内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、外部ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関を対象として、目標スロットル開度を実現するための目標新気量を正確に設定することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路２６と、当該ＥＧＲ通路２６の開閉を担うＥＧＲ弁２８と、吸気通路１２内に配置されたスロットル弁１８と、を備える。ＥＧＲガスの応答遅れを考慮して算出された筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌと目標新気量との和である目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆに基づいて、目標インマニ圧（スロットル下流圧力）Ｐｍｒｅｆを算出する。そして、算出された目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆの実現に必要な目標スロットル開度ＴＡを算出する。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路２６と、当該ＥＧＲ通路２６の開閉を担うＥＧＲ弁２８と、吸気通路１２内に配置されたスロットル弁１８と、を備える。ＥＧＲガスの応答遅れを考慮して算出された筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌと目標新気量との和である目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆに基づいて、目標インマニ圧（スロットル下流圧力）Ｐｍｒｅｆを算出する。そして、算出された目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆの実現に必要な目標スロットル開度ＴＡを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、外部ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関を対象として目標新気量を実現するための目標スロットル開度を計算する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、吸気弁の開閉時期を制御することで吸入空気量を目標吸入空気量に制御する内燃機関の吸気制御装置が開示されている。この従来の吸気制御装置では、吸気弁の動作時間の変動量が大きいとき及び／又は目標吸入空気量が小さいときに、目標吸気管圧力をより小さく補正するようにしている。そして、補正された目標吸気管圧力と目標吸入空気量とに基づいて、目標スロットル開度等を設定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０４９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の技術は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気ガスを還流させる制御（いわゆる、外部ＥＧＲ制御）を実行する内燃機関を対象としたものではない。このため、外部ＥＧＲ制御を行う内燃機関に対して上記技術を適用した場合には、目標スロットル開度を実現するための目標新気量を正確に設定することができない可能性がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、外部ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関において、目標スロットル開度を実現するための目標新気量を正確に設定することのできる内燃機関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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
当該ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内に配置されたスロットル弁と、
筒内に吸入される新気量の目標新気量を算出する目標新気量算出手段と、
前記ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガス量の変化に対する、筒内に吸入される筒内吸入ＥＧＲガスの応答遅れを考慮して、当該筒内吸入ＥＧＲガス量を推定する筒内吸入ＥＧＲガス量推定手段と、
前記目標新気量と前記筒内吸入ＥＧＲガス量との和である目標全吸入ガス量と、前記スロットル弁の下流側の吸気通路内のガスの圧力であるスロットル下流圧力との関係を規定する関係情報に従って、目標スロットル下流圧力を算出する目標スロットル下流圧力算出手段と、
前記目標スロットル下流圧力の実現に必要な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、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記目標新気量算出手段は、失火が生じないように前記目標新気量の最小値を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、ＥＧＲガスの応答遅れが考慮された筒内吸入ＥＧＲガス量（すなわち、成り行きで筒内に吸入されるＥＧＲガス量）と目標新気量との和である目標全吸入ガス量から目標スロットル下流圧力が算出される。そして、算出された目標スロットル下流圧力に基づいて、目標スロットル開度が算出される。これにより、筒内吸入ＥＧＲガス量が定常時と大きく異なる過渡時であっても、目標スロットル開度を実現するための目標新気量を正確に算出することが可能となる。
【０００９】
第２の発明によれば、上記筒内吸入ＥＧＲガス量を加味した目標全吸入ガス量に基づいて目標スロットル開度を算出する場合において、良好に失火を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】トルク実現部の構成を示すブロック図である。
【図３】目標新気量を実現するための目標スロットル開度ＴＡを算出するために、トルク実現部で行われる処理をフローチャートで表した図である。
【図４】ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとインマニ圧Ｐｍとの関係を表した図である。
【図５】本発明の実施の形態１における目標スロットル開度ＴＡの算出（に用いる目標インマニ圧の算出）手法の効果を従来の算出手法と対比して説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。内燃機関１０の筒内には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の入口近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１６が設けられている。エアフローメータ１６の下流には、筒内に吸入される空気量を調整するためのスロットル弁１８が設けられている。スロットル弁１８は、アクセル開度と独立してスロットル開度ＴＡを制御することのできる電子制御式スロットル弁である。
【００１２】
内燃機関１０の各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２０、および、混合気に点火するための点火プラグ２２がそれぞれ設けられている。更に、内燃機関１０には、各気筒の吸気弁および排気弁（それぞれ図示省略）の開閉時期を調整するための可変バルブタイミング機構２４が備えられている。
【００１３】
また、内燃機関１０は、スロットル弁１８よりも下流側の吸気通路１２と、排気通路１４とを接続するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路２６を備えている。ＥＧＲ通路２６における吸気通路１２側の接続口付近には、ＥＧＲ通路２６の開閉を担うＥＧＲ弁２８が設けられている。このＥＧＲ弁２８の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路２６を流れるＥＧＲガス（いわゆる、外部ＥＧＲガス）の流量を変化させて、ＥＧＲ率を調整することができる。
【００１４】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述したエアフローメータ１６に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ３２、および、排気ガスの空燃比を検知するためのＡ／Ｆセンサ３４等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述したスロットル弁１８、燃料噴射弁２０、点火プラグ２２、可変バルブタイミング機構２４およびＥＧＲ弁２８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
【００１５】
ＥＣＵ３０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。具体的には、ＥＣＵ３０の内部には、トルク実現部３６が仮想的に構成されている。図２は、そのようなトルク実現部３６の構成を示すブロック図である。トルク実現部３６は、入力された各機関要求（要求トルク、要求効率および要求Ａ／Ｆ）と、内燃機関１０の現在の運転状態に関する機関情報とに基づいて、目標スロットル開度ＴＡおよび目標点火時期の算出を行うものである。
【００１６】
本実施形態では、内燃機関１０の制御量としてトルク、空燃比および効率を使用する。ここでいうトルクはより厳密には図示トルクを意味し、空燃比は燃焼に供される混合気の空燃比を意味する。本明細書における効率は内燃機関１０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。効率の最大値は１であり、そのときには内燃機関１０が出力しうる潜在トルクがそのまま実際に出力されることになる。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内燃機関１０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内燃機関１０から出力されることになる。
【００１７】
図２のブロック図に示すトルク実現部３６は、それが有する機能別に、燃焼保障ガード部３８、新気量制御用トルク算出部４０、目標新気量算出部４２、スロットル開度算出部４４、推定トルク算出部４６、点火時期制御用トルク効率算出部４８、燃焼保障ガード部５０、点火時期算出部５２、燃焼保障ガード部５４、および筒内吸入ＥＧＲガス量算出部５６に分けることができる。以下、各要素３８〜５６の機能について説明する。
【００１８】
先ず、トルク実現部３６には、内燃機関１０の制御量に対する要求として要求トルク、要求効率および要求空燃比（要求Ａ／Ｆ）が入力される。これらの要求は、本トルク実現部３６の上位に位置するパワートレインマネージャから供給される。要求トルクは、内燃機関１０の運転条件や運転状態に応じて、具体的には、運転者によるアクセルペダルの操作量や、ＶＳＣ、ＴＲＣ等の車両の制御システムからの信号に基づいて設定される。要求効率は、排気ガスの温度を上げたい場合や、リザーブトルクを作りたい場合に１よりも小さい値に設定される。要求空燃比は、ストイキを中心にして触媒の酸素貯蔵量が適正に保たれるように変化させられる。具体的には、オープンループ制御によって要求空燃比を積極的に変化させることや、空燃比フィードバック制御によって要求空燃比を変化させることが行われる。
【００１９】
トルク実現部３６が受け取った要求トルクと要求効率は、新気量制御用トルク算出部４０に入力される。新気量制御用トルク算出部４０は、要求トルクを要求効率で除算することによって新気量制御用トルクを算出する。要求効率が１よりも小さい場合には、新気量制御用トルクは要求トルクよりも嵩上げされることになる。これは要求トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがスロットル弁１８に要求されていることを意味する。ただし、要求効率に関しては、燃焼保障ガード部３８を通ったものが新気量制御用トルク算出部４０に入力される。燃焼保障ガード部３８は、新気量制御用トルクの計算に使用される要求効率の最小値および最大値を、適切な燃焼を保障するためのガード値によって制限する。図２に示すように、この場合に（すなわち、新気量制御用トルクの算出に際して）要求効率の最小値（下限）を制限するのは、失火およびトルク変動の回避のためであり、要求効率の最大値（上限）を制限するのは、ノック回避のためである。
【００２０】
新気量制御用トルクは目標新気量算出部４２に入力される。目標新気量算出部４２は、新気量マップを用いて新気量制御用トルクを目標新気量（ＫＬ）に変換する。ここでいう新気量とは、筒内に吸入される新気量を意味する（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）。新気量マップは、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうち、より遅角側の点火時期）であることを前提にして、トルクと新気量とがエンジン回転数およ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。新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。空燃比に関しては後述する目標空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、目標新気量算出部４２では、後述する目標空燃比のもとで新気量制御用トルクの実現に必要な新気量が内燃機関１０の目標新気量として算出される。尚、図２中に示す目標新気量算出部４２に対する筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌの反映は、後述する新気量下限値ｍｃｍｉｎの算出の際に行われる。
【００２１】
目標新気量はスロットル開度算出部４４に入力される。スロットル開度算出部４４は、エアモデルの逆モデルを用いて、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆ（スロットル開度算出部４４にそれぞれ入力される目標新気量と筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌの和）を目標スロットル開度（ＴＡ）に変換する。エアモデルはスロットル弁１８の動作に対する吸入ガス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全吸入ガス量ｍｃｒｅｆ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。この目標スロットル開度ＴＡの算出手法は、本実施形態の主たる特徴部分であるので、図３のフローチャートを参照して後に詳述する。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、スロットル開度算出部４４で算出された目標スロットル開度に従ってスロットル弁１８の操作を行う。尚、ディレイ制御が実施されている場合には、スロットル開度算出部４４で算出されるスロットル開度（目標スロットル開度）と、スロットル弁１８の動作によって実現される実際のスロットル開度との間には、ディレイ時間分のずれが生じる。
【００２３】
トルク実現部３６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トルクの計算を推定トルク算出部４６にて実施する。推定トルク算出部４６は、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度を推定新気量に変換したうえで、トルクマップを用いて当該推定新気量を推定トルクに変換する。推定新気量は、ＥＣＵ３０によるスロットル弁１８の操作によって実現されることが推定される新気量である。本明細書における推定トルクとは、現在のスロットル開度の下で点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるＭＢＴトルク、すなわち、内燃機関１０が潜在的に出力しうるトルクの推定値である。トルクマップは、前述の新気量マップの逆マップであって、点火時期が最適点火時期であることを前提にして、新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。このトルクマップの検索では、後述する目標空燃比がマップの検索に用いられる。したがって、推定トルク算出部４６では、後述する目標空燃比のもとで推定新気量によって実現されることが推定されるトルクが算出される。
【００２４】
推定トルクは複製された要求トルクとともに点火時期制御用トルク効率算出部４８に入力される。点火時期制御用トルク効率算出部４８は、要求トルクの推定トルクに対する比率を点火時期制御用トルク効率として算出する。算出された点火時期制御用トルク効率は、燃焼保障ガード部５０を通ってから点火時期算出部５２に入力される。燃焼保障ガード部５０は、燃焼を保障するガード値によって点火時期制御用トルク効率の最小値および最大値）を制限する。図２に示すように、この場合に（すなわち、目標点火時期の算出に際して）要求効率の最小値（下限）を制限するのは、失火およびトルク変動の回避のためであり、最大値（上限）を制限するのは、ノック回避のためと、本実施形態の筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌを用いた新気量の制御の実行に伴う失火回避（ＥＧＲ失火上限）のためである。
【００２５】
点火時期算出部５２は、入力された点火時期制御用トルク効率から点火時期（ＳＡ）を算出する。詳しくは、エンジン回転数、要求トルク、目標空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、入力された点火時期制御用トルク効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な目標点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、例えば、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付ける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トルク効率および各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。点火時期制御用トルク効率が１であれば遅角量はゼロとされ、点火時期制御用トルク効率が１よりも小さいほど遅角量は大きくされる。
【００２６】
ＥＣＵ３０は、点火時期算出部５２で算出された目標点火時期に従って点火プラグ２２の操作を行う。
【００２７】
また、トルク実現部３６に入力される要求空燃比は、燃焼保障ガード部５４を通過したうえで、目標空燃比として目標新気量算出部４２および点火時期算出部５２に供給される。燃焼保障ガード部５４は、目標空燃比の最大値および最小値を適切な燃焼を保障するためのガード値によって制限する。
【００２８】
ところで、本実施形態の内燃機関１０のように外部ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関において、内燃機関の運転状態が変化している過渡時に筒内に吸入されるＥＧＲガス量は、定常時に筒内に吸入されるＥＧＲガス量と大きく異なるものとなる。このため、定常時のＥＧＲガス量の下での新気量を想定した関係を利用して目標新気量を算出し、当該目標新気量を実現するための目標スロットル開度を算出するようにすると、筒内に吸入される新気量を精度良く目標新気量に制御することが困難となる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、スロットル開度算出部４４において目標新気量を実現するための目標スロットル開度を算出する際に、筒内に吸入される合計のガス量の目標値である目標全吸入ガス量（吸気弁通過全ガス量）ｍｃｒｅｆを、目標新気量と、吸気挙動（より具体的には、ＥＧＲガスの応答遅れ）を考慮して算出される筒内吸入（外部）ＥＧＲガス量（すなわち、成り行きで吸入されるＥＧＲガス量）ｍｅｇｒｃｙｌとの和として算出するようにした。そして、目標全吸入ガス量（吸気弁通過全ガス量）ｍｃｒｅｆに基づいて、目標インマニ圧（スロットル下流圧力）Ｐｍｒｅｆを算出するようにした。
【００３０】
仮に定常時であれば失火しない目標新気量が指示された場合であっても、特に減速時には、筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌが定常時の値よりも大きくなる状況が発生し易くなる。このため、上記のように算出される目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆを用いるようにしても、筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌに対して目標新気量が小さい場合には、ＥＧＲ率が大きくなり、失火するおそれがある。そこで、本実施形態では、次の（１）式のように算出される新気量下限値ｍｃｍｉｎを利用して、目標新気量の最小値を制限するようにした。
ｍｃｍｉｎ ＝ 筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ×（１−上限ＥＧＲ率）÷上限ＥＧＲ率 ・・・（１）
ここで、ＥＧＲ率は、（ｍｅｇｒｃｙｌ／（新気量＋ｍｅｇｒｃｙｌ）である。
【００３１】
ただし、上記のように目標新気量の最小値を新気量下限値ｍｃｍｉｎで制限するようにすると、トルクを目標値通りに制御できなくなる（具体的には、大きくなってしまう）ことが想定される。その理由は、失火しないように新気量のかさ上げが行われるためである。そこで、本実施形態では、新気量下限値ｍｃｍｉｎを利用した目標新気量の最小値の制限が行われる場合（すなわち、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎよりも小さい場合）には、点火時期制御用トルク効率の上限値を、制限前の目標新気量を新気量下限値ｍｃｍｉｎで割った値と等しい値に設定するようにした（図２中に示すＥＧＲ失火上限の設定に相当）。
【００３２】
図３は、目標新気量を実現するための目標スロットル開度ＴＡを算出するために、トルク実現部３６で行われる処理をフローチャートで表した図である。
このフローチャートにおけるステップＳ１およびＳ２の処理は、筒内吸入ＥＧＲガス量算出部５６によって行われる処理である。最初のステップＳ１では、今回の制御周期ｔにおけるＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒ（ｔ）が算出される。ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒは、ＥＧＲ弁開度と吸気マニホールド圧（インマニ圧）とに基づいて算出することができる。図４は、ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとインマニ圧Ｐｍとの関係を表した図である。ＥＣＵ３０には、所定のＥＧＲ弁開度毎に、図４に示すようにＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとインマニ圧とを定めた関係を、マップとして記憶されている。本ステップＳ１では、現在のＥＧＲ弁開度に応じたマップを参照して、目標インマニ圧の前回値Ｐｍｒｅｆｏを入力としてＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒ（ｔ）が算出される。
【００３３】
次に、ステップＳ２では、次の（２）式に従って、今回の制御周期ｔにおける筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ）が算出される。
ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ） ＝ ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ−Δｔ）＋（ｍｅｇｒ（ｔ−ｍｕｄａ）−ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ−Δｔ））／ｎ ・・・（２）
ただし、上記（２）式において、Δｔは制御周期であり、ｍｕｄａは機関運転状態（エンジン回転数など）に応じて決定される無駄時間であり、ｎは機関運転状態（エンジン回転数など）に応じて決定される反映率である。より具体的には、無駄時間は、ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒの変化が筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌに反映されるまでの遅れ（輸送遅れ）時間である。また、過渡時にＥＧＲ弁２８を通過したガスは、単純にＥＧＲ弁２８通過時と同じ流量で筒内に流入するのではなく、スロットル弁１８の下流側の吸気通路１２内において新気中に拡散したうえで筒内に流入する。反映率は、そのような拡散の影響によって、ＥＧＲ弁２８を通過したガスが筒内に流入する割合を決定する値である。
【００３４】
上記（２）式によれば、ＥＧＲガスの応答遅れ（より具体的には、ＥＧＲ弁２８を通過したガスの輸送遅れ、およびスロットル弁１８の下流側の吸気通路１２内の新気中へのＥＧＲガスの拡散）の影響を考慮して、過渡時に成り行きで吸入される筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ）を算出することができる。
【００３５】
ステップＳ３〜Ｓ５の処理は、目標新気量算出部４２によって行われる処理である。ステップＳ３では、今回の制御周期ｔにおける新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）が、上記ステップＳ２において算出された筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ）と所定の上限ＥＧＲ率（失火が生じない上限のＥＧＲ率として予め設定された値）とを用いて、上記（１）式に従って算出される。
【００３６】
ステップＳ４では、目標新気量算出部４２において算出される目標新気量が上記ステップＳ３において算出された新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）よりも小さいか否かが判定される。その結果、本判定が不成立である場合には、そのままステップＳ７に進む。一方、本判定が成立する場合には、目標新気量として新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）が用いられる（ステップＳ５）。このような処理によって、必要に応じて、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）を下回らないように制限される。
【００３７】
ステップＳ６の処理は、燃焼保障ガード部５０によって行われる処理である。ステップＳ６では、点火時期制御用トルク効率の上限値が、上記ステップＳ５における置き換え前の目標新気量を新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）で割った値と等しい値に設定される。
【００３８】
ステップＳ７〜Ｓ１０の処理は、スロットル開度算出部４４によって行われる処理である。ステップＳ７では、筒内に吸入される合計のガス量の目標値である目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆが、目標新気量（上記ステップＳ４の判定が成立した場合には、新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ））と筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌとの和として算出される。
【００３９】
次に、ステップＳ８では、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆから目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆが算出される。より具体的には、後述の図５（Ｂ）中に実線で示す関係、すなわち、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆと目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆとの関係を定めた吸気特性のマップ（ａｔｏｔａｌ、ｂｔｏｔａｌマップ）を利用して、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆが算出される。
【００４０】
次に、ステップＳ９では、次の（３）式に従って、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆと目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆとＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとから目標スロットル弁通過ガス量ｍｔが算出される。
ｍｔ ＝ （Ｐｍｒｅｆ−Ｐｍｒｅｆｏ）／Δｔ×Ｖｍ／κ／Ｒ／Ｔｍ＋ｍｃｒｅｆ−ｍｅｇｒ ・・・（３）
ただし、上記（３）式において、Ｐｍｒｅｆｏは目標インマニ圧の前回値であり、Ｖｍはスロットル弁１８から吸気弁までの吸気通路１２内容積、κは比熱比、Ｒはガス定数である。Ｔｍは吸気通路１２内のガス温度であり、ここでは、大気温度で近似された一定値とされている。
【００４１】
次に、ステップＳ１０では、次の（４）式に従って、目標スロットル弁通過ガス量ｍｔから目標スロットル開度ＴＡが算出される。
ＴＡ ＝ Ａｔ−１×（μ×√（Ｒ×Ｔａ）／Ｐａ／φ（Ｐｍｒｅｆ、Ｐａ）） ・・・（４）
ただし、上記（４）式において、Ａｔはスロットル弁１８の開口面積、μはスロットル弁１８の開口部分の流量係数、Ｔａは大気温度、Ｐａは大気圧である。
【００４２】
図５は、本発明の実施の形態１における目標スロットル開度ＴＡの算出（に用いる目標インマニ圧の算出）手法の効果を従来の算出手法と対比して説明するための図である。より具体的には、図５（Ｂ）は、本実施形態の算出手法に対応する図であり、図５（Ａ）は、対比のために参照する従来の算出手法に対応する図である。
【００４３】
図５（Ａ）中に破線で示す波形（図５（Ｂ）も同様）は、定常時の筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（＝ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒ）を用いて筒内に吸入される新気量とインマニ圧（スロットル下流圧力）との関係を規定した「定常の新気量特性」（いわゆる、ａ、ｂマップ）を示している。この関係は、エンジン回転数、吸排気弁のバルブタイミングおよびＥＧＲ弁開度によって決定されるものである。これに対し、過渡時の瞬時の新気量特性は、定常時と大きく異なる過渡時の筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ如何で上下するものであり、一例を示すと、図５（Ａ）中に点線で示す波形のようになる。このため、図５（Ａ）中の破線の関係を利用して目標新気量から目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆを算出するようにすると、図５（Ａ）に示すように、筒内に吸入される新気量を目標新気量に制御することが困難となる（図５（Ａ）の例では、実際の新気量が目標新気量よりも少なくなる）。
【００４４】
一方、図５（Ｂ）中に実線で示す波形は、吸気挙動（ＥＧＲガスの応答遅れ）を考慮した筒内吸入ＥＧＲガス量（成り行きで筒内に吸入されるＥＧＲガス量）ｍｅｇｒｃｙｌと目標新気量との和である目標全吸入ガス量（目標吸気弁通過ガス量）ｍｃｒｅｆと、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆとの関係を規定した「吸気弁通過ガスの吸気特性」（ａｔｏｔａｌ、ｂｔｏｔａｌマップ）を示している。この関係は、エンジン回転数および吸排気弁のバルブタイミングによって一意に決定されるものであり、ＥＧＲガス量にほとんど依存しないものである。
【００４５】
本実施形態の算出手法では、図５（Ｂ）に示すように、吸気弁通過ガスの吸気特性（実線）の関係を利用して、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆから目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆが算出される。図５（Ｂ）において、吸入ガス量についての実線と破線との差は、定常時のＥＧＲガス量に相当する。また、図５（Ｂ）中の「定常の新気量特性との差」は、定常時の新気量特性により算出される新気量と、ＥＧＲガスの応答遅れの影響によって定常時と異なる過渡時の新気量との差に相当するものである。
【００４６】
以上説明した本実施形態の算出手法によれば、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆから目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆを算出することにより、過渡時のＥＧＲガスの応答遅れの影響を加味して、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆを算出することができる。そして、算出された目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆに基づいて、目標スロットル開度ＴＡを算出することができる。これにより、筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌが定常時と大きく異なる過渡時であっても、目標スロットル開度ＴＡを実現するための目標新気量を正確に算出することが可能となる。
【００４７】
また、図３に示すフローチャートの処理によれば、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎよりも小さい場合には、新気量下限値ｍｃｍｉｎが目標新気量として設定される。上記（１）式によれば、失火が生じない上限のＥＧＲ率の下でのＥＧＲガス量に対する新気量の比率よりも筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌに対する目標新気量の比率が小さくならないように、目標新気量の最小値が制限されることになる。これにより、上述した本実施形態の算出手法によって成り行きで吸入されるＥＧＲガス量（筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ）を加味した目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆに基づいて目標スロットル開度ＴＡを算出する場合において、良好に失火を抑制することができる。
【００４８】
トルクの効率が空気量の効率にほぼ等しいと考えた場合、上記のように目標新気量の最小値を新気量下限値ｍｃｍｉｎで制限するようにすると、新気量下限値ｍｃｍｉｎを制限前の目標新気量で割って得た割合分（失火防止のための新気量のかさ上げ分）だけ、トルクが大きくなってしまう。図３に示すフローチャートの処理によれば、このようなトルク上昇を抑制する目的で、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎよりも小さい場合には、点火時期制御用トルク効率の上限値が、目標新気量を新気量下限値ｍｃｍｉｎで割った値と等しい値に設定される。このように点火時期制御用トルク効率の上限値が制限されることによって（図２中のＥＧＲ失火上限のガードに相当）、新気量のかさ上げ分のトルク上昇が打ち消されるように目標点火時期が設定（遅角）されることになる。これにより、上述した本実施形態の算出手法によって成り行きで吸入されるＥＧＲガス量（筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ）を加味した目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆに基づいて目標スロットル開度ＴＡを算出する場合において、要求トルクおよび要求効率を満足する目標のトルクが得られるようにしつつ、良好に失火を抑制することができる。
【００４９】
尚、上述した実施の形態１においては、目標新気量算出部４２が要求トルクと要求効率に従って目標新気量を算出することにより前記第１の発明における「目標新気量算出手段」が、筒内吸入ＥＧＲガス量算出部５６が上記ステップＳ１およびＳ２の処理を実行することにより前記第１の発明における「筒内吸入ＥＧＲガス量推定手段」が、スロットル開度算出部４４が上記ステップＳ７およびＳ８の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標スロットル下流圧力算出手段」が、スロットル開度算出部４４が上記ステップＳ９およびＳ１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標スロットル開度算出手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアフローメータ
１８ スロットル弁
２０ 燃料噴射弁
２２ 点火プラグ
２４ 可変バルブタイミング機構
２６ ＥＧＲ通路
２８ ＥＧＲ弁
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ クランク角センサ
３４ Ａ／Ｆセンサ
３６ トルク実現部
３８ 燃焼保障ガード部
４０ 新気量制御用トルク算出部
４２ 目標新気量算出部
４４ スロットル開度算出部
４６ 推定トルク算出部
４８ 点火時期制御用トルク効率算出部
５０ 燃焼保障ガード部
５２ 点火時期算出部
５４ 燃焼保障ガード部
５６ 筒内吸入ＥＧＲガス量算出部
ｍｃｍｉｎ 新気量下限値
ｍｃｒｅｆ 目標全吸入ガス量（目標吸気弁通過ガス量）
ｍｅｇｒ ＥＧＲ弁通過ガス量
ｍｅｇｒｃｙｌ 筒内吸入ＥＧＲガス量
ｍｔ 目標スロットル弁通過ガス量
Ｐｍｒｅｆ 目標インマニ圧
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、外部ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関を対象として目標新気量を実現するための目標スロットル開度を計算する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、吸気弁の開閉時期を制御することで吸入空気量を目標吸入空気量に制御する内燃機関の吸気制御装置が開示されている。この従来の吸気制御装置では、吸気弁の動作時間の変動量が大きいとき及び／又は目標吸入空気量が小さいときに、目標吸気管圧力をより小さく補正するようにしている。そして、補正された目標吸気管圧力と目標吸入空気量とに基づいて、目標スロットル開度等を設定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０４９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の技術は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気ガスを還流させる制御（いわゆる、外部ＥＧＲ制御）を実行する内燃機関を対象としたものではない。このため、外部ＥＧＲ制御を行う内燃機関に対して上記技術を適用した場合には、目標スロットル開度を実現するための目標新気量を正確に設定することができない可能性がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、外部ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関において、目標スロットル開度を実現するための目標新気量を正確に設定することのできる内燃機関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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
当該ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内に配置されたスロットル弁と、
筒内に吸入される新気量の目標新気量を算出する目標新気量算出手段と、
前記ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガス量の変化に対する、筒内に吸入される筒内吸入ＥＧＲガスの応答遅れを考慮して、当該筒内吸入ＥＧＲガス量を推定する筒内吸入ＥＧＲガス量推定手段と、
前記目標新気量と前記筒内吸入ＥＧＲガス量との和である目標全吸入ガス量と、前記スロットル弁の下流側の吸気通路内のガスの圧力であるスロットル下流圧力との関係を規定する関係情報に従って、目標スロットル下流圧力を算出する目標スロットル下流圧力算出手段と、
前記目標スロットル下流圧力の実現に必要な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、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記目標新気量算出手段は、失火が生じないように前記目標新気量の最小値を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、ＥＧＲガスの応答遅れが考慮された筒内吸入ＥＧＲガス量（すなわち、成り行きで筒内に吸入されるＥＧＲガス量）と目標新気量との和である目標全吸入ガス量から目標スロットル下流圧力が算出される。そして、算出された目標スロットル下流圧力に基づいて、目標スロットル開度が算出される。これにより、筒内吸入ＥＧＲガス量が定常時と大きく異なる過渡時であっても、目標スロットル開度を実現するための目標新気量を正確に算出することが可能となる。
【０００９】
第２の発明によれば、上記筒内吸入ＥＧＲガス量を加味した目標全吸入ガス量に基づいて目標スロットル開度を算出する場合において、良好に失火を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】トルク実現部の構成を示すブロック図である。
【図３】目標新気量を実現するための目標スロットル開度ＴＡを算出するために、トルク実現部で行われる処理をフローチャートで表した図である。
【図４】ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとインマニ圧Ｐｍとの関係を表した図である。
【図５】本発明の実施の形態１における目標スロットル開度ＴＡの算出（に用いる目標インマニ圧の算出）手法の効果を従来の算出手法と対比して説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。内燃機関１０の筒内には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の入口近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１６が設けられている。エアフローメータ１６の下流には、筒内に吸入される空気量を調整するためのスロットル弁１８が設けられている。スロットル弁１８は、アクセル開度と独立してスロットル開度ＴＡを制御することのできる電子制御式スロットル弁である。
【００１２】
内燃機関１０の各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２０、および、混合気に点火するための点火プラグ２２がそれぞれ設けられている。更に、内燃機関１０には、各気筒の吸気弁および排気弁（それぞれ図示省略）の開閉時期を調整するための可変バルブタイミング機構２４が備えられている。
【００１３】
また、内燃機関１０は、スロットル弁１８よりも下流側の吸気通路１２と、排気通路１４とを接続するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路２６を備えている。ＥＧＲ通路２６における吸気通路１２側の接続口付近には、ＥＧＲ通路２６の開閉を担うＥＧＲ弁２８が設けられている。このＥＧＲ弁２８の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路２６を流れるＥＧＲガス（いわゆる、外部ＥＧＲガス）の流量を変化させて、ＥＧＲ率を調整することができる。
【００１４】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述したエアフローメータ１６に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ３２、および、排気ガスの空燃比を検知するためのＡ／Ｆセンサ３４等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述したスロットル弁１８、燃料噴射弁２０、点火プラグ２２、可変バルブタイミング機構２４およびＥＧＲ弁２８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
【００１５】
ＥＣＵ３０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。具体的には、ＥＣＵ３０の内部には、トルク実現部３６が仮想的に構成されている。図２は、そのようなトルク実現部３６の構成を示すブロック図である。トルク実現部３６は、入力された各機関要求（要求トルク、要求効率および要求Ａ／Ｆ）と、内燃機関１０の現在の運転状態に関する機関情報とに基づいて、目標スロットル開度ＴＡおよび目標点火時期の算出を行うものである。
【００１６】
本実施形態では、内燃機関１０の制御量としてトルク、空燃比および効率を使用する。ここでいうトルクはより厳密には図示トルクを意味し、空燃比は燃焼に供される混合気の空燃比を意味する。本明細書における効率は内燃機関１０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。効率の最大値は１であり、そのときには内燃機関１０が出力しうる潜在トルクがそのまま実際に出力されることになる。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内燃機関１０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内燃機関１０から出力されることになる。
【００１７】
図２のブロック図に示すトルク実現部３６は、それが有する機能別に、燃焼保障ガード部３８、新気量制御用トルク算出部４０、目標新気量算出部４２、スロットル開度算出部４４、推定トルク算出部４６、点火時期制御用トルク効率算出部４８、燃焼保障ガード部５０、点火時期算出部５２、燃焼保障ガード部５４、および筒内吸入ＥＧＲガス量算出部５６に分けることができる。以下、各要素３８〜５６の機能について説明する。
【００１８】
先ず、トルク実現部３６には、内燃機関１０の制御量に対する要求として要求トルク、要求効率および要求空燃比（要求Ａ／Ｆ）が入力される。これらの要求は、本トルク実現部３６の上位に位置するパワートレインマネージャから供給される。要求トルクは、内燃機関１０の運転条件や運転状態に応じて、具体的には、運転者によるアクセルペダルの操作量や、ＶＳＣ、ＴＲＣ等の車両の制御システムからの信号に基づいて設定される。要求効率は、排気ガスの温度を上げたい場合や、リザーブトルクを作りたい場合に１よりも小さい値に設定される。要求空燃比は、ストイキを中心にして触媒の酸素貯蔵量が適正に保たれるように変化させられる。具体的には、オープンループ制御によって要求空燃比を積極的に変化させることや、空燃比フィードバック制御によって要求空燃比を変化させることが行われる。
【００１９】
トルク実現部３６が受け取った要求トルクと要求効率は、新気量制御用トルク算出部４０に入力される。新気量制御用トルク算出部４０は、要求トルクを要求効率で除算することによって新気量制御用トルクを算出する。要求効率が１よりも小さい場合には、新気量制御用トルクは要求トルクよりも嵩上げされることになる。これは要求トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがスロットル弁１８に要求されていることを意味する。ただし、要求効率に関しては、燃焼保障ガード部３８を通ったものが新気量制御用トルク算出部４０に入力される。燃焼保障ガード部３８は、新気量制御用トルクの計算に使用される要求効率の最小値および最大値を、適切な燃焼を保障するためのガード値によって制限する。図２に示すように、この場合に（すなわち、新気量制御用トルクの算出に際して）要求効率の最小値（下限）を制限するのは、失火およびトルク変動の回避のためであり、要求効率の最大値（上限）を制限するのは、ノック回避のためである。
【００２０】
新気量制御用トルクは目標新気量算出部４２に入力される。目標新気量算出部４２は、新気量マップを用いて新気量制御用トルクを目標新気量（ＫＬ）に変換する。ここでいう新気量とは、筒内に吸入される新気量を意味する（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）。新気量マップは、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうち、より遅角側の点火時期）であることを前提にして、トルクと新気量とがエンジン回転数およ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。新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。空燃比に関しては後述する目標空燃比がマップ検索に用いられる。したがって、目標新気量算出部４２では、後述する目標空燃比のもとで新気量制御用トルクの実現に必要な新気量が内燃機関１０の目標新気量として算出される。尚、図２中に示す目標新気量算出部４２に対する筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌの反映は、後述する新気量下限値ｍｃｍｉｎの算出の際に行われる。
【００２１】
目標新気量はスロットル開度算出部４４に入力される。スロットル開度算出部４４は、エアモデルの逆モデルを用いて、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆ（スロットル開度算出部４４にそれぞれ入力される目標新気量と筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌの和）を目標スロットル開度（ＴＡ）に変換する。エアモデルはスロットル弁１８の動作に対する吸入ガス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全吸入ガス量ｍｃｒｅｆ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。この目標スロットル開度ＴＡの算出手法は、本実施形態の主たる特徴部分であるので、図３のフローチャートを参照して後に詳述する。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、スロットル開度算出部４４で算出された目標スロットル開度に従ってスロットル弁１８の操作を行う。尚、ディレイ制御が実施されている場合には、スロットル開度算出部４４で算出されるスロットル開度（目標スロットル開度）と、スロットル弁１８の動作によって実現される実際のスロットル開度との間には、ディレイ時間分のずれが生じる。
【００２３】
トルク実現部３６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トルクの計算を推定トルク算出部４６にて実施する。推定トルク算出部４６は、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度を推定新気量に変換したうえで、トルクマップを用いて当該推定新気量を推定トルクに変換する。推定新気量は、ＥＣＵ３０によるスロットル弁１８の操作によって実現されることが推定される新気量である。本明細書における推定トルクとは、現在のスロットル開度の下で点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるＭＢＴトルク、すなわち、内燃機関１０が潜在的に出力しうるトルクの推定値である。トルクマップは、前述の新気量マップの逆マップであって、点火時期が最適点火時期であることを前提にして、新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。このトルクマップの検索では、後述する目標空燃比がマップの検索に用いられる。したがって、推定トルク算出部４６では、後述する目標空燃比のもとで推定新気量によって実現されることが推定されるトルクが算出される。
【００２４】
推定トルクは複製された要求トルクとともに点火時期制御用トルク効率算出部４８に入力される。点火時期制御用トルク効率算出部４８は、要求トルクの推定トルクに対する比率を点火時期制御用トルク効率として算出する。算出された点火時期制御用トルク効率は、燃焼保障ガード部５０を通ってから点火時期算出部５２に入力される。燃焼保障ガード部５０は、燃焼を保障するガード値によって点火時期制御用トルク効率の最小値および最大値）を制限する。図２に示すように、この場合に（すなわち、目標点火時期の算出に際して）要求効率の最小値（下限）を制限するのは、失火およびトルク変動の回避のためであり、最大値（上限）を制限するのは、ノック回避のためと、本実施形態の筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌを用いた新気量の制御の実行に伴う失火回避（ＥＧＲ失火上限）のためである。
【００２５】
点火時期算出部５２は、入力された点火時期制御用トルク効率から点火時期（ＳＡ）を算出する。詳しくは、エンジン回転数、要求トルク、目標空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、入力された点火時期制御用トルク効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な目標点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、例えば、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付ける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トルク効率および各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。点火時期制御用トルク効率が１であれば遅角量はゼロとされ、点火時期制御用トルク効率が１よりも小さいほど遅角量は大きくされる。
【００２６】
ＥＣＵ３０は、点火時期算出部５２で算出された目標点火時期に従って点火プラグ２２の操作を行う。
【００２７】
また、トルク実現部３６に入力される要求空燃比は、燃焼保障ガード部５４を通過したうえで、目標空燃比として目標新気量算出部４２および点火時期算出部５２に供給される。燃焼保障ガード部５４は、目標空燃比の最大値および最小値を適切な燃焼を保障するためのガード値によって制限する。
【００２８】
ところで、本実施形態の内燃機関１０のように外部ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関において、内燃機関の運転状態が変化している過渡時に筒内に吸入されるＥＧＲガス量は、定常時に筒内に吸入されるＥＧＲガス量と大きく異なるものとなる。このため、定常時のＥＧＲガス量の下での新気量を想定した関係を利用して目標新気量を算出し、当該目標新気量を実現するための目標スロットル開度を算出するようにすると、筒内に吸入される新気量を精度良く目標新気量に制御することが困難となる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、スロットル開度算出部４４において目標新気量を実現するための目標スロットル開度を算出する際に、筒内に吸入される合計のガス量の目標値である目標全吸入ガス量（吸気弁通過全ガス量）ｍｃｒｅｆを、目標新気量と、吸気挙動（より具体的には、ＥＧＲガスの応答遅れ）を考慮して算出される筒内吸入（外部）ＥＧＲガス量（すなわち、成り行きで吸入されるＥＧＲガス量）ｍｅｇｒｃｙｌとの和として算出するようにした。そして、目標全吸入ガス量（吸気弁通過全ガス量）ｍｃｒｅｆに基づいて、目標インマニ圧（スロットル下流圧力）Ｐｍｒｅｆを算出するようにした。
【００３０】
仮に定常時であれば失火しない目標新気量が指示された場合であっても、特に減速時には、筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌが定常時の値よりも大きくなる状況が発生し易くなる。このため、上記のように算出される目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆを用いるようにしても、筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌに対して目標新気量が小さい場合には、ＥＧＲ率が大きくなり、失火するおそれがある。そこで、本実施形態では、次の（１）式のように算出される新気量下限値ｍｃｍｉｎを利用して、目標新気量の最小値を制限するようにした。
ｍｃｍｉｎ ＝ 筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ×（１−上限ＥＧＲ率）÷上限ＥＧＲ率 ・・・（１）
ここで、ＥＧＲ率は、（ｍｅｇｒｃｙｌ／（新気量＋ｍｅｇｒｃｙｌ）である。
【００３１】
ただし、上記のように目標新気量の最小値を新気量下限値ｍｃｍｉｎで制限するようにすると、トルクを目標値通りに制御できなくなる（具体的には、大きくなってしまう）ことが想定される。その理由は、失火しないように新気量のかさ上げが行われるためである。そこで、本実施形態では、新気量下限値ｍｃｍｉｎを利用した目標新気量の最小値の制限が行われる場合（すなわち、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎよりも小さい場合）には、点火時期制御用トルク効率の上限値を、制限前の目標新気量を新気量下限値ｍｃｍｉｎで割った値と等しい値に設定するようにした（図２中に示すＥＧＲ失火上限の設定に相当）。
【００３２】
図３は、目標新気量を実現するための目標スロットル開度ＴＡを算出するために、トルク実現部３６で行われる処理をフローチャートで表した図である。
このフローチャートにおけるステップＳ１およびＳ２の処理は、筒内吸入ＥＧＲガス量算出部５６によって行われる処理である。最初のステップＳ１では、今回の制御周期ｔにおけるＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒ（ｔ）が算出される。ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒは、ＥＧＲ弁開度と吸気マニホールド圧（インマニ圧）とに基づいて算出することができる。図４は、ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとインマニ圧Ｐｍとの関係を表した図である。ＥＣＵ３０には、所定のＥＧＲ弁開度毎に、図４に示すようにＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとインマニ圧とを定めた関係を、マップとして記憶されている。本ステップＳ１では、現在のＥＧＲ弁開度に応じたマップを参照して、目標インマニ圧の前回値Ｐｍｒｅｆｏを入力としてＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒ（ｔ）が算出される。
【００３３】
次に、ステップＳ２では、次の（２）式に従って、今回の制御周期ｔにおける筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ）が算出される。
ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ） ＝ ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ−Δｔ）＋（ｍｅｇｒ（ｔ−ｍｕｄａ）−ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ−Δｔ））／ｎ ・・・（２）
ただし、上記（２）式において、Δｔは制御周期であり、ｍｕｄａは機関運転状態（エンジン回転数など）に応じて決定される無駄時間であり、ｎは機関運転状態（エンジン回転数など）に応じて決定される反映率である。より具体的には、無駄時間は、ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒの変化が筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌに反映されるまでの遅れ（輸送遅れ）時間である。また、過渡時にＥＧＲ弁２８を通過したガスは、単純にＥＧＲ弁２８通過時と同じ流量で筒内に流入するのではなく、スロットル弁１８の下流側の吸気通路１２内において新気中に拡散したうえで筒内に流入する。反映率は、そのような拡散の影響によって、ＥＧＲ弁２８を通過したガスが筒内に流入する割合を決定する値である。
【００３４】
上記（２）式によれば、ＥＧＲガスの応答遅れ（より具体的には、ＥＧＲ弁２８を通過したガスの輸送遅れ、およびスロットル弁１８の下流側の吸気通路１２内の新気中へのＥＧＲガスの拡散）の影響を考慮して、過渡時に成り行きで吸入される筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ）を算出することができる。
【００３５】
ステップＳ３〜Ｓ５の処理は、目標新気量算出部４２によって行われる処理である。ステップＳ３では、今回の制御周期ｔにおける新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）が、上記ステップＳ２において算出された筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（ｔ）と所定の上限ＥＧＲ率（失火が生じない上限のＥＧＲ率として予め設定された値）とを用いて、上記（１）式に従って算出される。
【００３６】
ステップＳ４では、目標新気量算出部４２において算出される目標新気量が上記ステップＳ３において算出された新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）よりも小さいか否かが判定される。その結果、本判定が不成立である場合には、そのままステップＳ７に進む。一方、本判定が成立する場合には、目標新気量として新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）が用いられる（ステップＳ５）。このような処理によって、必要に応じて、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）を下回らないように制限される。
【００３７】
ステップＳ６の処理は、燃焼保障ガード部５０によって行われる処理である。ステップＳ６では、点火時期制御用トルク効率の上限値が、上記ステップＳ５における置き換え前の目標新気量を新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ）で割った値と等しい値に設定される。
【００３８】
ステップＳ７〜Ｓ１０の処理は、スロットル開度算出部４４によって行われる処理である。ステップＳ７では、筒内に吸入される合計のガス量の目標値である目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆが、目標新気量（上記ステップＳ４の判定が成立した場合には、新気量下限値ｍｃｍｉｎ（ｔ））と筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌとの和として算出される。
【００３９】
次に、ステップＳ８では、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆから目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆが算出される。より具体的には、後述の図５（Ｂ）中に実線で示す関係、すなわち、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆと目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆとの関係を定めた吸気特性のマップ（ａｔｏｔａｌ、ｂｔｏｔａｌマップ）を利用して、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆが算出される。
【００４０】
次に、ステップＳ９では、次の（３）式に従って、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆと目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆとＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒとから目標スロットル弁通過ガス量ｍｔが算出される。
ｍｔ ＝ （Ｐｍｒｅｆ−Ｐｍｒｅｆｏ）／Δｔ×Ｖｍ／κ／Ｒ／Ｔｍ＋ｍｃｒｅｆ−ｍｅｇｒ ・・・（３）
ただし、上記（３）式において、Ｐｍｒｅｆｏは目標インマニ圧の前回値であり、Ｖｍはスロットル弁１８から吸気弁までの吸気通路１２内容積、κは比熱比、Ｒはガス定数である。Ｔｍは吸気通路１２内のガス温度であり、ここでは、大気温度で近似された一定値とされている。
【００４１】
次に、ステップＳ１０では、次の（４）式に従って、目標スロットル弁通過ガス量ｍｔから目標スロットル開度ＴＡが算出される。
ＴＡ ＝ Ａｔ−１×（μ×√（Ｒ×Ｔａ）／Ｐａ／φ（Ｐｍｒｅｆ、Ｐａ）） ・・・（４）
ただし、上記（４）式において、Ａｔはスロットル弁１８の開口面積、μはスロットル弁１８の開口部分の流量係数、Ｔａは大気温度、Ｐａは大気圧である。
【００４２】
図５は、本発明の実施の形態１における目標スロットル開度ＴＡの算出（に用いる目標インマニ圧の算出）手法の効果を従来の算出手法と対比して説明するための図である。より具体的には、図５（Ｂ）は、本実施形態の算出手法に対応する図であり、図５（Ａ）は、対比のために参照する従来の算出手法に対応する図である。
【００４３】
図５（Ａ）中に破線で示す波形（図５（Ｂ）も同様）は、定常時の筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ（＝ＥＧＲ弁通過ガス量ｍｅｇｒ）を用いて筒内に吸入される新気量とインマニ圧（スロットル下流圧力）との関係を規定した「定常の新気量特性」（いわゆる、ａ、ｂマップ）を示している。この関係は、エンジン回転数、吸排気弁のバルブタイミングおよびＥＧＲ弁開度によって決定されるものである。これに対し、過渡時の瞬時の新気量特性は、定常時と大きく異なる過渡時の筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ如何で上下するものであり、一例を示すと、図５（Ａ）中に点線で示す波形のようになる。このため、図５（Ａ）中の破線の関係を利用して目標新気量から目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆを算出するようにすると、図５（Ａ）に示すように、筒内に吸入される新気量を目標新気量に制御することが困難となる（図５（Ａ）の例では、実際の新気量が目標新気量よりも少なくなる）。
【００４４】
一方、図５（Ｂ）中に実線で示す波形は、吸気挙動（ＥＧＲガスの応答遅れ）を考慮した筒内吸入ＥＧＲガス量（成り行きで筒内に吸入されるＥＧＲガス量）ｍｅｇｒｃｙｌと目標新気量との和である目標全吸入ガス量（目標吸気弁通過ガス量）ｍｃｒｅｆと、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆとの関係を規定した「吸気弁通過ガスの吸気特性」（ａｔｏｔａｌ、ｂｔｏｔａｌマップ）を示している。この関係は、エンジン回転数および吸排気弁のバルブタイミングによって一意に決定されるものであり、ＥＧＲガス量にほとんど依存しないものである。
【００４５】
本実施形態の算出手法では、図５（Ｂ）に示すように、吸気弁通過ガスの吸気特性（実線）の関係を利用して、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆから目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆが算出される。図５（Ｂ）において、吸入ガス量についての実線と破線との差は、定常時のＥＧＲガス量に相当する。また、図５（Ｂ）中の「定常の新気量特性との差」は、定常時の新気量特性により算出される新気量と、ＥＧＲガスの応答遅れの影響によって定常時と異なる過渡時の新気量との差に相当するものである。
【００４６】
以上説明した本実施形態の算出手法によれば、目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆから目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆを算出することにより、過渡時のＥＧＲガスの応答遅れの影響を加味して、目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆを算出することができる。そして、算出された目標インマニ圧Ｐｍｒｅｆに基づいて、目標スロットル開度ＴＡを算出することができる。これにより、筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌが定常時と大きく異なる過渡時であっても、目標スロットル開度ＴＡを実現するための目標新気量を正確に算出することが可能となる。
【００４７】
また、図３に示すフローチャートの処理によれば、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎよりも小さい場合には、新気量下限値ｍｃｍｉｎが目標新気量として設定される。上記（１）式によれば、失火が生じない上限のＥＧＲ率の下でのＥＧＲガス量に対する新気量の比率よりも筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌに対する目標新気量の比率が小さくならないように、目標新気量の最小値が制限されることになる。これにより、上述した本実施形態の算出手法によって成り行きで吸入されるＥＧＲガス量（筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ）を加味した目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆに基づいて目標スロットル開度ＴＡを算出する場合において、良好に失火を抑制することができる。
【００４８】
トルクの効率が空気量の効率にほぼ等しいと考えた場合、上記のように目標新気量の最小値を新気量下限値ｍｃｍｉｎで制限するようにすると、新気量下限値ｍｃｍｉｎを制限前の目標新気量で割って得た割合分（失火防止のための新気量のかさ上げ分）だけ、トルクが大きくなってしまう。図３に示すフローチャートの処理によれば、このようなトルク上昇を抑制する目的で、目標新気量が新気量下限値ｍｃｍｉｎよりも小さい場合には、点火時期制御用トルク効率の上限値が、目標新気量を新気量下限値ｍｃｍｉｎで割った値と等しい値に設定される。このように点火時期制御用トルク効率の上限値が制限されることによって（図２中のＥＧＲ失火上限のガードに相当）、新気量のかさ上げ分のトルク上昇が打ち消されるように目標点火時期が設定（遅角）されることになる。これにより、上述した本実施形態の算出手法によって成り行きで吸入されるＥＧＲガス量（筒内吸入ＥＧＲガス量ｍｅｇｒｃｙｌ）を加味した目標全吸入ガス量ｍｃｒｅｆに基づいて目標スロットル開度ＴＡを算出する場合において、要求トルクおよび要求効率を満足する目標のトルクが得られるようにしつつ、良好に失火を抑制することができる。
【００４９】
尚、上述した実施の形態１においては、目標新気量算出部４２が要求トルクと要求効率に従って目標新気量を算出することにより前記第１の発明における「目標新気量算出手段」が、筒内吸入ＥＧＲガス量算出部５６が上記ステップＳ１およびＳ２の処理を実行することにより前記第１の発明における「筒内吸入ＥＧＲガス量推定手段」が、スロットル開度算出部４４が上記ステップＳ７およびＳ８の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標スロットル下流圧力算出手段」が、スロットル開度算出部４４が上記ステップＳ９およびＳ１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標スロットル開度算出手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアフローメータ
１８ スロットル弁
２０ 燃料噴射弁
２２ 点火プラグ
２４ 可変バルブタイミング機構
２６ ＥＧＲ通路
２８ ＥＧＲ弁
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ クランク角センサ
３４ Ａ／Ｆセンサ
３６ トルク実現部
３８ 燃焼保障ガード部
４０ 新気量制御用トルク算出部
４２ 目標新気量算出部
４４ スロットル開度算出部
４６ 推定トルク算出部
４８ 点火時期制御用トルク効率算出部
５０ 燃焼保障ガード部
５２ 点火時期算出部
５４ 燃焼保障ガード部
５６ 筒内吸入ＥＧＲガス量算出部
ｍｃｍｉｎ 新気量下限値
ｍｃｒｅｆ 目標全吸入ガス量（目標吸気弁通過ガス量）
ｍｅｇｒ ＥＧＲ弁通過ガス量
ｍｅｇｒｃｙｌ 筒内吸入ＥＧＲガス量
ｍｔ 目標スロットル弁通過ガス量
Ｐｍｒｅｆ 目標インマニ圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
当該ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内に配置されたスロットル弁と、
筒内に吸入される新気量の目標新気量を算出する目標新気量算出手段と、
前記ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガス量の変化に対する、筒内に吸入される筒内吸入ＥＧＲガスの応答遅れを考慮して、当該筒内吸入ＥＧＲガス量を推定する筒内吸入ＥＧＲガス量推定手段と、
前記目標新気量と前記筒内吸入ＥＧＲガス量との和である目標全吸入ガス量と、前記スロットル弁の下流側の吸気通路内のガスの圧力であるスロットル下流圧力との関係を規定する関係情報に従って、目標スロットル下流圧力を算出する目標スロットル下流圧力算出手段と、
前記目標スロットル下流圧力の実現に必要な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、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記目標新気量算出手段は、失火が生じないように前記目標新気量の最小値を制限することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
当該ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内に配置されたスロットル弁と、
筒内に吸入される新気量の目標新気量を算出する目標新気量算出手段と、
前記ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガス量の変化に対する、筒内に吸入される筒内吸入ＥＧＲガスの応答遅れを考慮して、当該筒内吸入ＥＧＲガス量を推定する筒内吸入ＥＧＲガス量推定手段と、
前記目標新気量と前記筒内吸入ＥＧＲガス量との和である目標全吸入ガス量と、前記スロットル弁の下流側の吸気通路内のガスの圧力であるスロットル下流圧力との関係を規定する関係情報に従って、目標スロットル下流圧力を算出する目標スロットル下流圧力算出手段と、
前記目標スロットル下流圧力の実現に必要な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、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記目標新気量算出手段は、失火が生じないように前記目標新気量の最小値を制限することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２５５３７１（Ｐ２０１２−２５５３７１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８５５０（Ｐ２０１１−１２８５５０）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【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２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【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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