(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置に関し、ＥＧＲの導入下においても内燃機関に要求されているトルクを確実に実現できるようにする。【解決手段】目標値設定部２，４，６，１０では、内燃機関のトルク、効率、空燃比及びＥＧＲ率の各目標値を内燃機関に要求される各種機能に基づいて互いに独立して設定する。修正部２０では、目標トルク、目標効率、目標Ａ／Ｆ及び目標ＥＧＲ率の関係が内燃機関の燃焼限界内に収まるように、目標トルクと目標効率又は目標Ａ／Ｆの何れか一方とを基準にして目標効率又は目標Ａ／Ｆの何れか他方を修正し、さらに、目標トルクと修正後の目標効率及び目標Ａ／Ｆとを基準にして目標ＥＧＲを修正する。各アクチュエータの制御量は、目標トルクと修正後の目標効率、目標Ａ／Ｆ及び目標ＥＧＲとに基づいて計算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量を調整するアクチュエータと、点火時期を調整するアクチュエータと、燃料供給量を調整するアクチュエータと、ＥＧＲ量を調整するアクチュエータとを備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関のトルク、効率、空燃比及びＥＧＲ率の各目標値を前記内燃機関に要求される各種機能に基づいて互いに独立して設定する目標値設定手段と、
トルク目標値、効率目標値、空燃比目標値及びＥＧＲ率目標値の関係が前記内燃機関の燃焼限界内に収まるように、トルク目標値を最優先とする所定の実現優先順位に従い、実現優先順位がより高い目標値を基準にして実現優先順位が低い目標値を修正する修正手段と、
前記修正手段によって処理されたトルク目標値、効率目標値、空燃比目標値及びＥＧＲ率目標値に基づいて前記の各アクチュエータの制御量を演算する制御量演算手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記修正手段は、各目標値をそれぞれの上限値及び／又は下限値でガードすることによって各目標値に修正を施す手段であって、実現優先順位がより高い目標値を参照して実現優先順位が低い目標値の上限値及び／又は下限値を変更することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記修正手段は、トルク目標値と効率目標値又は空燃比目標値の何れか一方とを基準にして効率目標値又は空燃比目標値の何れか他方を修正し、さらに、トルク目標値と修正後の効率目標値及び空燃比目標値とを基準にしてＥＧＲ目標値を修正することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記のＥＧＲ量を調整するアクチュエータには外部ＥＧＲ量を調整する外部ＥＧＲアクチュエータと、内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲアクチュエータとが含まれ、
さらに、
ＥＧＲ率目標値が変化したとき、前記外部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する外部ＥＧＲ量の応答速度と、前記内部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する内部ＥＧＲ量の応答速度とに基づいてＥＧＲ率の実現可能範囲の時間変化を計算し、実現可能範囲に収まるようにＥＧＲ率目標値を修正するＥＧＲ率過渡修正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ率過渡修正手段は、前記外部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する外部ＥＧＲ量の応答を数式で表した外部ＥＧＲモデルと、前記内部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する内部ＥＧＲ量の応答を数式で表した内部ＥＧＲモデルとを有し、実際に前記外部ＥＧＲアクチュエータ及び内部ＥＧＲアクチュエータを動作させた場合に予想されるＥＧＲ率の時間変化を前記外部ＥＧＲモデル及び内部ＥＧＲモデルを用いて計算し、得られた予想ＥＧＲ率を実現可能範囲の上限値或いは下限値として設定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、ＥＧＲ量を調整することのできる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のポンプロスを低減させる手段として、排気ガスをシリンダ内に還流させるＥＧＲが用いられている。シリンダ内により多くのＥＧＲを導入することができれば、ポンプロスの低減効果も大きくすることができる。しかし、その一方で、多量のＥＧＲを導入すると内燃機関の燃焼の安定性が悪化するという問題もある。特開２００５−３１５１４０号公報に記載された技術では、この問題の原因をＥＧＲ量の増減によって混合気の空燃比が乱れるためであると捉え、そのような認識に基づいた解決方法を採ることによってＥＧＲガスの大量導入の実現を図っている。
【０００３】
特開２００５−３１５１４０号公報に記載された技術では、要求トルクの変化に応じてスロットル開度とＥＧＲ弁開度とを連携して制御している。より詳しくは、要求トルクの低下を検知したら、スロットル開度を保持しつつＥＧＲ弁を内燃機関の燃焼限界内で開いていくようにしている。そして、燃焼限界一杯までＥＧＲ弁開度を上げても要求トルクを実現できない場合には、スロットル開度を下げるようにしている。一方、要求トルクの増大を検知したときには、ＥＧＲ弁開度を保持しつつスロットル開度を上げていくようにしている。そして、スロットル開度を全開にしても要求トルクを実現できない場合には、ＥＧＲ弁開度を下げるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−３１５１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、内燃機関の燃焼の安定性を左右するのはＥＧＲだけではない。燃焼の安定性は点火時期や空燃比にも依存している。つまり、燃焼の安定性は吸入空気量と点火時期、空燃比そしてＥＧＲ量の複合的な関係から決まるものであって、単にＥＧＲ量のみに着目していてもＥＧＲの導入によるトルクの実現精度の悪化は避けられない。
【０００５】
また、特開２００５−３１５１４０号公報に記載された技術では、排気系から吸気系への還流通路を通過してシリンダ内に導入される所謂外部ＥＧＲについてのみ考慮しているが、ＥＧＲには吸気バルブと排気バルブの各開弁期間がオーバーラップすることにより発生する内部ＥＧＲも含まれる。オーバーラップを調整できる内燃機関の場合には、内部ＥＧＲについても考慮するのが望ましい。また、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとではアクチュエータの動作に対するＥＧＲ量の応答性に違いがあるので、ＥＧＲの導入による燃焼安定性の悪化をより確実に防ぐためには、各ＥＧＲの応答性についても考慮するのが望ましい。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲの導入による燃焼の悪化を防止して内燃機関に要求されているトルクを確実に実現することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、吸入空気量を調整するアクチュエータと、点火時期を調整するアクチュエータと、燃料供給量を調整するアクチュエータと、ＥＧＲ量を調整するアクチュエータとを備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関のトルク、効率、空燃比及びＥＧＲ率の各目標値を前記内燃機関に要求される各種機能に基づいて互いに独立して設定する目標値設定手段と、
トルク目標値、効率目標値、空燃比目標値及びＥＧＲ率目標値の関係が前記内燃機関の燃焼限界内に収まるように、トルク目標値を最優先とする所定の実現優先順位に従い、実現優先順位がより高い目標値を基準にして実現優先順位が低い目標値を修正する修正手段と、
前記修正手段によって処理されたトルク目標値、効率目標値、空燃比目標値及びＥＧＲ率目標値に基づいて前記の各アクチュエータの制御量を演算する制御量演算手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記修正手段は、各目標値をそれぞれの上限値及び／又は下限値でガードすることによって各目標値に修正を施す手段であって、実現優先順位がより高い目標値を参照して実現優先順位が低い目標値の上限値及び／又は下限値を変更することを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記修正手段は、トルク目標値と効率目標値又は空燃比目標値の何れか一方とを基準にして効率目標値又は空燃比目標値の何れか他方を修正し、さらに、トルク目標値と修正後の効率目標値及び空燃比目標値とを基準にしてＥＧＲ目標値を修正することを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記のＥＧＲ量を調整するアクチュエータには外部ＥＧＲ量を調整する外部ＥＧＲアクチュエータと、内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲアクチュエータとが含まれ、
さらに、
ＥＧＲ率目標値が変化したとき、前記外部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する外部ＥＧＲ量の応答速度と、前記内部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する内部ＥＧＲ量の応答速度とに基づいてＥＧＲ率の実現可能範囲の時間変化を計算し、実現可能範囲に収まるようにＥＧＲ率目標値を修正するＥＧＲ率過渡修正手段を備えることを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第４の発明において、
前記ＥＧＲ率過渡修正手段は、前記外部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する外部ＥＧＲ量の応答を数式で表した外部ＥＧＲモデルと、前記内部ＥＧＲアクチュエータの制御量の変化に対する内部ＥＧＲ量の応答を数式で表した内部ＥＧＲモデルとを有し、実際に前記外部ＥＧＲアクチュエータ及び内部ＥＧＲアクチュエータを動作させた場合に予想されるＥＧＲ率の時間変化を前記外部ＥＧＲモデル及び内部ＥＧＲモデルを用いて計算し、得られた予想ＥＧＲ率を実現可能範囲の上限値或いは下限値として設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、設定された各種の目標値のうちトルク目標値が最優先され、ＥＧＲ率目標値は効率目標値や空燃比目標値とともにトルク目標値を含めたそれらの関係が内燃機関の燃焼限界内に収まるように修正される。こうして修正を施された各目標値に基づいて各アクチュエータの制御量を演算し、それに従って各アクチュエータを制御することで、燃焼を不安定にさせることなく目標とするトルクを確実に実現することができる。また、効率目標値、空燃比目標値及びＥＧＲ率目標値に関しても、実現優先順位がより高い目標値を基準にして実現優先順位が低い目標値を修正することによって、実現優先順位が高い目標値ほど高い精度で実現することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、各目標値を修正するためには、各目標値の上限値及び／又は下限値を設定し、各目標値とその上限値及び／又は下限値とを比較し、その比較結果に基づいて目標値と上限値又は下限値の何れか一方を選択するだけでよい。また、上限値及び／又は下限値の設定には、実現優先順位がより高い目標値をパラメータとして持つマップを用いることもできる。この発明によれば、修正処理に要する計算を簡素化することができ、制御装置の計算負荷を抑えることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、内燃機関の燃焼状態に与えるＥＧＲの影響を抑えて効率や空燃比の目標値を可能なかぎり実現することができる。また、効率と空燃比のうち実現優先度がより高い目標値はより高い精度で実現することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、ＥＧＲ率目標値は外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれの応答速度から決まる実現可能範囲に収まるように修正される。こうして修正を施された実現可能なＥＧＲ率目標値に基づいて外部ＥＧＲ量を調整する外部ＥＧＲアクチュエータと内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲアクチュエータの各制御量を演算し、それに従って各アクチュエータを制御することで、ＥＧＲ率が変化している過渡時においても内燃機関の燃焼を安定させて目標とするトルクを確実に実現することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、数式モデルを用いることでＥＧＲ率の過渡値を正確に予想することができ、その正確な予想ＥＧＲ率を実現可能範囲の上限値或いは下限値とすることで、ＥＧＲ率の過渡時におけるトルク目標値の実現をより確実なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。以下、図１を参照して本実施の形態の制御装置の構成について説明する。
【００１８】
本実施の形態に係る内燃機関は、外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量とを共に調整できる火花点火式の内燃機関であって、その動作を制御するためのアクチュエータとして、スロットル、バルブタイミング可変装置、バルブリフト量可変装置、外部ＥＧＲ装置（ＥＧＲ通路及びＥＧＲ弁から構成されている）、点火装置及び燃料供給装置を備えている。これらのアクチュエータを制御するため、図１に示す制御装置には、各アクチュエータのドライバであるスロットル制御部６０，ＶＶＴ制御部６２、ＶＬ制御部６４、外部ＥＧＲ制御部６６、点火時期制御部６８及び燃料供給制御部７０が設けられている。これらの制御部６０，６２，６４，６６，６８，７０は、制御装置に入力された各種情報から計算された制御量にしたがって担当するアクチュエータを動作させる。
【００１９】
制御装置に入力される情報には、エアフローメータで計測される吸入空気流量、クランク角センサで計測される機関回転数、水温センサで計測される水温、油温センサで計測される油温等の内燃機関の運転状態に関する情報が含まれている。
【００２０】
また、制御装置に入力される情報には、内燃機関の各種機能に関する要求が含まれている。内燃機関の機能には、ドライバビリティ、排気ガス、燃費、騒音、振動等が挙げられる。車両の駆動装置全体を制御する上位制御装置（図示略）は、これら機能に関する要求をトルク、効率及び空燃比の３種の物理量で表現して制御装置へ供給する。すなわち、制御装置にはトルク要求、効率要求及び空燃比要求が入力される。なお、ここでいう効率とはトルクに変換可能な熱エネルギのトルクへの変換効率という意味であり、点火時期がＭＢＴのときを基準にして設定される無次元パラメータである。例えば、触媒暖機のために熱エネルギを排気ガスの昇温に利用したい場合等には、効率要求値は基準値の１よりも小さい値とされる。各要求はそれぞれ１つずつとは限らない。例えば、トルク要求には運転者からの要求を含む軸トルク要求の他、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）やＴＲＣ（Traction Control System）等の車両制御に必要なトルクも含まれる。
【００２１】
制御装置に入力された各種情報から各アクチュエータの制御量を得るための計算は、制御装置を構成する複数の計算要素２，４，６，８，１０，１２，２０，３０，３６，４０によって行われる。以下、各計算要素２，４，６，８，１０，１２，２０，３０，３６，４０の機能と、計算要素間の信号の流れについて説明する。
【００２２】
制御装置は、内燃機関のトルクの目標値を設定する目標トルク設定部２、効率の目標値を設定する目標効率設定部４、ＥＧＲ率の目標値を設定する目標ＥＧＲ率設定部６、及び、空燃比（以下、Ａ／Ｆ）の目標値を設定する目標Ａ／Ｆ設定部１０を備えている。このうち目標トルク設定部２、目標効率設定部４及び目標Ａ／Ｆ設定部１０は、上位制御装置から入力された複数の要求値を集約して１つの値に調停し、調停した要求値を内燃機関の目標値として出力する。ここでいう調停とは、予め定められた計算規則に従って複数の数値から１つの数値を得る動作である。計算規則に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が含まれる。それら複数の計算規則を適宜に組み合わせたものとしてもよい。一方、目標ＥＧＲ率設定部６は、内燃機関の運転状態を示す複数のパラメータ、例えば、機関回転数や負荷を軸とするマップを用いて目標ＥＧＲ率を設定している。
【００２３】
各アクチュエータの制御量は、目標値設定部２，４，６，１０で設定された目標トルク、目標効率、目標ＥＧＲ率及び目標空燃比に基づいて計算される。ただし、制御装置は、これらの目標値をそのまま制御量の計算には使用しない。目標値設定部２，４，６，１０で設定された各目標値には内燃機関による実現可能範囲は加味されていない。このため、目標値設定部２，４，６，１０から出力される各目標値の大きさの関係によっては、内燃機関の燃焼限界を超えてしまい内燃機関を適正に運転できない可能性がある。そこで、制御装置は、内燃機関の適正運転が可能になるように、修正部２０によって各目標値を相互の関係に基づいて修正する。修正部２０が修正を施すのは目標効率、目標ＥＧＲ率及び目標空燃比であって、それらを上限値及び／又は下限値でガード処理することによって修正を施すようになっている。修正部２０の機能は本実施の形態の要部であるので、これについては追って詳細に説明する。
【００２４】
各アクチュエータの制御量の計算について説明する。スロットル、バルブタイミング可変装置、バルブリフト量可変装置及び外部ＥＧＲ装置の各制御量の計算には、内燃機関の目標吸入空気量が用いられる。スロットルは吸入空気量を調整するアクチュエータである。バルブタイミング可変装置とバルブリフト量可変装置とは内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲアクチュエータである。そして、外部ＥＧＲ装置は外部ＥＧＲ量を調整する外部ＥＧＲアクチュエータである。
【００２５】
目標吸入空気量を計算する手段として、制御装置には目標吸入空気量計算部３０が備えられている。目標吸入空気量計算部３０は、より詳しくは、目標トルク補正部３２とトルク−空気量変換部３４とから構成されている。
【００２６】
目標トルク補正部３２には、目標トルクと修正部２０で修正された修正目標効率とが入力される。目標トルク補正部３２は目標トルクを修正目標効率で除算して補正し、その補正目標トルクをトルク−空気量変換部３４に出力する。修正目標効率が通常値の１であれば、目標トルク設定部２で設定された目標トルクがそのままトルク−空気量変換部３４に出力される。一方、修正目標効率が通常値の１よりも小さければ、修正目標効率による除算によって目標トルクは嵩上げされ、嵩上げされた補正目標トルクがトルク−空気量変換部３４に出力される。
【００２７】
トルク−空気量変換部３４は、補正目標トルクの実現に必要な吸入空気量をＭＢＴ空気量マップを用いて計算する。ＭＢＴ空気量マップは補正目標トルクを吸入空気量に変換するためのマップであって、点火時期がＭＢＴのときのトルクと吸入空気量との関係が記されている。また、ＭＢＴ空気量マップでは、機関回転数、Ａ／Ｆ、ＥＧＲ率等、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転条件がパラメータとして用いられている。このうちＡ／ＦとＥＧＲ率とに関しては、修正部２０から出力される修正目標Ａ／Ｆと修正目標ＥＧＲ率とが用いられる。
【００２８】
トルク−空気量変換部３４で計算された目標吸入空気量は、修正部２０から出力される修正目標ＥＧＲ率とともに吸気系制御量計算部３６で使用される。吸気系制御量計算部３６は、エア逆モデル、ＶＶＴモデル、ＶＬモデル及び外部ＥＧＲモデルを用いて各アクチュエータの制御量を計算する。エア逆モデルは、スロットルの動作に対する吸入空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化し、それを数式で表したものの逆モデルである。ＶＶＴモデルは、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの変化に対する内部ＥＧＲ量の応答を数式で表したものである。ＶＬモデルは、吸気バルブのリフト量の変化に対する内部ＥＧＲ量の応答を数式で表したものである。そして、外部ＥＧＲモデルは、ＥＧＲ弁の動作に対する外部ＥＧＲ量の応答を数式で表したものである。吸気系制御量計算部３６は、これらのモデルを用いて各アクチュエータの制御量を計算し、対応する制御部６０，６２，６４，６６にセットする。
【００２９】
次に、点火に関わるアクチュエータの制御量の計算について説明する。点火に関わるアクチュエータは点火装置であり、ＴＤＣを基準とした点火時期（クランク角で表される）が制御量として用いられる。制御装置は、目標点火時期計算部４０において目標点火時期を計算し、点火時期制御部６８にセットする。
【００３０】
目標点火時期計算部４０における目標点火時期の計算には、トルク効率が用いられる。トルク効率は内燃機関の推定トルクに対する目標トルクの比であってトルク効率計算部１２にて計算される。推定トルクは、現在の吸気条件で想定される見込み吸入空気量のもとで点火時期をＭＢＴとした場合に出力されるトルクである。推定トルクの計算は、推定トルク計算部８で行われる。トルク効率計算部１２は、目標トルク設定部２で設定された目標トルクを推定トルク計算部８で計算された推定トルクで除算し、その計算結果をトルク効率として算出する。ただし、トルク効率計算部１２から出力されるトルク効率がそのまま目標点火時期計算部４０に入力されるのではなく、修正部２０にて修正が施された修正トルク効率が目標点火時期計算部４０に入力される。
【００３１】
目標点火時期計算部４０は、より詳しくは、要求点火時期計算部４２，見込み最適点火時期計算部４４，点火遅角量計算部４６，最適点火時期計算部４８，冷間補正量計算部５０，ノック補正量計算部５２及び目標点火時期設定部５４から構成されている。
【００３２】
修正部２０から出力される修正トルク効率は、要求点火時期計算部４２に入力される。要求点火時期計算部４２は、見込み吸入空気量のもとで修正トルク効率を実現するための要求点火時期を計算する。要求点火時期の計算には、要求点火時期マップが用いられる。要求点火時期マップは修正トルク効率を点火時期に変換するためのマップであって、目標トルク、回転数、バルブタイミング等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件がパラメータとして用いられている。また、修正部２０から出力される修正目標ＥＧＲ率や修正目標Ａ／Ｆもパラメータとして用いられている。このマップは、修正トルク効率が１のときには要求点火時期は最適点火時期に設定され、修正トルク効率が小さいほど要求点火時期は遅角側に設定されるように設計されている。
【００３３】
見込み最適点火時期計算部４４は、見込み吸入空気量のもとでの最適点火時期を計算する。最適点火時期の計算には、点火時期マップが用いられる。このマップは推定トルクを最適点火時期に変換するためのマップであって、回転数やバルブタイミング等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件がパラメータとして用いられている。また、修正部２０から出力される修正目標ＥＧＲ率や修正目標Ａ／Ｆもパラメータとして用いられている。
【００３４】
点火遅角量計算部４６は、見込み最適点火時期計算部４４で計算された見込み吸入空気量のもとでの最適点火時期と、要求点火時期計算部４２で計算された要求点火時期との偏差ΔＳＡを計算し、その計算結果を点火遅角量として出力する。ここで計算される点火遅角量は、見込み吸入空気量のもとで目標トルクを実現するために必要な点火遅角量である。修正トルク効率が１のとき、つまり、推定トルクと目標トルクとが一致するときには、要求点火時期が最適点火時期に一致することにより、出力される点火遅角量はゼロとなる。一方、トルク効率が１よりも小さいとき、つまり、推定トルクと目標トルクとの間に差が生じたときには、それを点火時期の遅角によるトルク調整で補償するための点火遅角量が算出される。
【００３５】
最適点火時期計算部４８は、内燃機関の実際の吸入空気量に基づいて最適点火時期を計算する。ここでの最適点火時期の計算には、最適点火時期マップが用いられる。このマップは実吸入空気量を最適点火時期に変換するためのマップであって、回転数等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件がパラメータとして用いられている。また、修正部２０から出力される修正目標ＥＧＲ率や修正目標Ａ／Ｆもパラメータとして用いられている。なお、内燃機関の実吸入空気量は、スロットル開度等の現在の吸気条件に加えてエアフローメータにより計測される実際の空気流量を勘案することで正確に求めることができる。
【００３６】
目標点火時期設定部５４は、最適点火時期計算部４８で計算された最適点火時期に点火遅角量計算部４６で計算された点火遅角量を加算する。さらに、冷間補正量計算部５０から出力された冷間補正量とノック補正量計算部５２から出力されたノック補正量とを加算する。冷間補正量計算部５０は内燃機関の始動温度に応じた遅角量をマップから読み出して出力し、ノック補正量計算部５２はノックが発生したときにそれを回避するための遅角量を出力する。目標点火時期設定部５４は、それらの合計値を内燃機関の目標点火時期として設定し、それを点火時期制御部６８にセットする。
【００３７】
最後に燃料供給に関わるアクチュエータの制御量の計算について説明する。燃料供給に関わるアクチュエータは燃料供給装置であり、インジェクタの駆動時間、すなわち、燃料噴射時間が制御量として用いられる。燃料供給装置はシリンダ内に直接燃料を供給するものでも、吸気ポート内に燃料を噴射するものでもよい。燃料噴射時間は目標Ａ／Ｆと吸入空気量とに基づいて計算される。燃料供給制御部７０には、修正部２０にて修正された修正目標Ａ／Ｆが入力される。
【００３８】
以上、本実施の形態の制御装置についてその全体の構成及び機能を説明した。次に、本実施の形態の要部である修正部２０の詳細について図１に加えて図２，図３及び図４を用いて説明する。
【００３９】
修正部２０は、前述のように内燃機関の適正運転が可能になるように各目標値を相互の関係に基づいて修正するものであって、各目標値をそれぞれの上限値及び／又は下限値でガードすることによって各目標値に修正を施すようになっている。このような修正方法によれば、各目標値とその上下限値とを比較し、その比較結果に基づいて目標値と上限値又は下限値の何れか一方を選択するだけでよいので、修正処理に要する計算を簡素化することができ、制御装置の計算負荷を抑えることができる。
【００４０】
修正部２０は、図１に示すように、効率ガード部２２、ＥＧＲ率ガード部２４、トルク効率ガード部２６及びＡ／Ｆガード部２８を備えている。効率ガード部２２は、目標効率設定部４で設定された目標効率を上限効率及び下限効率でガード処理する。ＥＧＲ率ガード部２４は、目標ＥＧＲ率設定部６で設定された目標ＥＧＲ率を上限ＥＧＲ率及び下限ＥＧＲ率でガード処理する。トルク効率ガード部２６は、トルク効率計算部１２で算出されたトルク効率を上限効率及び下限効率でガード処理する。トルク効率ガード部２６で使用する上限効率及び下限効率は、効率ガード部２２で使用する上限効率及び下限効率に等しい。そして、Ａ／Ｆガード部２８は、目標Ａ／Ｆ設定部１０で設定された目標Ａ／Ｆを上限Ａ／Ｆ及び下限Ａ／Ｆでガード処理する。
【００４１】
修正部２０では、上記のガード部２２，２４，２６，２８によって目標効率、目標ＥＧＲ率、トルク効率及び目標Ａ／Ｆの有効範囲を制限することによって、これらの関係が内燃機関の燃焼限界内に収まるようにしている。ただし、各ガード部２２，２４，２６，２８で使用するガード値を固定してしまうと、実現可能な内燃機関の運転域が狭くなってしまい、内燃機関の各種機能に関する要求に応えることができなくなる。このため、修正部２０は、以下に説明するように、各ガード部２２，２４，２６，２８のガード値を目標トルク、目標効率、目標ＥＧＲ率及び目標Ａ／Ｆの関係に合わせて可変にし、燃焼限界を超えない範囲で可能な限り各目標値を実現するようにしている。
【００４２】
図２は修正部２０の構成をより具体的に示すブロック図である。この図に示すように、効率ガード部２２及びトルク効率ガード部２６には参照情報として目標トルクと目標Ａ／Ｆとが入力される。効率ガード部２２及びトルク効率ガード部２６は、目標トルクと目標Ａ／Ｆとを基準にして上限効率及び下限効率を設定する。上限効率及び下限効率の設定にはマップが用いられる。このマップでは、目標トルクや目標Ａ／Ｆの他、回転数や水温（或いは油温）もパラメータとして用いられている。
【００４３】
Ａ／Ｆガード部２８には参照情報として目標トルクと目標効率とが入力される。Ａ／Ｆガード部２８は、目標トルクと目標効率とを基準にして上限Ａ／Ｆ及び下限Ａ／Ｆを設定する。上限Ａ／Ｆ及び下限Ａ／Ｆの設定にはマップが用いられる。このマップでは、目標トルクや目標効率の他、回転数や水温（或いは油温）もパラメータとして用いられている。
【００４４】
Ａ／Ｆガード部２８と効率ガード部２２及びトルク効率ガード部２６とは、内燃機関の運転モードに応じて相互に連動して機能する。内燃機関の運転モードとしては効率優先モードとＡ／Ｆ優先モードとが設けられている。効率優先モードでは目標Ａ／Ｆよりも目標効率の実現が優先され、Ａ／Ｆ優先モードでは目標効率よりも目標Ａ／Ｆの実現が優先される。このため、効率優先モードでは、効率ガード部２２及びトルク効率ガード部２６による目標Ａ／Ｆを基準とした目標効率のガード処理は行われず、Ａ／Ｆガード部２８による目標効率を基準とした目標Ａ／Ｆのガード処理のみが行われる。逆にＡ／Ｆ優先モードでは、目標効率を基準とした目標Ａ／Ｆのガード処理は行なわれず、目標Ａ／Ｆを基準とした目標効率のガード処理のみが行われる。
【００４５】
ＥＧＲ率ガード部２４は、より詳しくは、定常ガード部２４２、過渡ガード部２４４及び過渡上下限値計算部２４６から構成されている。定常ガード部２４２は定常状態に対応した上限値及び下限値（定常ガード値）で目標ＥＧＲ率をガード処理し、過渡ガード部２４４はＥＧＲ率が変化している過渡状態に対応した上限値及び下限値（過渡ガード値）で目標ＥＧＲ率をガード処理する。定常ガード部２４２とは別に過渡ガード部２４４を設けているのは、アクチュエータの動作に対するＥＧＲ率の変化には応答遅れがあるためである。
【００４６】
定常ガード部２４２には参照情報として目標トルク、修正目標効率及び修正目標Ａ／Ｆが入力される。修正目標効率は効率ガード部２２を通過した目標効率であり、修正目標Ａ／ＦはＡ／Ｆガード部２８を通過した目標Ａ／Ｆである。本実施の形態では目標トルクの実現を最優先とし、次に目標効率或いは目標Ａ／Ｆの実現を優先している。このため定常ガード部２４２は、目標トルク、修正目標効率及び修正目標Ａ／Ｆを基準にして上限ＥＧＲ率及び下限ＥＧＲ率を設定する。上限ＥＧＲ率及び下限ＥＧＲ率の設定にはマップが用いられる。このマップでは、目標トルク、修正目標効率及び修正目標Ａ／Ｆの他、回転数や水温（或いは油温）もパラメータとして用いられている。
【００４７】
図３には目標トルクとその目標トルクのもとで実現可能なＥＧＲ率との関係を示している。実現可能なＥＧＲ率とは、ＥＧＲに関わる全てのアクチュエータを使用したときに最終的に実現できるＥＧＲ率である。この図では効率やＡ／Ｆは一定としている。前述のマップでは、図３に示す実現可能なＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率の定常状態での上限値（定常ガード値）として設定されている。
【００４８】
定常ガード部２４２でガード処理された目標ＥＧＲ率は、続いて過渡ガード部２４４でもガード処理される。過渡ガード部２４４で使用する上限値及び下限値（過渡ガード値）は、過渡上下限値計算部２４６にて計算されるようになっている。
【００４９】
過渡上下限値計算部２４６は、内部ＥＧＲモデルであるＶＶＴモデル及びＶＬモデルと外部ＥＧＲモデルとを備えている。ＶＶＴモデルとＶＬモデルとを用いることで、目標ＥＧＲ率が変化したときのバルブタイミング可変装置及びバルブリフト量可変装置の各制御量の変化に対する内部ＥＧＲ量の応答速度を計算することができる。また、外部ＥＧＲモデルを用いることで、目標ＥＧＲ率が変化したときの外部ＥＧＲ装置の制御量の変化に対する外部ＥＧＲ量の応答速度を計算することができる。そして、これらの応答速度が分かれば、実際にバルブタイミング可変装置、バルブリフト量可変装置及び外部ＥＧＲ装置を動作させたときに予想されるＥＧＲ率の時間変化を計算することができる。
【００５０】
図４にはモデルを用いたＥＧＲ率の時間変化の計算例を示している。この例では、現在時刻において目標ＥＧＲ率をαからβまで増大させ、それに応じてバルブタイミング可変装置と外部ＥＧＲ装置とを動作させたときに予想される実際のＥＧＲ率の変化を計算している。バルブタイミング可変装置によるＥＧＲ率の操作は、ＥＧＲ率の応答速度は速いものの操作できるＥＧＲ率の幅は狭いという特徴がある。一方、バルブタイミング可変装置によるＥＧＲ率の操作は、応答速度は遅いものの操作できるＥＧＲ率の幅は広いという特徴がある。その結果、過渡状態においては、実現可能なＥＧＲ率は図４に示すように時間で変化するようになる。過渡上下限値計算部２４６は、図４に示す実現可能なＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率の過渡状態での上限値（過渡ガード値）として設定する。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態の制御装置によれば、内燃機関に要求される各種機能に基づいて設定された各目標値のうち目標トルクが最優先され、目標ＥＧＲ率は目標効率や目標空燃比とともに目標トルクを含めたそれらの関係が内燃機関の燃焼限界内に収まるように修正される。こうして修正を施された各目標値に基づいて各アクチュエータの制御量を演算し、それに従って各アクチュエータを制御することで、燃焼を不安定にさせることなく目標トルクを確実に実現することができる。また、目標効率、目標空燃比及び目標ＥＧＲ率に関しても、実現優先順位がより高い目標値を基準にして実現優先順位が低い目標値を修正することによって、実現優先順位が高い目標値ほど高い精度で実現することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態の制御装置によれば、過渡ガード部２４４において目標ＥＧＲ率は外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量のそれぞれの応答速度から決まる実現可能範囲に収まるように修正される。こうして修正を施された実現可能な目標ＥＧＲ率に基づいてバルブタイミング可変装置、バルブリフト量可変装置及び外部ＥＧＲ装置の各制御量を演算し、それに従って各アクチュエータを制御することで、ＥＧＲ率が変化している過渡時においても内燃機関の燃焼を安定させて目標トルクを確実に実現することができるようになる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、目標トルク設定部２、目標効率設定部４、目標ＥＧＲ率設定部６及び目標Ａ／Ｆ設定部１０が本発明の「目標値設定手段」に相当している。また、修正部２０は本発明の「修正手段」に相当し、特に過渡ガード部２４４及び過渡上下限値計算部２４６は本発明の「ＥＧＲ率過渡修正手段」に相当している。また、目標吸入空気量計算部３０、吸気系制御量計算部３６及び目標点火時期計算部４０は本発明の「制御量演算手段」に相当している。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。例えば次のように変形して実施してもよい。
【００５５】
上記実施の形態では目標ＥＧＲ率は制御装置の内部で計算しているが、目標トルク、目標効率及び目標Ａ／Ｆと同様に、上位制御装置から要求値として入力されるようにしてもよい。また、上記実施の形態では目標ＥＧＲ率よりも目標効率や目標Ａ／Ｆの実現優先順位を高くしているが、目標ＥＧＲ率の実現優先順位のほうを高くしてもよい。或いは、内燃機関の運転モードに応じて目標ＥＧＲ率の実現優先順位を高くすることもできる。
【００５６】
上記の実施の形態はバルブタイミング可変装置とバルブリフト量可変装置とを有する内燃機関に本発明を適用した例であるが、本発明は何れか一方の内部ＥＧＲアクチュエータのみを有する内燃機関にも適用可能である。さらに、本発明は内部ＥＧＲアクチュエータを有せず外部ＥＧＲアクチュエータのみを有する内燃機関にも適用可能であるし、逆に、外部ＥＧＲアクチュエータを有せず内部ＥＧＲアクチュエータのみを有する内燃機関にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置の修正部の構成を示すブロック図である。
【図３】ＥＧＲ率の定常ガード値の設定について説明するための図である。
【図４】ＥＧＲ率の過渡ガード値の設定について説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
２  目標トルク設定部
４  目標効率設定部
６  目標ＥＧＲ率設定部
８  推定トルク計算部
１０  目標Ａ／Ｆ設定部
１２  トルク効率計算部
２０  修正部
２２  効率ガード部
２４  ＥＧＲ率ガード部
２４２  定常ガード部
２４４  過渡ガード部
２４６  過渡上下限値計算部
２６  トルク効率ガード部
２８  Ａ／Ｆガード部
３０  目標吸入空気量計算部
３６  吸気系制御量計算部
４０  目標点火時期計算部
６０  スロットル制御部
６２  ＶＶＴ制御部
６４  ＶＬ制御部
６６  外部ＥＧＲ制御部
６８  点火時期制御部
７０  燃料供給制御部
【図１】
2010001795.tif 000003
【図２】
2010001795.tif 000004
【図３】
2010001795.tif 000005
【図４】
2010001795.tif 000006