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Title:
CONTROLLER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/025097
Kind Code:
A1
Abstract:
A controller for an internal combustion engine which can simplify a control operation while achieving highly functional control through proper arbitration of a plurality of requests. The controller includes an emission control section (52) to output each request based on individual purposes to an internal combustion engine; a fuel consumption control section (54); an idle stability control section (56), an efficiency arbitration section (58) to arbitrate requests from those sections; and an actuator instruction value calculation section (60) to determine the instruction values given to a plurality of actuators provided on the internal combustion engine in accordance with a result of arbitration performed by the efficiency arbitration section (58). The requests are those for the torque efficiency indicative of a ratio of a requested torque to a reference torque obtained when operating points of a plurality of actuators are optimized.

Inventors:
TANAKA HIROYUKI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/054889
Publication Date:
February 26, 2009
Filing Date:
March 17, 2008
Export Citation:
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Assignee:
TOYOTA MOTOR CO LTD (JP)
TANAKA HIROYUKI (JP)
International Classes:
F02D45/00; F02D43/00
Foreign References:
JP2005113877A2005-04-28
JP2006177247A2006-07-06
JP2006138300A2006-06-01
Attorney, Agent or Firm:
TAKAHASHI, Hideki et al. (Takahashi & Partners 5th Floor, Intec 88Bldg., 20, Araki-cho, Shinjuku-k, Tokyo 07, JP)
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Claims:
 内燃機関に対し、個々の目的に基づいてそれぞれ要求を出力する複数の要求出力手段と、
 前記複数の要求出力手段からの要求を調停する調停手段と、
 前記調停手段による調停の結果に基づいて、前記内燃機関に設けられた複数のアクチュエータに対する指示値を決定するアクチュエータ指示値決定手段と、
 を備え、
 前記要求は、前記複数のアクチュエータの動作点を最適にした場合に得られる基準トルクに対する要求トルクの割合を示すトルク効率に関する要求であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
 前記複数の要求出力手段には、燃費低減を目的として要求を出力する燃費制御手段と、エミッション低減を目的として要求を出力するエミッション制御手段と、アイドル安定性向上を目的として要求を出力するアイドル安定性制御手段との少なくとも一つが含まれ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。
 前記複数のアクチュエータには、点火時期を可変とする点火装置と、吸気弁および/または排気弁の開弁特性を可変とする可変動弁装置との少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。
 前記調停手段は、前記各要求出力手段から出力される要求の履歴を積分した値に基づいて、調停を行うことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
 前記複数の要求出力手段には、トルク効率の平均的な許容低下量に関する値を出力するものと、トルク効率の要求低下量に関する値を出力するものとが含まれ、
 前記調停手段は、
 前記許容低下量より前記要求低下量が小さい場合には、前記要求低下量をそのままトルク効率の調停結果に反映させる第1の調停手段と、
 前記許容低下量より前記要求低下量が大きい場合には、調停結果のトルク効率低下量の履歴を積分した値が、前記許容低下量の履歴を積分した値を上回らない範囲内において、前記要求低下量をトルク効率の調停結果に反映させる第2の調停手段と、
 を含むことを特徴とする請求項4記載の内燃機関の制御装置。
Description:
内燃機関の制御装置

 本発明は、内燃機関の制御装置に関する

 内燃機関の制御においては、エミッショ 性能、燃費性能、アイドル安定性等の種々 性能を満足することが求められる。このた 、従来、それらの性能を満足させるための 々の制御ロジックから、スロットル弁、点 装置、燃料噴射装置などの内燃機関の各ア チュエータに対する要求が別々に出されて る。このため、各アクチュエータに対する 示値を決定するには、各制御ロジックから される要求を各アクチュエータ毎に調停す 必要があり、制御が複雑化している。

 また、制御ロジックの変更時には、すべ のアクチュエータに対する依存関係を検証 なければならない。逆に、アクチュエータ 変更時には、そのアクチュエータに対して 求を出しているすべての制御ロジックを見 す必要がある。このため、内燃機関の制御 置の開発に多大な時間と手間がかかってい 。

 日本特表2000-512713号公報には、内燃機関 制御装置において、アクセル開度に基づく 転者からの要求トルクのほかに、駆動滑り 御や変速機制御、走行動特性制御などから トルク要求に基づいてスロットル開度や点 時期、燃料噴射量などの制御値を設定する 合に、吸入空気量と点火時期とをトルク値 基づいて設定するとともに、点火時期を点 角効率を考慮して設定する技術が開示され いる。

日本特表2000-512713号公報

 上述したように、上記従来の技術では、 火角効率なる概念が提案されている。これ 、最適点火時期に対する効率のことであり アクチュエータ量(点火時期)の表現を変更 たに過ぎない。つまり、点火装置以外のア チュエータを考慮することができない。

 本発明は、上記の点に鑑みてなされたも であり、制御の単純化が図れるとともに、 数の要求を適切に調停して高機能な制御を うことのできる内燃機関の制御装置を提供 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、
 内燃機関に対し、個々の目的に基づいてそ ぞれ要求を出力する複数の要求出力手段と
 前記複数の要求出力手段からの要求を調停 る調停手段と、
 前記調停手段による調停の結果に基づいて 前記内燃機関に設けられた複数のアクチュ ータに対する指示値を決定するアクチュエ タ指示値決定手段と、
 を備え、
 前記要求は、前記複数のアクチュエータの 作点を最適にした場合に得られる基準トル に対する要求トルクの割合を示すトルク効 に関する要求であることを特徴とする。

 また、第2の発明は、第1の発明において、
 前記複数の要求出力手段には、燃費低減を 的として要求を出力する燃費制御手段と、 ミッション低減を目的として要求を出力す エミッション制御手段と、アイドル安定性 上を目的として要求を出力するアイドル安 性制御手段との少なくとも一つが含まれる とを特徴とする。

 また、第3の発明は、第1または第2の発明に いて、
 前記複数のアクチュエータには、点火時期 可変とする点火装置と、吸気弁および/また は排気弁の開弁特性を可変とする可変動弁装 置との少なくとも一方が含まれることを特徴 とする。

 また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何 かにおいて、
 前記調停手段は、前記各要求出力手段から 力される要求の履歴を積分した値に基づい 、調停を行うことを特徴とする。

 また、第5の発明は、第4の発明において、
 前記複数の要求出力手段には、トルク効率 平均的な許容低下量に関する値を出力する のと、トルク効率の要求低下量に関する値 出力するものとが含まれ、
 前記調停手段は、
 前記許容低下量より前記要求低下量が小さ 場合には、前記要求低下量をそのままトル 効率の調停結果に反映させる第1の調停手段 と、
 前記許容低下量より前記要求低下量が大き 場合には、調停結果のトルク効率低下量の 歴を積分した値が、前記許容低下量の履歴 積分した値を上回らない範囲内において、 記要求低下量をトルク効率の調停結果に反 させる第2の調停手段と、
 を含むことを特徴とする。

 第1の発明によれば、複数の要求出力手段 から出力されたトルク効率に関する要求を調 停し、その調停結果に基づいて、内燃機関の 複数のアクチュエータに対する指示値を決定 することができる。このため、複数の要求出 力手段からの要求を各アクチュエータ毎に調 停する必要はなく、トルク効率に関する要求 の調停として一括して行うことができる。こ のため、制御を単純化することができ、開発 期間短縮、開発コスト低減が図れる。更に、 内燃機関の性能目標(燃費性能、エミッショ 性能等の目標)を変更する場合でも、調停手 による調停結果までの検証で済み、アクチ エータ指示値まで検証する必要はない。ま 、何れかのアクチュエータがスペックの異 るものに変更された場合でも、各要求出力 段の要求の内容を見直す必要はなく、アク ュエータ指示値決定手段等を見直すだけで 応可能である。また、トルク効率を制御す ことによって排気エネルギーを制御するこ ができるので、エミッション性能について 、排気エネルギーによって制御することが 能となる。このため、物理モデルをベース した制御の適用が容易となり、高機能な制 を行うことができる。

 第2の発明によれば、燃費性能、エミッシ ョン性能、アイドル安定性等の各種の性能に 対する要求を満足させることのできる高機能 な制御を行うことができる。

 第3の発明によれば、点火時期や、吸気弁 あるいは排気弁の開弁特性によって変化する トルク効率を基礎として、高機能な制御を行 うことができる。

 第4の発明によれば、各要求出力手段から 出力される要求の履歴を積分した値に基づい て調停を行うことにより、より適切な調停結 果を算出することができる。

 第5の発明によれば、トルク効率の平均的 な許容低下量に関する値を出力する要求出力 手段(例えば、燃費制御部等)と、トルク効率 要求低下量に関する値を出力する要求出力 段(例えば、エミッション制御部、アイドル 安定性制御部等)がある場合に、トルク効率 下量の時間平均値が許容低下量を満足する 囲内において、要求低下量を満足させるこ ができる。このため、例えばエミッション 能やアイドル安定性を改善しつつ、目標と る燃費性能を確実に実現することができ、 り高機能な制御を実行することができる。

本発明の実施の形態1のシステム構成を 説明するための図である。 ECUの一部の機能を示すブロック図であ 。 本発明の実施の形態2において各制御部 から出力されるトルク効率に関する要求を示 す図である。 図3に示す各要求を効率調停部が調停し た調停結果を示す図である。

符号の説明

10 内燃機関
12 ピストン
16 吸気通路
18 排気通路
26 触媒
32 吸気弁
34 吸気可変動弁装置
36 排気弁
38 排気可変動弁装置
50 ECU

実施の形態1.
[システム構成の説明]
 図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関シ テムの構成を説明するための図である。図1 示す構成は、内燃機関10を備えている。内 機関10の気筒数および気筒配置は特に限定さ れるものではない。内燃機関10の各気筒内に 、ピストン12が設けられている。各気筒に 、吸気通路16および排気通路18が連通してい 。

 吸気通路16には、スロットルバルブ20が設 けられている。スロットルバルブ20の近傍に 、スロットル開度TAを検出するスロットル ジションセンサ22が設けられている。また、 排気通路18には、排気ガスを浄化するための 媒26が配置されている。

 内燃機関10の各気筒には、吸気ポート内 燃料を噴射する燃料インジェクタ28と、燃焼 室内の混合気に点火するための点火プラグ30 が設けられている。なお、本発明は、図示 ようなポート噴射式機関に限らず、筒内直 噴射式機関や、ポート噴射と筒内直接噴射 を併用する機関にも適用可能である。

 内燃機関10は、吸気弁32の開弁特性を可変 とする吸気可変動弁装置34と、排気弁36の開 特性を可変とする排気可変動弁装置38とを更 に備えている。吸気可変動弁装置34および排 可変動弁装置38の具体的な機構は特に限定 れず、公知の各種の機構を用いることがで る。

 内燃機関10のクランク軸24の近傍には、ク ランク軸24の回転角度(クランク角)を検出す ためのクランク角センサ42が設けられている 。また、アクセルペダルの近傍には、アクセ ル開度を検出するアクセルポジションセンサ 44が設置されている。

 図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、上述したス ットルポジションセンサ22、クランク角セン サ42、アクセルポジションセンサ44等の各種 ンサや、上述したスロットルバルブ20、燃料 インジェクタ28、点火プラグ30、吸気可変動 装置34、排気可変動弁装置38等の機器がそれ れ電気的に接続されている。

[実施の形態1の特徴]
 図2は、ECU50の一部の機能を示すブロック図 ある。図2に示すように、ECU50は、エミッシ ン制御部52と、燃費制御部54と、アイドル安 定性制御部56とを有している。エミッション 御部52、燃費制御部54、アイドル安定性制御 部56は、それぞれ、内燃機関10の運転状態等 応じて、トルク効率に関する要求を出力す 。

 ここで、本明細書における「トルク効率 とは、内燃機関10に設けられた複数のアク ュエータ(点火プラグ30を含む点火装置、吸 可変動弁装置34、排気可変動弁装置38等)の動 作点を最適にした場合に得られる基準トルク (基準エンジントルク)に対する、要求トルク 割合として定義される値であり、1以下の値 である。

 周知のように、点火時期には、トルクを 大にするような最適な点火時期、つまりMBT( Minimum advance for the Best Torque)が存在する。 様に、吸気弁32の開弁特性や、排気弁36の開 弁特性についても、トルクを最大にするよう な最適な動作点が存在する。上記基準トルク とは、そのようにして、各アクチュエータの 動作点を最適にした場合のエンジントルクで ある。

 トルク効率が1に近いほど、燃費性能は良 好となる。このため、燃費制御部54は、例え 、トルク効率がなるべく高く維持されるよ に、トルク効率に関する要求を出力する。

 一方、トルク効率が1に近くなると、内燃 機関10の熱効率が高くなるので、排気エネル ーが小さくなる。エミッションを低減する 点からは、触媒26が低温のとき、触媒26を早 期に暖機したい場合がある。このような場合 には、排気エネルギーを増大させること、つ まりトルク効率をある程度低下させることが 好ましい。エミッション制御部52は、このよ な観点から、トルク効率に関する要求を出 する。

 内燃機関10のアイドル運転時、オルタネ ターやエアコンのコンプレッサーなどの補 類のオン・オフにより、補機駆動負荷が変 すると、エンジン回転数(アイドル回転数)が 変動し、振動や騒音が生じ易い。アイドル安 定性制御部56は、アイドル回転数を一定に保 べく、トルク効率に関する要求を出力する 補機がオンしたとき、アイドル回転数を一 に保つには、例えば点火時期を進角するな して、エンジントルクを瞬時に増大させる 要がある。しかしながら、トルク効率が1の 状態では、それ以上エンジントルクを増大さ せることができない。そこで、アイドル安定 性制御部56は、例えば補機がオンすることが 想される状況では予めトルク効率を低下さ ておく、などのトルク効率に関する要求を 力する。

 エミッション制御部52、燃費制御部54、ア イドル安定性制御部56からそれぞれ発せられ トルク効率に関する要求は、効率調停部58 集約される。効率調停部58は、それらの要求 を所定の規則に従って調停することにより、 トルク効率の目標値を算出する。

 アクチュエータ指示値算出部60は、効率 停部58により算出されたトルク効率目標値に 基づいて、各アクチュエータへの指示値(点 時期、吸気弁32の開弁特性、排気弁36の開弁 性等)を算出する。すなわち、アクチュエー タ指示値算出部60には、トルク効率と、それ 実現する各アクチュエータ指示値との関係 示すマップが予め記憶されており、そのマ プに従って各アクチュエータ指示値が算出 れる。

 アクチュエータ制御部62は、アクチュエ タ指示値算出部60により算出された各アクチ ュエータ指示値に従って、点火装置、吸気可 変動弁装置34、排気可変動弁装置38等を駆動 御する。

 以上説明したように、本実施形態のシス ムによれば、各制御部52,54,56から発せられ トルク効率に関する要求を調停してトルク 率の目標値を決定し、そのトルク効率目標 から各アクチュエータ指示値が算出される このため、各アクチュエータ毎に要求を調 する必要はなく、トルク効率要求の調停と て一括して行えばよい。このため、制御を 純化することができ、開発期間短縮、開発 スト低減が図れる。

 更に、内燃機関10の性能目標(燃費性能、 ミッション性能等の目標)を変更する場合で も、効率調停部58の調停結果(トルク効率目標 値)までの検証で済み、アクチュエータ指示 まで検証する必要はない。

 一方、何れかのアクチュエータがスペッ の異なるものに変更された場合には、各制 部52,54,56の要求の内容を見直す必要はなく アクチュエータ指示値算出部60あるいはアク チュエータ制御部62を見直すだけで対応可能 ある。

 また、トルク効率を制御することによっ 排気エネルギーを制御することができるの 、エミッション性能については、排気エネ ギーによって制御することが可能となる。 のため、物理モデルをベースとした制御の 用が容易となり、高機能な制御を行うこと できる。

 上述した実施の形態1においては、エミッ ション制御部52、燃費制御部54およびアイド 安定性制御部56が前記第1の発明における「 数の要求出力手段」に、効率調停部58が前記 第1の発明における「調停手段」に、アクチ エータ指示値算出部60が前記第1の発明にお る「アクチュエータ指示値決定手段」に、 れぞれ相当している。

実施の形態2.
 次に、図3および図4を参照して、本発明の 施の形態2について説明するが、上述した実 の形態1との相違点を中心に説明し、同様の 事項については、その説明を簡略化または省 略する。

 本実施形態は、前述した実施の形態1と同 様に、図1および図2に示すシステム構成を用 て実現することができる。

[実施の形態2の特徴]
 図3は、本実施形態において、エミッション 制御部52、燃費制御部54およびアイドル安定 制御部56からそれぞれ出力されるトルク効率 に関する要求を示す図である。図3中、「効 ダウン量」とは、トルク効率の最大値であ 1と比べたときのトルク効率の低下量を示す

 燃費制御部54は、図3中の点線で示すよう 、効率ダウン量の時間的な平均の許容値を 求として出力する。すなわち、燃費制御部5 4は、時間的に平均した効率ダウン量が、図3 の点線で示す高さ以下となることを要求す 。

 これに対し、エミッション制御部52およ アイドル安定性制御部56は、それぞれ、運転 状態等に応じて逐次必要な効率ダウン量を要 求として出力する。すなわち、エミッション 制御部52およびアイドル安定性制御部56は、 れぞれ、各時刻において、図3中の棒グラフ 高さまで、効率ダウン量を要求する。

 次に、図3に示すような要求がエミッショ ン制御部52、燃費制御部54およびアイドル安 性制御部56からそれぞれ出力された場合の、 効率調停部58での調停方法について説明する 図4は、図3に示す各要求を効率調停部58が調 停した調停結果を示す図である。

 以下の説明では、エミッション制御部52 ら出される効率ダウン量の要求値と、アイ ル安定性制御部56から出される効率ダウン量 の要求値とのうちの大きい方を「要求効率ダ ウン量」と称する。また、燃費制御部54から 力される、効率ダウン量の時間平均の許容 を「許容効率ダウン量」と称する。このと 、効率調停部58は、下記の調停規則1および2 に従って、調停結果を算出する。

(調停規則1)
 許容効率ダウン量より要求効率ダウン量が さい場合には、要求効率ダウン量をそのま 調停結果に反映させる。

(調停規則2)
 許容効率ダウン量より要求効率ダウン量が きい場合には、調停結果の効率ダウン量の 歴を積分(時間積分)した値が、許容効率ダ ン量の履歴を積分(時間積分)した値を上回ら ない範囲内において、要求効率ダウン量を調 停結果に反映させる。

 図3中の時刻t0~t1では、エミッション制御 52から出力される効率ダウン量の要求値が 要求効率ダウン量となる。この要求効率ダ ン量は、燃費制御部54から出力される許容効 率ダウン量より小さい。よって、図4に示す うに、時刻t0~t1では、調停規則1に従い、エ ッション制御部52から出力される効率ダウン 量の要求値がそのまま調停結果に反映される 。つまり、エミッション制御部52から出力さ る効率ダウン量の要求値を1から減算した値 がトルク効率の目標値とされる。

 また、図3中の時刻t1~t2では、アイドル安 性制御部56から出力される効率ダウン量の 求値が、要求効率ダウン量となる。この要 効率ダウン量は、燃費制御部54から出力され る許容効率ダウン量より小さい。よって、図 4に示すように、時刻t1~t2では、調停規則1に い、アイドル安定性制御部56から出力される 効率ダウン量の要求値がそのまま調停結果に 反映される。つまり、アイドル安定性制御部 56から出力される効率ダウン量の要求値を1か ら減算した値がトルク効率の目標値とされる 。

 このように、時刻t0~t2では、調停結果の 率ダウン量が、許容効率ダウン量より小さ 。つまり、時刻t0~t2では、調停結果は、燃費 制御部54から要求される燃費性能以上に良好 なっており、余裕がある。その余裕分は、 4中の面積Aで表すことができる。

 一方、図3中の時刻t2~t3においては、アイ ル安定性制御部56から出力される効率ダウ 量の要求値が、要求効率ダウン量となる。 かしながら、この要求効率ダウン量は、燃 制御部54から出力される許容効率ダウン量よ り大きい。よって、この場合には、次のよう に、調停規則2が適用される。

 時刻t0~t3において、調停結果の効率ダウ 量の履歴を積分した値が、許容効率ダウン の履歴を積分した値を上回らないためには 図4中の面積Aと面積Bとが等しいことが必要 ある。よって、時刻t2~t3においては、その面 積Aと面積Bとが等しくなるように、調停結果 定められる。このため、時刻t2~t3において 、許容効率ダウン量より大きく、要求効率 ウン量より小さい値が、調停結果とされる つまり、要求効率ダウン量の全部がそのま 満足されるのではなく、その一部が満足さ ることとなる。

 換言すれば、本実施形態の調停方法は、 求効率ダウン量が許容効率ダウン量を超え いる場合には、燃費制御部54からの要求に する、その時点までの余裕分(図4中の面積A) 範囲内でのみ、許容効率ダウン量を超えて ルク効率を低下させることを許可するもの ある。

 このような本実施形態の調停方法によれ 、効率ダウン量の時間平均値が燃費制御部5 4からの要求を満足する範囲内において、エ ッション制御部52やアイドル安定性制御部56 らの要求を満足させることができる。この め、エミッション性能やアイドル安定性を 善しつつ、目標とする燃費性能を確実に実 することができ、高機能な制御を実行する とができる。

 なお、上述した実施の形態2においては、 許容効率ダウン量が前記第5の発明における 許容低下量」に、要求効率ダウン量が前記 5の発明における「要求低下量」に、それぞ 相当している。また、ECU50が、上記調停規 1に従った処理を実行することにより前記第5 の発明における「第1の調停手段」が、上記 停規則2に従った処理を実行することにより 記第5の発明における「第2の調停手段」が それぞれ実現されている。