(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に吸入すべき目標吸入空気量から算出される目標吸気管圧力に基づき、スロットルバルブの動作前の開口面積と前記スロットルバルブの動作後の開口面積との開口面積比を算出する開口面積比算出手段と、
前記スロットルバルブの動作前のスロットル開度に基づき、前記スロットルバルブの動作前後の前記開口面積比及び前記スロットルバルブの前記スロットル開度と前記開口面積の対応データを用いて、前記スロットル開度の動作後の目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
を備えた内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記開口面積比算出手段は、前記目標吸気管圧力に基づき、以下の式を用いて前記開口面積比を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-）＝（（Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）−Ｐｍ（ｔ0））／（Δｔ・（Ｒ／Ｖ）・Ｔ）＋ｍｃ（ｔ0）−ｍｐ（ｔ0））／ｍｔ（ｔ0-）
なお、この式において、Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-）はスロットルバルブの動作前後の開口面積比、Ａｔ（ｔ0+）はスロットルバルブの動作後の開口面積、Ａｔ（ｔ0-）はスロットルバルブの動作前の開口面積、Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）は時刻ｔ0から一定時間Δｔ経過後における目標吸気管圧力、Ｐｍ（ｔ0）は時刻ｔ0における吸気管圧力、Ｒはガス定数、Ｖは内燃機関のシリンダ容積、Ｔは温度、ｍｃ（ｔ0）はシリンダへの吸入空気量、ｍｐ（ｔ0）はスロットルバルブ以外の経路から流入する流入空気量、ｍｔ（ｔ0-）はスロットルバルブの動作前のスロットル通過空気量。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両などの運転者の操作要求に従い内燃機関の駆動を正確に行える内燃機関制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の制御装置として、特開平１０−３０４６９号公報に記載されるように、内燃機関に吸入すべき目標吸入空気量を得るために、目標スロットル開度を設定する際、マップを用いて設定を行うものが知られている。
【０００３】
この内燃機関の制御装置は、負荷変数に対する目標充填量、目標吸入空気量などの目標値を内燃機関の絞り弁設定のための目標値へ変換する際の最適化を図ろうとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような内燃機関の制御装置にあっては、内燃機関において駆動変動のない定常状態における制御を行うものであり、駆動変動する際の過渡状態においては、その変動に応じた正確な目標スロットル角を設定し難く、過渡状態に対応が困難である。
【０００５】
また、目標吸入空気量を得るための目標スロットル開度の設定に際し、マップによる多数の演算が必要となり、より適切なマップデータ獲得のために膨大な適合処理が必要となる。
【０００６】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、内燃機関の駆動変動の過渡状態において正確な目標スロットル角の設定が行え、演算用データ及び演算処理内容の低減が図れる内燃機関制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る内燃機関制御装置は、内燃機関に吸入すべき目標吸入空気量から算出される目標吸気管圧力に基づき、スロットルバルブの動作前の開口面積とスロットルバルブの動作後の開口面積との開口面積比を算出する開口面積比算出手段と、スロットルバルブの動作前のスロットル開度に基づき、スロットルバルブの動作前後の開口面積比及びスロットルバルブのスロットル開度と開口面積の対応データを用いて、スロットル開度の動作後の目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段とを備えて構成されている。
【０００８】
また本発明に係る内燃機関制御装置は、前述の開口面積比算出手段が目標吸気管圧力に基づき、以下の式を用いて開口面積比を算出することを特徴とする。
【０００９】
Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-）＝（（Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）−Ｐｍ（ｔ0））／（Δｔ・（Ｒ／Ｖ）・Ｔ）＋ｍｃ（ｔ0）−ｍｐ（ｔ0））／ｍｔ（ｔ0-）
なお、この式において、Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-）はスロットルバルブの動作前後の開口面積比、Ａｔ（ｔ0+）はスロットルバルブの動作後の開口面積、Ａｔ（ｔ0-）はスロットルバルブの動作前の開口面積、Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）は時刻ｔ0から一定時間Δｔ経過後における目標吸気管圧力、Ｐｍ（ｔ0）は時刻ｔ0における吸気管圧力、Ｒはガス定数、Ｖは内燃機関のシリンダ容積、Ｔは温度、ｍｃ（ｔ0）はシリンダへの吸入空気量、ｍｐ（ｔ0）はスロットルバルブ以外の経路から流入する流入空気量、ｍｔ（ｔ0-）はスロットルバルブの動作前のスロットル通過空気量である。
【００１０】
これらの発明によれば、目標吸気管圧力に応じたスロットルバルブの動作前後の開口面積比を算出し、その開口面積比等を用いて目標スロットル開度を算出するため、内燃機関の駆動変動を生じた過渡状態においても、その変動に応じた目標スロットル開度を正確に設定することができる。また、目標スロットル開度の設定に際し、複雑なマップ処理が不要であるため、演算用データ及び演算処理内容の低減が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１に本実施形態に係る内燃機関制御装置の説明図を示す。
【００１３】
本図に示すように、内燃機関制御装置は、車両に搭載される内燃機関であるエンジン２の駆動を制御する装置である。エンジン２は、例えば、可変動弁機構を備えたものであり、可変動弁機構として吸気弁３及び排気弁４の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構５を備えている。可変バルブタイミング機構５は、ＥＣＵ６と電気的に接続されており、ＥＣＵ６から出力される制御信号に基づいて作動し、カムポジションセンサなどの検出センサ７を介してＥＣＵ６にバルブタイミングに関する検出信号を出力する。
【００１４】
エンジン２には、クランクポジションセンサ１２が設けられている。クランクポジションセンサ１２は、エンジン回転数を検出するセンサであり、ＥＣＵ６と接続され、ＥＣＵ６に対し検出信号を出力する。
【００１５】
エンジン２には、燃焼室８に燃料を噴射するインジェクタ９が設けられている。インジェクタ９は、燃料を燃焼室８へ供給する燃料噴射手段であり、エンジン２が備えるシリンダ１０ごとに設置されている。燃焼室８は、シリンダ１０内に配設されたピストン１１の上方に形成されている。燃焼室８の上部には、吸気弁３及び排気弁４が配設されている。
【００１６】
吸気弁３の上流側には、インテークマニホルド、サージタンクなどから構成される吸気管２０が接続されている。吸気管２０の途中には、スロットルバルブ２３が設けられている。スロットルバルブ２３は、ＥＣＵ６の制御信号に基づいて作動する。スロットルバルブ２３のスロットル開度は、スロットルポジションセンサ２４により検出され、ＥＣＵ６に入力される。
【００１７】
吸気管２０のスロットルバルブ２３の上流部分には、エアクリーナ２２が設置されている。また、エアクリーナ２２の下流位置には、エアフローメータ２５が設けられている。エアフローメータ２５は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段である。エアフローメータ２５の検出信号は、ＥＣＵ６に入力される。
【００１８】
ＥＣＵ６は、内燃機関制御装置１０の装置全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、エンジン制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。
【００１９】
吸気管２０のスロットルバルブ２３の下流部分には、パージ通路３０が合流している。パージ通路３０は、スロットルバルブ２３を介さずにエンジン２に所定の空気を流入させる経路であり、チャコールキャニスタ（図示なし）と接続され、チャコールキャニスタからの燃料蒸発ガスをエンジン２の吸気系に導入する。このため、エンジン２へ吸入される空気量は、スロットバルブ２３を通過する空気量とパージ通路３０を通じて吸気管２０に導入される空気量との和となる。
【００２０】
次に、本実施形態に係る内燃機関制御装置の動作について説明する。
【００２１】
図２は、内燃機関制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００２２】
本図のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」と示す。他のステップについても同様とする。）にて、スロットル開度ＴＡ、エンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴ、空気流量ＱＡの読み込みが行われる。
【００２３】
スロットル開度ＴＡの読み込みは、スロットルポジションセンサ２４の出力信号に基づいて行われる。エンジン回転数ＮＥの読み込みは、クランクポジションセンサ１２の出力信号に基づいて行われる。バルブタイミングＶＴの読み込みは、検出センサ７の出力信号に基づいて行われる。空気流量ＱＡの読み込みは、エアフローメータ２５の出力信号に基づいて行われる。
【００２４】
そして、Ｓ１２に移行し、目標吸気量ｍｃ（ｔ0＋Δｔ）の演算が行われる。目標吸気量ｍｃ（ｔ0＋Δｔ）は、車両の運転者のアクセル操作状態などに基づいて設定され、例えば、アクセル開度（アクセル操作量）に基づいて演算される。また、目標吸気量ｍｃ（ｔ0＋Δｔ）は、現在の時間ｔ0から一定時間Δｔの経過後の吸気量である。一定時間Δｔは、例えば、吸気弁３が閉弁するまでの時間などに基づいて設定される時間であり、予めＥＣＵ６に設定されている。
【００２５】
そして、Ｓ１４に移行し、目標吸気圧Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）の演算が行われる。目標吸気圧Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）は、目標吸気量ｍｃ（ｔ0＋Δｔ）に基づいて演算される。例えば、吸気量ｍｃと吸気圧Ｐｍの関係をｍｃ＝ａ・Ｐｍ−ｂの一次式で近似しておき、この一次式を用いて目標吸気圧Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）が逆算により求められる。
【００２６】
そして、吸気管２０への流入空気量をｍｉｎ（ｔ0）、吸気管２０からの流出空気量、即ちシリンダへの吸入空気量をｍｃ（ｔ0）とすると、吸気管２０における流入空気量ｍｉｎ（ｔ0）、流出空気量ｍｃ（ｔ0）との質量保存則は、次の式（１）で表される。
【００２７】
Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）＝Ｐｍ（ｔ0）＋Δｔ・（Ｒ／Ｖ）・Ｔ・（ｍｉｎ（ｔ0）−ｍｃ（ｔ0））  ‥‥（１）
ここで、Ｐｍ（ｔ0）は現在の吸気圧である。また、Ｒはガス定数、Ｖは吸気弁３が閉じたときのシリンダ容積、Ｔは温度である。
【００２８】
従って、上述の式（１）より、流入空気量ｍｉｎ（ｔ0）は、次の式（２）で表される。
【００２９】
ｍｉｎ（ｔ0）＝（Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）−Ｐｍ（ｔ0））／（Δｔ・（Ｒ／Ｖ）・Ｔ）＋ｍｃ（ｔ0）  ‥‥（２）
この式（２）の流入空気量ｍｉｎ（ｔ0）が実現できるようにスロットル開度を設定することにより、運転者のアクセル操作に応じたエンジン制御が可能となる。
【００３０】
ところで、吸気管２０に流入する空気は、スロットルバルブ２３を通過してくるものだけではなく、パージ通路３０などスロットルバルブ２３以外の経路を通じて流入するものもある。ここで、スロットルバルブ２３を通過して吸気管２０に流入するスロットル通過空気量をｍｔ、スロットルバルブ２３以外の経路から流入する流入空気量をｍｐとすると、吸気管２０への流入空気量ｍｉｎは、次の式（３）で表される。
【００３１】
ｍｉｎ＝ｍｔ＋ｍｐ  ‥‥（３）
そして、Ｓ１６に移行し、時刻ｔ0におけるスロットル通過空気量ｍｔ（ｔ0）の演算が行われる。スロットル通過空気量ｍｔ（ｔ0）は、次の式（４）により算出される。
【００３２】
ｍｔ（ｔ0）＝（Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）−Ｐｍ（ｔ0））／（Δｔ・（Ｒ／Ｖ）・Ｔ）＋ｍｃ（ｔ0）−ｍｐ（ｔ0）  ‥‥（４）
この式（４）は、上述の式（２）、（３）から導かれるものである。スロットルバルブ２３以外の経路からの流入空気量ｍｐ（ｔ0）がパージ通路３０を通じて流入する空気量である場合、その流入空気量ｍｐ（ｔ0）としては、例えば、図示しない空燃比センサ若しくはＯ２センサなどの出力信号に基づき演算された値、又は流量検出センサなどにより直接検出された値などが用いられる。
【００３３】
そして、Ｓ１８に移行し、スロットルバルブ２３の動作前後におけるスロットル開口面積比Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-）の演算が行われる。Ａｔ（ｔ0+）はスロットルバルブ２３の動作後におけるスロットル開口面積、Ａｔ（ｔ0-）はスロットルバルブ２３の動作前におけるスロットル開口面積である。このスロットル開口面積比Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-）の演算は、次の式（５）を用いて行われる。
【００３４】
Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-）＝（（Ｐｍ（ｔ0＋Δｔ）−Ｐｍ（ｔ0））／（Δｔ・（Ｒ／Ｖ）・Ｔ）＋ｍｃ（ｔ0）−ｍｐ（ｔ0））／ｍｔ（ｔ0-）  ‥‥（５）
なお、ｍｔ（ｔ0-）はスロットルバルブ２３の動作前におけるスロットル通過空気量である。ｍｔ（ｔ0-）としては、スロットルバルブ動作前のｍｔの値が用いられる。また、Ａｔ（ｔ0-）は、スロットルバルブ動作前のＡｔの値が用いられる。
【００３５】
ここで、時刻ｔ0でスロットルバルブ２３がステップ的に動作する場合、スロットルバルブ動作前後のスロットル通過空気量ｍｔ（ｔ0-）、ｍｔ（ｔ0+）は、スロットル開口面積Ａｔを用いて次の式（６）のように表される。
【００３６】
ｍｔ（ｔ0+）＝（Ａｔ（ｔ0+）／Ａｔ（ｔ0-））・ｍｔ（ｔ0-）  ‥‥（６）
この式（６）は、吸気圧Ｐｍの応答がスロットルバルブ２３の変化に対し十分に遅いことから、スロットルバルブ動作前後におけるスロットル通過空気量の比がおおよその開口面積比と等しいとすることにより、導かれるものである。
【００３７】
この式（６）のスロットル通過空気量ｍｔ（ｔ0+）を式（４）のスロットル通過空気量ｍｔ（ｔ0）に代入することにより、式（５）が導かれる。
【００３８】
そして、Ｓ２０に移行し、目標スロットル開度ＴＡ（ｔ0+）の演算が行われる。目標スロットル開度ＴＡ（ｔ0+）は、スロットル開度（スロットル角）とスロットル開口面積を対応付けた対応データを用いて演算される。
【００３９】
例えば、図３に示すように、スロットル開度（スロットル角）とスロットル開口面積を対応付けたテーブルを予めＥＣＵ６に記憶させておき、そのテーブルを用いてスロットルバルブ２３の動作前のスロットル開度ＴＡ（ｔ0-）に対応するスロットル開口面積Ａｔ（ｔ0-）を求める。次いで、求めたＡｔ（ｔ0-）を式（５）に代入して、スロットル動作後のスロットル開口面積スロットル開口面積Ａｔ（ｔ0+）を演算する。そして、そのＡｔ（ｔ0+）に対応するスロットル開度ＴＡ（ｔ0+）を図３のテーブルを用いて求める。
【００４０】
そして、Ｓ２０にて得られた目標スロットル開度ＴＡ（ｔ0+）に従い、スロットルバルブ２３を動作させることにより、運転者のアクセル操作に応じたエンジン制御が可能となる。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係る内燃機関制御装置によれば、目標吸入空気量から算出される目標吸気管圧力とするために必要なスロットルバルブの開口面積の変化割合すなわちスロットル開口面積比を算出し、スロットルバルブ動作前すなわち現在のスロットル開度（スロットル角）から求められる現在のスロットル開口面積と算出したスロットル開口面積比とから目標吸気管圧力とするために必要なスロットル開口面積を求め、このスロットル開口面積に対応するスロットル開度（スロットル角）を目標スロットル開度（目標スロットル角）として算出する。つまり、目標吸気管圧力Ｐｍに応じたスロットルバルブ２３の動作前後の開口面積比を算出し、その開口面積比等を用いて目標スロットル開度を算出する。このため、内燃機関の駆動変動を生じた過渡状態においても、その変動に応じた目標スロットル開度を正確に設定することができる。
【００４２】
また、式（５）などの演算式を用いて目標スロットル開度の設定が可能であり、複雑なマップ処理が不要であるため、演算用データ及び演算処理内容の低減が図れる。
【００４３】
更に、運転者のアクセル操作に応じて式（５）などの演算式に所定の値を代入して目標スロットル開度が算出できるため、制御アルゴリズムが簡易であり、演算処理が迅速に行える。従って、迅速な制御が可能となり、内燃機関の駆動変動時の過渡状態において、適切な制御が行える。
【００４４】
なお、本実施形態に係る内燃機関制御装置では、図２のＳ１４〜Ｓ１８に示すように、目標吸気圧の演算、スロットル通過空気量の演算及びスロットル開口面積比の演算の各処理を個別の処理工程として説明したが、これらの演算処理を一つの演算処理として行ってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内燃機関の駆動変動を生じた過渡状態においても、その変動に応じた正確な目標スロットル開度を設定することができる。
【００４６】
また、目標スロットル開度の設定に際し、複雑なマップ処理が不要であるため、演算用データ及び演算処理内容の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関制御装置の説明図である。
【図２】図１の内燃機関制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の内燃機関制御装置の制御対象におけるスロットル角−スロットル開口面積特性の説明図である。
【符号の説明】
２…エンジン、３…吸気弁、４…排気弁、５…可変バルブタイミング機構、６…ＥＣＵ、２０…吸気管、２３…スロットルバルブ、２４…スロットルポジションセンサ、２５…エアフローメータ、３０…パージ通路。
【図１】
0003873608.tif 000002
【図２】
0003873608.tif 000003
【図３】
0003873608.tif 000004