JP6489376B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置に関する。

一般に、火花点火式エンジンの運転領域が例えば相対的に低回転且つ高負荷領域である場合に、点火プラグを中心に広がる火炎が伝播する前に未燃焼の混合気（エンドガス）が自己着火して衝撃波を生じさせるいわゆるノッキングが発生し易いことが知られている。特に近年では、エンジンの性能向上を目的として、高圧縮比化や過給機による吸入空気の過給が行われるようになっており、ノッキングが一層発生し易くなっている。

ノッキングは騒音の増大やエンジン損傷の原因となり得るので、ノッキングを抑制するために必要に応じて点火時期の遅角（点火リタード）が行われる。具体的には、エンジンに取り付けられたノックセンサによりノッキングが検出された場合、点火時期を遅角させることにより燃焼圧力のピークを低下させ、ノッキングを抑制する。ノッキングが検出されない場合には、点火時期を徐々に進角させる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−６４０３２号公報

ところで、火花点火式のエンジンにおいては、点火時期を過度に遅角させると燃焼安定性が悪化し失火を招くので、予め点火時期の最大許容遅角量（リタード限界）が設定されている。したがって、点火時期がリタード限界の近傍まで遅角されている状況においてノッキングが発生した場合、リタード限界を超えて点火時期を遅角させることができないので、点火リタードだけではノッキングの発生を確実に抑制することができない。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、点火時期がリタード限界近傍まで遅角されている場合においても、ノッキングの発生を確実に抑制することができる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの制御装置は、目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、エンジンの点火装置による基準点火時期を、エンジンの運転状態に応じて設定する点火時期設定手段と、ノッキングを抑制するために、基準点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段と、運転状態に応じて予め設定されている最大許容遅角量と、点火時期補正手段による遅角量との差に基づき、目標トルクの減少量を決定するトルク減少量決定手段と、ノックセンサから取得した信号に基づいてノッキングが発生しているか否かを判定するノッキング判定手段と、ノッキングが発生しているとノッキング判定手段が判定した場合、目標トルクを、トルク減少量決定手段により決定された減少量だけ減少させ、目標トルクを減少させている場合においてノッキングが発生していないとノッキング判定手段が判定した場合、目標トルクの減少を解除する目標トルク補正手段と、目標トルクをエンジンに出力させるための目標空気量を、エンジンの運転状態に応じて設定する目標空気量設定手段とを有し、さらに、エンジンの運転領域が、回転数が比較的低く、且つ、充填効率が比較的高いノック発生領域に含まれるか否かを判定する運転領域判定手段を有し、ｉ）エンジンの運転領域がノック発生領域に含まれていると運転領域判定手段が判定した場合において、トルク減少量決定手段は、運転状態に応じて予め設定されている最大許容遅角量と、点火時期補正手段による遅角量との差が小さくなるほど、目標トルクの減少量を大きくするとともに、目標トルク補正手段は、目標トルクを減少させる場合、発生したノッキングの強度が大きいほど大きくなる第１の変化率により目標トルクを減少させ、目標トルクの減少を解除する場合、第１の変化率よりも小さい第２の変化率により目標トルクを増大させ、ｉｉ）エンジンの運転領域がノック発生領域に含まれていないと運転領域判定手段が判定した場合において、トルク減少量決定手段は、目標トルクの減少量をゼロとすることを特徴とする。

本発明によるエンジンの制御装置によれば、点火時期がリタード限界近傍まで遅角されている場合においても、ノッキングの発生を確実に抑制することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジン制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置がトルクダウン量を決定するトルクダウン量決定処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるトルクダウン量決定処理を実行した場合のタイムチャートの一例である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。

＜システム構成＞
まず、図１及び図２により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、エンジンシステム１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１と、この吸気通路１から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁１３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン１０（具体的にはガソリンエンジン）と、このエンジン１０内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路２５と、エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５４と、エンジンシステム１００全体を制御するＰＣＭ６０（エンジンの制御装置）とを有する。

吸気通路１には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、外気や冷却水により吸気を冷却するインタークーラ５と、通過する吸気の量（吸入空気量）を調整するスロットルバルブ６と、エンジン１０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク７と、が設けられている。

また、吸気通路１には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路８が設けられている。具体的には、エアバイパス通路８の一端は、コンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ６の上流側の吸気通路１に接続され、エアバイパス通路８の他端は、エアクリーナ３の下流側で且つコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１に接続されている。

このエアバイパス通路８には、エアバイパス通路８を流れる吸気の流量を開閉動作により調節するエアバイパスバルブ９が設けられている。エアバイパスバルブ９は、エアバイパス通路８を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。

エンジン１０は、主に、吸気通路１から供給された吸気を燃焼室１１内に導入する吸気バルブ１２と、燃焼室１１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１３と、燃焼室１１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ１４と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン１５と、ピストン１５の往復運動により回転されるクランクシャフト１６と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路２５へ排出する排気バルブ１７と、を有する。

また、エンジン１０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７のそれぞれの動作タイミング（バルブの開閉時期に相当する）を、可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing Mechanism）としての可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９によって可変に構成されている。可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９としては、公知の種々の形式を適用可能であるが、例えば電磁式又は油圧式に構成された機構を用いて、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを変化させることができる。

排気通路２５には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によってコンプレッサ４ａを駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する触媒装置３５ａ、３５ｂが設けられている。以下では、これらの触媒装置３５ａ、３５ｂを区別しないで用いる場合には、単に「触媒装置３５」と表記する。

また、排気通路２５上には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１に還流させるＥＧＲ装置２６が設けられている。ＥＧＲ装置２６は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路２５に接続され、他端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１に接続されたＥＧＲ通路２７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２８と、ＥＧＲ通路２７を流れるＥＧＲガス量（流量）を制御するＥＧＲバルブ２９と、を有する。このＥＧＲ装置２６は、いわゆる高圧ＥＧＲ装置（ＨＰＬ（High Pressure Loop）ＥＧＲ装置）に相当する。

また、排気通路２５には、排気ガスを、ターボ過給機４のタービン４ｂを通過させずに迂回させるタービンバイパス通路３０が設けられている。このタービンバイパス通路３０には、タービンバイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を制御するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧバルブ」と称する）３１が設けられている。

また、排気通路２５においては、ＥＧＲ通路２７の上流側の接続部分とタービンバイパス通路３０の上流側の接続部分との間の通路が、第１通路２５ａと第２通路２５ｂとに分岐されている。第１通路２５ａは第２通路２５ｂよりも径が大きく、換言すると第２通路２５ｂは第１通路２５ａよりも径が小さく、第１通路２５ａには開閉バルブ２５ｃが設けられている。開閉バルブ２５ｃが開いている場合には、排気ガスは基本的には第１通路２５ａに流れ、開閉バルブ２５ｃが閉じている場合には、排気ガスは第２通路２５ｂにのみ流れる。そのため、開閉バルブ２５ｃが閉じている場合には、開閉バルブ２５ｃが開いている場合よりも、排気ガスの流速が大きくなる。開閉バルブ２５ｃは低回転数領域において閉じられ、流速が上昇された排気ガスをターボ過給機４のタービン４ｂに供給して、低回転域でもターボ過給機４による過給が行えるようになっている。

エンジンシステム１００には、当該エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５４が設けられている。これらセンサ４０〜５４は、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ４０は、アクセルペダルの開度（ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する）であるアクセル開度を検出する。エアフローセンサ４１は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。温度センサ４２は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の温度を検出する。圧力センサ４３は、過給圧を検出する。スロットル開度センサ４４は、スロットルバルブ６の開度であるスロットル開度を検出する。圧力センサ４５は、エンジン１０に供給される吸気の圧力に相当するインマニ圧（サージタンク７内の圧力）を検出する。クランク角センサ４６は、クランクシャフト１６におけるクランク角を検出する。吸気側カム角センサ４７は、吸気カムシャフトのカム角を検出する。排気側カム角センサ４８は、排気カムシャフトのカム角を検出する。温度センサ４９は、エンジン１０の冷却水の温度（水温）を検出する。ＷＧ開度センサ５０は、ＷＧバルブ３１の開度を検出する。Ｏ₂センサ５１は、触媒装置３５ａの上流側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、Ｏ₂センサ５２は、触媒装置３５ａと触媒装置３５ｂとの間の排気ガス中の酸素濃度を検出する。車速センサ５３は、車両の速度（車速）を検出する。ノックセンサ５４は、例えばエンジン１０のシリンダブロックに設けられ、エンジン１０のノッキングによる振動を検出する。これらの各種センサ４０〜５４は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５４をＰＣＭ６０に出力する。

ＰＣＭ６０は、上述した各種センサ４０〜５４から入力された検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５４に基づいて、エンジンシステム１００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、図２に示すように、ＰＣＭ６０は、スロットルバルブ６に制御信号Ｓ１０６を供給して、スロットルバルブ６の開閉時期やスロットル開度を制御し、エアバイパスバルブ９に制御信号Ｓ１０９を供給して、エアバイパスバルブ９の開閉を制御し、ＷＧバルブ３１に制御信号Ｓ１３１を供給して、ＷＧバルブ３１の開度を制御し、燃料噴射弁１３に制御信号Ｓ１１３を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ１４に制御信号Ｓ１１４を供給して、点火時期を制御し、可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９のそれぞれに制御信号Ｓ１１８、Ｓ１１９を供給して、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを制御し、ＥＧＲバルブ２９に制御信号Ｓ１２９を供給して、ＥＧＲバルブ２９の開度を制御する。

特に、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、点火プラグ１４による基準点火時期をエンジン１０の運転状態に応じて設定すると共に、ノッキングを抑制するために基準点火時期を遅角側に補正（点火リタード）する。そして、ノッキングが発生した場合には、点火リタード量と点火時期の最大許容遅角量（リタード限界）との差に応じて目標トルクを減少させることにより、目標トルクをエンジン１０に出力させるために必要な充填効率（吸入空気量を無次元化した値）を低下させ、ノッキングの発生を抑制する。ＰＣＭ６０は、本発明における「エンジンの制御装置」に相当し、本発明における「点火時期設定手段」、「点火時期補正手段」、「トルク減少量決定手段」、「目標トルク補正手段」、及び「目標空気量設定手段」として機能する。

ＰＣＭ６０の各構成要素は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

＜エンジン制御処理＞
次に、図３を参照して、本発明の実施形態において行われるエンジン１０の基本制御について説明する。図３は、本発明の実施形態によるエンジン制御処理のフローチャートである。このエンジン制御処理は、車両のイグニッションがオンにされ、ＰＣＭ６０に電源が投入された場合に起動され、繰り返し実行される。

エンジン制御処理が開始されると、図３に示すように、ステップＳ１において、ＰＣＭ６０は車両の運転状態に関する各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、アクセル開度センサ４０が検出したアクセル開度、エアフローセンサ４１が検出した吸入空気量、車速センサ５３が検出した車速、ノックセンサ５４が検出したノッキングの有無、車両の変速機に現在設定されているギヤ段等を取得する。

次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１において取得された車両の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して、アクセル開度センサ４０によって検出されたアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。

次に、ステップＳ３において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２において決定した目標加速度を実現するためのエンジン１０の目標トルクを決定する。この場合、ＰＣＭ６０は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジン１０が出力可能なトルクの範囲内で、目標トルクを決定する。

また、ステップＳ２〜Ｓ３の処理と並行して、ステップＳ４において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１においてノックセンサ５４から取得した検出信号に基づき、ノッキングが検出されたか否かを判定する。
その結果、ノッキングが検出された場合、ステップＳ５に進み、ＰＣＭ６０は、ノッキングを抑制するために点火時期を遅角側に補正するときの補正量（点火リタード量）を増大させる。一方、ノッキングが検出されなかった場合、ステップＳ６に進み、ＰＣＭ６０は、点火リタード量を減少させる。これにより、ノックセンサ５４によりノッキングが検出される度に点火時期は徐々に遅角側に補正され、ノッキングが検出されない場合、点火時期は進角側に戻される。ただし、点火リタード量は、燃焼効率の著しい悪化や失火を考慮した燃焼安定性の観点から予め実験により定められたリタード限界を超えないように設定される。

ステップＳ３、及び、ステップＳ５又はＳ６の後、ステップＳ７に進み、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１において取得した現在のエンジン回転数及びステップＳ３において決定した目標トルクを含むエンジン１０の運転状態に応じて、点火プラグ１４による基準点火時期を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、目標トルクにフリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを加味した目標図示トルクを算出し、種々の充填効率及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火進角マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在のエンジン回転数に対応し且つノッキングが発生しない範囲（各点火進角マップにおいて予め設定されたノック限界点火時期よりも遅角側の範囲）で可能な限りＭＢＴに近い点火時期の場合に目標図示トルクが得られる点火進角マップを選択し、選択した点火進角マップを参照して、目標図示トルクに対応する点火時期を基準点火時期として設定する。そして、ＰＣＭ６０は、設定した基準点火時期を、ステップＳ５又はＳ６において設定した点火リタード量だけ遅角側に補正する。

次に、ステップＳ８において、ＰＣＭ６０は、ノッキングの抑制を目的とした目標トルクの減少量（トルクダウン量）を決定するためのトルクダウン量決定処理を実行する。このトルクダウン量決定処理について、図４を参照して説明する。

図４に示すように、トルクダウン量決定処理が開始されると、ステップＳ２１において、ＰＣＭ６０は、クランク角センサ４６やエアフローセンサ４１から入力された検出信号に基づき、現時点のエンジン回転数及び充填効率を取得する。

次に、ステップＳ２２において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２１において取得したエンジン回転数及び充填効率に対応するエンジン１０の運転領域が、ノッキングが発生し易い運転領域（ノック発生領域）に含まれるか否かを判定する。ノック発生領域は、例えば、相対的にエンジン回転数が低く且つ充填効率が高い運転領域に設定されている。

その結果、エンジン１０の運転領域がノック発生領域に含まれていない場合、ステップＳ２３に進み、ＰＣＭ６０は、トルクダウン量を０に設定する。すなわち、エンジン１０の運転領域がノック発生領域に含まれておらず、ノッキングの抑制を考慮する必要がない場合には、トルクダウンを行わない。

一方、ステップＳ２２において、エンジン１０の運転領域がノック発生領域に含まれている場合、ステップＳ２４に進み、ＰＣＭ６０は、エンジン回転数や充填効率を含むエンジン１０の運転状態に応じて予め設定されているリタード限界と、図３のエンジン制御処理のステップＳ５又はＳ６において設定した点火リタード量との差（点火マージン）を算出する。

次に、ステップＳ２５において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２４において算出した点火マージンと現時点のエンジン回転数とに基づき、トルクダウン量を算出する。具体的には、ＰＣＭ６０は、点火マージン及びエンジン回転数とトルクダウン量との関係が規定されたトルクダウン量マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）を参照して、ステップＳ２４において算出した点火マージンと現時点のエンジン回転数とに対応するトルクダウン量を算出する。例えば、トルクダウン量は、点火マージンが所定の閾値以上である場合は０に設定され、点火マージンが所定の閾値未満の場合には点火マージンが小さくなるほどトルクダウン量が大きくなるように設定されている。

次に、ステップＳ２６において、ＰＣＭ６０は、ノックセンサ５４から取得した検出信号に基づき、ノッキングが発生しているか否かを判定する。ＰＣＭ６０は、例えば、ノックセンサ５４によりノッキングが検出されたときから所定時間が経過するまでの間、ノッキングが発生していると判定する。
その結果、ノッキングが発生している場合、ステップＳ２７に進み、ＰＣＭ６０は、検出されたノッキングの強度（ノック強度）が予め定められた閾値Ｋより大きいか否かを判定する。

その結果、ノック強度が閾値Ｋより大きい場合、ステップＳ２８に進み、ＰＣＭ６０は、トルクダウンを実行するときの目標トルクの変化率を第１変化率ｒ１に設定し、この第１変化率ｒ１により、ステップＳ２５において算出したトルクダウン量だけ目標トルクを減少させる。第１変化率ｒ１は、トルク変動に伴う過度のショックを車両に発生させない範囲において目標トルクを速やかに低下させ、強いノッキングを迅速に抑制できるように設定されており、予めメモリなどに記憶されている。

一方、ステップＳ２７において、ノック強度が閾値Ｋ以下である場合、ステップＳ２９に進み、ＰＣＭ６０は、トルクダウンを実行するときの目標トルクの変化率を第１変化率ｒ１より小さい第２変化率ｒ２に設定し、この第２変化率ｒ２により、ステップＳ２５において算出したトルクダウン量だけ目標トルクを減少させる。第２変化率ｒ２は、トルク変動に伴うショックを抑えながら目標トルクを低下させ、ノッキングを抑制できるように設定されており、予めメモリなどに記憶されている。

また、ステップＳ２６において、ノッキングが発生していない場合（例えば、ノッキングが検出された後、ノッキングが検出されない状態が所定時間継続した場合）、ステップＳ３０に進み、ＰＣＭ６０は、トルクダウンを実行中か否かを判定する。その結果、トルクダウンを実行中ではない（すなわちノッキング抑制のために目標トルクを低下させていない）場合、ステップＳ２３に進み、ＰＣＭ６０は、トルクダウン量を０に設定する。すなわち、エンジン１０の運転領域がノック発生領域に含まれているものの、ノッキングは発生しておらず、トルクダウンを実行していない場合には、そのままトルクダウンを実行しない状態を維持する。

一方、ステップＳ３０において、トルクダウンを実行中である場合（すなわちノッキング抑制のために目標トルクを低下させている）場合、ステップＳ３１に進み、ＰＣＭ６０は、トルクダウンを解除して目標トルクを増大させるときの目標トルクの変化率を第１変化率ｒ１及び第２変化率ｒ２より小さい第３変化率ｒ３に設定し、この第３変化率ｒ３により、トルクダウン量が０となるまで目標トルクを増大させる。第３変化率ｒ３は、トルク変動に伴うショックを抑えながら目標トルクのトルクダウンを解除できるように設定されており、予めメモリなどに記憶されている。

ステップＳ２３、Ｓ２８、Ｓ２９又はＳ３１の後、ＰＣＭ６０はトルクダウン量決定処理を終了し、メインルーチンに戻る。

図３に戻り、ステップＳ８のトルクダウン量決定処理を実行した後、ステップＳ９に進み、ＰＣＭ６０は、ステップＳ３及びＳ８により決定された目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標充填効率を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、目標図示トルクを出力するために必要な熱量（要求熱量）を求め、この要求熱量を発生させるために必要な目標充填効率を求める。ＰＣＭ６０は、ステップＳ７において基準点火時期をステップＳ５又はＳ６において設定した点火リタード量だけ遅角させる場合には、この点火リタード量に応じて目標充填効率を増大させ、目標トルクがエンジン１０から適切に出力されるようにする。

次に、ステップＳ１０において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ９において設定した目標充填効率に相当する空気がエンジン１０に導入されるように、エアフローセンサ３１が検出した空気量を考慮して、スロットルバルブ６の開度と、可変吸気バルブ機構１８を介した吸気バルブ１２の開閉時期とを決定する。

次に、ステップＳ１１において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０において決定したスロットル開度及び吸気バルブ１２の開閉時期に基づき、スロットルバルブ６及び可変吸気バルブ機構１８を制御するとともに、エンジン１０の運転状態等に応じて決定された目標当量比と、エアフローセンサ４１の検出信号Ｓ１４１等に基づき推定した実空気量とに基づき、燃料噴射弁１３を制御する。

また、ステップＳ１０〜Ｓ１１の処理と並行して、ステップＳ１２において、ＰＣＭ６０は、ターボ過給機４による目標過給圧を取得する。例えば、種々のエンジン回転数について目標トルクと目標過給圧との関係を示すマップが予めメモリ等に記憶されており、ＰＣＭ６０は、そのマップを参照し、現時点でのエンジン回転数及びステップＳ３及びＳ８において決定した目標トルクに対応する目標過給圧を取得する。

次に、ステップＳ１３において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１２において取得した目標過給圧を実現するための、ＷＧバルブ３１の開度を決定する。

次に、ステップＳ１４において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１３において設定した開度に基づき、ＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御する。この場合、ＰＣＭ１０は、ステップＳ１３において設定した開度に応じてＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御すると共に、圧力センサ４３により検出される過給圧を、ステップＳ１２において取得した目標過給圧に近づけるようにアクチュエータをフィードバック制御する。

また、ステップＳ１０〜Ｓ１１及びステップＳ１２〜Ｓ１４の処理と並行して、ステップＳ１５において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ７において設定した点火時期に点火が行われるように、点火プラグ１４を制御する。
ステップＳ１１、Ｓ１４及びＳ１５の後、ＰＣＭ６０は、エンジン制御処理を終了する。

＜エンジンの動作＞
次に、図５を参照して、本発明の実施形態によるトルクダウン量決定処理を実行した場合のエンジンの動作を説明する。図５は、本発明の実施形態によるトルクダウン量決定処理を実行した場合のタイムチャートの一例である。具体的には、図５では、上から順に、アクセル開度、エンジン回転数、充填効率、ノック領域判定、点火時期閾値、点火リタード量、点火マージン、ノック強度、トルクダウン量を示している。なお、この図５は、アクセル開度が最大となるまでアクセルペダルを踏み込んだときの、エンジン１０の動作を例示している。また、充填効率のタイムチャートにおいて、実線はトルクダウンを行った場合の充填効率を示し、点線はトルクダウンを行わない場合の充填効率を示している。また、点火時期閾値のタイムチャートにおいて、実線は実際の点火時期、点線はノック限界点火時期、一点鎖線はリタード限界まで遅角した点火時期を示している。

まず、時刻ｔ０において、アクセル開度が最大となるまでアクセルペダルが踏み込まれると、このアクセル開度を含む車両の運転状態に応じて設定された目標トルクをエンジン１０に出力させるように、スロットルバルブ６、可変吸気バルブ機構１８、ＷＧバルブ３１などが制御され、充填効率が増大する。また、充填効率の増大に応じて、ノック限界点火時期及びリタード限界の点火時期が遅角され、これらのノック限界点火時期とリタード限界の点火時期との間において点火が行われるように点火時期が制御される。

さらに充填効率が増大し、時刻ｔ１において、エンジン１０の運転領域がノック判定領域内に入ると、トルクダウン量の算出が行われる。ただし、時刻ｔ１においてはノッキングが発生しておらず点火リタードが実行されていないので、十分な点火マージンが確保されており、トルクダウン量は０のままである（すなわちトルクダウンは実行されない）。

さらに充填効率が増大し、時刻ｔ２においてノッキングが検出されると、ＰＣＭ６０は点火リタードを実行する。これにより、点火時期は基準点火時期から所定の点火リタード量だけ遅角され、それに応じて点火マージンが低下する。この時刻ｔ２においても、必要な点火マージンが確保されているので、トルクダウン量は０に維持されている。時刻ｔ２の後、ノッキングが発生しない間は、ＰＣＭ６０は点火リタード量を徐々に減少させる。

その後、充填効率がさらに増大し、時刻ｔ３において強いノッキングが検出されると、ＰＣＭ６０は点火リタード量を増大させる。図５においては、時刻ｔ３において点火リタード量がリタード限界に達し、点火マージンが０になる。このとき、ＰＣＭ６０は、時刻ｔ３において検出されたノック強度に応じて、トルクダウン時の目標トルクの変化率を第１変化率ｒ１又は第２変化率ｒ２に設定し、点火マージン及びエンジン回転数に基づき算出したトルクダウン量だけ目標トルクを迅速に減少させる。これにより、時刻ｔ３の後、目標トルクの減少に応じて充填効率の増大が制限されるので、ノッキングの発生が抑制される。

時刻ｔ３の後、ノッキングが検出されない間、ＰＣＭ６０は点火リタード量を徐々に減少させる。これにより、点火マージンは徐々に増大する。また、ノッキングが発生していない場合（例えば、ノッキングが検出された時刻ｔ３の後、ノッキングが検出されない状態が所定時間継続した場合）、ＰＣＭ６０はトルクダウンを解除し、第１変化率ｒ１及び第２変化率ｒ２より小さい第３変化率ｒ３で目標トルクが緩やかに上昇するように、トルクダウン量を減少させる。
図５の例では、点火リタード量がある程度減少したときにノッキングが再び発生しているので、その後ノッキングが発生しなくなるまで、各時点における点火マージン及びエンジン回転数に応じたトルクダウン量が維持され、トルクダウンを実行しない場合（ノッキングが発生しなかった場合）と比較して充填効率が低減されている。

その後、アクセル開度が０まで低下したことに伴い充填効率が低下すると、時刻ｔ４においてエンジン１０の運転領域がノック判定領域外となり、トルクダウン量が０に設定される（すなわちトルクダウンが解除される）。これにより、ＰＣＭ６０は、第３変化率ｒ３で目標トルクが緩やかに上昇するように、トルクダウン量を減少させる。

次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
上述した実施形態では、ＰＣＭ６０は、ノッキングが発生していない場合にトルクダウンを解除すると説明したが、他の条件に基づきトルクダウンを解除するようにしてもよい。例えば、エンジン１０の運転状態がノック発生領域外となった場合や、点火マージンが所定の閾値以上となった場合にトルクダウンを解除するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ターボ過給機４を備えたエンジン１０を例示したが、ターボ過給機を備えない自然吸気型のガソリンエンジンにおいても本発明を適用することができる。

＜作用効果＞
次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるエンジンの制御装置の作用効果を説明する。

まず、ＰＣＭ６０は、ノッキングが発生した場合、目標トルクを、第１変化率ｒ１又は第２変化率ｒ２により、点火マージンに基づき決定した減少量だけ減少させ、目標トルクを減少させている場合においてノッキングが発生していない場合、目標トルクの減少を解除し、第１変化率ｒ１及び第２変化率ｒ２よりも小さい第３変化率ｒ３により目標トルクを増大させるので、ノッキングが発生したときに点火時期がリタード限界近傍まで遅角されている場合には、目標トルクを減少させて充填効率を減少させることによりノッキングの発生を抑制することができ、これにより、点火時期がリタード限界近傍まで遅角されている場合においても、ノッキングの発生を確実に抑制することができる。

また、ＰＣＭ６０は、発生したノッキングの強度が大きいほど目標トルクを減少させるときの変化率を大きくするので、点火時期がリタード限界近傍まで遅角されている場合において、ノッキングの強度が大きいほど目標トルクの減少に応じて充填効率を迅速に低下させることができ、これにより、再び強いノッキングが発生することを確実に抑制することができる。

また、ＰＣＭ６０は、点火マージンが小さくなるほど、目標トルクの減少量を大きくするので、ノッキングが発生した場合において、点火マージンが小さいために点火リタードによるノッキングの抑制が難しくなるほど、目標トルクの減少量を大きくして充填効率の減少量を増大させることによりノッキングの発生を確実に抑制することができる。また、点火マージンが大きい場合には目標トルクの減少量を小さくして充填効率の減少を抑えることにより、点火リタードも利用してノッキングの発生を確実に抑制しつつ、不要なトルク低下を回避することができる。

また、ＰＣＭ６０は、目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標充填効率を、基準点火時期又は点火時期補正手段により遅角側に補正された点火時期に応じて設定するので、ノッキング抑制のために点火リタードが行われている場合においても、点火リタードされた点火時期に対応する目標充填効率が得られるようにスロットル開度や吸気バルブ１２の開閉時期を制御して目標トルクをエンジン１０に出力させることができ、これにより、トルクダウンを行う必要がない状況では、ノッキング抑制のための点火リタードに伴うトルク低下を抑制できる。

１ 吸気通路
４ ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
４ｂ タービン
６ スロットルバルブ
１０ エンジン
１３ 燃料噴射弁
１４ 点火プラグ
１８ 可変吸気バルブ機構
２５ 排気通路
３１ ＷＧバルブ
４０ アクセル開度センサ
５３ 車速センサ
５４ ノックセンサ
６０ ＰＣＭ
１００ エンジンシステム

Claims (1)

1. 目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンの点火装置による基準点火時期を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する点火時期設定手段と、
   ノッキングを抑制するために、上記基準点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段と、
   上記運転状態に応じて予め設定されている最大許容遅角量と、上記点火時期補正手段による遅角量との差に基づき、上記目標トルクの減少量を決定するトルク減少量決定手段と、
   ノックセンサから取得した信号に基づいてノッキングが発生しているか否かを判定するノッキング判定手段と、
   ノッキングが発生していると上記ノッキング判定手段が判定した場合、上記目標トルクを、上記トルク減少量決定手段により決定された減少量だけ減少させ、上記目標トルクを減少させている場合においてノッキングが発生していないと上記ノッキング判定手段が判定した場合、上記目標トルクの減少を解除する目標トルク補正手段と、
   上記目標トルクを上記エンジンに出力させるための目標空気量を、上記エンジンの運転状態に応じて設定する目標空気量設定手段とを有し、
   さらに、上記エンジンの運転領域が、回転数が比較的低く、且つ、充填効率が比較的高いノック発生領域に含まれるか否かを判定する運転領域判定手段を有し、
   ｉ）上記エンジンの運転領域が上記ノック発生領域に含まれていると上記運転領域判定手段が判定した場合において、
   上記トルク減少量決定手段は、上記運転状態に応じて予め設定されている最大許容遅角量と、上記点火時期補正手段による遅角量との差が小さくなるほど、上記目標トルクの減少量を大きくするとともに、
   上記目標トルク補正手段は、
   上記目標トルクを減少させる場合、発生したノッキングの強度が大きいほど大きくなる第１の変化率により上記目標トルクを減少させ、
   上記目標トルクの減少を解除する場合、上記第１の変化率よりも小さい第２の変化率により上記目標トルクを増大させ、
   ｉｉ）上記エンジンの運転領域が上記ノック発生領域に含まれていないと上記運転領域判定手段が判定した場合において、
   上記トルク減少量決定手段は、上記目標トルクの減少量をゼロとする
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。

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