(57)【要約】【課題】非ソニック領域において目標アイドル回転速度が実現されるよう吸気量調整弁を制御するにあたり、制御遅れ及びハンチングを抑制する。【解決手段】コントローラ５０は、目標アイドル回転速度を実現するのに必要な吸気量を目標吸気量として演算し、目標吸気量と、ソニック領域におけるスロットル弁１７の開度面積と吸気量との関係と、に基づき、スロットル弁１７の目標開口面積を演算し、目標開口面積が非ソニック領域に入る場合に、目標開口面積に応じて目標開口面積を補正して非ソニック補正後目標開口面積を演算し、スロットル弁１７の開口面積が非ソニック補正後目標開口面積となるようにスロットル弁１７を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気量を調整する吸気量調整弁を備えたエンジンに適用され、前記吸気量調整弁を制御することによってアクセルペダルが踏み込まれていない状態での前記エンジンの回転速度を目標アイドル回転速度に制御するエンジンの制御装置であって、
前記目標アイドル回転速度を実現するのに必要な吸気量を目標吸気量として演算する目標吸気量演算手段と、
前記吸気量調整弁の開口面積又は該開口面積に応じて変化する前記吸気量調整弁の特定のパラメータを開度パラメータとし、前記目標吸気量と、ソニック領域における前記開度パラメータと吸気量との関係と、に基づき、前記吸気量調整弁の目標開度パラメータを演算する目標開度パラメータ演算手段と、
前記目標開度パラメータが非ソニック領域に入る場合に、前記目標開度パラメータに応じて前記目標開度パラメータを補正して補正後目標開度パラメータを演算する非ソニック補正手段と、
前記吸気量調整弁の前記開度パラメータが前記補正後目標開度パラメータになるように前記吸気量調整弁を制御する吸気量調整弁制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
前記非ソニック補正手段は、前記目標開度パラメータの補正量を、前記目標開度パラメータ、前記エンジンの回転速度及び前記エンジンの排気量に基づき演算する、
を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置であって、
前記非ソニック補正手段は、前記目標開度パラメータが大きいほど前記目標開度パラメータの補正量を大きくする、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
前記非ソニック補正手段は、前記エンジンの回転速度が高いほど前記目標開度パラメータの補正量を小さくする、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
前記非ソニック補正手段は、前記エンジンの排気量が大きいほど前記目標開度パラメータの補正量を小さくする、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
目標開度パラメータ演算手段は、前記吸気量調整弁を経由せず前記エンジンに供給される空気がある場合は、当該空気の量を前記吸気量調整弁の前記開度パラメータに換算し、これを前記目標開度パラメータに加算する、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
前記開度パラメータは、前記吸気量調整弁の開度である、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
前記吸気量調整弁制御手段は、前記吸気量調整弁の前記開度パラメータが前記補正後目標開度パラメータまで徐々に変化するように前記吸気量調整弁を制御する、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
前記非ソニック補正手段は、前記エンジンの回転速度がアイドル制御領域よりも高い場合は、前記目標開度パラメータの補正量を上限値に制限する、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
前記エンジンの回転速度と前記目標アイドル回転速度との偏差に基づき、前記目標開度パラメータを前記偏差が縮小される方向に補正するフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備え、
前記フィードバック制御手段は、前記目標開度パラメータの補正量が所定値よりも大きい場合は前記フィードバック制御を行わない、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御、特に、アイドル回転速度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクセルペダルが踏み込まれていない状態では、エンジンの回転速度を目標アイドル回転速度に制御するアイドル回転速度制御が行われる。アイドル回転速度制御では、エンジンの冷却水温、補機の作動状態等に応じて目標アイドル回転速度を演算し、目標アイドル回転速度を実現するのに必要な吸気量が得られるように吸気量調整弁（スロットル弁又はＩＳＣバルブ）の開口面積が調整される。
【０００３】
ここで、吸気量調整弁の開口面積と吸気量とは、吸気量調整弁の開口面積が十分小さく、吸気量調整弁を通過する空気の流速が音速になるソニック領域では、吸気量調整弁の開口面積の変化量に対する吸気量の変化量が一定になるという関係（線形関係）を有する。また、吸気量調整弁の開口面積が増大して非ソニック領域に入ると、吸気量調整弁の開口面積を変化量に対する吸気量の変化量が吸気量調整弁の開口面積が大きくなるにつれ小さくなるという関係（非線形関係）を有する。
【０００４】
このため、非ソニック領域においても必要とされる吸気量がエンジンに供給されるように吸気量調整弁の開口面積を補正することが行われており、特許文献１では、アイドル時の吸気量を調整するＩＳＣバルブの制御量の補正パラメータをソニック領域と非ソニック領域とで異ならせ、かつ、補正パラメータを、吸気温度及び吸気圧力に基づき演算するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平４−６７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術は、吸気温度及び吸気圧力に基づき補正パラメータを演算し、演算された補正パラメータを用いてＩＳＣバルブの制御量を補正する構成、すなわち、補正が必要な状態が検出されてから補正を行う構成である。したがって、補正が行われるまでは補正がされない状態が存在し、この状態にある間は必要とされる吸気量がエンジンに供給されず、目標アイドル回転速度が実現されない。
【０００７】
また、補正パラメータを用いてＩＳＣバルブの制御量を補正したことによって、特に、吸気圧力の変化を引き起こし、変化後の吸気圧力に基づきさらなる補正が行われるので、制御のハンチングが発生する可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、非ソニック領域において目標アイドル回転速度が実現されるよう吸気量調整弁を制御するにあたり、制御遅れ及びハンチングを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様によれば、吸気量を調整する吸気量調整弁を備えたエンジンに適用され、前記吸気量調整弁を制御することによってアクセルペダルが踏み込まれていない状態での前記エンジンの回転速度を目標アイドル回転速度に制御するエンジンの制御装置が提供される。
【００１０】
この制御装置は、前記目標アイドル回転速度を実現するのに必要な吸気量を目標吸気量として演算し、前記吸気量調整弁の開口面積又は該開口面積に応じて変化する前記吸気量調整弁の特定のパラメータを開度パラメータとし、前記目標吸気量と、ソニック領域における前記開度パラメータと吸気量との関係と、に基づき、前記吸気量調整弁の目標開度パラメータを演算する。
【００１１】
そして、この制御装置は、前記目標開度パラメータが非ソニック領域に入る場合に、前記目標開度パラメータに応じて前記目標開度パラメータを補正して補正後目標開度パラメータを演算し、前記吸気量調整弁の前記開度パラメータが前記補正後目標開度パラメータになるように前記吸気量調整弁を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様によれば、目標アイドル回転速度を実現する非ソニック補正後目標開口面積が演算されたら、センサ検出値の影響を受けることなく、スロットル弁の開口面積が非ソニック補正後目標開口面積までダイレクトに制御される。これにより、制御遅れやハンチングが生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エンジン及びそのコントローラの概略構成図である。
【図２】ソニック領域及び非ソニック領域を説明するための図である。
【図３】正規化開口面積と非ソニック補正係数との関係、及び、正規化開口面積とコレクタ負圧との関係を示したテーブルである。
【図４】アイドル回転速度制御の内容を示したフローチャートである。
【図５】非ソニック領域において目標開口面積が補正される様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、エンジン１０及びそのコントローラ５０の概略構成を示している。
【００１６】
エンジン１０は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に燃料を直接噴射し、これによって形成された混合気を点火プラグ１３で点火する直噴エンジンである。エンジン１０には、ノックセンサ３１、水温センサ３２、油圧センサ３３、油温センサ３４、エンジン回転速度センサ（クランク角センサ）３５、３６等が取り付けられている。
【００１７】
また、エンジン１０の吸気通路１４には、上流から順にエアクリーナ１５、エアフローメータ１６、スロットル弁１７、コレクタ１８が設けられている。スロットル弁１７は、エンジン１０の吸気量を調整する電子制御式スロットル弁である。スロットル弁１７には、弁駆動用のスロットルアクチュエータと、スロットル開度を検出するスロットル開度センサが取り付けられている。
【００１８】
また、エンジン１０の排気通路２０には、上流から順に排気温センサ３７、空燃比センサ３８、マニホールド触媒（三元触媒）２１、Ｏ２センサ３９、床下触媒（三元触媒）２２、消音器２３が設けられている。
【００１９】
コントローラ５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースを含んで構成され、上記センサ３１〜３９の検出値の他、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ４０の検出信号が入力される。
【００２０】
コントローラ５０は、入力された検出値に基づきエンジン１０が搭載される車両の運転状態を判断し、エンジン１０の回転速度、出力トルク等の目標値を設定し、目標値が実現されるようスロットル弁１７の開度、燃料噴射弁１１による燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ１３による点火時期等を制御する。
【００２１】
また、アクセルペダルが踏み込まれていない状態では、コントローラ５０は、冷却水温、図示しない補機（例えば、空調装置）の作動状態等に応じて目標アイドル回転速度を演算する。そして、コントローラ５０は、目標アイドル回転速度を実現するのに必要なエンジン１０の吸気量（目標吸気量）を演算し、目標吸気量がエンジン１０に供給される開口面積（目標開口面積）となるようにスロットル弁１７を制御する（アイドル回転速度制御）。
【００２２】
ここで、スロットル弁１７の開口面積と吸気量との間には、スロットル弁１７の開口面積が十分小さくスロットル弁１７を通過する空気の流速が音速になるソニック領域（臨界領域ともいう。）では、スロットル弁１７の開口面積の変化量に対する吸気量の変化量が一定になるという関係（線形関係）が成立する。このため、アイドル時の目標開口面積は、この線形関係に基づき演算することができる。
【００２３】
しかしながら、スロットル弁１７の開口面積が増大し、非ソニック領域（非臨界領域ともいう。）に入ると、スロットル弁１７の開口面積の変化量に対する吸気量の変化量が一定にならず、スロットル弁１７の開口面積が大きくなるにつれてスロットル弁１７の開口面積の変化量に対する吸気量の変化量が小さくなるという関係（非線形関係）になる。このため、非ソニック領域においては、ソニック領域における線形関係に基づき目標開口面積を演算してスロットル弁１７を制御しても、吸気量が不足し、目標アイドル回転速度は実現されない。非ソニック領域において目標アイドル回転速度を実現するには目標開口面積を増大補正する必要がある。
【００２４】
図２は、スロットル弁１７の正規化開口面積とエンジン１０の基準吸気量比との関係を示した図である。スロットル弁１７の正規化開口面積は、スロットル弁１７の開口面積をエンジン１０の回転速度及び排気量で割った値であり、基準吸気量比は、エンジン１０の吸気量をそのときのエンジン１０の回転速度における最大吸気量で割った値である。
【００２５】
この図に示されるように、非ソニック領域では正規化開口面積と基準吸気量比との関係が非線形関係になる。目標吸気量に対応する基準吸気量比がＴＱＨ０１であるとすると、ＴＱＨ０１を得るための正規化開口面積は、図中一点鎖線で示すソニック領域における線形関係によればＡＤＮＶ１となる。しかしながら、ＡＤＮＶ１は非ソニック領域に入るため、正規化開口面積がＡＤＮＶ１になるようにスロットル弁１７を制御しても、得られる基準吸気量比はＴＱＨ０１よりも少ないＴＱＨ０２に留まってしまう。目標吸気量を得るためには、正規化開口面積をＡＤＮＶ２まで増大させる必要がある。
【００２６】
そこで、本実施形態では、アイドル時の目標開口面積をソニック領域における線形関係に基づき演算するが、演算された目標開口面積が非ソニック領域に入る場合は、目標開口面積に非ソニック補正係数を掛けることで、目標吸気量が得られる開口面積まで目標開口面積が増大補正されるようにする。
【００２７】
図３は、正規化開口面積と非ソニック補正係数の関係を規定したテーブルである。非ソニック補正係数は、目標吸気量を得るのに実際に必要な正規化開口面積を、目標吸気量とソニック領域における線形関係に基づき演算される正規化開口面積で割った値である。図２に示した例では、ＡＤＮＶ２をＡＤＮＶ１で割った値が非ソニック補正係数に対応する。
【００２８】
非ソニック補正係数は、ソニック領域では１であるが、非ソニック領域に入ると１以上の値をとり、正規化開口面積が大きくなるほど大きな値をとる。また、正規化開口面積の変化量に対する非ソニック補正係数の変化量は、正規化開口面積が大きくなるほど大きくなる。また、非ソニック補正係数はコレクタ負圧と対応関係があり、非ソニック補正係数が大きくなるほどコレクタ負圧が大気圧に近づく。
【００２９】
図４は、コントローラ５０が実施するアイドル回転速度制御の内容を示したフローチャートである。アイドル回転速度制御は、アクセルペダルが踏み込まれていない状態で実行される。
【００３０】
これを参照しながらアイドル回転速度制御の内容について説明すると、まず、Ｓ１では、コントローラ５０は、目標アイドル回転速度を演算する。目標アイドル回転速度は、例えば、エンジン１０の冷却水温、補機の作動状態に基づき演算される。
【００３１】
Ｓ２では、コントローラ５０は、目標アイドル回転速度を実現するのに必要なエンジン１０の吸気量である目標吸気量を演算する。この演算は、エンジン１０の吸気量と回転速度との関係を示したテーブルを参照し、目標アイドル回転速度に対応するエンジン１０の吸気量を検索することで行われる。
【００３２】
Ｓ３では、コントローラ５０は、非ソニック補正係数がＦＢ許可上限を超えているか判断し、非ソニック補正係数がＦＢ許可上限を超えていない場合は、目標アイドル回転速度とエンジン回転速度とのずれを解消すべく、Ｓ４〜Ｓ６のフィードバック制御処理を行う。
【００３３】
Ｓ４〜Ｓ６のフィードバック制御処理では、エンジン回転速度と目標アイドル回転速度とを比較し（Ｓ４）、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度よりも低い場合は開口面積ＦＢ補正量を増大させる（Ｓ５）。これに対し、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度よりも高い場合は開口面積ＦＢ補正量を減少させる（Ｓ６）。
【００３４】
これに対し、非ソニック補正係数がＦＢ許可上限を超えている場合は、コントローラ５０は、Ｓ４〜Ｓ６の処理を飛ばし、Ｓ７に処理を進める。すなわち、非ソニック補正係数がＦＢ許可上限を超え、目標開口面積の補正量が所定値よりも大きくなった場合は、コントローラ５０はフィードバック制御を行わない。
【００３５】
これは、このような状況では、目標開口面積を補正しても吸気量変化の鈍化によってエンジン１０のトルク変化が小さくなり更には目標開口面積を操作しても吸気量及びトルクの変化がなくなる飽和状態となることにより、又は、目標開口面積の補正量が消費電力、耐久性等で決まるスロットル弁１７の機能的な制約によって制限されてエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との間にずれが生じることにより、フィードバック制御における積分項の溜め込みが起こる（開口面積ＦＢ補正量が増大し続ける）からである。フィードバック制御を中止すれば、このような積分項の溜め込みが起こるのを防止することができる。
【００３６】
Ｓ７では、コントローラ５０は、非ソニック補正前目標開口面積を演算する。具体的には、コントローラ５０は、Ｓ２で演算した目標吸気量と、ソニック領域で成立する正規化開口面積と基準吸気量比との線形関係とに基づき、すなわち、全領域がソニック領域であると仮定して目標吸気量に対応する開口面積を演算し、これに開口面積ＦＢ補正量を加算することによって非ソニック補正前目標開口面積を演算する。
【００３７】
また、コントローラ５０は、スロットル弁１７を経由せずにコレクタ１８に流入する空気（例えばキャニスタからのパージ空気）がある場合は、その空気の量をスロットル弁１７の開口面積に換算し、これを非ソニック補正前目標開口面積に加算する。パージ空気が流入するとコレクタ負圧がその分大気圧に近づき非ソニック特性が強くなるので目標開口面積の補正量を大きくする必要があるが、この加算を行うことでコレクタ１８にスロットル弁１７以外から空気が流入する場合であっても適切な補正が可能になる。
【００３８】
Ｓ８では、コントローラ５０は、エンジン回転速度がアイドル制御領域内か判断する。エンジン回転速度がアイドル制御領域内である場合は、処理がＳ９に進み、図３に示したテーブルを参照して非ソニック補正係数を演算する。
【００３９】
これに対し、エンジン回転速度がアイドル制御領域を超えている場合は、処理がＳ１０に進み、非ソニック補正係数が上限値に制限される。これにより、目標開口面積の補正量が制限される。
【００４０】
これは、エンジン回転速度がアイドル制御領域を超える状況では、アイドル回転速度制御が終了し、アクセル操作に応じた通常の吸気量制御に移行するので、非ソニック補正係数による不要な補正を制限するためである。
【００４１】
Ｓ１１では、コントローラ５０は、非ソニック補正前目標開口面積に非ソニック補正係数を掛けて非ソニック補正後目標開口面積を演算する。非ソニック補正前後の目標開口面積の差が非ソニック補正前目標開口面積の補正量となる。この演算は非ソニック補正前目標開口面積がソニック領域内の場合にも行われるが、この場合は非ソニック補正係数が１になるので（図３）、実質的に補正は行われない。
【００４２】
Ｓ１２では、コントローラ５０は、スロットル弁１７の開口面積が非ソニック補正後目標開口面積まで徐々に変化するように、スロットル弁１７の開度−開口面積特性に基づきスロットル弁１７の開度を制御する。開口面積を徐々に変化させる態様は、開口面積を非ソニック補正後目標開口面積までステップ的に変化させる態様でなければよく、開口面積の変化速度を制限する態様、一次遅れ処理等で遅れを持たせて変化させる態様、中間値を取りながら段階的に変化させる態様等、様々な態様が可能である。スロットル弁１７の開口面積を徐々に変化させるのは、エンジン１０の吸気量が急激に変動し、これによりエンジン１０の回転速度やトルクが急激に変化するのを防止するためである。
【００４３】
以上説明したＳ１〜Ｓ１２の処理が繰り返し実行されることにより、エンジン１０の回転速度が目標アイドル回転速度に制御される。
【００４４】
続いて、上記アイドル回転速度制御を行うことによる作用効果について説明する。
【００４５】
アイドル回転速度制御においてスロットル弁１７の開口面積が増大して非ソニック領域に入ると、スロットル弁１７の開口面積の変化に対する吸気量の変化が鈍化するが、本実施形態では、非ソニック補正前開口面積が大きいほど非ソニック補正係数として大きな値が設定される（図３）。図５は、非ソニック領域において目標開口面積が非ソニック補正係数によって補正される様子を示している。
【００４６】
これにより、非ソニック領域において目標開口面積の補正を適切に行い、非ソニック領域においても目標吸気量をエンジン１０に供給し、目標アイドル回転速度を実現することができる。
【００４７】
特に、本実施形態では、目標アイドル回転速度を実現する非ソニック補正後目標開口面積が演算された後は、センサ検出値の影響を受けることなくスロットル弁１７の開口面積が非ソニック補正後目標開口面積までダイレクトに制御されるので、制御遅れやハンチングが生じるのを防止することができる。アイドル回転速度制御を行うにあたり、吸気温度、吸気圧力を検出するためのセンサも不要である。
【００４８】
また、非ソニック補正係数を、目標開口面積をエンジン１０の回転速度及び排気量で割って得られる正規化開口面積に基づき演算するようにしたので、エンジン１０の回転速度や排気量を考慮した補正が可能である。
【００４９】
これは、エンジン１０の排気量が大きいほど、また、エンジン１０の回転速度が高いほどコレクタ負圧が発達して非ソニック領域が小さくなり、必要とされる目標開口面積の補正量が小さくなる傾向があることに対応させたものである。本実施形態によれば、エンジン１０の排気量が大きくなるほど、また、エンジン１０の回転速度が高くなるほど、非正規化開口面積が小さくなり、演算される非ソニック補正係数、ひいては非ソニック補正前目標開口面積の補正量が小さくなるので（図３参照）、この傾向に合わせた補正が可能である。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５１】
例えば、上記実施形態のアイドル回転速度制御はスロットル弁１７の開口面積を基に各種演算を行うが、スロットル弁１７の開度、スロットルアクチュエータの駆動量等、開口面積に応じて変化するスロットル弁１７の他のパラメータ（開度パラメータ）を演算に用いてもよい。
【００５２】
また、エンジン１０は、スロットル弁１７とは別にスロットル弁１７をバイパスする通路にＩＳＣバルブを備え、アイドル時はスロットル弁１７を全閉にしてＩＳＣバルブの開度を制御することでアイドル回転速度を制御するエンジンであってもよい。この場合、ＩＳＣバルブの開口面積が非ソニック補正後目標開口面積になるようにＩＳＣバルブの開度を制御する。
【符号の説明】
【００５３】
１０    エンジン
１７    スロットル弁（吸気量調整弁）
５０    コントローラ（目標吸気量演算手段、目標開度パラメータ演算手段、非ソニック補正手段、吸気量調整弁制御手段、フィードバック制御手段）
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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