車両用内燃機関の制御装置
【課題】空燃比制御に係る制御パラメータ値を現在よりも所定の先読み時間だけ将来のスロットル開度に基づいて求める車両用内燃機関の制御装置において、将来のスロットル開度の予測精度を犠牲にすることなくスロットルの遅延制御における遅延時間を先読み時間よりも短縮可能にする。
【解決手段】目標開度を遅延時間ＴＤだけ遅延させたものを開度指令値としてスロットルに出力する。同時に、遅延させる前の目標開度に基づいて現在から遅延時間ＴＤが経過した時点でのスロットル開度とスロットル変化角とを予測する。そして、予測したＴＤ経過後のスロットル変化角に基づいてＴＤ経過からＴＦＷＤ経過までのスロットル開度の予測変化量を計算する。ＴＤ後の予測スロットル開度に予測変化量を加算したスロットル開度がＴＦＷＤ後の先読み開度となる。
【解決手段】目標開度を遅延時間ＴＤだけ遅延させたものを開度指令値としてスロットルに出力する。同時に、遅延させる前の目標開度に基づいて現在から遅延時間ＴＤが経過した時点でのスロットル開度とスロットル変化角とを予測する。そして、予測したＴＤ経過後のスロットル変化角に基づいてＴＤ経過からＴＦＷＤ経過までのスロットル開度の予測変化量を計算する。ＴＤ後の予測スロットル開度に予測変化量を加算したスロットル開度がＴＦＷＤ後の先読み開度となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、電子制御式のスロットルを備えた車両用内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子制御式のスロットルを備えた車両用内燃機関では、ドライバのアクセル操作量等に基づいてスロットルの目標開度を設定し、設定した目標開度に従ってスロットルに出力する開度指令値を決定している。このとき、目標開度の設定から開度指令値の出力タイミングまでに遅延時間が設けられていると、実際のスロットル開度は目標開度に対して遅延時間分だけ遅れて変化することになる。以下、開度指令値の出力タイミングを遅延させる制御のことをスロットルの遅延制御という。スロットルの遅延制御を行うことで、その遅延時間分だけ将来のスロットル開度を目標開度（遅延前の開度指令値）から予測することが可能になる。
【０００３】
予測した将来のスロットル開度は内燃機関の空燃比制御に係る制御パラメータ値に反映させることができる。例えば、特開２００２−２０１９９８号公報には、吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度を予測し、その予測スロットル開度から求められる筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を演算する技術が開示されている。吸気バルブの閉タイミングのスロットル開度を精度良く予測することができれば、筒内充填空気量を精度良く予測することが可能となり、過渡時の空燃比制御精度を向上させることができる。上記公報に開示された技術では、遅延前の開度指令値に基づいて電子スロットルモデルによりスロットル開度の予測変化量を演算し、予測変化量を現在のスロットル開度に加算して、吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度を予測している。
【特許文献１】特開２００２−２０１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように開度指令値の出力タイミングに遅延時間を設ける遅延制御を行うことで、将来のスロットル開度を目標開度から予測することができるようになる。しかし、その一方で、運転者からのトルク要求に対する内燃機関のトルク応答に時間遅れが発生することにもなる。したがって、ドライバビリティの観点からは、上記の遅延時間は可能なかぎり短いことが望ましい。また、トルク制御はＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）等の車両制御においても用いられるが、それら車両制御における不都合を防止するためにも上記の遅延時間は可能なかぎり短いことが望ましい。
【０００５】
しかし、上記公報に開示された技術では、筒内充填空気量の正確な予測に基づいた燃料噴射量の演算のためには、少なくとも燃料噴射量の演算タイミングから吸気バルブの閉タイミングまでの時間は遅延時間として確保する必要が有る。このため、単純に遅延時間を短縮してしまうと、吸気バルブ閉タイミングでのスロットル開度を正確に予測することができなくなり、過渡時の空燃比制御精度が低下してしまうことになる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空燃比制御に係る制御パラメータ値を現在よりも所定の先読み時間だけ将来のスロットル開度に基づいて求める車両用内燃機関の制御装置において、将来のスロットル開度の予測精度を犠牲にすることなくスロットルの遅延制御における遅延時間を先読み時間よりも短縮可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、現在よりも所定の先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測し、予測したスロットル開度に基づいて内燃機関の空燃比制御に係る所定の制御パラメータ値を演算する車両用内燃機関の制御装置において、
所定のトルク要求発生源から出力されるトルク要求に基づいてスロットルの目標開度を設定する目標開度設定手段と、
設定された目標開度を前記先読み時間よりも短い所定の遅延時間だけ遅延させてスロットルへ出力し、遅延させた目標開度に従ってスロットルを動作させるスロットル遅延制御手段と、
遅延させる前の目標開度に基づいて現在から前記遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態を予測する第１の予測手段と、
前記第１の予測手段で予測されたスロットルの動作状態に基づいて現在よりも前記先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測する第２の予測手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記第２の予測手段は、前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値を取得し、取得したスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値に基づいて前記遅延時間が経過してから前記先読み時間が経過するまでのスロットル開度の予測変化量を設定することを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、
前記第２の予測手段は、遅延させる前の目標開度の変化速度及び／又は変化加速度を取得し、取得した目標開度の変化速度及び／又は変化加速度が小さいほど前記予測変化量をを小さい値に設定することを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第２又は第３の発明において、
遅延させる前の目標開度と前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の予測値とを比較し、その差が大きいほど前記予測変化量を増大させる予測補正手段、
をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明では、トルク要求に基づいて設定した目標開度を所定の遅延時間だけ遅延させてスロットルへ出力することにより、現在よりも遅延時間だけ将来のスロットル開度を目標開度（遅延させる前の目標開度）に基づいて予測することができる。しかし、遅延時間が先読み時間よりも短い場合、遅延時間が経過してから先読み時間が経過するまでの間にスロットル開度はさらに変化する可能性がある。この点に関して第１の発明では、遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態を予測し、予測したスロットルの動作状態に基づいてより遠い将来のスロットル開度を予測している。これによれば、スロットル開度の予測精度を犠牲にすることなく遅延制御における遅延時間を短縮することが可能であり、遅延時間の短縮によってトルク要求に対する応答性を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明によれば、遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度や変化加速度の予測値に基づいてその後のスロットル開度の予測変化量を設定することで、遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態をより遠い将来のスロットル開度の予測に確実に反映させることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度や変化加速度の予測値だけでなく、遅延させる前の目標開度の変化速度や変化加速度も考慮にいれることで、遅延時間の経過後のより遠い将来のスロットル開度をより正確に予測することができる。
【００１４】
また、遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の予測値と目標開度との差が大きいときには、その後、スロットル開度の変化速度や変化加速度が目標開度の変化に追従して急増する可能性が高い。この点に関して第４の発明によれば、遅延時間が経過してから先読み時間が経過するまでのスロットル開度の予測変化量を増大側に補正することで、先読み時間が経過した時点での予測スロットル開度と実際のスロットル開度とのずれを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１乃至図４を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態１としての車両用内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、車両用の内燃機関（以下、単にエンジンという）に適用され、そのアクチュエータであるスロットル３８及び燃料噴射装置５４の動作を制御する制御装置として構成されている。以下、図１を用いて本実施の形態の制御装置の構成について説明する。
【００１７】
まずはスロットル３８の動作を制御するための制御装置の構成について説明する。本実施の形態にかかるスロットル３８は電子制御式であり、スロットルモータによって動作している。スロットル３８の動作の制御は直接的にはスロットル遅延制御部３６により行われる。スロットル遅延制御部３６は、上流の計算要素からスロットル３８の目標開度を受信し、目標開度を所定の遅延時間ＴＤだけ遅らせたものを開度指令値としてスロットル３８に出力する。スロットル３８は開度指令値に従って動作するので、スロットル３８によって実際に実現されるスロットル開度は目標開度に対して遅延時間ＴＤだけ遅れて変化することになる。
【００１８】
スロットル３８の目標開度は目標開度計算部３４で計算される。目標開度計算部３４は、上流の目標吸入空気量計算部３２で計算されたエンジンの目標吸入空気量に基づいて目標開度を計算する。目標開度の計算にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルは、スロットル３８の動作に対する吸入空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化し、それを数式で表したものである。エアモデルの逆モデルに吸入空気量を入力することで、その吸入空気量を実現するためのスロットル開度が算出される。目標開度計算部３４は、目標吸入空気量から変換されたスロットル開度をスロットル３８の目標開度として設定し、それをスロットル遅延制御部３６に出力する。
【００１９】
目標吸入空気量計算部３２は、エンジンの目標トルクを取得し、目標トルクの実現に必要な吸入空気量を計算する。この計算には目標トルクを吸入空気量に変換するための空気量マップを使用する。空気量マップには点火時期、エンジン回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転条件がパラメータとして用いられている。目標吸入空気量計算部３２は、目標トルクから変換された吸入空気量をエンジンの目標吸入空気量とし、それを目標開度計算部３４に出力する。
【００２０】
エンジンの目標トルクは、トルク調停部３０にて設定される。トルク調停部３０は、エンジンに対する各種のトルク要求を集約して１つの値に調停し、その調停したトルク値をエンジンの目標トルクとして出力する。ここでいう調停とは、予め定められた計算規則に従って複数の数値から１つの数値を得る動作である。計算規則には例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等が含まれる。それら複数の計算規則を適宜に組み合わせたものとしてもよい。
【００２１】
調停されるトルク要求には、ドライバが要求するトルクの他、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）等の車両制御に必要なトルクも含まれる。このうちドライバが要求するトルクはドライバ要求トルク計算部２０で計算され、ＶＳＣが要求するトルクはＶＳＣ要求トルク計算部２２で計算される。ドライバ要求トルク計算部２０は、アクセルセンサ１０で計測されるアクセルペダル操作量に基づいてドライバ要求トルクを計算する。ＶＳＣ要求トルク計算部２２は、ヨーレートセンサ１２で計測される車両のヨーレートに基づいてＶＳＣ要求トルクを計算する。
【００２２】
以上のように、本実施の形態の制御装置は、ドライバやＶＳＣ等の複数のトルク要求発生源から発せられるトルク要求に基づいてスロットル３８の目標開度を設定し、設定した目標開度を遅延時間ＴＤだけ遅延させたものに従ってスロットル３８を動作させる構造になっている。なお、目標開度の演算は一定の演算周期（例えば８msec）で行われる。
【００２３】
次に燃料噴射装置５４の動作を制御するための制御装置の構成について説明する。燃料噴射装置５４の動作の制御は直接的には燃料噴射制御部５２により行なわれる。燃料噴射制御部５２は、上流の計算要素から燃料噴射量を受信し、燃料噴射量に基づいて燃料噴射装置５４の駆動時間と駆動開始タイミング又は終了タイミングとを計算する。そして、計算した駆動時間と駆動開始タイミング又は終了タイミングとに従って燃料噴射装置５４を動作させる。なお、燃料噴射装置５４は吸気ポートに燃料を噴くものでも気筒内に直接燃料を噴くものでもよい。或いは、必要な量の燃料の一部を吸気ポートに噴射して残りの燃料を気筒内に直接噴射するものであってもよい。
【００２４】
燃料噴射装置５４による燃料噴射量は燃料噴射量計算部５０で計算される。燃料噴射量計算部５０は、上流の吸入空気量計算部４８で計算されたエンジンの吸入空気量と、燃料噴射により実現される筒内空燃比の目標値（目標空燃比）とに基づいて燃料噴射量を計算する。排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御が行われている場合には、そのフィードバック補正係数も燃料噴射量の計算に反映されるようになっている。
【００２５】
エンジンの吸入空気量の計算は吸入空気量計算部４８にて行われる。吸入空気量計算部４８は、吸気バルブの閉タイミング、すなわち、吸入空気量の確定タイミングにおけるスロットル開度を取得し、そのスロットル開度で達成される吸入空気量をエアモデルによって計算する。このエアモデルでは、エンジン回転数、大気圧、吸入空気温度、エアフローメータで計測される空気流量等、スロットル開度と吸入空気量との関係に影響する運転条件をパラメータして設定することができるようになっている。
【００２６】
吸入空気量の計算に使用されるスロットル開度は、先読み開度計算部４４にて計算される。筒内吸入空気量の正確な計算のためには、上述のように、吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度が情報として求められる。しかし、適正なタイミングで燃料噴射を実行するためには、燃料噴射量の演算は吸気バルブが閉弁する前には完了していなければならない。このため、燃料噴射の演算タイミングでは、将来値である吸気バルブ閉タイミングにおける実際のスロットル開度を取得することはできない。そこで、先読み開度計算部４４は、現時点、すなわち、燃料噴射量の演算タイミングから吸気バルブ閉タイミングまでの時間（以下、先読み時間と言う）ＴＦＷＤだけ将来のスロットル開度を予測し、予測したスロットル開度を吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度（以下、先読み開度とも言う）として出力する。
【００２７】
先読み開度計算部４４は、先読み開度の計算において先読み時間ＴＦＷＤと遅延時間ＴＤとの長短関係を考慮する。先読み時間ＴＦＷＤはエンジン回転が低回転になるほど長くなり、また、バルブタイミング制御によって吸気バルブの閉タイミングが進角されることによっても変化する。一方、遅延時間ＴＤは任意に設定することができるが、エンジンのトルク応答性を考慮すると可能な限りに短い時間にしたい。このため、エンジンの運転状態によっては、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長くなることもあれば、逆に短くなることもある。
【００２８】
図２は先読み開度計算部４４にて実行される先読み開度演算ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンでは、最初のステップＳ１１０にて先読み時間ＴＦＷＤと遅延時間ＴＤとが比較される。先読み開度計算部４４は、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長いか短いかによって異なる計算方法で先読み開度を計算する。ステップＳ１００の比較の結果、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも短い場合には、ステップＳ１１０の処理が選択される。
【００２９】
ステップＳ１１０では、現在時刻から先読み時間ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度がメモリから読み込まれ、それが先読み開度として算出される。ここで、予測スロットル開度とは、スロットル３８がスロットル遅延制御部３６からの開度指令値に従って動作することで実現される実際のスロットル開度の予測値のことである。予測スロットル開度の計算にはスロットルモデル４０が用いられる。スロットルモデル４０は、入力値に対するスロットル３８の応答をモデル化し、それを数式で表したものである。前述のように、スロットル遅延制御部３６はトルク要求に基づき設定された目標開度を遅延時間ＴＤだけ遅延させてスロットル３８に出力する。したがって、遅延させる前の目標開度を目標開度計算部３４からスロットルモデル４０に入力することで、現在から遅延時間ＴＤだけ将来のスロットル開度を予測することができる。先読み開度計算部４４のメモリには、現在から遅延時間ＴＤだけ将来までの各演算タイミングにおける予測スロットル開度が記憶され、１演算周期ごとに更新されていくようになっている。
【００３０】
ステップＳ１１０の処理をタイムチャートで示したのが図３である。図３において、破線は目標開度（遅延される前の目標開度）の時間変化を、一点鎖線は目標開度から計算される予測スロットル開度の時間変化を、二点鎖線は開度指令値（遅延後の目標開度）の時間変化を、そして、実線は実際のスロットル開度の時間変化をそれぞれ示している。この図に示すように、目標開度を所定の遅延時間ＴＤだけ遅延させてスロットル３８へ出力することにより、現在時刻から遅延時間ＴＤだけ将来までのスロットル開度を目標開度（遅延させる前の目標開度）に基づいて予測することができるようになる。したがって、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも短い場合には、遅延時間ＴＤと先読み時間ＴＦＷＤとの差分時間だけ前の目標開度から予測したスロットル開度をメモリから読み出すことで、それをそのまま先読み開度として用いることができる。
【００３１】
しかし、遅延時間ＴＤが先読み時間ＴＦＷＤよりも短い場合には、遅延時間ＴＤが経過してから先読み時間ＴＦＷＤが経過するまでの間に実際のスロットル開度はさらに変化する可能性がある。そこでステップＳ１００の比較の結果、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長い場合には、ステップＳ１２０，Ｓ１３０の処理が選択される。
【００３２】
まず、ステップＳ１２０では、次の式１によって定義されるＴＤ後のスロットル変化推定角が計算される。
ＴＤ後のスロットル変化推定角＝ａ×ＴＤ後のスロットル変化角＋ｂ×ＴＤ後の目標開度変化角 ・・・式１
【００３３】
上記式１において、“ＴＤ後のスロットル変化角”は現在からＴＤ後におけるスロットル開度の変化速度（１演算周期当たりの変化角、以下、単にスロットル変化角という）を意味する。また、“ＴＤ後の目標開度変化角”は現在からＴＤ後における開度指令値、すなわち、遅延させる前の目標開度の変化速度（１演算周期当たりの変化角、以下、単に目標開度変化角という）を意味する。ＴＤ後のスロットル変化角はスロットル変化角計算部４２から取り込まれる。スロットル変化角計算部４２は、スロットルモデル４０で計算された今回の予測スロットル開度（現時点からＴＤ後の予測スロットル開度）と前回の予測スロットル開度との差分をＴＤ後のスロットル変化角として算出している。一方、ＴＤ後の目標開度変化角は目標開度変化角計算部４６から取り込まれる。目標開度変化角計算部４６は、遅延させる前の現在の目標開度と前回の目標開度との差分を目標開度変化角として算出している。なお、式１で用いられている“ａ”と“ｂ”は係数である。係数ａ，ｂの合計値は１であり、それぞれエンジンの運転条件（例えば、エンジン回転数やスロットル開度）に応じて調整されるようになっている。
【００３４】
次のステップＳ１２０では、ステップＳ１２０で計算されたＴＤ後のスロットル変化推定角を用いて、次の式２によって現在時刻から先読み時間ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度が計算される。式２の右辺第２項は、ＴＤの経過からさらにＴＦＷＤが経過するまでのスロットル開度の予測変化量である。先読み開度計算部４４は、式２で計算した予測スロットル開度を先読み開度として吸入空気量計算部４８に出力する。
ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度＝ＴＤ後の予測スロットル開度＋ＴＤ後のスロットル変化推定角×（ＴＦＷＤ−ＴＤ） ・・・式２
【００３５】
ステップＳ１２０，Ｓ１３０の処理をタイムチャートで示したのが図４である。この図に示すように、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長い場合には、まず、遅延させる前の目標開度に基づいて遅延時間ＴＤが経過した時点でのスロットル３８の動作状態を予測する。そして、予測したＴＤ後のスロットル３８の動作状態に基づいて先読み時間ＴＦＷＤと遅延時間ＴＤとの差分時間だけさらに将来のスロットル開度を予測する。これによれば、吸気バルブ閉タイミングでのスロットル開度の予測精度を犠牲にすることなく遅延制御における遅延時間ＴＤを短縮することが可能であり、遅延時間ＴＤの短縮によってトルク要求に対する応答性を向上させることができる。
【００３６】
また、遅延時間ＴＤが経過してからのスロットル開度の予測変化量の計算において、ＴＤ後のスロットル変化角だけでなくＴＤ後の目標開度変化角も用いることで、吸気バルブ閉タイミングでのスロットル開度をより正確に予測することができるようになる。例えば、図４に示すようにＴＤ後のスロットル変化角に比較して目標開度変化角が小さい場合、ＴＤの経過からさらにＴＦＷＤが経過するまでの間に実際のスロットル変化角は徐々に減少していくものと考えられる。この場合、ＴＤ後のスロットル変化角のみを基準に予測変化量を計算すると、先読み開度が実際のスロットル開度から大きく外れてしまう可能性がある。これに対し、上記式１によって得られるＴＤ後のスロットル変化推定角を基準にして予測変化量を計算する場合には、目標開度変化角が反映されることによって先読み開度と実際開度とのずれを抑えることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態１としての制御装置について説明した。実施の形態１と本発明との対応関係は次の通りである。
【００３８】
図１に示す構成において、ドライバ要求トルク計算部２０とＶＳＣ要求トルク計算部２２は第１の発明の「トルク要求発生源」に相当し、トルク調停部３０，目標吸入空気量計算部３２及び目標開度計算部３４により第１の発明の「目標開度設定手段」が構成されている。スロットル遅延制御部３６は第１の発明の「スロットル遅延制御手段」に相当している。また、スロットルモデル４０及びスロットル変化角計算部４２は第１の発明の「第１の予測手段」に相当し、先読み開度計算部４４は第１乃至第３の各発明の「第２の予測手段」に相当する。また、吸入空気量計算部４８で計算される吸入空気量と燃料噴射量計算部５０で計算される燃料噴射量の少なくとも一方が第１の発明の「空燃比制御に係る所定の制御パラメータ値」に相当する。
【００３９】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図５乃至図７を参照して説明する。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態２としての車両用内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置との違いは、ＴＤ後の予測スロットル開度と目標開度との偏差を先読み開度の計算に反映させる機能が追加されたことにある。なお、図５に示す構成において、実施の形態１のものと共通する要素については同一の符号を付している。
【００４１】
本実施の形態では、先読み開度計算部５６は、次の式３によって現在時刻から先読み時間ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度を計算する。式３の右辺第２項の“ｅｎ”は補正係数であって、補正係数設定部５８で設定される。
ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度＝ＴＤ後の予測スロットル開度＋ＴＤ後のスロットル変化推定角／ｅｎ×（ＴＦＷＤ−ＴＤ） ・・・式３
【００４２】
補正係数設定部５８は目標開度計算部３４で設定された目標開度とスロットルモデル４０で計算されたスロットル開度との偏差を計算し、その偏差に基づいて補正係数ｅｎを設定する。補正係数設定部５８が設定した補正係数ｅｎは先読み開度計算部５６に取り込まれ、先読み開度計算部５６は取り込んだ補正係数ｅｎを用いて上記式３の計算を行う。そして、上記式３で計算した予測スロットル開度を先読み開度として吸入空気量計算部４８に出力する。
【００４３】
図６は本実施の形態で実行される先読み開度演算ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態１で実行される先読み開度演算ルーチンと共通する処理については同一のステップ番号を付している。このルーチンでは、ステップＳ１００において遅延時間ＴＤが先読み時間ＴＦＷＤよりも短いと判定された場合、さらにステップＳ２００の判定が行われる。そして、その判定結果を踏まえて補正係数ｅｎの値が設定される。
【００４４】
ステップＳ２００では、遅延させる前の目標開度（ＴＤ後の目標開度）とスロットルモデル４０で計算されたＴＤ後の予測スロットル開度との偏差が計算され、その開度偏差の絶対値と所定の閾値γとが比較される。比較の結果、開度偏差の絶対値が閾値γ以下である場合にはステップＳ２１０の処理が選択され、補正係数設定部５８は補正係数ｅｎの値を１に設定する。一方、開度偏差の絶対値が閾値γよりも大きい場合にはステップＳ２２０の処理が選択され、補正係数設定部５８は補正係数ｅｎの値を１よりも小さい所定値ｘに設定する。
【００４５】
ステップＳ２３０では、上記式１に従ってＴＤ後のスロットル変化推定角が計算される。次のステップＳ２４０では、ステップＳ２１０若しくはＳ２２０で設定された補正係数ｅｎを用いて、上記式３に従ってＴＦＷＤ後の予測スロットル開度、すなわち、先読み開度の計算が行なわれる。式３において補正係数ｅｎはスロットル変化推定角の修正に用いられる。
【００４６】
以上のような手順にて先読み開度を求めることによって、先読み開度の予測精度をより高めることができる。例えば、図７に示すようにＴＤ後の目標開度とＴＤ後の予測スロットル開度との間に大きな差がある場合、ＴＤの経過からさらにＴＦＷＤが経過するまでの間にスロットル変化角は目標開度の変化に追従して増大する可能性が高い。このようなとき、本実施の形態では補正係数ｅｎの値が１よりも小さい値に設定される（上述のステップＳ２２０の処理）。そして、この補正係数ｅｎにより修正したスロットル変化推定角を基準にして先読み開度が計算される。図７に示すように、修正スロットル変化推定角を基準にして予測変化量を計算することで、予測変化量をＴＤ後のスロットル変化推定角から求まる量よりも大きくとることができ、ひいては先読み開度と実際開度とのずれを抑えることができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態２としての制御装置について説明した。図４に示す構成において、補正係数設定部５８は第４の発明の「予測補正手段」に相当している。実施の形態２と本発明とのその他の対応関係に関しては、実施の形態１と本発明との対応関係に共通している。
【００４８】
その他．
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、以下のように変形して実施してもよい。
【００４９】
上述の実施の形態２において、補正係数ｅｎを開度偏差の絶対値の連続関数として定義してもよい。ただし、開度偏差の絶対値が閾値γよりも大きいほど補正係数ｅｎの値は１よりも小さい値とする。
【００５０】
実施の形態１及び２では、ＴＤ後のスロットル変化角と目標開度変化角とから計算したスロットル変化推定角を用いて予測変化量を計算しているが、ＴＤ後のスロットル変化角のみを用いて予測変化量を計算することもできる。また、スロットル変化推定角の計算においては、ＴＤ後のスロットル変化角速度、すなわち、ＴＤ後の予測スロットル開度の変化加速度を用いてもよい。さらに、ＴＤ後の目標開度の変化角速度をスロットル変化推定角の計算に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１としての車両用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１で実行される先読み開度演算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１で採られているスロットル開度の先読み方法を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１で採られているスロットル開度の先読み方法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２としての車両用内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２で実行される先読み開度演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２で採られているスロットル開度の先読み方法を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０ アクセルセンサ
１２ ヨーレートセンサ
２０ ドライバ要求トルク計算部
２２ ＶＳＣ要求トルク計算部
３０ トルク調停部
３２ 目標吸入空気量計算部
３４ 目標開度計算部
３６ スロットル遅延制御部
３８ スロットル
４０ スロットルモデル
４２ スロットル変化角計算部
４４，５６ 先読み開度計算部
４６ 目標開度変化角計算部
４８ 吸入空気量計算部
５０ 燃料噴射量計算部
５２ 燃料噴射制御部
５４ 燃料噴射装置
５８ 開度偏差演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、電子制御式のスロットルを備えた車両用内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子制御式のスロットルを備えた車両用内燃機関では、ドライバのアクセル操作量等に基づいてスロットルの目標開度を設定し、設定した目標開度に従ってスロットルに出力する開度指令値を決定している。このとき、目標開度の設定から開度指令値の出力タイミングまでに遅延時間が設けられていると、実際のスロットル開度は目標開度に対して遅延時間分だけ遅れて変化することになる。以下、開度指令値の出力タイミングを遅延させる制御のことをスロットルの遅延制御という。スロットルの遅延制御を行うことで、その遅延時間分だけ将来のスロットル開度を目標開度（遅延前の開度指令値）から予測することが可能になる。
【０００３】
予測した将来のスロットル開度は内燃機関の空燃比制御に係る制御パラメータ値に反映させることができる。例えば、特開２００２−２０１９９８号公報には、吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度を予測し、その予測スロットル開度から求められる筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を演算する技術が開示されている。吸気バルブの閉タイミングのスロットル開度を精度良く予測することができれば、筒内充填空気量を精度良く予測することが可能となり、過渡時の空燃比制御精度を向上させることができる。上記公報に開示された技術では、遅延前の開度指令値に基づいて電子スロットルモデルによりスロットル開度の予測変化量を演算し、予測変化量を現在のスロットル開度に加算して、吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度を予測している。
【特許文献１】特開２００２−２０１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように開度指令値の出力タイミングに遅延時間を設ける遅延制御を行うことで、将来のスロットル開度を目標開度から予測することができるようになる。しかし、その一方で、運転者からのトルク要求に対する内燃機関のトルク応答に時間遅れが発生することにもなる。したがって、ドライバビリティの観点からは、上記の遅延時間は可能なかぎり短いことが望ましい。また、トルク制御はＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）等の車両制御においても用いられるが、それら車両制御における不都合を防止するためにも上記の遅延時間は可能なかぎり短いことが望ましい。
【０００５】
しかし、上記公報に開示された技術では、筒内充填空気量の正確な予測に基づいた燃料噴射量の演算のためには、少なくとも燃料噴射量の演算タイミングから吸気バルブの閉タイミングまでの時間は遅延時間として確保する必要が有る。このため、単純に遅延時間を短縮してしまうと、吸気バルブ閉タイミングでのスロットル開度を正確に予測することができなくなり、過渡時の空燃比制御精度が低下してしまうことになる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空燃比制御に係る制御パラメータ値を現在よりも所定の先読み時間だけ将来のスロットル開度に基づいて求める車両用内燃機関の制御装置において、将来のスロットル開度の予測精度を犠牲にすることなくスロットルの遅延制御における遅延時間を先読み時間よりも短縮可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、現在よりも所定の先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測し、予測したスロットル開度に基づいて内燃機関の空燃比制御に係る所定の制御パラメータ値を演算する車両用内燃機関の制御装置において、
所定のトルク要求発生源から出力されるトルク要求に基づいてスロットルの目標開度を設定する目標開度設定手段と、
設定された目標開度を前記先読み時間よりも短い所定の遅延時間だけ遅延させてスロットルへ出力し、遅延させた目標開度に従ってスロットルを動作させるスロットル遅延制御手段と、
遅延させる前の目標開度に基づいて現在から前記遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態を予測する第１の予測手段と、
前記第１の予測手段で予測されたスロットルの動作状態に基づいて現在よりも前記先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測する第２の予測手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記第２の予測手段は、前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値を取得し、取得したスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値に基づいて前記遅延時間が経過してから前記先読み時間が経過するまでのスロットル開度の予測変化量を設定することを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、
前記第２の予測手段は、遅延させる前の目標開度の変化速度及び／又は変化加速度を取得し、取得した目標開度の変化速度及び／又は変化加速度が小さいほど前記予測変化量をを小さい値に設定することを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第２又は第３の発明において、
遅延させる前の目標開度と前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の予測値とを比較し、その差が大きいほど前記予測変化量を増大させる予測補正手段、
をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明では、トルク要求に基づいて設定した目標開度を所定の遅延時間だけ遅延させてスロットルへ出力することにより、現在よりも遅延時間だけ将来のスロットル開度を目標開度（遅延させる前の目標開度）に基づいて予測することができる。しかし、遅延時間が先読み時間よりも短い場合、遅延時間が経過してから先読み時間が経過するまでの間にスロットル開度はさらに変化する可能性がある。この点に関して第１の発明では、遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態を予測し、予測したスロットルの動作状態に基づいてより遠い将来のスロットル開度を予測している。これによれば、スロットル開度の予測精度を犠牲にすることなく遅延制御における遅延時間を短縮することが可能であり、遅延時間の短縮によってトルク要求に対する応答性を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明によれば、遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度や変化加速度の予測値に基づいてその後のスロットル開度の予測変化量を設定することで、遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態をより遠い将来のスロットル開度の予測に確実に反映させることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度や変化加速度の予測値だけでなく、遅延させる前の目標開度の変化速度や変化加速度も考慮にいれることで、遅延時間の経過後のより遠い将来のスロットル開度をより正確に予測することができる。
【００１４】
また、遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の予測値と目標開度との差が大きいときには、その後、スロットル開度の変化速度や変化加速度が目標開度の変化に追従して急増する可能性が高い。この点に関して第４の発明によれば、遅延時間が経過してから先読み時間が経過するまでのスロットル開度の予測変化量を増大側に補正することで、先読み時間が経過した時点での予測スロットル開度と実際のスロットル開度とのずれを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１乃至図４を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態１としての車両用内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、車両用の内燃機関（以下、単にエンジンという）に適用され、そのアクチュエータであるスロットル３８及び燃料噴射装置５４の動作を制御する制御装置として構成されている。以下、図１を用いて本実施の形態の制御装置の構成について説明する。
【００１７】
まずはスロットル３８の動作を制御するための制御装置の構成について説明する。本実施の形態にかかるスロットル３８は電子制御式であり、スロットルモータによって動作している。スロットル３８の動作の制御は直接的にはスロットル遅延制御部３６により行われる。スロットル遅延制御部３６は、上流の計算要素からスロットル３８の目標開度を受信し、目標開度を所定の遅延時間ＴＤだけ遅らせたものを開度指令値としてスロットル３８に出力する。スロットル３８は開度指令値に従って動作するので、スロットル３８によって実際に実現されるスロットル開度は目標開度に対して遅延時間ＴＤだけ遅れて変化することになる。
【００１８】
スロットル３８の目標開度は目標開度計算部３４で計算される。目標開度計算部３４は、上流の目標吸入空気量計算部３２で計算されたエンジンの目標吸入空気量に基づいて目標開度を計算する。目標開度の計算にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルは、スロットル３８の動作に対する吸入空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化し、それを数式で表したものである。エアモデルの逆モデルに吸入空気量を入力することで、その吸入空気量を実現するためのスロットル開度が算出される。目標開度計算部３４は、目標吸入空気量から変換されたスロットル開度をスロットル３８の目標開度として設定し、それをスロットル遅延制御部３６に出力する。
【００１９】
目標吸入空気量計算部３２は、エンジンの目標トルクを取得し、目標トルクの実現に必要な吸入空気量を計算する。この計算には目標トルクを吸入空気量に変換するための空気量マップを使用する。空気量マップには点火時期、エンジン回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転条件がパラメータとして用いられている。目標吸入空気量計算部３２は、目標トルクから変換された吸入空気量をエンジンの目標吸入空気量とし、それを目標開度計算部３４に出力する。
【００２０】
エンジンの目標トルクは、トルク調停部３０にて設定される。トルク調停部３０は、エンジンに対する各種のトルク要求を集約して１つの値に調停し、その調停したトルク値をエンジンの目標トルクとして出力する。ここでいう調停とは、予め定められた計算規則に従って複数の数値から１つの数値を得る動作である。計算規則には例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等が含まれる。それら複数の計算規則を適宜に組み合わせたものとしてもよい。
【００２１】
調停されるトルク要求には、ドライバが要求するトルクの他、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）等の車両制御に必要なトルクも含まれる。このうちドライバが要求するトルクはドライバ要求トルク計算部２０で計算され、ＶＳＣが要求するトルクはＶＳＣ要求トルク計算部２２で計算される。ドライバ要求トルク計算部２０は、アクセルセンサ１０で計測されるアクセルペダル操作量に基づいてドライバ要求トルクを計算する。ＶＳＣ要求トルク計算部２２は、ヨーレートセンサ１２で計測される車両のヨーレートに基づいてＶＳＣ要求トルクを計算する。
【００２２】
以上のように、本実施の形態の制御装置は、ドライバやＶＳＣ等の複数のトルク要求発生源から発せられるトルク要求に基づいてスロットル３８の目標開度を設定し、設定した目標開度を遅延時間ＴＤだけ遅延させたものに従ってスロットル３８を動作させる構造になっている。なお、目標開度の演算は一定の演算周期（例えば８msec）で行われる。
【００２３】
次に燃料噴射装置５４の動作を制御するための制御装置の構成について説明する。燃料噴射装置５４の動作の制御は直接的には燃料噴射制御部５２により行なわれる。燃料噴射制御部５２は、上流の計算要素から燃料噴射量を受信し、燃料噴射量に基づいて燃料噴射装置５４の駆動時間と駆動開始タイミング又は終了タイミングとを計算する。そして、計算した駆動時間と駆動開始タイミング又は終了タイミングとに従って燃料噴射装置５４を動作させる。なお、燃料噴射装置５４は吸気ポートに燃料を噴くものでも気筒内に直接燃料を噴くものでもよい。或いは、必要な量の燃料の一部を吸気ポートに噴射して残りの燃料を気筒内に直接噴射するものであってもよい。
【００２４】
燃料噴射装置５４による燃料噴射量は燃料噴射量計算部５０で計算される。燃料噴射量計算部５０は、上流の吸入空気量計算部４８で計算されたエンジンの吸入空気量と、燃料噴射により実現される筒内空燃比の目標値（目標空燃比）とに基づいて燃料噴射量を計算する。排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御が行われている場合には、そのフィードバック補正係数も燃料噴射量の計算に反映されるようになっている。
【００２５】
エンジンの吸入空気量の計算は吸入空気量計算部４８にて行われる。吸入空気量計算部４８は、吸気バルブの閉タイミング、すなわち、吸入空気量の確定タイミングにおけるスロットル開度を取得し、そのスロットル開度で達成される吸入空気量をエアモデルによって計算する。このエアモデルでは、エンジン回転数、大気圧、吸入空気温度、エアフローメータで計測される空気流量等、スロットル開度と吸入空気量との関係に影響する運転条件をパラメータして設定することができるようになっている。
【００２６】
吸入空気量の計算に使用されるスロットル開度は、先読み開度計算部４４にて計算される。筒内吸入空気量の正確な計算のためには、上述のように、吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度が情報として求められる。しかし、適正なタイミングで燃料噴射を実行するためには、燃料噴射量の演算は吸気バルブが閉弁する前には完了していなければならない。このため、燃料噴射の演算タイミングでは、将来値である吸気バルブ閉タイミングにおける実際のスロットル開度を取得することはできない。そこで、先読み開度計算部４４は、現時点、すなわち、燃料噴射量の演算タイミングから吸気バルブ閉タイミングまでの時間（以下、先読み時間と言う）ＴＦＷＤだけ将来のスロットル開度を予測し、予測したスロットル開度を吸気バルブの閉タイミングにおけるスロットル開度（以下、先読み開度とも言う）として出力する。
【００２７】
先読み開度計算部４４は、先読み開度の計算において先読み時間ＴＦＷＤと遅延時間ＴＤとの長短関係を考慮する。先読み時間ＴＦＷＤはエンジン回転が低回転になるほど長くなり、また、バルブタイミング制御によって吸気バルブの閉タイミングが進角されることによっても変化する。一方、遅延時間ＴＤは任意に設定することができるが、エンジンのトルク応答性を考慮すると可能な限りに短い時間にしたい。このため、エンジンの運転状態によっては、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長くなることもあれば、逆に短くなることもある。
【００２８】
図２は先読み開度計算部４４にて実行される先読み開度演算ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンでは、最初のステップＳ１１０にて先読み時間ＴＦＷＤと遅延時間ＴＤとが比較される。先読み開度計算部４４は、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長いか短いかによって異なる計算方法で先読み開度を計算する。ステップＳ１００の比較の結果、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも短い場合には、ステップＳ１１０の処理が選択される。
【００２９】
ステップＳ１１０では、現在時刻から先読み時間ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度がメモリから読み込まれ、それが先読み開度として算出される。ここで、予測スロットル開度とは、スロットル３８がスロットル遅延制御部３６からの開度指令値に従って動作することで実現される実際のスロットル開度の予測値のことである。予測スロットル開度の計算にはスロットルモデル４０が用いられる。スロットルモデル４０は、入力値に対するスロットル３８の応答をモデル化し、それを数式で表したものである。前述のように、スロットル遅延制御部３６はトルク要求に基づき設定された目標開度を遅延時間ＴＤだけ遅延させてスロットル３８に出力する。したがって、遅延させる前の目標開度を目標開度計算部３４からスロットルモデル４０に入力することで、現在から遅延時間ＴＤだけ将来のスロットル開度を予測することができる。先読み開度計算部４４のメモリには、現在から遅延時間ＴＤだけ将来までの各演算タイミングにおける予測スロットル開度が記憶され、１演算周期ごとに更新されていくようになっている。
【００３０】
ステップＳ１１０の処理をタイムチャートで示したのが図３である。図３において、破線は目標開度（遅延される前の目標開度）の時間変化を、一点鎖線は目標開度から計算される予測スロットル開度の時間変化を、二点鎖線は開度指令値（遅延後の目標開度）の時間変化を、そして、実線は実際のスロットル開度の時間変化をそれぞれ示している。この図に示すように、目標開度を所定の遅延時間ＴＤだけ遅延させてスロットル３８へ出力することにより、現在時刻から遅延時間ＴＤだけ将来までのスロットル開度を目標開度（遅延させる前の目標開度）に基づいて予測することができるようになる。したがって、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも短い場合には、遅延時間ＴＤと先読み時間ＴＦＷＤとの差分時間だけ前の目標開度から予測したスロットル開度をメモリから読み出すことで、それをそのまま先読み開度として用いることができる。
【００３１】
しかし、遅延時間ＴＤが先読み時間ＴＦＷＤよりも短い場合には、遅延時間ＴＤが経過してから先読み時間ＴＦＷＤが経過するまでの間に実際のスロットル開度はさらに変化する可能性がある。そこでステップＳ１００の比較の結果、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長い場合には、ステップＳ１２０，Ｓ１３０の処理が選択される。
【００３２】
まず、ステップＳ１２０では、次の式１によって定義されるＴＤ後のスロットル変化推定角が計算される。
ＴＤ後のスロットル変化推定角＝ａ×ＴＤ後のスロットル変化角＋ｂ×ＴＤ後の目標開度変化角 ・・・式１
【００３３】
上記式１において、“ＴＤ後のスロットル変化角”は現在からＴＤ後におけるスロットル開度の変化速度（１演算周期当たりの変化角、以下、単にスロットル変化角という）を意味する。また、“ＴＤ後の目標開度変化角”は現在からＴＤ後における開度指令値、すなわち、遅延させる前の目標開度の変化速度（１演算周期当たりの変化角、以下、単に目標開度変化角という）を意味する。ＴＤ後のスロットル変化角はスロットル変化角計算部４２から取り込まれる。スロットル変化角計算部４２は、スロットルモデル４０で計算された今回の予測スロットル開度（現時点からＴＤ後の予測スロットル開度）と前回の予測スロットル開度との差分をＴＤ後のスロットル変化角として算出している。一方、ＴＤ後の目標開度変化角は目標開度変化角計算部４６から取り込まれる。目標開度変化角計算部４６は、遅延させる前の現在の目標開度と前回の目標開度との差分を目標開度変化角として算出している。なお、式１で用いられている“ａ”と“ｂ”は係数である。係数ａ，ｂの合計値は１であり、それぞれエンジンの運転条件（例えば、エンジン回転数やスロットル開度）に応じて調整されるようになっている。
【００３４】
次のステップＳ１２０では、ステップＳ１２０で計算されたＴＤ後のスロットル変化推定角を用いて、次の式２によって現在時刻から先読み時間ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度が計算される。式２の右辺第２項は、ＴＤの経過からさらにＴＦＷＤが経過するまでのスロットル開度の予測変化量である。先読み開度計算部４４は、式２で計算した予測スロットル開度を先読み開度として吸入空気量計算部４８に出力する。
ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度＝ＴＤ後の予測スロットル開度＋ＴＤ後のスロットル変化推定角×（ＴＦＷＤ−ＴＤ） ・・・式２
【００３５】
ステップＳ１２０，Ｓ１３０の処理をタイムチャートで示したのが図４である。この図に示すように、先読み時間ＴＦＷＤが遅延時間ＴＤよりも長い場合には、まず、遅延させる前の目標開度に基づいて遅延時間ＴＤが経過した時点でのスロットル３８の動作状態を予測する。そして、予測したＴＤ後のスロットル３８の動作状態に基づいて先読み時間ＴＦＷＤと遅延時間ＴＤとの差分時間だけさらに将来のスロットル開度を予測する。これによれば、吸気バルブ閉タイミングでのスロットル開度の予測精度を犠牲にすることなく遅延制御における遅延時間ＴＤを短縮することが可能であり、遅延時間ＴＤの短縮によってトルク要求に対する応答性を向上させることができる。
【００３６】
また、遅延時間ＴＤが経過してからのスロットル開度の予測変化量の計算において、ＴＤ後のスロットル変化角だけでなくＴＤ後の目標開度変化角も用いることで、吸気バルブ閉タイミングでのスロットル開度をより正確に予測することができるようになる。例えば、図４に示すようにＴＤ後のスロットル変化角に比較して目標開度変化角が小さい場合、ＴＤの経過からさらにＴＦＷＤが経過するまでの間に実際のスロットル変化角は徐々に減少していくものと考えられる。この場合、ＴＤ後のスロットル変化角のみを基準に予測変化量を計算すると、先読み開度が実際のスロットル開度から大きく外れてしまう可能性がある。これに対し、上記式１によって得られるＴＤ後のスロットル変化推定角を基準にして予測変化量を計算する場合には、目標開度変化角が反映されることによって先読み開度と実際開度とのずれを抑えることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態１としての制御装置について説明した。実施の形態１と本発明との対応関係は次の通りである。
【００３８】
図１に示す構成において、ドライバ要求トルク計算部２０とＶＳＣ要求トルク計算部２２は第１の発明の「トルク要求発生源」に相当し、トルク調停部３０，目標吸入空気量計算部３２及び目標開度計算部３４により第１の発明の「目標開度設定手段」が構成されている。スロットル遅延制御部３６は第１の発明の「スロットル遅延制御手段」に相当している。また、スロットルモデル４０及びスロットル変化角計算部４２は第１の発明の「第１の予測手段」に相当し、先読み開度計算部４４は第１乃至第３の各発明の「第２の予測手段」に相当する。また、吸入空気量計算部４８で計算される吸入空気量と燃料噴射量計算部５０で計算される燃料噴射量の少なくとも一方が第１の発明の「空燃比制御に係る所定の制御パラメータ値」に相当する。
【００３９】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図５乃至図７を参照して説明する。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態２としての車両用内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置との違いは、ＴＤ後の予測スロットル開度と目標開度との偏差を先読み開度の計算に反映させる機能が追加されたことにある。なお、図５に示す構成において、実施の形態１のものと共通する要素については同一の符号を付している。
【００４１】
本実施の形態では、先読み開度計算部５６は、次の式３によって現在時刻から先読み時間ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度を計算する。式３の右辺第２項の“ｅｎ”は補正係数であって、補正係数設定部５８で設定される。
ＴＦＷＤ後の予測スロットル開度＝ＴＤ後の予測スロットル開度＋ＴＤ後のスロットル変化推定角／ｅｎ×（ＴＦＷＤ−ＴＤ） ・・・式３
【００４２】
補正係数設定部５８は目標開度計算部３４で設定された目標開度とスロットルモデル４０で計算されたスロットル開度との偏差を計算し、その偏差に基づいて補正係数ｅｎを設定する。補正係数設定部５８が設定した補正係数ｅｎは先読み開度計算部５６に取り込まれ、先読み開度計算部５６は取り込んだ補正係数ｅｎを用いて上記式３の計算を行う。そして、上記式３で計算した予測スロットル開度を先読み開度として吸入空気量計算部４８に出力する。
【００４３】
図６は本実施の形態で実行される先読み開度演算ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態１で実行される先読み開度演算ルーチンと共通する処理については同一のステップ番号を付している。このルーチンでは、ステップＳ１００において遅延時間ＴＤが先読み時間ＴＦＷＤよりも短いと判定された場合、さらにステップＳ２００の判定が行われる。そして、その判定結果を踏まえて補正係数ｅｎの値が設定される。
【００４４】
ステップＳ２００では、遅延させる前の目標開度（ＴＤ後の目標開度）とスロットルモデル４０で計算されたＴＤ後の予測スロットル開度との偏差が計算され、その開度偏差の絶対値と所定の閾値γとが比較される。比較の結果、開度偏差の絶対値が閾値γ以下である場合にはステップＳ２１０の処理が選択され、補正係数設定部５８は補正係数ｅｎの値を１に設定する。一方、開度偏差の絶対値が閾値γよりも大きい場合にはステップＳ２２０の処理が選択され、補正係数設定部５８は補正係数ｅｎの値を１よりも小さい所定値ｘに設定する。
【００４５】
ステップＳ２３０では、上記式１に従ってＴＤ後のスロットル変化推定角が計算される。次のステップＳ２４０では、ステップＳ２１０若しくはＳ２２０で設定された補正係数ｅｎを用いて、上記式３に従ってＴＦＷＤ後の予測スロットル開度、すなわち、先読み開度の計算が行なわれる。式３において補正係数ｅｎはスロットル変化推定角の修正に用いられる。
【００４６】
以上のような手順にて先読み開度を求めることによって、先読み開度の予測精度をより高めることができる。例えば、図７に示すようにＴＤ後の目標開度とＴＤ後の予測スロットル開度との間に大きな差がある場合、ＴＤの経過からさらにＴＦＷＤが経過するまでの間にスロットル変化角は目標開度の変化に追従して増大する可能性が高い。このようなとき、本実施の形態では補正係数ｅｎの値が１よりも小さい値に設定される（上述のステップＳ２２０の処理）。そして、この補正係数ｅｎにより修正したスロットル変化推定角を基準にして先読み開度が計算される。図７に示すように、修正スロットル変化推定角を基準にして予測変化量を計算することで、予測変化量をＴＤ後のスロットル変化推定角から求まる量よりも大きくとることができ、ひいては先読み開度と実際開度とのずれを抑えることができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態２としての制御装置について説明した。図４に示す構成において、補正係数設定部５８は第４の発明の「予測補正手段」に相当している。実施の形態２と本発明とのその他の対応関係に関しては、実施の形態１と本発明との対応関係に共通している。
【００４８】
その他．
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、以下のように変形して実施してもよい。
【００４９】
上述の実施の形態２において、補正係数ｅｎを開度偏差の絶対値の連続関数として定義してもよい。ただし、開度偏差の絶対値が閾値γよりも大きいほど補正係数ｅｎの値は１よりも小さい値とする。
【００５０】
実施の形態１及び２では、ＴＤ後のスロットル変化角と目標開度変化角とから計算したスロットル変化推定角を用いて予測変化量を計算しているが、ＴＤ後のスロットル変化角のみを用いて予測変化量を計算することもできる。また、スロットル変化推定角の計算においては、ＴＤ後のスロットル変化角速度、すなわち、ＴＤ後の予測スロットル開度の変化加速度を用いてもよい。さらに、ＴＤ後の目標開度の変化角速度をスロットル変化推定角の計算に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１としての車両用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１で実行される先読み開度演算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１で採られているスロットル開度の先読み方法を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１で採られているスロットル開度の先読み方法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２としての車両用内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２で実行される先読み開度演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２で採られているスロットル開度の先読み方法を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０ アクセルセンサ
１２ ヨーレートセンサ
２０ ドライバ要求トルク計算部
２２ ＶＳＣ要求トルク計算部
３０ トルク調停部
３２ 目標吸入空気量計算部
３４ 目標開度計算部
３６ スロットル遅延制御部
３８ スロットル
４０ スロットルモデル
４２ スロットル変化角計算部
４４，５６ 先読み開度計算部
４６ 目標開度変化角計算部
４８ 吸入空気量計算部
５０ 燃料噴射量計算部
５２ 燃料噴射制御部
５４ 燃料噴射装置
５８ 開度偏差演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在よりも所定の先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測し、予測したスロットル開度に基づいて内燃機関の空燃比制御に係る所定の制御パラメータ値を演算する車両用内燃機関の制御装置において、
所定のトルク要求発生源から出力されるトルク要求に基づいてスロットルの目標開度を設定する目標開度設定手段と、
設定された目標開度を前記先読み時間よりも短い所定の遅延時間だけ遅延させてスロットルへ出力し、遅延させた目標開度に従ってスロットルを動作させるスロットル遅延制御手段と、
遅延させる前の目標開度に基づいて現在から前記遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態を予測する第１の予測手段と、
前記第１の予測手段で予測されたスロットルの動作状態に基づいて現在よりも前記先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測する第２の予測手段と、
を備えることを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２の予測手段は、前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値を取得し、取得したスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値に基づいて前記遅延時間が経過してから前記先読み時間が経過するまでのスロットル開度の予測変化量を設定することを特徴とする請求項１記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第２の予測手段は、遅延させる前の目標開度の変化速度及び／又は変化加速度を取得し、取得した目標開度の変化速度及び／又は変化加速度が小さいほど前記予測変化量をを小さい値に設定することを特徴とする請求項２記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項４】
遅延させる前の目標開度と前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の予測値とを比較し、その差が大きいほど前記予測変化量を増大させる予測補正手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項２又は３記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項１】
現在よりも所定の先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測し、予測したスロットル開度に基づいて内燃機関の空燃比制御に係る所定の制御パラメータ値を演算する車両用内燃機関の制御装置において、
所定のトルク要求発生源から出力されるトルク要求に基づいてスロットルの目標開度を設定する目標開度設定手段と、
設定された目標開度を前記先読み時間よりも短い所定の遅延時間だけ遅延させてスロットルへ出力し、遅延させた目標開度に従ってスロットルを動作させるスロットル遅延制御手段と、
遅延させる前の目標開度に基づいて現在から前記遅延時間が経過した時点でのスロットルの動作状態を予測する第１の予測手段と、
前記第１の予測手段で予測されたスロットルの動作状態に基づいて現在よりも前記先読み時間だけ将来のスロットル開度を予測する第２の予測手段と、
を備えることを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２の予測手段は、前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値を取得し、取得したスロットル開度の変化速度及び／又は変化加速度の予測値に基づいて前記遅延時間が経過してから前記先読み時間が経過するまでのスロットル開度の予測変化量を設定することを特徴とする請求項１記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第２の予測手段は、遅延させる前の目標開度の変化速度及び／又は変化加速度を取得し、取得した目標開度の変化速度及び／又は変化加速度が小さいほど前記予測変化量をを小さい値に設定することを特徴とする請求項２記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項４】
遅延させる前の目標開度と前記遅延時間が経過した時点でのスロットル開度の予測値とを比較し、その差が大きいほど前記予測変化量を増大させる予測補正手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項２又は３記載の車両用内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１９７６８８（Ｐ２００９−１９７６８８Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４０５８２（Ｐ２００８−４０５８２）
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【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２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【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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