(57)【要約】【課題】トルクダウン制御実施時に、ドライバが意図するトルク以上のトルクが発生するのを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】この内燃機関の制御装置は、点火時期を遅角制御することにより内燃機関の出力トルクを低下させるトルクダウン制御実施時に、目標トルクを所定量嵩上げする除算器１０と、除算器１０により得られた目標トルクの嵩上げ量の上限を、内燃機関の失火しない遅角側の限界点火時期である失火限界点火時期に基づいて設定する嵩上げ上限トルクガード部３０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に出力させるトルクの目標値である目標トルクを取得し、前記目標トルクに基づいてスロットル開度及び点火時期を制御することにより前記内燃機関の出力トルクを制御する内燃機関の制御装置において、
点火時期を遅角制御することにより前記内燃機関の出力トルクを低下させるトルクダウン制御実施時に、前記目標トルクを所定量嵩上げする目標トルク嵩上げ部と、
前記目標トルク嵩上げ部により得られた前記目標トルクの嵩上げ量の上限を、前記内燃機関の失火しない遅角側の限界点火時期である失火限界点火時期に基づいて設定する嵩上げ上限トルクガード部とを備え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に関し、特に、スロットルの開度及び点火時期を制御することによって内燃機関の出力トルクを制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スロットルの開度及び点火時期を制御することによって内燃機関の出力トルクを制御する制御装置（点火時期制御装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に開示された内燃機関の制御装置では、発生トルクを目標トルクまで低下させるトルクダウン要求が発生した際に、点火時期をＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ｓｐａｒｋ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）より遅角させることによりトルクダウンが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された内燃機関の制御装置において、点火時期を遅角制御することにより内燃機関の出力トルクを低下させるトルクダウン制御実施時には、点火時期の遅角によるトルクダウン分を補うために目標トルクを予め嵩上げすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、一般的な点火時期制御においては、内燃機関の失火しない遅角側の限界点火時期である失火限界点火時期で下限ガードされることによって、点火時期が遅角しきれなくなる。その結果、トルクダウン制御実施時に、実トルクが過剰となる恐れがあるため、ドライバが意図するトルク以上のトルクが発生するという問題点がある。
【０００７】
上記の点について、図４を参照して詳細に説明する。図４（ａ）は目標トルク（嵩上げ後目標トルク）及び実トルクの変化を示しており、図４（ｂ）はノック発生による遅角量を示しており、図４（ｃ）は失火限界で下限ガードがかかる様子を示している。
【０００８】
図４（ａ）に示すように目標トルク（一定）が取得され、図４（ｂ）に示すようにノックが発生して時点ｔ１において点火時期が遅角制御されると（遅角量Ａ）、遅角によるトルクダウン分（効率）は、図４（ａ）に示すように目標トルクが嵩上げされることにより補われる（嵩上げ後目標トルク）。しかしながら、図４（ｃ）に示すように、時点ｔ２において、点火は失火限界点火時期で下限ガードされるため、遅角しきれず（遅角量Ｂ）、狙い通りのトルクダウンが行えない。すなわち、失火限界点火時期よりも遅角大となるトルクダウンの場合には、失火限界点火時期において下限ガードがかかることとなる。このため、図４（ａ）に示すように、内燃機関が出力する実トルク（発生トルク）が過剰となる恐れがある（トルクＣ）。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、トルクダウン制御実施時に、ドライバが意図するトルク以上のトルクが発生するのを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するための手段として、本発明による内燃機関の制御装置は、以下のように構成されている。
【００１１】
すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関に出力させるトルクの目標値である目標トルクを取得し、前記目標トルクに基づいてスロットル開度及び点火時期を制御することにより前記内燃機関の出力トルクを制御する構成を前提としている。
【００１２】
また、本発明による内燃機関の制御装置は、点火時期を遅角制御することにより前記内燃機関の出力トルクを低下させるトルクダウン制御実施時に、前記目標トルクを所定量嵩上げする目標トルク嵩上げ部と、前記目標トルク嵩上げ部により得られた前記目標トルクの嵩上げ量の上限を、前記内燃機関の失火しない遅角側の限界点火時期である失火限界点火時期に基づいて設定する嵩上げ上限トルクガード部とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
かかる構成を備える内燃機関の制御装置によれば、嵩上げ上限トルクガード部により失火限界点火時期において許容できるトルクの大きさを算出することができる。これにより、ノック等により点火遅角するトルクダウン分を補うために目標トルクを予め嵩上げする際に、失火限界点火時期を超えないように（遅角大とならないように）、目標トルクの嵩上げ量の制限を行うことができる。その結果、点火遅角により失火させることなく、かつ、過度の空気量の嵩上げを防止することができる。これにより、ドライバが意図するトルク以上のトルクが発生するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように、本発明による内燃機関の制御装置によれば、トルクダウン制御実施時に、ドライバが意図するトルク以上のトルクが発生するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による嵩上げ上限トルクガード部の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による目標トルクの嵩上げ量の制限について説明するための図である。
【図４】従来の内燃機関の制御装置が有する問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本実施形態において制御対象とされる内燃機関は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。制御装置は、内燃機関に備えられるアクチュエータを操作することにより内燃機関の運転を制御する。制御装置が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、及び、ＥＧＲ装置等が含まれる。なお、本実施形態において制御装置が操作するのは主にスロットル及び点火装置である。
【００１８】
本実施形態による制御装置は、これら２つのアクチュエータを操作して内燃機関が出力するトルクを制御する。制御装置によるスロットルの操作量は、スロットル開度（以下、ＴＡと表記する場合もある）である。点火装置の操作量は、点火時期（以下、ＳＡと表記する場合もある）である。制御装置は、内燃機関に対して各操作量の指令値、すなわち、指令開度（ＴＡ）と指令点火時期（ＳＡ）とを出力する。
【００１９】
制御装置は、図１に示すように、目標トルクとノック等によるトルクダウン（効率）とを取得する。車両の制御系統において、制御装置の上位にはパワートレインマネージャ（図示省略）が配置されており、目標トルク及びトルクダウン（効率）はそのパワートレインマネージャから制御装置に入力されるようになっている。
【００２０】
入力される目標トルクには、アクセルペダルの開度から計算されるドライバ目標トルクの他、車両制御上の必要性からＶＳＣやＴＲＣといった各種制御デバイスからの目標トルクも含まれている。
【００２１】
トルクダウン（効率）は内燃機関が出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合であり、その要求値である。効率の最大値は１であり、そのときには内燃機関が出力しうる潜在トルクがそのまま実際に出力されることになる。効率が１よりも小さい場合には、実際に出力されるトルクは内燃機関が出力しうる潜在トルクよりも小さく、その余裕分は主に熱となって内燃機関から出力されることになる。
【００２２】
制御装置は、取得した目標トルクとトルクダウン（効率）を除算器１０に入力し、目標トルクをトルクダウン（効率）によって除算する。なお、除算器１０は、本発明の「目標トルク嵩上げ部」の一例である。制御装置によれば、１よりも小さい値のトルクダウン（効率）が除算器１０に入力されると、除算器１０から出力される目標トルクが所定量嵩上げされる（嵩上げ後目標トルク：ｔｒｑ１）。
【００２３】
制御装置は、除算器１０において得られたトルク（ｔｒｑ１）を上限ガード部２０に通す。上限ガード部２０は、除算器１０において得られたトルク（ｔｒｑ１）を上限ガード値によって制限し、制限後目標トルク（ｔｒｑ２）として出力する。上限ガード値は失火が生じる限界の値（失火限界点火時期のトルク）に対応していて、その値は後述する嵩上げ上限トルクガード部３０により算出される。
【００２４】
制御装置は、上記の処理と並行して、実際のエンジン回転数（ＮＥ）を目標トルクとともに嵩上げ上限トルクガード部３０に入力し、エンジン回転数（ＮＥ）、目標トルク及びエンジン負荷率（ＫＬ）等に基づいて失火限界点火時期を超えない目標トルクの制限値（上限ガード値）を算出する。失火限界点火時期とは、内燃機関の失火しない遅角側の限界点火時期である。また、嵩上げ上限トルクガード部３０は、換言すると、失火限界点火時期を超えない目標トルクの制限値を目標トルクとエンジン回転数（ＮＥ）との２次元マップで表現したものである。なお、嵩上げ上限トルクガード部３０の詳細な処理内容は後述する。また、制御装置は、嵩上げ上限トルクガード部３０において得られたトルク（ｔｒｑ３）を上限ガード部２０に入力する。
【００２５】
制御装置は、上限ガード部２０の上限ガード値（嵩上げ上限トルクガード部３０により得られたトルク）によって制限された制限後目標トルク（ｔｒｑ２）をエンジン負荷率（ＫＬ）計算部４０に入力する。エンジン負荷率（ＫＬ）計算部４０では、予め用意されている変換マップ等を用いて制限後目標トルク（ｔｒｑ２）がエンジン負荷率（ＫＬ）に変換される。
【００２６】
さらに、制御装置は、エンジン負荷率計算部４０によって算出されたエンジン負荷率（ＫＬ）をスロットル開度計算部５０に入力する。スロットル開度計算部５０では、予め用意されている変換マップ等を用いてエンジン負荷率（ＫＬ）がスロットルへの指示開度（ＴＡ）に変換される。
【００２７】
また、図示していないが、制御装置は、上記の処理と並行して、目標トルク及び実際のスロットル開度等に基づいて目標トルクの実現に必要な指令点火時期（ＳＡ）を決定して出力する。
【００２８】
次に、図２を参照して、嵩上げ上限トルクガード部３０における処理内容について説明する。
【００２９】
まず、ステップＳＴ１においてエンジン負荷率（ＫＬ）が０に設定され、その後ステップＳＴ２においてエンジン負荷率（ＫＬ）が所定値カウントアップされる。
【００３０】
ステップＳＴ３において、失火限界点火時期（失火限界点火時期情報）が算出される。失火限界点火時期は、エンジン負荷率（ＫＬ）及びエンジン回転数（ＮＥ）が対応付けられたマップ等を用いて算出される。
【００３１】
ステップＳＴ４において、ＭＢＴ点火時期（ＭＢＴ点火時期情報）が算出される。ＭＢＴ点火時期は、エンジン負荷率（ＫＬ）及びエンジン回転数（ＮＥ）が対応付けられたマップ等を用いて算出される。なお、ステップＳＴ４におけるＭＢＴ点火時期（ＭＢＴ点火時期情報）の算出処理は、ステップＳＴ３における失火限界点火時期（失火限界点火時期情報）の算出処理と順番を入れ替えることも可能である。また、実際の点火時期制御においては、ステップＳＴ３及びステップＳＴ４の処理を略同時に行うことも可能である。
【００３２】
ステップＳＴ５において、ＭＢＴからの遅角量が算出される。ＭＢＴからの遅角量は、ステップＳＴ３における失火限界点火時期の算出値からステップＳＴ４におけるＭＢＴ点火時期の算出値を減算することにより算出される。
【００３３】
ステップＳＴ６において、失火限界時の点火効率（点火効率情報）が算出される。失火限界時の点火効率は、ステップＳＴ５において算出されたＭＢＴからの遅角量に基づいて算出される。失火限界時の点火効率は、エンジン回転数（ＮＥ）に応じて点火効率と点火時期とが関連付けられたマップ等を用いて算出される。このマップは、エンジン負荷率（ＫＬ）毎に複数設けられており、点火時期を遅角させたときのトルクの低下量（トルクダウン（効率））を表している。
【００３４】
ステップＳＴ７において、ＭＢＴトルクが算出される。ＭＢＴトルクは、エンジン負荷率（ＫＬ）及びエンジン回転数（ＮＥ）が対応付けられたマップ等を用いて算出される。なお、ステップＳＴ７におけるＭＢＴトルク算出処理は、ステップＳＴ２からステップＳＴ８までの間であればいずれのタイミングで行ってもよい。
【００３５】
ステップＳＴ８において、失火限界時のトルクの算出が行われる。失火限界時のトルクの算出は、ステップＳＴ６における失火限界時の点火効率の算出値とステップＳＴ７におけるＭＢＴトルクの算出値との乗算により算出される。
【００３６】
ステップＳＴ９において、目標トルクと失火限界時のトルクとが一致しているか否かが判定される。すなわち、目標トルクが失火限界時のトルクよりも大きいか又は小さい場合には、目標トルクと失火限界時のトルクとが一致していないと判定され（否定判定：Ｎｏ）、ステップＳＴ２に戻り、エンジン負荷率（ＫＬ）が所定値カウントアップされ、上記ステップＳＴ３からステップＳＴ９までの処理が繰り返される。
【００３７】
ステップＳＴ９において、目標トルクと失火限界時のトルクとが一致しているか否かが判定され、目標トルクと失火限界時のトルクとが一致していると判定された場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ１０に処理が進められる。なお、目標トルクと失火限界時のトルクとが一致しているという判定は、互いのトルク値が完全一致する場合に限られず、一致すると判断されるような許容範囲を設けることが好ましい。
【００３８】
ステップＳＴ１０において、エンジン負荷率（ＫＬ）からトルク（目標トルクの制限値）が算出される。このトルクは、ステップＳＴ９において目標トルクと失火限界時のトルクとが一致していると判定された場合の算出に用いられたエンジン負荷率（ＫＬ）に基づいて予め用意されているマップ等に基づいて算出される。
【００３９】
ステップＳＴ１０において算出されたトルク（目標トルクの制限値）は、図１に示す上限ガード部２０に入力される。他方、上限ガード部２０に入力された嵩上げ後目標トルク（ｔｒｑ１）は、嵩上げ上限トルクガード部３０で算出されたトルク（目標トルクの制限値）により上限ガードされる。
【００４０】
次に、図３を参照して、嵩上げ後目標トルクの嵩上げ量の制限について説明する。図３（ａ）は目標トルク（嵩上げ後目標トルク（ｔｒｑ１）及び制限後目標トルク（ｔｒｑ２））及び実トルクの変化を示しており、図３（ｂ）はノック発生による遅角量を示しており、図３（ｃ）は失火限界で下限ガードがかかる様子を示している。
【００４１】
図３（ａ）に示すように目標トルク（一定）が取得され、図３（ｂ）に示すようにノックが発生して時点ｔ１１において点火時期が遅角制御されると（遅角量Ｄ）、遅角によるトルクダウン分（効率）は、図３（ａ）に示すように目標トルクが嵩上げされることにより補われる（嵩上げ後目標トルク：ｔｒｑ１）。このとき、図３（ｃ）に示すように、時点ｔ１２において、点火は失火限界点火時期で下限ガードされるため、遅角しきれず（遅角量Ｅ）、狙い通りのトルクダウンが行えない。すなわち、失火限界点火時期よりも遅角大となるトルクダウンの場合には、失火限界点火時期において下限ガードがかかることとなる。
【００４２】
ここで、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、時点ｔ１２において、嵩上げ後目標トルク（ｔｒｑ１）の嵩上げ量は上限ガード部２０（図１参照）において制限される。すなわち、上限ガード部２０では、嵩上げ上限トルクガード部３０により算出された制限値（上限ガード値）により目標トルクの嵩上げ量が制限され、制限後目標トルク（ｔｒｑ２）が出力される。これにより、内燃機関が出力する実トルク（発生トルク）が過剰となるのを抑制することが可能となるので、ドライバが意図するトルク以上のトルクが発生するのを抑制することが可能である。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態による内燃機関の制御装置によれば、以下に列記するような効果が得られる。
【００４４】
本実施形態では、上記のように、嵩上げ上限トルクガード部３０により失火限界点火時期において許容できるトルクの大きさを算出することができる。これにより、ノック等により点火遅角するトルクダウン分を補うために目標トルクを予め嵩上げする際に、失火限界点火時期を超えないように（遅角大とならないように）、目標トルクの嵩上げ量の制限を行うことができる。その結果、点火遅角により失火させることなく、かつ、過度の空気量の嵩上げを防止することができる。これにより、ドライバが意図するトルク以上のトルクが発生するのを抑制することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、目標トルクとエンジン回転数（ＮＥ）とから一義的に目標トルクの制限値を決められるため、制御構造上ループバック（前回値情報を参照する構成）を廃止することができ（採用せずに）、目標トルクのハンチングの可能性を排除することができる。また、本実施形態のように、オフボードで算出することにより、ＥＣＵのＲＯＭ容量や演算処理の負担を低減することができる。なお、上記嵩上げ上限トルクガード部３０における処理内の（１）失火限界点火時期情報、（２）ＭＢＴ点火時期情報、（３）点火効率情報（点火遅角量→トルク効率に変換）、及び、（４）ＭＢＴトルク（トルク−エンジン負荷率（ＫＬ）情報）は、多次元情報であるため、オンボードでリアルタイムに計算すると処理負荷が大きくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、内燃機関の制御装置に利用することができ、より詳細には、スロットルの開度及び点火時期を制御することによって内燃機関の出力トルクを制御する内燃機関の制御装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  除算器（目標トルク嵩上げ部）
２０  上限ガード部
３０  嵩上げ上限トルクガード部
４０  エンジン負荷率（ＫＬ）計算部
５０  スロットル開度計算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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