JP6463121B2

JP6463121B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP6463121B2
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Inventors: 勝重韮塚
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Description

本発明は、エンジン特性を変化させる可変デバイスを備えたエンジン制御装置に関する。

エンジン特性を変化させる可変デバイスとして、バルブタイミングやバルブリフト量を制御する可変動弁機構や、排気系から吸気系に排出ガスを供給する排気再循環機構等がある（特許文献１および２参照）。これらの可変デバイスを用いることにより、エンジンの吸入空気量や膨張比を変化させることができ、エンジン特性を変化させることができる。例えば、低負荷走行時には、エンジンの燃費性能を向上させるように、可変デバイスを用いてエンジン特性が制御される。一方、高負荷走行時には、エンジンの動力性能を向上させるように、可変デバイスを用いてエンジン特性が制御される。

特開平１０−１８４４０８号公報特開２００７−２７８０８３号公報

ところで、燃費性能を向上させる際の可変デバイスの制御内容と、動力性能を向上させる際の可変デバイスの制御内容とでは、相反する制御内容になることが一般的である。このため、１つの制御マップを用いて可変デバイスを制御した場合には、燃費性能と動力性能とを共に向上させることが困難であった。そこで、燃費性能を優先する制御マップと動力性能を優先する制御マップとを別個に準備し、走行状況に応じて制御マップを切り替える制御方法が考えられる。しかしながら、単純に制御マップを切り替えることは、エンジンのトルク変動を招く要因となっていた。

本発明の目的は、可変デバイスの制御マップを切り替える際のトルク変動を抑制することにある。

本発明のエンジン制御装置は、エンジン特性を変化させる可変デバイスを備えたエンジン制御装置であって、エンジンの動力性能よりも燃費性能を優先する第１制御マップと、前記エンジンの燃費性能よりも動力性能を優先する第２制御マップとに基づいて、前記可変デバイスを制御するデバイス制御部と、前記エンジンの吸気通路に設けられ、前記吸気通路の開口面積を変化させるスロットルバルブと、前記エンジンの目標トルクに基づいて前記スロットルバルブを制御し、前記エンジンの目標トルクに出力トルクを追従させるトルク追従制御を実行するスロットル制御部と、を有し、前記デバイス制御部は、アクセル操作速度とアクセル操作量との少なくともいずれか一方に基づいて、前記第１制御マップと前記第２制御マップとの切替時間を設定し、前記デバイス制御部は、前記トルク追従制御が実行された状態のもとで、前記切替時間をかけて前記第１制御マップと前記第２制御マップとを切り替えることにより、前記可変デバイスの制御目標値を、切替前の制御マップに基づき設定される制御目標値から、切替後の制御マップに基づき設定される制御目標値まで、前記切替時間をかけて連続的あるいは段階的に変化させる。

本発明によれば、トルク追従制御が実行された状態のもとで、第１制御マップと第２制御マップとを切り替えることにより、エンジンの燃費性能および動力性能を向上させつつ、エンジンのトルク変動を抑制することができる。

本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置を示す図である。制御ユニットを構成するスロットル制御部の一例を示すブロック図である。制御ユニットを構成するデバイス制御部の一例を示すブロック図である。（ａ）および（ｂ）は、ＶＶＴ機構の制御に用いられる制御マップの一例を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、ＥＧＲ機構の制御に用いられる制御マップの一例を示す図である。比較例１の制御状況を示すタイミングチャートである。燃費優先マップと出力優先マップとを纏めた制御マップを示すイメージ図である。比較例２の制御状況を示すタイミングチャートである。実施例１の制御状況を示すタイミングチャートである。（ａ）は燃費優先マップを示すイメージ図であり、（ｂ）は出力優先マップを示すイメージ図である。実施例２の制御状況を示すタイミングチャートである。（ａ）はアクセル操作速度に基づいて設定される切替時間の例を示す線図であり、（ｂ）はアクセル開度に基づいて設定される切替時間の例を示す線図である。本発明の他の実施の形態であるエンジン制御装置の一部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置１０を示す図である。図１に示すように、エンジン制御装置１０は、内燃機関であるエンジン１１を備えている。エンジン１１は、クランク軸１２を収容するクランクケース１３と、ピストン１４を収容するシリンダ１５とを有している。また、クランク軸１２とピストン１４とは、コネクティングロッド１６を介して連結されている。さらに、エンジン１１のシリンダヘッド１７には、燃焼室１８に開口する吸気ポート１９および排気ポート２０が形成されている。シリンダヘッド１７の吸気ポート１９には吸気管（吸気通路）２１が接続されており、シリンダヘッド１７の排気ポート２０には排気管（排気通路）２２が接続されている。

吸気管２１には、吸入空気量を調整するスロットルボディ３０が設けられている。スロットルボディ３０は、吸気管２１の開口面積を変化させるスロットルバルブ３１を有している。スロットルバルブ３１は、吸気管２１の開口面積を最小にする全閉位置から、吸気管２１の開口面積を最大にする全開位置まで、回動自在にスロットルボディ３０に組み付けられている。スロットルバルブ３１の作動位置を制御することにより、吸気管２１の開口面積を自在に変化させることができ、吸気ポート１９に流入する吸入空気量を制御することができる。また、スロットルボディ３０は、スロットルバルブ３１を回動させるアクチュエータとしてスロットルモータ３２を備えている。なお、吸気管２１には、エアクリーナ３３が取り付けられている。

シリンダヘッド１７には、吸気ポート１９を開閉する吸気バルブ４０が設けられており、排気ポート２０を開閉する排気バルブ４１が設けられている。また、シリンダヘッド１７には、吸気バルブ４０を駆動する吸気カム軸４２が設けられており、排気バルブ４１を駆動する排気カム軸４３が設けられている。さらに、エンジン１１には、可変デバイスとして、吸気バルブ４０および排気バルブ４１のバルブタイミング（バルブ開閉時期）を制御する可変動弁機構４４（以下、ＶＶＴ機構と記載する。）が設けられている。ＶＶＴ機構４４は、吸気カム軸４２と吸気スプロケット４５との間に設けられる吸気アクチュエータ４６と、排気カム軸４３と排気スプロケット４７との間に設けられる排気アクチュエータ４８とを有している。図示する吸気および排気アクチュエータ４６，４８は、作動油によって制御される油圧アクチュエータである。吸気および排気アクチュエータ４６，４８には、複数の電磁バルブや油路からなるバルブユニット４９が接続されている。

バルブユニット４９を用いて吸気アクチュエータ４６に供給される作動油を制御することにより、吸気カム軸４２と吸気スプロケット４５とを相対的に回動させることが可能である。これにより、吸気バルブ４０のバルブタイミングを、進角側や遅角側に制御することができる。同様に、バルブユニット４９を用いて排気アクチュエータ４８に供給される作動油を制御することにより、排気カム軸４３と排気スプロケット４７とを相対的に回動させることが可能である。これにより、排気バルブ４１のバルブタイミングを、進角側や遅角側に制御することができる。なお、ＶＶＴとは、「Variable Valve Timing」である。

また、エンジン１１には、可変デバイスとして、排気管２２から吸気管２１に排出ガスを供給する排気再循環機構５０（以下、ＥＧＲ機構と記載する。）が設けられている。ＥＧＲ機構５０は、排気管２２に接続される第１配管５１と、吸気管２１に接続される第２配管５２と、第１配管５１および第２配管５２を接続するＥＧＲバルブ５３と、を有している。ＥＧＲバルブ５３を開放側に制御することにより、排気管２２から第１および第２配管５１，５２を経て吸気管２１に案内される排出ガス量（以下、還流ガス量と記載する。）を増加させることができる。一方、ＥＧＲバルブ５３を閉塞側に制御することにより、還流ガス量を減少させることができる。なお、ＥＧＲとは、「Exhaust Gas Recirculation」である。

エンジン制御装置１０には、スロットルボディ３０、ＶＶＴ機構４４、およびＥＧＲ機構５０等を制御する制御ユニット６０が設けられている。制御ユニット６０には、各種センサから、エンジン１１等の運転状態を示す信号が入力されている。制御ユニット６０は、各種センサからの入力信号に基づいてエンジン１１の運転状態を判断し、後述するエンジン１１の要求トルクに出力トルクを追従させるため、スロットルバルブ３１を制御して吸入空気量を調整する。ここで、要求トルクとは、エンジン１１に対して出力が要求されるエンジントルクである。また、出力トルクとは、エンジン１１から実際に出力されるエンジントルクであり、実トルクとも呼ばれている。

制御ユニット６０に接続される各種センサとして、スロットルバルブ３１の作動位置つまりスロットル開度を検出するスロットルセンサ６１、吸気管２１を通過する吸入空気量を検出するエアフローセンサ６２、吸気管２１内の吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ６３がある。また、各種センサとして、アクセルペダル６４の踏み込み量（以下、アクセル開度と記載する。）を検出するアクセルセンサ６５、クランク軸１２の回転速度つまりエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ６６、車両の走行速度つまり車速を検出する車速センサ６７等がある。なお、制御ユニット６０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されるマイクロコンピュータが組み込まれている。

図２は制御ユニット６０を構成するスロットル制御部７０の一例を示すブロック図である。図２に示すように、制御ユニット６０のスロットル制御部７０は、要求トルク設定部７１、目標空気量設定部７２、フィードバック係数算出部７３、および目標開口面積算出部７４を有している。要求トルク設定部７１は、アクセルセンサ６５から入力されるアクセル開度Ａｃｃに基づいて、エンジン１１に要求される要求トルク（目標トルク）Ｔｔｅを設定する。要求トルク設定部７１は、アクセル開度が増加する程に、設定する要求トルクＴｔｅを増加させる一方、アクセル開度が減少する程に、設定する要求トルクＴｔｅを減少させる。また、目標空気量設定部７２は、要求トルク設定部７１から入力される要求トルクＴｔｅに基づいて、吸入空気量の目標値である目標吸入空気量Ｔｇｎを設定する。目標空気量設定部７２は、要求トルクＴｔｅが増加する程に、設定する目標吸入空気量Ｔｇｎを増加させる一方、要求トルクＴｔｅが減少する程に、設定する目標吸入空気量Ｔｇｎを減少させる。

フィードバック係数算出部７３には、エアフローセンサ６２から実際の吸入空気量ＧＮが入力され、目標空気量設定部７２から目標吸入空気量Ｔｇｎが入力される。このフィードバック係数算出部７３は、目標吸入空気量Ｔｇｎを吸入空気量ＧＮで除算し、フィードバック係数αを算出する（α＝Ｔｇｎ／ＧＮ）。また、目標開口面積算出部７４には、スロットルセンサ６１から現在のスロットル開度ＴＯが入力され、フィードバック係数算出部７３からフィードバック係数αが入力される。目標開口面積算出部７４は、スロットル開度ＴＯから現在の吸気管２１の開口面積ＯＡを算出し、この開口面積ＯＡにフィードバック係数αを乗算する。このように、目標開口面積算出部７４は、吸気管２１の開口面積の目標値である目標開口面積Ｔｏａを算出する（Ｔｏａ＝ＯＡ×α）。

また、制御ユニット６０のスロットル制御部７０は、モータ制御部７５を有している。モータ制御部７５は、目標開口面積Ｔｏａに基づき目標スロットル開度Ｔｔｏを設定し、目標スロットル開度Ｔｔｏをスロットルモータ３２に送信する。そして、スロットルモータ３２は、目標スロットル開度Ｔｔｏに基づきスロットルバルブ３１の作動位置を制御し、吸気管２１を通過する吸入空気量を目標吸入空気量Ｔｇｎに向けて増減させる。このように、スロットルボディ３０を制御して吸入空気量を増減させることにより、目標吸入空気量Ｔｇｎに応じた出力トルクＴＥを得ることができ、要求トルクＴｔｅに向けて出力トルクＴＥを制御することができる。

すなわち、制御ユニット６０のスロットル制御部７０は、要求トルクＴｔｅに基づいてスロットルバルブ３１を制御することにより、要求トルクＴｔｅに出力トルクＴＥを追従させるトルク追従制御を実行している。このトルク追従制御とは、要求トルクＴｔｅに応じて出力トルクＴＥを制御する所謂トルクデマンド制御である。なお、スロットル制御部７０は、常にアクセル開度Ａｃｃに基づいてトルク追従制御を実行している。つまり、スロットル制御部７０は、所定時間毎にアクセル開度Ａｃｃに基づいて要求トルクＴｔｅを算出し、この要求トルクＴｔｅに基づいて目標スロットル開度Ｔｔｏを更新している。

図３は制御ユニット６０を構成するデバイス制御部８０の一例を示すブロック図である。図３に示すように、制御ユニット６０のデバイス制御部８０は、制御マップ判定部８１、ＶＶＴ制御部８２、およびＥＧＲ制御部８３を有している。制御マップ判定部８１は、ＶＶＴ機構４４およびＥＧＲ機構５０の制御に用いる制御マップを、アクセル操作量であるアクセル開度Ａｃｃに基づいて、燃費優先マップおよび出力優先マップから選択する。ここで、燃費優先マップ（第１制御マップ）とは、エンジン１１の動力性能よりも燃費性能を優先する制御マップである。出力優先マップ（第２制御マップ）とは、エンジン１１の燃費性能よりも動力性能を優先する制御マップである。制御マップ判定部８１は、アクセル開度Ａｃｃが所定の閾値を下回る場合に、運転手が加速走行を要求していないと判断して燃費優先マップを選択する。一方、制御マップ判定部８１は、アクセル開度Ａｃｃが所定の閾値を上回る場合に、運転手が加速走行を要求していると判断して出力優先マップを選択する。

制御ユニット６０のＶＶＴ制御部８２は、吸入空気量ＧＮおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて、燃費優先マップまたは出力優先マップを参照し、ＶＶＴ機構４４の制御目標値（進角量，遅角量）を設定する。そして、ＶＶＴ制御部８２は、制御目標値に基づいてバルブユニット４９を制御し、制御目標値に向けてＶＶＴ機構４４の作動状態を制御する。同様に、制御ユニット６０のＥＧＲ制御部８３は、吸入空気量ＧＮおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて、燃費優先マップまたは出力優先マップを参照し、ＥＧＲ機構５０の制御目標値（還流ガス量）を設定する。そして、ＥＧＲ制御部８３は、制御目標値に基づいてＥＧＲバルブ５３を制御し、制御目標値に向けてＥＧＲ機構５０の作動状態を制御する。

ここで、図４（ａ）および（ｂ）は、ＶＶＴ機構４４の制御に用いられる制御マップの一例を示す図である。図４（ａ）には、燃費優先マップが示されており、図４（ｂ）には、出力優先マップが示されている。なお、図４（ａ）および（ｂ）に示される制御マップは、吸気バルブ４０のバルブタイミング、つまり吸気カム軸４２の位相を制御する際に用いられる制御マップである。

図４（ａ）に示すように、燃費優先マップが選択されると、ＶＶＴ制御部８２は、エンジン回転数および吸入空気量に基づいて、吸気バルブ４０のバルブタイミングを遅角側に制御する。このように、吸気バルブ４０のバルブタイミングを遅らせることにより、シリンダ１５内から吸気ポート１９に吸入空気を戻すことができ、エンジン１１の膨張比を高めることができる。すなわち、エンジン１１のミラーサイクル化を達成することができ、エンジン１１の燃費性能を向上させることができる。一方、図４（ｂ）に示すように、出力優先マップが選択されると、ＶＶＴ制御部８２は、エンジン回転数および吸入空気量に基づいて、吸気バルブ４０のバルブタイミングを進角側に制御する。このように、吸気バルブ４０のバルブタイミングを進めることにより、シリンダ１５に対する吸入空気の充填量を増加させることができ、エンジン１１の動力性能を向上させることができる。このように、燃費優先マップと出力優先マップとを切り替えることにより、ＶＶＴ機構４４によってエンジン特性を変化させることができる。

また、図５（ａ）および（ｂ）は、ＥＧＲ機構５０の制御に用いられる制御マップの一例を示す図である。図５（ａ）には、燃費優先マップが示されており、図５（ｂ）には、出力優先マップが示されている。

図５（ａ）に示すように、燃費優先マップが選択されると、ＥＧＲ制御部８３は、エンジン回転数および吸入空気量に基づいて、排気管２２から吸気管２１に供給する排出ガス量を増減させる。このように、排気管２２から吸気管２１に排出ガスを供給することにより、吸入空気の酸素濃度が低下することから、出力トルクを維持しつつ吸入空気量を増加させることができる。すなわち、スロットルバルブ３１を開放側に制御することができるため、ポンピングロスを低減してエンジン１１の燃費性能を向上させることができる。一方、図５（ｂ）に示すように、出力優先マップが選択されると、ＥＧＲ制御部８３は、ＥＧＲバルブ５３を遮断することにより、吸気管２１に対する排出ガスの供給を停止する。これにより、吸入空気の酸素濃度を高めて出力トルクを確保することができ、エンジン１１の動力性能を向上させることができる。このように、燃費優先マップと出力優先マップとを切り替えることにより、ＥＧＲ機構５０によってエンジン特性を変化させることができる。

ところで、燃費優先マップと出力優先マップとを切り替える際には、エンジン特性が変化することから、エンジン１１の出力トルクが変動することになる。この制御マップの切り替えに伴う出力トルクの変動は、所謂ドライバビリティを損なう要因、つまり運転手に違和感を与える要因であった。以下、図６に示される比較例１を用いて、制御マップの切り替えに伴う出力トルクの変動について説明する。

［比較例１］
図６は、比較例１の制御状況を示すタイミングチャートである。図６のタイミングチャートには、制御マップの切り替えに伴う出力トルクの変動状況が示されている。図６に示すように、アクセル開度Ａｃｃが閾値Ａ１を下回る領域では、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０が燃費優先マップに基づき制御される。この燃費優先マップに基づいて、吸気バルブ４０のバルブタイミングＶＴは遅角側に制御され（符号Ｄ１）、還流ガス量ＲＧは増加側に制御される（符号Ｅ１）。また、還流ガス量ＲＧが増加することから、スロットルバルブ３１は開放側に制御される（符号Ｃ１）。続いて、時刻ｔ１で示すように、アクセル開度Ａｃｃが閾値Ａ１に到達すると、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０の制御マップが、燃費優先マップから出力優先マップに切り替えられる。これにより、ＶＶＴ機構４４の制御目標値Ｔｖｔが進角側に設定され（符号Ｄ２）、ＥＧＲ機構５０の制御目標値Ｔｒｇが減少側に設定される（符号Ｅ２）。そして、バルブタイミングＶＴは制御目標値Ｔｖｔに向けて制御され（符号Ｄ３）、還流ガス量ＲＧは制御目標値Ｔｒｇに向けて制御される（符号Ｅ３）。また、還流ガス量ＲＧが減少することから、スロットルバルブ３１は閉塞側に制御される（符号Ｃ２）。符号Ｄ３，Ｅ３で示すように、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０を作動させる際には、制御目標値Ｔｖｔ，Ｔｒｇに対する応答遅れが発生している。このため、燃費優先マップから出力優先マップに切り替える際には、符号Ｂ１で示すように、出力トルクＴＥの立ち上がりが遅れ、出力トルクＴＥに変動が生じていた。

このようなトルク変動は、運転手に違和感を与える要因であることから、出力トルクＴＥの変動を抑制することが求められている。出力トルクＴＥの変動を抑制する方法としては、燃費優先マップと出力優先マップとを連続的に切り替えること、つまり燃費優先マップと出力優先マップとを１つの制御マップに纏めることが考えられる。続いて、図７および図８に示される比較例２を用いて、燃費優先マップと出力優先マップとを纏めた制御マップによる、ＶＶＴ機構４４およびＥＧＲ機構５０の制御状況について説明する。

［比較例２］
図７は、燃費優先マップと出力優先マップとを纏めた制御マップを示すイメージ図である。また、図８は、比較例２の制御状況を示すタイミングチャートである。図８のタイミングチャートには、図７の制御マップを用いた制御状況が示されている。なお、図８に示すアクセル開度Ａｃｃの推移は、図６に示したアクセル開度Ａｃｃの推移と同じである。

図７に示すように、燃費優先マップと出力優先マップとを１つの制御マップに纏めた場合には、吸入空気量つまりエンジントルクが減少する領域に、燃費優先マップに相当する燃費優先領域が設定される。また、吸入空気量つまりエンジントルクが増加する領域に、出力優先マップに相当する出力優先領域が設定される。そして、燃費優先領域と出力優先領域との間には、双方の制御領域を連続的に接続するための移行領域が設定される。このような制御マップを使用することにより、図８に示すように、制御目標値Ｔｖｔや制御目標値Ｔｒｇを緩やかに変化させることができ、出力トルクＴＥを滑らかに変化させることが可能である。しかしながら、移行領域において設定される制御目標値Ｔｖｔ，Ｔｒｇは、燃費性能や動力性能に関して妥協した数値であるため、エンジン１１の燃費性能や動力性能を十分に発揮させることが不可能である。特に、図８に示す場合には、ＥＧＲ機構５０の制御目標値Ｔｒｇが早めに減少することから（符号Ｘａ）、スロットル開度を十分に拡大させることが困難となっていた（符号Ｘｂ）。このため、エンジン１１のポンピングロスを十分に低減することができず、エンジン１１の燃費性能を向上させることが困難であった。

そこで、本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置１０は、前述したように、トルク追従制御が実行された状態のもとで、燃費優先マップと出力優先マップとを切り替えている。続いて、図９に示される実施例１を用いて、トルク追従制御の実行中に制御マップを切り替えることについて説明する。

［実施例１］
図９は、実施例１の制御状況を示すタイミングチャートである。図９のタイミングチャートには、トルク追従制御の実行中に制御マップを切り替えたときの出力トルクの推移を示すタイミングチャートである。なお、図９に示すアクセル開度Ａｃｃの推移は、図６に示したアクセル開度Ａｃｃの推移と同じである。また、図９において、図６に示す制御状況と同様の制御状況については、同一の符号が付されている。

図９に示すように、アクセル開度Ａｃｃが閾値Ａ１を下回る領域では、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０が燃費優先マップに基づき制御される。この燃費優先マップに基づいて、吸気バルブ４０のバルブタイミングＶＴは遅角側に制御され（符号Ｄ１）、還流ガス量ＲＧは増加側に制御される（符号Ｅ１）。また、還流ガス量ＲＧが増加することから、スロットルバルブ３１は開放側に制御される（符号Ｃ１）。続いて、時刻ｔ１で示すように、アクセル開度Ａｃｃが閾値Ａ１に到達すると、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０の制御マップが、燃費優先マップから出力優先マップに切り替えられる。これにより、ＶＶＴ機構４４の制御目標値Ｔｖｔは進角側に設定され（符号Ｄ２）、ＥＧＲ機構５０の制御目標値Ｔｒｇは減少側に設定される（符号Ｅ２）。そして、バルブタイミングＶＴは制御目標値Ｔｖｔに向けて制御され（符号Ｄ３）、還流ガス量ＲＧは制御目標値Ｔｒｇに向けて制御される（符号Ｅ３）。

このように、制御マップの切り替えに伴って制御目標値Ｔｖｔ，Ｔｒｇを急速に変化させる場合であっても、要求トルクＴｔｅに出力トルクＴＥを追従させるトルク追従制御が実行されるため、出力トルクＴＥの変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。すなわち、図９に示すように、還流ガス量ＲＧが減少した場合であっても（符号Ｅ３）、トルク追従制御の実行に伴って、スロットルバルブ３１の開放状態は継続される（符号Ｃ３）。これにより、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０に起因する出力トルクＴＥの変動を、スロットルバルブ３１のトルク追従制御によって打ち消すことができるため、符号Ｂ２で示すように、出力トルクＴＥの変動（トルク変動）を抑制することができる。これにより、運転手の違和感を抑制することができ、ドライバビリティを向上させることができる。

また、換言すれば、トルク追従制御を実行することにより、運転手に違和感を与えることなく、燃費優先マップと出力優先マップとを単純に切り替えることができる。すなわち、図４および図５に示すように、燃費優先マップの制御領域と、出力優先マップの制御領域とを、互いに重ねて設定することができる。ここで、図１０（ａ）は燃費優先マップを示すイメージ図であり、図１０（ｂ）は出力優先マップを示すイメージ図である。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、燃費優先マップと出力優先マップとを別個に設定することにより、燃費優先マップと出力優先マップとの制御領域を重ねることができる。これにより、燃費優先マップと出力優先マップとの制御領域を十分に拡大することができ、幅広い運転領域でエンジン１１の燃費性能や動力性能を向上させることができる。

特に、図１０（ｂ）に示すように、燃費優先マップとは別個に出力優先マップを設定することから、出力優先マップの制御領域を吸入空気量が少ない領域から設定することが可能である。これにより、吸入空気量が低下する高地走行時においても、エンジン１１の動力性能を高めることができる。すなわち、高地走行時には低地走行時に比べて吸入空気量が低下するため、図７に示すような制御マップを用いた場合には、アクセルペダル６４を踏み込んだとしても、吸入空気量を十分に確保して出力優先領域を維持することが困難であった。これに対し、図１０（ｂ）に示すように、制御領域が拡大された出力優先マップを用いることにより、吸入空気量を確保することが困難な高地走行においても、エンジン１１の動力性能を高めるようにＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０を制御することができる。

前述の説明では、燃費優先マップと出力優先マップとを切り替える際に、制御目標値Ｔｖｔ，Ｔｒｇを急速に変化させているが、これに限られることはなく、制御目標値Ｔｖｔ，Ｔｒｇを緩やかに変化させても良い。続いて、図１１および図１２に示される実施例２を用いて、制御マップの切り替えに伴う制御目標値の変化速度について説明する。

［実施例２］
図１１は、実施例２の制御状況を示すタイミングチャートである。図１１のタイミングチャートには、トルク追従制御を実行した状態のもとで制御マップを切り替える際に、制御目標値を緩やかに変化させる制御状況が示されている。なお、図１１に示すアクセル開度Ａｃｃの推移は、図６に示したアクセル開度Ａｃｃの推移と同じである。また、図１１において、図６に示す制御状況と同様の制御状況については、同一の符号が付されている。

図１１に示すように、アクセル開度Ａｃｃが閾値Ａ１を下回る領域では、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０が燃費優先マップに基づき制御される。この燃費優先マップに基づいて、吸気バルブ４０のバルブタイミングＶＴは遅角側に制御され（符号Ｄ１）、還流ガス量ＲＧは増加側に制御される（符号Ｅ１）。また、還流ガス量ＲＧが増加することから、スロットルバルブ３１は開放側に制御される（符号Ｃ１）。続いて、時刻ｔ１で示すように、アクセル開度Ａｃｃが閾値Ａ１に到達すると、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０の制御マップが、所定の切替時間Ｔａをかけて燃費優先マップから出力優先マップに切り替えられる。すなわち、切替時間Ｔａをかけて制御マップを切り替えることにより、制御目標値Ｔｖｔ，Ｔｒｇの切替速度が抑制される。ここで、切替時間Ｔａをかけて制御マップを切り替えるということは、燃費優先マップに基づき設定される制御目標値から、出力優先マップに基づき設定される制御目標値まで、切替時間Ｔａをかけて連続的あるいは段階的に変化させるということである。

これにより、ＶＶＴ機構４４の制御目標値Ｔｖｔは、切替時間Ｔａをかけて緩やかに進角側に変化し（符号Ｄ４）、バルブタイミングＶＴは、緩やかに変化する制御目標値Ｔｖｔに向けて制御される。また、ＥＧＲ機構５０の制御目標値Ｔｒｇは、切替時間Ｔａをかけて緩やかに減少側に変化し（符号Ｅ４）還流ガス量ＲＧは、緩やかに変化する制御目標値Ｔｒｇに向けて制御される。このように、制御マップの切り替えに伴って制御目標値Ｔｖｔ，Ｔｒｇを緩やかに変化させることにより、ＶＶＴ機構４４、ＥＧＲ機構５０およびスロットルバルブ３１の制御精度を向上させることができる。すなわち、ＶＶＴ機構４４、ＥＧＲ機構５０およびスロットルバルブ３１のオーバーシュートを防止することができ、出力トルクＴＥの制御精度を高めてドライバビリティを向上させることができる。

図１１に示す場合には、所定の切替時間Ｔａをかけて燃費優先マップと出力優先マップとを切り替えているが、アクセルペダル６４の操作状況に応じて切替時間を変化させても良い。ここで、図１２（ａ）はアクセル操作速度に基づいて設定される切替時間Ｔａの例を示す線図であり、図１２（ｂ）はアクセル開度に基づいて設定される切替時間Ｔａの例を示す線図である。

図１２（ａ）に特性線Ｌａ１〜Ｌａ３で示すように、アクセルペダル６４の操作速度（以下、アクセル操作速度と記載する。）が遅い場合には、切替時間Ｔａが短く設定される一方、アクセル操作速度が速い場合には、切替時間Ｔａが長く設定される。このように、アクセル操作速度に基づいて切替時間Ｔａを設定することにより、運転手の要求に応じて適切に制御マップを切り替えることができ、ドライバビリティを向上させることができる。また、アクセル操作速度に限られることはなく、アクセル開度Ａｃｃに基づいて切替時間Ｔａを設定しても良い。すなわち、図１２（ｂ）に特性線Ｌｂ１〜Ｌｂ３で示すように、アクセル開度Ａｃｃが小さい場合には、切替時間Ｔａが短く設定される一方、アクセル開度Ａｃｃが大きい場合には、切替時間Ｔａが長く設定される。このように、アクセル開度Ａｃｃに基づいて切替時間Ｔａを設定した場合であっても、運転手の要求に応じて適切に制御マップを切り替えることができ、ドライバビリティを向上させることができる。

なお、図１２（ａ）および（ｂ）に示す場合には、アクセル操作速度やアクセル開度Ａｃｃに応じて、切替時間Ｔａを連続的に設定しているが、これに限られることはなく、切替時間Ｔａを段階的に設定しても良い。また、アクセル操作速度とアクセル開度Ａｃｃとの双方に基づいて、切替時間Ｔａを設定しても良いことはいうまでもない。

［他の実施の形態］
以下、本発明の他の実施の形態であるエンジン制御装置９０について説明する。前述の説明では、エンジン特性を変化させる可変デバイスとして、ＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０を用いているが、可変デバイスとしてはこれらの機構に限られることはない。ここで、図１３は、本発明の他の実施の形態であるエンジン制御装置９０の一部を示す図である。なお、図１３において、図１に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１３に示すように、エンジン制御装置９０を構成するエンジン１１には、可変デバイスとして、シリンダ１５内の吸気流れを変化させる気流可変機構（以下、ＴＧＶ機構９１と記載する。）が設けられている。ＴＧＶ機構９１は、タンブルバルブ９２が組み込まれたバルブボディ９３を有している。タンブルバルブ９２は、吸気管２１の一部を閉塞する閉塞位置から、吸気管２１を開放する開放位置まで、回動自在にバルブボディ９３に設けられている。また、バルブボディ９３には、タンブルバルブ９２を回動させる電動アクチュエータ９４が設けられている。タンブルバルブ９２を閉塞側に制御することにより、吸気ポート１９内の吸入空気を片側に寄せて流すことができ、シリンダ１５内のタンブル流（縦渦流）を強めることができる。一方、タンブルバルブ９２を開放側に制御することにより、吸気ポート１９内の吸入空気を一様に流すことができ、シリンダ１５内のタンブル流を弱めることができる。このようなＴＧＶ機構９１においても、前述したＶＶＴ機構４４やＥＧＲ機構５０と同様に、制御用の燃費優先マップと出力優先マップとを備えている。そして、燃費優先マップと出力優先マップとを切り替えることにより、タンブル流を調整して混合気の燃焼速度を変化させることができ、ＥＧＲ機構５０によってエンジン特性を変化させることができる。なお、ＴＧＶとは、「Tumble Generation Valve」である。

このように、可変デバイスとしてＴＧＶ機構９１を備えたエンジン制御装置９０であっても、スロットルバルブ３１によるトルク追従制御を実行した状態のもとで、ＴＧＶ機構９１の燃費優先マップと出力優先マップとが切り替えられる。これにより、前述したエンジン制御装置１０と同様に、エンジン１１の燃費性能や動力性能を向上させつつ、出力トルクＴＥの変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。なお、気流可変機構としては、シリンダ１５内のタンブル流の強弱を制御するＴＧＶ機構９１に限られることはなく、シリンダ１５内のスワール流の強弱を制御する気流可変機構であっても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、アクセルペダル６４の踏み込み量を増加させることにより、燃費優先マップから出力優先マップに制御マップを切り替えているが、これに限られることはない。すなわち、アクセルペダル６４の踏み込み量を減少させることにより、出力優先マップから燃費優先マップに制御マップを切り替える場合であっても、本発明を有効に適用することが可能である。つまり、トルク追従制御が実行された状態のもとで、出力優先マップから燃費優先マップに切り替えることにより、エンジン１１の燃費性能や動力性能を向上させつつ、出力トルクＴＥの変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。

前述の説明では、スロットル制御部７０は、要求トルクＴｔｅに出力トルクＴＥを追従させるトルク追従制御を常に実行しているが、これに限られることはなく、トルク追従制御以外の制御方法を併用していても良い。この場合には、スロットル制御部７０が、トルク追従制御の実行中であることを判定した上で、燃費優先マップと出力優先マップとを切り替えることになる。また、前述の説明では、２つの制御マップを用いて可変デバイスを制御しているが、これに限られることはなく、３つ以上の制御マップを用いて可変デバイスを制御しても良い。

前述の説明では、可変デバイスとして、ＶＶＴ機構４４、ＥＧＲ機構５０およびＴＧＶ機構９１を挙げているが、これに限られることはなく、エンジン特性を変化させる他の可変デバイスを用いても良い。さらに、図１に示したエンジン制御装置１０は、可変デバイスとしてＶＶＴ機構４４およびＥＧＲ機構５０を備え、図１１に示したエンジン制御装置９０は、可変デバイスとしてＴＧＶ機構９１を備えているが、これに限られることはない。例えば、ＶＶＴ機構４４、ＥＧＲ機構５０およびＴＧＶ機構９１の少なくともいずれか１つを備えたエンジン制御装置に、本発明を適用することが可能である。

前述の説明では、可変動弁機構として、吸気バルブ４０および排気バルブ４１のバルブタイミングを制御するＶＶＴ機構４４を用いているが、これに限られることはない。可変動弁機構として、バルブリフト量（バルブ揚程量）を制御する可変動弁機構を採用しても良く、バルブタイミングとバルブリフト量との双方を制御する可変動弁機構を採用しても良い。また、可変動弁機構として、吸気バルブ４０だけを制御する可変動弁機構であっても良く、排気バルブ４１だけを制御する可変動弁機構であっても良い。なお、図示する可変動弁機構は、油圧アクチュエータを備えた油圧式の可変動弁機構であるが、これに限られることはなく、電動アクチュエータを備えた電動式の可変動弁機構であっても良い。

前述の説明では、アクセル開度Ａｃｃに基づいて要求トルクＴｔｅを設定しているが、これに限られることはなく、アクセル開度Ａｃｃおよび車速に基づいて要求トルクＴｔｅを設定しても良い。また、所謂クルーズコントロール機能を備えた車両においては、アクセル開度Ａｃｃを用いることなく、設定車速や車間距離等に基づいて要求トルクＴｔｅを設定しても良い。

１０エンジン制御装置
１１エンジン
１５シリンダ
２１吸気管（吸気通路）
２２排気管（排気通路）
３１スロットルバルブ
４４ＶＶＴ機構（可変動弁機構，可変デバイス）
５０ＥＧＲ機構（排気再循環機構，可変デバイス）
６０制御ユニット
７０スロットル制御部
８０デバイス制御部
９０エンジン制御装置
９１ＴＧＶ機構（気流可変機構，可変デバイス）

Claims

エンジン特性を変化させる可変デバイスを備えたエンジン制御装置であって、
エンジンの動力性能よりも燃費性能を優先する第１制御マップと、前記エンジンの燃費性能よりも動力性能を優先する第２制御マップとに基づいて、前記可変デバイスを制御するデバイス制御部と、
前記エンジンの吸気通路に設けられ、前記吸気通路の開口面積を変化させるスロットルバルブと、
前記エンジンの目標トルクに基づいて前記スロットルバルブを制御し、前記エンジンの目標トルクに出力トルクを追従させるトルク追従制御を実行するスロットル制御部と、
を有し、
前記デバイス制御部は、アクセル操作速度とアクセル操作量との少なくともいずれか一方に基づいて、前記第１制御マップと前記第２制御マップとの切替時間を設定し、
前記デバイス制御部は、前記トルク追従制御が実行された状態のもとで、前記切替時間をかけて前記第１制御マップと前記第２制御マップとを切り替えることにより、前記可変デバイスの制御目標値を、切替前の制御マップに基づき設定される制御目標値から、切替後の制御マップに基づき設定される制御目標値まで、前記切替時間をかけて連続的あるいは段階的に変化させる、
エンジン制御装置。
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記第１制御マップの制御領域と、前記第２制御マップの制御領域とは、少なくとも一部が重ねられる、エンジン制御装置。
請求項１または２に記載のエンジン制御装置において、
前記デバイス制御部は、アクセル操作量に基づいて、前記第１制御マップと前記第２制御マップとを切り替える、エンジン制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、
前記可変デバイスは、バルブ開閉時期とバルブ揚程量との少なくともいずれか一方を変化させる可変動弁機構である、エンジン制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、
前記可変デバイスは、排気通路から前記吸気通路に排出ガスを供給する排気再循環機構である、エンジン制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、
前記可変デバイスは、前記エンジンのシリンダ内の吸気流れを変化させる気流可変機構である、エンジン制御装置。