WO2012114495A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2012114495A1
WO2012114495A1 PCT/JP2011/054140 JP2011054140W WO2012114495A1 WO 2012114495 A1 WO2012114495 A1 WO 2012114495A1 JP 2011054140 W JP2011054140 W JP 2011054140W WO 2012114495 A1 WO2012114495 A1 WO 2012114495A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
torque
air
efficiency
fuel ratio
performance
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/054140
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
聡 吉嵜
岡崎　俊太郎
正史 柴山
香 諸葛
川上　肇
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車株式会社 filed Critical トヨタ自動車株式会社
Priority to PCT/JP2011/054140 priority Critical patent/WO2012114495A1/ja
Priority to US13/997,810 priority patent/US8903624B2/en
Priority to CN201180068061.6A priority patent/CN103732893B/zh
Priority to EP11859099.1A priority patent/EP2679790B1/en
Priority to JP2013500785A priority patent/JP5534098B2/ja
Publication of WO2012114495A1 publication Critical patent/WO2012114495A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D11/105—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the function converting demand to actuation, e.g. a map indicating relations between an accelerator pedal position and throttle valve opening or target engine torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0625—Fuel consumption, e.g. measured in fuel liters per 100 kms or miles per gallon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque
    • F02D2250/21—Control of the engine output torque during a transition between engine operation modes or states
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine whose operation is controlled by a plurality of types of actuators.
  • a method for controlling an internal combustion engine for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-047102, a method is known in which the operation amount of each actuator is determined by using efficiency and air-fuel ratio as control amounts together with torque.
  • Efficiency means the ratio of the torque actually output to the potential torque that can be output by the internal combustion engine.
  • the air-fuel ratio here means the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for combustion in the internal combustion engine.
  • the torque, efficiency, and air-fuel ratio as control amounts have various requirements. In the case of torque, there are torque required to satisfy the driver's acceleration request, torque required for drive control such as skidding prevention, and the like.
  • the effect of realizing the engine required performance aimed by the preceding apparatus cannot always be achieved depending on the speed of change in the required control amount.
  • the response speed of the control amount with respect to the operation of the actuator has a limit corresponding to the type of the actuator.
  • the response speed of the air amount when the throttle is moved at the maximum speed becomes the limit response speed of the torque with respect to the operation of the throttle.
  • the throttle is used as a main actuator for controlling the torque. If any change in the required control amount is faster than the limit response speed of the torque with respect to the operation of the throttle, the change accompanies the change.
  • Torque fluctuations cannot be suppressed by torque control using the throttle.
  • the ignition timing control or the fuel injection amount control can change the torque faster, the required torque can be realized while suppressing such torque fluctuation.
  • the required control amount other than the required torque that is, either the required efficiency or the required air-fuel ratio cannot be realized at least temporarily.
  • the required efficiency that cannot be realized among the various performances required for the internal combustion engine or the required engine performance related to the required air-fuel ratio cannot be realized.
  • driving performance, exhaust gas performance, and fuel consumption performance are representative of the performance required for an internal combustion engine, but depending on the state of the internal combustion engine and the situation where it is placed between them. There is a priority. For example, exhaust gas performance is prioritized when the internal combustion engine is started, but driving performance is prioritized when drive control such as skidding prevention is performed. Even if all of the engine required performance cannot be realized, it is desired that at least the highest priority engine required performance be realized. However, in the above-described preceding apparatus, if any required control amount changes at a high speed exceeding the response speed of the control amount with respect to the operation of the actuator, the realization is realized even with the highest priority engine required performance. It was not guaranteed.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and a speed at which the required torque, the required efficiency, or the required air-fuel ratio, which are required values of the control amount, exceeds the response speed of the related control amount with respect to the operation of the actuator. It is an object of the present invention to provide a control device capable of guaranteeing the realization of at least the performance required for the internal combustion engine at least with respect to the performance required for the internal combustion engine.
  • the control device for an internal combustion engine determines the required value of the control amount based on the performance required for the internal combustion engine (hereinafter referred to as engine required performance).
  • the amount of control used by the control device is the torque generated by the internal combustion engine, the efficiency that is the ratio of the torque actually output to the torque that the internal combustion engine can potentially output, and the mixture provided for combustion in the internal combustion engine.
  • the present control device performs air amount control, ignition timing control, and fuel injection amount control based on these three types of required control amounts. In the air amount control, an air amount control actuator is operated according to the target air amount.
  • the target air amount is an air amount for realizing the required latent torque under the required air-fuel ratio, and is calculated based on data determined by associating the relationship between the air amount and torque at the optimal ignition timing in association with the air-fuel ratio.
  • the required latent torque is calculated by dividing the required torque by the required efficiency.
  • an ignition timing control actuator is operated in accordance with the indicated efficiency.
  • the ratio of the required torque to the estimated latent torque is calculated as the instruction efficiency.
  • the estimated latent torque is a latent torque realized when the air amount control actuator is operated according to the target air amount under the required air-fuel ratio.
  • fuel injection amount control an actuator for fuel injection amount control is operated in accordance with a required air-fuel ratio.
  • the present control device performs the air amount control, the ignition timing control, and the fuel injection amount control based on the required torque, the required efficiency, and the required air-fuel ratio determined based on the engine required performance.
  • the present control device determines any value of the required torque, the required efficiency, the indicated efficiency, or the required air-fuel ratio. Make a temporary adjustment to. It is preferable that the threshold value serving as a reference for the determination is set based on the response speed of the control amount with respect to the operation of the actuator with which the request control amount is most relevant for each request control amount.
  • the present control device selects a target to be adjusted in accordance with the type of engine required performance that is prioritized at present among various engine required performances.
  • the type of engine required performance that is prioritized at present is exhaust gas performance and fuel consumption performance
  • temporary adjustments may be made to the values of required efficiency and indicated efficiency.
  • the required control amount that has changed beyond a predetermined threshold is the required air-fuel ratio
  • the required efficiency and the indicated efficiency may be fixed to 1, respectively.
  • torque fluctuates temporarily the required values for the efficiency and the air-fuel ratio are realized. Therefore, both the exhaust gas performance related to the air-fuel ratio and the fuel efficiency performance related to the efficiency are realized. Guaranteed.
  • a temporary adjustment may be made to the required torque value. Specifically, when the amount of change in the required air-fuel ratio exceeds a predetermined threshold value, the required efficiency and the indicated efficiency are each fixed to 1, and the torque change caused by the change in the required air-fuel ratio is predicted and predicted. The change in torque may be caused in the required torque. In this case as well, although there is a temporary fluctuation in torque, the required values for efficiency and air-fuel ratio are achieved, so both exhaust gas performance related to air-fuel ratio and fuel efficiency performance related to efficiency are realized. Is guaranteed. Further, in this case, since the convergence speed of the target air amount can be lengthened to mitigate the transient air amount fluctuation speed, the air-fuel ratio fluctuation can be further suppressed.
  • temporary adjustment may be made to the value of the required air-fuel ratio.
  • the required control amount that has changed beyond a predetermined threshold is the required air-fuel ratio
  • the change rate of the required air-fuel ratio may be reduced by means such as a low-pass filter.
  • the type of engine required performance that is prioritized at present is operating performance and exhaust gas performance
  • the required control amount that has changed beyond a predetermined threshold is the required air-fuel ratio
  • the ignition timing is automatically changed so as to suppress torque fluctuations accompanying changes in the required air-fuel ratio.
  • the torque and air-fuel ratio are thereby achieved as required, it is possible to guarantee both the driving performance related to torque and the exhaust gas performance related to air-fuel ratio.
  • An internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) to be controlled in the present embodiment is a spark ignition type four-cycle reciprocating engine.
  • a three-way catalyst for purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage of the engine.
  • the control device controls the operation of the engine by operating an actuator provided in the engine.
  • the actuator that can be operated by the control device includes an ignition device, a throttle, a fuel injection device, a variable valve timing mechanism, an EGR device, and the like.
  • the control device operates a throttle, an ignition device, and a fuel injection device, and the control device operates these three actuators to control the operation of the engine.
  • the control device of the present embodiment uses torque, efficiency, and air-fuel ratio as engine control amounts. More precisely, the torque here means the indicated torque generated by the engine, and the air-fuel ratio means the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for combustion.
  • the efficiency in this specification means the ratio of the torque that is actually output to the torque that the engine can potentially output (potential torque). The maximum value of efficiency is 1, and at that time, the potential torque that can be output by the engine is actually output as it is. When the efficiency is smaller than 1, the torque that is actually output is smaller than the potential torque that can be output by the engine, and the margin is mainly output as heat and output from the engine.
  • the control device of the present embodiment performs air amount control, ignition timing control, and fuel injection amount control based on the required values of these three types of control amounts.
  • the basic control amount is torque.
  • the engine is controlled with priority given to realizing the required torque.
  • the actuator used for air amount control is a throttle
  • the actuator used for ignition timing control is an ignition device
  • the actuator used for fuel injection amount control is a fuel injection device.
  • the control device 2 shown in the block diagram of FIG. 1 shows the configuration of the control device of the present embodiment.
  • Each element constituting the control device 2 in FIG. 1 is based on the operation of three types of actuators, that is, the throttle 4, the ignition device 6, and the fuel injection device 8 among various functional elements of the control device 2. Only elements related to air amount control, ignition timing control, and fuel injection amount control are specially represented in the figure. Therefore, FIG. 1 does not mean that the control device 2 is composed of only these elements.
  • Each element may be configured by dedicated hardware, or the hardware may be shared and virtually configured by software.
  • the control device 2 shown in FIG. 2 is roughly composed of four parts 70, 10, 20, and 30.
  • the request generator 70 is located at the most upstream of the signal transmission system in the control device 2.
  • the request arbitration unit 10 is located next to the request generation unit 70, and the request adjustment unit 20 is located next to the request arbitration unit 10.
  • the request realizing unit 30 is located next to the request adjusting unit 20, that is, the most downstream side of the signal transmission system.
  • An operation signal is output from the request realization unit 30 to each of the actuators 4, 6, and 8.
  • various signals flow in the control device 2.
  • An example of such a signal is a signal including engine information related to the engine operating condition and operating state.
  • the engine information includes the engine speed, the output value of the throttle opening sensor, the output value of the air-fuel ratio sensor, the current actual ignition timing, the coolant temperature, the valve timings of the intake and exhaust valves, and the like.
  • the request generation unit 70 includes a torque request unit 72.
  • the torque request unit 72 quantifies and outputs a request for torque that is a basic control amount.
  • the request torque output from the torque request unit 72 includes two types of signals. One of them is a required torque signal determined according to the driver's accelerator pedal operation, which is a relatively low-frequency signal.
  • the other is a request torque signal for vehicle drive control, which is a relatively high frequency signal.
  • the vehicle drive control referred to here includes not only skid prevention control but also vibration suppression control for the purpose of suppressing the sprung vibration of the vehicle by the vibration of torque.
  • the request generation unit 70 further includes a performance request unit 80.
  • the performance request unit 80 determines a request related to the control amount based on the performance required for the engine, and quantifies and outputs the request.
  • the performance required for the engine includes driving performance, exhaust gas performance, and fuel consumption performance.
  • the performance requesting unit 80 includes a plurality of required output elements 81-86. Each required output element 81-86 is associated with any performance required for the engine.
  • the required output element 81 is an element related to driving performance, and outputs a required torque for idle rotation control.
  • the required output element 82 is an element related to fuel efficiency, and outputs the required efficiency for improving the fuel efficiency.
  • the required output element 83 is an element related to the driving performance, and outputs the required efficiency for supporting the realization of the high frequency torque in conjunction with the torque request unit 72 outputting the high frequency required torque.
  • the required output elements 84, 85 and 86 are elements related to exhaust gas performance.
  • the required output element 84 outputs the required efficiency for warming up the catalyst
  • the required output element 85 outputs the required efficiency for suppressing the deterioration of the catalyst
  • the required output element 86 recovers the purification rate of the catalyst.
  • the required air-fuel ratio is output.
  • the performance request unit 80 includes a plurality of request output elements (not shown), from which any of the required torque, the required efficiency, or the required air-fuel ratio is output.
  • the request arbitration unit 10 As described above, the request generator 70 outputs a plurality of requests for each control amount. However, since a plurality of requests issued for one control amount cannot be completely realized at the same time, a process of request arbitration is required for each control amount. Arbitration here is calculation processing for obtaining one numerical value from a plurality of numerical values, such as maximum value selection, minimum value selection, averaging, or superposition, for example, and appropriately combining a plurality of types of calculation processing It can also be. In order to implement such arbitration for each control amount, the request arbitration unit 10 includes three arbitration elements 12, 14, and 16. The arbitration element 12 collects and arbitrates various request torques generated by the request generator 70, and outputs the arbitration result as a final request torque.
  • the arbitration element 12 collects and arbitrates various request torques generated by the request generator 70, and outputs the arbitration result as a final request torque.
  • the arbitration element 14 collects various request efficiencies generated by the request generation unit 70 and performs arbitration, and outputs the arbitration result as the final required efficiency.
  • the arbitration element 16 collects and arbitrates various required air-fuel ratios generated by the request generator 70, and outputs the arbitration result as the final required air-fuel ratio.
  • the three types of required control amounts output from the request arbitration unit 10, that is, the required torque, the required efficiency, and the required air-fuel ratio are input to the request realization unit 30 after passing through the request adjustment unit 20.
  • the request adjustment unit 20 is a main part of the control device 2 most relevant to the problem and object of the present invention in the present embodiment. Therefore, here, the request realizing unit 30 will be described first, and after clarifying the entire configuration of the control device 2 excluding the request adjusting unit 20, the request adjusting unit 20 will be described in detail.
  • the request realization unit 30 is an inverse model of the engine, and is composed of a plurality of statistical models and physical models represented by maps and functions.
  • the request realization unit 30 calculates the operation amounts of the actuators 4, 6, and 8 necessary for realizing them based on the three types of request control amounts input via the request adjustment unit 20.
  • the operation amount calculated by the request realizing unit 30 is a throttle opening for operating the throttle 4, an ignition timing for operating the ignition device 6, and a fuel injection amount for operating the fuel injection device 8. .
  • the request realization unit 30 includes a plurality of calculation elements 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 50, 52, 54, 56.
  • the request realization unit 30 includes a required latent torque calculation unit 44, a target air amount calculation unit 42, and a throttle opening calculation unit 40 as calculation elements for calculating the throttle opening.
  • the required latent torque calculation unit 44 calculates the required latent torque by dividing the input required torque by the required efficiency. When the required efficiency is smaller than 1, the required latent torque is larger than the required torque. This means that the air amount control by the throttle 4 is required to potentially output a torque larger than the required torque. However, the required efficiency is input to the required latent torque calculation unit 44 through the upper and lower limit guard unit 34. The upper and lower limit guard part 34 will be described later.
  • the required latent torque calculated by the required latent torque calculation unit 44 is input to the target air amount calculation unit 42.
  • the target air amount calculation unit 42 converts the required latent torque into the target air amount using the torque-air amount conversion map.
  • the amount of air here means the amount of air sucked into the cylinder (a non-dimensional filling efficiency or load factor can be used instead).
  • the torque-air amount conversion map is based on the assumption that the ignition timing is the optimal ignition timing (the ignition timing on the more retarded side of the MBT and the trace knock ignition timing). 6 is a map associated with various engine state quantities including air-fuel ratio as keys. This map is created based on data obtained by testing the engine. The actual value or target value of the engine state quantity is used for searching the torque-air quantity conversion map. Regarding the air-fuel ratio, the required air-fuel ratio is used for map retrieval.
  • the target air amount calculation unit 42 calculates the air amount necessary for realizing the required latent torque as the target air amount under the required air-fuel ratio.
  • the required air-fuel ratio used here is not the required air-fuel ratio input to the request realizing unit 30 but the required air-fuel ratio that has passed through an upper / lower limit guard unit 38 described later.
  • the target air amount calculated by the target air amount calculation unit 42 is input to the throttle opening calculation unit 40.
  • the throttle opening calculation unit 40 converts the target air amount into throttle opening using an inverse model of the air model. Since the air model is a physical model that models the response characteristic of the air amount to the operation of the throttle 4, the throttle opening necessary for achieving the target air amount can be calculated backward by using the inverse model. The operation of the throttle 4 by the control device 2 is performed according to the throttle opening calculated by the throttle opening calculation unit 40.
  • the request achievement unit 30 includes an estimated latent torque calculation unit 54, an instruction efficiency calculation unit 52, and an ignition timing calculation unit 50 as calculation elements for calculating the ignition timing.
  • the estimated latent torque calculation unit 54 calculates the estimated latent torque based on the actual throttle opening realized by the above-described throttle operation.
  • the estimated potential torque in this specification is the torque that can be output when the ignition timing is set to the optimal ignition timing under the current throttle opening and the required air-fuel ratio, that is, the torque that the engine can potentially output. Estimated value.
  • the estimated latent torque calculating unit 54 first converts the throttle opening into the estimated air amount using the forward model of the air model described above.
  • the estimated air amount is an estimated value of the air amount actually realized by the current throttle opening.
  • the estimated air amount is converted into the estimated potential torque using the torque-air amount conversion map.
  • the value of the required air-fuel ratio that has passed through an upper / lower limit guard unit 38 described later is used as a search key.
  • the estimated potential torque calculated by the estimated potential torque calculation unit 54 is input to the instruction efficiency calculation unit 52.
  • the instruction efficiency calculating unit 52 calculates the ratio between the required torque input to the request realizing unit 30 and the estimated latent torque.
  • the calculated ratio means efficiency for realizing the required torque, and is used as instruction efficiency for ignition timing control.
  • the instruction efficiency for ignition timing control calculated by the instruction efficiency calculation unit 52 is input to the ignition timing calculation unit 50 after passing through an upper / lower limit guard unit 36 described later.
  • the ignition timing calculation unit 50 calculates the ignition timing from the input instruction efficiency for controlling the ignition timing. Specifically, the optimal ignition timing is calculated based on the engine state quantity such as the engine speed, the required torque, the air-fuel ratio, and the like, and the retard amount with respect to the optimal ignition timing is calculated from the input instruction efficiency for ignition timing control. If the instruction efficiency is 1, the retardation amount is set to zero. The smaller the instruction efficiency is, the larger the retardation amount. Then, the optimum ignition timing plus the retard amount is calculated as the final ignition timing. In calculating the optimum ignition timing, a map that associates the optimum ignition timing with various engine state quantities can be used. For the calculation of the retard amount, a map that associates the retard amount with the efficiency and various engine state quantities can be used.
  • the value of the required air-fuel ratio that has passed through an upper / lower limit guard unit 38 described later is used as a search key.
  • the operation of the ignition device 6 by the control device 2 is performed according to the ignition timing calculated by the ignition timing calculation unit 50.
  • the request achievement unit 30 includes a fuel injection amount calculation unit 60 as a calculation element for calculating the fuel injection amount.
  • the fuel injection amount calculation unit 60 calculates the required air-fuel ratio that has passed through an upper / lower limit guard unit 38, which will be described later, and the predicted air amount at the intake valve closing timing of the cylinder.
  • the fuel injection amount is calculated.
  • the operation of the fuel injection device 8 by the control device 2 is performed according to the fuel injection amount calculated by the fuel injection amount calculation unit 60.
  • the adjustment performed by the request realization unit 30 is an adjustment of the size between the requested control amounts in the steady state.
  • the request generation unit 70 generates various requests without considering the combustion limit condition of the engine, and the request arbitration unit 10 also performs arbitration without considering the combustion limit condition. For this reason, there is a possibility that the engine cannot be operated properly depending on the relationship between the finally determined required control amounts. Therefore, the request realization unit 30 adjusts the value of the request control amount having a low priority with reference to the request control amount having a high priority so that the engine can be operated properly.
  • the required torque is selected as the highest priority required control amount, and the next required control amount to be prioritized is selected from the required efficiency and the required air-fuel ratio. Then, the other value not selected is adjusted based on one of the selected required efficiency and required air / fuel ratio. Means for performing such adjustment are the above-described various upper and lower limit guard units 34, 36, and 38 and the combustion limit guard value calculation unit 32.
  • the upper / lower limit guard unit 34 limits the value of the required efficiency to a range determined by the upper limit guard value and the lower limit guard value.
  • the upper / lower limit guard unit 36 limits the value of the instruction efficiency to a range determined by the upper limit guard value and the lower limit guard value.
  • Each guard value that the upper and lower limit guard unit 36 has is set to the same value as each guard value that the upper and lower limit guard unit 34 has.
  • the upper / lower limit guard unit 38 limits the value of the required air-fuel ratio to a range determined by the upper limit guard value and the lower limit guard value.
  • Each of the guard values used in the upper and lower limit guard units 34, 36, and 38 is variable, and the value is calculated by the combustion limit guard value calculation unit 32.
  • the combustion limit guard value calculation unit 32 determines the upper and lower limits of efficiency that can ensure normal combustion under the required air-fuel ratio, according to various engine information. And set them as the guard values of the upper and lower limit guard part 34 and the upper and lower limit guard part 36, respectively. In that case, each guard value of the upper and lower limit guard part 38 is set to the upper limit value and the lower limit value of the air-fuel ratio that can ensure normal combustion.
  • the combustion limit guard value calculation unit 32 sets the upper limit value and the lower limit value of the air-fuel ratio that can ensure normal combustion under the required efficiency for various engines.
  • each guard value of the upper / lower limit guard part 34 and the upper / lower limit guard part 36 is set to the upper limit value and the lower limit value of the efficiency that can ensure normal combustion.
  • the required efficiency, the indicated efficiency, or the required air-fuel ratio, whose size has been adjusted in this way, is used for the calculation of the aforementioned manipulated variables.
  • the request adjustment unit 20 that is a main part of the control device 2 of the present embodiment will be described in detail. Even when the final required torque, the required efficiency, or the required air-fuel ratio determined by the request arbitration unit 10 changes at a high speed exceeding the response speed of the actuator, the request adjustment unit 20 At least the highest-priority performance among the performances required for the system is responsible for ensuring its realization.
  • the actuator here means the throttle 4 having the deepest relationship with the torque that is the main control amount.
  • the processing performed in the request adjustment unit 20 is a temporary adjustment that is applied to any value of the required torque, the required efficiency and the instruction efficiency, or the required air-fuel ratio. It is added according to the type. In order to perform such processing, the request adjustment unit 20 includes an adjustment determination unit 22, a required torque adjustment unit 24, an efficiency adjustment unit 26, and a required air-fuel ratio adjustment unit 28.
  • the adjustment determination unit 22 has a function of determining whether or not it is necessary to make an adjustment and, when determining that the adjustment is necessary, has a function of selecting a target to be adjusted according to the engine performance to be prioritized.
  • the functions of the adjustment determination unit 22 can be represented by the flowchart of FIG.
  • the adjustment determination unit 22 takes in the final required torque, the required efficiency, and the required air-fuel ratio determined by the request arbitration unit 10, and whether or not any of these changes exceeds a corresponding threshold value. judge.
  • the threshold used in the determination is set based on the limit response speed of the air amount with respect to the operation of the throttle 4.
  • the adjustment determination unit 22 determines whether any of the required control amounts undergoes a sudden change that is not in time for the air amount control by operating the throttle 4. When it is predicted that the amount of change in any of the requested control amounts exceeds the threshold value, or when it is detected that the amount of change has actually exceeded, the adjustment determination unit 22 performs the processes of step S4 and step S6. .
  • step S ⁇ b> 4 the adjustment determination unit 22 determines which engine required performance is given priority at the present time based on the information acquired from the performance request unit 80.
  • an object to be adjusted is selected according to the type of engine required performance to be prioritized, and an instruction is issued to the elements related to the selected adjustment object.
  • an instruction is issued to the required torque adjustment unit 24 to temporarily adjust the value of the required torque.
  • the efficiency adjustment unit 26 is instructed to temporarily adjust the values of the required efficiency and instruction efficiency.
  • an instruction is issued to the required air-fuel ratio adjustment unit 28 to temporarily adjust the value of the required air-fuel ratio.
  • the request torque adjustment unit 24 Upon receiving an instruction from the adjustment determination unit 22, the request torque adjustment unit 24 temporarily adjusts the value of the request torque output from the request arbitration unit 10 and inputs the adjusted request torque to the request implementation unit 30. .
  • the adjustment method of the value of the required torque is an adjustment method registered in advance according to the type of the requested control amount whose change amount exceeds the threshold, or according to the type of the engine required performance that is prioritized. An optimal method is appropriately selected from the above.
  • the efficiency adjustment unit 26 When the efficiency adjustment unit 26 receives an instruction from the adjustment determination unit 22, the efficiency adjustment unit 26 sets the guard values of the upper and lower limit guard units 34 and the upper and lower limit guard unit 36 described above. In this case, each value of the required efficiency and the instruction efficiency is limited within a range determined by the upper limit guard value and the lower limit guard value. If the upper limit guard value and the lower limit guard value are the same value, the values are the required efficiency and the instruction efficiency after the restriction. The upper limit guard value and the lower limit guard value set by the efficiency adjustment unit 26 have priority over those set by the combustion limit guard value calculation unit 32.
  • the setting method of each guard value is a setting method registered in advance according to the type of the requested control amount whose change amount exceeds the threshold, or according to the type of the engine required performance that is prioritized. An optimal method is appropriately selected from the above.
  • the required air-fuel ratio adjustment unit 28 Upon receiving the instruction from the adjustment determination unit 22, the required air-fuel ratio adjustment unit 28 temporarily adjusts the value of the required air-fuel ratio output from the request arbitration unit 10, and sends the adjusted required air-fuel ratio to the request realization unit 30. input.
  • the adjustment method of the required air-fuel ratio value is a pre-registered adjustment according to the type of requested control amount whose change amount has exceeded the threshold, and according to the type of engine required performance that is prioritized. An optimum method is appropriately selected from the methods.
  • FIG. 3 shows three cases: exhaust gas performance and fuel efficiency priority (Case 1), driving performance and fuel efficiency priority (Case 2), and driving performance and exhaust gas performance priority (Case 3).
  • Case 1 exhaust gas performance and fuel efficiency priority
  • Case 2 driving performance and fuel efficiency priority
  • Case 3 driving performance and exhaust gas performance priority
  • the target air amount calculation unit 42 calculates the air amount necessary for realizing the required torque under the required air-fuel ratio as the target air amount. For this reason, when the required air-fuel ratio becomes rich stepwise as in this example, the target air amount also changes stepwise accordingly. Then, the throttle opening is controlled in accordance with the change in the target air amount.
  • the movement of the throttle 4 at this time is a movement that cancels the increase in torque accompanying the enrichment of the air-fuel ratio by the decrease in the air amount.
  • the fuel injection amount is determined from the actual air amount and the required air-fuel ratio, the fuel injection amount once increases greatly due to a delay in the decrease in the air amount.
  • the required air-fuel ratio is selected as the adjustment target, and a temporary adjustment is made to that value.
  • the required air-fuel ratio adjustment unit 28 reduces the change rate of the required air-fuel ratio.
  • a low-pass filter can be used as the means. If a low-pass filter is used, the time constant is set so that the change speed of the required air-fuel ratio falls within the range of the limit response speed of the torque for the operation of the throttle 4.
  • an annealing process may be used as other means. A weighted average can be given as an example of the annealing process. Alternatively, the rate of change may be reduced by performing a guard process on the change rate of the required air-fuel ratio.
  • the adjustment by the request adjusting unit 20 is not applied to any of the required torque, the required efficiency, the indicated efficiency, or the required air-fuel ratio.
  • the demand realizing unit 30 can realize the required torque while realizing the required air-fuel ratio by automatically adjusting the efficiency. More specifically, when the required air-fuel ratio becomes rich stepwise as in this example, the target air amount also decreases stepwise, and the throttle 4 is operated so as to realize such a change in the target air amount. Is done. However, since there is a delay in the response of the air amount to the movement of the throttle 4, the estimated air amount calculated from the current throttle opening using the air model decreases with a delay from the target air amount.
  • the estimated latent torque calculated from the estimated air amount is temporarily larger than the required torque, and the instruction efficiency, which is the ratio between the required torque and the estimated latent torque, becomes a value smaller than 1 during that period.
  • the ignition timing is retarded from the optimal ignition timing, so that a temporary increase in torque associated with a delay in the decrease in the air amount can be suppressed, and the engine can generate torque as required. It becomes possible. That is, it is possible to ensure the desired driving performance.
  • the air-fuel ratio that is actually realized also changes in accordance with the required air-fuel ratio, it is possible to ensure the desired exhaust gas performance.
  • the required air-fuel ratio changes at a high speed exceeding the limit response speed of the torque with respect to the movement of the throttle 4.
  • the processing that can be performed by the request adjustment unit 20 in the control device 2 of the present embodiment is not limited to the above three specific examples.
  • the processing shown in the time chart of FIG. 4 is performed. You can also.
  • the required efficiency and the indicated efficiency are each fixed to 1 as in the case 1 of the above example.
  • the adjustment determination unit 22 predicts a change in torque caused by a change in the required air-fuel ratio, and the required torque adjustment unit 24 causes the required torque to be generated in the required torque. .
  • FIG. 5 shows the effect of such processing in comparison with the case 1 described above.
  • the required value after adjustment of the three types of control amounts the target air amount, the target throttle opening, the actual air amount, and the actual Each time change in torque is shown in a time chart.
  • Chart A in FIG. 5 corresponds to case 1 of the above example
  • chart B corresponds to this example.
  • the required air-fuel ratio is enriched stepwise, first, the torque is calculated from the target air amount at that time and the requested air-fuel ratio after enrichment, and the requested torque is stepped up to that torque. Increase to. Thereafter, the required torque is gradually reduced to a value immediately before increasing stepwise.
  • the target air amount gradually decreases.
  • the rapid operation of the throttle 4 is suppressed, and the actual air amount convergence period (indicated by tt2 in FIG. 5) is greater than the actual air amount convergence period in the case of Chart A (indicated by tt1 in FIG. 5).
  • the period until the increased actual torque converges to the required torque is lengthened, but the fluctuation of the air-fuel ratio can be suppressed by mitigating the fluctuation speed of the transient air amount. That is, when the request adjusting unit 20 performs the processing as in the present example, it is possible to ensure the realization of the desired exhaust gas performance more reliably.
  • the request adjustment unit 20 also supports the case where the required air-fuel ratio changes stepwise from the stoichiometric to the lean side. be able to.
  • Such a change in the required air-fuel ratio is based on exhaust gas performance requirements, but when it is determined that the engine speed is decreasing, when combustion is determined to be worse, or When it is determined that heavy fuel is being used, the driving performance is given priority over the exhaust gas performance.
  • the change rate of the required air-fuel ratio is reduced by means such as a low-pass filter.
  • the throttle is used as an actuator for controlling the air amount, but an intake valve having a variable lift amount or operating angle may be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

　本発明の目的は、複数種のアクチュエータを有する内燃機関の制御装置において、要求トルク、要求効率或いは要求空燃比の何れかが関連制御量の応答速度を超えるような速い速度で変化する場合であっても、少なくとも最優先に要求される内燃機関の性能に関してはその実現を保障することである。この目的のため、本発明が提供する制御装置は、要求トルク、要求効率及び要求空燃比の何れかの変化量が所定の閾値を超える場合には、内燃機関に要求される各種の性能のうち現時点において優先される機関要求性能の種別に応じて、要求トルク、要求効率及び指示効率、或いは要求空燃比の何れかの値に対して一時的な調整を加える。なお、要求トルク及び要求効率に基づき算出される目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータが操作され、指示効率に従って点火時期制御用のアクチュエータが操作され、要求空燃比に従って燃料噴射量制御用のアクチュエータが操作される。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、複数種のアクチュエータによってその動作を制御される内燃機関の制御装置に関する。
　内燃機関の制御方法の１つとして、例えば特開２００９－０４７１０２号公報に開示されているように、トルクとともに効率及び空燃比を制御量として各アクチュエータの操作量を決定する方法が知られている。ここでいう効率とは、内燃機関が出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの比率を意味する。また、ここでいう空燃比とは、内燃機関において燃焼に供される混合気の空燃比を意味する。制御量としてのトルク、効率及び空燃比には、様々な観点からの要求がある。トルクの場合は、ドライバの加速要求を満たすために要求されるトルクや、横滑り防止等の駆動制御のために要求されるトルク等がある。効率の場合は、触媒の暖機のために要求される効率や、リザーブトルクを確保するために要求される効率等がある。空燃比の場合は、燃料カットからの復帰時に触媒のＮＯｘ還元能力を早急に回復させるために要求される空燃比や、内燃機関の運転中に触媒の浄化性能を向上させるために要求される空燃比等がある。前述の特許公報に記載されている制御装置（以下、先行装置）では、このように１つの制御量に対して複数の要求が存在する場合、調停によって最終的な要求制御量が決定されている。ここでいう調停とは、予め定められた規則に従って行われる複数の数値から１つの数値を得るための計算処理である。その具体的な計算規則としては、最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等が挙げられている。
　調停で得られた最終的な要求制御量、すなわち、要求トルク、要求効率及び要求空燃比を実現することは、運転性能、排気ガス性能或いは燃費性能といった内燃機関に要求されている各種の性能（機関要求性能）の実現を意味する。先行装置では、それら３種類の要求制御量に基づいて空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施している。空気量制御では、要求トルク及び要求効率に基づき算出される目標空気量に従ってスロットの操作が行われる。点火時期制御では、スロットル開度から計算される推定トルク（推定潜在トルク）に対する要求トルクの比に従って点火装置の操作が行われる。そして、燃料噴射量制御では、要求空燃比に従って燃料噴射装置の操作が行われる。つまり、先行装置では、３種類の要求制御量に基づいて３種類のアクチュエータを協働させることで各要求制御量の実現を図っている。
　ところが、先行装置が目指している機関要求性能の実現という効果は、要求制御量の変化の速さによっては必ずしも達成できるとは限らない。アクチュエータの動作がある制御量に関連する場合、アクチュエータの動作に対する当該制御量の応答速度にはアクチュエータの種類に応じた限界があるからである。例えばスロットルの場合、スロットルを最大速度で動かしたときの空気量の応答速度がスロットルの動作に対するトルクの限界応答速度となる。先行装置では、スロットルはトルクを制御するための主たるアクチュエータとして用いられているが、何れかの要求制御量の変化がスロットルの操作に対するトルクの限界応答速度よりも速い場合には、その変化に伴うトルクの変動はスロットルによるトルク制御では抑えることはできない。この点に関し、より速くトルクを変化させることのできる点火時期制御か燃料噴射量制御であれば、そのようなトルクの変動を抑えて要求トルクを実現することができる。しかし、この場合には、要求トルク以外の要求制御量、すなわち、要求効率と要求空燃比の何れかを少なくとも一時的には実現できなくなってしまう。そして、この場合は、内燃機関に要求される各種性能のうち実現することのできない要求効率或いは要求空燃比に関連する機関要求性能が実現できなくなってしまう。
　内燃機関に要求される性能としては、前述のように運転性能、排気ガス性能及び燃費性能が代表的であるが、それらの間には内燃機関の状態やそれが置かれている状況に応じた優先順位が存在する。例えば、内燃機関の始動時には排気ガス性能が優先されるが、横滑り防止等の駆動制御が行なわれる場合には運転性能が優先される。機関要求性能の全てを実現することができないとしても、少なくとも最優先の機関要求性能に関しては実現できるようにしたい。しかしながら、上述の先行装置では、何れかの要求制御量がアクチュエータの動作に対する当該制御量の応答速度を超えるような速い速度で変化する場合は、最優先の機関要求性能であってもその実現は保障されていなかった。
特開２００９－２９９６６７号公報 特開２００９－０４７１０１号公報 特表２００３－５１７１３８号公報 特開平１１－１４１３８８号公報
　本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、制御量の要求値である要求トルク、要求効率或いは要求空燃比の何れかがアクチュエータの動作に対する関連制御量の応答速度を超えるような速い速度で変化する場合であっても、内燃機関に要求されている性能のうち少なくとも最優先に要求される性能に関してはその実現を保障することのできる制御装置を提供することを目的とする。
　本発明が提供する内燃機関の制御装置は、内燃機関に要求される性能（以下、機関要求性能）に基づいて制御量の要求値を決定する。本制御装置が用いる制御量は、内燃機関が発生させるトルク、内燃機関が潜在的に出力しうるトルクに対する実際に出力されるトルクの比である効率、及び、内燃機関において燃焼に供される混合気の空燃比の３種類である。本制御装置は、これら３種類の要求制御量に基づいて空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施する。空気量制御では、目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータが操作される。目標空気量は要求空燃比のもとで要求潜在トルクを実現するための空気量であって、最適点火時期における空気量とトルクとの関係を空燃比に関連付けて定めたデータに基づいて算出される。要求潜在トルクは要求トルクを要求効率で除算することによって算出される。点火時期制御では、指示効率に従って点火時期制御用のアクチュエータが操作される。推定潜在トルクに対する要求トルクの比を指示効率として算出される。推定潜在トルクは要求空燃比のもとで目標空気量に従い空気量制御用アクチュエータを操作した場合に実現される潜在トルクである。燃料噴射量制御では、要求空燃比に従って燃料噴射量制御用のアクチュエータが操作される。
　このように、本制御装置は、機関要求性能に基づいて決定された要求トルク、要求効率及び要求空燃比に基づいて空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施する。しかし、要求トルク、要求効率及び要求空燃比の何れかの変化量が所定の閾値を超える場合には、本制御装置は、要求トルク、要求効率及び指示効率、或いは要求空燃比の何れかの値に対して一時的な調整を加える。その判断の基準となる閾値は、要求制御量ごとにその要求制御量が最も関連するアクチュエータの動作に対する当該制御量の応答速度に基づいて設定されることが好ましい。本制御装置は、各種の機関要求性能のうち現時点において優先される機関要求性能の種別に応じて調整を加えるべき対象を選択する。
　例えば、現時点において優先される機関要求性能の種別が排気ガス性能及び燃費性能であるときには、要求効率及び指示効率の値に対して一時的な調整を加えてもよい。具体的には、所定の閾値を超える変化が生じた要求制御量が要求空燃比であるならば、要求効率及び指示効率をそれぞれ１に固定してもよい。この場合、トルクには一時的な変動が生じるものの、効率や空燃比に関しては要求どおりの値が実現されるので、空燃比が関連する排気ガス性能と効率が関連する燃費性能の双方の実現は保障される。
　さらには、要求効率及び指示効率に加えて、要求トルクの値に対して一も時的な調整を加えるようにしてもよい。具体的には、要求空燃比の変化量が所定の閾値を超える場合には、要求効率及び指示効率をそれぞれ１に固定するとともに、要求空燃比の変化に伴い生じるトルクの変化を予測し、予測したトルクの変化を要求トルクに生じさせてもよい。この場合も、トルクには一時的な変動が生じるものの、効率や空燃比に関しては要求どおりの値が実現されるので、空燃比が関連する排気ガス性能と効率が関連する燃費性能の双方の実現は保障される。また、この場合には、目標空気量の収束期間を長くして過渡的な空気量の変動速度を緩和することができるので、空燃比の変動をより抑えることが可能となる。
　また、例えば、現時点において優先される機関要求性能の種別が運転性能及び燃費性能であるときには、要求空燃比の値に対して一時的な調整を加えてもよい。具体的には、所定の閾値を超える変化が生じた要求制御量が要求空燃比であるならば、ローパスフィルタ等の手段によって要求空燃比の変化速度を緩和させてもよい。この場合、本来の要求空燃比と空燃比の実現値との間で一時的な乖離が生じるものの、トルクや効率に関しては要求どおりの値が実現されるので、トルクが関連する運転性能と効率が関連する燃費性能の双方の実現は保障される。
　一方、例えば、現時点において優先される機関要求性能の種別が運転性能及び排気ガス性能であるときには、何れの要求値にも調整を加えなくてよい。この場合、所定の閾値を超える変化が生じた要求制御量が要求空燃比であるならば、要求空燃比の変化に伴うトルクの変動を抑えるように点火時期が自動的に変更される。しかし、それによってトルクや空燃比に関しては要求どおりの値が実現されるので、トルクが関連する運転性能と空燃比が関連する排気ガス性能の双方の実現は保障される。
　以上述べたように、本制御装置によれば、制御量の要求値である要求トルク、要求効率或いは要求空燃比の何れかがアクチュエータの動作に対する関連制御量の応答速度を超えるような速い速度で変化する場合であっても、内燃機関に要求されている性能のうち少なくとも最優先に要求される性能に関してはその実現を保障することができる。
本発明の実施の形態の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の制御装置で行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の制御装置で行われる処理の具体例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態の制御装置で行われる処理の具体例を示すタイムチャートである。 図４に示す具体例の効果を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態の制御装置で行われる処理の具体例を示すタイムチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
　本実施の形態おいて制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。エンジンの排気通路には、排気ガスを浄化するための三元触媒が設けられている。制御装置は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。制御装置が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、ＥＧＲ装置等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置が操作するのはスロットル、点火装置及び燃料噴射装置であり、制御装置はこれら３つのアクチュエータを操作してエンジンの運転を制御する。
　本実施の形態の制御装置は、エンジンの制御量としてトルク、効率及び空燃比を使用する。ここでいうトルクはより厳密にはエンジンが発生させる図示トルクを意味し、空燃比は燃焼に供される混合気の空燃比を意味する。本明細書における効率はエンジンが潜在的に出力しうるトルク（潜在トルク）に対する実際に出力されるトルクの割合を意味する。効率の最大値は１であり、そのときにはエンジンが出力しうる潜在トルクがそのまま実際に出力されることになる。効率が１よりも小さい場合には、実際に出力されるトルクはエンジンが出力しうる潜在トルクよりも小さく、その余裕分は主に熱となってエンジンから出力されることになる。本実施の形態の制御装置は、これら３種類の制御量の要求値に基づいて空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施する。３種類の制御量のうち基本となる制御量はトルクであり、通常は要求トルクの実現を優先してエンジンの制御が行われる。なお、空気量制御で用いるアクチュエータはスロットルであり、点火時期制御で用いるアクチュエータは点火装置であり、燃料噴射量制御で用いるアクチュエータは燃料噴射装置である。
　図１のブロック図に示す制御装置２は、本実施の形態の制御装置の構成を示している。図１において制御装置２を構成している各要素は、制御装置２が有する種々の機能的な要素のうち、３種のアクチュエータ、すなわち、スロットル４、点火装置６及び燃料噴射装置８の操作による空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御に関係する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図１は、制御装置２がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。
　図２に示す制御装置２は、大きく分けて４つの部分７０、１０、２０、３０から構成されている。制御装置２における信号の伝達系統の最上流に位置するのが要求発生部７０である。要求発生部７０の次には要求調停部１０が位置し、要求調停部１０の次には要求調整部２０が位置している。そして、要求調整部２０の次、つまり、信号の伝達系統の最下流に要求実現部３０が位置している。前述の各アクチュエータ４、６、８には要求実現部３０から操作信号が出力されている。なお、図１中に矢印で示すブロック間の伝達信号とは別に、制御装置２の中では種々の信号が流れている。そのような信号の一例が、エンジンの運転条件や運転状態に関するエンジン情報を含んだ信号である。エンジン情報には、エンジン回転数、スロットル開度センサの出力値、空燃比センサの出力値、現時点の実点火時期、冷却水温度、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング等が含まれる。
　以下、制御装置２を構成する各部分７０、１０、２０、３０の構成と、そこで行われている処理について説明する。
　まず、要求発生部７０について説明する。要求発生部７０はトルク要求部７２を含んでいる。トルク要求部７２は、基本の制御量であるトルクに関する要求を数値化して出力する。トルク要求部７２から出力される要求トルクには２種類の信号が含まれている。その１つはドライバのアクセルペダル操作に応じて決定される要求トルクの信号であって、比較的低周波の信号である。もう一つは車両の駆動制御のための要求トルクの信号であって、比較的高周波の信号である。ここでいう車両の駆動制御には、横滑り防止制御の他、車両のバネ上振動をトルクの振動によって抑えることを目的とした制振制御も含まれている。
　要求発生部７０はさらに性能要求部８０を含んでいる。性能要求部８０は、エンジンに要求される性能に基づいて制御量に関する要求を決定し、その要求を数値化して出力する。エンジンに要求される性能には、運転性能、排気ガス性能及び燃費性能が含まれている。これらの要求性能を制御量に的確に反映させるために、性能要求部８０は複数の要求出力要素８１－８６を備えている。各要求出力要素８１－８６はエンジンに要求される何れかの性能に関連付けられている。例えば、要求出力要素８１は運転性能に関連する要素であって、アイドル回転制御のための要求トルクを出力する。要求出力要素８２は燃費に関連する要素であって、燃費向上のための要求効率を出力する。要求出力要素８３は運転性能に関連する要素であって、トルク要求部７２が高周波の要求トルクを出力するのに連動してその高周波トルクの実現をサポートするための要求効率を出力する。要求出力要素８４、８５、８６は排気ガス性能に関連する要素である。要求出力要素８４は触媒暖機のための要求効率を出力し、要求出力要素８５は触媒の劣化を抑制するための要求効率を出力し、そして、要求出力要素８６は触媒の浄化率を回復するための要求空燃比を出力する。性能要求部８０にはこれらの他にも図示しない複数の要求出力要素が含まれていて、それらからは要求トルク、要求効率或いは要求空燃比の何れかが出力されている。
　次に、要求調停部１０について説明する。上述のように、要求発生部７０からは各制御量に関して複数の要求が出力される。ところが、１つの制御量に関して出された複数の要求を全て同時に完全に実現することはできないため、制御量ごとに要求の調停という処理が必要となる。ここでいう調停とは、例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等、複数の数値から１つの数値を得るための計算処理であり、複数種類の計算処理を適宜に組み合わせたものとすることもできる。このような調停を制御量ごとに実施するため、要求調停部１０は３つの調停要素１２、１４、１６を備えている。調停要素１２は、要求発生部７０が発生させた様々な要求トルクを集めて調停し、その調停結果を最終的な要求トルクとして出力する。調停要素１４は、要求発生部７０が発生させた様々な要求効率を集めて調停し、その調停結果を最終的な要求効率として出力する。そして、調停要素１６は、要求発生部７０が発生させた様々な要求空燃比を集めて調停し、その調停結果を最終的な要求空燃比として出力する。
　要求調停部１０から出力される３種類の要求制御量、すなわち、要求トルク、要求効率及び要求空燃比は、要求調整部２０を経てから要求実現部３０に入力される。要求調整部２０は、本実施の形態において本発明の課題及び目的に最も関連する制御装置２の要部である。よって、ここでは要求実現部３０についての説明を先に行い、要求調整部２０を除く制御装置２の全体の構成を明らかにした上で、要求調整部２０について詳細に説明するものとする。
　要求実現部３０はエンジンの逆モデルであって、マップや関数で表された複数の統計モデルや物理モデルで構成されている。要求実現部３０は、要求調整部２０を経て入力される３種類の要求制御量に基づき、それらの実現に必要な各アクチュエータ４、６、８の操作量を算出する。要求実現部３０により算出される操作量は、スロットル４を操作するためのスロットル開度、点火装置６を操作するための点火時期、そして、燃料噴射装置８を操作するための燃料噴射量である。これらの操作量を算出するため、要求実現部３０は複数の計算要素３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、５０、５２、５４、５６を備えている。
　まず、要求実現部３０におけるスロットル開度の計算に関して説明する。要求実現部３０はスロットル開度を計算するための計算要素として、要求潜在トルク算出部４４、目標空気量算出部４２及びスロットル開度算出部４０を備えている。要求潜在トルク算出部４４は、入力された要求トルクを要求効率で除算することによって要求潜在トルクを算出する。要求効率が１よりも小さい場合には、要求潜在トルクは要求トルクよりも大きくなる。これは要求トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがスロットル４による空気量制御に求められていることを意味する。ただし、要求効率に関しては、上下限ガード部３４を通ったものが要求潜在トルク算出部４４に入力される。上下限ガード部３４については後で説明する。要求潜在トルク算出部４４で算出された要求潜在トルクは目標空気量算出部４２に入力される。
　目標空気量算出部４２は、トルク－空気量変換マップを用いて要求潜在トルクを目標空気量に変換する。ここでいう空気量とは、筒内に吸入される空気量を意味する（それを無次元化した充填効率或いは負荷率を代わりに用いることもできる）。トルク－空気量変換マップは、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうち、より遅角側の点火時期）であることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このマップはエンジンを試験して得られたデータに基づいて作成されている。トルク－空気量変換マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。空燃比に関しては要求空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、目標空気量算出部４２では、要求空燃比のもとで要求潜在トルクの実現に必要な空気量が目標空気量として算出される。なお、ここで用いられる要求空燃比は、要求実現部３０に入力された要求空燃比そのものではなく、後述する上下限ガード部３８を通過した要求空燃比である。目標空気量算出部４２で算出された目標空気量はスロットル開度算出部４０に入力される。
　スロットル開度算出部４０は、エアモデルの逆モデルを用いて目標空気量をスロットル開に変換する。エアモデルはスロットル４の動作に対する空気量の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量の達成に必要なスロットル開度を逆算することができる。制御装置２によるスロットル４の操作は、スロットル開度算出部４０で算出されたスロットル開度に従って行われる。
　次に、要求実現部３０における点火時期の計算に関して説明する。要求実現部３０は点火時期を計算するための計算要素として、推定潜在トルク算出部５４、指示効率算出部５２及び点火時期算出部５０を備えている。推定潜在トルク算出部５４は、上述のスロットル操作によって実現される実際のスロットル開度に基づいて推定潜在トルクを算出する。本明細書における推定潜在トルクとは、現在のスロットル開度と要求空燃比のもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルク、すなわち、エンジンが潜在的に出力しうるトルクの推定値である。推定潜在トルク算出部５４は、まず、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度を推定空気量に変換する。推定空気量は現在のスロットル開度によって実際に実現されている空気量の推定値である。次に、トルク－空気量変換マップを用いて推定空気量を推定潜在トルクに変換する。このトルク－空気量変換マップの検索では、後述する上下限ガード部３８を通過した要求空燃比の値が検索キーとして用いられる。推定潜在トルク算出部５４で算出された推定潜在トルクは指示効率算出部５２に入力される。
　指示効率算出部５２は、要求実現部３０に入力された要求トルクと推定潜在トルクとの比率を算出する。算出された比率は要求トルクを実現するための効率を意味し、点火時期制御用の指示効率として用いられる。指示効率算出部５２で算出された点火時期制御用の指示効率は、後述する上下限ガード部３６を通過した後に点火時期算出部５０に入力される。
　点火時期算出部５０は、入力された点火時期制御用の指示効率から点火時期を算出する。詳しくは、エンジン回転数、要求トルク、空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、入力された点火時期制御用の指示効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。指示効率が１であれば遅角量をゼロとし、指示効率が１よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。遅角量の計算には、遅角量と効率及び各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。それらマップの検索には、後述する上下限ガード部３８を通過した要求空燃比の値が検索キーとして用いられる。制御装置２による点火装置６の操作は、点火時期算出部５０で算出された点火時期に従って行われる。
　次に、要求実現部３０における燃料噴射量の計算に関して説明する。要求実現部３０は燃料噴射量を計算するための計算要素として、燃料噴射量算出部６０を備えている。燃料噴射量算出部６０は、ある気筒において燃料噴射量の算出タイミングが到来したとき、後述する上下限ガード部３８を通過した要求空燃比と当該気筒の吸気弁閉じタイミングでの予測空気量とから燃料噴射量を算出する。制御装置２による燃料噴射装置８の操作は、燃料噴射量算出部６０で算出された燃料噴射量に従って行われる。
　最後に、要求実現部３０が備える調整機能について説明する。要求実現部３０で行われる調整は、後述する要求調整部２０で行われる調整とは異なり、定常状態での要求制御量間の大きさの調整である。要求発生部７０はエンジンの燃焼限界条件を考慮することなく各種の要求を発生させ、要求調停部１０も燃焼限界条件を考慮することなく調停を実施している。このため、最終的に決定された各要求制御量の大きさの関係によってはエンジンを適正に運転できない可能性がある。そこで、要求実現部３０は、エンジンの適正運転が可能になるように、優先順位の高い要求制御量を基準にして優先順位の低い要求制御量の値を調整する。具体的には、要求トルクは最優先の要求制御量として、次に優先すべき要求制御量を要求効率と要求空燃比から選択する。そして、選択した要求効率と要求空燃比の何れか一方の値に基づき、選択しなかったもう一方の値を調整する。このような調整を実施するための手段が前述の各種上下限ガード部３４、３６、３８と燃焼限界ガード値算出部３２である。
　上下限ガード部３４は、上限ガード値と下限ガード値とによって定まる範囲に要求効率の値を制限する。上下限ガード部３６は、上限ガード値と下限ガード値とによって定まる範囲に指示効率の値を制限する。上下限ガード部３６が有する各ガード値は、上下限ガード部３４が有する各ガード値と同値に設定されている。また、上下限ガード部３８は、上限ガード値と下限ガード値とによって定まる範囲に要求空燃比の値を制限する。これら上下限ガード部３４、３６、３８で用いられる各ガード値は何れも可変であり、燃焼限界ガード値算出部３２によってその値が算出される。
　燃焼限界ガード値算出部３２は、要求空燃比の実現が優先される運転モードの場合には、その要求空燃比のもとで正常燃焼を担保できる効率の上限値及び下限値を種々のエンジン情報を用いて計算し、それらを上下限ガード部３４及び上下限ガード部３６の各ガード値として設定する。その場合、上下限ガード部３８の各ガード値は、正常燃焼を担保できる空燃比の最上限値及び最下限値に設定される。一方、要求効率の実現が優先される運転モードの場合には、燃焼限界ガード値算出部３２は、その要求効率のもとで正常燃焼を担保できる空燃比の上限値及び下限値を種々のエンジン情報を用いて計算し、それらを上下限ガード部３８の各ガード値として設定する。その場合、上下限ガード部３４及び上下限ガード部３６の各ガード値は、正常燃焼を担保できる効率の最上限値及び最下限値に設定される。要求実現部３０では、このようにして大きさの調整が施された要求効率、指示効率或いは要求空燃比が前述の各操作量の計算に用いられる。
　次に、本実施の形態の制御装置２の要部である要求調整部２０について詳細に説明する。要求調整部２０は、要求調停部１０で決定された最終的な要求トルク、要求効率或いは要求空燃比の何れかがアクチュエータの応答速度を超えるような速い速度で変化する場合であっても、エンジンに要求されている性能のうち少なくとも最優先の性能に関してはその実現を保障する役割を担っている。ここでいうアクチュエータとは、主たる制御量であるトルクとの関連が最も深いスロットル４を意味する。要求調整部２０で行われる処理は、要求トルク、要求効率及び指示効率、或いは要求空燃比の何れかの値に対して加えられる一時的な調整であり、その調整は現時点において優先されるエンジン性能の種別に応じて加えられる。このような処理を行うため、要求調整部２０は、調整判断部２２、要求トルク調整部２４、効率調整部２６及び要求空燃比調整部２８を備えている。
　調整判断部２２は、調整を加える必要が生じたかどうか判断し、その必要があると判断したときには、優先されるエンジン性能に応じて調整を加える対象を選択する機能を有している。調整判断部２２が有する機能は、図２のフローチャートによって表すことができる。最初のステップＳ２では、調整判断部２２は、要求調停部１０で決定された最終的な要求トルク、要求効率及び要求空燃比を取り込み、それらの何れかの変化量が対応する閾値を超えるかどうか判定する。その判定で用いる閾値は、スロットル４の操作に対する空気量の限界応答速度を基準にして設定されている。つまり、調整判断部２２は、スロットル４の操作による空気量制御では間に合わないような急激な変化が何れかの要求制御量に生じるかどうかを判断している。何れかの要求制御量においてその変化量が閾値を超えることが予測された場合、或いは、実際に超えたことが検出された場合、調整判断部２２は、ステップＳ４及びステップＳ６の処理を実施する。ステップＳ４では、調整判断部２２は、性能要求部８０から取得した情報に基づいて現時点においてどのエンジン要求性能が優先されるのかを判断する。そして、ステップＳ６では、優先されるエンジン要求性能の種別に応じて調整を加えるべき対象を選択し、選択した調整対象に関係する要素に対して指示を出す。具体的には、選択した調整対象に要求トルクが含まれる場合には、要求トルク調整部２４に対して要求トルクの値を一時的に調整するよう指示を出す。また、選択した調整対象に要求効率及び指示効率が含まれる場合には、効率調整部２６に対して要求効率及び指示効率の値を一時的に調整するよう指示を出す。そして、選択した調整対象に要求空燃比が含まれる場合には、要求空燃比調整部２８に対して要求空燃比の値を一時的に調整するよう指示を出す。
　要求トルク調整部２４は、調整判断部２２かからの指示を受け取ると、要求調停部１０から出力された要求トルクの値を一時的に調整し、調整した要求トルクを要求実現部３０へ入力する。要求トルクの値の調整方法は、変化量が閾値を越えることになった要求制御量の種別に応じて、また、優先されているエンジン要求性能の種別に応じて、予め登録されている調整方法の中から最適な方法が適宜選択される。
　効率調整部２６は、調整判断部２２からの指示を受け取ると、前述の上下限ガード部３４及び上下限ガード部３６の各ガード値を設定する。この場合、要求効率及び指示効率の各値は、上限ガード値と下限ガード値とで定まる範囲内に制限されることになる。上限ガード値と下限ガード値とが同値であるならば、その値が制限後の要求効率及び指示効率の各値となる。効率調整部２６によって設定される上限ガード値及び下限ガード値は、燃焼限界ガード値算出部３２で設定されるそれらよりも優先される。各ガード値の設定方法は、変化量が閾値を越えることになった要求制御量の種別に応じて、また、優先されているエンジン要求性能の種別に応じて、予め登録されている設定方法の中から最適な方法が適宜選択される。
　要求空燃比調整部２８は、調整判断部２２からの指示を受け取ると、要求調停部１０から出力された要求空燃比の値を一時的に調整し、調整した要求空燃比を要求実現部３０へ入力する。要求空燃比の値の調整方法は、変化量が閾値を越えることになった要求制御量の種別に応じて、また、優先されているエンジン要求性能の種別に応じて、予め登録されている調整方法の中から最適な方法が適宜選択される。
　次に、要求調整部２０による処理の内容とその効果について具体例を挙げて説明する。ここでは、あるタイミングにおいて要求空燃比がストイキからリッチ側へステップ的に変化する場合を例にとる。また、前提として、要求効率の初期値は１に設定されているものとする。図３には、排気ガス性能及び燃費性能の優先時（ケース１）、運転性能及び燃費性能の優先時（ケース２）、運転性能及び排気ガス性能の優先時（ケース３）の３つのケースについて、それぞれ、３種類の制御量の調整前の要求値、調整後の要求値、及び、実際の実現値の各時間変化がタイムチャートで示されている。
　前述のように、目標空気量算出部４２は、要求空燃比のもとで要求トルクの実現に必要な空気量を目標空気量として算出する。このため、この例のように要求空燃比がステップ的にリッチ化した場合、それに合わせて目標空気量もステップ的に変化する。そして、目標空気量の変化に合わせてスロットル開度が制御される。このときのスロットル４の動きは、空燃比のリッチ化に伴うトルクの増大を空気量の減少によって打ち消すような動きとなる。しかしながら、スロットル４の動きに対する空気量の応答には遅れがあり、実際の空気量は目標空気量に遅れて減少することになる。一方、燃料噴射量は実際の空気量と要求空燃比とから決定されるため、空気量の減少の遅れによって燃料噴射量は一旦大きく増大することになる。
　ケース１の場合、調整対象としては要求効率及び指示効率が選択され、それらの値に対して一時的な調整が加えられる。具体的には、要求空燃比の急激な変化が予測されると、効率調整部２６によって上下限ガード部３４及び上下限ガード部３６の各ガード値が１に変更され、要求効率と指示効率はともに１に固定される。指示効率が１に固定されることで点火時期は最適点火時期に維持される。その結果、燃料噴射量が一旦大きく増大した影響がそのままトルクに反映され、実際に実現されるトルクは要求トルクよりも一時的に増大することになる。しかし、点火時期が最適点火時期に維持されることから、実際に実現される効率も１に維持されることとなって所望の燃費性能の実現は保障される。また、要求空燃比どおりに実際に実現される空燃比も変化することから、所望の排気ガス性能の実現も保障される。
　ケース２の場合は、調整対象としては要求空燃比が選択され、その値に対して一時的な調整が加えられる。具体的には、要求空燃比の急激な変化が予測されると、要求空燃比調整部２８によって要求空燃比の変化速度を緩和させることが行われる。その手段としてはローパスフィルタを用いることができる。ローパスフィルタを用いるのであれば、その時定数は、要求空燃比の変化速度がスロットル４の動作に対するトルクの限界応答速度の範囲に収まるように設定される。また、その他の手段としては、なまし処理を用いることもできる。なまし処理の一例としては加重平均を挙げることができる。或いは、要求空燃比の変化率に対してガード処理を施すことによってその変化速度を緩和するようにしてもよい。これらの何れかの手段によって要求空燃比の変化速度を緩和させることで、本来の要求空燃比と空燃比の実現値との間で一時的な乖離が生じるものの、実際の空気量の目標空気量に対する遅れは無くなり、空気量の減少の遅れに伴う燃料噴射量の一時的な増大も抑えられる。その結果、要求トルクどおりのトルクをエンジンに発生させることが可能となって、所望の運転性能の実現は保障される。また、この場合は要求トルクと推定潜在トルクとの間に差が生じないことから、点火時期は最適点火時期に維持されることになって所望の燃費性能の実現も保障される。
　一方、ケース３の場合は、要求トルク、要求効率及び指示効率、或いは要求空燃比の何れにも要求調整部２０による調整は加えられない。要求実現部３０によれば、効率の自動調整によって要求空燃比を実現しつつ要求トルクも実現することができるからである。詳しく説明すると、この例のように要求空燃比がステップ的にリッチ化した場合には、目標空気量もステップ的に減少し、そのような目標空気量の変化を実現するようにスロットル４が操作される。ところが、スロットル４の動きに対する空気量の応答には遅れがあるため、エアモデルを用いて現在のスロットル開度から算出される推定空気量は目標空気量よりも遅れて減少する。このため、推定空気量から算出される推定潜在トルクは要求トルクよりも一時的に大きくなり、その間、要求トルクと推定潜在トルクとの比である指示効率は１よりも小さい値となる。これにより、点火時期は最適点火時期よりも遅角されることとなって、空気量の減少の遅れに伴うトルクの一時的な増大は抑えられ、要求トルクどおりのトルクをエンジンに発生させることが可能となる。つまり、所望の運転性能の実現が保障される。また、要求空燃比どおりに実際に実現される空燃比も変化することから、所望の排気ガス性能の実現も保障される。
　以上、３つの具体例から分かるように、本実施の形態の制御装置２によれば、要求空燃比がスロットル４の動きに対するトルクの限界応答速度を超えるような速い速度で変化する場合であっても、エンジンに要求されている性能のうち優先すべき性能に関してはその実現を保障することができる。
　ただし、本実施の形態の制御装置２において要求調整部２０が行い得る処理は以上の３つの具体例には限定されない。例えば、要求空燃比の変化量が所定の閾値を超える場合、現時点において優先されるエンジン要求性能の種別が排気ガス性能及び燃費性能であるときには、図４にタイムチャートで示すような処理を行うこともできる。この例の場合には、要求空燃比の急激な変化が予測されると、前述の例のケース１の場合と同様に要求効率及び指示効率をそれぞれ１に固定する。それとともに、この例の場合には、調整判断部２２によって要求空燃比の変化に伴い生じるトルクの変化を予測し、予測したトルクの変化を要求トルク調整部２４によって要求トルクに生じさせるようにする。
　このような処理による効果を前述のケース１の場合と比較して示しているのが図５である。図５では、前述の例のケース１の場合と、本例の場合のそれぞれについて、３種類の制御量の調整後の要求値、目標空気量、目標スロットル開度、実空気量、及び、実際のトルクの各時間変化がタイムチャートで示されている。図５のチャートＡは前述の例のケース１に対応し、チャートＢは本例に対応している。本例によれば、要求空燃比がステップ的にリッチ化した場合、まず、その時点での目標空気量とリッチ化後の要求空燃比とからトルクを計算し、そのトルクまで要求トルクをステップ的に増大させる。その後、ステップ的に増大する直前の値まで要求トルクを緩やかに減少させていく。要求トルクをこのように変化させることで、目標空気量は緩やかに減少していくようになる。これにより、スロットル４の急激な動作は抑えられ、実空気量の収束期間（図５中にtt2で示す）はチャートＡの場合における実空気量の収束期間（図５中にtt1で示す）よりも長くなる。その結果、増大した実トルクが要求トルクに収束するまでの期間も長くなるが、過渡的な空気量の変動速度が緩和されることによって空燃比の変動を抑えることが可能となる。つまり、本例のように要求調整部２０が処理を行うことで、所望の排気ガス性能の実現をより確実に保障することが可能となる。
　また、以上の例では要求空燃比がストイキからリッチ側へステップ的に変化する場合を挙げたが、要求調整部２０は要求空燃比がストイキからリーン側へステップ的に変化する場合にも対応することができる。要求空燃比のそのような変化は排気ガス性能上の要求に基づくものであるが、エンジン回転数が低下していると判定された場合、燃焼が悪化していると判定された場合、或いは、重質燃料が使用していると判定された場合には、排気ガス性能よりも運転性能のほうが優先される。この場合は、図６のタイムチャートに示すように、要求空燃比のステップ的なリーン化が予測されると、ローパスフィルタ等の手段によって要求空燃比の変化速度を緩和させることが行われる。これにより、本来の要求空燃比と空燃比の実現値との間で一時的な乖離が生じるものの、実際の空気量の目標空気量に対する遅れは無くなり、空気量の増大の遅れに伴う燃料噴射量の一時的な不足も抑えられる。その結果、要求トルクどおりのトルクをエンジンに発生させることが可能となって、所望の運転性能の実現は保障される。
　以上が本発明の実施の形態についての説明である。ただし、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では空気量制御のためのアクチュエータとしてスロットルを用いているが、リフト量或いは作用角が可変の吸気弁を用いることもできる。
２　制御装置
４　スロットル
６　点火装置
８　燃料噴射装置
１０　要求調停部
１２、１４、１６　調停要素
２０　要求調整部
２２　調整判断部
２４　要求トルク調整部
２６　効率調整部
２８　要求空燃比調整部
３０　要求実現部
３２　燃焼限界ガード値算出部
３４　要求効率上下限ガード部
３６　指示効率上下限ガード部
３８　要求空燃比上下限ガード部
４０　スロットル開度算出部
４２　目標空気量算出部
４４　要求潜在トルク算出部
５０　点火時期算出部
５２　指示効率算出部
５４　推定潜在トルク算出部
６０　燃料噴射量算出部
７０　要求発生部
７２　トルク要求部
８０　性能要求部
８１、８２、８３、８４、８５、８６　要求出力要素

Claims (4)

  1. 　複数種のアクチュエータによってその動作を制御される内燃機関の制御装置において、
    　前記内燃機関が発生させるトルクの要求値（以下、要求トルク）を前記内燃機関に要求される性能（以下、機関要求性能）に基づいて決定する要求トルク決定手段と、
    　前記内燃機関が潜在的に出力しうるトルクに対する実際に出力されるトルクの比である効率の要求値（以下、要求効率）を前記機関要求性能に基づいて決定する要求効率決定手段と、
    　前記内燃機関において燃焼に供される混合気の空燃比の要求値（以下、要求空燃比）を前記機関要求性能に基づいて決定する要求空燃比決定手段と、
    　前記要求トルクを前記要求効率で除算することにより要求潜在トルクを算出する要求潜在トルク算出手段と、
    　最適点火時期における空気量とトルクとの関係を空燃比に関連付けて定めたデータに基づいて、前記要求空燃比のもとで前記要求潜在トルクを実現するための目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、
    　前記目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータを操作する空気量制御手段と、
    　前記要求空燃比のもとで前記目標空気量に従い前記空気量制御用アクチュエータを操作した場合に実現される潜在トルク（以下、推定潜在トルク）を算出する推定潜在トルク算出手段と、
    　前記推定潜在トルクに対する前記要求トルクの比を指示効率として算出する指示効率算出手段と、
    　前記指示効率に従って点火時期制御用のアクチュエータを操作する点火時期制御手段と、
    　前記要求空燃比に従って燃料噴射量制御用のアクチュエータを操作する燃料噴射量制御手段と、
    　前記要求トルク、要求効率及び要求空燃比の何れかの変化量が所定の閾値を超える場合に、現時点において優先される機関要求性能の種別に応じて、前記要求トルク、前記要求効率及び指示効率、或いは前記要求空燃比の何れかの値に対して一時的な調整を加える調整手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　前記調整手段は、前記要求空燃比の変化量が所定の閾値を超える場合、現時点において優先される機関要求性能の種別が排気ガス性能及び燃費性能であるときには、前記要求効率及び指示効率をそれぞれ１に固定するとともに、前記要求空燃比の変化に伴い生じるトルクの変化を予測し、予測したトルクの変化を前記要求トルクに生じさせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　前記調整手段は、前記要求空燃比の変化量が所定の閾値を超える場合、現時点において優先される機関要求性能の種別が運転性能及び燃費性能であるときには、前記要求空燃比の変化速度を緩和させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　前記調整手段は、前記要求空燃比の変化量が所定の閾値を超える場合、現時点において優先される機関要求性能の種別が運転性能及び排気ガス性能であるときには、何れの要求値も補正しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
PCT/JP2011/054140 2011-02-24 2011-02-24 内燃機関の制御装置 WO2012114495A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/054140 WO2012114495A1 (ja) 2011-02-24 2011-02-24 内燃機関の制御装置
US13/997,810 US8903624B2 (en) 2011-02-24 2011-02-24 Internal combustion engine control apparatus
CN201180068061.6A CN103732893B (zh) 2011-02-24 2011-02-24 内燃机的控制装置
EP11859099.1A EP2679790B1 (en) 2011-02-24 2011-02-24 Internal combustion engine control apparatus
JP2013500785A JP5534098B2 (ja) 2011-02-24 2011-02-24 内燃機関の制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/054140 WO2012114495A1 (ja) 2011-02-24 2011-02-24 内燃機関の制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012114495A1 true WO2012114495A1 (ja) 2012-08-30

Family

ID=46720312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/054140 WO2012114495A1 (ja) 2011-02-24 2011-02-24 内燃機関の制御装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8903624B2 (ja)
EP (1) EP2679790B1 (ja)
JP (1) JP5534098B2 (ja)
CN (1) CN103732893B (ja)
WO (1) WO2012114495A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112011105573B4 (de) * 2011-08-31 2018-03-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine
JP5786880B2 (ja) * 2013-03-14 2015-09-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JPWO2014188601A1 (ja) * 2013-05-24 2017-02-23 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
CN106438069B (zh) * 2016-08-24 2019-02-15 中国第一汽车股份有限公司 一种稀燃天然气发动机扭矩估计方法
JP7106993B2 (ja) * 2018-05-31 2022-07-27 株式会社デンソー 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11141388A (ja) 1997-09-10 1999-05-25 Robert Bosch Gmbh 内燃機関の駆動ユニットのトルク制御方法および装置
JP2003517138A (ja) 1999-12-18 2003-05-20 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 車両のドライブユニットを制御する方法および装置
JP2009047101A (ja) 2007-08-21 2009-03-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009047102A (ja) 2007-08-21 2009-03-05 Toyota Motor Corp 車両駆動ユニットの制御装置
JP2009299667A (ja) 2008-06-17 2009-12-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2010249018A (ja) * 2009-04-15 2010-11-04 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3152106B2 (ja) * 1995-05-16 2001-04-03 三菱自動車工業株式会社 筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置
FR2796670B1 (fr) * 1999-07-23 2001-10-26 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede et dispositif de commande du mode de combustion d'un moteur a combustion interne
JP2005186831A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Toyota Motor Corp 車両の統合制御システム
JP4232824B2 (ja) * 2006-12-28 2009-03-04 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド自動車およびその制御方法
JP4325701B2 (ja) * 2007-05-16 2009-09-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP4798091B2 (ja) * 2007-07-19 2011-10-19 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US20100211287A1 (en) * 2008-01-10 2010-08-19 Kaoru Ohtsuka Internal combustion engine control device
JP5015025B2 (ja) * 2008-02-13 2012-08-29 本田技研工業株式会社 燃料改質器の制御装置
JP4442704B2 (ja) * 2008-08-26 2010-03-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP5006947B2 (ja) * 2010-01-14 2012-08-22 本田技研工業株式会社 プラントの制御装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11141388A (ja) 1997-09-10 1999-05-25 Robert Bosch Gmbh 内燃機関の駆動ユニットのトルク制御方法および装置
JP2003517138A (ja) 1999-12-18 2003-05-20 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 車両のドライブユニットを制御する方法および装置
JP2009047101A (ja) 2007-08-21 2009-03-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009047102A (ja) 2007-08-21 2009-03-05 Toyota Motor Corp 車両駆動ユニットの制御装置
JP2009299667A (ja) 2008-06-17 2009-12-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2010249018A (ja) * 2009-04-15 2010-11-04 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2679790A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP2679790B1 (en) 2016-04-06
EP2679790A1 (en) 2014-01-01
US8903624B2 (en) 2014-12-02
JPWO2012114495A1 (ja) 2014-07-07
CN103732893A (zh) 2014-04-16
JP5534098B2 (ja) 2014-06-25
EP2679790A4 (en) 2014-12-03
CN103732893B (zh) 2015-03-04
US20140041628A1 (en) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5126425B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5252133B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6041050B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5195064B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4941193B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009047101A (ja) 内燃機関の制御装置
WO2014196070A1 (ja) 過給器付き内燃機関の制御装置
JP6136947B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5534098B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4957868B1 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009299667A (ja) 内燃機関の制御装置
JP4499809B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5125896B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5115665B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2010223122A (ja) 内燃機関の制御装置
JP5108799B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5120273B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2015117604A (ja) 内燃機関の制御装置
JP5835078B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5540761B2 (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11859099

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013500785

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13997810

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011859099

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE