KR101074307B1

KR101074307B1 - 내연 기관의 제어 장치

Info

Publication number: KR101074307B1
Application number: KR1020107005276A
Authority: KR
Inventors: 신이치 소에지마
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2011-10-17
Also published as: WO2009035057A1; JP4251228B2; KR20100052527A; EP2187026B1; JP2009068403A; EP2187026A1; CN101802372A; EP2187026A4; US20100211294A1

Abstract

내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, EGR 의 영향을 받지 않고 고정확도로 목표 토크를 실현하는 것을 가능하게 한다.
목표 토크 설정 수단 (2) 에 의해 내연 기관의 목표 토크를 설정하고, 목표 EGR 률 설정 수단 (4) 에 의해 목표 EGR 률을 설정한다. 그리고, 목표 토크 보정 수단 (6, 8) 에 의해, EGR 이 토크에 미치는 영향을 보정하기 위한 보정 계수를 목표 EGR 률과 공기량에 기초하여 산출하고, 상기 보정 계수에 의해 목표 토크를 보정한다. 목표 공기량 산출 수단 (10) 은, 보정된 목표 토크로부터 목표 공기량을 산출한다. 제어 수단 (12, 14, 16) 은, 보정 목표 토크로부터 산출된 목표 공기량과 목표 EGR 율에 기초하고, 통 내의 공기량 및 EGR 율을 조정하기 위한 복수의 액츄에이터 각각의 동작을 제어한다.

Description

내연 기관의 제어 장치{CONTROLLER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 복수의 액츄에이터를 협동시켜 통 내의 공기량 및 EGR 률을 조정하는 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 내연 기관의 목표 토크를 설정하고, 목표 토크의 실현을 향하여 각 액츄에이터의 동작을 제어하는 토크 디맨드 제어가 알려져 있다. 일본 공개특허공보 2002-357147호에는, 그러한 토크 디맨드 제어에 관한 기술로서, 공기 과잉률에 대해 토크가 비선형이 되는 영역에서 목표 공기 과잉률과 목표 토크를 양립시키기 위한 기술이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2002-357147호에 기재된 것은, 공기 과잉률에 대한 토크의 비선형성을 보정하기 위해, 목표 공기 과잉률에 기초하여 토크 보정 계수를 산출하고, 그 토크 보정 계수에 의해 목표 공기량을 보정하도록 하고 있다. 또한, EGR 가스에 함유되는 신기(新氣)를 고려하기 위해, 목표 EGR 률에 기초하여 EGR 보정 계수를 산출하고, 그 EGR 보정 계수에 의해 목표 공기량도 보정하도록 하고 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 2002-357147호에 기재된 것은, 목표 토크의 실현성에서 개량의 여지가 있다. 내연 기관의 토크에는 EGR 이 영향을 미침에도 불구하고, 그 점에 대한 고려가 충분하지 않다. 이로 인해, EGR 률이 변화할 수 있는 상황에서는 목표 토크를 고정밀도로 실현할 수 없을 가능성이 있기 때문이다.

본 발명은, 상기 서술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, EGR 의 영향을 받지 않고 고정확도로 목표 토크를 실현할 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 복수의 액츄에이터를 협동시켜 통 내의 공기량 및 EGR 률을 조정하는 내연 기관의 제어 장치로서,

내연 기관의 목표 토크를 설정하는 목표 토크 설정 수단과,

내연 기관의 목표 EGR 률을 설정하는 목표 EGR 률 설정 수단과,

EGR 이 토크에 미치는 영향을 보정하기 위한 보정 계수를 목표 EGR 률과 공기량에 기초하여 산출하고, 상기 보정 계수에 의해 목표 토크를 보정하는 목표 토크 보정 수단과,

보정된 목표 토크로부터 목표 공기량을 산출하는 목표 공기량 산출 수단과,

목표 공기량과 목표 EGR 률에 기초하여, 상기 복수의 액츄에이터 각각의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 2 발명은, 제 1 발명에서,

상기 목표 토크 보정 수단은, 공기량과 EGR 의 도입에 수반되는 토크의 감소율과의 관계를 EGR 률마다 정한 맵을 포함하고, 목표 EGR 률과 공기량을 상기 맵에 대조하여 얻어지는 토크 감소율로부터 상기 보정 계수를 결정하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 3 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에서,

상기 복수의 액츄에이터에는 스로틀과 EGR 밸브가 포함되고,

상기 제어 수단은,

목표 공기량에 기초하여 상기 스로틀의 목표 개도(開度)를 설정하는 목표 스로틀 개도 설정 수단과,

목표 EGR 률에 기초하여 상기 EGR 밸브의 목표 개도를 설정하는 목표 EGR 밸브 개도 설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 4 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에서,

상기 복수의 액츄에이터에는 스로틀과, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 적어도 일방의 밸브 타이밍을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구와, EGR 밸브가 포함되고,

상기 제어 수단은,

목표 공기량에 기초하여 상기 스로틀의 목표 개도를 설정하는 목표 스로틀 개도 설정 수단과,

내연 기관의 운전 상태에 기초하여 상기 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 목표 밸브 타이밍을 설정하는 목표 밸브 타이밍 설정 수단과,

목표 밸브 타이밍과 목표 EGR 률에 기초하여 상기 EGR 밸브의 목표 개도를 설정하는 목표 EGR 밸브 개도 설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 1 발명에 의하면, 목표 EGR 률과 공기량에 기초하여 보정 계수를 결정하고, 그 보정 계수에 의해 목표 토크를 보정함으로써, EGR 이 토크에 미치는 영향을 목표 토크에 포함시켜 둘 수 있다. EGR 이 토크에 미치는 영향을 포함시킨 목표 토크로부터 목표 공기량을 산출하고, 그 목표 공기량과 목표 EGR 률에 기초하여 각 액츄에이터의 동작을 제어함으로써, EGR 의 영향을 받지 않고 고정확도로 목표 토크를 실현할 수 있게 된다.

제 2 발명에 의하면, 공기량과 EGR 의 도입에 수반되는 토크의 감소율의 관계를 EGR 률마다 정하고, 그것을 맵으로 하여 준비해 둠으로써, 제어 장치의 계산 부하를 증대시키지 않고, 정밀도가 높은 토크 제어를 실현할 수 있다.

제 3 발명에 의하면, 목표 공기량은 EGR 이 토크에 미치는 영향을 포함시킨 목표 토크로부터 산출되어 있으므로, 이 목표 공기량에 기초하여 스로틀의 목표 개도를 설정하고, 동시에 목표 EGR 률에 기초하여 EGR 밸브의 목표 개도를 설정함으로써, 높은 정밀도로 목표 토크를 실현할 수 있게 된다.

또한, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍은 내부 EGR 가스의 양을 좌우한다. 이로 인해, 가변 밸브 타이밍 기구를 구비한 내연 기관에서는, 밸브 타이밍의 설정에 의해 내부 EGR 이 토크에 미치는 영향에도 변화가 생기게 된다. 제 4 발명에 의하면, 목표 EGR 률뿐만 아니라, 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 목표 밸브 타이밍에도 기초하여 EGR 밸브의 목표 개도를 설정함으로써, 목표 EGR 률을 고정밀도로 실현할 수 있어, 목표 토크의 실현 정밀도를 더욱 높일 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 로서의 내연 기관 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 EGR 률이 토크와 공기량의 관계에 미치는 영향을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 3 은 토크비를 결정하기 위한 맵의 예를 나타내는 도면이다.
도 4 는 통 내 가스량에서 차지하는 신기와 EGR 가스의 관계를 외부 EGR 이 없는 경우와 외부 EGR 이 있는 경우를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 2 로서의 내연 기관 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

실시형태 1.

본 발명의 실시형태 1 에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 로서의 내연 기관 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태의 제어 장치는, 적어도 스로틀, 가변 밸브 타이밍 기구 (이하, VVT) 및 EGR 밸브를 구비한 내연 기관에 적용되고, 그들 액츄에이터의 동작을 제어하는 제어 장치로서 구성되어 있다. VVT 는, 흡기 밸브와 배기 밸브의 쌍방에 형성되어 있는 것으로 한다. EGR 밸브는, 기통을 바이패스하여 흡기관과 배기관을 접속하는 EGR 관에 형성되어 있다. 이하, 도 1 을 참조하여 본 실시형태의 제어 장치의 구성에 대해 설명한다.

본 실시형태의 제어 장치는 복수의 계산 요소 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 을 구비하고 있다. 제어 장치는, 입력된 정보에 기초하여 각 계산 요소 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 에 의해 소정의 계산 규칙에 따라 계산하고, 각 액츄에이터의 동작 지시값, 즉, 스로틀 개도, 밸브 타이밍 및 EGR 밸브 개도를 산출한다. 그리고, 산출한 동작 지시값을 각 액츄에이터의 드라이버 (도시 생략) 에 세트하고, 드라이버를 통하여 각 액츄에이터의 동작을 제어한다. 이하, 각 계산 요소 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 의 기능과, 계산 요소간의 신호 처리의 흐름에 대해 설명한다.

제어 장치에는, 제어 계통의 상위에 형성된 파워트레인 매니저 (도시 생략) 로부터 내연 기관의 토크에 관한 요구가 수치로 입력된다. 요구 토크에는, 운전자가 요구하고 있는 토크 외에도 VSC 등의 차량 제어에 필요한 토크도 포함되어 있다. 목표 토크 설정부 (2) 는, 입력된 요구 토크를 베이스로 하여 내연 기관의 목표 토크를 설정하고 있다. 목표 토크의 설정에서는, 요구 토크에 제진 토크를 가산하는 등의 처리가 실시되고 있다. 설정된 목표 토크는 목표 토크 보정부 (8) 에 출력된다.

또, 본 실시형태의 제어 장치에서는, 각 액츄에이터의 동작 지시값을 결정하기 위한 제어상의 목표값으로서, 상기의 목표 토크와 함께 목표 EGR 률을 설정하고 있다. 목표 EGR 률의 설정은 목표 EGR 률 설정부 (4) 에 의해 실시된다. 목표 EGR 률 설정부 (4) 는, 내연 기관의 운전 상태를 나타내는 복수의 파라미터, 예를 들어, 기관 회전수나 부하를 축으로 하는 맵을 사용하여 목표 EGR 률을 설정하고 있다. 설정된 목표 EGR 률은 보정 계수 설정부 (6) 와 EGR 밸브 개도 계산부 (16) 에 출력된다.

그런데, 「발명이 해결하고자 하는 과제」에서도 서술한 바와 같이, EGR 률은 내연 기관의 토크에 영향을 미친다. 목표 토크 설정부 (2) 에 의해 설정된 목표 토크는, 후술하는 계산 요소에 의해 목표 공기량으로 변환되고, 목표 공기량은 다시 스로틀 개도로 변환된다. 그러나, 동일한 스로틀 개도여도 EGR 률이 상이하면 실제로 기통 내에 흡입되는 공기량 (신기량) 에도 차가 생겨, 그것이 토크의 오차로서 현재화되게 된다.

이와 같은 과제에 대해, 본 실시형태의 제어 장치에서는, EGR 이 토크에 미치는 영향을 목표 토크에 포함시키고, EGR 의 토크에 대한 영향이 포함된 목표 토크로부터 목표 공기량을 산출하는 것으로 하였다. 그리고, 그 구체적인 방법으로서 EGR 이 토크에 미치는 영향을 보정하기 위한 보정 계수를 목표 EGR 률과 공기량에 기초하여 산출하고, 그 보정 계수에 의해 목표 토크를 보정한다는 방법을 선택하였다. 이 방법을 실현하기 위한 수단이, 이하에 설명하는 보정 계수 설정부 (6) 와 목표 토크 보정부 (8) 이다.

보정 계수 설정부 (6) 는, 상기의 보정 계수로서 이하의 식에 의해 정의되는 토크비를 산출한다. 이하의 식 1 에서, Trq (EGR 률, Ga) 는 토크를 신기량 Ga 와 EGR 률의 함수로 나타낸 것이다. 도 2 는, Ga 에 대한 토크를 EGR 률마다 계측한 결과를 그래프로 나타낸 것인데, 이 그래프로부터도 알 수 있는 바와 같이, 토크는 EGR 률과 Ga 의 함수로서 표현할 수 있다. 또, 식 1 에서, Trq (0, Ga) 는 EGR 률이 0 일 때의 토크를 의미하고 있다.

토크비 = Trq (EGR 률, Ga) / Trq (0, Ga)···식 1

보정 계수 설정부 (6) 는, 토크비의 계산에 사용하는 Ga 로서, 현 시점에서의 공기량 (신기량) 의 실측값 혹은 추정값을 취득한다. EGR 률로서는, 목표 EGR 률 설정부 (4) 로부터 입력된 목표 EGR 률을 사용한다. 보정 계수 설정부 (6) 에는, Ga 와 목표 EGR 률을 파라미터로 하여 토크비를 결정하기 위한 토크비 맵이 기억되어 있다. 토크비 맵의 예를 도 3 에 나타낸다. 또한, 토크는 기관 회전 속도의 영향도 받으므로, 토크를 EGR 률과 Ga 와 기관 회전 속도의 함수로서 표현하고, 토크비 맵에는 기관 회전 속도를 파라미터로서 추가해도 된다.

목표 토크 보정부 (8) 에는, 목표 토크와 보정 계수로서의 토크비가 입력된다. 목표 토크 보정부 (8) 는 목표 토크를 토크비로 나눠 보정하고, 그 보정 목표 토크를 목표 공기량 계산부 (10) 에 출력한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, Ga 가 동일하면 토크는 EGR 률이 클수록 감소된다. 따라서, 식 1 로 정의되는 토크비는, 목표 EGR 률이 0 일 때 최대값인 1 이 되고, EGR 의 도입을 위해 목표 EGR 률이 설정되었을 때에는 1 보다 작은 값이 된다. 요컨대, 토크비는, EGR 의 도입에 수반되는 토크의 감소율을 나타내고 있다. 토크비가 1 인 경우에는, 목표 토크 설정부 (2) 에 의해 계산된 목표 토크가 그대로 목표 공기량 계산부 (10) 에 출력된다. 한편, 토크비가 1 보다 작은 값인 경우에는, 토크비에 의한 나눗셈에 의해 목표 토크는 증가되고, 증가된 목표 토크가 목표 공기량 계산부 (10) 에 출력된다.

목표 공기량 계산부 (10) 는, 토크-공기량 변환 맵을 사용하여 목표 토크 (토크비로 보정된 목표 토크) 를 공기량으로 변환시킨다. 토크-공기량 변환 맵은, 보정 목표 토크를 포함하는 복수의 파라미터를 축으로 하는 다차원 맵으로서, 점화 시기, 기관 회전수, A/F 등, 토크에 영향을 미치는 각종 운전 조건을 파라미터로서 설정할 수 있다. 이들 파라미터에는 현재의 운전 상태 정보에서 얻어지는 값 (현재값) 이 입력된다. 목표 공기량 계산부 (10) 는, 보정 목표 토크로부터 변환된 공기량을 내연 기관의 목표 공기량으로 하고, 그것을 스로틀 개도 계산부 (12) 와 밸브 타이밍 계산부 (14) 에 출력한다.

스로틀 개도 계산부 (12) 는, 흡기계 공기 모델의 역모델을 사용하여 목표 공기량을 스로틀 개도로 변환시킨다. 즉, 목표 공기량을 실현할 수 있는 스로틀 개도를 계산한다. 역모델에서는, 공기 유량계의 출력값, 흡입 공기 온도 등, 스로틀 개도에 영향을 미치는 운전 조건을 파라미터하여 설정할 수 있다. 이들 파라미터에는 현재의 운전 상태 정보에서 얻어지는 값 (현재값) 이 입력된다. 스로틀 개도 계산부 (12) 에서는, 목표 공기량에서 변환된 스로틀 개도를 스로틀의 목표 개도로 하고, 그것을 스로틀의 드라이버에 세팅한다. 스로틀의 드라이버는, 이 목표 개도를 실현하도록 스로틀을 제어한다.

밸브 타이밍 계산부 (14) 에는, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍의 설정값을 목표 공기량과 기관 회전수에 관련지어 기억한 VT 맵이 준비되어 있다. 밸브 타이밍 계산부 (14) 는, 입력된 목표 공기량과 기관 회전수에 대응하는 밸브 타이밍의 설정값을 VT 맵으로부터 판독 출력하고, 그것을 각 밸브의 목표 밸브 타이밍으로서 VVT 의 드라이버에 세팅한다. VVT 의 드라이버는, 각 밸브에서 목표 밸브 타이밍이 실현되도록 VVT 를 제어한다. 또, 설정된 목표 밸브 타이밍은, EGR 밸브 개도 계산부 (16) 에도 출력된다.

EGR 밸브 개도 계산부 (16) 는, 입력된 목표 밸브 타이밍과 목표 EGR 률로부터 EGR 밸브의 목표 개도를 계산한다. 이하, 본 실시형태에서 채용하고 있는 EGR 밸브 개도의 계산 방법에 대해, 도 4 를 이용하여 설명한다

도 4 는, 통 내 가스량에서 차지하는 신기와 EGR 가스의 관계를, 외부 EGR 이 없는 경우와 외부 EGR 이 있는 경우를 비교하여 나타내는 도면이다. 도 4 의 상부 그래프에는, 외부 EGR 을 도입하지 않은 상황에서의 내부 EGR 가스와 신기의 관계를 나타내고 있다. 신기와 내부 EGR 가스의 비율은, VVT 에 의해 밸브 타이밍을 변경함으로써 바꿀 수 있다. 요컨대, 신기와 내부 EGR 가스의 비율은 밸브 타이밍과 상관될 수 있다.

도 4 의 하부 그래프에는, VVT 가 상부 그래프와 같이 동작하고 있는 상태에서, 추가로 EGR 밸브를 열어 외부 EGR 을 도입한 경우를 나타내고 있다. 상부 그래프에서 신기가 차지하고 있던 부분이 추가로 분할되고, 일부가 외부 EGR 가스로 치환되어 있다. 이 신기와 외부 EGR 가스의 비율은 EGR 밸브의 개도와 상관될 수 있다.

도 4 의 하부 그래프에 나타내는 상태에서는, 통 내 가스의 EGR 률은 이하의 식 2 에 의해 나타낼 수 있다. 식 2 에서, Gt 는 통 내에 들어 있는 전체 가스량이다. a 는 통 내 가스 전체량에서 차지하는 내부 EGR 가스의 비율이고, b 는 내부 EGR 가스를 제외한 나머지의 가스에서 차지하는 외부 EGR 가스의 비율이다.

EGR 률 = (Gt × a + Gt × (1 - a) × b) / Gt ···식 2

전술한 바와 같이, 비율 a 는 밸브 타이밍과 상관이 있기 때문에, 함수 f (VT) 로 나타낼 수 있다. 또한, VT 는 밸브 타이밍이다. 또, 비율 b 는 EGR 밸브 개도와 상관이 있기 때문에, 함수 g (EGR 밸브 개도) 로 나타낼 수 있다. 이들 함수 f, g 를 이용하여 식 2 를 수정한 것이 식 3 이다.

EGR 률 = f (VT) + (1 - f (VT)) × g (EGR 밸브 개도)···식 3

식 3 을 변형하여 함수 g (EGR 밸브 개도) 를 함수 f (VT) 로 나타낸 것이, 다음의 식 4 이다.

g (EGR 밸브 개도) = (EGR 률 - f (VT)) / (1 - f (VT))···식 4

상기의 식 4 를 역함수 g^-1 에 의해 변환시킴으로써, EGR 밸브 개도를 결정하기 위한 식 5 를 얻을 수 있다.

EGR 밸브 개도 = g^-1((EGR 률 - f (VT)) / (1 - f (VT)))···식 5

상기의 식 5 에서의 VT 에 목표 밸브 타이밍을 대입하고, EGR 률에 목표 EGR 률을 대입함으로써, 목표 EGR 률을 실현할 수 있는 EGR 밸브 개도를 산출할 수 있다. EGR 밸브 개도 계산부 (16) 는, 산출한 EGR 밸브 개도를 EGR 밸브의 목표 개도로 하고, 그것을 EGR 밸브의 드라이버에 세팅한다. EGR 밸브의 드라이버는, 이 목표 개도를 실현하도록 EGR 밸브를 제어한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 목표 EGR 률로부터 계산된 보정 계수 (토크비) 에 의해 목표 토크가 보정됨으로써, 목표 토크는 EGR 의 도입에 수반되는 토크의 감소분만큼 상승된다. 이 상승된 목표 토크로부터 목표 공기량을 계산하고, 그 목표 공기량과 목표 EGR 률에 기초하여 각 액츄에이터의 동작을 제어함으로써, EGR 의 도입하에서도 고정확도로 목표 토크를 실현할 수 있다. 게다가, EGR 밸브에 관해서는, 목표 EGR 률뿐만 아니라, VVT 에 의한 목표 밸브 타이밍도 고려하여 목표 개도를 설정하고 있으므로, VVT 가 동작되고 있는 상황하에서도 목표 EGR 률을 고정밀도로 실현할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 목표 토크 설정부 (2) 가 제 1 발명의 「목표 토크 설정 수단」에 상당하고, 목표 EGR 률 설정부 (4) 가 제 1 발명의 「목표 EGR 률 설정 수단」에 상당하고 있다. 또, 보정 계수 설정부 (6) 와 목표 토크 보정부 (8) 에 의해 제 1 발명의 「목표 토크 보정 수단」이 구성되고, 목표 공기량 계산부 (10) 는 제 1 발명의 「목표 공기량 산출 수단」에 상당하고 있다. 그리고, 스로틀 개도 계산부 (12), 밸브 타이밍 계산부 (14) 및 EGR 밸브 개도 계산부 (16) 에 의해 제 1 발명의 「제어 수단」이 구성되어 있다.

실시형태 2.

다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 5 는, 본 발명의 실시형태 2 로서의 내연 기관 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태의 제어 장치는, 실시형태 1 에 관련된 제어 구조를 기본으로 하면서, 점화 장치와 연료 분사 장치를 제어 대상에 포함시킨 제어 구조를 채택하였다. 요컨대, 도 5 에 나타내는 제어 구조에서는, 스로틀, VVT, EGR 밸브, 점화 장치 및 연료 분사 장치가 제어 대상 액츄에이터로 되고, 이들 복수의 액츄에이터가 1 개의 제어 구조에서 협조 제어되게 되어 있다. 이하, 도 5 를 참조하여 본 실시형태의 제어 장치의 구성에 대해 설명한다. 단, 실시형태 1 과 공통되는 구성에 대해서는 그 설명을 생략 혹은 간략하고, 실시형태 1 과는 상이한 구성에 대해 중점적으로 설명하는 것으로 한다.

본 실시형태의 제어 장치에서는, 각 액츄에이터의 동작 지시값을 결정하기 위한 제어상의 목표값으로서, 목표 토크와 목표 EGR 률에 추가하여 목표 효율과 목표 A/F 를 설정하고 있다. 목표 효율은 목표 효율 설정부 (20) 에서 설정되고, 목표 A/F 는 목표 A/F 설정부 (28) 에서 설정된다.

목표 효율 설정부 (20) 에는, 제어 계통의 상위에 형성된 파워트레인 매니저 (도시 생략) 로부터 내연 기관의 효율에 관한 여러 가지 요구가 수치로 입력된다. 여기서 말하는 효율은, 점화 시기가 MBT 일 때를 기준으로 하여 설정되는 무차원 파라미터이고, 통상값은 1 이다. 촉매 난기를 위해 열에너지를 배기 가스의 승온에 이용하고자 하는 경우나, 점화 시기의 진각에 의해 토크 업을 도모하고자 하는 경우에는, 통상값의 1 보다 작은 값의 효율이 요구된다. 목표 효율 설정부 (20) 는, 입력되어 있는 요구 효율이 1 종류이면, 그것을 목표 효율로서 설정한다. 한편, 복수의 요구 효율이 동시에 입력되어 있는 경우에는, 그들을 최소값 선택 등에 의해 중재한 것을 목표 효율로서 설정한다. 설정된 목표 효율은 후술하는 목표 토크 보정부 (22) 에 출력된다.

목표 A/F 설정부 (28) 에는, 파워트레인 매니저로부터 A/F (공연비) 에 관한 여러 가지 요구가 수치로 입력된다. 예를 들어, 촉매 난기를 위해 촉매에서 반응이 쉽게 일어나는 분위기를 실현하기 위한 A/F 나, 펌프 손실을 저감시키기 위해 린번 운전을 실현하기 위한 A/F 가 구체적인 수치로 입력된다. 목표 A/F 설정부 (28) 는, 입력되어 있는 요구 A/F 가 1 종류이면, 그것을 목표 A/F 로서 설정한다. 한편, 복수의 요구 A/F 가 동시에 입력되어 있는 경우에는, 그들을 중재한 것을 목표 A/F 로서 산출한다. 설정된 목표 A/F 는 후술하는 점화 시기 계산부 (30) 와 연료 분사량 계산부 (32) 에 출력된다.

도 5 에 나타내는 제어 구조에서는, 목표 토크 보정부 (8) 와 목표 공기량 계산부 (10) 사이에 목표 토크 보정부 (22) 가 배치되어 있다. 목표 토크 보정부 (8) 에 의해 보정된 목표 토크는, 목표 효율 설정부 (20) 에서 설정된 목표 효율과 함께 목표 토크 보정부 (22) 에 입력된다. 목표 토크 보정부 (22) 는 목표 토크를 목표 효율로 제산(除算)하여 추가로 보정하고, 그 보정 목표 토크를 목표 공기량 계산부 (10) 에 출력한다. 목표 효율이 통상값인 1 인 경우에는, 목표 토크 보정부 (8) 에 의해 보정된 목표 토크가 그대로 목표 공기량 계산부 (10) 에 출력된다. 한편, 목표 효율이 1 보다 작은 값인 경우에는, 목표 효율에 의한 나눗셈에 의해 목표 토크는 더욱 높아지고, 더욱 높아진 목표 토크가 목표 공기량 계산부 (10) 에 출력된다.

또, 도 5 에 나타내는 제어 구조에서는, 목표 토크 설정부 (2) 에서 설정된 목표 토크는 목표 토크 보정부 (8) 에 출력됨과 동시에, 후술하는 토크 효율 계산부 (26) 에도 출력된다. 토크 효율 계산부 (26) 에는, 목표 토크와 추정 토크 계산부 (24) 에 의해 계산된 추정 토크가 입력되어 있다.

추정 토크 계산부 (24) 는, 운전 상태 정보로부터 내연 기관의 토크를 추정 계산한다. 보다 상세하게는, 먼저, 현재의 공기량 조건에서의 추정 공기량을 흡기계의 공기 모델을 사용하여 계산한다. 공기량 조건에는, 스로틀 개도 센서의 출력값, 공기 유량계의 출력값, 밸브 타이밍, 흡입 공기 온도 등이 포함되어 있다. 다음으로, 공기 모델에 의해 계산한 예상 공기량을 토크 맵에 대조하고, 토크 맵을 사용하여 예상 공기량을 토크로 변환시킨다. 토크 맵은, 예상 공기량을 포함하는 복수의 파라미터를 축으로 하는 다차원 맵으로서, 점화 시기, 기관 회전수, A/F, 밸브 타이밍 등, 토크에 영향을 미치는 각종 운전 조건을 파라미터로서 설정할 수 있다. 이들 파라미터에는 현재의 운전 상태 정보에서 얻어지는 값 (현재값) 이 입력된다. 단, 점화 시기는 MBT 로 되어 있다. 추정 토크 계산부 (24) 는, 예상 공기량으로부터 변환된 토크를 내연 기관의 추정 토크로 하고, 그것을 토크 효율 계산부 (26) 에 출력한다.

토크 효율 계산부 (26) 는, 입력된 목표 토크와 추정 토크의 비를 계산하고, 그 계산 결과를 토크 효율로서 산출한다. 공기량이 변화되고 있는 과도 상태에서는, 공기량에 따라 추정 토크가 변화됨으로써, 토크 효율도 그것에 따라 변화된다. 그러나, 공기량이 일정해진 정상 상태에서는, 추정 토크는 목표 토크 (목표 토크 보정부 (8) 에 의해 보정된 목표 토크) 에 일치하는 결과, 토크 효율은 전술한 목표 효율에 일치하게 된다. 토크 효율 계산부 (26) 는, 산출한 토크 효율을 점화 시기 계산부 (30) 에 출력한다.

점화 시기 계산부 (30) 는, 먼저, 입력된 토크 효율로부터 MBT 에 대한 지각량을 계산한다. 지각량의 계산에는, 점화 시기 맵이 사용된다. 점화 시기 맵은, 토크 효율을 포함하는 복수의 파라미터를 축으로 하는 다차원 맵으로서, A/F 나 기관 회전수 등, 점화 시기의 결정에 영향을 미치는 각종 운전 조건을 파라미터로서 설정할 수 있다. 이들 파라미터에는 현재의 운전 상태 정보로부터 얻어지는 값 (현재값) 이 입력된다. 단, 공연비에는 목표 A/F 설정부 (28) 에 의해 설정된 목표 A/F 가 사용된다. 점화 시기 맵에서는, 토크 효율이 작을수록 지각량은 큰 값으로 설정되어 있다. 점화 시기 계산부 (30) 는, 토크 효율로 결정된 지각량과, 내연 기관의 운전 상태로 정해지는 기본 점화 시기로부터 목표 점화 시기를 계산하고, 그것을 점화 장치의 드라이버에 세팅한다. 점화 장치의 드라이버는, 목표 점화 시기에 따라 점화 장치를 제어한다.

연료 분사량 계산부 (32) 는, 목표 A/F 와 공기량으로부터 연료 분사량을 계산하고, 그것을 목표 연료 분사량으로 하여 연료 분사 장치의 드라이버에 세팅한다. 연료 분사 장치의 드라이버는, 목표 연료 분사량에 따라 연료 분사 장치를 제어한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 스로틀, VVT, EGR 밸브, 점화 장치 및 연료 분사 장치를 1 개의 제어 구조에서 협조 제어하면서, 목표 토크와 목표 EGR 률을 고정밀도로 실현할 수 있다.

기타.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하였는데, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어 다음과 같이 변형하여 실시해도 된다.

상기의 실시형태는, VVT 를 구비하고 있는 내연 기관에 본 발명을 적용한 예인데, 본 발명은 VVT 를 갖지 않는 밸브 타이밍이 고정된 내연 기관에도 적용할 수 있다. 또, 흡기 밸브의 최대 리프트량을 변경하는 가변 밸브 리프트 기구를 구비한 내연 기관의 경우에는, 스로틀의 개도 대신에 흡기 밸브의 최대 리프트량으로 공기량을 조정할 수도 있다. 혹은, 스로틀의 개도와 흡기 밸브의 최대 리프트량을 협조 제어함으로써 공기량을 조정하도록 해도 된다. 또한, 본 발명은 EGR 밸브를 갖지 않는 내연 기관에도 적용할 수 있다. VVT 를 갖고 있으면 내부 EGR 에 의해 EGR 률을 조정할 수 있기 때문에, 목표 공기량과 목표 EGR 률에 기초하여 밸브 타이밍을 변경하면 된다.

2 목표 토크 설정부
4 목표 EGR 률 설정부
6 보정 계수 설정부
8 목표 토크 보정부
10 목표 공기량 계산부
12 스로틀 개도 계산부
14 밸브 타이밍 계산부
16 EGR 밸브 개도 계산부
20 목표 효율 설정부
22 목표 토크 보정부
24 추정 토크 계산부
26 토크 효율 계산부
28 목표 A/F 설정부
30 점화 시기 계산부
32 연료 분사량 계산부

Claims

복수의 액츄에이터를 협동시켜 통 내의 공기량 및 EGR 률을 조정하는 내연 기관의 제어 장치로서,
내연 기관의 목표 토크를 설정하는 목표 토크 설정 수단과,
내연 기관의 목표 EGR 률을 설정하는 목표 EGR 률 설정 수단과,
EGR 이 토크에 미치는 영향을 보정하기 위한 보정 계수를 상기 목표 EGR 률과 현시점에서의 공기량의 실측값 혹은 추정값에 기초하여 산출하는 보정계수 산출 수단과,
상기 목표 토크를 상기 보정계수로 보정하여 얻은 값으로부터 목표 공기량을 산출하는 목표 공기량 산출 수단과,
상기 목표 공기량과 상기 목표 EGR 률에 기초하여, 상기 복수의 액츄에이터 각각의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보정계수 산출 수단은, 공기량과 EGR 의 도입에 수반되는 토크의 감소율과의 관계를 EGR 률마다 정한 맵을 포함하고, 상기 목표 EGR 률과 현시점에서의 공기량의 실측값 혹은 추정값을 상기 맵에 조합하여 얻어지는 토크 감소율로부터 상기 보정 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 액츄에이터에는 스로틀과 EGR 밸브가 포함되고,
상기 제어 수단은,
상기 목표 공기량에 기초하여 상기 스로틀의 목표 개도를 설정하는 목표 스로틀 개도 설정 수단과,
상기 목표 EGR 률에 기초하여 상기 EGR 밸브의 목표 개도를 설정하는 목표 EGR 밸브 개도 설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 액츄에이터에는 스로틀과, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 적어도 일방의 밸브 타이밍을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구와, EGR 밸브가 포함되고,
상기 제어 수단은,
상기 목표 공기량에 기초하여 상기 스로틀의 목표 개도를 설정하는 목표 스로틀 개도 설정 수단과,
내연 기관의 운전 상태에 기초하여 상기 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 목표 밸브 타이밍을 설정하는 목표 밸브 타이밍 설정 수단과,
상기 목표 밸브 타이밍과 상기 목표 EGR 률에 기초하여 상기 EGR 밸브의 목표 개도를 설정하는 목표 EGR 밸브 개도 설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.