JP5625533B2 - 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関する。

特許文献１には、目標トルクを得るための目標スロットル開度を求める場合に、内燃機関の機関回転数の実測値を所定のステップ幅で離散化した離散化機関回転数を求めて、この離散化機関回転数と目標トルクとに応じて目標スロットル開度を算出することが開示されている。

特開２００８−２８６０７４号公報 特開２００８−２８０９８４号公報 特開２００８−０９５６３０号公報 特開２００７−０７１０４７号公報

上記従来技術では、空気の遅れを補償して目標スロットル開度を算出している。ここで空気の応答遅れ補償量は機関回転数に応じて算出される。従って、始動時の機関回転数が不安定な状態で応答遅れ補償を実施する場合、機関回転数の急激な変動を受けてスロットルバルブがばたつくことが考えられる。スロットルバルブのばたつきは、スロットル耐久性を低下させることが考えられ、好ましいものではない。

従って、この発明は、上記課題を解決することを目的とし、始動時の機関回転数が不安定な状態においてもスロットルバルブのばたつきを抑制できるよう改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
前記内燃機関の目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出するスロットル開度算出手段と、
前記目標スロットル開度の算出に際し、前記機関回転数に応じた空気応答遅れ補償量に基づいて空気の応答遅れを補償する応答遅れ補償手段と、
内燃機関の始動状態を検出する始動状態検出手段と、
前記機関回転数の変化に基づいて、機関回転数が不安定であるか否かを判別する機関回転数判別手段と、
前記内燃機関の始動状態が検出され、かつ、前記機関回転数が不安定であると判別された場合に、前記空気の応答遅れ補償量を制限する応答遅れ補償制限手段と、
を備える。

第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関に導入される空気流速を検出する空気流速検出手段と、
前記空気流速に応じて、前記目標スロットル開度を補正する補正手段と、
前記内燃機関の水温を検出する水温検出手段と、
前記水温が基準温度より低いか否かを判別する水温判別手段と、
前記水温が基準温度より低いことが認められた場合に、前記空気流速に応じた目標スロットル開度の補正を制限する補正制限手段と、
を、更に備えるものである。

第１の発明によれば、空気の応答遅れ補償量が機関回転数に応じて算出され、これに応じて応答遅れを補償したスロットル開度を算出することができる。ここで例えば内燃機関の始動時など機関回転数が安定しない状態では、機関回転数に応じて算出される応答遅れ補償量は大きく変化する。このような応答遅れ補償量に基づいてスロットル開度を応答遅れ補償するとすれば、スロットル開度の変動が大きくなりスロットルバルブがばたつくこととなる。この点、第１の発明によれば、機関回転数が不安定であるか否かを判別し、不安定と判別した場合には、空気の応答遅れ補償量を制限することができる。従って、機関回転数が不安定な場合に、スロットルバルブがばたつくのを抑制することができる。

第２の発明によれば、内燃機関に導入される空気流速に応じて目標スロットル開度を補正することができる。ここで、内燃機関の水温が低い場合、内燃機関の始動性が低く、空気流速の変動が大きくなることが予想される。この点、第２の発明では、内燃機関の水温が基準温度より低い場合には、空気流速に応じた補正を制限することができる。これにより変動の大きな空気流速に応じてスロットル開度が補正されることを制限することができ、スロットルバルブのばたつきを抑えることができる。

この発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための模式図である。図１に示すシステムは、車両に搭載された内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒数や気筒配置は特に限定されるものではない。内燃機関１０の各気筒にはピストン１２が設けられている。各気筒には吸気通路１４及び排気通路１６が連通している。

吸気通路１４には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０は、スロットルモータ２２により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２０近傍には、スロットルバルブ２０の開度（以下「スロットル開度」と称する）を検知するためのスロットルポジションセンサ２４が設けられている。吸気通路１４のスロットルバルブ２０より上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２６が配置されている。

内燃機関１０のクランク軸２８近傍には、クランク軸２８の回転角度を検出するためのクランク角センサ３０が設置されている。クランク角センサ３０の出力によれば、クランク軸２８の回転位置や機関回転数NEなどを検知することができる。またアクセルペダルの近傍にはアクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ３２が設置されている。

このシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上記のスロットルポジションセンサ２４、クランク角センサ３０、アクセルポジションセンサ３２等の各種センサや、上述したスロットルモータ２２等、各種アクチュエータがそれぞれ電気的に接続されている。

このシステムにおいて、制御装置としてのＥＣＵ４０が実行する制御には、スロットル開度の演算及び演算された開度に応じたスロットルバルブ２０の制御が含まれる。スロットル開度の演算においては、まず、複数の要求トルクが算出される。要求トルクとしては、アクセル開度に基づいて算出される要求トルク、補機類を駆動するために要求される補機類駆動要求トルクの他、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）要求トルク、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）要求トルク等が挙げられる。

ＥＣＵ４０は、これら複数の要求トルクを集約して調停することにより目標トルクを算出する。更に、ＥＣＵ４０はその目標トルクを実現するために、目標スロットル開度を算出する。

具体的に、目標スロットル開度の算出においては、まず、所定のマップ又は関数に従って目標トルクを目標吸入空気量に換算する。次に、目標吸入空気量を応答遅れ補償して、目標スロットル開度を算出する。応答遅れ補償は、吸気弁の応答遅れ及び吸気通路の容積（サージタンクとインテークマニホールド容積）による空気の応答遅れ補償と、スロットルバルブの応答遅れ補償とを含む。空気の応答遅れを補償する補償量は、機関回転数に応じた値となる。ＥＣＵ４０は、空気の応答遅れ補償量と機関回転数との関係をマップとして記憶しており、空気の応答遅れ補償量の算出時には機関回転数が入力され、機関回転数に応じた値が算出される。

空気の応答遅れ補償とスロットルバルブの応答遅れ補償とがされたスロットル開度は、空気流速に応じた補正値により補正される。ここで、ＥＣＵ４０は、回転率と負荷率と空気流速との関係をマップとして記憶しており、マップから空気流速を算出する。算出された空気流速算出値と流速の実測値（実流速）とに応じて補正値が算出され、スロットル開度に反映される。

ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の通常運転時には、上記の手法によりスロットル開度（以下、「通常スロットル開度TAISCRQ」と称する）を算出し、これに応じてスロットルバルブ２０を制御する。

一方、内燃機関１０の始動時の機関回転数や空気流速が不安定な状態では、機関回転数は大きく変動する。このため、内燃機関１０の始動時の不安定な状態において上記の手法により空気の応答遅れ補償をかけたスロットル開度を演算し、これに応じた制御を行なうとすると、スロットルバルブ２０が短時間に大きく変動しスロットルバルブ２０がばたつく場合がある。従って、本実施の形態のシステムでは、内燃機関１０の始動時には、空気の応答遅れ補償を制限する。

更に、例えば、始動が低温環境下で、フリクションが大きい場合などに、その空気流速に応じて補正を行なえば、スロットル開度の変化は更に大きくなりスロットルバルブ２０のばたつきが大きくなる。従って、低温での始動時の場合には、更に、流速補正に制限をかける。

具体的に、通常運転時には、空気の応答遅れ補償量は機関回転数に応じて求められる。しかし、始動時は、機関回転数が大きく変動するため、空気の応答補償量を固定値とすることで制限する。固定値は、始動時の平均的な機関回転数等を考慮して実験等により求めた適正値とし、これを固定値としてＥＣＵ４０に記憶しておき始動時のスロットル開度算出に用いる。

また、通常運転時には、空気流速に応じた補正値は、実際の空気流速とマップにより算出される流速との差に応じて設定される値である。しかし、低温始動時には空気流速の変動も大きいため、流速補正値を固定値として制限する。固定値は、低温始動時の平均的な空気流速変化を考慮して実験等により求めた適正値とし、これを固定値としてＥＣＵ４０に記憶しておき始動時のスロットル開度算出に利用する。

なお、本実施の形態のシステムでは、上記の始動時の応答補償量の制限と流速補正の制限とを行なったスロットル開度（以下、「制限スロットル開度TASTA」とする）から、通常のスロットル開度への切り換えは、通常運転時の手法で算出される通常スロットル開度TAISCRQが、制限スロットル開度TASTA以上となった時点とする。

図２は、この発明においてＥＣＵが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図２のルーチンは、定期的に繰り返し実行されるルーチンである。このルーチンでは、まず機関回転数NEが検出される（Ｓ１０２）。機関回転数NEは、クランクシャフト近傍に設置されたクランク角センサ３０の出力を入力情報としＥＣＵ４０において検出される。次に、実流速が検出される（Ｓ１０４）。実流速は、エアフロメータ２６の出力を入力情報としてＥＣＵ４０において検出される。

次に、通常スロットル開度TAISCRQが算出される(Ｓ１０６)。ここで算出される通常スロットル開度TAISCRQは、通常の応答補償され、かつ流速補正された値である。具体的には、上記のように検出されたアクセル開度等に応じて設定される目標トルクに対する目標吸入空気量、機関回転数NEに応じた空気の応答遅れ補償量、スロットルバルブの応答遅れ補償量、実流速に応じた流速補正値、がそれぞれマップに従って算出され、これらに応じてスロットル開度TAISCRQが算出される。

次に、フラグＦがＯＮとなっているか否かが判別される（Ｓ１０８）。フラグＦは、このルーチンの後述する処理において、所定の条件を満たす場合にＯＮとされるフラグであり、内燃機関１０の停止時には毎回リセットされＯＦＦとされる。

ステップＳ１０８においてフラグＦ＝ＯＮであることが認められない場合、次に、現在内燃機関１０の始動中であり、機関回転数NEが安定しているか否かが判別される（Ｓ１１０）。具体的に、ここでは機関回転数NEが安定しているか否かは、前回までの機関回転数と今回検出された機関回転数NEとの差が所定値以内であるか否か等、予め設定された条件を満たすか否かにより判別される。

ステップＳ１１０において、内燃機関１０の始動後、機関回転数NEの安定が認められない場合、まず空気の応答遅れ補償量が制限される（Ｓ１１２）。具体的には、スロットル開度の算出において用いられる空気の応答遅れ補償量がＥＣＵ４０に予め記憶された固定値とされる。

次に、水温が検出される（Ｓ１１４）。ここで水温は内燃機関１０近傍に設定された水温センサ（図示せず）の出力を入力情報としＥＣＵ４０において検出される。次に、水温が基準温度以上であるか否かが判別される（Ｓ１１６）。ここで基準温度は、内燃機関１０が低温であるか否かを判別する基準値として予め設定され、ＥＣＵ４０に記憶された値である。

ステップＳ１１４において、温度が基準温度以上であることが認められない場合、流速補正が制限される（Ｓ１１８）。具体的には、流速補正値が、ＥＣＵ４０に予め記憶された低温始動時の流速補正値の固定値とされる。

次に、制限スロットル開度が算出される（Ｓ１２０）。具体的に、制限スロットル開度TASTAは、通常スロットル開度TAISCRQと同様に算出される。但し、空気の応答遅れ補償量は機関回転数NEに応じた値ではなく、固定値とされている。また、流速補正値としては、ステップＳ１１６において水温≧基準温度の成立が認められた場合には、検出された実流速に応じて求められる流速補正値が用いられ、水温≧基準温度の成立が認められない場合には、流速補正値はＥＣＵ４０に予め記憶された固定とされる。

次に、ステップＳ１０６で算出された通常スロットル開度TAISCRQが、ステップＳ１２０で算出された制限スロットル開度TASTA以上であるか否かが判別される（Ｓ１２２）。ここで、TAISCRQ≧TASTAの成立が認められない場合、スロットル開度は応答補償、流速補償が場合に応じて制限された開度TASTAに設定される（Ｓ１２４）。その後、フラグＦがＯＦＦとされ（Ｓ１２６）、今回の処理は終了する。

一方、ステップＳ１０８においてフラグＦ＝ＯＮであることが認められた場合、ステップＳ１１０において始動後、機関回転数NEの安定が認められた場合、あるいは、ステップＳ１２２において、TAISCRQ≧TASTAの成立が認められた場合には、スロットル開度は通常スロットル開度TAISCRQに設定される（Ｓ１２８）。通常スロットル開度TAISCRQは、ステップＳ１０６において算出された値であり、通常通の各応答遅れ補償、流速補正等がされた開度である。

その後、フラグＦ＝ＯＮとされ（Ｓ１３０）、今回の処理は終了する。ステップＳ１３０において、初めてフラグＦ＝ＯＮとされた後は、内燃機関１０が停止するまで、このルーチンで算出されるスロットル開度は、制限スロットル開度TASTAから通常スロットル開度TAISCRQに切り換えられ、スロットル開度は、機関回転数NEに応じた空気の応答遅れ補償、実流速に応じた流速補正がされたものとなる。

以上説明したように本実施の形態によれば、始動時の機関回転数が不安定な状態において、空気の応答遅れ補償を制限することができ、また低温時には流速補正を更に制限することができる。従って、始動時において機関回転数の変動や流速変動によりスロットルバルブがばたつくのを防止することができる。

なお、この実施の形態においては、始動時の空気の応答遅れ補償を制限する場合に、固定値を用いるものについて説明したが、この発明において制限手法はこれに限るものではない。例えば、機関回転数の他に、バルブタイミングなどをパラメータとするマップにより空気の応答遅れ補償量を算出する場合には、機関回転数NEを固定値とし、マップに機関回転数NE（固定値）の他、必要な他のパラメータを入力して、始動時の応答補償量制限値を算出して用いることもできる。また、例えば、応答遅れ補償を行なわず禁止するものであってもよい。

また、流速補正についても同様に、他のパラメータを含むマップにより流速補正値を求める場合には、流速のみを固定値として、マップに流速（固定）と他のパラメータを入力することで流速補正を算出して用いるものであってもよい。また、例えば、流速補正を行なわず、禁止するものであってもよい。また、流速補正はフィードバック制御により行なうものであってもよい。

また、本実施の形態においては、通常スロットル開度TAISCRQが、制限スロットル開度TASTA以上となったことが認められた場合、それ以降は通常スロットル開度TAISCRQを用いるものとして説明した。しかし、この発明において、通常スロットル開度TAISCRQへの乗り換えタイミングはこれに限るものではない。例えば、始動後、機関回転数NEの安定が認められるまでの間、制限スロットル開度TASTAを用い、機関回転数NEの安定が認められた場合に、通常スロットル開度TAISCRQへ切り換えるものであってもよい。

また、本実施の形態では、内燃機関１０の始動中、かつ機関回転数が不安定である場合に上記制御を行なうものとして説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、内燃機関１０の始動後において、機関回転数が短時間で大きく変動する場合に、同様の制御を行なうこととしてもよい。

また、本実施の形態では、通常スロットル開度TAISCRQを、空気の応答遅れ補償量と機関回転数とのマップから算出される応答遅れ補償量に応じて算出する場合について説明した。しかし、この発明において通常スロットル開度TAISCRQの算出法は、これに限られるものではなく、機関回転数の他にバルブタイミングなど他のパラメータを含むマップ又は関数に応じて算出するなどとすることもできる。

同様に、本実施の形態では、空気流速に応じた補正値を、空気流速算出値と実流速とに応じて求める場合について説明したが、この発明において補正値の算出法はこれに限られるものではない。補正値は、例えば、実流速を検出せず、空気流速算出値のみに応じて算出することもできる。

なお、その他についても、この実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

なお、本実施の形態において、ステップＳ１０２の処理が実行されることで、この発明の「機関回転数検出手段」が実現し、ステップＳ１０６の処理が実行されることで「スロットル開度算出手段」及び「応答遅れ補償手段」が実現し、ステップＳ１１０の処理が実行されることで「始動状態検出手段」及び「「機関回転数判別手段」が実現し、ステップＳ１１２の処理が実行されることで「応答遅れ補償制限手段」が実現する。

また、本実施の形態において、ステップＳ１０６の処理が実行されることで、この発明の「空気流速検出手段」及び「補正手段」が実現し、ステップＳ１１４の処理が実行されることで「水温検出手段」が実現し、ステップＳ１１６の処理が実行されることで「水温判別手段」が実現し、ステップＳ１１８の処理が実行されることで「補正制限手段」が実現する。

１０ 内燃機関
１４ 吸気通路
２０ スロットルバルブ
２２ スロットルモータ
２４ スロットルポジションセンサ
２６ エアフロメータ
３０ クランク角センサ

Claims (2)

1. 内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
   前記内燃機関の目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出するスロットル開度算出手段と、
   前記目標スロットル開度の算出に際し、前記機関回転数に応じた空気応答遅れ補償量に基づいて空気の応答遅れを補償する応答遅れ補償手段と、
   内燃機関の始動状態を検出する始動状態検出手段と、
   前記機関回転数の変化に基づいて、機関回転数が不安定であるか否かを判別する機関回転数判別手段と、
   前記内燃機関の始動状態が検出され、かつ、前記機関回転数が不安定であると判別された場合に、前記空気の応答遅れ補償量を制限する応答遅れ補償制限手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関に導入される空気流速を検出する空気流速検出手段と、
   前記空気流速に応じて、前記目標スロットル開度を補正する補正手段と、
   前記内燃機関の水温を検出する水温検出手段と、
   前記水温が基準温度より低いか否かを判別する水温判別手段と、
   前記水温が基準温度より低いことが認められた場合に、前記空気流速に応じた目標スロットル開度の補正を制限する補正制限手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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