JP4529306B2

JP4529306B2 - エンジンの実トルク算出装置

Info

Publication number: JP4529306B2
Application number: JP2001089561A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002285903A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の制御に用いられるエンジンの実トルクを算出するエンジンの実トルク算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの作動中には、このエンジンの運転状態に応じて各種の制御が行われている。例えば、自動変速機の変速比制御では、エンジンの実トルクを推定し、この推定した実トルクに基づいて変速比を設定し、設定された変速比となるように油圧駆動装置を制御している。
【０００３】
このようなエンジンの実トルクを推定する技術としては、例えば、特開2000−213407号公報や特開昭59−120748号公報に開示されたものがある。特開2000−213407号公報に開示された「内燃機関の出力制御装置」では、エンジン要求出力から目標有効平均圧を求め、この目標有効平均圧から燃料噴射パルス幅を決定し、この燃料噴射パルス幅により３次元マップを用いて実有効平均圧（実トルク）を求めている。また、特開昭59−120748号公報に開示された「エンジンの発生トルク推定装置」では、１シリンダ当たりの供給燃料量とエンジン発生トルクとが略比例関係にあることに着目しこのエンジン発生トルクとを算出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した各公報に記載された技術では、燃料噴射パルス幅や供給燃料量に基づいて実トルクを算出している。ところが、燃焼室に噴射される燃料量は、エンジンの運転状態（アクセル開度）により変動するものであるから、変動するパラメータからは高精度に実トルクを算出することはできない。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するものであって、実トルクを高精度に算出可能としたエンジンの実トルク算出装置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】
上述の目的を達成するために請求項１の発明のエンジンの実トルク算出装置では、エンジン回転速度を検出するセンサを設け、排気空燃比に応じて出力する酸素センサを排気浄化触媒の上流の排気通路に設け、フィードバック制御値算出手段がこの酸素センサの出力に基づいて空燃比が目標値へ制御されるように空燃比フィードバック制御を行うフィードバック制御値を算出し、学習値算出手段がこのフィードバック制御値算出手段が算出したフィードバック制御値の学習値を算出し、燃料噴射量相関値検出手段がエンジンに設けた燃料噴射弁から噴射された燃料噴射量と相関関係にある燃料噴射量相関値を検出し、実トルク推定手段が燃料噴射量相関値検出手段の検出結果とエンジン回転速度に基づいて、推定トルクを算出し、学習値算出手段の検出結果から推定トルクの補正係数を算出し、推定トルクを補正係数により補正することにより、エンジンの実トルクを推定するようにしている。
【０００７】
従って、エンジンの実トルクは燃料噴射量相関値とフィードバック制御値の学習値に基づいて推定されるため、燃料噴射装置による燃料噴射流量のばらつきによる誤差が補正されることとなり、実トルクを高精度に算出することができる。
【０００８】
また、請求項２の発明のエンジンの実トルク算出装置では、実トルク推定手段は、学習値算出手段により学習値が算出されていない場合には、燃料噴射量相関値検出手段の検出結果のみに基づいて実トルクを推定するようにしている。従って、フィードバック制御値の学習値が正確でない場合には、この学習値による実トルクの算出を中止することで、実トルクを一層高精度に算出できる。
【０００９】
なお、好ましくは、燃料噴射量相関値検出手段が検出する燃料噴射量相関値として、燃料噴射弁の開弁時間、噴射弁駆動信号、噴射弁による噴射パルス幅などを適用し、これらにより燃料噴射弁から噴射された燃料噴射量を検出するものであるとすると、特に、噴射パルス幅によって燃料噴射量を検出すれば、燃料噴射量と一層相関性の高い値を検出できると共に追加のセンサを不要としてコストを低減できる。また、燃料噴射量相関値を検出する際には、燃料圧力、燃料の移送遅れなどを加味して相関値を算出すれば、上記の効果に増して一層相関性の高い相関値を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１に本発明の一実施形態に係るエンジンの実トルク算出装置が適用されたエンジン制御の概略構成、図２にフィードバック学習値の算出制御のフローチャート、図３に実トルクの算出制御のフローチャートを示す。
【００１２】
本実施形態のエンジンの実トルク算出装置が適用されたエンジンの制御装置において、図１に示すように、車両に搭載されるエンジン１１は、例えば、筒内噴射型の火花点火式ガソリンエンジンであって、通常の吸気行程で燃料を噴射して燃焼室内に均一な混合気を形成する均一燃焼に加えて、圧縮行程で燃料を噴射して超リーンな全体空燃比で燃焼させる層状燃焼を可能としている。そして、層状燃焼を実現する圧縮行程噴射モードは、一般に低回転低負荷域の運転領域で実行され、アクセル開度等から求めた目標平均有効圧（エンジン負荷）及びエンジン回転数が比較的低い領域で圧縮行程噴射を実行して、エミッション低減や燃費向上を達成し、それ以外の領域で吸気行程噴射（均一燃焼を実現する吸気行程噴射モード）を実行して、要求されるエンジントルクを確保するようにしている。
【００１３】
即ち、このエンジン１１において、シリンダヘッドに気筒ごとに点火プラグ１２及びインジェクタ１３が取付けられ、ピストン１４の上方に形成される燃焼室１５内にこのインジェクタ１３の噴射口が開口し、燃料が燃焼室１５内に直接噴射されるようになっている。また、シリンダヘッドには燃焼室１５を臨む吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成され、吸気ポート１６は吸気弁１８により開閉され、排気ポート１７は排気弁１９により開閉される。そして、このエンジン１１には各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号を出力するクランク角センサ２０が設けられ、クランク角センサ２０はエンジン回転速度（回転数）を検出可能となっている。
【００１４】
更に、吸気ポート１６には吸気管２１が接続され、空気取入口にはエアクリーナ２２が取付けられており、この吸気管２１には電子制御スロットル弁２３及びスロットルポジションセンサ２４が取付けられ、このスロットル弁２３上流側にはエアフローセンサ２５が取付けられている。一方、排気ポート１７には排気管２６が接続されており、この排気管２５の下流側には三元触媒２７が装着されると共に、この三元触媒２７の上流側には排気空燃比に応じた出力電圧（酸素濃度）を出力する酸素センサ２８が装着されており、この酸素センサ２８は理論空燃比（ストイキ）のところで出力電圧が急変する特性を有している。なお、出力が空燃比に応じてリニアに変化するリニア型の特性を有するものでも良い。
【００１５】
また、車両にはエンジン１１などを制御するエンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）２９が設けられ、このＥＣＵ２７には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ２９により筒内噴射エンジン１１の総合的な制御が実施される。即ち、前述したクランク角センサ２０、スロットルポジションセンサ２４、エアフローセンサ２５、酸素センサ２８に加えてドライバが踏み込むアクセルペダルのポジションセンサ３０などの各種センサ類の検出情報がＥＣＵ２９に入力され、このＥＣＵ２９が各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量（目標空燃比）、点火時期等を決定し、点火プラグ１２、インジェクタ１８、スロットル弁２３等を駆動制御する。
【００１６】
即ち、ＥＣＵ２９は、エンジン回転速度（クランク角センサ２０）とアクセル開度（スロットルポジションセンサ２４）とに基づいてエンジン負荷に対応する目標平均有効圧を求め、この目標平均有効圧とエンジン回転速度とに応じてマップより燃料噴射モード、つまり、圧縮行程噴射モード、吸気行程噴射モード、その他の噴射モードを設定するようにしている。例えば、目標平均有効圧とエンジン回転速度とが共に小さいときには、圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射される一方、目標平均有効圧、あるいはエンジン回転速度が大きくなると、吸気行程噴射モードとされて燃料が吸気行程で噴射される。
【００１７】
そして、この目標平均有効圧とエンジン回転速度とから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。この場合、例えば、ストイキフィードバック制御モードでは、酸素センサ２８が検出した出力電圧とストイキを表す基準電圧との比較によりリッチあるいはリーンの判定を行い、この出力電圧と基準電圧との偏差からフィードバック補正係数（フィードバック制御値）を算出しこのフィードバック補正係数に基づいてフィードバック学習値を算出（学習値算出手段）し、一方、エンジン１１のインジェクタ１３から噴射される燃料噴射量と相関関係にある燃料噴射量相関値、例えば、燃料噴射パルス幅（燃料噴射時間）が設定（燃料噴射量相関値検出手段）が設定されており、フィードバック学習値をこの燃料噴射パルス幅に反映させている。
【００１８】
ところで、上述したＥＣＵ２９では、自動変速機の変速比制御などを行うために必要なパラメータの一つとして実トルクが必要であり、本実施形態のエンジンの実トルク算出装置は、燃料噴射パルス幅とフィードバック学習値とに基づいてエンジン１１の実トルクを推定（実トルク推定手段）するようにしている。この場合、エンジン１１がストイキフィードバック制御モードでないときは、フィードバック学習値が算出されていないため、このときは燃料噴射パルス幅のみに基づいて実トルクを推定するようにしている。
【００１９】
ここで、上述した本実施形態のエンジンの軸トルク算出装置におけるＥＣＵ２９の制御を図２及び図３のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００２０】
フィードバック学習値の算出制御において、図２に示すように、まず、ステップＳ１では、空燃比（Ａ／Ｆ）フィードバック制御中であるかを判定し、始動直後にエンジン温度か低い場合、ストイキ運転でなく、酸素センサが不活性であり、燃焼が不安定になることがあるためにＡ／Ｆフィードバック制御を中止しており、この場合には何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１でＡ／Ｆフィードバック制御中であると判定したら、ステップＳ２にて、フィードバック学習値の更新周期にあるかどうかを判定し、学習値の更新周期であれば、ステップＳ３以降で、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆとの偏差をからフィードバック補正係数、フィードバック学習値を算出する。
【００２１】
即ち、ステップＳ３では、酸素センサ２８が検出した出力電圧の積分値が判定値（ここでは、１．０）より大きいかどうかを判定する。酸素センサ２８はその出力電圧が理論空燃比（ストイキ）のところで急変する特性を有しており、このときの空気過剰率が１．０であるため、フィードバック積分値が１．０より大きいということは、エンジン１１の空燃比フィードバックを行っていない状態でのベースとなる空燃比がリーンということであり、ステップＳ４に移行してフィードバック補正係数XAFLRN（フィードバック制御値）を＋Ａ（所定燃料量）、つまり、燃料増量側に設定する。
【００２２】
一方、ステップＳ３にて、酸素センサ２８が検出した出力電圧の積分値が判定値（ここでは、１．０）より以下であれば、ステップＳ５に移行し、フィードバック積分値が１．０より小さいかどうかを判定する。ここで、フィードバック積分値が１．０より小さいということは、エンジン１１の空燃比フィードバックを行っていない状態でのベースとなる空燃比がリッチということであり、ステップＳ６に移行してフィードバック補正係数XAFLRN（フィードバック制御値）を−Ａ（所定燃料量）、つまり、燃料減量側に設定する。更に、ステップＳ５にて、フィードバック積分値が１．０以上であれば、エンジン１１は理論空燃比で現在運転されているということであり、ステップＳ７に移行してフィードバック補正係数XAFLRN（フィードバック制御値）０として燃料量の増減はなしとする。
【００２３】
そして、ステップＳ８にて、前回のＡ／Ｆフィードバック学習値にステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７で設定したフィードバック補正係数XAFLRN（＋Ａ、−Ａ、０）を加算して今回のＡ／Ｆフィードバック学習値を算出する。このようにＡ／Ｆフィードバック学習値が算出されると、目標空燃比に基づいて設定された燃料噴射パルス幅（燃料噴射時間）をこのＡ／Ｆフィードバック学習値により学習補正する。
【００２４】
一方、実トルクの算出制御において、図３に示すように、ステップＴ１で、クランク角センサ２０の検出結果に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが読み込まれると、ステップＴ２では、目標空燃比に基づいて設定された燃料噴射パルス幅Ｐｗとこのエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて推定トルクＰe₁が算出される。この場合、エンジン回転速度Ｎｅが一定であるとき、燃料噴射パルス幅Ｐｗに対して推定トルクＰe₁は比例関係にあることがわかっており、ＥＣＵ２９に所定のエンジン回転速度Ｎｅごとのマップを予め記憶させておけばよい。
【００２５】
そして、ステップＴ３では、Ａ／Ｆフィードバック学習値が設定されているかどうかを判定し、前述のように、既にＡ／Ｆフィードバック学習値が設定されていれば、ステップＴ４にて、このＡ／Ｆフィードバック学習値からＰｅ補正係数ＫPeを算出する。この場合、Ｐｅ補正係数ＫPeはＡ／Ｆフィードバック学習値が１．０のときに１．０となる比例関数となっている。続いて、ステップＴ５では、各数式に基づいて実トルクＰe₂を算出する。
Ｐe₂＝Ｐe₁×ＫPe
【００２６】
なお、ステップＴ３にて、前述したように、エンジン１１の始動直後で、Ａ／Ｆフィードバック学習値が設定されていないときには、ステップＴ６に移行し、ここでＰｅ補正係数ＫPe＝１．０と設定し、ステップＴ５にて、推定トルクＰe₁＝実トルクＰe₂とする。
【００２７】
このように本実施形態のエンジンの実トルク算出装置では、燃料噴射パルス幅Ｐｗとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて推定トルクＰe₁を算出し、ストイキフィードバック制御で算出されたＡ／Ｆフィードバック学習値からＰｅ補正係数ＫPeを算出し、推定トルクＰe₁をこのＰｅ補正係数ＫPeにより補正することで、エンジン１１の実トルクＰe₂を算出している。
【００２８】
従って、エンジン１１の実トルクＰe₂は、燃料噴射量と相関関係にある燃料噴射パルス幅ＰｗとＡ／Ｆフィードバック学習値とに基づいて推定されることとなり、インジェクタ１３から噴射される燃料流量のばらつきによる誤差が補正されることとなり、実トルクＰe₂を高精度に算出できる。
【００２９】
また、Ａ／Ｆフィードバック学習値が設定されていないときには、推定トルクＰe₁を実トルクＰe₂としており、フィードバック制御値の学習値が正確でない場合には、これを不使用とすることで実トルクＰe₂を一層高精度に算出できる。
【００３０】
更に、燃料噴射量相関値として噴射パルス幅Ｐｗによって燃料噴射量をもとめるようにしており、燃料噴射量と一層相関性の高い値を検出できると共に追加のセンサを不要としてコストを低減できる。また、エンジン１１を筒内噴射型の火花点火式ガソリンエンジンとしており、インジェクタ１３から噴射される燃料噴霧がインテークマニホールドの壁面に付着しないため、燃料供給量と実トルクとはほ同値であり、算出された実トルクＰe₂は信頼性が高いものとなる。
【００３１】
なお、上述の実施形態では、本発明のエンジンの実トルク算出装置において、燃料噴射量相関値検出手段が検出する燃料噴射量相関値として、燃料噴射パルス幅Ｐｗとしてが、インジェクタ１３の開弁時間、あるいはその開弁信号などを適用してもよく、インジェクタ（燃料噴射弁）１３から噴射された燃料噴射量を検出するものであればよく、燃料噴射量相関値を検出する際には、燃料圧力、燃料の移送遅れなどを加味して算出すれば、上記の効果に増して一層相関性の高い相関値を得ることができる。
【００３２】
また、上述の実施形態では、クランク軸から出力される正味の実トルクＰe₂を算出するものととして説明したが、エンジン１１の周辺機器を含んだ図示実トルクＰｉ（Ｐｉ＝Ｐｅ＋Ｐｆ：Ｐｆはフリクション）を求める場合に適用してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のエンジンの軸トルク算出装置によれば、エンジン回転速度を検出するセンサを設け、排気通路に設けられた酸素センサの出力に基づいて空燃比が目標値へ制御されるように空燃比フィードバック制御を行うフィードバック制御値を算出し、このフィードバック制御値の学習値を算出し、当該学習値から推定トルクの補正係数を算出すると共に、エンジンに設けた燃料噴射弁から噴射された燃料噴射量と相関関係にある燃料噴射量相関値を検出し、当該検出結果とエンジン回転速度に基づいて、推定トルクを算出し、推定トルクを補正係数により補正することにより、エンジンの実トルクを推定するので、エンジンの実トルクは燃料噴射量相関値とフィードバック制御値の学習値に基づいて推定されるため、燃料噴射装置による燃料噴射流量のばらつきによる誤差が補正されることとなり、実トルクを高精度に算出することができる。
【００３４】
また、請求項２の発明のエンジンの軸トルク算出装置によれば、フィードバック制御値の学習値が算出されていない場合には、燃料噴射量相関値のみに基づいて実トルクを推定するので、フィードバック制御値の学習値が正確でない場合には、この学習値による実トルクの算出を中止することで、実トルクを一層高精度に算出することができる。
【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の実トルク算出装置が適用されたエンジン制御の概略構成図である。
【図２】フィードバック学習値の算出制御のフローチャートである。
【図３】実トルクの算出制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１１エンジン
１２点火プラグ
１３インジェクタ
１５燃焼室
２０クランク角センサ
２４スロットルポジションセンサ
２６排気管（排気通路）
２７三元触媒（排気浄化触媒）
２８酸素センサ
２９エンジンの電子制御ユニット、ＥＣＵ（フィードバック制御値算出手段、学習値算出手段、燃料噴射量相関値検出手段、実トルク推定手段）
３０アクセルポジションセンサ

Claims

エンジン回転速度を検出するセンサと、
排気浄化触媒の上流の排気通路に設けられて排気空燃比に応じて出力する酸素センサと、
該酸素センサの検出結果に基づいて空燃比が目標値へ制御されるように空燃比フィードバック制御を行うフィードバック制御値を算出するフィードバック制御値算出手段と、
該フィードバック制御値算出手段が算出したフィードバック制御値の学習値を算出する学習値算出手段と、
エンジンに設けた燃料噴射弁から噴射された燃料噴射量と相関関係にある燃料噴射量相関値を検出する燃料噴射量相関値検出手段と、
該燃料噴射量相関値検出手段の検出結果と前記エンジン回転速度に基づいて、推定トルクを算出し、前記学習値算出手段の検出結果から前記推定トルクの補正係数を算出し、前記推定トルクを前記補正係数により補正することにより、エンジンの実トルクを推定する実トルク推定手段とを具えたことを特徴とするエンジンの実トルク算出装置。
請求項１のエンジンの実トルク算出装置において、
前記実トルク推定手段は、
前記学習値算出手段により学習値が算出されていない場合には、前記燃料噴射量相関値検出手段の検出結果のみに基づいて前記実トルクを推定することを特徴とするエンジンの実トルク算出装置。