(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、
上記エンジンのノック限界点火時期を、燃料のオクタン価に応じて設定するノック限界点火時期設定手段と、
上記エンジンの現在の運転状態に基づき、上記エンジンが出力可能なトルクを予測するトルク予測手段と、
上記トルク予測手段が予測した予測トルクに所定の付加トルクを加えた値を上限トルクとして算出し、上記目標トルクを上記上限トルク以下に設定する目標トルク設定手段と、
上記目標トルクに基づき吸入空気量を制御する空気量制御手段と、を有し、
上記目標トルク設定手段は、上記ノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価に応じて設定されている場合、上記ノック限界点火時期が相対的に低いオクタン価に応じて設定されている場合よりも上記付加トルクを大きくする
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
上記目標トルク設定手段は、上記ノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価に応じて設定されており、且つ、エンジンの運転状態が相対的に高負荷且つ高回転の運転領域にある場合、上記ノック限界点火時期が相対的に低いオクタン価に応じて設定されている場合又はエンジンの運転状態が相対的に低負荷若しくは低回転の運転領域にあるよりも上記付加トルクを大きくする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
上記エンジンの制御装置は、ターボ過給機を有するエンジンの制御装置であり、
上記トルク予測手段は、上記ターボ過給機による現在の過給圧に基づき、上記エンジンが出力可能なトルクを予測する請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジンのような火花点火式のエンジンにおいて、現在使用している燃料のオクタン価を推測し、そのオクタン価に応じた点火時期マップを参照して、ノッキングを起こさない適切な点火時期を決定する制御を実施するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載された制御装置では、燃料のオクタン価が高くなるほど、ノッキングを引き起こさない限界の点火時期進角量（ノック限界）が進角側に設定される。すなわち、オクタン価が高くなるほど、最も高いトルクが得られるＭＢＴの近傍まで点火時期を進角させることができ、燃費を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、アクセルペダルの操作等の車両の運転状態に基づき目標トルクを設定し、その目標トルクを出力させるようにエンジンを制御する、いわゆるトルクベース制御が知られている。上記の特許文献１に記載されているような制御装置を、トルクベース制御を実行するエンジンに適用した場合において、異なるオクタン価の燃料により同じ目標トルクを出力させようとした場合、燃料のオクタン価が高く点火時期の進角量を大きくできるほど、少ない吸入空気量（及びそれに相当する燃料量）により目標トルクを出力させることができる。すなわち、同じ目標トルクを出力させようとした場合、燃料のオクタン価が高いほど、スロットルバルブの開度が小さくなる。
【０００５】
したがって、例えば自動変速機によるアップシフト（低速段から高速段への変速）時のように、エンジンの目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合、高いオクタン価に応じて点火時期の進角量が大きく設定されていると、目標トルクの低下に応じて吸入空気量を減少させるためにスロットルバルブの閉じ量が一層多くなり、アップシフト直後における吸入空気量の落ち込みが顕著になる。その結果、アップシフト後の出力トルクの落ち込みが生じ、変速ショックを引き起こしてしまう。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、高いオクタン価に応じて点火時期が進角されているときに、自動変速機のアップシフト時のようにエンジンの目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、ショックを引き起こすことなく目標トルクを出力させるようにエンジンを制御することができる、エンジン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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの制御装置は、目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、エンジンのノック限界点火時期を、燃料のオクタン価に応じて設定するノック限界点火時期設定手段と、エンジンの現在の運転状態に基づき、エンジンが出力可能なトルクを予測するトルク予測手段と、トルク予測手段が予測した予測トルクに所定の付加トルクを加えた値を上限トルクとして算出し、目標トルクを上限トルク以下に設定する目標トルク設定手段と、目標トルクに基づき吸入空気量を制御する空気量制御手段とを有し、目標トルク設定手段は、ノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価に応じて設定されている場合、ノック限界点火時期が相対的に低いオクタン価に応じて設定されている場合よりも付加トルクを大きくすることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、目標トルク設定手段は、ノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価に応じて設定されている場合、ノック限界点火時期が相対的に低いオクタン価に応じて設定されている場合よりも付加トルクを大きくするので、相対的に高いオクタン価に応じて点火時期が進角されていることによりスロットルバルブの閉じ量が相対的に大きい場合には、相対的に低いオクタン価に応じて点火時期が設定されている場合よりも、付加トルクの増大に応じて吸入空気量を増大させるためにスロットルバルブの閉じ量を少なくすることができる。これにより、自動変速機のアップシフト時のようにエンジンの目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、アップシフト直後における吸入空気量の落ち込みを抑制することができ、ショックを引き起こすことなく目標トルクを出力させるようにエンジンを制御することができる。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、目標トルク設定手段は、ノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価に応じて設定されており、且つ、エンジンの運転状態が相対的に高負荷且つ高回転の運転領域にある場合、ノック限界点火時期が相対的に低いオクタン価に応じて設定されている場合又はエンジンの運転状態が相対的に低負荷若しくは低回転の運転領域にあるよりも付加トルクを大きくする。
このように構成された本発明においては、相対的に高いオクタン価に応じて点火時期が進角されており、且つ相対的に高負荷高回転の運転状態である場合には、付加トルクを増大させることでスロットルバルブの閉じ量を少なくするので、エンジンの目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、アップシフト直後における吸入空気量の落ち込みを抑制することができ、これにより、ショックを引き起こすことなく高い目標トルクを維持することができる。
また、相対的に低いオクタン価に応じて点火時期が設定されている場合、あるいは低負荷又は低回転の運転状態である場合には、付加トルクを増大させず、したがって吸入空気量を増大させないので、全運転領域において付加トルクを大きくして吸入空気量を増大させることにより例えば高負荷低回転領域においてプリイグニッションが発生することを防止できる。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、エンジンの制御装置は、ターボ過給機を有するエンジンの制御装置であり、トルク予測手段は、ターボ過給機による現在の過給圧に基づき、エンジンが出力可能なトルクを予測する。
このように構成された本発明においては、例えばエンジン回転数が低く十分な過給圧が得られない場合でも、その状態を反映してエンジンが出力可能なトルクを正確に予測し、その正確な予測トルクに基づき目標トルクを設定することができるので、自動変速機のアップシフト時のようにエンジンの目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、ショックを引き起こすことなく必要な目標トルクを確実に出力させるようにエンジンを制御することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるエンジンの制御装置によれば、高いオクタン価に応じて点火時期が進角されているときに、自動変速機のアップシフト時のようにエンジンの目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、ショックを引き起こすことなく目標トルクを出力させるようにエンジンを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態によるエンジン制御処理のフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態によるオクタン価設定マップの一例である。
【図５】本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が目標トルクを決定する目標トルク決定処理のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態による目標トルク決定処理を実行した場合のタイムチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。
【００１３】
＜システム構成＞
まず、図１及び図２により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、エンジンシステム１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１と、この吸気通路１から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁１３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン１０（具体的にはガソリンエンジン）と、このエンジン１０内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路２５と、エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５４と、エンジンシステム１００全体を制御するＰＣＭ６０（エンジンの制御装置）とを有する。
【００１５】
吸気通路１には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、外気や冷却水により吸気を冷却するインタークーラ５と、通過する吸気の量（吸入空気量）を調整するスロットルバルブ６と、エンジン１０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク７と、が設けられている。
【００１６】
また、吸気通路１には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路８が設けられている。具体的には、エアバイパス通路８の一端は、コンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ６の上流側の吸気通路１に接続され、エアバイパス通路８の他端は、エアクリーナ３の下流側で且つコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１に接続されている。
【００１７】
このエアバイパス通路８には、エアバイパス通路８を流れる吸気の流量を開閉動作により調節するエアバイパスバルブ９が設けられている。エアバイパスバルブ９は、エアバイパス通路８を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。
【００１８】
エンジン１０は、主に、吸気通路１から供給された吸気を燃焼室１１内に導入する吸気バルブ１２と、燃焼室１１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１３と、燃焼室１１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ１４と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン１５と、ピストン１５の往復運動により回転されるクランクシャフト１６と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路２５へ排出する排気バルブ１７と、を有する。
【００１９】
また、エンジン１０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７のそれぞれの動作タイミング（バルブの開閉時期に相当する）を、可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing Mechanism）としての可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９によって可変に構成されている。可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９としては、公知の種々の形式を適用可能であるが、例えば電磁式又は油圧式に構成された機構を用いて、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを変化させることができる。
【００２０】
排気通路２５には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によってコンプレッサ４ａを駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する触媒装置３５ａ、３５ｂが設けられている。以下では、これらの触媒装置３５ａ、３５ｂを区別しないで用いる場合には、単に「触媒装置３５」と表記する。
【００２１】
また、排気通路２５上には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１に還流させるＥＧＲ装置２６が設けられている。ＥＧＲ装置２６は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路２５に接続され、他端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１に接続されたＥＧＲ通路２７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２８と、ＥＧＲ通路２７を流れるＥＧＲガス量（流量）を制御するＥＧＲバルブ２９と、を有する。このＥＧＲ装置２６は、いわゆる高圧ＥＧＲ装置（ＨＰＬ（High Pressure Loop）ＥＧＲ装置）に相当する。
【００２２】
また、排気通路２５には、排気ガスを、ターボ過給機４のタービン４ｂを通過させずに迂回させるタービンバイパス通路３０が設けられている。このタービンバイパス通路３０には、タービンバイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を制御するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧバルブ」と称する）３１が設けられている。
【００２３】
また、排気通路２５においては、ＥＧＲ通路２７の上流側の接続部分とタービンバイパス通路３０の上流側の接続部分との間の通路が、第１通路２５ａと第２通路２５ｂとに分岐されている。第１通路２５ａは第２通路２５ｂよりも径が大きく、換言すると第２通路２５ｂは第１通路２５ａよりも径が小さく、第１通路２５ａには開閉バルブ２５ｃが設けられている。開閉バルブ２５ｃが開いている場合には、排気ガスは基本的には第１通路２５ａに流れ、開閉バルブ２５ｃが閉じている場合には、排気ガスは第２通路２５ｂにのみ流れる。そのため、開閉バルブ２５ｃが閉じている場合には、開閉バルブ２５ｃが開いている場合よりも、排気ガスの流速が大きくなる。開閉バルブ２５ｃは低回転数領域において閉じられ、流速が上昇された排気ガスをターボ過給機４のタービン４ｂに供給して、低回転域でもターボ過給機４による過給が行えるようになっている。
【００２４】
エンジンシステム１００には、当該エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５４が設けられている。これらセンサ４０〜５４は、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ４０は、アクセルペダルの開度（ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する）であるアクセル開度を検出する。エアフローセンサ４１は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。温度センサ４２は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の温度を検出する。圧力センサ４３は、過給圧を検出する。スロットル開度センサ４４は、スロットルバルブ６の開度であるスロットル開度を検出する。圧力センサ４５は、エンジン１０に供給される吸気の圧力に相当するインマニ圧（サージタンク７内の圧力）を検出する。クランク角センサ４６は、クランクシャフト１６におけるクランク角を検出する。吸気側カム角センサ４７は、吸気カムシャフトのカム角を検出する。排気側カム角センサ４８は、排気カムシャフトのカム角を検出する。温度センサ４９は、エンジン１０の冷却水の温度（水温）を検出する。ＷＧ開度センサ５０は、ＷＧバルブ３１の開度を検出する。Ｏ2センサ５１は、触媒装置３５ａの上流側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、Ｏ2センサ５２は、触媒装置３５ａと触媒装置３５ｂとの間の排気ガス中の酸素濃度を検出する。車速センサ５３は、車両の速度（車速）を検出する。ノックセンサ５４は、例えばエンジン１０のシリンダブロックに設けられ、エンジン１０のノッキングによる振動を検出する。これらの各種センサ４０〜５４は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５４をＰＣＭ６０に出力する。
【００２５】
ＰＣＭ６０は、上述した各種センサ４０〜５４から入力された検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５４に基づいて、エンジンシステム１００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、図２に示すように、ＰＣＭ６０は、スロットルバルブ６に制御信号Ｓ１０６を供給して、スロットルバルブ６の開閉時期やスロットル開度を制御し、エアバイパスバルブ９に制御信号Ｓ１０９を供給して、エアバイパスバルブ９の開閉を制御し、ＷＧバルブ３１に制御信号Ｓ１３１を供給して、ＷＧバルブ３１の開度を制御し、燃料噴射弁１３に制御信号Ｓ１１３を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ１４に制御信号Ｓ１１４を供給して、点火時期を制御し、可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９のそれぞれに制御信号Ｓ１１８、Ｓ１１９を供給して、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを制御し、ＥＧＲバルブ２９に制御信号Ｓ１２９を供給して、ＥＧＲバルブ２９の開度を制御する。
【００２６】
特に、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、エンジン１０においてノッキングが発生しない限界の点火時期（ノック限界点火時期）を、燃料のオクタン価に応じて設定する。また、ＰＣＭ６０は、エンジン１０が所定時間先に出力可能なトルクを予測し、その予測トルクに所定の付加トルクを加えた値を上限トルクとして算出して、目標トルクを上限トルク以下に設定する。また、ＰＣＭ６０は、目標トルクに基づき吸入空気量を制御する。また、ＰＣＭ６０は、ノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価に応じて設定されている場合、ノック限界点火時期が相対的に低いオクタン価に応じて設定されている場合よりも付加トルクを大きくする。このように、ＰＣＭ６０は、本発明における「エンジンの制御装置」に相当し、本発明における「ノック限界点火時期設定手段」、「トルク予測手段」、「目標トルク設定手段」、「空気量制御手段」として機能する。
【００２７】
ＰＣＭ６０の各構成要素は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。
【００２８】
＜エンジン制御処理＞
次に、図３及び図４を参照して、本発明の実施形態において行われるエンジン１０の基本制御について説明する。図３は、本発明の実施形態によるエンジン制御処理のフローチャートであり、図４は、本発明の実施形態による点火時期設定マップの一例である。このエンジン制御処理は、車両のイグニッションがオンにされ、ＰＣＭ６０に電源が投入された場合に起動され、繰り返し実行される。
【００２９】
エンジン制御処理が開始されると、図３に示すように、ステップＳ１において、ＰＣＭ６０は車両の運転状態に関する各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、アクセル開度センサ４０が検出したアクセル開度、エアフローセンサ４１が検出した吸入空気量、車速センサ５３が検出した車速、ノックセンサ５４が検出したノッキングの有無、車両の変速機に現在設定されているギヤ段等を取得する。
【００３０】
次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１において取得された車両の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して、アクセル開度センサ４０によって検出されたアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。
【００３１】
次に、ステップＳ３において、ＰＣＭ６０は、ノック限界点火時期を、ステップＳ１において取得されたエンジン１０の運転状態及び現在使用している燃料のオクタン価に応じて設定する。
【００３２】
具体的には、ＰＣＭ６０は、現在使用している燃料のオクタン価を予め推定しておく。例えば、ＰＣＭ６０は、燃料が給油された後の適当な時期に、エンジン１０の運転中に点火時期を徐々に進角させ、ノッキングが検出されたときのノック発生点火時期を特定する。そして、ノック発生点火時期とオクタン価との関係を規定したマップ（予め作成されてメモリ等に記憶されている）を参照し、特定したノック発生点火時期に対応するオクタン価を、現在使用している燃料のオクタン価として推定する。
【００３３】
また、ＰＣＭ６０は、エンジン１０の運転状態と、ノック限界点火時期を設定するときに使用するオクタン価との関係を各変速段について規定したオクタン価設定マップ（予め作成されてメモリ等に記憶されている）を参照し、ステップＳ１において取得された車両の運転状態に対応するオクタン価を取得する。図４に例示したオクタン価設定マップでは、横軸がエンジン回転数を表し、縦軸がアクセル開度を表している。また、図４（ａ）は変速段が１速及び２速のときのオクタン価設定マップであり、図４（ｂ）は変速段が３速以上のときのオクタン価設定マップである。図４に示すように、現在の変速段が１速又は２速の場合、エンジン回転数Ａ及びアクセル開度Ｂに対応するオクタン価としては９３ＲＯＮが取得されるが、現在の変速段が３速以上の場合、エンジン回転数Ａ及びアクセル開度Ｂに対応するオクタン価としては９８ＲＯＮが取得される。
【００３４】
そして、ＰＣＭ６０は、予め推定した現在使用している燃料のオクタン価と、エンジン１０の運転状態に基づきオクタン価設定マップから取得したオクタン価との内、小さい方の値を、ノック限界点火時期を設定するために使用する点火時期設定用オクタン価として取得する。
そして、ＰＣＭ６０は、種々のオクタン価について充填効率及びエンジン回転数に応じたノック限界点火時期を規定したマップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、取得した点火時期設定用オクタン価に対応するマップを選択し、選択したマップに規定されているノック限界点火時期を、種々の充填効率及び種々のエンジン回転数についてのノック限界点火時期のセットとして設定する。
【００３５】
次に、ステップＳ４において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２において決定した目標加速度を実現するためのエンジン１０の目標トルクを決定する。この場合、ＰＣＭ６０は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジン１０が出力可能なトルクの範囲内で、目標トルクを決定する。この目標トルクを決定する処理の詳細は後述する。
【００３６】
また、ステップＳ２〜Ｓ４の処理と並行して、ステップＳ５において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１においてノックセンサ５４から取得した検出信号に基づき、ノッキングが検出されたか否かを判定する。
その結果、ノッキングが検出された場合、ステップＳ６に進み、ＰＣＭ６０は、ノッキングを抑制するために点火時期を遅角側に補正するときの補正量（点火リタード量）を増大させる。一方、ノッキングが検出されなかった場合、ステップＳ７に進み、ＰＣＭ６０は、点火リタード量を減少させる。これにより、ノックセンサ５４によりノッキングが検出される度に点火時期は徐々に遅角側に補正され、ノッキングが検出されない場合、点火時期は進角側に戻される。ただし、点火リタード量は、燃焼効率の著しい悪化や失火を考慮した燃焼安定性の観点から予め実験により定められたリタード限界を超えないように設定される。
【００３７】
ステップＳ４、及び、ステップＳ６又はＳ７の後、ステップＳ８において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１において取得した現在のエンジン回転数及びステップＳ３において決定した目標トルクを含むエンジン１０の運転状態に応じて、点火プラグ１４による基準点火時期を設定する。
具体的には、ＰＣＭ６０は、目標トルクにフリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを加味した目標図示トルクを算出し、種々の充填効率及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火進角マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在のエンジン回転数に対応し且つノッキングが発生しない範囲（ステップＳ３で設定したノック限界点火時期よりも遅角側の範囲）で可能な限りＭＢＴに近い点火時期の場合に目標図示トルクが得られる点火進角マップを選択し、選択した点火進角マップを参照して、目標図示トルクに対応する点火時期を基準点火時期として設定する。そして、ＰＣＭ６０は、設定した基準点火時期を、ステップＳ６又はＳ７において設定した点火リタード量だけ遅角側に補正する。
【００３８】
次に、ステップＳ９において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ４により決定された目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標充填効率を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、目標図示トルクを出力するために必要な熱量（要求熱量）を求め、この要求熱量を発生させるために必要な目標充填効率を求める。ＰＣＭ６０は、ステップＳ８において基準点火時期をステップＳ６又はＳ７において設定した点火リタード量だけ遅角させる場合には、この点火リタード量に応じて目標充填効率を増大させ、目標トルクがエンジン１０から適切に出力されるようにする。
【００３９】
次に、ステップＳ１０において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ９において設定した目標充填効率に相当する空気がエンジン１０に導入されるように、エアフローセンサ３１が検出した空気量を考慮して、スロットルバルブ６の開度と、可変吸気バルブ機構１８を介した吸気バルブ１２の開閉時期とを決定する。
【００４０】
次に、ステップＳ１１において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ９において決定したスロットル開度及び吸気バルブ１２の開閉時期に基づき、スロットルバルブ６及び可変吸気バルブ機構１８を制御するとともに、エンジン１０の運転状態等に応じて決定された目標当量比と、エアフローセンサ４１の検出信号Ｓ１４１等に基づき推定した実空気量とに基づき、燃料噴射弁１３を制御する。
【００４１】
また、ステップＳ１０〜Ｓ１１の処理と並行して、ステップＳ１２において、ＰＣＭ６０は、ターボ過給機４による目標過給圧を取得する。例えば、種々のエンジン回転数について目標トルクと目標過給圧との関係を示すマップが予めメモリ等に記憶されており、ＰＣＭ６０は、そのマップを参照し、現時点でのエンジン回転数及びステップＳ４において決定した目標トルクに対応する目標過給圧を取得する。
【００４２】
次に、ステップＳ１３において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１２において取得した目標過給圧を実現するための、ＷＧバルブ３１の開度を決定する。
【００４３】
次に、ステップＳ１４において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１３において設定した開度に基づき、ＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御する。この場合、ＰＣＭ１０は、ステップＳ１３において設定した開度に応じてＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御すると共に、圧力センサ４３により検出される過給圧を、ステップＳ１２において取得した目標過給圧に近づけるようにアクチュエータをフィードバック制御する。
【００４４】
また、ステップＳ１０〜Ｓ１１及びステップＳ１２〜Ｓ１４の処理と並行して、ステップＳ１５において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ８において設定した点火時期に点火が行われるように、点火プラグ１４を制御する。
ステップＳ１１、Ｓ１４及びＳ１５の後、ＰＣＭ６０は、エンジン制御処理を終了する。
【００４５】
＜目標トルク決定処理＞
次に、図５を参照して、目標トルクを決定するための目標トルク決定処理について説明する。図５は、目標トルク決定処理のフローチャートである。
【００４６】
図３に示したエンジン制御処理のステップＳ４において目標トルク決定処理が開始されると、ステップＳ２１において、ＰＣＭ６０は、アクセル開度センサ４０、クランク角センサ４６、圧力センサ４３などから入力された検出信号に基づき、現時点のアクセル開度、エンジン回転数及び過給圧を取得する。
【００４７】
次に、ステップＳ２２において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２１において取得したアクセル開度、エンジン回転数及び過給圧に基づき、エンジン１０が所定の予測時間先に出力可能な予測トルクを算出する。なお、予測時間は、目標トルクに基づきスロットルバルブ６や可変吸気バルブ機構１８を制御した場合にエンジン１０の出力トルクが応答するまでの時間であり、例えば２００ｍｓである。
例えば、ＰＣＭ６０は、図３に例示したエンジン制御処理のステップＳ２において決定した目標加速度を実現するために必要なトルクを、アクセルペダルを操作したドライバが要求するトルク（ドライバ要求トルク）として算出する。そして、種々のエンジン回転数について過給圧と出力トルクとの関係を示す過給圧マップ（予め作成されてメモリ等に記憶されている）の中から現在のエンジン回転数に対応するマップを参照し、ドライバ要求トルクに対応する過給圧を目標過給圧として算出する。さらに、現在の過給圧と目標過給圧との間の値（例えば、現在の過給圧と目標過給圧との間を１：９に内分した点の値）を、２００ｍｓ先の予測過給圧として算出し、現在のエンジン回転数に対応する過給圧マップにおいて予測過給圧に対応する出力トルクを、２００ｍｓ先に出力可能な予測トルクとして算出する。
【００４８】
次に、ステップＳ２３において、ＰＣＭ６０は、図３のエンジン制御処理のステップＳ３においてノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価（本実施形態では９８ＲＯＮ）に応じて設定されており、且つ、エンジン１０の運転状態が相対的に高負荷且つ高回転の運転領域にあるか否かを判定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、図３のエンジン制御処理のステップＳ３において点火時期設定用オクタン価として取得されたオクタン価が９８ＲＯＮであり、現在の変速段が３速以上であり、且つ、エンジン回転数及びアクセル開度が、図４（ｂ）に示したオクタン価設定マップにおいて９８ＲＯＮのオクタン価が設定されている領域のうち高回転側の領域（高回転側９８ＲＯＮ設定領域）に含まれているか否かを判定する。
【００４９】
その結果、ノック限界点火時期が９８ＲＯＮに応じて設定されていないか、又は、エンジン１０の運転状態が高回転側９８ＲＯＮ設定領域に含まれていない場合、ステップＳ２４に進み、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２２において算出した予測トルクに、第１の付加トルク（本実施形態では１０Ｎｍ）を上乗せした値を、エンジン１０が予測時間先に出力可能な上限トルクとして設定する。
【００５０】
一方、ノック限界点火時期が９８ＲＯＮに応じて設定されており、且つ、エンジン１０の運転状態が高回転側９８ＲＯＮ設定領域に含まれている場合、ステップＳ２５に進み、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２２において算出した予測トルクに、第１の付加トルクよりも大きい第２の付加トルク（本実施形態では５０Ｎｍ）を上乗せした値を、エンジン１０が予測時間先に出力可能な上限トルクとして設定する。
【００５１】
ステップＳ２４又はＳ２５の後、ステップＳ２６に進み、ＰＣＭ６０は、図３に例示したエンジン制御処理のステップＳ２において決定した目標加速度を実現するために必要なトルクを、アクセルペダルを操作したドライバが要求するトルク（ドライバ要求トルク）として設定し、ドライバ要求トルクがステップＳ２４又はＳ２５において設定した上限トルクよりも大きいか否かを判定する。
【００５２】
その結果、ドライバ要求トルクが上限トルクよりも大きい場合、ステップＳ２７に進み、ＰＣＭ６０は、上限トルクをエンジン１０の目標トルクとして設定する。一方、ドライバ要求トルクが上限トルクよりも大きくない（ドライバ要求トルクが上限トルク以下の場合）、ステップＳ２８に進み、ＰＣＭ６０は、ドライバ要求トルクをエンジン１０の目標トルクとして設定する。すなわち、ＰＣＭ６０は、ドライバ要求トルクと上限トルクとの内、小さい方のトルクを目標トルクとして決定する。
【００５３】
ステップＳ２７又はＳ２８の後、ＰＣＭ６０は目標トルク決定処理を終了し、メインルーチンに戻る。
【００５４】
＜エンジンの動作＞
次に、図６を参照して、本発明の実施形態による目標トルク決定処理を実行した場合のエンジンの動作を説明する。図６は、本発明の実施形態による目標トルク決定処理を実行した場合のタイムチャートの一例である。具体的には、図６では、上から順に、アクセル開度、エンジン回転数、変速段、高回転側９８ＲＯＮ設定領域判定、付加トルク、エンジントルクを示している。なお、エンジントルクのタイムチャートにおいて、点線はドライバ要求トルク、一点鎖線は予測トルク、実線は目標トルクを示している。
【００５５】
まず、時刻ｔ１において、アクセル開度が最大となるまでアクセルペダルが踏み込まれると、アクセル開度と同じようにドライバ要求トルクが急増する。しかしながら、時刻ｔ１においてはまだエンジン回転数が低く、十分な過給圧が得られていないので、上限トルクはドライバ要求トルクよりも小さい。そこで、ＰＣＭ６０は、上限トルクを目標トルクとして設定し、この目標トルクをエンジン１０に出力させるように、スロットルバルブ６、可変吸気バルブ機構１８、ＷＧバルブ３１などを制御する。
【００５６】
時刻ｔ１の後、変速段が１速及び２速の間は、図４（ａ）に示したように、高負荷且つ高回転の運転領域においてノック限界点火時期を設定するときに使用するオクタン価が９８ＲＯＮに設定されない。すなわち、ノック限界点火時期が９８ＲＯＮに応じて設定されていないので、ＰＣＭ６０は、２００ｍｓ先の予測トルクに第１の付加トルク（本実施形態では１０Ｎｍ）を上乗せした上限トルクを目標トルクとして設定する。
【００５７】
一方、変速段が３速となった後の時刻ｔ２において、エンジン１０の運転状態が図４（ｂ）のオクタン価設定マップにおける高回転側９８ＲＯＮ設定領域に入り、ノック限界点火時期が９８ＲＯＮに応じて設定されると、ＰＣＭ６０は、２００ｍｓ先の予測トルクに第２の付加トルク（本実施形態では５０Ｎｍ）を上乗せした上限トルクを目標トルクとして設定する。この場合、図６に示すように、時刻ｔ２以前と比較して予測トルクに対する付加トルクの上乗せが拡大している。
このように、ノック限界点火時期が９８ＲＯＮに応じて設定されている場合、すなわち点火時期が高いオクタン価に応じて進角されている場合には、相対的に大きい第２の付加トルクを予測トルクに上乗せして目標トルクとしているので、その上乗せ分に応じて吸入空気量を増大させるためにスロットルバルブ６の閉じ量が抑えられている。これにより、自動変速機のアップシフト時のようにエンジンの目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、アップシフト直後における吸入空気量の落ち込みを抑制することができ、変速ショックを緩和することができる。
【００５８】
＜作用効果＞
次に、上述した本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果を説明する。
【００５９】
まず、ＰＣＭ６０は、ノック限界点火時期が相対的に高いオクタン価に応じて設定されている場合、ノック限界点火時期が相対的に低いオクタン価に応じて設定されている場合よりも付加トルクを大きくするので、相対的に高いオクタン価に応じて点火時期が進角されていることによりスロットルバルブ６の閉じ量が相対的に大きい場合には、相対的に低いオクタン価に応じて点火時期が設定されている場合よりも、付加トルクの増大に応じて吸入空気量を増大させるためにスロットルバルブ６の閉じ量を少なくすることができる。これにより、自動変速機のアップシフト時のようにエンジン１０の目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、アップシフト直後における吸入空気量の落ち込みを抑制することができ、ショックを引き起こすことなく目標トルクを出力させるようにエンジン１０を制御することができる。
【００６０】
また、ＰＣＭ６０は、相対的に高いオクタン価に応じて点火時期が進角されており、且つ相対的に高負荷高回転の運転状態である場合には、付加トルクを増大させることでスロットルバルブ６の閉じ量を少なくするので、エンジン１０の目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、アップシフト直後における吸入空気量の落ち込みを抑制することができ、これにより、ショックを引き起こすことなく高い目標トルクを維持することができる。
また、相対的に低いオクタン価に応じて点火時期が設定されている場合、あるいは低負荷又は低回転の運転状態である場合には、付加トルクを増大させず、したがって吸入空気量を増大させないので、全運転領域において付加トルクを大きくして吸入空気量を増大させることにより例えば高負荷低回転領域においてプリイグニッションが発生することを防止できる。
【００６１】
また、ＰＣＭ６０は、ターボ過給機４による現在の過給圧に基づき、エンジン１０が出力可能なトルクを予測するので、例えばエンジン回転数が低く十分な過給圧が得られない場合でも、その状態を反映してエンジン１０が出力可能なトルクを正確に予測し、その正確な予測トルクに基づき目標トルクを設定することができるので、自動変速機のアップシフト時のようにエンジン１０の目標トルクを一時的に低下させた後に直ちに上昇させる必要がある場合においても、ショックを引き起こすことなく必要な目標トルクを確実に出力させるようにエンジン１０を制御することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  吸気通路
４  ターボ過給機
４ａ  コンプレッサ
４ｂ  タービン
６  スロットルバルブ
１０  エンジン
１３  燃料噴射弁
１４  点火プラグ
１８  可変吸気バルブ機構
２５  排気通路
３１  ＷＧバルブ
４０  アクセル開度センサ
４３  圧力センサ
５３  車速センサ
６０  ＰＣＭ
１００  エンジンシステム
【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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