JP4941193B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、目標トルクに基づいて各アクチュエータの動作を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関のトルク制御に関する技術として、運転者からの要求トルクや車両制御に必要なトルクを総合して内燃機関の目標トルクを設定し、その目標トルクに基づいて各アクチュエータの動作指示値を決定するものが知られている。例えば、特表平１１−５０９９１０号公報には、目標トルクをフィルタによって速い成分と遅い成分とに分割し、目標トルクの速い成分から点火時期制御用の目標値を設定し、遅い成分からスロットル制御用の目標値を設定する技術が記載されている。

一方、特開２００５−１１３８７７号公報には、目標トルクを分割するのではなく、点火時期制御にもスロットル制御にも同じ目標トルク（要求トルク）を用いる技術が開示されている。具体的には、スロットル制御に係る目標スロットル開度の算出には、目標トルクをトルクに対する空燃比効率とトルクに対する点火時期効率とで除算した値を使用し、点火時期制御に係る点火遅角量の算出には、目標トルクとＭＢＴにおける推定トルクとの比（以下、トルク効率という）を使用している。

特表平１１−５０９９１０号公報に記載のものと特開２００５−１１３８７７号公報に記載のものとを比較した場合、前者では、目標トルクを分割するロジックの精度が要求される。これに対して後者によればそのようなロジックは不要となる。すなわち、目標とする空燃比効率と点火時期効率とが定まれば、それと目標トルクとに応じてスロットル開度が定まり、スロットル操作に対する空気応答の遅れの影響を補償するように点火時期が自動的に制御されるようになる。点火遅角量を決めるトルク効率には、推定トルクを介して空気応答の遅れが反映されるからである。
特表平１１−５０９９１０号公報 特開２００５−１１３８７７号公報

しかしながら、以下に述べるように、特開２００５−１１３８７７号公報に記載の技術にも改善の余地が有る。

トルク効率の計算に使用される推定トルクは、あくまでも推定計算に基づくものであって、ＭＢＴにおいて実現される実トルクに対して僅かではあるが誤差が含まれている可能性がある。推定トルクの誤差はトルク効率を介して点火遅角量に反映されることとなる。このとき、誤差がマイナス値であるならば、トルク効率が実際よりも大きく計算される結果、点火遅角量が必要量よりも小さく設定されることになる。その場合には、点火時期の遅角不足によってノックが起きる可能性があるが、これに関しては公知の様々なノック制御によって対応することができる。例えば、ノックが生じる点火時期（ノック点火時期）を実空気量から推定計算し、点火時期がノック点火時期よりも進角されないようにガードする等の方法を採ることができる。

その一方で、推定トルクの誤差がプラス値であるならば、トルク効率は実際よりも小さな値になってしまい、点火遅角量が必要量よりも大きく設定されることになる。この場合には、ＭＢＴでの運転が要求されるような状況であってもトルク効率は１にはならず、結果、点火時期が遅角されることとなってＭＢＴでの運転を実現できなくなってしまう。特に、ＭＢＴ付近においては、トルク効率の変化に対する点火時期変化の感度は高く、トルク効率の僅かなずれでも点火時期は遅角側に大きくずれてしまう。前述の点火時期の進角側へのずれの場合とは異なり、点火時期の遅角側へのずれや、それに伴う燃費の悪化を防止するための公知の技術はみあたらない。

そこで、本発明の創案過程においては、点火時期の遅角側へのずれ、特に、ＭＢＴからのずれを防止する方法として、トルク効率から求めた点火時期の計算値をそのまま点火装置への点火時期指令値とするのではなく、不感帯ロジックを介して計算値を指令値に変換するという案が提案された。その不感帯ロジックとは、ＭＢＴ付近に不感帯を設定し、点火時期の計算値がその不感帯内にある場合には、ＭＢＴを指令値として設定するというものである。

ところが、ＭＢＴは機関回転数や負荷といった運転条件によって変化するので、必要な不感帯幅も運転条件によって変化することになる。このため、上記の案を実現するためには、内燃機関が採り得る運転条件毎に不感帯を計算せねばならず、精度が高い複雑な不感帯ロジックが必要となってしまう。つまり、上記の案では、点火時期の制御精度が不感帯ロジックの精度に依存することになってしまい、点火時期の制御精度と引き換えにＥＣＵの計算負荷の増大を招いてしまう。

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、トルク効率に基づいた精度の高い点火時期制御を計算負荷の増大を招くこと無く実現できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
現在の空気量条件のもとで点火時期をＭＢＴに設定したときに得られる推定トルクを計算する推定トルク計算手段と、
前記目標トルクと前記推定トルクとの比からトルク効率を算出するトルク効率算出手段と、
点火遅角量を決める無次元パラメータ値を前記トルク効率に基づいて設定する点火遅角パラメータ設定手段と、
前記無次元パラメータ値と機関運転条件とに基づいて目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
前記目標点火時期に基づいて点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え、
前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記トルク効率が所定値以下では前記トルク効率に対して前記無次元パラメータ値を一対一対応で設定し、前記トルク効率が所定値を超えるときには前記無次元パラメータ値を一定値に固定することを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記トルク効率が所定値を超えるときには点火遅角量をゼロとする値に前記無次元パラメータ値を固定することを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
所定の遅角条件に基づいて前記トルク効率の上限値を設定する上限値設定手段をさらに備え、
前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記トルク効率と前記上限値の何れか小さい方の値に基づいて前記無次元パラメータ値を設定することを特徴としている。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、
所定の遅角条件に基づいて前記無次元パラメータ値の進角側限界値を設定する限界値設定手段をさらに備え、
前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記進角側限界値によって前記無次元パラメータ値を制限することを特徴としている。

第１の発明によれば、不感帯ロジックを介してトルク効率が無次元パラメータ値に変換され、不感帯処理された無次元パラメータ値と機関運転条件とに基づいて目標点火時期が設定されることになる。このようにトルク効率から無次元パラメータ値への変換ロジックに不感帯ロジックを設けることにすれば、不感帯の設定は機関運転条件によらず一定でよくなり、不感帯の計算のために計算負荷が増大することは防止される。

第２の発明によれば、トルク効率が所定値を超えるときには点火遅角量をゼロとする値に無次元パラメータ値が固定されるので、トルク効率の誤差による目標点火時期の遅角側へのずれを防止して、目標点火時期を確実にＭＢＴに設定することが可能になる。

第３の発明によれば、上限値を低く設定してトルク効率を上限制限することで、トルク効率の上限値に応じた点火時期まで緊急遅角することができる。トルク効率が上限値によって上限制限されていないときには、目標トルクの実現を優先して点火時期制御を行うことができる。

第４の発明によれば、進角側限界値によって無次元パラメータ値を制限することで、進角側限界値に応じた点火時期まで緊急遅角することができる。無次元パラメータ値が進角側限界値によって制限されていないときには、目標トルクの実現を優先して点火時期制御を行うことができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態１としての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、火花点火式の内燃機関に適用され、火花点火式内燃機関のアクチュエータであるスロットルと点火装置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を参照して本実施の形態の制御装置の構成について説明する。

本実施の形態の制御装置は複数の計算要素２，４，６，８，１０，１２，１４，１８，２０を備えている。また、スロットルの動作を制御するスロットルドライバ１６と点火装置の動作を制御する点火装置ドライバ２２とを備えている。制御装置は、入力された情報に基づいて各計算要素２，４，６，８，１０，１２，１４，１８，２０により所定の計算規則に従って計算を行い、各アクチュエータの動作指示値、すなわち、目標スロットル開度と目標点火時期とを算出する。そして、各アクチュエータの動作指示値をドライバ１６，２２にセットし、ドライバ１６，２２を介して各アクチュエータの動作を制御する。

制御装置に入力される情報には、制御系統の上位に設けられたパワートレインマネージャ（図示略）からの種々の要求と、内燃機関の運転状態に関する情報とが含まれている。パワートレインマネージャからの要求とは、内燃機関のトルクに関する要求と内燃機関の効率に関する要求であり、それぞれ数値で入力される。要求トルクには、運転者が要求しているトルクの他、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）やＴＲＣ（Traction Control System）等の車両制御に必要なトルクも含まれる。要求効率は、トルクに変換可能な熱エネルギのトルクへの変換効率という意味を有しており、点火時期がＭＢＴのときを基準にして設定される無次元パラメータである。触媒暖機のために熱エネルギを排気ガスの昇温に利用したい場合等には、要求効率は基準値の１よりも小さい値とされる。また、点火時期の進角によってトルクアップを図りたい場合にも、予めリザーブトルクを確保しておくために要求効率は基準値の１よりも小さい値とされる。制御装置に入力される運転状態情報には、機関回転数、エアフローメータの出力値、スロットル開度センサの出力値、点火時期の設定値、Ａ／Ｆの設定値、冷却水温度、吸入空気温度、バルブタイミング等が含まれている。

以下、各計算要素２，４，６，８，１０，１２，１４，１８，２０の機能と、計算要素間の信号処理の流れについて説明する。

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、目標トルク計算部２に入力される。目標トルク計算部２は、入力された要求トルクをベースにして内燃機関の目標トルクを計算している。目標トルクの計算では、要求トルクに制振トルクを加算する等の処理が行なわれている。計算された目標トルクは後述する目標トルク補正部１０とトルク効率計算部８とに出力される。

パワートレインマネージャから供給される要求効率は、目標効率計算部４に入力される。目標効率計算部４は、入力された要求効率に基づいて目標効率を計算する。具体的には、入力されている要求効率が１種類であれば、それを目標効率として算出する。一方、複数の要求効率が同時に入力されている場合、例えば、触媒暖機の観点からの要求効率と、リザーブトルク確保のための要求効率とが入力されている場合には、それらを調停したものを目標効率として算出する。この場合の調停方法としては、例えば最小値選択を用いることができる。計算された目標効率は後述する目標トルク補正部１０に出力される。

推定トルク計算部６は、運転状態情報から内燃機関のトルクを推定計算する。より詳しくは、まず、現在の空気量条件における見込み空気量を吸気系のエアモデルを用いて計算する。空気量条件には、スロットル開度センサの出力値、エアフローメータの出力値、バルブタイミング、吸入空気温度等が含まれている。次に、エアモデルで計算した見込み空気量をトルクマップに照合し、トルクマップを用いて見込み空気量をトルクに変換する。トルクマップは、見込み空気量を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクに影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。ただし、点火時期はＭＢＴとされている。推定トルク計算部６は、見込み空気量から変換されたトルクを内燃機関の推定トルクとし、それを後述するトルク効率計算部８に出力する。

目標トルク補正部１０には、目標トルクと目標効率とが入力される。目標トルク補正部１０は目標トルクを目標効率で除算して補正し、その補正目標トルクを目標空気量計算部１２に出力する。目標効率が通常値である１の場合には、目標トルク計算部２で計算された目標トルクがそのまま目標空気量計算部１２に出力される。一方、目標効率が１よりも小さい値の場合には、目標効率による除算によって目標トルクは嵩上げされ、嵩上げされた目標トルクが目標空気量計算部１２に出力される。

目標空気量計算部１２は、空気量マップを用いて補正目標トルクを空気量に変換する。空気量マップは、補正目標トルクを含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクに影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。ただし、点火時期はＭＢＴ若しくは基準点火時期とされている。目標空気量計算部１２は、補正目標トルクから変換された空気量を内燃機関の目標空気量とし、それをスロットル開度計算部１４に出力する。

スロットル開度計算部１４は、吸気系エアモデルの逆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。すなわち、目標空気量を実現可能なスロットル開度を計算する。逆モデルでは、エアフローメータの出力値、バルブタイミング、吸入空気温度等、スロットル開度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。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。スロットル開度計算部１４は、目標空気量から変換されたスロットル開度をスロットルの目標開度とし、それをスロットルドライバ１６にセットする。スロットルドライバ１６は、この目標開度を実現するようにスロットルを制御する。

トルク効率計算部８には、目標トルクと推定トルクとが入力される。トルク効率計算部８は目標トルクと推定トルクとの比を計算し、その計算結果をトルク効率として算出する。空気量が変化している過渡状態では、空気量に応じて推定トルクが変化することで、トルク効率もそれに応じて変化する。しかし、空気量が一定となった定常状態では、推定トルクは補正目標トルクに一致する結果、トルク効率は前述の目標効率に一致するようになる。トルク効率計算部８は、算出したトルク効率を不感帯処理部１８に出力する。

トルク効率計算部８で算出されたトルク効率は不感帯処理部１８にて不感帯処理される。そして、不感帯処理後のトルク効率が点火時期計算部２０に入力される。この不感帯処理部１８が設けられていることは、本実施の形態の制御装置における１つの特徴となっている。不感帯処理部１８の機能、及び、トルク効率を不感帯処理することで得られる作用並びに効果については、追って詳細に説明する。

点火時期計算部２０は、まず、トルク効率からＭＢＴに対する遅角量を計算する。遅角量の計算には、点火時期マップが用いられる。点火時期マップは、トルク効率を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、機関回転数等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。点火時期マップでは、トルク効率が小さいほど遅角量は大きい値に設定される。そして、トルク効率から決定された遅角量と、内燃機関の運転状態から決まる基本点火時期とから目標点火時期を算出する。計算された目標点火時期は、点火時期計算部２０から点火装置ドライバ２２にセットされる。点火装置ライバ２２は、目標点火時期に従って点火装置を制御する。

それでは、不感帯処理部１８の機能について図２を用いて説明する。図２は、図１のブロック図において不感帯処理部１８と関係する部分を抜き出して詳細に示したものである。図２中では、トルク効率計算部８から不感帯処理部１８に入力される不感帯処理前のトルク効率を符号“η_b”で示し、不感帯処理部１８から点火時期マップ２０に出力される不感帯処理後のトルク効率を符号“η_f”で示す。

図２において不感帯処理部１８のブロック内には、入力値η_bに対する出力値η_fの関係をグラフで示している。このグラフに示すように、入力値η_bが０以上で所定値αよりも小さい間は、出力値η_fは入力値η_bに対して線形であって入力値η_bがそのまま出力値η_fとして出力される。これに対し、入力値η_bが所定値α以上では、入力値η_bの値にかかわらず出力値η_fは１に固定される。つまり、入力値η_bが所定値αから１までの間は、入力値η_bの変化に対して出力値η_fが変化しない不感帯となっている。

トルク効率の不感帯処理による作用及び効果について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、何れも、トルク効率計算部８で算出されるトルク効率η_bと点火時期計算部２０で計算される目標点火時期との関係を示すグラフである。ただし、図３は、トルク効率計算部８で算出された不感帯処理前のトルク効率η_bをそのまま点火時期計算部２０に入力した場合の関係を示している。一方、図４は、不感帯処理部１８で算出された不感帯処理後のトルク効率η_fを点火時期計算部２０に入力した場合の関係を示している。

トルク効率η_bは目標トルクと推定トルクの比であるが、推定トルクにはエアモデルの精度に起因する誤差が含まれている。このため、トルク効率η_bにも若干の誤差は含まれている。その誤差がマイナス側に生じた場合、つまり、トルク効率η_bが本来の値よりも小さい値に算出されたときには、トルク効率η_bの本来の値が１であってもその算出値は１にはならず、誤差分だけ１よりも小さい値になってしまう。

トルク効率η_bに不感帯処理を実施していない場合、図３に示すように、トルク効率η_bの変化に対する目標点火時期の変化の感度は、トルク効率η_bが１に近付き目標点火時期がＭＢＴに近付くほど高くなっていく。このため、トルク効率η_bが１の近傍にあるときには、トルク効率η_bの誤差によるずれが僅かであったとしても、目標点火時期はＭＢＴよりも大きく遅角側にずれてしまうことになる。つまり、ＭＢＴでの運転が要求されるような状況であるにも係らず、目標点火時期をＭＢＴに設定できなくなってしまう。

これに対し、トルク効率η_bに不感帯処理を実施した場合には、図４に示すように、トルク効率η_bが所定値αから１までの間は、目標点火時期はＭＢＴに固定されることになる。不感帯処理によって点火時期計算部２０に入力されるトルク効率η_fは１に固定されるからである。これによれば、所定値αをトルク効率η_bの誤差をカバーするように設定しておくことで、トルク効率が本来値である１よりも小さい値にずれた場合であっても、目標点火時期は必ずＭＢＴに設定することができる。トルク効率η_bの誤差を約２〜３％と想定すると、所定値αは０．９７に設定すればよい。

なお、「発明が解決しようとする課題」の項目でも述べたように、本発明の創案過程においては、トルク効率η_bの誤差に伴う目標点火時期のＭＢＴからのずれを防止する方法として、まず、次の方法が考えられた。その方法とは、点火時期計算部２０で算出された目標点火時期（計算値）と、点火装置ドライバ２２に入力される目標点火時期（指令値）との間に不感帯ロジックを介装し、目標点火時期の計算値がＭＢＴを中心とする所定範囲にあるときには、指令値はＭＢＴに固定するという方法である。以下では、目標点火時期そのものに不感帯処理を施す方法と比較することで、トルク効率η_bに不感帯処理を施すことの利点について説明する。

図５は、負荷を一定としたときのＭＢＴと機関回転数との関係を示す図である。図６は、機関回転数を一定としたときのＭＢＴと負荷との関係を示す図である。これらの図に示すように、ＭＢＴは内燃機関の運転状態によって変化する。したがって、ＭＢＴを中心にして目標点火時期に不感帯を設定する場合には、必要な不感帯幅も内燃機関の運転状態によって変化することになる。図７にはその例を示している。図７は、トルク効率η_bと目標点火時期との関係を負荷が大きい場合と小さい場合とで比較して示す図である。この図に示すように、負荷が変化すればトルク効率η_bと目標点火時期との関係も変化し、それに応じてＭＢＴを中心とする不感帯幅も大きく変化することとなる。したがって、この場合は内燃機関が採り得る運転条件毎に不感帯を計算せねばならず、精度が高い複雑な不感帯ロジックが必要となってしまう。

一方、トルク効率η_bに不感帯を設定するのであれば、図７に示すように、その不感帯幅の設定は機関運転条件によらず一定でよい。これによれば複雑な不感帯ロジックは不要であり、不感帯の計算のために制御装置の計算負荷が増大することは防止される。

最後に、本実施の形態の制御装置にて実現される動作の具体例について説明する。本実施の形態の制御装置によれば、目標効率を設定することで、目標トルクを実現するためのスロットル開度と点火時期とを一意に決定することができる。例えば目標トルクが１００Ｎｍの場合、目標効率を１に設定すると、補正目標トルクは１００Ｎｍとなる。目標空気量計算部１２及びスロットル開度計算部１４では、この補正目標トルク（１００Ｎｍ）をＭＢＴで発生させることができるスロットル開度を計算し、それをスロットルの目標開度として設定する。スロットル開度の変更後、空気量が一定となったときには、推定トルク計算部６で計算される推定トルクも凡そ１００Ｎｍとなる。しかし、エアモデルの精度の影響で推定トルクは必ずしも１００Ｎｍにはならず、１００Ｎｍよりも若干大きい値が算出される場合もある。その場合、目標トルクと推定トルクとの比であるトルク効率η_bは１よりも値になるが、それが所定値αから１までの範囲であるならば、不感帯処理によって点火時期計算部２０に入力されるトルク効率η_fは１に設定される。トルク効率η_fが１のときには点火時期計算部２０で計算される遅角量はゼロであり、目標点火時期はＭＢＴに設定される。

同じ目標トルクにおいて目標効率を０．８に変更したときには、補正目標トルクは１２５Ｎｍとなる。これによりスロットルの目標開度は、１２５ＮｍのトルクをＭＢＴで発生させることができる開度まで増大される。また、推定トルクも補正目標トルクに追従して変化し、凡そ１２５Ｎｍとなる。その結果、目標トルクと推定トルクとの比であるトルク効率η_bは０．８となる。つまり、トルク効率η_bも目標効率に追従して変化する。トルク効率η_bが所定値αよりも小さい場合には、トルク効率η_bがそのまま点火時期計算部２０に入力されるトルク効率η_fとなり、目標点火時期はＭＢＴよりも遅角されたタイミングに設定される。このように、目標効率を０．８に変更したときにはスロットル開度の増大によるトルクアップ効果が生じる。しかし、それと同時に点火時期が遅角されるので、そのトルクダウン効果によって上記のトルクアップ効果は相殺され、結果、内燃機関が出力するトルクは目標トルクに維持される。点火装置はその動作に対するトルクの応答性が高いので、スロットル開度の増大に伴うトルク増を確実に相殺することができる。

なお、本実施の形態では、目標トルク計算部２が第１の発明の「目標トルク設定手段」に相当している。また、推定トルク計算部６が第１の発明の「推定トルク計算手段」に相当し、トルク効率計算部８が第１の発明の「トルク効率算出手段」に相当している。また、不感帯処理部１８が第１の発明の「点火遅角パラメータ設定手段」に相当し、不感帯処理後のトルク効率η_fが「点火遅角量を決める無次元パラメータ値」に相当している。そして、点火時期計算部２０が第１の発明の「目標点火時期設定手段」に相当し、点火装置ドライバ２２が第１の発明の「点火時期制御手段」に相当している。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。

図８は、本発明の実施の形態２として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８において実施の形態１と共通する要素は同一の符号を付している。以下、図８を参照して本実施の形態の制御装置の構成について説明する。ただし、実施の形態１と共通する構成についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１とは異なる構成について重点的に説明するものとする。

本実施の形態の制御装置は、実施の形態１の構成を基本として、さらに２つの計算要素２４，２６を組合せた構成になっている。そのうちの１つは上限ガード値計算部２４であり、もう１つはガード処理部２６である。上限ガード値計算部２４は、内燃機関の運転状態情報に基づいてトルク効率の上限ガード値を計算し、それをガード処理部２６に出力する。上限ガード値計算部２４は、通常は上限ガード値として１よりも大きい値（無効値）を出力している。そして、所定の遅角条件が成立した場合のみ、１よりも小さい有効な上限ガード値を出力するようになっている。ここでは、例えばノックの発生によって、緊急に点火時期を遅角する必要が生じたことを遅角条件としている。

ガード処理部２６には、トルク効率計算部８で計算されたトルク効率と、上限ガード値計算部２４で計算された上限ガード値とが入力される。ガード処理部２６はトルク効率と上限ガード値とを比較し、何れか小さいほうを選択して不感帯処理部１８に出力する。このため、上限ガード値計算部２４から無効値（１よりも大きい値）が入力されている間は、トルク効率計算部８で計算されたトルク効率がそのまま不感帯処理部１８に出力されることになる。一方、上限ガード値計算部２４から有効値（１よりも小さい値）が入力されたときには、上限ガード値で上限制限されたトルク効率が不感帯処理部１８に出力されることになる。

図９は、本実施の形態の制御装置にて実現される動作の具体例を示すタイムチャートである。上限ガード値が１よりも大きい値（無効値）に設定されている場合、目標点火時期はトルク効率計算部８で計算されたトルク効率に従って設定される。また、この場合には、内燃機関が出力する実トルクは目標トルクに維持されている。

所定の遅角条件が成立すると、上限ガード値が１よりも小さい値（有効値）に設定される。これにより、点火時期計算部２０に入力されるトルク効率は上限ガード値によって強制的に上限制限され、目標点火時期は上限ガード値に応じた点火時期まで直ちに遅角されることとなる。これによれば、ノックが生じた場合であっても、緊急の点火遅角の効果によってノックを速やかに回避することができる。ただし、この場合、トルク効率から決まる点火時期よりも遅角側に目標点火時期が設定されることになるため、内燃機関が出力する実トルクが目標トルクよりも低くなることは避けられない。

一方、単に点火時期を遅角するだけならば、目標効率を下げることでも実現可能である。目標効率を下げることによれば、目標トルクを実現しながら点火遅角を行うことができる。しかし、目標効率を低下させてからトルク効率が低下するまでには空気応答の遅れに伴う若干のタイムラグがある。このため、目標効率を低下させたとしても緊急の点火遅角を行うことは難しい。

そこで、本実施の形態の制御装置は、緊急の点火遅角と目標トルクの実現の何れを優先するかによって、点火遅角の方法を選択するようになっている。具体的には、緊急の点火遅角を優先する場合には、上限ガード値を有効値に設定してトルク効率を上限制限することで点火遅角を行うようにしている。これによれば、ノックが生じた場合等において確実な緊急遅角が可能となる。

一方、目標トルクの実現を優先する場合には、上限ガード値は無効値に設定したまま、目標効率を低下させることで点火遅角を行うようにしている。これによれば、目標トルクは維持したまま、触媒暖機等のための緊急を要しない点火遅角を実現することができる。

なお、本実施の形態では、上限ガード値計算部２４は第３の発明の「上限値設定手段」に相当し、ガード処理部２６と不感帯処理部１８とにより第３の発明の「点火遅角パラメータ設定手段」が構成されてもいる。

ところで、本実施の形態の制御装置は、その特徴部分を図１０に示すように変形して実施することもできる。図１０に示す変形例では、不感帯処理部１８と点火時期計算部２０との間にガード処理部２６が移設されている。この構成では、ガード処理部２６には、不感帯処理部１８で不感帯処理されたトルク効率と、上限ガード値計算部２４で計算された上限ガード値とが入力される。ガード処理部２６は不感帯処理されたトルク効率と上限ガード値とを比較し、何れか小さいほうを選択して点火時期計算部２０に出力する。

このような構成を採った場合でも、図８に示す構成で得られる効果と同等の効果を得ることができる。ただし、図１０に示す構成では、上限ガード値計算部２４は第４の発明の「限界値設定手段」に相当し、ガード処理部２６は第４の発明の「点火遅角パラメータ設定手段」に相当する。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。

図１１は、本発明の実施の形態３として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１１において実施の形態２と共通する要素は同一の符号を付している。以下、図１１を参照して本実施の形態の制御装置の構成について説明する。ただし、実施の形態２と共通する構成についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態２とは異なる構成について重点的に説明するものとする。

本実施の形態の制御装置は、目標効率の計算に関係する計算要素として、２つの要求効率計算部３０，３２と１つの調停部３４とを備えている。一方の要求効率計算部３０は、排気温度センサや触媒温度センサ等の信号に基づいて触媒の暖機の必要性を判断し、その判断結果に基づいて触媒暖機のための要求効率を計算している。もう一方の要求効率計算部３２は、ノックセンサの信号等に基づいてノックの回避の必要性を判断し、その判断結果に基づいてノック回避のための要求効率を計算している。各要求効率計算部３０，３２で計算された要求効率のうち、何れか小さいほうが調停部３４において選択され、目標効率として目標トルク補正部１０に出力される。

本実施の形態の制御装置では、ガード処理部２６で用いる上限ガード値に目標効率が関連付けられている。具体的には、要求効率計算部３２で計算されたノック回避のための要求効率は、調停部３４に入力されると同時にガード処理部２６にも入力されるようになっている。すなわち、本実施の形態では、ノック回避のための要求効率がそのまま上限ガード値として用いられる。一方、要求効率計算部３０で計算される触媒暖機のための要求効率は、調停部３４のみに入力される。

このような構成によれば、点火遅角の緊急性に応じた最適な方法で点火時期制御を行うことができる。以下、本実施の形態の制御装置において、触媒暖機のみが要求された場合、ノック回避のみが要求された場合、触媒暖機とノック回避の両方が要求された場合のそれぞれにおける点火時期制御の概要について説明する。

まず、緊急遅角を要しない触媒暖機のみが要求されたときには、触媒暖機のための要求効率には１よりも小さい値（有効値）が設定され、ノック回避のための要求効率には１よりも大きい値（無効値）が設定される。この場合は触媒暖機のための要求効率が目標効率として選択される。また、この場合は上限ガード値として無効値が設定され、トルク効率計算部８で計算されたトルク効率がそのまま不感帯処理部１８に入力されるようになる。トルク効率の計算に用いられる推定トルクには空気量が反映されるので、目標点火時期は空気量の増大に追従して徐々に遅角されていく。これによれば、目標トルクを維持しながら触媒暖機に必要な点火遅角を実現することができる。

次に、緊急遅角を要するノック回避のみが要求されたときには、ノック回避のための要求効率には有効値が設定され、触媒暖機のための要求効率には無効値が設定される。この場合はノック回避のための要求効率が目標効率として選択される。また、ノック回避のための要求効率は上限ガード値としてガード処理部２６にも入力され、それにより上限制限されたトルク効率が不感帯処理部１８に入力されるようになる。これにより、目標点火時期は上限ガード値（ノック回避のための要求効率）に応じた点火時期まで直ちに遅角されることとなる。さらに、この場合、ノック回避のための要求効率を目標効率として空気量制御が行われることで、緊急の点火遅角によるトルクダウンを補償するように空気量を増量することができる。これによれば、空気応答の遅れによって一時的には実トルクが目標トルクを下回るものの、その後暫くすれば目標トルクが自動的に実現されるようになる。

触媒暖機とノック回避の両方が要求されたときには、ノック回避のための要求効率も触媒暖機のための要求効率もともに有効値が設定され、２つの要求効率のうち小さいほうの値が目標効率として選択される。ノック回避のための要求効率の方が小さい場合は、ノック回避のための要求効率が目標効率として選択される。この場合の点火時期制御はノック回避のみが要求されたときの点火時期制御に同じである。

一方、ノック回避のための要求効率よりも触媒暖機のための要求効率の方が小さい場合は、触媒暖機のための要求効率を目標効率として空気量制御が行われることで、やがて、トルク効率計算部８で計算されるトルク効率は触媒暖機のための要求効率に一致するようになる。その一方で、ノック回避のための要求効率が上限ガード値としてガード処理部２６に入力されることで、それにより上限制限されたトルク効率に基づいて点火遅角量の計算が行われる。これにより、目標点火時期は、一時的にはノック回避のための要求効率に応じた点火時期まで緊急遅角され、その後は空気量の増大に追従しながら、触媒暖機のための要求効率に応じた点火時期まで徐々に遅角されることになる。

本実施の形態の制御装置においても、図１１に示す構成の一部を図１０に示すように変形して実施することもできる。つまり、ガード処理部８と不感帯処理部１８との間に配置されたガード処理部２６は、不感帯処理部１８と点火時期計算部２０との間に移設することができる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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、次のように変形して実施してもよい。

各実施の形態において、点火遅角量の計算に使用する無次元パラメータ値（点火遅角パラメータ値）は、一定の規則に従ってトルク効率から変換されたものであればよい。その規則とは、トルク効率が所定値α以下ではトルク効率に対して点火遅角パラメータ値を一対一対応で設定し、トルク効率が所定値αを超えるときには点火遅角パラメータ値を一定値に固定するというものである。前記の一定値が点火遅角量をゼロとする値であれば、トルク効率が所定値αを超える状況では目標点火時期を確実にＭＢＴに設定することが可能になる。

各実施の形態において、空気量を制御するアクチュエータとしてスロットルの代わりに吸気バルブの最大リフト量を変更するバルブリフト量可変装置を用いてもよい。この場合、制御装置内の構成を変更する必要があるが、スロットル開度計算部１４の代わりに、目標空気量から吸気バルブの最大リフト量を計算する計算要素を配置すればよい。

本発明の実施の形態１として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１のブロック図において不感帯処理部と関係する部分を抜き出して詳細に示した図である。 不感帯処理前のトルク効率η_bに基づいて目標点火時期を計算した場合におけるトルク効率η_bと目標点火時期との関係を示すグラフである。 不感帯処理後のトルク効率η_fに基づいて目標点火時期を計算した場合におけるトルク効率η_bと目標点火時期との関係を示すグラフである。 負荷を一定としたときのＭＢＴと機関回転数との関係を示す図である。 機関回転数を一定としたときのＭＢＴと負荷との関係を示す図である。 トルク効率η_bと目標点火時期との関係を負荷が大きい場合と小さい場合とで比較して示す図である。 本発明の実施の形態２として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８に示す構成によって実現される動作の具体例を示すタイムチャートである。 図８に示す構成の特徴部分の変形例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ 目標トルク計算部
４ 目標効率計算部
６ 推定トルク計算部
８ トルク効率計算部
１０ 目標トルク補正部
１２ 目標空気量計算部
１４ スロットル開度計算部
１６ スロットルドライバ
１８ 不感帯処理部
２０ 点火時期計算部
２２ 点火装置ドライバ
２４ 上限ガード値計算部
２６ ガード処理部
３０ 触媒暖機のための要求効率計算部
３２ ノック回避のための要求効率計算部
３４ 調停部

Claims (4)

1. 内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   現在の空気量条件のもとで点火時期をＭＢＴに設定したときに得られる推定トルクを計算する推定トルク計算手段と、
   前記目標トルクと前記推定トルクとの比からトルク効率を算出するトルク効率算出手段と、
   点火遅角量を決める無次元パラメータ値を前記トルク効率に基づいて設定する点火遅角パラメータ設定手段と、
   前記無次元パラメータ値と機関運転条件とに基づいて目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
   前記目標点火時期に基づいて点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え、
   前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記トルク効率が所定値以下では前記トルク効率に対して前記無次元パラメータ値を一対一対応で設定し、前記トルク効率が所定値を超えるときには前記無次元パラメータ値を一定値に固定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記トルク効率が所定値を超えるときには点火遅角量をゼロとする値に前記無次元パラメータ値を固定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。
3. 所定の遅角条件に基づいて前記トルク効率の上限値を設定する上限値設定手段をさらに備え、
   前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記トルク効率と前記上限値の何れか小さい方の値に基づいて前記無次元パラメータ値を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 所定の遅角条件に基づいて前記無次元パラメータ値の進角側限界値を設定する限界値設定手段をさらに備え、
   前記点火遅角パラメータ設定手段は、前記進角側限界値によって前記無次元パラメータ値を制限することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。

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