(57)【要約】【課題】実機適合試験を行うことなく内燃機関の制御装置に格納されるマップを求めることにより、内燃機関の開発期間の短縮およびコストの低減を図る。【解決手段】ＥＣＵ３０には、ＲＯＭ３２とＣＰＵ３３を備えている。ＲＯＭ３２には、機関制御パラメータの数値マップＭＡ１，ＭＡ２が格納されている。ＣＰＵ３３は、機関制御パラメータ計算部３３Ｃを備えており、ＲＯＭ３２からと読み出した数値マップＭＡ１，ＭＡ２と機関負荷算出部３３Ｂで算出された機関負荷および機関回転数から、最適な燃料噴射量３４および点火時期３５を計算する。この数値マップＭＡ１，ＭＡ２は、別途設けられた数値シミュレーション装置４０によって行われている。【選択図】図２
2004100495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態に対応する機関制御パラメータの数値マップが格納され、運転者が要求する運転要求に対する運転状態を検出する運転状態検出手段によって検出された前記運転状態と前記機関制御パラメータの数値マップとを参照して前記内燃機関の制御量を求め、求められた前記制御量に基づいて前記内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
前記機関制御パラメータの数値マップが、前記内燃機関を模擬した数値シミュレーションによって求められていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
運転者の要求する前記要求運転状態に対応する前記内燃機関の目標トルクを算出する目標トルク算出手段を備え、
前記目標トルク算出手段によって算出された前記目標トルクと前記機関制御パラメータの数値マップとを参照して、前記内燃機関の機関出力トルクが前記目標トルクとなるように前記内燃機関を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関におけるバルブのバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置の制御量および前記バルブのバルブリフト量を制御するバルブリフト量制御装置の制御量のうちの少なくとも一方を、運転者が要求する前記内燃機関の要求運転状態と、前記機関制御パラメータの数値マップとを参照して求め、
制御量が求められた前記バルブタイミング制御装置および前記バルブリフト量制御装置のうちの少なくとも一方を制御する請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段に接続され、運転者からの機関の運転要求に対して、前記運転状態検出手段に前記運転状態を検出させ、各種機関制御パラメータを決定し、機関を要求運転状態に制御する内燃機関の制御装置において、
前記要求運転状態に対応する機関制御パラメータを算出する前記内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
運転者の要求する前記要求運転状態に対応する前記内燃機関の目標トルクを算出する目標トルク算出手段を備え、
前記目標トルク算出手段によって算出された前記目標トルクと前記機関制御パラメータとに基づいて、前記内燃機関の機関出力トルクが前記目標トルクとなるように前記内燃機関を制御する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関におけるバルブのバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置の制御量および前記バルブのバルブリフト量を制御するバルブリフト量制御装置の制御量のうちの少なくとも一方を、運転者が要求する前記内燃機関の要求運転状態と、前記機関制御パラメータに基づいて求め、
制御量が求められた前記バルブタイミング制御装置および前記バルブリフト量制御装置のうちの少なくとも一方を制御する請求項４または請求項５のうちのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
スロットル弁の弁開度と吸入空気圧との関係をモデル化しておく請求項４〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンなどの内燃機関を制御するにあたり、内燃機関の運転状態パラメータを基に、機関制御パラメータを決定するものがある。この制御を行う際には、まず、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）にあらかじめ作成された機関回転数、機関負荷、機関冷却水温度等の機関運転状態に対する燃料噴射量・最適点火時期等の機関制御パラメータのマップを格納しておく。
機関運転状態は各機関に設けられたセンサにより機関運転中にそれぞれ逐次検出され、センサからは検出値をＥＣＵに入力する。ＥＣＵでは、この検出値に基づいて、マップから最適制御パラメータを決定する。
【０００３】
ここで、ＥＣＵに格納されているマップは、実機適合試験により、各運転状態における最適制御パラメータを機関出力、ＨＣ、ＮＯｘ、スモーク等の排気エミッション、ノッキング強度、燃費率等の評価指標から決定することによって作成されている。
【０００４】
また、特開平１１−８２０９０号公報には、アクセルペダル操作量に基づいて内燃機関が発生すべきトルク量を算出し、算出したトルク量となるように内燃機関の制御量を決定する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置によれば、運転者からの機関の運転要求に対応した機関出力トルクが得られ、機関の応答性、空燃比制御性を向上させることができる。
【０００５】
さらに、特公平６−１２０５８号公報には、可変バルブタイミング・リフト装置の制御方法が開示されている。この制御方法では、高回転時における充填効率向上による出力トルク向上と、低回転時における排気ポートへの混合気吹き抜け量低減による回転変動の低減および出力トルク向上を両立させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−８２０９０号公報（４頁〜５頁、図３、図４）
【特許文献２】
特公平６−１２０５８号公報（３頁〜４頁、図３、図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来の内燃機関の制御方法では、運転状態に対する機関制御パラメータのマップを作成するために実機適合試験を行っている。この実機適合試験における工数、コストは大きくなものであるので、車両開発のための期間の短縮やコストの低減を図るのが困難であるという問題があった。
【０００８】
また、特開平１１−８２０９０号公報に開示された内燃機関の制御装置では、目標トルク量に対する燃料噴射量、機関回転数とスロットル開度に対する目標空燃比、必要な空気量に対するスロットル開度、必要な空気量と機関回転数に対する点火時期等の大量のマップをＥＣＵに格納している。このような大量のマップを実機適合試験で求めると、開発期間の長期化やコストの増大が顕著な問題となる。
【０００９】
さらに、特公平６−１２０５８号公報に開示されている可変バルブタイミング・リフト機構を適用するためにはこの場合、吸気・排気バルブの最適バルブタイミング、リフト量は運転条件により変化する。そのため、運転条件に対するバルブタイミング、リフト量のマップをあらかじめ膨大な量の実機適合試験により作成し、ＥＣＵに格納している。このような大量のマップを実機適合試験で求めると、やはり開発期間の長期化やコストの増大が顕著な問題となる。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、実機適合試験を行うことなく内燃機関の制御装置に格納される各種機関制御パラメータの数値マップを求め、もしくは各種機関制御パラメータを機関運転時にリアルタイムで算出することにより、内燃機関の開発期間の短縮およびコストの低減を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、内燃機関の運転状態に対応する機関制御パラメータの数値マップが格納され、運転者が要求する運転要求に対する運転状態を検出する運転状態検出手段によって検出された運転状態と機関制御パラメータの数値マップとを参照して内燃機関の制御量を求め、求められた制御量に基づいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、機関制御パラメータの数値マップが、内燃機関を模擬した数値シミュレーションによって求められているものである。
【００１２】
このように、本発明に係る内燃機関の制御装置では、数値シミュレーションを行うことによって求めた機関制御パラメータの数値マップを格納している。このため、実機適合試験を行うことなく機関制御パラメータの数値マップを作成することができ、もって開発期間の短縮化およびコストの低減を図ることができる。
【００１３】
なお、運転状態としては、機関回転速度、機関負荷、および機関冷却水温度などを挙げることができ、機関制御パラメータとしては燃料噴射量、点火時期、燃料噴射時期、燃料圧力、スロットル開度、およびスワール制御バルブ開度などを挙げることができる。
【００１４】
さらに、運転者の要求する要求運転状態に対応する内燃機関の目標トルクを算出する目標トルク算出手段を備え、目標トルク算出手段によって算出された目標トルクと機関制御パラメータの数値マップとを参照して、内燃機関の機関出力トルクが目標トルクとなるように内燃機関を制御する態様とすることができる。
【００１５】
このような制御装置では、目標トルク量に対する燃料噴射量、機関回転数とスロットル開度に対する目標空燃比、必要な空気量に対するスロットル開度、必要な空気量と機関回転数に対する点火時期等の大量の数値マップが必要となる。このとき、実機適合試験を行うことなく、これらの数値マップをあらかじめ数値シミュレーションで求めて制御装置に格納しているので、開発期間の短縮化およびコストの低減を図ることができる。
【００１６】
また、内燃機関におけるバルブのバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置の制御量およびバルブのバルブリフト量を制御するバルブリフト量制御装置の制御量のうちの少なくとも一方を、運転者が要求する内燃機関の要求運転状態と、機関制御パラメータの数値マップとを参照して求め、制御量が求められたバルブタイミング制御装置およびバルブリフト量制御装置のうちの少なくとも一方を制御するのが好適である。
【００１７】
このような制御装置では、運転条件に対するバルブタイミング、リフト量のマップを膨大に求める必要がある。このとき、実機適合試験を行うことなくこれらの大量の数値マップを数値シミュレーションで求めるので、開発期間の短縮化およびコストの低減を図ることができる。
【００１８】
また、上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段に接続され、運転者からの機関の運転要求に対して、運転状態検出手段に運転状態を検出させ、各種機関制御パラメータを決定し、機関を要求運転状態に制御する内燃機関の制御装置において、内燃機関を模擬する数値シミュレーション装置を内燃機関の制御装置に備えるものである。
【００１９】
このような制御装置とすることにより、機関制御パラメータを機関運転時にリアルタイムで算出し、機関を要求運転状態に制御する態様とすることができる。
このような制御装置では、運転状態に対応した機関制御パラメータを即座に計算するため、これらの機関制御パラメータをあらかじめ運転状態に対する数値マップとして用意しておく必要がなくなる。
【００２０】
また、運転者の要求する要求運転状態に対応する内燃機関の目標トルクを算出する目標トルク算出手段を備え、目標トルク算出手段によって算出された目標トルクと機関制御パラメータとに基づいて、内燃機関の機関出力トルクが目標トルクとなるように内燃機関を制御する態様とすることができる。
【００２１】
このような制御では、目標トルク量に対する燃料噴射量、機関回転数とスロットル開度に対する目標空燃比、必要な空気量に対するスロットル開度、必要な空気量と機関回転数に対する点火時期等の大量の数値マップが必要となる。このとき、数値シミュレーション装置が設けられているので、これらの数値マップをあらかじめ求めておく必要がなくなる。したがって、実機適合試験を行う必要もなくなるので、開発期間の短縮化およびコストの低減を顕著なものとすることができる。
【００２２】
さらに、内燃機関におけるバルブのバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置の制御量およびバルブのバルブリフト量を制御するバルブリフト量制御装置の制御量のうちの少なくとも一方を、運転者が要求する内燃機関の要求運転状態と、機関制御パラメータに基づいて求め、制御量が求められたバルブタイミング制御装置およびバルブリフト量制御装置のうちの少なくとも一方を制御する態様とすることができる。
【００２３】
このような制御装置では、運転条件に対するバルブタイミング、リフト量のマップを膨大に求める必要がある。このとき、これらの大量の数値マップは、数値シミュレーション装置によって即座に求めることができるので、数値マップをあらかじめ求めておく必要はなくなる。したがって、実機適合試験を行う必要はなく、もって開発期間の短縮化およびコストの低減を顕著なものとすることができる。
【００２４】
また、スロットル弁の弁開度と吸入空気圧との関係をモデル化しておくのが好適である。
【００２５】
このように、スロットル弁の弁開度と吸入空気圧との関係をモデル化しておくことにより、サージタンクにおける吸入空気圧センサを設ける必要がなくなる。
その結果、サージタンクに吸入空気圧センサを設けることにより圧力損失をなくすることができるとともに、吸入空気圧センサを設ける分のコストの低減を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部材については、同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御装置を含む内燃機関の全体構成図である。図１に示すように、内燃機関であるエンジン１には、吸気通路２が形成されている。吸気通路２には、図示しないエアクリーナの下流側にスロットル弁３が設けられており、運転席に設けられたスロットルペダルＰに接続されている。運転者がスロットルペダルＰを操作することによりスロットル弁３を開閉し、吸入空気量を調節する。このように、運転者が要求する運転要求は、スロットルペダルＰおよびスロットル弁３の開度の調整によってエンジン１に与えられる。
スロットル弁３にはスロットル弁３の開度を検出するスロットル開度センサ４が設けられている。スロットル弁３の上流側と下流側の吸気通路２は、アイドルスピードコントロール（以下「ＩＳＣ」という）通路５によってつながれている。
このＩＳＣ通路５には、ＩＳＣ制御弁６が設けられている。また、吸気通路２におけるスロットル弁３の下流側には、サージタンク７が設けられている。サージタンク７には、吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧センサ８と、吸入空気温度を検出する吸入空気温センサ９が設けられている。
【００２８】
また、エンジン１は、シリンダブロック１０を有しており、シリンダブロック１０の上方にはシリンダヘッド１１が取り付けられている。シリンダブロック１０に内には、ピストン１２が設けられており、シリンダブロック１０内におけるピストン１２の上方には、燃焼室１３が形成されている。シリンダヘッド１１には、吸気ポート１４および排気ポート１５が形成されている。吸気ポート１４には吸気通路２が接続されている。吸気通路２におけるサージタンク７の下流側には、インジェクタ１６が取り付けらており、燃料供給系からの加圧燃料を各気筒毎に吸気ポート１４内に噴射している。このインジェクタ１６は、燃焼室１３へ燃料を直接噴射するために、燃焼室１３の近辺に設ける態様とすることもできる。また、排気ポート１５には排気通路１７が接続されている。排気通路１７には、たとえば酸素濃度を検出する空燃比センサ１８が取り付けられている。また、シリンダブロック１０には、冷却水を通水させる冷却水通路１９が形成されており、冷却水通路１９には、冷却水の温度を検出し冷却水の温度に応じた電圧を発生する機関冷却水センサ２０が取り付けられている。
【００２９】
さらに、吸気ポート１４には吸気バルブ２１が設けられ、排気ポート１５には排気バルブ２２が設けられている。吸気バルブ２１の上方には、カム等からなる吸気バルブ作動機構２３が設けられ、排気バルブ２２の上方には、やはりカム等からなる排気バルブ作動機構２４が設けられている。
【００３０】
また、シリンダヘッド１１には、燃焼室１３に向けて点火用のスパークを発する点火プラグ２５が設けられている。さらに、点火プラグ２５には、電流の遮断装置であるイグナイタ２６と昇圧装置である点火コイル２７に接続されている。
そして、インジェクタ１６から噴射された燃料は吸入空気と混合され、吸気バルブ作動機構２３によって駆動される吸気バルブ２１の開弁時に燃焼室１３に導入される。燃焼室１３に導入された燃料は、ピストン１２に圧縮された状態で点火プラグ２５によって点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは、排気バルブ作動機構２４によって駆動される排気バルブ２２の開弁時にピストン１２の上昇によって排気通路１７に排出される。その他、エンジン１は、クランク角センサ２９を備えている。クランク角センサ２９からは、基準クランク角度や所定角度毎に信号が出力される。
【００３１】
また、エンジン１は、制御装置でありマイクロコンピュータを有するＥＣＵ３０によって制御される。ＥＣＵ３０は、インターフェイス３１を備えており、スロットル開度センサ４、ＩＳＣ制御弁６、吸入空気圧センサ８、インジェクタ１６、空燃比センサ１８、機関冷却水センサ２０、イグナイタ２６、およびクランク角センサ２９にそれぞれ電気的に接続されている。これらのうちの各センサは、本発明の運転状態検出手段に相当する。スロットル開度センサ４は、検出したスロットル弁３のスロットル開度をＥＣＵ３０に出力し、吸入空気圧センサ８は、検出した吸入空気温度をＥＣＵ３０に出力する。さらに、空燃比センサ１８は検出した空燃比をＥＣＵ３０に出力し、機関冷却水センサ２０は、検出した冷却水温度をＥＣＵ３０に出力し、クランク角センサ２９は、基準クランク角度や所定角度毎に信号をＥＣＵ３０に出力する。また、ＩＳＣ制御弁６、インジェクタ１６、およびイグナイタ２６には、それぞれ制御信号がＥＣＵ３０から出力される。
【００３２】
また、ＥＣＵ３０には、図２にも示すように、不揮発性メモリ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ、以下「ＲＯＭ」という）３２、中央処理演算装置（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、以下「ＣＰＵ」という）３３が設けられている。ＲＯＭ３２、ＣＰＵ３３は、インターフェイス３１も含めて、それぞれ相互に接続されている。ＲＯＭ３２には、機関制御パラメータの最適値の数値マップＭＡ１，ＭＡ２が格納されている。数値マップＭＡ１は、機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭから導き出される燃料噴射量Ｇｆに関するものであり、数値マップＭＡ２は機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭから導き出される点火時期ＳＯＩに関するものである。これら数値マップＭＡ１，ＭＡ２は、いずれもエンジン１の運転状態を模擬した数値シミュレーションによって作成されている。数値シミュレーションは、別途設けられた数値シミュレーション装置４０によって行われており、そのときの数値シミュレーションの詳細については後述する。ＣＰＵ３３は、吸入空気量算出部３３Ａ、機関負荷算出部３３Ｂ、および機関制御パラメータ計算部３３Ｃを備えている。吸入空気量算出部３３Ａには、吸入空気圧センサ８からの吸入空気圧Ｐａの信号、スロットル開度センサ４からのスロットル開度ＴＡの信号、およびクランク角センサ２９からの機関回転数ＲＰＭの信号が入力される。機関負荷算出部３３Ｂでは、吸入空気量算出部３３Ａで算出された吸入空気量に基づいて、機関負荷を算出する。機関制御パラメータ計算部３３Ｃでは、ＲＯＭ３２に格納されている数値マップＭＡ１，ＭＡ２を利用して計算を行い、機関運転状態に対する最適な燃料噴射量３４および点火時期３５を算出し、それぞれ信号化してインジェクタ１６およびイグナイタ２６に出力している。
【００３３】
以上に説明した本実施形態では、エンジン１がＥＣＵ３０によって制御される。ＥＣＵ３０における吸入空気量算出部３３Ａでは、吸入空気圧センサ８、スロットル開度センサ４、およびクランク角センサ２９からそれぞれ出力された吸入空気圧Ｐａ、スロットル開度ＴＡ、および機関回転数ＲＰＭに基づいて、吸入空気量が算出される。算出された吸入空気量は、信号化されて機関負荷算出部３３Ｂに出力される。機関負荷算出部３３Ｂでは、出力された吸入空気量から、機関負荷ＫＬを算出し、算出された機関負荷ＫＬは、機関制御パラメータ計算部３３Ｃに出力される。機関制御パラメータ計算部３３Ｃには、機関負荷算出部３３Ｂから出力された機関負荷ＫＬの信号のほか、クランク角センサ２９から出力された機関回転数ＲＰＭの信号が出力され、ＲＯＭ３２からは数値マップＭＡ１，ＭＡ２が取り出される。ここで、数値マップＭＡ１は、所定の機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭに対する燃料噴射量Ｇｆの最適値の関係を示す数値マップである。
また、数値マップＭＡ２は、所定の機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭに対する燃料噴射量Ｇｆの最適値の関係を示す数値マップである。したがって、機関負荷算出部３３Ｂにおいて、数値マップＭＡ１に機関負荷ＫＬおよび機関回転数ＲＰＭを当てはめることにより、燃料噴射量Ｇｆの最適値を求めることができる。また、数値マップＭＡ２に機関負荷ＫＬおよび機関回転数ＲＰＭを当てはめることにより、点火時期ＳＯＩの最適値を求めることができる。こうして、検出された運転状態に対する最適な燃料噴射量３４および点火時期３５を求めることができる。この燃料噴射量３４をインジェクタ１６に、点火時期３５をイグナイタ２６にそれぞれ出力することにより、好適な制御をすることができる。
【００３４】
このとき、本実施形態に係るＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に格納された機関制御パラメータの最適値の数値マップＭＡ１，ＭＡ２は、数値シミュレーションによって求められている。このため、本実施形態では、実機適合試験を行う必要がなくなるので、開発期間の長期化やコストの増大を好適に防止することができる。
【００３５】
続いて、機関制御パラメータの最適値の数値マップを求めるための数値シミュレーションについて説明する。この数値シミュレーションは、実際の内燃機関をモデル化して行われるものであり、たとえば図示しないパーソナルコンピュータやエンジニアリングワークステーションを用いて行われる。
【００３６】
実際の内燃機関のモデル化手法としては、実際の内燃機関の吸気通路２を、吸気通路２の（Ｘ軸）方向のみについてモデル化する、いわゆる一次元モデル化手法のほか、吸気通路２の３次元（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向についてモデル化する、いわゆる三次元化モデル手法を用いることができる。この数値シミュレーションは、初期条件としてサージタンク７および燃焼室１３内の空気圧力および温度等、各空気流路の壁面温度等を与え、また境界条件としてスロットル上流部の吸入空気圧力および温度、シリンダ壁面温度、スロットル開度等を与えることで、シリンダ内の混合気燃焼速度、燃焼温度、および燃焼圧力を計算することができ、またその結果を基に排気エミッション（ＨＣ，ＮＯｘ，スモーク）、ノック強度、燃費率、機関出力（以下、これらを総称して「評価指標」という）を計算することができる。この数値シミュレーションにおいて、機関運転状態を少しずつ変更させながら境界条件として与え、繰り返し計算を行うことで実機適合試験に代わって数値マップＭＡ１，ＭＡ２を高速かつ自動的に作成することができる。
【００３７】
次に、数値マップの作成の具体的な手順について説明する。図３および図４は、本実施形態に係る数値マップを作成する手順を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、ステップＳ１において機関回転数ＲＰＭを実際のエンジン１で使用される範囲の下限値に設定し（Ｓ１）、スロットル開度ＴＡを実際のエンジン１で使用される範囲の下限値に設定する（Ｓ２）。こうして設定された機関回転数ＲＰＭ、スロットル開度ＴＡに基づいて、吸入空気量Ｇａを算出し（Ｓ３）、算出された吸入空気量に基づいて、機関負荷を算出する（Ｓ４）。さらに、空燃比Ａ／Ｆをエンジン１で使用される範囲の下限値に設定し（Ｓ５）、吸入空気量Ｇａおよび空燃比Ａ／Ｆに基づいて燃料噴射量Ｇｆを算出する（Ｓ６）。これらの演算が済んだら、点火時期をエンジン１で使用される範囲の下限値に設定する（Ｓ７）。
【００３９】
以上の設定値を基づいてシリンダ内の混合気燃焼速度、燃焼温度および燃焼圧力を算出し（Ｓ８）、さらに評価指標を算出する（Ｓ９）。評価指標を算出したら、それらの評価指標がそれぞれの設計目標値を満足しているかの判断を排気エミッション、ノック強度、燃費率の順で行う（Ｓ１０〜Ｓ１３）。その結果、各評価指標が設計目標値を満足していない場合は、点火時期が実際のエンジン１で使用されている上限値に達しているか否かの判断を行う（Ｓ１４）。そして、点火時期が上限に達していないと判断した場合には、点火時期をΔＳＯＩだけ増加させ（Ｓ１５）、ステップＳ８に戻って再度計算を行う。
【００４０】
一方、ステップＳ１４で点火時期がエンジン１で使用される上限に達していると判断した場合には、空燃比がエンジン１で使用される上限値に達しているかの判断を行う（Ｓ１６）。その結果、空燃比が上限に達していると判断した場合は、評価指数の設計目標値を変更し（Ｓ１７）、ステップＳ１に戻って再度計算を行う。一方、ステップＳ１６で空燃比が上限値に達していないと判断した場合には、空燃比をΔＡ／Ｆだけ増加させ（Ｓ１８）、ステップＳ６に戻って再度計算を行う。
【００４１】
この処理を繰り返し、点火時期および空燃比がともにエンジンで使用される上限値に達しておらず、いずれの評価指標の目標値をも満たしたと判断した場合には、最も重視する評価指標である機関出力が最大となっているかを判断する（Ｓ１９）。その結果、機関出力が最大でないと判断した場合には、ステップＳ１４に戻って再度点火時期が上限か否かを判断し、上記の処理を繰り返す。
【００４２】
一方、機関出力が最大であると判断した場合には、このときの燃料噴射量、点火時期および機関出力を記憶する（Ｓ２０）。こうして、各数値を記憶したら、空燃比がエンジン１で使用される上限値に達しているか否かの判断を行う（Ｓ２１）。その結果、空燃比が上限に達していない場合は空燃比をΔＡ／Ｆ加算して、空燃比を変更する（Ｓ２２）。それから、ステップＳ６に戻って再度処理を行う。一方、空燃比が上限に達していると判断した場合には、このときに設定されている機関回転数・機関負荷での燃料噴射量・点火時期をマップとして決定する（Ｓ２３）。こうして燃料噴射量、点火時期のマップを決定したら、スロットル開度がエンジン１の上限値に達しているか否かの判断を行う（Ｓ２４）。その結果、スロットル開度が上限値に達していないと判断した場合には、スロットル開度をΔＴＡだけ増加するスロットル開度の変更を行い（Ｓ２５）、ステップＳ３に戻って再度計算を行う。一方、スロットル開度が上限に達していると判断した場合は、機関回転数がエンジン１で使用される上限に達しているかの判断を行う（Ｓ２６）。その結果、機関回転数が上限に達していない場合は機関回転数をΔＲＰＭだけ増加する機関回転数の変更を行い（Ｓ２７）、ステップＳ２に戻って再度計算を行う。一方、機関回転数が上限に達したと判断した場合には数値マップの作成が完了する。
【００４３】
このようにして、数値シミュレーションによって図２に示す数値マップＭＡ１，ＭＡ２が作成される。このように、ＥＣＵ３０に格納される数値マップＭＡ１，ＭＡ２が数値シミュレーションで作成されている。したがって実機適合試験を行うことなく、内燃機関を模擬する数値シミュレーションにより、機関制御パラメータの数値マップを高速かつ自動的に作成することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、機関運転状態の例として、機関回転数、吸入空気圧力およびスロットル開度を、また機関制御パラメータの例として燃料噴射量および点火時期を用いているが、機関運転状態、機関制御パラメータともこれに限定するものではなく、他の機関運転状態、または機関制御パラメータを用いることもできる。また、本実施形態では、評価指標として排気エミッション（ＨＣ、ＮＯｘ、スモーク）、ノック強度、燃費率、機関出力を用いているが、評価指標はこれに限定するものではない。また本実施形態では、最も重視する評価指標として機関出力を用いているが、他の評価指標を用いても良い。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る制御装置を含む内燃機関の全体の構成図である。図５に示すように、本実施形態のハード構成では、図１に示すＩＳＣ通路５およびＩＳＣ制御弁６が設けられていない一方、スロットルアクチュエータ５０が設けられている。スロットルペダルＰには、スロットルペダル操作量センサ５１が取り付けられている。
【００４６】
スロットルアクチュエータ５０およびスロットルペダル操作量センサ５１は、それぞれＥＣＵ５２に電気的に接続されている。スロットルペダル操作量センサ５１では、運転者が操作したスロットルペダルＰの操作量を検出し、検出されたスロットルペダル操作量をＥＣＵ５２に出力している。ＥＣＵ５２では、スロットルペダル操作量から要求トルクを算出し、算出された要求トルク量を実現するようにスロットル弁に取り付けられたスロットルアクチュエータ５０を駆動する。なお、本実施形態では、ＩＳＣ通路５およびＩＳＣ制御弁６を設けない態様としているが、これらを設ける態様とすることもできる。
【００４７】
ＥＣＵ５２は、インターフェイス５３、ＲＯＭ５４、およびＣＰＵ５５を備えている。このうち、ＲＯＭ５４には、図６に示すように、数値シミュレーション装置４０で作成された数値マップＭＡ３，ＭＡ４，ＭＡ５が格納されている。数値マップＭＡ３は、目標トルクＴｒｑと機関回転数ＲＰＭから導き出される燃料噴射量Ｇｆの最適値に関するものである。また、数値マップＭＡ４は、吸入空気量Ｇａと機関回転数ＲＰＭから導き出される目標スロットル開度ＴＡ′の最適値に関するものである。さらに、数値マップＭＡ５は、吸入空気量Ｇａと機関回転数ＲＰＭから導き出される点火時期ＳＯＩの最適値に関するものである。これらに数値マップＭＡ３，ＭＡ４，ＭＡ５は、上記第１の実施形態における図３および図４で示した手順と同様の手順を踏むことによって求めることができる。
【００４８】
また、ＣＰＵ５５は、目標トルク算出部５５Ａ、目標吸入空気量算出部５５Ｂ、および機関制御パラメータ計算部５５Ｃを備えている。目標トルク算出部５５Ａには、クランク角センサ２９からの機関回転数ＲＰＭおよびスロットルペダル操作量センサ５１からのスロットルペダル操作量ＴＰが出力される。また、目標吸入空気量算出部５５Ｂには、機関制御パラメータ計算部５５Ｃを介して出力された吸入空気圧センサ８から出力された吸入空気圧Ｐａ、スロットル開度センサ４から出力されたスロットル開度ＴＡ、およびスロットルペダル操作量センサ５１から出力されたスロットルペダル操作量ＴＰの各信号が機関制御パラメータ計算部５５Ｃを介して出力される。機関制御パラメータ計算部５５Ｃでは、ＲＯＭ３２に格納されている数値マップＭＡ３，ＭＡ４，ＭＡ５を利用して計算を行い、機関運転状態に対する最適な燃料噴射量３４、点火時期３５、および目標スロットル開度５６を算出している。そして、これらをそれぞれ信号化してインジェクタ１６、イグナイタ２６、およびスロットルアクチュエータ５０に出力している。また、本実施形態では、運転者のスロットルペダル操作量をスロットルペダル操作量センサ５１によって検出し、検出されたスロットルペダル操作量をＥＣＵ５２に出力する。ＥＣＵ５２では出力されたスロットルペダル操作量から要求トルク量を算出し、算出された要求トルク量を実現するようにスロットル弁３に取り付けられたスロットルアクチュエータ５０を駆動するものである。
【００４９】
以上に説明した本実施形態では、エンジン１がＥＣＵ５２によって制御される。ＥＣＵ５２における目標トルク算出部５５Ａには、所定のスロットルペダル操作量ＴＰと機関回転数ＲＰＭに対する目標トルク関係を示す数値マップが格納されている。そして、目標トルク算出部５５Ａでは、クランク角センサ２９から出力された機関回転数ＲＰＭおよびスロットルペダル操作量センサ５１から出力されたスロットルペダル操作量ＴＰに基づいて、目標トルクＴｒｑを算出する。算出された目標トルクＴｒｑは、機関制御パラメータ計算部５５Ｃに出力される。
機関制御パラメータ計算部５５Ｃには、スロットルペダル操作量センサ５１、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８から、それぞれスロットルペダル操作量ＴＰ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａの各信号が出力される。これらの信号から機関制御パラメータ計算部５５Ｃを通して目標吸入空気量算出部５５Ｂに出力される。目標吸入空気量算出部５５Ｂでは、これらの検出値に基づいて吸入空気量Ｇａを算出し、信号化して機関制御パラメータ計算部３３Ｃに出力される。機関制御パラメータ計算部５５Ｃでは、ＲＯＭ５４から数値マップＭＡ３，ＭＡ４，ＭＡ５が取り出される。ここで、数値マップＭＡ３は、所定の目標トルクＴｒｑと機関回転数ＲＰＭに対する燃料噴射量Ｇｆの最適値の関係を示す数値マップである。数値マップＭＡ４は、所定の吸入空気量Ｇａと機関回転数ＲＰＭに対する目標スロットル開度ＴＡ′の最適値の関係を示す数値マップである。数値マップＭＡ５は、所定の吸入空気量Ｇａと機関回転数ＲＰＭに対する点火時期ＳＯＩの最適値の関係を示す数値マップである。したがって、機関制御パラメータ計算部５５Ｃにおいて、数値マップＭＡ３に目標トルクＴｒｑおよび機関回転数ＲＰＭを当てはめることにより、燃料噴射量Ｇｆの最適値を求めることができる。また、数値マップＭＡ４に吸入空気量Ｇａおよび機関回転数ＲＰＭを当てはめることにより、目標スロットル開度ＴＡ′の最適値を求めることができる。さらに、数値マップＭＡ５に吸入空気量Ｇａおよび機関回転数ＲＰＭを当てはめることにより、点火時期ＳＯＩの最適値を求めることができる。こうして、検出された運転状態に対する最適な燃料噴射量３４、点火時期３５および目標スロットル開度５６を求めることができる。この燃料噴射量３４をインジェクタ１６に、点火時期３５をイグナイタ２６に、目標スロットル開度５６をスロットルアクチュエータ５０にそれぞれ出力することにより、機関の応答性や空燃比制御性を向上させることができる。
【００５０】
このとき、本実施形態に係るＥＣＵ５２のＲＯＭ５４に格納された機関制御パラメータの最適値の数値マップＭＡ３，ＭＡ４，ＭＡ５は、数値シミュレーションによって求められている。このため、本実施形態では、実機適合試験を行う必要がなくなるので、開発期間の長期化やコストの増大を好適に防止することができる。
【００５１】
なお、本実施形態における機関運転状態、機関制御パラメータとも、必ずしも上記の実施形態に限定されるものではなく、他の運転状態または機関制御パラメータを用いることもできる。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態に係る制御装置を含む内燃機関の全体の構成図である。図７に示すように、本実施形態のハード構成では、吸気バルブ作動機構２３に吸気可変バルブタイミング機構６０が取り付けられ、吸気バルブ２１に吸気可変バルブリフト量機構６１が取り付けられている。また、排気バルブ作動機構２４に排気可変バルブタイミング機構６２が取り付けられており、排気バルブ２２の上端部に排気可変バルブリフト量機構６３が取り付けられている。このうちの吸気可変バルブタイミング機構６０および排気可変バルブタイミング機構６２によって、吸気バルブ２１および排気バルブ２２のバルブタイミングをそれぞれ調整することができる。また、吸気可変バルブリフト量機構６１および排気可変バルブリフト量機構６３によって、それぞれ吸気バルブ２１および排気バルブ２２のバルブリフト量を調整することができる。なお、吸気・排気バルブ２１，２２のバルブタイミング、バルブリフト量は、その一部のみが変化する態様とすることもできる。可変バルブタイミング機構６０，６２および可変バルブリフト量機構６１，６３は、ＥＣＵ６４に電気的に接続されている。
【００５３】
ＥＣＵ６４は、インターフェイス６５、ＲＯＭ６６、およびＣＰＵ６７を備えている。このうち、ＲＯＭ６６には、図８に示すように、数値シミュレーション装置４０で作成された数値マップＭＡ１，ＭＡ２，ＭＡ６，ＭＡ７が格納されている。数値マップＭＡ１，ＭＡ２は、上記第１の実施形態と同一のものである。
また、数値マップＭＡ６は、機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭから導き出される吸・排気バルブタイミングＶＴの最適値に関するものである。数値マップＭＡ７は、機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭから導き出される吸・排気バルブリフト量ＶＬの最適値に関するものである。これらの数値マップＭＡ１，ＭＡ２，ＭＡ６，ＭＡ７は、上記第１の実施形態における図３および図４で示した手順と同様の手順を踏むことによって求めることができる。
【００５４】
また、ＣＰＵ６７は、吸入空気量算出部６７Ａ、機関負荷算出部６７Ｂ、および機関制御パラメータ計算部６７Ｃを備えている。吸入空気量算出部６７Ａおよび機関負荷算出部６７Ｂは、上記第１の実施形態と同様の構成を有している。また、機関制御パラメータ計算部６７Ｃでは、上記第１の実施形態と同様、ＲＯＭ６６に格納されている数値マップＭＡ１，ＭＡ２を利用して計算を行い、機関運転状態に対する最適な燃料噴射量３４および点火時期３５を算出し、それぞれ信号化してインジェクタ１６およびイグナイタ２６に出力している。それとともに、ＲＯＭ６６に格納されている数値マップＭＡ６，ＭＡ７を利用して計算を行い、機関運転状態に対する最適な吸・排気バルブタイミング６８および吸・排気バルブリフト量６９を算出し、それぞれ信号化して可変バルブタイミング機構６０，６２および可変バルブリフト量機構６１，６３に出力している。
【００５５】
以上に説明した本実施形態では、上記第１の実施形態と同様にして、吸入空気量算出部６７Ａで吸入空気量が算出され、機関負荷算出部６７Ｂで機関負荷ＫＬが算出され、信号化されて機関制御パラメータ計算部６７Ｃに出力される。機関制御パラメータ計算部６７Ｃでは、ＲＯＭ６６から数値マップＭＡ１，ＭＡ２が取り出される。これらの数値マップＭＡ１，ＭＡ２によって燃料噴射量３４および点火時期ＳＯＩを求めて、それぞれ信号化してインジェクタ１６およびイグナイタ２６に出力する。
【００５６】
また、機関制御パラメータ計算部６７Ｃでは、ＲＯＭ６６から数値マップＭＡ６，ＭＡ７も取り出される。ここで、数値マップＭＡ６は、所定の機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭに対する吸・排気バルブタイミングＶＴの最適値の関係を示す数値マップである。また、数値マップＭＡ７は、所定の機関負荷ＫＬと機関回転数ＲＰＭに対する吸・排気バルブリフト量ＶＬの最適値の関係を示す数値マップである。したがって、機関制御パラメータ計算部６７Ｃにおいて、数値マップＭＡ６に機関負荷ＫＬおよび機関回転数ＲＰＭを当てはめることにより、吸・排気バルブタイミングＶＴの最適値を求めることができる。また、数値マップＭＡ７に機関負荷ＫＬおよび機関回転数ＲＰＭを当てはめることにより、吸・排気バルブリフト量ＶＬの最適値を求めることができる。こうして、検出された運転状態に対する最適な吸・排気バルブタイミング６８および吸・排気バルブリフト量６９を求めることができる。したがって、吸・排気バルブタイミングと吸・排気バルブリフト量とを最適値とすることができるので、高回転時における出力トルク向上と、低回転時における回転変動の低減および出力トルク向上を両立させることができる。
【００５７】
このとき、本実施形態に係るＥＣＵ６４のＲＯＭ６６に格納された機関制御パラメータの最適値の数値マップＭＡ１，ＭＡ２，ＭＡ６，ＭＡ７は、いずれも数値シミュレーションによって求められている。このため、数値マップを求めるための実機適合試験を行う必要がなくなるので、開発期間の長期化やコストの増大を好適に防止することができる。
【００５８】
なお、本実施例では吸気および排気バルブのバルブタイミング、また吸気および排気バルブのバルブリフト量およびその数値マップをそれぞれ一まとめにして説明しているが、吸気バルブおよび排気バルブとも、機関運転状態に対して最適となるバルブタイミングおよびバルブリフト量は、通常は異なる。このため、実際の機関においては別個の値および数値マップとして決定するのが好適である。
また、本実施例における機関運転状態、機関制御パラメータとも、必ずしもこれに限定するものではなく、他の機関運転状態、または機関制御パラメータを用いても同様に実施することができる。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図９は、第４の実施形態に係る制御装置を含む内燃機関の全体の構成図である。図９に示すように、本実施形態のハード構成では、第１の実施形態と比較すると、第２の実施形態と同様、図１に示すＩＳＣ通路５およびＩＳＣ制御弁６が設けられていない一方、スロットルアクチュエータ５０が設けられている。スロットルペダルＰには、スロットルペダル操作量センサ５１が取り付けられている。さらに、第３の実施形態と同様、吸気バルブ作動機構２３に吸気可変バルブタイミング機構６０が取り付けられ、吸気バルブ２１に吸気可変バルブリフト量機構６１が取り付けられている。
また、排気バルブ作動機構２４に排気可変バルブタイミング機構６２が取り付けられており、排気バルブ２２の上端部に排気可変バルブリフト量機構６３が取り付けられている。スロットルアクチュエータ５０およびスロットルペダル操作量センサ５１、並びに可変バルブタイミング機構６０，６２および可変バルブリフト量機構６１，６３は、それぞれＥＣＵ７０に電気的に接続されている。
【００６０】
ＥＣＵ７０は、インターフェイス７１、ＲＯＭ７２、およびＣＰＵ７３を備えている。このうち、ＲＯＭ７２には、図１０に示すように、数値シミュレーション装置４０で作成された数値マップＭＡ１０〜ＭＡ１４が格納されている。数値マップＭＡ１０〜ＭＡ１２は、上記第２の実施形態における数値マップＭＡ３〜ＭＡ５とそれぞれ同一のものであり、数値マップＭＡ１３，ＭＡ１４は、それぞれ上記第３の実施形態における数値マップＭＡ６，ＭＡ７と同一のものである。
【００６１】
ＣＰＵ７３は、目標トルク算出部７３Ａ、目標吸入空気量算出部７３Ｂ、および機関制御パラメータ計算部７３Ｃを備えている。目標トルク算出部７３Ａおよび目標吸入空気量算出部７３Ｂは、上記第２の実施形態と同様の構成を有している。機関制御パラメータ計算部７３Ｃでは、上記第２の実施形態と同様、ＲＯＭ７２に格納されている数値マップＭＡ１０〜ＭＡ１３を利用して計算を行い、機関運転状態に対する最適な燃料噴射量３４、点火時期３５、および目標スロットル開度５６を算出し、それぞれ信号化してインジェクタ１６、イグナイタ２６、およびスロットルアクチュエータ５０に出力している。それとともに、上記第３の実施形態と同様に、ＲＯＭ７２に格納されている数値マップＭＡ１２，ＭＡ１３を利用して計算を行い、機関運転状態に対する最適な吸・排気バルブタイミング６８および吸・排気バルブリフト量６９を算出し、それぞれ信号化して可変バルブタイミング機構６０，６２および可変バルブリフト量機構６１，６３に出力している。
【００６２】
以上に説明した本実施形態では、上記第２の実施形態と同様にして、目標トルク算出部７３Ａで目標トルクＴｒｑが算出され、目標吸入空気量算出部７３Ｂで吸入空気量Ｇａが算出される。また、機関制御パラメータ計算部７３Ｃでは、ＲＯＭ７２から数値マップＭＡ１０〜ＭＡ１２が取り出される。これらの数値マップＭＡ１０〜ＭＡ１２によって、それぞれ燃料噴射量Ｇｆ、目標スロットル開度ＴＡ′、および点火時期ＳＯＩを求め、信号化してインジェクタ１６、イグナイタ２６、およびスロットルアクチュエータ５０に出力する。こうして、機関の応答性や空燃比制御性を向上させることができる。
【００６３】
また、機関制御パラメータ計算部７３Ｃでは、ＲＯＭ７２から数値マップＭＡ１３およびＭＡ１４も取り出される。これらの数値マップＭＡ１３，ＭＡ１４から、上記第３の実施形態と同様にして吸・排気バルブタイミングＶＴおよび吸・排気バルブリフト量ＶＬの最適値を求め、それぞれ信号化して可変バルブタイミング機構６０，６２、および可変バルブリフト量機構６１，６３に出力する。こうして、高回転時における出力トルクの向上と、低回転時における回転変動の低減および出力トルク向上を両立させることができる。
【００６４】
このとき、本実施形態に係るＥＣＵ７０のＲＯＭ７２に格納された機関制御パラメータの最適値のマップＭＡ１０〜ＭＡ１４は、いずれも数値シミュレーションによって求められている。このため、数値マップを求めるための実機適合試験を行う必要がなくなるので、開発期間の長期化やコストの増大を好適に防止することができる。
【００６５】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第１の実施形態と比較して、ハード構成は図１に示す構成と同様であり、制御装置としてのＥＣＵの構成が異なる。図１１は、本実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。図１１に示すように、本実施形態に係るＥＣＵ８０は、ＲＯＭ８１とＣＰＵ８２とを備えている。ＲＯＭ８１には、内燃機関を模擬する数値シミュレーション装置である数値シミュレーションソフトウェア８１Ａと、機関性能目標値８１Ｂが格納されている。数値シミュレーションソフトウェア８１Ａは、所定の機関運転状態を初期条件および境界条件とし、機関性能目標値８１Ｂを参照しながら、この機関性能目標値８１Ｂを満足するように機関制御パラメータの計算を行うものである。この数値シミュレーション部８１Ａは、上述した、いわゆる１次元または３次元モデルとすることができる。または、機関運転状態を変数とした実機試験や上記１次元または３次元モデル化の結果得られた代数式により機関制御パラメータを計算するという簡単なモデルによる方法でも良い。このような簡単なモデルによる方法を用いればＣＰＵ８２に計算の負荷を軽減することができる。
【００６６】
ＣＰＵ８２には、クランク角センサ２９．スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８がそれぞれ接続されている。これらのクランク角センサ２９、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８から、それぞれ信号化された機関回転数ＲＰＭ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａといった運転状態が出力される。また、ＣＰＵ８２には、数値シミュレーションソフトウェア８１Ａと機関性能目標値８１Ｂがそれぞれ読み込まれる。そして、ＣＰＵ８２では、機関制御パラメータ計算部８２Ａにおいて、数値シミュレーションソフトウェア８１Ａによる機関制御パラメータの計算が行われ、最適な燃料噴射量３４および点火時期３５の算出が行われる。
【００６７】
算出された燃料噴射量３４および点火時期３５は、それぞれ信号化されてインジェクタ１６およびイグナイタ２６に出力される。
【００６８】
次に、ＣＰＵ８２で行われる数値シミュレーションによる機関制御パラメータの決定手法について、図１２を参照して説明する。本実施形態では、機関運転状態が機関回転数、スロットル開度、および吸入空気圧Ｐａとなり、機関制御パラメータが燃料噴射量および点火時期となる。
【００６９】
まず、ＣＰＵ８２において、機関制御パラメータ計算部８２Ａに入力された機関回転数ＲＰＭ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａに基づいて、燃料噴射量と点火時期を仮決定する（Ｓ３１）。この仮決定を基にして、ＲＯＭ８１から読み込まれた内燃機関を模擬する数値シミュレーションを行い、シリンダ内の燃焼速度、燃焼温度、および燃焼圧力を計算する（Ｓ３２）。次に、求められた燃焼速度、燃焼温度、および燃焼圧力に基づいて、評価指標（排気エミッション、ノック強度、燃費率、および機関出力）の計算を行う（Ｓ３３）。そして、求められた評価指数があらかじめ決定されている目標値を満たすか否かを判断する。まず排気エミッションが目標値以下であるか否かを判断し（Ｓ３４）、排気エミッションが目標値以下である場合には、ノック強度が目標値以下であるか否かを判断する（Ｓ３５）。その結果、ノック強度が目標値以下である場合には、燃費率が目標値以下であるか否かを判断する（Ｓ３６）。そして、燃費率が目標値以下である場合には、機関出力が目標値以上であるか否かを判断する（Ｓ３７）。これらの評価指数の判断において（Ｓ３４〜Ｓ３７）、排気エミッション、ノック強度、燃費率、および機関出力のいずれかが満たされていない場合には、修正すべき機関制御パラメータを選択する（Ｓ３８）。そして、修正すべき機関制御パラメータを選択したら、その機関制御パラメータを修正し（Ｓ３９）、ステップＳ３２に戻って燃焼速度、燃焼温度、および燃焼圧力の計算を行う。この工程を繰り返し、ステップＳ３７で機関出力が以上となった場合には、これらの機関制御パラメータに基づいて、燃料噴射量および点火時期を算出する（Ｓ４０）。そして、図１１に示すように、算出された燃料噴射量３４および点火時期３５をそれぞれ信号化してインジェクタ１６およびイグナイタ２６に出力する。
【００７０】
このように、本実施形態に係る制御装置を用いることにより、実機適合試験を行う必要がないのはもちろん、各機関制御パラメータの数値マップをあらかじめ作成しておく必要がなくなる。その結果、さらに車両開発期間の短縮を図ることができるとともに、コストの低減に寄与することができる。
【００７１】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第２の実施形態と比較して、ハード構成は図５に示す態様と同様であり、制御装置としてのＥＣＵの構成が異なる。図１３に示すように、本実施形態に係るＥＣＵ８６は、ＲＯＭ８７とＣＰＵ８８とを備えている。ＲＯＭ８７には、内燃機関を模擬する数値シミュレーションソフトウェア８７Ａと機関性能目標値８７Ｂが格納されている。数値シミュレーションソフトウェア８７Ａは、上記第５の実施形態における数値シミュレーションソフトウェア８１Ａと同様のものであり、機関性能目標値８７Ｂを参照しながら数値シミュレーションを行う。そのときに、１次元モデルや３次元モデル、あるいは上記の簡単なモデル等による方法とすることができる。
【００７２】
ＣＰＵ８８には、クランク角センサ２９、スロットルペダル操作量センサ５１、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８がそれぞれ接続されている。これらのクランク角センサ２９、スロットルペダル操作量センサ５１、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８から、それぞれ信号化された機関回転数ＲＰＭ、スロットルペダル操作量ＴＰ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａが出力される。また、ＣＰＵ８８は、目標トルク算出部８８Ａと、数値シミュレーションソフトウェアによる機関制御パラメータ計算部８８Ｂを備えている。目標トルク算出部８８Ａには、上記第２の実施形態と同様に、クランク角センサ２９からの機関回転数ＲＰＭおよびスロットルペダル操作量センサ５１からのスロットルペダル操作量ＴＰが出力される。そして、機関回転数ＲＰＭおよびスロットルペダル操作量ＴＰに基づいて目標トルクＴｒｑを算出する。機関制御パラメータ計算部８８Ｂでは、ＲＯＭ８７から読み込まれた数値シミュレーションソフトウェア８７Ａによる機関制御パラメータの計算を行い、最適な燃料噴射量３４、点火時期３５、および目標スロットル開度５６の算出を行う。算出された燃料噴射量３４、点火時期３５、および目標スロットル開度５６は、それぞれ信号化されてインジェクタ１６、イグナイタ２６、およびスロットルアクチュエータ５０に出力される。
【００７３】
次に、ＣＰＵ８８で行われる数値シミュレーションによる機関制御パラメータの決定手法について、図１４を参照して説明する。本実施形態では、機関運転状態が機関回転数、スロットルペダル操作量、スロットル開度、および吸入空気圧となり、機関制御パラメータが燃料噴射量、点火時期、および目標スロットル開度となる。
【００７４】
機関制御パラメータを決定する前段階として、目標トルク算出部８８Ａにおいて、機関回転数ＲＰＭとスロットルペダル操作量ＴＰから、目標トルクを算出して機関制御パラメータ計算部８８Ｂに出力する。
【００７５】
続いて、機関制御パラメータを決定する手法について説明すると、まず、機関制御パラメータ計算部８８Ｂに入力されたこの目標トルクＴｒｑと、ＲＯＭ８７から読み出された機関性能目標値８７Ｂを参照し、機関制御パラメータの計算を行い、目標スロットル開度、燃料噴射量、および点火時期を仮決定する（Ｓ４１）。この計算では、スロットルペダル操作量センサ５１、スロットル開度センサ４、吸入空気圧センサ８から出力されたスロットルペダル操作量ＴＰ、スロットル開度ＴＡ、吸入空気圧Ｐａを初期条件および境界条件とする。
【００７６】
次に、この仮決定を基にして、ＲＯＭ８７から読み込まれた内燃機関を模擬する数値シミュレーションを行い、シリンダ内の燃焼速度、燃焼温度、燃焼圧力を計算する（Ｓ４２）。次に、求められた燃焼速度、燃焼温度、燃焼圧力に基づいて、評価指数（出力トルク、排気エミッション、ノック強度、および燃費率）の計算を行う（Ｓ４３）。そして、求められた評価指数があらかじめ決定されている目標値を満たすか否かを判断する。まず、出力トルクが目標トルクと一致するか否かを判断する（Ｓ４４）。その結果、出力トルクが目標トルクと一致した場合には、排気エミッションが目標値以下か否かを判断する（Ｓ４５）。
【００７７】
続いて、排気エミッションが目標値以下である場合には、ノック強度が目標値以下であるか否かを判断する（Ｓ４６）。さらに、ノック強度が目標値以下である場合には、燃費率が目標値以下であるか否かを判断する（Ｓ４７）。これらの評価指数の判断において（Ｓ４４〜Ｓ４７）、出力トルク、排気エミッション、ノック強度、および燃費率が目標値を満たしていない場合には、修正すべき機関制御パラメータを選択するＳ４８）。そして、修正すべき機関制御パラメータを選択したら、その機関制御パラメータを修正し（Ｓ４９）、ステップＳ４２に戻って燃焼速度、燃焼、温度、および燃焼圧力の計算を行う。
【００７８】
この工程を繰り返し、ステップＳ４７で燃費率が目標値以下となった場合には、これらの機関制御パラメータに基づいて、目標スロットル開度、燃料噴射量、および点火時期を算出する（Ｓ５０）。そして、図１３に示すように、算出された燃料噴射量３４、点火時期３５、および目標スロットル開度５６をそれぞれ信号化してインジェクタ１６、イグナイタ２６、およびスロットルアクチュエータ５０に出力する。こうして、インジェクタ１６、イグナイタ２６、スロットルアクチュエータ５０を駆動制御することにより、目標トルクＴｒｑを実現することができる。そして、運転者からの機関の運転要求に対応した機関出力トルクが得られ、機関の応答性、空燃比制御性を向上させることができる。
【００７９】
このように、本実施形態に係る制御装置を用いることにより、実機適合試験を行う必要がないのはもちろん、各機関制御パラメータの数値マップをあらかじめ作成しておく必要がなくなる。その結果、さらに車両開発期間の短縮を図ることができるとともに、コストの低減に寄与することができる。
【００８０】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第３の実施形態と比較して、ハード構成は図７に示す態様と同様であり、制御装置としてのＥＣＵの構成が異なる。図１５に示すように、本実施形態に係るＥＣＵ９０は、ＲＯＭ９１とＣＰＵ９２とを備えている。ＲＯＭ９１には、内燃機関を模擬する数値シミュレーションソフトウェア９１Ａと機関性能目標値９１Ｂとが格納されている。数値シミュレーションソフトウェア９１Ａは、上記第５の実施形態における数値シミュレーションソフトウェア８１Ａと同様のものであり、機関性能目標値９２Ｂを参照しながら数値シミュレーションを行う。そのときに、１次元モデルや３次元モデル、あるいは上記の簡単なモデル等による方法とすることができる。
【００８１】
ＣＰＵ９２には、クランク角センサ２９、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８がそれぞれ接続されている。これらのクランク角センサ２９、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８から、それぞれ信号化された機関回転数ＲＰＭ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａが出力される。また、ＣＰＵ９２は、数値シミュレーションソフトウェアによる機関制御パラメータ計算部９２Ａを備えている。この機関制御パラメータ計算部９２ＡではＲＯＭ９１から読み込まれた数値シミュレーションソフトウェア９１Ａによる機関制御パラメータの計算を行い、最適な燃料噴射量３４、点火時期３５、吸・排気バルブタイミング６８、および吸・排気バルブリフト量６９の算出を行う。
【００８２】
かかる構成を有する本実施形態に係る制御装置では、機関運転状態として機関回転数ＲＰＭ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａが用いられる。これらの機関運転状態から、機関制御パラメータ計算部９２Ａによって機関制御パラメータとしての燃料噴射量３４、点火時期３５、吸・排気バルブタイミング６８、および吸・排気バルブリフト量６１，６３を求めている。この機関制御パラメータ計算部９２Ａは、ＲＯＭ９１からＣＰＵ９２に読み出された数値シミュレーションソフトウェア９１Ａを用いて、上記機関制御パラメータを計算するものである。機関制御パラメータ計算部９２Ａでは、ＣＰＵ９２に入力された機関運転状態を初期条件および境界条件とし、ＲＯＭ９１から読み出された機関性能目標値９１Ｂを参照しながら、この機関性能目標値９１Ｂを満足するように機関制御パラメータの計算を行う。そして、求められた機関制御パラメータである燃料噴射量３４、点火時期３５、吸・排気バルブタイミング６８、および吸・排気バルブリフト量６９は、それぞれ信号化されてインジェクタ１６、イグナイタ２６、可変バルブタイミング機構６０，６２、および可変バルブリフト量機構６１，６３に出力される。
【００８３】
このような制御を行うことにより、高回転時における出力トルク向上と、低回転時における回転変動の低減および出力トルク向上を両立させることができる。
また、このように、本実施形態に係る制御装置を用いることにより、実機適合試験を行う必要がないのはもちろん、各機関制御パラメータの数値マップをあらかじめ作成しておく必要がなくなる。その結果、さらに車両開発期間の短縮を図ることができるとともに、コストの低減に寄与することができる。
【００８４】
なお、本実施例では吸・排気バルブのバルブタイミング、また吸・排気バルブのバルブリフト量をそれぞれ一まとめにして説明しているが、吸・排気バルブとも、機関運転状態に対して最適となるバルブタイミングおよびバルブリフト量が異なる。したがって、実際の機関においては別個の値として決定することが好ましいものである。
【００８５】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第４の実施形態と比較して、ハード構成は図９に示す態様と同様であり、制御装置としてのＥＣＵの構成が異なる。図１６に示すように、本実施形態に係るＥＣＵ９５は、ＲＯＭ９６とＣＰＵ９７とを備えている。ＲＯＭ９６には、内燃機関を模擬する数値シミュレーションソフトウェア９６Ａと機関性能目標値９６Ｂとが格納されている。数値シミュレーションソフトウェア９６Ａは、上記第５の実施形態における数値シミュレーション部８１ソフトウェアと同様のものであり、機関性能目標値９６Ｂを参照しながら数値シミュレーションを行う。そのときに、１次元モデルや３次元モデル、あるいは上記の簡単なモデル等による方法とすることができる。
【００８６】
ＣＰＵ９７には、クランク角センサ２９、スロットルペダル操作量センサ５１、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８が接続されている。これらのクランク角センサ２９、スロットル開度センサ４、および吸入空気圧センサ８から、それぞれ信号化された機関回転数ＲＰＭ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａが出力される。
【００８７】
また、ＣＰＵ９７は、目標トルク算出部９７Ａと、数値シミュレーションによる機関制御パラメータ計算部９７Ｂを備えている。目標トルク算出部９７Ａには、上記第６の実施形態と同様に、クランク角センサ２９からの機関回転数ＲＰＭおよびスロットルペダル操作量センサ５１からのスロットルペダル操作量ＴＰが出力される。そして、機関回転数ＲＰＭおよびスロットルペダル操作量ＴＰに基づいて目標トルクＴｒｑを算出する。
【００８８】
機関制御パラメータ計算部９７Ｂでは、ＲＯＭ９６から読み込まれた数値シミュレーションソフトウェア９６Ａによる機関制御パラメータの計算を行い、最適な燃料噴射量３４、点火時期３５、目標スロットル開度５６、吸・排気バルブタイミング６８、および吸・排気バルブリフト量６９の算出を行う。算出された燃料噴射量３４、点火時期３５、目標スロットル開度５６、吸・排気バルブタイミング、および吸・排気バルブリフト量６９は、それぞれ信号化されてインジェクタ１６、イグナイタ２６、スロットルアクチュエータ５０、可変バルブタイミング機構６０，６２、および可変バルブリフト量機構６１，６３に出力される。
【００８９】
かかる構成を有する本実施形態に係る制御装置では、機関運転状態として機関回転数ＲＰＭ、スロットルペダル操作量ＴＰ、スロットル開度ＴＡ、および吸入空気圧Ｐａが用いられる。ここで、機関制御パラメータ計算部９７Ｂにおける計算を行う前に、目標トルク算出部９７Ａにおいて、目標トルクの算出が行われる。目標トルクは、上記第６の実施形態等と同様、クランク角センサ２９から出力される機関回転数ＲＰＭとスロットルペダル操作量センサ５１から出力されるスロットルペダル操作量ＴＰに基づいて算出される。算出された目標トルクＴｒｑは、機関制御パラメータ計算部９７Ｂに出力される。
【００９０】
機関制御パラメータ計算部９７Ｂでは、ＲＯＭ９６から読み出された数値シミュレーションソフトウェア９６Ａによって、燃料噴射量３４、点火時期３５、目標スロットル開度５６、吸・排気バルブタイミング６８、および吸・排気バルブリフト量６９を算出する。機関制御パラメータ計算部９７Ｂでは、ＣＰＵ９７に入力された機関運転状態を初期条件および境界条件とし、ＲＯＭ９６から読み出された機関性能目標値９６Ｂを参照しながら、この機関性能目標値９１Ｂを満足するように機関制御パラメータの計算を行う。そして、算出された燃料噴射量３４、点火時期３５、目標スロットル開度５６、吸・排気バルブタイミング６８、および吸・排気バルブリフト量６９を信号化し、それぞれインジェクタ１６、イグナイタ２６．スロットルアクチュエータ５０、可変バルブタイミング機構６０，６２、および可変バルブリフト量機構６１，６３に出力される。
【００９１】
このような制御を行うことにより、機関の応答性、空燃比の制御性を向上させることができるとともに、高回転時における出力トルク向上と、低回転時における回転変動の低減および出力トルク向上を両立させることができる。さらには、実機適合試験を行う必要がないのはもちろん、各機関制御パラメータの数値マップをあらかじめ作成しておく必要がなくなる。その結果、さらに車両開発期間の短縮を図ることができるとともに、コストの低減に寄与することができる。
【００９２】
また、上記第５〜第８の実施形態では、機関運転状態として、吸入空気圧Ｐａを用いているが、吸入空気圧Ｐａは、吸入空気温度と吸入空気圧とスロットル開度から求めることができる。そして、吸入空気圧は大気圧であるから、吸入空気温度とスロットル開度との関係をモデル化しておくことにより、吸入空気圧Ｐａを利用する必要がなくなる。
【００９３】
したがって、吸入空気温度とスロットル開度との関係をモデル化しておくのが好適である。このように、吸入空気温度とスロットル開度との関係をモデル化しておくことにより、吸入空気圧センサ８をサージタンク７に設ける必要がなくなる。吸入空気圧センサ８を設ける必要がなくなることから、吸入空気圧センサによるサージタンクの圧力損失をなくするとともに、内燃機関の制御装置のコストを低減させることができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、実機適合試験を行うことなく内燃機関の制御装置に格納される各種機関制御パラメータの数値マップを数値シミュレーションにより求め、もしくは各種機関制御パラメータを機関運転時にリアルタイムで算出することにより、内燃機関の開発期間の短縮およびコストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る制御装置を含む内燃機関の全体構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図３】第１の実施形態の数値マップを作成する手順を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の数値マップを作成する手順を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態に係る制御装置を含む内燃機関の全体構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図７】第３の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図８】第３の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図９】第４の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１０】第４の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１１】第５の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１２】第５の実施形態の数値マップを作成する手順を示すフローチャートである。
【図１３】第６の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１４】第６の実施形態の数値マップを作成する手順を示すフローチャートである。
【図１５】第７の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１６】第８の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…吸気通路、３…スロットル弁、４…スロットル開度センサ、５…ＩＳＣ通路、６…ＩＳＣ制御弁、７…サージタンク、８…吸入空気圧センサ、９…吸入空気温センサ、１０…シリンダブロック、１１…シリンダヘッド、１２…ピストン、１３…燃焼室、１４…吸気ポート、１５…排気ポート、１６…インジェクタ、１７…排気通路、１８…空燃比センサ、１９…冷却水通路、２０…機関冷却水センサ、２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、２３…吸気バルブ作動機構、２４…排気バルブ作動機構、２５…点火プラグ、２６…イグナイタ、２７…点火コイル、２８…ディストリビュータ、２９…クランク角センサ、３０，５２，６４，７０，８０，８６，９０，９５…ＥＣＵ、３１，５３，６５，７１…インターフェイス、３２，５４，６６，７２，８１，８７，９１，９６…ＲＯＭ、３３，５５，６７，７３，８２，８８，９２，９７…ＣＰＵ、３３Ａ…吸入空気量算出部、３３Ｂ…機関負荷算出部、３３Ｃ…機関制御パラメータ計算部、３４…燃料噴射量、３５…点火時期、４０…数値シミュレーション装置、５０…スロットルアクチュエータ、５１…スロットルペダル操作量センサ、５５Ａ，７３Ａ，８８Ａ…目標トルク算出部、５５Ｂ，７３Ｂ…目標吸入空気量算出部、５５Ｃ，６７Ｃ，７３Ｃ…機関制御パラメータ計算部、５６…目標スロットル開度、６０…吸気可変バルブタイミング機構、６１…吸気可変バルブリフト量機構、６２…排気可変バルブタイミング機構、６３…排気可変バルブリフト量機構、６７Ａ…吸入空気量算出部、６７Ｂ…機関負荷算出部、６８…吸・排気バルブタイミング、６９…吸・排気バルブリフト量、８１Ａ，８７Ａ，９１Ａ，９６Ａ…数値シミュレーションソフトウェア、８１Ｂ，８７Ｂ，９１Ｂ，９６Ｂ…機関性能目標値、８２Ａ，８８Ａ，９２Ａ，９７Ｂ…数値シミュレーションソフトウェアによる機関制御パラメータ計算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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