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JP3627464B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジン（内燃機関）の制御装置としては、例えば特開平４−１０１０３７号公報に開示されるようなものがある。
このものは、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダル操作量検出手段と、検出されたアクセルペダル操作量に基づいて機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、設定された目標トルクに基づいてスロットル弁の操作量を設定する操作量設定手段と、機関空燃比を検出する空燃比検出手段と、検出された空燃比に基づいて前記スロットル弁操作量を補正する操作量補正手段と、補正されたスロットル弁操作量に基づいてスロットル弁を開閉駆動する弁駆動手段と、前記目標トルクに基づいて燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、設定された燃料供給量に基づいて燃料供給手段を駆動制御する駆動制御手段と、を含んで構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の制御装置にあっては、アクセル操作量に基づいてドライバ要求の目標トルクを演算し、この目標トルクに基づいてスロットル弁の基本操作量と燃料噴射量を設定し、吸気量差を理論空燃比と実際の空燃比との偏差｛空燃比フィードバック制御における所謂フィードバック補正係数αと基準値（理論空燃比相当値）との偏差｝によって検出し、該偏差に基づいてスロットル弁開度を補正して吸気量を操作し目標トルクを実現するような制御仕様となっていたため、実現可能なのはドライバ要求のトルクだけであり、回転安定化等のために外部負荷（エアコン、パワステ等の補機負荷等）の作動状態から要求されるエンジントルクの補正や、車両の運転性や安全性から要求されるトルク操作などについては、考慮されていなかった。
【０００４】
このため、従来においては、これらを考慮するためには、例えば別の補助空気系を持たせる必要があり、コスト高になったりシステムが複雑化すると言った惧れがあった。
また、別の補助空気系を持たせることなく、回転安定化等のために外部負荷の状態に応じたエンジントルクの補正や、車両の運転性や安全性から要求されるトルク操作などを、電制スロットル弁操作で行なわせようとすると、ドライバ要求の目標トルクとは関係なく操作することになるため、トルクのつながりを良好なものとできず、以って運転性を悪化させる等の惧れがあった。更に、外部負荷の状態に応じたエンジントルクの補正や、車両の運転性や安全性から要求されるトルク操作などを、電制スロットル弁操作で行なった場合、吸気応答遅れによって、トルク段差を発生させてしまう惧れもある。
【０００５】
本発明は、このような実情に着目してなされたもので、補機の作動状態から要求されるエンジントルク分や、運転性や安全性から要求されるエンジントルク分を考慮しつつ、ドライバの要求するエンジントルクを良好に達成できるようにして、以ってドライバの意図、回転安定性、運転性や安全性などを高いレベルで満足できるようにしたエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明にかかるエンジンの制御装置は、図１に示すように、
ドライバのアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
検出されたアクセル操作量と、検出された回転速度と、に基づいて、ドライバが要求するエンジントルクをドライバ要求トルクとして演算するドライバ要求トルク演算手段と、
外部から要求されるエンジントルク補正分を外部要求トルクとして演算する外部要求トルク演算手段と、
低応答制御対象をトルク操作する低応答要求トルク実現手段と、
前記ドライバ要求トルク及び前記外部要求トルクに基づいて、前記低応答要求トルク実現手段により発生させるべき低応答要求トルクを演算する低応答要求トルク演算手段と、
前記ドライバ要求トルク及び前記外部要求トルクのうちの少なくとも１つに基づいて、前記ドライバ要求トルク及び前記外部要求トルクの合計トルクに対する、前記低応答要求トルク実現手段による実際のエンジントルクの過不足分を高応答要求トルクとして演算する高応答要求トルク演算手段と、
前記低応答制御対象とは異なる制御対象である高応答制御対象をトルク操作して、前記演算された高応答要求トルクを実現する高応答要求トルク実現手段と、
を含んで構成した。
【０００７】
かかる構成とすれば、ドライバの要求するドライバ要求トルクと、外部｛補機（エアコン、パワステ等）の作動状態や、運転性や安全性の面｝から要求される外部要求トルクと、に基づいて（例えば、各要求トルクを合成して）、達成すべきエンジントルクを求めるが、この際、低応答要求トルク実現手段（例えば、吸気量制御等）で実現すべき低応答要求トルクと、高応答要求トルク実現手段（例えば、燃料噴射量制御、点火時期制御等）で実現すべき高応答要求トルクと、をそれぞれ求め、これらを各要求トルク実現手段で実現し、低応答要求トルク実現手段による実際のエンジントルクの過不足分を補うようにしたので、低応答で対応すべきものは低応答で操作（実現）し、高応答で対応すべきものは高応答で操作（実現）しながら、トルク段差を生じさせることなく達成すべきエンジントルクを実現することが可能となる。このため、ドライバの要求、外部｛補機の作動状態（例えば、回転安定性等）や、運転性や安全性の面｝からの要求を、不合理なく高レベルで満足させることが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、前記外部要求トルク演算手段を、エンジンの回転安定性のために補機の作動状態に応じて要求される回転安定性要求トルクを、外部要求トルクとして演算する手段を含んで構成した。
請求項３に記載の発明では、前記外部要求トルク演算手段を、運転性や安全性から要求される運転性要求トルクを、外部要求トルクとして演算する手段を含んで構成した。
【０００９】
請求項２、請求項３に記載の発明にかかる構成とすれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができ、特に、ドライバの要求、補機の作動状態（例えば、回転安定性等）からの要求や運転性や安全性の面からの要求を、不合理なく高レベルで満足させることが可能となる。
請求項４に記載の発明では、
前記低応答要求トルク演算手段が、
前記外部要求トルク演算手段により演算される補機の作動状態の切り替え前後における定常的な回転安定性要求トルクを、低応答要求トルクとして演算すると共に、
前記高応答要求トルク演算手段が、
前記低応答要求トルク実現手段により、前記定常的な回転安定性要求トルクが実現されるまでの応答遅れを補うためのエンジントルク補正分を、高応答要求トルクとして演算するようにした。
【００１０】
かかる構成とすれば、例えば、ドライバ要求トルクを達成しながら、補機の作動状態の切り替え前後の定常的な回転安定性を低応答要求トルク実現手段により確保できると共に、低応答要求トルク実現手段の応答遅れ分を、高応答要求トルク実現手段で補わせることができるので、補機の作動状態の切り替えに伴う過渡的な回転速度変動をも同時に抑制することが可能となる。従って、ドライバの要求を満足させつつ、補機の作動状態（例えば、回転安定性等）からの要求を満足させることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、
前記高応答要求トルク演算手段が、
前記外部要求トルク演算手段により演算される、燃料供給カットからの燃料供給リカバリー時や変速時等におけるトルク段差によるショックを低減するために一時的にエンジントルクを増減させるための運転性要求トルクを、高応答要求トルクとして演算するようにした。
【００１２】
かかる構成とすれば、燃料供給カットからの燃料供給リカバリー時や変速時等におけるトルク段差を抑制するためのエンジントルク補正分を、高応答要求トルク実現手段で操作するようにしたので、迅速かつ高精度に、運転性や安全性の面からの外部要求を満足させることができる。
請求項６に記載の発明では、
前記低応答要求トルク演算手段が、
前記外部要求トルク演算手段により演算される、トラクションコントロール等から要求される定常的な運転性要求トルクを、低応答要求トルクとして演算し、
前記高応答要求トルク演算手段が、
前記低応答要求トルク実現手段により、前記トラクションコントロール等から要求される定常的な運転性要求トルクが実現されるまでの応答遅れを補うためのエンジントルク補正分を、高応答要求トルクとして演算するようにした。
【００１３】
かかる構成とすれば、低応答要求トルク実現手段によりトラクションコントロール等の定常的な外部要求を満足させることができると共に、低応答要求トルク実現手段の応答遅れ分を、高応答トルク実現手段により補わせるようにしたので、トラクションコントロール等の開始・停止に伴う過渡的なトルク段差等をも抑制することが可能となる。従って、ドライバの要求を最大限満足させつつ、運転性からの要求をも高精度に満足させることができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、
前記低応答要求トルク演算手段が、
前記外部要求トルクから演算される低応答要求トルクのうち運転性要求トルクに係わる部分を、優先度に基づいて演算するように構成した。
かかる構成によれば、低応答要求トルクを演算する際に、運転性要求トルクに係わる部分については、優先度（優先順位）に従って、演算させることができるので、例えば、安全性を確保すること等を最優先させること等が可能となる。従って、ドライバの要求を最大限満足させつつ、例えば、安全性からの要求を確実に満足させること等が可能となる。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、
前記高応答要求トルク演算手段が、
前記外部要求トルクのうち前記回転安定性要求トルクに基づき演算される高応答要求トルクと、前記外部要求トルクのうち前記運転性要求トルクに基づき演算される高応答要求トルクと、を合成して、最終的な高応答要求トルクを演算するようにした。
【００１６】
かかる構成とすれば、簡単な構成により、高精度に、高応答要求トルクを演算することができることとなる。
請求項１０に記載の発明では、前記低応答制御対象を、エンジンの吸気量として構成した。
かかる構成とすれば、比較的簡単な構成で、排気性能、燃費性能、運転性能等を高く維持したまま、低応答要求トルク実現手段を成立させることができる。即ち、低応答制御対象を、ＥＧＲ量や、吸排気弁の開閉時期、吸排気弁の弁リフト量、スワール比等をとして、低応答要求トルク実現手段を成立させることもできるが、このような場合は、構成が複雑化すると共に、制御幅が比較的狭く排気性能、燃費性能、運転性能等を低下させる惧れがあるが、吸気量を低応答制御対象とすれば、このような惧れを抑制しつつ、簡単な構成で、低応答要求トルク実現手段を成立させることができる。
【００１７】
請求項１１に記載の発明では、
前記低応答要求トルク実現手段を、
前記低応答要求トルクに応じて必要な基本吸気量を演算する手段と、
記基本吸気量に対して、目標当量比に応じた空気量補正と、燃焼状態に応じた燃焼効率の補正とを施し、実際に必要な要求吸気量を演算する手段と、
前記要求吸気量に基づいて、吸気量を制御する吸気制御弁の開口面積を演算する手段と、
前記吸気制御弁の開口面積に基づいて、吸気制御弁の開度を制御する吸気制御弁制御手段と、
を含んで構成した。
【００１８】
かかる構成とすれば、吸気制御弁（スロットル弁）を備えたエンジン全てに適用でき、別個独立に低応答要求トルク実現手段を設ける必要がなくなるので、構成の大幅な簡略化を図ることができる。
請求項１１に記載の発明では、前記高応答制御対象に、燃料噴射量、点火時期の少なくとも１つを含むようにした。
【００１９】
かかる構成とすれば、一般的なエンジン全てに適用でき、簡単な構成で、高応答要求トルク実現手段を成立させることができる。
請求項１２に記載の発明では、
前記高応答制御対象が複数ある場合に、
前記高応答要求トルク演算手段が、エンジンの運転状態に基づき演算される分担率に従って、各高応答制御対象がそれぞれ分担すべき高応答要求トルクを演算するように構成されると共に、
前記高応答要求トルク実現手段が、該演算された各高応答制御対象がそれぞれ分担すべき高応答要求トルクを、各高応答制御対象を操作して実現するように構成した。
【００２０】
つまり、エンジンの運転状態によって、各高応答制御対象（例えば燃料噴射量、点火時期）操作に対するエンジン発生トルクの感度が異なるため、要求される高応答トルク操作を良好に実現するためには、各高応答制御対象毎に、高応答要求トルクを分担させる比率を変更することが好ましい。言い換えると、例えば点火時期を大きく操作したわりにはトルク変化代が小さく、要求されるトルク分点火時期を操作してしまうと排気性能や燃費等が大きく低下するような運転状態であるが、例えば、燃料噴射量によるトルク操作を行なった場合には、排気性能や燃費等を大きく低下させることなく要求されるトルク変化代が得られるような運転状態もあり（勿論、この逆もある）、運転状態に応じて、トルク操作の分担を変更させることが好ましいのである。
【００２１】
従って、請求項１２に記載の発明のように構成すれば、要求される高応答トルク操作を良好に実現させることが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ドライバの要求するドライバ要求トルクと、外部から要求される外部要求トルクと、に基づいて、達成すべきエンジントルクを求めるが、この際、低応答要求トルク実現手段で実現すべき低応答要求トルクと、高応答要求トルク実現手段で実現すべき高応答要求トルクと、をそれぞれ求め、これらを各要求トルク実現手段で実現し、低応答要求トルク実現手段による実際のエンジントルクの過不足分を補うようにしたので、低応答で対応すべきものは低応答で操作し、高応答で対応すべきものは高応答で操作しながら、トルク段差を生じさせることなく達成すべきエンジントルクを実現することができる。このため、ドライバの要求、外部｛補機の作動状態（例えば、回転安定性等）や、運転性や安全性の面｝からの要求を、不合理なく高レベルで満足させることができる。
【００２３】
請求項２、請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができ、特に、ドライバの要求、補機の作動状態からの要求、運転性や安全性の面からの要求を、不合理なく高レベルで満足させることができる。
請求項４に記載の発明によれば、例えば、ドライバ要求トルクを達成しながら、補機の作動状態の切り替え前後の定常的な回転安定性を確保できると共に、補機の作動状態の切り替えに伴う過渡的な回転変動をも抑制することが可能となる。従って、ドライバの要求を満足させつつ、補機の作動状態（例えば、回転安定性等）からの要求を満足させることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、燃料供給カットからの燃料供給リカバリー時や変速時等におけるトルク段差を抑制することができ、高精度に、運転性や安全性の面からの外部要求を満足させることができる。
請求項６に記載の発明によれば、トラクションコントロール等の定常的な外部要求を満足させることができると共に、トラクションコントロール等の開始・停止に伴う過渡的なトルク段差等をも抑制することができる。従って、ドライバの要求を最大限満足させつつ、運転性からの要求をも満足させることができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、低応答要求トルクを演算する際に、運転性要求トルクに係わる部分については、優先順位に従って、演算させることができるので、例えば、安全性を確保すること等を最優先させること等が可能となる。従って、ドライバの要求を最大限満足させつつ、例えば、安全性からの要求を確実に満足させること等が可能となる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、簡単な構成により、高精度に、高応答要求トルクを演算することができることとなる。
請求項９に記載の発明によれば、比較的簡単な構成で、良好に低応答要求トルク実現手段を成立させることができる。
請求項１０に記載の発明によれば、吸気制御弁（スロットル弁）を備えたエンジン全てに適用でき、別個独立に低応答要求トルク実現手段を設ける必要がなくなるので、構成の大幅な簡略化を図ることができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明によれば、一般的なエンジン全てに適用でき、簡単な構成で、高応答要求トルク実現手段を成立させることができる。
請求項１２に記載の発明によれば、エンジンの運転状態に応じて、要求される高応答トルク操作を良好に実現させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一実施形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態にかかるシステム構成を示す図である。
本発明にかかるアクセル操作量検出手段として機能するアクセル開度センサ１は、ドライバによって操作されるアクセルペダル２の開度（操作量）を検出するようになっている。エンジン４の運転条件を検出する運転条件検出手段の１つであるエアーフローメータ３が、吸気通路１０に設けられており、エンジン４ヘの吸入空気量（吸気量）（以下、空気量と言う場合もある）を検出するようになっている。
【００２９】
また、回転速度検出手段として機能するクランク角センサ５が設けられており、該クランク角センサ５は、図示しないクランク軸（或いはカム軸）の回転と同期して単位クランク毎に信号を発生し、単位時間当たりの発生信号数を計測することにより、或いは信号の発生周期を計測することにより、エンジン４の回転速度（回転数）Ｎｅを検出することができるようになっている。
【００３０】
他に運転条件検出手段として、エンジン４の冷却水ジャケット等に臨んで配設されエンジン４の水温を検出する水温センサ６が設けられている。
そして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含んで構成されるコントロールユニット７からの燃料噴射信号によって駆動され燃料をエンジン４の燃焼室内（気筒内）に直接噴射供給する燃料噴射弁８（本発明にかかる燃料供給量制御手段のハード面として機能するものである）が、エンジン４の各気筒に臨んで設けられている。また、燃焼室に臨んで装着されて、コントロールユニット７からの点火信号に基づいて点火を行う点火プラグ９が、エンジン４の各気筒に設けられている。
【００３１】
エンジン４の吸気通路１０には、吸気量を制御する吸気制御弁としてスロットル弁１１が介装されると共に、該スロットル弁１１の開度をＤＣモータ等のアクチュエータにより制御するスロットル弁制御装置１２が備えられている。なお、該スロットル弁制御装置１２は、本発明にかかる吸気量制御手段の一部として機能するものである。
【００３２】
また、前記スロットル弁１１の開度を検出するスロットルセンサも設けられている。
そして、エンジン４の排気系には、排気ガス中の酸素濃度を検出し吸入混合気の空燃比を検出する酸素センサ１３が設けられていると共に、その下流側には図示しない排気ガスを浄化するための触媒が介装されている。
【００３３】
前記各種センサからの検出信号は、コントロールユニット７へ入力され、該コントロールユニット７では、前記センサ類からの信号に基づいて運転条件を検出し、該検出された運転条件に応じて目標とする吸気量と燃料量と点火時期等を演算する。そして、コントロールユニット７では、この演算された吸気量が得られるように、前記スロットル弁制御装置１２を介してスロットル弁１１の開度を制御するようになっている。また、コントロールユニット７は、演算された燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射弁８を駆動制御すると共に、演算された点火時期に基づいて前記点火プラグ９を点火制御するようになっている。
【００３４】
なお、エンジン４の吸排気弁を開閉させるカム（図示せず）の回転位相差を操作して吸排気弁の開閉時期を可変制御する可変バルブ装置（図示せず）や、吸気ポート内に設けられ燃焼室内のスワールを制御すべく開閉されるスワールコントロールバルブ装置（図示せず）等を備えることができ、かかる場合には、前記コントロールユニット７により、エンジン４の運転条件に応じて前記各種装置の制御を行うようにすることができる。
【００３５】
ここで、本実施形態にかかるコントロールユニット７が行なう制御について説明する。
ところで、本実施形態にかかるコントロールユニット７が、以下に説明するように、本発明にかかるドライバ要求トルク演算手段、外部要求トルク演算手段、低応答要求トルク演算手段、高応答要求トルク演算手段、低応答要求トルク実現手段、高応答要求トルク実現手段としての機能を、ソフトウェア的に備えることになる。
【００３６】
まず、本実施形態において行なわれる目標トルク（最終的にドライバ要求トルクを達成するのに必要なエンジン発生トルク）の演算ルーチンを、図３のフローチャートに従って説明する。
ステップ（図では、ｓｔｅｐと記してある。以下、同様）１では、前記各センサによって検出されたアクセル操作量θａｐとエンジン回転数Ｎｅを読み込む。
【００３７】
ステップ２では、ステップ１において読み込まれたアクセル操作量θａｐとエンジン回転速度（回転数）Ｎｅに基づいてドライバ要求トルクを演算する。
なお、例えば、図４に示すように、エンジン回転速度（回転数）Ｎｅと、アクセル操作量θａｐと、に対する軸トルクを予め実験等により求めておき、これらのデータを基に作成したマップからの検索によって、『ドライバ要求トルク』を求めるように構成することもできる。
【００３８】
ステップ３では、回転安定性等のために補機の作動状態に応じて要求されるトルク（以下、回転安定性要求トルクとも言う）を演算する。この部分の演算ルーチンは後述する。
ステップ４では、運転性や安全性等の面から要求されるトルク（以下、運転性要求トルクとも言う）を演算する。この部分の演算ルーチンも後述する。
【００３９】
ステップ５では、前述の各要求トルクのうち空気量で操作する低応答要求トルクを演算する。『ドライバ要求トルク』と『回転安定性要求トルク』とは単純合計すれば良いが、『運転性要求トルク』については、要求の優先順位を付け（例えば、安全性を確保することを最優先とし、運転性を確保することを第２優先とする等）、その優先順位に従って、実現すべき低応答要求トルクを演算する。
【００４０】
なお、低応答トルク操作とは、例えば、要求トルクのゆっくりとした変化に対応するため、或いは要求トルクを定常的に実現するために、例えば空気量を操作してエンジン発生トルクを操作するものであり、吸気充填遅れ等の影響により応答性が低く過渡的な変化には良好に追従できないという特性のものを言う。
一方、ステップ６では、『外部負荷要求トルク』と『運転性要求トルク』を合成し、燃料噴射量や点火時期で補正する高応答要求トルクを演算する。
【００４１】
なお、高応答トルク操作とは、例えば、瞬時のトルク変化要求に対応するために、或いは前記低応答要求トルク操作の空気分の応答遅れを補うように、例えば燃料噴射量や点火時期を操作して応答性の良くトルク操作を行なうものを言う。
但し、前記高応答要求トルク操作の操作（制御）対象（例えば燃料噴射量や点火時期）を操作（制御）して、前記低応答要求トルクを実現することも可能である。例えば、僅かな要求トルクの変化等は、低応答トルク操作によらず、前記高応答要求トルク操作の操作対象（例えば燃料噴射量や点火時期）を操作したほうが制御精度面等において好ましい場合も考えられるからである。
【００４２】
次に、本発明にかかる回転数安定化等のための要求トルク（回転安定性要求トルク）の演算ルーチンを、図５のフローチャートに従って説明する。なお、回転安定性要求トルクは、本発明にかかる外部要求トルクに含まれるものである。
ステップ１１では、前記各センサによって検出されたエンジン運転条件からアイドル運転状態か否かを判断する。ＹＥＳであればステップ１２へ進み、ＮＯであればステップ１６ヘ進む。
【００４３】
ステップ１２では、アイドル時の目標回転数を演算する。
ステップ１３では、前記目標回転数を維持するのに必要な吸気量（目標回転数維持吸気量）を演算する。これは、例えば回転数と水温に対する目標吸気量をマップからの検索により求めても良い。
ステップ１４では、実際の回転数と前記目標回転数との偏差を演算する。
【００４４】
ステップ１５では、目標回転数となるように吸気量のフィードバック補正量（回転数フィードバック補正量）を演算する。これは、前記回転数偏差に応じて求めるようにしても良い。
つづくステップ１６では、補機負荷、例えばエアコン、パワーステアリング、各種電機負荷等の作動状態を検出する。
【００４５】
ステップ１７では、前記補機作動状態の検出結果に基づいて、現在の運転状態に応じた補機負荷の補正に必要なトルクを演算する。
ステップ１８では、前記目標回転数維持吸気量と前記回転数フィードバック補正量とを加えた吸気量と、前記補機負荷トルクと、に基づいて、回転数安定化のための要求トルクを演算する。この要求トルクは定常的な要求トルクであり、即ち低応答トルク操作により達成すべき低応答要求トルクである。なお、ステップ１２〜ステップ１５を通過しない場合（アイドル時でない場合）は、前記目標回転数維持吸気量と前記回転数フィードバック補正量とを加えた吸気量は、当該回転安定性要求トルクの演算には考慮されないものである。
【００４６】
ステップ１９では、瞬時のトルク変化要求に対応するための高応答要求トルクを演算する。補機負荷が、Ｏｎ／０ｆｆ切り替えされた場合には、応答良くトルクを補正しないと回転変動を招くため、前記低応答要求トルクの空気分の応答遅れを補うように、応答性の良い燃料噴射量や点火時期によりトルクの補正を行うためである。
【００４７】
次に、本発明にかかる運転性や安全性からの要求トルク（運転性要求トルク）の演算ルーチンを、図６のフローチヤートに従って説明する。なお、運転性要求トルクは、本発明にかかる外部要求トルクに含まれるものである。
ステップ２１では、トルク段差補正の要求を演算する。
例えば、減速時燃料カット状態から燃料供給をリカバリーする場合に、ステップ的に目標空燃比にしてしまうと急激にトルクが立ち上がる惧れがある。また、自動変速機で変速する場合に、変速前後でトルク段差が生じる惧れがある。これらは、何れもドライバや同乗者等に不快感を与えるため、このような運転条件になった場合には、運転性や安全性の観点から、トルク段差をなくすようにトルク変化率の制限や段差の上限値等を与えることが好ましい。
【００４８】
ステップ２２では、トルクの絶対値要求を演算する。
例えば、トラクションコントロールでは、駆動輪のスリップを検出しスリップ率をある制限値に抑えるようにトルクを操作するが、このような車両側からのトルク絶対値要求を演算する。
ステップ２３では、ステップ２１、２２で演算された運転性や安全性からの要求トルクのうち、トルク操作幅が大きいものを、空気量で操作する低応答要求トルクとして演算する。
【００４９】
ステップ２４では、目標トルクに対して、前記低応答要求トルクの空気応答遅れ分を補うように高応答要求トルクを演算する。
つづけて、本発明にかかる低応答要求トルクを実現するための制御ルーチンを、図７のフローチヤートに従って説明する。
ステップ３１では、低応答要求トルクを読み込む。
【００５０】
ステップ３２では、ステップ３１で読み込まれた低応答要求トルクに基づいて、これを理論混合比（理論空燃比、空気過剰率では１）の燃焼で発生させるために必要な１サイクル当たりの基本空気量（吸気量）ｔＴＰｓｔを演算する。なお、これは低応答要求トルクに基づいて、テーブル等の検索により基本空気量ｔＴＰｓｔを求めても良い。
【００５１】
ステップ３３では、運転条件別に設定すべき目標空燃比を演算する。一般に、回転数と負荷によって設定空燃比を変えるので、ここでは、回転数Ｎｅと目標トルクによって与えられるマップの検索等により目標空燃比を演算するようにしても良い。
ステップ３４では、運転条件別に設定すべき目標ＥＧＲ率を演算する。目標空燃比と同様に、−般に回転数と負荷によって設定ＥＧＲ率を変えるので、ここでは、回転数Ｎｅと目標トルクによって与えられるマップの検索等により目標ＥＧＲ率を演算するようにしても良い。
【００５２】
ステップ３５では、空燃比やＥＧＲ率によって燃費率が異なるので、空燃比やＥＧＲ率に応じた補正率を演算する。
一般に、空燃比がリーンの場合にはポンプ損失低減と熱損失低減により燃費率が向上し、燃焼安定限界まで燃費率は向上する。一方、ＥＧＲを行なうと同様にポンプ損失と熱損失を低減させるが、設定空燃比によっては燃焼を悪化させ燃費率が低下することもある。
【００５３】
そこで、例えば、図８に示すように、空燃比とＥＧＲ率に対する燃費率（燃焼効率）を予め実験等で求めておき、理論混合比時の燃費率（燃焼効率）を１としたときの比率に換算し、これらのデータを基に作成したマップからの検索等により補正率ηｆを求めても良い。
ステップ３６では、下式により、基本空気量ｔＴＰｓｔに対して設定空燃比や燃費率（燃焼効率）による補正を行い、実際に必要な目標空気量ｔＴＰを演算する。
【００５４】
ｔＴＰ＝＝ｔＴＰｓｔ・λ・ηｆ
ここで、λは設定空気過剰率である。
ステップ３７では、前記目標空気量ｔＴＰに応じたスロットル弁１１の開口面積Ａｔｈを演算する。これは、例えば図９に示すように、目標空気量ｔＴＰに対するスロットル弁１１の開口面積Ａｔｂの相関を予め実験等により求めておき、これらのデータから作成したマップの検索等により開口面積Ａｔｈを求めても良い。
【００５５】
ステップ３８では、前記スロツト弁１１の開口面積Ａｔｈに応じてスロットル弁１１の開度θｔｈを演算する。これは、部品毎にスロットルボディや弁の形状や寸法で決まる開口面積Ａｔｈと開度θｔｈとの相関をテーブル等に記憶しておき、該テーブルを検索することで求めても良い。
そして、ここで求めたスロットル弁１１の開度θｔｈをスロットル弁制御装置１２へ出力する。
【００５６】
次に、本発明による高応答要求トルクを実現するための制御ルーチンを、図１０のフローチヤートに従って説明する。
ステップ４１では、高応答要求トルクを読み込む。
ステップ４２では、読み込んだ高応答要求トルクを、エンジンの運転条件に基づいて、燃料噴射量で操作する分と、点火時期で操作する分と、に振り分ける（分離する）。これは、運転条件によって、燃料噴射量や点火時期に対するエンジン発生トルクの感度が異なるため、要求されるトルク操作を良好に実現するための操作変数を、燃料噴射量操作と、点火時期操作と、で振り分ける（所定比率で分担し合う）ことが好ましいからである。
【００５７】
ステップ４３では、前記高応答要求トルクのうちの燃料噴射量操作分に基づいて、ベースとなる噴射量に対する補正量を演算する。
ここで、ベースとなる噴射量（燃料供給量）とは、目標空気量ｔＴＰで目標空燃比を達成できるように従来同様の方法により設定されるものである。つまり、例えば、目標燃料供給量＝ｔＴＰ／λ・α・ＫＬ ・ＣＯＥＦから算出することができる。ここで、αは酸素センサ１３の検出値に基づき目標空燃比（理論空燃比）が得られるように燃料供給量を補正するための所謂空燃比フィードバック補正係数、ＫＬ は前記αの基本値からの偏差を記憶更新した値、ＣＯＥＦは各種補正係数である。なお、目標空燃比が理論空燃比でない場合は、例えばαは所定値（例えば、１．０）に設定される。
【００５８】
ステップ４４では、前記高応答要求トルクのうちの点火時期操作分に基づいて、ベースとなる点火時期に対する補正量を演算する。なお、ベースとなる点火時期は、従来同様に、回転速度と負荷、目標空燃比等に基づいて設定されるものである。
そして、コントロールユニット７では、ステップ４３で演算されたベース噴射量に対する補正量や、ステップ４４で演算されたベース点火時期に対する補正量を加味して、燃料噴射弁８を駆動制御すると共に、点火プラグ９を駆動制御することとなる。
【００５９】
図１１のタイミングチャートは、本実施形態により行なわれるトルク操作の様子の一例を示したものである。
該図１１に示すように、ドライバが、ある瞬間にアクセルを踏み増し要求トルクを増加させた場合には、このドライバ要求に応じてスロットル開度を制御し（低応答トルク操作を行なって）目標トルクの実現を図るが、例えばエアコンのような補機負荷が入った場合には、何も補正制御を行わないと補機負荷分のトルクが低下するのでドライバはショックを感じる。
【００６０】
そこで、補機負荷トルクに見合った分だけトルクを上げる必要があるが、本実施形態では、該図１１に示すように、補機負荷トルクに見合った分を低応答要求トルクとし、これを空気量操作（低応答トルク操作、即ちスロットル操作）により達成することで定常的な目標トルクの維持達成を図る一方、
前記空気量操作（低応答トルク操作）の応答遅れに伴う部分（トルク不足分）については、これを高応答要求トルクとし、燃料噴射量や点火時期の操作（高応答トルク操作）によって補うようにしたので、補機負荷が入ったような場合でも、トルク段差を生じさせることなく、良好に目標トルクを実現できることとなる。
【００６１】
また、運転性要求として、図１１に示したように、例えば自動変速機の変速時におけるトルクショック低減のためのエンジン発生トルク低下要求があった場合にも、同様に、トルク低下要求分を低応答目標トルクとし、これを空気量操作により達成することで定常的な目標トルクの維持達成を図る一方、
前記空気量操作（低応答トルク操作）の応答遅れに伴う部分（トルク不足分）については、これを高応答要求トルクとし、燃料噴射量や点火時期の操作（高応答トルク操作）によって補うようにしたので、エンジン発生トルク低下要求があるような場合でも、トルク段差を生じさせることなく、良好に目標トルクを実現できるようにするのである。
【００６２】
即ち、上記制御により、補機負荷や外部要求トルクに応じてトルク操作を行うことができるため、トルク変動を生じさせることなく、ドライバの要求するトルクを実現可能となる。
このように、本実施形態によれば、ドライバの要求するエンジントルクと、回転数安定化のための要求トルクや運転性や安全性から要求されるトルクなどの外部要求トルクに基づいて目標トルクを求め（この目標トルクは全ての要求を満足するように演算される）、この目標トルクが得られるように吸気量を操作すると共に、燃料噴射量、点火時期の操作により、吸気量の操作の応答遅れ分を補うようにしたので、トルク変動を生じさせることなく、ドライバ要求、車両要求等のトルクを不合理なく実現可能となる。
【００６３】
この結果、ドライバの要求するトルク、回転数安定性から要求されるトルク、運転性から要求されるトルクを、空気量・燃料噴射量・点火時期の協調制御により精度良く実現でき、ドライバの意図、アイドル時安定性、運転性を全て満足できることとなる。
なお、本実施形態では、図２に示すようにスロットル弁をモータ等によって駆動する電子制御装置の例で説明したが、スロットル弁をアクセル操作に機械的に連動させる非電子制御装置の場合であっても適用可能である。この場合スロットル弁をバイパスして空気通路に接続される補助空気通路と補助空気通路に設置された補助空気弁とを備える。電子制御装置の場合と同様に演算された目標空気量を実現するための総開口面積と、実際の機械式スロットル弁開口面積との差を、前記補助空気弁を制御して与えることで電子制御式の場合と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成図である。
【図３】同上実施形態の目標トルクの演算ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図４】回転数とアクセル操作量から目標トルクを検索するマップの一例である。
【図５】同上実施形態における回転安定性要求トルク（外部要求トルク）の演算ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図６】同上実施形態における運転性要求トルク（外部要求トルク）の演算ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図７】同上実施形態における低応答要求トルク実現のための空気量操作の制御ルーチンを説明するためのフローチヤートである。
【図８】空燃比とＥＧＲ率から燃費率（燃焼効率）を検索するマップの一例である。
【図９】目標空気量（吸気量）からスロットル弁開口面積を求めるマップの一例である。
【図１０】同上実施形態における高応答要求トルク実現のための空気量操作の制御ルーチンを説明するためのフローチヤートである。
【図１１】本発明によるトルク操作の様子の一例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ アクセル開度センサ
２ アクセルペダル
３ エアーフローメータ
４ エンジン
５ クランク角センサ
６ 水温センサ
７ コントロールユニット
８ 燃料噴射弁
９ 点火プラグ
１０ 吸気通路
１１ スロットル弁
１２ スロットル弁制御装置
１３ 酸素センサ

Claims (12)

  1. ドライバのアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
    エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
    検出されたアクセル操作量と、検出された回転速度と、に基づいて、ドライバが要求するエンジントルクをドライバ要求トルクとして演算するドライバ要求トルク演算手段と、
    外部から要求されるエンジントルク補正分を外部要求トルクとして演算する外部要求トルク演算手段と、
    低応答制御対象をトルク操作する低応答要求トルク実現手段と、
    前記ドライバ要求トルク及び前記外部要求トルクに基づいて、前記低応答要求トルク実現手段により発生させるべき低応答要求トルクを演算する低応答要求トルク演算手段と、
    前記ドライバ要求トルク及び前記外部要求トルクのうちの少なくとも１つに基づいて、前記ドライバ要求トルク及び前記外部要求トルクの合計トルクに対する、前記低応答要求トルク実現手段による実際のエンジントルクの過不足分を高応答要求トルクとして演算する高応答要求トルク演算手段と、
    前記低応答制御対象とは異なる制御対象である高応答制御対象をトルク操作して、前記演算された高応答要求トルクを実現する高応答要求トルク実現手段と、
    を含んで構成したことを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 前記外部要求トルク演算手段が、エンジンの回転安定性のために補機の作動状態に応じて要求される回転安定性要求トルクを、外部要求トルクとして演算する手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
  3. 前記外部要求トルク演算手段が、運転性や安全性から要求される運転性要求トルクを、外部要求トルクとして演算する手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの制御装置。
  4. 前記低応答要求トルク演算手段が、
    前記外部要求トルク演算手段により演算される補機の作動状態の切り替え前後における定常的な回転安定性要求トルクを、低応答要求トルクとして演算すると共に、
    前記高応答要求トルク演算手段が、
    前記低応答要求トルク実現手段により、前記定常的な回転安定性要求トルクが実現されるまでの応答遅れを補うためのエンジントルク補正分を、高応答要求トルクとして演算するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの制御装置。
  5. 前記高応答要求トルク演算手段が、
    前記外部要求トルク演算手段により演算される、燃料供給カットからの燃料供給リカバリー時や変速時等におけるトルク段差によるショックを低減するために一時的にエンジントルクを増減させるための運転性要求トルクを、高応答要求トルクとして演算するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載のエンジンの制御装置。
  6. 前記低応答要求トルク演算手段が、
    前記外部要求トルク演算手段により演算される、トラクションコントロール等から要求される定常的な運転性要求トルクを、低応答要求トルクとして演算し、
    前記高応答要求トルク演算手段が、
    前記低応答要求トルク実現手段により、前記トラクションコントロール等から要求される定常的な運転性要求トルクが実現されるまでの応答遅れを補うためのエンジントルク補正分を、高応答要求トルクとして演算するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載のエンジンの制御装置。
  7. 前記低応答要求トルク演算手段が、
    前記外部要求トルクから演算される低応答要求トルクのうち運転性要求トルクに係わる部分を、優先度に基づいて演算することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１つに記載のエンジンの制御装置。
  8. 前記高応答要求トルク演算手段が、
    前記外部要求トルクのうち前記回転安定性要求トルクに基づき演算される高応答要求トルクと、前記外部要求トルクのうち前記運転性要求トルクに基づき演算される高応答要求トルクと、を合成して、最終的な高応答要求トルクを演算することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１つに記載のエンジンの制御装置。
  9. 前記低応答制御対象が、エンジンの吸気量であることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１つに記載のエンジンの制御装置。
  10. 前記低応答要求トルク実現手段が、
    前記低応答要求トルクに応じて必要な基本吸気量を演算する手段と、
    記基本吸気量に対して、目標当量比に応じた空気量補正と、燃焼状態に応じた燃焼効率の補正とを施し、実際に必要な要求吸気量を演算する手段と、
    前記要求吸気量に基づいて、吸気量を制御する吸気制御弁の開口面積を演算する手段と、
    前記吸気制御弁の開口面積に基づいて、吸気制御弁の開度を制御する吸気制御弁制御手段と、
    を含んで構成されたことを特徴とする請求項９に記載のエンジンの制御装置。
  11. 前記高応答制御対象が、燃料噴射量、点火時期の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１つに記載のエンジンの制御装置。
  12. 前記高応答制御対象が複数ある場合に、
    前記高応答要求トルク演算手段が、エンジンの運転状態に基づき演算される分担率に従って、各高応答制御対象がそれぞれ分担すべき高応答要求トルクを演算するように構成されると共に、
    前記高応答要求トルク実現手段が、該演算された各高応答制御対象がそれぞれ分担すべき高応答要求トルクを、各高応答制御対象を操作して実現するように構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか１つに記載のエンジンの制御装置。
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