JP6717271B2 - 内燃機関制御システム - Google Patents

Description

この明細書における開示は、内燃機関の制御を監視する機能を有した内燃機関制御システムに関する。

特許文献１には、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルク（ユーザ要求トルク）に対して内燃機関の実トルクが大きく乖離するといった、トルク異常の有無を監視する装置が開示されている。

また、内燃機関の出力軸の回転速度や吸気量が同じであっても、点火時期が異なれば得られる駆動トルクは異なってくる。そのため、点火装置へ出力されている点火信号を検出する回路を設けて実点火時期を把握できるようにすれば、監視に用いる実トルクの推定誤差を低減でき、トルク異常を精度良く監視できるようになる。

特開２０１０−１９６７１３号公報

さて、マイクロコンピュータ等の演算装置を用いて内燃機関の点火時期や吸気量等の目標値を演算するにあたり、演算装置が用いる記憶領域のデータが化けていると上記トルク異常のおそれが生じる。そのため、このような制御用の演算装置と上記監視用の演算装置とで、異なる記憶領域を用いて演算することが望まれる。これによれば、監視用演算装置が用いる記憶領域についてはデータ化けのチェックを強化してデータ堅牢性を高くでき、それでいて、制御用演算装置が用いる記憶領域についてはデータ化けのチェックを簡素化して演算の応答性を向上できる。

しかしながら、先述したように点火信号を検出し、その検出で得られた実点火時期を用いて監視用演算装置に実トルクを推定させようとすると、点火信号のデータ化けチェックが必要となるため、監視用演算装置の処理負荷が膨大になる。

この開示の目的は、処理負荷の抑制を図りつつトルク異常を精度良く監視できるようにした内燃機関制御システムを提供することである。

この開示の他の目的は、点火信号の検出を不要にしつつトルク異常を精度良く監視できるようにした内燃機関制御システムを提供することである。

ここに開示された第１の内燃機関制御システムは、
制御用記憶領域（２０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、内燃機関の燃焼状態を制御する制御量の目標値である目標制御量を演算する制御用演算装置（２０）と、
制御用記憶領域とは別の監視用記憶領域（３０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクが、内燃機関に要求されている機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視する監視用演算装置（３０）と、を備え、
監視用演算装置は、機関要求トルクを演算する機関要求トルク演算部（３２）および推定トルクを演算する推定トルク演算部（３３）を有し、
機関要求トルク演算部は、内燃機関の点火時期の遅角に伴い生じる実トルクの低下分をリザーブトルクとして推定し、推定したリザーブトルクおよびユーザ要求トルクに基づき機関要求トルクを演算する。

ここで、本発明者は「リザーブトルクを算出し、算出したリザーブトルクおよびユーザ要求トルクに基づき機関要求トルクを演算すれば、点火信号を検出しなくても点火時期に応じた効率を考慮した機関要求トルクを演算できる」との知見を得ている。この知見に鑑み、上記第１の内燃機関制御システムでは、リザーブトルクを算出し、算出したリザーブトルクおよびユーザ要求トルクに基づき、監視に用いる機関要求トルクを演算する。そのため、点火信号の検出を不要にできるとともに、その検出で得られた実点火時期を用いて機関要求トルクを算出することを不要にできる。よって、監視用演算装置の処理負荷抑制を図りつつトルク異常を精度良く監視できるようになる。

ここに開示された第２の内燃機関制御システムは、
制御用記憶領域（２０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、内燃機関の燃焼状態を制御する制御量の目標値である目標制御量を演算する制御用演算装置（２０１）と、
制御用記憶領域とは別の監視用記憶領域（３０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクが、内燃機関に要求されている機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視する監視用演算装置（３０１）と、を備え、
制御用演算装置は、
内燃機関の燃焼エネルギのうち駆動トルクに変換されない燃焼効率悪化分をトルクに換算したリザーブトルクを算出するリザーブトルク算出部（２３）と、
リザーブトルク算出部により算出されたリザーブトルクをユーザ要求トルクに加算したトルクに基づき、目標制御量としての目標点火時期を設定する点火時期制御部（２２）と、を有し、
監視用演算装置は、
リザーブトルクが所定範囲を超えた場合には上限トルクまたは下限トルクに制限しつつ、リザーブトルク算出部により算出されたリザーブトルクを取得するリザーブトルク取得部（３１１）と、
ユーザ要求トルク、およびリザーブトルク取得部により取得されたリザーブトルクに基づき、機関要求トルクを演算する機関要求トルク演算部（３２１）と、を有する。

上記第２の内燃機関制御システムでは、目標点火時期の設定に用いるリザーブトルクを制御用演算装置が算出しており、その算出したリザーブトルクを利用して、監視に用いる
機関要求トルクを監視用演算装置が演算する。そのため、点火信号の検出を不要にしつつ、点火時期に応じた上記効率を考慮して、監視に用いる機関要求トルクを演算でき、トルク異常を精度良く監視できるようになる。

ここで、制御用記憶領域のデータ堅牢性が監視用記憶領域のデータ堅牢性より劣ることに起因して、監視用演算装置が利用するリザーブトルクのデータが化けていることが懸念される。この懸念に対しては、監視用演算装置は上限トルクまたは下限トルクに制限しつつリザーブトルクを利用するので、データ化けに起因して監視精度が大幅に低下することは回避できる。

ここに開示された第３の内燃機関制御システムは、
制御用記憶領域（２０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、内燃機関の燃焼状態を制御する制御量の目標値である目標制御量を演算する制御用演算装置（２０２）と、
制御用記憶領域とは別の監視用記憶領域（３０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクが、内燃機関に要求されている機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視する監視用演算装置（３０２）と、を備え、
制御用演算装置は、
内燃機関のノック有無に応じて点火時期を補正させる量であるノック学習量を算出するノック学習量算出部（２４）と、
ノック学習量算出部により算出されたノック学習量に基づき、目標制御量としての目標点火時期を設定する点火時期制御部（２２）と、
を有し、
監視用演算装置は、
ノック学習量が所定範囲を超えた場合には上限遅角量または下限遅角量に制限しつつ、ノック学習量算出部により算出されたノック学習量を取得する遅角量取得部（３１２）と、
内燃機関の運転状態、および遅角量取得部により取得されたノック学習量に基づき、推定トルクを演算する推定トルク演算部（３３１）と、
を有する。

上記第３の内燃機関制御システムでは、目標点火時期の設定に用いるノック学習量を制御用演算装置が算出しており、その算出したノック学習量を利用して、監視に用いる推定トルクを監視用演算装置が演算する。そのため、点火信号の検出を不要にしつつ、点火時期に応じた上記効率を考慮して、監視に用いる推定トルクを演算でき、トルク異常を精度良く監視できるようになる。

ここで、制御用記憶領域のデータ堅牢性が監視用記憶領域のデータ堅牢性より劣ることに起因して、監視用演算装置が利用するリザーブトルクのデータが化けていることが懸念される。この懸念に対しては、監視用演算装置は上限遅角量または下限遅角量に制限しつつノック学習量を利用するので、データ化けに起因して監視精度が大幅に低下することは回避できる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る内燃機関制御システムのブロック図。 図１に示す制御モジュールのブロック図。 図１に示す監視モジュールのブロック図。 触媒暖機要求トルクに係るリザーブ量と各種変数との関係を示すマップ。 アイドル要求トルクに係るリザーブ量と各種変数との関係を示すマップ。 第１実施形態においてトルク監視制御の手順を示すフローチャート。 図６に示す監視用要求トルク算出の処理手順を示すフローチャート。 図６に示す監視用推定トルク算出の処理手順を示すフローチャート。 第１実施形態において、内燃機関の運転状態の推移に対する、制御モジュールおよび監視モジュールの演算結果の推移を示すタイムチャート。 第２実施形態に係る内燃機関制御システムのブロック図。 図１０に示す監視用要求トルク算出の処理手順を示すフローチャート。 図１０に示す監視用推定トルク算出の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態において、内燃機関の運転状態の推移に対する、制御モジュールおよび監視モジュールの演算結果の推移を示すタイムチャート。 第３実施形態に係る内燃機関制御システムのブロック図。 第４実施形態に係る内燃機関制御システムのブロック図。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

（第１実施形態）
図１は、車両に搭載された電子制御装置（Electronic Control Unit）であって、車両に搭載された内燃機関の作動を制御するＥＣＵ１０を示す。本実施形態に係る内燃機関は点火着火式のガソリンエンジンであるが、自着火式のディーゼルエンジンであってもよい。ＥＣＵ１０は、ＭＣＵ１１(Micro Controller Unit)、点火駆動ＩＣ１２、燃料噴射弁駆動ＩＣ１３、電スロ駆動ＩＣ１４、通信回路１５および統合ＩＣ１６を備える。

ＭＣＵ１１は、演算処理装置であるＣＰＵ１１ａと、記憶媒体であるメモリ１１ｍと、入力処理回路１１ｃと、通信回路１１ｄと、ＣＰＵチェック回路１１ｅと、を備える。図１に示す例では、ＭＣＵ１１は１つの半導体チップ上に、ＣＰＵ１１ａ、メモリ１１ｍ、入力処理回路１１ｃ、通信回路１１ｄおよびＣＰＵチェック回路１１ｅが集積されているが、複数の半導体チップに分散して集積させてもよい。また、複数の半導体チップに分散して集積させた場合、共通の基板に複数の半導体チップを実装させてもよいし、複数の基板の各々に半導体チップを実装させてもよい。さらに、共通した１つの筐体に各々の半導体チップを収容させてもよいし、別々の筐体に収容させてもよい。

メモリ１１ｍは、プログラムおよびデータを記憶する記憶媒体であり、ＣＰＵ１１ａによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体を含む。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。メモリ１１ｍに記憶されたプログラムは、ＣＰＵ１１ａによって実行されることによって、ＥＣＵ１０をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。

制御装置が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

ＭＣＵ１１には、エンジン回転数、アクセル開度、インマニ圧、排気圧、水温、油温、外部ＥＣＵから出力された外部信号等の各種信号が入力される。これらの信号は、ＥＣＵ１０の外部から入力処理回路１１ｃまたは通信回路１１ｄへ入力される。

エンジン回転数の信号は、クランク角センサの検出値を表す信号であり、この検出値に基づきＭＣＵ１１は、内燃機関のクランク軸（出力軸）の単位時間当りの回転数、つまり出力軸の回転速度を演算する。アクセル開度の信号は、アクセルペダルセンサの検出値を表す信号であり、この検出値に基づきＭＣＵ１１は、車両の運転者つまり内燃機関のユーザが操作したアクセルペダルの踏込量を演算する。

インマニ圧の信号は、吸気圧センサの検出値を表す信号であり、この検出値に基づきＭＣＵ１１は、燃焼室へ吸入される吸気の圧力を演算する。排気圧の信号は、排気圧センサの検出値を表す信号であり、この検出値に基づきＭＣＵ１１は、燃焼室から排出される排気の圧力を演算する。水温の信号は、水温センサの検出値を表す信号であり、この検出値に基づきＭＣＵ１１は、内燃機関を冷却する水の温度を演算する。油温の信号は、油温センサの検出値を表す信号であり、この検出値に基づきＭＣＵ１１は、内燃機関の潤滑油や油圧アクチュエータの作動油の温度を演算する。

外部ＥＣＵから出力された外部信号の具体例としては、内燃機関の出力軸を駆動源とする補機の作動状態を表す信号が挙げられる。上記補機の具体例としては、車室内を空調する空調装置が有する冷媒圧縮機であって、内燃機関の出力軸を駆動源とするコンプレッサが挙げられる。

点火駆動ＩＣ１２は、内燃機関が備える点火装置への電力供給と遮断を制御するスイッチング素子を有し、このスイッチング素子への指令信号をＭＣＵ１１は出力する。具体的には、ＭＣＵ１１は、先述したエンジン回転数等の各種信号に基づき、点火装置で放電点火させる時期の目標値である目標点火時期を演算し、演算した目標点火時期に応じて指令信号を点火駆動ＩＣ１２へ出力する。

燃料噴射弁駆動ＩＣ１３は、内燃機関が備える燃料噴射弁への電力供給と遮断を制御するスイッチング素子を有し、このスイッチング素子への指令信号をＭＣＵ１１は出力する。具体的には、ＭＣＵ１１は、先述したエンジン回転数等の各種信号に基づき、燃料噴射弁で燃料噴射させる期間（つまり噴射量）の目標値である目標噴射量を演算し、演算した目標噴射量に応じて指令信号を燃料噴射弁駆動ＩＣ１３へ出力する。

電スロ駆動ＩＣ１４は、内燃機関が備える電子スロットルバルブ（電スロ）への電力供給と遮断を制御するスイッチング素子を有し、このスイッチング素子への指令信号をＭＣＵ１１は出力する。具体的には、ＭＣＵ１１は、先述したエンジン回転数等の各種信号に基づき、電スロのバルブ開度の目標値である目標開度を演算し、演算した目標開度に応じて指令信号を電スロ駆動ＩＣ１４へ出力する。

このように、点火装置、燃料噴射弁および電スロの作動をＥＣＵ１０が制御することで、内燃機関の燃焼状態は制御される。そして、ＭＣＵ１１により演算される目標点火時期、目標噴射量および目標開度は、内燃機関の燃焼状態を制御する制御量の目標値である目標制御量に相当する。

通信回路１５は、ＭＣＵ１１が把握している各種情報を外部ＥＣＵへ出力する。例えば、後述するトルク異常状態等の異常が生じている旨を表す異常フラグの信号を、車両運転者が視認する表示装置の作動を制御する表示ＥＣＵへ出力する。表示ＥＣＵは、異常フラグの信号を取得した場合に警告表示や警告音を生じさせる。

統合ＩＣ１６は、図示しないメモリ、およびメモリに記憶されている各種のプログラムを実行するＣＰＵ等を備える。ＣＰＵが実行するプログラムに応じて、統合ＩＣ１６は、マイコン監視部１６ａとして機能したり、電スロカット制御部１６ｂとして機能したりする。

ここで、ＣＰＵチェック回路１１ｅは、メモリ１１ｍに記憶されているプログラムおよびデータが正常であるかのチェック（例えばパリティチェック）を実行する等、ＣＰＵ１１ａおよびメモリ１１ｍが正常であるか否かをチェックする。マイコン監視部１６ａは、ＣＰＵチェック回路１１ｅのチェック結果を参照しつつ、ＭＣＵ１１の作動不良を監視する。

統合ＩＣ１６は、マイコン監視部１６ａが異常を検出した場合には、電スロの作動を制限するといった電スロカットの制御を実行する。例えば、アクセル開度に拘らず、予め設定しておいた所定開度に目標開度を固定して、内燃機関の出力が所定出力未満となるように制限する。あるいは、目標開度をゼロにして内燃機関を強制的に停止させる。電スロカット制御部１６ｂは、電スロ駆動ＩＣ１４へ電スロカットを指令する信号を出力する。電スロ駆動ＩＣ１４は、ＭＣＵ１１から出力される指令信号よりも電スロカット指令信号を優先して作動する。

ＭＣＵ１１は、制御モジュール２０および監視モジュール３０を有する。これらのモジュールは、いずれについても、共通するＣＰＵ１１ａおよびメモリ１１ｍにより提供される機能である。すなわち、メモリ１１ｍの制御用記憶領域２０ｍに記憶された制御プログラムをＣＰＵ１１ａが実行している時のＣＰＵ１１ａおよびメモリ１１ｍは、制御モジュール２０として機能する。

また、メモリ１１ｍの監視用記憶領域３０ｍに記憶された監視プログラムをＣＰＵ１１ａが実行している時のＣＰＵ１１ａおよびメモリ１１ｍは、監視モジュール３０として機能する。制御用記憶領域２０ｍおよび監視用記憶領域３０ｍは、メモリ１１ｍの記憶領域のうち異なる領域に、別々に設定されている。

制御モジュール２０は、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、先述した各種の目標制御量を演算する「制御用演算装置」を提供する。監視モジュール３０は、内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクが、内燃機関に要求されている機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視する「監視用演算装置」を提供する。ＥＣＵ１０は、制御用演算装置および監視用演算装置を備える内燃機関制御システムを提供する。

＜１＞制御モジュール２０の説明
制御モジュール２０は、機関要求トルク算出部２１および駆動信号出力部２２としての機能を有する。機関要求トルク算出部２１は、入力処理回路１１ｃおよび通信回路１１ｄから取得した各種信号に基づき、内燃機関に要求するべきトルクである機関要求トルクを算出する。駆動信号出力部２２は、機関要求トルク算出部２１で算出された機関要求トルクに応じて、先述した目標点火時期、目標噴射量、および目標開度等の目標制御量を演算する。さらに駆動信号出力部２２は、演算された目標制御量に応じて、点火駆動ＩＣ１２、燃料噴射弁駆動ＩＣ１３および電スロ駆動ＩＣ１４等のアクチュエータへ、各種の指令信号を出力する。

図２を用いてより詳細に説明すると、機関要求トルク算出部２１は、ユーザ要求トルク算出部２１ａ、ポンプロス算出部２１ｂ、フリクションロス算出部２１ｃ、トルク効率算出部２１ｄおよび演算部Ｂ１〜Ｂ６としての機能を有する。

＜１−１＞ユーザ要求トルクの説明
ユーザ要求トルク算出部２１ａは、先述したエンジン回転数およびアクセル開度に基づきユーザ要求トルクを算出する。エンジン回転数が高回転数であるほど、また、アクセル開度が大きいほど、ユーザ要求トルクは大きい値に算出される。例えば、エンジン回転数およびアクセル開度とユーザ要求トルクとの相関を表すマップをメモリ１１ｍに予め記憶させておき、そのマップを参照して、エンジン回転数およびアクセル開度に応じたユーザ要求トルクをユーザ要求トルク算出部２１ａは算出する。

＜１−２＞ロストルクの説明
ポンプロス算出部２１ｂは、先述したインマニ圧および排気圧に基づき、ポンプロスをトルク換算した値であるポンプロストルクを算出する。ポンプロスとは、内燃機関のピストンが往復動する際に吸排気から受ける抵抗によるエネルギ損失のことである。インマニ圧が低いほど、ピストンの吸気行程での吸気抵抗が大きいとみなしてポンプロスは大きい値に設定される。また、排気圧が高いほど、ピストンの排気行程での排気抵抗が大きいとみなしてポンプロスは大きい値に設定される。例えば、インマニ圧および排気圧とポンプロスとの相関を表すマップをメモリ１１ｍに予め記憶させておき、そのマップを参照して、インマニ圧および排気圧に応じたポンプロスをポンプロス算出部２１ｂは算出する。

フリクションロス算出部２１ｃは、先述した水温および油温に基づき、フリクションロスをトルク換算した値であるフリクションロストルクを算出する。フリクションロスとは、内燃機関のピストンが往復動する際のシリンダとの摩擦による機械エネルギロスのことである。水温が適正範囲から外れて低温または高温になっているほど、摩擦が大きいとみなしてフリクションロスは大きい値に設定される。また、油温が低いほど潤滑油等の粘性が大きいとみなしてフリクションロスは大きい値に設定される。例えば、水温および油温とフリクションロスとの相関を表すマップをメモリ１１ｍに予め記憶させておき、そのマップを参照して、水温および油温に応じたフリクションロスをフリクションロス算出部２１ｃは算出する。

演算部Ｂ１は、ポンプロス算出部２１ｂにより算出されたポンプロス、フリクションロス算出部２１ｃにより算出されたフリクションロス、およびロストルク学習値を加算して、総ロストルクを演算する。演算部Ｂ２は、ユーザ要求トルク算出部２１ａにより算出されたユーザ要求トルク、演算部Ｂ１により演算された総ロストルク、および外部要求トルクを加算して、ロス込みトルクを演算する。外部要求トルクの具体例としては、車載バッテリへの充電を目的として、内燃機関で駆動する発電機による発電量を増大させるといった、発電増大分のトルクが挙げられる。

＜１−３＞リザーブの説明
演算部Ｂ３は、アイドルリザーブ、触媒暖機リザーブおよび補機リザーブの各々に相当するトルクを加算してリザーブトルクを演算する。これら各々のリザーブトルクは、エンジン回転数、エンジン負荷および水温等の内燃機関の運転状態に応じて、制御モジュール２０により設定される。演算部Ｂ４は、演算部Ｂ２により演算されたロス込みトルクに、演算部Ｂ３により演算されたリザーブトルクを加算して、リザーブ込みトルクを演算する。

アイドルリザーブトルクとは、内燃機関のアイドル運転時にトルクアップさせて燃焼を安定化させる制御を実施するにあたり、そのトルクアップ分に相当するトルクのことである。触媒暖機リザーブトルクとは、内燃機関の排気を浄化する触媒を活性化温度以上に温度上昇させるべく排気温度を上昇させる暖機制御を実施するにあたり、排気温度を上昇させることに用いる燃焼エネルギのロス分をトルクに換算した値のことである。補機リザーブトルクとは、内燃機関を駆動源とする発電機等の補機を駆動させるのに要するトルクのことである。

＜１−４＞トルク効率の説明
トルク効率算出部２１ｄは、最大トルク発生点火時期（ＭＢＴ点火時期）、ノック学習込みベース遅角量および目標ラムダに基づき、トルク効率を算出する。ＭＢＴ点火時期とは、最大トルクが得られる点火時期のことであり、エンジン回転数やエンジン負荷、水温等に応じて異なる時期となる。但し、ＭＢＴ点火時期ではノッキングが生じやすいので、ＭＢＴ点火時期よりも所定時間遅い時期、つまり所定角度遅角させた時期で点火させることが要求される。その遅角させた時期をベース点火時期と呼ぶ。その遅角量（ベース遅角量）は、エンジン回転数やエンジン負荷、水温等に応じて異なる。

また、ノッキングがセンサで検出された場合には、点火時期を所定時間だけ遅角させるように補正するフィードバック制御を実行しており、その遅角補正量（ノック学習量）を次回以降の点火時期制御に反映させる学習制御をノック学習と呼ぶ。そして、ベース点火時期にノック学習量を反映させた時期が目標点火時期に相当する。

演算部Ｂ５は、ＭＢＴ点火時期から目標点火時期を減算して得られた時期を、ＭＢＴ点火時期に対する目標点火時期の遅角量であるＭＢＴ遅角量として演算する。トルク効率算出部２１ｄは、演算部Ｂ５により演算されたＭＢＴ遅角量および目標ラムダに基づき、トルク効率を算出する。

トルク効率とは、燃焼室での燃焼エネルギのうち、クランク軸の回転トルクに変換される分のエネルギの割合のことである。ＭＢＴ遅角量が小さいほど、つまり目標点火時期がＭＢＴ点火時期に近いほど、トルク効率は高い値に算出される。目標ラムダとは、燃焼室で燃焼する混合気に含まれる、空気と燃料の比率（ラムダ）の目標値のことであり、トルク効率算出部２１ｄは、目標ラムダに応じた値にトルク効率を算出する。例えば、ＭＢＴ遅角量および目標ラムダとトルク効率との相関を表すマップをメモリ１１ｍに予め記憶させておき、そのマップを参照して、ＭＢＴ遅角量および目標ラムダに応じたトルク効率をトルク効率算出部２１ｄは算出する。

なお、上述したＭＢＴ点火時期、ベース点火時期および目標ラムダの各々は、エンジン回転数、エンジン負荷および水温等の内燃機関の運転状態に応じて、制御モジュール２０により設定される。

また、上記ノック学習に係る学習制御は制御モジュール２０により実行される。本実施形態に係るＥＣＵ１０は、点火駆動ＩＣから出力される駆動電流または電圧を検出する検出回路を備えている。そして、その検出回路による検出値を用いて、制御モジュール２０は機関要求トルクを演算している。具体的には、上記検出値に基づき実点火時期を算出し、その実点火時期を用いてノック学習に係る学習制御を実行し、ノック学習量を算出している。

＜１−５＞制御用機関要求トルクの説明
演算部Ｂ６は、演算部Ｂ４により演算されたリザーブ込みトルクを、トルク効率算出部２１ｄにより算出されたトルク効率で除算して、エンジン制御に用いる制御用の機関要求トルクを演算する。要するに、総ロストルクおよびリザーブトルクをユーザ要求トルクに加算した値を、トルク効率で除算することで、機関要求トルク算出部２１は機関要求トルクを算出する。

＜２＞監視モジュール３０の説明
監視モジュール３０は、推定トルクが機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視するものであることは先述した通りであり、推定トルクとは、内燃機関の実トルクを推定した値のことである。機関要求トルクとは、内燃機関に要求されているトルクのことであり、制御モジュール２０の機関要求トルク算出部２１により算出される機関要求トルクと同義である。但し、監視モジュール３０で算出される機関要求トルクは、トルク異常の監視に用いられる値であり、制御モジュール２０で算出される機関要求トルクは、内燃機関に対する目標制御量の算出に用いられる値である。つまり、これら監視用の機関要求トルクと制御用の機関要求トルクは、メモリ１１ｍの記憶領域のうち異なる領域で演算された値である。

図１に示すように、監視モジュール３０は、入力保障部３１、機関要求トルク演算部３２、推定トルク演算部３３、トルク比較異常判定部３４および電スロカット制御部３５としての機能を有する。

入力保障部３１は、入力処理回路１１ｃおよび通信回路１１ｄから取得した各種信号のデータが正常であることをチェック（例えばパリティチェック）する。異常であれば、データ修復、データ再取得、データ廃棄等を入力保障部３１は実行する。これにより、監視モジュール３０が異常データを用いて各種の算出を行うことを回避できる。つまり、入力保障部３１は、監視モジュール３０による算出に用いられる各種データが正常であることを保障する。

トルク比較異常判定部３４は、機関要求トルク演算部３２により算出された期間要求トルクと、推定トルク演算部３３により算出された推定トルクとの差分を算出し、その差分が所定以上であれば、上述したトルク異常状態であると判定する。トルク異常状態であると判定された場合、電スロカット制御部３５は、電スロカット制御部１６ｂと同様にして、電スロ駆動ＩＣ１４へ電スロカットを指令する信号を出力する。

＜２−１＞監視用機関要求トルクの説明
図３に示すように、機関要求トルク演算部３２は、触媒暖機要求トルク算出部３２ａ、アイドル要求トルク算出部３２ｂおよび演算部Ｂ１１としての機能を有する。

触媒暖機要求トルク算出部３２ａは、触媒暖機目標回転数および先述したアクセル開度に基づき、触媒暖機要求トルクを算出する。内燃機関の排気を浄化する触媒を活性化温度以上に温度上昇させるべく排気温度を上昇させる暖機制御については先述した通りであり、暖機制御を実行している期間におけるエンジン回転数の目標値が触媒暖機目標回転数である。そして、触媒暖機要求トルク算出部３２ａは、暖機制御を実行している期間におけるアクセル開度および触媒暖機目標回転数に基づき、触媒暖機要求トルクを算出する。

触媒暖機要求トルクとは、触媒暖機リザーブトルクと同義である。但し、監視モジュール３０で算出される触媒暖機要求トルクは、トルク異常の監視に用いられる値であり、制御モジュール２０で算出される触媒暖機リザーブトルクは、内燃機関に対する目標制御量の算出に用いられる値である。つまり、これら監視用の触媒暖機要求トルクと制御用の触媒暖機リザーブトルクは、メモリ１１ｍの記憶領域のうち異なる領域で演算された値である。

図３では、触媒暖機要求トルクの算出に用いる変数の例示として触媒暖機目標回転数およびアクセル開度を記載しているが、他の変数として、水温、ユーザ要求トルク、エンジン回転数および吸気充填効率が挙げられる。吸気充填効率とは、スロットルバルブを通過した吸気の流量に対する、燃焼室で圧縮される吸気の流量の比率のことである。触媒暖機要求トルク算出部３２ａは、これらの変数の少なくとも１つを用いて触媒暖機要求トルクを算出する。

図４中の（ａ）に示すように、アクセルペダルが踏み込まれていない時の触媒暖機目標回転数が大きいほど、触媒暖機要求トルク（リザーブ量）を大きく算出する。また、（ｂ）に示すように、アクセルペダルが踏み込まれている時のアクセル開度が所定未満であれば触媒暖機要求トルクを所定値に設定し、所定以上であればゼロに設定する。また、（ｃ）（ｄ）に示すよう水温やエンジン回転数に応じて触媒暖機要求トルクを増減させてもよいし、特に（ｄ）に示すように充填効率に応じて触媒暖機要求トルクを増減させてもよい。

アイドル要求トルク算出部３２ｂは、アイドル目標回転数および先述したエンジン回転数に基づき、アイドル要求トルクを算出する。内燃機関のアイドル運転時にトルクアップさせて燃焼を安定化させるアイドル制御については先述した通りであり、このアイドル制御を実行している期間におけるエンジン回転数の目標値がアイドル目標回転数である。そして、アイドル要求トルク算出部３２ｂは、アイドル制御を実行している期間におけるエンジン回転数およびアイドル目標回転数に基づき、アイドル要求トルクを算出する。

アイドル要求トルクとは、アイドルリザーブトルクと同義である。但し、監視モジュール３０で算出されるアイドル要求トルクは、トルク異常の監視に用いられる値であり、制御モジュール２０で算出されるアイドルリザーブトルクは、内燃機関に対する目標制御量の算出に用いられる値である。つまり、これら監視用のアイドル要求トルクと制御用のアイドルリザーブトルクは、メモリ１１ｍの記憶領域のうち異なる領域で演算された値である。

図３では、アイドル要求トルクの算出に用いる変数の例示としてアイドル目標回転数およびエンジン回転数を記載しているが、他の変数として、水温、車速、大気圧および吸気充填効率が挙げられる。アイドル要求トルク算出部３２ｂは、これらの変数の少なくとも１つを用いてアイドル要求トルクを算出する。

図５中の（ａ）に示すように、アクセルペダルが踏み込まれていない時の目標回転数とエンジン回転数との差分が小さいほど、アイドル要求トルク（リザーブ量）を大きく算出する。また、（ｂ）に示すように、アクセルペダルが踏み込まれている時のアクセル開度が小さいほど、アイドル要求トルクを大きく算出する。また、（ｃ）（ｄ）に示すよう水温やエンジン回転数に応じてアイドル要求トルクを増減させてもよいし、特に（ｄ）に示すように充填効率に応じてアイドル要求トルクを増減させてもよい。

演算部Ｂ１１は、触媒暖機要求トルク算出部３２ａおよびアイドル要求トルク算出部３２ｂで算出された触媒暖機要求トルクおよびアイドル要求トルクと、ユーザ要求トルクと、外部要求トルクとを加算して、内燃機関に要求されている機関要求トルクを算出する。この算出に用いるユーザ要求トルクは、入力保障部３１により保障されたエンジン回転数およびアクセル開度のデータを用いて算出される。

以上により、機関要求トルク演算部３２は、入力処理回路１１ｃおよび通信回路１１ｄから取得した各種信号であって、入力保障部３１により保障された信号（データ）に基づき、内燃機関に要求されている機関要求トルクを算出する。

＜２−２＞監視用推定トルクの説明
図３に示すように、推定トルク演算部３３は、推定トルク算出部３３ａ、ＭＢＴ点火時期算出部３３ｂ、ベース点火時期算出部３３ｃ、トルク効率算出部３３ｄ、ロストルク算出部３３ｅおよび演算部Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４としての機能を有する。

推定トルク算出部３３ａは、先述した充填効率およびエンジン回転数に基づき、点火時期がＭＢＴである場合における内燃機関の実際の駆動トルク（ＭＢＴ推定トルク）を推定する。エンジン回転数が高回転数であるほど、また、充填効率が大きいほど、ＭＢＴ推定トルクは大きい値に算出される。例えば、エンジン回転数および充填効率とＭＢＴ推定トルクとの相関を表すマップをメモリ１１ｍに予め記憶させておき、そのマップを参照して、エンジン回転数および充填効率に応じたＭＢＴ推定トルクを推定トルク算出部３３ａは算出する。

ＭＢＴ点火時期算出部３３ｂは、充填効率およびエンジン回転数に基づきＭＢＴ点火時期を算出する。ベース点火時期算出部３３ｃは、充填効率およびエンジン回転数に基づきベース点火時期を算出する。これらのＭＢＴ点火時期およびベース点火時期は、推定トルク算出部３３ａと同様にして、メモリ１１ｍに予め記憶させておいたマップを参照して算出される。

演算部Ｂ１２は、ＭＢＴ点火時期算出部３３ｂにより算出されたＭＢＴ点火時期から、ベース点火時期算出部３３ｃにより算出されたベース点火時期を減算した値を、先述したベース遅角量として演算する。トルク効率算出部３３ｄは、演算部Ｂ１２により演算されたベース遅角量に基づき、先述したトルク効率を算出する。但し、ノック学習量が予め設定しておいた所定量またはゼロとみなして、トルク効率算出部３３ｄはトルク効率を算出する。

ロストルク算出部３３ｅは、エンジン回転数および水温に基づき、ポンプロスおよびフリクションロスを含むロスエネルギをトルク換算したロストルクを算出する。例えば、エンジン回転数および水温とロストルクとの相関を表すマップをメモリ１１ｍに予め記憶させておき、そのマップを参照して、エンジン回転数および水温に応じたロストルクをロストルク算出部３３ｅは算出する。

演算部Ｂ１３は、推定トルク算出部３３ａにより算出されたＭＢＴ推定トルクに、トルク効率算出部３３ｄにより演算されたトルク効率を乗算した値を、ロストルクを考慮しない推定トルクとして演算する。演算部Ｂ１４は、演算部Ｂ１３により演算された推定トルクから、ロストルク算出部３３ｅにより算出されたロストルクを減算した値を、監視用の推定トルクとして演算する。

以上により、推定トルク演算部３３は、入力処理回路１１ｃおよび通信回路１１ｄから取得した各種信号であって、入力保障部３１により保障された信号（データ）に基づき、内燃機関が実際に出力している駆動トルクを推定する。

＜３＞監視モジュール３０による処理手順の説明
内燃機関の運転期間中には、監視モジュール３０による監視機能が常時作動する。具体的には、図６に示すメイン処理が常時実行される。

図６のメイン処理では、先ずステップＳ１０において、モニタ実行条件が満たされているか否かを判定する。例えば、ＣＰＵチェック回路１１ｅによるチェックが完了していることや、マイコン監視部１６ａが異常を検出していないこと等が、モニタ実行条件の具体例として挙げられる。

モニタ実行条件が満たされていると判定された場合、続くステップＳ２０において、後述する図７のサブルーチン処理にしたがって、監視用の機関要求トルクを機関要求トルク演算部３２が算出する。続くステップＳ３０では、後述する図８のサブルーチン処理にしたがって、監視用の推定トルクを推定トルク演算部３３が算出する。

続くステップＳ４０、Ｓ５０、Ｓ６０では、トルク比較異常判定部３４による異常判定を実行する。すなわち、先ずステップＳ４０において、ステップＳ３０で算出した推定トルクから、ステップＳ２０で算出した機関要求トルクを減算して、トルク乖離量を算出する。次のステップＳ５０では、ステップＳ４０で算出したトルク乖離量を前回値に積算した積算値を算出する。次のステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出した積算値が所定量以上である場合に、トルク異常が生じていると判定する。当該積算値は、例えば内燃機関を停止させるとリセットされる。ステップＳ６０にてトルク異常と判定された場合、続くステップＳ７０において、電スロカット制御部３５が電スロカット指令信号を出力する。

図７のサブルーチン処理では、先ずステップＳ２１において、ユーザ要求トルクを算出する。図３に示す機関要求トルク演算部３２ではユーザ要求トルクの算出ブロックを省略しているが、例えばユーザ要求トルク算出部２１ａと同様にして、エンジン回転数およびアクセル開度に基づきユーザ要求トルクを算出する。但し、入力保障部３１により保障されたエンジン回転数およびアクセル開度のデータを用いてユーザ要求トルクを算出する。

続くステップＳ２２では、触媒を活性化温度以上に温度上昇させる暖機制御が実行されているか否かを判定する。例えば、エンジン回転数、アクセル開度および水温等に基づき、暖機制御が実行中であるか否かを判定する。暖機制御実行中と判定された場合、続くステップＳ２３において、触媒暖機目標回転数、アクセル開度、水温、ユーザ要求トルク、エンジン回転数および吸気充填効率の少なくとも１つに基づき、触媒暖機要求トルク算出部３２ａが触媒暖機要求トルクを算出する。

暖機制御実行中と判定されなかった場合、続くステップＳ２４では、アイドル運転時にトルクアップさせて燃焼を安定化させるアイドル制御が実行されているか否かを判定する。例えば、エンジン回転数およびアクセル開度に基づきアイドル制御が実行中であるか否かを判定する。アイドル制御実行中と判定された場合、続くステップＳ２５において、アイドル目標回転数、エンジン回転数、水温、車速、大気圧および吸気充填効率の少なくとも１つに基づき、アイドル要求トルク算出部３２ｂがアイドル要求トルクを算出する。

続くステップＳ２６では、発電量増大等の外部要求に起因した駆動トルクである外部要求トルクを算出する。次のステップＳ２７では、ステップＳ２１によるユーザ要求トルク、ステップＳ２５によるアイドル要求トルク、ステップＳ２３による触媒暖機要求トルク、およびステップＳ２６による外部要求トルクを加算する。その加算した値を、監視用の機関要求トルクとして算出する。

なお、ステップＳ２２で暖機制御中と判定された場合等、ステップＳ２５が実行されない場合には、直近に算出されたアイドル要求トルクがあれば、その値をステップＳ２７の算出に用いる。また、ステップＳ２３が実行されない場合には、直近に算出された触媒暖機要求トルクがあれば、その値をステップＳ２７の算出に用いる。

図８のサブルーチン処理では、先ずステップＳ３１において、エンジン回転数および充填効率に基づき、推定トルク算出部３３ａがＭＢＴ推定トルクを算出する。続くステップＳ３２では、充填効率およびエンジン回転数に基づき、ＭＢＴ点火時期算出部３３ｂがＭＢＴ点火時期を算出する。続くステップＳ３３では、充填効率およびエンジン回転数に基づき、ベース点火時期算出部３３ｃがベース点火時期を算出する。

続くステップＳ３４では、ステップＳ３２で算出したＭＢＴ点火時期から、ステップＳ３３で算出したベース点火時期を減算した値（ベース遅角量）に基づき、トルク効率算出部３３ｄが点火効率を算出する。続くステップＳ３５では、エンジン回転数および水温に基づき、ロストルク算出部３３ｅがロストルクを算出する。

続くステップＳ３６では、ステップＳ３１によるＭＢＴ推定トルクにステップＳ３４による点火効率を乗算し、その乗算値からステップＳ３５によるロストルクを減算することで、監視用の推定トルクを算出する。

＜４＞監視制御の一態様の説明
図９に示す例では、ｔ１０時点で内燃機関のスタータモータを始動させて内燃機関の運転を開始し、ｔ１１時点からｔ１４時点までアイドル運転させた後、ｔ１４時点で車両の走行を開始している。アイドル運転期間中、ｔ１１時点からｔ１３時点までの期間では、触媒温度の早期上昇を図るべく暖機制御を実行している。暖機制御期間中、ｔ１１時点からｔ１２時点までの期間は、走行不可のＮレンジでアイドル運転を実行し、その後のｔ１２時点からｔ１３時点までの期間は、走行可能なＤレンジでアイドル運転を実行している。このような内燃機関の運転状態の推移に対して、図９の上段は、制御モジュールにより算出された各種の値の変化を示し、図９の下段は、監視モジュールにより算出された各種の値の変化を示す。

先ず制御モジュール２０に係る図９の上段の内容について説明すると、始動期間（ｔ１０〜ｔ１１）においてスタータモータにより実回転数が上昇して目標回転数にまで達すると、演算部Ｂ３で用いられる触媒暖機リザーブが増大する。これにより、演算部Ｂ４で演算されるロス込みトルクが増大するので、制御用の機関要求トルクが増大する。そのため、充填効率が増大してトルクアップが図られるとともに、点火遅角量が増大して排気温度上昇が図られている。その後、ｔ１２時点での触媒暖機リザーブ量の低下に伴い、機関要求トルクが減少して目標回転数および実回転数が低下し、充填効率が減少して点火遅角量が減少している。

さらにその後、ｔ１３時点で触媒暖機が完了して触媒暖機リザーブ量がゼロになると、演算部Ｂ３で用いられるアイドルリザーブに応じた充填効率および点火遅角量に制御される。さらにその後、ｔ１４時点でアイドルリザーブ量がゼロになると、点火遅角量および充填効率は、ユーザ要求トルクおよびロストルクに基づき制御される。

次に、監視モジュール３０に係る図９の下段の内容について説明する。比較例の欄の実線は、推定トルク演算部３３で算出された推定トルクを示し、点線は、機関要求トルク演算部３２が機関要求トルクの算出に用いるユーザ要求トルクを示す。本実施形態に反して、触媒暖機要求トルク算出部３２ａおよびアイドル要求トルク算出部３２ｂを機関要求トルク演算部３２が有していない場合には、以下のように誤った監視結果となる。

すなわち、リザーブトルクを反映させずに機関要求トルクを算出するので、比較例欄の矢印に示すように、機関要求トルク演算部３２で算出される機関要求トルクと、推定トルク演算部３３で算出される推定トルクとに乖離が生じる。その結果、実際に要求されているリザーブトルクの分だけユーザ要求トルクよりも大きいトルクが要求されている状況下において、推定トルクが実トルクに近い値に精度良く算出されていても、乖離が大きいのでトルク異常と誤判定される。

これに対し本実施形態では、要求トルク補正量の欄に記載の如く、触媒暖機要求トルク算出部３２ａおよびアイドル要求トルク算出部３２ｂにより触媒暖機要求トルクおよびアイドル要求トルクを算出する。そして、このように算出されたリザーブトルクをユーザ要求トルクに加算して機関要求トルクを算出するので、本実施形態の欄に記載の如く、監視用の機関要求トルクと推定トルクとの乖離が抑制され、上述した誤判定のおそれが抑制される。

＜５＞作用効果の説明
本実施形態によれば、監視モジュール３０は、機関要求トルク演算部３２および推定トルク演算部３３を有する。そして機関要求トルク演算部３２は、内燃機関の点火時期の遅角に伴い生じる実トルクの低下分をリザーブトルクとして算出し、算出したリザーブトルクおよびユーザ要求トルクに基づき機関要求トルクを演算する。そのため、図９の比較例欄に示すような誤判定のおそれを抑制でき、トルク異常を精度良く監視できるようになる。

また、本実施形態ではリザーブトルクを算出し、算出したリザーブトルクおよびユーザ要求トルクに基づき監視用機関要求トルクを演算するので、実点火時期の検出値を用いることなく機関要求トルクを演算できる。この種の検出値は検出周期が短いので、入力保障部３１でデータ保障させようとすると入力保障部３１の処理負荷が大きくなる。しかも、入力保障部３１に要求されるデータ入力のポート数が上記検出値の分だけ増加し、入力保障部３１のコストアップを招く。よって、実点火時期の検出値を用いることなく機関要求トルクを演算できる本実施形態によれば、監視モジュール３０の処理負荷抑制およびコストアップ抑制を図ることができる。

また、内燃機関の制御に用いる実点火時期の検出値の場合、高い検出精度と短いサンプリング周期が要求されるが、トルク異常の監視に用いる実点火時期の場合、内燃機関の制御に用いる場合に比べて上記要求が緩くなる。この点に着目すれば、本実施形態のごとく検出値を用いることなくトルク異常を監視することが実現可能となる。

さらに本実施形態では、制御モジュール２０は、目標点火時期を触媒暖機要求時に遅角させるように設定しており、機関要求トルク演算部３２は、触媒暖機要求の遅角量に相当する燃焼効率悪化分のトルク以上となるようにリザーブトルクを算出する。さらに本実施形態では、制御モジュール２０は、目標点火時期をアイドル運転時に遅角させるように設定しており、機関要求トルク演算部３２は、アイドル要求トルクの遅角量に相当する燃焼効率悪化分のトルク以上となるようにリザーブトルクを算出する。このように、触媒暖機要求やアイドル要求の如く点火時期の遅角に起因した燃焼効率悪化分が、監視用の機関要求トルクに反映されるので、上述した誤判定のおそれを抑制できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態に係る監視モジュール３０では、機関要求トルク演算部３２が算出する機関要求トルクにリザーブトルクを反映させ、推定トルク演算部３３が算出する推定トルクにはノック学習による点火時期の補正量を反映させていない。これに対し、本実施形態に係る監視モジュール３００では、図１０に示すように、機関要求トルク演算部３２０が算出する機関要求トルクにリザーブトルクを反映させていない。そして、推定トルク演算部３３０が算出する推定トルクには、ノック学習による点火時期の補正量つまり先述したノック学習量を反映させている。

より詳細に説明すると、機関要求トルク演算部３２０が有する演算部Ｂ１１０は、ユーザ要求トルクに外部要求トルクを加算して機関要求トルクを演算している。推定トルク演算部３３０は、図３に示す推定トルク演算部３３が有する各種演算部に加え、ノック学習量算出部３３０ｃおよび演算部Ｂ１２０を有している。

ノック学習量算出部３３０ｃは、充填効率およびエンジン回転数に基づき、先述したノック学習量を算出する。例えば、エンジン回転数および充填効率と、ノック学習量との相関を表すマップをメモリ１１ｍに予め記憶させておき、そのマップを参照して、エンジン回転数および充填効率に応じたノック学習量をノック学習量算出部３３０ｃは算出する。なお、充填効率に替えて吸気量を用いてノック学習量を算出してもよく、要するに、吸気量と相関のある物理量およびエンジン回転数を用いれば、精度良くノック学習量を算出できる。

演算部Ｂ１２０は、ベース点火時期算出部３３ｃにより算出されたベース点火時期から、ノック学習量算出部３３０ｃにより算出されたノック学習量を減算した時期、つまり制御モジュール２０で算出される目標点火時期に相当する時期を算出する。演算部Ｂ１２は、ＭＢＴ点火時期算出部３３ｂにより算出されたＭＢＴ点火時期から、ノック学習量算出部３３０ｃにより算出された目標点火時期を減算した値を、ノック込みベース遅角量として演算する。ノック込みベース遅角量は、ベース遅角量にノック学習量を加算した値に相当する。トルク効率算出部３３ｄは、演算部Ｂ１２により演算されたノック込みベース遅角量に基づき、先述したトルク効率を算出する。

本実施形態では、図７および図８に示すサブルーチン処理を、図１１および図１２に示すサブルーチン処理に変更している。

図１１のサブルーチン処理では、先ずステップＳ２１において、ユーザ要求トルクを算出し、続くステップＳ２６では、発電量増大等の外部要求に起因した駆動トルクである外部要求トルクを算出する。次のステップＳ２７Ａでは、ステップＳ２１によるユーザ要求トルク、およびステップＳ２６による外部要求トルクを加算する。その加算した値を、監視用の機関要求トルクとして算出する。

図１２のサブルーチン処理では、先ず図８と同様にして、ステップＳ３１にてＭＢＴ推定トルクを算出し、ステップＳ３２にてＭＢＴ点火時期を算出し、ステップＳ３３にてベース点火時期を算出する。続くステップＳ３３Ａでは、充填効率およびエンジン回転数に基づき、ノック学習量算出部３３０ｃがノック学習量を算出する。

続くステップＳ３４では、ステップＳ３３で算出したベース点火時期からステップＳ３３Ａで算出したノック学習量を減算した時期を算出する。この時期は、実点火時期の推定値（推定点火時期）に相当する。更にステップＳ３４では、ステップＳ３２で算出したＭＢＴ点火時期から推定点火時期を減算したノック込みベース遅角量を算出する。

そして、図８と同様にして、ステップＳ３５にてロストルクを算出し、ステップＳ３６にてＭＢＴ推定トルクに点火効率を乗算し、その乗算値からロストルクを減算することで、監視用の推定トルクを算出する。

図１３に示す例では、ｔ２０時点で内燃機関のスタータモータを始動させて内燃機関の運転を開始している。その後のｔ２１時点までは、回転数はノックの生じない領域（非ノック領域）で推移している。その後のｔ２２時点までは、回転数は上昇してノックの生じる領域（低中負荷ノック領域）で推移している。その後のｔ２３時点までは、回転数は上昇してノックのさらに生じやすい領域（高負荷ノック領域）で推移している。このような内燃機関の運転状態の推移に対して、図１３の上段は、制御モジュールにより算出された各種の値の変化を示し、図１３の下段は、監視モジュールにより算出された各種の値の変化を示す。

先ず制御モジュール２０に係る図９の上段の内容について説明すると、ノック学習量は、非ノック領域の期間（ｔ２０〜ｔ２１）ではゼロであり、続く低中負荷ノック領域では増大し、続く高負荷ノック領域ではさらに増大する。そして点火時期は、ノック学習量の増大に伴い実線に示す値から一点鎖線に示す値に変化、つまり遅角側に推移していく。また、点火時期の遅角化によるトルク効率低下に起因して、充填効率は、実線に示す値から二点鎖線に示す値に変化する。

次に、監視モジュール３００に係る図１３の下段の内容について説明する。比較例の欄の実線は、ノック学習が為されていない場合における、推定トルク演算部３３０で算出された推定トルクと、機関要求トルク演算部３２０で算出された機関要求トルクとを示す。これらの両トルクは、ノック学習が為されていなければ一致している。本実施形態に反して、ノック学習量算出部３３０ｃを推定トルク演算部３３０が有していない場合には、比較例欄の二点鎖線に示すように、空気量が増えている分だけ推定トルクは増加する。その結果、以下のように誤った監視結果となる。

すなわち、ユーザ要求トルクが増加していないにも拘らず、トルクリザーブが増加するので、トルクリザーブを反映させずに算出された機関要求トルクは増加していないにも拘らず、ノック学習量を反映させていない推定トルクは増加する。そのため、比較例欄の矢印に示すように、機関要求トルク演算部３２０で算出される機関要求トルクと、推定トルク演算部３３０で算出される推定トルクとに乖離が生じる。その結果、実際に要求されているリザーブトルクの分だけユーザ要求トルクよりも大きいトルクが要求されている状況下において、推定トルクが実トルクに近い値に精度良く算出されていても、乖離が大きいのでトルク異常と誤判定される。

これに対し本実施形態では、ノック学習量を推定トルクに反映させているので、要求トルク補正量の欄の点線に示す如く、推定トルクは要求トルクに近づけられる。なお、推定トルクが要求トルクに完全に一致しない理由を以下に説明する。

火花式内燃機関の点火着火性を示すリサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）が低い燃料が用いられている場合には、ノック学習量が多くなりトルク効率が悪くなるのでリザーブトルクが大きくなり、二点鎖線に示すように実トルクは大きくなる。一方、オクタン価が高い燃料が用いられている場合には、ノック学習量が少なくなりトルク効率が向上するのでリザーブトルクが小さくなり、一点鎖線に示すように実トルクは小さくなる。しかしながら、推定トルク演算部３３０は、実点火時期を検出してトルク効率を推定している訳ではなく、ノック学習量算出部３３０ｃがエンジン回転数および充填効率からノック学習量を推定し、その推定値からトルク効率を推定している。そのため、使用されている燃料に応じた推定が困難である。

そこでノック学習量算出部３３０ｃは、想定される使用燃料のうち最もオクタン価が高い燃料と最もオクタン価が低い燃料との中間の燃料を使用燃料とみなしてノック学習量を推定している。図１３の要求トルク補正量の欄に記載の二点鎖線は、最低オクタン価燃料が使用された場合のノック学習後の推定トルクであり、一点鎖線は、最高オクタン価燃料が使用された場合のノック学習後の推定トルクである。本実施形態に係る推定トルク演算部３３０が算出する推定トルクは点線に示す値であり、最低オクタン価と最高オクタン価との中間の値となっている。このように、本実施形態による推定トルクは、要求トルクに近づけられるので、監視用の機関要求トルクと推定トルクとの乖離が抑制され、上述した誤判定のおそれが抑制される。

以上により、本実施形態によれば、監視モジュール３００は、機関要求トルクを演算する機関要求トルク演算部３２０および推定トルクを演算する推定トルク演算部３３０を有する。

そして、推定トルク演算部３３０は、エンジン回転数および内燃機関への吸気量等、内燃機関の運転状態に基づき実点火時期を算出するとともに、算出した実点火時期に基づきトルク効率を推定していると言える。また、推定トルク演算部３３０は、推定したトルク効率に基づき推定トルクを演算する。詳細には、推定トルク演算部３３０は、エンジン回転数および吸気量に基づきノック学習量に相当するトルク効率の悪化に基づき推定トルクを演算していると言える。そのため、図１３の比較例欄に示すような誤判定のおそれを抑制でき、トルク異常を精度良く監視できるようになる。

また、本実施形態ではノック学習量を算出し、算出したノック学習量に基づき監視用推定トルクを演算するので、実点火時期の検出値を用いることなく推定トルクを演算できる。この種の検出値は検出周期が短いので、入力保障部３１でデータ保障させようとすると入力保障部３１の処理負荷が大きくなる。しかも、入力保障部３１に要求されるデータ入力のポート数が上記検出値の分だけ増加し、入力保障部３１のコストアップを招く。よって、実点火時期の検出値を用いることなく推定トルクを演算できる本実施形態によれば、監視モジュール３００の処理負荷抑制およびコストアップ抑制を図ることができる。

さて、本発明者は以下の事象を試験等により確認している。すなわち、トルク異常が生じていない正常時において、リザーブトルクを反映させた機関要求トルクは、ノック学習を反映させない推定トルクと相関が高く乖離が小さくなる。また、トルク異常が生じていない正常時において、リザーブトルクを反映させない機関要求トルクは、ノック学習を反映させた推定トルクと相関が高く乖離が小さくなる。要するに、ノック学習による点火遅角でトルク効率悪化した分のトルク減少分がリザーブトルクに相当すると言える。

（第３実施形態）
本実施形態に係る内燃機関制御システムは、上記第１実施形態を変形させたものであり、特に言及していない構成については第１実施形態と同じ構成である。

上記各実施形態では、監視モジュール３０、３００の演算に用いられるデータは、入力処理回路１１ｃおよび通信回路１１ｄから送信されるデータ（外部データ）である。これに対し本実施形態では、図１４に示すように、上記外部データに加え、制御モジュール２０１の演算結果であるデータ（内部データ）を、監視モジュール３０１の演算に用いている。制御モジュール２０１は、図２に示す制御モジュール２０にリザーブトルク算出部２３を追加した構成である。

リザーブトルク算出部２３は、内燃機関の燃焼エネルギのうち駆動トルクに変換されない燃焼効率悪化分をトルクに換算したリザーブトルクを算出する。リザーブトルクには、図２に図示されるアイドルリザーブ、触媒暖機リザーブおよび補機リザーブの少なくとも１つが含まれる。本実施形態に係る演算部Ｂ３は、リザーブトルク算出部２３で算出された各々のリザーブトルクを加算して演算部Ｂ４へ出力する。

駆動信号出力部２２は、目標点火時期を設定する点火時期制御部としても機能する。点火時期制御部としての駆動信号出力部２２は、リザーブトルク算出部２３により算出されたリザーブトルクをユーザ要求トルクに加算し、その加算したトルクに基づき目標点火時期を設定する。

監視モジュール３０１が有する入力保障部３１１は、外部データに加えて内部データも取得し、内部データについても正常であることをチェック（例えばパリティチェック）する。入力保障部３１１が取得する内部データにはリザーブトルクが含まれており、その内部データを取得している時の監視モジュール３０１は、リザーブトルク取得部に相当する。また、リザーブトルク取得部としての入力保障部３１１は、制御モジュール２０１から出力されてくるリザーブトルクの値が所定範囲を超えている場合には、上限トルクまたは下限トルクに制限した値をリザーブトルク値として取得する。

機関要求トルク演算部３２１は、入力保障部３１１により取得されたリザーブトルク（内部データ）、およびユーザ要求トルク（外部データ）に基づき、機関要求トルクを演算する。より詳細に説明すると、上記第１実施形態に係る触媒暖機要求トルク算出部３２ａおよびアイドル要求トルク算出部３２ｂは、目標回転数等の外部データに基づき触媒暖機要求トルクおよびアイドル要求トルクを算出している。これに対し本実施形態では、触媒暖機要求トルク算出部３２ａおよびアイドル要求トルク算出部３２ｂを廃止しており、入力保障部３１１により取得されたリザーブトルクの値をそのまま演算部Ｂ１１へ入力させている。

以上により、本実施形態によれば、機関要求トルク演算部３２１は制御モジュール２０１で演算されたリザーブトルク値を用いて機関要求トルクを演算する。そのため、外部データから算出したリザーブトルク値を用いる場合に比べて、機関要求トルクの演算精度を向上できる。

また、リザーブトルク値が所定範囲を超えている場合には、上限トルクまたは下限トルクに制限する。そのため、仮に制御モジュール２０１が故障しており、制御モジュール２０１が不適切なリザーブトルク値を演算していたとしても、不適切なリザーブトルク値を用いてトルク異常を監視することが抑制される。よって、制御モジュール２０１の故障に起因した監視精度の悪化を抑制できる。

（第４実施形態）
本実施形態に係る内燃機関制御システムは、上記第２実施形態を変形させたものであり、特に言及していない構成については第２実施形態と同じ構成である。

図１５に示す本実施形態においても、上記第３実施形態と同様にして、上記外部データに加え、制御モジュール２０２の演算結果であるデータ（内部データ）を、監視モジュール３０２の演算に用いている。

制御モジュール２０２は、図２に示す制御モジュール２０にノック学習量算出部２４を追加した構成であり、演算部Ｂ５の演算内容を以下のように変更させている。ノック学習量算出部２４は、内燃機関のノック有無に応じて点火時期を補正させる量であるノック学習量を算出する。具体的には、ノックが生じる毎に点火時期を遅角させ、ノックが生じなければ進角させるように補正量を算出する。本実施形態に係る演算部Ｂ５は、ノック学習量算出部２４により算出されたノック学習量をベース点火時期から遅角させた時期（目標点火時期）を算出する。さらに演算部Ｂ５は、ＭＢＴ点火時期から目標点火時期を減算して得られた時期を、ＭＢＴ点火時期に対する目標点火時期の遅角量であるＭＢＴ遅角量として演算する。点火時期制御部としての駆動信号出力部２２は、ノック学習量算出部２４により算出されたノック学習量をベース点火時期から遅角させた時期を目標点火時期として設定する。

監視モジュール３０２が有する入力保障部３１２は、外部データに加えて内部データも取得し、内部データについても正常であることをチェック（例えばパリティチェック）する。入力保障部３１２が取得する内部データにはノック学習量が含まれており、その内部データを取得している時の監視モジュール３０２は、遅角量取得部に相当する。また、遅角量取得部としての入力保障部３１２は、制御モジュール２０２から出力されてくるノック学習量の値が所定範囲を超えている場合には、上限遅角量または下限遅角量に制限した値をノック学習量として取得する。

推定トルク演算部３３１は、入力保障部３１２により取得されたノック学習量（内部データ）、および内燃機関の運転状態（外部データ）に基づき、推定トルクを演算する。より詳細に説明すると、上記第２実施形態では、ノック学習量算出部３３０ｃが目標回転数等の外部データに基づきノック学習量を算出し、算出したノック学習量を用いてトルク効率算出部３３ｄはトルク効率を算出している。これに対し本実施形態では、ノック学習量算出部３３０ｃを廃止しており、入力保障部３１２により取得されたノック学習量をそのまま演算部Ｂ１２０へ入力させている。

以上により、本実施形態によれば、推定トルク演算部３３１は制御モジュール２０２で演算されたノック学習量を用いて推定トルクを演算するので、外部データから算出したノック学習量を用いる場合に比べて、推定トルクの演算精度を向上できる。

また、ノック学習量が所定範囲を超えている場合には、上限遅角量または下限遅角量に制限する。そのため、仮に制御モジュール２０２が故障しており、制御モジュール２０２が不適切なノック学習量を演算していたとしても、不適切なノック学習量を用いてトルク異常を監視することが抑制される。よって、制御モジュール２０２の故障に起因した監視精度の悪化を抑制できる。

（他の実施形態）
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

上記第１実施形態では、実点火時期の影響を機関要求トルクの演算に反映させている。具体的には、リザーブトルクを算出し、その算出値を用いて機関要求トルクを演算しており、リザーブトルクの算出値を機関要求トルクの演算に反映させていると言える。これに対し、リザーブトルクの算出値を推定トルクの演算に反映させてもよい。

上記第２実施形態では、実点火時期の影響を推定トルクの演算に反映させている。具体的には、ノック学習量を算出し、その算出値を用いて推定トルクを演算しており、ノック学習量の算出値を推定トルクの演算に反映させていると言える。これに対し、ノック学習量の算出値を機関要求トルクの演算に反映させてもよい。

上記各実施形態では、監視モジュール３０の演算速度は制御モジュール２０の演算速度よりも遅い。具体的には、入力保障部３１によるチェック処理速度がボトルネックとなり、機関要求トルク演算部３２および推定トルク演算部３３の演算速度は、機関要求トルク算出部２１の演算速度よりも遅くなっている。これに対し、監視モジュール３０の演算速度が制御モジュール２０の演算速度と同等であってもよい。

上記各実施形態では、共通する１つのメモリ１１ｍの記憶領域に、制御用記憶領域２０ｍおよび監視用記憶領域３０ｍを設定している。これに対し、ＥＣＵ１０に複数のメモリを設け、第１のメモリの記憶領域を制御用記憶領域として設定し、第２のメモリの記憶領域を監視用記憶領域として設定してもよい。

上記各実施形態では、共通する１つのＭＣＵ１１が、制御用記憶領域２０ｍおよび監視用記憶領域３０ｍを有している。これに対し、ＥＣＵ１０に複数のＭＣＵを設け、第１のＭＣＵが制御用記憶領域を有し、第２のＭＣＵが監視用記憶領域を有するように構成されていてもよい。

上記各実施形態では、ＥＣＵ１０は、点火駆動ＩＣから出力される駆動電流または電圧を検出する検出回路を備えており、その検出回路による検出値を用いて、制御モジュール２０、２０１、２０２はノック学習制御を実行している。これに対し、駆動信号出力部２２が点火駆動ＩＣ１２へ出力する指令信号を実点火時期とみなし、上記検出値を用いることなくノック学習制御を実行してもよい。

図２に示す演算部Ｂ３は、アイドルリザーブ、触媒暖機リザーブおよび補機リザーブの各々を加算してリザーブトルクを演算して演算部Ｂ４へ出力している。これに対し、アイドルリザーブ、触媒暖機リザーブおよび補機リザーブの最大値をリザーブトルクとして演算し、演算部Ｂ４へ出力してもよい。

上記第１実施形態では、アイドルリザーブ、触媒暖機リザーブおよび補機リザーブの全てをリザーブトルクの算出に用いているが、これらリザーブの少なくとも１つをリザーブトルクの算出に用いるようにしてもよい。

図３および図７に示すように、上記第１実施形態では、触媒暖機要求トルクおよびアイドル要求トルクの両方を、ユーザ要求トルクに加算して機関要求トルクを算出している。これに対し、触媒暖機要求トルクおよびアイドル要求トルクのうち値の大きい方の要求トルクを、ユーザ要求トルクに加算して機関要求トルクを算出してもよい。

図２に示す制御モジュール２０に、図１４に示すリザーブトルク算出部２３や図１５に示すノック学習量算出部２４を備えさせても良い。

上記各実施形態では、車両に搭載された内燃機関をＥＣＵ１０の制御対象としているが、車載以外の定置式の内燃機関をＥＣＵ１０の制御対象としてもよい。

１０…ＥＣＵ（内燃機関制御システム）、２０、２０１、２０２…制御用演算装置、２０ｍ…制御用記憶領域、２３…リザーブトルク算出部、２２…駆動信号出力部（点火時期制御部）、２４…ノック学習量算出部、３０、３００、３０１、３０２…監視用演算装置、３０ｍ…監視用記憶領域、３１１…リザーブトルク取得部、３１２…遅角量取得部、３２、３２０、３２１…機関要求トルク演算部、３３、３３０、３３１…推定トルク演算部、３２１。

Claims (5)

1. 制御用記憶領域（２０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する制御量の目標値である目標制御量を演算する制御用演算装置（２０）と、
   前記制御用記憶領域とは別の監視用記憶領域（３０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、前記内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクが、前記内燃機関に要求されている機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視する監視用演算装置（３０）と、
   を備え、
   前記監視用演算装置は、前記機関要求トルクを演算する機関要求トルク演算部（３２）および前記推定トルクを演算する推定トルク演算部（３３）を有し、
   前記機関要求トルク演算部は、前記内燃機関の点火時期の遅角に伴い生じる実トルクの低下分をリザーブトルクとして算出し、算出した前記リザーブトルクおよび前記ユーザ要求トルクに基づき前記機関要求トルクを演算する内燃機関制御システム。
2. 前記内燃機関の排気通路には排気を浄化する触媒が配置されており、
   前記制御用演算装置は、前記目標制御量の１つである目標点火時期を、前記触媒の暖機要求時に遅角させるように設定し、
   前記機関要求トルク演算部は、前記暖機要求による遅角に伴い生じる実トルクの低下分を算出し、その算出した低下分に基づき前記リザーブトルクを算出する請求項１に記載の内燃機関制御システム。
3. 前記制御用演算装置は、前記目標制御量の１つである目標点火時期を、アイドル運転時に遅角させるように設定し、
   前記機関要求トルク演算部は、前記アイドル運転時の遅角に伴い生じる実トルクの低下分を算出し、その算出した低下分に基づき前記リザーブトルクを算出する請求項１または２に記載の内燃機関制御システム。
4. 制御用記憶領域（２０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する
   制御量の目標値である目標制御量を演算する制御用演算装置（２０１）と、
   前記制御用記憶領域とは別の監視用記憶領域（３０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、前記内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクが、前記内燃機関に要求されている機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視する監視用演算装置（３０１）と、
   を備え、
   前記制御用演算装置は、
   前記内燃機関の燃焼エネルギのうち駆動トルクに変換されない燃焼効率悪化分をトルクに換算したリザーブトルクを算出するリザーブトルク算出部（２３）と、
   前記リザーブトルク算出部により算出された前記リザーブトルクを前記ユーザ要求トルクに加算したトルクに基づき、前記目標制御量としての目標点火時期を設定する点火時期制御部（２２）と、
   を有し、
   前記監視用演算装置は、
   前記リザーブトルクが所定範囲を超えた場合には上限トルクまたは下限トルクに制限しつつ、前記リザーブトルク算出部により算出された前記リザーブトルクを取得するリザーブトルク取得部（３１１）と、
   前記ユーザ要求トルク、および前記リザーブトルク取得部により取得された前記リザーブトルクに基づき、前記機関要求トルクを演算する機関要求トルク演算部（３２１）と、
   を有する内燃機関制御システム。
5. 制御用記憶領域（２０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、ユーザが要求する内燃機関の駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する制御量の目標値である目標制御量を演算する制御用演算装置（２０２）と、
   前記制御用記憶領域とは別の監視用記憶領域（３０ｍ）を用いて演算する演算装置であって、前記内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクが、前記内燃機関に要求されている機関要求トルクに対して所定以上乖離したトルク異常状態であるか否かを監視する監視用演算装置（３０２）と、
   を備え、
   前記制御用演算装置は、
   前記内燃機関のノック有無に応じて点火時期を補正させる量であるノック学習量を算出するノック学習量算出部（２４）と、
   前記ノック学習量算出部により算出された前記ノック学習量に基づき、前記目標制御量としての目標点火時期を設定する点火時期制御部（２２）と、
   を有し、
   前記監視用演算装置は、
   前記ノック学習量が所定範囲を超えた場合には上限遅角量または下限遅角量に制限しつつ、前記ノック学習量算出部により算出された前記ノック学習量を取得する遅角量取得部（３１２）と、
   前記内燃機関の運転状態、および前記遅角量取得部により取得された前記ノック学習量に基づき、前記推定トルクを演算する推定トルク演算部（３３１）と、
   を有する内燃機関制御システム。

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