JP2006029084A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少ないマップ数で実発生トルクを精度良く推定できるようにする。
【解決手段】 アクセル開度等に基づいて要求軸トルクを算出すると共に、運転状態に応じた機関ロストルクを算出して、要求軸トルクを補正し、補正後の要求軸トルクをトルク発生効率で割り算して要求図示トルクを算出する。そして、この要求図示トルクを実現するための要求吸気量を算出し、この要求吸気量に基づいて要求スロットル開度を算出してスロットル開度を制御する。この場合、トルク発生効率は、最適点火時期（ＭＢＴ）と要求点火時期と燃焼速度への影響係数に基づいて算出する。燃焼速度への影響係数は、空燃比（空気過剰率λ）、水温、ＥＧＲ率に基づいて算出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関のトルクを推定する機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、アクセル開度等に基づいて要求トルクを演算し、この要求トルクに応じて目標スロットル開度を設定して吸入空気量を制御することで、内燃機関のトルクを制御するようにしたものがある。このようなトルク制御システムにおいては、例えば特許文献１（特開２００３−２７８５９１号公報）の段落［００２９］〜［００３２］に記載されているように、内燃機関の燃焼時の熱発生特性における点火時期から実際に燃焼が発生するまでの期間（着火遅れ期間）と、この着火遅れ期間終了から燃焼完了以前で熱発生率が低下するまでの期間（主燃焼期間）とに着目し、まず、基準運転条件における最適点火時期（ＭＢＴ）からの遅角量（ＭＢＴ−実点火時期）に対する点火時期効率（トルク効率）をマップにより算出し、現在の運転条件におけるＡ／Ｆ（空燃比）に対する主燃焼期間α1 をマップにより算出すると共に、スワールに対する実遅角量α2 をマップにより算出した後、Ａ／Ｆの基準運転条件に対する主燃焼期間変化率β1 をマップにより算出すると共に、スワールの基準運転条件に対する実遅角量変化率β2 をマップにより算出し、更に、主燃焼期間変化率β1 に対する補正量ｋ1 をマップにより算出すると共に、実遅角量変化率β2 に対する補正量ｋ2 をマップにより算出した後、上記基準運転条件における最適点火時期（ＭＢＴ）からの遅角量に対する点火時期効率（トルク効率）、主燃焼期間α1 、実遅角量α2 、主燃焼期間変化率β1 、実遅角量変化率β2 及び補正量ｋ1 ，ｋ2 に基づいて補正点火時期効率を算出し、この補正点火時期効率を用いて要求トルクを算出するようにしたものがある。
特開２００３−２７８５９１号公報（第５頁等）

しかしながら、上記特許文献１の技術では、要求トルクを算出するために多くのマップを必要とし、適合工数が増えるという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、少ないマップ数でトルクを精度良く推定することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間の変化量を着火遅れ期間変化量演算手段により演算する共に、最適点火時期（ＭＢＴ）と前記点火時期との差に対するトルク発生効率に関する情報（以下「トルク発生効率情報」という）をトルク発生効率演算手段により演算し、前記着火遅れ期間の変化量と前記トルク発生効率情報とを用いてトルク推定手段によりトルクを推定するようにしたものである。

一般に、燃焼速度が遅くなると、トルク発生効率が低下するため、燃焼速度が遅くなるほど、点火時期を進角させてトルク発生効率の低下を防ぐように制御される。しかし、点火時期を変化させると、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間が変化してしまう。着火遅れ期間は、実際の燃焼は起きておらずトルクの発生に寄与しない期間であるため、この着火遅れ期間が変化することで、点火遅角量に対するトルク発生効率が変化する。そこで、本発明は、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間の変化量と、最適点火時期（ＭＢＴ）と点火時期との差に対するトルク発生効率（燃焼におけるトルク発生効率）とを用いることで、トルク発生効率を精度良く演算してトルク推定精度を向上させるものである。しかも、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間の変化量は、クランク角をパラメータとする１つのマップで演算することができるため、マップ数削減の要求も満たすことができる。

この場合、請求項２のように、前記着火遅れ期間の変化量と前記トルク発生効率情報（燃焼におけるトルク発生効率に関する情報）とを用いて要求点火時期を演算する要求点火時期演算手段を設けるようにしても良い。従来、個々の燃焼速度を変化させるパラメータ毎に点火時期補正値を算出して要求点火時期を算出するようにしていたが、請求項２のように、着火遅れ期間の変化量と燃焼におけるトルク発生効率とを用いて要求点火時期を演算すれば、要求点火時期の演算処理の簡素化と適合工数の簡素化を実現することができる。

また、請求項３のように、最適点火時期と前記点火時期との差を前記着火遅れ期間の変化量で補正して前記着火遅れ期間終了後の主燃焼期間開始時期の遅角量を求め、これを前記トルク発生効率情報として用いるようにしても良い。このようにすれば、トルクの発生に寄与しない期間の影響を除いた燃焼におけるトルク発生効率の遅角量をトルク発生効率情報として算出することができる。

また、請求項４のように、着火遅れ期間の終了時から燃焼完了以前で熱発生率が低下するまでの主燃焼期間に基づいて前記トルク発生効率情報を演算するようにしても良い。これにより、トルク発生効率情報として、燃焼におけるトルク発生効率に関する情報を精度良く算出することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ１５ａによって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比（以下「Ａ／Ｆ」と表記する）を検出するＡ／Ｆセンサ２４が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５や、エンジン１１のクランク軸が一定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６が取り付けられている。このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。

ＥＣＵ２７は、図２に示すように、アクセル開度と運転状態（実エンジン回転速度Ｎｅ等）に基づいて要求軸トルクを算出すると共に、運転状態に応じた機関ロストルク（エンジン１１の内部損失トルクや外部負荷トルク）を算出して、この機関ロストルクにより要求軸トルクを補正し、補正後の要求軸トルクをトルク発生効率で割り算して要求図示トルクを算出する。そして、ＥＣＵ２７は、この要求図示トルクを実現するための要求吸気量を算出し、この要求吸気量に基づいて要求スロットル開度を算出してスロットル開度を制御する。この場合、トルク発生効率は、後述するように、最適点火時期（ＭＢＴ）と要求点火時期と燃焼速度への影響係数に基づいて算出される。燃焼速度への影響係数は、空燃比（空気過剰率λ）、水温、ＥＧＲ率に基づいて算出される。

また、ＥＣＵ２７は、図３及び図９に示すように、最適点火時期（ＭＢＴ）と要求トルク発生効率と燃焼速度への影響係数に基づいて要求点火時期を算出する機能（要求点火時期演算手段）も備えている。この場合、要求トルク発生効率の算出方法は、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、車両安定性制御システム（ＶＳＣ）等の信号に基づいて瞬間的要求図示トルクを算出すると共に、運転状態に応じた機関ロストルク（エンジン１１の内部損失トルクや外部負荷トルク）を算出して、この機関ロストルクにより瞬間的要求図示トルクを補正し、補正後の瞬間的要求図示トルクを推定図示トルクで割り算して要求トルク発生効率を算出する。推定図示トルクの算出方法は、エアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１８の出力信号に基づいて吸入空気量を算出し、この吸入空気量に基づいて推定図示トルクを算出する。図９に示す要求点火時期を算出する機能は、後述する図７に示すトルク発生効率を算出する機能の逆関数の関係にある。

ところで、点火時期を変化させると、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間が変化する。着火遅れ期間は、実際の燃焼は起きておらずトルクの発生に寄与しない期間であるため、この着火遅れ期間が変化することで、点火遅角量に対するトルク発生効率が変化する。そこで、本実施例では、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間の変化量と、最適点火時期（ＭＢＴ）と点火時期との差に対するトルク発生効率（燃焼におけるトルク発生効率）とを考慮する。

図４に示すように、燃焼時の熱発生特性は、点火時期から実際に燃焼が発生するまでの着火遅れ期間と、着火遅れ期間の終了時から燃焼完了以前で熱発生率が低下するまでの主燃焼期間に分けて考えられる。着火遅れ期間は、空燃比、水温、ＥＧＲ率等によって変化するという特性がある。本実施例では、図５に示すクランク角に対する着火遅れ期間の変化量を演算し、最適点火時期（ＭＢＴ）と前記点火時期との差を前記着火遅れ期間の変化量で補正して、図６のグラフの横軸に示す着火遅れ期間終了後の主燃焼期間開始時期の遅角量（実遅角量）を求め、これをトルク発生効率情報（燃焼におけるトルク発生効率に関する情報）として用いる。図７は、実遅角量及び燃焼におけるトルク発生効率を算出する機能を表すブロック図である。

図７に示す機能は、ＥＣＵ２７が実行する図８のトルク推定プログラムによって実現され、特許請求の範囲でいう着火遅れ期間変化量演算手段、トルク発生効率演算手段及びトルク推定手段としての役割を果たす。図８のトルク推定プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、最適点火時期（ＭＢＴ）における着火遅れ期間変化量１をテーブルＴａｂｌｅ（図５参照）により算出し、次のステップ１０２で、現在の点火時期における着火遅れ期間変化量２をテーブルＴａｂｌｅ（図５参照）により算出する。この後、ステップ１０３に進み、主燃焼期間開始時期遅角量（実遅角量）を次式によって算出する。
主燃焼期間開始時期遅角量＝ＭＢＴ−点火時期
−（着火遅れ期間変化量１−着火遅れ期間変化量２）

この後、ステップ１０４に進み、主燃焼期間開始時期遅角量と燃焼速度への影響係数とをパラメータとするマップＭＡＰを検索してトルク発生効率を求める。この後、ステップ１０５に進み、最適点火時期（ＭＢＴ）における発生トルク推定値に上記トルク発生効率を掛け合わせて実発生トルク推定値を求める。
実発生トルク推定値＝ＭＢＴにおける発生トルク推定値×トルク発生効率
この後、ステップ１０１に戻り、上述した処理を繰り返す。これにより、エンジン運転中に、実発生トルク推定値を算出する処理を所定周期で繰り返す。

以上説明した本実施例では、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間の変化量と、最適点火時期（ＭＢＴ）と点火時期との差に対するトルク発生効率（燃焼におけるトルク発生効率）に関する情報を演算するようにしたので、トルク発生効率を精度良く演算することができて、トルク推定精度を向上させることができる。しかも、ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間の変化量は、クランク角をパラメータとする１つのマップで演算することができるため、マップ数削減の要求も満たすことができる。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 要求スロットル開度を算出する機能を表すブロック図である。 要求点火時期を算出する機能を表すブロック図である（その１）。 燃焼時の熱発生率の変化特性を説明する図である。 クランク角に対する着火遅れ期間の変化量のマップを説明する図である。 主燃焼期間開始時期の遅角量（実遅角量）に対するトルク発生効率と燃焼速度との関係を説明する図である。 トルク発生効率を算出する機能を表すブロック図である。 トルク推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 要求点火時期を算出する機能を表すブロック図である（その２）。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、１８…吸気管圧力センサ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２３…触媒、２６…クランク角センサ、２７…ＥＣＵ（着火遅れ期間変化量演算手段，トルク発生効率演算手段，トルク推定手段，要求点火時期演算手段）

Claims (4)

1. ＴＤＣ基準の点火時期に対する着火遅れ期間の変化量を演算する着火遅れ期間変化量演算手段と、
   最適点火時期と前記点火時期との差に対するトルク発生効率に関する情報（以下「トルク発生効率情報」という）を演算するトルク発生効率演算手段と、
   前記着火遅れ期間の変化量と前記トルク発生効率情報とを用いてトルクを推定するトルク推定手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記着火遅れ期間の変化量と前記トルク発生効率情報とを用いて要求点火時期を演算する要求点火時期演算手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記トルク発生効率演算手段は、最適点火時期と前記点火時期との差を前記着火遅れ期間の変化量で補正して前記着火遅れ期間終了後の主燃焼期間開始時期の遅角量を前記トルク発生効率情報として演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記トルク発生効率演算手段は、内燃機関の燃焼時の熱発生特性における点火時期から実際に燃焼が発生するまでの着火遅れ期間の終了時から燃焼完了以前で熱発生率が低下するまでの主燃焼期間に基づいて前記トルク発生効率情報を演算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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