JP4941023B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、非定常運転時において、点火時期とトルクとの関係を定めたマップを適応制御によって学習する内燃機関の非定常運転制御装置が開示されている。

特開平２−９９２９号公報 特開平１１−２２６０９号公報 特開平１１−１７３１８４号公報

点火時期とトルクとの関係を予め定めたマップ（関係情報）を参照して、内燃機関の目標トルクが得られるように点火時期を決定する制御が知られている。そのようなマップの適合値には、経年劣化や機差ばらつきに起因する誤差が生じ得る。マップに誤差が生ずると、内燃機関が実際に発生する実トルクに段差が生じてしまう。上記従来の制御装置によれば、非定常運転時においてマップ学習を行うことにより、そのようなトルク段差の発生を回避させ得る。

上記のようなマップは、所定の空燃比となる条件下において予め適合されるものである。ところで、非定常運転時には、吸入空気量が過渡的に変化するため、吸入空気量の推定誤差や燃料付着量の影響などによって、空燃比がマップ適合条件と同じ空燃比とならないことがある。従って、非定常運転時にマップ学習を行うという従来の手法では、正確なマップ学習の実行が困難となる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点火時期とトルクとの関係を予め定めた関係情報に基づいて、内燃機関の目標トルクが得られるように点火時期を決定する制御を行う内燃機関において、経年劣化や機差ばらつきに起因する関係情報の誤差要因を正確に補正できるようにした制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、点火時期とトルクとの関係を予め定めた関係情報に基づいて、内燃機関の目標トルクが得られるように点火時期を決定する制御を行う内燃機関の制御装置であって、
前記関係情報の誤差要因の補正を目的として、吸入空気量を現在の要求吸入空気量よりも増加させる吸気量増加手段と、
前記吸気量増加手段による吸入空気量の増加に伴ってトルクが変化しないように、前記関係情報に従って点火時期の遅角量を決定する点火遅角量決定手段と、
前記点火遅角量決定手段により決定された前記遅角量となるように点火時期が遅角された際に、内燃機関が実際に発生する実トルクを取得する実トルク取得手段と、
前記実トルクと前記目標トルクとの比較結果に基づいて、前記関係情報を補正する関係情報補正手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記関係情報補正手段は、前記吸気量増加手段によって増加された吸入空気量が安定している状況下において、前記実トルクと前記目標トルクとの前記比較を実行することを特徴とする。

第１の発明によれば、関係情報の誤差要因の補正を目的として、点火時期の遅角に先立って吸入空気量を予め意図的に高めておくことにより、内燃機関の実トルクを変化させることなく、点火時期の遅角量を十分に大きく取れるようになる。このため、点火時期の遅角前後でのトルク差が大きくなるような範囲に対して、関係情報の補正を行うことが可能となる。

第２の発明によれば、意図的に吸入空気量を高めた後に、内燃機関が定常状態になってから関係情報の補正がなされるようになるので、吸入空気量の推定誤差や燃料付着量の影響などの影響を回避して、関係情報の正確な補正が可能となる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。本実施形態の内燃機関１０は、例えば直列４気筒型といった複数の気筒を有する内燃機関であるものとする。内燃機関１０の筒内には、その内部を往復移動するピストン１２が設けられている。また、内燃機関１０は、シリンダヘッド１４を備えている。ピストン１２とシリンダヘッド１４との間には、燃焼室１６が形成されている。燃焼室１６には、吸気通路１８および排気通路２０が連通している。吸気通路１８および排気通路２０には、それぞれ吸気弁２２および排気弁２４が配置されている。

吸気通路１８の入口近傍には、吸気通路１８に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２６が設けられている。エアフローメータ２６の下流には、スロットルバルブ２８が設けられている。スロットルバルブ２８は、アクセル開度と独立してスロットル開度ＴＡを制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。

シリンダヘッド１４には、燃焼室１６の頂部から燃焼室１６内に突出するように点火プラグ３０が取り付けられている。また、シリンダヘッド１４には、燃料を筒内に噴射する燃焼噴射弁３２が設けられている。更に、シリンダヘッド１４には、筒内圧力Ｐを検出するための筒内圧センサ３４が組み込まれている。また、内燃機関１０は、クランク軸の近傍に、エンジン回転数ＮＥを検知するためのクランク角センサ３６を備えている。更に、排気通路２０には、その位置で排気空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ３８が配置されている。

図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサや各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。

図２は、図１に示すシステムにおいて、内燃機関１０の目標トルクが得られるような点火時期を決定する際の点火時期の算出手順を説明するための図である。ＥＣＵ４０は、図２に示すような、点火時期とトルクとの関係を予め定めたマップ（以下、「点火時期マップ」と称する）を記憶している。より具体的には、このような点火時期マップは、ストイキ（理論空燃比）燃焼下において予め適合されたマップであり、ＥＣＵ４０には、吸入空気量Ｇａ、エンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＶＴなどのエンジン運転条件毎にそのような点火時期マップが記憶されている。

以上のような点火時期マップを有することにより、ＥＣＵ４０は、アクセル開度やエンジン回転数ＮＥなどに基づいて内燃機関１０の目標トルクを算出したうえで、現在のエンジン運転条件に応じた点火時期マップを参照することで、内燃機関１０が実際に発生する実トルクを目標トルクとなるようにするための点火時期を取得することができる。

図３は、図２に示す点火時期マップが用いられる制御の一例を示す図である。図３は、ストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼の切り替えが行われる際の各パラメータの変化を示している。ストイキ燃焼下で得られていたトルクと同じトルクをリーン燃焼下において得るようにするためには、図３（Ａ）に示すようにスロットル開度ＴＡをより開くことによって、図３（Ｂ）に示すように吸入空気量（吸気量）Ｇａを増やす必要がある。

しかしながら、吸入空気量Ｇａを増やした際に、何らの配慮もなしに急激に空燃比をストイキからリーンに変化させると、トルク段差が生ずることとなる。そこで、本実施形態では、吸入空気量Ｇａがリーン燃焼への切り替え後に必要とされる値に達するまでの過渡時には、図３（Ｄ）に示すようにストイキ燃焼を継続させた状態で、図３（Ｅ）に示す目標トルクが得られるように、図２に示す点火時期マップを参照して、図３（Ｃ）に示すように点火時期を遅角するようにしている。

尚、図３に示す例とは逆に、リーン燃焼からストイキ燃焼への燃焼の切り替えを行う場合も、考え方としては上記の同様である。すなわち、この場合には、リーン燃焼下で得られていたトルクと同じトルクをストイキ燃焼下において得るようにするために、スロットル開度ＴＡを閉じることによって吸入空気量Ｇａを減少させる必要がある。そこで、吸入空気量Ｇａがストイキ燃焼への切り替え後に必要とされる値に達するまでの過渡時には、ストイキ燃焼を継続させた状態で、上記点火時期マップを参照して、目標トルクが得られるように点火時期の遅角を行うようにする。

以上のような点火時期の遅角制御が狙い通りに機能した場合には、内燃機関１０の実トルクは、図３（Ｅ）に示す「Ａ」から「Ｃ」に向けて一定のままで推移することとなり、これにより、トルク段差の発生を回避することが可能となる。しかしながら、内燃機関１０の経年劣化や機差ばらつきによって、点火時期マップの適合値には、マップ誤差が生じ得る。図４は、そのようなマップ誤差を説明するための図である。尚、図４においては、実線で表された波形がマップ値を示しており、破線で表された波形は実トルク値を示している。

より具体的には、図４（Ａ）は、マップ値よりも実トルク値が大きくなるようなマップ誤差が存在する場合を示している。この場合には、点火時期マップを参照して目標トルクが得られるような点火時期を取得し、当該点火時期の下で制御を行うこととすると、図３（Ｅ）中の「Ａ」から「Ｂ」に向けて推移するように、予定以上のトルクが発生してしまう。

一方、図４（Ｂ）は、マップ値よりも実トルク値が小さくなるようなマップ誤差が存在する場合を示している。この場合には、点火時期マップを参照して目標トルクが得られるような点火時期を取得し、当該点火時期の下で制御を行うこととすると、図３（Ｅ）中の「Ａ」から「Ｄ」に向けて推移するように、予定より低いトルクしか発生しなくなってしまう。

上記の２通りの何れのケースが生じた場合においても、ストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替わる際に、マップ誤差に起因するトルク段差が生じてしまう。そこで、図４に示すように、マップ値が真値（実トルク値）となるように、点火時期マップを学習することが考えられる。ところで、非定常運転時には、吸入空気量Ｇａが過渡的に変化するため、吸入空気量Ｇａの推定誤差や燃料付着量の影響などによって、空燃比がマップ適合条件と同じストイキ空燃比とならないことがある。従って、非定常運転時にマップ学習を行うという従来の手法では、正確なマップ学習の実行が困難となる。

そこで、本実施形態では、マップ誤差に起因するトルク段差の発生を回避できるようにするために、以下の図５に示す手法によって、点火時期マップの学習を実行するようにした。

図５は、本発明の実施の形態１における点火時期マップの学習を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０がストイキ空燃比で安定して運転されている定常状態における所定のタイミングで実行されるものとする。

図５に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０が有する複数の気筒のうちのある１気筒において、点火時期の遅角が実行される（ステップ１００）。より具体的には、本ステップ１００では、ＥＣＵ４０が記憶している点火時期マップ（図２参照）を参照して、車両の運転者がトルク変化（トルクショック）を感じない範囲（例えば、１０Ｎｍ程度）内となるような遅角量で、点火時期が遅角される。

次に、上記ステップ１００において点火時期が遅角された気筒での内燃機関１０の実トルクＴｒｑ_ｃａｌが算出される（ステップ１０２）。実トルクＴｒｑ_ｃａｌは、筒内圧センサ３４の出力を利用して、所定の演算式に従って算出することができ、或いは、クランク角センサ３６の出力パルスに基づいて取得することもできる。

次に、ＥＣＵ４０が記憶している点火時期マップに基づいて、上記ステップ１００において遅角された点火時期でのトルクのマップ値Ｔｒｑ_ｍａｐが算出される（ステップ１０４）。

次に、学習実行条件判定が実行される（ステップ１０６）。より具体的には、本ステップ１０６では、実トルクＴｒｑ_ｃａｌとトルクマップ値Ｔｒｑ_ｍａｐとの差分の絶対値が所定の判定値αより大きいか否かが判別される。

その結果、当該絶対値が判定値αよりも大きい場合、つまり、マップ値の誤差が大きいと判断できる場合には、次いで、点火時期マップ学習が実行される（ステップ１０８）。より具体的には、本ステップ１０８では、今回使用したマップ値Ｔｒｑ_ｍａｐが、次式に従って、今回の実測値（実トルクＴｒｑ_ｃａｌ）に近づくように更新される。
新マップ値＝ベースマップ値＋（Ｔｒｑ_ｃａｌ−Ｔｒｑ_ｍａｐ）×ｋ
但し、ｋは、学習補正係数であり、０＜ｋ≦１の範囲内の値とされる係数である。

以上説明した図５に示すルーチンによれば、空燃比がストイキで安定している定常状態において、車両の運転者がトルクショックを感じない範囲内の遅角量で１気筒だけ点火時期が遅角される。そして、その遅角が行われている際の点火時期の下での実トルクＴｒｑ_ｃａｌとマップ値Ｔｒｑ_ｍａｐとの比較結果に基づいて、空燃比がストイキで安定している定常状態下で、点火時期マップの学習が行われることとなる。このため、経年劣化や機差ばらつきに起因するマップ誤差が無くなるように、点火時期マップを正確に学習することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１においては、空燃比がストイキで安定している定常状態において、点火時期マップの学習目的で１気筒でだけ点火時期を遅角するようにしているが、車両の運転者がトルクショックを感じない範囲内であれば、１気筒に限らず、全気筒を除く少なくとも１つの気筒において点火時期を遅角するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、空燃比がストイキで安定している定常状態において、点火時期マップの学習目的で１気筒でだけ点火時期を遅角するようにしているが、空燃比で安定している定常状態であれば、当該学習目的で点火時期の遅角を実行する際の空燃比はストイキに限定されるものではない。すなわち、所定の空燃比となる条件下において点火時期マップを予め適合しておいたうえで、当該所定の空燃比で安定している定常状態において、上記学習目的で点火時期を遅角するようにしてもよい。

実施の形態２．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図５に示すルーチンに代えて後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

上述した実施の形態１の手法では、点火時期マップの学習が可能な範囲は、車両の運転者にトルクショックを感じさせずに点火時期の遅角が可能な範囲内に限られる。つまり、点火時期の遅角の有無でのトルク差が大きく、運転者にトルクショックを感じさせるような範囲では、点火時期マップの学習を実行することができない。そこで、本実施形態のシステムは、そのようなトルク差の大きな範囲において、運転者にはトルクショックを感じさせずに点火時期マップの学習を可能とした点に特徴を有している。

図６は、本発明の実施の形態２における点火時期マップの特徴的な学習手法を説明するための図である。本実施形態のマップ学習では、先ず、内燃機関１０が定常状態「Ａ」にあるときに、図６（Ａ）に示すように、スロットル開度ＴＡを要求吸入空気量Ｇａが得られる開度よりも大きく開くことにより、図６（Ｂ）に示すように、吸入空気量Ｇａを意図的に増加させる。そして、図６（Ｃ）に示すように、その吸入空気量Ｇａの増加に伴って実発生トルクが増大しないように、点火時期を最適点火時期ＭＢＴに対して遅角させていく。

図６（Ｄ）中に破線で表した波形は、上記のような点火時期の遅角を行っていない場合の実トルクの波形である。これに対し、上記のような点火時期の遅角を行うことにより、図６（Ｄ）中に実線で表したように、吸入空気量Ｇａが増加していく状況下においても、実発生トルクが目標トルクに対して変化しないようにすることができる。

本実施形態のマップ学習では、上記のような吸入空気量Ｇａの制御と点火時期の遅角制御とを行った後に、内燃機関１０が定常状態「Ｂ」に達した際に、実トルクと目標トルクとの差分を算出する。そして、図６（Ｄ）中に細い実線で一例として表したように、実トルク「Ｅ」と目標トルク「Ｄ」との差分が所定値以上であった場合に、点火時期マップの学習を行うようにしている。

図７は、本発明の実施の形態２における点火時期マップの学習を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、先ず、スロットル開度ＴＡが現在の要求吸入空気量Ｇａが得られるようにするための開度よりも大きく開かれ（ステップ２００）、これにより、吸入空気量Ｇａの増加が図られる。次いで、吸入空気量Ｇａが増加していく状況下で実トルクＴｒｑ_ｃａｌが目標トルクＴｒｑ_ｔｇｔとなるように、点火時期の遅角量が決定される（ステップ２０２）。

次に、内燃機関１０が定常状態に達したか否かがエアフローメータ２６の出力などに基づいて判別される（ステップ２０４）。その結果、吸入空気量Ｇａがほぼ一定値で安定した状態となり、内燃機関１０が定常状態に達したと判定された場合には、次いで、実トルクＴｒｑ_ｃａｌが算出される（ステップ２０６）。

次に、学習実行条件判定が実行される（ステップ２０８）。より具体的には、本ステップ２０８では、実トルクＴｒｑ_ｃａｌと現在の目標トルクＴｒｑ_ｔｇｔとの差分の絶対値が所定の判定値αより大きいか否かが判別される。

その結果、当該絶対値が判定値αよりも大きい場合、つまり、マップ値の誤差が大きいと判断できる場合には、次いで、点火時期マップ学習が実行される（ステップ２１０）。尚、本ステップ２１０におけるマップ学習の具体的な手法自体は、上記ステップ１０８における手法と同様である。

以上説明した図７に示すルーチンによれば、点火時期マップの学習目的での点火時期の遅角に先立って吸入空気量Ｇａを予め意図的に高めておくことにより、内燃機関１０の実トルクを変化させることなく、点火時期の遅角量を十分に大きく取れるようになる。このため、点火時期の遅角前後でのトルク差（図６における「Ｃ」と「Ｄ」との差）が大きくなるような範囲に対して、点火時期マップの学習を行うことが可能となる。

また、上記ルーチンでは、意図的に吸入空気量Ｇａを高めた後に、内燃機関１０が定常状態になってから点火時期マップの学習実行条件判定を行うようにしているので、吸入空気量Ｇａの推定誤差や燃料付着量の影響などの影響を回避して、正確なマップ学習が可能となる。

ところで、上述した実施の形態２においては、スロットル開度ＴＡをより大きく開くことにより、点火時期の遅角に先立って吸入空気量Ｇａが増加された状態を作り出すようにしている。しかしながら、本発明において、そのような吸入空気量Ｇａの増加を実現する吸気量増加手段は、スロットル開度ＴＡの調整に限られるものではなく、例えば、吸排気弁のリフト量や作用角を変更可能とする可変動弁機構による吸排気弁の開弁特性の調整によるものであってもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、図２に示す点火時期マップが前記第１の発明における「関係情報」に相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第１の発明における「吸気量増加手段」が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「点火遅角量決定手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「実トルク取得手段」が、上記ステップ２０８および２１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「関係情報補正手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。 図１に示すシステムにおいて、内燃機関の目標トルクが得られるような点火時期を決定する際の点火時期の算出手順を説明するための図である。 図２に示す点火時期マップが用いられる制御の一例を示す図である。 図２に示す点火時期マップにおけるマップ誤差を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２における点火時期マップの特徴的な学習手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１６ 燃焼室
１８ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 吸気弁
２４ 排気弁
２６ エアフローメータ
２８ スロットルバルブ
３０ 点火プラグ
３２ 燃焼噴射弁
３４ 筒内圧センサ
３６ クランク角センサ
３８ Ａ／Ｆセンサ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (2)

1. 点火時期とトルクとの関係を予め定めた関係情報に基づいて、内燃機関の目標トルクが得られるように点火時期を決定する制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   前記関係情報の誤差要因の補正を目的として、吸入空気量を現在の要求吸入空気量よりも増加させる吸気量増加手段と、
   前記吸気量増加手段による吸入空気量の増加に伴ってトルクが変化しないように、前記関係情報に従って点火時期の遅角量を決定する点火遅角量決定手段と、
   前記点火遅角量決定手段により決定された前記遅角量となるように点火時期が遅角された際に、内燃機関が実際に発生する実トルクを取得する実トルク取得手段と、
   前記実トルクと前記目標トルクとの比較結果に基づいて、前記関係情報を補正する関係情報補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記関係情報補正手段は、前記吸気量増加手段によって増加された吸入空気量が安定している状況下において、前記実トルクと前記目標トルクとの前記比較を実行することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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