(57)【要約】【課題】  アイドリング時の機関回転数を目標値に精度よく制御できる制御装置を提供する。【解決手段】  機関回転数を目標値とする目標吸気量を算出する手段４１と、機関回転数を目標値とする目標点火時期を算出する手段４２と、現在の吸気量を検出する手段と、現在の点火時期を検出する手段と、目標吸気量および目標点火時期と現在の吸気量および点火時期とに基づいて機関回転数を目標値にするための制御パラメータとして目標吸気量と目標点火時期とのいずれを採用すべきかを決定する制御パラメータ決定手段と、該決定された制御パラメータを用いて機関回転数を目標値に制御すると共に該制御パラメータの補正量を算出する手段と、を具備し、制御パラメータ決定手段が、目標吸気量を採用した場合と目標点火時期を採用した場合とでトルク変動の少ないほうの制御パラメータを機関回転数を目標値にするための制御パラメータとして採用すると決定する。【選択図】      図５
2006022706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気量または点火時期を制御することによってアイドリング時における機関回転数を目標回転数に制御する内燃機関の制御装置において、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする吸気量を目標吸気量として算出する手段と、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする点火時期を目標点火時期として算出する手段と、現在の吸気量を検出する手段と、現在の点火時期を検出する手段と、上記算出された目標吸気量および目標点火時期と上記検出された現在の吸気量および点火時期とに基づいて機関回転数を目標回転数にするための制御パラメータとして上記算出された目標吸気量と目標点火時期とのいずれを採用すべきかを決定する制御パラメータ決定手段と、該決定された制御パラメータを用いて機関回転数を目標回転数に制御すると共に該制御パラメータの補正量を算出する手段と、を具備し、上記制御パラメータ決定手段が、目標吸気量を採用した場合のトルク変動と、目標点火時期を採用した場合のトルク変動と、を比較し、トルク変動の少ないほうの制御パラメータを、機関回転数を目標回転数にするための制御パラメータとして採用すると決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関に関する互いに異なる第１の制御パラメータと第２の制御パラメータとのうちいずれか一方を制御することによって内燃機関の特定の出力を目標値に制御する内燃機関の制御装置において、特定の出力を目標値とする第１の制御パラメータを第１の制御パラメータの目標値として算出する手段と、特定の出力を目標値とする第２の制御パラメータを第２の制御パラメータの目標値として算出する手段と、現在の第１の制御パラメータの値を検出する手段と、現在の第２の制御パラメータの値を検出する手段と、上記算出された第１の制御パラメータおよび第２の制御パラメータと上記検出された現在の第１の制御パラメータの値および現在の第２の制御パラメータの値とに基づいて特定の出力を目標値とするための制御パラメータとして上記算出された第１の制御パラメータの目標値と第２の制御パラメータの目標値とのいずれを採用すべきかを決定する制御パラメータ決定手段と、該決定された制御パラメータの目標値を用いて特定の出力を目標値に制御すると共に該決定された制御パラメータの補正量を算出する手段と、を具備し、上記制御パラメータ決定手段が、第１の制御パラメータを採用した場合と第２の制御パラメータを採用した場合との上記特定の出力とは異なる内燃機関の出力の変動を比較し、該出力の変動が少ないほうの制御パラメータを、上記特定の出力を目標値にするための制御パラメータとして採用すると決定することを特徴とする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、特に、アイドリング時に機関回転数を目標回転数に制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、内燃機関のアイドリング時に、機関回転数を目標回転数に制御するための制御装置が開示されている。同文献には、アイドリング時の機関回転数を吸気量を制御することによって目標回転数に制御しようとするモデルを用いた適応制御（以下「吸気量適応制御」という）と、アイドリング時の機関回転数を点火時期を制御することによって目標回転数に制御しようとするモデルを用いた適応制御（以下「点火時期適応制御」という）と、を実行可能な制御装置が開示されている（段落００３５〜００３９参照）。そして、同文献に記載の制御装置では、図１４に示されているマップ（関係）を利用して、点火時期がトルク変化の小さい領域（図１４の領域Ａ）にあるときには、吸気量適応制御を行い、一方、点火時期がトルク変化の大きい領域（図１４の領域Ｂ）にあるときには、点火時期適応制御を行うようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０１６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関において、吸気量が変化すれば、点火時期とトルクとの関係にも変化が生じる。すなわち、吸気量もトルクに影響するパラメータの１つなのである。ところが、特許文献１の図１４のマップは、この吸気量を考慮せずに、点火時期のみを考慮したものである。すなわち、同文献では、トルクに影響するパラメータの１つである吸気量を無視し、点火時期に関係するマップに基づいて、トルクの変動が大きいか小さいかによって吸気量適応制御を行うか点火時期適応制御を行うかを決定しているのである。これでは、アイドリング時における機関回転数が目標回転数に精度よく制御されない可能性が高いことになる。そして、このことは、アイドリング時における機関回転数に限らず、一般的に、内燃機関の特定の出力を目標値に制御する場合において、特許文献１に記載の技術思想を適用した場合にも当てはまる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、アイドリング時における機関回転数を目標回転数に精度よく制御できる制御装置、より一般的には、内燃機関の特定の出力を目標値に精度よく制御できる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、吸気量または点火時期を制御することによってアイドリング時における機関回転数を目標回転数に制御する内燃機関の制御装置において、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする吸気量を目標吸気量として算出する手段と、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする点火時期を目標点火時期として算出する手段と、現在の吸気量を検出する手段と、現在の点火時期を検出する手段と、上記算出された目標吸気量および目標点火時期と上記検出された現在の吸気量および点火時期とに基づいて機関回転数を目標回転数にするための制御パラメータとして上記算出された目標吸気量と目標点火時期とのいずれを採用すべきかを決定する制御パラメータ決定手段と、該決定された制御パラメータを用いて機関回転数を目標回転数に制御すると共に該制御パラメータの補正量を算出する手段と、を具備し、上記制御パラメータ決定手段が、目標吸気量を採用した場合のトルク変動と、目標点火時期を採用した場合のトルク変動と、を比較し、トルク変動の少ないほうの制御パラメータを、機関回転数を目標回転数にするための制御パラメータとして採用すると決定する。
【０００７】
上記課題を解決するために、２番目の発明では、内燃機関に関する互いに異なる第１の制御パラメータと第２の制御パラメータとのうちいずれか一方を制御することによって内燃機関の特定の出力を目標値に制御する内燃機関の制御装置において、特定の出力を目標値とする第１の制御パラメータを第１の制御パラメータの目標値として算出する手段と、特定の出力を目標値とする第２の制御パラメータを第２の制御パラメータの目標値として算出する手段と、現在の第１の制御パラメータの値を検出する手段と、現在の第２の制御パラメータの値を検出する手段と、上記算出された第１の制御パラメータおよび第２の制御パラメータと上記検出された現在の第１の制御パラメータの値および現在の第２の制御パラメータの値とに基づいて特定の出力を目標値とするための制御パラメータとして上記算出された第１の制御パラメータの目標値と第２の制御パラメータの目標値とのいずれを採用すべきかを決定する制御パラメータ決定手段と、該決定された制御パラメータの目標値を用いて特定の出力を目標値に制御すると共に該決定された制御パラメータの補正量を算出する手段と、を具備し、上記制御パラメータ決定手段が、第１の制御パラメータを採用した場合と第２の制御パラメータを採用した場合との上記特定の出力とは異なる内燃機関の出力の変動を比較し、該出力の変動が少ないほうの制御パラメータを、上記特定の出力を目標値にするための制御パラメータとして採用すると決定する。
【発明の効果】
【０００８】
１番目の発明によれば、アイドリング時における機関回転数が精度よく目標回転数に制御される。
２番目の発明によれば、内燃機関の特定の出力が精度よく目標値に制御される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。一般的に、或るシステムをモデルを用いて制御するための構成（以下「システム制御構成」という）としては、図１に示したようなものが知られている。図１において、１は制御されるべきシステムであり、２はコントローラであり、３は制御されるべきシステムをモデル化したもの（以下「システムモデル」という）であり、４システムモデル３の逆モデル（以下「システム逆モデル」という）である。
【００１０】
図１に示したシステム制御構成によれば、まず、システム１から出力させるべき出力値（以下「目標出力」という）Ｙｔがシステム逆モデル４に入力され、このシステム逆モデル４から、システム１から目標出力を出力させるためにシステム１に入力すべき入力値（以下「目標入力」という）Ｕｔが出力される。
【００１１】
そして、目標入力Ｕｔは、コントローラ２から出力される補正値ΔＵによって補正された後にシステム１に入力されると共に、システムモデル３にも入力される。そして、システム１から実際に出力される出力値（これは、制御されるべきシステム１からの実際の出力を検出した値である）とシステムモデル３から出力される出力値（これは、システムモデル３により算出される値である）との間の差（誤差）がコントローラ２に入力され、この差（誤差）に基づいて、コントローラ２は、上述した目標入力Ｕｔを補正するための補正値ΔＵを出力する。
【００１２】
このシステム制御構成によれば、システム逆モデル４が正確なものであれば、システム１からの出力は目標出力に正確に制御される。したがって、このシステム制御構成を内燃機関の制御（例えば、アイドリング時における機関回転数を目標回転数に制御する制御）に適用しようとした場合、内燃機関のシステム逆モデルを正確に得る必要がある。ところが、内燃機関のシステムモデルは複雑であることから、内燃機関のシステム逆モデルを正確に得ることは困難であるし、たとえ、内燃機関のシステム逆モデルを得たとしても、それは正確なものではない可能性もある。このため、上述したシステム制御構成を内燃機関の制御に適用しようとしても、内燃機関の出力が正確に目標値に制御されることは期待できないと言える。
【００１３】
そこで、本実施形態では、図２に示したような構成をシステム逆モデルとして採用する。すなわち、図２においても、図１と同様に、１は制御されるべきシステムであり、２はコントローラであり、３はシステムモデルであり、４はシステム逆モデルであり、これらシステム１と、コントローラ２と、システムモデル３と、システム逆モデル４と、の間の関係は、図１に示したシステム制御構成のものと同じである。
【００１４】
ところが、本実施形態では、システム逆モデル４は、システム逆モデル用コントローラ５と、システムモデル６（これは、システムモデル３と同じものである）と、から構成されている。詳細には、本実施形態によれば、システム逆モデル４に入力された目標出力Ｙｔは、まず、システムモデル６からの出力値分だけ減算された後に、システム逆モデル用コントローラ５に入力される。そして、コントローラ５から出力される目標入力Ｕｔは、図１に示したシステム制御構成と同様に、システム１とシステムモデル３に入力される。後の処理は、図１に示したシステム制御構成のものと同じである。
【００１５】
さらに、システム逆モデル用コントローラ５から出力される目標入力Ｕｔは、システムモデル６にも入力され、このシステムモデル６からの出力が、システム逆モデルに入力される目標出力Ｙｔから減算せしめられるべき値として用いられるのである。
【００１６】
本実施形態のシステム制御構成では、従来のようにシステムモデルを変形してシステム逆モデルを求めるのではなく、システムモデル自体を利用してシステム逆モデルを構築しているので、システム逆モデルの構築が非常に簡便であるという利点がある。
【００１７】
また、図２に示したシステム制御構成の説明の最後として、このシステム制御構成のシステム逆モデルが、いわゆる従来の意味でのシステム逆モデルになっていることを説明する。
【００１８】
システムモデル６の伝達関数をＰ（ｓ）とし、システム逆モデル用コントローラ５の伝達関数をＣ（ｓ）とすると、図２に示したシステム逆モデル４は、図３の式（１）で表すことができる。ここで、分母と分子をＣで割ると、図３の式（１）は、図３の式（２）になる。さらに、Ｃを限りなく大きくすると、１／Ｃの項は略零となるので、図３の式（２）は、図３の式（３）になる。この図３の式（３）によれば、図２に示したシステム制御構成のシステム逆モデル４が、まさに、システムモデル３の伝達関数の逆関数（すなわち、１／Ｐ）を示していることが判る。（こうした考え方については特願２００３−１９１４３９の図２５に関する説明も参照されたい。）
【００１９】
次に、図２に示したシステム制御構成を利用した制御装置の例として、アイドリング時における機関回転数を目標回転数に制御する制御装置について説明する。本実施形態の制御装置の構成は、図４〜図６に示されている。
【００２０】
まず、図４において、４１は、アイドリング時において、目標回転数ＮＥｔに基づいて、機関回転数をこの目標回転数ＮＥｔとする吸気量（すなわち、目標吸気量）ＧＡｔを算出（出力）するための内燃機関のシステム逆モデル（このモデルが目標吸気量を出力するための内燃機関のシステム逆モデルであるという意味で、以下これを「吸気量エンジン逆モデル」という）である。一方、４２は、アイドリング時において、目標回転数ＮＥｔに基づいて、機関回転数をこの目標回転数ＮＥｔとする点火時期（すなわち、目標点火時期）ＳＴｔを算出（出力）するための内燃機関のシステム逆モデル（このモデルが目標点火時期を出力するための内燃機関のシステム逆モデルであるという意味で、以下これを「点火時期エンジン逆モデル」という）である。
【００２１】
吸気量エンジン逆モデル４１において、符号６１を付された内燃機関のシステムモデル（これは、吸気量と機関回転数との関係をモデル化したものであり、以下これを「吸気量エンジンモデル」という）が、図２のシステムモデル６に相当する。また、吸気量エンジン逆モデル４１のコントローラ５１が、図２のシステム逆モデル４のコントローラ５に相当する。一方、点火時期エンジン逆モデル４２において、符号６２を付された内燃機関のシステムモデル（これは、点火時期と機関回転数との関係をモデル化したものであり、以下これを「点火時期エンジンモデル」という）が、図２のシステムモデル６に相当する。また、点火時期エンジン逆モデル４１のコントローラ５２が、図２のシステム逆モデル４のコントローラ５に相当する。
【００２２】
図４に示したシステム制御構成では、目標回転数ＮＥｔが、各エンジン逆モデル４１，４２に入力される。吸気量エンジン逆モデル４１では、図２のシステム逆モデル４と同じ原理で、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする吸気量（目標吸気量）ＧＡｔが出力される。一方、点火時期エンジン逆モデル４２でも、図２のシステム逆モデル４と同じ原理で、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする点火時期（目標点火時期）ＳＴｔが出力される。
【００２３】
斯くして出力された目標吸気量ＧＡｔおよび目標点火時期ＳＴｔは、図５に示したシステム制御構成に入力される。すなわち、図５において、３３ａ〜３３ｃは、内燃機関のシステムモデル（これは、点火時期および吸気量とトルクとの関係をモデル化したものであり、以下これを「吸気量・点火時期エンジンモデル」ともいう）である。
【００２４】
目標点火時期ＳＴｔは、吸気量・点火時期エンジンモデル３３ａに入力される。また、このエンジンモデル３３ａには、現在の実際の吸気量ＧＡも入力される。これにより、このエンジンモデル３３ａからは、現在の吸気量を維持したままで、現在の点火時期を目標点火時期ＳＴｔに変えたときに内燃機関から出力されるトルクＴｅ１が出力される。
【００２５】
また、目標吸気量ＧＡｔは、吸気量・点火時期エンジンモデル３３ｃに入力される。また、このエンジンモデル３３ｃには、現在の実際の点火時期ＳＴも入力される。これにより、このエンジンモデル３３ｃからは、現在の点火時期を維持したままで、現在の吸気量を目標吸気量ＧＡｔに変えたときに内燃機関から出力されるトルクＴｅ２が出力される。
【００２６】
さらに、吸気量・点火時期エンジンモデル３３ｂには、現在の実際の吸気量ＧＡと現在の実際の点火時期ＳＴｔとが入力される。これにより、このエンジンモデル３３ｂからは、現在の吸気量および点火時期を維持したままで、内燃機関から出力されるトルクＴｅが出力される。
【００２７】
次いで、吸気量・点火時期エンジンモデル３３ａからの出力Ｔｅ１は、符号７１に示されているように、吸気量・点火時期エンジンモデル３３ｂからの出力Ｔｅだけ減算される。そして、この減算されて得られた値（これは、現在の点火時期を目標点火時期に変えたときのトルク変動量に相当する）ΔＴｅ１の絶対値|ｕ|が、符号８１で示されているように算出され、この絶対値|ｕ|が比較器９０に入力される。
【００２８】
一方、吸気量・点火時期エンジンモデル３３ｃからの出力Ｔｅ２は、符号７１で示されているように、吸気量・点火時期エンジンモデル３３ｂからの出力Ｔｅだけ減算される。そして、この減算されて得られた値（これは、現在の吸気量を目標吸気量に変えたときのトルク変動量に相当する）ΔＴｅ２の絶対値|ｕ|が、符号８２で示されているように算出され、この絶対値|ｕ|が比較器９０に入力される。
【００２９】
そして、最後に、比較器９０において、トルク変動量ΔＴｅ１の絶対値とトルク変動量ΔＴｅ２の絶対値とのどちらが小さいかを判定し、トルク変動量ΔＴｅ１の絶対値ほうが小さい場合には、機関回転数を目標回転数に制御するために変更すべき制御パラメータを点火時期とする。すなわち、この場合には、吸気量を現在の吸気量に維持したままで、点火時期を目標点火時期とすることによって、機関回転数が目標回転数に制御される。具体的には、図６（Ａ）に示したシステム制御構成によって、機関回転数が目標回転数に制御されることになる。
【００３０】
図６（Ａ）において、コントローラ２１が図２のコントローラ２に相当し、内燃機関１１が図２のシステム１に相当し、エンジンモデル３１が、図２のシステムモデル３に相当する。なお、内燃機関１１の機関回転数ＮＥが目標回転数に制御される原理は、図２に示したシステム制御構成と同じである。また、エンジンモデル３１は、吸気量エンジンモデル６１と同じものである。
【００３１】
一方、トルク変動量ΔＴｅ２の絶対値のほうが小さい場合には、機関回転数を目標回転数に制御するために変更すべき制御パラメータを吸気量とする。すなわち、この場合には、点火時期を現在の点火時期に維持したままで、吸気量を目標吸気量とすることによって、機関回転数が目標回転数に制御される。具体的には、図６（Ｂ）に示したシステム制御構成によって、機関回転数が目標機関回転数に制御されることになる。
【００３２】
図６（Ｂ）において、コントローラ２２が図２のコントローラ２に相当し、内燃機関１１が、図２のシステム１に相当し、エンジンモデル３２が、図２のシステムモデル３に相当する。なお、内燃機関１１の機関回転数ＮＥが目標回転数に制御される原理は、図２に示したシステム制御構成と同じである。また、エンジンモデル３２は、点火時期エンジンモデル６２と同じものである。
【００３３】
このようにして、本実施形態によれば、アイドリング時において、できるだけトルク変動を小さく抑えつつ機関回転数を目標回転数に制御することができる。
【００３４】
また、本実施形態のシステム制御構成の考え方は、一般的に、内燃機関の或る特定の出力を目標値とするために或る特定の複数の制御パラメータのいずれか１つを制御する場合にも適用可能である。この場合、上記特定の出力とは異なる内燃機関の出力の変動が小さくなるように上記或る特定の複数の制御パラメータのいずれを制御するかを決定することになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】モデルを用いた一般的なシステム制御構成を示す図である。
【図２】本実施形態のシステム制御構成を示す図である。
【図３】図２に示したシステム制御構成のシステム逆モデルについて説明するための式を示した図である。
【図４】本実施形態の制御装置の一部を示す図である。
【図５】本実施形態の制御装置の一部を示す図である。
【図６】本実施形態の制御装置の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    システム
２，５，２１，２２，５１，５２    コントローラ
３，６    システムモデル
４    システム逆モデル
１１    内燃機関
３１，６１    吸気量エンジンモデル
３２，６１    点火時期エンジンモデル
３３ａ〜３３ｃ    吸気量・点火時期エンジンモデル
４１    吸気量エンジン逆モデル
４２    点火時期エンジン逆モデル
９０    比較器
【図１】
2006022706.tif 000003
【図２】
2006022706.tif 000004
【図３】
2006022706.tif 000005
【図４】
2006022706.tif 000006
【図５】
2006022706.tif 000007
【図６】
2006022706.tif 000008