(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置に関し、あるアクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が運転条件によって左右される場合であっても、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能としては所望の応答性能を得ることができるようにする。【解決手段】エア逆モデル１０の前段に応答補償フィルタ６を設け、応答補償フィルタ６によって補正した目標トルクをエア逆モデル１０で変換してスロットル２の目標開度を得る。応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOは、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能が予め設定された標準応答性能となるように、内燃機関の運転条件に基づいて設定する。【選択図】図１
2010001797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号の入力を受けて動作するアクチュエータを有し、前記アクチュエータの動作に応じて出力するトルクが調整される内燃機関であって、前記アクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が当該内燃機関の運転条件によって変化する内燃機関の制御装置において、
１又は複数のトルク要求発生源から発せられたトルク要求に基づいて前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
目標トルクを前記アクチュエータの制御信号に変換する変換手段と、
トルク要求に対する実際のトルクの応答性能が予め設定された標準応答性能となるように、前記変換手段に入力される目標トルクを前記内燃機関の運転条件に基づいて補正する目標トルク補正手段と、
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】
前記目標トルク設定手段に入力されるトルク要求に特定のトルク要求発生源から発せられたトルク要求が含まれているか否か判定し、何れか一方の判定結果の場合には前記目標トルク補正手段による目標トルクの補正を制限する補正制限手段、
をさらに備え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】
前記内燃機関の運転条件として特定の運転条件が成立した場合に前記目標トルク補正手段による目標トルクの補正を許可する補正許可手段、
をさらに備え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】
前記補正許可手段は、前記内燃機関が所定の回転域で運転されている場合に前記目標トルク補正手段による目標トルクの補正を許可することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記標準応答性能は一定の応答性能に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記標準応答性能は前記内燃機関の機関回転数に応じて変更されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記目標トルク補正手段は、
目標トルクが入力される一次遅れフィルタと、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記一次遅れフィルタの時定数を変更する時定数変更手段と、
を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に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、特に、動作に対するトルクの応答性能が運転条件によって変化するアクチュエータを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関が出力するトルクはスロットル等のアクチュエータの動作を制御することによって調整することができる。ただし、スロットルを含む一部のアクチュエータに関しては、それを動作させたときのトルクの応答性能が内燃機関の運転条件によって変化することが知られている。例えば特開２００６−２５７９５４号公報には、内燃機関に負荷が掛かっていない無負荷時は、負荷がかかっているときと比較してスロットル操作に対する機関回転数の応答性が良いことが記載されている。
【０００３】
特開２００６−２５７９５４号公報に開示されている技術は、スロットル指示値に基づいて目標回転数を算出し、目標回転数に従って燃料噴射量を制御するようにした燃料噴射システムに関する技術である。この技術では、負荷の有無による機関回転数の応答性の違いを解消するため、目標回転数のフィルタ処理に使用する係数を無負荷時と負荷時とで切り替えるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２５７９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に記載の技術は船舶用内燃機関に関する技術であって目標回転数に基づいてアクチュエータの動作を制御するようになっている。一方、車両用の内燃機関では所謂トルクデマンド制御が用いられている。トルクデマンド制御とは、内燃機関への要求をトルクで表し、このトルク要求に基づいて設定された目標トルクを実現するようにアククチュエータの動作を制御するものである。トルク要求は車両スリップ防止制御システムや変速機などの種々の要求発生源から発せられる。
【０００５】
トルクデマンド制御は内燃機関を含む車両全体を統合制御する場合に好適である。ところが、アクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が運転条件によって変化する場合には、同一のトルク要求に対する実際のトルクの応答性能にも差が生じることになる。この場合、内燃機関への要求と制動などの他の制御要素への要求とが適切に整合しなくなってしまい、車両全体の統合制御による所望の効果が達成できなくなるおそれがある。
【０００６】
車両全体の統合制御において内燃機関への要求と他の制御要素への要求の不整合を防ぐ方法としては、内燃機関へのトルク要求を含む各制御要素への要求の出し方を適合作業によって調整することが考えられる。内燃機関の運転条件によってアクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が変化する場合には、採りうる運転条件の夫々について要求の出し方を調整していくことになる。しかし、このような方法では適合に要する工数が多大なものになってしまい、しかも、必ずしも全ての運転条件について適合が可能とは限らない。また、内燃機関の運転条件によって車両全体としての制御性能が左右されることにもなる。
【０００７】
あるアクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が運転条件によって変化することは、内燃機関の構造上避けることができない。しかし、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能に関しては、内燃機関の制御装置内で行う処理によって調整することは可能である。トルク要求に対する実際のトルクの応答性能を予め想定した所望の応答性能とすることができるならば、適合に要する工数は大幅に削減することができる。また、トルクの応答性能が内燃機関の運転条件によって左右されなくなるので、車両全体としての制御性能も向上させることができる。
【０００８】
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、あるアクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が運転条件によって左右される場合であっても、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能としては所望の応答性能を得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】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、制御信号の入力を受けて動作するアクチュエータを有し、前記アクチュエータの動作に応じて出力するトルクが調整される内燃機関であって、前記アクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が当該内燃機関の運転条件によって変化する内燃機関の制御装置において、
１又は複数のトルク要求発生源から発せられたトルク要求に基づいて前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
目標トルクを前記アクチュエータの制御信号に変換する変換手段と、
トルク要求に対する実際のトルクの応答性能が予め設定された標準応答性能となるように、前記変換手段に入力される目標トルクを前記内燃機関の運転条件に基づいて補正する目標トルク補正手段と
を備えることを特徴としている。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記目標トルク設定手段に入力されるトルク要求に特定のトルク要求発生源から発せられたトルク要求が含まれているか否か判定し、何れか一方の判定結果の場合には前記目標トルク補正手段による目標トルクの補正を制限する補正制限手段、
をさらに備えることを特徴としている。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記内燃機関の運転条件として特定の運転条件が成立した場合に前記目標トルク補正手段による目標トルクの補正を許可する補正許可手段、
をさらに備えることを特徴としている。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、
前記補正許可手段は、前記内燃機関が所定の回転域で運転されている場合に前記目標トルク補正手段による目標トルクの補正を許可することを特徴としている。
【００１３】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記標準応答性能は一定の応答性能に設定されていることを特徴としている。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記標準応答性能は前記内燃機関の機関回転数に応じて変更されることを特徴としている。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記目標トルク補正手段は、
目標トルクが入力される一次遅れフィルタと、
前記内燃機関の運転条件に応じて前記一次遅れフィルタの時定数を変更する時定数変更手段と、
を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明においては、アクチュエータの動作に対するトルクの応答性能は内燃機関の運転条件によって左右されるが、トルク要求に対するトルクの応答性能は内燃機関の運転条件だけでなく制御信号の基となった目標トルクの設定にも左右される。このため、内燃機関の運転条件に基づいて目標トルクを補正することによって、運転条件がトルク応答性能に及ぼす影響をキャンセルすることができる。第１の発明によれば、内燃機関の運転条件に基づいて目標トルクを補正し、補正した目標トルクから変換された制御信号に従ってアクチュエータを動作させるので、所望の応答性能を標準応答性能として設定しておくことによって、運転条件によることなく所望の応答性能を得ることが可能になる。
【００１７】
第２の発明によれば、特定のトルク要求発生源から発せられたトルク要求が含まれているか否かによって目標トルクの補正を制限する／しないを切り替えることができる。これによれば、要求されているトルクの内容に応じた最適なトルク制御を実現することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、特定の運転条件が成立しているか否かによって目標トルクの補正を許可する／しないを切り替えることができる。これによれば、運転条件に応じた最適なトルク制御を実現することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、所定の回転域ではトルク要求に対する実際のトルクの応答性能を標準応答性能に合わせることができ、所定回転域外ではトルク要求に対する実際のトルクの応答性能を内燃機関の運転条件に応じた応答性能とすることができる。
【００２０】
第５の発明によれば、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能を内燃機関の運転条件によらず一定の応答性能とすることができる。
【００２１】
第６の発明によれば、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能を内燃機関の機関回転数に応じた応答性能とすることができる。
【００２２】
第７の発明によれば、一次遅れフィルタに目標トルクを通すことで、トルク要求に対する目標トルクの応答速度を遅らせることができる。その応答速度は一次遅れフィルタの時定数によって決まり、本発明ではその時定数を内燃機関の運転条件に応じて変更することによって、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能を標準応答性能に合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００２４】
本実施の形態の制御装置は、スロットルを備えた火花点火式の内燃機関に適用されている。スロットルは内燃機関の吸気管に設けられたアクチュエータであって、その開度によって気筒内に吸入される空気量（１サイクル当たりの空気量）を調整することができる。本実施の形態に係る内燃機関は吸気管にサージタンクを備え、そのサージタンクの上流にスロットルを備えている。
【００２５】
空気量は内燃機関の出力トルクを決定する因子であることから、スロットルの開度を制御することによって内燃機関のトルクを制御することができる。ただし、スロットルと気筒との間にはサージタンクを含む容積部が存在しているため、スロットルの開度を変化させたときの吸入空気量の変化には応答遅れがある。このため、内燃機関のトルクもスロットルの動作に対して遅れを持って変化することになる。
【００２６】
スロットルの動作に対するトルクの応答性能は内燃機関の運転条件によって左右される。特に内燃機関の回転数（単位時間当たり回転数）がトルクの応答性能に与える影響は大きい。図２には、高回転時と低回転時のそれぞれについて、スロットル開度を等しく変化させたときのトルクの時間変化をグラフで示している。この図に示すように高回転時におけるトルクの応答は速く、低回転時におけるトルクの応答は遅い。スロットルの動作に対するトルクの応答を一次遅れ要素で近似するのであれば、高回転時には時定数が小さく、低回転時には時定数が大きくなると言うことができる。
【００２７】
本実施の形態の制御装置は、車両全体を統合制御する上位制御装置からのトルク要求に基づいて内燃機関を制御するトルクデマンド型の制御装置である。車両の統合制御においては、車両の運転状況に応じて目標とする制御結果が設定され、その制御結果が得られるように各制御要素へ要求が出される。内燃機関に出されるトルク要求もそのような要求の一つである。各制御要素への要求の出し方を規定する規則は、制御系の作成段階において適合作業によって作成されている。適合作業では、各制御要素へ出された要求が実現されるまでの応答遅れが考慮される。
【００２８】
本実施の形態の制御装置は直接的にはスロットルの動作を制御する。しかし、前述のように、スロットルの動作に対するトルクの応答性能は内燃機関の運転条件によって左右される。このため、トルク要求に対して一律にスロットルの動作を制御したのでは、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能も内燃機関の運転条件によって左右されることになる。この点に関し、本実施の形態の制御装置は、以下に詳述するように制御装置内部で所定の計算処理を行うことによって、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能を予め想定した所望の応答性能とできるようにした。
【００２９】
以下、本実施の形態の制御装置の構成とその機能について図１，図３乃至図６を用いて説明する。図１は本実施の形態の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、図示略の上位制御装置から発せられるトルク要求に基づいてスロットル２の動作を制御する。本実施の形態にかかるスロットル２は電子制御式であり、スロットルモータによって動作している。スロットル２の動作の制御は直接的にはスロットルドライバ１２により行われる。スロットルドライバ１２は、上流の計算要素からスロットル２の目標開度を受信し、それを制御信号である開度指令値に変換してスロットル２に出力するようになっている。
【００３０】
スロットル２の目標開度の計算にはエア逆モデル１０が用いられる。エア逆モデルとは、スロットルの動作に対する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エアモデルを逆に解いたものである。本実施の形態にかかるエア逆モデル１０においては、目標トルクを目標空気量に変換する機能も付加されている。目標空気量は目標トルクの実現に必要な空気量である。目標トルクの目標空気量の変換にはトルク−空気量変換マップが使用される。このマップでは、点火時期や機関回転数や空燃比等、トルクと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。
【００３１】
エア逆モデル１０に目標トルクを入力することで、目標トルクの実現に必要な空気量が算出され、その空気量を実現するためのスロットル開度が出力される。ただし、最終的に目標トルクの実現に至ることができるスロットル２の動作は幾通りも存在する。本実施の形態で用いるエア逆モデル１０は、目標トルクを最速で実現させるためのスロットル２の動作をモデル化したものである。具体的には、スロットル開度を目標開度に対してオーバーシュート的に変化させるようにしている。なお、エアモデルやエア逆モデルは公知であってそれ自体は本発明の特徴部分ではないので、ここではモデルに関する詳細な説明は省略する。
【００３２】
内燃機関の目標トルクは目標トルク設定部４にて設定される。目標トルク設定部４は、内燃機関に対する各種のトルク要求を集約して１つの値に調停し、その調停したトルク値を内燃機関の目標トルクとして出力する。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。調停されるトルク要求には、運転者がアクセル操作を介して要求するトルクの他、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）、ＴＲＣ（Traction Control system）、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control system）等の車両の制御システムから要求されるトルクが含まれている。
【００３３】
本実施の形態の制御装置は、目標トルク設定部４とエア逆モデル１０との間に応答補償フィルタ６を備えている。目標トルク設定部４で設定された目標トルクは、そのままエア逆モデル１０に入力されるのではなく、応答補償フィルタ６で処理されてからエア逆モデル１０に入力される。応答補償フィルタ６は内燃機関の運転条件によって左右されるトルクの応答性能を補償するために設けられている。
【００３４】
図１において応答補償フィルタ６を示すブロック内に記載した演算式は、応答補償フィルタ６の構成を示す伝達関数である。この演算式に示すように応答補償フィルタ６としては一次遅れ要素が用いられている。この一次遅れ要素では、基準の時定数ＴOと、それを補正するための補正係数ｋとが定義されている。
【００３５】
このような応答補償フィルタ６をエア逆モデル１０の前に設けることで、エア逆モデル１０に入力される目標トルクは、トルク要求に対して時定数ｋＴOに応じて応答を遅らされることになる。そして、エア逆モデル１０では、トルク要求に対して応答を遅らされた目標トルクに基づいてスロットル２の目標開度が算出されることになる。エア逆モデル１０で算出された目標開度はスロットルドライバ１２において開度指令値に変換されてスロットル２に出力される。スロットル２が開度指令値に従って動作することで内燃機関のトルクは目標トルクに向けて変化することになる。
【００３６】
上記のように本実施の形態の制御装置は、その計算要素に一次遅れ要素を有しているが、スロットル２の動作に対するトルクの応答も一次遅れ要素で近似することができる。このため、本実施の形態の制御装置を適用した内燃機関では、トルク要求がスロットル２の動作を介して実際に実現されるまでの系内に２つの一次遅れ要素が含まれることになる。この場合、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能は２つの時定数によって代表することができる。
【００３７】
前述のように、スロットル２の動作に対するトルクの応答を示す時定数（以下、吸気系応答時定数）は内燃機関の運転条件によって変化する。このため、応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOが固定であるならば、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能も結局は内燃機関の運転条件によって変化することになる。しかし、応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOを適宜に調整し、それにより内燃機関の運転条件による吸気系応答時定数の変化をキャンセルすることができれば、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能を所望の応答性能に調整することができると考えられる。
【００３８】
ここで、図３は、トルク要求に対する実際のトルクの応答を一次遅れ要素で近似し、その時定数が内燃機関の機関回転数によってどのように変化するかをグラフで示したものである。図３中に示す時定数と機関回転数との関係のうち実線で示すものと一点鎖線で示すものとは、何れも目標トルクにフィルタ処理を施していない場合の関係であって、両者の違いは使用しているエア逆モデルによる。前述のように、本実施の形態に係るエア逆モデル１０はスロットル開度を最終的な目標開度に対してオーバーシュート的に変化させることで目標トルクを最速で実現させるように設計されている。ここでは図３中に実線で示す定数と機関回転数との関係がエア逆モデル１０の使用で実現される関係であるとする。
【００３９】
図３中の実線に対応する時定数は各機関回転数において実現できる最小の時定数である。これは、応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOをゼロとした場合に相当する。応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOをゼロよりも大きい値に設定した場合には、図３における時定数は実線に示す時定数よりも大きくなって、トルク要求に対する実際のトルクの応答は遅くなる。しかし、応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOを機関回転数に応じて調整するならば、図３中に破線で示すように、全体の時定数を一定に揃えることができる、つまり、トルク要求に対する実際のトルクの応答を機関回転数によらず一定にすることができる。
【００４０】
本実施の形態の制御装置は、時定数ｋＴOを決定する補正係数ｋを内燃機関の運転条件に応じて変化させるようにしている。具体的には、内燃機関の機関回転数、目標トルクの初期値、目標トルクの行き先値に基づいて補正係数ｋが決定される。各種の運転条件の中でも内燃機関の機関回転数と、目標トルクの初期値と行き先値との差は、吸気系応答時定数を大きく左右する運転条件だからである。なお、目標トルクの初期値及び行き先値の意味について図解したものが図４である。目標トルクの初期値とは現時点における目標トルクの値を意味し、目標トルクの行き先値とは新たに設定された目標トルクの値を意味する。
【００４１】
図５は、機関回転数を一定としたときの目標トルクの初期値と行き先値との差と吸気系応答時定数との関係を示した３次元グラフである。図６は、目標トルクの初期値を一定としたときの目標トルクの行き先値及び機関回転数と吸気系応答時定数との関係を示した３次元グラフである。これらのグラフから分かるように、機関回転数が大きいほど、また、目標トルクの初期値と行き先値との差が大きいほど、吸気系応答時定数は小さくなる。このような吸気系応答時定数の変化を打ち消すように、補正係数ｋによる時定数ｋＴOの補正が行われる。
【００４２】
補正係数ｋの設定には補正係数マップ８が用いられる。補正係数マップ８は、内燃機関の機関回転数、目標トルクの初期値、目標トルクの行き先値をパラメータとして有するマップであって、それらの入力値に応じた補正係数ｋが出力されるようになっている。なお、補正係数ｋの最小値はゼロであり、スロットル２の動作に対するトルクの応答が最も遅くなる条件において補正係数ｋはゼロとされる。そして、吸気系応答時定数とは逆に、機関回転数が大きいほど、また、目標トルクの初期値と行き先値との差が大きいほど、補正係数ｋは大きい値に設定される。これは、スロットル２の動作に対するトルクの応答が最も遅いときを標準応答性能とし、他の条件でも標準応答性能が実現されるように補正係数ｋが設定されることを意味している
【００４３】
以上説明した構成とその機能により、本実施の形態の制御装置によって内燃機関を制御した場合には図７乃至図９に示すような動作を実現することができる。図７乃至図９の各図において、最上段のグラフは目標トルク設定部４で設定された目標トルクの時間変化を示している。また、二段目のグラフは最上段に示す目標トルクを応答補償フィルタ６に通して得られる補正目標トルクの時間変化を示している。三段目のグラフは二段目に示す補正目標トルクをエア逆モデル１０に入力することで実現されるスロットル開度の時間変化を示している。そして、最下段のグラフは三段目に示すスロットル２の動作によって実現される実トルクの時間変化を示している。
【００４４】
図７乃至図９の各図に示される動作はそれぞれ異なった運転条件のもとで実現される動作である。図７はスロットル２の動作に対するトルクの応答が最も遅い条件（最低応答条件）で実現される動作を示している。これに対し、図８はスロットル２の動作に対するトルクの応答がやや遅い条件（低応答条件）で実現される動作を示し、図９はスロットル２の動作に対するトルクの応答が速い条件（高応答条件）で実現される動作を示している。ここでは、目標トルクの初期値と行き先値とは各応答条件で共通していて、機関回転数のみが異なっているものとする。
【００４５】
まず、図７に示す最低応答条件では、その最上段と二段目のグラフを比較して分かるように、目標トルク設定部４で設定された目標トルクがそのままエア逆モデル１０に入力される。前述のように、応答補償フィルタ６の補正係数ｋがゼロに設定されるためである。その結果、エア逆モデル１０で算出されるスロットル開度は、三段目のグラフに示すように、最終的な目標開度に対してオーバーシュートした後に最終的な目標開度に収束するような変化を示すようになる。
【００４６】
次に、図８に示す低応答条件では、その二段目のグラフに示すように、エア逆モデル１０に入力される補正目標トルクは目標トルク設定部４で設定された目標トルクに対して応答を遅らされている。応答補償フィルタ６の補正係数ｋがゼロよりも大きい値に設定されるためである。その結果、三段目のグラフに示すように、エア逆モデル１０で算出されるスロットル開度の最終的な目標開度に対するオーバーシュートは抑制されることになる。
【００４７】
そして、図９に示す高応答条件では、その二段目のグラフに示すように、エア逆モデル１０に入力される補正目標トルクは目標トルク設定部４で設定された目標トルクに対してさらに応答を遅らされている。応答補償フィルタ６の補正係数ｋが低応答条件での値よりもさらに大きい値に設定されるためである。その結果、三段目のグラフに示すように、エア逆モデル１０で算出されるスロットル開度はオーバーシュートすることなく最終的な目標開度に収束するような変化を示すようになる。
【００４８】
各応答条件においてスロットル開度が上記のような時間変化を示す結果、図７乃至図９の各図の最下段のグラフを比較して分かるように、スロットル２の動作によって実現される実トルクの時間変化は応答条件の高低（ここでは機関回転数の高低）によらず略同じような時間変化を示すようになる。
【００４９】
以上の具体的な動作の説明からも分かるように、本実施の形態の制御装置によれば、内燃機関の運転条件によらず、トルク要求に対する実トルクの応答性能を最低応答条件でのトルク応答性能に揃えることができる。このようにトルク応答性能を内燃機関の運転条件によらず一律にすることで、車両全体の統合制御における制御系の設計や適合作業を効率化することができる。
【００５０】
また、この制御装置を実際の車両に適用した場合には、トルクの応答性能が内燃機関の運転条件によって左右されなくなるので、車両全体としての制御性能を向上させることができる。具体例を挙げると、ＴＲＣではスリップ発生時に内燃機関を含むパワートレインの出力を低下させると同時に駆動輪にブレーキをかけてスリップを抑制している。このときにパワートレインの出力の応答特性が均一でないと、パワートレインの出力の応答速度が速いときには出力を低下させすぎて失速する可能性がある。逆にパワートレインの出力の応答速度が遅いときには出力低下までに時間がかかってスリップ抑制を迅速にできない可能性がある。本実施の形態の制御装置によれば、トルク応答性能を内燃機関の運転条件によらず一律にすることができるので、上記のような事態を防止することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では目標トルク設定部４が第１の発明の「目標トルク設定手段」に相当している。エア逆モデル１０は第１の発明の「変換手段」に相当している。そして、応答補償フィルタ６と補正係数マップ８とにより第１の発明の「目標トルク補正手段」が構成されている。また、応答補償フィルタ６は第７の発明の「一次遅れフィルタ」に相当し、補正係数マップ８は第７の発明の「時定数変更手段」に相当している。
【００５２】
ところで、図１に示す制御装置の構成によれば、トルク要求に対する実トルクの応答性能を運転条件に応じて能動的に可変にすることもできる。本実施の形態では、図３に示したように、トルク要求に対する実トルクの応答を一次遅れ要素で近似したときの時定数を一定としている。しかし、応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOを運転条件に応じて適宜に変化させることも可能であり、そうすることで内燃機関の運転条件に応じたトルク応答性能の調整が可能になる。
【００５３】
例えば、運転条件と補正係数ｋとの関係を規定する補正係数マップ８を適宜に設計すると、図１０中に破線で示すような時定数と運転条件（ここでは機関回転数）との関係を得ることもできる。図１０に示す関係では機械回転数が高くなるにつれて時定数を大きくしている。このようなトルク応答特性は高速道路でＡＣＣを作動させているときに効果がある。高回転域ほどトルク応答が低下させられるので、ショックの無い滑らかな応答性を得ることができるようになる。なお、図１０中に実線と一点差線で示す時定数と運転条件との関係は図３中に示すものと同じである。
【００５４】
図１０中に破線で示す時定数と運転条件との関係は、図１に示す制御装置の構成によって実現しうる関係の一例である。補正係数マップ８の設計によって応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOは任意に設定することができるので、時定数と運転条件との関係も任意に調整することができる。ただし、図１０中の実線に対応する時定数は各運転条件において実現できる最小の時定数であるので、この時定数よりも小さい時定数には調整することはできない。言い換えれば、図１０中の実線に対応する時定数よりも大きい時定数であるならば、応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOの設定によって任意に実現することができる。
【００５５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【００５６】
先に説明した実施の形態１の制御装置によれば、トルク要求に対する実トルクの応答性能を内燃機関の運転条件によらず一律に揃えることができる。しかし、最低応答条件でのトルク応答性能に揃えることになるため、全体のトルク応答性能が低めに抑えられてしまうという課題もある。本実施の形態は実施の形態１のさらなる改良であり、トルク応答性能の高応答化を実現できるようにしたことに特徴がある。
【００５７】
図１１は、本発明の実施の形態２としての内燃機関の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、実施の形態１の制御装置の構成をベースとしつつ、新たな機能を追加した構成になっている。図１１において実施の形態１と共通する要素は同一の符号を付している。以下、図１１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。ただし、実施の形態１と共通する構成についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１と異なる構成について重点的に説明するものとする。
【００５８】
本実施の形態の制御装置は、実施の形態１に係る制御装置の構成において、応答補償フィルタ６とエア逆モデル１０との間にスイッチ１４を追加した構成になっている。このスイッチ１４には、応答補償フィルタ６によってフィルタ処理された目標トルクと、目標トルク設定部４で設定されたオリジナルの目標トルクとが入力信号として入力される。スイッチ１４はエア逆モデル１０に入力する信号をこれら２種類の信号の間で切り替えることができる。
【００５９】
スイッチ１４はその内部で実行する切り替え判定にしたがって入力信号の切り替えを行う。切り替え判定のための情報としては機関回転数が用いられる。スイッチ１４は、機関回転数が基準回転数Ｎｅ０以上の高回転域では入力信号を補正された目標トルクに切り替え、機関回転数が基準回転数Ｎｅ０よりも低い低回転域では入力信号をオリジナルの目標トルクに切り替えるようになっている。基準回転数Ｎｅ０は最小回転数よりも高く、且つ、最大回転数よりも低い任意の回転数に設定することができる。本実施の形態では、通常使用する回転域の下限を基準回転数Ｎｅ０として設定している。
【００６０】
また、スイッチ１４は、どのトルク要求発生源がトルク要求を発しているのか、という情報も切り替え判定のための情報として使用する。スイッチ１４は、予め定められた特定のトルク要求発生源がトルク要求を発しているか否か判定し、その特定トルク要求発生源がトルク要求を発しているときには、入力信号をオリジナルの目標トルクに切り替える。ここでいう特定トルク要求発生源とは、トルク応答性能が一律に揃っていることは必要とせず、トルク応答性能が可能な限り高いことを必要とするトルク要求発生源である。
【００６１】
スイッチ１４の切り替え判定のための情報としては、車両状態に関する情報も用いられる。例えば、車両のヨーレートを用いてもよい。ヨーレートの値が閾値を超えたか否かによってスイッチ１４の切り替えを行うことも可能である。
【００６２】
図１２は、このスイッチ１４を動作させることで実現できるトルク応答特性を示す図であって、トルク要求に対する実際のトルクの応答を一次遅れ要素で近似し、その時定数が内燃機関の機関回転数によってどのように変化するかをグラフで示したものである。図１２中に実線で示す時定数と機関回転数との関係、及び、一点鎖線で示す時定数と機関回転数との関係は何れも図３中に示すものと同じである。特定トルク要求発生源がトルク要求を発しているときには、スイッチ１４によってエア逆モデル１０への入力信号がオリジナルの目標トルクに切り替えられるため、時定数と機関回転数との関係は実線で示す関係となる。
【００６３】
特定トルク要求発生源がトルク要求を発していないときには、スイッチ１４は機関回転数が基準回転数Ｎｅ０以上か否かによって切り替えられる。本実施の形態に係る補正係数マップ１６は、機関回転数が基準回転数Ｎｅ０のときに実現できる最小の時定数が標準の時定数となるように設計されている。これにより、スイッチ１４が作動してエア逆モデル１０への入力信号が補正目標トルクに切り替えられる高回転域では、図中に破線で示すように、機関回転数によらず時定数は標準の時定数に揃えられるようになる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態の制御装置によれば、機関回転数が基準回転数Ｎｅ０以上の高回転域では、トルク要求に対する実トルクの応答性能を基準回転数Ｎｅ０のときのトルク応答性能に揃えることができる。図１２に示すように、基準回転数Ｎｅ０のときの時定数は最小回転数のときの時定数よりも低いので、本実施の形態で実現されるトルク応答性能は実施の形態１で実現されるトルク応答性能よりも高応答化されることになる。なお、本実施の形態では、基準回転数Ｎｅ０よりも低回転域でのトルク応答性能は機関回転数に応じて変化することになる。しかし、基準回転数Ｎｅ０は通常使用する回転域の下限に設定されているので、それよりも低回転域でトルク応答性能を揃えることができなかったとしても実質的に不利益は生じない。
【００６５】
また、本実施の形態の制御装置によれば、トルク要求に特定トルク要求発生源からのトルク要求が含まれているときには、応答補償フィルタ６で補正されていないオリジナルの目標トルクがエア逆モデル１０に入力される。これにより、トルク応答性能は内燃機関の運転条件に応じて変化することになり、機関回転数が高いときほど高いトルク応答性を得られるようになる。
【００６６】
なお、本実施の形態では目標トルク設定部４が第１の発明の「目標トルク設定手段」に相当している。エア逆モデル１０は第１の発明の「変換手段」に相当している。そして、応答補償フィルタ６と補正係数マップ１６とにより第１の発明の「目標トルク補正手段」が構成されている。応答補償フィルタ６は第７の発明の「一次遅れフィルタ」に相当し、補正係数マップ１６は第７の発明の「時定数変更手段」に相当している。また、スイッチ１４は第２の発明の「補正制限手段」と第３及び第４の発明の「補正許可手段」とに相当している。
【００６７】
その他．
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。
【００６８】
実施の形態１では、応答補償フィルタ６の時定数ｋＴOを補正する補正係数ｋを一つの補正係数マップ８から得ているが、複数の補正係数マップを備えてそれらを切り替えて使用してもよい。この場合、補正係数マップ毎に内燃機関の運転条件と補正係数との関係を異ならせておく。そうすることで、補正係数マップの選択によって内燃機関のトルク応答性能を変更することができるようになる。補正係数マップは内燃機関の運転条件に応じて切り替えてもよいし、どのトルク要求発生源がトルク要求を発しているかによって切り替えてもよい。実施の形態２に関しても同様であり、複数の補正係数マップを備えてそれらを切り替えて使用してもよい。例えば、補正係数マップ１６とは別に実施の形態１で用いた補正係数マップ８を備え、それらを切り替えて使用するようにしてもよい。
【００６９】
また、図１１に示す制御装置の構成によれば、エア逆モデル１０の設計と補正係数マップ１６の設計とスイッチ１４の切り替え判定とによって、図１３中に破線で示すような時定数と運転条件（ここでは機関回転数）との関係を得ることもできる。図１３中に実線で示す時定数と機関回転数との関係、及び、一点鎖線で示す時定数と機関回転数との関係は何れも図３中に示すものと同じである。図１３に示す関係を実現する場合には、機関回転数が基準回転数Ｎｅ１以上の高回転域では、図１３中に一点鎖線で示す関係を実現できるエア逆モデルを使用し、そのエア逆モデルにはオリジナルの目標トルクを入力する。また、機関回転数が基準回転数Ｎｅ１よりも低い低回転域では、図１３中に実線で示す関係を実現できるエア逆モデルを使用するとともに、応答補償フィルタによって補正した目標トルクをそのエア逆モデルに入力する。
【００７０】
また、上述の実施の形態では制御装置はスロットルの動作を制御しているが、本発明において制御対象となるアクチュエータはスロットルには限定されない。動作に対するトルクの応答性能が内燃機関の運転条件によって変化するようなアクチュエータであれば、その制御に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１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】機関回転数がトルク応答に与える影響について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の構成にて実現されるトルク応答特性について説明するための図である。
【図４】目標トルクの設定に係る用語について説明するための図である。
【図５】目標トルク初期値と目標トルク行き先値との差がトルク応答に与える影響について説明するための図である。
【図６】機関回転数と目標トルク行き先値とがトルク応答に与える影響について説明するための図である。
【図７】図３で説明した方法で内燃機関を制御したときの低回転時の動作について示す図である。
【図８】図３で説明した方法で内燃機関を制御したときの中回転時の動作について示す図である。
【図９】図３で説明した方法で内燃機関を制御したときの高回転時の動作について示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の構成にて実現されるトルク応答特性の変形例について説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２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１２】本発明の実施の形態２の構成にて実現されるトルク応答特性について説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の構成にて実現されるトルク応答特性の変形例について説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
２  スロットル
４  目標トルク設定部
６  応答補償フィルタ
８  補正係数マップ
１０  エア逆モデル
１２  スロットルドライバ
１４  スイッチ
１６  補正係数マップ
【図１】
2010001797.tif 000003
【図２】
2010001797.tif 000004
【図３】
2010001797.tif 000005
【図４】
2010001797.tif 000006
【図５】
2010001797.tif 000007
【図６】
2010001797.tif 000008
【図７】
2010001797.tif 000009
【図８】
2010001797.tif 000010
【図９】
2010001797.tif 000011
【図１０】
2010001797.tif 000012
【図１１】
2010001797.tif 000013
【図１２】
2010001797.tif 000014
【図１３】
2010001797.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月31日(2009.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号の入力を受けて動作するアクチュエータを有し、前記アクチュエータの動作に応じて出力するトルクが調整される内燃機関であって、前記アクチュエータの動作に対するトルクの応答性能が当該内燃機関の運転条件によって変化する内燃機関の制御装置において、
１又は複数のトルク要求発生源から発せられたトルク要求に基づいて前記内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
目標トルクを前記アクチュエータの制御信号に変換する変換手段と、
前記内燃機関が所定の基準回転数よりも高い回転域で運転されている場合に前記変換手段に入力される目標トルクを一次遅れフィルタによって補正する目標トルク補正手段であって、トルク要求に対する実際のトルクの応答性能が機関回転数によらない一定の応答性能となるように前記内燃機関の運転条件に応じて前記一次遅れフィルタの時定数を変更する目標トルク補正手段と、
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】
前記目標トルク設定手段に入力されるトルク要求に、トルクの応答性能が可能な限り高いことを必要とする特定のトルク要求発生源から発せられたトルク要求が含まれているか否か判定し、前記特定トルク要求発生源からのトルク要求が含まれている場合には前記目標トルク補正手段による目標トルクの補正を制限する補正制限手段、
をさらに備え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。