(57)【要約】【課題】点火タイミングの進角量または遅角量が限度に達しそれ以上点火タイミングを進角または遅角させることが許されない状況下で、スロットルバルブの開度操作によりエンジン回転数をフィードバック制御する場合の制御の安定性を担保する。【解決手段】実測エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差を縮小するように点火タイミング及びスロットルバルブの開度を操作するフィードバック制御を行うものであって、前記フィードバック制御において、点火タイミングの進角量または遅角量が限度に達しそれ以上点火タイミングを進角または遅角させることができなくなった場合に、そうでない場合と比較して、スロットルバルブの開度の操作量に関する制御ゲインを小さくする内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実測エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差を縮小するように点火タイミング及びスロットルバルブの開度を操作するフィードバック制御を行うものであって、
前記フィードバック制御において、点火タイミングの進角量または遅角量が限度に達しそれ以上点火タイミングを進角または遅角させることができなくなった場合に、そうでない場合と比較して、スロットルバルブの開度の操作量に関する制御ゲインを小さく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、車両等に搭載される火花点火式内燃機関の運転制御を司る制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のアイドル運転時には、エンジン回転数を所望の目標アイドル回転数に収束させるべく、混合気への点火タイミング及びスロットルバルブの開度をそれぞれ操作するフィードバック制御を実施する（例えば、下記特許文献を参照）。実測エンジン回転数から目標アイドル回転数を減算した偏差が正のときには、点火タイミングを遅角させ、かつスロットルバルブの開度を縮小して気筒に充填される吸気量（及び、燃料噴射量）を減量することで、エンジントルクを減殺する。偏差が負であるときには、点火タイミングを進角させ、かつスロットルバルブの開度を拡大して吸気量を増量することで、エンジントルクを増強する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−００８５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
点火タイミングは、無制限に進角または遅角させることが許容されるわけではない。点火タイミングをＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）以上に進角させると、内燃機関の熱機械変換効率が却って悪化してしまう。また、点火タイミングを過剰に進角させると、気筒においてノッキングを誘発するリスクが増大する。逆に、点火タイミングを過剰に遅角させると、混合気の燃焼の不安定化を招きかねない。そこで、点火タイミングの進角量または遅角量の限度となるガード値を設定し、当該ガード値を超えて点火タイミングを進角または遅角させないようにすることが通常である。
【０００５】
エンジン回転数のフィードバック制御中に、エンジン回転数の偏差が残存しているにもかかわらず点火タイミングがガード値に到達し、それ以上点火タイミングを進角または遅角させることができなくなると、以後はスロットルバルブの開度操作のみでエンジン回転数を調節することになる。だが、スロットルバルブの開度の変化と、気筒に充填される吸気量の変動との間にはタイムラグが存在する。そして、その応答遅れに起因して、図３に示すように、スロットルバルブの開度が拡大縮小を繰り返し、エンジン回転数もまた波打つように増減し続けるハンチングを起こすことがあった。
【０００６】
本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、エンジン回転数のフィードバック制御の安定性を担保することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、実測エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差を縮小するように点火タイミング及びスロットルバルブの開度を操作するフィードバック制御を行うものであって、前記フィードバック制御において、点火タイミングの進角量または遅角量が限度に達しそれ以上点火タイミングを進角または遅角させることができなくなった場合に、そうでない場合と比較して、スロットルバルブの開度の操作量に関する制御ゲインを小さくする内燃機関の制御装置を構成した。
【０００８】
ここで、「制御ゲインを小さくする」とは、実測エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差または偏差の積分値若しくは微分値にゲインを乗じたものに基づいてスロットルバルブの開度の操作量を決定するものにおいては、そのゲインの絶対値を小さくすることを意味する。あるいは、実測エンジン回転数から目標エンジン回転数を減算した偏差が正値であるときにスロットルバルブの開度を徐々に縮小し、負値であるときにスロットルバルブの開度を徐々に拡大するものにおいては、そのスロットルバルブの開度の単位時間あたりの拡大量または縮小量の絶対値を小さくすることを意味する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、点火タイミングの進角量または遅角量が限度に達しそれ以上点火タイミングを進角または遅角させることが許されない状況下で、スロットルバルブの開度操作によりエンジン回転数をフィードバック制御する場合の制御の安定性を担保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置が実行する制御の内容を示すタイミング図。
【図３】エンジン回転数のフィードバック制御中のスロットルバルブの開度及びエンジン回転数のハンチングの模様を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子を有するイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４を流れる排気の一部を吸気通路３に還流させて吸気に混交する、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１５】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１６】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、車載のバッテリの端子電圧及び／または端子電流を検出するセンサから出力される電圧／電流信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、ブレーキペダルが踏まれていることまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等）から出力されるブレーキ信号ｇ、気筒１の燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。
【００１７】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、メモリに格納しているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数や吸気圧等を知得するとともに、気筒１に充填される吸気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００１９】
本実施形態のＥＣＵ０は、車両の運転者によるアクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下であるアイドル運転時に、エンジン回転数を所望の目標アイドル回転数に収束させるべく、実測エンジン回転数と目標アイドル回転数との偏差を縮小するように点火タイミング及びスロットルバルブ３２の開度をそれぞれ操作するフィードバック制御を実施する。
【００２０】
エンジン回転数のフィードバック制御においては、エンジン回転数の偏差または偏差の積分値若しくは微分値に、点火タイミングの操作量に関するゲインを乗じたものに基づいて、点火タイミングの進角量または遅角量を算定する。並びに、エンジン回転数の偏差または偏差の積分値若しくは微分値に、スロットルバルブ３２の操作量に関するゲインを乗じたものに基づいて、スロットルバルブ３２の開度の拡大量または縮小量を算定する。
【００２１】
あるいは、エンジン回転数の偏差が正値である（実測エンジン回転数が目標アイドル回転数を上回る）ときに、点火タイミングを単位時間あたり所定量ずつ遅角させるとともにスロットルバルブ３２の開度を単位時間あたり所定量ずつ縮小し、偏差が負値である（実測エンジン回転数が目標アイドル回転数を下回る）ときに、点火タイミングを単位時間あたり所定量ずつ進角させるとともにスロットルバルブ３２の開度を単位時間あたり所定量ずつ拡大するようにしてもよい。この手法では、偏差の大きさによらずに、点火タイミング及びスロットルバルブ３２の開度の操作量を決定する。
【００２２】
一方で、ＥＣＵ０は、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，サージタンク３３内吸気圧（または、スロットルバルブ３２の開度、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）］や冷却水温、吸気温等に応じて、点火タイミングの進角量または遅角量の限度となるガード値を設定する。ガード値は、気筒１における混合気の燃焼の不安定化、ノッキングの誘発、または点火タイミングがＭＢＴ以上に進角して熱機械変換効率が悪化することを回避するためのものである。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の運転領域、冷却水温、吸気温等とガード値との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の内燃機関の運転領域、冷却水温、吸気温等をキーとして当該マップを検索し、設定するべきガード値を知得する。
【００２３】
そして、ＥＣＵ０は、図２に示すように、エンジン回転数のフィードバック制御において、現在のエンジン回転数の偏差に応じて算定した点火タイミングの進角量または遅角量（図２中破線で表す）がガード値を超えてしまうときには、点火タイミングをガード値に操作する（図２中実線で表す）。
【００２４】
エンジン回転数の偏差が残存するにもかかわらず、点火タイミングがガード値にクリップされてそれ以上進角または遅角できないとき、エンジン回転数の偏差を、スロットルバルブ３２の開度操作のみによって縮小させる必要がある。しかしながら、スロットルバルブ３２の開度の拡大または縮小と、気筒１に充填される吸気量の増大または減少との間にはタイムラグが存在する。そして、その応答遅れに起因して、スロットルバルブ３２の開度が拡大縮小を繰り返し、エンジン回転数もまた波打つように増減し続けて目標アイドル回転数に収束しないハンチングを起こす（図２中鎖線で表す）おそれがあった。
【００２５】
そこで、本実施形態では、エンジン回転数のフィードバック制御中に、点火タイミングの進角量または遅角量がガード値にクリップされた場合、そうでない場合と比較して、スロットルバルブ３２の開度の操作量に関する制御ゲインを小さくする（図２中実線で表す）、換言すればスロットルバルブ３２の開度の拡大または縮小の速度を遅くして、スロットルバルブ３２の開度及びエンジン回転数のハンチングを抑制、エンジン回転数を目標アイドル回転数に収束せしめるようにしている。
【００２６】
エンジン回転数の偏差または偏差の積分値若しくは微分値にゲインを乗じたものに基づいてスロットルバルブ３２の開度の操作量を決定するのであれば、点火タイミングがガード値にクリップされた場合に、そのゲインの絶対値を小さくする。エンジン回転数の偏差が正値であるときにスロットルバルブ３２の開度を単位時間あたり所定量ずつ縮小し、偏差が負値であるときにスロットルバルブ３２の開度を単位時間あたり所定量ずつ拡大するのであれは、点火タイミングがガード値にクリップされた場合に、そのスロットルバルブ３２の開度の単位時間あたりの拡大量または縮小量の絶対値を小さくする。
【００２７】
点火タイミングがガード値にクリップされた場合の、スロットルバルブ３２の開度の操作量に関する制御ゲインは、エンジン回転数の偏差に応じた本来具現されるべき点火タイミング（図２中破線で表す）とガード値との差分の大きさ、及び／または、点火タイミングがガード値に張り付いている期間の長さにより可変とすることが好ましい。例えば、前者の差分の絶対値が大きくなるほど、及び／または、後者の期間が長くなるほど、ゲインの絶対値またはスロットルバルブ３２の開度の単位時間あたりの拡大量または縮小量の絶対値を小さくする。
【００２８】
本実施形態では、実測エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差を縮小するように点火タイミング及びスロットルバルブ３２の開度を操作するフィードバック制御を行うものであって、前記フィードバック制御において、点火タイミングの進角量または遅角量が限度に達しそれ以上点火タイミングを進角または遅角させることができなくなった場合に、そうでない場合と比較して、スロットルバルブ３２の開度の操作量に関する制御ゲインを小さくする内燃機関の制御装置０を構成した。
【００２９】
本実施形態によれば、点火タイミングをそれ以上進角または遅角させることが許されない状況下で、スロットルバルブ３２の開度操作によりエンジン回転数をフィードバック制御する場合の制御の安定性を担保することができる。即ち、スロットルバルブ３２の開度及びエンジン回転数のハンチングを抑制でき、ハンチングによる騒音や振動、車両のコックピットに設置しているタコメータの針の揺れといった搭乗者に違和感または不快感を与える現象を防止することができる。
【００３０】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、車両等に搭載される火花点火式内燃機関の制御に適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１２…点火プラグ
３２…スロットルバルブ
ｂ…クランク角信号
ｉ…点火信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…開度操作信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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