(57)【要約】【課題】加速時における内燃機関のトルクを従来よりも適切に制御し、加速により発生する加速ショックを抑制しつつ速やかにトルクを上昇させ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】内燃機関１のトルクに影響する吸入空気量を調整するスロットル弁１３を備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関１に加速が要求された場合、その加速中における単位時間当たりの内燃機関のトルクの変化量であるトルク勾配を加速前の内燃機関の運転状態に基づいて予測し、予測したトルク勾配に基づいて内燃機関の加速時におけるスロットル弁１３の動作を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のトルクに影響するパラメータを調整するパラメータ調整手段を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関に加速が要求された場合、その加速中における単位時間当たりの前記内燃機関のトルクの変化量であるトルク勾配を加速前の前記内燃機関の運転状態に基づいて予測するトルク勾配予測手段と、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配に基づいて前記内燃機関の加速時における前記パラメータ調整手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記パラメータが吸入空気量であるとともに前記パラメータ調整手段がスロットル弁であり、
前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が所定の許容値以下の場合、前記内燃機関の加速開始時に前記スロットル弁を加速開始時の開度よりも一時的に閉じ側に制御し、その後開き側に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記動作制御手段は、前記内燃機関の加速時に前記スロットル弁を一時的に閉じ側に制御する際、前記スロットル弁を前記内燃機関のアイドリング運転時に設定される開度であるアイドリング開度まで閉じることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記所定の許容値との差に基づいて最小開度を設定する最小開度設定手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記内燃機関の加速時に前記スロットル弁を一時的に閉じ側に制御する際、前記スロットル弁を前記最小開度まで閉じることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記パラメータが吸入空気量であるとともに前記パラメータ調整手段がスロットル弁であり、
前記内燃機関に加速が要求された場合に加速終了時の前記スロットル弁の開度である目標開度を設定する目標開度設定手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が所定の許容値より大きい場合、前記内燃機関の加速時にまず前記スロットル弁を加速開始時の開度より大きくかつ前記目標開度より小さい第１中間開度に一時的に保持し、その後開き側に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記トルク勾配予測手段は、前記スロットル弁が前記第１中間開度に保持されているときに前記スロットル弁を前記第１中間開度から前記目標開度に変化させた場合におけるトルク勾配を予測する中間トルク勾配予測手段を備え、
前記動作制御手段は、前記中間トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が前記許容値より大きい場合、前記スロットル弁を前記目標開度に変化させる前に前記スロットル弁を前記第１中間開度より大きくかつ前記目標開度より小さい第２中間開度に一時的に保持することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関は火花点火内燃機関であり、
前記パラメータが点火時期であるとともに前記パラメータ調整手段が点火手段であり、
前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が所定の許容値より大きい場合、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記許容値との差に応じて点火時期が遅角されるように前記点火手段の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記許容値との差が大きいほど点火時期がより遅角されるように前記点火手段の動作を制御することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関は車両に搭載されており、
前記車両の前後方向への加速度を検出する加速度検出手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記内燃機関の加速時に制御する前記パラメータ調整手段の制御量との関係を示したマップを記憶する記憶手段と、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配に基づいて前記内燃機関の加速時に前記パラメータ調整手段の動作を制御した場合、その加速時に前記加速度検出手段により検出された加速度に基づいて前記記憶手段に記憶されているマップを補正する補正手段と、を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関のトルクを取得するトルク取得手段をさらに備え、
前記トルク勾配予測手段は、前記内燃機関に加速が要求されたときの前記内燃機関のアクセルペダルの操作量と前記内燃機関に加速が要求されたときに前記トルク取得手段が取得したトルクとに基づいてトルク勾配を予測することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記内燃機関の吸気圧を取得する吸気圧取得手段をさらに備え、
前記トルク勾配予測手段は、前記内燃機関に加速が要求されたときの前記内燃機関のアクセルペダルの操作量に基づいて加速終了時の前記内燃機関の吸気圧を推定し、推定した吸気圧と前記内燃機関に加速が要求されたときに前記吸気圧取得手段により取得された吸気圧とに基づいてトルク勾配を予測することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記内燃機関は車両に搭載されており、
前記車両の前後方向への加速度を検出する加速度検出手段をさらに備え、
前記トルク勾配予測手段は、前記内燃機関に加速が要求されたときの前記内燃機関のアクセルペダルの操作量と前記内燃機関に加速が要求されたときに前記加速度検出手段により検出された加速度とに基づいてトルク勾配を予測することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の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、加速時のトルクを制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の加速状態が検知されるとまず点火時期の遅角を行い、その後内燃機関の回転数の変化量が正の値となったときにトルクが加速振動の位相と逆位相になるように点火時期を制御して加速ショックを抑制する内燃機関の点火時期制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３２１８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の加速時における単位時間当たりのトルクの変化量（以下、トルク勾配と称することがある。）は、加速時に発生するショック（以下、加速ショックと称することがある。）や加速性能に大きな影響を与える。特許文献１の装置では、加速時に発生するショックを抑制すべく加速中にトルクを加速振動の位相と逆位相とするが、加速時のトルク勾配を考慮してトルクを制御していないため、過度にトルクを低下させるおそれがある。この場合、加速時のトルクの上昇が遅くなり、トルクの立ち上がりが鈍くなるため、加速性能が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、加速時における内燃機関のトルクを従来よりも適切に制御し、加速により発生する加速ショックを抑制しつつ速やかにトルクを上昇させ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する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関のトルクに影響するパラメータを調整するパラメータ調整手段を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関に加速が要求された場合、その加速中における単位時間当たりの前記内燃機関のトルクの変化量であるトルク勾配を加速前の前記内燃機関の運転状態に基づいて予測するトルク勾配予測手段と、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配に基づいて前記内燃機関の加速時における前記パラメータ調整手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
加速時のトルク勾配が大きい場合、トルクを速やかに上昇させる、いわゆるトルクの立ち上がりを鋭くすることができるが、大きな加速ショックが発生し易い。一方、加速時のトルク勾配が小さい場合は加速ショックを抑えることができるが、トルクの上昇が遅くなり、トルクの立ち上がりが鈍くなる。このようにトルク勾配は、トルクの立ち上がり及び加速ショックにそれぞれ影響を与える。本発明の制御装置によれば、加速前にトルク勾配を予測し、この予測したトルク勾配に基づいてパラメータ調整手段の動作を制御するので、加速時のトルクを従来よりも適切に制御することができる。そのため、加速時のトルク勾配が加速ショックの発生を抑制可能であり、かつトルクの上昇が最も速いトルク勾配になるようにパラメータ調整手段の動作を制御することにより、加速時に加速ショックを抑制しつつ速やかにトルクを上昇させることができる。
【０００８】
本発明の制御装置の一形態においては、前記パラメータが吸入空気量であるとともに前記パラメータ調整手段がスロットル弁であり、前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が所定の許容値以下の場合、前記内燃機関の加速開始時に前記スロットル弁を加速開始時の開度よりも一時的に閉じ側に制御し、その後開き側に制御してもよい（請求項２）。スロットル弁を閉じ側に制御することによりスロットル弁より下流の吸気圧を低下させることができる。そのため、スロットル弁を開き側に制御する前にスロットル弁を一時的に閉じ側に制御することにより、スロットル弁を開き側に制御した際に気筒に吸入される吸気量を増加させ、加速時にトルクを速やかに上昇させることができる。この形態では、予測されたトルク勾配が所定の許容値より小さい、すなわちトルク勾配を大きくすることが可能な場合にスロットル弁を一時的に閉じる制御を行うので、トルクの立ち上がりを鋭くして加速性能を改善することができる。また、所定の許容値を適切に設定することにより、加速時に加速ショックを抑制しつつ速やかにトルクを上昇させることができる。
【０００９】
この形態において、前記動作制御手段は、前記内燃機関の加速時に前記スロットル弁を一時的に閉じ側に制御する際、前記スロットル弁を前記内燃機関のアイドリング運転時に設定される開度であるアイドリング開度まで閉じてもよい（請求項３）。一般にアイドリング開度には内燃機関が停止しない最も小さいスロットル開度が設定されるので、この開度まで一時的にスロットル弁を閉じることによって内燃機関を停止させることなくスロットル弁より下流の吸気圧を速やかに低下させることができる。
【００１０】
また、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記所定の許容値との差に基づいて最小開度を設定する最小開度設定手段をさらに備え、前記動作制御手段は、前記内燃機関の加速時に前記スロットル弁を一時的に閉じ側に制御する際、前記スロットル弁を前記最小開度まで閉じてもよい（請求項４）。この場合、加速時のトルク勾配と所定の許容値との差に基づいて最小開度が設定されるので、内燃機関の加速時に無駄にスロットル弁を閉じ側に制御することを防止できる。そのため、スロットル弁を速やかに開き側に制御して内燃機関のトルクを速やかに上昇させることができる。
【００１１】
本発明の制御装置の一形態においては、前記パラメータが吸入空気量であるとともに前記パラメータ調整手段がスロットル弁であり、前記内燃機関に加速が要求された場合に加速終了時の前記スロットル弁の開度である目標開度を設定する目標開度設定手段をさらに備え、前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が所定の許容値より大きい場合、前記内燃機関の加速時にまず前記スロットル弁を加速開始時の開度より大きくかつ前記目標開度より小さい第１中間開度に一時的に保持し、その後開き側に制御してもよい（請求項５）。スロットル弁をこのような第１中間開度に一時的に保持することにより、スロットル弁の上流側と下流側との圧力差を低下させ、スロットル弁の開度の増加に伴う吸入空気の増加度合いを適度に低下させ、これによりトルク勾配を適切に低下させることができる。そのため、所定の許容値を適切に設定することにより、加速ショックを抑制することができる。また、第１中間開度を適切に設定することにより、吸入空気量を無駄に制限することを防止できるので、加速時のトルクを速やかに上昇させることができる。
【００１２】
この形態において、前記トルク勾配予測手段は、前記スロットル弁が前記第１中間開度に保持されているときに前記スロットル弁を前記第１中間開度から前記目標開度に変化させた場合におけるトルク勾配を予測する中間トルク勾配予測手段を備え、前記動作制御手段は、前記中間トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が前記許容値より大きい場合、前記スロットル弁を前記目標開度に変化させる前に前記スロットル弁を前記第１中間開度より大きくかつ前記目標開度より小さい第２中間開度に一時的に保持してもよい（請求項６）。このようにスロットル弁が第１中間開度に保持されているときに再度トルク勾配を予測し、その予測結果に応じてスロットル弁をさらに第２中間開度に一時的に保持することにより、加速ショックの発生をより確実に抑制することができる。
【００１３】
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は火花点火内燃機関であり、前記パラメータが点火時期であるとともに前記パラメータ調整手段が点火手段であり、前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配が所定の許容値より大きい場合、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記許容値との差に応じて点火時期が遅角されるように前記点火手段の動作を制御してもよい（請求項７）。周知のように点火時期を遅角させることにより、内燃機関のトルクを小さくすることができる。そのため、この形態においても所定の許容値を適切に設定することにより、内燃機関の加速時に加速ショックを抑制しつつトルクを速やかに上昇させることができる。
【００１４】
この形態において、前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記許容値との差が大きいほど点火時期がより遅角されるように前記点火手段の動作を制御してもよい（請求項８）。このように点火時期を遅角させることにより、加速時に内燃機関のトルクが無駄に小さく制御されることを防止できる。そのため、加速時にトルクを速やかに上昇させることができる。
【００１５】
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は車両に搭載されており、前記車両の前後方向への加速度を検出する加速度検出手段をさらに備え、前記動作制御手段は、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配と前記内燃機関の加速時に制御する前記パラメータ調整手段の制御量との関係を示したマップを記憶する記憶手段と、前記トルク勾配予測手段により予測されたトルク勾配に基づいて前記内燃機関の加速時に前記パラメータ調整手段の動作を制御した場合、その加速時に前記加速度検出手段により検出された加速度に基づいて前記記憶手段に記憶されているマップを補正する補正手段と、を備えていてもよい（請求項９）。このようにパラメータ調整手段の動作を制御した際における実際の車両の加速度に基づいてマップを補正する、いわゆる学習させることにより、次回以降の加速時における内燃機関のトルクをより適切に制御することができる。
【００１６】
本発明の制御装置の一形態においては、前記内燃機関のトルクを取得するトルク取得手段をさらに備え、前記トルク勾配予測手段は、前記内燃機関に加速が要求されたときの前記内燃機関のアクセルペダルの操作量と前記内燃機関に加速が要求されたときに前記トルク取得手段が取得したトルクとに基づいてトルク勾配を予測してもよい（請求項１０）。加速時のトルク勾配は、加速前の内燃機関の運転状態に影響され、特に加速前の内燃機関のトルクの影響を受ける。周知のように内燃機関の最大トルクは所定値であるため、加速前のトルクが低いほどその加速時に上昇させることが可能なトルクの変化量が大きくなる。また、加速前のトルクが低いほど内燃機関の出力に余裕がある。従って、加速前のトルクが低いほど加速時に内燃機関のトルクが上昇し易くなる。すなわち、加速前のトルクが低いほどトルク勾配が大きくなる。また、加速時のトルク勾配はアクセルペダルの操作量に影響される。例えば、アクセルペダルの操作量が大きいほどその操作に応じた加速時に上昇させるべきトルクの変化量が大きくなるので、トルク勾配が大きくなる。このように加速時のトルク勾配は、加速前のトルク及びアクセルペダルの操作量とそれぞれ相関関係を有している。そのため、これらに基づいてトルク勾配を予測することができる。
【００１７】
本発明の制御装置の一形態においては、前記内燃機関の吸気圧を取得する吸気圧取得手段をさらに備え、前記トルク勾配予測手段は、前記内燃機関に加速が要求されたときの前記内燃機関のアクセルペダルの操作量に基づいて加速終了時の前記内燃機関の吸気圧を推定し、推定した吸気圧と前記内燃機関に加速が要求されたときに前記吸気圧取得手段により取得された吸気圧とに基づいてトルク勾配を予測してもよい（請求項１１）。推定された加速終了時の吸気圧と加速前の吸気圧との差が大きいほど、その加速にて上昇させるべきトルクの変化量が大きいと考えられる。そのため、上述したアクセルペダルの操作量と同様に、推定された加速終了時の吸気圧と加速前の吸気圧との差が大きいほど加速時のトルク勾配が大きくなると予測できる。従って、推定した加速終了時の吸気圧と加速前の吸気圧とに基づいてトルク勾配を予測することができる。
【００１８】
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は車両に搭載されており、前記車両の前後方向への加速度を検出する加速度検出手段をさらに備え、前記トルク勾配予測手段は、前記内燃機関に加速が要求されたときの前記内燃機関のアクセルペダルの操作量と前記内燃機関に加速が要求されたときに前記加速度検出手段により検出された加速度とに基づいてトルク勾配を予測してもよい（請求項１２）。加速前の車両の加速度が大きい場合は、既に内燃機関が高回転、高出力で運転されていると推定できる。そのため、この場合は内燃機関の出力に余裕がなく、加速時のトルク勾配を小さくなると考えられる。このように加速前の車両の加速度とトルク勾配とは相関関係を有しているので、加速前の車両の加速度に基づいてトルク勾配を予測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、加速時のトルク勾配を予測し、この予測したトルク勾配に基づいて加速時のパラメータ調整手段の動作を制御するので、加速時のトルクを従来よりも適切に制御することができる。この際、加速時のトルク勾配が加速ショックの発生を抑制可能かつトルクの上昇が最も速いトルク勾配になるようにパラメータ調整手段の動作を制御することにより、加速時に加速ショックを抑制しつつ速やかにトルクを上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数の気筒２を備えている。図１では一つの気筒２のみが示されているが、他の気筒２の構成も同様である。気筒２にはピストン３が往復動自在に挿入され、そのピストン３はコネクティングロッド４を介して不図示のクランク軸と連結されている。気筒２とピストン３の頂面との間には燃焼室５が形成され、その燃焼室５には吸気通路６及び排気通路７が接続されている。吸気通路６と燃焼室５との間は吸気弁８にて開閉され、排気通路７と燃焼室５との間は排気弁９にて開閉される。吸気弁８及び排気弁９は不図示の動弁機構にて開閉駆動される。燃焼室５の上面略中央には点火手段としての点火プラグ１０が設けられ、吸気弁８より外周側には気筒２内に燃料を噴射するためのインジェクタ１１が設けられている。すなわち、エンジン１は火花点火内燃機関である。吸気通路６には、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ１２、吸入空気量を調整するためのスロットル弁１３、吸気圧に対応した信号を出力する吸気圧取得手段としての吸気圧センサ１４が設けられる。スロットル弁１３は、アクチュエータ１３ａにより指定された開度に制御可能ないわゆる電子制御スロットル弁として構成されている。排気通路７には排気浄化触媒１５が設けられている。排気浄化触媒１５としては三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等が用いられる。
【００２１】
エンジン１の運転状態はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと称することがある。）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。ＥＣＵ２０には、エンジン１の運転状態を検出するためのセンサとして、クランク軸の単位時間当たりの回転数（機関回転数）に対応した信号を出力するクランク角センサ２１、アクセルペダル１６の開度及びその変化量に対応した信号をそれぞれ出力するアクセル開度センサ２２、エンジン１が搭載されている車両の前後方向の加速度（前後Ｇ）に対応した信号及び車両の上下方向の加速度に対応した信号をそれぞれ出力する加速度検出手段としてのＧセンサ２３、エアフローメータ１２、及び吸気圧センサ１４等が接続されている。ＥＣＵ２０は、これらのセンサの出力信号を参照してエンジン１の運転状態を検出し、目標とする運転状態が得られるように点火プラグ１０の点火時期、及びスロットル弁１２の開度（スロットル開度）等を制御する。
【００２２】
エンジン１の運転状態に関する制御の一つとして、ＥＣＵ２０はエンジン１の加速時にその加速時のトルク勾配が所定の目標値になるようにスロットル弁１２の開度に関して所定の制御を実行する。加速時のトルク勾配が大きい場合、エンジン１のトルクを速やかに上昇させる、いわゆるトルクの立ち上がりを鋭くすることができるが、大きな加速ショックが発生し易い。一方、加速時のトルク勾配が小さい場合は加速ショックを抑えることができるが、エンジン１のトルクの上昇が遅く、いわゆるトルクの立ち上がりが鈍くなる。そこで、ＥＣＵ２０はエンジン１の加速時に加速ショックを抑制しつつトルクの立ち上がりを鋭くするために図２のスロットル弁制御ルーチンを実行する。図２の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。図２の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明の動作制御手段として機能する。
【００２３】
図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１においてエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、負荷、トルク、吸入空気量、吸気圧、及び点火時期などが取得される。エンジン１の負荷は例えば吸入空気量に基づいて算出すればよい。エンジン１のトルクはエンジン１の回転数、負荷、吸気圧、点火時期等と相関関係を有しているので、例えばこれらに基づいて算出すればよい。なお、エンジン１の負荷及びトルクを算出する方法は、周知の算出方法で行えばよいため、詳細な説明は省略する。この処理を実行してエンジン１のトルクを取得することによりＥＣＵ２０が本発明のトルク取得手段として機能する。次のステップＳ１２においてＥＣＵ２０は、アクセルペダル１６が操作されてエンジン１に加速が要求されたか否か判断する。エンジン１への加速の要求が無いと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
【００２４】
一方、エンジン１に加速が要求されたと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２０はアクセルペダル１６の操作量と加速が要求された時点におけるスロットル弁１３の開度に基づいて加速終了時における開度である目標開度Ｔｅを設定する。この処理を実行することにより、ＥＣＵ２０が本発明の目標開度設定手段として機能する。続くステップＳ１４においてＥＣＵ２０は要求された加速を行った場合のトルク勾配を予測する。トルク勾配の予測は、例えば図３に示したマップを参照して行えばよい。図３は、加速前のエンジン１のトルク（加速前トルク）及びアクセルペダル１６の操作量と加速時のトルク勾配との関係の一例を示している。図３に示したように加速前トルクが小さいほど、またアクセルペダル１６の操作量が大きいほど、トルク勾配は大きくなる。なお、図３に示した関係は、予め実験又は数値計算などにより求め、ＥＣＵ２０のＲＯＭにマップとして記憶させておく。この処理を実行することにより、ＥＣＵ２０が本発明のトルク勾配予測手段として機能する。
【００２５】
次のステップＳ１５においてＥＣＵ２０は予測した加速時のトルク勾配が予め設定した所定の許容値以下か否か判断する。所定の許容値は、加速時に発生する加速ショックが運転者への影響を考慮した許容範囲内に収まるか否か判断する基準として設定される値である。そのため、所定の許容値には、この値よりも加速時のトルク勾配が大きいと加速ショックが許容範囲から外れるようなトルク勾配が設定される。予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値より大きいと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
一方、予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値以下と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ２０はスロットル弁１３を開き側に制御する前に一時的に閉じ側に制御するスロットル瞬閉じ制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２７】
図４を参照してスロットル瞬閉じ制御を実行した場合におけるエンジン１のトルクの時間変化について説明する。図４は、上から順にアクセルペダル開度の時間変化、スロットル開度の時間変化、エンジン１のトルクの時間変化を示しており、線Ｌ１がスロットル瞬閉じ制御にて制御されたスロットル開度の時間変化の一例を、線Ｌ２がスロットル瞬閉じ制御にて制御されたトルクの時間変化の一例をそれぞれ示している。また、図４の線Ｌ２はトルク勾配が所定の許容値の場合のトルクの時間変化の一例でもある。なお、図４には比較例としてスロットル瞬閉じ制御を行わなかった場合のスロットル開度の時間変化の一例を線Ｌ３で、スロットル瞬閉じ制御を行わなかった場合のトルクの時間変化の一例を線Ｌ４でそれぞれ示した。
【００２８】
図４の時刻ｔ１においてアクセルペダル１６が操作され、エンジン１に加速が要求されると、ＥＣＵ２０はトルク勾配を予測する。この際に予測されるトルク勾配はスロットル瞬閉じ制御を行わない場合のトルク勾配であるため、図４の線Ｌ４が予測される。この予測された線Ｌ４は、所定の許容値におけるトルクの時間変化である線Ｌ２より下にあるため、予測されたトルク勾配は所定の許容値以下と判断され、ＥＣＵ２０はスロットル瞬閉じ制御を実行する。スロットル瞬閉じ制御では、スロットル弁１３が加速前の開度（加速前開度）Ｔｓから、まず所定の最小開度Ｔａまで一時的に閉じられ、その後目標開度Ｔｅまで開き側に制御される。なお、最小開度Ｔａとしては、例えばエンジン１のアイドリング運転時に設定されるスロットル開度（アイドリング開度）が設定される。
【００２９】
このようにスロットル瞬閉じ制御を行うことにより、スロットル弁１３より下流の吸気通路６の吸気圧を低下させることができるので、その後スロットル弁１３を開き側に制御した際にスロットル瞬閉じ制御を実行しなかった場合と比較してより多くの吸気を燃焼室５に送り込むことができる。そのため、エンジン１のトルクの立ち上がりを鋭くすることができる。また、図４の例ではスロットル瞬閉じ制御により加速時のトルク勾配を所定の許容値におけるトルクの時間変化である線Ｌ２に制御したので、加速ショックを許容範囲に抑えることができる。そのため、加速ショックを抑制しつつエンジン１の加速性能を改善することができる。
【００３０】
第１の形態によれば、予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値以下の場合、スロットル瞬閉じ制御を実行するので、トルクの立ち上がりを鋭くし、エンジン１の加速性能を改善することができる。なお、スロットル瞬閉じ制御における最小開度Ｔａはアイドリング開度に限定されない。例えば、予測したトルク勾配と所定の許容値との差（以下、トルク勾配差と呼ぶこともある。）に基づいて最小開度Ｔａを設定してもよい。この場合、最小開度Ｔａには、この最小開度Ｔａから目標開度Ｔｅまでスロットル弁１３を開き側に制御した場合にトルク勾配を所定の許容値に調整することが可能な値が設定される。このような最小開度Ｔａは、例えば予め実験又は数値計算などによりトルク勾配差と最小開度Ｔａとの関係を求めてＥＣＵ２０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、このマップを参照して設定すればよい。この場合、ＥＣＵ２０が本発明の最小開度設定手段として機能する。第１の形態ではエンジン１のトルクを制御するべくスロットル弁１３の動作を制御して吸入空気量を調整したので、吸入空気量が本発明のパラメータに、スロットル弁１３が本発明のパラメータ調整手段にそれぞれ対応する。
【００３１】
（第２の形態）
図５及び図６を参照して本発明の第２の形態について説明する。なお、第２の形態においてもエンジン１については図１が参照される。図５は、第２の形態においてＥＣＵ２０が実行するスロットル弁制御ルーチンを示している。この制御ルーチンもエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図５において図２と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、ステップＳ１１〜Ｓ１４まで図２と同様に処理を進める。次のステップＳ２１においてＥＣＵ２０は予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値より大きいか否か判断する。なお、所定の許容値は図２のステップＳ１５で使用したものと同じものである。予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値以下と判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
【００３３】
一方、予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値より大きいと判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ２０はエンジン１の加速時にスロットル弁１３の開度をまず加速前開度Ｔｓから所定の中間開度Ｔｃに変化させて一時的に保持し、その後中間開度Ｔｃから目標開度Ｔｅに変化させるスロットル開度分割制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。所定の中間開度Ｔｃには、加速前開度Ｔｓと目標開度Ｔｅとの間の開度であり、スロットル開度を加速前開度Ｔｓから中間開度Ｔｃに変化させたときのトルク勾配が所定の許容値以下となり、かつスロットル開度を中間開度Ｔｃから目標開度Ｔｅに変化させたときのトルク勾配が所定の許容値以下となる開度が設定される。このような中間開度Ｔｃはトルク勾配差と相関関係を有しており、トルク勾配差が大きいほど中間開度Ｔｃは小さい値、すなわち加速前開度Ｔｓに近い値が設定される。中間開度Ｔｃの設定は、例えば予め実験又は数値計算によって中間開度Ｔｃとトルク勾配差との関係を求めてＥＣＵ２０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、このマップを参照して行えばよい。
【００３４】
図６を参照してスロットル開度分割制御を実行した場合におけるエンジン１のトルクの時間変化について説明する。図６は、上から順にアクセルペダル開度の時間変化、スロットル開度の時間変化、エンジン１のトルクの時間変化を示しており、線Ｌ１１がスロットル開度分割制御にて制御されたスロットル開度の時間変化の一例を、線Ｌ１２がスロットル開度分割制御にて制御されたトルクの時間変化の一例をそれぞれ示している。また、図６の線Ｌ１２はトルク勾配が所定の許容値の場合のトルクの時間変化の一例でもある。なお、図６には比較例としてスロットル開度分割制御を行わなかった場合のスロットル開度の時間変化の一例を線Ｌ１３で、スロットル開度分割制御を行わなかった場合のトルクの時間変化の一例を線Ｌ１４でそれぞれ示した。
【００３５】
図６の時刻ｔ１１においてアクセルペダル１６が操作され、エンジン１に加速が要求されると、ＥＣＵ２０はトルク勾配を予測する。この際に予測されるトルク勾配はスロットル開度分割制御を行わない場合のトルク勾配であるため、図６の線Ｌ１４が予測される。この予測された線Ｌ１４は、所定の許容値におけるトルクの時間変化である線Ｌ１２より上にあるため、予測されたトルク勾配は所定の許容値より大きいと判断され、ＥＣＵ２０はスロットル開度分割制御を実行する。上述したようにスロットル開度分割制御では、まずスロットル弁１３が加速前開度Ｔｓから中間開度Ｔｃまで開き側に制御されてその開度に一時的に保持される。その後、スロットル弁１３は中間開度Ｔｃからさらに目標開度Ｔｅまで開き側に制御される。
【００３６】
このようにスロットル開度分割制御を行い、エンジン１の加速時にスロットル弁１３を中間開度Ｔｃに一時的に保持することにより、スロットル弁１３の上流側と下流側との圧力差を低下させ、スロットル弁１３の開度の増加に伴う吸入空気の増加の度合いを適度に低下させ、これによりトルク勾配を適切に低下させることができる。従って、エンジン１のトルクを低下させることができる。これにより加速時のトルクの時間変化を図７の線Ｌ１２に合わせることができる。そのため、エンジン１のトルクの過度の上昇を抑えてトルク勾配を所定の許容値に調整することができる。
【００３７】
第２の形態によれば、予測された加速時のトルク勾配が所定の許容値以上の場合、スロットル開度分割制御を実行してトルク勾配を所定の許容値に調整するので、加速ショックを抑制することができる。また、加速時のトルクの時間変化を図８の線Ｌ１２に調整することにより、加速時の無駄なトルクの低下を防止することができるので、トルクの立ち上がりを鋭くすることができる。第２の形態においてもエンジン１のトルクを制御するべくスロットル弁１３の動作を制御して吸入空気量を調整したので、吸入空気量が本発明のパラメータに、スロットル弁１３が本発明のパラメータ調整手段にそれぞれ対応する。
【００３８】
図７を参照してスロットル開度分割制御の変形例について説明する。なお、図７において図６と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図６に示した例ではスロットル開度分割制御時に一つの中間開度Ｔｃに一時的に保持したが、この制御時に一時的に保持する開度は一つに限定されない。例えば、図７に線Ｌ１５で示したように、スロットル開度分割制御時にスロットル開度をまず第１中間開度Ｔｃ１に一時的に保持し、次に第１中間開度Ｔｃ１と目標開度Ｔｅとの間の開度である第２中間開度Ｔｃ２に一時的に保持し、その後目標開度Ｔｅに変化させてもよい。この変形例では、スロットル開度が第１中間開度Ｔｃ１に一時的に保持されているときにＥＣＵ２０がスロットル開度を第１中間開度Ｔｃ１から目標開度Ｔｅに変化させた場合のトルク勾配（中間トルク勾配）を予測し、その予測した中間トルク勾配が所定の許容値以上の場合にスロットル開度を第２中間開度Ｔｃ２に一時的に保持する。このようにスロットル開度分割制御中に中間トルク勾配を予測し、その予測した中間トルク勾配に基づいてスロットル弁１３を制御することにより、加速時のトルクの時間変化を図７の線Ｌ１２により確実に合わせることができる。そのため、加速ショックをより確実に抑制することができる。このように中間トルク勾配を予測することにより、ＥＣＵ２０が本発明の中間トルク勾配予測手段として機能する。
【００３９】
さらに、スロットル開度が第２中間開度Ｔｃ２に保持されているときに再度スロットル開度を第２中間開度Ｔｃ２から目標開度Ｔｅに変化させた場合のトルク勾配を予測し、その予測結果に基づいてスロットル開度を第２中間開度Ｔｃ２と目標開度Ｔｅの中間の第３中間開度にさらに一時的に保持してもよい。このように加速前開度Ｔｓと目標開度Ｔｅとの間の開度に一時的に保持されているときには、その開度から目標開度Ｔｅまでスロットル開度を変化させた場合のトルク勾配を毎回予測し、その予測結果に基づいてそのときに保持している開度と目標開度Ｔｅとの間の開度に一時的に保持してもよい。この場合、加速時のトルクの時間変化を図７の線Ｌ１２にさらに確実に合わせることができる。
【００４０】
（第３の形態）
図８及び図９を参照して本発明の第３の形態について説明する。なお、この形態においてもエンジン１については図１が参照される。第３の形態では、予測された加速時のトルク勾配が所定の許容値以上の場合、点火時期を制御してエンジン１のトルクを制御する点が他の形態と異なる。図８は、第３の形態においてＥＣＵ２０がエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する点火時期制御ルーチンを示している。なお、図８において図２及び図５と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図８の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０はステップＳ１１〜Ｓ２１まで図５と同様に処理を進める。ステップＳ２１で予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値以下と判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、予測した加速時のトルク勾配が所定の許容値より大きいと判断した場合はステップＳ３１に進み、ＥＣＵ３０は加速時に点火プラグ１０の点火時期が遅角されるように点火時期遅角制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００４２】
図９を参照して点火時期遅角制御について詳しく説明する。図９は、上から順に、アクセルペダル開度の時間変化、エンジン１のトルクの時間変化、スロットル開度の時間変化、点火時期の時間変化を示しており、線Ｌ２１が点火時期遅角制御にて制御されたトルクの時間変化の一例を、線Ｌ２２がスロットル開度の時間変化の一例を、線Ｌ２３が点火時期遅角制御にて制御された点火時期の時間変化の一例をそれぞれ示している。また、図９の線Ｌ２１はトルク勾配が所定の許容値の場合のトルクの時間変化の一例でもある。なお、図９には比較例として点火時期遅角制御を行わなかった場合のトルクの時間変化を線Ｌ２４で、点火時期遅角制御を行わなかった場合の点火時期の時間変化を線Ｌ２５でそれぞれ示した。
【００４３】
図９の時刻ｔ２１においてアクセルペダル１６が操作され、エンジン１に加速が要求されると時刻ｔ２２においてＥＣＵ２０はトルク勾配を予測する。この際に予測されるトルク勾配は点火時期遅角制御を行わない場合のトルク勾配であるため、図９の線Ｌ２４が予測される。この予測された線Ｌ２４は、所定の許容値におけるトルクの時間変化である線Ｌ２１より上にあるため、予測されたトルク勾配は所定の許容値以上と判断され、時刻ｔ２３から点火時期遅角制御が実行される。この点火時期遅角制御では、点火時期がトルク勾配差に応じて遅角される。点火時期の遅角量は、例えば図１０に実線Ｌ３１で示したトルク勾配差と点火時期の遅角量との関係に基づいて設定すればよい。図１０に実線Ｌ３１で示した関係は、予め実験又は数値計算などにより求めてＥＣＵ２０のＲＯＭにマップとして記憶させておけばよい。この場合ＥＣＵ２０が本発明の記憶手段として機能する。図１０に示したように点火時期はトルク勾配差が大きくなるほど遅角される。そのため、トルク勾配差が最も大きくなる時刻ｔ２４において点火時期が最も遅角される。その後、点火時期は徐々に加速前の点火時期に戻され、加速終了時の時刻ｔ２５において点火時期遅角制御が終了する。
【００４４】
周知のように点火時期を遅角させるほどエンジン１のトルクを低下させることができるので、このようトルク勾配が所定の許容量以上と判断された場合は、トルク勾配差に応じて点火時期を遅角させることにより、加速時のトルクを図９の線Ｌ２１に調整することができる。
【００４５】
第３の形態によれば、予測された加速時のトルク勾配が所定の許容値以上の場合、加速時に点火時期を遅角させるトルクを低下させるので、加速ショックを抑制することができる。第３の形態ではエンジン１のトルクを制御するべく点火プラグ１０の動作を制御して点火時期を調整したので、点火時期が本発明のパラメータに、点火プラグ１０が本発明のパラメータ調整手段にそれぞれ対応する。
【００４６】
エンジン１は、その運転時間に応じて劣化するいわゆる経年劣化が生じるため、ある程度運転した後は加速時に点火時期を新品のときと同じ遅角量で遅角させてもトルクの低下が不十分であったり、過度にトルクが低下するおそれがある。そこで、加速時に点火時期遅角制御を行った場合、そのときのＧセンサ２３の出力信号を参照し、車両の加速度に基づいてトルク勾配差と遅角量との関係を補正してもよい。例えば点火時期遅角制御を行ったときに車両の前後Ｇが大きくなり、加速ショックが許容範囲を超えた場合、点火時期の遅角量が不足していたと考えられる。そこで、この場合は図１０に実線Ｌ３１で示した関係を破線Ｌ３２に補正する。このように関係を補正することにより、エンジン１に経年劣化が生じても適切に加速時のトルクを低下させることができる。そのため、加速ショックを適切に抑制することができる。このように図１０の関係を補正することにより、ＥＣＵ２０が本発明の補正手段として機能する。
【００４７】
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は、火花点火内燃機関に限定されない。本発明はディーゼル内燃機関に適用してもよい。また、気筒内に直接燃料を噴射するいわゆる直噴式内燃機関の他に、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関に本発明を適用してよい。加速時にエンジンのトルクを低下させるべく制御するパラメータは吸入空気量、又は点火時期に限定されない。例えば燃料噴射量、吸気弁又は排気弁の開弁時期及び閉弁時期などエンジンのトルクに影響する種々のパラメータを制御して加速時のトルクを制御してもよい。
【００４８】
Ｇセンサ２３の出力信号に基づく加速時の制御内容の補正は、スロットル瞬閉じ制御及びスロットル開度分割制御に対して行ってもよい。例えばスロットル瞬閉じ制御では、制御時のＧセンサ２３の出力信号に基づいて最小開度を補正する。スロットル開度分割制御では、例えばＧセンサ２３の出力信号に基づいて中間開度を補正する。これらの補正も、第３の形態にて示した点火時期遅角制御への補正と同様にエンジンの経年劣化の影響を無くす方向に補正すればよい。
【００４９】
上述した各形態では、加速時のトルク勾配を加速前のエンジンのトルク及びアクセルペダルの操作量にて予測したが、トルク勾配の予測方法はこの方法に限定されない。例えば、吸気圧もトルク勾配と相関関係を有している。例えば、加速終了時における吸気圧と加速前の吸気圧の差（以下、吸気圧差と称することがある。）が大きいほど、その加速にて上昇させるべきトルクの変化量が大きいと考えられる。すなわち、トルク勾配は大きくなると考えられる。そこで、図１１に一例を示した吸気圧差とトルク勾配との関係を予め実験又は数値計算などにより求めてＥＣＵ２０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、このマップを参照してトルク勾配を予測してもよい。なお、吸気圧差は、例えば加速前の吸気圧とアクセルペダルの操作量とに基づいて加速終了時の吸気圧を推定し、この推定した吸気圧から加速前の吸気圧を引いて吸気圧差を算出すればよい。
【００５０】
また、車両の前後方向の加速度（前後Ｇ）に基づいてトルク勾配を予測してもよい。例えば、加速前の前後Ｇが大きい場合は、既にエンジンが高回転、高出力で運転されていると推定できるため、トルク勾配は小さくなると予測できる。そこで、例えば図１２に一例を示した前後Ｇとトルク勾配との関係を予め実験又は数値計算などにより求めてＥＣＵ２０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、Ｇセンサ２３の出力信号とこのマップとに基づいてトルク勾配を予測してもよい。なお、前後Ｇは、車両が走行している路面の傾斜角などによって変化するため、この路面の影響を考慮する必要がある。例えば、車両が坂を登っている場合は加速度が低く検出される。そこで、例えば車両の上下方向の加速度及び前後Ｇに基づいて車両が現在走行している路面の傾斜角を推測し、その傾斜角に基づいて前後Ｇを補正する。
【００５１】
加速時のトルク勾配を加速前のエンジンのトルク及びアクセルペダルの操作量にて予測する場合、この加速前のエンジンのトルクはＧセンサ２３の出力信号に基づいて算出してもよい。エンジン１のトルクは車輪の駆動力と相関関係を有しており、車輪駆動力ＦＴは、車両の前後方向の加速度（前後Ｇ）ａ、車両の重量ｍ、車両の走行抵抗ＦＲＬ、重力加速度ｇ、及び車両の走行方向における路面の傾斜角θによって式（１）のように示すことができる。なお、走行抵抗ＦＲＬは、車速と相関関係を有しているため、車速に基づいて算出できる。傾斜角θは、上述したように車両の上下方向の加速度及び前後Ｇに基づいて推定できる。
【００５２】
ＦＴ＝ｍａ＋ＦＲＬ＋ｍｇ×ｓｉｎθ  ・・・（１）
【００５３】
この式（１）にて車輪駆動力ＦＴを算出し、この車輪駆動力ＦＴに基づいて加速前のエンジン１のトルクを推定することにより、路面の傾斜角θを考慮したエンジン１のトルクを取得することができる。そのため、加速時のトルク勾配の予測精度を向上させることができる。なお、前後Ｇは、Ｇセンサ２３の他に車輪に設けられて車輪の速度を検出する車輪速センサの出力信号に基づいて取得してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示す図。
【図２】第１の形態に係るスロットル弁制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】加速前トルク及びアクセルペダルの操作量と加速時のトルク勾配との関係の一例を示す図。
【図４】スロットル瞬閉じ制御を実行したときのアクセルペダル開度の時間変化、スロットル開度の時間変化、及びエンジンのトルクの時間変化を示す図。
【図５】第２の形態に係るスロットル弁制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】スロットル開度分割制御を実行したときのアクセルペダル開度の時間変化、スロットル開度の時間変化、及びエンジンのトルクの時間変化を示す図。
【図７】スロットル開度分割制御の変形例を説明するための図。
【図８】第３の形態に係る点火時期制御ルーチンを示すフローチャート。
【図９】点火時期遅角制御を実行したときのアクセルペダル開度の時間変化、エンジンのトルクの時間変化、スロットル開度の時間変化、及び点火時期の時間変化を示す図。
【図１０】トルク勾配差と点火時期の遅角量との関係の一例を示す図。
【図１１】吸気圧差とトルク勾配との関係の一例を示す図。
【図１２】前後Ｇとトルク勾配との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１  内燃機関
１０  点火プラグ（点火手段、パラメータ調整手段）
１３  スロットル弁（パラメータ調整手段）
１４  吸気圧センサ（吸気圧取得手段）
２０  エンジンコントロールユニット（トルク勾配予測手段、動作制御手段、最小開度設定手段、目標開度設定手段、中間トルク勾配予測手段、記憶手段、補正手段、トルク取得手段）
２３  Ｇセンサ（加速度検出手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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