JP5320146B2

JP5320146B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5320146B2
Application number: JP2009102455A
Authority: JP
Inventors: 庸介広渡
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: JP2010249108A

Description

本発明は、エンジンのトルクを推定するエンジンの制御装置に関する。

自動車等の車両においては、エンジンのアイドル回転数制御やエンジンの出力制御等を適正に実行するには、エンジントルクを正確に推定して把握することが必要である。このため、従来からエンジントルクを正確に把握して適正な制御を可能とする技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、アイドルアップ時の回転速度制御に関して、アクセル操作量とエンジンの回転速度に基づいてドライバの要求する要求軸トルクを演算する際、アイドル運転時の目標回転速度に基づいてアクセル操作量が０のときの要求軸トルクが０となるように補正する技術が開示されている。

また、特許文献２には、エンジンの出力制御に関して、エンジンの発生トルクと推定エンジン負荷トルクとの差を第１トルク収支、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、第１トルク収支と第２トルク収支との差に基づいてエンジン出力を補正する技術が開示されている。

特開２００２−３１７６８１号公報特開２００５−２７３５３７号公報

ところで、エンジンで発生するトルクは、ベンチ試験等で空気量（燃料噴射量）とエンジン回転数とエンジントルクの関係を取得してマップ化しておき、実際の空気量と実エンジン回転とに基づいてマップを参照して算出するのが一般的である。この場合、エンジン回転数が目標アイドル回転数に変動なく追従している状態では、マップから算出されるトルクに対してエンジン出力軸の余剰トルクが０であり、エンジンから出力されるトルクも０となる。

しかしながら、エアコン等の負荷が作動して空気量が増加すると、空気量の増量分だけマップから算出されるトルクが増加してしまい、実際にはエアコン等の負荷でトルク増加分が消費されているにも拘わらず、エンジンの出力トルクが正或いは負の値に算出されてしまう。このため、実エンジントルクと出力トルクの推定値との間に乖離が生じ、適正な制御が困難となる。

特に、エンジン制御装置から他の制御装置にエンジン出力トルクを送信して協調制御を行っている場合、エンジン出力トルクの推定値が実エンジントルクから乖離すると、協調制御が破綻する虞がある。例えば、電動パーキングブレーキ制御では、エンジンの出力トルクの絶対値が走行可能なトルク以上である条件をパーキングブレーキの解放条件の一つとしており、エンジントルクを誤って高く送信すると、パーキングブレーキが解放され、勾配路での車両のズリ下がり等の不具合が発生する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、アイドル運転時のトルク推定精度を向上し、エンジントルクの誤推定による不具合発生を確実に防止することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの制御装置は、エンジンの出力軸トルクを推定し、推定した出力軸トルクを他の制御装置に送信する出力軸トルク推定部と、補機類の作動によるトルク増加分に基づいて、上記出力軸トルクを補正するトルク補正値を上記出力軸トルク推定部に出力するトルク補正部とを有し、上記トルク補正部は、上記トルク補正値を、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づくエンジントルクと、エンジン回転数に基づく引き摺りトルクとの差分がゼロとなる値に設定することを特徴とする。

本発明によれば、アイドル運転時のトルク推定精度を向上することができ、エンジントルクの誤推定による制御破綻を確実に防止することができる。

エンジン制御系の構成図出力軸トルク推定機能に係るブロック図トルク補正値の挙動を示す説明図トルク補正のエンジン回転数条件を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１はエンジンであり、このエンジン１の上部にシリンダヘッド２が設けられ、このシリンダヘッド２に、エンジン１の燃焼室１ａに連通する吸気ポート３と排気ポート４とが設けられている。また、シリンダヘッド２には、吸気ポート３を開閉する吸気弁５と排気ポート４を開閉する排気弁６とが配設され、更に、燃焼室１ａ内に先端の放電電極を露呈する点火プラグ７が取り付けられている。

また、吸気ポート３には、吸気マニホルド８が連通され、この吸気マニホルド８の吸気ポート３直上流側に、インジェクタ９が燃料噴射口を吸気弁５の方向へ指向した状態で配設されている。吸気マニホルド８は吸気通路１０に連通され、この吸気通路１０の中途にスロットル弁１１が配設されている。

スロットル弁１１は、本実施の形態においては、その弁開度を電子制御される電子制御式スロットル弁であり、スロットル弁１１を駆動するモータ等のスロットルアクチュエータ２０が連設され、このスロットル弁１１の上流側に、エアクリーナ１２が配設されている。一方、排気ポート４は、排気マニホルド１３を介して排気通路１４に連通され、この排気通路１４の中途に触媒１５が介装されている。

一方、符号５０は、エンジン１を電子的に制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として構成され、その他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。ＥＣＵ５０には、運転状態を検出する各種スイッチ・センサ類が入力側に接続され、また、エンジン１に備えられた各種機器類が出力側に接続されている。

ＥＣＵ５０の入力側に接続されるスイッチ・センサ類としては、吸気通路１０のエアクリーナ１２直下流に設けられて吸入空気量を検出する吸入空気量センサ３０、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ３１、排気通路１４の触媒１５上流側に配設された空燃比センサ３２、クランク角を検出するクランク角センサ３３、アクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ３４、スロットル弁１１の開度を検出するスロットル開度センサ３５等がある。一方、ＥＣＵ５０の出力側に接続される機器類としては、上述のインジェクタ９、スロットルアクチュエータ２０、点火プラグ７に接続される点火コイル（図示せず）をＯＮ，ＯＦＦするイグナイタ２１、その他、エアコン用コンプレッサ、発電機、油圧ポンプ等の補機類の作動を制御する制御弁やリレー等がある。

更に、ＥＣＵ５０は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルに基づく車内ネットワーク１００に接続されている。この車内ネットワーク１００には、エンジン制御用のＥＣＵ５０を初めとして、例えば、自動変速機の各摩擦係合要素をコントロールバルブボデー６１を介して制御するトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）６０、電動パーキングブレーキ（Electric Parking Brake;EPB）の作動／解除をアクチュエータ７１を介して制御するＥＰＢ制御ユニット７０等の複数の電子制御ユニットが接続されている。これらの電子制御ユニットは、車内ネットワーク１００を介して互いにデータ通信を行い、各種制御情報を交換する。

ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態を検出するセンサ・スイッチ類からの信号、車内ネットワーク１００を介して入力される各種制御情報に基づいて、各種制御量を演算し、燃料噴射量制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行する。このとき、ＥＣＵ５０は、エンジン１から出力される出力軸トルクを推定し、この出力軸トルクを車内ネットワーク１００を介して送信することで、ＴＣＵ６０やＥＰＢ制御ユニット７０との強調制御を可能と可能としている。

ＥＣＵ５０の出力軸トルク推定に係る機能は、図２に示される。ＥＣＵ５０は、図２に示すように、発生トルク演算部５１、引き摺りトルク演算部５２、出力軸トルク演算部５３、トルク補正判定部５４、トルク補正部５５を主として構成されている。

発生トルク演算部５１は、空気量や燃料噴射量等の負荷に応じて発生するエンジントルクを算出し、出力軸トルク演算部５３に送出する。本実施の形態においては、１行程当たりの空気量に応じた空気量換算のトルクＴｑを例えばベンチ試験等で計測し、吸入空気量ｇｎとエンジン回転数Ｎｅとによるマップとして作成しておき、このマップを実運転時の空気量とエンジン回転数とに基づいて参照し、発生トルクＴｑを算出する。

引き摺りトルク演算部５２は、エンジンや駆動系等のフリクションによるトルクを引き摺りトルクＴｆとして算出する。この引き摺りトルクＴｆは、エンジン回転数Ｎｅに依存して変化するため、エンジン回転数Ｎｅと引き摺りトルクＴｆとの関係をマップ化しておき、このマップを参照して引き摺りトルクＴｆを算出する。

出力軸トルク演算部５３は、発生トルク演算部５１及び引き摺りトルク演算部５２と併せてエンジンの出力軸トルクを推定する出力軸トルク推定部を形成するものである。すなわち、出力軸トルク演算部５３は、発生トルク演算部５１で算出した空気量換算の発生トルクＴｑと、引き摺りトルク演算部５２で算出した引き摺りトルクＴｆとに基づいて、エンジン１から出力される出力軸トルクを算出する。この出力軸トルク演算部５３で算出された出力軸トルクは、車内ネットワーク１００を介してＴＣＵ６０やＥＰＢ制御ユニット７０等の他の制御装置に送信される。

出力軸トルクの推定値は、車両走行時には、発生トルクＴｑから引き摺りトルクＴｆを減算した出力軸トルクＴｏｕｔを送信する。一方、無負荷アイドル運転状態においては、エアコンやパワーステアリング等の補機類の作動に対して、発生トルクＴｑと引き摺りトルクＴｆとの差分が０となるように、補機類の負荷によるトルク増加分に基づく補正を加えた出力軸トルクＴｏｕｔ（Ｔｏｕｔ＝０）を送信し、協調制御の破綻を防止する。

すなわち、通常のアイドル運転時、エンジン回転数が目標アイドル回転数に変動なく追従している状態（無負荷アイドル運転状態）では、エンジン回転数が大きく上下動することは無く、エンジンの余剰トルクは０になることから、出力軸トルクＴｏｕｔは０になる。しかしながら、エアコンやパワーステアリング等の補機類が作動し、エンジンの空気量が増加すると、発生トルクＴｑが増加し、発生トルクＴｑから引き摺りトルクＴｆを減算した出力軸トルクＴｏｕｔも増加してしまう。

この補機類の作動による発生トルクＴｑの増加分は、補機類の負荷で消費され、実際にエンジンから出力される出力軸トルクＴｏｕｔは０になる筈であるが、空気量の増量分だけ空気量換算の発生トルクＴｑが増加し、発生トルクＴｑから引き摺りトルクＴｆを減算して出力軸トルクＴｏｕｔを算出すると、実エンジントルクとの乖離が発生する。このため、実エンジントルクから乖離した出力軸トルクＴｏｕｔが車内ネットワーク１００を介して他の制御ユニットに送信されると、協調制御が破綻する虞がある。

例えば、ＥＰＢとの強調制御では、ＥＣＵ５０から送信される出力軸トルクＴｏｕｔをＥＰＢ制御ユニット７０が受信し、受信したトルクが閾値（走行可能なトルク）以上である場合、ＥＰＢ制御ユニット７０は、変速レンジがニュートラルである条件やアクセル開度が設定開度以上で設定時間継続する条件等の他の条件が成立したとき、アクチュエータ７１を制御してパーキングブレーキを解除している。このため、実エンジントルク＝０であるにも拘わらず、ＥＣＵ５０において算出される出力軸トルクＴｏｕｔが実エンジントルクよりも高い場合、ＥＰＢ制御ユニット７０によりＥＰＢが解除され、勾配路での車両ズリ下がり等が発生する虞がある。

従って、トルク補正判定部５４は、実エンジントルク＝０になるような状況（無負荷アイドル運転状態）を判別し、無負荷アイドル運転状態と判別したとき、トルク補正部５５に対して、エアコンや電気負荷等の補機類の負荷によって過剰に算出される分のトルクを補正するためのトルク補正値Ｔｈの算出を指示する。出力軸トルク演算部５３は、このトルク補正値Ｔｈを用いて発生トルクＴｑと引き摺りトルクＴｆとの差分が０となるように補正し、車内ネットワーク１００を介して送信される出力軸トルクＴｏｕｔを０とすることにより、協調制御の破綻を回避する。

具体的には、トルク補正判定部５４は、以下の（１）〜（３）に示す条件が全て成立したときに無負荷アイドル運転状態と判断し、トルク補正部５５にトルク補正値の算出を指示する。
（１）アイドルスイッチがＯＮ
（２）変速機の変速レンジがニュートラル、又はクラッチが踏み込まれている（クラッチスイッチがＯＮ）
（３）目標アイドル回転数と実エンジン回転数との偏差の絶対値が設定値未満
トルク補正部５５は、発生トルクＴｑと引き摺りトルクＴｆとの差分ΔＴを０とするトルク補正値Ｔｈを設定し、所定の時定数でトルク補正値ＴｈがＴｈ＝０から差分ΔＴを０とする値に収束するよう、なまし処理を実施する。また、車速条件やエンジン回転数による条件に応じて補正の実施／解除を決定する。

すなわち、図３に示すように、無負荷アイドル運転状態と判断されて補正実施が指示されると、先ず、トルク補正値ＴｈがＴｈ＝０からΔＴ＝０となる値まで時定数ｋＤＥＬＴＲＱＳＭＯＮを持って立ち上がるよう、なまし処理を行い、出力軸トルクＴｏｕｔを０に収束させる。このとき、時定数ｋＤＥＬＴＲＱＳＭＯＮは、出力軸トルクＴｏｕｔがなるべく早期にＴｏｕｔ＝０に収束するよう、比較的小さい値（例えば、５００ｍｓｅｃ）に設定されている。

時定数ｋＤＥＬＴＲＱＳＭＯＮで立ち上がったトルク補正値Ｔｈは、Ｔｏｕｔ＝０に収束した時点でホールドされ、補正が解除されるまでその値が維持される。その後、運転者がアクセルを踏む込み等してトルク補正判定部５４からの補正指示がＯＦＦ（補正未実施）になると、設定値ｋＭＭＯＴＳＣＨＶＳＰによる車速条件、設定値ｋＭＭＯＴＳＣＨＮＥによるエンジン回転数条件を満足する状態になったとき、トルク補正値Ｔｈが時定数ｋＤＥＬＴＲＱＳＭＯＦＦをもってＴｈ＝０に向かって減衰される。

トルク補正解除の車速を判断する設定値ｋＭＭＯＴＳＣＨＶＳＰは、例えば、車速有り／無しの０ｋｍ／ｈに設定される。また、エンジン回転数の上昇を判断する設定値ｋＭＭＯＴＳＣＨＮＥとしては、無負荷アイドル状態とは実エンジン回転数が目標アイドル回転数に変動なく追従している状態であるという前提の元に、図４に示すように、目標アイドル回転数と実エンジン回転数との偏差ΔＮの絶対値に対して、低回転側の設定回転数ｋＭＭＯＴＳＣＨＮＥＬと高回転側の設定回転数ｋＭＭＯＴＳＣＨＮＥＨとによるヒステリシス幅が設定される。

すなわち、トルク補正値Ｔｈは、トルク補正判定部５４からの補正指示がＯＦＦとなっても直ちにＴｈ＝０にされることなく、ホールド処理が施され、その後、或る程度の時間をかけて０に向かって減衰され、最終的にＴｈ＝０となる。その結果、車両が走行し始めるまでは出力軸トルクＴｏｕｔはステップ状に上昇することなく緩やかに上昇してゆき、Ｔｈ＝０に収束した時点で、発生トルクＴｑから引き摺りトルクＴｆを減算した値が出力軸トルクＴｏｕｔとなる。

これにより、例えば、エンジン制御とＥＰＢ制御との強調制御を行っている場合、走行開始前にＥＣＵ５０からＥＰＢ制御ユニット７０にＴｏｕｔ≠０のデータが送信されることがなく、ＥＰＢの誤解放を確実に防止することができる。

このように、本実施の形態においては、エンジンの出力軸トルクを推定し、推定した出力軸トルクを他の制御装置に送信する際、補機類の作動によるトルク増加分に基づいてアイドル運転時の出力軸トルクを補正するため、トルク推定精度を向上してエンジントルクの誤推定による不具合発生を確実に防止することができる。

１エンジン
５０エンジン制御ユニット
５１発生トルク演算部（出力軸トルク推定部）
５２引き摺りトルク演算部（出力軸トルク推定部）
５３出力軸トルク演算部（出力軸トルク推定部）
５４トルク補正判定部
５５トルク補正部
１００車内ネットワーク

Claims

エンジンの出力軸トルクを推定し、推定した出力軸トルクを他の制御装置に送信する出力軸トルク推定部と、
補機類の作動によるトルク増加分に基づいて、上記出力軸トルクを補正するトルク補正値を上記出力軸トルク推定部に出力するトルク補正部とを有し、
上記トルク補正部は、上記トルク補正値を、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づくエンジントルクと、エンジン回転数に基づく引き摺りトルクとの差分がゼロとなる値に設定することを特徴とするエンジンの制御装置。
エンジンの運転状態が無負荷アイドル状態か否かを判別し、無負荷アイドル運転状態のときにのみ、上記トルク補正値による上記出力軸トルクの補正を指示するトルク補正判定部を更に有することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。