＢＴを基準にして計算される。目標トルクがＭＢＴトルク以上の場合、遅角補正量ΔＳＡｔはゼロとされる。遅角補正量ΔＳＡｔの計算には、例えば、ＭＢＴトルク、トルク差及び遅角補正量ΔＳＡｔを関連付けるマップを用いることができる。

進角補正量算出部１２は、進角要求部６から発せられる点火時期の進角要求を取得する。そして、取得した進角要求に基づいて点火時期の進角補正量ΔＳＡｅを算出する。図２に示すように、進角補正量ΔＳＡｅはＭＢＴを基準にして計算される。進角補正量ΔＳＡｅは前述の不感帯の範囲内で設定され、進角要求がない場合にはゼロとされる。進角補正量ΔＳＡｅの計算には、例えば、進角補正量ΔＳＡｅを内燃機関の運転状態に関連付けるマップを用いることができる。

補正量選択部１４は、点火時期の補正に使用する点火時期補正量を選択する。遅角補正量算出部１０で算出される遅角補正量ΔＳＡｔがゼロより大きいかどうかが、その選択の基準とされている。遅角補正量ΔＳＡｔがゼロより大きい場合、補正量選択部１４は、進角補正量算出部１２で算出される進角補正量ΔＳＡｅに関係なく、遅角補正量ΔＳＡｔを点火時期補正量として選択する。一方、遅角補正量ΔＳＡｔがゼロの場合は、補正量選択部１４は、進角補正量ΔＳＡｅを点火時期補正量として選択する。また、内燃機関の運転状態によっては、ＭＢＴよりも進角側に不感帯が存在しない場合がある。そのような場合、補正量選択部１４は、遅角補正量ΔＳＡｔがゼロであったとしても進角補正量ΔＳＡｅを点火時期補正量として選択することはしない。つまり、補正量選択部１４は、目標トルクがＭＢＴトルク以上であり、且つ、不感帯が存在する場合に限って、進角補正量ΔＳＡｅを点火時期補正量として選択する。

最終点火時期決定部１６は、補正量選択部１４で選択された点火時期補正量をＭＢＴ点火時期に加算し、得られた点火時期を最終点火時期に決定する。制御装置２による点火装置の操作は、この最終点火時期に従って行われる。

以上の要素４，６，８，１０，１２，１４，１６を備えることにより、本実施の形態の制御装置２によれば、目標トルクを実現することのできる範囲内で、要求に応じて内燃機関をＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転することができる。

参考例．
参考例について図３及び図４を参照して説明する。

参考例において制御対象とされる内燃機関は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。参考例において制御装置が操作するのはスロットルと点火装置である。制御装置はスロットルを操作して筒内吸入空気量を制御するとともに点火装置を操作して点火時期を制御し、筒内吸入空気量と点火時期とによって内燃機関が出力するトルクを制御する。なお、参考例にかかる内燃機関は、多くの内燃機関で見られる一般的な点火時期−トルク特性を有している。すなわち、図４の点火時期−トルク特性図に示すように、ＭＢＴよりも進角側では進角量に応じてトルクが低下するような点火時期−トルク特性を有している。

図３は参考例の制御装置の構成を示すブロック図である。参考例の制御装置２０は、それが有する機能別に、目標トルク設定部２２、パラメータ設定部２４、第１の目標ＭＢＴトルク算出部２６、第２の目標ＭＢＴトルク算出部２８、目標ＭＢＴトルク選択部３０、目標空気量算出部３２、スロットル開度算出部３４、ＭＢＴ点火時期算出部３６、遅角補正量算出部３８、進角補正量算出部４０、補正量選択部４２、最終点火時期決定部４４に分けることができる。ただし、これらの要素２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４は、制御装置２０が有する種々の機能的な要素のうち、筒内吸入空気量と点火時期とによるトルク制御に関係する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図３は、制御装置２０がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。以下、各要素２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４の機能について説明する。

目標トルク設定部２２は、運転者によるアクセルペダルの操作量や、ＶＳＣ、ＴＲＣ、ＥＣＴ等の車両の制御システムからの信号に基づいて、内燃機関に出力させるべき目標トルクを設定する。

パラメータ設定部２４は、点火時期制御のために用意されたパラメータηの値を設定する。このパラメータηの値は、内燃機関に要求する点火時期の設定に関連付けられている。内燃機関にＭＢＴでの運転を要求する場合、パラメータηの値は１に設定される。パラメータηの値が１よりも小さい値に設定されるときは、内燃機関にＭＢＴよりも遅角側の点火時期での運転を要求する場合である。要求するＭＢＴに対する遅角量が大きいほど、パラメータηの値はより小さい値に設定される。点火時期をＭＢＴよりも遅角側に設定することが要求される状況としては、例えば、触媒の暖機のために排気温度を高めたい場合が挙げられる。一方、内燃機関にＭＢＴよりも進角側の点火時期での運転を要求する場合、パラメータηの値は１よりも大きい値に設定される。また、要求するＭＢＴに対する進角量が大きいほど、パラメータηの値はより大きい値に設定される。点火時期をＭＢＴよりも進角側に設定することが要求される状況としては、例えば、排気ガスのエミッション値を所望の範囲に収めたい場合が挙げられる。パラメータ設定部２４は、内燃機関の運転状態に関する情報から内燃機関に要求する点火時期の設定を判断し、その判断に基づいてパラメータηの値を決定する。

第１の目標ＭＢＴトルク算出部２６と第２の目標ＭＢＴトルク算出部２８は、点火時期がＭＢＴであることを前提としたときの出力トルクの目標値、すなわち、目標ＭＢＴトルクを算出する点においては共通するが、その計算方法は異なっている。前者は、目標トルクに前記パラメータηの値で割って得られるトルクを目標ＭＢＴトルクとして算出する。後者は、目標トルクにパラメータηの値を掛けて得られるトルクを目標ＭＢＴトルクとして算出する。

目標ＭＢＴトルク選択部３０は、スロットル開度の計算に使用する目標ＭＢＴトルクを選択する。パラメータ設定部２４で設定されるパラメータηの値が１よりも大きいかどうかが、その選択の基準とされている。パラメータηの値が１以下の場合、目標ＭＢＴトルク選択部３０は、第１の目標ＭＢＴトルク算出部２６で算出された第１の目標ＭＢＴトルクをスロットル開度の計算用として選択する。一方、パラメータηの値が１より大きい場合は、目標ＭＢＴトルク選択部３０は、第２の目標ＭＢＴトルク算出部２８で算出された第２の目標ＭＢＴトルクをスロットル開度の計算用として選択する。つまり、目標ＭＢＴトルク選択部３０は、目標ＭＢＴトルクが目標トルク以上となるようにその選択を行う。

目標空気量算出部３２は、目標ＭＢＴトルク選択部３０で選択された目標ＭＢＴトルクを目標空気量に変換する。目標空気量は、目標ＭＢＴトルクの実現に必要な筒内吸入空気量である。目標ＭＢＴトルクから目標空気量への変換には、ＭＢＴにおけるトルクと筒内吸入空気量との関係を規定したマップを用いることができる。

スロットル開度算出部３４は、目標空気量をスロットル開度に変換する。その変換には、スロットル開度の変化に対する筒内吸入空気量の応答特性をモデル化したエアモデルの逆モデルが用いられる。制御装置２０によるスロットルの操作は、目標空気量から変換されたスロットル開度に従って行われる。

ＭＢＴ点火時期算出部３６は、吸入空気量、空燃比、バルブタイミング等の内燃機関の状態量に基づいて、ＭＢＴ点火時期を算出する。その計算には、例えば、ＭＢＴ点火時期と各種の状態量とを関連付けるマップを用いることができる。

遅角補正量算出部３８は、第１の目標ＭＢＴトルク算出部２６で算出された第１の目標ＭＢＴトルクを取得する。また、図示を省略しているが、目標トルク設定部２２で設定された目標トルクも取得する。そして、第１の目標ＭＢＴトルクと目標トルクとのトルク差に基づいて点火時期の遅角補正量ΔＳＡ１を算出する。図４に示すように、遅角補正量ΔＳＡ１はＭＢＴを基準にして計算される。遅角補正量ΔＳＡ１の計算には、例えば、目標ＭＢＴトルク、トルク差及び遅角補正量ΔＳＡ１を関連付けるマップを用いることができる。

進角補正量算出部４０は、第２の目標ＭＢＴトルク算出部２８で算出された第２の目標ＭＢＴトルクを取得する。また、図示を省略しているが、目標トルク設定部２２で設定された目標トルクも取得する。そして、第２の目標ＭＢＴトルクと目標トルクとのトルク差に基づいて点火時期の進角補正量ΔＳＡ２を算出する。図４に示すように、進角補正量ΔＳＡ２はＭＢＴを基準にして計算される。進角補正量ΔＳＡ２の計算には、例えば、目標ＭＢＴトルク、トルク差及び遅角補正量ΔＳＡ２を関連付けるマップを用いることができる。

補正量選択部４２は、点火時期の補正に使用する点火時期補正量を選択する。パラメータ設定部２４で設定されるパラメータηの値が１よりも大きいかどうかが、その選択の基準とされている。パラメータηの値が１以下の場合、つまり、ＭＢＴよりも遅角側の点火時期での運転が要求されている場合は、補正量選択部４２は、遅角補正量算出部３８で算出される遅角補正量ΔＳＡ１を点火時期補正量として選択する。一方、パラメータηの値が１より大きい場合、つまり、ＭＢＴよりも進角側の点火時期での運転が要求されている場合は、補正量選択部４２は、進角補正量算出部４０で算出される進角補正量ΔＳＡ２を点火時期補正量として選択する。

最終点火時期決定部４４は、補正量選択部４２で選択された点火時期補正量をＭＢＴ点火時期に加算し、得られた点火時期を最終点火時期に決定する。制御装置２０による点火装置の操作は、この最終点火時期に従って行われる。

以上の要素２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４を備えることにより、参考例の制御装置２０によれば、ＭＢＴよりも遅角側の点火時期での運転が要求される場合には、パラメータηの値が１以下の値に設定されることで、点火時期はＭＢＴよりも遅角され、それによるトルク低下を補償するように筒内吸入空気量を増大させることが行われる。さらに、ＭＢＴよりも進角側の点火時期での運転が要求される場合には、パラメータηの値が１よりも大きい値に設定されることで、点火時期はＭＢＴよりも進角され、それによるトルク低下を補償するように筒内吸入空気量を増大させることが行われる。つまり、参考例の制御装置２０によれば、パラメータηの値の設定によって、目標トルクを実現しながら点火時期をＭＢＴよりも進角したり、遅角したりすることができる。しかも、パラメータηの値を１より大きくするほど、点火時期のＭＢＴに対する進角の程度を大きくすることができ、パラメータの値を１より小さくするほど、点火時期のＭＢＴに対する遅角の程度を大きくすることができる。

その他．
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ができる。例えば、実施の形態１の制御装置２と参考例の制御装置２０とを組み合わせて使用することもできる。具体的には、内燃機関の運転状態から判断される点火時期−トルク特性が図２に示すような特性である場合には、実施の形態１の制御装置２によってトルク制御を行うようにする。一方、図４に示すような点火時期−トルク特性であると判断される場合には、参考例の制御装置２０によってトルク制御を行うようにする。そうすることで、より広い運転領域において、目標トルクを実現しつつ、内燃機関をＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転することが可能となる。なお、その場合の制御装置の構成としては、制御装置２と制御装置２０とを別々に用意するのではなく、それぞれの制御ロジックを共通の制御装置（ハードウェア）に実装するのでもよい。

２ 制御装置
４ 目標トルク設定部
６ 進角要求部
８ ＭＢＴ点火時期算出部
１０ 遅角補正量算出部
１２ 進角補正量算出部
１４ 補正量選択部
１６ 最終点火時期決定部
２０ 制御装置
２２ 目標トルク設定部
２４ パラメータ設定部
２６ 第１の目標ＭＢＴトルク算出部
２８ 第２の目標ＭＢＴトルク算出部
３０ 目標ＭＢＴトルク選択部
３２ 目標空気量算出部
３４ スロットル開度算出部
３６ ＭＢＴ点火時期算出部
３８ 遅角補正量算出部
４０ 進角補正量算出部
４２ 補正量選択部
４４ 最終点火時期決定部

Claims (2)

1. 点火時期によってトルクを制御可能であり、運転状態によってはＭＢＴよりも進角側にトルクの低下が生じない点火時期の範囲（以下、不感帯）が存在することになる内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   前記内燃機関をＭＢＴよりも進角側の点火時期で運転したいという要求（以下、進角要求）を取得する進角要求取得手段と、
   点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルクよりも前記目標トルクが小さいかどうか判定する判定手段と、
   前記目標トルクが点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルク以上であり、且つ、現在の運転状態が予め特定されている前記不感帯が存在する運転状態である場合には、前記不感帯の範囲内において、前記進角要求に応じて点火時期をＭＢＴよりも進角する点火時期制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記点火時期制御手段は、
   前記内燃機関の運転状態に関する情報に基づいてＭＢＴ点火時期を算出する手段と、
   前記進角要求が取得された場合に、前記進角要求に基づいて点火時期の進角補正量を算出する手段と、
   点火時期をＭＢＴに設定したならば出力可能なトルクよりも前記目標トルクが小さい場合に、その差分に基づいて点火時期の遅角補正量を算出する手段と、
   前記遅角補正量が存在する場合には、前記ＭＢＴ点火時期に前記遅角補正量を加算したものを最終点火時期に決定し、前記進角補正量が存在し、且つ、前記遅角補正量が存在しない場合には、前記ＭＢＴ点火時期に前記進角補正量を加算したものを最終点火時期に決定する手段と、
   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。

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