KR20110040887A - 내연 기관의 제어 장치 - Google Patents

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게이스케 가와이
히로유키 다나카
하야토 나카다
나오토 가토
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Abstract

내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 이른바 토크 디맨드 제어에 있어서의 약점을 보상하여, 내연 기관의 성능에 관한 요구를 각 액추에이터의 제어량에 적확하게 반영시킬 수 있게 한다. 토크, 효율 및 공연비의 각 요구값과 기관 정보를 기관 역모델 (30) 에 입력하고, 이들 요구값을 실현시키기 위한 액추에이터 요구값을 기관 역모델 (30) 을 사용하여 산출한다. 또, 액추에이터 (2, 4, 6) 각각에 직접 요구하는 액추에이터 직접 요구값도 취득한다. 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어는, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 전환할 수 있게 한다.

Description

내연 기관의 제어 장치{INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL DEVICE}
본 발명은 내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는 내연 기관의 각종 성능에 관한 요구를 복수의 액추에이터의 협조 제어에 의해 실현시키는 제어 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 동작은 복수의 액추에이터에 의해 제어되고 있다. 불꽃 점화식 내연 기관의 경우에는, 스로틀에 의한 흡입 공기량의 조정과, 점화 장치에 의한 점화 시기의 조정과, 연료 공급 장치에 의한 공연비의 조정에 의해 동작을 제어할 수 있다. 이들 복수의 액추에이터의 제어량 (혹은 조작량) 은, 액추에이터마다 개개로 결정해도 된다. 그러나, 일본 공개특허공보 평10-325348호에 개시되어 있는 토크 디맨드 제어를 이용하면, 복수의 액추에이터의 협조 제어에 의해 토크의 제어 정밀도를 높일 수 있다.
토크 디맨드 제어는 내연 기관의 성능에 관한 요구를 토크로 나타내고, 그 요구 토크를 실현시키도록 각 액추에이터의 동작을 제어하는 일종의 피드포워드 제어이다. 토크 디맨드 제어를 실행하기 위해서는, 요구 토크로부터 각 액추에이터의 제어량을 도출하기 위한 모델, 상세하게는 내연 기관의 역모델이 필요하다. 기관 역모델은 맵이나 함수 혹은 이들의 조합에 의해 구성할 수 있다. 일본 공개특허공보 평10-325348호에는 내연 기관의 아이들시와 비아이들시에서 공통된 모델 (상기 공보 내에서는 제어 목표량 산출 수단으로 표현되어 있다) 을 사용하여 토크 디맨드 제어를 행할 수 있도록 한 기술이 개시되어 있다.
그런데, 내연 기관에 있어서의 각 액추에이터의 제어량과 토크의 관계는, 내연 기관의 운전 상태나 운전 조건에 따라 변화한다. 따라서, 요구 토크를 실현시키기 위한 제어량을 정확하게 산출하기 위해서는, 운전 상태나 운전 조건이 정보로서 필요해진다. 그러나, 내연 기관이 놓여져 있는 상황에 따라서는 필요한 정보를 얻을 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, 통 내에 흡입되는 공기량은 스로틀 개도와 에어 플로우 센서의 출력값을 사용하여 계산할 수 있지만, 시동시에는 이미 흡기관 내에 공기가 존재하기 때문에 정확한 흡입 공기량의 산출은 어렵다. 토크 디맨드 제어에서 사용하는 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우에는, 토크의 제어 정밀도를 담보할 수 없다.
또, 내연 기관에 따라서는 통 내의 연소 모드를 변경할 수 있는 것이 있다. 예를 들어, 중고 (中高) 부하시에는 균질 연소에 의한 운전을 실시하고, 저부하시에 있어서는 성층 연소에 의한 운전을 할 수 있도록 한 내연 기관이 존재한다. 그러나, 균질 연소와 성층 연소에서는 각 액추에이터의 제어량과 토크의 관계가 완전히 상이하다. 이 때문에, 전술한 기관 역모델이 균질 연소를 전제로 하여 설계되어 있는 경우에는, 성층 연소시에는 그 기관 역모델을 사용하여 토크 제어를 행할 수는 없다.
이상과 같이, 토크 디맨드 제어에는 몇 가지 약점이 있고, 그 약점 때문에 내연 기관의 성능에 관한 요구를 각 액추에이터의 제어량에 적확하게 반영시킬 수 없는 상황이 발생할 수 있었다.
본 발명은 상기 서술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 이른바 토크 디맨드 제어에 있어서의 약점을 보상하여, 내연 기관의 성능에 관한 요구를 각 액추에이터의 제어량에 적확하게 반영시킬 수 있게 한 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 1 또는 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
상기 내연 기관의 동작을 결정하는 1 또는 복수의 소정 물리량의 요구값 (이하, 기관 요구값) 을 취득하는 기관 요구값 취득 수단과,
상기 내연 기관의 현재의 운전 상태 혹은 운전 조건에 관한 정보 (이하, 기관 정보) 를 취득하는 기관 정보 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 각 값으로부터 상기 내연 기관에 있어서 이들이 실현되기 위한 상기 1 또는 복수의 액추에이터의 각 제어량을 도출하는 기관 역모델을 구비하고, 각 기관 요구값과 기관 정보를 상기 기관 역모델에 입력함으로써 상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 요구값) 을 산출하는 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 직접 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 직접 요구값) 을 취득하는 액추에이터 직접 요구값 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 전환하는 전환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서,
기관 정보에 기초하여 액추에이터 요구값에 의한 제어인지 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어인지를 선택하고, 선택한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 전환 지시 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 3 발명은, 제 2 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 취득된 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우에 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어를 선택하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 4 발명은, 제 2 또는 제 3 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 내연 기관의 현재의 운전 상태나 운전 조건이 상기 기관 역모델의 성립 조건에 포함되지 않는 경우에 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어를 선택하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 5 발명은, 제 2 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서,
상기 내연 기관에 의해 실현되고 있는 상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 값 (이하, 기관 실현값) 을 취득하는 기관 실현값 취득 수단을 추가로 구비하고,
상기 전환 지시 수단은, 상기 복수의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있을 때, 상기 1 또는 복수의 소정 물리량 각각에 대하여 기관 실현값의 기관 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내가 된 경우에, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 6 발명은, 제 5 발명에 있어서,
상기 기관 실현값 취득 수단은, 상기 기관 정보 취득 수단에 의해 취득되는 기관 정보로부터 기관 실현값을 산출하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 7 발명은, 제 5 발명에 있어서,
상기 기관 실현값 취득 수단은, 상기 1 또는 복수의 액추에이터의 각 제어량으로부터 이들에 의해 상기 내연 기관에서 실현되는 상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 값을 도출하는 기관 모델을 구비하고, 각 액추에이터 직접 요구값을 상기 기관 모델에 입력함으로써 기관 실현값을 산출하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 8 발명은, 제 2 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 1 또는 복수의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있을 때, 상기 복수의 액추에이터 각각에 대하여 액추에이터 요구값의 액추에이터 직접 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내가 된 경우에, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 9 발명은, 제 2 내지 제 8 중 어느 하나의 발명에 있어서,
상기 전환 수단은, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환을 서서히 행하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 10 발명은, 제 1 발명에 있어서,
상기 제어 장치는, 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 제어 장치이고,
상기 전환 수단은, 상기 복수의 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 개별적으로 전환하도록 구성되고,
또, 상기 제어 장치는, 기관 정보에 기초하여 액추에이터 요구값에 의한 제어인지 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어인지를 상기 복수의 액추에이터 각각에 대하여 개별적으로 선택하고, 선택한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 전환 지시 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 11 발명은, 제 10 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 복수의 액추에이터 전부 혹은 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 전환 대상이 된 각 액추에이터의 제어를 미리 설정된 전환 순서에 따라 액추에이터 요구값에 의한 제어로 순차적으로 전환해 가도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 12 발명은, 제 11 발명에 있어서,
상기 전환 순서에서는, 제어량의 변화에 대한 토크의 응답 감도의 높이에 의해 각 액추에이터의 우선 순위가 결정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
제 13 발명은, 제 10 내지 제 12 중 어느 하나의 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 복수의 액추에이터 전부 혹은 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 전환 대상이 된 각 액추에이터의 제어를 미리 설정된 역전환 순서에 따라 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 순차적으로 전환해 가도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 14 발명은, 제 13 발명에 있어서,
상기 역전환 순서에서는, 토크 제어 능력의 높이에 의해 각 액추에이터의 우선 순위가 결정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
제 15 발명은, 제 11 내지 제 14 중 어느 하나의 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 소정의 동시 전환 조건이 성립된 경우에는, 전환 대상이 된 전체 액추에이터의 제어를 한 번에 동시에 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 16 발명은, 제 10 내지 제 15 중 어느 하나의 발명에 있어서,
상기 전환 수단은, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환을 서서히 행하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 17 발명은, 제 10 내지 제 16 중 어느 하나의 발명에 있어서,
상기 액추에이터 요구값 산출 수단은, 상기 복수의 액추에이터 중 일부가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되는 경우, 상기 복수의 액추에이터의 제어량 간의 관계가 연소 한계를 초과하지 않도록, 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있지 않은 나머지 액추에이터 중 적어도 1 개의 액추에이터에 대하여 그 액추에이터 요구값을 수정하는 수정 수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
제 18 발명은, 제 17 발명에 있어서,
상기 수정 수단은, 액추에이터 직접 요구값과 실현 우선 순위가 높은 액추에이터 요구값에 기초하여 실현 우선 순위가 낮은 액추에이터 요구값을 수정하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 19 발명은, 제 10 발명에 있어서,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량 중 1 개는 토크로서, 상기 기관 요구값 취득 수단에 의해 취득되는 기관 요구값에는 토크 요구값이 포함되고,
상기 복수의 액추에이터에는 흡입 공기량을 조정하는 흡기 액추에이터와 점화 시기를 조정하는 점화 액추에이터가 포함되고,
상기 기관 역모델에는 토크 요구값에 기초하여 상기 흡기 액추에이터에 요구하는 흡기 액추에이터 요구값을 산출하는 수단과, 상기 흡기 액추에이터의 동작에 의해 실현시킬 수 있는 토크값을 기관 정보에 기초하여 추정하는 수단과, 토크 요구값과 추정한 토크값의 편차를 보상하도록 상기 점화 액추에이터에 요구하는 점화 액추에이터 요구값을 산출하는 수단이 형성되고,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시함과 함께, 현시점에서의 흡기 액추에이터 직접 요구값과 흡기 액추에이터 요구값의 편차로부터 산출되는 토크 편차의 보상을 점화 시기의 조정에 의해 실현시킬 수 있는지 여부를 점화 액추에이터 요구값과 점화 시기의 조정 가능 범위의 관계에 기초하여 판정하여, 실현 불가능한 것으로 판정했을 때에는 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 서서히 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 20 발명은, 제 19 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터의 제어량을 흡기 액추에이터 직접 요구값으로부터 흡기 액추에이터 요구값으로 서서히 변화시키고 있는 과정에서 점화 시기의 조정에 의한 토크 편차의 보상을 실현시킬 수 있게 되었을 때에는, 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 신속하게 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 21 발명은, 제 19 또는 제 20 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 소정의 조기 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환함과 함께, 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 22 발명은, 제 10 발명에 있어서,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량 중 1 개는 토크로서, 상기 기관 요구값 취득 수단에 의해 취득되는 기관 요구값에는 토크 요구값이 포함되고,
상기 복수의 액추에이터에는 흡입 공기량을 조정하는 흡기 액추에이터와 점화 시기를 조정하는 점화 액추에이터가 포함되고,
상기 기관 역모델에는 토크 요구값에 기초하여 상기 흡기 액추에이터에 요구하는 흡기 액추에이터 요구값을 산출하는 수단과, 상기 흡기 액추에이터의 동작에 의해 실현시킬 수 있는 토크값을 기관 정보에 기초하여 추정하는 수단과, 토크 요구값과 추정한 토크값의 편차를 보상하도록 상기 점화 액추에이터에 요구하는 점화 액추에이터 요구값을 산출하는 수단이 형성되고,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하고, 그 후, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 23 발명은, 제 22 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터의 제어가 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환된 후, 상기 흡기 액추에이터에 의한 실현값과 흡기 액추에이터 요구값의 차가 허용 범위 내가 되면, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 24 발명은, 제 22 또는 제 23 발명에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 소정의 조기 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환함과 함께, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 1 발명에 의하면, 내연 기관의 동작을 결정하는 1 또는 복수의 기관 요구값이 취득되고, 각 기관 요구값이 기관 정보와 함께 기관 역모델에 입력됨으로써 각 액추에이터에 요구하는 액추에이터 요구값이 생성된다. 또, 각 액추에이터에 직접 요구하는 액추에이터 직접 요구값도 취득된다.
전자인 액추에이터 요구값에 의한 제어는, 기관 역모델을 사용한 피드포워드 제어로서, 내연 기관의 성능에 관한 요구의 실현을 위해 각 액추에이터를 서로 협조시키면서 동작시킬 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 정확한 기관 정보를 얻을 수 없는 경우, 또는 내연 기관의 운전 상태나 운전 조건이 기관 역모델의 성립 조건에 포함되지 않는 경우에는, 액추에이터 요구값의 정밀도가 저하되거나 혹은 유효한 액추에이터 요구값을 얻을 수 없게 되고, 그 결과, 내연 기관의 성능에 관한 요구를 실현시킬 수 없게 된다고 하는 불리한 점도 있다.
한편, 후자인 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어는, 내연 기관의 운전 상태나 운전 조건의 영향을 받지 않고, 내연 기관의 성능에 관한 요구에 기초한 소정의 동작을 액추에이터에 적확하게 실행시킬 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 내연 기관의 성능에 관하여 복수의 요구가 있는 경우, 이들 요구를 조정 (調停) 하면서 각 액추에이터의 동작을 협조 제어한다는 것은 불가능하다고 하는 불리한 점도 있다.
이와 같이, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어는 각각 이점과 불리한 점이 있다. 그러나, 일방의 제어의 이점은 타방의 제어의 불리한 점과 상보적인 관계에 있고, 타방의 제어의 이점은 일방의 제어의 불리한 점과 상보적인 관계에 있다. 따라서, 제 1 발명이 그렇듯이, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 전환할 수 있게 되어 있으면, 보다 유리한 쪽의 제어를 선택함으로써 내연 기관의 성능에 관한 요구를 각 액추에이터의 제어량에 적확하게 반영시킬 수 있다.
제 2 발명에 의하면, 액추에이터 요구값에 의한 제어인지 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어인지를 선택하기 위한 판단 재료로서, 기관 역모델에서 액추에이터 요구값의 계산에 사용되는 기관 정보가 사용된다. 이 기관 정보로부터는 액추에이터 요구값에 의한 제어가 유리해지는 상황이나 불리해지는 상황을 예측할 수 있기 때문에, 기관 정보에 기초하여 전환의 판단을 함으로써 보다 유리한 쪽의 제어를 적확하게 선택할 수 있게 된다.
예를 들어, 취득된 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우에는, 그 신뢰성이 낮은 기관 정보를 사용하여 산출되는 액추에이터 요구값의 정밀도도 낮아진다. 기관 정보를 취득하기 위한 센서가 활성화되지 않은 경우나, 센서에 의한 센싱의 대상이 안정되지 않은 경우, 혹은 기관 정보를 계산하기 위한 계산 조건이 갖추어지지 않은 경우 등이 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우에 포함된다. 제 3 발명에 의하면, 이와 같은 경우, 액추에이터 요구값에 의한 제어가 아니라 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 선택되기 때문에, 기관 정보의 신뢰성이 낮은 것이 액추에이터의 동작에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또, 내연 기관의 현재의 운전 상태나 운전 조건이 기관 역모델의 성립 조건에 포함되지 않는 경우에는, 액추에이터의 제어량의 산출에 기관 역모델을 사용할 수는 없다. 예를 들어, 기관 역모델이 균질 연소를 전제로 하여 설계되어 있는 것이라면, 운전 모드로서 성층 연소가 선택된 경우에는 기관 역모델은 성립하지 않게 된다. 또, 기관 역모델이 물리 모델을 포함하고 있는 경우, 내연 기관의 운전 상태 혹은 운전 조건이 그 물리 모델의 전제 조건에서 벗어날 때에도 기관 역모델은 성립하지 않게 된다. 또, 기관 역모델이 통계 모델을 포함하고 있는 경우에는, 내연 기관의 운전 상태가 그 통계 모델의 데이터 범위에서 크게 벗어날 때에도 기관 역모델은 성립하지 않게 된다. 제 4 발명에 의하면, 이와 같은 경우, 액추에이터 요구값에 의한 제어가 아니라 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 선택되기 때문에, 기관 역모델이 성립하지 않는 상황에서의 액추에이터의 동작을 담보할 수 있다.
그런데, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어에 의해 실현되고 있는 기관 실현값과, 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환함으로써 실현되는 기관 실현값 사이에 차이가 있으면, 액추에이터 직접 요구값으로부터 액추에이터 요구값으로의 전환에 수반하여 내연 기관의 동작은 불연속적으로 변동되어 버린다. 이 점에 관하여, 제 5 발명에 의하면, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어에 의해 실현되고 있는 기관 실현값과, 액추에이터 요구값의 산출의 기초가 되는 기관 요구값의 차이가 허용 범위 내인 것을 전환의 조건으로 하고 있기 때문에, 전환의 전후에서 기관 실현값이 연속적으로 이어지게 된다. 요컨대, 제 5 발명에 의하면, 전환에 수반하여 내연 기관의 동작이 불연속적으로 변동되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 소정 물리량에 토크가 포함되는 경우에는, 전환시에 토크 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제 6 발명에 의하면, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 행해지고 있을 때의 기관 정보를 사용함으로써, 그 때에 실제로 실현되고 있는 기관 실현값을 정확하게 산출할 수 있다.
제 7 발명에 의하면, 상기 기관 역모델의 역모델에 상당하는 기관 모델을 준비하고, 이 기관 모델에 각 액추에이터 직접 요구값을 입력함으로써, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 실현되는 기관 실현값을 정확하게 예측하여 산출할 수 있다.
또, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환했을 때, 액추에이터 직접 요구값과 액추에이터 요구값 사이에 차이가 있으면, 액추에이터의 동작에 불연속이 발생해 버린다. 이 점에 관하여, 제 8 발명에 의하면, 복수의 액추에이터 각각에 대하여 액추에이터 요구값의 액추에이터 직접 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내인 것을 전환의 조건으로 하고 있기 때문에, 전환의 전후에서 액추에이터의 동작이 연속적으로 이어지게 된다. 요컨대, 제 8 발명에 의하면, 전환에 수반하여 액추에이터의 동작에 불연속이 발생하고, 이로써 내연 기관의 동작이 불연속으로 변동되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터에 스로틀 밸브가 포함되는 경우에는, 스로틀 밸브 개도의 급변에 의한 토크 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 9 발명에 의하면, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환은 서서히 행해지기 때문에, 만일 액추에이터 요구값과 액추에이터 직접 요구값 사이에 차이가 있었거나, 혹은 액추에이터 요구값에 의한 제어로 실현되는 기관 실현값과 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 실현되는 기관 실현값 사이에 차이가 있었다고 하더라도, 그 차이에 의해 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 억제할 수 있다.
제 10 발명에 의하면, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환을 복수의 액추에이터 각각에 대하여 개별적으로 행할 수 있기 때문에, 액추에이터마다 보다 유리한 제어를 선택할 수 있게 된다. 요컨대, 제 10 발명에 의하면, 복수의 액추에이터 각각을 적절히 동작시킬 수 있고, 이로써 내연 기관의 성능에 관한 요구의 실현 정밀도를 높일 수 있다.
제 11 발명에 의하면, 복수의 액추에이터 전부 혹은 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에, 이들의 전환을 한 번에 행하는 것이 아니라, 미리 설정된 전환 순서에 따라 순차적으로 전환해 가기 때문에, 각 액추에이터의 제어의 전환에 의해 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 억제할 수 있다.
이 때, 먼저 전환된 액추에이터는, 그 후에 전환되는 다른 액추에이터의 제어량에 기초하여 내연 기관의 성능에 관한 요구를 실현시키도록 동작한다. 따라서, 제 12 발명에 의하면, 전환 순서가 제어량의 변화에 대한 토크의 응답 감도가 높은 순이 됨으로써, 먼저 전환된 액추에이터에 의한 토크 조정을 위한 동작에 의해, 그 후의 다른 액추에이터의 제어의 전환에 의해 발생하는 토크 변동을 억제할 수 있다. 요컨대, 제 12 발명에 의하면, 각 액추에이터의 제어의 전환에 의해 발생하는 토크 단차를 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 제 13 발명에 의하면, 복수의 액추에이터 전부 혹은 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에, 이들의 전환을 한 번에 행하는 것이 아니라, 미리 설정된 역전환 순서에 따라 순차적으로 전환해 가기 때문에, 각 액추에이터의 제어의 전환에 의해 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 억제할 수 있다.
특히, 제 14 발명에 의하면, 토크 제어 능력이 높은 액추에이터부터 순서대로 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환해 감으로써, 내연 기관의 동작이 불연속이 됨으로써 발생하는 토크 단차를 억제하면서 전환시의 토크의 제어성을 담보할 수 있다.
또, 제 15 발명에 의하면, 전환 대상이 된 전체 액추에이터의 제어를 한 번에 동시에 전환할 수도 있다. 순차 전환과 동시 전환을 선택할 수 있게 함으로써, 어떤 상황에서는 순차 전환의 선택에 의해 내연 기관의 동작의 불연속을 억제하는 것을 우선할 수 있고, 다른 상황에서는 동시 전환의 선택에 의해 제어를 신속하게 전환하는 것을 우선할 수 있게 된다.
제 16 발명에 의하면, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환은 서서히 행해지기 때문에, 만일 액추에이터 요구값과 액추에이터 직접 요구값 사이에 차이가 있었다고 하더라도, 그 차이에 의해 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 억제할 수 있다.
그런데, 전체 액추에이터가 액추에이터 요구값에 의해 제어되는 것이라면, 기관 역모델을 통한 협조 제어에 의해 각 액추에이터의 제어량 간의 관계를 연소 한계 내로 할 수 있다. 그러나, 일부의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있는 경우에는, 그 액추에이터의 제어량은 다른 액추에이터의 제어량과는 관계없는 것으로 설정되게 된다. 제 17 발명에 의하면, 이와 같은 경우, 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있지 않은 어느 액추에이터에 대하여, 각 액추에이터의 제어량 간의 관계가 연소 한계를 초과하지 않도록 그 액추에이터 요구값이 수정된다. 따라서, 제 17 발명에 의하면, 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 행해지고 있는 경우라고 하더라도, 전체 액추에이터가 액추에이터 요구값에 의해 제어되고 있는 경우와 마찬가지로, 각 액추에이터의 제어량 간의 관계를 연소 한계 내로 할 수 있다.
특히, 제 18 발명에 의하면, 수정되는 것은 실현 우선 순위가 낮은 액추에이터 요구값이기 때문에, 실현 우선 순위가 높은 액추에이터 요구값은 그대로 실현시킬 수 있다. 그리고, 그 수정에는 실현 우선 순위가 높은 액추에이터 요구값과 액추에이터 직접 요구값이 반영되기 때문에, 각 액추에이터의 제어량 간의 관계가 연소 한계 내에 들어가도록, 수정 대상이 된 액추에이터 요구값을 적절히 수정할 수 있다.
또, 제 19 발명에 의하면, 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 먼저, 점화 액추에이터의 제어가 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환된다. 이로써, 흡기 액추에이터의 제어가 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환될 때에는, 이들의 편차에 의해 발생하는 토크 편차를 보상하도록 자동적으로 점화 시기의 조정이 행해지게 된다. 단, 점화 시기의 조정은 흡입 공기량의 조정보다 토크의 응답 감도가 우수하지만, 조정할 수 있는 토크에는 한계가 있다. 제 19 발명에 의하면, 점화 액추에이터 요구값과 점화 시기의 조정할 수 있는 범위의 관계로부터 상기 토크 편차의 보상을 점화 시기의 조정에 의해 실현시킬 수 없는 때에는, 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 흡기 액추에이터의 제어가 서서히 전환되기 때문에, 흡기 액추에이터 직접 요구값과 흡기 액추에이터 요구값의 차이가 큰 경우라 하더라도, 그 전환에 수반하는 토크 단차의 발생을 방지할 수 있다.
제 20 발명에 의하면, 점화 시기의 조정에 의한 토크 편차의 보상을 실현할 수 있게 된 시점에서 흡기 액추에이터의 제어는 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 신속하게 전환되기 때문에, 토크 단차의 발생을 방지하면서 액추에이터 요구값에 의한 제어로 신속하게 이행할 수 있다.
제 21 발명에 의하면, 점화 액추에이터와 흡기 액추에이터의 각 제어를 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로 동시에 전환할 수 있게 함으로써, 필요한 경우에는, 토크 단차의 발생의 방지보다 우선시켜 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 신속한 이행을 실현시킬 수 있다.
또, 제 22 발명에 의하면, 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 먼저, 흡기 액추에이터의 제어가 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환된다. 이 전환시에는, 흡기 액추에이터 요구값과 흡기 액추에이터 직접 요구값 사이에 차이가 발생할 가능성은 있지만, 그 차이에 의해 발생하는 토크 편차를 보상하도록 기관 역모델에 의해 점화 액추에이터 요구값이 계산되어, 자동적으로 점화 시기가 조정된다. 따라서, 흡기 액추에이터 요구값과 흡기 액추에이터 직접 요구값의 차이가 큰 경우라 하더라도, 그 전환에 수반하는 토크 단차의 발생을 방지할 수 있다. 또, 토크의 제어 능력이 높은 흡기 액추에이터부터 먼저 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환함으로써 전체 전환이 완료될 때까지의 동안의 토크의 제어성을 담보할 수 있다.
제 23 발명에 의하면, 점화 액추에이터의 제어가 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환되는 것은, 흡기 액추에이터에 의한 실현값과 흡기 액추에이터 요구값의 차가 허용 범위 내가 되고부터이기 때문에, 점화 액추에이터의 제어의 전환에 수반하는 토크 단차의 발생을 방지할 수 있다.
제 24 발명에 의하면, 흡기 액추에이터와 점화 액추에이터의 각 제어를 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 동시에 전환할 수 있게 함으로써, 필요한 경우에는, 토크 단차의 발생의 방지보다 우선시켜 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 신속한 이행을 실현시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 로서의 내연 기관의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 토크 조정(調停)부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 효율 조정(調停)부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 토크 실현부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 전환 지시부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태 2 에서 실행되는 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 7 은 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 전환 지시부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8 은 본 발명의 실시형태 4 에 관련된 전환 지시부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태 4 에서 실행되는 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 10 은 본 발명의 실시형태 5 로서의 내연 기관의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11 은 본 발명의 실시형태 5 에서 선택할 수 있는 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 선택의 조합을 나타내는 표이다.
도 12 는 본 발명의 실시형태 5 에 관련된 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 전환 순서를 나타내는 도면이다.
도 13 은 본 발명의 실시형태 5 에 관련된 토크 실현부 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 순서를 나타내는 도면이다.
도 14 는 본 발명의 실시형태 6 에서 실행되는 전환 제어에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 15 는 본 발명의 실시형태 7 에서 실행되는 TA 직접 요구값 및 SA 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 TA 요구값 및 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어로의 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 16 은 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 전환시, TA 직접 요구값과 토크 실현부 TA 요구값의 편차에 의해 발생하는 토크 편차 (ΔTQ) 에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 17 은 본 발명의 실시형태 8 에서 실행되는 토크 실현부 TA 요구값 및 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어로부터 TA 직접 요구값 및 SA 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 18 은 본 발명의 실시형태 9 에 관련된 토크 실현부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19 는 본 발명의 실시형태 9 에서 실행되는 연소 개선을 위한 토크 실현부 A/F 요구값의 수정 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 20 은 본 발명의 실시형태 9 에서 실행되는 연소 개선을 위한 토크 실현부 SA 요구값의 수정 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
실시형태 1.
이하, 본 발명의 실시형태 1 에 대하여 도 1 내지 도 4 의 각 도면을 이용하여 설명한다.
먼저, 본 실시형태의 전제로서 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 사양에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 관련된 내연 기관은, 불꽃 점화식 내연 기관으로서, 흡입 공기량, 점화 시기 및 공연비를 조정하기 위한 액추에이터가 구비되어 있는 것으로 한다. 또, 통상은 균질 연소에 의한 운전을 행하지만, 매우 저부하일 때 등과 같은 한정된 상황에서는 성층 연소에 의한 운전도 행할 수 있도록 한 내연 기관인 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 사양은, 후술하는 실시형태 2 내지 9 에도 공통된 사양이다.
본 실시형태의 제어 장치는, 도 1 의 블록도로 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 도 1 에서는 제어 장치의 각 요소를 블록으로 나타내고, 블록 간의 신호의 전달 (주된 것) 을 화살표로 나타내고 있다. 이하, 도 1 을 참조하여 본 실시형태의 제어 장치의 전체적인 구성과, 그 특징에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태의 특징에 대한 보다 깊은 이해를 가능하게 하기 위해, 필요에 따라 상세 도를 사용한 설명도 하는 것으로 한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치는 크게 나누어 5 개의 부분 10, 20, 30, 40, 50 으로 구성되어 있다. 이 중에서, 최상위에 위치하는 것은 성능 요구 발생부 (10) 이다. 성능 요구 발생부 (10) 의 하위에는 기관 요구값 생성부 (20) 가 형성되어 있고, 더욱 그 하위에는 토크 실현부 (30) 가 형성되어 있다. 또, 성능 요구 발생부 (10) 의 하위에는, 기관 요구값 생성부 (20) 및 토크 실현부 (30) 와 병렬로 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 도 형성되어 있다. 그리고, 토크 실현부 (30) 및 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 의 하위에 선택 전환부 (50) 가 형성되어 있다.
내연 기관의 동작을 제어하는 액추에이터 (2, 4, 6) 는 선택 전환부 (50) 에 접속되어 있다. 본 실시형태에 관련된 내연 기관에는, 그 액추에이터로서 스로틀 밸브 (2), 점화 장치 (4) 및 연료 분사 장치 (6) 가 구비되어 있다. 스로틀 밸브 (2) 는 흡입 공기량을 조정하는 액추에이터이고, 점화 장치 (4) 는 점화 시기를 조정하는 액추에이터이고, 연료 분사 장치 (6) 는 공연비를 조정하는 액추에이터이다.
또한, 도 1 중에 화살표로 나타내는 블록 간의 전달 신호와는 별도로, 제어 장치 내에는 여러 가지 신호가 흐르고 있다. 그러한 신호의 일례가, 외부의 정보 발신원 (12) 으로부터 공급되는 내연 기관의 운전 조건이나 운전 상태에 관한 정보 (이하, 기관 정보) 를 포함한 신호이다. 정보 발신원 (12) 에 의해 발신되는 기관 정보에는 기관 회전수, 스로틀 밸브 개도 센서의 출력값, 에어 플로우 센서의 출력값, 공연비 센서의 출력값, 현시점의 실제 점화 시기, 냉각수 온도, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍, 그리고 운전 모드 등이 포함된다. 정보 발신원 (12) 은, 이들 기관 정보 중 적어도 일부를 내연 기관 내외에 형성된 센서에 의해 취득하고 있다.
이하, 제어 장치를 구성하는 각 부분 10, 20, 30, 40, 50 의 구성과, 그곳에서 행해지고 있는 처리에 대하여 순서대로 설명해 간다.
성능 요구 발생부 (10) 는 내연 기관의 성능에 관한 요구를 수치화하여 출력한다. 내연 기관의 성능에는 드라이버빌리티, 배기 가스, 연비, 소음, 진동 등을 들 수 있다. 이들은 내연기의 기능이라고도 바꾸어 말할 수 있다. 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량은 연산에 의해 결정되기 때문에, 성능 요구를 수치화함으로써 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량에 성능 요구를 반영시킬 수 있게 된다. 성능 요구 발생부 (10) 는, 다음의 2 개의 그룹으로 나뉘어지는 물리량에 의해 각종 성능 요구를 표현함으로써 성능 요구의 수치화를 행하고 있다.
성능 요구 발생부 (10) 가 성능 요구의 표현에 사용하는 제 1 그룹은, 토크, 효율 및 공연비 (이하, A/F) 의 3 종의 물리량으로 이루어지는 그룹이다. 여기에서 말하는 효율이란 내연 기관이 출력할 수 있는 잠재 토크에 대한 실제로 출력되는 토크의 비율이다. 내연 기관의 출력에는 토크 이외에도 열과 배기 가스가 포함되며, 이들 출력 전체에 의해 전술한 드라이버빌리티, 배기 가스, 연비와 같은 내연 기관의 각종 성능이 결정된다. 그리고, 이들의 출력을 제어하기 위한 파라미터는 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 물리량으로 집약할 수 있다. 따라서, 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 물리량을 사용하여 성능 요구를 표현함으로써, 내연 기관의 출력에 적확하게 성능 요구를 반영시킬 수 있게 된다.
보다 깊은 이해를 가능하게 하기 위해, 토크, 효율 및 A/F 를 사용한 성능 요구의 표현에 대하여 예시한다. 예를 들어, 드라이버빌리티에 관한 요구라면, 그것은 토크와 효율로 표현할 수 있다. 구체적으로는, 요구가 차량의 가속이라면, 그 요구는 토크에 의해 표현할 수 있다. 요구가 엔진 스톨의 방지라면, 그 요구는 효율 (상세하게는 효율 업) 에 의해 표현할 수 있다. 전술한 정의에 의하면, 효율의 최대값은 1 이고, 이 때에는 내연 기관이 출력할 수 있는 잠재 토크가 그대로 실제로 출력되게 된다. 효율이 1 보다 작은 경우에는, 실제로 출력되는 토크는 내연 기관이 출력할 수 있는 잠재 토크보다 작아, 그 여유분은 주로 열이 되어 내연 기관으로부터 출력되게 된다.
또, 배기 가스에 관한 요구는 효율이나 A/F 로 표현할 수 있다. 구체적으로는, 요구가 촉매의 난기 (暖機) 이면, 그 요구는 효율 (상세하게는 효율 다운) 에 의해 표현할 수 있고, A/F 에 의해서도 표현할 수 있다. 효율 다운에 의하면 배기 가스 온도를 높일 수 있고, A/F 에 의하면 촉매로 반응시키기 쉬운 분위기로 할 수 있다.
연비에 관한 요구는 효율이나 A/F 로 표현할 수 있다. 구체적으로는, 요구가 연소 효율의 상승이라면, 그 요구는 효율 (상세하게는 효율 업) 에 의해 표현할 수 있다. 요구가 펌프 로스의 저감이라면, 그 요구는 A/F (상세하게는 린번 (lean burn)) 에 의해 표현할 수 있다.
또한, 성능 요구 발생부 (10) 내에서는 각종 성능 요구가 각각 독립적으로 발하여진다. 이 때문에, 성능 요구 발생부 (10) 로부터 출력되는 토크, 효율 및 A/F 의 요구값은, 각 물리량에 대하여 반드시 1 개로는 되지 않는다. 토크를 예로 들면, 드라이버로부터의 요구 토크 (액셀 개도로부터 계산되는 토크) 뿐만 아니라, VSC (Vehicle Stability Control system), TRC (Traction Control System), ABS (Antilock Brake System), 트랜스미션 등의 차량 제어에 관련된 각종 디바이스로부터 요구되는 토크가 동시에 출력되는 경우가 있다. 효율이나 A/F 에 관해서도 마찬가지이다.
성능 요구 발생부 (10) 가 성능 요구의 표현에 사용하는 제 2 그룹은, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 동작을 직접 규정하는 것과 같은 물리량으로 이루어지는 그룹이다. 그와 같은 물리량이란, 예를 들어 스로틀 밸브 (2) 라면 스로틀 밸브 개도나 흡입 공기량 등의 물리량이다. 점화 장치 (4) 라면 점화 지각량 (ignition retard amount) 이나 효율 등의 물리량이 그것에 상당한다. 연료 분사 장치 (6) 라면 공연비나 연료 분사량 등의 물리량이 그것에 상당한다.
전술한 바와 같이, 내연 기관의 출력을 제어하는 직접 파라미터는, 제 1 그룹의 물리량인 토크, 효율 및 A/F 이다. 제 2 그룹의 물리량은, 직접적으로는 토크, 효율 및 공연비를 제어하기 위한 파라미터로서, 내연 기관의 출력에는 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 동작을 통하여 간접적으로 관여한다. 따라서, 성능 요구를 내연 기관의 출력에 반영시키기 위한 표현으로는, 제 1 그룹의 물리량에 의한 표현쪽이 자유도가 높고, 또한 반영 정밀도도 높다. 단, 제 2 그룹의 물리량에 의한 표현에 의하면, 성능 요구에 기초한 소정의 동작을 각 액추에이터 (2, 4, 6) 에 적확하게 실행시키는 것은 가능하다.
성능 요구 발생부 (10) 는, 동일한 성능 요구를 제 1 그룹의 물리량과 제 2 그룹의 물리량으로 각각 표현하여 수치화한다. 그리고, 제 1 그룹의 물리량에 의해 수치화된 성능 요구는 기관 요구값 생성부 (20) 에 공급하고, 제 2 그룹의 물리량에 의해 수치화된 성능 요구는 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 에 공급한다. 단, 제 1 그룹의 물리량에 의한 성능 요구의 수치화는 항상 행해지고 있는 데에 반해, 제 2 그룹의 물리량에 의한 수치화는, 소정의 조건이 성립되었을 때에만 행해지도록 되어 있다. 소정 조건으로는, 예를 들어 발하여지는 성능 요구가 시동시 제어나 연료 컷 제어 등의 특정 제어에 관한 것인 경우를 들 수 있다. 또, 성층 연소 모드와 같은 특정 운전 모드에서의 운전이 선택된 경우도 소정 조건으로서 들 수 있다. 또한, 센서가 활성화되지 않은 등의 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우도 소정 조건으로서 들 수 있다.
다음으로, 기관 요구값 생성부 (20) 에 대하여 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 성능 요구 발생부 (10) 로부터는 토크, 효율 혹은 A/F 로 표현된 복수의 성능 요구가 출력된다. 그러나, 이들의 요구를 모두 동시에 완전히 실현시킬 수는 없다. 복수의 토크 요구가 있었다고 하더라도 실현시킬 수 있는 토크는 1 개이기 때문이다. 마찬가지로, 복수의 효율 요구에 대해 실현시킬 수 있는 효율은 1 개이며, 복수의 A/F 요구에 대해 실현시킬 수 있는 A/F 는 1 개이다. 이 때문에, 요구의 조정과 같은 처리가 필요해진다.
기관 요구값 생성부 (20) 에서는, 성능 요구 발생부 (10) 로부터 출력되는 요구 (요구값) 의 조정이 이루어진다. 기관 요구값 생성부 (20) 에는 요구의 분류인 물리량마다 조정(調停)부 (22, 24, 26) 가 형성되어 있다. 토크 조정부 (22) 는 토크로 표현된 복수의 요구값을 조정하여 1 개의 토크 요구값을 얻는다. 효율 조정부 (24) 는 효율로 표현된 복수의 요구값을 조정하여 1 개의 효율 요구값을 얻는다. 그리고, A/F 조정부 (26) 는 A/F 로 표현된 복수의 요구값을 조정하여 1 개의 A/F 요구값을 얻는다. 각 조정부 (22, 24, 26) 는 미리 정해진 규칙에 따라 조정을 행한다. 여기에서 말하는 규칙이란, 예를 들어 최대값 선택, 최소값 선택, 평균 혹은 중첩 등, 복수의 수치로부터 1 개의 수치를 얻기 위한 계산 규칙으로서, 이들 복수의 계산 규칙을 적절히 조합한 것으로 할 수도 있다. 단, 어떠한 규칙으로 할지는 설계에 맡겨지는 것으로서, 본 발명에 관해서는 규칙의 내용에 한정은 없다.
이하에서는, 조정에 대한 보다 깊은 이해를 가능하게 하기 위해 구체예를 들어 설명한다. 먼저, 도 2 는 토크 조정부 (22) 의 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 예에서의 토크 조정부 (22) 는, 중첩 요소 (202) 와 최소값 선택 요소 (204) 로 구성되어 있다. 또, 이 예에 있어서 토크 조정부 (22) 에 의해 집약되는 요구값은, 드라이버 요구 토크, 보조기기 (auxiliary) 부하 손실 토크, 퓨얼컷 전 요구 토크 및 퓨얼컷 복귀시 요구 토크이다. 각 요소 (202, 204) 에 의해 집약된 결과, 최종적으로 얻어진 값이 조정된 토크 요구값으로서 토크 조정부 (22) 로부터 출력된다.
다음으로, 도 3 은 효율 조정부 (24) 의 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 예에서의 효율 조정부 (24) 는, 3 개의 최소값 선택 요소 (212, 216, 220) 와 2 개의 최대값 선택 요소 (214, 218) 로 구성되어 있다. 또, 이 예에서 효율 조정부 (24) 에 의해 집약되는 요구값은, 효율 업 요구인 드라이버빌리티 요구 효율, 효율 다운 요구인 ISC 요구 효율, 고응답 토크 요구 효율 및 촉매 난기 요구 효율, 보다 우선도가 높은 효율 다운 요구인 KCS 요구 효율 및 과도 녹 요구 효율 등이다. 각 요소 (212, 214, 216, 218, 220) 에 의해 집약된 결과, 최종적으로 얻어진 값이 조정된 효율 요구값으로서 효율 조정부 (24) 로부터 출력된다.
구체예는 생략하지만, 공연비 조정(調停)부 (26) 에서도 동일한 처리가 행해지고 있다. 앞에서도 서술한 바와 같이, 어떠한 요소를 조합하여 공연비 조정부 (26) 를 구성하는지는 설계 사항에 해당하며, 설계자의 설계 사상에 기초하여 적절히 조합하면 된다. 이상과 같은 조정이 각 조정부 (22, 24, 26) 에서 이루어짐으로써, 기관 요구값 생성부 (20) 로부터는 1 개의 토크 요구값과, 1 개의 효율 요구값과, 1 개의 A/F 요구값이 출력된다.
다음으로, 토크 실현부 (30) 에 대하여 설명한다. 토크 실현부 (30) 는, 내연 기관의 역모델인 기관 역모델을 구비하고 있다. 기관 요구값 생성부 (20) 로부터 공급되는 각 기관 요구값 (토크 요구값, 효율 요구값 및 A/F 요구값) 과, 기관 회전수 등의 필요한 기관 정보를 기관 역모델에 입력함으로써, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 각각에 요구해야 하는 제어량, 즉 액추에이터 요구값 (이하, 토크 실현부 요구값) 을 산출할 수 있다.
기관 역모델은 맵이나 함수로 표시된 복수의 통계 모델이나 물리 모델로 구성되어 있다. 기관 역모델의 구성은, 제어 장치에 의한 내연 기관의 제어 특성을 특징짓는다. 본 실시형태에 관련된 기관 역모델은, 기관 요구값 생성부 (20) 로부터 공급되는 3 개의 기관 요구값 중에서 토크 요구값을 최우선하여 실현시키는 구성으로 되어 있다. 또, 본 실시형태에 관련된 기관 역모델은, 내연 기관이 취할 수 있는 연소 모드 중에서 균질 연소를 전제로 하여 설계되어 있다.
이하에서 토크 실현부 (30) 에 대한 보다 깊은 이해를 가능하게 하기 위해 구체예를 들어 설명한다. 도 4 는 토크 실현부 (30) 의 구성, 즉 기관 역모델의 구성을 나타내는 블록도이다. 토크 실현부 (30) 의 구성과 그 기능에 대한 설명에는, 이 도 4 와 앞서 게재한 도 1 을 사용한다.
토크 조정부 (22) 로부터 출력되는 토크 요구값과, 효율 조정부 (24) 로부터 출력되는 효율 요구값은, 직접적으로는 스로틀 밸브 제어에 사용되는 신호가 된다. 또, A/F 조정부 (26) 로부터 출력되는 A/F 요구값은, 직접적으로는 연료 분사 제어에 사용되는 신호가 된다. 내연 기관의 동작을 제어하기 위해서는, 이들 신호에 추가하여 점화 시기 제어에 사용하는 신호가 필요하여, 토크 실현부 (30) 에는 그 신호를 생성시키는 기능도 구비되어 있다.
본 실시형태의 제어 장치에서 점화 시기 제어에 사용되는 신호는 토크 효율이다. 토크 효율은 내연 기관의 추정 토크에 대한 토크 요구값의 비로서 정의된다. 토크 실현부 (30) 는 토크 효율의 산출하기 위한 요소로서, 추정 공기량 산출부 (308), 추정 토크 산출부 (310) 및 토크 효율 산출부 (312) 를 구비하고 있다.
추정 공기량 산출부 (308) 에는 스로틀 밸브 개도 센서 (이하, TA 센서) 의 출력 신호와 에어 플로우 센서의 출력 신호가 입력된다. TA 센서의 출력 신호로부터는 실제의 스로틀 밸브 개도를 얻을 수 있고, 에어 플로우 센서의 출력 신호로부터는 흡기관의 공기류의 양을 얻을 수 있다. 추정 공기량 산출부 (308) 는, 현재의 스로틀 밸브 개도로 실현할 수 있을 것으로 추정되는 공기량 (이하, 추정 공기량) 을 에어 모델을 사용하여 산출한다. 에어 모델은 흡기계의 물리 모델로서, 에어 모델은 스로틀 밸브 (2) 의 동작에 대한 흡입 공기량의 응답을 유체 역학 등에 기초하여 모델화한 것이다. 에어 플로우 센서의 출력 신호는, 에어 모델에 의한 흡입 공기량의 계산을 보정하기 위한 보정 데이터로서 사용된다.
추정 토크 산출부 (310) 는, 추정 공기량을 토크로 변환시킨다. 추정 공기량의 토크로의 변환에는 토크 맵이 사용된다. 토크 맵은 토크와 흡입 공기량의 관계를 나타내는 통계 모델로서, 흡입 공기량을 포함하는 복수의 파라미터를 축으로 하는 다차원 맵으로 되어 있다. 각 파라미터에는 현재의 기관 정보로부터 얻어지는 값이 입력된다. 단, 점화 시기는 최적 점화 시기 (MBT 와 트레이스 녹 점화 시기 중으로부터, 지각측의 점화 시기) 로 되어 있다. 추정 토크 산출부 (30) 는, 추정 공기량으로부터 변환된 토크를 내연 기관의 최적 점화 시기에 있어서의 추정 토크로서 산출한다. 이 추정 토크는 내연 기관이 출력할 수 있는 잠재 토크이다.
토크 효율 산출부 (312) 는, 토크 조정부 (22) 에서 출력된 토크 요구값과, 추정 토크 산출부 (310) 에서 산출된 추정 토크의 비를 토크 효율로서 산출한다. 후술하지만, 스로틀 밸브 개도는 토크 요구값을 효율 요구값으로 나누어 증가된 보정 토크 요구값을 실현시키도록 제어된다. 이것은 효율 요구값의 분만큼 저하되는 토크를 흡입 공기량의 증량에 의해 보상하기 위해서이다. 단, 스로틀 밸브 개도의 변화에 대한 실제 흡입 공기량의 응답에는 지연이 있기 때문에, 실제로 출력할 수 있는 토크 (추정 토크) 는, 효율 요구값의 변화에 대해 응답 지연이 있다. 추정 토크와 토크 요구값의 비인 토크 효율은, 효율 요구값과 실제 흡입 공기량의 변화를 함께 점화 시기 제어에 반영시키기 위한 파라미터로 되어 있다. 적어도 흡입 공기량이 일정해진 정상 상태에서는, 이론적으로는 추정 토크는 보정 토크 요구값에 일치하고, 토크 효율은 효율 요구값에 일치하게 된다.
그런데, 기관 요구값 생성부 (20) 에서 행해지는 각 기관 요구값의 생성시에는, 각각의 기관 요구값이 다른 기관 요구값과의 관계로 실현시킬 수 있는 값인지 여부는 고려되지 않는다. 이 때문에, 각 기관 요구값의 크기의 관계에 따라서는 통 내의 연소 조건이 연소 한계를 초과하여 내연 기관을 적정하게 운전시킬 수 없을 가능성이 있다. 그래서, 토크 실현부 (30) 에는 내연 기관의 적정 운전이 가능해지도록 내연 기관의 각 제어에 사용되는 신호 간의 크기의 관계를 조정하는 조정부 (320) 가 형성되어 있다. 조정부 (320) 는 미리 설정된 우선 순서에 따라, 우선 순위가 높은 신호를 기준으로 하여 우선 순위가 낮은 신호를 수정한다. 최우선되는 신호는 토크 요구값으로서, 토크 요구값의 수정은 행해지지 않다. 다음으로 우선되는 신호는, 내연 기관의 운전 모드에 의해 정해진다. 본 실시형태에서는, 내연 기관의 운전 모드로서 효율 우선 모드와 A/F 우선 모드가 있고, 운전 모드에 따라 전술한 우선 순서가 변경되도록 되어 있다.
조정부 (320) 는 효율 가이드부 (322), 토크 효율 가이드부 (324) 및 A/F 가이드부 (326) 로 구성되어 있다. 효율 가이드부 (322) 는 효율 조정부 (24) 로부터 입력되는 효율 요구값의 상하한을 제한함으로써, 효율 요구값의 크기를 내연 기관의 적정 운전이 가능한 범위로 수정한다. 토크 효율 가이드부 (324) 는 토크 효율 산출부 (312) 에서 산출된 토크 효율의 상하한을 제한함으로써, 토크 효율의 크기를 내연 기관의 적정 운전이 가능한 범위로 수정한다. 그리고, A/F 가이드부 (326) 는 A/F 조정부 (26) 로부터 입력되는 A/F 요구값의 상하한을 제한함으로써, A/F 요구값의 크기를 내연 기관의 적정 운전이 가능한 범위로 수정한다.
조정부 (320) 를 구성하는 3 개의 가이드부 (322, 324, 326) 의 상하한 가이드값은 모두 가변이며, 서로 연동하여 변경되도록 되어 있다. 구체적으로는, 내연 기관의 운전 모드가 효율 우선 모드인 경우에는, 효율 가이드부 (322) 와 토크 효율 가이드부 (324) 의 각 상하한 가이드값으로서 전체 A/F 영역에서의 최상 하한값이 설정된다. 그리고, 토크 효율 가이드부 (324) 에 의한 가이드 처리 후의 토크 효율에 기초하여 A/F 가이드부 (326) 의 상하한 가이드값이 설정된다. 한편, A/F 우선 모드인 경우에는, A/F 가이드부 (326) 의 상하한 가이드값으로서 전체 효율 영역에서의 최상하한값이 설정된다. 그리고, A/F 가이드부 (326) 에 의한 가이드 처리 후의 A/F 요구값에 기초하여 효율 가이드부 (322) 및 토크 효율 가이드부 (324) 의 각 상하한 가이드값이 설정된다.
이상의 처리의 결과, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 에 요구하는 제어량, 즉 토크 실현부 요구값의 계산에 사용되는 주신호는, 토크 요구값, 수정 효율 요구값, 수정 A/F 요구값 및 수정 토크 효율이 된다. 토크 실현부 (30) 는 토크 요구값과 수정 효율 요구값에 기초하여 스로틀 밸브 (2) 에 공급하는 토크 실현부 요구값 (이하, 토크 실현부 TA 요구값) 을 산출한다. 또, 토크 실현부 (30) 는 수정 토크 효율에 기초하여 점화 장치 (4) 에 공급하는 토크 실현부 요구값 (이하, 토크 실현부 SA 요구값) 을 산출한다. 또, 토크 실현부 (30) 는 수정 A/F 요구값을 연료 분사 장치 (6) 에 공급하는 토크 실현부 요구값 (이하, 토크 실현부 A/F 요구값) 으로서 산출한다.
토크 실현부 (30) 는 토크 실현부 TA 요구값의 계산을 위해, 토크 요구값 보정부 (302) 와 공기량 요구값 산출부 (304) 와 TA 요구값 산출부 (306) 를 구비하고 있다. 토크 요구값과 수정 효율 요구값은 토크 요구값 보정부 (302) 에 입력된다. 토크 요구값 보정부 (302) 는 토크 요구값을 수정 효율 요구값으로 나누어 보정하고, 효율 보정 후의 토크 요구값을 공기량 요구값 산출부 (304) 에 출력한다. 토크 요구값이 내연 기관이 실제로 출력하는 토크의 요구값인 데에 대해, 효율 보정 후의 토크 요구값에는 내연 기관이 잠재적으로 출력할 수 있는 토크의 요구값이라고 하는 의미가 있다. 수정 효율 요구값이 1 보다 작으면, 수정 효율 요구값에 의한 나눗셈에 의해 토크 요구값은 증가되고, 증가된 보정 토크 요구값이 공기량 요구값 산출부 (304) 에 공급된다.
공기량 요구값 산출부 (304) 는, 보정 토크 요구값을 흡입 공기량으로 변환시킨다. 보정 토크 요구값의 흡입 공기량으로의 변환에는 공기량 맵이 사용된다. 공기량 맵은 토크를 포함하는 복수의 파라미터를 축으로 하는 다차원 맵으로서, 점화 시기, 기관 회전수, A/F 등, 토크와 흡입 공기량의 관계에 영향을 미치는 각종 운전 조건이 파라미터로서 사용되고 있다. 이들 파라미터에는 현재의 기관 정보로부터 얻어지는 값이 입력된다. 단, 점화 시기는 최적 점화 시기로 되어 있다. 공기량 요구값 산출부 (304) 는, 보정 토크 요구값으로부터 변환된 토크를 흡입 공기량의 요구값으로서 산출한다.
TA 요구값 산출부 (306) 는, 공기량 요구값을 실현시키기 위한 스로틀 밸브 개도를 에어 모델의 역모델 (이하, 에어 역모델) 을 사용하여 산출한다. 에어 역모델에서는 밸브 타이밍이나 흡입 공기 온도 등, 공기량과 스로틀 밸브 개도의 관계에 영향을 미치는 운전 조건을 파라미터로서 설정할 수 있다. 이들 파라미터에는 기관 정보로부터 얻어지는 값이 입력된다. TA 요구값 산출부 (306) 는, 공기량 요구값으로부터 변환된 스로틀 밸브 개도를 토크 실현부 TA 요구값으로서 출력한다.
또, 토크 실현부 (30) 는 토크 실현부 SA 요구값의 계산을 위해, 점화 지각량 산출부 (314) 와 SA 요구값 산출부 (316) 를 구비하고 있다. 수정 토크 효율은 점화 지각량 산출부 (314) 에 입력된다. 점화 지각량 산출부 (314) 는 수정 토크 효율로부터 최적 점화 시기에 대한 지각량을 계산한다. 지각량의 계산에는 맵이 사용된다. 이 맵은 토크 효율을 포함하는 복수의 파라미터를 축으로 하는 다차원 맵으로서, 기관 회전수, A/F, 공기량 등, 점화 시기의 결정에 영향을 미치는 각종 운전 조건을 파라미터로서 설정할 수 있다. 이들 파라미터에는 현재의 기관 정보로부터 얻어지는 값이 입력된다. 이 맵에서는 토크 효율이 작을수록 점화 지각량은 큰 값으로 설정되도록 되어 있다.
SA 요구값 산출부 (316) 는, 점화 지각량 산출부 (314) 에서 계산된 점화 지각량을 최적 점화 시기에 가산한다. 최적 점화 시기는 내연 기관의 운전 상태에 기초하여 계산된다. 그리고, SA 요구값 산출부 (316) 는, 얻어진 최종적인 점화 시기를 토크 실현부 SA 요구값으로서 출력한다.
이상이 토크 실현부 (30) 의 구성에 관한 설명이다. 다음으로, 다시 도 1 으로 되돌아가, 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 와 선택 전환부 (50) 에 대한 설명을 한다. 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 와 선택 전환부 (50) 를 구비하는 것은, 본 실시형태의 제어 장치가 갖는 특징 중 하나이다.
액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 는, 성능 요구 발생부 (10) 로부터 발하여지는 성능 요구에 기초하여, 상기 서술한 토크 실현부 (30) 를 개재시키지 않고 액추에이터 (2, 4, 6) 각각에 직접 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 직접 요구값) 을 생성시키는 기능을 가지고 있다. 이 기능은 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 를 구성하는 TA 직접 요구값 산출부 (42), SA 직접 요구값 산출부 (44) 및 A/F 직접 요구값 산출부 (46) 에 의해 실현되고 있다.
전술한 바와 같이, 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 에는 성능 요구 발생부 (10) 로부터 발하여지는 성능 요구 중, 제 2 그룹의 물리량에 의해 수치화된 성능 요구가 공급된다. 이 중에서 스로틀 밸브 (2) 의 동작을 직접 규정하는 물리량에 의해 수치화된 성능 요구는, TA 직접 요구값 산출부 (42) 에 입력된다. 또, 점화 장치 (4) 의 동작을 직접 규정하는 물리량에 의해 수치화된 성능 요구는, SA 직접 요구값 산출부 (44) 에 입력된다. 그리고, 연료 분사 장치 (6) 의 동작을 직접 규정하는 물리량에 의해 수치화된 성능 요구는, A/F 직접 요구값 산출부 (46) 에 입력된다.
TA 직접 요구값 산출부 (42) 는, 입력된 성능 요구에 기초하여 스로틀 밸브 (2) 에 공급하는 액추에이터 직접 요구값 (이하, TA 직접 요구값) 을 산출한다. SA 직접 요구값 산출부 (44) 는, 입력된 성능 요구에 기초하여 점화 장치 (4) 에 공급하는 액추에이터 직접 요구값 (이하, SA 직접 요구값) 을 산출한다. 그리고, A/F 직접 요구값 산출부 (46) 는, 입력된 성능 요구에 기초하여 연료 분사 장치 (6) 에 공급하는 액추에이터 직접 요구값 (이하, A/F 직접 요구값) 을 산출한다.
성능 요구 발생부 (10) 에서 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 로 성능 요구가 발하여지는 것은, 내연 기관의 시동시 등의 소정 조건이 성립되어 있는 경우에 한정된다. 그러나, 이러한 조건의 성립시에는, 토크 실현부 (30) 에서 토크 실현부 요구값이 산출되는 것과 병행하여, 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 에서 액추에이터 직접 요구값이 생성되게 된다. 요컨대, 액추에이터 (2, 4, 6) 에 요구하는 제어량이 2 종류 존재하게 된다. 당연한 일이지만, 액추에이터 (2, 4, 6) 는 동시에 2 종류의 제어량에 따라 동작할 수 없기 때문에, 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어를 토크 실현부 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 전환되도록 할 필요가 있다. 이 때문에 형성된 구성이, 다음에 설명하는 선택 전환부 (50) 이다.
각 토크 실현부 요구값과 각 액추에이터 직접 요구값은 선택 전환부 (50) 에 입력된다. 그리고, 어느 일방만이 선택 전환부 (50) 에서 선택되어 각 액추에이터 (2, 4, 6) 에 공급된다. 선택 전환부 (50) 는 3 개의 전환부 (52, 54, 56) 와 전환 지시부 (58) 로 구성되어 있다. 전환부 (52) 는 스로틀 밸브 (2) 에 공급하는 요구값의 전환을 행하는 요소로서, 토크 실현부 TA 요구값과 TA 직접 요구값이 입력되어 있다. 전환부 (54) 는 점화 장치 (4) 에 공급하는 요구값의 전환을 행하는 요소로서, 토크 실현부 SA 요구값과 SA 직접 요구값이 입력되어 있다. 전환부 (56) 는 연료 분사 장치 (6) 에 공급하는 요구값의 전환을 행하는 요소로서, 토크 실현부 A/F 요구값과 A/F 직접 요구값이 입력되어 있다.
각 전환부 (52, 54, 56) 에 있어서의 요구값의 전환은, 전환 지시부 (58) 로부터의 지시를 받아 행해진다. 전환 지시부 (58) 는 토크 실현부 요구값과 액추에이터 직접 요구값 중 어느 것을 액추에이터 (2, 4, 6) 에 공급할지를 기관 정보에 기초하여 판단한다. 내연 기관의 운전 상태나 운전 조건과 같은 기관 정보는, 토크 실현부 (30) 의 기관 역모델에서 토크 실현부 요구값의 계산에 필요한 정보이기 때문에, 이 기관 정보를 사용함으로써 토크 실현부 요구값에 의한 제어가 유리해지는 상황이나 불리해지는 상황을 예측할 수 있다. 그리고, 기관 정보에 기초하여 전환의 판단을 행함으로써, 보다 유리한 쪽의 제어를 적확하게 선택할 수 있게 된다. 전환 지시부 (58) 는, 기관 정보에 기초하는 판단 결과에 따라 각 전환부 (52, 54, 56) 에 대해 전환을 지시하도록 되어 있다.
전환 지시부 (58) 에 있어서의 기관 정보에 기초한 전환의 판단은, 예를 들어 다음과 같이 행해진다. 먼저, 전환 지시부 (58) 는 토크 실현부 요구값의 공급을 표준의 선택으로 하고 있다. 그리고, 기관 정보로부터 소정의 직접 요구값 공급 조건이 성립되어 있는 것으로 판단했을 때에만 각 액추에이터 (2, 4, 6) 에 액추에이터 직접 요구값을 공급하도록 각 전환부 (52, 54, 56) 에 대해 전환을 지시한다. 또, 상기 직접 요구값 공급 조건이 성립하지 않게 되었을 때에는, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 에 토크 실현부 요구값을 공급하도록 각 전환부 (52, 54, 56) 에 대해 전환을 지시한다.
상기 직접 요구값 공급 조건은, 성능 요구 발생부 (10) 에서 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 로 성능 요구가 발하여질 때의 조건에 포함되어 있다. 여기에서는, 내연 기관의 시동시나 성층 연소 모드에서의 운전시 등, 내연 기관의 현재의 운전 상태나 운전 조건이 기관 역모델의 성립 조건에 포함되지 않는 경우를 직접 요구값 공급 조건으로 한다. 이와 같은 경우에는, 액추에이터의 제어량의 산출에 기관 역모델을 사용하는 것이 불가능하기 때문이다. 예를 들어, 본 실시형태에서는, 기관 역모델은 균질 연소를 전제로 하여 설계되어 있기 때문에, 연소 모드로서 성층 연소가 선택된 경우에는 기관 역모델은 성립하지 않게 된다. 또, 시동시에는 흡기관 내에 이미 공기가 존재하기 때문에, 스로틀 밸브 (2) 의 동작과 흡입 공기량의 응답을 모델화한 에어 모델이나 그 역모델은 성립하지 않는다. 이 때문에, 제어량의 산출에 필요한 계산을 정확하게 행할 수 없어, 기관 역모델 전체로서도 성립하지 않게 된다. 이와 같은 경우, 토크 실현부 요구값에 의한 제어가 아니라 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 선택됨으로써, 기관 역모델이 성립하지 않는 상황에서의 액추에이터 (2, 4, 6) 의 적확한 동작을 담보할 수 있다.
또, 전환 지시부 (58) 는, 취득된 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우도 직접 요구값 공급 조건의 하나로서 판단한다. 취득된 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우에는, 그 신뢰성이 낮은 기관 정보를 이용하여 산출되는 토크 실현부 요구값의 정밀도도 저하되기 때문이다. 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우로는, 기관 정보를 취득하기 위한 센서가 활성화되지 않은 경우, 센서에 의한 센싱의 대상이 안정되지 않은 경우, 혹은 기관 정보를 계산하기 위한 계산 조건이 갖추어지지 않은 경우 등을 들 수 있다. 이와 같은 경우에 토크 실현부 요구값에 의한 제어가 아니라 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 선택됨으로써, 기관 정보의 신뢰성이 낮은 것이 액추에이터 (2, 4, 6) 의 동작에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
본 실시형태의 제어 장치가 갖는 이점 중 한 가지가, 상기 서술한 바와 같이, 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어를, 토크 실현부 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 전환할 수 있게 구성되어 있는 것이다. 기관 역모델을 사용하여 산출되는 토크 실현부 요구값에 의하면, 내연 기관의 각종 성능에 관한 요구의 실현을 위해 각 액추에이터 (2, 4, 6) 를 서로 협조시키면서 동작시킬 수 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우나, 내연 기관의 운전 상태나 운전 조건이 기관 역모델의 성립 조건에 포함되지 않는 경우에는, 토크 실현부 요구값의 정밀도는 크게 저하되어 버린다. 이와 같이, 토크 실현부 요구값에 의한 제어에는 불리한 점도 있지만, 이 불리한 점을 보상하는 것이 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어이다. 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어는, 내연 기관의 운전 상태나 운전 조건의 영향을 받지 않고, 성능 요구에 기초한 소정의 동작을 액추에이터 (2, 4, 6) 에 적확하게 실행시킬 수 있다. 요컨대, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 토크 실현부 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 중에서 보다 유리한 편의 제어를 선택할 수 있기 때문에, 내연 기관의 성능에 관한 요구를 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량에 적확하게 반영시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 1 에 대하여 설명하였다. 실시형태 1 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 1 에 나타내는 구성에 있어서, 기관 요구값 생성부 (20) 는 제 1 발명의 「기관 요구값 생성 수단」에 상당한다. 정보 발신원 (12) 은 제 1 발명의 「기관 정보 취득 수단」에 상당한다. 토크 실현부 (30) 는 제 1 발명의 「액추에이터 요구값 산출 수단」에 상당한다. 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 는 제 1 발명의 「액추에이터 직접 요구값 생성 수단」에 상당한다. 전환부 (52, 54, 56) 는 제 1 발명의 「전환 수단」에 상당한다. 그리고, 전환 지시부 (58) 는 제 2 내지 제 4 의 각 발명의 「전환 지시 수단」에 상당한다.
실시형태 2.
다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 대하여 도 1, 도 5 및 도 6 을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치의 전체 구성은, 실시형태 1 과 동일하게 도 1 의 블록도로 나타내어진다. 본 실시형태의 제어 장치와 실시형태 1 의 제어 장치의 차이는, 제어 장치를 구성하는 한 요소인 전환 지시부 (58) 의 기능에 있다. 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 의 구성을 나타낸 것이 도 5 의 블록도이다. 이하, 도 1 와 함께 도 5 를 참조하여 본 실시형태의 특징인 전환 지시부 (58) 의 구성과 그 기능에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 의 기능면에 있어서의 특징은, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어가 전환될 때의 토크 단차를 억제할 수 있도록 한 것에 있다. 예를 들어, 내연 기관의 시동시 제어로서 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 행해질 때에는, 에어 모델이나 에어 역모델에 의한 계산이 가능해진 후, 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 전환된다. 이 때, 액추에이터 직접 요구값에 의해 실현되고 있었던 토크, 효율 혹은 A/F 의 값과, 토크 실현부 요구값에 의해 새롭게 실현되는 토크, 효율 혹은 A/F 의 값 사이에 차이가 있으면, 전환에 수반하여 내연 기관의 동작은 불연속으로 변동되어 버린다. 특히 토크의 실현값에 차이가 있는 경우에는, 전환에 수반하여 토크 단차가 발생하게 되어 드라이버빌리티를 저하시켜 버린다. 이하에 설명하는 전환 지시부 (58) 의 구성에 의하면, 이와 같은 전환시의 문제를 방지할 수 있다.
본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는, 선택부 (520) 를 구비하고 있다. 선택부 (520) 는 기관 정보에 기초하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어인지 토크 실현부 요구값에 의한 제어인지를 선택하고, 선택한 제어로의 전환을 전환부 (52, 54, 56) 에 지시한다. 요컨대, 이 선택부 (520) 에는 실시형태 1 에서 설명한 전환 지시부 (58) 의 기능이 집약되어 있다.
또, 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는, 내연 기관에 의해 실제로 실현되고 있는 토크, 효율 및 A/F 의 값을 취득하는 수단으로서, 토크 실현값 산출부 (502), 효율 실현값 산출부 (504) 및 A/F 실현값 산출부 (506) 를 구비하고 있다. 이들 기관 실현값 산출부 (502, 504, 506) 는, 정보 발신원 (12) 으로부터 공급되는 기관 정보를 이용하여 각 기관 실현값 (토크 실현값, 효율 실현값, A/F 실현값) 을 산출한다. 예를 들어, A/F 실현값이라면 공연비 센서의 출력 신호 등의 정보를 이용하여 산출할 수 있다. 효율 실현값이라면 점화 시기 등의 정보를 이용하여 산출할 수 있다. 또, 토크 실현값이라면 스로틀 밸브 개도, 에어 플로우 센서의 출력 신호, 기관 회전수, A/F, 점화 시기 등의 정보를 이용하여 산출할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는, 3 개의 편차 판정부 (508, 510, 512) 를 구비하고 있다. 편차 판정부 (508) 는 토크 실현값 산출부 (502) 에서 산출된 토크 실현값과, 토크 조정부 (22) 로부터 출력되는 토크 요구값의 편차가 소정의 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 요소이다. 편차 판정부 (510) 는 효율 실현값 산출부 (504) 에서 산출된 효율 실현값과, 효율 조정부 (24) 로부터 출력되는 효율 요구값의 편차가 소정의 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 요소이다. 편차 판정부 (512) 는 A/F 실현값 산출부 (506) 에서 산출된 A/F 실현값과, A/F 조정부 (26) 로부터 출력되는 A/F 요구값의 편차가 소정의 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 요소이다. 이들 편차 판정부 (508, 510, 512) 에 의한 각 편차의 판정은, 선택부 (520) 에서 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 선택되었을 때에 행해진다. 그리고, 각 편차 판정부 (508, 510, 512) 의 판정 결과는, 선택부 (520) 에 의한 선택의 전환에 반영된다.
선택부 (520) 는 각 편차 판정부 (508, 510, 512) 로부터 공급되는 판정 결과에 의해 선택의 전환의 타이밍을 재고 있다. 모든 편차 판정부 (508, 510, 512) 에서 기관 실현값 (토크 실현값, 효율 실현값, A/F 실현값) 과 기관 요구값 (토크 요구값, 효율 요구값, A/F 요구값) 의 편차가 허용 범위 내에 들어갔을 때, 선택부 (520) 는, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 전환을 각 전환부 (52, 54, 56) 에 지시한다. 이와 같은 타이밍으로 전환의 지시를 행함으로써, 내연 기관의 동작을 불연속적으로 변동시키지 않고 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 이행할 수 있다.
상기 서술한 바와 같은 전환 지시부 (58) 의 구성과 그 기능에 의하면, 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어 방법의 선택의 전환에 관하여, 다음과 같은 전환 제어를 행할 수 있다. 도 6 은 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 에 의해 실행되는 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 6 에 나타내는 루틴의 최초의 단계 S102 에서는, 토크 요구값, 효율 요구값 및 A/F 요구값이 기관 요구값 생성부 (20) 로부터 취득된다.
단계 S104 에서는 내연 기관이 직접 요구 영역에서 운전되고 있는지 여부가 판정된다. 직접 요구 영역이란 토크 실현부 요구값에 의한 제어보다 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어쪽이 이점이 있는 운전 영역이다. 예를 들어, 내연 기관의 시동시나 성층 연소에 의한 운전 영역은 이 직접 요구 영역에 포함된다. 직접 요구 영역에서 운전되고 있지 않을 때에는, 단계 S112 로 진행되어 토크 실현부 요구값에 의한 제어가 선택부 (520) 에서 선택된다.
직접 요구 영역에서 운전되고 있을 때에는 단계 S106 으로 진행된다. 단계 S106 에서는, 액추에이터 직접 요구값에 의해 실현되고 있는 토크 실현값, 효율 실현값 및 A/F 실현값이 각 기관 실현값 산출부 (502, 504, 506) 에서 산출된다.
다음의 단계 S108 에서는, 단계 S102 에서 취득된 각 기관 요구값과 단계 S106 에서 산출된 각 기관 실현값의 편차가 각 편차 판정부 (508, 510, 512) 에서 판정된다. 판정 결과, 어느 것의 편차가 허용 범위에 들어가지 않은 경우에는, 단계 S110 로 진행되어, 그대로 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 선택된다.
판정 결과, 모든 편차가 허용 범위에 들어간 경우에는, 단계 S112 로 진행된다. 단계 112 에서는 토크 실현부 요구값에 의한 제어가 선택부 (520) 에서 선택되고, 선택한 제어로의 전환이 전환부 (52, 54, 56) 에 지시된다.
이상 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어에 의해 실현되는 각 기관 실현값과, 토크 실현부 요구값의 산출의 기초가 되는 각 기관 요구값의 편차가 허용 범위 내인 것을 전환의 조건으로 하고 있기 때문에, 전환 전후에 있어서의 토크, 효율 및 A/F 의 연속성을 유지할 수 있다. 이로써, 전환에 수반하여 내연 기관의 동작이 불연속적으로 변동되는 것을 방지할 수 있어, 드라이버빌리티를 저해하는 토크 변동의 발생을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 2 에 대하여 설명하였다. 실시형태 2 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 5 에 나타내는 구성에 있어서, 토크 실현값 산출부 (502), 효율 실현값 산출부 (504) 및 A/F 실현값 산출부 (506) 는, 제 5 및 제 6 발명의 「기관 실현값 취득 수단」에 상당한다. 또, 선택부 (520) 및 편차 판정부 (508, 510, 512) 에 의해 제 5 발명의 「전환 지시 수단」이 구성되어 있다. 또한, 실시형태 2 의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 발명과의 대응 관계에 대해서는 실시형태 1 의 그것과 동일하다.
또한, 실시형태 2 에는 제 1 내지 제 24 발명 중 어느 것과도 상이한 발명이 포함되어 있다.
그 발명이란 「1 또는 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
상기 내연 기관의 동작을 결정하는 1 또는 복수의 소정 물리량의 요구값 (이하, 기관 요구값) 을 취득하는 기관 요구값 취득 수단과,
상기 내연 기관의 현재의 운전 상태 혹은 운전 조건에 관한 정보 (이하, 기관 정보) 를 취득하는 기관 정보 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 각 값으로부터 상기 내연 기관에 있어서 이들이 실현되기 위한 상기 1 또는 복수의 액추에이터의 각 제어량을 도출하는 기관 역모델을 구비하고, 각 기관 요구값과 기관 정보를 상기 기관 역모델에 입력함으로써 상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 요구값) 을 산출하는 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 직접 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 직접 요구값) 을 취득하는 액추에이터 직접 요구값 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 전환하는 전환 수단과,
상기 내연 기관에 의해 실현되고 있는 상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 값 (이하, 기관 실현값) 을 취득하는 기관 실현값 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있을 때, 상기 1 또는 복수의 소정 물리량 각각에 대하여 기관 실현값의 기관 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내가 된 경우에, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 전환 지시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.」이다.
실시형태 3.
다음으로, 본 발명의 실시형태 3 에 대하여 도 1 및 도 7 을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치의 전체 구성은, 실시형태 1 과 동일하게 도 1 의 블록도로 나타내어진다. 본 실시형태의 제어 장치와 실시형태 1 의 제어 장치의 차이는, 제어 장치를 구성하는 한 요소인 전환 지시부 (58) 의 기능에 있다. 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 의 구성을 나타낸 것이 도 7 의 블록도이다. 이하, 도 1 과 함께 도 7 을 참조하여 본 실시형태의 특징인 전환 지시부 (58) 의 구성과 그 기능에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 의 기능면에 있어서의 특징은, 실시형태 2 에 관련된 전환 지시부 (58) 와 공통되고 있다. 단, 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는, 실시형태 2 의 그것과는 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 얻어지는 각 기관 실현값을 취득하기 위한 구성에 차이가 있다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는 기관 모델 (514) 을 구비하고 있다. 기관 모델 (514) 은 내연 기관을 모델화한 것으로서, 토크 실현부 (30) 의 기관 역모델과는 정역 (正逆) 의 관계에 있다. 따라서, 기관 모델 (514) 에 각 액추에이터 직접 요구값을 입력하면, 이들에 의해 실현되는 각 기관 실현값을 정확하게 예측하여 산출할 수 있다.
본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는, 기관 모델 (514) 이외에, 선택부 (520) 및 편차 판정부 (508, 510, 512) 를 구비하고 있다. 이들의 기능은 실시형태 2 와 공통되기 때문에 그 설명은 생략한다. 기관 모델 (514) 에는 TA 직접 요구값 산출부 (42), SA 직접 요구값 산출부 (44) 및 A/F 직접 요구값 산출부 (46) 로부터 각 액추에이터 직접 요구값이 입력된다. 기관 모델 (514) 에서 산출된 각 기관 실현값은, 각각 대응하는 편차 판정부 (508, 510, 512) 에 입력된다.
이상, 본 발명의 실시형태 3 에 대하여 설명하였다. 실시형태 3 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 7 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 7 에 나타내는 구성에 있어서, 기관 모델 (514) 은 제 5 및 제 7 발명의 「기관 실현값 취득 수단」에 상당한다. 또, 선택부 (520) 및 편차 판정부 (508, 510, 512) 에 의해 제 5 발명의 「전환 지시 수단」이 구성되어 있다. 또한, 실시형태 3 의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 발명과의 대응 관계에 대해서는 실시형태 1 의 그것과 동일하다.
실시형태 4.
다음으로, 본 발명의 실시형태 4 에 대하여 도 1, 도 8 및 도 9 를 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치의 전체 구성은, 실시형태 1 과 동일하게 도 1 의 블록도로 나타내어진다. 본 실시형태의 제어 장치와 실시형태 1 의 제어 장치의 차이는, 제어 장치를 구성하는 한 요소인 전환 지시부 (58) 의 기능에 있다. 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 의 구성을 나타낸 것이 도 8 의 블록도이다. 이하, 도 1 과 함께 도 8 을 참조하여 본 실시형태의 특징인 전환 지시부 (58) 의 구성과 그 기능에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 의 기능면에 있어서의 특징은, 실시형태 1 혹은 2 에 관련된 전환 지시부 (58) 와 공통되고 있다. 단, 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는, 실시형태 1 혹은 2 의 그것과는, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 선택의 전환을 실행하기 위한 조건이 상이하다. 본 실시형태에서는, 액추에이터 직접 요구값과 토크 실현부 요구값 사이의 차이가 허용 범위 내인 것을 전환의 조건으로 하고 있다. 전환 전후에 있어서 액추에이터 직접 요구값과 토크 실현부 요구값 사이에 차이가 있으면, 액추에이터 (2, 4, 6) 의 동작에 불연속이 발생하고, 그 결과, 내연 기관의 동작이 불연속으로 변동되어 토크 단차가 발생할 우려가 있기 때문이다.
본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 는, 선택부 (520) 와 3 개의 편차 판정부 (530, 532, 534) 를 구비하고 있다. 편차 판정부 (530) 는 TA 직접 요구값 산출부 (42) 에서 산출된 TA 직접 요구값과, 토크 실현부 (30) 에서 산출된 토크 실현부 TA 요구값의 편차가 소정의 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 요소이다. 편차 판정부 (532) 는 SA 직접 요구값 산출부 (44) 에서 산출된 SA 직접 요구값과, 토크 실현부 (30) 에서 산출된 토크 실현부 SA 요구값의 편차가 소정의 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 요소이다. 편차 판정부 (534) 는 A/F 직접 요구값 산출부 (46) 에서 산출된 A/F 직접 요구값과, 토크 실현부 (30) 에서 산출된 토크 실현부 A/F 요구값의 편차가 소정의 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 요소이다. 그리고, 각 편차 판정부 (530, 532, 534) 의 판정 결과는, 선택부 (520) 에 의한 선택의 전환에 반영된다.
선택부 (520) 는 각 편차 판정부 (530, 532, 534) 로부터 공급되는 판정 결과에 의해 선택의 전환의 타이밍을 재고 있다. 모든 편차 판정부 (530, 532, 534) 에 있어서 액추에이터 직접 요구값과 토크 실현부 요구값의 편차가 허용 범위 내에 들어갔을 때, 선택부 (520) 는, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 전환을 각 전환부 (52, 54, 56) 에 지시한다. 이와 같은 타이밍으로 전환의 지시를 행함으로써, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 동작에 불연속을 발생시키지 않고 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 이행할 수 있다.
상기 서술한 바와 같은 전환 지시부 (58) 의 구성과 그 기능에 의하면, 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어 방법의 선택의 전환에 관하여, 다음과 같은 전환 제어를 행할 수 있다. 도 9 는 본 실시형태에 관련된 전환 지시부 (58) 에 의해 실행되는 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 9 에 나타내는 루틴의 최초의 단계 S202 에서는, TA 직접 요구값, SA 직접 요구값 및 A/F 직접 요구값이 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 로부터 취득된다.
단계 S204 에서는 내연 기관이 직접 요구 영역에서 운전되고 있는지 여부가 판정된다. 직접 요구 영역의 내용에 대해서는 실시형태 2 에서 서술한 바와 같다. 직접 요구 영역에서 운전되고 있지 않을 때에는, 단계 S212 로 진행되어 토크 실현부 요구값에 의한 제어가 선택부 (520) 에서 선택된다.
직접 요구 영역에서 운전되고 있을 때에는 단계 S206 으로 진행된다. 단계 S206 에서는, 토크 실현부 (30) 에서 산출된 토크 실현부 TA 요구값, 토크 실현부 SA 요구값 및 토크 실현부 A/F 요구값이 취득된다.
다음의 단계 S208 에서는, 단계 S202 에서 취득된 각 액추에이터 직접 요구값과 단계 S206 에서 취득된 각 토크 실현부 요구값의 편차가 각 편차 판정부 (530, 532, 534) 에서 판정된다. 판정 결과, 어느 것의 편차가 허용 범위에 들어가지 않은 경우에는, 단계 S210 로 진행되어, 그대로 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 선택된다.
판정 결과, 모든 편차가 허용 범위에 들어간 경우에는, 단계 S212 로 진행된다. 단계 212 에서는 토크 실현부 요구값에 의한 제어가 선택부 (520) 에서 선택되고, 선택한 제어로의 전환이 전환부 (52, 54, 56) 에 지시된다.
이상 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 에 대하여 토크 실현부 요구값의 액추에이터 직접 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내인 것을 전환의 조건으로 하고 있기 때문에, 전환 전후에 있어서의 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 동작의 연속성을 유지할 수 있다. 이로써, 전환에 수반하여 액추에이터 (2, 4, 6) 의 동작이 불연속으로 변동되는 것을 방지할 수 있어, 드라이버빌리티를 저해하는 토크 변동의 발생을 방지할 수도 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 4 에 대하여 설명하였다. 실시형태 4 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 8 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 8 에 나타내는 구성에 있어서, 선택부 (520) 및 편차 판정부 (530, 532, 534) 에 의해 제 8 발명의 「전환 지시 수단」이 구성되어 있다. 또한, 실시형태 4 의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 발명과의 대응 관계에 대해서는 실시형태 1 의 그것과 동일하다.
또한, 실시형태 4 에는 제 1 내지 제 24 발명 중 어느 것과도 상이한 발명이 포함되어 있다.
그 발명이란 「1 또는 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
상기 내연 기관의 동작을 결정하는 1 또는 복수의 소정 물리량의 요구값 (이하, 기관 요구값) 을 취득하는 기관 요구값 취득 수단과,
상기 내연 기관의 현재의 운전 상태 혹은 운전 조건에 관한 정보 (이하, 기관 정보) 를 취득하는 기관 정보 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 각 값으로부터 상기 내연 기관에 있어서 이들이 실현되기 위한 상기 복수의 액추에이터의 각 제어량을 도출하는 기관 역모델을 구비하고, 각 기관 요구값과 기관 정보를 상기 기관 역모델에 입력함으로써 상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 요구값) 을 산출하는 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 직접 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 직접 요구값) 을 취득하는 액추에이터 직접 요구값 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 전환하는 전환 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있을 때, 상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 대하여 액추에이터 요구값의 액추에이터 직접 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내가 된 경우에, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 전환 지시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.」이다.
실시형태 5.
이하, 본 발명의 실시형태 5 에 대하여 도 10 내지 도 13 의 각 도면을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치는, 도 10 의 블록도로 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 도 10 에 나타내는 제어 장치에 있어서, 상기 항의 도 1 에 나타내는 제어 장치와 공통되는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다. 이하에서는, 도 1 에 나타내는 제어 장치와 공통되는 요소에 관한 설명은 생략 혹은 간략하고, 본 실시형태에 특유한 구성에 대하여 중점적으로 설명한다.
도 10 에 나타내는 제어 장치는, 도 1 에 나타내는 제어 장치의 선택 전환부 (50) 를 선택 전환부 (60) 로 치환한 것이다. 요컨대, 본 실시형태의 제어 장치는 선택 전환부 (60) 에 특징이 있다. 본 실시형태에 관련된 선택 전환부 (60) 는, 3 개의 전환부 (62, 64, 66) 와 전환 지시부 (68) 로 구성되어 있다. 전환부 (62) 는 스로틀 밸브 (2) 에 공급하는 요구값의 전환을 행하는 요소로서, 토크 실현부 TA 요구값과 TA 직접 요구값이 입력되어 있다. 전환부 (64) 는 점화 장치 (4) 에 공급하는 요구값의 전환을 행하는 요소로서, 토크 실현부 SA 요구값과 SA 직접 요구값이 입력되어 있다. 전환부 (66) 는 연료 분사 장치 (6) 에 공급하는 요구값의 전환을 행하는 요소로서, 토크 실현부 A/F 요구값과 A/F 직접 요구값이 입력되어 있다.
각 전환부 (62, 64, 66) 에 있어서의 요구값의 전환은, 전환 지시부 (68) 로부터의 지시를 받아 행해진다. 주목해야 할 점은, 도 1 에 나타내는 제어 장치에서는 전환 지시부 (58) 에서 각 전환부 (52, 54, 56) 로의 전환의 지시는 일괄적으로 행해지는 데에 대해, 본 실시형태에서는 전환 지시부 (68) 에서 각 전환부 (62, 64, 66) 로의 전환의 지시는 개별적으로 행해진다는 점이다. 본 실시형태에서는, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어는, 토크 실현부 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 개별적으로 전환된다.
토크 실현부 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환이 각 액추에이터 (2, 4, 6) 에 대하여 개별적으로 행해짐으로써, 액추에이터 (2, 4, 6) 마다 보다 유리한 제어를 선택할 수 있게 된다. 도 11 은 본 실시형태에서 선택할 수 있는 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 선택의 조합을 나타내는 표이다. 도 11 의 표에 있어서, 흰색 동그라미 표시는 액추에이터 직접 요구값이 선택되고 있는 것을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는 액추에이터 직접 요구값은 TA 직접 요구값, SA 직접 요구값 및 A/F 직접 요구값의 3 종류이기 때문에, 이들의 선택 조합으로는 표에 나타내는 C1 내지 C8 의 8 개의 조합이 가능하다.
전환 지시부 (68) 는, 도 11 의 표에 나타내는 8 개의 선택 패턴 중에서 가장 유리한 선택 패턴을 기관 정보에 기초하여 판정하고, 그 판정 결과에 따라 각 전환부 (62, 64, 66) 에 개별적으로 전환을 지시한다. 이것에 의하면, 복수의 액추에이터 (2, 4, 6) 각각을 적절히 동작시킬 수 있기 때문에, 성능 요구 발생부 (10) 로부터 발하여지는 각종 성능 요구의 실현 정밀도를 보다 높일 수 있게 된다.
다음으로, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어를 개별적으로 전환할 때의 전환 순서에 대하여 설명한다. 맨 처음에 설명하는 것은, 액추에이터 (2, 4, 6) 의 전부 혹은 이들 중 일부에 대하여, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우이다. 전환 조건의 내용에 관한 한정은 없다. 이 경우, 전환 지시부 (68) 는, 이들의 전환을 한 번에 행하는 것이 아니라, 미리 설정된 전환 순서에 따라 순차적으로 전환해 가도록 전환부 (62, 64, 66) 에 지시한다.
여기에서, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 전환 순서에 대하여 도 12 를 예로 들어 설명한다. 도 12 는 도 11 의 표에 나타내는 C1 의 조합에서 C8 의 조합으로의 선택의 전환 순서를 나타내고 있다. 도 12 에서 흰색 동그라미 표시는 액추에이터 직접 요구값이 선택되고 있는 것을 나타내고, 검은색 동그라미 표시는 토크 실현부 요구값이 선택되고 있는 것을 나타내고 있다.
도 12 에 나타내는 예에서는, 점화 장치 (4) (SA), 연료 분사 장치 (6) (A/F), 스로틀 밸브 (2) (TA) 의 순으로 순차적으로 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 전환되고 있다. 제어의 전환시에는, 각각의 액추에이터 (2, 4, 6) 에 동작의 불연속이 발생할 수 있다. 그러나, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어를 1 개씩 순차적으로 전환해 가는 것으로 하면, 액추에이터 (2, 4, 6) 간에 동작의 불연속이 중첩되는 경우가 없다. 따라서, 도 12 에 나타내는 예에 의하면, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로의 전환시에 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 억제할 수 있다.
또, 도 12 에 나타내는 예에서는, 제어량의 변화에 대한 토크의 응답 감도가 높은 액추에이터부터 먼저 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 전환되고 있다. 요컨대, 토크 응답 감도의 높이에 의해 전환의 우선 순위가 결정되고 있다. 토크 실현부 (30) 의 기능에 의하면, 먼저 전환된 액추에이터의 토크 실현부 요구값에는, 그 후에 전환되는 다른 액추에이터의 제어량이 반영된다. 따라서, 토크 응답 감도가 높은 액추에이터부터 먼저 전환함으로써, 토크 실현부 (30) 에 의한 토크 조정 기능이 유효하게 작용하고, 그 결과, 그 후 다른 액추에이터의 전환에 의해 발생하는 토크 단차는 억제되게 된다.
또한, 상기 서술한 바와 같은 순차 전환이 전환 지시부 (68) 에 의한 표준의 전환 지시이지만, 전환 지시부 (68) 는, 모든 액추에이터 (2, 4, 6) 를 동시에 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 전환하도록 전환부 (62, 64, 66) 에 지시할 수도 있다. 단, 그것은 소정의 동시 전환 조건이 성립되었을 때로 한정된다. 도 12 에 나타내는 예와 같이 순차 전환과 동시 전환을 선택할 수 있게 함으로써, 어떤 상황에서는 순차 전환의 선택에 의해 내연 기관의 동작의 불연속을 억제하는 것을 우선할 수 있다. 그리고, 다른 상황에서는 동시 전환의 선택에 의해 신속하게 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 전환하는 것을 우선할 수 있다.
다음으로 설명하는 것은, 액추에이터 (2, 4, 6) 의 전부 혹은 이들의 일부에 대하여, 앞의 경우와는 반대로 토크 실현부 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우이다. 이 경우에도, 전환 지시부 (68) 는, 이들의 전환을 한 번에 행하는 것이 아니라, 미리 설정된 역전환 순서에 따라 순차적으로 전환해 가도록 전환부 (62, 64, 66) 에 지시한다. 이 경우의 전환 순서의 예시가 도 13 이고, 도 13 은 도 11 의 표에 나타내는 C8 의 조합에서 C1 의 조합으로의 선택의 전환 순서를 나타내고 있다. 도 13 에서 흰색 동그라미 표시는 액추에이터 직접 요구값이 선택되고 있는 것을 나타내고, 검은색 동그라미 표시는 토크 실현부 요구값이 선택되고 있는 것을 나타내고 있다.
도 13 에 나타내는 예에서는, 스로틀 밸브 (2) (TA), 연료 분사 장치 (6) (A/F), 점화 장치 (4) (SA) 의 순으로 순차적으로 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환되고 있다. 이와 같이 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어를 1 개씩 순차적으로 전환해 감으로써, 토크 실현부 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환시에 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 억제할 수 있다. 단, 앞의 경우와 마찬가지로, 소정의 동시 전환 조건이 성립되었을 때에 한하여, 모든 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어는 한 번에 동시에 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환되도록 되어 있다.
또, 도 13 에 나타내는 예에서는, 순차 전환시에는, 토크 제어 능력이 높은 액추에이터부터 먼저 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환되고 있다. 요컨대, 토크 제어 능력의 높이에 의해 전환의 우선 순위가 결정되고 있다. 토크 제어 능력이 높은 액추에이터를 먼저 전환시킴으로써, 내연 기관의 동작이 불연속이 됨으로써 발생하는 토크 단차를 억제하면서 전환시의 토크의 제어성을 담보할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 5 에 대하여 설명하였다. 실시형태 5 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 10, 제 11, 제 12, 제 13, 제 14 및 제 15 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 10 에 나타내는 구성에 있어서, 기관 요구값 생성부 (20) 는 제 1 발명의 「기관 요구값 생성 수단」에 상당한다. 정보 발신원 (12) 은 제 1 발명의 「기관 정보 취득 수단」에 상당한다. 토크 실현부 (30) 는 제 1 발명의 「액추에이터 요구값 산출 수단」에 상당한다. 액추에이터 직접 요구값 생성부 (40) 는 제 1 발명의 「액추에이터 직접 요구값 생성 수단」에 상당한다. 전환부 (62, 64, 66) 는 제 1 및 제 10 발명의 「전환 수단」에 상당한다. 그리고, 전환 지시부 (68) 는 제 10 내지 제 15 의 각 발명의 「전환 지시 수단」에 상당한다. 특히, 도 12 는 전환 지시부 (68) 의 제 11, 제 12 및 제 15 의 각 발명의 「전환 지시 수단」으로서의 동작을 나타내고 있다. 또, 도 13 은 전환 지시부 (68) 의 제 13, 제 14 및 제 15 의 각 발명의 「전환 지시 수단」으로서의 동작을 나타내고 있다.
실시형태 6.
다음으로, 본 발명의 실시형태 6 에 대하여 도 10 및 도 14 를 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치의 전체 구성은, 실시형태 5 와 동일하게 도 10 의 블록도로 나타내어진다. 본 실시형태의 제어 장치와 실시형태 5 의 제어 장치의 차이는, 제어 장치를 구성하는 한 요소인 선택 전환부 (60) 의 기능에 있다. 본 실시형태에 관련된 선택 전환부 (60) 의 기능은 도 14 를 이용하여 설명할 수 있다. 이하, 도 1 과 함께 도 14 를 참조하여 본 실시형태의 특징인 선택 전환부 (60) 의 기능에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 선택 전환부 (60) 의 기능면에 있어서의 특징은, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어와 토크 실현부 요구값에 의한 제어를 매끄럽게 연결하기 위한 연결 제어를 실시하는 점에 있다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 연결 제어에는, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 (A) 에서 토크 실현부 요구값에 의한 제어 (D) 로의 전환시에 실시되는 연결 제어 (B) 와, 그 반대의 전환시에 실시되는 연결 제어 (C) 가 있다. 전자인 연결 제어 (B) 에서는, 액추에이터 (2, 4, 6) 에 공급하는 제어량을 액추에이터 직접 요구값으로부터 토크 실현부 요구값으로 서서히 변화시켜 가는 것이 행해진다. 후자인 연결 제어 (C) 에서는, 액추에이터 (2, 4, 6) 에 공급하는 제어량을 토크 실현부 요구값으로부터 액추에이터 직접 요구값으로 서서히 변화시켜 가는 것이 행해진다.
연결 제어는, 전환 지시부 (68) 로부터의 지시를 받아 각 전환부 (62, 64, 66) 에서 개별적으로 행해진다. 연결 제어를 행할지 여부는, 기관 정보에 기초하여 전환 지시부 (68) 에서 판단된다. 그 판단은 액추에이터 (2, 4, 6) 마다 행해지기 때문에, 점화 장치 (8) 나 연료 분사 장치 (6) 의 제어에 대해서는 연결 제어는 행하지 않고, 스로틀 밸브 (2) 의 제어만 연결 제어가 행해지는 경우도 있다.
연결 제어에 의해 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환을 서서히 행함으로써, 만일 토크 실현부 요구값과 액추에이터 직접 요구값 사이에 차이가 있었다고 하더라도, 그 차이에 의해 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 억제할 수 있다. 또한, 연결 제어는, 실시형태 5 에서 설명한 순차 전환 제어와 조합하여 실시할 수 있다. 연결 제어와 순차 전환 제어의 조합에 의하면, 전환시에 발생하는 내연 기관의 동작의 불연속을 보다 확실하게 억제할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 실시형태 6 에 대하여 설명하였다. 실시형태 6 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 10 및 제 16 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 14 에 나타내는 전환시의 동작은, 전환부 (62, 64, 66) 의 제 16 발명의 「전환 수단」으로서의 동작을 나타내고 있다. 또한, 실시형태 6 의 제 1 및 제 10 발명과의 대응 관계에 대해서는 실시형태 5 의 그것과 동일하다.
실시형태 7.
다음으로, 본 발명의 실시형태 7 에 대하여 도 10, 도 4, 도 15 및 도 16 을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치의 전체 구성은, 실시형태 5 와 동일하게 도 10 의 블록도로 나타내어진다. 본 실시형태의 제어 장치는, 스로틀 밸브 (2) 및 점화 장치 (4) 의 각 제어를 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 전환할 때의 전환 제어에 특징이 있다. 연료 분사 장치 (6) 의 제어에 관해서는 여기에서는 한정은 없다. 본 실시형태에 관련된 전환 제어의 내용은 도 15 및 도 16 을 이용하여 설명할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 토크 실현부 (30) 의 구성이 중요하고, 도 4 에 나타내는 토크 실현부 (30) 의 구성을 전제로 한다. 이하, 도 10 및 도 4 와 함께 도 15 및 도 16 을 참조하여 본 실시형태의 특징인 선택 전환부 (60) 의 기능에 대하여 설명한다.
도 15 는 본 실시형태에 있어서 선택 전환부 (60) 의 전환 지시부 (68) 에 의해 실행되는 TA 직접 요구값 및 SA 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 TA 요구값 및 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어로의 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다. 이 루틴의 최초의 단계 S302 에서는, 정보 발신원 (12) 으로부터 공급되는 기관 정보에 기초하여, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 영역으로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어 영역 (토크 실현부 제어 영역) 으로의 이행 요구의 유무가 판정된다. 이행 요구가 없는 경우에는, 본 루틴은 그대로 종료가 되어, TA 직접 요구값 및 SA 직접 요구값에 의한 제어가 계속된다.
토크 실현부 제어 영역으로의 이행 요구가 확인된 경우, 다음으로 단계 S304 에서 조기 이행 요구의 유무가 판정된다. 본 실시형태에서는, 조기 이행 요구가 확인되는 것을 동시 전환 조건으로 하고 있다. 조기 이행 요구가 있는 경우, 요컨대 동시 전환 조건이 성립되었을 때에는, 단계 S308 로 진행되어 토크 실현부 제어 영역으로의 이행이 신속하게 이루어진다. 이 이후에는, 토크 실현부 TA 요구값에 의해 스로틀 밸브 (2) 가 제어되게 되고, 또한 토크 실현부 SA 요구값에 의해 점화 장치 (4) 가 제어되게 된다.
조기 이행 요구가 없는 경우에는, 다음으로 단계 S306 의 판정이 이루어진다. 단계 S306 에서는, 현시점에서의 TA 직접 요구값과 토크 실현부 TA 요구값의 편차로부터, 그 편차에 의해 발생하는 토크 편차 (ΔTQ) 가 산출된다. 토크 편차 (ΔTQ) 에는, 도 16(a) 에 나타내는 바와 같이 TA 직접 요구값이 토크 실현부 TA 요구값보다 클 때에 발생하는 토크 편차 (ΔTQa) 와, 도 16(b) 에 나타내는 바와 같이 토크 실현부 TA 요구값이 TA 직접 요구값보다 클 때에 발생하는 토크 편차 (ΔTQb) 가 있다. 단계 S306 에서는 이들 토크 편차 (ΔTQ) 의 보상이 점화 시기 제어에 의해 가능한지 여부가 판정된다.
단계 S306 의 판정의 전제로서, 적어도 점화 장치 (4) 의 제어는, 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어로 신속하게 전환된다. 도 4 에 나타내는 토크 실현부 (30) 의 구성에 의하면, 스로틀 밸브 (2) 가 TA 직접 요구값에 의해 제어됨으로써 실현되는 추정 공기량이 추정 공기량 산출부 (308) 에서 산출된다. 그리고, 그 추정 공기량에 대응하는 추정 토크가 추정 토크 산출부 (310) 에서 산출된다. 또, 토크 실현부 TA 요구값은, 토크 조정부 (22) 로부터 공급되는 토크 요구값에 기초하여 산출되는 것으로서, 이 토크 요구값과 추정 토크의 편차가 전술한 토크 편차 (ΔTQ) 이다. 도 4 에 나타내는 구성의 토크 실현부 (30) 에 의하면, 이 토크 편차 (ΔTQ) 를 보상하도록, 토크 요구값과 추정 토크의 비인 토크 효율에 기초하여 토크 실현부 SA 요구값이 산출된다.
점화 장치 (4) 에 의한 점화 시기의 조정은, 스로틀 밸브 (2) 에 의한 흡입 공기량의 조정보다 토크의 응답 감도가 우수하다. 따라서, TA 직접 요구값으로부터 토크 실현부 TA 요구값으로의 전환에 의해 토크 편차 (ΔTQ) 가 발생한다고 해도, 토크 실현부 (30) 가 갖는 점화 시기의 자동 조정 기능이 작용함으로써 토크 편차 (ΔTQ) 는 보상되게 된다.
단, 점화 시기에 의해 조정할 수 있는 토크에는 한계가 있다. 점화 시기를 지나치게 지각하면 실화되어 버리고, 또한 최적 점화 시기를 초과한 점화 시기의 진각 (進角) 은 무의미하기 때문이다. 유효한 점화 시기의 범위는, 토크 효율 가이드부 (324) 에 의한 상하한 가이드값에 의해 규정되고 있다. 토크 효율이 토크 효율 가이드부 (324) 에 의해 제한되었을 때에는, 점화 시기의 조정에 의해서도 토크 편차 (ΔTQ) 를 보상할 수는 없다. 단계 S306 에서 판정하고 있는 것은 바로 이 점이다. 토크 편차 (ΔTQ) 의 보상이 점화 시기 제어에 의해 가능한 경우에만 단계 S308 로 진행되어, 토크 실현부 제어 영역으로의 이행이 신속하게 이루어진다. 요컨대, 토크 실현부 SA 요구값으로의 전환과 함께, 토크 실현부 TA 요구값으로의 전환도 동시에 이루어진다.
한편, 토크 편차 (ΔTQ) 의 보상이 점화 시기 제어에 의해서는 실현 불가능한 것으로 판정된 경우에는 단계 S310 으로 진행된다. 단계 S310 에서는, 스로틀 밸브 (2) 에 대해서는 서변 (徐變) 제어가 이루어진다. 점화 장치 (4) 의 제어는, SA 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어로 신속하게 전환된다. 서변 제어에서는, 먼저 TA 직접 요구값이 토크 실현부 TA 요구값을 향해 서서히 변화되어 간다. 이로써, TA 직접 요구값과 토크 실현부 TA 요구값의 편차도 서서히 축소되어 가고, 그 편차에 의해 발생하는 토크 편차 (ΔTQ) 도 축소되어 간다. 결국은, 점화 시기 제어에 의한 보상이 가능한 값까지 토크 편차 (ΔTQ) 가 축소된 시점에서, 스로틀 밸브 (2) 의 제어는, TA 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 TA 요구값에 의한 제어로 신속하게 전환된다.
이상 설명한 전환 제어의 루틴이 전환 지시부 (68) 에 의해 실행됨으로써, TA 직접 요구값과 토크 실현부 TA 요구값의 차이가 큰 경우라 하더라도, 그 전환에 수반하는 토크 단차의 발생을 방지할 수 있다. 또, 점화 시기의 조정에 의한 토크 편차의 보상을 실현할 수 있게 된 시점에서 스로틀 밸브 (2) 의 제어는 토크 실현부 TA 요구값에 의한 제어로 신속하게 전환된다. 따라서, 토크 단차의 발생을 방지하면서, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 토크 실현부 요구값에 의한 제어로 신속하게 이행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 7 에 대하여 설명하였다. 실시형태 7 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 10, 제 19, 제 20 및 제 21 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 4 에 나타내는 토크 실현부 (30) 의 구성은 제 19 발명의 「기관 역모델」에 상당한다. 그리고, 도 15 에 나타내는 전환 제어의 루틴은, 전환 지시부 (68) 의 제 19, 제 20 및 제 21 발명의 「전환 지시 수단」으로서의 동작을 나타내고 있다. 또한, 실시형태 7 의 제 1 및 제 10 발명과의 대응 관계에 대해서는 실시형태 5 의 그것과 동일하다.
또한, 실시형태 7 에는 제 1 내지 제 24 발명 중 어느 것과도 상이한 발명이 포함되어 있다.
그 발명이란 「흡입 공기량을 조정하는 흡기 액추에이터와 점화 시기를 조정하는 점화 액추에이터를 포함하는 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
상기 내연 기관의 동작을 결정하는 적어도 토크를 포함하는 1 또는 복수의 소정 물리량의 요구값 (이하, 기관 요구값) 을 취득하는 기관 요구값 취득 수단과,
상기 내연 기관의 현재의 운전 상태 혹은 운전 조건에 관한 정보 (이하, 기관 정보) 를 취득하는 기관 정보 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 각 값과 기관 정보로부터 상기 내연 기관에 있어서 이들이 실현되기 위한 상기 흡기 액추에이터의 제어량을 흡기 액추에이터 요구값으로서 산출하는 흡기 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 흡기 액추에이터의 동작에 의해 실현시킬 수 있는 토크값을 기관 정보에 기초하여 추정하는 토크 추정 수단과,
토크 요구값과 추정된 토크값의 편차를 보상하기 위한 상기 점화 액추에이터의 제어량을 점화 액추에이터 요구값으로서 산출하는 점화 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 흡기 액추에이터에 직접 요구하는 제어량을 흡기 액추에이터 직접 요구값으로서 취득하는 흡기 액추에이터 직접 요구값 취득 수단과,
상기 점화 액추에이터에 직접 요구하는 제어량을 점화 액추에이터 직접 요구값으로서 취득하는 점화 액추에이터 직접 요구값 생성 수단과,
상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 개별적으로 전환하는 전환 수단과,
상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시함과 함께, 현시점에서의 흡기 액추에이터 직접 요구값과 흡기 액추에이터 요구값의 편차로부터 산출되는 토크 편차의 보상을 점화 시기의 조정에 의해 실현시킬 수 있는지 여부를 점화 액추에이터 요구값과 점화 시기의 조정 가능 범위의 관계에 기초하여 판정하여, 실현 불가능한 것으로 판정했을 때에는 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 서서히 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 전환 지시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.」이다.
실시형태 8.
다음으로, 본 발명의 실시형태 8 에 대하여 도 10, 도 4 및 도 17 을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치의 전체 구성은, 실시형태 5 와 동일하게 도 10 의 블록도로 나타내어진다. 본 실시형태의 제어 장치는, 스로틀 밸브 (2) 및 점화 장치 (4) 의 각 제어를 토크 실현부 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환할 때의 전환 제어에 특징이 있다. 연료 분사 장치 (6) 의 제어에 관해서는 여기에서는 한정은 없다. 본 실시형태에 관련된 전환 제어의 내용은 도 17 을 이용하여 설명할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 토크 실현부 (30) 의 구성이 중요하고, 도 4 에 나타내는 토크 실현부 (30) 의 구성을 전제로 한다. 이하, 도 10 및 도 4 와 함께 도 17 을 참조하여 본 실시형태의 특징인 선택 전환부 (60) 의 기능에 대하여 설명한다.
도 17 은 본 실시형태에 있어서 선택 전환부 (60) 의 전환 지시부 (68) 에 의해 실행되는 토크 실현부 TA 요구값 및 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어로부터 TA 직접 요구값 및 SA 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 제어의 루틴을 나타내는 플로우차트이다. 이 루틴의 최초의 단계 S402 에서는, 정보 발신원 (12) 으로부터 공급되는 기관 정보에 기초하여, 토크 실현부 요구값에 의한 제어 영역에서부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 영역으로의 이행 요구의 유무가 판정된다. 이행 요구가 없는 경우에는, 본 루틴은 그대로 종료가 되어, 토크 실현부 TA 요구값 및 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어가 계속된다.
액추에이터 직접 요구 영역으로의 이행 요구가 확인된 경우, 다음으로 단계 S404 에서 조기 이행 요구의 유무가 판정된다. 본 실시형태에서는, 조기 이행 요구가 확인되는 것을 동시 전환 조건으로 하고 있다. 조기 이행 요구가 있는 경우, 요컨대 동시 전환 조건이 성립되었을 때에는, 단계 S410 으로 진행되어 액추에이터 직접 요구 영역으로의 이행이 신속하게 이루어진다. 이 이후에는, TA 직접 요구값에 의해 스로틀 밸브 (2) 가 제어되고, 또한 SA 직접 요구값에 의해 점화 장치 (4) 가 제어되게 된다.
조기 이행 요구가 없는 경우에는, 단계 S406 으로 진행된다. 단계 S406 에서는, 스로틀 밸브 (2) 만이 먼저 액추에이터 직접 요구 영역으로 이행되어, TA 직접 요구값에 의한 스로틀 밸브 (2) 의 제어가 이루어진다. 도 4 에 나타내는 토크 실현부 (30) 의 구성에 의하면, 스로틀 밸브 (2) 가 TA 직접 요구값에 의해 제어됨으로써 실현되는 추정 공기량이 추정 공기량 산출부 (308) 에서 산출되고, 그 추정 공기량에 대응하는 추정 토크가 추정 토크 산출부 (310) 에서 산출된다. 이 때, 점화 장치 (4) 에 대해서는 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어가 계속 되고 있기 때문에, 토크 요구값과 추정 토크 사이의 토크 편차를 보상하도록 점화 시기가 자동 조정된다. 따라서, 전환시의 토크 실현부 TA 요구값과 TA 직접 요구값 사이에 차이가 있었다고 하더라도, 그 차이에 의한 토크 편차는 점화 시기의 자동 조정 기능에 의해 보상되기 때문에, 단계 S406 의 처리에 의해 토크 단차가 발생하는 것은 억제된다.
다음으로, 단계 S408 의 판정이 이루어진다. 단계 S408 에서는, TA 직접 요구값과 실제로 실현되고 있는 스로틀 밸브 개도와의 편차가 소정의 허용 범위 내 인지 여부가 판정된다. 편차가 허용 범위 내에 들어가지 않은 경우에는, 본 루틴은 그대로 종료가 되어, TA 직접 요구값과 토크 실현부 SA 요구값에 의한 제어가 계속된다. 또한, TA 직접 요구값의 산출의 기초가 되고 있는 것이 흡입 공기량의 요구값인 경우에는, 그 공기량 요구값과 실제 흡입 공기량의 편차가 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 것이어도 된다.
그리고, TA 직접 요구값과 실제 스로틀 밸브 개도의 편차가 허용 범위 내에 들어갔을 때, 요컨대 스로틀 밸브 (2) 의 제어가 TA 직접 요구값에 의한 제어로 완전히 이행된 것이 확인되면, 단계 S410 으로 진행된다. 단계 S410 에서는, 점화 장치 (4) 의 제어도 액추에이터 직접 요구 영역으로 이행되어, SA 직접 요구값에 의한 점화 장치 (4) 의 제어가 개시된다. 이로써, TA 직접 요구값 및 SA 직접 요구값에 의한 제어로의 전환이 완료된다.
이상 설명한 전환 제어의 루틴이 전환 지시부 (68) 에 의해 실행됨으로써, 토크 실현부 TA 요구값과 TA 직접 요구값의 차이가 큰 경우라 하더라도, 그 전환에 수반하는 토크 단차의 발생을 방지할 수 있다. 또, 토크 제어 능력이 높은 스로틀 밸브 (2) 부터 먼저 TA 직접 요구값에 의한 제어로 전환됨으로써, 전체 전환이 완료될 때까지의 동안의 토크의 제어성을 담보할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 8 에 대하여 설명하였다. 실시형태 8 에는 본 발명 중에서 제 1, 제 10, 제 22, 제 23 및 제 24 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 4 에 나타내는 토크 실현부 (30) 의 구성은 제 22 발명의 「기관 역모델」에 상당한다. 그리고, 도 17 에 나타내는 전환 제어의 루틴은, 전환 지시부 (68) 의 제 22, 제 23 및 제 24 발명의 「전환 지시 수단」으로서의 동작을 나타내고 있다. 또한, 실시형태 8 의 제 1 및 제 10 발명과의 대응 관계에 대해서는 실시형태 5 의 그것과 동일하다.
또한, 실시형태 8 에는 제 1 내지 제 24 발명 중 어느 것과도 상이한 발명이 포함되어 있다.
그 발명이란 「흡입 공기량을 조정하는 흡기 액추에이터와 점화 시기를 조정하는 점화 액추에이터를 포함하는 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
상기 내연 기관의 동작을 결정하는 적어도 토크를 포함하는 1 또는 복수의 소정 물리량의 요구값 (이하, 기관 요구값) 을 취득하는 기관 요구값 취득 수단과,
상기 내연 기관의 현재의 운전 상태 혹은 운전 조건에 관한 정보 (이하, 기관 정보) 를 취득하는 기관 정보 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 각 값과 기관 정보로부터 상기 내연 기관에 있어서 이들이 실현되기 위한 상기 흡기 액추에이터의 제어량을 흡기 액추에이터 요구값으로서 산출하는 흡기 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 흡기 액추에이터의 동작에 의해 실현시킬 수 있는 토크값을 기관 정보에 기초하여 추정하는 토크 추정 수단과,
토크 요구값과 추정된 토크값의 편차를 보상하기 위한 상기 점화 액추에이터의 제어량을 점화 액추에이터 요구값으로서 산출하는 점화 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 흡기 액추에이터에 직접 요구하는 제어량을 흡기 액추에이터 직접 요구값으로서 취득하는 흡기 액추에이터 직접 요구값 취득 수단과,
상기 점화 액추에이터에 직접 요구하는 제어량을 점화 액추에이터 직접 요구값으로서 취득하는 점화 액추에이터 직접 요구값 취득 수단과,
상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 개별적으로 전환하는 전환 수단과,
상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하고, 그 후, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시 전환 지시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.」이다.
실시형태 9.
마지막으로, 본 발명의 실시형태 9 에 대하여 도 10, 도 18, 도 19 및 도 20 을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 제어 장치의 전체 구성은, 실시형태 5 와 동일하게 도 10 의 블록도로 나타내어진다. 본 실시형태의 제어 장치와 실시형태 5 의 제어 장치의 차이는, 토크 실현부 (30) 에 추가된 새로운 요소에 있다. 본 실시형태에 관련된 토크 실현부 (30) 의 구성을 나타낸 것이 도 18 의 블록도이다. 도 18 에 나타내는 구성에 있어서, 도 4 에 나타내는 구성과 공통되는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다. 본 실시형태에 있어서 토크 실현부 (30) 에 추가된 새로운 요소의 기능에 대해서는, 도 19 및 도 20 을 이용하여 설명할 수 있다. 이하, 도 10 과 함께 도 18, 도 19 및 도 20 을 참조하여 본 실시형태의 특징인 토크 실현부 (30) 의 기능에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 토크 실현부 (30) 의 기능면에 있어서의 특징은, 액추에이터 (2, 4, 6) 중 일부가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되는 경우에 발생할 수 있는 연소의 악화를 방지할 수 있도록 한 것에 있다. 모든 액추에이터 (2, 4, 6) 가 토크 실현부 요구값에 의해 제어되고 있는 경우에는, 토크 실현부 (30) 의 조정부 (320) 가 갖는 조정 기능에 의해, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량 간의 관계는 연소 한계 내에 들어가 있다. 그러나, 일부의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있는 경우에는, 그 액추에이터의 제어량은 다른 액추에이터의 제어량과는 관계없는 것으로 설정되기 때문에, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량 간의 관계가 연소 한계를 초과할 가능성이 생긴다. 이하에 설명하는 토크 실현부 (30) 의 구성에 의하면, 이와 같은 문제를 방지할 수 있다.
도 18 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 토크 실현부 (30) 는, 도 4 에 나타내는 토크 실현부 (30) 의 구성에 새로운 요소로서 SA 요구값 수정부 (332), A/F 요구값 수정부 (334) 및 우선 요구 전환부 (330) 가 추가된 구성으로 되어 있다. SA 요구값 수정부 (332) 는, 토크 실현부 (30) 로부터 출력되는 토크 실현부 SA 요구값의 상하한을 제한함으로써, 토크 실현부 SA 요구값의 크기를 내연 기관의 적정 운전이 가능한 범위로 수정한다. A/F 요구값 수정부 (334) 는, 토크 실현부 (30) 로부터 출력되는 토크 실현부 A/F 요구값의 상하한을 제한함으로써, 토크 실현부 A/F 요구값의 크기를 내연 기관의 적정 운전이 가능한 범위로 수정한다. 또한, 수정 대상이 되는 것은 토크 실현부 SA 요구값 혹은 토크 실현부 A/F 요구값이고, 토크 실현부 TA 요구값은 수정 대상으로는 하고 있지 않다. 토크 실현부 TA 요구값은 토크에 대한 영향이 가장 크기 때문에, 실현 우선 순위가 최상위로 설정되어 있기 때문이다.
SA 요구값 수정부 (332) 에 의한 가이드와 A/F 요구값 수정부 (334) 에 의한 가이드는 택일이며, 우선 요구 전환부 (330) 에 의해 가이드가 해제되는 수정부 (332, 334) 가 선택되도록 되어 있다. 우선 요구 전환부 (330) 는, 내연 기관의 운전 모드에 따라 해제하는 가이드를 결정한다. 내연 기관의 운전 모드가 효율 우선 모드인 경우에는, SA 요구의 실현을 우선하여, SA 요구값 수정부 (332) 에 가이드 오프 신호를 공급한다. 반대로, 내연 기관의 운전 모드가 A/F 우선 모드인 경우에는, A/F 요구의 실현을 우선하여, A/F 요구값 수정부 (332) 에 가이드 오프 신호를 공급한다.
SA 요구값 수정부 (332) 의 상하한 가이드값은, 현재 스로틀 밸브 (2) 에 공급되고 있는 제어량 (TA 직접 요구값 혹은 토크 실현부 TA 요구값) 과, 현재 연료 분사 장치 (6) 에 공급되고 있는 제어량 (A/F 직접 요구값 혹은 토크 실현부 A/F 요구값) 에 기초하여 설정된다. 그리고, 우선 요구 전환부 (330) 로부터 SA 요구값 수정부 (332) 에 가이드 오프 신호가 공급되었을 때에는, 그 상하한 가이드값은 무효값으로 설정되어, SA 요구값 수정부 (332) 에 의한 토크 실현부 SA 요구값의 가이드는 해제되도록 되어 있다.
A/F 요구값 수정부 (334) 의 상하한 가이드값은, 현재 스로틀 밸브 (2) 에 공급되고 있는 제어량 (TA 직접 요구값 혹은 토크 실현부 TA 요구값) 과, 현재 점화 장치 (4) 에 공급되고 있는 제어량 (SA 직접 요구값 혹은 토크 실현부 SA 요구값) 에 기초하여 설정된다. 그리고, 우선 요구 전환부 (330) 로부터 A/F 요구값 수정부 (334) 에 가이드 오프 신호가 공급되었을 때에는, 그 상하한 가이드값은 무효값으로 설정되어, A/F 요구값 수정부 (334) 에 의한 토크 실현부 A/F 요구값의 가이드는 해제되도록 되어 있다.
이상과 같은 구성에 의해 실현되는 토크 실현부 (30) 의 동작을 플로우차트로 나타낸 것이 도 19 및 도 20 이다. 도 19 의 플로우차트는 연소 개선을 위한 토크 실현부 A/F 요구값의 수정 제어의 루틴을 나타내고, 도 20 의 플로우차트는, 연소 개선을 위한 토크 실현부 SA 요구값의 수정 제어의 루틴을 나타내고 있다. 이들 루틴은 토크 실현부 (30) 에 의해 병행하여 실행된다.
도 19 에 나타내는 루틴의 최초의 단계 S502 에서는, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량 간의 관계가 연소 한계를 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 연소 한계를 초과하지 않은 것이라면, 본 루틴은 그대로 종료가 된다.
연소 한계를 초과한 경우에는, 단계 S504 로 진행되어, A/F 요구의 실현이 SA 요구의 실현보다 우선되는지 여부가 판정된다. A/F 요구의 실현쪽이 우선되는 것이라면, 본 루틴은 그대로 종료가 된다.
A/F 요구의 실현보다 SA 요구의 실현이 우선되는 경우에는, 단계 S506 으로 진행된다. 단계 S506 에서는 A/F 에 의한 연소 개선 제어가 실시된다. 즉, SA 요구값 수정부 (332) 에 의한 토크 실현부 SA 요구값의 가이드는 해제되어, A/F 요구값 수정부 (334) 의 상하한 가이드값에 의한 토크 실현부 A/F 요구값의 수정이 이루어진다.
한편, 도 20 에 나타내는 루틴의 최초의 단계 S602 에서는, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량 간의 관계가 연소 한계를 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 연소 한계를 초과하지 않은 것이라면, 본 루틴은 그대로 종료가 된다.
연소 한계를 초과한 경우에는, 단계 S604 로 진행되어, SA 요구의 실현이 A/F 요구의 실현보다 우선되는지 여부가 판정된다. SA 요구의 실현쪽이 우선되는 것이라면, 본 루틴은 그대로 종료가 된다.
SA 요구의 실현보다 A/F 요구의 실현이 우선되는 경우에는, 단계 S606 으로 진행된다. 단계 S606 에서는 점화 시기에 의한 연소 개선 제어가 실시된다. 즉, A/F 요구값 수정부 (334) 에 의한 토크 실현부 A/F 요구값의 가이드는 해제되어, SA 요구값 수정부 (332) 의 상하한 가이드값에 의한 토크 실현부 SA 요구값의 수정이 이루어진다.
토크 실현부 (30) 에서 도 19, 도 20 의 각 루틴이 실행됨으로써, 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어가 행해지고 있는 경우라고 하더라도, 모든 액추에이터 (2, 4, 6) 가 토크 실현부 요구값에 의해 제어되고 있는 경우와 마찬가지로, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량 간의 관계를 연소 한계 내로 할 수 있다. 또, 수정되는 것은 실현 우선 순위가 낮은 토크 실현부 요구값이기 때문에, 실현 우선 순위가 높은 토크 실현부 요구값은 그대로 실현시킬 수 있다. 그리고, 그 수정에는 실현 우선 순위가 높은 토크 실현부 요구값과 액추에이터 직접 요구값이 반영되기 때문에, 각 액추에이터 (2, 4, 6) 의 제어량 간의 관계가 연소 한계 내에 들어가도록, 수정 대상이 된 토크 실현부 요구값을 적절히 수정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 9 에 대하여 설명하였다. 실시형태 9 에는 본 발명 중에서 제 10, 제 17 및 제 18 발명이 구현화되어 있다. 상세하게는, 도 18 에 나타내는 구성에 있어서, SA 요구값 수정부 (332), A/F 요구값 수정부 (334) 및 우선 요구 전환부 (330) 에 의해 제 17 및 제 18 발명의 「수정 수단」이 구성되어 있다. 또한, 실시형태 9 의 제 10 발명과의 대응 관계에 대해서는 실시형태 5 의 그것과 동일하다.
기타.
본 발명에서 제어 대상이 되는 액추에이터는, 스로틀, 점화 장치, 연료 분사 장치에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 리프트량 가변 기구나 밸브 타이밍 가변 기구 (VVT) 나 외부 EGR 장치도 제어 대상의 액추에이터로 할 수 있다. 기통 정지 기구나 압축비 가변 기구를 구비하는 엔진에서는, 이들 기구를 제어 대상의 액추에이터로 할 수도 있다. 모터 어시스트가 달린 터보 차저 (MAT) 를 구비하는 엔진에서는, MAT 를 제어 대상의 액추에이터로서 사용해도 된다. 또, 알터네이터 등, 엔진에 의해 구동되는 보조기기에 의해서도 간접적으로 엔진의 출력을 제어할 수 있기 때문에, 이들 보조기기를 액추에이터로서 사용할 수도 있다.
또, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 실시형태 6 에서 설명한 연결 제어는, 실시형태 1 내지 4 의 제어 장치에도 조합할 수 있다. 이로써, 제 9 발명에 관련된 「전환 수단」이 실현되게 된다.
2 : 스로틀
4 : 점화 장치
6 : 연료 분사 장치
10 : 성능 요구 발생부
12 : 정보 발신원
20 : 기관 요구값 생성부
22 : 토크 조정부
24 : 효율 조정부
26 : 공연비 조정부
30 : 토크 실현부 (기관 역모델)
40 : 액추에이터 직접 요구값 생성부
42 : TA 직접 요구값 산출부
44 : SA 직접 요구값 산출부
46 : A/F 직접 요구값 산출부
50, 60 : 선택 전환부
52, 62 : 전환부 (TA)
54, 64 : 전환부 (SA)
56, 66 : 전환부 (A/F)
58, 68 : 전환 지시부
302 : 토크 요구값 보정부
304 : 공기량 요구값 산출부
306 : TA 요구값 산출부
308 : 추정 공기량 산출부
310 : 추정 토크 산출부
312 : 토크 효율 산출부
314 : 점화 지각량 산출부
316 : SA 요구값 산출부
320 : 조정부
322 : 효율 가이드부
324 : 토크 효율 가이드부
326 : A/F 가이드부
330 : 우선 요구 전환부
332 : SA 요구값 수정부
334 : A/F 요구값 수정부
502 : 토크 실현값 산출부
504 : 효율 실현값 산출부
506 : A/F 실현값 산출부
508 : 토크 편차 판정부
510 : 효율 편차 판정부
512 : A/F 편차 판정부
514 : 기관 모델
520 : 제어 방법 선택부
530 : TA 편차 판정부
532 : SA 편차 판정부
534 : A/F 편차 판정부

Claims (24)

1 또는 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 내연 기관의 제어 장치로서,
상기 내연 기관의 동작을 결정하는 1 또는 복수의 소정 물리량의 요구값 (이하, 기관 요구값) 을 취득하는 기관 요구값 취득 수단과,
상기 내연 기관의 현재의 운전 상태 혹은 운전 조건에 관한 정보 (이하, 기관 정보) 를 취득하는 기관 정보 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 각 값으로부터 상기 내연 기관에 있어서 이들이 실현되기 위한 상기 1 또는 복수의 액추에이터의 각 제어량을 도출하는 기관 역모델을 구비하고, 각 기관 요구값과 기관 정보를 상기 기관 역모델에 입력함으로써 상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 요구값) 을 산출하는 액추에이터 요구값 산출 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터 각각에 직접 요구하는 제어량 (이하, 액추에이터 직접 요구값) 을 취득하는 액추에이터 직접 요구값 취득 수단과,
상기 1 또는 복수의 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 전환하는 전환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
기관 정보에 기초하여 액추에이터 요구값에 의한 제어인지 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어인지를 선택하고, 선택한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 전환 지시 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 취득된 기관 정보의 신뢰성이 낮은 경우에 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어를 선택하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 내연 기관의 현재의 운전 상태나 운전 조건이 상기 기관 역모델의 성립 조건에 포함되지 않는 경우에 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어를 선택하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내연 기관에 의해 실현되고 있는 상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 값 (이하, 기관 실현값) 을 취득하는 기관 실현값 취득 수단을 추가로 구비하고,
상기 전환 지시 수단은, 상기 복수의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있을 때, 상기 1 또는 복수의 소정 물리량 각각에 대하여 기관 실현값의 기관 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내가 된 경우에, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 기관 실현값 취득 수단은, 상기 기관 정보 취득 수단에 의해 취득되는 기관 정보로부터 기관 실현값을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 기관 실현값 취득 수단은, 상기 1 또는 복수의 액추에이터의 각 제어량으로부터 이들에 의해 상기 내연 기관에서 실현되는 상기 1 또는 복수의 소정 물리량의 값을 도출하는 기관 모델을 구비하고, 각 액추에이터 직접 요구값을 상기 기관 모델에 입력함으로써 기관 실현값을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 1 또는 복수의 액추에이터가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있을 때, 상기 복수의 액추에이터 각각에 대하여 액추에이터 요구값의 액추에이터 직접 요구값에 대한 차이가 허용 범위 내가 된 경우에, 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전환 수단은, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환을 서서히 행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 복수의 액추에이터에 의해 동작이 제어되는 내연 기관의 제어 장치이고,
상기 전환 수단은, 상기 복수의 액추에이터의 제어를, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어 사이에서 개별적으로 전환하도록 구성되고,
또, 상기 제어 장치는, 기관 정보에 기초하여 액추에이터 요구값에 의한 제어인지 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어인지를 상기 복수의 액추에이터 각각에 대하여 개별적으로 선택하고, 선택한 제어로의 전환을 상기 전환 수단에 지시하는 전환 지시 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 복수의 액추에이터 전부 혹은 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 전환 대상이 된 각 액추에이터의 제어를 미리 설정된 전환 순서에 따라 액추에이터 요구값에 의한 제어로 순차적으로 전환해 가도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 전환 순서에서는, 제어량의 변화에 대한 토크의 응답 감도의 높이에 의해 각 액추에이터의 우선 순위가 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 복수의 액추에이터 전부 혹은 일부의 액추에이터에 대하여 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 전환 대상이 된 각 액추에이터의 제어를 미리 설정된 역전환 순서에 따라 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 순차적으로 전환해 가도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 역전환 순서에서는, 토크 제어 능력의 높이에 의해 각 액추에이터의 우선 순위가 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 소정의 동시 전환 조건이 성립된 경우에는, 전환 대상이 된 전체 액추에이터의 제어를 한 번에 동시에 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전환 수단은, 액추에이터 요구값에 의한 제어와 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어의 전환을 서서히 행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터 요구값 산출 수단은, 상기 복수의 액추에이터 중 일부가 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되는 경우, 상기 복수의 액추에이터의 제어량 간의 관계가 연소 한계를 초과하지 않도록, 액추에이터 직접 요구값에 의해 제어되고 있지 않은 나머지 액추에이터 중 적어도 1 개의 액추에이터에 대하여 그 액추에이터 요구값을 수정하는 수정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 수정 수단은, 액추에이터 직접 요구값과 실현 우선 순위가 높은 액추에이터 요구값에 기초하여 실현 우선 순위가 낮은 액추에이터 요구값을 수정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량 중 1 개는 토크로서, 상기 기관 요구값 취득 수단에 의해 취득되는 기관 요구값에는 토크 요구값이 포함되고,
상기 복수의 액추에이터에는 흡입 공기량을 조정하는 흡기 액추에이터와 점화 시기를 조정하는 점화 액추에이터가 포함되고,
상기 기관 역모델에는 토크 요구값에 기초하여 상기 흡기 액추에이터에 요구하는 흡기 액추에이터 요구값을 산출하는 수단과, 상기 흡기 액추에이터의 동작에 의해 실현시킬 수 있는 토크값을 기관 정보에 기초하여 추정하는 수단과, 토크 요구값과 추정한 토크값의 편차를 보상하도록 상기 점화 액추에이터에 요구하는 점화 액추에이터 요구값을 산출하는 수단이 형성되고,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시함과 함께, 현시점에서의 흡기 액추에이터 직접 요구값과 흡기 액추에이터 요구값의 편차로부터 산출되는 토크 편차의 보상을 점화 시기의 조정에 의해 실현시킬 수 있는지 여부를 점화 액추에이터 요구값과 점화 시기의 조정 가능 범위의 관계에 기초하여 판정하여, 실현 불가능한 것으로 판정했을 때에는 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 서서히 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터의 제어량을 흡기 액추에이터 직접 요구값으로부터 흡기 액추에이터 요구값으로 서서히 변화시키고 있는 과정에서 점화 시기의 조정에 의한 토크 편차의 보상을 실현시킬 수 있게 되었을 때에는, 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 신속하게 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 소정의 조기 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환함과 함께, 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 1 또는 복수의 소정 물리량 중 1 개는 토크로서, 상기 기관 요구값 취득 수단에 의해 취득되는 기관 요구값에는 토크 요구값이 포함되고,
상기 복수의 액추에이터에는 흡입 공기량을 조정하는 흡기 액추에이터와 점화 시기를 조정하는 점화 액추에이터가 포함되고,
상기 기관 역모델에는 토크 요구값에 기초하여 상기 흡기 액추에이터에 요구하는 흡기 액추에이터 요구값을 산출하는 수단과, 상기 흡기 액추에이터의 동작에 의해 실현시킬 수 있는 토크값을 기관 정보에 기초하여 추정하는 수단과, 토크 요구값과 추정한 토크값의 편차를 보상하도록 상기 점화 액추에이터에 요구하는 점화 액추에이터 요구값을 산출하는 수단이 형성되고,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터 및 점화 액추에이터에 대하여 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로의 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하고, 그 후, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 상기 흡기 액추에이터의 제어가 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 흡기 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환된 후, 상기 흡기 액추에이터에 의한 실현값과 흡기 액추에이터 요구값의 차가 허용 범위 내가 되면, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로부터 점화 액추에이터 직접 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 전환 지시 수단은, 소정의 조기 전환 조건이 성립된 경우에는, 상기 흡기 액추에이터의 제어를 흡기 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환함과 함께, 상기 점화 액추에이터의 제어를 점화 액추에이터 요구값에 의한 제어로 전환하도록 상기 전환 수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
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