JP2009243463A

JP2009243463A - エンジン制御装置

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Publication number: JP2009243463A
Application number: JP2008260932A
Authority: JP
Inventors: Takanaga Kono; 隆修河野; Kentaro Yutani; 健太郎湯谷; Yoshiaki Atsumi; 善明渥美; Hiroshi Kanai; 弘金井; Koji Miwa; 晃司三輪
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-10-07
Also published as: JP5167062B2; US8528388B2; US20090229897A1

Abstract

【課題】低剛性のトーショナルダンパがクランクシャフトに連結されていても、クランクシャフトの角速度情報に基づくエンジントルクの算出を精度良く行い、ひいてはその算出結果に基づくエンジン制御をより好適に行うことのできるエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】クランクシャフトの角加速度とその慣性モーメントとに基づいて算出されたベース値Ｔ_bに、トーショナルダンパの捻れ角度Δθとそのばね係数Ｋ_dampの乗算値として求められた弾性補正値による補正を行ってエンジントルクＴ_qを算出することとした。そのため、トーショナルダンパの捻れによるトルクの吸収分を見込んでのエンジントルクＴ_qの算出が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン制御装置に関し、特にエンジン制御のためにエンジントルクの算出を行う制御装置に関する。

従来、特許文献１に見られるように、クランクシャフトの角速度情報からエンジンの燃焼状態の良否を判定し、その判定結果をエンジン制御にフィードバックするエンジン制御装置が実用されている。なお、上記角速度情報に基づく燃焼状態の良否判定は、例えば次の態様で行うことができる。すなわち、まずはクランクシャフトの角速度からエンジントルクを算出する。ここでのエンジントルクの算出は、単純には、クランクシャフトの角加速度を同クランクシャフトの慣性モーメントと乗算することで行うことができる。そして算出したエンジントルクの変動量や変動のパターンなどを見ることで、エンジンの燃焼状態の良否を判定することができる。

ところで、近年には、エンジンと電動機との２種類の動力源を備えるハイブリッド車両が実用されている。こうしたハイブリッド車両では、クランクシャフトと電動機の回転子とを駆動連結した構成とされることがあるが、そうした場合には、次のような問題が生じることがある。すなわち、エンジンは、間欠的な爆発を繰り返して運転されるため、クランクシャフトの回転には、エンジンの爆発周期に同期した変動が生じる。ここで電動機の回転子をクランクシャフトに直に連結されていれば、回転子が不等速回転されるようになり、電動機の運転や制御に支障を来すようになる。そこで、そうしたハイブリッド車両では、クランクシャフトと電動機の回転子との間に、剛性の小さいトーショナルダンパを介設するようにしている。そして、そのトーショナルダンパにて回転変動を減衰させることで、クランクシャフトの回転変動がそのまま電動機に入力されないようにしている。
特開平８−２９１７６１号公報

ところで、こうした剛性の小さいトーショナルダンパがクランクシャフトに連結されたエンジンでは、クランクシャフトの角速度情報に基づくだけでは、エンジントルクの算出を十分に精度良く行うことができなくなってしまう。

すなわち、トーショナルダンパがクランクシャフトに連結されていると、エンジンの発生したトルクの一部は、トーショナルダンパの捻れによって吸収されるようになる。一般的な非ハイブリッドの車両に設置されるトーショナルダンパでは、その剛性が十分に大きく、ほぼ剛体であると見做せるため、こうしたトーショナルダンパの捻れによる吸収分を無視しても、十分な精度でエンジントルクを求めることができる。しかしながら、上記のようなハイブリッド車両の場合には、比較的に剛性の小さいトーショナルダンパが採用されるため、トーショナルダンパの捻れによるトルクの吸収分は、もはや無視し得ない程度に大きくなってしまう。しかも、トーショナルダンパは、クランクシャフトの角速度が負荷の変化に応じて捻れとその捻れの解放とを繰り返しながら回転されるため、その捻れによるトルクの吸収量は時間と共に大きく変動するものとなっている。そのため、剛性の小さいトーショナルダンパがクランクシャフトに連結されたエンジンでは、クランクシャフトの角速度情報に基づくだけでは、エンジントルクの算出精度を十分に確保することができなくなってしまうようになる。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、低剛性のトーショナルダンパがクランクシャフトに連結されていても、クランクシャフトの角速度情報に基づくエンジントルクの算出を精度良く行い、ひいてはその算出結果に基づくエンジン制御をより好適に行うことのできるエンジン制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、クランクシャフトの回転をトーショナルダンパを介して出力するエンジンの制御を行う装置であって、前記クランクシャフトの角加速度とその慣性モーメントとに基づいてエンジントルクを算出する算出手段と、前記トーショナルダンパの捻れ角度に基づいて算出した補正値にて前記エンジントルクの算出値を補正する補正手段と、を備えることをその要旨としている。

上記構成では、クランクシャフトの角加速度と同クランクシャフトの慣性モーメントとに基づいて算出された値に、トーショナルダンパの捻れ角度に基づいて算出した補正値による補正を行ってエンジントルクが算出されるようになる。トーショナルダンパの捻れ角度からは、同ダンパの捻れにより吸収された分のエンジントルクの大きさを求めることができる。そのため、トーショナルダンパの捻れ角度に基づいて算出した補正値による補正を行えば、トーショナルダンパの捻れにより吸収された分のトルクも見込んでエンジントルクの算出を行うことができるようになる。したがって上記構成によれば、低剛性のトーショナルダンパがクランクシャフトに連結されていても、クランクシャフトの角速度情報に基づくエンジントルクの算出を精度良く行い、ひいてはその算出結果に基づくエンジン制御をより好適に行うことができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンジン制御装置において、前記補正値は、前記捻れ角度及び前記トーショナルダンパのばね係数の乗算値として算出されてなることをその要旨としている。

トーショナルダンパを単純なばね要素と見做した場合、その捻れにより吸収されたトルクの大きさは、トーショナルダンパの捻れ角度と同ダンパのばね係数との乗算値として求めることができる。よって、トーショナルダンパを単純なばね要素と見做すことができる場合には、上記構成のようにトーショナルダンパの捻れ角度とそのばね係数との乗算値を補正値としてエンジントルクの補正を行えば、適切にエンジントルクを算出することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のエンジン制御装置において、前記補正値は、前記捻れ角度及び前記トーショナルダンパのばね係数の乗算値と、前記トーショナルダンパの前後の角速度の差及び同トーショナルダンパの減衰係数の乗算値との２つの乗算値の和として算出されてなることをその要旨としている。

トーショナルダンパの減衰係数がある程度よりも大きいときには、トーショナルダンパのトルク吸収量を求める際に、トーショナルダンパをばね要素としての側面だけでなく、減衰要素としての側面も無視できないことになる。その点、上記構成では、トーショナルダンパの捻れ角度とそのばね係数との乗算値として求められるばね項と、ダンパ前後の角加速度の差と同ダンパの減衰係数との乗算値として求められる減衰項との２つの項の和を補正値としてエンジントルクの補正が行われる。そのため、トーショナルダンパの減衰要素としての側面も無視できないような場合にも、エンジントルクを適切に算出することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記補正手段による補正後の前記エンジントルクの算出値の規定時間の平均値から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する抽出手段を備えることをその要旨としている。

上記構成では、補正手段による補正を行って求められたエンジントルクの規定時間における平均値が算出される。こうした規定時間の平均値は、特定の周波数について、エンジントルクの算出結果にローパスフィルタを適用したものと等価となる。そのため、上記平均値の算出を通じてエンジントルクの特定周波数成分を簡易的に抽出することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のエンジン制御装置において、前記抽出手段は、２つの異なる規定時間についての前記平均値をそれぞれ算出するとともに、それら２つの平均値の差から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出することをその要旨としている。

上記のような２つの異なる規定時間についてのエンジントルクの平均値はそれぞれ、各々異なる周波数について、エンジントルクの算出結果にローパスフィルタを施したものと等価となる。よって、それら平均値の差は、エンジントルクの算出結果にバンドパスフィルタを適用したものと等価となる。そのため、上記平均値の差の算出を通じてエンジントルクの特定周波数成分を簡易的に抽出することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、規定機関回転速度における前記補正手段による補正後の前記エンジントルクの算出値の規定燃焼回数分の平均値から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する抽出手段を備えることを特徴とする。

機関回転速度が一定であれば、規定の回数の燃焼に要する時間は一定である。よって、規定機関回転速度におけるエンジントルクの算出値の規定燃焼回数分の平均値は、ある一定の時間についてのエンジントルクの算出値の平均値を表わすことになる。よって上記平均値の算出は、エンジントルクの算出結果にローパスフィルタを適用することと等価となり、それにより、エンジントルクの特定周波数成分を簡易的に抽出することができるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のエンジン制御装置において、前記抽出手段は、２つの異なる燃焼回数についての前記平均値をそれぞれ算出するとともに、それら２つの平均値の差から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出することをその要旨としている。

上記のように、エンジントルクの算出値の規定機関回転速度における規定燃焼回数分の平均値を求めることは、エンジントルクの算出結果にローパスフィルタを適用することと等価である。よって、異なる２つの燃焼回数についての上記平均値は、各々異なる周波数についてのエンジントルクの成分をそれぞれ示すものとなる。したがって、それら平均値の差は、エンジントルクの算出結果にバンドパスフィルタを適用したものと等価となり、その算出を通じてエンジントルクの特定周波数成分を簡易的に抽出することができるようになる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記補正手段による補正後の前記エンジントルクの算出結果にデジタルフィルタ処理を施して前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する抽出手段を備えることをその要旨としている。

上記のようにエンジントルクの特定周波数成分の抽出は、上記のような規定時間、規定燃焼回数のエンジントルク算出値の平均値を求めることで行うことが可能であるが、勿論、エンジントルクの算出結果にデジタルフィルタ処理を施すことでもその実施は可能である。

請求項９に記載の発明は、請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記抽出手段の抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさに基づいて前記エンジンの燃焼状態の良否を判定する判定手段を備えることをその要旨としている。

上記のように、抽出手段によって抽出されたエンジントルクの特定周波数成分の大きさに基づくことで、エンジンの燃焼状態の良否を判定することが可能である。例えば抽出した特定周波数成分の大きさが規定の判定値を超えれば、燃焼状態が不良である、といったように判定を行うことができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記抽出手段の抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布に基づいて前記エンジンの燃焼状態の良否を判定する判定手段を備えることをその要旨とする。

燃焼状態が良好であれば、抽出手段によって抽出されたエンジントルクの特定周波数成分の大きさは、正規分布に近い形に分布する。よって抽出された特定周波数成分の大きさの分布が非正規分布となっていれば、燃焼状態は不良であると判定することができる。したがって、上記構成のように、抽出手段の抽出したエンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布に基づいて燃焼状態の良否判定を行うことが可能である。

請求項１１に記載の発明は、請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記抽出手段の抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさの平均値に基づいて前記エンジンの燃焼状態の良否を判定する判定手段を備えることをその要旨としている。

上記のように、抽出手段によって抽出されたエンジントルクの特定周波数成分の大きさの平均値に基づくことでも、エンジンの燃焼状態の良否を判定することが可能である。
請求項１２に記載の発明は、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンの燃焼状態が良好に維持されるようにエンジン制御量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えることをその要旨としている。

このように、上記判定手段の判定結果は、エンジンの燃焼状態を良好に維持すべく、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等のエンジン制御量をフィードバック制御するために用いることができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記抽出手段は、前記エンジントルクの特定周波数成分の抽出を前記エンジンの気筒別に行なうことをその要旨としている。

このように抽出手段によるエンジントルクの特定周波数成分の抽出を気筒別に行えば、エンジンの各気筒のトルク発生状況を気筒毎に個別に確認することができるようになる。そしてエンジンの各気筒の燃焼状態の良否を気筒毎に個別に判定することが可能にもなる。具体的には、例えば次の各態様で燃焼状態の良否の気筒毎の個別判定を行うことができる。

・請求項１４に記載のように、抽出手段が気筒別に抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさに基づいてエンジンの各気筒の燃焼状態の良否を個別に判定する判定手段を備える。

・請求項１５に記載のように、抽出手段が気筒別に抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布に基づいてエンジンの各気筒の燃焼状態の良否を個別に判定する判定手段を備える。

・請求項１６に記載のように、抽出手段が気筒別に抽出した前記エンジントルクの特定周波数の大きさの平均値に基づいてエンジンの各気筒の燃焼状態の良否を個別に判定する判定手段を備える。

請求項１７に記載の発明は、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記判定手段の判定結果に基づいて各気筒の燃焼状態が良好に維持されるようにエンジン制御量を気筒毎に個別にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えることをその要旨としている。

上記のように、燃焼状態の良否を気筒毎に個別判定すれば、その判定結果を用いて、燃焼状態を良好に維持すべく、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等のエンジン制御量を気筒毎に個別にフィードバック制御することが可能となる。

請求項１８に記載の発明は、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記クランクシャフトは、前記トーショナルダンパを介して電動機の回転子に連結されてなることをその要旨としている。

クランクシャフトが電動機の回転子に連結される構成では、電動機の回転子に対するクランクシャフトの回転変動の伝達を抑制すべく、比較的低剛性のトーショナルダンパを設置する必要がある。係る場合には、クランクシャフトの角速度情報に基づくエンジントルクの算出に際して、トーショナルダンパの捻じれによるトルク吸収を無視し得ないため、上記補正手段によるエンジントルクの補正を行って始めて適正なエンジントルクの算出が可能となる。

以下、本発明のエンジン制御装置を具体化した一実施形態を、図１〜図６を参照して詳細に説明する。なお本実施の形態に係る制御装置は、ハイブリッド車両に搭載のエンジンに適用されるものとなっている。

図１は、そうしたハイブリッド車両の駆動系の構成を示している。同図に示すように、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト１１の先端には、弾み車であるフライホイール１２が一体回転可能に連結されている。そしてフライホイール１２は、過負荷保護装置であるトルクリミッタ１３、及びトーショナルダンパ１４を介してインプットシャフト１５に接続されている。

インプットシャフト１５の中央部外周には、動力分配機構１６が配設されている。この動力分配機構１６は、太陽歯車１７を中心に、その周囲に配された複数の遊星歯車１８、遊星歯車１８の公転運動を拾う遊星キャリア１９及び遊星歯車１８の外側に配された外輪歯車２０の４つの要素からなる遊星歯車機構として構成されている。そしてこうした動力分配機構１６の太陽歯車１７には第１ＭＧ（発電電動機：ＭｏｔｏｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）２１の回転子が、その遊星キャリア１９には上記インプットシャフト１５が、その外輪歯車２０には、第２ＭＧ２２の回転子及び出力歯車２３が、それぞれ一体回転可能に連結されている。

こうした動力分配機構１６の外輪歯車２０に連結された出力歯車２３は、タイミングベルトやチェーンを介して減速機構２４の入力歯車２５に駆動連結されている。減速機構２４は、その入力歯車２５より入力された回転を減速した上で出力歯車２６より出力する。こうした減速機構２４の出力歯車２６は、両輪の差動を許容するためのディファレンシャル２７を介して左右の車軸２８に接続されている。

なお、こうしたハイブリッド車両の駆動系に設けられるトーショナルダンパ１４は、シャフトの捻り共振による振動・騒音の低減や疲労破壊の防止の他に、エンジン１０での間欠的な爆発によるクランクシャフト１１の回転変動が第１ＭＧ２１や第２ＭＧ２２に伝達されるのを抑制する役割も担っている。そのため、このハイブリッド車両ではトーショナルダンパ１４として、比較的ばね剛性の小さいものが採用されている。

一方、こうしたハイブリッド車両には、エンジン１０の制御を司る電子制御ユニット２９が設置されている。この電子制御ユニット２９は、エンジン制御に係る各種演算処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、制御用のプログラムやデータの記憶された読込専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、外部との信号の入出力に使用される入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えて構成されている。こうした電子制御ユニット２９の入力ポートには、クランクシャフト１１の回転角度を検出するクランク角センサ３０、第１ＭＧ２１及び第２ＭＧ２２の回転角度をそれぞれ検出する第１レゾルバ３１及び第２レゾルバ３２を始め、エンジン及び車両の運転状況を検出する各種センサの検出信号が入力されている。そして電子制御ユニット２９は、それらセンサの検出結果に基づき、エンジン１０の吸入空気量や燃料噴射量、点火時期等を制御する。

なお本実施の形態では、電子制御ユニット２９は、そうした制御に用いるため、エンジン運転中にエンジントルクの算出を終始行っている。以下、本実施の形態におけるエンジントルク算出の詳細について説明する。

エンジントルクは、基本的には、クランクシャフト１１の角加速度とその慣性モーメントとの積として求めることができる。ここでクランクシャフト１１の角加速度は、上記クランク角センサ３０の検出結果より求められ、また同クランクシャフト１１の慣性モーメントは、設計値として予め求めておくことができる。もっとも、こうした角加速度とその慣性モーメントとの積としてエンジントルクを算出できるのは、トーショナルダンパ１４が剛体であると見做せる場合に限られる。これは、トーショナルダンパ１４を弾性体と考えると、その捻れによるエンジントルクの吸収を考慮しなければならないためである。その点、本実施の形態では、トーショナルダンパ１４として比較的ばね剛性の小さいものが採用されており、角加速度とその慣性モーメントとの積だけでは、十分な精度でエンジントルクを算出することはできなくなっている。

そこで本実施の形態では、電子制御ユニット２９は、エンジントルクＴ_qを、クランクシャフト１１の角加速度（ｄω_e／ｄｔ）、及びその慣性モーメントＩ_eに加え、トーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθに基づいて算出するようにしている。具体的にはエンジントルクＴ_qの算出は、下式（１）を用いて行われる。下式（１）の右辺第１項は、クランクシャフト１１の角加速度（ｄω_e／ｄｔ）及びその慣性モーメントＩ_eの乗算値として求められるエンジントルクＴ_qのベース値Ｔ_bとなっている。また下式（１）の右辺第２項は、エンジン１０の各摺接部での摩擦により吸収されたトルクの大きさ（フリクショントルク）を示す摩擦補正値Ｔ_fとなっている。更に下式（１）の右辺第３項は、トーショナルダンパ１４の捻れにより吸収されたトルクの大きさを示す弾性補正値Ｔ_e（＝Ｋ_damp・Δθ）となっている。

なお上式（１）での摩擦補正値Ｔ_fの値は、機関回転速度、機関負荷、機関冷却水温等から求めることができる。ここでは電子制御ユニット２９は、そのＲＯＭ内に予め記憶された、機関回転速度、機関負荷及び機関冷却水温と摩擦補正値Ｔ_fとの関係を示す演算マップを用いて、摩擦補正値Ｔ_fの算出を行うようにしている。

また上式（１）での弾性補正値Ｔ_eは、トーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθ及びそのばね係数Ｋ_damp の積として算出される。ここでトーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθは、クランクシャフト１１の回転角度θ_eとインプットシャフト１５の回転角度θ_iとの差（θ_e−θ_i）として求められる。なおクランクシャフト１１の回転角度θ_eは、クランク角センサ３０の検出結果より求められ、インプットシャフト１５の回転角度θ_iは、第１レゾルバ３１及び第２レゾルバ３２による第１ＭＧ２１及び第２ＭＧ２２の回転角度θ_g、θ_mの検出結果に基づいて、下式（２）より求めるようになっている。

図２に、電子制御ユニット２９のエンジントルクＴ_qの算出ロジックを示す。電子制御ユニット２９は、同図に示されるロジックに基づくエンジントルクＴ_qの算出処理を、定時割り込み処理として、機関運転中に一定の周期で繰り返し実施している。

さて本ロジックにおいて電子制御ユニット２９は、クランク角センサ３０により検出されたクランクシャフト１１の回転角度θ_eからクランクシャフト１１の角加速度（ｄω_e／ｄｔ）を算出している（Ｓ１０）。そして電子制御ユニット２９はその算出されたクランクシャフト１１の角加速度（ｄω_e／ｄｔ）と同クランクシャフト１１の慣性モーメントＩ_eとの乗算値として上記ベース値Ｔ_bを算出する（Ｓ２０）。

一方、電子制御ユニット２９は、第１レゾルバ３１及び第２レゾルバ３２により検出された第１ＭＧ２１の回転角度θ_g及び第２ＭＧ２２の回転角度θ_mからインプットシャフト１５の回転角度θ_iを算出し（Ｓ３０）、クランクシャフト１１の回転角度θ_eとその算出したインプットシャフト１５の回転角度θ_iとの差（θ_e−θ_i）としてトーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθを算出する（Ｓ４０）。そして電子制御ユニット２９は、その算出した捻れ角度Δθとトーショナルダンパ１４のばね係数Ｋ_damp との積算値としてエンジントルクＴ_qの弾性補正値Ｔ_eを算出し（Ｓ５０）、その値を上記ベース値Ｔ_bに加算する（Ｓ６０）。更に電子制御ユニット２９は、機関回転速度、機関負荷及び機関冷却水温の検出結果から、演算マップＭ１を用いて摩擦補正値Ｔ_fを算出し（Ｓ７０）、上記ベース値Ｔ_bと弾性補正値Ｔ_eとの加算値に更にその値を加算して（Ｓ８０）、エンジントルクＴ_qを算出する。なお本実施の形態では、こうしたエンジントルクＴ_qの算出ロジックにおけるステップＳ３０〜Ｓ６０の処理が上記補正手段の行う処理に相当するものとなっている。

図３（ａ）はエンジントルクＴ_qのベース値Ｔ_bの、同図（ｂ）はその弾性補正値Ｔ_eの、同図（ｃ）は最終的なエンジントルクＴ_qの算出結果の例をそれぞれ示している。トーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθとそのばね係数Ｋ_damp との乗算値として求められる弾性補正値Ｔ_eの値は、トーショナルダンパ１４の捻れにより吸収された分のエンジントルクの大きさを示すものとなる。こうした弾性補正値Ｔ_eによる補正を行うことで、トーショナルダンパ１４の捻れにより吸収された分のトルクも見込んだエンジントルクＴ_qの算出が可能となり、低剛性のトーショナルダンパ１４がクランクシャフト１１に連結されていても、精度良くエンジントルクＴ_qを算出することができるようになる。

続いて、こうしたエンジントルクＴ_qの算出結果からの特定周波数成分の抽出手法について説明する。エンジントルクの変動には、様々の周波数成分が含まれている。この中でも、車両の共振周波数（例えば「１〜４Ｈｚ」）と一致する成分の強度が高くなると、乗員の不快感が増すようになる。こうした乗員の不快感を評価するには、上記エンジントルクＴ_qの算出結果から、そうした特定の周波数成分を抽出する必要がある。

そこでここでは、エンジントルクＴ_qの算出値の規定時間における平均値を求めることでエンジントルクの特定周波数成分の抽出を行うようにしている。こうした平均値では、上記規定時間よりも周期の短い周波数成分は均されることから、こうした規定時間の平均値は、エンジントルクＴ_qの算出結果にローパスフィルタを適用したものと等価となる。また２つの異なる規定時間についての平均値をそれぞれ算出し、それら２つの平均値の差を取れば、エンジントルクＴ_qの算出結果にバンドパスフィルタを適用したものと等価となる。そのため、こうした平均値や平均値の差の算出により、エンジントルクの特定周波数成分の抽出を簡易的に行うことが可能となる。

なお、こうした特定周波数成分の抽出を、例えばアイドル運転時のように、機関回転速度がほぼ一定の値に定まる特定の機関運転状況に限って行うこととすれば、エンジントルクＴ_qの算出値の規定燃焼回数における平均値を求めることでも、特定周波数成分の抽出が可能となる。すなわち、機関回転速度が一定であれば、一定回数の燃焼に要する時間は一定であるため、規定燃焼回数分の平均値を取ることで、規定時間の平均値を取った場合と同等の特定周波数成分の抽出が可能となる。したがって規定機関回転速度におけるエンジントルクの算出値（Ｔ_q）の規定燃焼回数分の平均値からエンジントルクの特定周波数成分を抽出することができる。

図４の例では、燃焼回数４回、及び燃焼回数１６回での分でエンジントルク算出値の平均を実施した場合を示している。ここで燃焼回数４回分の平均値Ａve4 を取ることで「４Ｈｚ」以下の周波数成分の抽出を行い、燃焼回数１６回分の平均値Ａve16を取ることで「１Ｈｚ」以下の周波数成分の抽出を行うとすれば、これら平均値の差を取ることで、「１〜４Ｈｚ」の周波数成分の抽出が可能となる。

なおこうした特定周波数成分の抽出は、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等のデジタルフィルタ処理をエンジントルクＴ_qの算出値に施すことでも行うことが可能である。ただし、上記のような平均値の算出による場合の方が、特定周波数成分の抽出をより簡易に行うことができる。

さて、こうしたエンジントルクの特定周波数成分の抽出結果は、エンジンの燃焼状態の良否の判定に用いることができる。こうした燃焼状態の良否判定は、例えば次の３つの判定態様のいずれか、若しくはそれらの組合せにより行うことができる。

まず第１の判定態様では、抽出されたエンジントルクの特定周波数成分の大きさから燃焼状態の良否を直接判定する。燃焼状態が悪化してエンジントルクの変動が大きくなれば、エンジントルクの各周波数成分も大きくなる。よって、抽出された特定周波数成分の大きさが、予め設定した判定値Ｃ以下であるか否かで、燃焼状態が良好であるか否かを判定することができる。図５の例では、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３において抽出されたエンジントルクの特定周波数成分の大きさは、判定値Ｃ以下であり、燃焼状態は良好であると判定される。ただし、時刻ｔ４において抽出されたエンジントルクの特定周波数成分の大きさは、判定値Ｃを超えており、この時点で燃焼状態が悪化したと判定される。

次に第２の判定態様では、抽出されたエンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布に基づいてエンジンの燃焼状態の良否を判定する。燃焼状態が良好に維持されていれば、エンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布パターンは、ほぼ正規分布に近いものとなる。一方、燃焼状態が悪化していれば、特定周波数成分の大きさのばらつきが大きくなり、その分布パターンは正規分布から外れるようになる。よって抽出の特定周波数成分の大きさを、予め設定した範囲別にカウントし、総カウント数が規定数に達した時点で、その分布パターンが正規分布に近いか否かで燃焼状態が良好であるか否かを判定することができる。例えば図６（ａ）の例では、エンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布パターンが非正規分布であるため、燃焼状態は不良であると判定される。また図６（ｂ）の例では、エンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布パターンがほぼ正規分布であるため、燃焼状態は良好であると判定される。

最後に第３の判定態様では、抽出したエンジントルクの特定周波数成分の大きさの平均値に基づいてエンジンの燃焼状態の良否を判定する。具体的には、抽出したエンジントルクの特定周波数成分について、その一定の時間又は一定の燃焼回数における平均値を求め、その値が規定の判定値以下であるか否かで、燃焼状態が良好であるか否かを判定する。なお、特定周波数成分のばらつき度合いについても評価するのであれば、単なる平均値でなく、標準偏差を求めたり、特定周波数成分の大きさの絶対値の平均を求めたりすると良い。

以上のような判定の結果は、エンジン制御にフィードバックされる。すなわち、電子制御ユニット２９は、上記判定結果に基づいて、エンジン１０の燃焼状態が良好に維持されるように、吸入空気量や燃料噴射量、点火時期等のエンジン制御量のフィードバック制御を実施する。具体的には、電子制御ユニット２９は、上記判定結果、燃焼状態の不良が確認されたときには、スロットル開度やバルブタイミングによる吸入空気量の調整やインジェクタからの燃料噴射量の調整を通じて空燃比をより燃焼が良好となる側に変更したり、点火時期を遅角側に変更したりする。このように上記態様でのエンジントルクＴ_qの算出結果は、燃焼状態を良好に維持するためのエンジン制御量のフィードバック制御に用いることができる。

また上記態様でのエンジントルクＴ_qの算出結果は、気筒間の発生トルクのばらつきを低減するためにも用いることができる。上記エンジントルクＴ_qの算出結果からは、エンジン１０の各気筒の発生トルクを求めることができる。すなわち、各気筒の燃焼時期におけるエンジントルクＴ_qの大きさを気筒間で比較することで、各気筒の燃焼の強弱（発生トルクの大小）を推定することができる。そこでその推定結果に基づき、エンジン制御量を気筒別にフィードバック制御することで、燃焼強度の格差を是正することができる。例えば燃焼が強いことが確認された気筒については、その燃料噴射量を減量したり、点火時期を遅角させたりしてその気筒の発生トルクを減じる、或いは燃焼が弱いことが確認された気筒については、その燃料噴射量を増量したり、点火時期を進角させたりしてその気筒の発生トルクを増す、といった制御を行う。また吸気バルブのバルブリフト量調節に基づく吸入空気量の調量機構を採用するエンジンのように吸入空気量を気筒別に行える場合には、各気筒の吸入空気量の調節を通じて気筒間の発生トルクのばらつきを低減させることもできる。

更に一部気筒の燃焼不良に起因した気筒間の発生トルクのばらつきについては、燃焼不良の気筒を特定し、その気筒の燃焼を改善することで低減することができる。この場合には、上述の第１〜第３の判定態様に基づく燃焼状態の良否判定を気筒別に実施して、燃焼不良の気筒を特定することになる。そして燃焼不良の確認された気筒の吸入空気量や燃料噴射量、点火時期等を適宜変更して、その気筒の燃焼状態を改善することで、気筒間の発生トルクのばらつきを低減することになる。

なお、こうした本実施の形態では、上記抽出手段としての処理、上記判定手段としての処理、及び上記フィードバック制御手段としての処理はいずれも、電子制御ユニット２９により行われるようになっている。

以上説明した本実施形態のエンジン制御装置によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、クランクシャフト１１の角加速度とその慣性モーメントとに基づくエンジントルクＴ_qの算出に際して、トーショナルダンパ１４の捻れ角度に基づいて算出した弾性補正値Ｔ_eにてエンジントルクの算出値を補正するようにしている。より具体的には、上記弾性補正値Ｔ_eを、トーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθ及びそのばね係数Ｋ_damp の乗算値として算出して補正を行っている。されてなることをその要旨としている。トーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθからは、その捻れにより吸収された分のエンジントルクの大きさを求めることができる。ここでトーショナルダンパ１４を単純なばね要素と見做せば、その捻れにより吸収されたトルクの大きさは、トーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθとそのばね係数Ｋ_damp との乗算値となる。そのため、上記の如く算出された弾性補正値Ｔ_eによる補正を行えば、トーショナルダンパ１４の捻れにより吸収された分のトルクも見込んでエンジントルクの算出を行うことができるようになる。したがって、低剛性のトーショナルダンパ１４がクランクシャフト１１に連結されていても、クランクシャフト１１の角速度情報に基づくエンジントルクの算出を精度良く行い、ひいてはその算出結果に基づくエンジン制御をより好適に行うことができるようになる。

（２）本実施の形態のエンジン制御装置では、算出されたエンジントルクＴ_qの規定時間又は規定燃焼回数の平均値からエンジントルクの特定周波数成分を抽出するようにしている。こうした平均値は、エンジントルクの算出結果にローパスフィルタを適用したものと等価となる。そのため、上記平均値の算出を通じてエンジントルクの特定周波数成分を簡易的に抽出することができる。また２つの異なる規定時間、或いは２つの異なる燃焼回数についての平均値をそれぞれ算出するとともに、それら２つの平均値の差からエンジントルクの特定周波数成分を抽出するようにもしている。こうした平均値の差は、エンジントルクの算出結果にバンドパスフィルタを適用したものと等価となる。そのため、上記平均値の差の算出を通じてエンジントルクの特定周波数成分を簡易的に抽出することができるようになる。

（３）本実施の形態のエンジン制御装置では、上記態様で抽出したエンジントルクの特定周波数成分の大きさ、その大きさの分布、或いはその大きさの平均値に基づいてエンジンの燃焼状態の良否を行っている。そのため、エンジン１０の燃焼状態を容易且つ的確に確認することができるようになる。

（４）本実施の形態のエンジン制御装置では、上記態様での燃焼状態の良否判定の結果に応じて、吸入空気量や燃料噴射量、点火時期等のエンジン制御量をフィードバック制御するようにしている。そのため、容易且つ的確にエンジン１０の燃焼状態を良好に維持することができるようになる。

（５）本実施の形態のエンジン制御装置では、エンジントルクの特定周波数成分の抽出をエンジン１０の気筒別に行なうようにしている。このようにエンジントルクの特定周波数成分の抽出を気筒別に行えば、エンジン１０の各気筒の燃焼やトルク発生の状況を気筒毎に個別に確認することができるようになる。そしてエンジン１０の各気筒の燃焼状態の良否を気筒毎に個別に判定することが可能にもなる。具体的には、気筒別に抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさや、その大きさの分布、或いはその大きさの平均値に基づいて気筒毎の燃焼状態の良否の個別判定を行うことができる。

（６）本実施の形態のエンジン制御装置では、上記態様での気筒別の燃焼状態の良否判定の結果に基づいて、各気筒の燃焼状態が良好に維持されるように、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等のエンジン制御量を気筒毎に個別にフィードバック制御するようにしている。これにより、一部気筒の燃焼不良に起因した気筒間の発生トルクのばらつきを好適に低減することができるようになる。

（その他の実施の形態）
なお上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
トーショナルダンパ１４の減衰係数がある程度よりも大きいときには、トーショナルダンパ１４のトルク吸収量を求める際に、トーショナルダンパ１４のばね要素としての側面だけでなく、減衰要素としての側面も無視できないことになる。そこで、そうした場合には、次式（３）を用いてエンジントルクＴ_qを算出するようにすると良い。

上式（３）の右辺第４項は、トーショナルダンパ１４の減衰作用により吸収されたトルクの大きさを示す減衰補正項となっている。この減衰補正項は、トーショナルダンパ１４前後の角速度の差（ω_e−ω_i）と同トーショナルダンパ１４の減衰係数Ｃ_damp との積算値として表わされる。こうした式（３）では、エンジントルクＴ_qの算出に際して、トーショナルダンパ１４の捻れ角度Δθ及びそのばね係数Ｋ_damp の乗算値と、トーショナルダンパ１４前後の角速度の差（ω_e−ω_i）及び同トーショナルダンパ１４の減衰係数Ｃ_damp の乗算値との２つの乗算値の和として算出された補正値による補正が行われることになる。

更に上記各実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、機関冷却水温及び機関回転速度に基づき算出された摩擦補正値Ｔ_fによる補正を行ってエンジントルクＴ_qの算出を行っていた。機関冷却水温や機関回転速度によるフリクショントルクの変化が十分に小さいのであれば、摩擦補正値Ｔ_fを定数としてエンジントルクＴ_qの算出を行うようにしても良い。またフリクショントルクが無視し得るほど小さいのであれば、エンジントルクＴ_qの算出に際しての摩擦補正値Ｔ_fによる補正を省略するようにしても良い。

・上記実施の形態では、クランクシャフト１１がトーショナルダンパ１４を介して発電電動機（ＭＧ）の回転子に連結されたハイブリッド車両に搭載されるエンジン１０の制御装置として本発明を具体化した場合を説明した。もっとも、本発明に係る制御装置は、低剛性のトーショナルダンパを介してクランクシャフトの回転を出力するよう構成されたエンジンであれば、ハイブリッド車両用以外のエンジンにも、同様に適用することができる。そしてその適用により、クランクシャフトに連結されたトーショナルダンパの捻れによるトルク吸収の如何に依らず、クランクシャフトの角速度情報に基づくエンジントルクの算出を精度良く行い、ひいてはその算出結果に基づくエンジン制御をより好適に行うことができるようになる。

本発明のエンジン制御装置の一実施形態についてその適用対象となるエンジンの搭載されたハイブリッド車両の駆動系の構成を模式的に示す略図。同実施形態に採用されるエンジントルク算出ロジックのブロック図。同実施形態のエンジントルク算出ロジックによる（ａ）はベース値の、（ｂ）は弾性補正係数の、（ｃ）はエンジントルクの算出態様の一例をそれぞれ示すタイムチャート。同実施形態でのエンジントルクの特定周波数成分の算出態様の一例を示すタイムチャート。同実施形態での燃焼状態の良否判定態様の一例を示すタイムチャート。エンジントルクの特定周波数成分の大きさについて（ａ）は燃焼不良時の、（ｂ）は燃焼良好時の分布態様の例をそれぞれ示すグラフ。

符号の説明

１０…エンジン、１１…クランクシャフト、１２…フライホイール、１３…トルクリミッタ、１４…トーショナルダンパ、１５…インプットシャフト、１６…動力分配機構、１７…太陽歯車、１８…遊星歯車、１９…遊星キャリア、２０…外輪歯車、２１…第１ＭＧ（電動機）、２２…第２ＭＧ（電動機）、２３…出力歯車、２４…減速機構、２５…入力歯車、２６…出力歯車、２７…ディファレンシャル、２８…車軸、２９…電子制御ユニット（算出手段、補正手段、抽出手段、判定手段、フィードバック制御手段）、３０…クランク角センサ、３１…第１レゾルバ、３２…第２レゾルバ。

Claims

クランクシャフトの回転をトーショナルダンパを介して出力するエンジンの制御を行う装置であって、
前記クランクシャフトの角加速度とその慣性モーメントとに基づいてエンジントルクを算出する算出手段と、
前記トーショナルダンパの捻れ角度に基づいて算出した補正値にて前記エンジントルクの算出値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするエンジン制御装置。
前記補正値は、前記捻れ角度及び前記トーショナルダンパのばね係数の乗算値として算出されてなる
請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記補正値は、前記捻れ角度及び前記トーショナルダンパのばね係数の乗算値と、前記トーショナルダンパの前後の角速度の差及び同トーショナルダンパの減衰係数の乗算値との２つの乗算値の和として算出されてなる
請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記補正手段による補正後の前記エンジントルクの算出値の規定時間の平均値から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する抽出手段を備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段は、２つの異なる規定時間についての前記平均値をそれぞれ算出するとともに、それら２つの平均値の差から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する
請求項４に記載のエンジン制御装置。
規定機関回転速度における前記補正手段による補正後の前記エンジントルクの算出値の規定燃焼回数分の平均値から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する抽出手段を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段は、２つの異なる燃焼回数についての前記平均値をそれぞれ算出するとともに、それら２つの平均値の差から前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する
請求項６に記載のエンジン制御装置。
前記補正手段による補正後の前記エンジントルクの算出値にデジタルフィルタ処理を施して前記エンジントルクの特定周波数成分を抽出する抽出手段を備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段の抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさに基づいて前記エンジンの燃焼状態の良否を判定する判定手段を備える
請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段の抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布に基づいて前記エンジンの燃焼状態の良否を判定する判定手段を備える
請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段の抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさの平均値に基づいて前記エンジンの燃焼状態の良否を判定する判定手段を備える
請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンの燃焼状態が良好に維持されるようにエンジン制御量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を備える
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段は、前記エンジントルクの特定周波数成分の抽出を前記エンジンの気筒別に行なう
請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段が気筒別に抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさに基づいて前記エンジンの各気筒の燃焼状態の良否を個別に判定する判定手段を備える
請求項１３に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段が気筒別に抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさの分布に基づいて前記エンジンの各気筒の燃焼状態の良否を個別に判定する判定手段を備える
請求項１３に記載のエンジン制御装置。
前記抽出手段が気筒別に抽出した前記エンジントルクの特定周波数成分の大きさの平均値に基づいて前記エンジンの各気筒の燃焼状態の良否を個別に判定する判定手段を備える
請求項１３に記載のエンジン制御装置。
前記判定手段の判定結果に基づいて各気筒の燃焼状態が良好に維持されるようにエンジン制御量を気筒毎に個別にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備える
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
前記クランクシャフトは、前記トーショナルダンパを介して電動機の回転子に連結されてなる
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。