WO2019146250A1 - 内燃機関制御システム - Google Patents

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WO2019146250A1
WO2019146250A1 PCT/JP2018/044106 JP2018044106W WO2019146250A1 WO 2019146250 A1 WO2019146250 A1 WO 2019146250A1 JP 2018044106 W JP2018044106 W JP 2018044106W WO 2019146250 A1 WO2019146250 A1 WO 2019146250A1
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internal combustion
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正人 野寺
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to an internal combustion engine control system.
  • Patent Document 1 discloses a configuration that compares an actual torque with a maximum allowable torque and starts an error response when the actual torque exceeds the maximum allowable torque.
  • torque monitoring is performed to determine an abnormality between the required torque and the generated torque by comparing the required torque and the estimated torque separately from the control unit that controls the internal combustion engine. It is conceivable to have a technology that includes a monitoring unit that Also, in this case, it is conceivable that the monitoring unit calculates the estimated torque based on the injection amount of fuel or the intake amount of air.
  • the monitoring unit calculates the estimated torque without considering the combustion state controlled by the control unit, it can not calculate the estimated torque correctly, and there is a problem that torque monitoring can not be performed correctly.
  • An object of the present disclosure is to provide an internal combustion engine control system capable of correctly performing torque monitoring even when switching the combustion state of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine control system controls the combustion state of the internal combustion engine according to the driving torque of the internal combustion engine required by the driver, and at least the combustion state is lean burn combustion and stoichiometric combustion.
  • the control part which performs the switching control switched by and is provided.
  • the internal combustion engine control system uses the required torque required for the internal combustion engine and an estimated torque that is an estimated value of the actual torque of the internal combustion engine to determine the torque abnormality and the generated torque.
  • a monitoring unit for performing The monitoring unit includes a combustion state determination unit that determines whether the combustion state in the control unit is the lean burn combustion or the stoichiometric combustion.
  • the monitoring unit further includes a calculation unit that calculates the estimated torque according to each combustion state determined by the combustion state determination unit.
  • the drawing is It is a block diagram showing a schematic structure of ECU in a 1st embodiment. It is a block diagram which shows schematic structure of the control part in 1st Embodiment, and a monitoring part. It is a flowchart which shows the processing operation of the monitoring part in 1st Embodiment. It is a block diagram which shows schematic structure of the control part in 2nd Embodiment, and a monitoring part. It is a block diagram which shows schematic structure of the control part in 3rd Embodiment, and a monitoring part. It is a flowchart which shows the processing operation of the monitoring part in 3rd Embodiment. It is a flowchart which shows the processing operation of the monitoring part in 4th Embodiment.
  • FIG. 1 shows an electronic control unit (ECU) mounted on a vehicle, which controls an operation of an internal combustion engine mounted on the vehicle.
  • ECU electronice control unit
  • the internal combustion engine according to the present embodiment is an ignition ignition gasoline engine, but may be a self-ignition diesel engine. In the following, the internal combustion engine will also be described simply as the engine.
  • the ECU 10a includes an MCU 11 (Micro Controller Unit), an ignition drive IC 12, a fuel injection valve drive IC 13, an electronic throttle drive IC 14, a second communication unit 15, an integrated IC 16 and the like.
  • MCU 11 Micro Controller Unit
  • ignition drive IC 12 a fuel injection valve drive IC 13
  • electronic throttle drive IC 14 a second communication unit 15, an integrated IC 16 and the like.
  • the MCU 11 includes a CPU 11a which is an arithmetic processing unit, a memory 11m which is a storage medium, an input processing circuit 11b, a first communication unit 11c, a CPU check unit 11d and the like. Further, the MCU 11 includes a control unit 20 and a monitoring unit 30. These are all functions provided by the common CPU 11a and the memory 11m. That is, the CPU 11a and the memory 11m function as the control unit 20 when the CPU 11a is executing the control program stored in the control storage area 20m of the memory 11m. On the other hand, the CPU 11 a and the memory 11 m function as the monitoring unit 30 when the CPU 11 a is executing the monitoring program stored in the monitoring storage area 30 m of the memory 11 m. The control storage area 20m and the monitoring storage area 30m are separately set in different areas of the storage area of the memory 11m.
  • the ECU 10a may include a control unit 20 including a CPU and a memory, and a monitoring unit 30 including a CPU and a memory different from the control unit 20.
  • the MCU 11 includes the CPU 11a, the memory 11m, the input processing circuit 11b, the first communication unit 11c, and the CPU check unit 11d integrated on one semiconductor chip, but It may be integrated. Further, in the case of dispersing and integrating on a plurality of semiconductor chips, a plurality of semiconductor chips may be mounted on a common substrate, or a semiconductor chip may be mounted on each of a plurality of substrates. Furthermore, each semiconductor chip may be housed in one common housing, or may be housed in separate housings.
  • the memory 11 m is a storage medium for storing programs and data, and includes a non-transitional tangible storage medium for non-temporarily storing a program readable by the CPU 11 a.
  • the storage medium may be provided by a semiconductor memory or a magnetic disk or the like.
  • the program stored in the memory 11m when executed by the CPU 11a, causes the ECU 10a to function as the device described in this specification and causes the control device to execute the method described in this specification.
  • the memory 11 m may include a storage medium for temporarily storing data.
  • control device may be provided by software stored in a tangible storage medium and a computer that executes the software, only software, only hardware, or a combination thereof.
  • control device is provided by an electronic circuit that is hardware, it can be provided by a digital circuit or analog circuit that includes a number of logic circuits.
  • the MCU 11 is electrically connected to the input processing circuit 11b, for example, an accelerator opening sensor 41, a crank sensor 42, an air flow sensor (air flow meter) 43, and the like. Further, an external ECU is electrically connected to the first communication unit 11 c in the MCU 11. Therefore, the MCU 11 receives sensor signals from various sensors and external signals from the external ECU.
  • the input processing circuit 11b may be electrically connected to a throttle sensor, a water temperature sensor, an intake manifold pressure sensor or the like.
  • the accelerator opening degree sensor 41 outputs an electrical signal according to an accelerator operation amount by a driver of the vehicle.
  • the electrical signal is, for example, a voltage signal.
  • the MCU 11 calculates the amount of depression of the accelerator pedal operated by the driver of the vehicle, that is, the driver of the engine, based on the sensor signal from the accelerator opening sensor 41.
  • the crank sensor 42 outputs a pulse-like sensor signal according to the rotation of a crankshaft (output shaft) of the engine.
  • the MCU 11 calculates the number of revolutions per unit time of the crankshaft, that is, the number of engine revolutions, based on the sensor signal from the crank sensor 42. Further, the MCU 11 performs cylinder discrimination based on sensor signals from the cam sensor and the crank sensor 42.
  • the engine speed corresponds to the speed of the internal combustion engine.
  • the crank sensor 42 can also be said to output a crank angle signal as a sensor signal according to the rotational position of the crankshaft of the engine.
  • the air flow sensor 43 corresponds to an air flow sensor, and outputs a signal according to the intake air amount of the engine.
  • the MCU 11 calculates the intake flow rate and the flow rate based on the sensor signal output from the air flow sensor 43.
  • the intake flow rate is a parameter used to calculate the estimated torque.
  • the intake flow rate corresponds to the air flow rate, and is also referred to simply as the intake amount.
  • the external signal output from the external ECU may be, for example, a signal representing the operating state of an auxiliary machine whose drive source is the output shaft of the engine.
  • an auxiliary machine it is a refrigerant
  • coolant compressor which the air conditioning apparatus which air-conditions a vehicle interior has, Comprising: The compressor which makes an output shaft of an engine a drive source is mentioned.
  • the ignition drive IC 12 is electrically connected to the ignition device.
  • the ignition drive IC 12 has a power supply to an ignition device provided in the engine and a switching element for controlling the interruption of the power supply.
  • the MCU 11 outputs a command signal to the switching element.
  • the MCU 11 calculates a target ignition timing, which is a target value of the timing of discharge ignition by the ignition device, based on the various signals described above, and outputs a command signal to the ignition drive IC 12 according to the calculated target ignition timing. Do.
  • the target ignition timing can also be reworded as the required ignition timing.
  • the fuel injection valve drive IC 13 is electrically connected to the injector 50, as shown in FIG.
  • the fuel injection valve drive IC 13 has a switching element that controls power supply and shutoff to the fuel injection valve of the injector 50 provided in the engine.
  • the MCU 11 outputs a command signal (drive signal) to the switching element.
  • the drive signal is a signal for driving the injector 50, and may be referred to as an injection drive signal.
  • the MCU 11 calculates a target injection amount which is a target value of a period (that is, an injection amount) in which fuel is injected by the fuel injection valve based on the various signals described above, and a command signal according to the calculated target injection amount Is output to the fuel injection valve drive IC 13.
  • the target injection amount can also be reworded as the required injection amount.
  • the MCU 11 controls the switching element according to a command signal to the fuel injection valve drive IC 13 to output a drive signal indicating power supply to the fuel injection valve of the injector 50 and a drive signal indicating interruption of the power supply. , Drive the fuel injection valve of the injector 50.
  • the MCU 11 outputs a drive signal to the injector 50 via the switching element in the fuel injection valve drive IC 13.
  • the injector 50 corresponds to a fuel injection device.
  • the electronic throttle drive IC 14 is electrically connected to the electronic throttle 60 as shown in FIG.
  • the electronic throttle drive IC 14 has a power supply to the electronic throttle valve (electronic throttle) in the electronic throttle 60 provided in the engine, and a switching element for controlling the interruption of the power supply.
  • the MCU 11 outputs a command signal to the switching element.
  • the MCU 11 calculates a target opening degree that is a target value of the valve opening degree of the electronic throttle based on the various signals described above, and outputs a command signal to the electronic throttle drive IC 14 according to the calculated target opening degree. Do.
  • the target opening can also be reworded as the required intake flow rate.
  • the power supply to the electronic throttle valve (electronic throttle) can be reworded as the power supply to the electronic throttle motor.
  • the ECU 10a controls the combustion state of the engine by controlling the operation of the ignition device, the fuel injection valve, and the electronic throttle. That is, it can be said that the ECU 10a controls the combustion state of the engine while controlling the drive of at least the injector 50.
  • the target ignition timing, the target injection amount, and the target opening degree calculated by the MCU 11 correspond to a target control amount that is a target value of a control amount for controlling the combustion state of the engine.
  • the second communication unit 15 outputs various information held by the MCU 11 to the external ECU according to an instruction from the MCU 11.
  • the MCU 11 controls, for example, an operation of a display device that causes the vehicle driver to visually recognize, through the second communication unit 15, a signal of an abnormality flag indicating that an abnormality such as a torque monitoring abnormality or an air flow sensor abnormality has occurred. Output to the ECU.
  • the display ECU generates a warning display and a warning sound when acquiring a signal of an abnormal flag.
  • the present disclosure can achieve the purpose without generating a warning display or a warning sound.
  • the CPU check unit 11 d checks whether the CPU 11 a and the memory 11 m are normal by, for example, checking whether the program and data stored in the memory 11 m are normal. This check can employ, for example, a parity check.
  • the integrated IC 16 includes a memory (not shown) and a CPU that executes various programs stored in the memory.
  • the integrated IC 16 functions as the microcomputer monitoring unit 16a or as the electronic throttle cut unit 16b according to a program executed by the CPU.
  • the microcomputer monitoring unit 16a monitors the operation failure of the MCU 11 while referring to the check result of the CPU check unit 11d.
  • the integrated IC 16 executes electronic throttle cut control to limit the operation of the electronic throttle, that is, to limit the intake amount of air to the engine when the microcomputer monitoring unit 16a detects an abnormality.
  • the electronic throttle cut unit 16 b outputs an electronic throttle cut command signal, which is a signal for commanding the electronic throttle drive to the electronic throttle drive IC 14.
  • the integrated IC 16 fixes, for example, the target opening at a predetermined opening set in advance regardless of the accelerator opening, and the engine output is less than the predetermined output. Restrict to become Alternatively, the engine is forced to stop by setting the target opening to zero.
  • the electronic throttle cut portion 16b limits the amount of intake of air to the engine by cutting the energization to the electronic throttle drive IC 14.
  • the electronic throttle drive IC 14 operates by giving priority to the electronic throttle cut command signal over the command signal output from the MCU 11.
  • the control unit 20 controls the combustion state of the internal combustion engine according to the driving torque of the engine requested by the driver. That is, the control unit 20 calculates the target control amount according to the user request torque which is the driving torque of the engine requested by the driver.
  • the monitoring unit 30 performs torque monitoring as to whether or not the torque is in an abnormal state, using the required torque required of the engine and the estimated torque which is an estimated value of the actual torque of the engine.
  • the ECU 10a provides an internal combustion engine control system including the control unit 20 and the monitoring unit 30.
  • the torque abnormal state indicates that the required torque and the generated torque are abnormal. Therefore, when the required torque is abnormal or when the generated torque is abnormal, it can be said that the torque is in an abnormal state.
  • the control unit 20 performs at least switching control.
  • This switching control is control for switching the combustion state between lean burn combustion and stoichiometric combustion.
  • the control unit 20 performs switching control in order to satisfy strict fuel consumption regulations.
  • the control unit 20 executes lean burn combustion that improves fuel efficiency in a normal operation region such as low load and medium load, and performs stoichiometric combustion in a high load region such as acceleration.
  • Stoichiometric combustion can be reworded as homogeneous combustion at a stoichiometric air fuel ratio (stoichiometric).
  • the control unit 20 has functions as a required torque calculation unit 21 and a drive signal output unit 22.
  • the required torque calculation unit 21 calculates, based on various signals acquired from the input processing circuit 11 b and the first communication unit 11 c, a required torque which is a torque to be requested to the engine. Since the required torque is a torque that should be required for the engine, it can also be called an engine required torque.
  • the required torque calculation unit 21 will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, only the fuel injection valve drive IC 13 and the electronic throttle drive IC 14 are illustrated among the plurality of ICs.
  • the required torque calculation unit 21 includes a driver required torque calculation unit 21 a and a target torque calculation unit 21 b.
  • the driver request torque calculation unit 21a calculates a driver request torque based on the sensor signal from the accelerator opening sensor 41, that is, the accelerator opening.
  • the driver request torque is calculated to be a larger value as the accelerator opening degree is larger.
  • a map representing the correlation between the accelerator opening degree and the driver request torque is stored in advance in the memory 11m, and the driver request torque calculation unit 21a refers to the map and calculates the driver request torque according to the accelerator opening degree. calculate.
  • the driver request torque calculation unit 21a may calculate the driver request torque based on the engine speed in addition to the accelerator opening. In this case, the higher the engine speed is, the larger the driver request torque is calculated.
  • a map representing the correlation between the engine speed and the accelerator opening degree and the driver request torque is stored in advance in the memory 11m, and the driver request torque calculation unit 21a refers to the map to open the engine speed and the accelerator. Calculate driver request torque according to the degree.
  • the target torque calculation unit 21b calculates the engine required torque using the driver required torque. For example, the target torque calculation unit 21b divides the reserve included torque by the torque efficiency to calculate the engine required torque. In short, the target torque calculation unit 21b calculates the engine required torque by dividing the value obtained by adding the total loss torque and the reserve torque to the driver required torque by the torque efficiency.
  • the target torque calculation unit 21b calculates the total loss torque by adding the pump loss, the friction loss, the loss torque learning value, and the like. Further, the target torque calculation unit 21b adds the driver request torque, the total loss torque, and the external request torque to calculate a loss-included torque.
  • a specific example of the externally required torque is, for the purpose of charging the on-vehicle battery, a torque for an increase in power generation such as increasing the amount of power generation by a generator driven by an internal combustion engine.
  • Pump loss is energy loss due to resistance received from intake and exhaust when the piston of the engine reciprocates.
  • Friction loss is mechanical energy loss due to friction with a cylinder when the piston of the engine reciprocates.
  • the target torque calculation unit 21b adds the reserve torque to the loss-included torque to calculate the reserve-included torque. Specifically, the target torque calculation unit 21b calculates the reserve torque by adding the torque corresponding to each of the idle reserve, the catalyst warm-up reserve, and the auxiliary machine reserve.
  • the idle reserve torque is a torque corresponding to a torque increase amount which intentionally improves the quick response by the ignition advance from the ignition retard state in consideration of the startability / acceleration at the time of the idle operation of the internal combustion engine.
  • the catalyst warm-up reserve torque is the amount of combustion energy used to raise the exhaust gas temperature when performing warm-up control to raise the exhaust gas temperature to raise the temperature of the catalyst for purifying the exhaust gas of the internal combustion engine above the activation temperature.
  • the accessory reserve torque is a torque required to drive an accessory such as a generator whose drive source is an internal combustion engine. Further, each of these reserve torques is set according to the engine operating condition such as the engine speed, the engine load, and the water temperature.
  • the target torque calculation unit 21b calculates the torque efficiency based on the maximum torque generation ignition timing (MBT ignition timing), the knock learning included base retardation amount, and the target lambda.
  • MBT ignition timing is an ignition timing at which the maximum torque can be obtained, and is different depending on the engine speed, the engine load, the water temperature, and the like.
  • knocking is apt to occur at the MBT ignition timing, it is required to ignite at a timing that is a predetermined time later than the MBT ignition timing, that is, a timing at which the predetermined angle is retarded.
  • the retarded timing is called base ignition timing.
  • the retardation amount (base retardation amount) differs depending on the engine speed, the engine load, the water temperature, and the like.
  • knock learning amount Learning control in which this retardation correction amount (knock learning amount) is reflected in ignition timing control after the next time is called knock learning. Then, the timing at which the knocking learning amount is reflected in the base ignition timing corresponds to the target ignition timing.
  • the control unit 20 calculates a timing obtained by subtracting the target ignition timing from the MBT ignition timing as an MBT retardation amount that is a retardation amount of the target ignition timing with respect to the MBT ignition timing.
  • the control unit 20 calculates the torque efficiency based on the calculated MBT retardation amount and the target lambda.
  • the torque efficiency is the ratio of the energy to be converted to the rotational torque of the crankshaft among the combustion energy in the combustion chamber. As the MBT retardation amount is smaller, that is, as the target ignition timing is closer to the MBT ignition timing, the torque efficiency is calculated to a higher value.
  • the target lambda is the target value of the ratio of air to fuel (lambda) contained in the mixture burning in the combustion chamber.
  • the target torque calculation unit 21b calculates torque efficiency to a value according to the target lambda. For example, a map representing the MBT retardation amount and the correlation between the target lambda and the torque efficiency is stored in advance in the memory 11m, and the target torque calculation unit 21b refers to the map to obtain the MBT retardation amount and the target lambda. Calculate the corresponding torque efficiency.
  • each of the MBT ignition timing, the base ignition timing, and the target lambda is set by the control unit 20 according to the operating state of the engine such as the engine speed, the engine load, and the water temperature.
  • the ECU 10 a includes a detection circuit that detects a drive current or a voltage output from the ignition drive IC 12. And the control part 20 is calculating the engine request torque using the detected value by the detection circuit. Specifically, the actual ignition timing is calculated based on the detected value, and learning control relating to knock learning is executed using the actual ignition timing to calculate the knock learning amount.
  • the calculation method of the engine request torque adopted here is only an example.
  • the present disclosure is not limited to this. That is, the method of calculating the engine required torque is not particularly limited.
  • the drive signal output unit 22 includes a required intake air flow rate calculation unit 22a, a required injection amount calculation unit 22b, and the like.
  • the drive signal output unit 22 calculates a target control amount according to the engine request torque calculated by the request torque calculation unit 21 and outputs various command signals to the respective ICs 12 to 14 according to the calculated target control amount. , And outputs a drive signal to each of the actuators 50, 60 and the like.
  • the required intake flow rate calculation unit 22a calculates the required intake flow rate according to the engine required torque calculated by the required torque calculation unit 21, and outputs a command signal to the electronic throttle drive IC 14 according to the calculated required intake flow rate. .
  • the required intake air flow rate calculation unit 22a outputs a drive signal to the electronic throttle 60.
  • the required injection amount calculation unit 22b calculates the required air-fuel ratio according to the engine required torque calculated by the required torque calculation unit 21, and the fuel according to the required injection amount calculated from the calculated required air-fuel ratio and intake flow rate.
  • a command signal is output to the injection valve drive IC 13.
  • the required injection amount calculation unit 22 b outputs a drive signal to the injector 50.
  • the drive signal output unit 22 calculates the required ignition timing according to the engine required torque calculated by the required torque calculation unit 21, and outputs a command signal to the ignition drive IC 12 according to the calculated required ignition timing.
  • the monitoring unit 30 performs torque monitoring as to whether or not the torque is in an abnormal state, using the required torque required for the engine and the estimated torque which is an estimated value of the actual torque of the engine.
  • the ECU 10a provides an internal combustion engine control system including the control unit 20 and the monitoring unit 30.
  • the required torque is a torque required of the engine, and is synonymous with the required torque calculated by the required torque calculation unit 21 of the control unit 20.
  • the required torque calculated by the monitoring unit 30 is a value used for monitoring a torque abnormality.
  • the required torque calculated by the control unit 20 is a value used to calculate a target control amount for the engine. That is, the required torque for monitoring and the required torque for control have different applications. Further, the required torque for monitoring and the required torque for control are values calculated by a program stored in different areas of the storage area of the memory 11m.
  • the monitoring unit 30 has functions as an input securing unit 31 and a torque monitoring unit 32, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the input securing unit 31 has functions as an injection amount conversion unit 31 a and a combustion determination unit 31 b.
  • the input securing unit 31 checks that the data of various signals acquired from the input processing circuit 11b and the first communication unit 11c are normal. If there is an abnormality, the input securing unit 31 executes data recovery, data reacquisition, data discarding, and the like. Thus, the monitoring unit 30 can avoid performing various calculations using the abnormal data. That is, the input securing unit 31 guarantees that various data used for calculation by the monitoring unit 30 are normal. As the check here, parity check or the like can be employed as described above.
  • the input securing unit 31 receives a drive signal of the fuel injection valve drive IC 13 and checks that this drive signal is normal. Then, the input securing unit 31 diagnoses whether or not the torque monitoring by the torque monitoring unit 32 is normally performed.
  • the injection amount conversion unit 31a acquires a drive signal (injection time) to the injector 50 from the fuel injection valve drive IC 13 in order to calculate the injection amount of fuel to the engine (hereinafter, fuel injection amount).
  • the injection amount converter 31a acquires the engine speed based on the sensor signal from the crank sensor 42 in order to calculate the intake flow rate. That is, the injection amount conversion unit 31a calculates the fuel injection amount based on the drive signal (injection time) to the injector 50, and further calculates the engine speed based on the sensor signal from the crank sensor 42.
  • the injection amount converter 31a acquires (estimates) an estimated intake air flow which is an estimated value of the intake air flow, using the drive signal to the injector 50 and the engine speed.
  • the estimated intake flow rate corresponds to the estimated air flow rate.
  • the injection amount conversion unit 31a acquires the fuel injection amount using the acquired drive signal. That is, the injection amount conversion unit 31a acquires the intake flow rate correlated with the acquired drive signal and the engine speed. For example, a map representing the correlation between the engine rotational speed and the fuel injection amount is stored in advance in the memory 11m, and the injection amount converter 31a refers to this map to determine the intake according to the fuel injection amount and the engine rotational speed. Get the flow rate. In other words, the injection amount converter 31a converts the drive signal into a fuel injection amount. Further, it can be said that the injection amount conversion unit 31a acquires the intake flow rate using the fuel injection amount and the engine speed. As described above, if the fuel injection amount and the engine rotational speed are known, the monitoring unit 30 can estimate the intake flow rate per unit time / per unit cylinder.
  • the combustion determination unit 31b determines whether the combustion state in the control unit 20 is lean burn combustion or stoichiometric combustion. This is to calculate an estimated torque, which will be described later, for each combustion state. It is preferable that the combustion determination unit 31b use the signal secured by the input securing unit 31 to determine the combustion state being implemented by the control unit 20. Thus, the combustion determination unit 31b can appropriately determine the combustion state.
  • examples of the signal secured by the input securing unit 31 include a sensor signal from a sensor that measures a physical quantity that contributes to the combustion of the engine, and a drive signal to an actuator that controls the physical quantity that contributes to the combustion of the engine. Therefore, the combustion determination unit 31b is lean burn combustion or stoichiometric combustion based on at least one of the sensor signal secured by the input guarantee unit 31 and the drive signal to the actuator secured by the input guarantee unit 31. It can be said that it is preferable to determine The combustion determination unit 31 b is configured to be able to acquire a sensor signal from a sensor that measures a physical quantity contributing to engine combustion and a drive signal from the control unit 20 to the actuator.
  • a drive signal to the actuator a drive signal of the injector 50 can be mentioned.
  • a sensor signal a flow rate signal correlated with the intake flow rate supplied to the cylinder of the engine can be cited.
  • the combustion determination unit 31b acquires the fuel injection amount calculated by the injection amount conversion unit 31a. Then, the combustion determination unit 31b determines whether lean burn combustion or stoichiometric combustion from the relationship between the fuel injection amount and the flow rate signal.
  • the injection amount conversion unit 31a is included in the combustion state determination unit.
  • a sensor signal output from the air flow sensor 43 as a sensor is adopted as a flow rate signal correlated with the intake flow rate.
  • the flow rate signal may be a sensor signal output from at least one of the air flow sensor 43, the intake pressure sensor, the throttle opening degree sensor, and the accelerator opening degree sensor 41. In addition, this point is applicable also to the embodiment described later as appropriate.
  • an example in which it is determined whether lean burn combustion or stoichiometric combustion is performed from the relationship between the fuel injection amount and the flow rate signal is adopted as an example.
  • the present disclosure is not limited to this, as long as the monitoring unit 30 can determine whether the combustion state by the control unit 20 is lean burn combustion or stoichiometric combustion.
  • the torque monitoring unit 32 has functions as a required torque calculation unit 32a, an estimated torque calculation unit 32b, a torque abnormality determination unit 32c, and an electronic throttle cut control unit 32d.
  • FIG. 1 mainly illustrates the portion simplified in FIG.
  • FIG. 2 mainly shows the portion simplified in FIG.
  • the torque abnormality determination unit 32c calculates the difference between the engine request torque calculated by the request torque calculation unit 32a and the estimated torque calculated by the estimated torque calculation unit 32b, and if the difference is equal to or greater than a predetermined value, the torque abnormality state It is determined that
  • the electronic throttle cut control unit 32d outputs a signal instructing an electronic throttle cut to the electronic throttle drive IC 14 in the same manner as the electronic throttle cut unit 16b, and transmits the signal to the engine.
  • Limit the intake volume The torque monitoring unit 32 may, for example, cut off the energization of the fuel injection valve drive IC 13 when it is determined that the torque is in an abnormal state. That is, the torque monitoring unit 32 limits the amount of fuel injection to the engine by, for example, cutting the energization of the fuel injection valve drive IC 13.
  • the limitation of the intake amount and the limitation of the injection amount can also be said to be an avoidance measure for avoiding the occurrence of a fault due to a torque abnormal state.
  • a warning may be displayed or a warning sound may be generated via the notification unit 70.
  • the torque abnormality determination unit 32 c instructs the notification unit 70 via the second communication unit 15 to generate a warning display or a warning sound.
  • the present disclosure can achieve the purpose without generating a warning display or a warning sound.
  • the required torque calculation unit 32a calculates, for example, an engine required torque by adding the catalyst warm-up required torque, the idle required torque, the driver required torque, and the external required torque.
  • the required torque calculation unit 32a calculates an engine required torque based on the signals secured by the input securing unit 31, which are various signals acquired from the input processing circuit 11b and the first communication unit 11c.
  • the required torque calculation unit 32a calculates the required catalyst warm-up torque based on the catalyst warm-up target rotational speed and the accelerator opening degree.
  • the target value of the engine speed during the period in which the warm-up control for raising the exhaust gas temperature to raise the temperature of the catalyst for purifying the exhaust gas of the engine above the activation temperature is the catalyst warm-up target rotational speed.
  • the required torque calculation unit 32a calculates the catalyst warm-up request torque based on the accelerator opening degree and the catalyst warm-up target rotational speed in the period in which the warm-up control is being performed.
  • the catalyst warm-up request torque is synonymous with the catalyst warm-up reserve torque.
  • the catalyst warm-up request torque calculated by the monitoring unit 30 is a value used for monitoring a torque abnormality.
  • the catalyst warm-up reserve torque calculated by the control unit 20 is a value used to calculate the target control amount for the engine. That is, the catalyst warm-up request torque for monitoring and the catalyst warm-up reserve torque for control are values calculated by programs stored in different ones of the storage areas of the memory 11 m.
  • the catalyst warm-up target rotational speed and the accelerator opening are described as an example of variables used for calculating the catalyst warm-up required torque, but the water temperature, driver request torque, engine rotation are described as other variables.
  • the number and the intake charge efficiency can be mentioned.
  • the intake charge efficiency is the ratio of the flow rate of the intake air compressed in the combustion chamber to the flow rate of the intake air that has passed through the throttle valve.
  • the required torque calculation unit 32a uses at least one of these variables to calculate a catalyst warmup required torque.
  • the required torque calculation unit 32a calculates a larger catalyst warmup required torque (reserve amount) as the catalyst warmup target rotational speed when the accelerator pedal is not depressed increases. Further, the required torque calculation unit 32a sets the catalyst warmup required torque to a predetermined value if the accelerator opening degree when the accelerator pedal is depressed is less than a predetermined value, and sets it to zero if it is equal to or more than the predetermined value. Furthermore, the catalyst warm-up request torque may be increased or decreased according to the water temperature or the engine rotational speed, or the catalyst warm-up request torque may be increased or decreased particularly according to the intake charging efficiency.
  • the intake charge efficiency is the ratio of the flow rate of the intake air compressed in the combustion chamber to the flow rate of the intake air that has passed through the throttle valve.
  • the required torque calculation unit 32a calculates the required idle torque based on the target idle speed and the engine speed.
  • the target value of the engine speed during the period in which the idle control is performed to increase the torque during engine idle operation to stabilize the combustion is the idle target speed. Then, the required torque calculation unit 32a calculates the required idle torque based on the engine speed and the target idle speed during the period in which the idle control is being performed.
  • the idle request torque is synonymous with the idle reserve torque.
  • the idle required torque calculated by the monitoring unit 30 is a value used for monitoring a torque abnormality.
  • the idle reserve torque calculated by the control unit 20 is a value used to calculate the target control amount for the engine. That is, the idle request torque for monitoring and the idle reserve torque for control are values calculated by programs stored in different areas of the storage area of the memory 11m.
  • the idle target rotational speed and the engine rotational speed are described as an example of variables used for calculating the idle required torque, but other variables include water temperature, vehicle speed, atmospheric pressure and intake charge efficiency.
  • the required torque calculation unit 32a calculates the idle required torque using at least one of these variables.
  • the required torque calculation unit 32a calculates a larger required idle torque (reserve amount) as the difference between the target rotational speed and the engine rotational speed when the accelerator pedal is not depressed is smaller. Further, the required torque calculation unit 32a calculates the required idle torque larger as the accelerator opening degree is smaller when the accelerator pedal is depressed. Furthermore, the idle required torque may be increased or decreased according to the water temperature or the engine rotational speed, or the idle required torque may be increased or decreased particularly according to the intake charging efficiency.
  • the method of calculating the engine required torque by the required torque calculating unit 32a may employ the above-described example, but is not limited thereto.
  • the estimated torque calculation unit 32 b includes an injection amount base estimated torque calculation unit 32 b 1 and an intake amount base estimated torque calculation unit 32 b 2.
  • the injection amount base estimated torque calculation unit 32b1 will be described as an injection amount base calculation unit
  • the intake amount base estimated torque calculation unit 32b2 will be described as an intake amount base calculation unit.
  • the estimated torque has a correlation with the fuel injection amount during lean burn combustion, and has a correlation with the intake air flow during stoichiometric combustion. Therefore, the estimated torque calculation unit 32b estimates based on the injection amount base calculation unit 32b1 that calculates the estimated torque based on the fuel injection amount obtained by the injection amount conversion unit 31a, and the intake amount obtained from the air flow sensor 43 as a base And an intake amount base calculation unit 32b2 that calculates a torque.
  • the injection amount base calculation unit 32b1 calculates an estimated torque for lean burn combustion based on, for example, the fuel injection amount and the sensor signal from the crank sensor 42.
  • the intake air amount base calculation unit 32b2 calculates an estimated torque for the stoichiometric combustion based on, for example, the intake air amount and the sensor signal from the crank sensor 42.
  • the estimated torque calculation unit 32b calculates the estimated torque in accordance with each combustion state determined by the combustion determination unit 31b. That is, the estimated torque calculation unit 32b is a reference parameter that differs depending on the combustion state, and calculates the estimated torque using the reference parameter that is optimal for each combustion state. Furthermore, it can be said that the estimated torque calculation unit 32b changes the reference parameter used to calculate the estimated torque for each combustion state.
  • the injection amount base calculation unit 32b1 is a loss torque obtained by multiplying the lean maximum estimated torque based on the engine speed and the fuel injection amount by the torque efficiency obtained from the injection timing, the fuel pressure, the number of injection stages, and the ratio of the intake amount to the fuel amount. Is calculated as a lean estimated torque that does not take into account.
  • the injection amount base calculation unit 32b1 calculates a value obtained by subtracting the loss torque from the calculated estimated torque as an estimated torque for monitoring.
  • the injection amount base calculation unit 32b1 is various signals such as the crank sensor 42 and the air flow sensor 43 acquired from the input processing circuit 11b and the first communication unit 11c, and the engine is based on the signal secured by the input securing unit 31. The drive torque actually output is estimated.
  • the injection amount base calculation unit 32b1 estimates the lean maximum torque among the conditions such as the injection timing, the fuel pressure, the number of injection stages, and the ratio of the intake amount to the fuel amount based on the engine speed and the fuel injection amount. Set the lean torque efficiency according to the timing, fuel pressure, number of injection stages, and the ratio of intake air quantity to fuel quantity.
  • the maximum lean torque has a small value even if the injection timing is advanced or retarded, and the larger the number of injection stages and the smaller the ratio of the intake amount to the fuel amount, the larger the calculated value.
  • a map representing the correlation between the engine rotational speed and the fuel injection amount and the maximum torque is stored in advance in the memory 11m, and the injection amount base calculation unit 32b1 refers to this map to determine the engine rotational speed and the fuel injection amount Calculate the lean maximum torque according to
  • the intake air amount base calculation unit 32b2 calculates a value obtained by multiplying the MBT estimated torque by the torque efficiency as an estimated torque not considering the loss torque.
  • the intake amount base calculation unit 32b2 calculates a value obtained by subtracting the loss torque from the calculated estimated torque as an estimated torque for monitoring.
  • the intake amount base calculation unit 32b2 is various signals such as the crank sensor 42 and the air flow sensor 43 acquired from the input processing circuit 11b and the first communication unit 11c, and the engine is based on the signal secured by the input guarantee unit 31. The drive torque actually output is estimated.
  • the intake amount base calculation unit 32b2 estimates the actual driving torque (MBT estimated torque) of the engine when the ignition timing is MBT, based on the intake charging efficiency and the engine speed.
  • the estimated MBT torque is calculated to have a larger value as the engine speed is higher and as the intake charging efficiency is larger.
  • a map representing the correlation between the engine speed and the intake charge efficiency and the estimated MBT torque is stored in advance in the memory 11m, and the intake amount base calculation unit 32b2 refers to this map to obtain the engine speed and the intake charge. Calculate the estimated MBT torque according to the efficiency.
  • the intake air amount base calculation unit 32b2 calculates the MBT ignition timing based on the intake air charging efficiency and the engine speed.
  • the intake amount base calculation unit 32b2 calculates a base ignition timing based on the intake charging efficiency and the engine speed.
  • the MBT ignition timing and the base ignition timing are calculated with reference to the map stored in advance in the memory 11m, as in the calculation of the MBT estimated torque.
  • the intake air amount base calculation unit 32b2 calculates a value obtained by subtracting the base ignition timing from the MBT ignition timing as a base retardation amount. Then, the intake amount base calculation unit 32b2 calculates the torque efficiency based on the base retardation amount. However, the intake amount base calculation unit 32b2 calculates torque efficiency by regarding the knock learning amount as a predetermined amount or zero which is set in advance.
  • the injection amount base calculation unit 32b1 and the intake amount base calculation unit 32b2 respectively calculate loss torque obtained by converting the loss energy including the pump loss and the friction loss into torque based on the engine speed and the water temperature.
  • a map representing the correlation between the engine rotational speed and the water temperature and the loss torque is stored in advance in the memory 11m, and the injection amount base calculation unit 32b1 and the intake amount base calculation unit 32b2 refer to this map to determine the engine speed.
  • the loss torque according to water temperature is calculated, and it switches based on determination of the combustion determination part 31b.
  • the method of estimating the drive torque by the injection amount base calculation unit 32b1 and the intake amount base calculation unit 32b2 can adopt the above example, but is not limited thereto.
  • the torque abnormality determination unit 32c uses the estimated torque calculated by the injection amount base calculation unit 32b1 or the estimated torque calculated by the intake amount base calculation unit 32b2 according to the combustion state determined by the combustion determination unit 31b. Perform torque monitoring. That is, when the combustion determination unit 31b determines that the lean burn is performed, the torque abnormality determination unit 32c performs torque monitoring using the estimated torque calculated by the injection amount base calculation unit 32b1. On the other hand, when the combustion determination unit 31b determines that the stoichiometric combustion is performed, the torque abnormality determination unit 32c performs torque monitoring using the estimated torque calculated by the intake amount base calculation unit 32b2.
  • the monitoring unit 30 executes the process shown in the flowchart of FIG. 3 every predetermined time.
  • step S10a an intake amount and a fuel injection amount are calculated (combustion state determination unit).
  • the combustion determination unit 31 b calculates the amount of intake air based on the sensor signal output from the air flow sensor 43. This is to determine the combustion state.
  • the injection amount converter 31a also calculates the fuel injection amount.
  • the combustion determination unit 31b acquires the fuel injection amount from the injection amount conversion unit 31a. This is to determine whether the fuel injection by the injector 50 is being cut (fuel cut time) or to determine the combustion state.
  • step S10b it is determined whether or not injection amount> predetermined value (combustion state determination unit).
  • the combustion determination unit 31b determines whether the fuel injection amount from the injector 50 to the engine has been stopped by the control unit 20 (at the time of fuel cut-off), the fuel injection amount calculated in step S10a and the predetermined value The values are compared to determine whether injection amount> predetermined value.
  • the predetermined value here is a value that can determine whether fuel injection is being performed by the injector 50 from the fuel injection amount.
  • the combustion determination unit 31b considers that it is not at the time of fuel cut and proceeds to step S10c, and when it is not determined that the injection amount> the predetermined value, it is at the fuel cut time.
  • the combustion determination unit 31b confirms that it is not at the time of fuel cut, and proceeds to step S10c. In other words, the combustion determination unit 31b confirms that it is not at the time of fuel cut, and determines whether it is lean burn combustion or stoichiometric combustion. In the present disclosure, step S10b may not be performed.
  • the combustion determination unit 31b may erroneously determine lean burn combustion at the time of fuel cut. Therefore, when it is considered that the fuel cut is being performed, the combustion determination unit 31b may hold the previous determination result and may not switch the calculation of the estimated torque described later.
  • step S10c it is determined whether the amount of intake air »the amount of fuel injection (combustion state determination unit).
  • the combustion determination unit 31b compares the intake amount calculated in step S10a with the fuel injection amount to confirm whether the combustion state by the control unit 20 is lean burn combustion or stoichiometry >> It is determined whether it is a fuel injection amount. That is, the combustion determination unit 31b determines whether the intake amount is much larger than the fuel injection amount.
  • the control unit 20 increases the amount of intake air to reduce the loss torque. Therefore, the combustion determination unit 31b proceeds to step S12 when it is determined that the intake amount >> the fuel injection amount, and proceeds to step S16 when it is not determined that the intake amount >> the fuel injection amount.
  • step S12 the combustion determination unit 31b determines that the lean burn is occurring (combustion state determination unit).
  • step S16 the combustion determination unit 31b determines stoichiometric combustion (combustion state determination unit).
  • step S14 an estimated torque is calculated using a lean burn parameter (calculation unit).
  • the injection amount base calculation unit 32b1 calculates the estimated torque based on the fuel injection amount obtained by the injection amount conversion unit 31a as described above.
  • step S18 the estimated torque is calculated using the stoichiometry parameter (calculation unit).
  • the intake amount base calculation unit 32b2 calculates the estimated torque based on the intake amount obtained from the sensor signal of the air flow sensor 43 as described above.
  • the monitoring unit 30 may generate a warning display or a warning sound via the notification unit 70 when the air flow sensor 43 is diagnosed as abnormal. In this case, the monitoring unit 30 instructs the notification unit 70 via the second communication unit 15 to generate a warning display or a warning sound.
  • the present disclosure can achieve the purpose without generating a warning display or a warning sound.
  • the ECU 10a can calculate the correct estimated torque according to each combustion state in the control unit 20. Therefore, the ECU 10a can properly perform torque monitoring.
  • the estimated torque has a correlation with the injection amount at the time of lean burn combustion, and has a correlation with the intake air amount at the stoichiometric combustion. Therefore, when the combustion determination unit 31b determines that the lean burn is performed, the ECU 10a calculates the estimated torque based on the fuel injection amount based on the fuel injection amount. Further, when the combustion determination unit 31b determines that the stoichiometric combustion is performed, the ECU 10a calculates an estimated torque based on the intake air amount based on the intake air amount calculation unit 32b2. Therefore, the ECU 10a can calculate the correct estimated torque according to each combustion state in the control unit 20.
  • the ECU 10a performs torque monitoring by using the estimated torque calculated by the injection amount base calculation unit 32b1 when it is determined to be lean burn combustion, and calculates by the intake amount base calculation unit 32b2 when it is determined to be stoichiometric combustion. Torque monitoring is performed using the estimated torque. As described above, since the ECU 10a performs torque monitoring using the correct estimated torque according to each combustion state, it can perform torque monitoring correctly.
  • the ECU 10a determines whether lean burn combustion or stoichiometric combustion using the sensor signal and the drive signal secured by the input securing unit 31 of the monitoring unit 30. Therefore, the ECU 10a can correctly determine whether the lean burn combustion or the stoichiometric combustion is performed, as compared to the case of using the unsecured signal.
  • the ECU 10a needs the guarantee of the control unit 20 as described above. Instead, the combustion state can be determined. That is, the ECU 10a can perform torque monitoring correctly without requiring the security of the control unit 20 as described above.
  • a NOx storage reduction catalyst (LNT: Lean NOx Trap) may be introduced as a measure against NOx, which becomes an issue by incorporating lean burn combustion.
  • the rich purge control implemented to maintain the purification capability of the LNT is implemented in stoichiometric combustion to avoid a rich misfire. Therefore, the present disclosure can correctly refer to the estimated torque by the above-described method of determining the combustion state. That is, the present disclosure can simultaneously solve the problem of estimated torque deviation during rich purge control.
  • the ECU 10b according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the ECU 10b has many parts similar to the ECU 10a, and therefore, points different from the ECU 10a will be mainly described.
  • the ECU 10 b differs from the ECU 10 a in that it uses a sensor signal from the fuel pressure sensor 44.
  • a fuel pressure sensor 44 is electrically connected to the injection amount converting unit 31a. It is preferable that the injection amount conversion unit 31a use a sensor signal from the fuel pressure sensor 44, which is guaranteed to be normal by the input securing unit 31.
  • the fuel pressure sensor 44 outputs a sensor signal according to the fuel pressure (fuel pressure) of the pressure accumulation unit that stores the fuel supplied to the injector 50 in a high pressure state.
  • the monitoring unit 30 uses the fuel pressure obtained from the drive signal of the injector 50 and the sensor signal of the fuel pressure sensor 44 to calculate the intake amount. More specifically, if the fuel pressure and the injection time are known, the injection amount conversion unit 31a can estimate the fuel injection amount per unit time / per unit cylinder.
  • the present embodiment can exhibit the same effects as the above embodiment. Furthermore, since the monitoring unit 30 of the present embodiment uses the sensor signal from the fuel pressure sensor 44 in addition to the drive signal of the injector 50, the accuracy of the fuel injection amount can be improved more than that of the above embodiment.
  • the ECU 10c according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the ECU 10c has many parts similar to the ECU 10a, and therefore, points different from the ECU 10a will be mainly described.
  • the ECU 10c differs from the ECU 10a in the method of determining the combustion state.
  • symbol as ECU10a is provided to the location similar to ECU10a in ECU10c. Therefore, the component of the same code
  • the combustion determination unit 31 b is different from the above embodiment in the determination method of the combustion state, but adopts the same reference numerals as the above embodiment for convenience.
  • the monitoring unit 30 includes an injection timing calculation unit 31 c. Further, in the monitoring unit 30, the cam sensor 45, the crank sensor 42, and the fuel injection valve drive IC 13 are electrically connected to the injection amount conversion unit 31a. Therefore, the injection amount conversion unit 31 a is configured to be able to obtain a drive signal for driving the injector 50 and sensor signals from the cam sensor 45 and the crank sensor 42. It is preferable that the injection timing calculation unit 31 c receives a signal that is guaranteed to be normal by the input securing unit 31.
  • the cam sensor 45 outputs a pulse-like sensor signal according to the rotation of the cam shaft.
  • the cam sensor 45 can also be said to output a crank angle signal as a sensor signal according to the rotational position of the camshaft of the engine.
  • the injection timing calculation unit 31 c is included in the input securing unit 31.
  • the injection timing calculation unit 31 c calculates the injection timing of fuel by the injector 50 and the positional relationship between the injection timing and the compression stroke top dead center (hereinafter, TDC).
  • the injection timing calculation unit 31c calculates the positional relationship between the injection timing of fuel to the engine and the TDC of the engine from the drive signal for driving the injector 50, the cam angle signal, and the crank angle signal. That is, the injection timing calculation unit 31c calculates the injection timing of the fuel, and obtains the positional relationship between the calculated injection timing of the fuel and the TDC.
  • the injection timing calculation unit 31c is included in the combustion state determination unit.
  • the combustion determination unit 31b determines lean burn combustion when the injection time is immediately before or after TDC, and determines stoichiometric combustion when the injection time is not immediately before or before TDC. As described above, the combustion determination unit 31b can determine whether lean burn combustion or stoichiometric combustion based on the positional relationship between the injection timing of fuel to the engine and the TDC of the engine.
  • the injection timing calculation unit 31 c may calculate the injection timing of fuel to the engine, and the combustion determination unit 31 b may calculate the positional relationship between the fuel injection timing and the TDC of the engine.
  • stoichiometric combustion there may be cases in which split injection is being performed in the vicinity of TDC. However, in this case, it is identified as stoichiometric combustion. That is, in the present disclosure, lean burn combustion or stoichiometric combustion is identified based on whether or not the injection timing is only near TDC. That is, the combustion determination unit 31b determines lean burn combustion when the injection timing is only near TDC, and the combustion determination unit 31b determines stoichiometric combustion when the injection timing is not near TDC.
  • Near TDC means immediately before TDC or before and after TDC.
  • the monitoring unit 30 executes the process shown in the flowchart of FIG. 6 every predetermined time.
  • step S10d the fuel injection timing is calculated (combustion state determination unit).
  • the injection timing calculation unit 31c calculates the fuel injection timing as described above. Further, the injection timing calculation unit 31 c obtains the positional relationship between the calculated fuel injection timing and TDC.
  • step S10e it is determined whether the injection time is only near TDC (combustion state determination unit).
  • the combustion determination unit 31b determines whether the injection state is lean burn combustion or stoichiometric combustion by determining whether the injection timing is only near TDC. If the combustion determination unit 31b determines that the injection timing is only near TDC, the process proceeds to step S12. If the combustion determination unit 31b does not determine that the injection timing is only near TDC, the process proceeds to step S16.
  • the ECU 10c is different from the ECU 10a in the method of determining the combustion state, the ECU 10c can achieve the same effect as the ECU 10a.
  • the ECU of the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the ECU according to the present embodiment has many parts similar to the ECU 10a, and therefore, points different from the ECU 10a will be mainly described.
  • the ECU of the fourth embodiment differs from the above embodiment in that the avoidance measures are changed according to the combustion state.
  • symbol similar to 1st Embodiment is employ
  • the monitoring unit 30 executes the process shown in the flowchart of FIG. 7 every predetermined time.
  • step S20 the determination result of the combustion state is confirmed.
  • the monitoring unit 30 confirms the determination result of the combustion determination unit 31b, and determines whether the determination result is lean burn combustion or stoichiometric combustion. This is to change the avoidance measures according to the combustion state. If the monitoring unit 30 determines that the determination result of the combustion determination unit 31b is lean burn combustion, the process proceeds to step S22, and if it is determined that stoichiometric combustion is performed, the process proceeds to step S26.
  • step S22 it is determined whether or not the torque is abnormal.
  • the torque abnormality determination unit 32c determines whether or not the torque abnormality is present as described above. If the torque abnormality determination unit 32c determines that the torque abnormality state is present, the monitoring unit 30 proceeds to step S24. If the torque abnormality determination unit 32c does not determine that the torque abnormality state is present, the processing illustrated in FIG.
  • the injection amount is limited (injection amount limiting unit).
  • the monitoring unit 30 limits the amount of fuel injection to the engine by, for example, cutting the energization of the fuel injection valve drive IC 13. In this case, the monitoring unit 30 limits the injection amount when it is determined by the torque abnormality determination unit 32c that the torque is in the abnormal state, or in a period when it is determined that the torque is in the abnormal state.
  • step S26 as in step S22, it is determined whether or not the torque is abnormal. If the torque abnormality determination unit 32c determines that the torque abnormality state is present, the monitoring unit 30 proceeds to step S28. If the torque abnormality determination unit 32c does not determine that the torque abnormality state is present, the processing illustrated in FIG.
  • step S28 the intake amount is limited (intake amount limiting unit).
  • the monitoring unit 30 outputs a signal for instructing electronic throttle cut to the electronic throttle drive IC 14 or the like to limit the amount of intake air to the engine.
  • the monitoring unit 30 limits the intake air amount when it is determined by the torque abnormality determination unit 32c that the torque is in the abnormal state, or in a period when it is determined that the torque is in the abnormal state.
  • the monitoring unit 30 cuts the energization of the electronic throttle drive IC 14 in the case of a torque abnormal state during stoichiometric combustion, but there are also cases where it is desired to restore the same as the fuel injection valve drive IC 13. For this reason, the evacuation travel performance can also be secured by allowing the monitoring unit 30 to cut off the energization of the electronic throttle drive IC 14 only while determining that the torque is in the abnormal state.
  • the monitoring unit 30 may permit the operation of the electronic throttle drive IC 14 up to the allowable threshold value, and may cut off the conduction of the electronic throttle drive IC 14 or the like.
  • the ECU of the present embodiment can exhibit the same effects as the ECU 10a. Furthermore, since the ECU of the present embodiment changes the avoidance measures according to the respective combustion states by the control unit 20, the avoidance measures suitable for the respective combustion states can be performed. The present embodiment can also be applied to the first to third embodiments.
  • the above-mentioned internal combustion engine control system controls the combustion state of the internal combustion engine according to the driving torque of the internal combustion engine requested by the driver, and performs control to switch at least the combustion state between lean burn combustion and stoichiometric combustion.
  • a unit 20 is provided.
  • the above-mentioned internal combustion engine control system further uses the required torque required for the internal combustion engine and the estimated torque, which is an estimated value of the actual torque of the internal combustion engine, to perform torque monitoring to determine abnormalities in the required torque and the generated torque.
  • a monitoring unit 30 includes combustion state determination units S10a to S10e, S12, and S16 that determine whether the combustion state in the control unit is lean burn combustion or stoichiometric combustion.
  • the monitoring unit further includes calculation units S14 and S18 that calculate estimated torque according to each combustion state determined by the combustion state determination unit.
  • the said structure can calculate the correct presumed torque according to each combustion state in a control part. For this reason, even if the said structure performs switching control which switches a combustion state by lean burn combustion and stoichiometric combustion, torque monitoring can be performed correctly.

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Abstract

制御部(20)は、ドライバが要求する内燃機関の駆動トルクに応じて内燃機関の燃焼状態を制御するものであり、少なくとも燃焼状態をリーンバーン燃焼とストイキ燃焼とで切り替える切替制御を行う。監視部(30)は、内燃機関に要求されている要求トルクと、内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクとを用いて、要求トルク及び発生トルクの異常を判定するトルク監視を行う。監視部は、制御部での燃焼状態がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する燃焼状態判定部(S10a~S10e、S12、S16)と、燃焼状態判定部で判定した各燃焼状態に応じて推定トルクを算出する算出部(S14、S18)と、を備える。

Description

内燃機関制御システム 関連出願の相互参照
 本出願は、2018年1月26日に出願された日本出願番号2018-11903号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、内燃機関制御システムに関する。
 従来、内燃機関制御システムの一例として、特許文献1に開示された技術がある。特許文献1には、実際のトルクを最大許容トルクと比較し、実際のトルクが最大許容トルクをオーバーしているときに、エラー反応を開始する構成が開示されている。
特許第4338900号公報
 ところで、従来技術ではないが、内燃機関制御システムでは、厳しい燃費規制を満足させるために、走行状態に応じて、内燃機関の燃焼状態をリーンバーン燃焼とストイキ燃焼とで切り替える制御を行うことが考えられる。
 また、従来技術ではないが、内燃機関制御システムでは、内燃機関の制御を行う制御部とは別に、要求トルクと推定トルクとを比較することで、要求トルクと発生トルクの異常を判定するトルク監視を行う監視部を備えている技術が考えられる。また、この場合、監視部は、燃料の噴射量又は空気の吸気量に基づき推定トルクを算出することが考えられる。
 しかしながら、リーンバーン燃焼時とストイキ燃焼時では、熱効率が異なるためトルク特性が異なる。よって、監視部は、制御部によって制御されている燃焼状態を考慮せずに推定トルクを算出すると、正しく推定トルクを算出することができず、トルク監視を正しく行うことができないという問題がある。
 本開示は、内燃機関の燃焼状態を切り替えるものであっても、トルク監視を正しく行うことができる内燃機関制御システムを提供することを目的とする。
 本開示の第一の態様における内燃機関制御システムは、ドライバが要求する内燃機関の駆動トルクに応じて前記内燃機関の燃焼状態を制御するものであり、少なくとも前記燃焼状態をリーンバーン燃焼とストイキ燃焼とで切り替える切替制御を行う制御部を、備える。前記内燃機関制御システムは、前記内燃機関に要求されている要求トルクと、前記内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクとを用いて、前記要求トルク及び発生トルクの異常を判定するトルク監視を行う監視部、を、更に備える。前記監視部は、前記制御部での前記燃焼状態が前記リーンバーン燃焼であるか前記ストイキ燃焼であるかを判定する燃焼状態判定部を、備える。前記監視部は、前記燃焼状態判定部で判定した各燃焼状態に応じて前記推定トルクを算出する算出部を、更に備える。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第1実施形態におけるECUの概略構成を示すブロック図である。 第1実施形態における制御部と監視部の概略構成を示すブロック図である。 第1実施形態における監視部の処理動作を示すフローチャートである。 第2実施形態における制御部と監視部の概略構成を示すブロック図である。 第3実施形態における制御部と監視部の概略構成を示すブロック図である。 第3実施形態における監視部の処理動作を示すフローチャートである。 第4実施形態における監視部の処理動作を示すフローチャートである。
 以下において、図面を参照しながら、本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。
 (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動作を制御するECU10aを示す。本実施形態では、内燃機関制御システムをECU10aに適用した例を採用する。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。以下においては、内燃機関を単にエンジンとも記載する。
 ECU10aは、MCU11(Micro Controller Unit)、点火駆動IC12、燃料噴射弁駆動IC13、電子スロットル駆動IC14、第2通信部15及び統合IC16などを備えている。
 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11bと、第1通信部11cと、CPUチェック部11dなどを備えている。また、MCU11は、制御部20及び監視部30を有している。これらは、いずれについても、共通するCPU11a及びメモリ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及びメモリ11mは、制御部20として機能する。一方、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及びメモリ11mは、監視部30として機能する。制御用記憶領域20m及び監視用記憶領域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。
 しかしながら、本開示は、これに限定されない。ECU10aは、CPUとメモリとを含む制御部20と、制御部20とは異なるCPUとメモリとを含む監視部30とを備えていてもよい。
 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11b、第1通信部11c及びCPUチェック部11d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、プログラム及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、半導体メモリ又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で、ECU10a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。なお、メモリ11mは、データを一時的に格納する記憶媒体を含んでいてもよい。
 制御装置が提供する手段及び/又は機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェア及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、又はアナログ回路によって提供することができる。
 MCU11には、例えば、アクセル開度センサ41、クランクセンサ42、エアフロセンサ(エアフロメータ)43などが、入力処理回路11bと電気的に接続されている。また、MCU11には、外部ECUが第1通信部11cと電気的に接続されている。よって、MCU11は、各種センサからのセンサ信号や外部ECUからの外部信号が入力される。なお、入力処理回路11bには、上記センサ41~43の他にも、スロットルセンサ、水温センサ、インマニ圧センサなどが電気的に接続されていてもよい。
 アクセル開度センサ41は、車両の運転者によるアクセル操作量に応じた電気信号を出力する。なお、電気信号は、例えば電圧信号である。MCU11は、アクセル開度センサ41からのセンサ信号に基づき、車両の運転者つまりエンジンのドライバが操作したアクセルペダルの踏込量を演算する。
 クランクセンサ42は、エンジンのクランク軸(出力軸)の回転に応じてパルス状のセンサ信号を出力する。MCU11は、クランクセンサ42からのセンサ信号に基づき、クランク軸の単位時間当りの回転数、つまりエンジン回転数を演算する。また、MCU11は、カムセンサ及びクランクセンサ42からのセンサ信号に基づき、気筒判別を行う。なお、エンジン回転数は、内燃機関の回転数に相当する。また、クランクセンサ42は、エンジンのクランク軸の回転位置に応じたセンサ信号としてのクランク角信号を出力するとも言える。
 エアフロセンサ43は、空気流量センサに相当し、エンジンの吸入空気量に応じた信号を出力する。MCU11は、エアフロセンサ43より出力されるセンサ信号に基づき、吸気流量や流速を演算する。また、吸気流量は、推定トルクの算出に用いるパラメータである。吸気流量は、空気流量に相当し、単に吸気量とも称する。
 外部ECUから出力された外部信号は、例えば、エンジンの出力軸を駆動源とする補機の動作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している冷媒圧縮機であって、エンジン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、点火装置と電気的に接続されている。点火駆動IC12は、エンジンが備えている点火装置への電力供給と、電力供給の遮断を制御するスイッチング素子を有している。MCU11は、このスイッチング素子への指令信号を出力する。具体的には、MCU11は、上記した各種信号に基づき、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。なお、目標点火時期は、要求点火時期と言い換えることもできる。
 燃料噴射弁駆動IC13は、図2に示すように、インジェクタ50に電気的に接続されている。燃料噴射弁駆動IC13は、エンジンが備えているインジェクタ50の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ている。MCU11は、このスイッチング素子への指令信号(駆動信号)を出力する。この駆動信号は、インジェクタ50を駆動するための信号であり、噴射駆動信号とも言える。
 具体的には、MCU11は、上記した各種信号に基づき、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。なお、目標噴射量は、要求噴射量と言い換えることもできる。
 そして、MCU11は、燃料噴射弁駆動IC13への指令信号によってスイッチング素子を制御して、インジェクタ50の燃料噴射弁への電力供給を示す駆動信号と、電力供給の遮断を示す駆動信号を出力することで、インジェクタ50の燃料噴射弁を駆動する。このように、MCU11は、燃料噴射弁駆動IC13におけるスイッチング素子を介して、インジェクタ50への駆動信号を出力する、と言える。なお、インジェクタ50は、燃料噴射装置に相当する。
 電子スロットル駆動IC14は、図2に示すように、電子スロットル60に電気的に接続されている。電子スロットル駆動IC14は、エンジンが備えている電子スロットル60における電子スロットルバルブ(電子スロットル)への電力供給と、電力供給の遮断を制御するスイッチング素子を有している。MCU11は、このスイッチング素子への指令信号を出力する。具体的には、MCU11は、上記した各種信号に基づき、電子スロットル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子スロットル駆動IC14へ出力する。なお、目標開度は、要求吸気流量と言い換えることもできる。また、電子スロットルバルブ(電子スロットル)への電力供給は、電子スロットルモータへの電力供給と言い換えることができる。
 このように、ECU10aは、点火装置、燃料噴射弁及び電子スロットルの動作を制御することで、エンジンの燃焼状態を制御する。つまり、ECU10aは、少なくともインジェクタ50を駆動制御しつつ、エンジンの燃焼状態を制御するとも言える。そして、MCU11により演算される目標点火時期、目標噴射量及び目標開度は、エンジン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。
 第2通信部15は、MCU11からの指示に応じて、MCU11が把握している各種情報を外部ECUへ出力する。MCU11は、例えば、トルク監視異常、エアフロセンサ異常など異常が生じている旨を表す異常フラグの信号を、第2通信部15を介して、車両運転者が視認する表示装置の動作を制御する表示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発生させる。しかしながら、本開示は、警告表示や警告音を発生させなくても目的を達成できる。
 CPUチェック部11dは、メモリ11mに記憶されているプログラム及びデータが正常であるか否かのチェックを実行する等、CPU11a及びメモリ11mが正常であるか否かをチェックする。このチェックは、例えばパリティチェックなどを採用できる。
 統合IC16は、図示しないメモリ、及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等を備えている。統合IC16は、CPUが実行するプログラムに応じて、マイコン監視部16aとして機能したり、電子スロットルカット部16bとして機能したりする。マイコン監視部16aは、CPUチェック部11dのチェック結果を参照しつつ、MCU11の動作不良を監視する。
 統合IC16は、マイコン監視部16aが異常を検出した場合には、電子スロットルの動作を制限する、すなわち、エンジンへの空気の吸気量を制限するといった電子スロットルカットの制御を実行する。電子スロットルカット部16bは、電子スロットル駆動IC14へ電子スロットルカットを指令する信号である電子スロットルカット指令信号を出力する。統合IC16は、電子スロットルカット指令信号を出力することで、例えば、アクセル開度にかかわらず、予め設定しておいた所定開度に目標開度を固定して、エンジン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エンジンを強制的に停止させる。また、電子スロットルカット部16bは、電子スロットル駆動IC14への通電をカットすることで、エンジンへの空気の吸気量を制限するとも言える。なお、電子スロットル駆動IC14は、MCU11から出力される指令信号よりも電子スロットルカット指令信号を優先して動作する。
 制御部20は、ドライバが要求するエンジンの駆動トルクに応じて内燃機関の燃焼状態を制御する。つまり、制御部20は、ドライバが要求するエンジンの駆動トルクであるユーザ要求トルクに応じて、上記目標制御量を算出する。一方、監視部30は、エンジンに要求されている要求トルクと、エンジンの実トルクの推定値である推定トルクとを用いて、トルク異常状態であるか否かのトルク監視を行う。このように、ECU10aは、制御部20と監視部30とを備えた内燃機関制御システムを提供する。なお、トルク異常状態とは、要求トルク及び発生トルクが異常な状態を示している。よって、要求トルクが異常の場合や、発生トルクが異常の場合には、トルク異常状態と言える。
 ここで、制御部20に関して説明する。制御部20は、少なくとも切替制御を行う。この切替制御は、燃焼状態をリーンバーン燃焼とストイキ燃焼とで切り替える制御である。また、制御部20は、厳しい燃費規制を満足させるために切替制御を行う。制御部20は、例えば、低負荷や中負荷といった通常運転領域では燃費性能を向上させるリーンバーン燃焼を実行し、加速時などの高負荷領域ではストイキ燃焼を実行する。ストイキ燃焼は、理論空燃比(ストイキ)における均質燃焼と言い換えることができる。
 図1に示すように、制御部20は、要求トルク算出部21及び駆動信号出力部22としての機能を有している。要求トルク算出部21は、入力処理回路11b及び第1通信部11cから取得した各種信号に基づき、エンジンに要求するべきトルクである要求トルクを算出する。なお、要求トルクは、エンジンに要求するべきトルクであるため、機関要求トルクとも言える。
 ここで、図2を用いて、要求トルク算出部21に関して詳しく説明する。なお、図2においては、複数のICのうち燃料噴射弁駆動IC13及び電子スロットル駆動IC14のみを図示している。
 要求トルク算出部21は、ドライバ要求トルク算出部21aと目標トルク算出部21bとを有している。ドライバ要求トルク算出部21aは、アクセル開度センサ41からのセンサ信号、すなわちアクセル開度に基づきドライバ要求トルクを算出する。アクセル開度が大きいほど、ドライバ要求トルクは大きい値に算出される。例えば、アクセル開度とドライバ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、ドライバ要求トルク算出部21aは、そのマップを参照して、アクセル開度に応じたドライバ要求トルクを算出する。
 なお、ドライバ要求トルク算出部21aは、アクセル開度に加えて、エンジン回転数に基づきドライバ要求トルクを算出してもよい。この場合、エンジン回転数が高回転数であるほど、ドライバ要求トルクは大きい値に算出される。また、エンジン回転数及びアクセル開度とドライバ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、ドライバ要求トルク算出部21aは、そのマップを参照して、エンジン回転数及びアクセル開度に応じたドライバ要求トルクを算出する。
 目標トルク算出部21bは、ドライバ要求トルクを用いて機関要求トルクを算出する。例えば、目標トルク算出部21bは、リザーブ込みトルクを、トルク効率で除算して、機関要求トルクを算出する。要するに、目標トルク算出部21bは、総ロストルク及びリザーブトルクをドライバ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、機関要求トルクを算出する。
 この場合、目標トルク算出部21bは、ポンプロス、フリクションロス、及びロストルク学習値などを加算して、総ロストルクを算出する。さらに、目標トルク算出部21bは、ドライバ要求トルク、総ロストルク、及び外部要求トルクを加算して、ロス込みトルクを算出する。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。
 なお、ポンプロスは、エンジン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ーロスである。フリクションロスは、エンジン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ーロスである。
 また、目標トルク算出部21bは、ロス込みトルクに、リザーブトルクを加算して、リザーブ込みトルクを算出する。具体的には、目標トルク算出部21bは、アイドルリザーブ、触媒暖機リザーブ及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算出する。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発進性/加速性を考慮して意図的に点火遅角状態からの点火進角による即応性を向上させる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。また、これら各々のリザーブトルクは、エンジン回転数、エンジン負荷及び水温等のエンジンの運転状態に応じて設定される。
 さらに、目標トルク算出部21b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及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もよい。この遅角補正量(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。
 制御部20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遅角量として算出する。制御部20は、算出したMBT遅角量及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る。目標トルク算出部21b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遅角量及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、目標トルク算出部21bは、そのマップを参照して、MBT遅角量及び目標ラムダに応じたトルク効率を算出する。
 なお、上記したMBT点火時期、ベース点火時期及び目標ラムダの各々は、エンジン回転数、エンジン負荷及び水温等のエンジンの運転状態に応じて、制御部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、制御部20により実行される。本実施形態に係るECU10aは、点火駆動IC12から出力される駆動電流又は電圧を検出する検出回路を備えている。そして、制御部20は、その検出回路による検出値を用いて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。
 なお、ここで採用した、機関要求トルクの算出方法は、一例に過ぎない。本開示は、これに限定されない。つまり、機関要求トルクの算出方法は、特に限定されない。
 図に示すように、駆動信号出力部22は、要求吸気流量算出部22aと要求噴射量算出部22bなどを備えている。駆動信号出力部22は、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目標制御量を算出し、算出した目標制御量に応じて各IC12~14に各種指令信号を出力することで、各アクチュエータ50、60などに駆動信号を出力する。
 例えば、要求吸気流量算出部22aは、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要求吸気流量を算出し、算出した要求吸気流量に応じて電子スロットル駆動IC14に指令信号を出力する。このようにして、要求吸気流量算出部22aは、電子スロットル60に駆動信号を出力する。また、要求噴射量算出部22bは、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要求空燃比を算出し、算出した要求空燃比と吸気流量から算出した要求噴射量に応じて燃料噴射弁駆動IC13に指令信号を出力する。このようにして、要求噴射量算出部22bは、インジェクタ50に駆動信号を出力する。なお、駆動信号出力部22は、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要求点火時期を算出し、算出した要求点火時期に応じて点火駆動IC12に指令信号を出力する。
 次に、監視部30に関して説明する。監視部30は、エンジンに要求されている要求トルクと、エンジンの実トルクの推定値である推定トルクとを用いて、トルク異常状態であるか否かのトルク監視を行う。このように、ECU10aは、制御部20と監視部30とを備えた内燃機関制御システムを提供する。
 要求トルクは、エンジンに要求されているトルクのことであり、制御部20の要求トルク算出部21により算出される要求トルクと同義である。但し、監視部30で算出される要求トルクは、トルク異常の監視に用いられる値である。一方、制御部20で算出される要求トルクは、エンジン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、監視用の要求トルクと制御用の要求トルクは、用途が異なる。また、監視用の要求トルクと制御用の要求トルクは、メモリ11mの記憶領域のうち異なる領域に記憶されたプログラムによって演算された値である。
 監視部30は、図1に示すように、入力保障部31、トルク監視部32としての機能を有している。入力保障部31は、図2に示すように、噴射量変換部31a、燃焼判定部31bとしての機能を有している。
 入力保障部31は、入力処理回路11b及び第1通信部11c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する。入力保障部31は、異常であれば、データ修復、データ再取得、データ廃棄等を実行する。これにより、監視部30は、異常データを用いて各種算出を行うことを回避できる。つまり、入力保障部31は、監視部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。ここでのチェックは、上記と同様に、パリティチェックなどを採用できる。
 また、入力保障部31は、燃料噴射弁駆動IC13の駆動信号が入力され、この駆動信号が正常であることをチェックする。そして、入力保障部31は、トルク監視部32によるトルク監視が正常に行われているか否かを診断する。
 噴射量変換部31aは、エンジンへの燃料の噴射量(以下、燃料噴射量)を算出するために、インジェクタ50に対する駆動信号(噴射時間)を燃料噴射弁駆動IC13から取得する。噴射量変換部31aは、吸気流量を算出するために、クランクセンサ42からのセンサ信号に基づきエンジン回転数を取得する。つまり、噴射量変換部31aは、インジェクタ50に対する駆動信号(噴射時間)に基づき燃料噴射量を演算し、さらにクランクセンサ42からのセンサ信号に基づきエンジン回転数を演算する。噴射量変換部31aは、インジェクタ50に対する駆動信号とエンジン回転数とを用いて、吸気流量の推定値である推定吸気流量を取得(推定)する。推定吸気流量は、推定空気流量に相当する。
 まず、噴射量変換部31aは、取得した駆動信号を用いて、燃料噴射量を取得する。つまり、噴射量変換部31aは、取得した駆動信号とエンジン回転数とに相関した吸気流量を取得する。例えば、エンジン回転数と燃料噴射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、噴射量変換部31aは、このマップを参照して、燃料噴射量及びエンジン回転数に応じた吸気流量を取得する。言い換えると、噴射量変換部31aは、駆動信号を燃料噴射量に変換する。また、噴射量変換部31aは、燃料噴射量と、エンジン回転数とを用いて吸気流量を取得するとも言える。このように、監視部30は、燃料噴射量とエンジン回転数がわかれば、単位時間あたり/単位気筒あたりの吸気流量が概算できる。
 燃焼判定部31bは、制御部20での燃焼状態がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する。これは、後程説明する推定トルクを燃焼状態毎に算出するためである。燃焼判定部31bは、入力保障部31で保障された信号を用いて、制御部20で実施されている燃焼状態を判定すると好ましい。これによって、燃焼判定部31bは、適切に燃焼状態を判定することができる。
 また、入力保障部31で保障された信号としては、エンジンの燃焼に寄与する物理量を計測するセンサからのセンサ信号や、エンジンの燃焼に寄与する物理量を制御するアクチュエータへの駆動信号があげられる。よって、燃焼判定部31bは、入力保障部31で保障されたセンサ信号、及び入力保障部31で保障されたアクチュエータへの駆動信号の少なくとも一方に基づいて、リーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定すると好ましい、と言える。なお、燃焼判定部31bは、エンジンの燃焼に寄与する物理量を計測するセンサからのセンサ信号や、制御部20からアクチュエータへの駆動信号を取得可能に構成されている。
 さらに、アクチュエータへの駆動信号としては、インジェクタ50の駆動信号をあげることができる。一方、センサ信号としては、エンジンの気筒に供給される吸気流量と相関する流量信号をあげることができる。この場合、燃焼判定部31bは、噴射量変換部31aで算出された燃料噴射量を取得する。そして、燃焼判定部31bは、燃料噴射量と流量信号の関係から、リーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する。なお、噴射量変換部31aは、燃焼状態判定部に含まれる。
 本実施形態では、吸気流量と相関する流量信号として、センサとしてのエアフロセンサ43から出力されたセンサ信号を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されない。流量信号は、エアフロセンサ43、吸気圧センサ、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ41における少なくとも一つから出力されたセンサ信号であれば採用できる。なお、この点は、適宜、後程説明する実施形態にも適用できる。
 また、本実施形態では、一例として、燃料噴射量と流量信号の関係から、リーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する例を採用した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、監視部30が、制御部20による燃焼状態がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定できればよい。
 図1、図2に示すように、トルク監視部32は、要求トルク算出部32a、推定トルク算出部32b、トルク異常判定部32c及び電子スロットルカット制御部32dとしての機能を有している。なお、図1では、図2で簡略化している部分に関して中心に図示している。逆に、図2では、図1で簡略化している部分に関して中心に図示している。
 トルク異常判定部32cは、要求トルク算出部32aにより算出された機関要求トルクと、推定トルク算出部32b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、電子スロットルカット制御部32dは、電子スロットルカット部16bと同様にして、電子スロットル駆動IC14へ電子スロットルカットを指令する信号などを出力して、エンジンへの吸気量を制限する。なお、トルク監視部32は、トルク異常状態であると判定された場合、例えば燃料噴射弁駆動IC13への通電をカットしてもよい。つまり、トルク監視部32は、燃料噴射弁駆動IC13への通電をカットするなどして、エンジンへの燃料噴射量を制限する。この吸気量の制限及び噴射量の制限は、トルク異常状態によって不具合が生じることを回避するための回避処置とも言える。
 なお、トルク異常判定部32cは、トルク異常状態であると判定した場合、通知部70を介して、警告表示や警告音を発生させてもよい。この場合、トルク異常判定部32cは、第2通信部15を介して通知部70に、警告表示や警告音の発生指示を行う。しかしながら、本開示は、警告表示や警告音を発生させなくても目的を達成できる。
 要求トルク算出部32aは、例えば、触媒暖機要求トルク及びアイドル要求トルクと、ドライバ要求トルクと、外部要求トルクとを加算して機関要求トルクを算出する。要求トルク算出部32aは、入力処理回路11b及び第1通信部11c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に基づき機関要求トルクを算出する。
 この場合、要求トルク算出部32aは、触媒暖機目標回転数及びアクセル開度に基づき、触媒暖機要求トルクを算出する。エンジン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、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及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、監視部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る。一方、制御部20で算出される触媒暖機リザーブトルクは、エンジン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に記憶されたプログラムによって演算された値である。
 なお、本実施形態では、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及びアクセル開度を記載しているが、他の変数として、水温、ドライバ要求トルク、エンジン回転数及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。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。
 要求トルク算出部32aは、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、要求トルク算出部32aは、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。さらに、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、特に吸気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。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。
 要求トルク算出部32aは、アイドル目標回転数及び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。エンジン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、要求トルク算出部32a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及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、監視部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る。一方、制御部20で算出されるアイドルリザーブトルクは、エンジン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に記憶されたプログラムによって演算された値である。
 なお、本実施形態では、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及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、大気圧及び吸気充填効率が挙げられる。要求トルク算出部32aは、これらの変数の少なくとも1つを用いてアイドル要求トルクを算出する。
 要求トルク算出部32aは、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、要求トルク算出部32aは、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。さらに、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、特に吸気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。
 なお、要求トルク算出部32aによる機関要求トルクの算出方法は、上記一例を採用することができるが、これに限定されない。
 推定トルク算出部32bは、噴射量ベース推定トルク算出部32b1と、吸気量ベース推定トルク算出部32b2とを含んでいる。以下においては、噴射量ベース推定トルク算出部32b1を噴射量ベース算出部、吸気量ベース推定トルク算出部32b2を吸気量ベース算出部と簡略化して記載する。
 推定トルクは、リーンバーン燃焼時は燃料噴射量と相関関係があり、ストイキ燃焼時は吸気流量と相関関係がある。そこで、推定トルク算出部32bは、噴射量変換部31aで得られた燃料噴射量をベースに推定トルクを算出する噴射量ベース算出部32b1と、エアフロセンサ43から得られた吸気量をベースに推定トルクを算出する吸気量ベース算出部32b2とを含んでいる。
 噴射量ベース算出部32b1は、例えば、燃料噴射量とクランクセンサ42からのセンサ信号とに基づいて、リーンバーン燃焼時用の推定トルクを算出する。一方、吸気量ベース算出部32b2は、例えば、吸気量とクランクセンサ42からのセンサ信号とに基づいて、ストイキ燃焼時用の推定トルクを算出する。
 このように、推定トルク算出部32bは、燃焼判定部31bで判定した各燃焼状態に応じて推定トルクを算出する。つまり、推定トルク算出部32bは、燃焼状態毎に異なる参照パラメータであり、各燃焼状態に最適な参照パラメータを用いて推定トルクを算出する。さらに、推定トルク算出部32bは、燃焼状態毎に、推定トルクの算出に用いる参照パラメータを変更する、とも言える。
 噴射量ベース算出部32b1は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいたリーン最大推定トルクに噴射時期、燃料圧力、噴射段数、吸気量と燃料量の比率から求まるトルク効率を乗算した値を、ロストルクを考慮しないリーン推定トルクとして算出する。噴射量ベース算出部32b1は、算出した推定トルクから、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。噴射量ベース算出部32b1は、入力処理回路11b及び第1通信部11cから取得したクランクセンサ42やエアフロセンサ43などの各種信号であって、入力保障部31により保障された信号に基づき、エンジンが実際に出力している駆動トルクを推定する。
 この場合、噴射量ベース算出部32b1は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づき、噴射時期、燃料圧力、噴射段数、吸気量と燃料量の比率といった条件の中でリーン最大トルクを推定し、噴射時期、燃料圧力、噴射段数、吸気量と燃料量の比率に応じたリーントルク効率にする。リーン最大トルクは、噴射時期は進角過ぎても遅角過ぎても小さな値となり、噴射段数は多いほど、吸気量と燃料量の比率が小さいほど大きな値が算出される。例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量と最大トルクとの相関を表すマップをメモリ11mにあらかじめ記憶させておき、噴射量ベース算出部32b1は、このマップを参照して、エンジン回転数及び燃料噴射量に応じたリーン最大トルクを算出する。
 吸気量ベース算出部32b2は、MBT推定トルクに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算出する。吸気量ベース算出部32b2は、算出した推定トルクから、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。吸気量ベース算出部32b2は、入力処理回路11b及び第1通信部11cから取得したクランクセンサ42やエアフロセンサ43などの各種信号であって、入力保障部31により保障された信号に基づき、エンジンが実際に出力している駆動トルクを推定する。
 この場合、吸気量ベース算出部32b2は、吸気充填効率及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エンジンの実際の駆動トルク(MBT推定トルク)を推定する。MBT推定トルクは、エンジン回転数が高回転数であるほど、また、吸気充填効率が大きいほど大きい値が算出される。例えば、エンジン回転数及び吸気充填効率と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、吸気量ベース算出部32b2は、このマップを参照して、エンジン回転数及び吸気充填効率に応じたMBT推定トルクを算出する。
 また、吸気量ベース算出部32b2は、吸気充填効率及びエンジン回転数に基づきMBT点火時期を算出する。吸気量ベース算出部32b2は、吸気充填効率及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点火時期及びベース点火時期は、MBT推定トルクの算出と同様に、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。
 また、吸気量ベース算出部32b2は、MBT点火時期からベース点火時期を減算した値を、ベース遅角量として演算する。そして、吸気量ベース算出部32b2は、ベース遅角量に基づきトルク効率を算出する。但し、吸気量ベース算出部32b2は、ノック学習量が予め設定しておいた所定量又はゼロとみなしてトルク効率を算出する。
 また、噴射量ベース算出部32b1と吸気量ベース算出部32b2は、エンジン回転数及び水温に基づき、ポンプロス及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それぞれ算出する。例えば、エンジン回転数及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、噴射量ベース算出部32b1と吸気量ベース算出部32b2は、このマップを参照して、エンジン回転数及び水温に応じたロストルクを算出し、燃焼判定部31bの判定に基づき、切り替える。なお、噴射量ベース算出部32b1と吸気量ベース算出部32b2による駆動トルクの推定方法は、上記一例を採用することができるが、これに限定されない。
 また、トルク異常判定部32cは、燃焼判定部31bで判定された燃焼状態に応じて、噴射量ベース算出部32b1で算出された推定トルクあるいは吸気量ベース算出部32b2で算出された推定トルクを用いてトルク監視を行う。つまり、燃焼判定部31bでリーンバーン燃焼と判定された場合、トルク異常判定部32cは、噴射量ベース算出部32b1で算出された推定トルクを用いてトルク監視を行う。一方、燃焼判定部31bでストイキ燃焼と判定された場合、トルク異常判定部32cは、吸気量ベース算出部32b2で算出された推定トルクを用いてトルク監視を行う。
 ここで、図3を用いて、監視部30の処理動作に関して説明する。監視部30は、所定時間毎に図3のフローチャートに示す処理を実行する。
 ステップS10aでは、吸気量と燃料噴射量を算出する(燃焼状態判定部)。燃焼判定部31bは、エアフロセンサ43より出力されるセンサ信号に基づき吸気量を算出する。これは、燃焼状態を判定するためである。また、噴射量変換部31aは、燃料噴射量を算出する。そして、燃焼判定部31bは、噴射量変換部31aから燃料噴射量を取得する。これは、インジェクタ50による燃料噴射をカットしている状況(燃料カット時)であるか否かを判定するため、及び燃焼状態を判定するためである。
 ステップS10bでは、噴射量>所定値であるか否かを判定する(燃焼状態判定部)。燃焼判定部31bは、制御部20によって、インジェクタ50からエンジンへの燃料噴射が停止されているか(燃料カット時であるか)否かを確認するために、ステップS10aで算出した燃料噴射量と所定値を比較して噴射量>所定値であるか否かを判定する。
 ここでの所定値は、燃料噴射量から、インジェクタ50による燃料噴射が行われているか否かを判定できる値である。燃焼判定部31bは、噴射量>所定値であると判定した場合は燃料カット時でないとみなしてステップS10cへ進み、噴射量>所定値であると判定しなかった場合は燃料カット時であるとみなして図3の処理を終了する。
 燃焼判定部31bは、燃料カット時でないことを確認して、ステップS10cに移行する。言い換えると、燃焼判定部31bは、燃料カット時でないことを確認して、リーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する。なお、本開示は、ステップS10bを実施しなくてもよい。
 なお、燃焼判定部31bは、燃料カット時、リーンバーン燃焼と誤判定してしまう可能性がある。そこで、燃焼判定部31bは、燃料カット時であるとみなした場合、前回の判定結果をホールドし、後程説明する推定トルクの算出を切り替えないようにしてもよい。
 ステップS10cでは、吸気量≫燃料噴射量であるか否かを判定する(燃焼状態判定部)。燃焼判定部31bは、制御部20による燃焼状態がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを確認するために、ステップS10aで算出した吸気量と燃料噴射量とを比較して、吸気量≫燃料噴射量であるか否かを判定する。つまり、燃焼判定部31bは、吸気量が燃料噴射量よりも非常に多いか否かを判定する。
 ところで、制御部20は、リーンバーン燃焼時、ロストルクを減らすために吸気量を増やしている。このため、燃焼判定部31bは、吸気量≫燃料噴射量であると判定した場合はステップS12へ進み、吸気量≫燃料噴射量であると判定しなかった場合はステップS16へ進む。
 そして、ステップS12では、燃焼判定部31bは、リーンバーン燃焼と判定する(燃焼状態判定部)。一方、ステップS16では、燃焼判定部31bは、ストイキ燃焼と判定する(燃焼状態判定部)。
 ステップS14では、リーンバーン用パラメータで推定トルクを算出する(算出部)。噴射量ベース算出部32b1は、上記のように、噴射量変換部31aで得られた燃料噴射量をベースに推定トルクを算出する。
 ステップS18では、ストイキ用パラメータで推定トルクを算出する(算出部)。吸気量ベース算出部32b2は、上記のように、エアフロセンサ43のセンサ信号から得られた吸気量をベースに推定トルクを算出する。
 なお、監視部30は、エアフロセンサ43が異常と診断した場合、通知部70を介して、警告表示や警告音を発生させてもよい。この場合、監視部30は、第2通信部15を介して通知部70に、警告表示や警告音の発生指示を行う。しかしながら、本開示は、警告表示や警告音を発生させなくても目的を達成できる。
 以上のように、ECU10aは、制御部20での各燃焼状態に応じた正しい推定トルクを算出できる。このため、ECU10aは、トルク監視を正しく行うことができる。
 詳述すると、推定トルクは、リーンバーン燃焼時は噴射量と相関関係があり、ストイキ燃焼時は吸気量と相関関係がある。そこで、ECU10aは、燃焼判定部31bがリーンバーン燃焼と判定すると、噴射量ベース算出部32b1が燃料噴射量をベースに推定トルクを算出する。また、ECU10aは、燃焼判定部31bがストイキ燃焼と判定すると、吸気量ベース算出部32b2が吸気量をベースに推定トルクを算出する。よって、ECU10aは、制御部20での各燃焼状態に応じた正しい推定トルクを算出できる。
 また、ECU10aは、リーンバーン燃焼と判定された場合、噴射量ベース算出部32b1で算出された推定トルクを用いてトルク監視を行い、ストイキ燃焼と判定された場合、吸気量ベース算出部32b2で算出された推定トルクを用いてトルク監視を行う。このように、ECU10aは、各燃焼状態に応じた正しい推定トルクを用いてトルク監視を行うため、正しくトルク監視を行うことができる。
 さらに、ECU10aは、監視部30の入力保障部31で保障されたセンサ信号や駆動信号を用いて、リーンバーン燃焼かストイキ燃焼かを判定する。このため、ECU10aは、保障されていない信号を用いる場合よりも、リーンバーン燃焼かストイキ燃焼かを正しく判定することができる。
 ところで、トルク監視のための燃焼状態の判定を監視部30にて保障するためには、そもそも制御部20のソフトウェア全体にも安全設計における保障が必要になる。また、この制御部20の保障を行うには、監視の負荷が高く、ソフト設計者の設計コストも高コストなシステムとなってしまう可能性がある。
 しかしながら、ECU10aは、監視部30の入力保障部31で保障されたセンサ信号や駆動信号を用いて、リーンバーン燃焼かストイキ燃焼かを判定するため、上記のような制御部20の保障を要することなく、燃焼状態を判定することができる。つまり、ECU10aは、上記のような制御部20の保障を要することなく、トルク監視を正しく行うことができる。
 なお、リーンバーン燃焼を取り込むことで課題となるNOx対策として、NOx吸蔵還元触媒(LNT:Lean NOx Trap)が導入されることがある。そして、LNTの浄化能力を維持するために実施されるリッチパージ制御は、リッチ失火を回避するためにストイキ燃焼で実行される。このため、本開示は、上記の燃焼状態の判定方法によって、推定トルクを正しく参照できる。つまり、本開示は、リッチパージ制御時の推定トルクずれに対する課題も同時に解決できる。
 以上、本開示の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、上記実施形態に何ら制限されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本開示のその他の形態として、第2実施形態~第4実施形態に関して説明する。上記実施形態及び第2実施形態~第4実施形態は、夫々単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
 (第2実施形態)
 図4を用いて、第2実施形態におけるECU10bに関して説明する。ECU10bは、ECU10aと同様の個所が多いため、ECU10aと異なる点を中心に説明する。ECU10bは、燃圧センサ44からのセンサ信号を用いる点がECU10aと異なる。
 なお、ECU10bにおけるECU10aと同様の箇所には、ECU10aと同じ符号を付与する。よって、ECU10bにおけるECU10aと同じ符号の構成要素は、上記実施形態を参照して適用することができる。
 図4に示すように、監視部30は、噴射量変換部31aに燃圧センサ44が電気的に接続されている。噴射量変換部31aは、入力保障部31によって正常であることが保障された、燃圧センサ44からのセンサ信号を用いると好ましい。
 燃圧センサ44は、インジェクタ50に供給する燃料を高圧の状態で蓄える蓄圧部の燃料圧力(燃圧)に応じたセンサ信号を出力する。監視部30は、インジェクタ50の駆動信号と燃圧センサ44のセンサ信号から得られる燃料圧力を用いて、吸気量を算出する。詳述すると、噴射量変換部31aは、燃料圧力と噴射時間がわかれば、単位時間あたり/単位気筒あたりの燃料噴射量が概算できる。
 本実施形態は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態の監視部30は、インジェクタ50の駆動信号に加えて、燃圧センサ44からのセンサ信号を用いるため、上記実施形態よりも、燃料噴射量の精度を向上することができる。
 (第3実施形態)
 図5、図6を用いて、第3実施形態のECU10cに関して説明する。ECU10cは、ECU10aと同様の個所が多いため、ECU10aと異なる点を中心に説明する。ECU10cは、燃焼状態の判定方法がECU10aと異なる。
 なお、ECU10cにおけるECU10aと同様の箇所には、ECU10aと同じ符号を付与する。よって、ECU10cにおけるECU10aと同じ符号の構成要素は、上記実施形態を参照して適用することができる。また、本実施形態では、上記実施形態の処理に対して、上記実施形態と同じステップ番号を付与している。燃焼判定部31bは、上記実施形態と燃焼状態の判定方法が異なるが便宜的に上記実施形態と同じ符号を採用している。
 図5に示すように、監視部30は、噴射時期算出部31cを備えている。また、監視部30は、カムセンサ45、クランクセンサ42、及び燃料噴射弁駆動IC13が噴射量変換部31aと電気的に接続されている。よって、噴射量変換部31aは、インジェクタ50を駆動するための駆動信号と、カムセンサ45及びクランクセンサ42からのセンサ信号を取得可能に構成されている。噴射時期算出部31cは、入力保障部31によって正常であることが保障された信号が入力されると好ましい。
 なお、カムセンサ45は、カム軸の回転に応じてパルス状のセンサ信号を出力する。カムセンサ45は、エンジンのカム軸の回転位置に応じたセンサ信号としてのクランク角信号を出力するとも言える。
 噴射時期算出部31cは、入力保障部31に含まれる。噴射時期算出部31cは、インジェクタ50による燃料の噴射時期、及び噴射時期と圧縮行程上死点(以下、TDC)の位置関係を算出する。噴射時期算出部31cは、インジェクタ50を駆動するための駆動信号とカム角信号とクランク角信号からエンジンへの燃料の噴射時期とエンジンのTDCの位置関係を算出する。つまり、噴射時期算出部31cは、燃料の噴射時期を算出するとともに、算出した燃料の噴射時期とTDCとの位置関係を求める。なお、噴射時期算出部31cは、燃焼状態判定部に含まれる。
 ところで、通常、リーンバーン燃焼では、TDC(圧縮行程上死点)の直前又は前後で噴射を実施している。一方、ストイキ燃焼では、燃焼効率のため、あまり遅角側(TDC付近)では噴射を実施していない。このため、燃焼状態がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかは、噴射時期によっても判定することができる。
 そこで、燃焼判定部31bは、噴射時期がTDCの直前又は前後の場合にリーンバーン燃焼と判定し、噴射時期がTDCの直前又は前後でない場合にストイキ燃焼と判定する。このように、燃焼判定部31bは、エンジンへの燃料の噴射時期とエンジンのTDCとの位置関係からリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定することができる。本開示は、噴射時期算出部31cがエンジンへの燃料の噴射時期を算出し、燃焼判定部31bが燃料の噴射時期とエンジンのTDCとの位置関係を求めるようにしてもよい。
 なお、ストイキ燃焼の場合は、TDC付近でも噴射する分割噴射を実施している場合がある。しかしながら、この場合は、ストイキ燃焼と識別する。つまり、本開示では、TDC付近でのみの噴射時期か否かで、リーンバーン燃焼かストイキ燃焼かを識別する。つまり、燃焼判定部31bは、噴射時期がTDC付近のみの場合にリーンバーン燃焼と判定、燃焼判定部31bは、噴射時期がTDC付近でない場合にストイキ燃焼と判定する。TDC付近は、TDCの直前又はTDCの前後を意味している。
 ここで、図6を用いて、監視部30の処理動作に関して説明する。監視部30は、所定時間毎に図6のフローチャートに示す処理を実行する。
 ステップS10dでは、燃料の噴射時期を算出する(燃焼状態判定部)。噴射時期算出部31cは、上記のように燃料の噴射時期を算出する。また、噴射時期算出部31cは、算出した燃料の噴射時期とTDCとの位置関係を求める。
 ステップS10eでは、噴射時期がTDC付近のみか否かを判定する(燃焼状態判定部)。燃焼判定部31bは、噴射時期がTDC付近のみか否かを判定することで、燃焼状態がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する。燃焼判定部31bは、噴射時期がTDC付近のみと判定した場合はステップS12へ進み、噴射時期がTDC付近のみと判定しなかった場合はステップS16へ進む。
 ECU10cは、燃焼状態の判定方法がECU10aと異なるものの、ECU10aと同様の効果を奏することができる。
 (第4実施形態)
 図7を用いて、第4実施形態のECUに関して説明する。本実施形態のECUは、ECU10aと同様の個所が多いため、ECU10aと異なる点を中心に説明する。第4実施形態のECUは、燃焼状態に応じて、回避処置を変更する点が上記実施形態と異なる。なお、本実施形態では、便宜的に、第1実施形態と同様の符号を採用する。
 監視部30は、所定時間毎に図7のフローチャートに示す処理を実行する。
 ステップS20では、燃焼状態の判定結果を確認する。監視部30は、燃焼判定部31bの判定結果を確認して、判定結果がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する。これは、燃焼状態に応じて回避処置を変更するためである。監視部30は、燃焼判定部31bの判定結果がリーンバーン燃焼であると判定した場合はステップS22へ進み、ストイキ燃焼であると判定した場合はステップS26へ進む。
 ステップS22では、トルク異常であるか否かを判定する。トルク異常判定部32cは、上記のようにトルク異常状態であるか否かを判定する。監視部30は、トルク異常判定部32cでトルク異常状態と判定した場合はステップS24へ進み、トルク異常判定部32cでトルク異常状態と判定しなかった場合は図7の処理を終了する。
 ステップS24では、噴射量を制限する(噴射量制限部)。監視部30は、燃料噴射弁駆動IC13への通電をカットするなどして、エンジンへの燃料噴射量を制限する。なお、この場合、監視部30は、トルク異常判定部32cでトルク異常状態であると判定した時点、又は、トルク異常状態と判定している期間において噴射量を制限する。
 ステップS26では、ステップS22と同様に、トルク異常であるか否かを判定する。監視部30は、トルク異常判定部32cでトルク異常状態と判定した場合はステップS28へ進み、トルク異常判定部32cでトルク異常状態と判定しなかった場合は図7の処理を終了する。
 ステップS28では、吸気量を制限する(吸気量制限部)。監視部30は、電子スロットル駆動IC14へ電子スロットルカットを指令する信号などを出力して、エンジンへの吸気量を制限する。なお、この場合、監視部30は、トルク異常判定部32cでトルク異常状態であると判定した時点、又は、トルク異常状態と判定している期間において吸気量を制限する。
 ところで、従来技術ではないが、内燃機関制御システムでは、噴射関係の異常を検出した場合、リーンバーン用のトルクモニタにて異常を検出しても噴射カットしてしまうとエンストに至ってしまう。このため、所定のエンジン回転数以上では、燃料噴射弁駆動ICの通電カットにより燃料噴射を強制停止させる。しかしながら、エンジン回転数が低回転では、成り行き制御にて退避走行させることが考えられる。
 しかしながら、内燃機関制御システムでは、ストイキ燃焼が実現できる状況で、リーンバーン燃焼ができないために燃料噴射を強制停止してしまうと、二度と復帰できなくなってしまい、エンストするしかなくなる。燃料噴射を強制停止させてエンストさせることも安全対策の一つと考えることもできる。しかしながら、車両は、環境状況などによっては退避走行できないと逆に好ましくない場合もある。例えば、極寒地などを走行している車両は、退避走行できないことが好ましくない。このため、内燃機関制御システムでは、異常判定時のみ、もしくはエンジン回転数及び吸気流量が所定量以上の運転領域のみ燃料噴射の強制停止を実施し、それ以外では、復帰させたいケースも存在する。
 上記のように、監視部30は、ストイキ燃焼中のトルク異常状態の場合、電子スロットル駆動IC14の通電カットを行うが、燃料噴射弁駆動IC13と同様に復帰させたいケースも存在する。このため、監視部30は、トルク異常状態と判定している間のみ、電子スロットル駆動IC14の通電カットを行うことも可能とすることで、退避走行性能も確保することができる。例えば、監視部30は、許容閾値までは電子スロットル駆動IC14の動作を許可し、それ以上では電子スロットル駆動IC14の通電カットを行うなどが考えられる。
 本実施形態のECUは、ECU10aと同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態のECUは、制御部20による各燃焼状態に応じて、回避処置を変更するので、各燃焼状態に適した回避処置を行うことができる。なお、本実施形態は、第1~第3実施形態にも適用できる。
 上述の内燃機関制御システムは、ドライバが要求する内燃機関の駆動トルクに応じて内燃機関の燃焼状態を制御するものであり、少なくとも燃焼状態をリーンバーン燃焼とストイキ燃焼とで切り替える切替制御を行う制御部20を、備える。上述の内燃機関制御システムは更に、内燃機関に要求されている要求トルクと、内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクとを用いて、要求トルク及び発生トルクの異常を判定するトルク監視を行う監視部30と、を備える。監視部は、制御部での燃焼状態がリーンバーン燃焼であるかストイキ燃焼であるかを判定する燃焼状態判定部S10a~S10e、S12、S16を、備える。監視部は、燃焼状態判定部で判定した各燃焼状態に応じて推定トルクを算出する算出部S14、S18を更に備える。
 これによって、上記構成は、制御部での各燃焼状態に応じた正しい推定トルクを算出できる。このため、上記構成は、燃焼状態をリーンバーン燃焼とストイキ燃焼とで切り替える切替制御を行うものであっても、トルク監視を正しく行うことができる。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (8)

  1.  ドライバが要求する内燃機関の駆動トルクに応じて前記内燃機関の燃焼状態を制御するものであり、少なくとも前記燃焼状態をリーンバーン燃焼とストイキ燃焼とで切り替える切替制御を行う制御部(20)と、
     前記内燃機関に要求されている要求トルクと、前記内燃機関の実トルクの推定値である推定トルクとを用いて、前記要求トルク及び発生トルクの異常を判定するトルク監視を行う監視部(30)と、を備え、
     前記監視部は、
     前記制御部での前記燃焼状態が前記リーンバーン燃焼であるか前記ストイキ燃焼であるかを判定する燃焼状態判定部(S10a~S10e、S12、S16)と、
     前記燃焼状態判定部で判定した各燃焼状態に応じて前記推定トルクを算出する算出部(S14、S18)と、を備えている内燃機関制御システム。
  2.  前記燃焼状態判定部は、前記監視部内で保障された、前記内燃機関の燃焼に寄与する物理量を計測するセンサからのセンサ信号、及び、前記監視部内で保障された、前記内燃機関の燃焼に寄与する物理量を制御するアクチュエータを駆動するための駆動信号の少なくとも一方に基づいて、前記リーンバーン燃焼であるか前記ストイキ燃焼であるかを判定する請求項1に記載の内燃機関制御システム。
  3.  前記制御部は、少なくとも燃料噴射装置を駆動制御しつつ、前記燃焼状態を制御するものであり、
     前記燃焼状態判定部は、前記駆動信号として、前記燃料噴射装置を駆動するための噴射駆動信号を取得して、前記噴射駆動信号に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射量を算出し、且つ、前記センサ信号として、前記内燃機関の気筒に供給される空気流量と相関する流量信号を取得し、前記燃料噴射量と前記流量信号の関係から、前記リーンバーン燃焼であるか前記ストイキ燃焼であるかを判定する請求項2に記載の内燃機関制御システム。
  4.  前記燃焼状態判定部は、さらに、前記燃料噴射装置に供給する燃料を高圧の状態で蓄える蓄圧部の燃料圧力を取得し、前記噴射駆動信号と前記燃料圧力に基づいて前記燃料噴射量を算出する請求項3に記載の内燃機関制御システム。
  5.  前記流量信号は、前記センサとしての、エアフロメータ、吸気圧センサ、スロットル開度センサ、アクセル開度センサにおける少なくとも一つから出力された前記センサ信号である請求項3又は4に記載の内燃機関制御システム。
  6.  前記燃焼状態判定部は、前記駆動信号として燃料噴射装置の噴射駆動信号を取得し、且つ、前記センサ信号として前記内燃機関のカム軸の回転位置に応じたカム角信号及び前記内燃機関のクランク軸の回転位置に応じてクランク角信号を取得し、前記噴射駆動信号と前記カム角信号と前記クランク角信号から前記内燃機関への燃料の噴射時期と前記内燃機関の圧縮行程上死点の位置関係を算出し、前記位置関係から前記リーンバーン燃焼であるか前記ストイキ燃焼であるかを判定する請求項2に記載の内燃機関制御システム。
  7.  前記監視部は、前記燃焼状態判定部にて前記リーンバーン燃焼であると判定されている状態で、前記トルク監視にて異常であると判定すると、前記内燃機関への燃料の噴射量を制限する噴射量制限部(S24)を、さらに備えている請求項1乃至6のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
  8.  前記監視部は、前記燃焼状態判定部にて前記ストイキ燃焼であると判定されている状態
    で、前記トルク監視にて異常であると判定すると、前記内燃機関への空気の吸気量を制限する吸気量制限部(S28)を、さらに備えている請求項1乃至7のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
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