JP4779543B2 - 電制スロットルの学習装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路に介装される電制スロットルの開度と前記内燃機関の吸入空気量との相関を学習する電制スロットルの学習装置に関する。

特許文献１には、内燃機関のアイドル運転時に、実際の吸入空気量が要求値に達するように電制スロットルの開度を調整し、要求の吸入空気量に対応するスロットル基準開度と実際のスロットル開度とのずれ量をスロットル学習値として学習すると共に、前記スロットル学習値を機関運転状態に基づき補正した値を目標スロットル開度の補正値として算出する吸入空気量制御装置が開示されている。
特開２０００−２５７４９０号公報

上記のように、従来の学習制御は、アイドル運転状態で要求の吸入空気量が得られるようにスロットル開度を通常に制御したときのデータから、スロットル開度と吸入空気量との相関を学習する構成であり、スロットル開度と吸入空気量との相関の変化を判断するための情報が、通常制御状態での１点データに限定されていた。
このため、通常制御状態を外れた領域での相関の推定精度が悪く、開度と吸入空気量との相関の経時的な変化を広い領域で精度良く学習させることができず、経時的な特性変化に対してアイドル空気量の制御精度を高く維持させることが困難であるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電制スロットルの開度と内燃機関の吸入空気量との相関をアイドル域内の広い領域で精度良く学習できる学習装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明に係る電制スロットルの学習装置では、内燃機関のアイドル運転時に、内燃機関の点火時期を補正すると共に、目標アイドル回転速度を維持すべく該点火時期の補正によるトルク変化を相殺するように電制スロットルの開度を変化させ、該変化させた開度において開度と吸入空気量との相関データを得るようにし、前記点火時期の補正量を複数に変化させ、各々で得られた複数の相関データに基づいて電制スロットルの開度と吸入空気量との相関を学習することを特徴とする。

上記構成によると、点火時期を補正することで機関の出力トルクが変化するので、トルクが変化しないようにスロットル開度を変化させて機関の吸入空気量を変化させる。
これにより、通常の点火時期でのスロットル開度・吸入空気量状態とは異なるスロットル・吸入空気量状態を強制的に発生させて、アイドル域内の複数のデータに基づいて相関を推定学習させることができ、アイドル域内の広い領域でスロットル開度と吸入空気量との相関を精度良く学習できるようになる。

以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関のシステム図である。
図１において、内燃機関（ガソリン機関）１の各気筒には、エアクリーナ２を通過した空気が、吸気ダクト３，吸気コレクタ４，吸気マニホールド５，吸気バルブ６を介して吸引される。

内燃機関１の吸入空気量は、前記吸気ダクト３に介装される電制スロットル７によって調整される。
前記電制スロットル７は、バタフライ式のスロットルバルブ７ａをスロットルモータ（スロットルアクチュエータ）７ｂで開閉駆動する機構である。
各気筒の吸気ポート部には、燃料噴射弁９がそれぞれ設けられる。

そして、前記燃料噴射弁９から噴射される燃料（ガソリン）によって形成される混合気は、燃焼室１０内で点火プラグ１５による火花点火により着火燃焼する。
前記点火プラグ１５それぞれには、パワートランジスタを内蔵する点火コイル１６が直付けされている。
尚、燃料噴射弁９が燃焼室１０内に直接燃料を噴射する構成とすることができる。

前記燃焼室１０内の燃焼排気は、排気バルブ１１，排気マニホールド１２，排気ダクト１３を介して大気中へ排出される。
前記排気ダクト１３には、排気中の有害成分を浄化するための触媒コンバータ１４が介装される。
前記スロットルモータ８、燃料噴射弁９、及び、点火コイル１６への通電を制御するパワートランジスタは、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２１によって制御される。

前記エンジンコントロールユニット２１には、各種センサからの検出信号が入力される。
前記各種センサとしては、前記電制スロットル７の上流側で内燃機関１の吸入空気流量（質量流量）を検出するエアフローメータ２２、前記触媒コンバータ１４の上流側で排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサ２３、内燃機関１の回転速度を検出する回転速度センサ２４、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２５、前記スロットルバルブ７ａの開度を検出するスロットルセンサ２６が設けられている。

前記エンジンコントロールユニット２１は、前記燃料噴射弁９による燃料噴射量を以下のようにして制御する。
まず、エアフローメータ２２で検出される吸入空気流量と、回転速度センサ２４で検出される機関回転速度とから、そのときのシリンダ吸入空気量において目標空燃比の混合気を形成するための基本燃料噴射量を算出する一方、内燃機関１の冷却水温度等に基づいて各種補正係数を算出し、更に、空燃比センサ２３で検出される空燃比が目標空燃比に近づくように空燃比フィードバック補正係数を算出し、これら補正係数で前記基本燃料噴射量を補正して最終的な燃料噴射量を設定する。

そして、前記最終的な燃料噴射量に相当するパルス幅の噴射パルス信号を、各気筒の行程に合わせてそれぞれの燃料噴射弁９に出力する。
また、前記エンジンコントロールユニット２１は、前記基本燃料噴射量（機関負荷）及び機関回転速度から点火時期（点火進角値）を算出し、該点火時期と所定の通電時間とに基づいて前記点火コイル１６に内蔵されたパワートランジスタのオン・オフを制御する。

更に、前記エンジンコントロールユニット２１は、以下のようにして、内燃機関１の吸入空気量を制御する。
機関１の非アイドル運転時には、前記アクセル開度センサ２５で検出されるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）等に応じた要求トルクに基づき、目標吸入空気量、更には目標スロットル開度を設定し、該目標スロットル開度に基づいて前記電制スロットル７の開度を制御する。

また、機関１のアイドル運転時には、冷却水温度や補機負荷などからアイドル時基本空気量を設定し、該アイドル時基本空気量に基づいて電制スロットル７の開度をフィードホワード制御する一方、冷却水温度等の運転条件に応じて設定される目標アイドル回転速度と実際のアイドル回転速度との偏差に応じてアイドル時空気量をフィードバック補正する。

ところで、電制スロットル７の開度と吸入空気量との相関が経時的に変化し、初期状態で得られていた吸入空気量が同じ開度で得られなくなった状態で、初期の相関に基づいていて電制スロットル７の開度をフィードホワード制御すると、吸入空気量を要求通りに制御することができなくなってしまう。
そこで、本実施形態では、スロットル開度と吸入空気量との相関を学習し、該学習結果に基づいて目標スロットル開度が補正されるようにしており、前記学習の詳細を図２のフローチャートに従って詳細に説明する。

図２のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１では、アクセルが全閉であるアイドル運転時であるか否かを判断する。
機関１のアイドル運転時であるときには、ステップＳ２へ進み、アイドル回転フィードバック制御中であって、機関回転速度が目標アイドル回転速度に安定している状態であるか否かを判断する。

そして、目標アイドル回転速度に安定しているときには、ステップＳ３へ進み、点火時期を強制的に所定量だけ遅角補正する。
次のステップＳ４では、前記遅角補正に対応して、前記電制スロットル７の開度が増大補正される。
点火時期を遅角すると、機関の出力トルクが低下するために、アイドル回転速度が低下するが、前述のように、目標アイドル回転速度を維持すべく前記電制スロットル７の開度がフィードバック制御される結果、前記トルク低下を相殺するようにスロットル開度が増大変化することになる（図３参照）。

ステップＳ５では、点火時期を遅角補正した状態で、スロットルセンサ２６で検出されるスロットル開度とエアフローメータ２２で検出される吸入空気量との相関を、学習メモリに格納する。
次のステップＳ６では、点火時期を遅角補正した結果、燃焼が不安定となって（失火が発生して）、機関１の回転変動が所定以上になっているか否かを判断する。

ステップＳ６で回転変動の発生が判断されなかった場合には、ステップＳ７へ進み、遅角補正の総量（通常の点火時期から現点火時期までの遅角量）が予め設定されている学習限界値に達しているか否かを判別する。
そして、遅角補正の総量が前記学習限界値に達していない場合には、ステップＳ３に戻り、前回までの遅角量に加えて更に所定量だけ点火時期を遅角補正させることで、よりスロットル開度・吸入空気量が大きい状態での開度と吸入空気量との相関を学習メモリに格納させる。

点火時期の総遅角量が前記学習限界値に達する前に、ステップＳ６で所定値を超える回転変動が発生していると判断されると、ステップＳ１０で遅角補正をキャンセルして点火時期を通常値に戻すことで学習を停止させた後、ステップＳ１に戻るようにする。
これにより、点火時期の遅角補正を伴う学習制御によって、機関１の燃焼性が悪化することを回避でき、失火による燃料の後燃えによる触媒コンバータ１４の劣化を防止できる。

尚、遅角補正をキャンセルして点火時期を通常値に戻す場合には、遅角補正量を漸減させて通常の点火時期にまで徐々に戻すようにする。
一方、遅角補正量を漸増させ、複数の遅角補正量毎にそのときのスロットル開度と吸入空気量との相関を学習メモリに格納させ、ステップＳ７で総遅角量が限界値に達したと判断されると、ステップＳ８へ進み、遅角補正をキャンセルして点火時期を通常値に戻す。

更に、次のステップＳ９では、前記学習メモリに格納した、複数のスロットル開度毎の吸入空気量データに基づき、スロットル開度と吸入空気量との相関を更新設定する。
上記スロットル開度と吸入空気量との相関の更新においては、複数のスロットル開度それぞれに対応する吸入空気量のデータから、例えば最小二乗法等などを用いてスロットル開度と吸入空気量との相関を更新する（図４参照）。

そして、更新後の開度と吸入空気量との相関を用いて、要求吸入空気量に対応する開度を求め、前記電制スロットル７を制御する。
上記のように、本実施形態によると、通常のアイドル制御におけるスロットル開度よりも高開度（高空気量）側で、スロットル開度と吸入空気量との相関データを複数得て、これらの複数の相関データから、スロットル開度と吸入空気量との相関を更新させる（図４参照）。

従って、通常のアイドル制御状態でのスロットル開度と吸入空気量との１点データのみからスロットル開度と吸入空気量との相関を更新させる場合に比べて、アイドル域の広い領域で離散的に求めた複数のデータから開度と吸入空気量との相関を精度良く更新させることができ、経時的な特性変化があっても、更新させた相関に基づいてスロットル開度を制御させることで、要求の吸入空気量に精度良く制御できるようになる。

尚、通常の点火時期に対して進角補正し、該進角補正によるトルクアップ分を相殺するようにスロットル開度を減少変化させて、進角補正量毎にスロットル開度と吸入空気量との相関を学習させることが可能であり、また、通常の点火時期を中心に進角側と遅角側との双方に点火時期を変化させることも可能であり、更に、通常制御状態でのスロットル開度から、点火時期の変化方向及び範囲を決定することもできる。

実施形態における車両用内燃機関のシステム図。 実施形態におけるスロットル開度と吸入空気量との相関の学習処理を示すフローチャート。 実施形態における学習時における点火時期・スロットル開度・吸入空気量の変化を示すタイムチャート。 実施形態におけるスロットル開度と吸入空気量との相関の更新特性を示す線図。

符号の説明

１…内燃機関，２…エアクリーナ，３…吸気ダクト，４…吸気コレクタ，５…吸気マニホールド，６…吸気バルブ，７…スロットルバルブ，８…スロットルモータ，９…燃料噴射弁，１０…燃焼室，１１…排気バルブ，１２…排気マニホールド，１３…排気ダクト，１４…触媒コンバータ，２１…エンジンコントロールユニット，２２…エアフローメータ，２３…空燃比センサ，２４…回転速度センサ，２５…アクセル開度センサ，２６…スロットルセンサ

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路に介装される電制スロットルの開度と前記内燃機関の吸入空気量との相関を学習する電制スロットルの学習装置であって、
   前記内燃機関のアイドル運転時に、前記内燃機関の点火時期を補正すると共に、目標アイドル回転速度を維持すべく該点火時期の補正によるトルク変化を相殺するように前記電制スロットルの開度を変化させ、該変化させた開度において前記開度と吸入空気量との相関データを得るようにし、前記点火時期の補正量を複数に変化させ、各々で得られた複数の相関データに基づいて電制スロットルの開度と吸入空気量との相関を学習することを特徴とする電制スロットルの学習装置。
2. 前記点火時期を遅角補正すると共に、該点火時期の遅角補正によるトルク低下を補うように前記電制スロットルの開度を増大させ、該増大させた開度において前記開度と吸入空気量との相関を学習することを特徴とする請求項１記載の電制スロットルの学習装置。
3. 前記点火時期の補正によって前記内燃機関に回転変動が発生したときに、前記点火時期の補正をキャンセルし、前記開度と吸入空気量との相関の学習を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の電制スロットルの学習装置。
4. 前記点火時期の補正量を漸増していき、前記補正量が所定の学習限界値に至るまで、前記開度と吸入空気量との相関の学習を継続させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電制スロットルの学習装置。
5. 前記内燃機関のアイドル回転速度を目標アイドル回転速度に一致させるべく前記電制スロットルの開度がフィードバック制御されるときに、点火時期を補正し、前記電制スロットルの開度と吸入空気量との相関を学習することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電制スロットルの学習装置。

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