JP2005273537A - エンジン出力制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 現代制御のようなモデル化を実行せずに、エンジン出力制御の応答性を高くできるエンジン出力制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジン発生トルクTQeと推定エンジン負荷トルクTQfとの差(推定トルク収支TQx)はエンジンに作用しているトルクである。そしてエンジン回転数変化として現れる加速度算出トルク収支TQyはエンジン回転に現れているトルクである。これらのトルク間のずれ(推定トルクずれ量TQc)は、エンジン出力制御に用いられている推定エンジン負荷トルクと、実際に生じているエンジン負荷トルクとのずれを反映している。このため推定トルクずれ量TQcに基づいてエンジン出力を補正することにより、エンジン出力状態を、より適切な状態に移行させることができる。このような物理的根拠に基づくので現代制御のようなモデル化を実行せずに高応答のエンジン出力制御が可能となる。
【選択図】 図3

Description

本発明はエンジンの発生トルクを制御するエンジン出力制御装置に関する。
エンジンの発生トルクを制御する装置として、例えば目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との差からアイドル時の目標トルクを設定し、この目標トルクを実現するようにエンジン出力制御を実行するエンジントルクデマンド制御が提案されている(例えば特許文献1参照)。
又、上述のごとくのエンジン回転数に基づくPID制御あるいはPI制御ではなく、エンジンをモデル化して評価関数を導きだしこの評価関数の値が最小になるように制御するいわゆる現代制御も提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開平10−325348号公報(第5−7頁、図5−8) 特開平5−248291号公報(第3−4頁、図1)
前者の従来技術では、スロットル開度などの出力側の調節に対応して実際にエンジン回転数に現れたことを測定してエンジン出力トルクにフィードバックするPID制御あるいはPI制御であるので、トルク操作量に物理的な根拠はない。したがってフィードバックゲインなどによる収束性と応答性とのバランス設定が困難であり、トルク操作量に対する応答性を低くせざるを得ない。
後者の従来技術では、このような応答性低下は存在しないが、動作が直感的でなく実機との間でのモデル誤差を修正するのに工数がかかり、量産化に適用しにくいという問題が存在する。
本発明は、現代制御のようなモデル化を実行せずに、エンジン出力制御の応答性を高くできるエンジン出力制御装置の提供を目的とするものである。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載のエンジン出力制御装置は、エンジン発生トルクとエンジンに加わる推定エンジン負荷トルクとの差を第1トルク収支として算出する第1トルク収支算出手段と、エンジン回転数変化として現れるトルクを第2トルク収支として算出する第2トルク収支算出手段と、前記第1トルク収支算出手段にて算出された第1トルク収支と、前記第2トルク収支算出手段にて算出された第2トルク収支との差をトルク収支ずれ量として算出するトルク収支ずれ量算出手段と、前記トルク収支ずれ量算出手段にて算出されたトルク収支ずれ量に基づいてエンジン出力を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
エンジン発生トルクとエンジンに加わる推定エンジン負荷トルクとの差である第1トルク収支は、エンジン回転を変化するようにエンジンに作用しているトルクである。
エンジン回転数変化として現れるトルクである第2トルク収支は、エンジン回転に現れているトルクである。
したがってこの第1トルク収支と第2トルク収支との間にずれがあれば、このトルク収支ずれ量は、エンジン出力制御において用いられているデータ、例えば推定エンジン負荷トルク等のデータと実際値とのずれを反映していることになる。このため補正手段が、上記トルク収支ずれ量に基づいてエンジン出力を補正することにより、エンジン出力状態を、より適切な状態に移行させることができる。
そして、このような物理的根拠に基づいて求められたトルク収支ずれ量により、補正手段がエンジン出力を補正しているので、フィードバックゲインなどによる収束性と応答性とのバランス設定が不要であり、負荷変動などを高応答にエンジン出力に反映させることができる。
このようにして、現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項2に記載のエンジン出力制御装置では、請求項1において、前記第1トルク収支算出手段は、トルクセンサによる実測、エンジン燃焼圧センサにより検出された燃焼圧からの計算、又はエンジン運転状態に基づく推定により、前記エンジン発生トルクを求めて前記第1トルク収支の計算に用いることを特徴とする。
このようにしてエンジン回転を変化するようにエンジンに作用しているエンジン発生トルクを求めることができ、現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項3に記載のエンジン出力制御装置では、請求項1又は2において、前記第1トルク収支算出手段は、アイドル時には、エンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルクにより前記推定エンジン負荷トルクを求めて前記第1トルク収支の計算に用いることを特徴とする。
アイドル時には、エンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルクがエンジン回転を抑制するようにエンジンに作用しているトルクである。したがってこれらのトルク値により推定エンジン負荷トルクを求めることができる。このようにして現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項4に記載のエンジン出力制御装置では、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記第2トルク収支算出手段は、アイドル時には、エンジン回転数の時間変化とエンジン回転における慣性モーメントとにより算出されるトルクを第2トルク収支として算出することを特徴とする。
このようにしてアイドル時には、エンジン回転に現れているトルクとしての第2トルク収支を求めることができる。このようにして現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項5に記載のエンジン出力制御装置では、請求項4において、前記第1トルク収支算出手段は、前記第2トルク収支算出手段にてエンジン回転数変化を求める時間幅の前後で、エンジン発生トルクとエンジンに加わる推定エンジン負荷トルクとの差をそれぞれ求め、該2つの差の値を平均化して、第1トルク収支として算出することを特徴とする。
第2トルク収支算出手段がエンジン回転数変化を、或る時間幅の前後のエンジン回転数の差で求めている場合には、エンジン回転数変化の値は、前記時間幅前後での加速度の平均値を求めたことに相当する。
したがって第1トルク収支算出手段においても、エンジン発生トルクと推定エンジン負荷トルクとの差を、前記時間幅前後で2つ求めて平均化し、この平均値を第1トルク収支とすることにより、第1トルク収支と第2トルク収支との時間的なずれを無くすことができる。このことにより一層高精度なエンジン出力制御が可能となる。
請求項6に記載のエンジン出力制御装置では、請求項1〜5のいずれかにおいて、前記補正手段は、アイドル回転数制御時に、前記トルク収支ずれ量に基づいてエンジン出力を補正することを特徴とする。
特に上述したエンジン出力制御はアイドル回転数制御時に適用することで、現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項7に記載のエンジン出力制御装置では、請求項6において、前記アイドル回転数制御は、アイドル目標回転数に対応して発生するエンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルクに基づいてエンジン出力を制御することを特徴とする。
より具体的には、このようにアイドル時にエンジン出力を制御するとともに、前記トルク収支ずれ量に基づいて上記エンジン出力を補正することにより、現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項8に記載のエンジン出力制御装置では、請求項1又は2において、前記第1トルク収支算出手段は、エンジンフリクションによる負荷トルク、補機類の負荷トルク及び動力伝達系の負荷トルクにより、前記推定エンジン負荷トルクを求めて前記第1トルク収支の計算に用いることを特徴とする。
アイドル時以外においては、エンジン回転を変化するようにエンジンに作用しているトルクとしては、エンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルク以外に、動力伝達系の負荷トルクを考慮する必要がある。
したがって第1トルク収支算出手段は、エンジンフリクションによる負荷トルク、補機類の負荷トルク及び動力伝達系の負荷トルクにより、推定エンジン負荷トルクを求めることにより、アイドル時に限らず、常に適切な推定エンジン負荷トルクを求めることができる。
このようにして、現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項9に記載のエンジン出力制御装置では、請求項1、2、8のいずれかにおいて、前記第2トルク収支算出手段は、エンジン回転数の時間変化とエンジン回転における慣性モーメント及び動力伝達系の慣性モーメントとにより算出されるトルクを第2トルク収支として算出することを特徴とする。
このように慣性モーメントとして、エンジン回転における慣性モーメント及び動力伝達系の慣性モーメントを用いることにより、アイドル時に限らず、常に適切な第2トルク収支を求めることができる。このようにして、現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
請求項10に記載のエンジン出力制御装置では、請求項9において、前記第1トルク収支算出手段は、前記第2トルク収支算出手段にてエンジン回転数変化を求める時間幅の前後で、エンジン発生トルクとエンジンに加わる推定エンジン負荷トルクとの差をそれぞれ求め、該2つの差の値を平均化して、第1トルク収支として算出することを特徴とする。
前述した請求項5にて説明したごとくの理由により、第1トルク収支算出手段は上述したごとくトルクの差を2つ求めて平均化し、この平均値を第1トルク収支とすることにより、第1トルク収支と第2トルク収支との時間的なずれを無くすことができる。このことにより一層高精度なエンジン出力制御が可能となる。
請求項11に記載のエンジン出力制御装置では、請求項1、2、8〜10のいずれかにおいて、前記補正手段は、前記トルク収支ずれ量に基づいてエンジン出力を補正することを特徴とする。
このエンジン出力制御により、アイドル時に限ることなく、現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
[実施の形態1]
図1は、車両に搭載されたガソリンエンジン(以下、「エンジン」と略す)2及びその制御装置としての電子制御ユニット(以下、「ECU」と称す)4の概略構成図である。エンジン2は複数気筒エンジン、ここでは4気筒エンジンであり、各気筒には吸気バルブと排気バルブとが各2つ設けられて、4バルブエンジンとして構成されている。尚、気筒数は3気筒でも、6気筒以上の気筒数でも良く、更に2バルブエンジンでも3バルブ以上のマルチバルブエンジンでも良い。
エンジン2の出力は、走行時においてはクランクシャフト6aからクラッチ、変速機等を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン2には、ピストン、シリンダブロック6及びシリンダヘッド8により区画された燃焼室が形成されている。シリンダヘッド8には各燃焼室内の混合気に点火するために点火プラグ10及び各燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁12が設けられている。尚、燃料噴射弁12は燃焼室に接続している各吸気ポートに燃料を噴射するタイプであっても良い。
吸気ポートに接続された気筒毎の各吸気通路14はサージタンク16に接続されている。サージタンク16の上流側の吸気通路18にはモータ20によって開度(スロットル開度TA)が調節されるスロットルバルブ22が設けられている。このスロットル開度TAの制御により吸入空気量GAを調節している。スロットル開度TAはスロットル開度センサ24により検出されECU4に読み込まれている。吸入空気量GAはスロットルバルブ22の上流側に設けられた吸入空気量センサ26により検出されてECU4に読み込まれている。
燃焼室に接続している排気ポートは排気通路28に接続され、この排気通路28の途中には排気浄化用触媒コンバータ30が配置されている。更に排気通路28に設けられた空燃比センサ32により、排気通路28内の排気成分に基づいて空燃比AFが検出され、ECU4に読み込まれている。
ECU4はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このECU4は、上述したスロットル開度センサ24、吸入空気量センサ26、空燃比センサ32以外にもエンジン2の運転状態を検出するセンサ類から信号を入力している。具体的にはアクセルペダル34の踏み込み量(アクセル開度ACCP)を検出するアクセル開度センサ36、クランクシャフト6aの回転からエンジン回転数NEを検出するエンジン回転数センサ38、及び吸気カムシャフトの回転位相から基準クランク角を決定する基準クランク角センサ40の信号を入力している。又、エンジン冷却水温THWを検出する冷却水温センサ42から、エンジン2により駆動されるエアコンのオン・オフを指示するためのエアコンスイッチ44からも信号を入力している。更に上述したセンサ以外にも各種のデータを検出するセンサが設けられている。
ECU4は、上述した各センサからの検出内容に基づいて、燃料噴射弁12、スロットルバルブ用モータ20あるいは点火プラグ10に対する制御信号によりエンジン2の燃料噴射時期、燃料噴射量Q、スロットル開度TA及び点火時期等を適宜制御する。このことによりエンジン発生トルクを運転状態に応じて調節している。更にECU4はエアコンスイッチ44によりエアコンオンの指示がなされていれば、クランクシャフト6aとエアコン用コンプレッサ46とを電磁クラッチ48にて係合することにより、エアコンを駆動させる処理を実行する。逆にエアコンオフであれば電磁クラッチ48を解放することによりエアコンを停止する処理を実行する。
ここでECU4は、アイドル時においては図2,3のブロック線図に示すごとくエンジン発生トルクTQeを調節している。
図2について説明する。ECU4では、まずアイドル目標エンジン回転数NTに基づいて、エンジン回転数NEとエンジンフリクショントルクTQとの関係を表しているマップMapTQから、エンジン回転がアイドル目標エンジン回転数NTにある時のエンジンフリクショントルクTQiが設定される。尚、アイドル目標エンジン回転数NTはエアコンなどの補機負荷がなければ基本目標アイドル回転数が設定され、補機が駆動されている場合には、基本目標アイドル回転数よりも大きなアイドル目標回転数が設定される。
このエンジンフリクショントルクTQiと補機類負荷トルクTQhとの合計として推定エンジン負荷トルクTQaを設定する。この補機類負荷トルクTQhはアイドル目標エンジン回転数NTでの補機類の負荷トルク、ここではエアコンによる負荷トルクに相当する。この補機類負荷トルクTQhについてもマップによりアイドル目標エンジン回転数NTに基づいて設定される。
この推定エンジン負荷トルクTQaは、アイドル目標エンジン回転数NTが達成されている時にエンジン回転を抑制する負荷としてエンジン2に作用するトルクを表している。
そして推定エンジン負荷トルクTQa、回転数フィードバック補正トルクTQb及び推定トルクずれ量TQcの合計が、ISC要求トルクTQrとして出力される。ここで回転数フィードバック補正トルクTQbは、アイドル目標エンジン回転数NTと、エンジン回転数センサ38の信号から検出されるエンジン回転数NEとの差に基づいてエンジン回転数NEをアイドル目標エンジン回転数NTに収束させるように設定される補正トルクである。推定トルクずれ量TQcについては図3に示す。
そしてECU4のトルク実現部により、ISC要求トルクTQrを実現できるように点火プラグ10による点火時期、スロットル開度TA及び燃料噴射弁12からの燃料噴射量Qが制御される。
図3について説明する。まずエンジン回転数NEに基づいて図2にて説明したマップMapTQから現在のエンジンフリクショントルクTQdを設定する。
そしてこのエンジンフリクショントルクTQdと補機類負荷トルクTQgとの合計として推定エンジン負荷トルクTQfを設定する。ここで補機類負荷トルクTQgはエンジン回転数NEでの補機類による負荷トルクに相当する。この補機類負荷トルクTQgは、前記補機類負荷トルクTQhと同じマップにより実際のエンジン回転数NEに基づいて設定される。
推定エンジン負荷トルクTQfは、現在のエンジン回転数NEにおいてエンジン回転を抑制する負荷としてエンジン2に作用しているトルクを表している。
そしてエンジン発生トルクTQeから推定エンジン負荷トルクTQfを減算してトルク差DTQを設定する。このエンジン発生トルクTQeは、トルクセンサにてエンジン2の出力トルクを実測しても良いし、燃焼圧センサにて検出された燃焼圧に基づく平均有効圧によりトルクを計算しても良いし、又、エンジン回転数NEと燃料噴射量Qとをパラメータとする予め実験により設定されているマップから求めても良い。本実施の形態ではエンジン回転数NEと燃料噴射量Qとに基づいてマップからエンジン発生トルクTQeを求めている。
そしてこのトルク差DTQと前回の制御周期で求められているトルク差DTQoldとの合計トルクDTQaddが計算される。そして合計トルクDTQaddを1/2にして推定トルク収支TQx(第1トルク収支に相当)を設定する。
一方、エンジン回転数NEから前回の制御周期で求められている前回エンジン回転数NEoldを減算した値をエンジン回転数変化ΔNEとして設定する。そして制御周期Δtで割り算し、角加速度(rad/s)に換算するための換算係数Kを掛け算してクランクシャフト6aの角加速度dwを求める。そしてこの角加速度dwと、予め判明している補機も含めたエンジン回転系の慣性モーメントIeとの積により、加速度算出トルク収支TQy(第2トルク収支に相当)を設定する。
前述のごとく求めた推定トルク収支TQxから加速度算出トルク収支TQyを減算して、推定トルクずれ量TQcを設定する。
このようにして求められた推定トルクずれ量TQcが図2にて説明したごとく推定エンジン負荷トルクTQa及び回転数フィードバック補正トルクTQbとともに合計されて前述のごとくISC要求トルクTQrが算出される。
尚、推定トルク収支TQxを設定する際に、トルク差DTQと、前回の制御周期のトルク差DTQoldとの合計トルクDTQaddを1/2にする処理をしたのは次の理由からである。
図4に示すごとく、制御周期Δtで繰り返されるタイミングt1,t2,t3がそれぞれ制御演算タイミングであるとする。制御演算タイミングt2での演算を考えると、加速度算出トルク収支TQyを算出するためのエンジン回転数変化ΔNEは制御演算タイミングt2でのエンジン回転数NEから直前の制御演算タイミングt1での前回エンジン回転数NEoldを減算した値となる。したがってエンジン回転数変化ΔNE、制御周期Δt、換算係数K及び慣性モーメントIeから算出される加速度算出トルク収支TQyは、制御演算タイミングt1と制御演算タイミングt2とでの2つの加速度の平均的な値となる。このため、加速度算出トルク収支TQyにより減算される推定トルク収支TQxについても制御演算タイミングt1でのトルク差DTQoldと制御演算タイミングt2でのトルク差DTQとの平均を用いている。
上記図2,3のブロック線図の処理を実現するアイドル回転数制御処理のフローチャートの一例を図5,6に示す。本処理はアイドル時、ここではスロットル開度TA=0%において一定の時間周期(上記制御周期Δtに相当)で繰り返し実行される処理である。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「S〜」で表す。
本処理が開始されると、まずエンジン回転数センサ38の信号に基づいて検出されているエンジン回転数NEと、燃料噴射弁12から噴射されている燃料噴射量QとがECU4内に設けられたメモリの作業領域に読み込まれる(S102)。次に、エアコンスイッチ44の状態からエアコン・オンか否かが判定される(S104)。
エアコンスイッチ44がオフであればエアコン・オフであるとして(S104で「NO」)、アイドル目標エンジン回転数NTには基本アイドル目標回転数の値が設定される(S106)。一方、エアコンスイッチ44がオンであればエアコン・オンであるとして(S104で「YES」)、アイドル目標エンジン回転数NTにはエアコンオン時アイドル目標回転数の値が設定される(S108)。
次に前述したマップMapTQによりアイドル目標エンジン回転数NTに基づいてエンジンフリクショントルクTQiが算出される(S110)。
更に補機類による負荷トルクをマップMaphによりアイドル目標エンジン回転数NTに基づいて補機類負荷トルクTQhが算出される(S112)。このマップMaphは現在、エンジン2により稼働されている補機類の種類と数とにより選択されて用いられるマップであり、補機類が全く稼働していなければ、補機類負荷トルクTQh=0である。
次に式1のごとくエンジンフリクショントルクTQiと補機類負荷トルクTQhとの合計が推定エンジン負荷トルクTQaに設定される(S114)。
[式1] TQa ← TQi + TQh
次に前述したマップMapTQによりエンジン回転数NEに基づいてエンジンフリクショントルクTQdが算出される(S116)。
更に補機類による負荷トルクをマップMaphによりエンジン回転数NEに基づいて補機類負荷トルクTQgが算出される(S118)。このマップMaphはステップS112にて述べたごとくである。補機類が全く稼働していなければ補機類負荷トルクTQg=0である。
次に式2のごとくエンジンフリクショントルクTQdと補機類負荷トルクTQgとを合計することにより推定エンジン負荷トルクTQfを算出する(S120)。
[式2] TQf ← TQd + TQg
次にマップMapEによりエンジン回転数NEと燃料噴射量Qとに基づいてエンジン発生トルクTQeを算出する(S122)。そして式3のごとくエンジン発生トルクTQeから推定エンジン負荷トルクTQfを減算することによりトルク差DTQを算出する(S124)。
[式3] DTQ ← TQe − TQf
次に式4のごとく推定トルク収支TQxを算出する(S126)。
[式4] TQx ← (DTQ + DTQold)/2
ここで右辺の前回トルク差DTQoldは前回制御時におけるトルク差DTQを記憶している値である。
次に前回トルク差DTQoldにトルク差DTQを設定する(S128)。
そしてエンジン回転数変化ΔNEを式5のごとく算出する(S130)。
[式5] ΔNE ← NE − NEold
ここで右辺の前回エンジン回転数NEoldは前回制御時におけるエンジン回転数NEを記憶している値である。
次に式6のごとくエンジン回転数変化ΔNE、慣性モーメントIe、換算係数K及び制御周期Δtにより加速度算出トルク収支TQyを算出する(S132)。
[式6] TQy ← Ie × ΔNE × K/Δt
次に前回エンジン回転数NEoldにエンジン回転数NEを設定する(S134)。
そして式7のごとく推定トルクずれ量TQcが算出される(S136)。
[式7] TQc ← TQx − TQy
次にエンジン回転数NEとアイドル目標エンジン回転数NTとの差に基づいてPI制御計算により回転数フィードバック補正トルクTQbを算出する(S138)。
そして式8のごとくISC要求トルクTQrを算出する(S140)。
[式8] TQr ← TQa + TQb + TQc
そしてこのISC要求トルクTQrが達成されるように、スロットルバルブ22によりスロットル開度TA、燃料噴射弁12により燃料噴射量Q、及び点火プラグ10により点火時期を制御する(S142)。
本実施の形態による処理の一例を図7のタイミングチャートに示す。アイドル状態において、時刻t10でシステム側にて予期しない負荷がステップ的に発生したものとする。この時、本実施の形態では、時刻t10直後のエンジン回転数変化ΔNEの急落に応じて直ちに加速度算出トルク収支TQyがステップ的にマイナス側へ変化するので、前記式7により推定トルクずれ量TQcは直ちに増加し、エンジン負荷トルクの実際の増加を迅速かつ正確に反映するようになる。このため式8によりISC要求トルクTQrは直ちにステップ的に増加する。
図7の例では、アイドル時においてはスロットル開度TAをアイドル時の負荷に対応した開度として、燃料噴射弁12からの燃料噴射量Qの調節でエンジン発生トルクTQeを制御しているシステムであるとする。したがってISC要求トルクTQrのステップ的増加に対応して燃料噴射量Qがステップ的に増加し、エンジン発生トルクTQeが必要な量に迅速に上昇する。
このように直ちにエンジン発生トルクTQeが増加することから推定トルク収支TQxが増加する。このためエンジン回転数変化ΔNEが上昇して加速度算出トルク収支TQyがマイナス側から0に近づいても、推定トルクずれ量TQcは低下しない。したがって予期しない負荷がステップ的に増加した直後であってエンジン回転数NEが安定していない状態でも、推定トルクずれ量TQcは、予期しない負荷に対応したレベルを維持する(t10〜t11)。そしてエンジン回転数NEが安定した後も(t11〜)、推定トルクずれ量TQcは予期しない負荷に対応したレベルを維持するので、安定したアイドル回転制御が継続する。すなわち高応答なエンジン出力制御がなされる。
しかし、従来のごとくエンジン回転数NEがアイドル目標エンジン回転数NTより低下した程度を求めて、エンジン発生トルクTQeに反映させるシステムでは、予期しない負荷がステップ的に増加した場合には、収束性と応答性とのバランスから、負荷のステップ増加分を直ちに燃料噴射量Qに反映できない。このため迅速なエンジン発生トルクTQeの上昇ができないので、破線で示すごとくエンジン回転数NEが安定するまでに長期間を要する(t10〜t12)。すなわち従来の回転数フィードバックのみではエンジン出力制御の応答性は高くできない。
時刻t13にて上記予期しない負荷がステップ的に消滅したものとする。この時、本実施の形態では、時刻t13直後のエンジン回転数変化ΔNEの急上昇に応じて加速度算出トルク収支TQyがステップ的にプラス側へ変化するので、前記式7により推定トルクずれ量TQcは直ちに減少し、エンジン負荷トルクの消滅を迅速かつ正確に反映するようになる。このため式8によりISC要求トルクTQrは直ちにステップ的に減少し、これに対応して燃料噴射量Qがステップ的に減少し、エンジン発生トルクTQeが必要な量に迅速に下降する。
このように直ちにエンジン発生トルクTQeが減少することから推定トルク収支TQxが減少する。このためエンジン回転数変化ΔNEが下降して加速度算出トルク収支TQyがプラス側から0に近づいても推定トルクずれ量TQcは上昇しない。したがって予期しない負荷がステップ的に消滅した直後であってエンジン回転数NEが安定していない状態でも、推定トルクずれ量TQcは、消滅後の負荷に対応したレベルを維持する(t13〜t14)。そしてエンジン回転数NEが安定した後も(t14〜)、推定トルクずれ量TQcは消滅後の負荷に対応したレベルを維持するので、安定したアイドル回転制御が継続する。すなわち高応答なエンジン出力制御がなされる。
しかし従来のごとくエンジン回転数NEがアイドル目標エンジン回転数NTより上昇した程度を求めて、エンジン発生トルクTQeに反映させるシステムでは、実際に予期しない負荷がステップ的に消滅した場合には、収束性と応答性とのバランスから、負荷のステップ減少分を直ちに燃料噴射量Qに反映できない。このため迅速なエンジン発生トルクTQeの下降ができないので、破線で示すごとくエンジン回転数NEが安定するまでに長期間を要する(t13〜t15)。すなわち従来の回転数フィードバックのみではエンジン出力制御の応答性は高くできない。
尚、本実施の形態では最終的にエンジン回転数NEをアイドル目標エンジン回転数NTに収束させるために、回転数フィードバック補正トルクTQbを別途計算している。しかし、この回転数フィードバック補正トルクTQbは推定トルクずれ量TQcを補足するものであり、この回転数フィードバックによる影響はわずかである。
又、図7では予期しない負荷がステップ的に発生したり消滅したりした例を説明したが、予期しない負荷が徐々に発生したり消滅したりした場合も、本実施の形態による応答性は負荷の変化に高応答に対応できるが、従来では応答性が劣る。
上述した構成において、請求項との関係は、アイドル回転数制御処理(図5,6)におけるステップS116〜S128が第1トルク収支算出手段としての処理に、ステップS130〜S134が第2トルク収支算出手段としての処理に相当する。そしてステップS136がトルク収支ずれ量算出手段としての処理に、ステップS140が補正手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).エンジン発生トルクTQeと推定エンジン負荷トルクTQfとの差である推定トルク収支TQxは、エンジン回転を変化するようにエンジン2に作用しているトルクである。そしてエンジン回転数変化として現れる加速度算出トルク収支TQyは、エンジン回転に現れているトルクである。
したがってこの推定トルク収支TQxと加速度算出トルク収支TQyとの間にずれがあれば、この推定トルクずれ量TQc(トルク収支ずれ量に相当)は、エンジン出力制御に用いられている推定エンジン負荷トルクTQaと、実際に生じているエンジン負荷トルクとのずれを反映していると見ることができる。
このため推定トルクずれ量TQcに基づいてエンジン出力を補正する(S140)ことにより、エンジン出力状態を、より適切な状態に移行させることができる。
そして、このような物理的根拠に基づいて求められた推定トルクずれ量TQcによりエンジン出力を補正しているので、フィードバックゲインなどによる収束性と応答性とのバランス設定が不要であり、負荷変動等を高応答にエンジン出力に反映させることができる。
このようにして現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
(ロ).エンジン運転状態、ここではエンジン回転数NEと燃料噴射量Qとに基づく推定によりエンジン発生トルクTQeを求めているので、トルクセンサやエンジン燃焼圧センサを設けなくても上述したエンジン制御が容易にできる。
(ハ).推定エンジン負荷トルクTQfは、エンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルクがエンジン回転を抑制するようにエンジン2に作用しているトルクである。このため、エンジン回転数NEに基づいてマップMapTQによりエンジンフリクショントルクTQdを求め(S116)、補機類の種類と数とに応じたマップMaphによりエンジン回転数NEに基づいて補機類負荷トルクTQgを求めている(S118)。
このようにしてエンジン回転数NEに基づいて容易に推定エンジン負荷トルクTQfが算出でき、上述したエンジン制御が容易に実現できる。
(ニ).加速度算出トルク収支TQyについてもエンジン回転数NEに基づいて容易に求めることができる(S130,S132)。したがって上述したエンジン制御が容易に実現できる。
(ホ).前記式6に示したごとく加速度算出トルク収支TQyを算出するために用いられるエンジン回転数変化ΔNEは、制御周期Δtの時間幅前後での加速度の平均値を求めていることに相当する。
したがって推定トルク収支TQxについても、各制御周期でのエンジン発生トルクTQeと推定エンジン負荷トルクTQfとのトルク差DTQそのものではなく、制御周期Δtの時間幅前後でそれぞれ求められた2つのトルク差DTQ,DTQoldの平均値を設定している。このことにより、推定トルク収支TQxと加速度算出トルク収支TQyとの時間的なずれを無くすことができ、一層高精度なエンジン出力制御が可能となる。
[実施の形態2]
本実施の形態ではアイドル時以外においても適用した例である。尚、ここでECU4はアイドル時においては前記実施の形態1にて述べたごとくのアイドル回転数制御処理(図2,3,5,6)を実行している。そしてアイドル時以外においては図8,9のブロック線図に示すごとくエンジン発生トルクTQeを調節している。したがって図1〜6も参照して説明する。又、エンジン2及び車両には、シフトセンサ、車速センサ、車両重量センサ、及び走行路傾斜センサが設けられており、ECU4は変速機のシフト状態、車速、車両加速度、乗員も含めた車両の重量及び走行路傾斜角度を検出している。更にクランクシャフト6aとクラッチとの間にトルクセンサが設けられて動力伝達系負荷トルクTQvを検出している。
図8について説明する。ECU4では、まずアクセル開度センサ36から検出されるアクセル開度ACCPに基づいて、アクセル開度ACCPと指示トルクTQaccpとの関係を設定しているマップMapTQaccpから指示トルクTQaccpを求める。このマップMapTQaccpにおいては、アクセル開度ACCPと指示トルクTQaccpとはほぼ比例関係となるように設計されている。
そしてエンジン回転数センサ38から検出されているエンジン回転数NEに基づいて、前記実施の形態1にて述べたマップMapTQから、エンジン回転数NEでのエンジンフリクショントルクTQdが算出される。このエンジンフリクショントルクTQd及び補機類負荷トルクTQgとの合計として負荷トルクTQaを設定する。尚、補機類負荷トルクTQgについては前記実施の形態1にて説明したごとくであるが、この時にはエンジン回転数NEに基づいてマップMaphから求める。
そしてこの指示トルクTQaccp、負荷トルクTQa、回転数フィードバック補正トルクTQb及び推定トルクずれ量TQcの合計が、走行時要求トルクTQarとして出力される。尚、回転数フィードバック補正トルクTQbは、前記実施の形態1にて説明したアイドル時においてエンジン回転数NEをアイドル目標エンジン回転数NTに収束させるように算出した補正トルクが固定値(学習値)として用いられる。
そしてECU4のトルク実現部により、走行時要求トルクTQarを出力できるように点火プラグ10による点火時期、スロットルバルブ22によるスロットル開度TA及び燃料噴射弁12からの燃料噴射量Qが制御される。
推定トルクずれ量TQcを設定する図9について説明する。前記実施の形態1にて説明したごとく算出されたエンジン発生トルクTQeから推定エンジン負荷トルクTQzを減算して、トルク差DTQを算出する。このトルク差DTQから推定トルク収支TQxの算出は前記実施の形態1にて説明したごとくである。
ここで推定エンジン負荷トルクTQzは、動力伝達系負荷トルクTQvと前記図8にて示した負荷トルクTQa(=TQd+TQg)との合計である。動力伝達系負荷トルクTQvは、動力伝達系からクランクシャフト6aに伝達される負荷トルクであり、クランクシャフト6aとクラッチとの間に設けたトルクセンサから実測している。このようなトルクセンサを用いる以外に、前述した各センサから、車両加速度、乗員も含めた車両の重量、変速機のシフト状態、車速に伴う走行抵抗、走行路の傾斜角度などを検出して、これらのデータに基づいて動力伝達系負荷トルクマップから求めても良い。
エンジン回転数NEから角加速度dwまでの計算は前記実施の形態1にて説明したごとくである。
更に、補機も含めたエンジン回転系の慣性モーメントIeと動力伝達系慣性モーメントIxとの合計により走行時慣性モーメントIaeを設定する。この動力伝達系慣性モーメントIxは、乗員も含めた車両の重量、変速機のシフト状態、車速に伴う走行抵抗、走行路の傾斜角度により生じる慣性モーメントである。この動力伝達系慣性モーメントIxの値は、前述した車両重量センサ、シフトセンサ、車速センサ、走行路傾斜センサを利用することにより、これらの検出値に基づいて慣性モーメントマップから算出する。例えば、車両重量M、シフト位置SFT及び走行路傾斜角度αに基づいてマップMapmstから重量関係の走行時慣性モーメントを求め、更に車速SPDに基づいてマップMapspdから走行抵抗などの速度関係の走行時慣性モーメントを求めて、これらを総計して動力伝達系慣性モーメントIxとする。
そして角加速度dwと走行時慣性モーメントIaeとの積により、加速度算出トルク収支TQyを算出する。
そして前記実施の形態1と同じく推定トルク収支TQxから加速度算出トルク収支TQyを減算して、推定トルクずれ量TQcを算出する。
このようにして求められた推定トルクずれ量TQcが図8にて説明したごとく指示トルクTQaccp、負荷トルクTQa及び回転数フィードバック補正トルクTQbとともに合計されて前述のごとく走行時要求トルクTQarが設定される。
上記図8,9のブロック線図の処理を実現する出力トルク制御処理のフローチャートの一例を図10,11に示す。本処理はアイドル時以外において一定の時間周期(上記制御周期Δtに相当)で繰り返し実行される処理である。
本処理が開始されると、センサや制御計算から、アクセル開度ACCP、エンジン回転数NE、燃料噴射量Q、車両重量M、シフト位置SFT、車速SPD、車両加速度Vacc、走行路傾斜角度α、動力伝達系負荷トルクTQvのデータがECU4内に設けられたメモリの作業領域に読み込まれる(S202)。
次にアクセル開度ACCPの値に基づいて前述したマップMapTQaccpから指示トルクTQaccpが算出される(S204)。
次に前述したマップMapTQによりエンジン回転数NEに基づいてエンジンフリクショントルクTQdが算出される(S206)。
次にマップMaphによりエンジン回転数NEに基づいて補機類負荷トルクTQgが前記実施の形態1と同様に算出される(S208)。
次に式9のごとくエンジンフリクショントルクTQdと補機類負荷トルクTQgとの合計により負荷トルクTQaを算出する(S210)。
[式9] TQa ← TQd + TQg
次にマップMapEによりエンジン回転数NEと燃料噴射量Qとに基づいてエンジン発生トルクTQeが算出される(S212)。そして式10のごとくエンジン発生トルクTQeから負荷トルクTQa及び動力伝達系負荷トルクTQvを減算することによりトルク差DTQを算出する(S214)。
[式10] DTQ ← TQe − TQa − TQv
次に式11のごとく推定トルク収支TQxを算出する(S216)。
[式11] TQx ← (DTQ + DTQold)/2
この式11は前記実施の形態1の式4と同じである。
次に前回トルク差DTQoldにトルク差DTQを設定する(S218)。
そしてエンジン回転数変化ΔNEを式12のごとく算出する(S220)。
[式12] ΔNE ← NE − NEold
この式12は前記実施の形態1の式5と同じである。
次に動力伝達系慣性モーメントIxが、前述したごとくマップMapmstから求められる重量関係の慣性モーメントと、マップMapspdから求められる走行抵抗などの慣性モーメントとを合計して動力伝達系慣性モーメントIxとする(S222)。
次に式13のごとく、予め判明しているエンジン回転系の慣性モーメントIeと動力伝達系慣性モーメントIxとの合計により走行時慣性モーメントIaeを算出する(S224)。
[式13] Iae ← Ie + Ix
次に式14のごとく走行時慣性モーメントIae、エンジン回転数変化ΔNE、換算係数K及び制御周期Δtにより加速度算出トルク収支TQyを算出する(S226)。
[式14] TQy ← Iae × ΔNE × K/Δt
次に前回エンジン回転数NEoldにエンジン回転数NEを設定する(S228)。
そして式15のごとく推定トルクずれ量TQcを算出する(S230)。
[式15] TQc ← TQx − TQy
そして式16のごとく走行時要求トルクTQarを算出する(S232)。
[式16] TQar ← TQaccp + TQa + TQb + TQc
そしてこの走行時要求トルクTQarが達成されるように、スロットルバルブ22によりスロットル開度TA、燃料噴射弁12により燃料噴射量Q及び点火プラグ10による点火時期が制御される(S234)。
上述した処理によりエンジン出力による車両走行中において、システムが予期しない負荷(マイナスも含めて)が生じても、直ちに推定トルクずれ量TQcに反映されることにより、アクセル開度ACCPに対応した走行状態を維持することができ、車両走行が安定化する。
上述した構成において、請求項との関係は、出力トルク制御処理(図10,11)におけるステップS210〜S218が第1トルク収支算出手段としての処理に、ステップS220〜S228が第2トルク収支算出手段としての処理に相当する。そしてステップS230がトルク収支ずれ量算出手段としての処理に、ステップS232が補正手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).アイドル時以外においては、エンジン回転を変化するようにエンジンに作用しているトルクとしては、エンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルク以外に、動力伝達系の負荷トルクが加わる。
したがってエンジンフリクショントルクTQd及び補機類負荷トルクTQgに更に動力伝達系負荷トルクTQvを加えることにより、アイドル時に限らず、常に適切な推定エンジン負荷トルクTQzを求めることができ、適切な推定トルク収支TQxを算出できる。
そして慣性モーメントについても、エンジン回転系の慣性モーメントIe及び動力伝達系慣性モーメントIxを用いることにより、アイドル時に限らず、常に適切な加速度算出トルク収支TQyを求めることができる。
したがって推定トルク収支TQxと加速度算出トルク収支TQyとの間にずれがあれば、この推定トルクずれ量TQcは、エンジン出力制御に用いられている指示トルクTQaccp及び推定エンジン負荷トルクTQaに対して、実際に生じているエンジン負荷トルクとのずれを反映していると見ることができる。
このため推定トルクずれ量TQcに基づいてエンジン出力を補正する(S232)ことにより、エンジン出力状態を、より適切な状態に移行させることができる。
そして、このような物理的根拠に基づいて求められた推定トルクずれ量TQcによりエンジン出力を補正しているので、アイドル時に限らず、フィードバックゲインなどによる収束性と応答性とのバランス設定が不要であり、負荷変動などを高応答にエンジン出力に反映させることができる。
このようにして現代制御のようなモデル化を実行せずに、高応答のエンジン出力制御が可能となる。
(ロ).アイドル時においては前記実施の形態1の(イ)〜(ホ)の効果を生じると共に、アイドル時以外においても前記実施の形態1の(ロ)〜(ホ)と同様な効果を生じる。このことにより安定した車両走行が可能となる。
[その他の実施の形態]
(a).前記実施の形態において、ガソリンエンジンで説明したが、ディーゼルエンジンにも適用できる。
(b).前記各実施の形態ではアイドル回転数制御は、燃料噴射量Qの調節により実行されていたが、スロットルバルブや、スロットルバルブと並列に設けたISCVの開度調節にいてアイドル回転数制御を実行しても良い。このように吸入空気量GAにてアイドル回転数制御を実行する場合には、エンジン発生トルクTQeを求めるマップとしては、エンジン回転数NEと吸入空気量GAとをパラメータとしても良い。
(c).前記各実施の形態では、補機類はエアコンであったが、これ以外にヘッドランプその他の電気負荷、パワーステアリング等の油圧負荷等を挙げることができる。
(d).前記実施の形態1の図7の例では、アイドル時にスロットル開度TAをアイドル時の負荷に対応した開度として燃料噴射弁からの燃料噴射量Qの調節でエンジン発生トルクTQeを制御しているシステムであったが、図12のごとくスロットル開度TAの調節でエンジン発生トルクTQeを制御しても良い。尚、時刻t20〜t25は図7の時刻t10〜t15に対応する。
又、図13のごとくスロットル開度TAと燃料噴射量Qとの調節にてエンジン発生トルクTQeを制御しても良い。尚、時刻t30〜t35は図7の時刻t10〜t15に対応する。
実施の形態1のエンジン及びECUの概略構成図。 実施の形態1のトルク制御の演算処理を表すブロック線図。 実施の形態1のトルク制御の演算処理を表すブロック線図。 実施の形態1にて推定トルク収支TQxと加速度算出トルク収支TQyとの同期処理の説明図。 実施の形態1のECUが実行するアイドル回転数制御処理のフローチャート。 同じくアイドル回転数制御処理のフローチャート。 実施の形態1による制御の一例を表すタイミングチャート。 実施の形態2のトルク制御の演算処理を表すブロック線図。 実施の形態2のトルク制御の演算処理を表すブロック線図。 実施の形態2のECUが実行する出力トルク制御処理のフローチャート。 同じく出力トルク制御処理のフローチャート。 他の制御例を表すタイミングチャート。 他の制御例を表すタイミングチャート。
符号の説明
2…エンジン、4…ECU、6…シリンダブロック、6a…クランクシャフト、8…シリンダヘッド、10…点火プラグ、12…燃料噴射弁、14…吸気通路、16…サージタンク、18…吸気通路、20…スロットルバルブ用モータ、22…スロットルバルブ、24…スロットル開度センサ、26…吸入空気量センサ、28…排気通路、30…排気浄化用触媒コンバータ、32…空燃比センサ、34…アクセルペダル、36…アクセル開度センサ、38…エンジン回転数センサ、40…基準クランク角センサ、42…冷却水温センサ、44…エアコンスイッチ、46…エアコン用コンプレッサ、48…電磁クラッチ。

Claims (11)

  1. エンジン発生トルクとエンジンに加わる推定エンジン負荷トルクとの差を第1トルク収支として算出する第1トルク収支算出手段と、
    エンジン回転数変化として現れるトルクを第2トルク収支として算出する第2トルク収支算出手段と、
    前記第1トルク収支算出手段にて算出された第1トルク収支と、前記第2トルク収支算出手段にて算出された第2トルク収支との差をトルク収支ずれ量として算出するトルク収支ずれ量算出手段と、
    前記トルク収支ずれ量算出手段にて算出されたトルク収支ずれ量に基づいてエンジン出力を補正する補正手段と、
    を備えたことを特徴とするエンジン出力制御装置。
  2. 請求項1において、前記第1トルク収支算出手段は、トルクセンサによる実測、エンジン燃焼圧センサにより検出された燃焼圧からの計算、又はエンジン運転状態に基づく推定により、前記エンジン発生トルクを求めて前記第1トルク収支の計算に用いることを特徴とするエンジン出力制御装置。
  3. 請求項1又は2において、前記第1トルク収支算出手段は、アイドル時には、エンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルクにより前記推定エンジン負荷トルクを求めて前記第1トルク収支の計算に用いることを特徴とするエンジン出力制御装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、前記第2トルク収支算出手段は、アイドル時には、エンジン回転数の時間変化とエンジン回転における慣性モーメントとにより算出されるトルクを第2トルク収支として算出することを特徴とするエンジン出力制御装置。
  5. 請求項4において、前記第1トルク収支算出手段は、前記第2トルク収支算出手段にてエンジン回転数変化を求める時間幅の前後で、エンジン発生トルクとエンジンに加わる推定エンジン負荷トルクとの差をそれぞれ求め、該2つの差の値を平均化して、第1トルク収支として算出することを特徴とするエンジン出力制御装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記補正手段は、アイドル回転数制御時に、前記トルク収支ずれ量に基づいてエンジン出力を補正することを特徴とするエンジン出力制御装置。
  7. 請求項6において、前記アイドル回転数制御は、アイドル目標回転数に対応して発生するエンジンフリクションによる負荷トルク及び補機類の負荷トルクに基づいてエンジン出力を制御することを特徴とするエンジン出力制御装置。
  8. 請求項1又は2において、前記第1トルク収支算出手段は、エンジンフリクションによる負荷トルク、補機類の負荷トルク及び動力伝達系の負荷トルクにより、前記推定エンジン負荷トルクを求めて前記第1トルク収支の計算に用いることを特徴とするエンジン出力制御装置。
  9. 請求項1、2、8のいずれかにおいて、前記第2トルク収支算出手段は、エンジン回転数の時間変化とエンジン回転における慣性モーメント及び動力伝達系の慣性モーメントとにより算出されるトルクを第2トルク収支として算出することを特徴とするエンジン出力制御装置。
  10. 請求項9において、前記第1トルク収支算出手段は、前記第2トルク収支算出手段にてエンジン回転数変化を求める時間幅の前後で、エンジン発生トルクとエンジンに加わる推定エンジン負荷トルクとの差をそれぞれ求め、該2つの差の値を平均化して、第1トルク収支として算出することを特徴とするエンジン出力制御装置。
  11. 請求項1、2、8〜10のいずれかにおいて、前記補正手段は、前記トルク収支ずれ量に基づいてエンジン出力を補正することを特徴とするエンジン出力制御装置。
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