JP2004108300A

JP2004108300A - エンジントルク推定装置およびエンジントルク推定方法

Info

Publication number: JP2004108300A
Application number: JP2002273696A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kabe; 可部　智昭; Masahiro Hamano; 濱野　正宏; Katsutoshi Usuki; 臼杵　克俊; Tetsuya Fujioka; 藤岡　哲哉
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08
Also published as: KR20040025554A; KR100510804B1; DE10343204B4; US20040128049A1; US6876918B2; DE10343204A1

Abstract

【課題】燃料カット時であっても、簡素な構成で、確実に、且つ容易にエンジン出力トルクを推定・算出することが出来るようにする。
【解決手段】エンジン５０で発生するトルクを推定するエンジントルク推定手段２１と、所定のエンジン運転条件の成立時にエンジン５０に対する燃料供給を停止しうる燃料供給停止手段２６とを有し、エンジントルク推定手段２１は、燃料の供給時にエンジン５０で発生するエンジントルクを推定する第１のエンジントルク推定部２２と、燃料供給停止手段２６による燃料供給停止時にエンジン５０で発生する負のエンジントルクを推定する第２のエンジントルク推定部２４とを有するように構成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジントルク推定装置およびエンジントルク推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン吸入空気量情報Ａ／Ｎ（ここで、Ａはエンジン吸入空気量、Ｎはエンジン回転数であるので、Ａ／Ｎは、１回転あたりのエンジン吸入空気量に相当し、エンジン負荷情報として扱われ、以後、単に「吸入空気量Ａ／Ｎ」という場合がある）に基づいてエンジン出力トルクを算出する手法（第１の手法）や、エンジンシリンダ内の圧力Ｐおよび容積Ｖを計測し、１サイクル毎にＰ−Ｖマップを作成することで、エンジン出力トルクを算出したりする手法（第２の手法；例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２３６８５２号公報　００１６〜００１７段落
しかしながら、エンジン出力トルクを算出する第１の手法では、燃料供給停止時等の所定の条件下でのエンジン出力トルクの推定精度が悪い。また、第２の手法によれば、エンジンシリンダ内で圧力を計測するために圧力センサを設ける必要があり、これにより、部品点数が増大し、高コスト化の要因となるおそれがあり、さらに、この圧力センサに故障が発生した事態をも考慮したシステムを構築する必要があるので、高コスト化はもとより、設計、組み付けなどに要する時間も増大してしまうおそれがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、アクセル全閉などの所定の条件が成立した場合にはエンジンへの燃料供給の停止（以後、燃料カットという）を実行するという制御が行われる場合があるが、このような燃料カット実行時には、吸入空気量Ａ／Ｎとエンジン出力トルクとの関係が非常に不安定となり、従って、エンジンの吸入空気量Ａ／Ｎをパラメータとして用いてエンジンの出力トルクを推定・算出しようとしても、その精度が大幅に低下する。
【０００５】
また、この燃料カット動作中に、スロットルバルブを強制的に若干量開放し、シリンダ内部における負圧力の急増を抑制する制御が知られており、このような場合は、吸入空気量Ａ／Ｎとエンジン出力トルクとの関係が特に不安定となるので、正確なエンジン出力トルクを推定することは更に困難となっている。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、燃料カット実行時であっても、簡素な構成で、確実に且つ容易に推定エンジン出力トルクを算出することが出来るようにした、エンジントルク推定装置およびエンジントルク推定方法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】
請求項１記載の本発明のエンジントルク推定装置は、エンジンで発生するトルクを推定するエンジントルク推定手段と、所定のエンジン運転条件の成立時に該エンジンに対する燃料供給を停止しうる燃料供給停止手段とを有し、該エンジントルク推定手段は、燃料の供給時に該エンジンで発生するエンジントルクを推定する第１エンジントルク推定部と、該燃料供給停止手段による燃料供給停止時に該エンジンで発生する負のエンジントルクを推定する第２エンジントルク推定部とを有することを特徴としている。
【０００７】
これにより、エンジンへの燃料供給中には第１エンジントルク推定部によってエンジン出力トルクが推定され、一方、燃料供給停止中（燃料カット中）には第２エンジントルク推定部によってエンジン出力トルクが推定される。
また、請求項２記載の本発明のエンジントルク推定装置は、請求項１の記載において、該第１エンジントルク推定部は、該エンジンの回転数及び該エンジンの負荷に応じたエンジントルクが設定された第１エンジントルクマップを有し、該第２エンジントルク推定部は、該エンジン回転数に応じた負のエンジントルクが設定された第２エンジントルクマップを有していることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３記載の本発明のエンジントルク推定方法は、エンジンに対して燃料供給が実行されているか否かを判定する第１ステップと、該第１ステップで燃料供給が停止されていると判定されると、エンジン回転数に応じたエンジントルクが設定された第２エンジントルクマップに基づき該エンジンの負のエンジントルクを推定する第２ステップとを有することを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項４記載の本発明のエンジントルク推定方法は、請求項３の記載の構成において、該第１ステップで燃料供給が実行されていると判定されると、該エンジン回転数及びエンジン負荷に応じたエンジントルクが設定された第１エンジントルクマップに基づき該エンジントルクを推定する第３ステップとを有することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるエンジントルク推定装置（エンジントルク推定方法）について、図１〜図４を用いて説明する。
図１に示すように、自動変速機（Ａ／Ｔ）４０付のエンジン（Ｅ／Ｇ）５０において、自動変速機４０を制御する自動変速機用電子制御ユニット（Ａ／Ｔ−ＥＣＵ）３０とエンジン５０を制御するエンジン用電子制御ユニット（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）３１が設けられており、これらのＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０とＥ／Ｇ−ＥＣＵ３１とが協働することによって、本発明にかかるエンジントルク推定装置２０の機能が実現されるようになっている。
【００１１】
まず、このＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０について説明すると、Ａ／Ｔ−ＥＣＵ３０は、主に、エンジントルク推定手段２１，道路勾配推定手段２７および変速制御手段２８とから構成されている。なお、これらのエンジントルク推定手段２１，道路勾配推定手段２７および変速制御手段２８は論理回路によって構成することも可能であるが、本実施形態においてはソフトウェアによって実現されている。
【００１２】
このエンジントルク推定手段２１は、エンジン５０で発生するエンジン出力トルクを推定するものであって、第１エンジントルク推定部２２と、第２エンジントルク推定部２４とから構成されている。
第１エンジントルク推定部２２は、後述する燃料供給停止手段２６が作動していない場合（エンジントルクが正である場合）に作動し、第１エンジントルク推定部２２に内蔵された第１エンジントルクマップ２３を用いて、エンジン５０における出力トルクを推定・算出するものである。つまり、この第１エンジントルク推定部２２がエンジン出力トルクを推定する場合には、エンジン回転数センサ（図示略）およびエアフローセンサ（吸入空気量センサ；図示略）によって検出されたエンジンの回転数Ｎやエンジン吸入空気量情報Ａ／Ｎに基づき、第１エンジントルクマップ２３を用いて推定エンジン出力トルクを算出するようになっている。
【００１３】
ここで、第１エンジントルクマップ２３の一例を図２に示す。この第１エンジントルクマップ２３は、エンジン回転数Ｎと、吸入空気量情報Ａ／Ｎと、エンジントルクによって構成される３次元マップになっている。
一方、図１に示す第２エンジントルク推定部２４は、燃料供給停止手段２６が作動している場合（エンジントルクが負である場合）に作動し、第２エンジントルク推定部２４に内蔵された第２エンジントルクマップ２５を用いて、運転中のエンジンで発生する実際のエンジン出力トルクを推定するものである。つまり、この第２エンジントルク推定部２４がエンジン５０からの出力トルクを推定する場合には、エンジン回転数センサによって検出されたエンジンの回転数Ｎに基づき、エンジン回転数に応じた負のエンジントルクが設定された第２エンジントルクマップ２５を用いて推定エンジン出力トルクを算出するようになっている。なお、燃料供給停止手段２６による燃料カット実行中は、燃料カットを実行中であることを示す燃料カット信号がＥ／Ｇ−ＥＣＵ３１よりＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０に対して送信され、Ａ／Ｔ−ＥＣＵ３０が、この信号の受信に基づき燃料供給停止手段２６が作動しているか否か、つまり、エンジン５０内への燃料供給が停止中であるかの判定を行なうようになっている。ここで、この第２エンジントルクマップ２５の一例を図３に示す。
【００１４】
この第２エンジントルクマップ２５は、エンジン回転数と負のエンジントルクとによって構成された２次元マップになっており、エンジン回転数ごとにエンジンにおいて発生した負のトルクを測定してマップ化したものであって、この負のエンジントルクは略ポンピングロスに相当する。つまり、この第２エンジントルクマップ２５を作成する際には、エンジンに燃料を供給しない状態で外部からエンジンの駆動軸（図示略）にトルクを加え、所定回転数毎（例えば、１００ｒｐｍ毎）に入力したトルクを記録する。この時、外部からエンジンに入力したトルクは、ピストンとシリンダなどエンジンの構成部品間に発生するフリクションロスやポンピングロスの合力に相当するが、実際にはポンピングロスと略近似している。なお、第２エンジントルクマップ２５には、前記の通り、所定回転数毎の入力トルクをプロットした離散値が記憶されているが、図３はこの離散値を補完することによって連続値としたものを示している。
【００１５】
道路勾配推定手段２７は、エンジントルク推定手段２１によって推定・算出された推定エンジン出力トルクに基づき、現在走行している走行面（道路）の勾配を推定・算出するものである。
そして、変速制御手段２８は、道路勾配推定手段２７によって推定された走行面の勾配をはじめ、車速Ｖ、エンジン回転数Ｎ、アクセル開度Ａ_ＣＣなどの情報に基づき、自動変速機４０の変速比を決定し、変速状態を制御するものである。
【００１６】
次に、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ３１について説明すると、このＥ／Ｇ−ＥＣＵ３１は、燃料供給制御手段２９と燃料供給停止手段２６とから構成されている。なお、これらの燃料供給制御手段２９と燃料供給停止手段２６は論理回路によって構成することも可能であるが、本実施形態においてはソフトウェアによって実現されている。
【００１７】
燃料供給制御手段２９は、エンジン５０に設けられたインジェクタ（図示略）を介してエンジン５０内へ燃料噴射を行なう際に、このインジェクタを制御して燃料噴射量を制御するものである。もちろん、この燃料供給制御手段２９は、インジェクタ以外の燃料供給手段（例えば、キャブレタ）によって燃料供給が行なわれる場合であっても燃料供給制御が可能であって、その場合にはプログラムの仕様を変更することで対応することができる。
【００１８】
そして、燃料供給停止手段２６は、前記の燃料供給制御手段２９によって行なわれているエンジン５０内部への燃料噴射を停止させる（いわゆる、燃料カット）制御を実行するものであって、この燃料供給停止手段２６が作動している場合には、エンジン５０内への燃料供給（燃料噴射）が行なわれず、一方、燃料供給停止手段２６が作動していない場合には、通常どおり、燃料供給制御手段２９によってエンジン５０内への燃料噴射が実行されるようになっている。
【００１９】
なお、この燃料供給停止手段２６の作動／停止の条件は多様に設定できるが、本実施形態においては、図示しないアクセルペダルセンサによってアクセル開度Ａ_ＣＣの全閉が検出され、且つ図示しない車速センサによって検出された車速Ｖが所定値以上であって、且つエンジン回転数センサによって検出されたエンジン回転数Ｎが所定値以上となると、燃料カットを実行するように設定している。
【００２０】
上述の構成により、以下のような作用・効果が得られる。
まず、図４の動作フローにおけるステップ（第１ステップ）Ａ１に示すように、エンジン５０への燃料供給がカットされているか否かの判定がなされる。具体的には、図１に示すように、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ３１に内蔵された燃料供給停止手段２６が作動していれば、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ３１は燃料カット信号をＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０へ送信し、これを受けたＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０がエンジン５０内への燃料供給が停止中（燃料カット中）であると判定し、一方、燃料供給停止手段２６が作動していなければ、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ３１はＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０に対して特に信号を送信せず、当然、Ａ／Ｔ−ＥＣＵ３０は信号を受信しない。これによりＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０はエンジン５０内への燃料が供給中であると判定する。
【００２１】
そして、このステップＡ１にて、燃料カットが行なわれていない（燃料供給中である）と判定された場合は、ｎｏルートを辿ってステップ（第３ステップ）Ａ３へ進み、エンジン回転数Ｎおよび吸入空気量（エンジンの負荷）Ａ／Ｎによって定まるエンジン出力トルクが設定された３次元マップである第１エンジントルクマップ２３が選択され、その後、ステップＡ４において、この第１エンジントルクマップ２３に基づき運転中のエンジン出力トルクを推定する。このとき、第１エンジントルクマップ２３には、エンジン出力トルクが離散的に記憶されているため、適宜の補完演算を施すことにより、エンジン回転数Ｎおよび吸入空気量Ａ／Ｎに対するエンジン出力トルク値が求められる。
【００２２】
一方、ステップＡ１において、燃料カットが行なわれている（燃料カット中である）と判定された場合は、ｙｅｓルートを辿ってステップ（第２ステップ）Ａ２へ進み、エンジン回転数Ｎによって定まる負のエンジントルク（ポンピングロス量相当）が設定された２次元マップである第２エンジントルクマップ２５が選択され、その後、ステップＡ４において、この第２エンジントルクマップに基づきエンジンにおいて発生する出力トルクを推定する。なお、負のエンジントルクとは、回転中の駆動輪を制動するトルクであり、アクセル全閉によって作動するエンジンブレーキ力の大半を占める要素である。なお、第２エンジントルクマップ２５にもエンジン出力トルクが離散的に記憶されているため、適宜補完演算を施すことにより、エンジン回転数Ｎに対するエンジン出力トルクが求められる。
【００２３】
そして、ステップＡ４においてエンジン出力トルクが推定・算出されると、次に、ステップＡ５において道路（走行面）勾配の推定・算出が実行された後に、ステップＡ６において算出された道路勾配に応じた変速比が選択され、図１に示す自動変速機４０が制御される。つまり、具体的には、図１に示すＡ／Ｔ−ＥＣＵ３０のエンジントルク推定手段２１によってエンジン出力トルクが推定・算出されると、この算出結果に基づき道路勾配推定手段２７が道路勾配を推定・算出し、そして、算出された道路勾配に基づき、変速制御手段２８が自動変速機４０の変速比を決定して変速状態を制御するのである。このとき、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ３１は燃料供給制御手段２９や燃料供給停止手段２６によって燃料供給制御（燃料供給停止制御を含む）を行なっている。
【００２４】
上述の作用により、エンジン内への燃料が供給中もしくは停止（燃料カット）中に関わらず、正確に運転中のエンジン出力トルクを推定・算出することが可能となり、自動変速機４０の制御性向上に寄与することが可能となる。
また、エンジン内へ燃料が供給されている間は、エンジン回転数Ｎ，エンジン吸入空気量（エンジンの負荷）Ａ／Ｎおよびエンジントルクマップ値によって規定される３次元マップを用いることによって、時々刻々と変化する運転中のエンジンで発生する出力トルクを的確に推定するとともに、一方、エンジン内への燃料が供給されていない時には、エンジン回転数Ｎとポンピングロス相当の負のエンジントルクによって規定されるシンプルな２次元マップを用いることによって、運転中のエンジンで発生する出力トルクを的確に推定することが可能となる。
【００２５】
また、燃料カット時に、スロットルバルブを強制的に若干量開放し、シリンダ内部における負圧力の急増を抑制する制御を行なった場合であっても、エンジン回転数毎の負のエンジントルク（ポンピングロス相当）によって規定される第２エンジントルクマップ２５を用いているので、吸入空気量Ａ／Ｎと関係なく、正確にエンジン出力トルクを推定・算出できるようになっている。
【００２６】
さらに、吸入空気量Ａ／Ｎとエンジン回転数Ｎとによって算出されたエンジン出力トルクに基づき道路勾配を算出し、そして、この道路勾配に基づいて自動変速機の変速状態（変速比や変速段）を制御する手法を燃料カット時に適用すると、算出されたエンジン出力トルクの精度が好ましくないため、これに基づいて算出された道路勾配の精度も低下し、ひいては自動変速機の変速状態制御の精度が落ちるおそれがあるが、本実施形態では、エンジン内の圧力を測定する圧力センサ等の追加機器を必要としない簡素な構成で、且つ吸入空気量Ａ／Ｎによらずにエンジン出力トルクを推定・算出することによって、正確な推定エンジン出力トルクを得て、さらに、この正確な推定エンジン出力トルクを用いて道路勾配を算出し、そして、算出された道路勾配に応じて自動変速機の変速状態を的確に決定する制御を行なうことが可能となるので、燃費向上やドライブフィールの向上に寄与することが可能となる。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施態様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、上述の一実施形態に示すエンジントルク推定装置２０においては、Ａ／Ｔ−ＥＣＵ３０とＥ／Ｇ−ＥＣＵ３１とがそれぞれ独立して設けられた場合を示したが、Ａ／Ｔ−ＥＣＵ３０とＥ／Ｇ−ＥＣＵ３１とを１つのＥＣＵにまとめて共通化を図ってもよい。これにより、構成部品点数の低減によるコスト抑制や構成部品点数の低減による装置の小型化などに寄与することが可能となる。
【００２８】
また、上述の一実施形態においては、エンジン出力トルクを推定・算出し、道路勾配の推定・算出に用いて、自動変速機の制御に利用する場合について説明したが、算出された推定エンジン出力トルクを道路勾配の推定・算出に用いる場合に限らず、例えば、自動変速機におけるライン圧の制御や変速中の摩擦係合要素へ供給される油圧の制御に用いたりしてもよい。このような制御における場合も、燃料カット中であっても正確なエンジン出力トルクを的確に推定・算出できるので、精度の高い制御を実行することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のエンジントルク推定装置によれば、エンジン内への燃料供給中もしくは燃料供給停止中に関わらず、圧力センサなどの部品を追加することのないシンプルな構成で、運転中のエンジンにおいて発生する出力トルクを正確に推定することが可能となり、自動車の制御性向上に大きく寄与することが可能となる（請求項１）。
【００３０】
また、エンジン内への燃料供給中には、エンジン回転数、エンジン負荷およびエンジン推定トルクから規定される３次元の第１エンジントルクマップを用いることによって時々刻々と変化する運転中のエンジンで発生する出力トルクを簡素な構成で確実に、しかも容易に推定することが可能となり、一方、エンジンへの燃料が供給されていない時（燃料カット時）には、回転数とエンジントルクのみによって規定されるシンプルな２次元の第２マップを用いることによって、簡素な構成で、容易に、且つ確実に運転中のエンジンで発生する出力トルクを推定することが可能となる（請求項２）。
【００３１】
また、本発明のエンジントルク推定方法によれば、エンジンに対する燃料供給の実行／停止に応じて、第１エンジントルクマップと第２エンジントルクマップを使い分けることが出来るので、容易、且つ確実に運転中のエンジンにおいて発生する出力トルクを推定することが可能となり、運転制御性の向上に寄与することが可能となる（請求項３、４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジントルク推定装置の構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるエンジントルク推定装置の第１エンジントルクマップを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるエンジントルク推定装置の第２エンジントルクマップを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるエンジントルク推定装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０　エンジントルク推定装置
２１　エンジントルク推定手段
２２　第１エンジントルク推定部
２３　第１エンジントルクマップ
２４　第２エンジントルク推定部
２５　第２エンジントルクマップ
２６　燃料供給停止手段
２７　道路勾配推定手段
２８　変速制御手段
２９　燃料供給制御手段
３０　自動変速機用電子制御ユニット（Ａ／Ｔ−ＥＣＵ）
３１　エンジン用電子制御ユニット（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）
４０　自動変速機
５０　エンジン

Claims

エンジンで発生するトルクを推定するエンジントルク推定手段と、
所定のエンジン運転条件の成立時に該エンジンに対する燃料供給を停止しうる燃料供給停止手段とを有し、
該エンジントルク推定手段は、
燃料の供給時に該エンジンで発生するエンジントルクを推定する第１エンジントルク推定部と、
該燃料供給停止手段による燃料供給停止時に該エンジンで発生する負のエンジントルクを推定する第２エンジントルク推定部とを有する
ことを特徴とする、エンジントルク推定装置。
該第１エンジントルク推定部は、該エンジンの回転数及び該エンジンの負荷に応じたエンジントルクが設定された第１エンジントルクマップを有し、
該第２エンジントルク推定部は、該エンジン回転数に応じた負のエンジントルクが設定された第２エンジントルクマップを有している
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジントルク推定装置。
エンジンに対して燃料供給が実行されているか否かを判定する第１ステップと、
該第１ステップで燃料供給が停止されていると判定されると、エンジン回転数に応じたエンジントルクが設定された第２エンジントルクマップに基づき該エンジンの負のエンジントルクを推定する第２ステップとを有する
ことを特徴とする、エンジントルク推定方法。
該第１ステップで燃料供給が実行されていると判定されると、該エンジン回転数及びエンジン負荷に応じたエンジントルクが設定された第１エンジントルクマップに基づき該エンジントルクを推定する第３ステップとを有する
ことを特徴とする、請求項３記載のエンジントルク推定方法。