(57)【要約】【課題】要求トルクに基づいてスロットルの目標開度を決定する内燃機関の制御装置において、要求トルクに対するなまし処理を的確なタイミングで実施することで、要求トルクに対する実トルクの追従性を高めてトルクの制御性を向上させることを課題とする。【解決手段】要求トルクが増大し始めた後、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差分が所定の閾値以下となった場合に、要求トルクに対してなまし処理を行う。要求トルクのなまし度合いは、内燃機関の運転条件に応じて変更することが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求トルクに基づいてスロットルの目標開度を決定する内燃機関の制御装置において、
スロットル上流圧力を計測或いは推定する手段と、
スロットル下流圧力を計測或いは推定する手段と、
前記要求トルクが増大し始めた後、前記スロットル上流圧力と前記スロットル下流圧力との差分が所定の閾値以下となった場合に前記要求トルクに対してなまし処理を行う手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、過給機付きの内燃機関であり、
前記スロットル上流圧力は、前記過給機のコンプレッサから前記スロットルまでの通路内の圧力であ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】
前記要求トルクに対してなまし処理が行われる場合に、前記内燃機関の運転条件に応じて前記要求トルクのなまし度合いを変更する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２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、要求トルクに基づいてスロットルの目標開度を決定する内燃機関の制御装置に関し、特に、過給機付き内燃機関の制御に用いて好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関の制御方法として、要求トルクに基づいて複数のアクチュエータを協調操作するいわゆるトルクデマンド制御が知られている。トルクデマンド制御によれば、内燃機関が出力するトルクを精密に制御することができる。
【０００３】
しかし、過給機付き内燃機関のように出力トルクの応答性が変化する内燃機関では、要求トルクに対して実トルクが追従できない状態が生じる場合がある。要求トルクに対して実トルクが追従できない状態では、トルクを精密に制御することができない。
【０００４】
そこで考えられる方法の１つが、要求トルクに対してなまし処理を施すことである。なまし処理によって要求トルクの変化速度が抑えられれば、実トルクは要求トルクに十分に追従できるようになると考えられる。例えば、特開平１０−２２７２３７号公報には、要求トルクが得られるようにエンジン制御量を制御するものにおいて、要求トルクをなまし処理し、且つ、エンジン制御量に対するエンジントルクのゲインに応じてなまし処理の度合いを変更することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２７２３７号公報
【特許文献２】特開平０５−１３３２５７号公報
【特許文献３】特開２００６−１２５３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ただし、要求トルクに対してなまし処理を行うことは、ドライバが本来要求しているトルクの変化の態様を内燃機関側で変更することを意味する。このため、要求トルクに対するなまし処理を無闇に行うと、ドライバが要求しているトルクの実現精度を悪化させてしまうおそれがある。よって、要求トルクに対してなまし処理を行う場合には、要求トルクに対して実トルクが追従できない状況かどうか正しく判断し、そのような状況でのみ要求トルクに対するなまし処理を実行すべきである。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、要求トルクに基づいてスロットルの目標開度を決定する内燃機関の制御装置において、要求トルクに対するなまし処理を的確なタイミングで実施することで、要求トルクに対する実トルクの追従性を高めてトルクの制御性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの形態によれば、制御装置は、スロットルの上流の圧力を計測或いは推定するとともに、スロットルの下流の圧力を計測或いは推定する。本発明が適用される内燃機関が過給機付きの内燃機関である場合、スロットル上流圧力とは過給機のコンプレッサからスロットルまでの通路内の圧力を指す。各圧力の計測には圧力センサを用いることができる。各圧力の推定には、スロットル開度の変化に対する吸気通路内の圧力の応答をモデル化したエアモデルを用いることができる。制御装置は、車両全体を総合制御するパワートレインマネージャから要求トルクを受け取り、要求トルクに基づいてスロットルの目標開度を決定する。その際、要求トルクが増大し始めた後にスロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差分が所定の閾値以下となった場合、制御装置は、要求トルクに対してなまし処理を行う。
【０００９】
スロットルによってトルクの制御が行われる内燃機関では、要求トルクが増大し始めると、吸入空気量を増加させるようにスロットルは大きく開き、スロットルにおける圧力損失の低下によって、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差は縮小していく。やがて、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差が有る程度まで小さくなると、スロットルによる吸入空気量の制御性が低下する結果、要求トルクに対して実トルクを追従させることが難しくなる。
【００１０】
しかし、本発明の上記形態によれば、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差分が所定の閾値以下となった場合に要求トルクに対してなまし処理が行われるので、要求トルクの増加率は抑えられる。これにより、要求トルクに対する実トルクの追従性が高められ、トルクの制御性も向上する。なお、要求トルクに対してなまし処理を行う場合は、内燃機関の運転条件に応じて要求トルクのなまし度合いを変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、要求トルクに対するなまし処理を的確なタイミングで実施することができるので、要求トルクに対する実トルクの追従性を高めてトルクの制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の過給エンジンの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態で実行される要求トルクに対するなまし処理のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態による制御結果のイメージを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態による制御結果のイメージを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態による制御結果のイメージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の一例について図を用いて説明する。
【００１４】
本実施の形態の制御装置の適用対象となる内燃機関は、自動車用の過給機付き内燃機関、詳しくは、ターボ過給機を備えた火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。より詳しくは、電子制御式スロットル（以下、単にスロットルと表記する）及びウエストゲートバルブ（以下、ＷＧＶと表記する）を有する内燃機関である（以下、過給エンジンと表記する）。本制御装置は、過給エンジンに備えられるＥＣＵの一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは制御装置として機能する。ＥＣＵが制御装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされているアクチュエータ制御ロジックに従ってスロットルとＷＧＶを含む各アクチュエータの動作を制御する。
【００１５】
図１は、アクチュエータ制御ロジックに従いＥＣＵが機能することで実現される制御装置の構成を示す機能ブロックである。制御装置１０は、外部のパワートレインマネージャ５０から要求トルクを取得する。制御装置１０が過給エンジン２を制御する制御装置であるのに対し、パワートレインマネージャ５０は過給エンジン２を含む車両全体を総合制御する制御装置である。パワートレインマネージャ５０は、ドライバによるアクセル操作量に基づいて要求トルクを決定している。制御装置１０は、パワートレインマネージャ５０から取得した要求トルクに基づいて過給エンジン２のアクチュエータ、すなわち、スロットル４とＷＧＶ６の各目標アクチュエータ値を算出する。以下、制御装置１０による各アクチュエータの制御方法について説明する。
【００１６】
まず、制御装置１０によるスロットル４の制御方法について説明する。制御装置１０は、パワートレインマネージャ５０から取得した要求トルクをなまし処理ユニット４２で処理し、なまし処理後の要求トルクをスロットルコントローラ２０に入力する。なまし処理ユニット４２によるなまし処理の具体的内容については追って詳細に説明する。
【００１７】
スロットルコントローラ２０は、過給圧算出ユニット２２とスロットル開度算出ユニット２４とを備えている。過給圧算出ユニット２２は、なまし処理後の要求トルクからその実現に必要な目標過給圧を算出する。過給圧算出ユニット２２による目標過給圧の計算には、トルクと過給圧との関係を定めたマップが用いられる。スロットルコントローラ２０には、過給エンジン２に取り付けられた過給圧センサのセンサ値、すなわち、過給圧の計測値が入力されている。過給圧算出ユニット２２で算出された目標過給圧は過給圧センサのセンサ値と比較され、その差分がスロットル開度算出ユニット２４に入力される。
【００１８】
スロットル開度算出ユニット２４は、目標過給圧と過給圧センサ値との差分に基づいて、目標過給圧に過給圧センサ値を一致させるのに必要なスロットル開度を算出する。スロットル開度算出ユニット２４によるスロットル開度の計算には、スロットル開度と過給圧との関係をモデル化した物理モデルが用いられる。その物理モデルによれば、過給圧センサ値が目標過給圧に達していない過渡期には、過給圧センサ値を最大速度で変化させるべくスロットル開度は意図的にオーバーシュートさせられる。スロットルコントローラ２０は、スロットル開度算出ユニット２４で算出されたスロットル開度に従ってスロットル４を操作する。
【００１９】
次に、制御装置１０によるＷＧＶ６の制御方法について説明する。制御装置１０は、なまし処理ユニット４２によるなまし処理後の要求トルクをＷＧＶコントローラ３０に入力する。ＷＧＶコントローラ３０は、過給圧算出ユニット３２とＷＧＶ開度算出ユニット３４とを備えている。過給圧算出ユニット３２は、なまし処理後の要求トルクからその実現に必要な過給圧を算出する。過給圧算出ユニット３２による目標過給圧の計算には、トルクと過給圧との関係を定めたマップが用いられる。
【００２０】
ＷＧＶ開度算出ユニット３４は、過給圧算出ユニット３２で算出された過給圧からその実現に必要なＷＧＶ開度を算出する。ＷＧＶ開度算出ユニット３４によるＷＧＶ開度の計算には、過給圧とＷＧＶ開度との関係を定めたマップが用いられる。ＷＧＶコントローラ３０は、ＷＧＶ開度算出ユニット３４で算出されたＷＧＶ開度に従ってＷＧＶ６を操作する。
【００２１】
次に、なまし処理ユニット４２によるなまし処理の内容について説明する。なまし処理ユニット４２には、スロットル下流圧力である吸気管圧力（Ｐｍ）と、スロットル上流圧力である過給圧力（Ｐｉｃ）とが状態推定器４０から入力される。状態推定器４０はエアモデルを有している。エアモデルは、スロットル開度の変化に対する吸気通路内の圧力の応答をモデル化した物理モデルである。状態推定器４０には、スロットル開度算出ユニット２４で算出されたスロットル開度に加えて、ＷＧＶ開度算出ユニット３４で算出されたＷＧＶ開度と図示しないエアフローメータの出力値が入力される。状態推定器４０は、これらの入力情報に基づきエアモデルを用いて吸気管圧力（Ｐｍ）と過給圧力（Ｐｉｃ）の各推定値を算出する。
【００２２】
なまし処理ユニット４２は、状態推定器４０から入力された吸気管圧力（Ｐｍ）と過給圧力（Ｐｉｃ）の各推定値に基づき要求トルクのなまし処理を実施する。なまし処理ユニット４２によって実行されるなまし処理のルーチンをフローチャートで示したものが図２である。図３、図４及び図５は、なまし処理ユニット４２によるなまし処理が実施された場合の制御結果のイメージを示している。各図には、なまし前の要求トルクとなまし後の要求トルクの時間による変化と、吸気管圧力（Ｐｍ）と過給圧力（Ｐｉｃ）の時間による変化とが示されている。以下、図３、図４及び図５を参照しながら、図２のフローチャートに沿って要求トルクに対するなまし処理の詳細について説明する。
【００２３】
図２のフローチャートに示すルーチンの最初のステップＳ２では、パワートレインマネージャ５０から要求トルクが読み込まれる。
【００２４】
次のステップＳ４では、エンジンの始動後かどうか判定される。エンジンの始動後ではない場合、残りのステップの処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
【００２５】
現在がエンジンの始動後である場合、次のステップＳ６では、過給圧力（Ｐｉｃ）と吸気管圧力（Ｐｍ）との差が所定値αよりも大きいかどうか判定される。図３及び図４に示すように過給圧力（Ｐｉｃ）と吸気管圧力（Ｐｍ）との間に差がある場合には、要求トルクの上昇をトリガとする加速開始時点ｔ０の後、スロットル４を開くことによって現時点の過給圧までは吸気管圧力を素早く上昇させることができる。過給圧に吸気管圧力が一致した後は、スロットル４とＷＧＶ６との協働によって要求トルクに向けて実トルクが増大されていく。このとき、なまし処理ユニット４２は、図３及び図４に示すように要求トルクをなまし処理することによって要求トルクの増加率を抑制する。
【００２６】
ステップＳ８、Ｓ１０及びＳ１２の処理は、なまし処理の開始タイミングを決定するための処理である。ステップＳ８では、過給圧力（Ｐｉｃ）の値から現在の運転領域が過給運転領域かどうか判定される。図３に示す場合のように現在の運転領域が自然吸気領域である場合にはステップＳ１２の処理が選択され、図４に示す場合のように現在の運転領域が過給領域である場合にはステップＳ１０の処理が選択される。図３と図４を比較して分かるように、加速前の過給状態によって吸気管圧力（Ｐｍ）が過給圧力（Ｐｉｃ）に到達するタイミングは異なったものとなる。ステップＳ１０では、吸気管圧力（Ｐｍ）と過給圧力（Ｐｉｃ）との差が所定の閾値以下となるタイミングを過給領域でのなまし開始タイミング（図４に示す場合の時点ｔ２）として算出する。一方、ステップＳ１２では、吸気管圧力（Ｐｍ）と過給圧力（Ｐｉｃ）との差が所定の閾値以下となるタイミングを自然吸気領域でのなまし開始タイミング（図３に示す場合の時点ｔ１）として算出する。
【００２７】
次のステップＳ１４では、なまし処理ユニット４２は、スロットルコントローラ２０に入力する要求トルク、すなわち、スロットル用要求トルクに対してなまし処理を実施する。なまし処理の方法は公知であるので、ここではその説明は省略する。なまし処理ユニット４２は、スロットル用要求トルクに対するなまし処理の度合いを過給エンジン２の運転条件を引数とするマップから決定する。
【００２８】
一方、ステップＳ６の判定の結果、過給圧力（Ｐｉｃ）と吸気管圧力（Ｐｍ）との差が所定値α以下の場合にはステップＳ１６の処理が行われる。この場合は、図５に示すように、要求トルクの上昇をトリガとする加速開始時点ｔ０の前の段階で、過給圧力（Ｐｉｃ）と吸気管圧力（Ｐｍ）との間には差が無い状態になっている。ステップＳ１６では、なまし処理ユニット４２は、ＷＧＶコントローラ３０に入力する要求トルク、すなわち、ＷＧＶ用要求トルクに対して加速開始時点ｔ０からなまし処理を開始する。なまし処理ユニット４２は、ＷＧＶ用要求トルクに対するなまし処理の度合いを過給エンジン２の運転条件を引数とするマップから決定する。
【００２９】
上述のルーチンによれば、加速開始後、すなわち、要求トルクが増大し始めた後、過給圧力と吸気管圧力との差が無くなったタイミングで要求トルクに対してなまし処理が行われる。過給圧力と吸気管圧力との差が無い状態ではスロットル４による吸入空気量の制御性が低下する結果、要求トルクに対して実トルクを追従させることが難しくなる。しかし、上述のルーチンによれば、要求トルクに対するなまし処理によって要求トルクの増加率は抑えられるので、要求トルクに対する実トルクの追従性が高められ、トルクの制御性も向上する。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、なまし処理ユニット４２で用いる過給圧と吸気管圧は、上述の実施の形態のようなエアモデルによる推定値ではなく、圧力センサによる計測値であってもよい。
【００３１】
また、上述の実施の形態では本発明を過給エンジンに適用しているが、本発明は過給機を備えない自然吸気型のエンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
２  過給エンジン
４  スロットル
６  ウエストゲートバルブ
１０  制御装置
２０  スロットルコントローラ
２２  過給圧算出ユニット
２４  スロットル開度算出ユニット
３０  ＷＧＶコントローラ
２２  過給圧算出ユニット
２４  ＷＧＶ開度算出ユニット
４０  状態推定器
４２  なまし処理ユニット
５０  パワートレインマネージャ
【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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