特許 7380367 エンジン制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】エンジン制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 9/02 20060101AFI20231108BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

F02D9/02 321Z

F02D41/04

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020052308

(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公開番号】P2021152341

(43)【公開日】2021-09-30

【審査請求日】2023-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】鰐部 昌博

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１８５６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４７７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０３４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６７０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ９／０２

Ｆ０２Ｄ ４１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載されたエンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度であるスロットル開度と同スロットル開度とは別のエンジン操作量とを、エンジントルクを同エンジントルクの制御目標値である目標トルクとすべく操作して前記エンジンのトルク制御を行うエンジン制御装置において、
現在のエンジン回転数における前記エンジンの負荷率の最大値である最大負荷率を演算する最大負荷率演算処理と、
前記車両の走行状況に応じて前記目標トルクを設定する処理であって、前記最大負荷率に基づき、前記負荷率が同最大負荷率以下の値となるように前記目標トルクの値を設定する目標トルク設定処理と、
前記目標トルクと前記エンジン回転数とに応じて前記負荷率の要求値である要求負荷率を演算する要求負荷率演算処理と、
前記エンジン回転数に基づき最大開度負荷率を演算する最大開度負荷率演算処理と、
前記要求負荷率と前記最大開度負荷率とに基づき、前記スロットル開度の制御目標値である目標開度を演算する処理であって、前記要求負荷率が前記最大開度負荷率以上の場合には前記スロットル開度の制御範囲の最大値である最大開度を前記目標開度の値として演算するとともに、前記要求負荷率が前記最大開度負荷率未満の場合には、前記要求負荷率が前記最大開度負荷率から減少していった場合に、前記要求負荷率が前記最大開度負荷率であるときの値である前記最大開度から前記要求負荷率の減少とともに小さくなっていく値として前記目標開度を演算する目標開度演算処理と、
前記スロットル開度が前記目標開度となるように前記スロットルバルブを駆動するスロットル操作処理と、
を行うエンジン制御装置。

【請求項2】

当該エンジン制御装置には、前記最大負荷率と前記エンジン回転数との関係についての情報を格納した最大負荷率演算マップと、前記最大負荷率に対する前記最大開度負荷率の差分である負荷率補正値と前記エンジン回転数との関係についての情報が格納された補正値演算マップと、が予め記憶されており、
前記最大負荷率演算処理は、前記最大負荷率演算マップを用いて前記最大負荷率を演算する処理であり、
前記最大開度負荷率演算処理は、前記最大負荷率演算マップを用いて演算された前記最大負荷率を、前記補正値演算マップを用いて演算された前記負荷率補正値で補正することで前記最大開度負荷率を演算する処理である
請求項１に記載のエンジン制御装置。

【請求項3】

前記スロットルバルブの通過前の吸気圧に対する同スロットルバルブの通過後の吸気圧の比をスロットル前後圧力比ＲＰとし、前記スロットル前後圧力比ＲＰが既定値ＲＰｗｏｔとなるときの前記スロットル開度を切替点開度ＴＡｗｏｔとし、前記スロットル前後圧力比ＲＰが前記既定値ＲＰｗｏｔとなるときの前記負荷率ＫＬを切替点負荷率ＫＬｗｏｔとし、前記負荷率を前記要求負荷率とするために必要な前記スロットル前後圧力比ＲＰを要求圧力比ＲＰ＊としたとき、
前記目標開度演算処理は、前記要求圧力比ＲＰ＊が前記既定値ＲＰｗｏｔ以下の値となる場合には前記スロットル前後圧力比ＲＰが前記要求圧力比ＲＰ＊となる前記スロットル開度を前記目標開度の値として演算するとともに、前記要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔを超える値となる場合には前記切替点開度ＴＡｗｏｔ、前記切替点負荷率ＫＬｗｏｔ、前記最大開度ＴＡｍａｘ、前記最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２、及び前記要求負荷率ＫＬ＊に対して下式の関係を満たす値「ＴＡ＊」を前記目標開度の値として演算する処理である
請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。

【数1】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルクデマンド方式のトルク制御を行うエンジン制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に見られるように、トルクデマンド方式のトルク制御を行うエンジン制御装置が知られている。トルクデマンド方式のエンジンのトルク制御では、アクセルペダル操作量やエンジン回転数、車両の走行状況に基づいて設定されたエンジントルクの目標値である目標トルクを実現すべく、スロットル開度の制御が行われる。具体的には、目標トルクの実現に必要なエンジンの負荷率を要求負荷率の値として演算するとともに、要求負荷率の値分の負荷率が得られる開度にスロットル開度を制御している。なお、スロットル開度を変更してから、変更後の開度に応じた値に負荷率が変化するまでの吸気の応答遅れ期間には、エンジンの実トルクと目標トルクとが乖離する。そこで、トルクデマンド方式のトルク制御では、エアフローメータ出力から求めた実負荷率と要求負荷率との偏差に応じて点火時期等によるトルク調整を行うことで、目標トルクに対する実トルクの乖離を抑えている。

【0003】

なお、スロットル開度をその制御範囲の最大値である最大開度としたときの負荷率である最大負荷率は、エンジン回転数により変化する値となる。よって、現在の運転状態において、スロットル開度の制御により調整可能なエンジントルクの範囲の最大値である最大トルクも、エンジン回転数により変化する値となる。最大トルクを超える値を目標トルクとして設定しても、その実現は不可能となる。そのため、トルクデマンド方式のトルク制御では、現在のエンジン回転数における最大負荷率を求めるとともに、その最大負荷率から求められた最大トルク以下の値となるように目標トルクの上限ガードを行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１８５６６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、スロットル開度の制御に際しては、次の値がスロットル開度の制御目標値である目標開度の値として設定される。すなわち、要求負荷率が最大負荷率以上の場合には最大開度が目標開度の値として設定される。また、要求負荷率が最大負荷率未満の場合には、要求負荷率が最大負荷率から減少していった場合に要求負荷率が最大負荷率であるときの値である最大開度から要求負荷率の減少とともに小さくなっていく値として目標開度が設定される。

【0006】

一方、スロットル開度の制御だけを見た場合には、目標開度の演算に用いる最大負荷率として、現在のエンジン回転数における負荷率の実際の最大値とは異なる値を設定した方が望ましい場合がある。例えば、最大負荷率の値として実際の値よりも小さい値を用いて目標開度を演算すると、目標開度として最大開度が設定される要求負荷率が実際の最大負荷率よりも小さい値となる。そうした場合には、アクセルペダルを踏み込んで車両を加速させる際に、スロットル開度がより早い時期から最大開度に達するため、加速時の車両のレスポンスが向上する。しかしながら、最大負荷率の値として実際とは異なる値を設定すると、エンジンのトルク制御を適切に実施できなくなる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するエンジン制御装置は、車両に搭載されたエンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度であるスロットル開度と同スロットル開度以外のエンジンの操作量とを、エンジントルクを同エンジントルクの制御目標値である目標トルクとすべく操作してエンジンのトルク制御を行う。そして、同エンジン制御装置は、現在のエンジン回転数におけるエンジンの負荷率の最大値である最大負荷率を演算する最大負荷率演算処理と、車両の走行状況に応じて目標トルクを設定する処理であって、上記最大負荷率に基づき、負荷率が最大負荷率以下の値となるように目標トルクの値を設定する目標トルク設定処理と、目標トルクとエンジン回転数とに応じて負荷率の要求値である要求負荷率を演算する要求負荷率演算処理と、エンジン回転数に基づき最大開度負荷率を演算する最大開度負荷率演算処理と、要求負荷率と最大開度負荷率とに基づき、スロットル開度の制御目標値である目標開度を演算する処理であって、要求負荷率が最大開度負荷率以上の場合にはスロットル開度の制御範囲の最大値である最大開度を目標開度の値として演算するとともに、要求負荷率が最大開度負荷率未満の場合には、要求負荷率が最大開度負荷率から減少していった場合に、要求負荷率が最大開度負荷率であるときの値である最大開度から要求負荷率の減少とともに小さくなっていく値として目標開度を演算する目標開度演算処理と、スロットル開度が目標開度となるようにスロットルバルブを駆動するスロットル操作処理と、を行っている。

【0008】

エンジン回転数が一定の場合の最大負荷率は、スロットル開度が最大開度のときに達成される。また、上記エンジン制御装置では、要求負荷率が最大開度負荷率以上の場合に最大開度が目標開度の値として演算される。よって、最大負荷率と最大開度負荷率とは本来、同じ値となる。

【0009】

一方、目標開度の演算に用いる最大開度負荷率の値を適宜に変更すれば、スロットルバルブの制御特性を調整することができる。このとき、上記エンジン制御装置では、トルク制御での目標トルクの設定に用いる最大負荷率と、スロットル開度制御での目標開度の演算に用いる最大開度負荷率とを、別途に演算される個別の値としている。そのため、トルク制御での目標トルクの設定に影響を与えることなく、最大開度負荷率の値を変更してスロットルバルブの制御特性を調整できるようになる。したがって、上記エンジン制御装置によれば、エンジンのトルク制御のためのスロットル開度制御の自由度の低下が抑えられる。

【0010】

上記エンジン制御装置における最大負荷率演算処理は、予め当該制御装置に記憶された、最大負荷率とエンジン回転数との関係についての情報が格納された最大負荷率演算マップを用いて最大負荷率を演算する処理とすることが可能である。同様に、最大開度負荷率も、当該制御装置に予め記憶された、最大開度負荷率とエンジン回転数との関係についての情報が格納された最大開度負荷率演算マップを用いて最大開度負荷率を演算する処理とすることが可能である。しかしながら、そうした場合には、下記のように、エンジン制御装置の設計に際しての演算マップの設定作業が煩雑となる虞がある。例えば、最大負荷率演算マップと最大開度負荷率演算マップとの双方において共通のマップ値を設定するエンジン回転数の範囲が存在することがある。そうした共通範囲における最大負荷率演算マップのマップ値を修正した場合には、最大開度負荷率演算マップについても同様のマップ値の修正を行う必要がある。一方、演算マップの設定に際しては、人手によるマップ値の修正を幾度も繰り返すことがあり、修正忘れや誤修正により両演算マップのマップ値が不整合となる虞がある。

【0011】

これに対しては、上記エンジン制御装置に、最大負荷率とエンジン回転数との関係についての情報を格納した最大負荷率演算マップと、最大負荷率に対する最大開度負荷率の差分である負荷率補正値とエンジン回転数との関係についての情報が格納された補正値演算マップと、を予め記憶しておく。そして、最大負荷率演算処理を、最大負荷率演算マップを用いて最大負荷率を演算する処理とするとともに、最大開度負荷率演算処理を、最大負荷率演算マップを用いて演算された最大負荷率を、補正値演算マップを用いて演算された負荷率補正値で補正することで最大開度負荷率を演算する処理とするとよい。こうした場合、補正値演算マップのマップ値として「０」が設定されている部分では、その部分の最大負荷率演算マップのマップ値が幾度修正されても、最大開度負荷率は最大負荷率と同じ値となる。よって、上記共通部分における最大負荷率演算マップのマップ値の修正に際して、補正値演算マップの修正は不要となる。このように、上記態様で最大開度負荷率を演算することとすれば、エンジン制御装置の設計時における演算マップの設定作業が容易となる。

【0012】

ところで、最大開度近傍の大開度領域では、スロットル開度の変化に対する負荷率の変化が僅かとなり、要求負荷率の微小な変動に対してスロットル開度の大幅な変更が繰り返される、いわゆるスロットルハンチングが発生することがある。こうした大開度領域でのスロットルハンチングの発生は、上記エンジン制御装置における目標開度演算処理を下記の態様で行うことで抑制できる。

【0013】

ここで、スロットルバルブの通過前の吸気圧に対する同スロットルバルブの通過後の吸気圧の比をスロットル前後圧力比ＲＰとし、スロットル前後圧力比ＲＰが既定値ＲＰｗｏｔとなるときのスロットル開度を切替点開度ＴＡｗｏｔとし、スロットル前後圧力比ＲＰが既定値ＲＰｗｏｔとなるときの負荷率ＫＬを切替点負荷率ＫＬｗｏｔとし、負荷率を要求負荷率とするために必要な前記スロットル前後圧力比ＲＰを要求圧力比ＲＰ＊とする。このとき、上記エンジン制御装置における目標開度演算処理を、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔ以下の値となる場合にはスロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度を目標開度の値として演算するとともに、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔを超える値となる場合には切替点開度ＴＡｗｏｔ、切替点負荷率ＫＬｗｏｔ、最大開度ＴＡｍａｘ、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２、及び要求負荷率ＫＬ＊に対して式（１）の関係を満たす値「ＴＡ＊」を目標開度の値として演算する処理とする。

【0014】

【数1】

上記目標開度演算処理では、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔ以下の場合には、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡ＊の値として演算される。要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔを超える場合にも、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡ＊の値として演算すると、目標開度ＴＡ＊が最大開度ＴＡｍａｘに近づくにつれて、負荷率ＫＬに対する目標開度ＴＡ＊の感度が高くなる。そのため、大開度領域では、要求負荷率ＫＬ＊の僅かな変化に対して目標開度ＴＡ＊の値が大きく変化することになり、スロットルハンチングが発生してしまう。

【0015】

これに対して上記目標開度演算処理では、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔを超える場合には、要求負荷率ＫＬ＊に対して線形関係となるように目標開度ＴＡ＊の値が演算される。こうした場合、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔを超える領域では、要求負荷率ＫＬ＊に対する目標開度ＴＡ＊の変化率は一定となるため、スロットルハンチングが発生し難くなる。

【0016】

しかも、大開度領域においても要求負荷率ＫＬ＊に連動して変化する値として目標開度ＴＡ＊が演算されるため、再循環排気や燃料蒸気、ブローバイガスなどの新気以外のガスが燃焼室に流入する状況でも、要求負荷率ＫＬ＊の変化に追従して負荷率ＫＬが変化するようにスロットル開度ＴＡを制御することが可能となる。このように上記態様で目標開度演算処理を行えば、大開度領域におけるスロットルバルブの制御性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】エンジン制御装置の一実施形態の構成を模式的に示す図。

【図2】同エンジン制御装置が実行するトルク制御ルーチンのフローチャート。

【図3】最大負荷率演算マップに格納された最大負荷率とエンジン回転数との関係を示すグラフ。

【図4】スロットル前後圧力比とスロットル通過流量との関係を示すグラフ。

【図5】スロットル前後圧力比とΦ値との関係を示すグラフ。

【図6】飽和流量とスロットル開度との関係を示すグラフ。

【図7】スロットル開度とスロットル前後圧力比との関係を示すグラフ。

【図8】上記エンジン制御装置が実行するスロットル開度制御ルーチンのフローチャート。

【図9】補正値演算マップに格納された負荷率補正値とエンジン回転数との関係を示すグラフ。

【図10】最大負荷率、最大開度負荷率とエンジン回転数との関係を示すグラフ。

【図11】大開度域での目標開度の演算態様を示す図。

【図12】大開度域での要求負荷率と目標開度との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１～図１２を参照して詳細に説明する。本実施形態のエンジン制御装置は、車両に搭載された自然吸気式のエンジンに適用されている。エンジンの出力は、変速機を介して、走行用の駆動力として車輪に伝達される。

【0019】

図１に示すように、本実施形態の適用対象となるエンジン１０には、燃焼室１１に流入する吸気が流れる吸気通路１２と、燃焼室１１から排出された排気が流れる排気通路１３と、が設けられている。また、エンジン１０には、開弁／閉弁に応じて吸気通路１２を燃焼室１１に連通／遮断する吸気弁１４と、開弁／閉弁に応じて排気通路１３を燃焼室１１に連通／遮断する排気弁１５と、が設けられている。

【0020】

吸気通路１２には、吸気中の塵等を濾過するエアクリーナ１６と、吸気通路１２を流れる吸気の流量である吸気流量ＧＡを検出するエアフローメータ１７と、が設けられている。また、吸気通路１２におけるエアフローメータ１７よりも下流側の部分には、スロットルバルブ１８が設置されている。スロットルバルブ１８は、回転可能に軸支された状態で吸気通路１２内に設置されている。そして、スロットルバルブ１８は、スロットルモータ１９により回転駆動されるようになっている。さらに、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分には、吸気中に燃料を噴射するインジェクタ２０が設置されている。そして、燃焼室１１には、吸気通路１２を通じて流入した吸気とインジェクタ２０が噴射した燃料との混合気に着火する点火装置２１が設置されている。

【0021】

こうしたエンジン１０においてスロットルバルブ１８は、吸気通路１２内での回転位置に応じて開口面積を変化させることで、同スロットルバルブ１８を通過する吸気の流量であるスロットル通過流量を調整する弁となっている。以下の説明におけるスロットル開度ＴＡは、開口面積が「０」となる回転位置である全閉位置からのスロットルバルブ１８の回転角を表している。

【0022】

以上のように構成されたエンジン１０は、エンジン制御装置としてのエンジン制御システム２２により制御されている。エンジン制御システム２２は、エンジン制御に係る各種の演算処理を実行する演算処理回路と、プログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットとして構成されている。エンジン制御システム２２には、上述のエアフローメータ１７による吸気流量ＧＡの検出信号に加え、運転者のアクセルペダルの踏み込み量であるアクセルペダル操作量ＡＣＣ、大気圧ＰＡ、スロットル開度ＴＡなどの検出信号が入力されている。また、エンジン制御システム２２には、クランクシャフト２３の回転に応じて出力されるパルス状のクランク信号ＣＲＮＫが入力されている。エンジン制御システム２２は、そのクランク信号ＣＲＮＫからエンジン回転数ＮＥを求めている。

【0023】

なお、車両には、エンジン制御システム２２の他にも、各種の制御システムが設置されている。例えば、変速機の変速制御を行う変速制御システム、車両のオートクルーズ制御を行うオートクルーズ制御システム、車輪の空転を防止するためのトランクション制御を行うトランクション制御システム、旋回時の車両の姿勢を安定させるための走行安定制御を行う走行安定制御システムなどの制御システムなどである。以下の説明では、車両に設置されたエンジン制御システム２２以外の制御システムを他の制御システム３０と記載する。他の制御システム３０は、各々の制御におけるエンジントルクの要求値を設定してエンジン制御システム２２に出力する。以下の説明では、他の制御システム３０のそれぞれが設定したエンジントルクの要求値を、他の要求トルクＴＥｒ１，ＴＥｒ２，…と記載する。

【0024】

なお、エンジン制御システム２２は、ドライバ要求トルク演算処理Ｆ１、最大負荷率演算処理Ｆ２、及び目標トルク設定処理Ｆ３、スロットル開度制御処理Ｆ４、及び点火時期制御処理Ｆ５を通じてエンジン１０のトルク制御を行っている。ドライバ要求トルク演算処理Ｆ１は、アクセルペダル操作量ＡＣＣとエンジン回転数ＮＥとに基づき、運転者のエンジントルクの要求値であるドライバ要求トルクＴＥｄを演算する処理である。最大負荷率演算処理Ｆ２は現在のエンジン回転数ＮＥにおけるエンジン１０の負荷率ＫＬの最大値である最大負荷率ＫＬｍａｘ１を演算する処理であり、目標トルク設定処理Ｆ３はエンジントルクの制御目標値である目標トルクＴＥ＊を設定する処理である。また、スロットル開度制御処理Ｆ４は目標トルクＴＥ＊に応じてスロットルバルブ１８のスロットル開度ＴＡを制御する処理であり、点火時期制御処理Ｆ５は目標トルクＴＥ＊に応じて点火装置２１の点火時期ＳＡを制御する処理である。

【0025】

さらにエンジン制御システム２２は、要求負荷率演算処理Ｆ６、最大開度負荷率演算処理Ｆ７、目標開度演算処理Ｆ８、及びスロットル操作処理Ｆ９の各処理を通じて、スロットル開度制御処理Ｆ４を行っている。要求負荷率演算処理Ｆ６は目標トルクＴＥ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づき負荷率ＫＬの要求値である要求負荷率ＫＬ＊を演算する処理であり、最大開度負荷率演算処理Ｆ７はエンジン回転数ＮＥに基づき最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を演算する処理である。目標開度演算処理Ｆ８は、要求負荷率ＫＬ＊と最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２とに基づき、スロットル開度ＴＡの制御目標値である目標開度ＴＡ＊を演算する処理である。そして、スロットル操作処理Ｆ９はスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊とすべくスロットルバルブ１８を駆動する処理である。

【0026】

次に、そうしたエンジン１０のトルク制御の詳細を説明する。図２には、トルク制御のためにエンジン制御システム２２が実行するトルク制御ルーチンのフローチャートが示されている。エンジン制御システム２２のエンジン１０の運転中、既定の制御周期毎に本ルーチンの処理を繰り返し実行する。

【0027】

本ルーチンの処理が開始されるとまずステップＳ１００において、アクセルペダル操作量ＡＣＣとエンジン回転数ＮＥとに基づき、ドライバ要求トルクＴＥｄが演算される。ドライバ要求トルクＴＥｄは、車両の駆動力に対するドライバの要求に応えるために必要なエンジントルクを示している。

【0028】

次のステップＳ１１０では、他の制御システム３０が設定した他の要求トルクＴＥｒ１，ＴＥｒ２，…が読み込まれる。そして、ステップＳ１２０では、ドライバ要求トルクＴＥｄ、及び他の要求トルクＴＥｒ１，ＴＥｒ２，…の中から、現在の車両の走行状況において最も優先すべき要求トルクが、最終要求トルクＴＥｒの値として設定される。

【0029】

続くステップＳ１３０では、現在のエンジン回転数ＮＥにおけるエンジン１０の負荷率ＫＬの最大値である最大負荷率ＫＬｍａｘ１の値が演算される。負荷率ＫＬは、燃焼室１１に流入する吸気の質量であるシリンダ流入吸気量を、シリンダの行程容積を占める標準大気状態の、すなわち標準大気圧：１０１３ｈＰａ、標準気温：２０℃、標準相対湿度：６０％の吸気の質量に対する比率で表したものである。すなわち、負荷率ＫＬは、燃焼室１１の吸気の充填効率ηｃを表している。そして、最大負荷率ＫＬｍａｘ１は、現在のエンジン回転数ＮＥにおいて、スロットル開度ＴＡをその制御範囲の最大値である最大開度ＴＡｍａｘとしたときの負荷率ＫＬの値を示している。こうした最大負荷率ＫＬｍａｘ１の演算は、エンジン制御システム２２のメモリに予め記憶された最大負荷率演算マップＭＡＰ１を用いて行われる。最大負荷率演算マップＭＡＰ１には、予め試験等で求められたエンジン回転数ＮＥと最大負荷率ＫＬｍａｘ１との関係についての情報が格納されている。図３には、本実施形態のエンジン制御装置で使用される最大負荷率演算マップＭＡＰ１におけるエンジン回転数ＮＥと最大負荷率ＫＬｍａｘ１との関係が示されている。

【0030】

続いて、ステップＳ１４０において、最大負荷率ＫＬｍａｘ１とエンジン回転数ＮＥとに基づき、現在のエンジン回転数ＮＥにおいてエンジン１０の負荷率ＫＬを最大負荷率ＫＬｍａｘ１としたときのエンジントルクである最大トルクＴＥｍａｘの値が演算される。そして、続くステップＳ１５０において、最終要求トルクＴＥｒ、最大トルクＴＥｍａｘのうち、より小さい方の値が目標トルクＴＥ＊の値として設定される。

【0031】

次のステップＳ１６０では、目標トルクＴＥ＊に応じてスロットルバルブ１８のスロットル開度ＴＡを操作するスロットル開度制御処理Ｆ４が行われる。また、続くステップＳ１７０では、目標トルクＴＥ＊に応じて点火装置２１の点火時期ＳＡを操作する点火時期制御処理Ｆ５が行われる。

【0032】

こうしたトルク制御ルーチンでは、ドライバ要求トルクＴＥｄ、他の要求トルクＴＥｒ１，ＴＥｒ２，…の中から、現在の車両の走行状況において最も優先すべき要求トルクが最終要求トルクＴＥｒの値として設定される。一方、他の要求トルクＴＥｒ１，ＴＥｒ２，…の値は、他の制御システム３０のそれぞれの事情によって設定されるため、現在のエンジン回転数ＮＥにおけるエンジン１０の最大トルクＴＥｍａｘを超える、実現不能な値が設定されることがある。そのため、上記トルク制御ルーチンでは、現在のエンジン回転数ＮＥにおける最大負荷率ＫＬｍａｘ１を求めるとともに、その最大負荷率ＫＬｍａｘ１から求められた最大トルクＴＥｍａｘ以下の値となるように、目標開度ＴＡ＊の値を設定している。

【0033】

なお、スロットル開度ＴＡの変更がエンジントルクに反映されるまでには、スロットルバルブ１８から燃焼室１１までの吸気の移動時間分の遅延がある。よって、スロットル開度ＴＡの制御だけでは、目標トルクＴＡ＊分のエンジントルクを実現できない場合がある。そのため、本実施形態では、スロットル開度制御では、スロットル開度ＴＡの操作で可能な範囲でエンジントルクを目標トルクＴＥ＊に近づけ、吸気の移動時間による遅延により過不足が生じた分を点火時期制御での点火時期ＳＡの操作により補うことで、目標トルクＴＥ＊分のエンジントルクを実現するようにしている。

【0034】

なお、こうしたトルク制御ルーチンにおけるステップＳ１００の処理がドライバ要求トルク演算処理Ｆ１に、ステップＳ１３０の処理が最大負荷率演算処理Ｆ２に、ステップＳ１１０、ステップＳ１２０、ステップＳ１４０、及びステップＳ１５０の処理が目標トルク設定処理Ｆ３に、それぞれ対応している。

【0035】

続いて、トルク制御ルーチンのステップＳ１６０におけるスロットル開度制御処理Ｆ４の詳細を説明する。ここでは、まず、スロットル開度ＴＡの制御目標値である目標開度ＴＡ＊の演算の基本ロジックを説明する。

【0036】

目標開度ＴＡ＊の演算に際してエンジン制御システム２２はまず、目標トルクＴＥ＊、及びエンジン回転数ＮＥに基づいて、負荷率ＫＬの要求値である要求負荷率ＫＬ＊を算出する。ここでは、吸気の移動時間による遅延を考慮して実現可能な範囲でエンジントルクを目標トルクＴＥ＊に近い値とする負荷率ＫＬが、要求負荷率ＫＬ＊の値として算出される。

【0037】

一方、シリンダ流入吸気量は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分の吸気の圧力であるスロットル下流圧ＰＭと、エンジン回転数ＮＥと、により定まる。よって、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づくことで、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要なスロットル下流圧ＰＭの値を求めることができる。エンジン制御システム２２は、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づき、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル下流圧ＰＭを要求スロットル下流圧ＰＭ＊の値として演算している。

【0038】

ここで、スロットルバルブ１８を通過し、エンジン１０の各気筒の燃焼室１１に分配供給される吸気の質量流量を吸気弁通過流量とする。なお、燃焼室１１への吸気の流入は吸気弁１４の開閉に応じて間欠的に行われるため、実際の吸気弁通過流量はエンジン１０の回転に応じて変動する値となるが、ここではそうした変動分を均した値を吸気弁通過流量として用いる。エンジン１０が１回転する間に同エンジン１０において行われる吸気行程の回数は、エンジン１０の気筒数により定まった回数となる。よって、単位時間当たりのエンジン１０の回転数であるエンジン回転数ＮＥは、エンジン１０において単位時間に行われる吸気行程の回数に比例した値となり、そのエンジン回転数ＮＥに要求負荷率ＫＬ＊を乗算した積（＝ＮＥ×ＫＬ＊）は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる吸気弁通過流量に比例する値となる。

【0039】

なお、本実施形態では、［ｒｐｍ・％］を目標開度ＴＡ＊の演算に用いる吸気の流量の単位として用いている。同単位を用いた場合の吸気弁通過流量［ｒｐｍ・％］は、エンジン回転数ＮＥ［ｒｐｍ］に要求負荷率ＫＬ＊［％］を乗算した積と一致する値となる。

【0040】

スロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥが一定に保持された定常状態における吸気弁通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の流量であるスロットル通過流量と等しい流量となる。したがって、スロットル下流圧ＰＭが要求スロットル下流圧ＰＭ＊となり、かつスロットル通過流量がエンジン回転数ＮＥと要求負荷率ＫＬ＊の積となるスロットル開度ＴＡをスロットルバルブ１８の目標開度ＴＡ＊に設定すれば、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるようになる。

【0041】

スロットル通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度と同スロットルバルブ１８の開口面積との積となる。また、スロットルバルブ１８の開口面積は、スロットル開度ＴＡの関数となる。さらに、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル上流圧ＰＡＣに対するスロットル下流圧ＰＭの比であるスロットル前後圧力比ＲＰにより決まる。スロットル上流圧ＰＡＣは、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８の上流側の部分の吸気の圧力を表している。本実施形態では、大気圧ＰＡをスロットル上流圧ＰＡＣとして用いている。スロットル前後圧力比ＲＰの値が取り得る範囲は、「０」から「１」までの範囲となる。よって、スロットル開度ＴＡ、スロットル前後圧力比ＲＰ、スロットル通過流量の３つの値のうち、２つの値が定まれば、残りの一つの値も自ずと定まることになる。

【0042】

図４に、スロットル開度ＴＡ及びスロットル前後圧力比ＲＰとスロットル通過流量との関係を示す。なお、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比ＲＰが「１」のときには「０」となり、スロットル前後圧力比ＲＰが一定の値α以下のときには音速となる。そして、スロットル前後圧力比ＲＰを「α」から「１」まで次第に増加させていったときのスロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比ＲＰが「α」のときの値である音速からスロットル前後圧力比ＲＰが「１」のときの値である「０」まで次第に低下する。また、スロットル通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度とスロットルバルブ１８の開口面積との積となる。そのため、スロットル前後圧力比ＲＰが一定の状態ではスロットル開度ＴＡが大きいほど、スロットル通過流量が多くなる。よって、スロットル開度ＴＡ及びスロットル前後圧力比ＲＰに対するスロットル通過流量の変化傾向は図４に示す通りとなる。

【0043】

ここで、スロットル前後圧力比ＲＰが「α」以下の領域、すなわちスロットルバルブ１８を通過する吸気の速度が音速以上となる音速域におけるスロットル通過流量を飽和流量とする。飽和流量は、スロットルバルブ１８の開口面積と音速との積となり、その値はスロットル開度ＴＡの関数となる。こうした飽和流量に対するスロットル通過流量の比をΦ値とする。スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比ＲＰにより決まるため、Φ値はスロットル前後圧力比ＲＰの関数となる。なお、Φ値は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度の、音速に対する比を表してもいる。

【0044】

図５に、Φ値とスロットル前後圧力比ＲＰとの関係を示す。同図に示すように、スロットル前後圧力比ＲＰが「α」以下の音速域でのΦ値は「１」となる。また、スロットル前後圧力比ＲＰが「１」のときのΦ値は「０」となる。そして、スロットル前後圧力比ＲＰを「α」から「１」へと次第に増加させていったときのΦ値は、スロットル前後圧力比ＲＰが「α」のときの値である「１」からスロットル前後圧力比ＲＰが「１」のときの値である「０」へと次第に減少していく値となる。エンジン制御システム２２のメモリには、こうしたΦ値とスロットル前後圧力比ＲＰとの関係についての情報が格納されたΦ値演算マップＭＡＰ２が予め記憶されている。

【0045】

図６に、飽和流量とスロットル開度ＴＡとの関係を示す。上述のように飽和流量は、スロットルバルブ１８の開口面積に比例する。そして、スロットル開度ＴＡと開口面積との関係は、吸気通路１２及びスロットルバルブ１８の寸法形状により決まるため、飽和流量とスロットル開度ＴＡとの関係はそれらの設計仕様から求められるものとなっている。エンジン制御システム２２のメモリには、こうした飽和流量とスロットル開度ＴＡとの関係についての情報が格納された開度演算マップＭＡＰ３が予め記憶されている。

【0046】

スロットル通過流量は、現在のスロットル開度ＴＡにおける飽和流量に、現在のスロットル前後圧力比ＲＰにおけるΦ値を乗算した積として求めることができる。一方、上述のように、要求スロットル下流圧ＰＭ＊は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル下流圧ＰＭの値として求められている。よって、現在のスロットル上流圧ＰＡＣが既知となれば、そのスロットル上流圧ＰＡＣに対する要求スロットル下流圧ＰＭ＊の比として、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル前後圧力比ＲＰである要求圧力比ＲＰ＊の値を求めることができる。ちなみに、自然吸気式のエンジン１０では、スロットル上流圧ＰＡＣは大気圧ＰＡと同じ圧力であると見做せる。そこで本実施形態では、要求スロットル下流圧ＰＭ＊を大気圧ＰＡで除算した商（＝ＰＭ＊／ＰＡ）を要求圧力比ＲＰ＊の値として求めている。

【0047】

さらに、上述のように、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる吸気弁通過流量は、要求負荷率ＫＬ＊にエンジン回転数ＮＥを乗算した積となる。また、定常状態では、吸気弁通過流量とスロットル通過流量とは等しい流量となる。よって、次の手順により、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要な目標開度ＴＡ＊の値を演算することができる。

【0048】

上記のように要求スロットル下流圧ＰＭ＊は、吸気弁通過流量が、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる流量となるときのスロットル下流圧ＰＭを表している。よって、スロットル上流圧ＰＡＣに対する要求スロットル下流圧ＰＭ＊の比である要求圧力比ＲＰ＊の値は、吸気弁通過流量が、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる流量となるときのスロットル前後圧力比ＲＰを表すことになる。そこで、図５の関係に基づいて、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊であるときのΦ値の値を求め、その求めたΦ値の値により、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要な吸気弁通過流量を除算した商を演算する。この商の値は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡにおける、すなわち目標開度ＴＡ＊における飽和流量を表す。そこで、図６の関係に基づき、その商の値が飽和流量となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として求めれば、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算することができる。

【0049】

ただし、こうして演算した目標開度ＴＡ＊に基づきスロットルバルブ１８の開度制御を行う場合には、次の問題が生じる虞がある。
図７に、スロットル上流圧ＰＡＣ及びエンジン回転数ＮＥが一定の状態においてスロットル開度ＴＡを変化させたときのスロットル前後圧力比ＲＰの変化を示す。スロットル開度ＴＡを「０」から最大開度ＴＡｍａｘへと増加させていったときにスロットル前後圧力比ＲＰは、スロットル開度ＴＡが「０」のときの値である「０」からスロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘのときの値である「１」へと増加していく。ただし、スロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘに近づくと、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比ＲＰの変化率、すなわちスロットル開度ＴＡの変化量に対するスロットル前後圧力比ＲＰの変化量の比率は次第に小さくなる。そのため、スロットル前後圧力比ＲＰが「１」に近い大開度領域では、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比ＲＰの感度が低くなる。すなわち、要求負荷率ＫＬ＊の僅かな変化に対して目標開度ＴＡ＊の値が大きく変化することになる。そしてその結果、大開度領域では、スロットル開度ＴＡの大幅な変更が頻繁に行われる、いわゆるスロットルハンチングが発生して、スロットルモータ１９等の負荷が増大する虞がある。

【0050】

また、アクセルペダルを踏み込んで車両を加速させる際には、シリンダ流入吸気量の速やかな増大が求められる。これに対して、上記の基本ロジックによる目標開度ＴＡ＊の演算では、要求負荷率ＫＬ＊が最大負荷率ＫＬｍａｘ１となるまでアクセルペダルを踏み込まなければ、最大開度ＴＡｍａｘが目標開度ＴＡ＊の値として設定されないため、車両の加速時におけるシリンダ流入吸気量の増加が遅くなる。

【0051】

以上を踏まえ、本実施形態では、下記の態様でスロットル開度ＴＡを制御している。
図８に、本実施形態のエンジン制御システム２２がスロットル開度ＴＡの制御に際して実行するスロットル開度制御ルーチンのフローチャートを示す。エンジン制御システム２２は、トルク制御ルーチンのステップＳ１６０におけるスロットル開度ＴＡの制御を、本ルーチンの処理を通じて行っている。

【0052】

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ２００において、目標トルクＴＥ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づき、負荷率ＫＬの要求値である要求負荷率ＫＬ＊の値が演算される。続いてステップＳ２１０において、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとから要求スロットル下流圧ＰＭ＊が演算される。また、次のステップＳ２２０では、要求スロットル下流圧ＰＭ＊をスロットル上流圧ＰＡＣで除算した商が要求圧力比ＲＰ＊の値として演算される。上述のように自然吸気式のエンジン１０に適用される本実施形態では、スロットル上流圧ＰＡＣとして大気圧ＰＡが用いられている。なお、過給式のエンジンに適用する場合には過給圧の検出値又は推定値をスロットル上流圧ＰＡＣの値として用いるようにするとよい。

【0053】

続いて、ステップＳ２３０において要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔよりも大きい値であるか否かが判定される。既定値ＲＰｗｏｔの値としては、スロットルハンチングが発生する虞があるスロットル前後圧力の範囲の下限値よりも小さい値が設定されている（図７参照）。このときの要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔ以下の値である場合には（Ｓ２３０：ＮＯ）、ステップＳ２４０に処理が進められる。これに対して、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔよりも大きい値である場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）には、ステップＳ３００に処理が進められる。

【0054】

要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔ以下であってステップＳ２４０に処理が進められると、そのステップＳ２４０において、上述のΦ値演算マップＭＡＰ２を用いて、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊であるときのΦ値の値が、要求Φ値ＰＨＹ＊の値として求められる。さらに同ステップＳ２４０では、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとの積を要求Φ値ＰＨＹ＊で除算した商が、要求飽和流量ＢＰＭ＊の値として演算される。続いて、ステップＳ２５０において、上述の開度演算マップＭＡＰ３を用いて飽和流量が要求飽和流量ＢＰＭ＊となるスロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡ＊の値として演算された後、ステップＳ２６０に処理が進められる。このように、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔ以下の場合には、上述の基本ロジックに従って目標開度ＴＡ＊が演算される。

【0055】

そして、ステップＳ２６０に処理が進められると、そのステップＳ２６０において、スロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊とすべく、スロットルバルブ１８の駆動制御が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。スロットルバルブ１８の駆動制御は、例えば目標開度ＴＡ＊に対するスロットル開度ＴＡの偏差に応じてスロットルモータ１９の駆動電流をフィードバック調整することで行われる。

【0056】

一方、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔよりも大きい値であって（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、ステップＳ３００に処理が進められた場合には、そのステップＳ３００において次の２つの値が演算される。まず、Φ値演算マップＭＡＰ２を用いて、スロットル前後圧力比ＲＰが既定値ＲＰｗｏｔであるときのΦ値の値が、切替点Φ値ＰＨＹｗｏｔの値として演算される。また、要求負荷率ＫＬ＊にエンジン回転数ＮＥを乗算した積を切替点Φ値ＰＨＹｗｏｔで除算した商が、切替点飽和流量ＢＰＭｗｏｔの値として演算される。

【0057】

続いて、ステップＳ３１０において、開度演算マップＭＡＰ３を用いて、飽和流量が切替点飽和流量ＢＰＭｗｏｔとなるスロットル開度ＴＡが切替点開度ＴＡｗｏｔの値として演算される。

【0058】

さらに続くステップＳ３２０では、スロットル前後圧力比ＲＰが既定値ＲＰｗｏｔとなる負荷率ＫＬの値が、切替点負荷率ＫＬｗｏｔの値として演算される。切替点負荷率ＫＬｗｏｔの演算に際してはまず、スロットル上流圧ＰＡＣに既定値ＲＰｗｏｔを乗算した積が、切替点スロットル下流圧ＰＭｗｏｔの値として求められる。一方、エンジン制御システム２２のメモリには、スロットル下流圧ＰＭ及びエンジン回転数ＮＥと負荷率ＫＬとの関係についての情報が格納された負荷率演算マップＭＡＰ４が予め記憶されている。切替点負荷率ＫＬｗｏｔの値は、この負荷率演算マップＭＡＰ４を用いて、現在のエンジン回転数ＮＥにおいてスロットル下流圧ＰＭが切替点スロットル下流圧ＰＭｗｏｔとなる負荷率ＫＬを求めることで、演算されている。なお、こうして演算された切替点負荷率ＫＬｗｏｔの値は、スロットル開度ＴＡ以外のエンジン１０の制御状態を変えずに、スロットル開度ＴＡを切替点開度ＴＡｗｏｔとした場合の負荷率ＫＬを示している。

【0059】

ちなみに、バルブタイミングやバルブリフト量などの吸気弁１４の動弁特性を可変とする可変動弁機構を備えるエンジンでは、上記のようなスロットル下流圧ＰＭ及びエンジン回転数ＮＥと負荷率ＫＬとの関係は、可変動弁機構による吸気弁１４の動弁特性の変更に応じても変化する。そうした可変動弁機構による吸気弁１４の動弁特性の変更が負荷率ＫＬに与える影響が大きい場合には、スロットル下流圧ＰＭ、エンジン回転数ＮＥ、及び可変動弁機構の操作量と負荷率ＫＬとの関係を記憶するように負荷率演算マップＭＡＰ４を構成する。そして、その負荷率演算マップＭＡＰ４を用いて、現在のエンジン回転数ＮＥ、可変動弁機構の操作量、及び切替点スロットル下流圧ＰＭｗｏｔから切替点負荷率ＫＬｗｏｔを演算するとよい。

【0060】

続いてステップＳ３３０において、上述のトルク制御ルーチンのステップＳ１３０で演算された、現在のエンジン回転数ＮＥにおけるエンジン１０の負荷率ＫＬの最大値である最大負荷率ＫＬｍａｘ１の値が読み込まれる。さらに、次のステップＳ３４０において、エンジン回転数ＮＥに基づき、最大負荷率ＫＬｍａｘ１と後述の最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２との差分である負荷率補正値ＣＫＭの値が求められる。負荷率補正値ＣＫＭは、エンジン制御システム２２のメモリに予め記憶された補正値演算マップＭＡＰ５を用いて演算される。補正値演算マップＭＡＰ５には、エンジン回転数ＮＥと負荷率補正値ＣＫＭとの関係についての情報が格納されている。

【0061】

図９に、補正値演算マップＭＡＰ５におけるエンジン回転数ＮＥと負荷率補正値ＣＫＭの値との関係を示す。同図に示すように、「Ｎ１」未満のエンジン回転数ＮＥの範囲では正の値が、「Ｎ１」から「Ｎ２」までのエンジン回転数ＮＥの範囲では負の値が、「Ｎ２」を超えるエンジン回転数ＮＥの範囲では「０」が、それぞれ負荷率補正値ＣＫＭの値として設定される。なお、「Ｎ１」未満のエンジン回転数ＮＥの範囲は、大開度領域でのスロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比ＲＰの感度が特に低くなり、スロットルハンチングが生じやすいエンジン回転数ＮＥの範囲となっている。また、「Ｎ１」から「Ｎ２」までのエンジン回転数ＮＥの範囲は、車両の加速性能を確保する上で、加速時のシリンダ流入吸気量の速やかな増加が特に求められるエンジン回転数ＮＥの範囲となっている。

【0062】

続いて、ステップＳ３５０において、最大負荷率ＫＬｍａｘ１に負荷率補正値ＣＫＭを加えた和が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として求められる。最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２は、現在のエンジン回転数ＮＥにおいて、目標開度ＴＡ＊を最大開度ＴＡｍａｘとする要求負荷率ＫＬ＊の値の範囲の最小値を示している。

【0063】

図１０には、最大負荷率ＫＬｍａｘ１、及び最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２とエンジン回転数ＮＥとの関係が示されている。上述のように、最大負荷率ＫＬｍａｘ１は、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの最大値であり、トルク制御での目標トルクＴＥ＊の設定に使用される。一方、上記のように、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２は、目標開度ＴＡ＊を最大開度ＴＡｍａｘとする要求負荷率ＫＬ＊の値の範囲の最小値である。エンジン回転数ＮＥが一定の状態では、スロットル開度ＴＡを最大開度ＴＡｍａｘとしたときに負荷率ＫＬが最大となるため、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２は本来、最大負荷率ＫＬｍａｘ１と同値とすべきパラメータである。しかしながら、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥによっては、最大負荷率ＫＬｍａｘ１、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２に異なる値が設定されるようになっている。なお、そうした理由については後述する。

【0064】

そして、ステップＳ３６０において、切替点開度ＴＡｗｏｔ、最大開度ＴＡｍａｘ、要求負荷率ＫＬ＊、切替点負荷率ＫＬｗｏｔ、及び最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２に基づき、式（２）に示す関係を満たす値として目標開度ＴＡ＊の値が演算される。そして、ステップＳ３６０において、最大開度ＴＡｍａｘ以下の値となるように目標開度ＴＡ＊の上限ガード処理が行われた後、ステップＳ２６０に処理が進められる。なお、上限ガード処理では、目標開度ＴＡ＊が最大開度ＴＡｍａｘ以下の場合には目標開度ＴＡ＊の値がそのまま維持され、目標開度ＴＡ＊が最大開度ＴＡｍａｘを超える場合には最大開度ＴＡｍａｘが目標開度ＴＡ＊の値として設定し直される。そして、その後、ステップＳ２６０において、ステップＳ３６０を通じて設定した目標開度ＴＡ＊に基づくスロットルバルブ１８を駆動するスロットルバルブ１８の駆動制御が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

【0065】

【数2】

なお、こうしたスロットル開度制御ルーチンにおけるステップＳ２００の処理が要求負荷率演算処理Ｆ６に、ステップＳ３２０～ステップＳ３４０の処理が最大開度負荷率演算処理Ｆ７に、ステップＳ２６０の処理がスロットル操作処理Ｆ９に、それぞれ対応している。また、スロットル開度制御ルーチンにおける、残りの処理、すなわちステップＳ２１０～２５０、ステップＳ３００～Ｓ３２０、及びステップＳ３６０の処理が目標開度演算処理Ｆ８に対応している。

【0066】

図１１に、スロットル開度ＴＡ及び負荷率ＫＬを座標軸とした直交座標系に式（２）の各パラメータをプロットしたものを示す。同図に示す線分ＬＡＢは、スロットル開度ＴＡが切替点開度ＴＡｗｏｔであり、且つ負荷率ＫＬが切替点負荷率ＫＬｗｏｔである座標点Ａと、スロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘであり、且つ負荷率ＫＬが最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２である座標点Ｂと、を繋ぐ線分である。ステップＳ３６０では、線分ＬＡＢ上、又はその延長線上において、負荷率ＫＬが要求負荷率ＫＬ＊となる座標点Ｃのスロットル開度ＴＡの値が、目標開度ＴＡ＊の値として演算される。すなわち、式（２）は、座標点Ａ、Ｂ間の線形補間を通じて目標開度ＴＡ＊を演算する式となっている。

【0067】

本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態では、アクセルペダル操作量ＡＣＣに基づくドライバ要求トルクＴＥｄと、他の制御システム３０により設定された他の要求トルクＴＥｒ１，ＴＥｒ２，…の中から現在の車両の走行状況において最も優先すべき要求トルクを選択して目標トルクＴＥ＊の値を設定している。そして、その目標トルクＴＥ＊分のエンジントルクを実現すべく、スロットル開度ＴＡや点火時期ＳＡを制御している。その際、現在のエンジン回転数ＮＥにおけるエンジン１０の最大負荷率ＫＬｍａｘ１を演算するとともに、負荷率ＫＬが最大負荷率ＫＬｍａｘ１以下の値となるように目標トルクＴＥ＊の上限減ガードを行うことで、実現不能な値が目標トルクＴＥ＊の値として設定されないようにしている。

【0068】

一方、スロットル開度ＴＡの制御に際しては、目標トルクＴＥ＊に応じて設定された要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを実現するために必要なスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算する。目標開度ＴＡ＊の演算に際しては、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル前後圧力比ＲＰが、要求圧力比ＲＰ＊の値として演算される。そして、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔ以下の場合には、スロットル前後圧力比ＲＰとスロットル開度ＴＡとの関係に基づき、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算している。

【0069】

図１２の曲線Ｌ０は、要求圧力比ＲＰ＊が既定値ＲＰｗｏｔを超える場合にも、要求圧力比ＲＰ＊が演算切替圧力比ＲＰｗｏｔ以下の場合と同様に、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算した場合の要求負荷率ＫＬ＊と目標開度ＴＡ＊との関係を示している。こうした場合には、要求負荷率ＫＬ＊が最大負荷率ＫＬｍａｘ１に近づくにつれて、要求負荷率ＫＬ＊の変化量に対する目標開度ＴＡ＊の変化量の比率が、すなわち要求負荷率ＫＬ＊に対する目標開度ＴＡ＊の感度が高くなる。そのため、最大開度ＴＡｍａｘの近傍では、要求負荷率ＫＬ＊の僅かな変化に対して目標開度ＴＡ＊の値が大きく変化することになり、スロットルハンチングが発生してしまう。

【0070】

一方、図１２の曲線Ｌ１は、本実施形態のエンジン制御装置において最大負荷率ＫＬｍａｘ１と同じ値が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定されている場合の大開度領域における要求負荷率ＫＬ＊と目標開度ＴＡ＊との関係を示している。また、図１２の曲線Ｌ２は、本実施形態のエンジン制御装置において最大負荷率ＫＬｍａｘ１よりも小さい値Ｋ１が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定されている場合の上記関係を示している。さらに、図１２の曲線Ｌ３は、本実施形態のエンジン制御装置において最大負荷率ＫＬｍａｘ１よりも大きい値Ｋ２が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定されている場合の上記関係を示している。いずれの場合においても、切替点開度ＴＡｗｏｔから最大開度ＴＡｍａｘまでの大開度領域では、要求負荷率ＫＬ＊に対する目標開度ＴＡ＊の変化率が一定となる。そのため、既定値ＲＰｗｏｔ等の値を適切に設定すれば、大開度領域でのスロットルハンチングの発生を抑制できる。

【0071】

なお、図１２の曲線Ｌ２の場合のように、最大負荷率ＫＬｍａｘ１よりも小さい値Ｋ１が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定されている場合には、最大負荷率ＫＬｍａｘ１よりも小さい要求負荷率ＫＬ＊から目標開度ＴＡ＊が最大開度ＴＡｍａｘに設定される。そのため、車両を加速するため、アクセルペダルを踏み込んだ際に、最大負荷率ＫＬｍａｘ１と同じ値が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定されている場合よりも速やかかにスロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘに達するようになる。そのため、本実施形態では、加速に際してシリンダ流入空気量の速やかな増加が求められるエンジン回転数ＮＥの範囲では、最大負荷率ＫＬｍａｘ１よりも小さい値を最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定している。

【0072】

一方、本実施形態では、大開度領域でのスロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比ＲＰの感度が特に低くなり、スロットルハンチングが生じやすいエンジン回転数ＮＥの範囲では、図１２の曲線Ｌ３の場合のように、最大負荷率ＫＬｍａｘ１よりも大きい値Ｋ２を最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定している。こうした場合、切替点負荷率ＫＬｗｏｔから最大負荷率ＫＬｍａｘ１までの範囲における要求負荷率ＫＬ＊の変化量に対する目標開度ＴＡ＊の変化量の比率が、最大負荷率ＫＬｍａｘ１と同じ値が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定されている場合よりも小さくなる。そのため、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比ＲＰの感度が特に低いエンジン回転数ＮＥの範囲でも、スロットルハンチングを抑制できるようになる。

【0073】

このように本実施形態では、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの実際の最大値とは異なる値を最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定することで、スロットルバルブ１８の制御特性を調整している。これに対して、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの実際の最大値よりも大きい値を最大負荷率ＫＬｍａｘ１の値として設定すると、実現可能なエンジントルクよりも大きいトルクが目標トルクＴＥ＊の値として設定される虞がある。このように、エンジン１０のトルク制御での目標トルクＴＥ＊の設定に用いる最大負荷率ＫＬｍａｘ１の値には、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの実際の最大値を設定する必要がある。その点、本実施形態では、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの最大値を示す値として、エンジン１０のトルク制御では最大負荷率ＫＬｍａｘ１を用いる一方で、スロットル開度ＴＡの制御では最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を用いている。すなわち、本実施形態では、トルク制御とスロットル開度ＴＡの制御とでは、別途に演算した個別の値を、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの最大値として用いている。そのため、トルク制御に影響を与えることなく、スロットルバルブ１８の制御特性を調整できる。

【0074】

なお、本実施形態では、補正値演算マップＭＡＰ５を用いて演算した負荷率補正値ＣＫＭにより、最大負荷率ＫＬｍａｘ１を補正することで、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値を演算している。尤も、エンジン回転数ＮＥと最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値との関係についての情報が格納された演算マップを用意すれば、上記手順を踏まずとも、エンジン回転数ＮＥから最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値を直接演算することができる。しかしながら、そうした場合には、下記のように、エンジン制御装置の設計に際しての演算マップの設定作業が煩雑となる虞がある。

【0075】

ここで、上記のようなエンジン回転数ＮＥから最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を直接演算するための演算マップを最大開度負荷率演算マップとする。上記のように本実施形態では、「Ｎ２」以上のエンジン回転数ＮＥの範囲では、最大負荷率ＫＬｍａｘ１の値と同じ値を最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定している。以下の説明では、このような最大負荷率ＫＬｍａｘ１と同じ値を最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として設定するエンジン回転数ＮＥの範囲を、共通範囲と記載する。また、以下の説明では、各演算マップにおけるエンジン回転数ＮＥ毎の最大負荷率ＫＬｍａｘ１や最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値をマップ値と記載する。

【0076】

上記のような最大開度負荷率演算マップを用いて最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を演算する場合、エンジン制御装置の設計に際して上記共通範囲における最大負荷率演算マップＭＡＰ１のマップ値を修正した場合には最大開度負荷率演算マップにおいても同様のマップ値の修正が必要となる。エンジン１０の制御系は、様々な要素が絡み合った複雑な系であり、演算マップの設定に際して幾度も修正が繰り返されることがある。そのため、最大負荷率演算マップＭＡＰ１のマップ値の修正の都度、最大開度負荷率演算マップのマップ値も修正するとなると、誤修正や修正忘れにより、両演算マップのマップ値が不整合となる虞がある。

【0077】

これに対して、本実施形態では、最大負荷率ＫＬｍａｘ１に対する最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の差分である負荷率補正値ＣＫＭとエンジン回転数ＮＥとの関係を格納した補正値演算マップＭＡＰ５を用いて最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を演算している。この場合、補正値演算マップＭＡＰ５のマップ値として「０」が設定されている部分については、最大負荷率演算マップＭＡＰ１のマップ値が如何に修正されても、最大負荷率ＫＬｍａｘ１と同じ値が最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２の値として演算されることになる。そのため、上記共通範囲における最大負荷率演算マップＭＡＰ１のマップ値の修正に際して、補正値演算マップＭＡＰ５の修正は不要となる。また、共通範囲以外のエンジン回転数ＮＥの範囲においても、補正値演算マップＭＡＰ５のマップ値を維持したまま、最大負荷率演算マップＭＡＰ１のマップ値だけを修正しても、最大負荷率ＫＬｍａｘ１と最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２との相対的な関係は維持される。そのため、共通範囲以外の範囲でも、最大負荷率演算マップＭＡＰ１のマップ値の修正に応じた補正値演算マップＭＡＰ５の修正が必要とならない場合がある。このように、補正値演算マップＭＡＰ５を用いて最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を演算することとすれば、エンジン制御装置の設計に際しての演算マップの設定作業が容易となる。

【0078】

以上の本実施形態のエンジン制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、トルク制御とスロットル開度ＴＡの制御とでは、別途に演算した個別の値を、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの最大値として用いているため、スロットルバルブ１８の制御特性の調整がトルク制御に与える影響を抑えられる。

【0079】

（２）本実施形態では、最大負荷率ＫＬｍａｘ１との差分についての情報を格納した補正値演算マップＭＡＰ５を用いて最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を演算している。そのため、設計時の演算マップの設定作業が容易となる。

【0080】

（３）負荷率ＫＬが切替点負荷率ＫＬｗｏｔを超える大開度領域では、切替点開度ＴＡｗｏｔと最大開度ＴＡｍａｘとの間で、要求負荷率ＫＬ＊に対して線形関係を満たす値として目標開度ＴＡ＊を演算している。そのため、大開度領域でのスロットルハンチングが発生し難くなる。しかも、大開度領域においても要求負荷率ＫＬ＊に連動して変化する値として目標開度ＴＡ＊が演算されるため、再循環排気や燃料蒸気、ブローバイガスなどの新気以外のガスが燃焼室に流入する状況でも、要求負荷率ＫＬ＊の変化に追従して負荷率ＫＬが変化するようにスロットル開度ＴＡを制御することが可能となる。よって、大開度領域におけるスロットルバルブの制御性を向上できる。

【0081】

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を用いた目標開度ＴＡ＊の演算を上記実施形態とは異なる態様で行うようにしてもよい。例えば、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２に対する要求負荷率ＫＬ＊の比率を求め、その比率と目標開度ＴＡ＊との関係を格納した演算マップを用いて目標開度ＴＡ＊を演算するようにしてもよい。

【0082】

・上記実施形態では、最大負荷率演算マップＭＡＰ１を用いて演算した最大負荷率ＫＬｍａｘ１を、補正値演算マップＭＡＰ５を用いて演算した負荷率補正値ＣＫＭにより補正することで、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を演算していた。上述のような、最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２とエンジン回転数ＮＥとの関係についての情報を格納した最大開度負荷率演算マップをエンジン制御システム２２に予め記憶しておき、その最大開度負荷率演算マップを用いてエンジン回転数ＮＥから最大開度負荷率ＫＬｍａｘ２を直接演算するようにしてもよい。

【0083】

・上記実施形態では、スロットル開度ＴＡと点火時期ＳＡとの操作を通じてエンジン１０のトルク制御が行われていた。これら以外のエンジン操作量にも、その操作によってエンジントルクを調整できるものがある。例えば、吸気弁１４や排気弁１５の動弁特性を可変とする可変動弁機構を備えるエンジンでは、可変動弁機構による動弁特性の操作を通じてエンジントルクを調整できる。また、可変容量式のターボチャージャを備えるエンジンでは、同ターボチャージャの容量の操作を通じてエンジントルクを調整できる。このようなエンジントルクを調整可能なエンジン操作量の中から、スロットル開度ＴＡと、スロットル開度ＴＡとは別の１つ以上のエンジン操作量と、の操作を通じてトルク制御を行うようにしてもよい。

【0084】

・上記各実施形態では、スロットル制御装置を自然吸気式のエンジン１０に適用した場合について説明したが、大気圧ＰＡの代わりに過給圧をスロットル上流圧ＰＡＣとして用いるようにすれば、過給式のエンジンにも適用できる。

【符号の説明】

【0085】

１０…エンジン
１１…燃焼室
１２…吸気通路
１３…排気通路
１４…吸気弁
１５…排気弁
１６…エアクリーナ
１７…エアフローメータ
１８…スロットルバルブ
１９…スロットルモータ
２０…インジェクタ
２１…点火装置
２２…エンジン制御システム
２３…クランクシャフト
３０…他の制御システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】