JP2004278490A - 内燃機関の絞り弁を制御する電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のアイドル回転数のオープンループ制御において、カーボン詰まりに対応して適正なエアー補正をする
【解決手段】電子制御装置は、アイドル回転数のフィードバック補正量に基づいて第１の学習値を算出する第１の学習手段と、前記第１の学習値が安定している状態において、該第１の学習値に基づく第２の学習値を算出する第２の学習手段と、アイドル回転数のオープンループ制御時に、前記第２の学習値を吸気絞り弁に付着したカーボン詰まり量を反映した補正量として前記絞り弁の開度を補正する補正手段と、を備える。吸気絞り弁に付着したカーボン詰まり量を反映した補正量として、運転状態の影響の小さい値を使用することができるので、適正なエアー補正をすることができる。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のアイドル回転数制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の運転状態が所定のアイドル領域にあるときは、内燃機関の回転数をアイドル領域目標回転数になるようにフィードバック制御している。車両の運転状態がアイドル領域外に移行したとき（たとえば、車速やスロットル開度が所定値を超えたとき）は、内燃機関の回転数の下限を、前記のアイドル領域目標回転数とは別に設定されたアイドル領域外目標回転数にオープンループ制御するようにしている。
【０００３】
アイドル領域外目標回転数は、一般に、内燃機関の冷却水温度が低いときや、エアコンディショナーやパワーステアリングといった補機類の負荷が高いときときは、内燃機関の運転安定性を確保するため通常より高い回転数に設定される。
【０００４】
下記の特許公開公報には、アイドル領域目標回転数へのフィードバック制御を行いながら、フィードバック制御値に基づいてフィードバック補正量の学習値を算出することが記載されている。この学習値は、車両の運転状態によりフィードバック条件が成立しなくなり、オープンループ制御に移行したときに、フィードバック補正量に代えて使用される。こうしてオープンループ制御時のアイドル回転数の安定化が図られている。また、長年の使用によりスロットルバルブに潤滑油成分や燃焼生成物が付着し、いわゆるカーボン詰まり（デポジット）を生じることが知られている。カーボン詰まりが生じると、スロットルバルブの開口面積が減少する。同公報には、車両の使用初期における上記学習値に対する経年使用後の学習値の増大量に基づいてカーボン詰まり量による影響を検出し、このカーボン詰まり量による影響に応じてスロットルバルブ開度を補正することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２７０３８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の手法によると、フィードバック補正量に基づいた学習値は、運転状態の影響を多分に含んでいる。したがって、使用初期の学習値と経年変化後の学習値との偏差をとることにより検出されるカーボン詰まり量による影響は、運転状態の影響を多く含んでいる。このカーボン詰まり量を反映したオープンループ制御は、フィードバック条件が成立しない運転状態、すなわちフィードバック制御時とは異なる運転状態、において実行される。したがって、運転状態の相違により、カーボン詰まり量による影響に基づく補正がオープンループ制御に適さず、適正なエアー補正をすることができない可能性がある。したがって、アイドル回転数制御において、オープンループ制御に適正なエアー補正をする技術に対する必要性が存在する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明（請求項１）の内燃機関の絞り弁を制御する電子制御装置は、上記の課題を解決するため、アイドル回転数のフィードバック補正量に基づいて第１の学習値を算出する第１の学習手段と、前記第１の学習値が安定している状態において、該第１の学習値に基づく第２の学習値を算出する第２の学習手段と、アイドル回転数のオープンループ制御時に、前記第２の学習値を補正量として前記絞り弁の開度を補正する補正手段と、を備える。
【０００８】
この発明によると、第１の学習手段が算出した第１の学習値に基づいて、この学習値が安定している状態において、第２の学習値を算出する。第１の学習値が安定している状態は、フィードバック制御において運転状態が安定していることに対応する。したがって、第２の学習値は、運転状態の影響をほとんど受けない。こうして、吸気絞り弁に付着したカーボン詰まり量を反映した補正量として、運転状態の影響の小さい値を使用することができるので、適正なエアー補正をすることができる。
【０００９】
この発明の一形態（請求項２）によると、電子制御装置は、プロセッサを備え、このプロセッサは、アイドル回転数のフィードバック補正量に基づいて第１の学習値を算出し、前記第１の学習値が安定している状態において、該第１の学習値に基づく第２の学習値を算出し、アイドル回転数のオープンループ制御時に、前記第２の学習値を補正量として前記絞り弁の開度を補正するよう、プログラムされている。
【００１０】
この発明の一形態（請求項３）によると、上記発明において、前記第１の学習値が安定している状態は、該第１の学習値の最大値と最小値との差が所定値より小さいことに基づいて判定する。学習値の変化が小さい状態、すなわち運転状態が安定している状態で第２の学習値を算出する趣旨である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。図１は、内燃機関のアイドル回転数制御装置の全体的な構成を示すブロック図である。エンジン１０は、たとえば４気筒の自動車エンジンである。吸気管１２には主たる絞り弁であるスロットルバルブ１４が配置されている。スロットルバルブ１４は、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ， ＥＣＵ）６０からの制御信号に応じてアクチュエータ１８によって駆動される。ＥＣＵ６０は、図に示さないアクセルペダルの踏み込み量センサからの検出出力に応じて、スロットルバルブ１４を開閉制御するための制御信号をアクチュエータ１８に送る。この方式は、ドライブバイワイヤ方式と呼ばれており、他の方式には、ワイヤ１６をアクセルペダルに接続してアクセルペダルにより直接的にスロットルバルブを制御する方式がある。スロットルバルブ１４の近くにスロットルバルブ開度センサ２０が設けられており、スロットル開度θＴＨに応じた信号を出力する。
【００１２】
スロットルバルブ１４の下流のインテークマニホールドの直後の吸気ポート付近に、気筒ごとにインジェクタ（燃料噴射装置）２４が設けられている。インジェクタ２４は、燃料タンクに燃料供給管および燃料ポンプを介して接続され、ガソリン燃料の供給を受け、吸気ポート内に噴射する。
【００１３】
吸気管１２には、スロットルバルブ１４をバイパスするバイパス通路（２次空気通路）２６が接続されている。バイパス通路２６にはバイパス空気量を調整する制御バルブ（ＥＡＣＶ）３０が設けられている。制御バルブ３０は、常閉型であり、電磁ソレノイドによって開閉駆動されるバルブを備えている。
【００１４】
吸気管１２のスロットルバルブ１４の下流には絶対圧センサ３２および吸気温センサ３４が備えられ、それぞれ吸気管内絶対圧ＰＢＡおよび吸気温ＴＡを示す電気信号を出力する。
【００１５】
エンジン１０のカムシャフトまたはクランクシャフトの付近に気筒判別センサ（ＣＹＬ）４０が設けられており、たとえば第１気筒の所定クランク角度一で気筒判別信号ＣＹＬを出力する。また、ＴＤＣセンサ４２およびクランク角センサ（ＣＲＫ）４４が備えられており、前者は、各気筒のピストン上死点（ＴＤＣ）位置に関連した所定のクランク角度位置でＴＤＣ信号を出力し、後者は、ＴＤＣ信号よりも周期の短いクランク角度（たとえば３０度）でＣＲＫ信号を出力する。
【００１６】
エンジン１０は、エキゾーストマニホールドを介して排気管４６に接続され、燃焼によって生じた排出ガスを触媒装置５０で浄化し、外部に排出する。触媒装置５０の上流には広域空燃比（ＬＡＦ）センサ５２が設けられ、リーンからリッチにわたる広範囲において排出ガス中の酸素濃度に比例する信号を出力する。
【００１７】
自動車の車輪を駆動するドライブシャフトの付近に車速センサ５４が配置され、ドライブシャフトの所定回転ごとに信号を出力する。また、車両には大気圧センサ５６が設けられ、大気圧に応じた信号を出力する。
【００１８】
これらのセンサの出力は、電子制御装置（ＥＣＵ）６０に送られる。ＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータで構成されており、演算を行うプロセッサＣＰＵ６０ａ、制御プログラムおよび各種データのリスト、テーブルを格納するＲＯＭ６０ｂ、およびＣＰＵ６０ａによる演算結果などを一時記憶するＲＡＭ６０ｃを有する。各種センサの出力は、ＥＣＵ６０の入力インターフェイス６０ｄに入力される。入力インターフェイス６０ｄは、入力信号を整形して電圧レベルを修正する回路、およびアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。
【００１９】
ＣＰＵ６０ａは、クランク角センサ４４からのＣＲＫ信号をカウンタでカウントしてエンジン回転するＮＥを検出し、また、車速センサ５４からの信号をカウントして車両の走行速度ＶＰを検出する。ＣＰＵ６０ａは、ＲＯＭ６０ｂに格納されたプログラムに従って演算を実行し、出力インターフェイス６０ｅを介してインジェクタ２４、点火装置（図示せず）、スロットルバルブ・アクチュエータ１８などに駆動信号を送る。
【００２０】
次に図２を参照して、この発明の一実施形態における制御の概念を説明する。点線で示す第１学習値（ＩＸＲＥＦＮ）は、後に図３を参照して説明するプロセスによって算出される値で、アイドル中のスロットルバルブ１４の開度をＰＩＤフィードバック制御するときの、積分項（ＩＡＩＮ）をなました値である。実線で示す第２学習値（ＩＸＲＥＦＤＢＷ）は、後に図５を参照して説明するプロセスによって算出される値で、第１学習値をなました値である。所定値ＩＸＲＥＦＭは、第２学習値ＩＸＲＥＦＤＢＷのデフォルト値である。図２は、経年変化により、第１学習値および第２学習値が変化する様子をモデル的に示している。
【００２１】
後に図６を参照して説明するように、アイドル回転数のフィードバック制御条件が成立しなくなり、オープンループの制御に移行すると、第２学習値が図２のしきい値線より下にある場合は、第２学習値のデフォルト値ＩＸＲＥＦＭがアイドル回転数制御のフィードバック項ＩＦＢＦとして使用される。経年変化により、第２学習値が図２のしきい線を超えるようになると、デフォルト値ＩＸＲＥＦＭに（第２学習値ＩＸＲＥＦＤＢＷ − デフォルト値ＩＸＲＥＦＭ）を上乗せした値、すなわち、第２学習値がアイドル回転数制御のフィードバック項ＩＦＢＦとなる。このように、アイドル回転数のオープンループ制御では、アイドル回転数のフィードバック制御のフィードバック項に代えてデフォルト値ＩＸＲＥＦＭまたは第２学習値ＩＸＲＥＦＤＢＷが使用される。他の実施例では、第２学習値にデフォルト値を設けることなく、直接、第２学習値をフィードバック項として使用する。
【００２２】
次に図３を参照して上記の学習値を算出するプロセスを説明する。まず、車両の状態が学習許可領域にあるかどうか、すなわち車両の状態が学習値の算出に適しているかどうかをサブルーチンＳ１０１で判定し、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０１の学習許可領域の判定プロセスは、後に図４を参照して説明する。
【００２３】
ステップＳ１０３では、なんらかのデバイスの故障を示すフラグが１にセットされているかどうか判定される。このフラグが１にセットされていなければ、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、学習許可フラグが１にセットされているかどうか判定される。学習許可フラグは、サブルーチンＳ１０１においてセットされる。学習許可フラグが１にセットされているならば、ステップＳ１０７でカウンタの値を１だけ減らして（デクリメントして）、ステップＳ１０９に進む。このカウンタは、学習値の算出間隔を設定するためのもので、後に説明するステップＳ１１１およびＳ１１９で初期値にセットされる。ステップＳ１０９でカウンタの値が０に達しているかどうか判定され、０になっていなければ、プロセスを終了し、所定時間後に再度ステップＳ１０１からプロセスを開始する。
【００２４】
ステップＳ１０９でカウンタが０になっているならば、このカウンタを初期値にセットし（Ｓ１１１）、第１学習値の算出ステップＳ１１３に進む。ここで、第１学習値ＩＸＲＥＦＮは、次に式で算出される。
【００２５】
【数１】
ＩＸＲＥＦＮ ＝ ＩＡＩＮ × なまし係数 ＋ ＩＸＲＥＦＮ（ｎ−１） ×（１−なまし係数）
【００２６】
ＩＡＩＮは、ＰＩＤフィードバック制御の積分項である。ＩＸＲＥＦＮ（ｎ−１）は、学習値ＩＸＲＥＦＮの前回値である。なまし係数は、たとえば、０．７である。この実施例では、なまし係数を用いて学習値を求めたが、他の実施例では、積分項ＩＡＩＮの移動平均を学習値とする。こうして算出された学習値は、ＲＡＭ６０ｃに記憶される。
【００２７】
次にプロセスは、後に図５を参照して説明する第２学習値算出プロセスＳ１１５に進む。上述したステップＳ１０３でデバイス故障フラグが１にセットされているときは、上述した所定のデフォルト値ＩＸＲＥＦＭを第１学習値ＩＸＲＥＦＮとし（Ｓ１１７）、学習値算出間隔を定めるカウンタに初期値をセットして（Ｓ１１９）、プロセスを終了する。
【００２８】
図４を参照して、図３に示した学習許可領域の判定ステップＳ１０１の詳細を説明する。まずステップＳ１２１において、車両がアイドル回転数をフィードバック制御するモードにあるかどうかを、車両の運転モードを示すステータスコードに基づいて判定する。否定のときは、学習許可フラグを０（不許可）にセットして（Ｓ１３７）、プロセスを終了する。肯定のときは、ステップＳ１２３に進み、エンジン始動から所定の時間が経過したことを示すフラグが１にセットされているかどうかを判定する。このフラグが１にセットされていないときは、学習許可フラグを０にセットして（Ｓ１３７）、プロセスを終了する。エンジン始動直後は、エンジンの状態が安定していないので、学習を禁止するのである。
【００２９】
エンジン始動から所定の時間が経過していると、ステップＳ１２５に進み、吸気管内の絶対圧ＰＢＡが所定値より大きいかどうかが判定される。ＰＢＡは、エンジンの負荷を反映しており、ＰＢＡが所定値より大きいことは、エンジン負荷が大きいことを意味し、学習値の算出に適さないので、ステップＳ１３７を経てプロセスを終了する。ＰＢＡが所定値以下であれば、ステップＳ１２７に進み、ゲージ圧ＰＢＧＡ、すなわち大気圧ＰＡと吸気管内圧ＰＢＡとの差、が所定値より大きいかどうかが判定される。ゲージ圧ＰＢＧＡが所定値より大きいことは、高負荷を意味し、学習値の算出に適さないので、学習許可フラグを０にセットして（Ｓ１３７）、プロセスを終了する。
【００３０】
ゲージ圧ＰＢＧＡが所定値以下であれば、ステップＳ１２９に進み、エンジン回転するＮＥの変動が所定値より大きいかどうかが判定される。ＮＥの変動が所定値より大きいときは、学習値の算出に適さないので、学習許可フラグを０にセットして（Ｓ１３７）、プロセスを終了する。ＮＥ変動が所定値以下であれば、ステップＳ１３１に進み、エンジンの目標回転数ＮＯＢＪの今回値と前回値との差が所定値より大きいかどうかが判定される。ＮＯＢＪの偏差が大きいことは、エンジン回転が安定していないことを意味し、学習値の算出に適さないので、学習許可フラグを０にセットして（Ｓ１３７）、プロセスを終了する。
【００３１】
ＮＯＢＪ偏差が所定値以下であれば、ステップＳ１３３に進み、エンジン水温ＴＷが所定値より低いかどうかが判定される。エンジン水温が所定値以下のときは、エンジンが不安定で学習値の算出に適さないので、学習許可フラグを０にセットして（Ｓ１３７）、プロセスを終了する。エンジン水温が所定値以上であれば、学習許可フラグを１にセットし（Ｓ１３５）、プロセスを終了する。
【００３２】
次に図５を参照して、図３のサブルーチンＳ１１５における第２学習値の算出プロセスを説明する。まず、ステップＳ１４１において吸気管圧力ＰＢＡが所定値以下であるかどうかを判定する。前述のようにＰＢＡは、エンジン負荷に対応し、この値が小さいことはエンジン負荷が小さいことを意味する。ＰＢＡが所定値以下であると、ステップＳ１４３に進み、図３のステップＳ１１３で算出された第１学習値のうち、図５のステップＳ１４９で更新される最大値と、同様にステップＳ１５１で更新される最小値との差が所定値以下であるかどうかが判定される。ステップＳ１５９で設定されるタイマで決められる所与の期間における第１学習値の最大値と同期間における第１学習値の最小値との差が所定値以下の状態で第２学習値を算出する趣旨である。こうすることにより、エンジンの運転状態が安定している領域での学習値を得ることができる。
【００３３】
ステップＳ１４３での判定がノーのときは、ステップＳ１５７に進み、第１学習値の現在値を、ＩＸＲＥＦＮ最大値およびＩＸＲＥＦＮ最小値にセット、ステップＳ１５９でタイマに所定値をセットして、プロセスを終了し、予め定めた周期で図３のプロセスから処理を繰り返す。ステップＳ１５９のタイマの作用については、後に説明する。
【００３４】
ステップＳ１５７を経てプロセスを終了した後、次回に図５のプロセスに入ると、ステップＳ１５７でＩＸＲＥＦＮ最大値およびＩＸＲＥＦＮ最小値が同じ値に設定されているから、Ｓ１４３における判定は、イエスになる。したがって、プロセスは、ステップＳ１４５に進み、図３のステップＳ１１３で算出された第１学習値ＩＸＲＥＦＮがステップＳ１５７で設定されＲＡＭ６０ｃに記憶されているＩＸＲＥＦＮ最大値より大きいかどうかが判定され、大きければ、第１学習値の現在値でＩＸＲＥＦＮ最大値を置き換える（Ｓ１４９）。この判定がノーのときは、ＩＸＲＥＦＮ現在値がＩＸＲＥＦＮ最小値より小さいかどうか判定され（Ｓ１４７）、小さければＩＸＲＥＦＮ現在値でＩＸＲＥＦＮ最小値を置き換える（Ｓ１５１）。これらの最大値、最小値の更新プロセスを終了すると、ステップＳ１５９で初期値に設定されるタイマが０になっているかどうか、すなわちＩＸＲＥＦＮ最大値とＩＸＲＥＦＮ最小値との差が所定値以下である状態がタイマで設定された期間続いたかどうかを判定し、タイマが０になっているとき、ステップＳ１５５に進み、第２学習値を算出する。タイマが０になっていないときは、プロセスを終了して予め定めた周期で図３のプロセスから開始する。
【００３５】
ステップＳ１５５では、第２学習値ＩＸＲＥＦＤＢＷが次に式に従って算出される。
【００３６】
【数２】
ＩＸＲＥＦＤＢＷ ＝ ＩＸＲＥＦＮ × なまし係数 ＋ ＩＸＲＥＦＤＢＷ（ｎ−１） × （１ − なまし係数）
【００３７】
なまし係数は、たとえば０．７であるが、第１学習値のなまし係数とは異なる値を使用してもよい。
【００３８】
次に図６を参照して、アイドル回転数フィーダバック項ＩＦＢＦの決定プロセスを説明する。まず、ステップＳ１６１において第２学習値ＩＸＲＥＦＤＢＷが図２に一点鎖線で示すしきい値を超えたかどうかを判定する。このしきい値は、前述のデフォルト値ＩＸＲＥＦＭよりわずかに高い値に設定されている。第２学習値がしきい値を超えていれば第２学習値ＩＸＲＥＦＤＢＷとデフォルト値ＩＸＲＥＦＭとの差（ＩＸＲＥＦＤＢＷ − ＩＸＲＥＦＭ）を差分値として設定し（Ｓ１６３）、超えていなければ、差分値として０を設定し（Ｓ１６５）、ステップＳ１６７に進む。ステップＳ１６７ではエンジンが始動モードにあるかどうかを判定し、始動モードにあれば、ステップＳ１７７に進み、アイドル回転数フィードバック項ＩＦＢＦとして、ＩＴＷＦ ＋ ＩＸＲＥＦＭ ＋ 差分値 を設定する。ここで、ＩＴＷＦは、エンジン水温に応じた補正項である。第２学習値がしきい値を超えているときの差分値は、ＩＸＲＥＦＤＢＷ − ＩＸＲＥＦＭ であるから、ＩＦＢＦの値は、ＩＴＷＦ ＋ ＩＸＲＥＦＤＢＷとなる。第２学習値がしきい値を超えていないときは、差分値は０であるから、ＩＦＢＦの値は、ＩＴＷＦ ＋ ＩＸＲＥＦＭ となる。 他の実施例では、ＩＴＷＦを０とし、第２学習値がしきい値を超えているかどうかによって、フィードバック項ＩＦＢＦをＩＸＲＥＦＤＢＷまたはＩＸＲＥＦＭとする。
【００３９】
ステップＳ１６７でエンジンが始動モードでないと判定されると、ステップＳ１６９において、アイドル回転数のフィーダバック制御モードにあるかどうかをモードの識別子から判定し、フィードバック制御モードにあれば、ステップＳ１７５に進み、フィードバック項ＩＦＢＦとして、フィードバック制御プログラムによって算出されるフィードバック項ＩＦＢを設定する。ＩＦＢの算出は、この発明の範囲でないので、説明を省略する。
【００４０】
ステップＳ１６９でフィードバック制御モードでないと判定されたときは、ステップＳ１７１に進み、アイドル回転数制御以外のオープンループ制御モードにあるかどうかをモード識別子から判定する。エンジンが低水温の暖機過程にあるなど、モードがアイドル回転中のオープンループ制御であることが示されると、ステップＳ１７３に進み、フィードバック項ＩＦＢＦを設定する。ステップＳ１７３の内容は、前述したステップＳ１７７と同じである。
【００４１】
以上にこの発明を具体的な実施例について説明したが、この発明は、このような実施例に限定されるものではない。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によると、カーボン付着による経年劣化に対応して絞り弁開度の適切な補正を行うことができ、その結果、アイドル回転数のオープンループ制御時に安定した回転数制御を行うことができる。また、運転状態の影響を排除して正確なカーボン詰まり量対応の学習値を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の自動車エンジンの電子制御装置の全体的な構成を示すブロック図。
【図２】この発明の一実施例における第１学習値ＩＸＲＥＦＮ、第２学習値ＩＸＲＥＦＤＢＷ、デフォルト値ＩＸＲＥＦＭ、およびしきい値の関係を示す図。
【図３】学習値算出の全体的なプロセスを示すフローチャート。
【図４】学習許可領域判定プロセスのフローチャート。
【図５】第２学習値算出プロセスを示すフローチャート。
【図６】アイドル回転数フィードバック項算出プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１０ 内燃機関（エンジン）
１４ スロットルバルブ（絞り弁）
６０ 電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. アイドル回転数のフィードバック補正量に基づいて第１の学習値を算出する第１の学習手段と、
   前記第１の学習値が安定している状態において、該第１の学習値に基づく第２の学習値を算出する第２の学習手段と、
   アイドル回転数のオープンループ制御時に、前記第２の学習値を補正量として前記絞り弁の開度を補正する補正手段と、
   を備える内燃機関の絞り弁を制御する電子制御装置。
2. 内燃機関の絞り弁を制御する電子制御装置であって、該電子制御装置はプロセッサを備えており、該プロセッサは、
   アイドル回転数のフィードバック補正量に基づいて第１の学習値を算出し、
   前記第１の学習値が安定している状態において、該第１の学習値に基づく第２の学習値を算出し、
   アイドル回転数のオープンループ制御時に、前記第２の学習値を補正量として前記絞り弁の開度を補正するよう、プログラムされている電子制御装置。
3. 前記第１の学習値が安定している状態は、該第１の学習値の最大値と最小値との差が所定値より小さいことに基づいて判定する請求項１または２に記載の電子制御装置。

Images