JP6280776B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における燃焼状態を変更する可変機構のアクチュエータを、外界認識情報に基づいて制御する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関には、燃費向上のために、燃焼状態を制御する様々な可変機構が搭載されている。これらの可変機構は、定常運転では燃費ゲインが大きくできるが、定常運転から過渡運転（車両の加減速）に移行する際に、制御遅れによる燃焼性の悪化や運転性の低下が発生することがある。
そこで、特許文献１では、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）弁の閉弁を、運転者の操作によるアクセル開度、すなわち実際の減速要求に基づいて行うことで、応答性を向上させて減速による失火を抑制している。

特開２０１３−２４５５８８号公報

しかしながら、運転者の減速要求は、車両走行中においていつ発生するかわからないため、ＥＧＲ弁のような内燃機関の燃焼に影響するアクチュエータの制御に適用する場合には、減速が開始されたときに燃焼が不安定にならないように、通常運転時のＥＧＲ量を抑制している。このため、ＥＧＲによる燃費の向上が制限される。ＥＧＲに限らず、他の燃焼状態の制御に用いられる可変機構でも同様であり、可変機構の作動範囲を十分に生かし切れないことがある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可変機構の制御遅れを抑制することで、可変機構の作動範囲を制限する必要がなく、燃費を向上できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関における燃焼状態を変更する可変機構のアクチュエータを制御する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化を外界認識情報に基づき予測し、前記アクチュエータによる前記可変機構の制御量を、非過渡運転用から過渡運転用に変更するように構成され、前記外界認識情報が複数の情報を含み、取得した複数の情報に対してそれぞれに対応する重み付けを行って過渡運転の確率を算出し、前記過渡運転状態への変化が予測されてから前記内燃機関が過渡運転状態となるまでの期間に、前記過渡運転の確率に応じて過渡運転用と非過渡運転用の制御量を算出して前記アクチュエータを制御する、ことを特徴とする。
また、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関における燃焼状態を変更する可変機構のアクチュエータを制御する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化を外界認識情報に基づき予測し、前記アクチュエータによる前記可変機構の制御量を、非過渡運転用から過渡運転用に変更するように構成され、前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化を予測してから、運転状態が変化せずに一定時間経過した場合は、前記可変機構の制御量を、過渡運転用から非過渡運転用に戻す、ことを特徴とする。

本発明によれば、外界認識情報を元に内燃機関が非過渡運転状態から過渡運転状態に変化するのを予測して、アクチュエータによる可変機構の制御量を変更するので、内燃機関が非過渡運転状態から過渡運転状態に変化する際の制御遅れによる燃焼性の悪化や運転性の低下を抑制できる。また、非過渡運転状態において制御量を抑制する必要がないので、非過渡運転状態での燃焼性を良好にして燃費の向上も図れる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＥＧＲシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。 ＥＧＲシステムにおいて、加速を例に取り従来と本発明のスロットル開度、ＥＧＲ量及び車速の関係を対比して示すタイミングチャートである。 本発明をＥＧＲシステムに適用する場合の具体的な動作を示すフローチャートである。 本発明をＥＧＲシステムに適用する場合の具体的な他の動作を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、冷却水コントロールシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。 冷却水コントロールシステムにおいて、加速を例に取り従来と本発明のスロットル開度、冷却水温及び車速の関係を対比して示すタイミングチャートである。 本発明を冷却水コントロールシステムに適用する場合の具体的な動作を示すフローチャートである。 本発明を冷却水コントロールシステムに適用する場合の具体的な他の動作を示すフローチャートである。 本発明の第６の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＶＣＲシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。 本発明の第７の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＦＰＣＳシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。 本発明の第８の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＦＰＣＳシステムに適用する場合の他の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図であり、要部を抽出して示している。車両に搭載された内燃機関（エンジン）１には、該内燃機関１の燃焼状態を変更する可変機構２が搭載されている。可変機構２は、内燃機関１の燃焼コントロールデバイスであり、アクチュエータ３によって駆動される。可変機構２としては、例えばＥＧＲシステム、冷却水コントロールシステム、ＶＣＲ（Variable Compression Ratio）システム、可変燃圧システム（ＦＰＣＳ：Fuel Pressure Control System）等が適用される。

内燃機関１の主制御装置であるＥＣＵ（Engine Control Ｕnit）４には、外界認識装置５から供給される外界認識情報、例えばステレオカメラ５ａで撮影した、車両の走行経路における前方の環境情報が取り込まれるようになっている。この環境情報には、車両の加速または減速に関連する情報が含まれている。また、ＥＣＵ４には、ナビゲーションシステム６から、車両の位置情報及び地図情報を含む車両走行路情報が入力される。更に、ＥＣＵ４には、車両及び内燃機関１に設けられた各種のセンサ、例えば操舵角センサ７ａから車輪の操舵情報、水温センサ７ｂから冷却水温度の情報、スロットルセンサ７ｃからスロットル開度情報、車速センサ７ｄから車速情報、及びクランク角センサやカム角センサのようなエンジン回転数を検出可能な回転センサ７ｅからエンジン回転数情報等、様々なセンサ検出情報が入力される。

そして、ＥＣＵ４は、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行い、内燃機関１の燃料噴射弁、ソレノイドバルブ及び点火モジュール等の各種装置の操作量あるいは制御量を算出し、これらの装置に制御信号を出力して制御する。
また、ＥＣＵ４は、ステレオカメラ５ａから取り込んだ外界認識情報に基づき、内燃機関１の運転状態に応じて可変機構２のアクチュエータ３を制御し、燃焼性を最適化して燃費を向上するようになっている。
次に、上述した内燃機関の制御装置の動作について第１乃至第８の実施形態により詳しく説明する。

［第１の実施形態］
図２は、図１に示した内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１では、内燃機関１の燃焼コントロールデバイス（可変機構２）に対して定常運転用（非過渡運転用）の制御を行う。ステップＳ２では外界認識装置５（ステレオカメラ５ａ）からＥＣＵ４に外界認識情報を読み込み、ステップＳ３では該ＥＣＵ４で運転状態の変更の可能性があるか否かを判定する。そして、運転状態の変更の可能性があると判定されると、ＥＣＵ４で燃焼コントロールデバイス（可変機構２）のアクチュエータ３に対して過渡運転用の制御を行い、可能性がないと判定されると、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ３の動作を繰り返す。

ここで、燃焼コントロールデバイスには、内燃機関１に搭載される様々な可変機構２を適用でき、これら可変機構２のアクチュエータ３をＥＣＵ４で制御し、内燃機関１の運転状態に応じて燃焼状態を変更する。ＥＣＵ４は、非過渡運転用と過渡運転用の可変機構２の制御量を算出、あるいは各々の制御量を記憶したマップを備えており、外界認識情報で内燃機関１の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化が予測されたときに、非過渡運転用の制御量から過渡運転用の制御量に変更してアクチュエータ３を制御する。

また、外界認識情報は、車両の走行経路における前方の環境情報であり、車両の加速または減速に関連する情報を含んでいる。この環境情報は、例えばステレオカメラ５ａにより撮影した車両の走行経路における先行車の情報や信号の情報であり、これらの情報を元に内燃機関１の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化を予測し、内燃機関１が非過渡運転状態から過渡運転状態へ変化する前に可変機構２の制御量を変更する。

本第１の実施形態では、内燃機関１の運転状態の変更可能性を予測することによって、運転状態が変化する前にアクチュエータ３による可変機構２の制御量を変更するので、制御遅れによる燃焼性の悪化を抑制できる。また、通常運転状態において制御量を抑制する必要がないので、可変機構２を通常運転（非過渡運転状態）に、より適した作動状態に制御することが可能となり、内燃機関１の燃費を向上できる。

すなわち、従来は、非過渡運転状態におけるアクチュエータの制御量は、過渡運転状態への移行を考慮して過渡変化初期での燃焼性の悪化を抑制する程度の制御量に設定し、制御量を抑えていたため、非過渡運転状態での燃費向上が制限されていた。
これに対し、本発明では、運転状態の変更を事前に予測して、燃焼コントロールデバイスを過渡運転状態の制御量に変更するので、過渡運転状態への移行が予測されるまでは、非過渡運転状態でのアクチュエータ３の制御量を拡大することができ、該制御量の最適化により燃焼性を良好にして燃費の向上を図ることができる。
また、実際の過渡運転状態への移行初期では、既に過渡運転用の制御量への移行を開始しているため、制御遅れを抑制でき、過渡運転初期の燃焼性の悪化を抑制できる。
しかも、アクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み等による実際の機関過渡運転状態となる前にアクチュエータ３の制御量を変更するので、アクチュエータ３の作動状態の変更は、実際の内燃機関１の過渡変化の検出よりも前に実施されることになり、過渡運転状態となってからアクチュエータ３の制御量が変更されるような制御遅れによる燃焼性の悪化を抑制できる。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。本第２の実施形態では、第１の実施形態における外界認識情報として、少なくとも走行経路における車両前方の環境情報のような、車両の加速または減速に関連する情報、具体的には先行車情報と信号情報を用いる例を示している。
ステップＳ１１では、内燃機関１の可変機構２に対して定常運転用の制御を行う。ステップＳ１２ではステレオカメラ５ａで撮影した先行車情報、ステップＳ１３では信号情報をそれぞれＥＣＵ４に読み込み、ステップＳ１４では該ＥＣＵ４で加減速の可能性があるか否かを判定する。そして、加減速の可能性があると判定されると、可変機構２に対して過渡運転用の制御を行い、可能性がないと判定されると、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１〜Ｓ１４の動作を繰り返す。

本第２の実施形態では、先行車情報と信号情報を元に内燃機関１が定常運転状態（非過渡運転状態）から加速または減速の過渡運転状態に変化するのを予測して、内燃機関１の燃焼を制御するための可変機構２のアクチュエータ３の作動状態を変更するので、第１の実施形態と同様に内燃機関１の燃焼性の悪化を抑制でき、非過渡運転状態での制御量の最適化により燃費を向上できる。
なお、車両前方の環境情報として、例えば障害物情報や標識情報を用いることもでき、先行車情報及び信号情報と組み合わせることで、車両の加速または減速の予測精度を向上できる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の制御装置は、上述した第１、第２の実施形態において、非過渡運転状態から過渡運転状態への変化予測に対して、それぞれの状況に応じて、図４（ａ），（ｂ）に示すように重み付けを行い、加減速の可能性を予測するものである。
図４（ａ）は、加速の可能性がある場合であり、重み付けランクＡ１は、例えば信号が赤から青へ変化した場合、及び停止中に一時停止の標識を認識した場合等であり、これらの場合には予測に対して０．８の重み付け処理を行う。また、重み付けランクＢ１は、例えば一般道から高速道に乗った場合、及び制限速度が上がった場合等であり、これらの場合には予測に対して０．５の重み付け処理を行う。更に、重み付けランクＣ１は、例えば先行車がいた状態から先行車がいなくなった場合、及び２車線以上の道路で運転者が右ウインカーを操作した場合（走行車線から追い越し車線へ移動した場合）等であり、これらの場合には予測に対して０．３の重み付け処理を行う。

図４（ｂ）は、減速の可能性がある場合であり、重み付けランクＡ２は、例えば信号が青から黄色へ変化した場合、歩行者用の信号が青から点滅に変化した場合、及び走行中に一時停止の標識を認識した場合等であり、これらの場合には予測に対して０．８の重み付け処理を行う。また、重み付けランクＢ２は、例えば高速道から一般道に下りた場合、及び制限速度が下がった場合等であり、これらの場合には予測に対して０．５の重み付け処理を行う。更に、重み付けランクＣ２は、例えば先行車がいない状態から先行車ができた場合、及び２車線以上の道路で運転者が左ウインカーを操作した場合（追い越し車線から走行車線へ移動した場合）等であり、これらの場合には予測に対して０．３の重み付け処理を行う。

このように本第３の実施形態では、複数の外界認識情報を取得し、取得した情報に重み付けを行い、通常運転状態から過渡運転状態への変化が予測されてから機関過渡運転状態となるまでの間、該重み付けに応じて加速または減速の過渡運転状態の制御量に向けて可変機構２におけるアクチュエータ３の制御量を変更する。このように、取得した外界認識情報に対して重み付けを行うことで、上述した第１、第２の実施形態に比べて予測精度をより高めることができる。

［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＥＧＲシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。本第４の実施形態は、内燃機関１の筒内に吸入される新気量に対する燃焼ガスの割合を変更して燃焼状態を変更するＥＧＲ弁のアクチュエータ３を制御するものであり、非過渡運転状態では、機関運転状態に応じて燃焼ガスの割合を設定し、過渡運転状態への変化が予測されたときに燃焼ガスの割合を減少させる。

ステップＳ２１では、内燃機関１のＥＧＲ量を定常運転用（非過渡運転用）に設定する。ステップＳ２２ではステレオカメラ５ａで撮影した先行車情報、ステップＳ２３では信号情報をそれぞれＥＣＵ４に読み込み、ステップＳ２４では該ＥＣＵ４で加速の可能性があるか否かを判定する。そして、加速の可能性があると判定されると、ステップＳ２５でＥＧＲ量を「定常運転用−過渡運転用余裕代」に設定し、加速の可能性がないと判定されると、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１〜Ｓ２４の動作を繰り返す。

図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ、ＥＧＲシステムにおいて、加速を例に取り従来と本発明のスロットル開度、ＥＧＲ量及び車速の関係を対比して示すタイミングチャートである。図６（ａ）に示すように、従来技術では、時刻ｔ１に加速を開始し、時刻ｔ２に加速を終了するものとすると、時刻ｔ１以前と時刻ｔ２以降では、減速運転が開始されたときに運転性の悪化を懸念してＥＧＲ量を少なくしており、時刻ｔ１，ｔ２間でＥＧＲ量を減少させるものの、やはり余裕を見込んでいる。すなわち、本来なら目標のＥＧＲ量（破線）で示すように、定常運転ではＥＧＲ量を多めにしておき、加速時には少なくするのが望ましいが、実際のＥＧＲ量（実線）はこのように制御できておらず燃費のゲインが小さくなっていた。このため、左下がりのハッチングを付けた領域で示すように、目標のＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量との間に大きな差があった。

これに対し、図６（ｂ）に示すように、本第４の実施形態では、同じく時刻ｔ１に加速を開始し、時刻ｔ２に加速を終了するものとすると、外界認識情報（先行車情報及び信号情報）に基づき加速の可能性を予測し、加速が開始される時刻ｔ１より前の時刻ｔ０の時点で加速可能性を予測してＥＧＲ量を減少させる。そして、時刻ｔ２にＥＧＲ量を増加させる。
このように、外界認識情報で変化がないときにはＥＧＲ量を大きくし、加速の可能性を予測したら定常運転状態のＥＧＲ量を抑えることで、過渡運転への移行の遅れを抑えることができる。
外界認識情報を元に内燃機関が定常運転状態から過渡運転状態に変化するのを予測して、ＥＧＲ量を制御するためのアクチュエータ３の作動状態を変更することで、加速運転が開始されたときの運転性の悪化を考慮する必要がなくなり、ＥＧＲ量を内燃機関１の運転状態に合わせて設定できる。また、時刻ｔ１，ｔ２間でＥＧＲ量を減少させる場合にも余裕を見込む必要がなくなり、遷移時（左下がりのハッチングを付した領域）を除いて目標のＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量をほぼ等しくすることができる。

図７は、本発明をＥＧＲシステムに適用する場合の具体的な動作を示すフローチャートである。ステップＳ３１では、ＥＣＵ４で定常運転時のＥＧＲ量を算出し、この算出したＥＧＲ量をステップＳ３２でＥＧＲ量とする。ステップＳ３３では、ステレオカメラ５ａで撮影した外界認識情報をＥＣＵ４に読み込み、ステップＳ３４で、この読み込んだ外界認識情報に基づき加速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。加速の可能性があると判定されると、ステップＳ３５でＥＣＵ４により加速用ＥＧＲ量を算出し、この算出したＥＧＲ量をステップＳ３６でＥＧＲ量とする。ステップＳ３７では、上記ＥＧＲ量となるようにＥＧＲ弁を駆動するアクチュエータ３によりＥＧＲ制御を行い、ステップＳ３８で加速終了か否か、または加速せずに一定時時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定する。そして、加速終了または一定時間経過した場合にはリターンし、加速が終了していない、または一定時間経過していない場合には、ステップＳ３５に移行し、ステップＳ３５〜Ｓ３８の動作を繰り返す。

一方、ステップＳ３４で加速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ３９に移行し、減速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。減速の可能性があると判定されると、ステップＳ４０で減速用ＥＧＲ量をＥＣＵ４により算出し、この算出したＥＧＲ量をステップＳ４１でＥＧＲ量とする。ステップＳ４２では、上記ＥＧＲ量となるようにＥＧＲ弁を駆動するアクチュエータ３によりＥＧＲ制御を行い、ステップＳ４３で減速終了か否か、または減速せずに一定時時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定する。そして、減速終了または一定時間経過した場合にはリターンし、減速が終了していない、または一定時間経過していない場合には、ステップＳ４０に移行し、ステップＳ４０〜Ｓ４３の動作を繰り返す。
また、ステップＳ３９で、減速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ４４でＥＧＲ弁を駆動するアクチュエータ３によりＥＧＲ制御を行い、ステップＳ３１に移行する。
ここで、「定常時ＥＧＲ量＞加速用ＥＧＲ量」の関係を満たしており、加速用ＥＧＲ量と減速用ＥＧＲ量はほぼ等しい。

図８は、本発明をＥＧＲシステムに適用する場合の具体的な他の動作を示すフローチャートである。本例では、加減速の確率を演算し、定常運転時のＥＧＲ量と加減速用ＥＧＲ量をマップ補間する。
ステップＳ５１では、エンジン（ＥＮＧ）１の定常運転時のＥＧＲ量をＥＣＵ４で算出し、この算出したＥＧＲ量をステップＳ５２でＥＧＲ量とする。ステップＳ５３では、ステレオカメラ５ａで撮影した外界認識情報をＥＣＵ４に読み込み、ステップＳ５４で、この読み込んだ外界認識情報に基づきエンジンの加速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。エンジン加速の可能性があると判定されると、ステップＳ５５で加速用ＥＧＲ量をＥＣＵ４により算出し、この算出したＥＧＲ量をステップＳ５６でＥＧＲ量とする。そして、ステップＳ５７で、上記ＥＧＲ量となるようにＥＧＲ弁を駆動するアクチュエータ３によりＥＧＲ制御を行い、リターンする。

一方、ステップＳ５４でエンジン加速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ５８に移行し、エンジン減速の可能性があるか否かをＥＣＵ４により判定する。エンジン減速の可能性があると判定されると、ステップＳ５９で減速用ＥＧＲ量をＥＣＵ４により算出し、この算出した減速時ＥＧＲ量をステップＳ６０でＥＧＲ量とする。そして、上記ステップＳ５７に移行し、上記ＥＧＲ量となるようにＥＧＲ弁を駆動するアクチュエータ３によりＥＧＲ制御を行い、リターンする。

また、ステップＳ５８で、エンジン減速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ６１に移行し、エンジン加速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。エンジン加速の可能性があると判定されると、ステップＳ６２で加速用ＥＧＲ量をＥＣＵ４により算出し、この算出したＥＧＲ量に対してステップＳ６３で加速確率演算を行う。加速確率演算には、例えば図４（ａ）の重み付けランクにしたがって、各々の外界認識情報に重み付けを行って用いる。次のステップＳ６４では、「ＥＧＲ量＝加速確率×加速用ＥＧＲ量＋（１−加速確率）×定常時ＥＧＲ量」の演算をＥＣＵ４で行う。ステップＳ６５では、加速せずに一定時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定し、一定時間経過した場合には、ステップＳ６６で定常時ＥＧＲ量をＥＧＲ量に設定し、上記ステップＳ５７でＥＧＲ制御を行い、リターンする。

更に、ステップＳ６１で、エンジン加速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ６７に移行し、エンジン減速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。エンジン減速の可能性があると判定されると、ステップＳ６８で減速用ＥＧＲ量をＥＣＵ４により算出し、この算出したＥＧＲ量に対してステップＳ６９で減速確率演算をＥＣＵ４により行う。減速確率演算には、例えば図４（ｂ）の重み付けランクにしたがって、各々の外界認識情報に重み付けを行って用いる。次のステップＳ７０では、「ＥＧＲ量＝減速確率×減速用ＥＧＲ量＋（１−減速確率）×定常時ＥＧＲ量」の演算をＥＣＵ４により行う。ステップＳ７１では、減速終了か、または減速せずに一定時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定し、減速終了か、または一定時間経過した場合には、ステップＳ７２で定常時ＥＧＲ量をＥＧＲ量に設定し、上記ステップＳ５７でＥＧＲ制御を行い、リターンする。

ステップＳ６７で、エンジン減速の可能性がないと判定された場合、及びステップＳ７１で、減速終了ではない、または減速せずに一定時間経過していないと判定された場合には、それぞれ上記ステップＳ５７でＥＧＲ制御を行い、リターンする。
ここで、「定常時ＥＧＲ量＞加速用ＥＧＲ量」の関係を満たしており、加速用ＥＧＲ量と減速用ＥＧＲ量はほぼ等しい。

本第４の実施形態によれば、実際の過渡運転開始前の予測によって、燃焼ガス量の割合が減少設定されるので、非過渡運転状態での燃焼ガス量の割合を燃焼悪化限界により近い量まで増大させることができ、燃費向上効果を増大させることができる。また、この状態から外界認識による予測によって燃焼ガス量の割合を減少させるので、実際の過渡運転への移行に際して燃焼の悪化を抑制することができ、運転性の悪化も抑制することができる。更に、ＥＧＲの応答遅れによる失火も抑制できる。

［第５の実施形態］
図９は、本発明の第５の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、冷却水コントロールシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。本第５の実施形態は、内燃機関を冷却するための冷却水の流量または流通経路を制御するための内燃機関の制御装置である。内燃機関１の非過渡運転状態では、機関運転状態に応じて過渡運転状態のときよりも少なくともシリンダヘッドの温度を高い温度になるように冷却水を制御し、内燃機関１の非過渡運転状態において、車両の外部状態を認識するための外界認識装置５からの外界認識情報に基づいて、過渡運転状態への変化を予測する。そして、減速運転が予測されるときに、内燃機関１のシリンダヘッドに流通する冷却水流量を増大させる。

ステップＳ８１では、内燃機関１の冷却水温を定常運転用（非過渡運転用）に設定する。ステップＳ８２ではステレオカメラ５ａで撮影した先行車情報、ステップＳ８３では信号情報をそれぞれＥＣＵ４に読み込み、ステップＳ８４で加速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。そして、加速の可能性があると判定されると、ステップＳ８５で水温を「定常運転用−過渡運転用余裕代」に設定し、可能性がないと判定されると、ステップＳ８１に戻り、ステップＳ８１〜Ｓ８４の動作を繰り返す。

図１０（ａ），（ｂ）はそれぞれ、可変冷却水温システムにおいて、加速を例に取り従来と本発明のスロットル開度、水温及び車速の関係を対比して示すタイミングチャートである。図１０（ａ）に示すように、従来技術では、時刻ｔ１に加速を開始し、時刻ｔ２に加速を終了するものとすると、時刻ｔ１以前と時刻ｔ２以降で、減速運転が開始されたときに運転性の悪化を懸念して水温を低めにしており、時刻ｔ１，ｔ２間で水温を低くするものの、余裕を見込んでいる。このため、水温を好ましい状態に制御できていなかった。

これに対し、図１０（ｂ）に示すように、本第５の実施形態では、同じく時刻ｔ１に加速を開始し、時刻ｔ２に加速を終了するものとすると、外界認識情報（先行車情報及び信号情報）に基づき加速の可能性を予測し、加速が開始される時刻ｔ１より前の時刻ｔ０の時点で加速可能性を予測して水温を低くし、時刻ｔ２に水温を高くする。
このように、外界認識情報を元に内燃機関が定常状態から過渡状態に運転変化するのを予測して、水温を制御するためのアクチュエータ３の作動状態を変更することで、加速運転が開始されたときの運転性の悪化を考慮する必要がなくなり、水温を内燃機関１の運転状態に合わせて設定できる。また、時刻ｔ１，ｔ２間で水温を低くする場合にも余裕を見込む必要がなくなり、遷移時を除いて目標の水温と実際の水温をほぼ等しくすることができる。

図１１は、本発明を可変冷却水温システムに適用する場合の具体的な動作を示すフローチャートである。ステップＳ９１では、ＥＣＵ４で定常運転時の冷却水温度を算出し、この算出した定常時冷却水温をステップＳ９２で冷却水温とする。ステップＳ９３では、ステレオカメラ５ａで撮影した外界認識情報をＥＣＵ４に読み込み、ステップＳ９４で、この読み込んだ外界認識情報に基づき加速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。加速の可能性があると判定されると、ステップＳ９５でＥＣＵ４により加速用冷却水温（目標）を算出し、この算出した加速用冷却水温をステップＳ９６で冷却水温とする。ステップＳ９７では、目標水温となるように水温センサ７ｂの信号に基づくウォーターポンプ流量制御、もしくはＭＶＣによるラジエータへの流量制限等でフィードバック制御を行い、ステップＳ９８で加速終了か否か、または加速せずに一定時時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定する。そして、加速終了または一定時間経過した場合にはリターンし、加速が終了していない、または一定時間経過していない場合には、ステップＳ９５に移行し、ステップＳ９５〜Ｓ９８の動作を繰り返す。

一方、ステップＳ９４で加速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ９９に移行し、減速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。減速の可能性があると判定されると、ステップＳ１００で減速用冷却水温をＥＣＵ４により算出し、この算出した減速用冷却水温をステップＳ１０１で冷却水温とする。ステップＳ１０２では、目標水温となるように水温センサ７ｂの信号に基づくウォーターポンプ流量制御、もしくはＭＶＣによるラジエータへの流量制限等でフィードバック制御を行い、ステップＳ１０３で減速終了か否か、または減速せずに一定時時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定する。そして、減速終了または一定時間経過した場合にはリターンし、減速が終了していない、または一定時間経過していない場合には、ステップＳ１００に移行し、ステップＳ１００〜Ｓ１０３の動作を繰り返す。

また、ステップＳ９９で、減速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ１０４で目標水温となるように水温センサ７ｂの信号に基づくウォーターポンプ流量制御、もしくはＭＶＣによるラジエータへの流量制限等でフィードバック制御を行い、ステップＳ９１に移行する。
ここで、「定常時冷却水温＞加速用冷却水温」の関係を満たしており、加速用冷却水温と減速用冷却水温はほぼ等しい。

図１２は、本発明を可変冷却水温システムに適用する場合の具体的な他の動作を示すフローチャートである。本例では、加減速の確率を演算し、定常運転時の冷却水温と加減速用冷却水温をマップ補間する。
ステップＳ１１１では、定常運転時の冷却水温をＥＣＵ４により算出し、この算出した定常時冷却水温をステップＳ１１２で冷却水温とする。ステップＳ１１３では、ステレオカメラ５ａで撮影した外界認識情報をＥＣＵ４に読み込み、ステップＳ１１４で、この読み込んだ外界認識情報に基づきエンジンの加速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。エンジン加速の可能性があると判定されると、ステップＳ１１５で加速用冷却水温をＥＣＵ４により算出し、この算出した加速時冷却水温をステップＳ１１６で冷却水温に設定し、リターンする。

一方、ステップＳ１１４でエンジン加速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ１１７に移行し、エンジン減速の可能性があるか否かをＥＣＵ４により判定する。エンジン減速の可能性があると判定されると、ステップＳ１１８で減速用冷却水温を算出し、この算出した減速時冷却水温をステップＳ１１９で冷却水温に設定し、リターンする。

また、ステップＳ１１７で、エンジン減速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ１２０に移行し、エンジン加速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。エンジン加速の可能性があると判定されると、ステップＳ１２１で加速用冷却水温をＥＣＵ４により算出し、この算出した加速時冷却水温に対してステップＳ１２２で加速確率演算を行う。加速確率演算には、例えば図４（ａ）の重み付けランクにしたがって、各々の外界認識情報に重み付けを行って用いる。次のステップＳ１２３では、「冷却水温＝加速確率×加速用冷却水温＋（１−加速確率）×定常時冷却水温」の演算をＥＣＵ４で行う。ステップＳ１２４では、加速終了か否か、または加速せずに一定時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定し、加速終了または一定時間経過した場合には、ステップＳ１２５で定常時冷却水温を冷却水温に設定し、リターンする。

更に、ステップＳ１２０で、エンジン加速の可能性がないと判定された場合には、ステップＳ１２６に移行し、エンジン減速の可能性があるか否かをＥＣＵ４で判定する。エンジン減速の可能性があると判定されると、ステップＳ１２７で減速用冷却水温をＥＣＵ４により算出し、この算出した減速時冷却水温に対してステップＳ１２８で減速確率演算をＥＣＵ４により行う。減速確率演算には、例えば図４（ｂ）の重み付けランクにしたがって、各々の外界認識情報に重み付けを行って用いる。次のステップＳ１２９では、「冷却水温＝減速確率×減速用冷却水温＋（１−減速確率）×定常時冷却水温」の演算をＥＣＵ４により行う。ステップＳ１３０では、減速終了か、または減速せずに一定時間経過したか否かをＥＣＵ４で判定し、減速終了か、または一定時間経過した場合には、ステップＳ１２３で定常時冷却水温を冷却水温に設定し、リターンする。

ステップＳ１２６で、エンジン減速の可能性がないと判定された場合、及びステップＳ１３０で、減速終了ではない、または減速せずに一定時間経過していないと判定された場合には、それぞれリターンする。
ここで、「定常時冷却水温＞加速用冷却水温」の関係を満たしており、加速用冷却水温と減速用冷却水温はほぼ等しい。

本第５の実施形態によれば、冷却水によって内燃機関１のシリンダヘッド温度が低下する温度勾配を緩やかにでき、減速を予測してシリンダヘッドの冷却水流量を増大させることで、非過渡運転状態でのシリンダヘッド温度をより高めてノック限界温度に近づけることができる。これによって、内燃機関１のフリクションを低減でき、燃費を向上させることができる。
また、内燃機関１が実際に過渡運転状態になったときには、シリンダヘッド温度をより低下させることができ、過渡運転状態でのノッキングやプレイグニッションの発生を抑制することができる。

［第６の実施形態］
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＶＣＲシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。すなわち、アクチュエータ３が、内燃機関１の筒内の実圧縮比もしくは、有効圧縮比のいずれかの圧縮比を変更する機構を駆動するアクチュエータであり、非過渡運転状態では、機関運転状態に応じて設定される圧縮比となるようアクチュエータ３が制御され、過渡運転状態への変化が予測されたときに圧縮比を減少させる。

ステップＳ１４１では、内燃機関１の圧縮比を定常運転用（非過渡運転用）に設定する。ステップＳ１４２では先行車情報、ステップＳ１４３では信号情報をそれぞれ読み込み、ステップＳ１４４で加速の可能性があるか否かを判定する。そして、加速の可能性があると判定されると、ステップＳ１４４で圧縮比を「定常運転用−過渡運転用余裕代」に設定し、可能性がないと判定されると、ステップＳ１４１に戻り、ステップＳ１４１〜Ｓ１４４の動作を繰り返す。

本第６の実施形態によれば、実際の過渡運転開始前の予測によって、圧縮比が減少されるので、圧縮比がノック限界圧縮比により近い圧縮比まで高めることができ、燃費向上効果を増大させることができる。
また、この状態から予測によって圧縮比を減少させるので、実際の過渡運転への移行に際して圧縮比の応答遅れによるノッキングの発生を抑制することができ、運転性の悪化を抑制することができる。

［第７の実施形態］
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＦＰＣＳシステムに適用する場合の動作を示すフローチャートである。すなわち、アクチュエータ３が、内燃機関に燃料を供給するための電動式燃料ポンプのアクチュエータであって、非過渡運転状態では、機関運転状態に応じた吐出量となるように電動式燃料ポンプが駆動制御され、加速運転への変化が予測されたときに電動式燃料ポンプの吐出量を増加させる。

ステップＳ１５１では、内燃機関１の燃圧を定常運転用（非過渡運転用）に設定する。ステップＳ１５２では先行車情報、ステップＳ１５３では信号情報をそれぞれ読み込み、ステップＳ１５４で加速の可能性があるか否かを判定する。そして、加速の可能性があると判定されると、ステップＳ１５５で燃圧を「定常運転用＋過渡運転用」に設定し、可能性がないと判定されると、ステップＳ１５１に戻り、ステップＳ１５１〜Ｓ１５４の動作を繰り返す。

本第７の実施形態によれば、実際の加速運転開始前の予測によって、電動式燃料ポンプの吐出量を増大させるので、非過渡運転では機関運転に必要とする燃料を吐出しつつ、電動式燃料ポンプの駆動力（駆動電圧または駆動電流など）を低下させることができ、消費電力の削減により燃費を高めることができる。
また、実際の加速が開始されるときは、電動式燃料ポンプの吐出量が増大されているので、燃料吐出不足による燃焼性の悪化を抑制することができる。

［第８の実施形態］
図１５は、本発明の第８の実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明するためのもので、ＦＰＣＳシステムに適用する場合の他の動作を示すフローチャートである。すなわち、アクチュエータ３が、内燃機関に燃料を供給するための電動式燃料ポンプのアクチュエータであって、非過渡運転状態では、機関運転状態に応じた吐出量となるよう電動式燃料ポンプが駆動制御され、加速運転への変化が予測されたときに電動式燃料ポンプの吐出量を増加させる。

ステップＳ１６１では、内燃機関１の燃圧を定常運転用（非過渡運転用）に設定する。ステップＳ１６２では外界認識情報を読み込み、ステップＳ１６３でワインディングロードか否か、登坂か否か、及び降坂か否かを判定する。そして、いずれか１つを満たすと判定されると、ステップＳ１６４で燃圧をジェットポンプ（Ｊ／Ｐ）の流量確保燃圧に設定し、何れも満たさないと判定されると、ステップＳ１６１に戻り、ステップＳ１６１〜Ｓ１６３の動作を繰り返す。
本第８の実施形態によれば、第７の実施形態と実質的に同様な作用効果が得られる。

なお、本発明は上述した第１乃至第８の実施形態に限定されるものではなく、要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。
＜変形例１＞
例えば、内燃機関１の過渡運転状態への変化を、外界認識情報だけでなく、車輪の操舵情報を加えて予測するようにしても良い。操舵情報、例えば操舵角センサ７ａでのステアリングの操舵検出や方向指示器信号の発信などを予測パラメータとすることで、予測精度を向上することができる。

＜変形例２＞
また、内燃機関１の過渡運転状態への変化を、外界認識情報だけでなく、車両の位置情報と地図情報を含む車両走行路情報を加えて予測するようにしても良い。車両の位置情報と地図情報としては、ナビゲーションシステム６から高速道路及びインターチェンジ情報や交差点情報等を読み込み、これらを予測パラメータとすることで、内燃機関１の過渡運転状態の発生地点、もしくは現在地から過渡運転状態の発生地点までの時間が予測できるので予測精度を向上することができる。

＜変形例３＞
更に、内燃機関の過渡運転状態への変化を、外界認識情報、車両の位置情報と地図情報を含む車両走行路情報、及び車両の位置情報と地図情報を含む車両走行路情報を加えて予測するようにしても良いのはもちろんである。このような総合的な予測を行うことで、予測精度を更に向上することができる。

１…内燃機関、２…可変機構、３…アクチュエータ、４…ＥＣＵ、５…外界認識装置、５ａ…ステレオカメラ、６…ナビゲーションシステム、７…各種センサ、７ａ…操舵角センサ、７ｂ…水温センサ、７ｃ…スロットルセンサ、７ｄ…加速センサ、７ｅ…回転センサ

Claims (8)

1. 内燃機関における燃焼状態を変更する可変機構のアクチュエータを制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化を外界認識情報に基づき予測し、前記アクチュエータによる前記可変機構の制御量を、非過渡運転用から過渡運転用に変更するように構成され、
   前記外界認識情報が複数の情報を含み、取得した複数の情報に対してそれぞれに対応する重み付けを行って過渡運転の確率を算出し、
   前記過渡運転状態への変化が予測されてから前記内燃機関が過渡運転状態となるまでの期間に、前記過渡運転の確率に応じて過渡運転用と非過渡運転用の制御量を算出して前記アクチュエータを制御する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関における燃焼状態を変更する可変機構のアクチュエータを制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化を外界認識情報に基づき予測し、前記アクチュエータによる前記可変機構の制御量を、非過渡運転用から過渡運転用に変更するように構成され、
   前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化を予測してから、運転状態が変化せずに一定時間経過した場合は、前記可変機構の制御量を、過渡運転用から非過渡運転用に戻す、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記アクチュエータによる前記可変機構の制御量の変更は、前記内燃機関が非過渡運転状態から過渡運転状態へ変化する前に実行する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記外界認識情報が、車両の走行経路における前方の環境情報であり、車両の加速または減速に関連する情報を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の過渡運転状態への変化を、前記外界認識情報と車輪の操舵情報とに基づいて予測する、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の過渡運転状態への変化を、前記外界認識情報と、車両の位置情報及び地図情報を含む車両走行路情報とに基づいて予測する、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記可変機構が、前記内燃機関の筒内に吸入される新気量に対する燃焼ガスの割合を変更する機構であり、
   前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態への変化が予測されたときに、燃焼ガスの割合を減少させるように前記アクチュエータを制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記可変機構が、前記内燃機関を冷却するための冷却水の流量または流通経路を変更する機構であり、
   前記内燃機関の非過渡運転状態から過渡運転状態で加速運転が予測されるときに、シリンダヘッドに流通する冷却水流量を増大させるように前記アクチュエータを制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。