JP2013068146A - 内燃機関のエンジントルク推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入空気量センサの検出値に基づくエンジントルクの推定精度の向上。
【解決手段】エアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１に基づいて、第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１を算出する。吸入空気量補正部Ｂ２では、空燃比センサ９の検出値ｒＡ／Ｆに基づいて、エアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１を補正後の値ｒＱａ２へ補正する。エンジントルク推定部Ｂ３では、補正前の検出値ｒＱａ１に基づく第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１と、補正後の値ｒＱａ２に基づく第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２のうち、大きい値の方を、ベルト式無段変速機のプーリとベルト間のベルト油圧の設定に用いられる最終的なエンジントルク推定値ｒＴｑとして選択する。
【選択図】図４

Description

本発明は、エアフロメータ等の吸入空気量センサの検出値を用いてエンジントルクを推定する装置に関し、特に、空燃比センサを利用してエンジントルクの推定精度を向上する技術に関する。

内燃機関（エンジン）を備える車両では、この内燃機関が出力するエンジントルクを推定し、このエンジントルクの推定値を用いて様々な制御が行われる。例えば特許文献１に記載のように、ベルト式の無段変速機を備える車両では、ベルトとプーリ間の接触摩擦力を適切に保つように、エンジントルクの推定値に基づいて無段変速機のベルトとプーリ間のベルト油圧（ライン圧）が制御される。エンジントルクは、例えば吸気通路に設けられたエアフロメータ等の吸入空気量センサの検出値を用いて推定される。

特開２００４−１２４９６６号公報

しかしながら、吸入空気量センサの検出値に基づいてエンジントルクを推定する場合、吸入空気量センサの検出値の誤差・ばらつきの影響によりエンジントルクを正確に推定できないことがある。このように不正確なエンジントルクの推定値を用いて上述したように無段変速機のベルト油圧を設定すると、エンジントルク推定値が実際のエンジントルクよりも小さい側にずれている場合に、実際のエンジントルクに対してベルト油圧が不足して、ベルトとプーリとの間に滑りを生じ、ベルト式無段変速機の耐久性や信頼性を損ねるおそれがある。

ところで、排気エミッションの低減化を図るために、周知のように、排気通路には触媒が介装されるとともに、この触媒による排気浄化効率を高めるために、排気の空燃比を検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサの検出値に基づいて空燃比を目標空燃比（理論空燃比）の近傍に維持する、いわゆるフィードバック制御が行われる。

本発明は、このような空燃比センサを利用して、吸入空気量センサの検出値に基づいて設定されるエンジントルクの推定精度の向上を図るものである。

本発明に係る内燃機関のエンジントルク推定装置は、内燃機関の吸気通路に配設され、吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、内燃機関の排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する空燃比センサと、を有している。そして、上記空燃比センサの検出値に基づいて、上記吸入空気量センサの検出値を補正し、この補正後の吸入空気量センサの検出値に基づいてエンジントルクを推定することを特徴としている。

本発明によれば、空燃比センサの検出値を用いて吸入空気量センサの検出値を補正することによって、吸入空気量センサの検出値の誤差・ばらつきの影響を低減・排除することができ、この補正後の吸入空気量センサの検出値に基づいて精度良くエンジントルクの推定値を求めることができる。つまり、空燃比フィードバック制御に用いられる空燃比センサの検出値を利用した簡素な構成で、吸入空気量センサの検出値に基づくエンジントルクの推定精度を向上することができる。

、本発明の一実施例が適用される車両駆動機構の構成を模式的に示す構成図。 本実施例に係る内燃機関のシステム構成を示す構成説明図。 本実施例に係るエンジントルク推定値の設定処理の流れを示すフローチャート。 本実施例に係るエンジントルク推定値の設定処理を簡略的に示す制御ブロック図。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、内燃機関１の駆動力をベルト式無段変速機（ＣＶＴ）２１を介して駆動輪２２へ伝達するようにした車両駆動機構の構成を模式的に示している。

無段変速機２１は、駆動側となるプライマリプーリ２３と従動側となるセカンダリプーリ２４と両者間に巻き掛けられた金属製ベルト２５とを備えるものであって、プライマリプーリ２３のプーリ幅が油圧室２６内の油圧により調整可能となっており、かつ、この油圧に応じてセカンダリプーリ２４のプーリ幅が変化し、無段階に変速がなされるものである。プライマリプーリ２３の回転軸となる変速機入力軸は、遊星歯車機構を用いた前後進切換機構２７とトルクコンバータ２８とを介して、内燃機関１のクランクシャフトに接続されている。また、セカンダリプーリ２４の回転軸となる変速機出力軸は、ファイナルギア２９およびディファレンシャルギア３０を介してアクスルシャフト３１に接続され、駆動輪２２へ動力を伝達している。

この無段変速機２１には、プーリ２３，２４とベルト２５との間の接触摩擦力を得るためのベルト油圧を生成するために、前後進切換機構２７の出力側に、歯車ポンプからなる機械駆動式の油圧ポンプ３２が配置されている。この油圧ポンプ３２から供給された油圧は、調圧弁や油圧制御弁を含んで構成される変速制御部３３によって、所定の上記ベルト油圧（ライン圧）に制御され、車両運転状態に応じた変速比を得るように、油圧室２６に供給される。なお、変速比は基本的にプライマリプーリ２３側の油圧室２６の油圧によって制御されるが、セカンダリプーリ２４側にも図示せぬ油圧室が設けられており、適切なベルト張力が発生するように適宜な油圧が導入されている。

油圧ポンプ３２によって生成されるベルト油圧は、後述するエンジントルク推定値ｒＴｑに応じて設定され、基本的には、エンジントルク推定値ｒＴｑが高いほどベルト油圧が高くなるように設定される。また、ベルト油圧は、プーリ幅が過渡的に変化する変速動作中は、ベルト２５の滑りを防止するために、定常時に比較して相対的に高い圧力が要求される。そのため、油圧ポンプ３２の駆動トルクが増加するとともに各部のフリクションも増大し、エンジントルクの中で損失となるトルクが増大する。

次に、図２は、上記内燃機関１のシステム構成を示す構成説明図であって、火花点火式ガソリン機関である内燃機関１は、燃焼室中心に点火プラグ２を備えるとともに、吸気弁３および排気弁４を備えており、かつ、クランクシャフトの回転を検出するクランク角センサ５が設けられている。排気通路６は、触媒コンバータ７ならびに消音器８を備えており、触媒コンバータ７の上流位置に、排気の空燃比を検出する空燃比センサ９が設けられている。この空燃比センサ９は、空燃比に応じ出力値がリニアに変化する広域型の空燃比センサが用いられている。また、排気還流装置１０として、排気通路６から吸気通路１１に至る排気還流通路１２が設けられているとともに、排気還流量を可変制御する例えばステップモータ型の排気還流制御弁１３が該排気還流通路１２に介装されている。

吸気通路１１の下流側部分となる各気筒の吸気ポート入口部には、各吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１５がそれぞれ配置されている。そして、各気筒の吸気通路１１は、吸気コレクタ１６に集合しており、この吸気コレクタ１６の入口側の吸気通路１１に、電子制御型のスロットル弁１７が設けられている。この電子制御型スロットル弁１７は、電気モータからなるアクチュエータを備え、エンジンコントロールユニット１９から与えられる制御信号によって、その開度が制御される。なお、スロットル弁１７の実際の開度を検出する図示せぬセンサを一体に備えており、その検出信号に基づいて、スロットル弁開度が目標開度にクローズドループ制御される。またスロットル弁１７の上流側に、吸入空気量（空気流量）を検出する吸入空気量センサとしてのエアフロメータ１８が設けられている。

さらに、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量（アクセルペダル開度ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ２０を備えており、その検出信号は、上記のクランク角センサ５や空燃比センサ９、エアフロメータ１８等の検出信号とともに、エンジンコントロールユニット１９に入力されている。エンジンコントロールユニット１９は、これらの検出信号に基づいて、燃料噴射弁１５の噴射量や噴射時期、点火プラグ２による点火時期、スロットル弁１７の開度、などを制御する。

なお、上記無段変速機２１の変速比は、図示せぬＣＶＴコントロールユニットによって、車両の運転状態、主にアクセルペダル開度ＡＰＯおよび車速に基づいて、連続的に制御されるが、このＣＶＴコントロールユニットとエンジンコントロールユニット１９は、互いに通信可能なようにネットワーク化されており、種々の信号をやり取りしている。エンジンコントロールユニット１９とＣＶＴコントロールユニットとを単一のコントロールユニットとして一体化することも勿論可能である。

次に図３及び図４を参照して、本実施例の要部をなすエンジントルク推定値ｒＴｑの推定・算出処理について説明する。図３は、本実施例に係るエンジントルク推定値ｒＴｑの算出処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、エアフロメータ１８，空燃比センサ９及びクランク角センサ５等の各種センサの検出値を読み込む。ステップＳ２では、吸入空気量に相当するエアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１と、クランク角センサ５の検出値等に応じて求められるエンジン回転数Ｎｅと、に基づいて、予め設定されたエンジントルク用の設定マップ（図４）を参照して、内燃機関が出力するエンジントルクの推定値である第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１を算出する。

ステップＳ３では、排気の空燃比に相当する空燃比センサ９の検出値ｒＡ／Ｆに基づいて、エアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１を、補正後の値ｒＱａ２へ補正する。例えば、排気の空燃比が目標空燃比（通常、理論空燃比）からリッチ側もしくはリーン側にずれている場合、エンジントルクが低下することから、排気の空燃比が目標空燃比から外れるほど、エンジントルクが低い値となるように、エアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１を低下側に補正する（ｒＱａ２＜ｒＱａ１）。

そして、ステップＳ４では、ステップＳ３の処理による補正後のエアフロメータ１８の検出値ｒＱａ２と、エンジン回転数Ｎｅと、に基づいて、エンジントルク用の設定マップを参照して、補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２を算出する。

なお、本実施例では、この補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２の算出に用いる設定マップは、簡素化のために、補正前の第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１の算出に用いる設定マップと同一のものを用いているが、それぞれ別個のマップを用いるようにしても良い。

ステップＳ５〜Ｓ７の処理では、補正前の第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１と、補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２のうち、大きい値の方を、最終的なエンジントルク補正値ｒＴｑとして選択・設定する。具体的には、補正前の第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１が補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２よりも大きい場合には、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、補正前の第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１を最終的なエンジントルク推定値ｒＴｑとして選択する。一方、補正前の第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１が補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２以下の場合には、ステップＳ５からステップＳ７へ進み、補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ１を最終的なエンジントルク推定値ｒＴｑとして選択する。

図４に示すように、このようにして設定された最終的なエンジントルク推定値ｒＴｑは、上述したベルト式無段変速機２１のベルト油圧の設定に用いられる。具体的には、エンジントルク推定部Ｂ３（エンジントルク推定手段）では、上述したように、補正前の第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１と、補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２のうち、大きい値の方を、最終的なエンジントルク補正値ｒＴｑとして選択・設定する。そして、ベルト油圧演算部Ｂ４では、最終的なエンジントルク推定値ｒＴｑに基づいてベルト油圧の指令値を算出する。この指令値に基づいて、ベルト油圧を生成する油圧ポンプ３２が駆動制御されることとなる。

また、図４に示すように、フィードバック演算部Ｂ１では、エアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１に基づいて、基本燃料噴射量を算出するとともに、空燃比センサ９の検出値ｒＡ／Ｆから得られる実際の空燃比と目標空燃比ｔＡ／Ｆとの偏差に基づくフィードバック制御によるフィードバック制御量を算出し、これら基本燃料噴射量とフィードバック制御量とに基づいて燃料噴射量を算出する。この燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁１５が駆動制御されることとなる。

吸入空気量補正部Ｂ２（補正手段）では、上述したように、エアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１に対し、空燃比センサ９の検出値ｒＡ／Ｆに基づいて補正処理を行うことで、補正後の値ｒＱａ２を算出する。この補正後の値ｒＱａ２とエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、補正後の第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２が求められる。

このように本実施例では、吸入空気量に相当するエアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１を、排気の空燃比に相当する空燃比センサ９の検出値ｒＡ／Ｆを用いて補正することによって、エアフロメータ１８の検出値ｒＱａ１の誤差・ばらつきの影響を補正後の値ｒＱａ２に反映させることができ、この値ｒＱａ２を用いて精度良くエンジントルク推定値ｒＴｑ２を求めることができる。つまり、空燃比フィードバック制御に用いられる空燃比センサ９を利用した簡素な構成で、エアフロメータ１８を用いたエンジントルクの推定精度を向上することができる。

また、補正前の吸入空気量センサの検出値ｒＱａ１に基づいて第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１を求めるとともに、空燃比センサ９の検出値ｒＡ／Ｆを用いた補正後の吸入空気量センサの検出値ｒＱａ２に基づいて第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２を求めており、これら第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１と第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２のうち、大きい値の方を、ベルト式無段変速機２１のベルト油圧の設定に用いられる最終的なエンジントルク推定値ｒＴｑとして選択している。

これによって、空燃比センサ９やエアフロメータ１８の誤差・ばらつきによって、第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１と第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２のうち、いずれか一方が過小となっていたとしても、両者ｒＴｑ１，ｒＴｑ２のうちで大きい値の方を最終的なエンジントルク推定値ｒＴｑとして選択することによって、このエンジントルク推定値ｒＴｑが実際のエンジントルクよりも過小となる事態をより確実に抑制・回避することができる。この結果、このエンジントルク推定値ｒＴｑを用いて設定されるベルト式無段変速機２１のベルト油圧が過小となって耐久性や信頼性の低下を招く事態をより確実に抑制・回避することができる。

また、図４のベルト油圧演算部Ｂ４では、第１エンジントルク推定値ｒＴｑ１と第２エンジントルク推定値ｒＴｑ２との差が所定値以上の状態が所定時間継続した場合には、空燃比センサ９やエアフロメータ１８等に何らかの異常があると判断して、ベルト油圧を、最大エンジントルクにも耐え得る最大値またはその近傍の値に設定している。これによって、このような異常時におけるベルト油圧の不足を確実に解消することができる。

更に、空燃比センサ９の検出値ｒＡ／Ｆと目標空燃比との偏差が所定値以上の状態が所定時間継続した場合にも、空燃比センサ９を含めたフィードバック制御系に何らかの異常が発生していると判断して、ベルト油圧を、最大エンジントルクにも耐え得る最大値またはその近傍の値に設定している。これによって、このような異常時におけるベルト油圧の不足をより確実に抑制・解消することができる。

また、図３のステップＳ３及び図４の吸入空気量補正部Ｂ２における補正処理では、制御の簡素化等の目的で、目標空燃比が理論空燃比である場合を想定して、予め設定したマップ等を参照してエアフロメータ１８の検出値の補正を行うようにしているが、例えば燃料増量域のように、目標空燃比そのものが理論空燃比から外れている場合には、この目標空燃比と理論空燃比との偏差に応じて、エンジントルク推定値を更に補正している。例えば、予め実験により取得した吸入空気量と排気の空燃比とエンジントルクとの相関関係からマップ等を設定・保存しておき、目標空燃比と理論空燃比との偏差に基づくマップ検索により補正係数を算出し、この補正係数を用いてエンジントルク推定値を補正する。このように、目標空燃比の理論空燃比からのずれ分をも勘案してエンジントルク推定値を補正することによって、燃料増量域のように目標空燃比が理論空燃比から外れているような運転状態においても、精度良くエンジントルク推定値を求めることが可能となる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、空燃比センサとしては、上記実施例のような広域型の空燃比センサに限らず、例えば理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とで出力が反転する簡易な酸素センサを用いることもできる。
また、上記実施例では、空燃比センサの検出値に基づいて、吸入空気量センサの検出値を補正し、補正後の吸入空気量センサの検出値に基づいてエンジントルクを推定したが、吸入空気量センサの検出値に基づいて先にエンジントルクを推定し、推定したエンジントルク推定値（第１エンジントルク推定値）を空燃比センサの検出値で補正し、補正後の第１エンジントルク推定値をエンジントルク推定値とすることもできる。

９…空燃比センサ
１８…エアフロメータ（吸入空気量センサ）
１９…エンジンコントロールユニット
２１…ベルト式無段変速機

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路に配設され、吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、
   上記吸入空気量センサの検出値に基づいて、エンジントルクを推定するエンジントルク推定手段と、
   を有する内燃機関のエンジントルク推定装置において、
   内燃機関の排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
   上記空燃比センサの検出値に基づいて、上記吸入空気量センサの検出値を補正する補正手段と、を備え、上記エンジントルク推定手段は、上記補正手段による補正後の吸入空気量センサの検出値に基づいて、エンジントルクを推定する、ことを特徴とする内燃機関のエンジントルク推定装置。
2. 変速比が連続的に可変制御されるベルト式無段変速機が内燃機関に接続されており、
   上記トルク推定手段が、
   上記補正手段による補正前の吸入空気量センサの検出値に基づいて、第１エンジントルク推定値を求めるとともに、
   上記補正手段による補正後の吸入空気量センサの検出値に基づいて、第２エンジントルク推定値を求め、
   これら第１エンジントルク推定値と第２エンジントルク推定値のうち、大きい値の方を、上記ベルト式無段変速機のプーリとベルト間のベルト油圧の設定に用いられる最終的なエンジントルク推定値として選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエンジントルク推定装置。
3. 上記第１エンジントルク推定値と第２エンジントルク推定値との差が所定値以上の状態が所定時間継続した場合には、上記ベルト油圧を最大とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のエンジントルク推定装置。
4. 上記空燃比センサにより検出される排気の空燃比と目標空燃比との差が所定値以上の状態が所定時間継続した場合には、上記ベルト油圧を最大とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関のエンジントルク推定装置。
5. 上記エンジントルク推定手段は、目標空燃比が理論空燃比から外れている場合には、目標空燃比と理論空燃比との差に応じて、上記エンジントルク推定値を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のエンジントルク推定装置。
6. 内燃機関の吸気通路に配設され、吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、
   上記吸入空気量センサの検出値に基づいて、エンジントルクを推定するエンジントルク推定手段と、を有する内燃機関のエンジントルク推定装置において、
   内燃機関の排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する空燃比センサを備え、
   上記エンジントルク推定手段は、上記吸入空気量センサの検出値に基づいて推定した第１エンジントルク推定値を上記空燃比センサの検出値で補正し、上記補正後の第１エンジントルク推定値をエンジントルク推定値とする、ことを特徴とする内燃機関のエンジントルク推定装置。