内燃機関の制御装置
【課題】エアフローメータの劣化状態が機関回転数の制御状態に与える影響を低減する。
【解決手段】目標トルクを無次元量で除算して空気量制御用トルクとし、空気量制御用トルクから目標空気量を算出する。また、エアフローメータの出力値を用いて推定空気量を算出し、推定空気量に基づいて推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとをそれぞれ算出する。そして、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの差を補償するための点火遅角量を算出し、点火遅角量に従って点火時期を制御する。アイドル運転時に機関回転数が目標回転数よりも低下した場合には、目標トルクを増大させていくとともに空気量制御用トルクが一定に維持されるように無次元量を１に近づけていく。推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まったら無次元量のそれ以上の増大を制限する。ただし、エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合と比較して基準トルク差を大きくとる。
【解決手段】目標トルクを無次元量で除算して空気量制御用トルクとし、空気量制御用トルクから目標空気量を算出する。また、エアフローメータの出力値を用いて推定空気量を算出し、推定空気量に基づいて推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとをそれぞれ算出する。そして、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの差を補償するための点火遅角量を算出し、点火遅角量に従って点火時期を制御する。アイドル運転時に機関回転数が目標回転数よりも低下した場合には、目標トルクを増大させていくとともに空気量制御用トルクが一定に維持されるように無次元量を１に近づけていく。推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まったら無次元量のそれ以上の増大を制限する。ただし、エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合と比較して基準トルク差を大きくとる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアフローメータを有する火花点火式の内燃機関に用いられ、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のアイドル運転時には、機関回転数が目標回転数になるようにトルクを制御することが行われている。火花点火式の内燃機関の場合、トルクを制御するための手段としては、空気量と点火時期とを用いることができる。点火時期によるトルク制御は、空気量によるそれと比較して応答性に優れている。このため、機関回転数の急激な変化を速やかに抑制したい場合には、点火時期によるトルク制御が有効である。
【０００３】
点火時期によるトルク制御を行う場合、初期点火時期はＭＢＴよりも遅角させておく必要がある。点火時期の遅角によるトルクダウンだけでなく、点火時期の進角によるトルクアップも可能にするためである。ただし、例えば特開２００９−０６８４３０号公報に記載されているように、ＭＢＴの近傍には、点火時期の変化に対するトルクの感度が低い不感帯域が存在する。この不感帯域では、トルクに対する点火時期の誤差が大きい。このため、機関回転数が目標回転数になるようにトルクを精度良く制御したいのであれば、点火時期が不感帯域に入らないようにしながら、空気量と点火時期とを適切に協調制御することが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０６８４３０号公報
【特許文献２】特開２００８−０３８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関にはエアフローメータが取り付けられている。エアフローメータの出力信号は、点火時期によるトルク制御において用いられる。点火時期によるトルク制御では、現在の空気量を推定することが必要となる。空気量はスロットル開度から推定することが可能であるが、エアフローメータの出力信号をパラメータとして用いることで、空気量の計算精度を高めることができる。
【０００６】
しかし、エアフローメータの出力特性は必ずしも一定ではない。経年変化によってエアフローメータの劣化が進んだ場合には、その出力特性に変化が生じることになる。その場合、エアフローメータの出力信号を用いた空気量の推定精度は低下し、推定空気量と実際の空気量との間の誤差が拡大する。そして、推定空気量と実際空気量との間の誤差は、推定空気量を用いて行われる内燃機関の制御状態にも影響する。点火時期の制御に関して言えば、点火時期が不感帯域に入ってしまったり、或いは不感帯域に入るのを防ぐためのガードに点火時期が張り付いてしまったりする可能性がある。そのような場合には、所望のトルクを内燃機関に発生させることができず、アイドル運転時の機関回転数を維持できなくなる可能性がある。
【０００７】
本発明は上述のような課題に鑑みなされたもので、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する制御装置に関し、エアフローメータの劣化状態が機関回転数の制御状態に与える影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、
エアフローメータを有する内燃機関に用いられ、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する制御装置において、
目標トルクを１以下の値の無次元量で除算し、その算出値を空気量制御用トルクとして設定する空気量制御用トルク設定手段と、
ＭＢＴのもとで前記空気量制御用トルクを実現するための目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、
前記目標空気量に従って空気量を制御する空気量制御手段と、
前記エアフローメータの出力値を用いて現在の空気量（以下、推定空気量）を算出する推定空気量算出手段と、
点火時期をＭＢＴに設定した場合に内燃機関が発生するトルク（以下、推定ＭＢＴトルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定ＭＢＴトルク算出手段と、
前記推定ＭＢＴトルクと前記目標トルクとの差を補償するための点火遅角量を算出する点火遅角量算出手段と、
前記点火遅角量に従って点火時期を制御する点火時期制御手段と、
現在の点火時期のもとで内燃機関が発生するトルク（以下、推定現在トルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定現在トルク算出手段と、
前記目標トルクを設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数が目標回転数よりも低下した場合には、機関回転数を回復させるように前記目標トルクを増大させる目標トルク設定手段と、
前記無次元量を設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数の低下に伴って前記目標トルクが増大される場合には、前記目標トルクの増大に合わせて前記無次元量を１に近づける無次元量設定手段と、
前記無次元量が１に近づくに伴って前記推定ＭＢＴトルクと前記推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった場合に、前記無次元量のそれ以上の増大を制限する制限手段と、
前記エアフローメータの劣化状態を判定する劣化判定手段と、
前記基準トルク差を設定する手段であって、前記エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合と比較して前記基準トルク差を大きくとる基準トルク差設定手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時に機関回転数が低下した場合には、機関回転数を回復させるように目標トルクを増大させていくことが行われるとともに、空気量制御用トルクが一定に維持されるように目標トルクの増大に合わせて無次元量を１に近づけていくことが行われる。その間、推定ＭＢＴトルクは一定に維持されるため、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの差を補償するための点火遅角量は目標トルクの増大に応じて減らされていく。つまり、点火時期の進角によるトルクアップが図られる。
【００１０】
そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった時点で無次元量のそれ以上の増大は制限される。これにより、目標トルクの増大に伴って空気量制御用トルクは増大されることになる。一方、推定ＭＢＴトルクは目標トルクの増大に合わせて増大されることになることから、点火遅角量は一定に維持されるようになる。つまり、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった後は、空気量によるトルクアップが図られる。
【００１１】
以上のような空気量と点火時期との協調制御によって、アイドル運転時の機関回転数に低下が生じたとしても、目標回転数まで速やかに戻すことができる。また、途中で点火時期によるトルクアップから空気量によるトルクアップへと切り替えられるので、点火時期が不感帯域まで進角されてしまうのを防止することができる。
【００１２】
しかし、エアフローメータが劣化している場合、エアフローメータは実際の空気の質量流量よりも大きい値を出力する。このため、エアフローメータが劣化していない場合に比較して実際の空気量は少なくなっている一方、空気量の不足による機関回転数の低下を抑えるように点火時期の遅角量は減らされている。このため、点火時期によるトルク制御から空気量によるトルク制御への切り替えをエアフローメータが劣化していないときと同様に行ったのでは、点火時期が不感帯域まで進角されてしまうおそれがある。
【００１３】
この点に関して、本発明によれば、エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合に比較して、点火時期によるトルク制御から空気量によるトルク制御への切り替えの判定基準となる基準トルク差が大きくとられる。これにより、エアフローメータの劣化状態によらず、点火時期が不感帯域まで進角される前に空気量によるトルク制御に切り替えることが可能となる。したがって、本発明によれば、エアフローメータの劣化状態が機関回転数の制御状態に与える影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態によるアイドル運転時のエンジン回転数制御の内容とその制御結果とを説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態によるアイドル運転時のエンジン回転数制御の内容とその制御結果とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図１乃至図３の各図を参照して説明する。
【００１６】
本発明の実施の形態おいて制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。制御装置は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。制御装置が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、ＥＧＲ装置等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置が操作するのはスロットル及び点火装置であり、制御装置はこれら２つのアクチュエータを操作してエンジンが出力するトルクを制御する。
【００１７】
本実施の形態の制御装置は、エンジンの制御量としてトルク及び効率を使用する。ここでいうトルクはより厳密には図示トルクを意味する。本明細書における効率は１以下の値の無次元量であり、エンジンが出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合を意味する。効率が１よりも小さい場合には、実際に出力されるトルクはエンジンが出力しうる潜在トルクよりも小さく、その余裕分は主に熱となってエンジンから出力されることになる。
【００１８】
図１のブロック図は、本実施の形態の制御装置２の構成を示している。制御装置２は、それが有する機能別に、目標トルク設定部１２、目標効率設定部１４、空気量制御用トルク算出部１６、目標空気量算出部１８、スロットル開度算出部２０、推定空気量算出部２２、推定ＭＢＴトルク算出部２４、点火時期制御用効率算出部２６、点火時期算出部２８、推定現在トルク算出部３０、効率ガード制御部３２、効率ガード３４及びＡＦＭ劣化判定部３６に分けることができる。ただし、これらの要素１２−３６は、制御装置２が有する種々の機能的な要素のうち、スロットル４と点火装置６の操作による空気量と点火時期の協調制御に関する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図１は、制御装置２がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。以下、各要素１２−３６の機能を中心に制御装置２の構成について説明する。
【００１９】
目標トルク設定部１２は、エンジンの制御量であるトルクの目標をエンジンの運転条件や運転状態に応じて設定する。アイドル運転時においては、目標トルク設定部１２は、エンジン回転数が目標回転数になるようにフィードバック制御によって目標トルクを調整する。エンジン回転数が目標回転数よりも低下した場合には、エンジン回転数を回復させるように目標トルクを増大させる。
【００２０】
目標効率設定部１４は、同じくエンジンの制御量である効率の目標をエンジンの運転条件や運転状態に応じて設定する。アイドル運転時においては、目標効率設定部１４は、目標トルクの許容最大トルクに対する比率を目標効率として算出する。したがって、アイドル運転時にエンジン回転数が低下した場合には、目標トルクが増大されるのに合わせて目標効率は１に近づけられていく。
【００２１】
目標トルクと目標効率は、空気量制御用トルク算出部１６に入力される。空気量制御用トルク算出部１６は、目標トルクを目標効率で除算することによって空気量制御用トルクを算出する。アイドル運転時には目標効率は１よりも小さい値とされるので、空気量制御用トルクは目標トルクよりも嵩上げされることになる。なお、目標効率に関しては、後述する効率ガード３４を通ったものが空気量制御用トルク算出部１６に入力される。
【００２２】
空気量制御用トルクは目標空気量算出部１８に入力される。目標空気量算出部１８は、空気量マップを用いて空気量制御用トルクを目標空気量に変換する。ここでいう空気量とは、筒内に吸入される空気量を意味する（それを無次元化した充填効率或いは負荷率を代わりに用いることもできる）。空気量マップは、点火時期がＭＢＴであることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。空気量マップの検索には、エンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。
【００２３】
目標空気量はスロットル開度算出部２０に入力される。スロットル開度算出部２０は、逆エアモデルを用いて目標空気量をスロットル開度に変換する。逆エアモデルは、スロットルモデルの逆モデル、吸気管モデルの逆モデル、及び吸気弁モデルの逆モデルから構成されている。エアモデルはスロットル４の動作に対する空気量の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量の達成に必要なスロットル開度を逆算することができる。
【００２４】
制御装置２は、スロットル開度算出部２０で算出されたスロットル開度に従ってスロットル４の操作を行う。
【００２５】
制御装置２は、上記の処理と並行して、実際のスロットル開度に基づいた推定空気量の計算を推定空気量算出部２２にて実施する。推定空気量は、制御装置２によるスロットル４の操作によって実現されることが推定される空気量である。推定空気量算出部２２は、エアモデルを用いてスロットル開度を空気量に変換する。エアモデルは、スロットルモデル、吸気管モデル、及び吸気弁モデルから構成されている。エアモデルと逆エアモデルとでは、その基本となるモデル計算式は共通している。ただし、推定空気量算出部２２が用いるエアモデルには、逆エアモデルには無い機能が備えられている。その機能とは、エアフローメータ（ＡＦＭ）８の出力値によって、スロットルモデルの流量係数を修正する機能である。スロットルモデルにより算出されるスロットル通過空気量をエアフローメータ８の出力値から算出されるスロットル通過空気量に一致させるように、流量係数の修正が行われる。この機能のため、推定空気量算出部２２には、エアフローメータ８の出力値が逐次入力されている。
【００２６】
推定空気量は、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクの計算に用いられる。本明細書における推定ＭＢＴトルクとは、推定空気量のもとで点火時期をＭＢＴにセットした場合に得られるトルクの推定値である。推定現在トルクは、推定空気量のもと現在の点火時期で得られるトルクの推定値である。
【００２７】
推定ＭＢＴトルクの計算は、推定ＭＢＴトルク算出部２４で行なわれる。推定ＭＢＴトルク算出部２４は、トルクマップを用いて推定空気量を推定ＭＢＴトルクに変換する。トルクマップは、前述の空気量マップの逆マップであって、点火時期がＭＢＴであることを前提にして、空気量とトルクと種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。
【００２８】
推定現在トルクの計算は、推定ＭＢＴトルク算出部２４による推定ＭＢＴトルクの計算と並行して、推定現在トルク算出部３０で行なわれる。推定現在トルク算出部３０は、前述のトルクマップを用いて推定空気量を推定現在トルクに変換する。ただし、推定現在トルク算出部３０によるトルクマップの検索では、点火時期として現在の点火時期が用いられる。
【００２９】
推定ＭＢＴトルクは目標トルクとともに点火時期制御用効率算出部２６に入力される。点火時期制御用効率算出部２６は、目標トルクの推定ＭＢＴトルクに対する比率を点火時期制御用効率として算出する。算出された点火時期制御用効率は、点火時期算出部２８に入力される。
【００３０】
点火時期算出部２８は、エンジン回転数、空気量、空燃比等のエンジン状態量に基づいてＭＢＴを算出するとともに、入力された点火時期制御用効率からＭＢＴに対する遅角量を算出する。そして、ＭＢＴに遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。ＭＢＴの計算には、例えば、ＭＢＴと各種のエンジン状態量とを関連付けるＭＢＴマップを用いることができる。遅角量の計算には、例えば、遅角量と点火時期制御用効率及び各種のエンジン状態量とを関連付ける遅角量マップを用いることができる。各マップの検索には、エンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。
【００３１】
前記の遅角量マップによれば、点火時期制御用効率が１よりも小さいほど遅角量は大きくされ、点火時期制御用効率が１に近いほど遅角量は小さくされる。ただし、遅角量には下限値が設定されている。ＭＢＴの近傍は点火時期の変化に対するトルクの感度が低い不感帯域であり、トルクに対する点火時期の誤差が大きいためである。その不感帯域の境界が遅角量の下限値に対応している。ＭＢＴと遅角量の下限値とにより決まる点火時期が点火時期の進角限界であり、点火時期制御用効率がさらに１に近づいたとしても、点火時期はこの進角限界によってガードされることになる。
【００３２】
制御装置２は、点火時期算出部２８で算出された点火時期に従って点火装置６の操作を行う。
【００３３】
また、制御装置２は、上記の処理と並行して、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクの差を計算する。そして、算出したトルク差を効率ガード制御部３２に入力する。効率ガード制御部３２は、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差より大きいかどうか判定し、その判定結果に応じて前述の効率ガード３４を制御する。
【００３４】
効率ガード制御部３２による効率ガード３４の制御が行われるのは、エンジンのアイドル運転時である。アイドル運転時にエンジン回転数が低下した場合、エンジン回転数を回復させるように目標トルクが増大され、目標トルクの増大に合わせて目標効率は１に近づけられていく。その間、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差は、目標効率が１に近づくに伴って次第に小さくなっていく。効率ガード制御部３２は、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差より大きいかどうか判定する。そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった場合に、前述の効率ガード３４によって目標効率のそれ以上の増大を制限する。
【００３５】
効率ガード制御部３２が判定に使用する基準トルク差は、遅角量の下限値に対応して設定されている。後に具体例を挙げて説明するが、効率ガード３４によって目標効率の増大が制限されると、その暫く後に点火時期は一定に維持されるようになる。そのときのＭＢＴに対する遅角量が前述の下限値を下回らないように、基準トルク差の設定が行われている。ただし、そのような適切な基準トルク差の値は一定ではなく、条件によって適切な基準トルク差の値は異なったものになる。
【００３６】
エアフローメータ８の劣化状態は、基準トルク差の値を左右する条件の一つである。このため、効率ガード制御部３２は、エアフローメータ８が劣化していないときの基準トルク差の値を初期値として、ＡＦＭ劣化判定部３６により判定されるエアフローメータ８の劣化状態に応じて基準トルク差の値を変化させる。詳しくは、エアフローメータ８の劣化が進むほど、効率ガード制御部３２は、基準トルク差の値をより大きい値に変更する。
【００３７】
なお、エアフローメータ８が劣化している場合、エアフローメータ８は実際の空気の質量流量よりも大きい値を出力する。このため、エアフローメータ８が劣化した場合には、空気量を用いたエンジン制御、例えば、空燃比フィードバック制御にその影響が及ぶことなる。ＡＦＭ劣化判定部３６は、エアフローメータ８の劣化状態を公知の方法によって判定する。例えば、空燃比フィードバック制御による補正値や学習値からエアフローメータ８の劣化状態を判定することができる。
【００３８】
図２及び図３は、制御装置２によるアイドル運転時のエンジン回転数制御の内容とその結果とを示す図である。以下、本実施の形態において得られるエンジン回転数制御上の効果について図２及び図３を用いて説明する。
【００３９】
図２及び図３の最上段のチャートには、アイドル運転時のエンジン回転数（実回転数）の時間変化が目標回転数と併せて示されている。２段目のチャートには、目標トルク、空気量制御用トルク、推定ＭＢＴトルク、推定現在トルク、実際のＭＢＴトルク及び実際の現在トルクの各時間変化が示されている。３段目のチャートには、目標効率と点火時期制御用効率の各時間変化が示されている。そして、最下段のチャートには、点火時期の時間変化が点火時期の進角限界と併せて示されている。
【００４０】
図２は、エアフローメータ８が劣化していない状態で行われるエンジン回転数制御の内容とその結果とを示している。ここでは、時刻ｔ１にてエンジン回転数が低下し始めた場合について示している。この場合、エンジン回転数の低下をトルク増によって抑制し、さらにはエンジン回転数を目標回転数まで回復させるべく、目標トルクが増大されていく。また、目標トルクの増大に合わせて目標効率は１に近づけられていく。
【００４１】
目標効率は、目標トルクを目標効率で除算して得られる空気量制御用トルクが一定に維持されるように増大される。空気量制御用トルクが一定に維持されることで、空気量を一定に維持するようにスロットルの操作が行われる。また、この間、空気量（推定空気量）によって決まる推定ＭＢＴトルクも一定に維持されることになるため、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの比である点火時期制御用効率は目標トルクの増大に応じて増大されていく。これにより、点火時期はＭＢＴに向けて進角されていく。
【００４２】
そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった時点（図２の時刻ｔ２）で、効率ガード３４によって目標効率のそれ以上の増大は制限される。これにより、時刻ｔ２以降は、目標トルクの増大に伴って空気量制御用トルクが増大していくことになる。一方、推定ＭＢＴトルクは、スロットル４の操作に対する空気量の応答遅れの分だけ空気量制御用トルクに遅れて増大し始める。推定ＭＢＴトルクが目標トルクの増大に伴って増大してくことで、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの比である点火時期制御用効率は一定となり、点火時期はほぼ一定に維持されるようになる。このとき、点火時期は進角限界の近くまで進角されることになるが、前述のような基準トルク差の設定により、点火時期が進角限界に張り付いてしまうことはない。
【００４３】
以上のように、制御装置２は、アイドル運転時のエンジン回転数に低下が生じた場合、まずは点火時期の進角によってトルクアップを図り、その後、基準トルク差の値により決まる適切なタイミングにて空気量によるトルク制御へと切り替える。このような空気量と点火時期との協調制御によれば、アイドル運転時のエンジン回転数に低下が生じたとしても、エンジン回転数を目標回転数まで速やかに戻すことができる。
【００４４】
一方、図３は、エアフローメータ８が劣化した状態で行われるエンジン回転数制御の内容とその結果とを示している。エアフローメータ８が劣化している場合、エアフローメータ８の出力値を用いて算出される推定空気量よりも実際の空気量は少ない。このため、実際のＭＢＴトルクや現在トルクは、推定ＭＢＴトルクや推定現在トルクよりも小さくなっている。その一方で、図２と図３との比較から分かるように、エアフローメータ８が劣化している場合には、空気量の不足によるエンジン回転数の低下を抑えるように、目標効率がより大きい値とされて点火時期はより進角側に制御されている。このため、点火時期の進角限界までの余裕分は、エアフローメータ８が劣化していない場合よりも小さくなっている。
【００４５】
図３では、時刻ｔ３にてエンジン回転数が低下し始めた場合について示している。この場合も、エンジン回転数の低下をトルク増によって抑制し、さらにはエンジン回転数を目標回転数まで回復させるべく、目標トルクが増大されていく。また、目標トルクの増大に合わせて目標効率は１に近づけられていく。そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった時点（図３の時刻ｔ４）で、効率ガード３４によって目標効率のそれ以上の増大は制限される。ただし、この場合の基準トルク差は、エアフローメータ８が劣化していない状態のそれと比較して大きな値に設定されている。基準トルク差を大きくとることで、エアフローメータ８が劣化していない場合と比較して、より早いタイミングで効率ガード３４による目標効率の制限が行われることになる。
【００４６】
効率ガード３４による目標効率の制限がより早いタイミングで行われることで、点火時期によるトルク制御から空気量によるトルク制御への切り替えのタイミングも早められる。これにより、点火時期が進角限界に達する前に空気量によるトルク制御に切り替えることが可能となるので、点火時期が進角限界に張り付いてしまうことはない。つまり、点火時期によるトルク制御が有効な状態で空気量によるトルク制御へと切り替えることができる。したがって、エアフローメータ８が劣化している場合であっても、空気量と点火時期との適切な協調制御により、エンジン回転数を目標回転数まで速やかに戻すことができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態の制御装置２によれば、エアフローメータ８の劣化状態がアイドル運転時のエンジン回転数の制御状態に与える影響を低減することができる。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
２ 制御装置
４ スロットル
６ 点火装置
８ エアフローメータ
１２ 目標トルク設定部
１４ 目標効率設定部
１６ 空気量制御用トルク算出部
１８ 目標空気量算出部
２０ スロットル開度算出部
２２ 推定空気量算出部
２４ 推定ＭＢＴトルク算出部
２６ 点火時期制御用効率算出部
２８ 点火時期算出部
３０ 推定現在トルク算出部
３２ 効率ガード制御部
３４ 効率ガード
３６ ＡＦＭ劣化判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアフローメータを有する火花点火式の内燃機関に用いられ、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のアイドル運転時には、機関回転数が目標回転数になるようにトルクを制御することが行われている。火花点火式の内燃機関の場合、トルクを制御するための手段としては、空気量と点火時期とを用いることができる。点火時期によるトルク制御は、空気量によるそれと比較して応答性に優れている。このため、機関回転数の急激な変化を速やかに抑制したい場合には、点火時期によるトルク制御が有効である。
【０００３】
点火時期によるトルク制御を行う場合、初期点火時期はＭＢＴよりも遅角させておく必要がある。点火時期の遅角によるトルクダウンだけでなく、点火時期の進角によるトルクアップも可能にするためである。ただし、例えば特開２００９−０６８４３０号公報に記載されているように、ＭＢＴの近傍には、点火時期の変化に対するトルクの感度が低い不感帯域が存在する。この不感帯域では、トルクに対する点火時期の誤差が大きい。このため、機関回転数が目標回転数になるようにトルクを精度良く制御したいのであれば、点火時期が不感帯域に入らないようにしながら、空気量と点火時期とを適切に協調制御することが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０６８４３０号公報
【特許文献２】特開２００８−０３８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関にはエアフローメータが取り付けられている。エアフローメータの出力信号は、点火時期によるトルク制御において用いられる。点火時期によるトルク制御では、現在の空気量を推定することが必要となる。空気量はスロットル開度から推定することが可能であるが、エアフローメータの出力信号をパラメータとして用いることで、空気量の計算精度を高めることができる。
【０００６】
しかし、エアフローメータの出力特性は必ずしも一定ではない。経年変化によってエアフローメータの劣化が進んだ場合には、その出力特性に変化が生じることになる。その場合、エアフローメータの出力信号を用いた空気量の推定精度は低下し、推定空気量と実際の空気量との間の誤差が拡大する。そして、推定空気量と実際空気量との間の誤差は、推定空気量を用いて行われる内燃機関の制御状態にも影響する。点火時期の制御に関して言えば、点火時期が不感帯域に入ってしまったり、或いは不感帯域に入るのを防ぐためのガードに点火時期が張り付いてしまったりする可能性がある。そのような場合には、所望のトルクを内燃機関に発生させることができず、アイドル運転時の機関回転数を維持できなくなる可能性がある。
【０００７】
本発明は上述のような課題に鑑みなされたもので、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する制御装置に関し、エアフローメータの劣化状態が機関回転数の制御状態に与える影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、
エアフローメータを有する内燃機関に用いられ、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する制御装置において、
目標トルクを１以下の値の無次元量で除算し、その算出値を空気量制御用トルクとして設定する空気量制御用トルク設定手段と、
ＭＢＴのもとで前記空気量制御用トルクを実現するための目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、
前記目標空気量に従って空気量を制御する空気量制御手段と、
前記エアフローメータの出力値を用いて現在の空気量（以下、推定空気量）を算出する推定空気量算出手段と、
点火時期をＭＢＴに設定した場合に内燃機関が発生するトルク（以下、推定ＭＢＴトルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定ＭＢＴトルク算出手段と、
前記推定ＭＢＴトルクと前記目標トルクとの差を補償するための点火遅角量を算出する点火遅角量算出手段と、
前記点火遅角量に従って点火時期を制御する点火時期制御手段と、
現在の点火時期のもとで内燃機関が発生するトルク（以下、推定現在トルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定現在トルク算出手段と、
前記目標トルクを設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数が目標回転数よりも低下した場合には、機関回転数を回復させるように前記目標トルクを増大させる目標トルク設定手段と、
前記無次元量を設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数の低下に伴って前記目標トルクが増大される場合には、前記目標トルクの増大に合わせて前記無次元量を１に近づける無次元量設定手段と、
前記無次元量が１に近づくに伴って前記推定ＭＢＴトルクと前記推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった場合に、前記無次元量のそれ以上の増大を制限する制限手段と、
前記エアフローメータの劣化状態を判定する劣化判定手段と、
前記基準トルク差を設定する手段であって、前記エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合と比較して前記基準トルク差を大きくとる基準トルク差設定手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時に機関回転数が低下した場合には、機関回転数を回復させるように目標トルクを増大させていくことが行われるとともに、空気量制御用トルクが一定に維持されるように目標トルクの増大に合わせて無次元量を１に近づけていくことが行われる。その間、推定ＭＢＴトルクは一定に維持されるため、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの差を補償するための点火遅角量は目標トルクの増大に応じて減らされていく。つまり、点火時期の進角によるトルクアップが図られる。
【００１０】
そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった時点で無次元量のそれ以上の増大は制限される。これにより、目標トルクの増大に伴って空気量制御用トルクは増大されることになる。一方、推定ＭＢＴトルクは目標トルクの増大に合わせて増大されることになることから、点火遅角量は一定に維持されるようになる。つまり、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった後は、空気量によるトルクアップが図られる。
【００１１】
以上のような空気量と点火時期との協調制御によって、アイドル運転時の機関回転数に低下が生じたとしても、目標回転数まで速やかに戻すことができる。また、途中で点火時期によるトルクアップから空気量によるトルクアップへと切り替えられるので、点火時期が不感帯域まで進角されてしまうのを防止することができる。
【００１２】
しかし、エアフローメータが劣化している場合、エアフローメータは実際の空気の質量流量よりも大きい値を出力する。このため、エアフローメータが劣化していない場合に比較して実際の空気量は少なくなっている一方、空気量の不足による機関回転数の低下を抑えるように点火時期の遅角量は減らされている。このため、点火時期によるトルク制御から空気量によるトルク制御への切り替えをエアフローメータが劣化していないときと同様に行ったのでは、点火時期が不感帯域まで進角されてしまうおそれがある。
【００１３】
この点に関して、本発明によれば、エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合に比較して、点火時期によるトルク制御から空気量によるトルク制御への切り替えの判定基準となる基準トルク差が大きくとられる。これにより、エアフローメータの劣化状態によらず、点火時期が不感帯域まで進角される前に空気量によるトルク制御に切り替えることが可能となる。したがって、本発明によれば、エアフローメータの劣化状態が機関回転数の制御状態に与える影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態によるアイドル運転時のエンジン回転数制御の内容とその制御結果とを説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態によるアイドル運転時のエンジン回転数制御の内容とその制御結果とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図１乃至図３の各図を参照して説明する。
【００１６】
本発明の実施の形態おいて制御対象とされる内燃機関（以下、エンジン）は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。制御装置は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。制御装置が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、ＥＧＲ装置等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置が操作するのはスロットル及び点火装置であり、制御装置はこれら２つのアクチュエータを操作してエンジンが出力するトルクを制御する。
【００１７】
本実施の形態の制御装置は、エンジンの制御量としてトルク及び効率を使用する。ここでいうトルクはより厳密には図示トルクを意味する。本明細書における効率は１以下の値の無次元量であり、エンジンが出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの割合を意味する。効率が１よりも小さい場合には、実際に出力されるトルクはエンジンが出力しうる潜在トルクよりも小さく、その余裕分は主に熱となってエンジンから出力されることになる。
【００１８】
図１のブロック図は、本実施の形態の制御装置２の構成を示している。制御装置２は、それが有する機能別に、目標トルク設定部１２、目標効率設定部１４、空気量制御用トルク算出部１６、目標空気量算出部１８、スロットル開度算出部２０、推定空気量算出部２２、推定ＭＢＴトルク算出部２４、点火時期制御用効率算出部２６、点火時期算出部２８、推定現在トルク算出部３０、効率ガード制御部３２、効率ガード３４及びＡＦＭ劣化判定部３６に分けることができる。ただし、これらの要素１２−３６は、制御装置２が有する種々の機能的な要素のうち、スロットル４と点火装置６の操作による空気量と点火時期の協調制御に関する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図１は、制御装置２がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。以下、各要素１２−３６の機能を中心に制御装置２の構成について説明する。
【００１９】
目標トルク設定部１２は、エンジンの制御量であるトルクの目標をエンジンの運転条件や運転状態に応じて設定する。アイドル運転時においては、目標トルク設定部１２は、エンジン回転数が目標回転数になるようにフィードバック制御によって目標トルクを調整する。エンジン回転数が目標回転数よりも低下した場合には、エンジン回転数を回復させるように目標トルクを増大させる。
【００２０】
目標効率設定部１４は、同じくエンジンの制御量である効率の目標をエンジンの運転条件や運転状態に応じて設定する。アイドル運転時においては、目標効率設定部１４は、目標トルクの許容最大トルクに対する比率を目標効率として算出する。したがって、アイドル運転時にエンジン回転数が低下した場合には、目標トルクが増大されるのに合わせて目標効率は１に近づけられていく。
【００２１】
目標トルクと目標効率は、空気量制御用トルク算出部１６に入力される。空気量制御用トルク算出部１６は、目標トルクを目標効率で除算することによって空気量制御用トルクを算出する。アイドル運転時には目標効率は１よりも小さい値とされるので、空気量制御用トルクは目標トルクよりも嵩上げされることになる。なお、目標効率に関しては、後述する効率ガード３４を通ったものが空気量制御用トルク算出部１６に入力される。
【００２２】
空気量制御用トルクは目標空気量算出部１８に入力される。目標空気量算出部１８は、空気量マップを用いて空気量制御用トルクを目標空気量に変換する。ここでいう空気量とは、筒内に吸入される空気量を意味する（それを無次元化した充填効率或いは負荷率を代わりに用いることもできる）。空気量マップは、点火時期がＭＢＴであることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。空気量マップの検索には、エンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。
【００２３】
目標空気量はスロットル開度算出部２０に入力される。スロットル開度算出部２０は、逆エアモデルを用いて目標空気量をスロットル開度に変換する。逆エアモデルは、スロットルモデルの逆モデル、吸気管モデルの逆モデル、及び吸気弁モデルの逆モデルから構成されている。エアモデルはスロットル４の動作に対する空気量の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量の達成に必要なスロットル開度を逆算することができる。
【００２４】
制御装置２は、スロットル開度算出部２０で算出されたスロットル開度に従ってスロットル４の操作を行う。
【００２５】
制御装置２は、上記の処理と並行して、実際のスロットル開度に基づいた推定空気量の計算を推定空気量算出部２２にて実施する。推定空気量は、制御装置２によるスロットル４の操作によって実現されることが推定される空気量である。推定空気量算出部２２は、エアモデルを用いてスロットル開度を空気量に変換する。エアモデルは、スロットルモデル、吸気管モデル、及び吸気弁モデルから構成されている。エアモデルと逆エアモデルとでは、その基本となるモデル計算式は共通している。ただし、推定空気量算出部２２が用いるエアモデルには、逆エアモデルには無い機能が備えられている。その機能とは、エアフローメータ（ＡＦＭ）８の出力値によって、スロットルモデルの流量係数を修正する機能である。スロットルモデルにより算出されるスロットル通過空気量をエアフローメータ８の出力値から算出されるスロットル通過空気量に一致させるように、流量係数の修正が行われる。この機能のため、推定空気量算出部２２には、エアフローメータ８の出力値が逐次入力されている。
【００２６】
推定空気量は、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクの計算に用いられる。本明細書における推定ＭＢＴトルクとは、推定空気量のもとで点火時期をＭＢＴにセットした場合に得られるトルクの推定値である。推定現在トルクは、推定空気量のもと現在の点火時期で得られるトルクの推定値である。
【００２７】
推定ＭＢＴトルクの計算は、推定ＭＢＴトルク算出部２４で行なわれる。推定ＭＢＴトルク算出部２４は、トルクマップを用いて推定空気量を推定ＭＢＴトルクに変換する。トルクマップは、前述の空気量マップの逆マップであって、点火時期がＭＢＴであることを前提にして、空気量とトルクと種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。
【００２８】
推定現在トルクの計算は、推定ＭＢＴトルク算出部２４による推定ＭＢＴトルクの計算と並行して、推定現在トルク算出部３０で行なわれる。推定現在トルク算出部３０は、前述のトルクマップを用いて推定空気量を推定現在トルクに変換する。ただし、推定現在トルク算出部３０によるトルクマップの検索では、点火時期として現在の点火時期が用いられる。
【００２９】
推定ＭＢＴトルクは目標トルクとともに点火時期制御用効率算出部２６に入力される。点火時期制御用効率算出部２６は、目標トルクの推定ＭＢＴトルクに対する比率を点火時期制御用効率として算出する。算出された点火時期制御用効率は、点火時期算出部２８に入力される。
【００３０】
点火時期算出部２８は、エンジン回転数、空気量、空燃比等のエンジン状態量に基づいてＭＢＴを算出するとともに、入力された点火時期制御用効率からＭＢＴに対する遅角量を算出する。そして、ＭＢＴに遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。ＭＢＴの計算には、例えば、ＭＢＴと各種のエンジン状態量とを関連付けるＭＢＴマップを用いることができる。遅角量の計算には、例えば、遅角量と点火時期制御用効率及び各種のエンジン状態量とを関連付ける遅角量マップを用いることができる。各マップの検索には、エンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。
【００３１】
前記の遅角量マップによれば、点火時期制御用効率が１よりも小さいほど遅角量は大きくされ、点火時期制御用効率が１に近いほど遅角量は小さくされる。ただし、遅角量には下限値が設定されている。ＭＢＴの近傍は点火時期の変化に対するトルクの感度が低い不感帯域であり、トルクに対する点火時期の誤差が大きいためである。その不感帯域の境界が遅角量の下限値に対応している。ＭＢＴと遅角量の下限値とにより決まる点火時期が点火時期の進角限界であり、点火時期制御用効率がさらに１に近づいたとしても、点火時期はこの進角限界によってガードされることになる。
【００３２】
制御装置２は、点火時期算出部２８で算出された点火時期に従って点火装置６の操作を行う。
【００３３】
また、制御装置２は、上記の処理と並行して、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクの差を計算する。そして、算出したトルク差を効率ガード制御部３２に入力する。効率ガード制御部３２は、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差より大きいかどうか判定し、その判定結果に応じて前述の効率ガード３４を制御する。
【００３４】
効率ガード制御部３２による効率ガード３４の制御が行われるのは、エンジンのアイドル運転時である。アイドル運転時にエンジン回転数が低下した場合、エンジン回転数を回復させるように目標トルクが増大され、目標トルクの増大に合わせて目標効率は１に近づけられていく。その間、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差は、目標効率が１に近づくに伴って次第に小さくなっていく。効率ガード制御部３２は、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差より大きいかどうか判定する。そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった場合に、前述の効率ガード３４によって目標効率のそれ以上の増大を制限する。
【００３５】
効率ガード制御部３２が判定に使用する基準トルク差は、遅角量の下限値に対応して設定されている。後に具体例を挙げて説明するが、効率ガード３４によって目標効率の増大が制限されると、その暫く後に点火時期は一定に維持されるようになる。そのときのＭＢＴに対する遅角量が前述の下限値を下回らないように、基準トルク差の設定が行われている。ただし、そのような適切な基準トルク差の値は一定ではなく、条件によって適切な基準トルク差の値は異なったものになる。
【００３６】
エアフローメータ８の劣化状態は、基準トルク差の値を左右する条件の一つである。このため、効率ガード制御部３２は、エアフローメータ８が劣化していないときの基準トルク差の値を初期値として、ＡＦＭ劣化判定部３６により判定されるエアフローメータ８の劣化状態に応じて基準トルク差の値を変化させる。詳しくは、エアフローメータ８の劣化が進むほど、効率ガード制御部３２は、基準トルク差の値をより大きい値に変更する。
【００３７】
なお、エアフローメータ８が劣化している場合、エアフローメータ８は実際の空気の質量流量よりも大きい値を出力する。このため、エアフローメータ８が劣化した場合には、空気量を用いたエンジン制御、例えば、空燃比フィードバック制御にその影響が及ぶことなる。ＡＦＭ劣化判定部３６は、エアフローメータ８の劣化状態を公知の方法によって判定する。例えば、空燃比フィードバック制御による補正値や学習値からエアフローメータ８の劣化状態を判定することができる。
【００３８】
図２及び図３は、制御装置２によるアイドル運転時のエンジン回転数制御の内容とその結果とを示す図である。以下、本実施の形態において得られるエンジン回転数制御上の効果について図２及び図３を用いて説明する。
【００３９】
図２及び図３の最上段のチャートには、アイドル運転時のエンジン回転数（実回転数）の時間変化が目標回転数と併せて示されている。２段目のチャートには、目標トルク、空気量制御用トルク、推定ＭＢＴトルク、推定現在トルク、実際のＭＢＴトルク及び実際の現在トルクの各時間変化が示されている。３段目のチャートには、目標効率と点火時期制御用効率の各時間変化が示されている。そして、最下段のチャートには、点火時期の時間変化が点火時期の進角限界と併せて示されている。
【００４０】
図２は、エアフローメータ８が劣化していない状態で行われるエンジン回転数制御の内容とその結果とを示している。ここでは、時刻ｔ１にてエンジン回転数が低下し始めた場合について示している。この場合、エンジン回転数の低下をトルク増によって抑制し、さらにはエンジン回転数を目標回転数まで回復させるべく、目標トルクが増大されていく。また、目標トルクの増大に合わせて目標効率は１に近づけられていく。
【００４１】
目標効率は、目標トルクを目標効率で除算して得られる空気量制御用トルクが一定に維持されるように増大される。空気量制御用トルクが一定に維持されることで、空気量を一定に維持するようにスロットルの操作が行われる。また、この間、空気量（推定空気量）によって決まる推定ＭＢＴトルクも一定に維持されることになるため、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの比である点火時期制御用効率は目標トルクの増大に応じて増大されていく。これにより、点火時期はＭＢＴに向けて進角されていく。
【００４２】
そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった時点（図２の時刻ｔ２）で、効率ガード３４によって目標効率のそれ以上の増大は制限される。これにより、時刻ｔ２以降は、目標トルクの増大に伴って空気量制御用トルクが増大していくことになる。一方、推定ＭＢＴトルクは、スロットル４の操作に対する空気量の応答遅れの分だけ空気量制御用トルクに遅れて増大し始める。推定ＭＢＴトルクが目標トルクの増大に伴って増大してくことで、推定ＭＢＴトルクと目標トルクとの比である点火時期制御用効率は一定となり、点火時期はほぼ一定に維持されるようになる。このとき、点火時期は進角限界の近くまで進角されることになるが、前述のような基準トルク差の設定により、点火時期が進角限界に張り付いてしまうことはない。
【００４３】
以上のように、制御装置２は、アイドル運転時のエンジン回転数に低下が生じた場合、まずは点火時期の進角によってトルクアップを図り、その後、基準トルク差の値により決まる適切なタイミングにて空気量によるトルク制御へと切り替える。このような空気量と点火時期との協調制御によれば、アイドル運転時のエンジン回転数に低下が生じたとしても、エンジン回転数を目標回転数まで速やかに戻すことができる。
【００４４】
一方、図３は、エアフローメータ８が劣化した状態で行われるエンジン回転数制御の内容とその結果とを示している。エアフローメータ８が劣化している場合、エアフローメータ８の出力値を用いて算出される推定空気量よりも実際の空気量は少ない。このため、実際のＭＢＴトルクや現在トルクは、推定ＭＢＴトルクや推定現在トルクよりも小さくなっている。その一方で、図２と図３との比較から分かるように、エアフローメータ８が劣化している場合には、空気量の不足によるエンジン回転数の低下を抑えるように、目標効率がより大きい値とされて点火時期はより進角側に制御されている。このため、点火時期の進角限界までの余裕分は、エアフローメータ８が劣化していない場合よりも小さくなっている。
【００４５】
図３では、時刻ｔ３にてエンジン回転数が低下し始めた場合について示している。この場合も、エンジン回転数の低下をトルク増によって抑制し、さらにはエンジン回転数を目標回転数まで回復させるべく、目標トルクが増大されていく。また、目標トルクの増大に合わせて目標効率は１に近づけられていく。そして、推定ＭＢＴトルクと推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった時点（図３の時刻ｔ４）で、効率ガード３４によって目標効率のそれ以上の増大は制限される。ただし、この場合の基準トルク差は、エアフローメータ８が劣化していない状態のそれと比較して大きな値に設定されている。基準トルク差を大きくとることで、エアフローメータ８が劣化していない場合と比較して、より早いタイミングで効率ガード３４による目標効率の制限が行われることになる。
【００４６】
効率ガード３４による目標効率の制限がより早いタイミングで行われることで、点火時期によるトルク制御から空気量によるトルク制御への切り替えのタイミングも早められる。これにより、点火時期が進角限界に達する前に空気量によるトルク制御に切り替えることが可能となるので、点火時期が進角限界に張り付いてしまうことはない。つまり、点火時期によるトルク制御が有効な状態で空気量によるトルク制御へと切り替えることができる。したがって、エアフローメータ８が劣化している場合であっても、空気量と点火時期との適切な協調制御により、エンジン回転数を目標回転数まで速やかに戻すことができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態の制御装置２によれば、エアフローメータ８の劣化状態がアイドル運転時のエンジン回転数の制御状態に与える影響を低減することができる。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
２ 制御装置
４ スロットル
６ 点火装置
８ エアフローメータ
１２ 目標トルク設定部
１４ 目標効率設定部
１６ 空気量制御用トルク算出部
１８ 目標空気量算出部
２０ スロットル開度算出部
２２ 推定空気量算出部
２４ 推定ＭＢＴトルク算出部
２６ 点火時期制御用効率算出部
２８ 点火時期算出部
３０ 推定現在トルク算出部
３２ 効率ガード制御部
３４ 効率ガード
３６ ＡＦＭ劣化判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアフローメータを有する内燃機関に用いられ、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する制御装置において、
目標トルクを１以下の値の無次元量で除算し、その算出値を空気量制御用トルクとして設定する空気量制御用トルク設定手段と、
ＭＢＴのもとで前記空気量制御用トルクを実現するための目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、
前記目標空気量に従って空気量を制御する空気量制御手段と、
前記エアフローメータの出力値を用いて現在の空気量（以下、推定空気量）を算出する推定空気量算出手段と、
点火時期をＭＢＴに設定した場合に内燃機関が発生するトルク（以下、推定ＭＢＴトルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定ＭＢＴトルク算出手段と、
前記推定ＭＢＴトルクと前記目標トルクとの差を補償するための点火遅角量を算出する点火遅角量算出手段と、
前記点火遅角量に従って点火時期を制御する点火時期制御手段と、
現在の点火時期のもとで内燃機関が発生するトルク（以下、推定現在トルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定現在トルク算出手段と、
前記目標トルクを設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数が目標回転数よりも低下した場合には、機関回転数を回復させるように前記目標トルクを増大させる目標トルク設定手段と、
前記無次元量を設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数の低下に伴って前記目標トルクが増大される場合には、前記目標トルクの増大に合わせて前記無次元量を１に近づける無次元量設定手段と、
前記無次元量が１に近づくに伴って前記推定ＭＢＴトルクと前記推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった場合に、前記無次元量のそれ以上の増大を制限する制限手段と、
前記エアフローメータの劣化状態を判定する劣化判定手段と、
前記基準トルク差を設定する手段であって、前記エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合と比較して前記基準トルク差を大きくとる基準トルク差設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１】
エアフローメータを有する内燃機関に用いられ、空気量と点火時期によるトルクの制御によってアイドル運転時の機関回転数を制御する制御装置において、
目標トルクを１以下の値の無次元量で除算し、その算出値を空気量制御用トルクとして設定する空気量制御用トルク設定手段と、
ＭＢＴのもとで前記空気量制御用トルクを実現するための目標空気量を算出する目標空気量算出手段と、
前記目標空気量に従って空気量を制御する空気量制御手段と、
前記エアフローメータの出力値を用いて現在の空気量（以下、推定空気量）を算出する推定空気量算出手段と、
点火時期をＭＢＴに設定した場合に内燃機関が発生するトルク（以下、推定ＭＢＴトルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定ＭＢＴトルク算出手段と、
前記推定ＭＢＴトルクと前記目標トルクとの差を補償するための点火遅角量を算出する点火遅角量算出手段と、
前記点火遅角量に従って点火時期を制御する点火時期制御手段と、
現在の点火時期のもとで内燃機関が発生するトルク（以下、推定現在トルク）を前記推定空気量に基づいて算出する推定現在トルク算出手段と、
前記目標トルクを設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数が目標回転数よりも低下した場合には、機関回転数を回復させるように前記目標トルクを増大させる目標トルク設定手段と、
前記無次元量を設定する手段であって、アイドル運転時に機関回転数の低下に伴って前記目標トルクが増大される場合には、前記目標トルクの増大に合わせて前記無次元量を１に近づける無次元量設定手段と、
前記無次元量が１に近づくに伴って前記推定ＭＢＴトルクと前記推定現在トルクとの差が基準トルク差まで縮まった場合に、前記無次元量のそれ以上の増大を制限する制限手段と、
前記エアフローメータの劣化状態を判定する劣化判定手段と、
前記基準トルク差を設定する手段であって、前記エアフローメータが劣化している場合には、劣化していない場合と比較して前記基準トルク差を大きくとる基準トルク差設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２５２４２５（Ｐ２０１１−２５２４２５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２６０４５（Ｐ２０１０−１２６０４５）
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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