JP5983580B2 - 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ものである。

特許文献１には、燃料カットの実行に伴う内燃機関の軸トルクの急激な変動によるショックの発生を抑制するために、燃料カットの実行を遅延させ、点火時期を徐々に遅角させることによって軸トルクを徐々に低減させてから燃料カットを実行することが開示されている。

特開平１０‐３０４７７号公報

ところで、内燃機関の軸トルクを所定の制御周期で繰り返しフィードバック制御することにより、目標とする時点までに目標とするトルクまで低減させるためには、現在の軸トルクと目標とするトルクとの乖離の大きさと、現時点から目標とする時点までの期間の長さとに応じて次の制御周期における制御目標トルクを算出すればよい。

具体的には、目標とするトルクから現在発生している軸トルクを減算した差を算出し、その差を目標とする時点までに実施する制御回数で割った商をフィードバック量として算出する。そして、このフィードバック量を現在の軸トルクに加算して次の制御周期における制御目標トルクを算出する。

ところが、こうしたフィードバック制御を実施していると、何らかの理由により現在の軸トルクが瞬間的に大きくなった場合に、瞬間的に大きくなった軸トルクの値に基づいて次の制御周期における制御目標トルクが算出される。その結果、次の制御周期における制御目標トルクが大きな値になるとともに、その後のフィードバック量も大きな値になり、内燃機関の軸トルクが目標とするトルクに収束しにくくなるおそれがある。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィードバック制御中に内燃機関の軸トルクが瞬間的に増大したときに軸トルクが目標とするトルクに収束しにくくなることを抑制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、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、フィードバック制御を周期的に繰り返し、内燃機関の軸トルクを、目標とする時点までに目標とするトルクまで低減させる。この制御装置が実行するフィードバック制御は、目標とするトルクから現在トルク算出値を減算した差を目標とする時点までに実施する制御回数で割った商を加算量とし、現在トルク算出値に加算量を加算した和を次の制御周期における制御目標トルクにするものである。この制御装置では、前回の制御周期における現在トルク算出値にオフセット量を加算した和を現在トルク算出値の上限値として設定し、現在トルク算出値が上限値を超えた場合には、フィードバック制御に用いる現在トルク算出値を、上限値と等しい値にする。

上記構成によれば、現在の軸トルクの大きさを示す現在トルク算出値が何らかの理由により瞬間的に増大したとしても、フィードバック制御に用いられる現在トルク算出値は、前回の制御周期における現在トルク算出値にオフセット量を加算して算出した上限値によって制限されることになる。そのため、フィードバック制御に用いられる現在トルク算出値の変化量はオフセット量の範囲に制限されるようになり、瞬間的に現在トルク算出値が増大したとしても、制御目標トルクの増大や加算量の増大を抑制することができる。

したがって、フィードバック制御中に軸トルクが瞬間的に増大したときに軸トルクが目標とするトルクに収束しにくくなることを抑制することができる。

実施形態にかかる内燃機関の制御装置と、この制御装置に接続されたセンサーとの関係を示す模式図。 軸トルクの制御態様の時間的変化を示すタイムチャート。 従来のフィードバック制御の態様について説明するタイムチャートであり、（ａ）は軸トルクのフィードバック制御における現在トルク算出値と制御目標トルクの時間的変化を示すタイムチャート。（ｂ）は加算トルクの時間的変化を示すタイムチャート。 実施形態にかかる内燃機関の制御装置が実行する現在トルク算出値の算出処理の流れを示すフローチャート。 実施形態にかかる内燃機関の制御装置におけるフィードバック制御の態様について説明するタイムチャートであり、（ａ）は軸トルクのフィードバック制御における現在トルク算出値と制御目標トルクの時間的変化を示すタイムチャート。（ｂ）は加算トルクの時間的変化を示すタイムチャート。

以下、内燃機関の制御装置を、車両に搭載された内燃機関を制御する制御装置に具体化した一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、この制御装置１００には、スロットルバルブの開度を変更するスロットルモーター１０、点火を行うイグニッションコイル２０、燃料を噴射するフューエルインジェクター３０が電気的に接続されている。また、制御装置１００には、下記のセンサー及びスイッチが電気的に接続されている。

クランクポジションセンサー５１は内燃機関のクランク軸の回転角であるクランク角の変化に伴って信号を出力するセンサーである。スロットルポジションセンサー５２はスロットルバルブの開度を検出するセンサーである。エアフローメーター５３は内燃機関の吸気通路を流れる空気の量である吸入空気量を検出するセンサーである。空燃比センサー５４は内燃機関の排気に含まれる酸素の濃度に比例した信号を出力するセンサーである。水温センサー５５は内燃機関の冷却水の温度である機関冷却水温を検出するセンサーである。車輪速センサー５６は車輪の回転速度を検出するセンサーである。アクセルポジションセンサー５７はアクセルの操作量を検出するセンサーである。シフトポジションスイッチ５８は選択されているシフトポジションに応じた信号を出力するスイッチである。

制御装置１００は、これらのセンサー及びスイッチから入力される信号に基づいて各種の演算処理を実行し、スロットルモーター１０、イグニッションコイル２０、フューエルインジェクター３０などを駆動することにより、内燃機関を制御する。すなわち、制御装置１００は、スロットルモーター１０を制御することにより吸入空気量を調整し、フューエルインジェクター３０を制御することにより燃料噴射量や燃料噴射時期を調整する。また、制御装置１００は、イグニッションコイル２０を制御することにより点火時期を調整する。

例えば、制御装置１００は、クランクポジションセンサー５１が出力する信号に基づいてクランク軸の回転速度である機関回転速度を算出するとともに、車輪の回転速度に基づいて車速を算出する。そして、アクセルの操作量、機関回転速度、車速、選択されているシフトポジションなどに基づいて、内燃機関が要求されている軸トルクを発生するように、スロットルモーター１０、イグニッションコイル２０、フューエルインジェクター３０などを駆動する。また、制御装置１００は、空燃比センサー５４から出力される信号に基づいて空燃比のずれを把握し、空燃比を適切な値に調整するように吸入空気量に対する燃料噴射量を微調整する空燃比フィードバック制御を実行する。さらに、制御装置１００は機関冷却水の温度に応じて燃料噴射量や点火時期を調整し、内燃機関の暖機を促進する。

また、こうした制御に加えて、制御装置１００は、車両の減速時などのように、内燃機関が軸トルクを発生させる必要がないときに燃料噴射を停止する燃料カットを実行する。例えば、制御装置１００は、車速が所定車速以上、且つ機関回転速度がアイドル回転速度以上であり、アクセルの操作量が「０」であることを条件に燃料カットを行う。なお、燃料カットを実行するときに、燃料噴射が急に停止されると、軸トルクの急激な変動によってショックが生じる。こうしたショックを抑制するために、制御装置１００は、燃料カットを実行するための上記の条件が成立してから燃料カットを実行するまでに遅延期間を設けている。そして、この遅延期間の間に内燃機関の軸トルクを徐々に低下させ、軸トルクを燃料カット実行トルクＴＱｆｃまで低下させてから燃料カットを実行する。

次に図２を参照してこの遅延期間における軸トルクの制御について説明する。
遅延期間において制御装置１００は、第１のステップから第４のステップまでの４つのステップに分けて軸トルクを制御する。

まず、第１のステップは軸トルクを低下させる準備を行うステップであり、燃料カットを実行するための上記の条件が成立してから軸トルクを低下させ始めるまでの期間である。制御装置１００は、上記の条件が成立してからこの第１のステップを通じて軸トルクを低下させるための準備を行い、この準備が完了すると、第２のステップに移行する。

第２のステップは内燃機関の軸トルクにより車輪が駆動されている駆動状態における軸トルクの制御である。制御装置１００はこの第２のステップを通じて図２に示すように時点ｔ１までに軸トルクを切り替わりトルクＴＱｘよりも所定量大きい区間終了目標トルクＴＱ１まで低下させるように軸トルクを低下させる。なお、切り替わりトルクＴＱｘは、車輪が内燃機関の軸トルクにより駆動される駆動状態と車輪側からのトルクによって内燃機関のクランク軸が回転させられる被駆動状態とが切り替わるトルクである。

この第２のステップでは、所定の制御周期で軸トルクのフィードバック制御を繰り返すことにより、時点ｔ１までに軸トルクを区間終了目標トルクＴＱ１まで低下させる。具体的には、制御装置１００は、以下の式（１）に示すように、区間終了目標トルクＴＱ１から現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂを減算した差を時点ｔ１までに実施する制御回数で割った商を加算量ｅｔｑｒｑａｄｄとして算出する。

ｅｔｑｒｑａｄｄ＝（区間終了目標トルク−ｅｔｑｒｅａｌｂ）／制御回数…式（１）
そして、制御装置１００は、以下の式（２）に示すように、加算量ｅｔｑｒｑａｄｄを現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに加算することにより、制御目標トルクｅｔｑｒｑを算出する。

ｅｔｑｒｑ＝ｅｔｑｒｅａｌｂ＋ｅｔｑｒｑａｄｄ…式（２）
制御装置１００は、こうして算出した制御目標トルクｅｔｑｒｑに見合った軸トルクを発生させるように点火時期や燃料噴射量、燃料噴射時期、吸入空気量などを制御するフィードバック制御を繰り返し、内燃機関の軸トルクを徐々に区間終了目標トルクＴＱ１まで低下させる。そして、時点ｔ１において軸トルクが区間終了目標トルクＴＱ１まで低下すると、第３のステップに移行する。

第３のステップは内燃機関の軸トルクにより車輪が駆動される駆動状態から車輪側からのトルクによって内燃機関のクランク軸が回転させられる被駆動状態に移行する移行期間における軸トルクの制御である。制御装置１００は図２に示すように第３のステップを通じて第２のステップよりも緩やかに軸トルクを低下させる。こうして駆動状態から被駆動状態に切り替わるときに緩やかに軸トルクを低下させることにより、駆動状態から被駆動状態に切り替わるときのショックを低減することができる。内燃機関の軸トルクが切り替わりトルクＴＱｘを下回ると、駆動状態から被駆動状態へと切り替わる。そして、時点ｔ２において内燃機関の軸トルクが切り替わりトルクＴＱｘよりも所定量小さい区間終了目標トルクＴＱ２まで低下すると、第４のステップに移行する。

第４のステップは車輪側からのトルクによって内燃機関のクランク軸が回転させられる被駆動状態における軸トルクの制御である。制御装置１００はこの第４のステップを通じて図２に示すように時点ｔ３までに軸トルクを燃料カット実行トルクＴＱｆｃまで低下させるように軸トルクを低下させる。ここでの軸トルクの制御態様は、第２のステップと同様である。すなわち、この第４のステップでは、制御装置１００は、上記の式（１）に示すように、区間終了目標トルク（ＴＱ２）から現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂを減算した差を時点ｔ３までに実施する制御回数で割った商を加算量ｅｔｑｒｑａｄｄとして算出する。そして、制御装置１００は、上記の式（２）に示すように、加算量ｅｔｑｒｑａｄｄを現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに加算することにより、制御目標トルクｅｔｑｒｑを算出する。制御装置１００は、こうして算出した制御目標トルクｅｔｑｒｑに見合った軸トルクを発生させるように点火時期や燃料噴射量、燃料噴射時期、吸入空気量などを制御するフィードバック制御を繰り返し、内燃機関の軸トルクを徐々に燃料カット実行トルクＴＱｆｃまで低下させる。そして、時点ｔ３において軸トルクが燃料カット実行トルクＴＱｆｃまで低下すると、制御装置１００が燃料カットを実行する。

ところで、第２のステップや第４のステップのようなフィードバック制御を実施しているときに、何らかの理由により軸トルクが瞬間的に大きくなると、瞬間的に大きくなった現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに基づいて制御目標トルクｅｔｑｒｑが算出される。その結果、制御目標トルクｅｔｑｒｑが大きな値になるとともに、その後のフィードバック制御における加算量ｅｔｑｒｑａｄｄも絶対値の大きな値になり、内燃機関の軸トルクが目標とするトルクに収束しにくくなるおそれがある。

図３は、第２のステップにおけるフィードバック制御の実行中に軸トルクが瞬間的に大きくなった場合の例を示している。ここでは、時点ｔ１５までに軸トルクを区間終了目標トルクＴＱ１まで低下させるべく、フィードバック制御を繰り返している状態を示している。図３（ａ）は現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂと制御目標トルクｅｔｑｒｑの変化を示しており、図３（ａ）における実線が現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂの変化を示し、図３（ａ）における破線が制御目標トルクｅｔｑｒｑの変化を示している。また、図３（ｂ）はフィードバック制御における加算量ｅｔｑｒｑａｄｄの変化を示している。なお、加算量ｅｔｑｒｑａｄｄの大きさは、図３（ａ）に示されるように現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂと制御目標トルクｅｔｑｒｑとの差に相当する。

図３に示されるように第２のステップでは、時点ｔ１０から時点ｔ１５までの各時点において現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂの算出、及び上述した式（１）及び式（２）による演算を通じた制御目標トルクｅｔｑｒｑの算出が繰り返される。

時点ｔ１２において軸トルクが何らかの理由により瞬間的に大きくなると、軸トルクを区間終了目標トルクＴＱ１に向かって低下させている過程ではあるが、図３（ａ）に示されるように時点ｔ１２において算出される現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂが前回の制御周期である時点ｔ１１における現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂよりも大きくなる。

そして、こうして現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂが大きくなると、図３（ａ）に示されるようにこの現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに基づいて算出される時点ｔ１２における制御目標トルクｅｔｑｒｑも時点ｔ１１における制御目標トルクｅｔｑｒｑよりも大きくなってしまう。その結果、時点ｔ１２から時点ｔ１３の間はこの大きくなった制御目標トルクｅｔｑｒｑに基づいて内燃機関が制御されようになる。すなわち、軸トルクを区間終了目標トルクＴＱ１に向かって低下させようとしているにも拘わらず、制御目標トルクｅｔｑｒｑが途中で増大されてしまうことになる。また、図３（ｂ）に示すように、このときには、時点ｔ１２以降における加算量ｅｔｑｒｑａｄｄが時点ｔ１１までの加算量ｅｔｑｒｑａｄｄから大きく変化し、その絶対値が大きくなる。そのため、時点ｔ１２以降のフィードバック制御において、軸トルクが区間終了目標トルクＴＱ１に収束しにくくなってしまう。

こうした軸トルクの瞬間的な増大による影響を抑制するため、この制御装置１００は、現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに上限値を設定し、上限ガードを施した現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂを用いてフィードバック制御を実行するようにしている。

以下、図４を参照してこの上限ガード処理を含む、現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂの算出処理について説明する。なお、この算出処理は上記のフィードバック制御と並行して制御装置１００により所定の制御周期で繰り返し実行されるものである。

この算出処理を開始すると、制御装置１００はまずステップＳ１０１において、前回トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂｏを更新する。ここでは、制御装置１００は前回トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂｏの値を、前回の制御周期におけるフィードバック制御に用いた現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂと等しい値に更新する。

そして、制御装置１００はステップＳ１０２において、この前回トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂｏにオフセット量ＴＱＨＧＤを加算することにより、上限値ｅｔｑｈｇｄを算出する。なお、この実施形態では、オフセット量ＴＱＨＧＤを「０」にしている。

次に、制御装置１００はステップＳ１０３において、機関回転速度、機関負荷、空燃比、点火時期などに基づいて現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂを算出する。
こうして現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂを算出するとステップＳ１０４へ進み、制御装置１００はステップＳ１０３の処理を通じて算出した現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂが上限値ｅｔｑｈｇｄを越えているか否かを判定する。

ステップＳ１０４において現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂが上限値ｅｔｑｈｇｄを越えている旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０５へと進み、制御装置１００はフィードバック制御に用いる現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂを上限値ｅｔｑｈｇｄと等しい値に更新し、この算出処理を終了する。すなわち、この場合には、上限値ｅｔｑｈｇｄによって上限ガードされた現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂがフィードバック制御に用いられることになる。

一方、ステップＳ１０４において現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂが上限値ｅｔｑｈｇｄを越えていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）には、制御装置１００はステップＳ１０５の処理をスキップし、そのままこの算出処理を終了する。すなわち、この場合には、ステップＳ１０３において算出した現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂがそのままフィードバック制御に用いられることになる。

次に制御装置１００が実行する上記の算出処理の作用について、第２のステップにおけるフィードバック制御の実行中に軸トルクが瞬間的に大きくなった場合の例を示す図５を参照して説明する。なお、図５は図３と同様に時点ｔ１５までに軸トルクを区間終了目標トルクＴＱ１まで低下させるべく、フィードバック制御を繰り返している状態を示している。図５（ａ）は現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂと制御目標トルクｅｔｑｒｑの変化を示しており、図５（ａ）における実線が現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂの変化を示し、図５（ａ）における破線が制御目標トルクｅｔｑｒｑの変化を示している。また、図５（ｂ）はフィードバック制御における加算量ｅｔｑｒｑａｄｄの変化を示している。なお、加算量ｅｔｑｒｑａｄｄの大きさは、図５（ａ）に示されるように現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂと制御目標トルクｅｔｑｒｑとの差に相当する。

現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂには上記の算出処理を通じて上限値ｅｔｑｈｇｄによる上限ガードが施される。そのため、図５（ａ）に二点鎖線で示すように時点ｔ１２において軸トルクが瞬間的に大きくなったとしても、フィードバック制御に用いられる現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂは、前回トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂｏにオフセット量ＴＱＨＧＤを加算して算出した上限値ｅｔｑｈｇｄによって制限されることになる。ここでは、オフセット量ＴＱＨＧＤを「０」にしているため、図５（ａ）に示されるように現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂは増大しなくなる。

そのため、時点ｔ１２において瞬間的に軸トルクが増大したとしても、図５（ａ）に示すように制御目標トルクｅｔｑｒｑの増大が抑制されるとともに、図５（ｂ）に示すように加算量ｅｔｑｒｑａｄｄの増大が抑制されるようになる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）瞬間的に軸トルクが増大したとしても、制御目標トルクｅｔｑｒｑの増大や加算量ｅｔｑｒｑａｄｄの増大を抑制することができる。

したがって、フィードバック制御中に軸トルクが瞬間的に増大したときに軸トルクが目標とするトルクに収束しにくくなることを抑制することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。

・燃料カットの実行を遅延させて４つのステップに分けて軸トルクを減少させてから燃料カットを実行する例を示したが、内燃機関の軸トルクを、目標とする時点までに目標とするトルクに徐々に低減させるフィードバック制御を行うものであれば、同様の課題は生じ得る。そのため、上記実施形態のように上限値ｅｔｑｈｇｄを設定して現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに上限ガードを施す制御は、上記のように４つのステップに分けて軸トルクを制御するものに限らずに適用することができる。

・オフセット量ＴＱＨＧＤが「０」の例を示したが、オフセット量ＴＱＨＧＤは「０」でなくてもよい。オフセット量ＴＱＨＧＤは、現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂが急増したとしても軸トルクの収束性が損なわれなくなる程度にその大きさを設定することが望ましい。

・上記実施形態のように、現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに上限値ｅｔｑｈｇｄを設定して現在トルク算出値ｅｔｑｒｅａｌｂに上限ガードを施す制御は、モーターと内燃機関とを搭載したハイブリッド車にも適用可能である。

１０…スロットルモーター、２０…イグニッションコイル、３０…フューエルインジェクター、５１…クランクポジションセンサー、５２…スロットルポジションセンサー、５３…エアフローメーター、５４…空燃比センサー、５５…水温センサー、５６…車輪速センサー、５７…アクセルポジションセンサー、５８…シフトポジションセンサー、１００…制御装置。

Claims (1)

1. フィードバック制御を周期的に繰り返し、内燃機関の軸トルクを、目標とする時点までに目標とするトルクまで低減させる内燃機関の制御装置であり、
   前記フィードバック制御は、目標とするトルクから現在トルク算出値を減算した差を目標とする時点までに実施する制御回数で割った商を加算量とし、前記現在トルク算出値に前記加算量を加算した和を次の制御周期における制御目標トルクにするものであり、
   前回の制御周期における前記現在トルク算出値にオフセット量を加算した和を前記現在トルク算出値の上限値とし、
   前記現在トルク算出値が前記上限値を超えた場合には、前記フィードバック制御に用いる前記現在トルク算出値を、前記上限値と等しい値にする
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。