JPH04214946A - 内燃機関のトルク変動制御装置 - Google Patents

内燃機関のトルク変動制御装置

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JPH04214946A
JPH04214946A JP2402462A JP40246290A JPH04214946A JP H04214946 A JPH04214946 A JP H04214946A JP 2402462 A JP2402462 A JP 2402462A JP 40246290 A JP40246290 A JP 40246290A JP H04214946 A JPH04214946 A JP H04214946A
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JP
Japan
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torque fluctuation
value
torque
internal combustion
combustion engine
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Application number
JP2402462A
Other languages
English (en)
Inventor
Norihisa Nakagawa
徳久 中川
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to DE69104467T priority patent/DE69104467T2/de
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    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
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    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のトルク変動制
御装置に係り、特に内燃機関の発生トルクのサイクル間
変動量を平均化又はなまし処理して得たトルク変動値が
目標トルク変動量に一致するように、内燃機関の制御パ
ラメータを補正する内燃機関のトルク変動制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、燃費の向上や窒素酸化物(N
OX )の低減などを目的として、内燃機関の発生トル
クのサイクル間変動を測定し、そのサイクル間変動が所
定運転領域毎に目標トルク変動量に一致するように、機
関の空燃比を極力リーン側に制御したり、排気ガス再循
環(EGR)量等を制御する装置が知られている(特開
平2−176138号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
装置では、各サイクル毎にサンプリングして得た所定の
複数サイクル分のトルク変動量を平均化した(又はなま
した)値を、比較すべきトルク変動量として算出する過
程で運転領域が変化すると、サンプリングした運転領域
変化前のトルク変動量を一旦すべてリセットした後、変
化後の運転領域におけるトルク変動量を所定の複数回サ
ンプリングするまで比較すべきトルク変動量が算出され
ない。このため、運転領域変化後、所定の複数サイクル
分経過するまでの期間中正確な制御が不可能となり、制
御速度が遅くなってしまう。
【0004】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
運転領域が変化した時は、変化後の運転領域に応じて、
記憶目標トルク変動量からトルク変動値を決定すること
により、上記の課題を解決した内燃機関のトルク変動制
御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】図1は上記の目的を達成
する本発明の原理構成図を示す。本発明は、内燃機関の
発生トルクのサイクル間変動量を測定手段11により測
定し、測定した複数サイクル分のトルク変動量を平均化
又はなまし処理して得たトルク変動値が、当該運転領域
における目標トルク変動量に一致するように、制御手段
12により制御パラメータを制御するトルク変動制御装
置において、記憶手段13,検出手段14及び更新手段
15を有するようにしたものである。
【0006】上記の記憶手段13は所定の運転領域毎に
予め前記目標トルク変動量を記憶してあり、また検出手
段14は運転領域の変化を検出する。
【0007】また、上記の更新手段15は検出手段14
により運転領域の変化が検出されたとき、検出運転領域
に応じて記憶手段13から読み出した目標トルク変動量
に基づいてトルク変動値を新たに算出して制御手段12
へ出力する。
【0008】
【作用】本発明では、運転領域が変化した時には、変化
後の運転領域に応じて記憶手段13から読み出した目標
トルク変動量に基づいて、複数サイクル分の変動量を平
均化又はなまし処理して得たトルク変動値を算出、更新
するため、運転領域変化前のトルク変動量の影響を一切
受けることなく、運転領域変化直後に当該運転領域にお
いて望ましいトルク変動値を直ちに得ることができる。
【0009】
【実施例】図2は本発明の一実施例を適用した内燃機関
の要部の構成図を示す。図2は4気筒火花点火式内燃機
関を示し、機関本体21には4つの点火プラグ221 
,222 ,223 及び224 が取り付けられ、ま
た各気筒の燃焼室が4分岐されたインテークマニホルド
23とエキゾーストマニホルド24に夫々連通されてい
る。インテークマニホルド23の下流側の各枝管には別
々に燃料噴射弁251 ,252 ,253 及び25
4 が取り付けられている。また、インテークマニホル
ド23の上流側は吸気通路26に連通されている。1番
気筒には燃焼圧センサ27が設けられている。この燃焼
圧センサ27は1番気筒内の筒内圧力を直接計測する耐
熱性の圧電式センサであって、筒内圧力に応じた電気信
号を発生する。
【0010】ディストリビュータ28は点火プラグ22
1 〜224 に夫々高電圧を分配供給する。このディ
ストリビュータ28にはクランク角720°毎に基準位
置検出用パルス信号を発生する基準位置センサ29と、
クランク角30°毎にクランク角度検出信号を発生する
クランク角センサ30とが取り付けられている。
【0011】マイクロコンピュータ31は中央処理装置
(CPU)32,メモリ33,入力インターフェイス回
路34及び出力インターフェイス回路35を有し、これ
らを双方向のバス36で接続された構成とされている。 このマイクロコンピュータ31により前記した図1の各
手段11,12,14,15が実現される。また、記憶
手段13はメモリ33により実現される。
【0012】図3は図2の内燃機関の1番気筒及びその
付近の構造を示す。同図中、図2と同一構成部分には同
一符号を付し、その説明を省略する。図3において、エ
アクリーナ37でろ過された空気はその吸入空気量がエ
アフローメータ38によって計測され、吸気通路26内
に設けられたスロットルバルブ39を通り、更にサージ
タンク40で各気筒のインテークマニホルド23に分配
され、1番気筒の場合はここで燃料噴射弁251 から
噴射される燃料と混合されてから吸気弁41の開弁時、
燃焼室42に吸入される。
【0013】燃焼室42は内部にピストン43を有し、
また排気弁44を介してエキゾーストマニホルド24に
連通されている。前記した燃焼圧センサ27はその先端
が燃焼室42内に貫通突出するように構成されている。
【0014】次にマイクロコンピュータ31によるトル
ク変動制御動作について説明する。図4(A)はトルク
変動制御のメインルーチンで、720°CA(クランク
角)毎に起動される。図4(B)は筒内圧力取り込みル
ーチンで、所定クランク角(例えば30°CA)毎に割
り込みによって起動され、燃焼圧センサ27から入力イ
ンターフェイス回路34に入力される電気信号(燃焼圧
信号)をアナログ−ディジタル変換(A/D変換)し(
ステップ201)、得られたディジタルデータをメモリ
33に格納する。
【0015】すなわち、クランク角度検出信号に基づき
、クランク角度がBTDC155°CA(上死点前15
5°),ATDC5°CA(上死点後5°),ATDC
20°CA,ATDC35°CA及びATDC50°C
Aの夫々のタイミングのときに、その時の燃焼圧信号の
ディジタルデータをメモリ33に夫々取り込む。
【0016】図5はこのときの燃焼圧信号の変化とクラ
ンク角度検出信号などとの関係を示す。クランク角度が
BTDC155°CAのときの燃焼圧信号VCP0 は
、燃焼圧センサ27の温度等による出力ドリフト、オフ
セット電圧のばらつき等を吸収するために、他のクラン
ク位置での燃焼圧の基準値とするものである。
【0017】クランク角度がATDC5°CA,ATD
C20°CA,ATDC35°CA及びATDC50°
CAの夫々の時の燃焼圧信号は図5に、VCP1 ,V
CP2 ,VCP3 及びVCP4 で示される。なお
、図5中、NAは30°CA割り込み毎にカウントアッ
プし、360°CA毎にクリアされるアングルカウンタ
NAの値である。ATDC5°CA,ATDC35°C
Aの位置は30°CA割り込み時点と一致しないので、
ATDC5°CA,ATDC35°CAでのA/D変換
はその直前の30°CA割り込み時点(NA=“0”,
“1”)で15°CA時間をタイマに設定し、タイマで
CPU32に割り込ませる。
【0018】一方、図4(A)のメインルーチンが72
0°CA毎に起動されると、まず上記ステップ201で
取り込んだ5つの燃焼圧データをもとに軸トルクを次の
方法で計算する(ステップ101)。
【0019】まず、VCP0 を基準とした燃焼圧力C
Pn を算出する(ただし、n=1〜4)。
【0020】   CPn =K1 ×(VCPn −VCP0 ) 
                         
     (1)上式中、K1 は燃焼圧信号−燃焼圧
換算係数である。次に、次式により各気筒毎に軸トルク
PTRQを算出する。
【0021】   PTRQ=K2 ×(0.5 CP1 +2CP2
 +3CP3 +4CP4 )       (2)た
だし、上式中、K2 は燃焼圧−トルク換算係数である
【0022】次に図4(A)のステップ102に進み、
次式に基づいて各気筒毎にサイクル間のトルク変動量D
TRQを算出する。
【0023】   DTRQ=PTRQi−1 −PTRQi    
                         
                         
 (DTRQ≧0)                
               (3)すなわち、前回
の軸トルクPTRQi−1 から今回の軸トルクPTR
Qi を差し引いた値DTRQのうち正の場合のみ、換
言するとトルクが減少するときのみ、トルク変動が生じ
たものとみなす。
【0024】これにより、前記した軸トルクPTRQが
図6(A)に示した如く変化したものとすると、上記の
トルク変動量DTRQは同図(B)に示す如く変化する
【0025】次にステップ103へ進み、今回の運転領
域NOAREAi が前回の運転領域NOAREAi−
1 と変化したか否か判定し、変化していない場合は次
のステップ104へ進んで変動判定条件か否かの判定が
行なわれる。なお、後述の目標トルク変動量KTHは、
運転領域毎に設けられている。また、トルク変動判定を
行なわない条件としては、減速時、アイドル運転時、始
動中、暖機中、EGRオン時、フューエルカット時、後
述のトルク変動量のなまし値TH算出前、非学習領域で
の運転時などがある。従って、これらの条件のいずれで
もないときに、トルク変動判定条件とみなして次のステ
ップ105へ進む。なお、上記の減速の判定は、前記サ
イクル間トルク変動量DTRQが例えば5回以上連続し
て正のときは減速と判定する。
【0026】減速時には、吸入空気量の減少に伴うトル
ク低下と燃焼悪化に伴うトルク低下とが区別できないた
め、トルク変動量による機関の制御を停止するためであ
る。
【0027】ステップ105ではサイクル間トルク変動
量の積算値DTHiを次式に基づいて算出する。
【0028】   DTHi =DTHi−1 +DTRQ     
                         
       (4)すなわち、前回までのトルク変動
量積算値DTHi−1 に今回算出したトルク変動量D
TRQを加算する。
【0029】次にサイクル数CYCLE10が所定値(
例えば10)以上か否か判定し(ステップ106)、所
定値未満のときはサイクル数CYCLE10を“1”イ
ンクリメントした後(ステップ107)このルーチンを
終了し(ステップ115)、再び上記の処理を開始する
【0030】図6(C)は上記のサイクル数CYCLE
10の値の変化を示し、ステップ106で比較される所
定値(同図(C)に一点鎖線で示す値で、例えば「10
」)に達すると、後述のステップ112でリセットされ
る。また、図6(D)はサイクル間トルク変動量DTR
Qの積算の様子を示す。このトルク変動量DTRQが例
えば10回積算された値が、図6(E)に示す前記積算
値DTHi である。
【0031】こうして、図4(A)のメインルーチンが
所定回数繰り返されて得られたトルク変動量積算値が、
略正確なトルク変動量に対応しているものとみなされる
ようになってから、ステップ106から次のステップ1
08へ進み、トルク変動値THi を次式に基づいて算
出する。
【0032】
【数1】
【0033】(5) 式からわかるようにトルク変動値
THi は今回算出されたトルク変動量DTHi から
n回前に算出されたトルク変動量DTHi−n までの
(n+1)個のデータを、(n+1)で除算した平均値
である。
【0034】なお、トルク変動値THi の算出方法と
しては、これ以外にも考えられ、例えば次式
【0035
【数2】
【0036】で示す如く、前回算出されたトルク変動値
THi−1  となまし量mと今回算出されたトルク変
動量DTHi とから、なまし処理値として求めてもよ
い。 上記のステップ108が前記測定手段11に相当する。
【0037】トルク変動量THi の算出が終ると、ス
テップ109に進み、現在の運転領域に応じた目標トル
ク変動量KTHが、メモリ33に予め格納されている、
機関回転数NEと吸入空気量QNとの2次元マップから
読み出されたデータに基づいて算出される。すなわち、
CPU32は前記したクランク角センサ30からのクラ
ンク角度検出信号に基づいて判定した機関回転数と、前
記エアフローメータ38から入力された吸入空気量QN
とに基づいて、それらに近い各4つの記憶機関回転数と
記憶吸入空気量とを2次元マップから読み出して、それ
らに基づいて補間計算を行なう。次に上記の目標トルク
変動量KTHと前記トルク変動値THi との大小比較
に基づくトルク変動判定が行なわれる(ステップ110
)。 ここで、目標トルク変動量KTHは幅αの不感帯を設け
た場合は不感帯のトルク変動量が大なる側の上限判定値
である。この場合は上記のステップ110でのトルク変
動判定はこの不感帯内にトルク変動値THiが入ってい
るか否かの判定である。
【0038】すなわち、KTH>THi >KTH−α
のときにはトルク変動値THi での補正は行なわずに
ステップ112へ進むが、トルク変動値THi が上記
不感帯内に入っていないときにはステップ111へ進ん
で補正値KGCPi の更新を行なう。
【0039】ステップ111での補正値KGCPi の
更新は次式に基づいて行なわれる。   (i)   THi ≧KTHのとき      
  KGCPi =KGCPi−1 +0.4 %  
                         
 (6)   (ii)  TH≦KTH−αのとき 
       KGCPi =KGCPi−1 −0.
2 %                      
      (7) ここで、(i) の場合はトルク
変動値THi が目標トルク変動量KTHよりもトルク
変動量が大なる側にずれている場合であり、空燃比がリ
ーン側すぎて燃焼が不安定であるから燃焼をできるだけ
早く安定させる必要があるのに対し、(ii)の場合は
トルク変動値THi がKTH−αよりもトルク変動量
が小なる側にずれている場合であり、空燃比がリッチ側
にあり、燃焼は安定しているが燃費の向上等のためにリ
ーン補正する必要がある。そこで、(6) 式及び(7
) 式に示すように、補正値KGCPi の補正幅を(
ii)より(i) の方を大として、トルク変動値TH
i が迅速に又は徐々に不感帯に入るようにしている。
【0040】上記の補正値KGCPi は、例えば図8
に示す如く、機関回転数NEと吸入空気量のなまし値Q
NSNからなる2次元マップを、規則的に区切った学習
領域K00〜K34のうち、当該運転領域に対応する学
習領域に格納される。この学習領域K00〜K34は前
記したメモリ33内に設けられている。
【0041】ステップ111での補正値の更新が終了し
た場合、あるいはステップ110でトルク変動値THi
 が不感帯内に入っていると判定されたときには、ステ
ップ112へ進んで前記サイクル数カウンタCYCLE
10がゼロにリセットされた後、処理終了となる(ステ
ップ115)。
【0042】ところで、前記ステップ103は前記検出
手段14に相当し、ここで機関回転数NEや吸入空気量
QNなどに基づき運転領域が変化したと判定されたとき
は、前記ステップ104で変動判定条件でないと判定さ
れたときと同様に、それまで算出したトルク低下量積算
値、すなわち前記したサイクル間トルク変動量DTHi
−n 〜DTHi−1 をゼロにリセットした後(ステ
ップ113)、これらDTHi−n 〜DTHi−1 
として、メモリ33の2次元マップから変化後の運転領
域の目標トルク変動量KTHを読み出し、必要な場合は
補間計算してセットする(ステップ114)。このステ
ップ113,114が前記更新手段15に相当する。ス
テップ114の処理後、ステップ108が実行される時
に新たな運転領域のトルク変動値THi が得られる。
【0043】なお、ステップ108におけるトルク変動
値THi の計算において、なまし処理値を用いる場合
には、ステップ114において(5´)式の前回のトル
ク変動値THi−1 の代りに、変化後の運転領域の目
標トルク変動量KTHをセットする。ステップ114の
処理を終了すると、ステップ112へ進んでサイクル数
CYCLE10をゼロにリセットする。
【0044】次に図4(A)に示すトルク変動ルーチン
におけるトルク変動値THi ,補正値KGCPi 及
び目標トルク変動量KTHのタイミングチャートについ
て図7と共に説明する。
【0045】いま、トルク変動値THi が図7(A)
に示す如く変化するものとし、(a),(b),(c)
及び(i)の各時点で、夫々運転領域が変化したものと
する。運転領域の変化は前記図4(A)のステップ10
3で判定され、それに対応して図7(B)に示す如く前
記学習領域の番号が変化すると共に、2次元マップから
補間して求められる前記目標トルク変動量KTHも運転
領域の変化時点より補間計算時間後に図7(A)に示す
如く変化する(補間によるので、変化しないこともある
)。
【0046】本実施例では運転領域が変化すると、ステ
ップ114により変化後の運転領域に応じた目標トルク
変動量KTHを用いてトルク変動の平均値又はなまし処
理値THi を算出するようにしているため、該THi
 として運転領域変化直後から直ちに不感帯内にある望
ましい値を得ることができる。
【0047】なお、図7(A)に示すようにトルク変動
値THi が(a)の直後、あるいは(d),(g)で
TH≧KTHとなると、図7(C)に示す如く補正値K
GCPi が(6) 式に示す式に基づいてリッチ補正
されることにより徐々に増加し始める。
【0048】また、図7(A)に(f)で示す時点は、
トルク変動値THiがTHi ≦KTH−αとなった時
点であり、このときは補正値KGCPi が図7(C)
に示す如く(7) 式に基づいて更新されるため、リー
ン補正されて徐々に減少し始める。なお、図7(C)で
は便宜上、(6) 式及び(7) 式の補正幅は同じ値
で図示してある。
【0049】次に、上記補正値KGCPi による燃料
噴射制御について図9と共に説明する。図9は燃料噴射
時間(TAU)計算ルーチンであって、所定クランク角
度毎(例えば360°CA毎)に起動される。ステップ
301でメモリ33から読み出した吸入空気量データと
機関回転数NEのデータとから基本燃料噴射時間TPを
算出し、次のステップ302で   TAU←TP×KGCP×δ+ε        
                         
   (8) により燃料噴射時間TAUを算出する。
【0050】(8) 式中、δ,εは他の運転状態パラ
メータによって定まる補正量であり、例えばスロットル
開度、暖機増量係数などで決められる値である。この燃
料噴射時間TAUに基づいて前記した燃料噴射弁251
 〜254 により燃料噴射が行なわれる。従って、前
記ステップ111において、(6) 式に基づく演算が
実行されると前記(8) 式中の補正値KGCPi が
前回よりも大とされるために、TAUが長くなるから空
燃比がリッチ側へ補正されることとなり、他方、ステッ
プ111において(7) 式に基づく演算が実行される
とTAUが前回より短くなるから空燃比がリーン側へ補
正される。この図9のルーチン及び前記ステップ110
,111の処理が前記制御手段12に相当する。
【0051】このようにして、本実施例によれば、運転
領域が変化した時はメモリ33に予め格納してある目標
トルク変動量に関する2次元マップから読み出したデー
タにより当該運転領域における目標トルク変動量KTH
を算出して、それからトルク変動値THi を算出する
ようにしているため、運転領域変化後直後から望ましい
トルク変動値THi を得ることができるため、従来に
比べてより正確かつ迅速なトルク変動制御ができる。
【0052】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えばステップ110におけるトルク変
動値THi として、運転領域変化直後では変化後の運
転領域の不感帯の中央値にセットするようにしてもよい
。 また、前記ステップ111における補正値の更新により
補正値KGCPi が増加する場合はEGR量を減量し
てリッチ補正し、KGCPi が減少する場合はEGR
量を増量してリーン補正するようにしてもよい。更に、
不感帯を設けないでトルク変動制御を行なう装置にも本
発明を適用することができる。
【0053】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、運転領域
が変化した時は、変化後の運転領域に応じた目標トルク
変動量を用いてトルク変動量の平均値又はなまし処理値
の初期値を算出し、運転領域変化直後から望ましい値の
トルク変動平均値又はなまし処理値を得るようにしてい
るため、変化直前の運転領域のデータの影響を受けるこ
となく、正確かつ迅速にトルク変動制御ができ、また運
転領域変化直後から学習を行なうことができる等の特長
を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の一実施例を適用した内燃機関の要部の
構成図である。
【図3】図2の内燃機関の1番気筒及びその付近の構造
を示す図である。
【図4】本発明の一実施例のトルク変動制御ルーチンを
示すフローチャートである。
【図5】図4中の軸トルクの計算の説明のための燃焼圧
信号の変化とクランク角度検出信号などとの関係を示す
図である。
【図6】図4中のサイクル間トルク変動量の積算値の説
明用タイムチャートである。
【図7】図4中のトルク変動値、目標トルク変動量及び
補正値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図8】補正値及び更新記憶される2次元マップの説明
図である。
【図9】燃料噴射時間計算ルーチンの説明図である。
【符号の説明】
11  測定手段 12  制御手段 13  記憶手段 14  検出手段 15  更新手段 27  燃焼圧センサ 31  マイクロコンピュータ 33  メモリ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  内燃機関の発生トルクのサイクル間変
    動量を測定手段により測定し、測定した複数サイクル分
    のトルク変動量を平均化又はなまし処理して得たトルク
    変動値が、当該運転領域における目標トルク変動量に一
    致するように、制御手段により制御パラメータを制御す
    る内燃機関のトルク変動制御装置において、所定の運転
    領域毎に予め前記目標トルク変動量を記憶してある記憶
    手段と、運転領域の変化を検出する検出手段と、該検出
    手段により運転領域の変化が検出されたとき、該検出運
    転領域に応じて該記憶手段から読み出した目標トルク変
    動量に基づいて前記トルク変動値を新たに算出して前記
    制御手段へ出力する更新手段とを有することを特徴とす
    る内燃機関のトルク変動制御装置。
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