(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセルペダルとは独立にスロットル弁開度を制御しうる手段と、
アクセル操作量に応じた要求トルクを演算する手段と、
この要求トルクをスロットル弁の開口面積に換算する手段と、
補機負荷の作動状態でのアイドル要求空気量を演算する手段と、
このアイドル要求空気量をソニック状態でのスロットル弁の開口面積に換算する手段と、
前記２つの開口面積を加算した値をスロットル弁の目標総開口面積として演算する手段と、
この目標総開口面積に基づいてスロットル弁目標開度を演算する手段と、
このスロットル弁目標開度を前記スロットル弁開度制御手段に出力する手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
補機負荷の作動状態での前記アイドル要求空気量を演算する手段は、アイドル時の目標回転数を演算する手段と、この目標回転数を維持するのに必要な空気量を演算する手段と、実際のアイドル回転数と目標回転数との偏差に応じて回転数のフィードバック補正量を演算する手段と、補機負荷分の補正空気量を演算する手段と、目標回転を維持するのに必要な前記空気量と回転数の前記フィードバック補正量とを合計した値に前記補正空気量を加算した値を補機負荷の作動状態でのアイドル要求空気量として演算する手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
アクセル操作量に応じた前記要求トルクと別の要求トルクがある場合に、各要求トルクをそれぞれの優先度に応じて合成することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記別の要求トルクは車両の安定性からのまたは定速走行からの要求トルクであることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
要求トルクをスロットル弁の開口面積に換算する手段は、要求トルクに基づいて基準吸気量比を演算する手段と、この基準吸気量比に対応する正規化開口面積を演算する手段と、この正規化開口面積にエンジン回転数と排気量を乗じた値をスロットル弁の開口面積として演算する手段とからなることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの制御装置、特にＤＣモータ等のスロットル弁制御装置により駆動されるスロットル弁を吸気通路に備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み量）に基づいてドライバ（運転者）の意図する要求エンジントルク（以下単に「要求トルク」という）を演算し、この要求トルクに基づいてスロットル弁開度および燃料噴射量を設定し、この設定したスロットル弁開度に応じた吸入空気量と上記の燃料噴射量とでドライバの意図する要求トルクを実現するようにしたものがある（特開平４−１０１０３７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来装置ではアイドル回転の安定化のための要求空気量（以下、「アイドル要求空気量」という）をドライバの意図する要求トルクに合成していないので、アイドル時に補機負荷の作動でアイドル回転が不安定とならないようにスロットル弁開度を制御している状態から、ドライバがアクセルペダルを踏んでトルクを要求した場合に、吸入空気量のつながりに段差を生じ、トルクショックや回転数の低下を招くことがある。
【０００４】
これを図１０で説明すると、アイドル時に補機負荷が全く作動していない場合は、エンジンのフリクションやポンピングロスを補ってアイドル回転を保つため、図１０下段のＡ点となるようにスロットル弁の開口面積が制御され、これに対してアイドル時に補機負荷が作動状態になった場合は、エンジンのフリクションやポンプロスに加えて補機負荷分を補ってアイドル回転を保つため、今度は、図１０上段に示したように、補機負荷トルク（Ｔｅａｌ）の分だけ大きな点（Ａ）となるようにスロットル弁開口面積が制御される。
【０００５】
さて、アイドル時に補機負荷が作動している状態からアクセルペダルを少しだけ踏み込むと、アイドルスイッチがＯＦＦとなるため、運転点が図１０上段のＡ点から図１０下段のたとえばＤ点へと移る。このＤ点は図１０下段のＡ点よりもそれほど離れていない点で、Ｄ点と図１０下段のＡ点とのトルク差（図示のＴｅ５）が、少し踏んだアクセル操作量に対応するエンジントルクである。つまり、トルクでみればアクセルペダルを踏み込んだ途端にトルクがＴｅａｌからＴｅ５へと減少するのであり、これによって、ＴｅａｌとＴｅ５の段差が大きければ、トルクショックが生じ、またエンジン回転数も低下してしまうわけである。
【０００６】
そこで本発明は、ドライバの意図する要求トルクとアイドル要求空気量とをそれぞれスロットル弁の開口面積に換算して足し合わせた値をスロットル弁の目標総開口面積とすることにより、アイドル時の補機負荷の作動状態からドライバがアクセルペダルを踏み込んでトルクを要求した場合への吸入空気量のつながりを滑らかにしてトルクショックや回転数低下を防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図１１に示すように、アクセルペダルとは独立にスロットル弁開度を制御しうる手段３１と、アクセル操作量に応じた要求トルクを演算する手段３２と、この要求トルクをスロットル弁の開口面積に換算する手段３３と、
補機負荷の作動状態でのアイドル要求空気量を演算する手段３４と、このアイドル要求空気量をソニック状態でのスロットル弁の開口面積に換算する手段３５と、前記２つの開口面積を加算した値をスロットル弁の目標総開口面積として演算する手段３６と、この目標総開口面積に基づいてスロットル弁目標開度を演算する手段３７と、このスロットル弁目標開度を前記スロットル弁開度制御手段３１に出力する手段３８とを設けた。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において補機負荷の作動状態での前記アイドル要求空気量を演算する手段が、アイドル時の目標回転数を演算する手段と、この目標回転数を維持するのに必要な空気量を演算する手段と、実際のアイドル回転数と目標回転数との偏差に応じて回転数のフィードバック補正量を演算する手段と、補機負荷分の補正空気量を演算する手段と、目標回転を維持するのに必要な前記空気量と回転数の前記フィードバック補正量とを合計した値に前記補正空気量を加算した値を補機負荷の作動状態でのアイドル要求空気量として演算する手段とからなる。
【０００９】
第３の発明では、第１または第２の発明においてアクセル操作量に応じた前記要求トルクと別の要求トルクがある場合に、各要求トルクをそれぞれの優先度に応じて合成する。
【００１０】
第４の発明では、第３の発明において前記別の要求トルクが、車両の安定性からのまたは定速走行からの要求トルクである。
【００１１】
第５の発明では、第１から第４までのいずれか一つの発明において要求トルクをスロットル弁の開口面積に換算する手段３３が、要求トルクに基づいて基準吸気量比を演算する手段と、この基準吸気量比に対応する正規化開口面積を演算する手段と、この正規化開口面積にエンジン回転数と排気量を乗じた値をスロットル弁の開口面積として演算する手段とからなる。
【００１２】
【発明の効果】
第１、第２の各発明では、ドライバの意図する要求トルクとアイドル要求空気量とをそれぞれスロットル弁の開口面積に換算して足し合わせるようにしたので、エンジントルクに対するドライバの要求とアイドル安定化のための吸気量要求の双方を両立できる。このため、アイドル時に補機負荷の作動状態でアイドル回転が不安定とならないようにスロットル弁開度を制御している状態から、ドライバがアクセルペダルを踏んでトルクを要求した場合への吸入空気量のつながりに段差が生じることがなく、トルクショックや回転数の低下を招くことがない。
【００１３】
第３、第４の発明によれば、アクセル操作量に応じた要求トルクと別の要求トルクがある場合にも対応できる。
【００１４】
第５の発明によれば、要求トルクからスロットル弁開口面積への換算を、エンジン回転数をもパラメータとするマップ検索による場合よりも、マッチングが簡単である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３は排気通路、４は燃焼室５に直接に臨んで設けられた燃料噴射弁、６は点火栓である。
【００１６】
吸気通路２には、バタフライ式のスロットル弁７を備える。このスロットル弁７は、コントロールユニット１１からのスロットル弁目標開度指令を受けるスロットル弁制御装置８により駆動される。この場合、実際のスロットル弁開度がスロットルセンサ（図示しない）により検出され、この実スロットル弁開度が目標開度と一致するように、スロットル弁開度のフィードバック制御が行われる。
【００１７】
コントロールユニット１１には、アクセルセンサ１３からのアクセル操作量信号、エアフローメータ１４からの吸入空気流量信号、クランク角センサ１５からの単位クランク角毎の信号および基準クランク角位置の信号が、水温センサ１６からの冷却水温信号、酸素センサ１７からの排気中の酸素濃度信号等とともに入力され、これら信号に基づいて目標エンジントルクを演算し、この目標エンジントルクが得られるように目標空気量と目標燃料量を演算し、目標空気量が得られるように上記のスロットル弁制御装置８を介してスロットル弁開度を制御し、また目標燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御する。
【００１８】
さて、アイドル要求空気量をドライバの意図する要求トルクに合成していないのでは、アイドル時に補機負荷の作動状態でアイドル回転が不安定とならないようにスロットル弁開度を制御している状態から、ドライバがアクセルペダルを踏んでトルクを要求した場合に、吸入空気量のつながりに段差を生じ、トルクショックや回転数の低下を招くことがある。
【００１９】
これに対処するためコントロールユニット１１では、補機負荷の作動状態でのアイドル要求空気量をドライバの意図する要求トルクに合成する。
【００２０】
コントロールユニット１１で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００２１】
図２は、スロットル弁目標開度θｔｈを演算するためのもので、一定時間毎（たとえば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。ここでは、図２をメインルーチン、図４、図６、図９を図２のサブルーチンとして構成しており、したがって、以下ではメインルーチンの説明途中でサブルーチンのあるステップになると、サブルーチンを説明することにする。
【００２２】
図２のステップ１では、ドライバの意図する要求トルクＴ１のほか、車両安定性要求トルク（車両の安定性からの要求トルク）Ｔ２や定速走行要求トルク（定速走行からの要求トルク）Ｔ３を演算し、これらを合成した値を目標エンジントルクｔＴｅとして演算する。この目標エンジントルクｔＴｅの演算については図４のサブルーチンにより説明する。
【００２３】
図４においてステップ１、２ではアクセル操作量を読み込み、このアクセル操作量に基づいてドライバの意図する要求トルクＴ１を演算する。これは、たとえば、アクセル操作量とエンジン回転数から図５を内容とするマップを検索することにより求めればよい。また、アクセル操作量と車速から車両の要求駆動力を求め、これを駆動伝達系のギア比を考慮してドライバの意図する要求トルクに変換する方法もある。
【００２４】
ステップ３では車両安定性要求トルクＴ２を演算する。たとえば、駆動輪にスリップを検出した場合にエンジントルクを抑え、車両の安定化を図るものにトラクションコントロールがある。このトラクションコントロールにおける要求トルクがＴ２に相当する。
【００２５】
同様にしてステップ４では定速走行要求トルクＴ３を演算する。高速走行中に定速で走行させるものにオートスピードコントロールがある。このオートスピードコントロールにおける要求トルクがＴ３に相当する。たとえば、８０ｋｍ／ｈで高速走行させているのであれば、８０ｋｍ／ｈのスピードを出すのに要求される基本トルクと、このスピードを維持するに必要なフィードバックトルクとの合計がＴ３となる。
【００２６】
ステップ５、６ではこれら３つの要求トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３の優先度を判断し、最終的にエンジンが発生しなければならない目標エンジントルクｔＴｅを合成する。ここで、どのように目標エンジントルクを合成するかを具体的に述べる。前提としてトラクションコントロールが常時、作動状態で待機しているものとする。
【００２７】
〈１〉オートスピードコントロールの作動時：このとき、ドライバはアクセルペダルを離しているはずであるから、目標エンジントルク＝Ｔ３である。
【００２８】
〈２〉オートスピードコントロールの作動時にトラクションコントロールが作動したとき：トラクションコントロールを優先させるため、オートスピードコントロールの作動を一時停止する。したがって、目標エンジントルク＝Ｔ２である。
【００２９】
〈３〉ドライバがアクセルペダルを踏み込んだとき：ドライバの意図を優先させるため、トラクションコントロールを解除する。したがって、目標エンジントルク＝Ｔ１となる。
【００３０】
〈４〉ドライバがアクセルペダルを踏んでいる途中でトラクションコントロールが作動したとき：目標エンジントルク＝Ｔ１＋Ｔ２である。ただし、この数式の解釈としては、Ｔ２はマイナスである。
【００３１】
このように目標エンジントルクｔＴｅを演算したら、図２に戻り、ステップ２ではこの目標エンジントルクｔＴｅをスロットル弁の目標開口面積ｔＡａに換算する。この開口面積への換算については図６のサブルーチンにより説明する。
【００３２】
ここで、図６の具体的な説明に入る前に、図７、図８の特性を説明しておく。スロットル弁の開口面積Ａａをエンジン回転数Ｎｅと排気量Ｖｅで除した値を正規化開口面積ＡＤＮＶ（＝Ａａ／（Ｎｅ×Ｖｅ））とし、この正規化開口面積ＡＤＮＶを横軸に採り、１サイクル当たり（４気筒ではクランク角で７２０度区間）の吸気量Ｑａｃの各回転数毎の最大値Ｑａｃ ｍａｘとの比を基準吸気量比ＱＨ０ｓｔ（＝Ｑａｃ／Ｑａｃ ｍａｘ）とし、この基準吸気量比ＱＨ０ｓｔを縦軸に採ると、図８に示すように、エンジン回転数や排気量に関係なく、正規化開口面積と基準吸気量比の間に一定の相関が決まる。また、空燃比一定の条件での基準吸気量比とエンジントルクの相関を各回転数毎に整理すると、図７のようにほぼ直線性のある相関となる。
【００３３】
さて、図６のステップ１では、エンジントルク−基準吸気量比の特性から目標エンジントルクに対する基準吸気量比（つまり目標基準吸気量比）を演算する。これは、図７で示したエンジントルク−基準吸気量比の特性を予め実機データに基づいてマップ化しておき、そのときの目標エンジントルクとエンジン回転数からそのマップを検索することにより求めることができる。
【００３４】
ステップ２では、その求めた目標基準吸気量比から目標正規化開口面積ｔＡＤＮＶを演算する。これは、図８の相関をそのままテーブルにしておき、目標基準吸気量比からのそのテーブルを検索することにより求めればよい。そして、この目標正規化開口面積ｔＡＤＮＶからステップ３において、
【００３５】
【数１】
ｔＡａ＝ｔＡＤＮＶ×Ｎｅ×Ｖｅ
の式により、スロットル弁の目標開口面積ｔＡａを演算する。このｔＡａが目標エンジントルクｔＴｅをスロットル弁の開口面積に換算したものである。
【００３６】
このように図７、図８の特性を用いて、目標エンジントルクｔＴｅをスロットル弁の開口面積に換算することで、この換算をマップ検索により行う場合よりもマッチングが容易になる。この場合のマップとは、エンジントルクとエンジン回転数をパラメータとするスロットル弁開口面積のマップのことであり、回転数毎にデータが必要になることからマップデータが膨大になるのに対して、図８の特性はエンジン回転数に依存しないし、図７の特性は回転数をパラメータとしているとはいえ、直線特性であるから１つの回転数について２点のデータがあれば足りるからである。
【００３７】
このようにしてスロットル弁の開口面積への換算を終了したら図２に戻り、ステップ３ではアイドル要求空気量を演算する。このアイドル要求空気量の演算については図９のサブルーチンにより説明する。
【００３８】
図９のステップ１、２では、エンジンの運転条件を読み込み、この読み込んだ運転条件に応じてアイドル時の目標回転数を演算し、この目標回転数を維持するのに必要な空気量（回転維持空気量）をステップ３において演算する。この回転維持空気量は、たとえば目標回転数と冷却水温から所定のマップを検索することにより求めればよい。
【００３９】
上記の目標回転数は、たとえばニュートラルスイッチのＯＮ時に冷却水温が低くなるほど高くなり、これに対してニュートラルスイッチのＯＦＦ時には冷却水温が低くてもほぼ一定となる値である。
【００４０】
ステップ４、５では実際のアイドル回転数と目標回転数の偏差を演算し、この偏差に応じてＰＩＤ制御等により回転数のフィードバック補正量を演算する。
【００４１】
次に、ステップ６ではエアコン、パワーステアリング、各種の電気負荷等の補機負荷の状態を読み込み、補機負荷が作動状態であるときはステップ７に進み、補機負荷の状態に基づいて補機負荷補正空気量（補機負荷の補正に必要な空気量）を演算する。
【００４２】
ステップ８では、この補機負荷補正空気量を、上記の回転維持空気量と回転数フィードバック補正量を合計した空気量に、さらに加算して、アイドル要求空気量を演算する。
【００４３】
一方、補機負荷がいずれも非作動状態であるときは、ステップ６よりステップ７を飛ばしてステップ８に進み、上記の回転維持空気量と回転数フィードバック補正量とを加えた空気量をアイドル要求空気量として演算する。
【００４４】
このようにしてアイドル要求空気量を演算したら、ふたたび図２に戻り、このアイドル要求空気量を、ステップ４においてスロットル弁の開口面積Ａａ（ＩＳＣ）に換算し、このアイドル要求空気量の開口面積換算値と上記の目標開口面積ｔＡａとを加算した値をスロットル弁の目標総開口面積Ａｔｈ（＝ｔＡａ＋Ａａ（ＩＳＣ））として演算する。
【００４５】
続くステップ５では、この目標総開口面積Ａｔｈに応じてスロットル弁目標開度θｔｈを演算する。これは、スロットルボディやスロットル弁の形状、寸法で決まる、図３に示した開口面積Ａｔｈと開度θｔｈの相関をテーブルにしておき、このテーブルを検索することにより求めることができる。
【００４６】
このようにして求めたスロットル弁目標開度θｔｈの信号はスロットル弁制御装置８に出力され、これによってスロットル弁制御装置８は、スロットル弁７の実開度が目標開度と一致するようにスロットル弁７を駆動する。
【００４７】
ここで、本実施形態によるトルク操作を図１０を参照しながら説明すると、同図は、所定の回転数を保持した状態でのスロットル弁開口面積に対する出力トルク（＝エンジン軸トルク）の変化をモデル的に示している。
【００４８】
（１）まず下段は、アイドル時に補機負荷が全く作動していない場合を示し、エンジンのフリクションやポンピングロスを補ってアイドル回転を保つためのアイドル要求空気量が演算され、出力トルク＝０の点（Ａ）となるように開口面積（Ａａ（ＩＳＣ０））が求められる。
【００４９】
この状態でアクセルペダルが踏み込まれ、そのアクセル操作量に応じた目標エンジントルク（ｔＴｅ１）が要求されると、開口面積−トルクの特性に基づいて目標エンジントルクｔＴｅ１に応じた点（Ｂ）が決まり、そのトルクに対応する目標開口面積（ｔＡａ１）が求められる。この結果、スロットル弁の目標総開口面積はＡａ（ＩＳＣ０）＋ｔＡａ１となるのであり、これによって、実際のエンジントルク（ｒＴｅ１）は目標値（ｔＴｅ１）と一致する。
【００５０】
さらに大きな目標エンジントルク（ｔＴｅ２）が要求される場合にも、同様にしてこのトルクに応じた点（Ｃ）が決まり、このトルクに対応する目標開口面積ｔＡａ２が求められる。この結果、目標総開口面積はＡａ（ＩＳＣ０）＋ｔＡａ２となり、このときも実際のエンジントルクｒＴｅ２は目標値（ｔＴｅ２）と一致することになる。
【００５１】
（２）これに対して、図１０上段はアイドル時に補機負荷が作動した場合を示している。このとき、エンジンのフリクションやポンプロスに加えて補機負荷分を補ってアイドル回転を保つためのアイドル要求空気量が演算される。補機負荷トルク（Ｔｅａｌ）だけ大きな点（Ａ）となるように開口面積（Ａａ（ＩＳＣ１））が求められるが、この場合、Ａ点がエンジンの出力トルク＝０の点であり、補機負荷の作動状態ではこのＡ点が基準となる。
【００５２】
この状態から、アクセルペダルの操作により目標エンジントルクｔＴｅ１が要求されると、（１）と同様に開口面積−トルクの特性に基づいてこの目標トルクに対応する目標開口面積ｔＡａ１が求められ、これがＡ点の開口面積（Ａａ（ＩＳＣ１））に加算されるため、目標総開口面積がＡａ（ＩＳＣ１）＋ｔＴｅ１となって、Ｂ点が決まる。この結果、Ｂ点がソニック領域（吸気の流速が一定（音速）の領域）であれば実際のエンジントルク（ｒＴｅ１）はほぼ目標値（ｔＴｅ１）通りの値となる。
【００５３】
さらに大きな目標エンジントルク（ｔＴｅ２）が要求される場合には、（１）と同様にこのトルクに対応する目標開口面積ｔＡａ２が決まり、これがＡ点の開口面積Ａａ（ＩＳＣ１）に加算されて目標総開口面積がＡａ（ＩＳＣ１）＋ｔＡａ２となり、Ｃ点が決まる。この結果、Ｃ点がソニック領域を超えている場合には、実際のエンジントルク（ｒＴｅ２）は目標値（ｔＴｅ２）より小さな値となる。
【００５４】
このように本実施形態では、アイドル要求空気量に応じたスロットル弁開口面積Ａａ（ＩＳＣ）を求め、その点を原点としてドライバの意図する要求トルクに応じた開口面積ｔＡａを加算して目標総開口面積とするので、エンジントルクに対するドライバの要求とアイドル安定化のための吸気量要求の双方を両立できることになった。
【００５５】
さて、従来装置についてアイドル時に補機負荷が作動している状態からアクセルペダルを少しだけ踏み込んだ場合について前述したが、同じ条件で本実施形態ではどうなるかを考えてみると、本実施形態によれば、運転点が図１０上段のＡ点より図１０上段のＤ点へと移り、両者のトルク差がＴｅ５となる。つまり、本実施形態では、アクセルペダルを踏み込む前後で同じ図１０上段の特性を使うことになるので、トルクでみればアクセルペダルを踏み込んだからといってトルクがＴｅａｌからＴｅａｌ＋Ｔｅ５へと増加するだけである。この結果、補機負荷の作動状態（アイドル要求トルク状態）からドライバがアクセルペダルを踏み込んでトルクを要求した場合への吸入空気量のつながりに段差が生じることがなく、これによってトルクショックや回転数の低下を招くことがない。
【００５６】
一方、アクセル操作量（負荷）が大きくなるほどスロットル弁開口面積に対するエンジントルクのゲインが小さくなってくるため、補機負荷の作動状態での高負荷側での要求トルクの実現精度（絶対値）は低下するものの、全開時の最大トルクに対する比率とそこに至るトルクの連続性は現行の機械的なスロットル操作と同様になる。
【００５７】
実施形態では、アクセル操作量に応じた要求トルクとは別の要求トルクが、車両の安定性からのまたは定速走行からの要求トルクである場合で説明したが、これに限られるものでなく、たとえば、ＶＤＣ（横滑り防止装置）やＩＴＳ（インテリジェントトランスポートシステム）における要求トルクである場合にも本発明の適用がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】スロットル弁目標開度の演算を説明するためのフローチャート。
【図３】スロットル弁開口面積に対するスロットル弁開度の特性図。
【図４】目標エンジントルクの演算を説明するためのフローチャート。
【図５】ドライバの意図する要求トルクの特性図。
【図６】目標エンジントルクからスロットル弁開口面積への換算を説明するためのフローチャート。
【図７】基準吸気量比に対するエンジントルクの特性図。
【図８】正規化開口面積に対する基準吸気量比の特性図。
【図９】アイドル要求空気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１０】本発明の作用を説明するための特性図。
【図１１】第１の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
５  燃料噴射弁
７  スロットル弁
８  スロットル弁制御装置
１  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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