(57)【要約】【課題】スロットルハンチングを好適に抑制できるエンジンのスロットル制御装置を提供する。【解決手段】スロットル通過流量が目標空気量ＱＳＴ＊となるスロットル下流圧力を目標インマニ圧ＰＭ＊の値として算出する目標インマニ圧算出処理Ｐ２、スロットル上流圧力の現在の値（大気圧ＰＡ）に対する目標インマニ圧ＰＭ＊の比を目標圧力比ρの値として算出する目標圧力比算出処理Ｐ３、目標インマニ圧ＰＭ＊に対する実インマニ圧ＰＭの偏差ΔＰが大きいときには同偏差ΔＰが小さいときよりも上限値が大きい値となるように目標圧力比ρを補正した値を補正後目標圧力比ρ＊の値として算出する圧力比補正処理Ｐ４、及びスロットル前後圧力比が補正後目標圧力比ρ＊となった状態で目標空気量ＱＳＴ＊が得られるスロットル開度を目標開度ＴＡ＊の値として算出する目標開度算出処理Ｐ５を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルバルブの通過前の吸気の圧力をスロットル上流圧力とし、前記スロットルバルブの通過後の吸気の圧力をスロットル下流圧力とし、前記スロットルバルブを通過する吸気の流量をスロットル通過流量としたとき、前記スロットル通過流量の目標値である目標空気量に応じて設定した目標開度となるように前記スロットルバルブの開度を制御するエンジンのスロットル制御装置において、
前記スロットル通過流量が前記目標空気量となる前記スロットル下流圧力を目標インマニ圧の値として算出する目標インマニ圧算出処理と、
前記スロットル上流圧力の現在の値に対する前記目標インマニ圧の比を目標圧力比の値として算出する目標圧力比算出処理と、
１以下の正の値である上限値以下の値となるように前記目標圧力比の値を補正する圧力比補正処理と、
前記スロットル上流圧力に対する前記スロットル下流圧力の比が前記圧力比補正処理による補正後の前記目標圧力比となった状態で前記スロットル通過流量が前記目標空気量となる前記スロットルバルブの開度を、前記目標開度の値として算出する目標開度算出処理と、
を行い、且つ前記目標インマニ圧に対する前記スロットル下流圧力の現在の値の偏差が大きいときには、同偏差が小さいときよりも、前記上限値が大きい値となる
エンジンのスロットル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのスロットル制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンでは、スロットルバルブの開度（スロットル開度）の制御を通じて燃焼に供される空気の量を調整している。スロットルバルブを通過する空気の流量（スロットル通過流量）は、スロットルバルブの開口面積とスロットルバルブ通過前後の吸気の差圧（スロットル前後差圧）とにより決まる。スロットル前後差圧が小さいときには、同差圧が大きいときに比して、スロットル通過流量に対するスロットル開度の感度が高くなる。すなわち、スロットル通過流量の微小な変更に、スロットル開度の大幅な変更が必要となる。そのため、スロットル前後差圧が小さい領域では、スロットル開度の大幅な変更が頻繁に行われる、いわゆるスロットルハンチングが発生して、スロットルモータ等の負荷が増大する虞がある。
【０００３】
従来、特許文献１に記載のエンジンのスロットル制御装置では、アクセル開度から要求トルクを求め、要求トルクの実現に必要な吸入空気量が得られるようにスロットル開度の目標値である目標開度を算出してスロットル開度を制御している。そして、スロットル前後差圧が一定の値よりも小さいときには、目標開度の算出に用いる要求トルクに対して、値の変化速度を抑える緩変化処理を施すことで、スロットルハンチングの発生を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３００８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スロットル前後差圧が小さいときには、要求トルクの僅かな変化に対しても目標開度が大きく変化する。そのため、上記のような要求トルクの緩変化処理でスロットルハンチングを確実に抑制するには、スロットル前後差圧が小さいときの要求トルクの変化速度を極めて小さくする必要がある。しかしながら、そうした場合、スロットル前後差圧が小さい領域にある間は、要求トルクの変化が極めて緩慢となり、運転者のアクセルペダル操作に対するエンジントルクの応答が悪化してしまう。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、スロットルハンチングを好適に抑制できるエンジンのスロットル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】
【０００７】
ここで、スロットルバルブの通過前の吸気の圧力をスロットル上流圧力とし、スロットルバルブの通過後の吸気の圧力をスロットル下流圧力とし、スロットルバルブを通過する吸気の流量をスロットル通過流量とする。このとき、上記課題を解決するエンジンのスロットル制御装置は、スロットル通過流量の目標値である目標空気量に応じて設定した目標開度となるようにスロットルバルブの開度を制御する。スロットル通過流量は、スロットルバルブの開口面積と、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力の差と、により決まる。そのため、それらの関係から、スロットル通過流量を目標空気量とするために必要なスロットル開度を求めることができる。
【０００８】
そこで、上記スロットル制御装置では、スロットル通過流量が目標空気量となるスロットル下流圧力を目標インマニ圧の値として算出する目標インマニ圧算出処理と、スロットル上流圧力の現在の値に対する目標インマニ圧の比を目標圧力比の値として算出する目標圧力比算出処理と、１以下の正の値である上限値以下の値となるように目標圧力比の値を補正する圧力比補正処理と、スロットル上流圧力に対するスロットル下流圧力の比が圧力比補正処理による補正後の目標圧力比となった状態でスロットル通過流量が目標空気量となるスロットルバルブの開度を、目標開度の値として算出する目標開度算出処理と、を行っている。そして、これにより、スロットル上流圧力に対するスロットル下流圧力の比（スロットル前後圧力比）が補正後の目標圧力比となった状態でスロットル通過流量が目標空気量となるスロットルバルブの開度を、目標開度の値として求めている。
【０００９】
なお、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力の差が小さい領域、すなわちスロットル前後圧力比が１に近い領域では、スロットル通過流量に対するスロットル開度の感度が高くなる。そのため、そうした領域では、目標空気量やスロットル上流圧力、スロットル下流圧力の僅かな変化に対して目標開度の値が大きく変化して、スロットルハンチングが発生する虞がある。こうしたスロットルハンチングは、目標圧力比に上限値を設定し、スロットル前後圧力差が１に近い値とならない範囲でスロットル開度を制御することで、その回避が可能である。しかしながら、目標圧力比に対する上限ガードを常時行えば、スロットル開度の制御範囲が狭くなり、エンジントルクの増大時におけるスロットル通過流量の増量の応答が悪くなる。
【００１０】
これに対して、上記スロットル制御装置では、目標開度の算出に用いる目標圧力比に対して、１以下の正の値である上限値以下の値となるように補正を行っている。そして、こうした目標圧力比の補正を、目標インマニ圧に対するスロットル下流圧力の現在の値の偏差が大きいときには、同偏差が小さいときよりも上記上限値が大きい値となるように行っている。
【００１１】
そのため、スロットル前後圧力比が、スロットルハンチングが発生する領域に入らないようにスロットル開度の制御範囲を制限する一方で、スロットル前後圧力比が増加していく過渡時にはスロットル開度をその制限を超えて大きくすることが可能となる。したがって、上記エンジンのスロットル制御装置によれば、加速時等の運転者のアクセルペダル操作に対するスロットル通過流量の、ひいてはエンジントルクの応答の悪化を抑えつつ、スロットルハンチングを好適に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スロットル制御装置の一実施形態が適用されるエンジンの模式図。
【図２】同スロットル制御装置が実行する、目標開度の算出にかかる処理の流れを示すブロック図。
【図３】同スロットル制御装置が目標開度の算出に用いる圧力比補正マップにおける目標圧力比、補正後目標圧力比、及び偏差の関係を示すグラフ。
【図４】同スロットル制御装置が目標開度の算出に用いる補正係数演算マップにおける補正後目標圧力比と補正係数との関係を示すグラフ。
【図５】同スロットル制御装置が目標開度の算出に用いる開度変換マップにおける目標開度演算用のスロットル通過空気量と目標開度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、エンジンのスロットル制御装置の一実施形態を、図１〜図５を参照して詳細に説明する。本実施形態のスロットル制御装置は、車両に搭載された自然吸気式のエンジンに適用されている。
【００１４】
図１を示すように、本実施形態の適用対象となるエンジンには、燃焼室１０に流入する吸気が流れる吸気通路１１と、燃焼室１０から排出された排気が流れる排気通路１２と、が設けられている。吸気通路１１には、吸気中の塵等を濾過するエアクリーナ１３と、吸気通路１１を流れる吸気の流量（吸気流量ＧＡ）を検出するエアフローメータ１４と、が設けられている。また、吸気通路１１におけるエアフローメータ１４よりも下流側の部分には、スロットルバルブ１６が設置されている。スロットルバルブ１６は、回転可能に軸支された状態で吸気通路１１内に設置されている。そして、スロットルバルブ１６は、スロットルモータ１５により回転駆動されるようになっている。さらに、吸気通路１１におけるスロットルバルブ１６よりも下流側の部分には、吸気中に燃料を噴射するインジェクタ１７が設置されている。そして、燃焼室１０には、吸気通路１１を通じて流入した吸気とインジェクタ１７が噴射した燃料との混合気を着火する点火プラグ１８が設置されている。
【００１５】
こうしたエンジンにおいてスロットルバルブ１６は、吸気通路１１内での回転位置に応じて開口面積を変化させることで、同スロットルバルブ１６を通過する吸気の流量（スロットル通過流量）を調整する弁となっている。以下の説明におけるスロットル開度ＴＡは、開口面積が最小となる回転位置（全閉位置）からのスロットルバルブ１６の回転角を表している。
【００１６】
本実施形態のスロットル制御装置１９は、演算処理を実行する演算処理回路２０と、プログラムやデータが記憶されたメモリ２１と、スロットルモータ１５を駆動する駆動回路２２と、を備えている。スロットル制御装置１９には、上述のエアフローメータ１４による吸気流量ＧＡの検出信号に加え、運転者のアクセルペダルの踏込み量（アクセルペダル開度）、大気圧ＰＡ、スロットル開度ＴＡなどの検出信号が入力されている。また、スロットル制御装置１９には、エンジン出力軸であるクランクシャフトの回転に応じて出力されるパルス状のクランク信号ＣＲＮＫが入力されており、演算処理回路２０は、そのクランク信号ＣＲＮＫからエンジン回転数ＮＥを求めている。
【００１７】
こうしたスロットル制御装置１９において、演算処理回路２０は、アクセルペダル開度ＡＣＣ等に基づき、スロットル開度ＴＡの目標値である目標開度ＴＡ＊を算出する。そして、駆動回路２２は、スロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡ＊となるようにスロットルモータ１５を駆動している。
【００１８】
図２は、目標開度ＴＡ＊の算出に係る演算処理回路２０の処理の流れを示している。同図に示すように、目標開度ＴＡ＊の算出は、目標空気量算出処理Ｐ１、目標インマニ圧算出処理Ｐ２、目標圧力比算出処理Ｐ３、圧力比補正処理Ｐ４、及び目標開度算出処理Ｐ５を通じて行われる。なお、以下の説明では、スロットルバルブ１６の通過前の吸気の圧力をスロットル上流圧力と記載し、スロットルバルブ１６の通過後の吸気の圧力をスロットル下流圧力と記載する。
【００１９】
目標空気量算出処理Ｐ１では、アクセルペダル開度ＡＣＣに基づき、スロットルバルブ１６を通過する空気の流量（スロットル通過流量）の目標値である目標空気量ＱＳＴ＊が算出される。具体的には、まずトルク換算マップＭ１を用いて、アクセルペダル開度ＡＣＣから要求トルクＴＥ＊が求められる。要求トルクＴＥ＊の値は、アクセルペダル操作を通じて運転者がエンジンに要求するトルクの大きさを表しており、トルク換算マップＭ１にはアクセルペダル開度ＡＣＣと要求トルクＴＥ＊との対応関係が予め記憶されている。続いて、空気量換算マップＭ２を用いて、要求トルクＴＥ＊及びエンジン回転数ＮＥから目標空気量ＱＳＴ＊が求められる。目標空気量ＱＳＴ＊の値は、要求トルクＴＥ＊分のエンジントルクの発生に必要なスロットル通過流量を表している。
【００２０】
目標インマニ圧算出処理Ｐ２では、スロットル通過流量が目標空気量ＱＳＴ＊となるスロットル下流圧力が、目標インマニ圧ＰＭ＊の値として算出される。目標インマニ圧ＰＭ＊の算出は、スロットル通過流量とその確保に必要なスロットル下流圧力との対応関係を記憶した圧力変換マップＭ３を用いて行われる。
【００２１】
目標圧力比算出処理Ｐ３では、スロットル上流圧力の現在の値に対する目標インマニ圧ＰＭ＊の比が、目標圧力比ρの値として算出される。なお、目標圧力比ρは、０以上、且つ１以下の値となる。自然吸気式のエンジンでは、スロットル上流圧力は大気圧ＰＡとほぼ等しい圧力となる。そのため、本実施形態では、目標インマニ圧ＰＭ＊により大気圧ＰＡを除算した商を、目標圧力比ρの値として求めている。
【００２２】
圧力比補正処理Ｐ４では、目標圧力比ρに対して補正を施した値が補正後目標圧力比ρ＊の値として算出される。補正後目標圧力比ρ＊の値は、目標圧力比ρと、目標インマニ圧ＰＭ＊に対するシリンダ下流圧力の現在の値（実インマニ圧ＰＭ）の偏差ΔＰとに基づき、圧力比補正マップＭ４を用いて算出される。なお、実インマニ圧ＰＭは、エンジンの吸気挙動の物理モデルであるエアモデルを用いて、吸気流量ＧＡ、アクセルペダル開度ＡＣＣ、大気圧ＰＡ、スロットル開度ＴＡなどから推定して求められている。
【００２３】
図３に、目標圧力比ρ、補正後目標圧力比ρ＊、及び偏差ΔＰの関係を示す。目標圧力比ρが既定値α未満の場合、偏差ΔＰの大小に関係なく、補正後目標圧力比ρ＊の値は目標圧力比ρと同じ値となる。これに対して、目標圧力比ρが既定値α以上の場合の目標圧力比ρと補正後目標圧力比ρ＊との関係は、偏差ΔＰの値により変化する。
【００２４】
偏差ΔＰが既定値ＤＰ２を超えている場合、目標圧力比ρが既定値α以上の範囲においても、補正後目標圧力比ρ＊の値は目標圧力比ρと同じ値となる。目標圧力比ρの最大値は「１」であるため、このときの補正後目標圧力比ρ＊の上限値は「１」となる。
【００２５】
これに対して、偏差ΔＰが既定値ＤＰ１（＜ＤＰ２）を超え、且つ既定値ＤＰ２以下の場合の補正後目標圧力比ρ＊の値は、次のような値となる。すなわち、この場合の補正後目標圧力比ρ＊の値は、目標圧力比ρの値が「α」から「１」へと次第に増加していったときに、「α」から「ρ１」へと次第に増加していくように変化する値となる。なお、「ρ１」は、「α」よりも大きく、「１」未満の値である。このときの補正後目標圧力比ρ＊の上限値は「ρ１」となる。
【００２６】
さらに、偏差ΔＰが既定値ＤＰ１以下の場合の補正後目標圧力比ρ＊の値は、目標圧力比ρの値が「α」から「１」へと次第に増加していったときに、「α」から「ρ２」へと次第に増加していくように変化する値となる。なお、「ρ２」は、「α」よりも大きく、「ρ１」未満の値である。このときの補正後目標圧力比ρ＊の上限値は「ρ２」となる。ちなみに、「ρ２」の値としては、スロットルハンチングの発生を回避可能なスロットル前後圧力比の上限値が設定されている。
【００２７】
このように、圧力比補正処理Ｐ４では、１以下の正の値である上限値以下の値となるように目標圧力比ρの値を補正した値が、補正後目標圧力比ρ＊の値として算出される。また、このときの補正は、補正後目標圧力比ρ＊の上限値が、目標インマニ圧ＰＭ＊に対する実インマニ圧ＰＭの偏差ΔＰが大きいときには同偏差ΔＰが小さいときよりも大きい値となるように行われる。
【００２８】
こうした圧力比補正処理Ｐ４に続いて実施する目標開度算出処理Ｐ５では、スロットル前後圧力比が補正後目標圧力比ρ＊となった状態でスロットル通過流量が目標空気量ＱＳＴ＊となるスロットル開度ＴＡが、目標開度ＴＡ＊の値として算出される。目標開度算出処理Ｐ５における目標開度ＴＡ＊の算出は、下記の手順で行われる。
【００２９】
目標開度ＴＡ＊の算出に際してはまず、補正係数演算マップＭ５を用いて補正後目標圧力比ρ＊から補正係数Ｋの値が求められる。続いて、目標空気量ＱＳＴ＊を補正係数Ｋで除算した商が目標臨界流量ＱＬＭ＊の値として求められる。そして、開度換算マップＭ６を用いて、目標臨界流量ＱＬＭ＊から目標開度ＴＡ＊の値が求められる。
【００３０】
図４に、補正係数演算マップＭ５における補正後目標圧力比ρ＊と補正係数Ｋとの関係を示す。スロットル開度ＴＡが一定の場合のスロットル通過流量は、スロットル前後圧力比により決まる。具体的には、スロットル前後圧力比が「１」のときのスロットル通過流量は「０」となる。スロットル前後圧力比を「１」から次第に小さくしていくと、スロットルバルブ１６を通過する吸気の流速が音速に達する臨界圧力比βに達するまでは、スロットル通過流量は増大する。そして、スロットル前後圧力比が臨界圧力比β以下となると、スロットル通過流量は一定の流量（臨界流量）となる。この臨界流量は、スロットル開度ＴＡにより一義に定まる量となる。
【００３１】
補正係数演算マップＭ５は、こうしたスロットル前後圧力比とスロットル通過流量との関係に基づいて作成されている。ここで、スロットル前後圧力比が補正後目標圧力比ρ＊であるときのスロットル通過流量を目標流量とする。このときの補正係数Ｋの値は、臨界流量に対する目標流量の比を表している。すなわち、補正係数Ｋの値は、補正後目標圧力比ρ＊の値が「１」のときには「０」となり、補正後目標圧力比ρ＊の値が臨界圧力比β以下のときには「１」となる。そして、補正後目標圧力比ρ＊が「１」と臨界圧力比βとの間の値にあるときには、「１」から臨界圧力比βへの補正後目標圧力比ρ＊の減少に従って「０」から「１」へと次第に増加していくように変化する値となる。
【００３２】
図５に、開度換算マップＭ６における目標臨界流量ＱＬＭ＊と目標開度ＴＡ＊との関係を示す。開度換算マップＭ６における目標臨界流量ＱＬＭ＊と目標開度ＴＡ＊との関係は、臨界流量とスロットル開度ＴＡとの関係と同じとなっている。スロットル前後圧力比が補正後目標圧力比ρ＊となった状態においてスロットル通過流量が目標空気量ＱＳＴ＊となるスロットル開度ＴＡは、同状態において臨界流量が目標臨界流量ＱＬＭ＊（＝ＱＳＴ＊／Ｋ）となるスロットル開度ＴＡと等しくなる。よって、上記態様により、スロットル前後圧力比が補正後目標圧力比ρ＊となった状態でスロットル通過流量が目標空気量ＱＳＴ＊となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として求めることができる。
【００３３】
本実施形態の作用及び効果について説明する。
スロットル前後圧力比が「１」に近い領域では、スロットル通過流量に対するスロットル開度ＴＡの感度が高くなり、スロットルハンチングが発生し易くなる。これに対しては、スロットルハッチングの発生を回避可能な上限値である「ρ２」以下の範囲にスロットル前後圧力比が留まるように、目標開度ＴＡ＊の値を設定すれば、その発生を回避することは可能である。
【００３４】
一方、上記のように本実施形態では、スロットル前後圧力比が補正後目標圧力比ρ＊となった状態において、スロットル通過流量が目標空気量ＱＳＴ＊となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として求めている。この場合、補正後目標圧力比ρ＊が常に「ρ２」以下の値となっていれば、スロットル前後圧力比が確実に「ρ２」を超えないようにスロットル開度ＴＡを制御することができる。ただし、そうした場合には、スロットル開度ＴＡの制御範囲が制限されてしまい、加速時等のスロットル通過流量の増量に遅れが生じてしまう。
【００３５】
なお、スロットル開度ＴＡの変化に対して、実インマニ圧ＰＭやスロットル前後圧力比、スロットル通過流量は遅れて変化する。すなわち、補正後目標圧力比ρ＊を「ρ２」以上の値まで増加しても、実際のスロットル前後圧力比が「ρ２」以上の値となるまでには、ある程度の時間が掛かる。
【００３６】
本実施形態のエンジンのスロットル制御装置１９では、目標インマニ圧ＰＭ＊に対する実インマニ圧ＰＭの偏差ΔＰが大きい間は、上限値が「１」となるように補正後目標圧力比ρ＊の値が設定される。そして、偏差ΔＰが小さくなったときに、上限値が「ρ２」となるように補正後目標圧力比ρ＊の値が設定される。そのため、スロットル前後圧力比が、スロットルハンチングが発生する領域に入らないようにスロットル開度ＴＡの制御範囲を制限する一方で、スロットル前後圧力比が増加していく過渡時には一時的にスロットル開度ＴＡをその制限を超えて大きくすることが可能となる。したがって、本実施形態のエンジンのスロットル制御装置１９によれば、加速時等の運転者のアクセルペダル操作に対するスロットル通過流量の、ひいてはエンジントルクの応答の悪化を抑えつつも、スロットルハンチングの発生を抑えることができる。
【００３７】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・自然吸気式のエンジンに適用された上記実施形態のスロットル制御装置では、大気圧ＰＡをスロットル上流圧力として用いていた。吸気通路に設けられたコンプレッサにより過給を行う過給式のエンジンに適用する場合には、吸気通路におけるコンプレッサとスロットルバルブとの間の部分の吸気の圧力、すなわち過給圧の検出値又は推定値を、スロットル上流圧力の値として用いるようにするとよい。
【００３８】
・上記実施形態では、エアモデルを用いた推定値を実インマニ圧ＰＭの値として用いていたが、吸気通路１１におけるスロットルバルブ１６よりも下流側の部分に圧力センサを設置し、その圧力センサの検出値を実インマニ圧ＰＭの値として用いるようにしてもよい。
【００３９】
・上記実施形態では、偏差ΔＰに応じて、上限値が３段階に変化するように補正後目標圧力比ρ＊を算出していたが、偏差ΔＰに応じて上限値が２段階、或いは４段階以上に変化するようにしてもよい。また、偏差ΔＰの変化に対して上限値が連続的に変化するように、補正後目標圧力比ρ＊の算出を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…燃焼室、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３…エアクリーナ、１４…エアフローメータ、１５…スロットルモータ、１６…スロットルバルブ、１７…インジェクタ、１８…点火プラグ、１９…スロットル制御装置、２０…演算処理回路、２１…メモリ、２２…駆動回路、Ｐ１…目標空気量算出処理、Ｐ２…目標インマニ圧算出処理、Ｐ３…目標圧力比算出処理、Ｐ４…圧力比補正処理、Ｐ５…目標開度算出処理。
【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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