JP7135719B2 - スロットル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのスロットルバルブの開度を制御するスロットル制御装置に関する。

車載等のエンジンでは、スロットルバルブの開度（スロットル開度）の制御を通じて、燃焼毎に気筒に流入する空気量（シリンダ流入吸気量）を調整している。スロットルバルブの開度制御は、アクセルペダル開度からスロットルバルブ通過後の吸気の圧力（以下、スロットル下流圧と記載する）の要求値である要求スロットル下流圧PM*を求めるとともに、その要求スロットル下流圧PM*から目標開度TA*を決定することで行われている。

スロットル開度が大きい大開度領域では、スロットルバルブを通過する吸気の流量のスロットル開度に対する感度が低くなることから、シリンダ流入吸気量の変更に必要なスロットル開度の変更量が増加する。そのため、大開度領域では、スロットル開度の大幅な変更が頻繁に行われる、いわゆるスロットルハンチングが発生し易くなる。

これに対して、従来、特許文献１には、要求スロットル下流圧PM*が規定の圧力P1以上の場合には、式（１）に従って目標開度TA*を演算するスロットル制御装置が提案されている。式（１）における「TAwot」は、スロットル下流圧を上記規定の圧力P1とするために必要なスロットル開度を表している。また、式（１）における「ΔTC」は、式（２）により求められる補正開度である。なお、式（２）における「CD」は、エンジン回転数NEに応じて決定される係数であり、スロットル開度の変化に対するスロットル下流圧の変化の割合がスロットルハンチングを抑制可能な範囲の下限値となるようにその値が定められている。

特開２００６－１１８３７３号公報

上記従来のスロットル制御装置では、スロットルハンチングを抑制することは確かに可能であるが、要求スロットル下流圧PM*を最大値としたときの目標開度TA*がスロットルバルブの最大開度とならないため、本来発生可能な最大値までエンジントルクを高められなくなる。

上記課題を解決するスロットル制御装置は、エンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度を制御するものであって、スロットルバルブの開度であるスロットル開度TAの目標値を目標開度TA*とし、スロットル開度TAの制御範囲の最大値を最大開度TAmaxとし、エンジンの負荷率KLの要求値を要求負荷率KL*とし、エンジンの現在の制御状態における負荷率KLの最大値を最大負荷率KLmaxとし、スロットルバルブの通過前の吸気圧に対する同スロットルバルブの通過後の吸気圧の比をスロットル前後圧力比RPとし、負荷率KLを要求負荷率KL*とするために必要なスロットル前後圧力比RPを要求圧力比RP*とし、スロットル前後圧力比RPが既定値RPwotとなるときのスロットル開度TAを切替点開度TAwotとし、スロットル前後圧力比が既定値RPwotとなるときの負荷率KLを切替点負荷率KLwotとしたとき、要求圧力比RP*が既定値RPwot未満の値となる場合にはスロットル前後圧力比RPが要求圧力比RP*となるスロットル開度TAを目標開度TA*の値として演算するとともに、要求圧力比RP*が既定値RPwot以上の値となる場合には式（３）の関係を満たす値を目標開度TA*の値として演算する目標開度演算処理と、スロットル開度TAを目標開度TA*とすべくスロットルバルブを駆動するスロットル駆動処理と、を行う。

上記スロットル制御装置での目標開度演算処理では、要求圧力比RP*が既定値RPwot以下の場合には、スロットル前後圧力比RPが要求圧力比RP*となるスロットル開度TAが目標開度TA*の値として演算される。要求圧力比RP*が既定値RPwotを超える場合にも、スロットル前後圧力比RPが要求圧力比RP*となるスロットル開度TAが目標開度TA*の値として演算すると、目標開度TA*が最大開度TAmaxに近づくにつれて、負荷率KLに対する目標開度TA*の感度が高くなる。そのため、大開度領域では、要求負荷率KL*の僅かな変化に対して目標開度TA*の値が大きく変化することになり、スロットルハンチングが発生してしまう。

これに対して上記スロットル制御装置では、要求圧力比RP*が演算切替圧力比RPwotを超える場合には、スロットル開度TAが切替点開度TAwot以上となる大開度領域では、要求負荷率KL*に対して線形関係となるように目標開度TA*の値が演算される。こうした場合、要求圧力比RP*が演算切替圧力比RPwotを超える領域では、要求負荷率KL*に対する目標開度TA*の変化率は一定となるため、スロットルハンチングが発生し難くなる。

しかも、要求負荷率KL*が最大負荷率KLmaxの場合には最大開度TAmaxとなるように目標開度TA*が演算されるため、本来発生可能な最大値までエンジントルクを高められる。また、大開度領域においても要求負荷率KL*に連動して変化する値として目標開度TA*が演算されるため、再循環排気や燃料蒸気、ブローバイガスなどの新気以外のガスが燃焼室に流入する状況でも、要求負荷率KL*の変化に追従して負荷率KLが変化するようにスロットル開度TAを制御することが可能となる。このように上記スロットル制御装置によれば、大開度領域におけるスロットルバルブの制御性を向上できる。

なお、上記スロットル制御装置の目標開度演算処理における要求圧力比RP*が既定値RPwotを超える値となる場合の目標開度TA*の演算に用いる要求負荷率KL*の値として同要求負荷率KL*の平滑化値を用いるようにすれば、要求負荷率KL*の値をそのまま用いる場合に比べて、同要求負荷率KL*の変化に伴う目標開度TA*の変化が緩慢となる。そのため、スロットルハンチングが更に発生し難くなる。さらに、上記場合の目標開度TA*の演算に用いる切替点負荷率KLwotや最大負荷率KLmaxについても平滑化値を用いるようにすれば、スロットルハンチングはより一層発生し難くなる。

エンジン制御装置の一実施形態の構成の模式図。 スロットル前後圧力比、スロットル開度とスロットル通過流量との関係を示すグラフ。 スロットル前後圧力比とΦ値との関係を示すグラフ。 スロットル開度と飽和流量との関係を示すグラフ。 スロットル開度とスロットル前後圧力比との関係を示すグラフ。 目標開度演算ルーチンの処理手順の一部を示すフローチャート。 同目標開度演算ルーチンの処理手順の残りの部分を示すフローチャート。 エンジン回転数と最大負荷率との関係を示すグラフ。 目標開度演算ルーチンにおける大開度領域での目標開度の演算態様を示す図。

以下、スロットル制御装置の一実施形態を、図１～図９を参照して詳細に説明する。本実施形態のエンジン制御装置は、車両に搭載された自然吸気式のエンジンに適用されている。

図１に示すように、本実施形態の適用対象となるエンジン１０には、燃焼室１１に流入する吸気が流れる吸気通路１２と、燃焼室１１から排出された排気が流れる排気通路１３と、が設けられている。また、エンジン１０には、開弁／閉弁に応じて吸気通路１２を燃焼室１１に連通／遮断する吸気弁１４と、開弁／閉弁に応じて排気通路１３を燃焼室１１に連通／遮断する排気弁１５と、が設けられている。

吸気通路１２には、吸気中の塵等を濾過するエアクリーナ１６と、吸気通路１２を流れる吸気の流量（吸気流量GA）を検出するエアフローメータ１７と、が設けられている。また、吸気通路１２におけるエアフローメータ１７よりも下流側の部分には、スロットルバルブ１８が設置されている。スロットルバルブ１８は、回転可能に軸支された状態で吸気通路１２内に設置されている。そして、スロットルバルブ１８は、スロットルモータ１９により回転駆動されるようになっている。さらに、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分には、吸気中に燃料を噴射するインジェクタ２０が設置されている。そして、燃焼室１１には、吸気通路１２を通じて流入した吸気とインジェクタ２０が噴射した燃料との混合気に着火する点火プラグ２１が設置されている。

こうしたエンジン１０においてスロットルバルブ１８は、吸気通路１２内での回転位置に応じて開口面積を変化させることで、同スロットルバルブ１８を通過する吸気の流量（スロットル通過流量）を調整する弁となっている。以下の説明におけるスロットル開度TAは、開口面積が０となる回転位置（全閉位置）からのスロットルバルブ１８の回転角を表している。

以上のように構成されたエンジン１０は、エンジン制御ユニット２２により制御されている。エンジン制御ユニット２２は、エンジン制御に係る各種の演算処理を実行する演算処理回路と、プログラムやデータが記憶されたメモリと、を備えている。エンジン制御ユニット２２には、上述のエアフローメータ１７による吸気流量GAの検出信号に加え、運転者のアクセルペダルの踏み込み量（アクセルペダル開度ACC）、大気圧PA、スロットルバルブ１８の開度（スロットル開度TA）などの検出信号が入力されている。また、エンジン制御ユニット２２には、クランクシャフト２３の回転に応じて出力されるパルス状のクランク信号CRNKが入力されている。エンジン制御ユニット２２は、そのクランク信号CRNKからエンジン回転数NEを求めている。

エンジン制御ユニット２２は、エンジン制御の一環としてスロットルバルブ１８の開度制御を行っている。スロットルバルブ１８の開度制御に際してエンジン制御ユニット２２はまず、目標開度演算処理Ｆ１において、スロットル開度TAの目標値である目標開度TA*を演算する。そして、エンジン制御ユニット２２は、スロットル駆動処理Ｆ２において、スロットル開度TAを目標開度TA*とすべくスロットルバルブ１８の駆動制御を行う。スロットルバルブ１８の駆動制御は、例えば目標開度TA*に対するスロットル開度TAの偏差に応じてスロットルモータ１９の駆動電流をフィードバック調整することで行われる。なお、本実施形態では、こうしたスロットルバルブ１８の開度制御を行うエンジン制御ユニット２２がスロットル制御装置に相当する構成となっている。

目標開度演算処理Ｆ１での目標開度TA*の演算に際してエンジン制御ユニット２２はまず、アクセルペダル開度ACC及びエンジン回転数NEに基づき、負荷率KLの要求値である要求負荷率KL*を算出する。負荷率KLは、燃焼室１１に流入する吸気の質量（シリンダ流入空気量）を、シリンダの行程容積を占める標準大気状態（標準大気圧：1013hPa、標準気温：20℃、標準相対湿度：60％）の吸気の質量に対する比率で表したものである。すなわち、負荷率KLは、燃焼室１１の吸気の充填効率ηcを表している。

シリンダ流入吸気量は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分の吸気の圧力（以下、スロットル下流圧PMと記載する）とエンジン回転数NEとにより決まる値となる。よって、要求負荷率KL*とエンジン回転数NEとに基づくことで、要求負荷率KL*分の負荷率KLを得るために必要なスロットル下流圧PMの値を求めることができる。エンジン制御ユニット２２は、要求負荷率KL*とエンジン回転数NEとに基づき、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られるスロットル下流圧PMを要求スロットル下流圧PM*の値として演算している。

ここで、スロットルバルブ１８を通過し、エンジン１０の各気筒の燃焼室１１に分配供給される吸気の質量流量を吸気弁通過流量とする。なお、燃焼室１１への吸気の流入は吸気弁１４の開閉に応じて間欠的に行われるため、実際の吸気弁通過流量はエンジン１０の回転に応じて変動する値となるが、ここではそうした変動分を均した値をバルブ通過流量として用いる。エンジン１０が１回転する間に同エンジン１０において行われる吸気行程の回数は、エンジン１０の気筒数により定まった回数となる。よって、単位時間当たりのエンジン１０の回転数であるエンジン回転数NEは、エンジン１０において単位時間に行われる吸気行程の回数に比例した値となり、そのエンジン回転数NEに要求負荷率KL*を乗算した積（＝NE×KL*）は、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られる吸気弁通過流量に比例する値となる。

なお、本実施形態では、［rpm・%］を目標開度TA*の演算に用いる吸気の流量の単位として用いている。同単位を用いた場合の吸気弁通過流量［rpm・%］は、エンジン回転数NE［rpm］に要求負荷率KL*［%］を乗算した積と一致する値となる。

スロットル開度TA及びエンジン回転数NEが一定に保持された定常状態における吸気弁通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の流量（以下、スロットル通過流量）と等しい流量となる。したがって、スロットル下流圧PMが要求スロットル下流圧PM*となり、且つスロットル通過流量がエンジン回転数NEと要求負荷率KL*の積となるスロットル開度TAをスロットルバルブ１８の目標開度TA*に設定すれば、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られるようになる。

スロットル通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度と同スロットルバルブ１８の開口面積との積となる。また、スロットルバルブ１８の開口面積は、スロットル開度TAの関数となる。さらに、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８の上流側の部分の吸気の圧力（スロットル上流圧PAC）に対するスロットル下流圧PMの比（以下、スロットル前後圧力比RP）により決まる。なお、スロットル前後圧力比RPの値が取り得る範囲は、０から１までの範囲となる。よって、スロットル開度TA、スロットル前後圧力比RP、スロットル通過流量の３つの値のうち、２つの値が定まれば、残りの一つの値も自ずと定まることになる。

図２に、スロットル開度TA及びスロットル前後圧力比RPとスロットル通過流量との関係を示す。なお、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比RPが１のときには０となり、スロットル前後圧力比RPが一定の値α以下のときには音速となる。そして、スロットル前後圧力比RPをαから１まで次第に増加させていったときのスロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比RPがαのときの値である音速からスロットル前後圧力比RPが１のときの値である０まで次第に低下する。また、スロットル通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度とスロットルバルブ１８の開口面積との積となる。そのため、スロットル前後圧力比RPが一定の状態ではスロットル開度TAが大きいほど、スロットル通過流量が多くなる。よって、スロットル開度TA及びスロットル前後圧力比RPに対するスロットル通過流量の変化傾向は図２に示す通りとなる。

ここで、スロットル前後圧力比RPがα以下の領域（音速域）におけるスロットル通過流量を飽和流量とする。飽和流量は、スロットルバルブ１８の開口面積と音速との積となり、その値はスロットル開度TAの関数となる。こうした飽和流量に対するスロットル通過流量の比をΦ値とする。スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比RPにより決まるため、Φ値はスロットル前後圧力比RPの関数となる。なお、Φ値は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度の、音速に対する比を表してもいる。

図３に、Φ値とスロットル前後圧力比RPとの関係を示す。同図に示すように、スロットル前後圧力比RPがα以下の音速域でのΦ値は１となる。また、スロットル前後圧力比RPが１のときのΦ値は０となる。そして、スロットル前後圧力比RPをαから１へと次第に増加させていったときのΦ値は、スロットル前後圧力比RPがαのときの値である１からスロットル前後圧力比RPが１のときの値である０へと次第に減少していく値となる。エンジン制御ユニット２２のメモリには、こうしたΦ値とスロットル前後圧力比RPとの関係が、Φ値演算マップＭＡＰ１として記憶されている。

図４に、飽和流量とスロットル開度TAとの関係を示す。上述のように飽和流量は、スロットルバルブ１８の開口面積に比例する。そして、スロットル開度TAと開口面積との関係は、吸気通路１２及びスロットルバルブ１８の寸法形状により決まるため、飽和流量とスロットル開度TAとの関係はそれらの設計仕様から求められるものとなっている。エンジン制御ユニット２２のメモリには、こうした飽和流量とスロットル開度TAとの関係が、開度演算マップＭＡＰ２として記憶されている。

スロットル通過流量は、現在のスロットル開度TAにおける飽和流量に、現在のスロットル前後圧力比RPにおけるΦ値を乗算した積として求めることができる。一方、上述のように、要求スロットル下流圧PM*は、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られるスロットル下流圧PMの値として求められている。よって、現在のスロットル上流圧PACが既知となれば、そのスロットル上流圧PACに対する要求スロットル下流圧PM*の比として、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られるスロットル前後圧力比RP（以下、要求圧力比RP*と記載する）の値を求められる。ちなみに、自然吸気式のエンジン１０では、スロットル上流圧PACは大気圧PAと同じ圧力であると見做せる。そこで本実施形態では、要求スロットル下流圧PM*を大気圧PAで除算した商（＝PM*／PA）を要求圧力比RP*の値として求めている。

さらに、上述のように、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られる吸気弁通過流量は、要求負荷率KL*にエンジン回転数NEを乗算した積となる。また、定常状態では、吸気弁通過流量とスロットル通過流量とは等しい流量となる。よって、次の手順により、要求負荷率KL*分の負荷率KLを得るために必要な目標開度TA*の値を演算することができる。

上記のように要求スロットル下流圧PM*は、吸気弁通過流量が、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られる流量となるときのスロットル下流圧PMを表している。よって、スロットル上流圧PAC（本実施形態では大気圧PAを使用）に対する要求スロットル下流圧PM*の比である要求圧力比RP*の値は、吸気弁通過流量が、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られる流量となるときのスロットル前後圧力比RPを表すことになる。そこで、図３の関係に基づいて、スロットル前後圧力比RPが要求圧力比RP*であるときのΦ値の値を求め、その求めたΦ値の値により、要求負荷率KL*分の負荷率KLを得るために必要な吸気弁通過流量を除算した商を演算する。この商の値は、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られるスロットル開度TA、すなわち目標開度TA*における飽和流量を表す。そこで、図４の関係に基づき、その商の値が飽和流量となるスロットル開度TAを目標開度TA*の値として求めれば、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られるスロットル開度TAを目標開度TA*の値として演算することができる。

ただし、こうして演算した目標開度TA*に基づきスロットルバルブ１８の開度制御を行う場合には、次の問題が生じる虞がある。
図５に、スロットル上流圧PAC（本実施形態では大気圧PAを使用）及びエンジン回転数NEが一定の状態においてスロットル開度TAを変化させたときのスロットル前後圧力比RPの変化を示す。スロットル開度TAを０から最大開度TAmaxへと増加させていったときにスロットル前後圧力比RPは、スロットル開度TAが０のときの値である０からスロットル開度TAが最大開度TAmaxのときの値である１へと増加していく。ただし、スロットル開度TAが最大開度TAmaxに近づくと、スロットル開度TAに対するスロットル前後圧力比RPの変化率（スロットル開度TAの変化量に対するスロットル前後圧力比RPの変化量の比率）は次第に小さくなる。そのため、スロットル前後圧力比RPが１に近い大開度領域では、スロットル開度TAに対するスロットル前後圧力比RPの感度が低くなる。すなわち、要求負荷率KL*の僅かな変化に対して目標開度TA*の値が大きく変化することになる。そしてその結果、大開度領域では、スロットル開度TAの大幅な変更が頻繁に行われる、いわゆるスロットルハンチングが発生して、スロットルモータ１９等に多大な負荷をかける虞がある。

本実施形態では、こうした大開度領域でのスロットルハンチングを抑制すべく、下記の態様でスロットルバルブ１８の目標開度TA*の演算を行っている。
図６及び図７に、目標開度演算処理Ｆ１での目標開度TA*の演算に係る目標開度演算ルーチンのフローチャートを示す。エンジン制御ユニット２２は、エンジンの運転中に本ルーチンの処理を既定の制御周期毎に繰り返し実行する。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、アクセルペダル開度ACC、エンジン回転数NE、及び大気圧PAの各値が取得される。続いて、ステップＳ１１０において、アクセルペダル開度ACC、及びエンジン回転数NEに基づき、要求負荷率KL*、及び要求スロットル下流圧PM*が演算される。さらに続くステップＳ１２０では、スロットル上流圧PAC（本実施形態では大気圧PAを使用）により要求スロットル下流圧PM*を除算した商が要求圧力比RP*の値として演算される。なお、過給式のエンジンに適用する場合には過給圧の検出値又は推定値をスロットル上流圧PACの値として用いるようにするとよい。

続いて、ステップＳ１３０において要求圧力比RP*が既定値（演算切替圧力比RPwot）よりも大きい値であるか否かが判定される。演算切替圧力比RPwotの値としては、スロットルハンチングが発生する虞があるスロットル前後圧力の範囲の下限値よりも小さい値が設定されている。このときの要求圧力比RP*が演算切替圧力比RPwot以下の値である場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、ステップＳ１４０に処理が進められる。これに対して、要求圧力比RP*が演算切替圧力比RPwotよりも大きい値である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１６０に処理が進められる。

ステップＳ１４０に処理が進められると、そのステップＳ１４０において、上述のΦ値演算マップＭＡＰ１を用いて、スロットル前後圧力比RPが要求圧力比RP*であるときのΦ値の値が、要求Φ値PHY*の値として求められる。そして、さらに同ステップＳ１４０において、要求負荷率KL*とエンジン回転数NEとの積を要求Φ値PHY*で除算した商が、要求飽和流量BPM*の値として演算される。続いて、ステップＳ１５０において、開度演算マップＭＡＰ２を用いて飽和流量が要求飽和流量BPM*となるスロットル開度TAが目標開度TA*の値として演算された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、上述のステップＳ１３０での判定の結果、ステップＳ１６０に処理が進められた場合にはそのステップＳ１６０において次の２つの値が演算される。まず、Φ値演算マップＭＡＰ１を用いて、スロットル前後圧力比RPが演算切替圧力比RPwotであるときのΦ値の値が、切替点Φ値PHYwotの値として演算される。また、要求負荷率KL*にエンジン回転数NEを乗算した積を切替点Φ値PHYwotで除算した商が、切替点飽和流量BPMwotの値として演算される。

続いて、ステップＳ１７０において、開度演算マップＭＡＰ２を用いて、飽和流量が切替点飽和流量BPMwotとなるスロットル開度TAが切替点開度TAwotの値として演算される。
さらに続くステップＳ１８０では、スロットル前後圧力比RPが演算切替圧力比RPwotとなる負荷率KLの値が切替点負荷率KLwotの値として演算される。切替点負荷率KLwotの演算に際してはまず、スロットル上流圧PAC（本実施形態では大気圧PAを使用）に演算切替圧力比RPwotを乗算した積が、切替点スロットル下流圧PMwotの値として求められる。一方、エンジン制御ユニット２２のメモリには、スロットル下流圧PM及びエンジン回転数NEと負荷率KLとの関係が、負荷率演算マップＭＡＰ３として記憶されている。切替点負荷率KLwotの値は、この負荷率演算マップＭＡＰ３を用いて、現在のエンジン回転数NEにおいてスロットル下流圧PMが切替点スロットル下流圧PMwotとなる負荷率KLを求めることで、演算されている。なお、こうして演算された切替点負荷率KLwotの値は、スロットル開度TA以外のエンジン１０の制御状態を変えずに、スロットル開度TAを切替点開度TAwotとした場合の負荷率KLを示している。

ちなみに、吸気弁１４や排気弁１５の動弁特性（バルブタイミング、バルブリフト量など）を可変とする可変動弁機構が設けられたエンジンでは、スロットル下流圧PM及びエンジン回転数NEに加えて可変動弁機構の操作量によっても、負荷率KLが変化する。よって、可変動弁機構を備えるエンジンの場合には、スロットル下流圧PM、エンジン回転数NE、及び可変動弁機構の操作量と負荷率KLとの関係を記憶するように負荷率演算マップＭＡＰ３を構成する。そして、その負荷率演算マップＭＡＰ３を用いて、現在のエンジン回転数NE、可変動弁機構の操作量、及び切替点スロットル下流圧PMwotから切替点負荷率KLwotを演算するとよい。

続いてステップＳ１９０において、現在のエンジン回転数NEにおける負荷率KLの最大値である最大負荷率KLmaxの演算が行われる。ここでの最大負荷率KLmaxの演算は、図８に示すようなエンジン１０におけるエンジン回転数NEと最大負荷率KLmaxとの関係が記憶された最大負荷率演算マップＭＡＰ４を用いて行われる。なお、こうして演算した最大負荷率KLmaxの値は、エンジン１０の現在の運転状態において、スロットル開度TA以外の制御状態を変えずに、スロットル開度TAを最大開度TAmaxとした場合の負荷率KLを示している。

さらに、続くステップＳ２００では、最大負荷率KLmaxの平滑化値KLmax_sm、要求負荷率KL*の平滑化値KL*_sm、及び切替点負荷率KLwotの平滑化値KLwot_smの演算が行われる。平滑化値KLmax_smは、最大負荷率KLmaxに対して、値を平滑化するフィルタ処理Ｆ３を施した値を表している。同様に、平滑化値KL*_smは要求負荷率KL*にフィルタ処理Ｆ３を施した値を、平滑化値KLwot_smは切替点負荷率KLwotにフィルタ処理Ｆ３を施した値を、それぞれ表している。

ここで、フィルタ処理Ｆ３を適用するパラメータをＸとし、同パラメータＸにフィルタ処理Ｆ３を施した値（平滑化値）をＹとする。本実施形態では、パラメータＸに対して、式（４）の関係を満たすように、平滑化値Ｙの値を更新することで、フィルタ処理Ｆ３を行っている。なお、式（４）における「Ｓ」は、平滑化値Ｙの平滑化の度合いを決定する係数であり、１よりも大きい値が設定されている。ちなみに、係数Ｓに設定する値を大きくするほど、平滑化値Ｙの平滑化の度合いは大きくなる。

次に、ステップＳ２１０において、ステップＳ２００で演算した各平滑化値KLmax_sm、KL*_sm、KLwot_smに基づき、式（５）の関係を満たす値が目標開度TA*の値として演算される。そして、その演算後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

図９に、スロットル開度TA及び負荷率KLを座標軸とした直交座標系に式（５）の各パラメータをプロットしたものを示す。同図に示す線分ＬＡＢは、スロットル開度TAが切替点開度TAwotであり、且つ負荷率KLが切替点負荷率KLwotの平滑化値KLwot_smである座標点Ａと、スロットル開度TAが最大開度TAmaxであり、且つ負荷率KLが最大負荷率KLmaxの平滑化値KLmax_smである座標点Ｂと、を繋ぐ線分である。ステップＳ２１０では、線分ＬＡＢ上において、負荷率KLが要求負荷率KL*の平滑化値KL*_smとなる座標点Ｃのスロットル開度TAの値が、目標開度TA*の値として演算される。すなわち、式（５）は、座標点Ａ、Ｂ間の線形補間を通じて目標開度TA*を演算する式となっている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態のスロットル制御装置での目標開度演算処理Ｆ１は、アクセルペダル開度ACC及びエンジン回転数NEから求められた要求負荷率KL*分の負荷率KLを実現するために必要なスロットル開度TAを目標開度TA*の値として演算するために行われる。そして、目標開度TA*の演算に際しては、要求負荷率KL*分の負荷率KLが得られるスロットル前後圧力比RPが、要求圧力比RP*の値として演算される。そして、要求圧力比RP*が既定値（演算切替圧力比RPwot）以下の場合には、スロットル前後圧力比RPとスロットル開度TAとの関係に基づき、スロットル前後圧力比RPが要求圧力比RP*となるスロットル開度TAを目標開度TA*の値として演算している。

図９には、要求圧力比RP*が演算切替圧力比RPwotを超える場合にも、要求圧力比RP*が演算切替圧力比RPwot以下の場合と同様に、スロットル前後圧力比RPが要求圧力比RP*となるスロットル開度TAを目標開度TA*の値として演算した場合の要求負荷率KL*と目標開度TA*との関係が二点鎖線により示されている。同図に示すように、こうした場合には、目標開度TA*が最大開度TAmaxに近づくにつれて、負荷率KLに対する目標開度TA*の感度が高くなる。そのため、大開度領域では、要求負荷率KL*の僅かな変化に対して目標開度TA*の値が大きく変化することになり、スロットルハンチングが発生してしまう。

これに対して、本実施形態では、要求圧力比RP*が演算切替圧力比RPwotを超える場合には、次の態様で目標開度TA*を演算している。すなわち、この場合の目標開度TA*の演算に際しては、スロットル前後圧力比RPが演算切替圧力比RPwotとなるスロットル開度TAである切替点開度TAwotが求められる。また、スロットル開度TAを切替点開度TAwotとした場合の負荷率KLが切替点負荷率KLwotの値として、スロットル開度TAを最大開度TAmaxとした場合の負荷率KLが最大負荷率KLmaxの値としてそれぞれ求められる。こうした場合、スロットル開度TAが切替点開度TAwot以上となる大開度領域では、要求負荷率KL*（厳密にはその平滑化値KL*_sm）に対して線形関係となる値として目標開度TA*が演算される。その結果、大開度領域での要求負荷率KL*（厳密にはその平滑化値KL*_sm）に対する目標開度TA*の変化率が一定となるため、スロットルハンチングが発生し難くなる。

また、本実施形態では、上記のような大開度領域での負荷率KLに応じた線形補間による目標開度TA*の演算を、最大負荷率KLmax、要求負荷率KL*、及び切替点負荷率KLwotのそれぞれ平滑化値を用いて行っている。そのため、最大負荷率KLmax、要求負荷率KL*、及び切替点負荷率KLwotのそれぞれの値をそのまま用いて大開度領域での目標開度TA*を演算する場合に比べ、アクセルペダル開度ACCやエンジン回転数NEの変化に伴う目標開度TA*の変化が緩慢となり、これによってもスロットルハンチングが抑えられる。

さらに、要求負荷率KL*（厳密にはその平滑化値KL*_sm）が最大負荷率KLmax（厳密にはその平滑化値KLmax_sm）となるときの目標開度TA*が最大開度TAmaxとなるため、本来発生可能な最大値までエンジントルクを高められる。また、大開度領域においても要求負荷率KL*（厳密にはその平滑化値KL*_sm）に連動して変化する値として目標開度TA*が演算される。そのため、再循環排気や燃料蒸気、ブローバイガスなどの新気以外のガスが燃焼室１１に流入する状況でも、要求負荷率KL*の変化に追従して負荷率KLが変化するようにスロットル開度TAを制御することが可能となる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、式（４）の関係を満たすように値を更新することで、要求負荷率KL*、最大負荷率KLmax及び切替点負荷率KLwotの平滑化のためのフィルタ処理Ｆ３を行っていたが、移動平均などの他の態様でフィルタ処理Ｆ３を行うようにしてもよい。

・目標開度演算ルーチンのステップＳ２１０での目標開度TA*の演算において、要求負荷率KL*、最大負荷率KLmax及び切替点負荷率KLwotのうちの少なくとも１つについては、平滑化値を用いずに値をそのまま用いるようにしてもよい。なお、式（５）の右辺第２項の分母項には、最大負荷率KLmax及び切替点負荷率KLwotが入っているが、要求負荷率KL*は分子項にのみ入っている。そのため、目標開度TA*に対する要求負荷率KL*の感度は、最大負荷率KLmax及び切替点負荷率KLwotの感度よりも高くなる。そのため、そうした場合にも、少なくとも要求負荷率KL*については平滑化値を用いることが望ましい。ちなみに、要求負荷率KL*、最大負荷率KLmax及び切替点負荷率KLwotのすべての値をそのまま用いて目標開度TA*を演算する場合には、目標開度演算ルーチンのステップＳ２００の処理を割愛するとともに、ステップＳ２１０において式（６）の関係を満たす値となるように目標開度TA*を演算することになる。

・上記実施形態では、スロットル制御装置を自然吸気式のエンジン１０に適用した場合について説明したが、大気圧PAの代わりに過給圧をスロットル上流圧PACとして用いるようにすれば、過給式のエンジンにも適用できる。

１０…エンジン、１１…燃焼室、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…吸気弁、１５…排気弁、１６…エアクリーナ、１７…エアフローメータ、１８…スロットルバルブ、１９…スロットルモータ、２０…インジェクタ、２１…点火プラグ、２２…エンジン制御ユニット、２３…クランクシャフト、Ｆ１…目標開度演算処理、Ｆ２…スロットル駆動処理、Ｆ３…フィルタ処理。

Claims (4)

1. エンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度を制御するスロットル制御装置において、
   前記スロットルバルブの開度であるスロットル開度TAの目標値を目標開度TA*とし、前記スロットル開度TAの制御範囲の最大値を最大開度TAmaxとし、前記エンジンの負荷率KLの要求値を要求負荷率KL*とし、前記エンジンの現在の制御状態における前記負荷率KLの最大値を最大負荷率KLmaxとし、前記スロットルバルブの通過前の吸気圧に対する同スロットルバルブの通過後の吸気圧の比をスロットル前後圧力比RPとし、前記負荷率KLを前記要求負荷率KL*とするために必要な前記スロットル前後圧力比RPを要求圧力比RP*とし、前記スロットル前後圧力比RPが既定値RPwotとなるときの前記スロットル開度TAを切替点開度TAwotとし、前記スロットル前後圧力比RPが前記既定値RPwotとなるときの前記負荷率KLを切替点負荷率KLwotとしたとき、
   前記要求圧力比RP*が前記既定値RPwot以下の値となる場合には前記スロットル前後圧力比RPが前記要求圧力比RP*となる前記スロットル開度TAを前記目標開度TA*の値として演算するとともに、前記要求圧力比RP*が前記既定値RPwotを超える値となる場合には下式の関係を満たす値を前記目標開度TA*の値として演算する目標開度演算処理と、
   前記スロットル開度TAを前記目標開度TA*とすべく前記スロットルバルブを駆動するスロットル駆動処理と、
   を行うスロットル制御装置。
   

   
2. 前記目標開度演算処理における前記要求圧力比RP*が前記既定値RPwotを超える値となる場合の前記目標開度TA*の演算に用いる前記要求負荷率KL*の値として同要求負荷率KL*の平滑化値を用いる請求項１に記載のスロットル制御装置。
3. 前記目標開度演算処理における前記要求圧力比RP*が前記既定値RPwotを超える値となる場合の前記目標開度TA*の演算に用いる前記切替点負荷率KLwotの値として同切替点負荷率KLwotの平滑化値を用いる請求項２に記載のスロットル制御装置。
4. 前記目標開度演算処理における前記要求圧力比RP*が前記既定値RPwotを超える値となる場合の前記目標開度TA*の演算に用いる前記最大負荷率KLmaxの値として同最大負荷率KLmaxの平滑化値を用いる請求項２又は請求項３に記載のスロットル制御装置。

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