JP4120495B2 - アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のアイドル運転時に該内燃機関のエンジン回転速度を安定させるために該内燃機関の吸気量を調節する、アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両等の内燃機関(以下、エンジンともいう)において、内燃機関が無負荷状態(内部負荷のみ)で空転するアイドル運転時に、エンジン回転速度を安定させるアイドル速度制御では、スロットル弁やバイパス弁(例えばISC弁)を動かして内燃機関への吸入空気量を調整する。この際、エンジン回転速度の偏差ΔNeに比例したP補正と、エンジン回転速度の変化率dNeに比例したD補正と、偏差ΔNeの積分値に比例したI補正と、を組み合わせるPID制御が一般的に用いられている。このPID制御は、以下の基本式を用いて、スロットル開度補正量を算出している。
【0003】
スロットル開度補正量=Kp×ΔNe+Kd×dNe+Ki×Σ(ΔNe)
ここで、比例ゲインKp,微分ゲインKd,積分ゲインKiは、実機に基づいてチューニングされるものである。
しかし、各ゲインKp,Kd,Kiは、一般に開発時の試行錯誤の末に求められるので最適値が得られにくく、また、負荷条件や大気条件が変わったときにこれらのゲインKp,Kd,Kiの何をどのように変更すべきかが明確でなく、条件に応じたゲイン切換やゲインマップの変更を行なおうとしてもこれらを適切に行なうのは困難であり、アイドル回転速度を安定化させる上での課題になっていた。
【0004】
また、近年、例えば次式に示すように、内燃機関の出力トルクベースでスロットル開度補正量を求める技術が開発されている。
スロットル開度補正量=f(トルク補正量)
但し、f:関数マップ,トルク補正量=Kp×ΔNe+Kd×dNe+Ki×Σ(ΔNe)
しかし、この場合にも、各ゲインKp,Kd,Kiの設定に関しては何ら改善されず、各ゲインKp,Kd,Kiを適切に設定するのは依然として困難である。
【0005】
そこで、内燃機関にかかる外部負荷を検出し、その外部負荷を駆動するために必要な出力トルクをエンジン回転速度とスロットル開度に対応させて記憶しているマップから読出しすることによって目標出力トルクを推定し、この目標出力トルクに基づいて再度上記マップより目標スロットル開度を推定する技術も開発されている(例えば、特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−197828号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1のような技術は、従来からの課題となっているゲイン設定の困難性はないものの、マップに基づいて目標スロットル開度を推定しているため、負荷条件や大気条件が変わったときには、正確な目標スロットル開度を推定することが困難になってしまう。
【0008】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ゲイン設定を容易に且つ適切に行なえるようにして、アイドル回転速度をより確実に安定化できるようにした、アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第1推定手段と、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第2推定手段と、該第1推定手段で推定された上記の現在の出力トルクと該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段と、該目標出力トルク推定手段で推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段と、該パラメータ変換手段で変換された該スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、該目標出力トルク推定手段で推定される該目標出力トルクは、該第1推定手段で推定された現在の出力トルクに、該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【0010】
また、請求項2記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項1記載のものにおいて、該第1推定手段で推定される上記の現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して該内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されることを特徴としている。
【0011】
また、請求項3記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項1又は2記載のものにおいて、該第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
また、請求項4記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項1〜3のいずれか1項に記載のものにおいて、該第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
【0012】
また、請求項5記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項4記載のものにおいて、該復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、該エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力であることを特徴としている。
また、請求項6記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のものにおいて、該第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、該内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
【0013】
また、請求項7記載のアイドル運転時空気量制御装置は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第1推定手段と、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第2推定手段と、該第1推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段と、該目標スロットル開度推定手段で推定された該目標スロットル開度となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、該目標スロットル開度推定手段で推定される該目標スロットル開度は、該第1推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【0014】
また、請求項8記載のアイドル運転時空気量制御方法は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第1ステップと、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第2ステップと、該第1ステップで推定された上記の現在の出力トルクと該第2ステップで推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する第3ステップと、該第3ステップで推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換する第4ステップと、該第4ステップで変換された上記の目標出力トルクに相当するスロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第5ステップとをそなえ、該第3ステップで推定される該目標出力トルクは、該第1ステップで推定された現在の出力トルクに、該第2ステップで推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【0015】
また、請求項9記載のアイドル運転時空気量制御方法は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第1ステップと、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第2ステップと、該第1ステップで推定された上記の現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第2ステップで推定された該出力トルク補正量に相当する該スロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する第3ステップと、該第3ステップで推定された該目標スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第4ステップとをそなえ、該第3ステップで推定される該目標スロットル開度は、該第1ステップで推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第2ステップで推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
【0017】
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明すると、図1,図2は本発明の第1実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を示すもので、図1はその全体構成図、図2はそのフローチャートである。
【0018】
図1に示すように、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、目標エンジン回転速度(目標エンジン回転数)に基づいてアイドル運転されている内燃機関の現時点の吸気量(以下、単に空気量ともいう)に対応する現在の出力トルクを推定する第1推定手段10と、現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応する出力トルク補正量を推定する第2推定手段20と、上記第1推定手段10で推定された現在の出力トルクと上記第2推定手段20で推定された出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段30と、上記目標出力トルクを上記目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段40と、上記スロットル開度に基づいて、内燃機関への吸気量を調整するスロットルバルブのアクチュエータ等からなる吸気量調整機構50を制御する制御手段であるコントローラ60とから構成されている。
【0019】
アイドル運転時には、内燃機関は目標エンジン回転速度に基づいて運転されるが、スロットルによる吸気量調整の過不足(空気量のばらつき)やフリクションのばらつき等によって、実際の内燃機関のエンジン回転速度が目標エンジン回転速度とは異なってしまうことがある。この場合には、実際のエンジン回転速度における内燃機関の内部フリクションに対応した出力トルクを、目標エンジン回転速度に対応した内部フリクションに対抗できる出力トルクに補正する必要がある。
【0020】
したがって、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、アイドル運転時の出力トルクが吸気量に略比例することに基づいて、内燃機関の出力トルクが目標エンジン回転速度に対応した出力トルクとなるように吸気量を調整するようになっている。具体的には、上記目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関の実際(現在)の出力トルクを第1推定手段10で推定し、第2推定手段20において、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量と、エンジン回転速度が変化した際に発生するエンジン回転速度の偏差に反比例した復元力分の比例補正量と、エンジンの回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じた微分補正量とから出力トルク補正量を推定する。
【0021】
そして、これら現在の出力トルクと出力トルク補正量とに基づいて、目標出力トルクを推定して、この目標出力トルクに対応した吸気量となるように吸気量調整機構を制御するのである。
【0022】
なお、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクHPobjは、目標エンジン回転速度Nobjと内燃機関の現在のインマニュホールド圧力Pbとに対応したものとして、例えば、下記式(1)で求められる。
HPobj=f1[Nobj,Pb] ・・・(1)
但し、f1は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。この場合は、インマニュホールド圧力Pbとして目標エンジン回転速度で安定運転するときのインマニュホールド圧力を用いれば、厳密な出力トルクHPobjを算出することができるが、目標エンジン回転速度を安定運転するときのインマニュホールド圧力は計算で求めることができないため、ここでは、現在のインマニュホールド圧力Pbを用いて目標エンジン回転速度に対応した出力トルクHPobjを算出する。なお、このように算出された出力トルクHPobjを用いても実用上問題はないものと考えられる。
【0023】
まず、第1推定手段10について説明すると、第1推定手段10では、現時点の内燃機関の吸気量に対応する現在の出力トルクをスロットルポジションセンサから検出された現在のスロットル開度に基づいて推定する。
このとき、スロットル開度が変化することによってスロットル通過吸気流量が変化しても、その吸気が、吸気管全体を満たすために拡散するため、実際にエンジンに吸入される吸気量にはスロットル通過吸気流量に対して吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた応答遅れが生じる。
【0024】
したがって、この第1推定手段10では、現在の内燃機関の出力トルクが現在のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して、吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして、現在の内燃機関の出力トルクを推定するようになっている。
なお、このとき、第1推定手段10で推定される現時点のスロットル通過吸気流量(推定吸気量)Posは、スロットルポジションセンサで検出されるスロットル開度TPSに対応したものとして、下記式(2)で求められる。
Pos=f2[TPS] ・・・(2)
但し、f2は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。
【0025】
次に、この現時点のスロットル通過吸気流量(推定吸気量)Posに基づいて、第1推定手段10で推定される上記の応答遅れを考慮しない現時点の仮出力トルクXは、下記式(3)で求められる。
X=Pos×τ ・・・(3)
但し、τは180°CA周期(sec)。
【0026】
そして、吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた一次遅れの係数をKANFとすると、第1推定手段10で設定される現在の内燃機関の出力トルクY(n)は、下記式(4)のように、推定吸気量Posに関する一次遅れを考慮して求められる。
Y(n)=KANF・Y(n−1)+(1−KANF)・X ・・・(4)
但し、係数KANFは、吸気管全体容積をVIM、内燃機関の気筒容積をVCYLとすると、下記式(5)で求められる。
KANF=VIM/(VIM+VCYL) ・・・(5)
【0027】
次に、第2推定手段20について説明する。図1に示すように、第2推定手段20は、出力トルク比例補正量推定手段21と、復元力比例補正量推定手段22と、微分補正量推定手段23とをそなえて構成されている。
【0028】
出力トルク比例補正量推定手段21では、上記の目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量ΔPfを算出する。
まず、現在の内燃機関の出力トルクHPeを内燃機関の現時点のエンジン回転速度Neとインマニュホールド圧力Pbとに基づいて、下記式(6)で求める。
HPe=f2[Ne・Pb] ・・・(6)
【0029】
そして、比例補正量ΔPfは、この現在の内燃機関の出力トルクHPeと上記の目標エンジン回転速度に対応した出力トルクHPobjとの偏差として、下記式(7)で求められる。
ΔPf=HPobj−HPe ・・・(7)
【0030】
次に、復元力比例補正量推定手段22では、上記の現時点でのエンジン回転速度Neに基づいて、エンジン回転速度が変化した際に発生する、エンジン回転速度に反比例した復元力ΔPrを推定する。
この復元力ΔPrとは、スロットル開度が一定のとき、エンジン回転速度が低下すれば、内燃機関のシリンダに吸入される1周期当たりの吸気量が増大し、これに伴ってエンジン回転速度が上昇する特性、及び、スロットル開度が一定のとき、エンジン回転速度が上昇すれば、内燃機関のシリンダに吸入される1周期当たりの吸気量が減少し、これに伴ってエンジン回転速度が低下する特性によって、エンジン回転速度が変化してもエンジン回転速度の偏差に反比例してエンジン回転速度が復元する、その復元分を比例補正量としてあらわしたものである。
【0031】
なお、ここでは、この復元力ΔPrが、エンジン回転速度が変化すれば、すぐに発生するものであると仮定して、応答遅れのない復元力ΔPrが推定される。そのため、復元力比例補正量推定手段22において推定される復元力ΔPrは、下記式(8)で求められる。
ΔPr=(Nobj−Ne)/Ne×HPojb ・・・(8)
【0032】
次に、微分補正量推定手段23では、エンジン回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じて微分補正量ΔDを推定する。この内燃機関の内部のイナーシャは、内燃機関に固有のものであり、予め算出されるものである。
ここでは、まず、エンジン回転速度を下記式(9)で求める。
Nei[rpm]=30000/τ[ms] ・・・(9)
そして、エンジン回転速度変化率DNe(n)が2ストローク間の移動平均として、下記式(10)で求められる。
DNe(n)={Nei(n)−Nei(n−2)}/2 ・・・(10)
なお、ここで、エンジン回転速度変化率DNe(n)を1ストローク間の移動平均として、下記式(11)で求めるようにしてもよい。
DNe(n)=Nei(n)−Nei(n−1) ・・・(11)
【0033】
そして、微分補正量ΔDは、下記式(12)に示すように、エンジン回転速度変化率DNe(n)にイナーシャKleを乗じてイナーシャ分の回転トルクを算出し、これにエンジン回転速度Neを乗じて仕事率として、出力トルク変換係数KHPによりこの仕事率を出力トルクに変換することによって求められる。
ΔD=DNe(n)×Kle×Ne×KHP ・・・(12)
但し、出力トルク変換係数KHPは一定値である。
【0034】
このように、第2推定手段20では出力トルク補正量として、これら比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔDが推定される。
そして、目標出力トルク推定手段30において、上記第1推定手段10で推定された現在の内燃機関の出力トルクY(n)と上記第2推定手段20で推定された上記出力トルク補正量(即ち、比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔD)とに基づいて、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクとなるように補正を施された目標出力トルクZが推定される。
【0035】
この目標出力トルク推定手段30において、目標出力トルクZは下記式(13)で設定される。
Z=Y(n)+K(ΔPf+ΔPr+ΔD) ・・・(13)
但し、Kはゲイン。
なお、このゲインKは所定の値(例えば、2〜4)であるが、ゲインKはスロットル前後の圧力比(即ち、インマニュホールド圧(Pb)/大気圧)に応じて変化させ、この圧力比が高いときにはゲインKも高く設定される。
【0036】
このように、目標出力トルク推定手段30において設定される目標出力トルクZには、スロットル開度対して吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた一次遅れが考慮されているとともに、負荷変動量を駆動するための出力トルクにフリクション分の比例補正、復元力分の比例補正、及び、エンジン回転速度差に応じた微分補正が施されているため正確な目標出力トルクが設定されることになる。
【0037】
しかも、設定すべきゲインKは1つだけであるため、内燃機関の開発時等において、このゲインKの最適値を決定することが格段に容易になる。
そして、パラメータ変換手段40において、目標出力トルクZが目標出力トルクZ相当のスロットル開度Posobjに下記式(14)で変換される。
Posobj=KFB[Z] ・・・(14)
但し、KFBはスロットル開度変換係数。
【0038】
なお、パラメータ変換手段40において、目標出力トルクZ相当のスロットル開度Posobjを求める際に、出力トルク及びエンジン回転速度に対応してスロットル開度を予め記憶しているマップを用いて変換するようにしてもよい。
また、ここでは、目標出力トルクZに相当するパラメータとしてスロットル開度を求めたが、このパラメータとしては、スロットル開度に限定されるものではなく、内燃機関の吸気量に対応するパラメータであればよく、このパラメータに基づいて、後述するコントローラ60によって、目標出力トルクZとなるように吸気量調整機構50を制御するようにしてもよい。
そして、コントローラ60が上記の目標出力トルクZ相当のスロットル開度Posobjに基づいて、吸気量調整機構50を制御することによって、内燃機関の空気量(吸気量)調整が行なわれるようになっている。
【0039】
次に、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法について説明すると、図2に示すように、まず、第1ステップS10において、上記の第1推定手段10と同様に、内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクが推定される。
【0040】
次に、第2ステップS20において、内燃機関の目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量が推定される。
この出力トルク補正量は、比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔDの合計であり、ここでは、比例補正量ΔPfが、上記の出力トルク比例補正量推定手段21と同様に推定され、復元力ΔPrが上記の復元力比例補正量推定手段22と同様に推定され、微分補正量ΔDが上記の微分補正量推定手段23と同様に推定される。
【0041】
なお、これら比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔDはそれぞれが独立して推定されるものであり、これらを推定する順序は限定されるものではない。
また、上記の第1ステップS10及び第2ステップS20についても、これらを推定する順序は限定されるものではなく、少なくとも後述する第3ステップS30が開始される前に、これら第1ステップS10,第2ステップS20が終了されていればよい。
【0042】
そして、第3ステップS30において、上記の目標出力トルク推定手段30と同様に、上記第1ステップS10で推定された現在の出力トルクと、上記第2ステップS20で推定された出力トルク補正量とに基づいて、目標出力トルクが推定される。
次に、第4ステップS40において、上記のパラメータ変換手段40と同様に、上記第3ステップS30で推定された目標出力トルクが、この目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換される。
【0043】
そして、第5ステップS50において、上記第4ステップS40で変換されたスロットル開度に基づいて、このスロットル開度に対応した吸気量となるように内燃機関の吸気量調整機構が制御される。
このような構成により、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法によって、アイドル運転時の内燃機関の運転が安定するのに好適な空気量が正確に制御されるようになる。
【0044】
本発明の第1実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、第1推定手段10で推定される現時点の吸気量に基づく現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されるので、より正確に現在の出力トルクを推定することができる。
【0045】
また、第2推定手段20で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量ΔPfと、エンジン回転速度が変化した際に発生するエンジン回転速度の偏差に反比例した復元力ΔPrと、エンジンの回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じた微分補正量ΔDとが含まれているため、厳密に出力トルク補正量を推定することができ、この出力トルク補正量に基づいて空気量制御を行うので、内燃機関のアイドル運転時におけるアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【0046】
また、目標出力トルク推定手段30において目標出力トルクを推定する際には、式(13)に示すように、上記の出力トルク補正量にゲインKを1つのみ掛け合わせた上で上記の現在の出力トルクに加えるだけでよくなる。
したがって、このゲインKの調整が、上記の従来のような技術(即ち、ゲインが複数あるもの)と比較して、格段に容易になる。
【0047】
また、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインKの値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク及びこの目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
さらに、このように推定された目標出力トルクに対応して吸気量を調整するので、アイドル運転時の内燃機関の運転を安定化させることができるため、アイドル運転時にエンジン回転速度を下げても内燃機関がエンストを起こしにくくなり、燃費を向上させることができる。
【0048】
また、内燃機関に負荷変動に応じたスロットル開度を学習する記憶部を設けて、負荷学習機能を備えた場合には、上記の従来のような技術では、スロットル開度の変動が激しいため、学習が困難である。しかし、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、吸気量を調整するパラメータとして、スロットル開度を用いているため、吸気量を調整する際に、調整前の現時点での目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関のスロットル開度(スロットル開度基準値)との差で早期に負荷学習を行なうことができる。
【0049】
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明する。
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、第2推定手段20の復元力比例補正量推定手段22において推定される復元力ΔPrが、エンジン回転速度が変化しても、すぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔPrとして推定される点を除いては、上記の第1実施形態と同様であるため、その共通部分の説明は省略する。
【0050】
なお、ここでは、上記の第1実施形態の図1を用いて本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置について説明する。また、本実施形態において、上記の第1実施形態と同符号のものは同様のものを示す。
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置の第2推定手段20の復元力比例補正量推定手段22では、復元力ΔPrが、エンジン回転速度が変化してもすぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔPrとして推定される。
【0051】
そのため、まず、応答遅れのない復元力ΔPr1を上記の式(8)と同様に、下記式(15)で求める。
ΔPr1=(Nobj−Ne)/Ne×HPojb ・・・(15)
【0052】
一方、復元力の応答遅れ分ΔPrdelay(n)を係数KANFに対応したものとして、下記式(16)で求める。
そして、実際の応答遅れのある復元力ΔPrが、下記式(17)に示すように、応答遅れのない復元力ΔPr1から復元力の応答遅れ分ΔPrdelay(n)を差し引くことによって求められる。
ΔPr=ΔPr1−ΔPrdelay(n) ・・・(17)
【0053】
このように、応答遅れのない復元力から応答遅れする復元力分を差し引くことによって、第1推定手段10で推定される現在の出力トルクに対して過剰補正するようなことを抑制することができる。
また、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法については、上記の第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0054】
本発明の第2実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、上記の第1実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、第2推定手段20で推定される出力トルク補正量に含まれる復元力ΔPrが、実際の応答遅れを考慮したものであるため、第1推定手段10で推定される現在の出力トルクに対して過剰に補正を施すことを抑制することができる。そのため、アイドル運転時の内燃機関のエンジン回転速度がオーバーシュートすることがなく、アイドル運転時の内燃機関の運転をより安定化させることができる。
【0055】
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明すると、図3,図4は本発明の第3実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を示すもので、図3はその全体構成図、図4はそのフローチャートである。
【0056】
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、後述する第1推定手段100において、現在の出力トルク相当のスロットル開度を推定する際に用いる現在の出力トルクは、上記の第1実施形態の第1推定手段10で推定される出力トルクY(n)と同様のものであり、また、後述する第2推定手段200において出力トルク補正量相当のスロットル開度を推定する際の、出力トルク補正量である比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔDは、上記の第1実施形態の第2推定手段20で推定されるものと同様のものである。
【0057】
したがって、ここでは、これら現在の出力トルク,出力トルク補正量として比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔDについては、その詳細な説明を省略する。なお、本実施形態において、第1実施形態のものと同符号のものは同様のものを示す。
図3に示すように、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第1推定手段100と、目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応する出力トルク補正量に相当するスロットル開度を推定する第2推定手段200と、上記第1推定手段100で推定された現在の出力トルク相当のスロットル開度と上記第2推定手段200で推定された出力トルク補正量相当のスロットル開度とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段300と、上記目標スロットル開度に基づいて、内燃機関への吸気量を調整するスロットルバルブのアクチュエータ等からなる吸気量調整機構50を制御する制御手段であるコントローラ60とから構成されている。
【0058】
第1推定手段100では、上記の第1実施形態の第1推定手段10と同様に、上記式(2)〜(5)に示すように、現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクY(n)が推定される。
そして、この出力トルクY(n)に相当するスロットル開度PosEが、下記式(18)で求められる。
PosE=Y(n)/τ ・・・(18)
【0059】
また、図3に示すように、第2推定手段200は、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクHPobjと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に対応した出力トルク比例補正量ΔPfに相当するスロットル開度PosPfを推定する出力トルク比例補正量推定手段210と、現在のエンジン回転速度Neに基づいて、エンジン回転速度が変化した際に発生する、エンジン回転速度に反比例した復元力ΔPrに相当するスロットル開度PosPrを推定する復元力比例補正量推定手段220と、エンジン回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じて推定された微分補正量ΔDに相当するスロットル開度PosDを推定する微分補正量推定手段230とをそなえて構成されている。
【0060】
まず、出力トルク比例補正量推定手段210では、上記の第1実施形態の第2推定手段20の出力トルク比例補正量推定手段21と同様に、出力トルク比例補正量ΔPfが上記式(6),(7)により推定される。
そして、この出力トルク比例補正量ΔPfに相当するスロットル開度PosPfが、下記式(19)で求められる。
PosPf=ΔPf×Kpos ・・・(19)
【0061】
但し、Kposはスロットル開度変換係数であり、このスロットル開度変換係数Kposは、スロットル前後の圧力比(つまり、インマニュホールド圧力Pb/大気圧Patm)に対応して決定される所定の値である。
即ち、このスロットル開度変換係数Kposは、スロットル前後の圧力比が臨界状態の領域(インマニュホールド圧力Pb/大気圧Patm≦0.52)では、吸気流量とスロットル開度が一定値(f3)と比例関係にあるため、下記式(20)で求められる。
Kpos=1/f3 ・・・(20)
【0062】
また、スロットル前後の圧力比が臨界状態を超える領域(インマニュホールド圧力Pb/大気圧Patm>0.52)では、下記式(21)で求められる。
Kpos=1/f4[Pb/Patm] ・・・(21)
但し、f4は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。
なお、このスロットル前後の圧力比が臨界状態を超える領域において、スロットル開度変換係数Kposは、インマニュホールド圧力Pb/大気圧Patmが0.52から1.0に近づくに伴って小さくなるようになっている。
【0063】
次に、復元力比例補正量推定手段220では、上記の第1実施形態の第2推定手段20の復元力比例補正量推定手段22と同様に、復元力ΔPrが上記式(8)により推定される。
【0064】
そして、この復元力ΔPrに相当するスロットル開度PosPrが、下記式(22)で求められる。
PosPr=ΔPr×Kpos ・・・(22)
また、微分補正量推定手段230では、上記の第1実施形態の第2推定手段20の微分補正量推定手段23と同様に、微分補正量ΔDが上記式(9)〜(12)により推定される。
そして、この微分補正量ΔDに相当するスロットル開度PosDが、下記式(23)で求められる。
PosD=ΔD×Kpos ・・・(23)
【0065】
次に、目標スロットル開度推定手段300について説明すると、この目標スロットル開度推定手段300では、上記の第1推定手段100で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度PosEと第2推定手段200で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度PosPf,PosPr,PosDとに基づいて、目標スロットル開度Posobjが下記式(24)で求められる。
【0066】
Posobj=PosE+K´(PosPf+PosPr+PosD)
・・・(24)
但し、K´はゲインであり、このゲインK´は、上記の第1実施形態の式(13)のゲインKと同様に、所定の値(例えば、2〜4)であるが、スロットル前後の圧力比に応じて変化させ、この圧力比が高いときにはゲインK´も高く設定されるようになっている。
そして、コントローラ60が、この目標スロットル開度Posobjに基づいて、内燃機関の吸気量調整機構50を制御することによって、内燃機関の空気量(吸気量)調整が行なわれるようになっている。
【0067】
次に、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法について説明すると、図4に示すように、まず、第1ステップS100において、上記の第1推定手段100と同様に、内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度が推定される。
【0068】
次に、第2ステップS200において、内燃機関の目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度が推定される。
この出力トルク補正量に相当するスロットル開度は、比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔDに相当するスロットル開度の合計であり、ここでは、比例補正量ΔPfが、上記の出力トルク比例補正量推定手段210と同様に推定され、復元力ΔPrが上記の復元力比例補正量推定手段220と同様に推定され、微分補正量ΔDが上記の微分補正量推定手段230と同様に推定される。
【0069】
なお、これら比例補正量ΔPf,復元力ΔPr,微分補正量ΔDに相当するスロットル開度は、それぞれが独立して推定されるものであり、これらを推定する順序は限定されるものではない。
また、上記の第1ステップS100及び第2ステップS200についても、これらを推定する順序は限定されるものではなく、少なくとも後述する第3ステップS300が開始される前に、これら第1ステップS100,第2ステップS200が終了されていればよい。
【0070】
そして、第3ステップS300において、上記の目標スロットル開度推定手段300と同様に、上記第1ステップS100で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、上記第2ステップS200で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度とに基づいて、目標スロットル開度が推定される。
【0071】
次に、第4ステップS400において、上記第3ステップS300で推定された目標スロットル開度に基づいて、この目標スロットル開度に対応した吸気量となるように内燃機関の吸気量調整機構が制御される。
このような構成により、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法によって、アイドル運転時の内燃機関の運転が安定するのに好適な空気量が正確に制御されるようになる。
【0072】
本発明の第3実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、上記の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0073】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記の第3実施形態の第2推定手段200の復元力比例補正量推定手段220において、ここで推定される復元力ΔPrが、上記の第2実施形態と同様に、エンジン回転速度が変化してもすぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔPrとして推定されるように構成してもよい。
【0074】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第1推定手段で推定された内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクと、第2推定手段で推定された現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクが推定され、この目標出力トルクに基づいて内燃機関のアイドル運転時空気量が制御されるので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度を確実に安定化させることができる。
また、目標出力トルク推定手段で推定される目標出力トルクは、第1推定手段で推定された現在の出力トルクに、第2推定手段で推定された出力トルク補正量にスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されるので、目標出力トルクを推定する際は、出力トルク補正量にゲインKを1つのみ掛け合わせた上で現在の出力トルクに加えるだけでよくなる。その結果、ゲインKの調整が、上記の従来のような技術(即ち、ゲインが複数あるもの)と比較して、格段に容易になる。
しかも、かかるゲインKがスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるので、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインKの値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク及びこの目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
【0075】
また、請求項2記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第1推定手段で推定される現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されるので、より正確に現在の出力トルクを推定することができる。
【0076】
また、請求項3記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【0077】
また、請求項4記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
また、請求項5記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、かかる復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力であるので、第1推定手段で推定される現在の出力トルクに対して過剰に補正を施すことを抑制することができる。そのため、アイドル運転時の内燃機関のエンジン回転速度がオーバーシュートすることがなく、アイドル運転時の内燃機関の運転をより安定化させることができる。
【0078】
また、請求項6記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【0081】
また、請求項7記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第1推定手段で推定された内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、第2推定手段で推定された現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度とに基づいて目標スロットル開度が推定され、この目標スロットル開度に基づいて内燃機関のアイドル運転時空気量が制御されるので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度を確実に安定化させることができる。
さらに、目標スロットル開度推定手段で推定される目標スロットル開度は、第1推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、第2推定手段で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量にスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されるので、目標スロットル開度を推定する際は、スロットル開度補正量にゲインK´を1つのみ掛け合わせた上で現在の出力トルクに相当するスロットル開度に加えるだけでよくなる。その結果、ゲインK´の調整が、上記の従来のような技術(即ち、ゲインが複数あるもの)と比較して、格段に容易になる。
しかも、かかるゲインK´がスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるので、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインK´の値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置を示す全体構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態としてのアイドル運転時空気量制御方法を示すフローチャートである。
【図3】本発明の第3実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置を示す全体構成図である。
【図4】本発明の第3実施形態としてのアイドル運転時空気量制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10,100 第1推定手段
20,200 第2推定手段
21,210 出力トルク比例補正量推定手段
22,220 復元力比例補正量推定手段
23,230 微分補正量推定手段
30,300 目標出力トルク推定手段
40 パラメータ変換手段
50 吸気量調整機構
60 コントローラ
S10,S100 第1ステップ
S20,S200 第2ステップ
S30,S300 第3ステップ
S40,S400 第4ステップ
S50 第5ステップ
Claims (9)
- 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第1推定手段と、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第2推定手段と、
該第1推定手段で推定された上記の現在の出力トルクと該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段と、
該目標出力トルク推定手段で推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段と、
該パラメータ変換手段で変換された該スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、
該目標出力トルク推定手段で推定される該目標出力トルクは、該第1推定手段で推定された現在の出力トルクに、該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御装置。 - 該第1推定手段で推定される上記の現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して該内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定される
ことを特徴とする、請求項1記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれている
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれている
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、該エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力である
ことを特徴とする、請求項4記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該第2推定手段で推定される出力トルク補正量には、該内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれている
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第1推定手段と、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第2推定手段と、
該第1推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段と、
該目標スロットル開度推定手段で推定された該目標スロットル開度となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、
該目標スロットル開度推定手段で推定される該目標スロットル開度は、該第1推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第2推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御装置。 - 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第1ステップと、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第2ステップと、
該第1ステップで推定された上記の現在の出力トルクと該第2ステップで推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する第3ステップと、
該第3ステップで推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換する第4ステップと、
該第4ステップで変換された上記の目標出力トルクに相当するスロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第5ステップとをそなえ、
該第3ステップで推定される該目標出力トルクは、該第1ステップで推定された現在の出力トルクに、該第2ステップで推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御方法。 - 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第1ステップと、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第2ステップと、
該第1ステップで推定された上記の現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第2ステップで推定された該出力トルク補正量に相当する該スロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する第3ステップと、
該第3ステップで推定された該目標スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第4ステップとをそなえ、
該第3ステップで推定される該目標スロットル開度は、該第1ステップで推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第2ステップで推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御方法。
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