(57)【要約】  【課題】エンジンの機差、経時変化、環境変化等に対応することができ、エンジントルクを高精度にかつ高応答性をもって制御することのできるエンジンの制御装置を提供する。  【解決手段】エンジントルクを直接的もしくは間接的に検出する手段３３と、エンジン制御パラメータを演算する手段２２０、２５０、２７０、２８０と、前記エンジントルク検出手段３３で検出される検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータ２２０、２５０、２７０、２８０を補正する手段３１０と、を備えて構成される。【選択図】  図３５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジントルクを直接的もしくは間接的に検出する手段と、エンジン制御パラメータを演算する手段と、前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを補正する手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
エンジントルクを推定する手段と、該エンジントルク推定手段で推定される推定トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを演算する手段と、前記検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータ及び／又は前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記エンジントルク検出手段は、エンジンの軸トルクを検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記エンジントルク検出手段は、トルクセンサで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記エンジントルク検出手段は、エンジントルクを、燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つに基づいて間接的に検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記エンジントルク検出手段は、エンジントルクを、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期、及びエンジン回転数のうちの少なくとも一つに基づいて間接的に検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記エンジントルク検出手段は、エンジントルクを、アイドル時のエンジン回転数に基づいて間接的に検出することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記エンジントルク検出手段は、エンジンの図示トルクを検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項９】
前記エンジントルク検出手段は、エンジンの図示トルク及び軸トルクを検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記エンジントルク検出手段は、エンジンの図示トルクを、燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期の少なくとも一つに基づいて検出することを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１１】
前記エンジンの図示トルクと軸トルクの差から内部損失トルクを推定する内部損失トルク推定手段を備えていることを特徴とする請求項９に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１２】
軸トルクが０のときの、図示トルクを、該運転条件において軸トルクが仕事を行っていない状態を指す平衡トルクとするトルク設定手段を備えていることを特徴とする請求項９に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１３】
前記エンジントルク推定手段は、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期、及び空燃比のうちの少なくとも一つからエンジンの図示トルク及び／又は軸トルクまでの伝達特性モデルを備えていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１４】
前記エンジントルク推定手段は、空燃比一定条件における吸入空気量からトルクまでの伝達特性モデルを有すること特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１５】
前記エンジントルク推定手段は、空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有すること特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１６】
前記エンジントルク推定手段は、吸入空気量により空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有することを特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１７】
前記エンジントルク推定手段は、燃料により空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有することを特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１８】
前記エンジントルク推定手段は、点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有すること特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１９】
前記伝達特性モデルは、伝達関数で表わされることを特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２０】
前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２１】
前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記パラメータを補正することを特徴とする請求項２０に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２２】
前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、点火時期変化量に対するトルク変化量から点火時期とトルク感度の関係を演算し、前記点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を補正することを特徴とする請求項１８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２３】
前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、アイドル時における、点火時期変化量に対する吸入空気量変化分から、点火時期とトルク感度の関係を演算し、前記点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を補正することを特徴とする請求項１８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２４】
前記アイドル時に補正された、前記点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を、アイドル時以外にも適用することを特徴とする請求項２３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２５】
前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、空燃比変化量に対するトルク変化量から、空燃比とトルク感度の関係を演算し、前記空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を補正することを特徴とする請求項１５に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２６】
前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、前記伝達関数のパラメータを補正することを特徴とする請求項１９に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２７】
前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを演算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２８】
前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記エンジン制御パラメータを演算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２９】
目標トルクを演算する目標エンジントルク演算手段を備え、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記目標トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを演算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３０】
前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを補正することを特徴とする請求項２９に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３１】
エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記目標トルクとの差が小さくなるように、前記エンジン制御パラメータを演算することを特徴とする請求項２９に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３２】
前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、該逆伝達特性モデルに基づいて、前記目標トルクを実現するための目標燃料噴射量、目標吸入空気量、及び目標点火時期のうちの少なくとも一つを演算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３３】
前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正することを特徴とする請求項３２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３４】
前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、点火時期までの逆伝達特性モデルを有し、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正することを特徴とする請求項３３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３５】
前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、前記目標トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正することを特徴とする請求項３２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３６】
前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、前記目標トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正することを特徴とする請求項３５に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３７】
前記目標エンジントルク演算手段は、アクセル開度及び／又は駆動系からの要求トルクに基づいて、目標トルクを演算することを特徴とする請求項２９に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３８】
燃料噴射量及び前記検出トルクに基づいて、エンジンの効率及び／又は燃費を演算する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３９】
前記効率及び／又は燃費を演算する手段は、所定期間における検出軸トルク及びエンジン回転数からエンジン出力を演算するとともに、前記所定期間における総燃料供給量を演算し、前記エンジン出力と総燃料供給量との関係から効率及び／又は燃費を演算することを特徴とする請求項３８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４０】
請求項１から３９のいずれかに記載の制御装置が適用されたエンジンを搭載した自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御を行う制御装置に係り、特に、車載エンジンのトルクを高精度に制御することができるようにされたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン周辺機器の電子駆動化（X By Wire化）及びモータと協調して車両駆動を行うハイブリッド化などを背景に、エンジンのトルク制御の高精度化が要求されつつある。エンジントルクは、主に、吸入空気量（に応じた燃料供給量）、空燃比（に応じた燃料供給量）、及び点火時期を主操作量として制御される。上記の各操作量を制御するデバイス（電制スロットル弁、燃料噴射弁、点火プラグ等）には、機差（個体差）による初期性能のばらつき、経時性能変化によるばらつき、また、環境変化によるばらつき等により、操作量に対するトルク感度のばらつきは避けられない。また、上記吸入空気量、空燃比、及び点火時期を高精度に制御することで、図示トルクを高精度制御したとしても、エンジンの内部損失（トルク）は多因子により決定されるため、軸トルクは必ずしも高精度で制御がなされないのも、また、実状である。
【０００３】
一方、エンジントルク系は、上記吸入空気量、空燃比、及び点火時期からなる主操作量から制御量であるトルクまでには、伝達特性（遅れ）が存在するため、応答性の良いトルク制御系を実現するためには、これらの伝達特性（遅れ）を考慮した制御の構築が必要である。
【０００４】
以上をまとめると、高精度なエンジントルク制御を実現するためには、機差、経時変化、環境変化、内部損失ばらつきにロバストな性質と、エンジントルク系の伝達特性（遅れ）を考慮した高応答な性質の双方を備えたトルク制御系を構築する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、スロットル弁からシリンダ（燃焼室）までの吸入空気系の逆伝達モデルからなるＦ/Ｆ（フィードフォワード）系と、エアフローセンサ（空気流量センサ）による吸入空気量Ｆ/Ｂ（フィードバック）系の双方からなるトルク制御系が従来より提案されている。かかるトルク制御系では、吸入空気系の逆伝達モデルを用いたＦ/Ｆ系で高応答性を確保し、エアフローセンサによる吸入空気量Ｆ/Ｂ系でロバスト性を確保するようにされる。しかしながら、本制御系は、吸入空気量制御系を高精度化することには有効ではあるものの、上述のように、吸入空気量制御精度を高精度化しても、図示トルクの制御は高精度化されるが、内部損失の影響により、軸トルクは必ずしも高精度制御されない。
【０００６】
下記特許文献１には、トルク検出器とトルク指令の差に基づいて、運転条件毎にＰゲインが変化するＰＩ制御器で開度指令を演算する装置が提案されている。本装置においては、実トルクに基づいて、Ｆ/Ｂ制御されるので、ロバスト性確保には有利である。しかしながら、前述のように、エンジントルク系は、吸入空気量、空燃比、及び点火時期からなる主操作量から制御量であるトルクまでには、伝達特性（遅れ）が存在するため、高応答なトルク制御系を実現するためには、これらの伝達特性（遅れ）を考慮した制御の構築が必要である。特に、エンジンは、その機構上、本質的に無駄時間系である。一方、当該装置におけるＰＩ制御系は、検出トルクを拠り所に、操作量（開度指令）を演算するため、検出トルクが一定時間なんの応答もしないような（すなわち、無駄時間系）、エンジントルク系にＰＩ制御系を適用しても、十分な高応答性は得られない。
【０００７】
また、下記特許文献２には、トルクコンバータ出力トルクと目標トルクが近づくようなエンジンの制御装置が提案されている。本制御装置においては、トルクコンバータのトルク容量係数、トルク比及びエンジン回転数からトルクコンバータ出力トルクを得るため、エンジン運転過渡時における、操作量（吸入空気量、燃料供給量、及び点火時期）からエンジントルクまでの応答特性は、トルクコンバータの遅れが影響し、検出精度は悪化するため、定常性能を検出するのが基本となる。また、定常性能においても、トルクコンバータを介するため、エンジンの図示トルク及び軸トルクに対しては、一定の定常誤差を含むことは避けられない。
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、エンジンの機差、経時変化及び環境変化等に対応することができ、エンジントルクを高精度にかつ高応答性をもって制御することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−８２７１９号公報
【特許文献２】特開平２−１３３２４２号公報
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置の第１態様では、エンジントルクを直接的もしくは間接的に検出する手段と、エンジン制御パラメータを演算する手段と、前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを補正する手段と、を備える（図１参照）。
【００１１】
すなわち、エンジントルクに関与するエンジン制御パラメータ（例えば、目標吸入空気量、目標燃料供給量、目標点火時期等）を演算する手段を設け（好ましくは、エンジントルク系の伝達特性を考慮したパラメータ演算）、これによって高応答性を確保する。一方で、エンジントルクを検出し、Ｆ/Ｆ系によって、所望のトルク特性が実現できたかを確認し、適宜、Ｆ/Ｆ系の制御パラメータを補正する。
【００１２】
このように、エンジントルク系の伝達特性を考慮したＦ/Ｆ系を基本に、検出トルクに基づいて、適宜Ｆ/Ｆ系のパラメータを補正するトルク制御系を構成することで、高応答かつ高ロバストなトルク制御系を実現する。
【００１３】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２態様では、エンジントルクを推定する手段と、該エンジントルク推定手段で推定される推定トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを演算する手段と、前記検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータ及び／又は前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段と、を備える（図２参照）。
【００１４】
すなわち、エンジントルクを推定あるいは予測する手段を備え、該推定（予測）エンジントルクに基づいて、トルク制御の操作量（エンジン制御パラメータ）を決定するものである。上述のように、エンジントルク系は、遅れが大きいため、検出トルクに基づいた実時間制御では、十分な性能が得られないため、トルク予測手段を設けて、擬似Ｆ/Ｂ制御を行う構成とするものである。
【００１５】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３態様では、前記エンジントルク検出手段は、エンジンの軸トルクを検出するようにされる。
【００１６】
すなわち、検出トルクは、軸トルクであることがエンジントルク制御の高性能化の観点からは有利であることに鑑みたものである。
【００１７】
本発明に係るエンジンの制御装置の第４態様では、前記エンジントルク検出手段は、トルクセンサで構成される。
【００１８】
本発明に係るエンジンの制御装置の第５態様では、前記エンジントルク検出手段は、エンジントルクを、燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つに基づいて間接的に検出するようにされる（図３参照）。
【００１９】
すなわち、エンジントルクを決定する因子として支配的であり、オンライン検出可能な燃料噴射量、吸入空気量、点火時期に基づいてエンジントルクを間接的に検出するものである。
【００２０】
本発明に係るエンジンの制御装置の第６態様では、前記エンジントルク検出手段は、エンジントルクを、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期、及びエンジン回転数のうちの少なくとも一つに基づいて間接的に検出するようにされる。
【００２１】
すなわち、第５態様に加えて、エンジン回転数も考慮することで、より高精度にエンジントルクを間接的に検出するものである。
【００２２】
本発明に係るエンジンの制御装置の第７態様では、前記エンジントルク検出手段は、エンジントルクを、アイドル時のエンジン回転数に基づいて間接的に検出するようにされる。
【００２３】
本発明に係るエンジンの制御装置の第８態様では、前記エンジントルク検出手段は、エンジンの図示トルクを検出するようにされる。
【００２４】
すなわち、アイドル時はエンジンの軸トルクは外に仕事をしていない状態にあり、したがって、アイドル回転数からエンジンの図示トルクがより正確に検出できることに鑑みたものである。
【００２５】
本発明に係るエンジンの制御装置の第９態様では、前記エンジントルク検出手段は、エンジンの図示トルク及び軸トルクを検出するようにされる。
【００２６】
すなわち、図示トルクと軸トルクの双方を検出することで、より高精度なトルク制御を実現することを提案するものである。
【００２７】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１０態様では、前記エンジントルク検出手段は、エンジンの図示トルクを、燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期の少なくとも一つに基づいて検出するようにされる（図４参照）。
【００２８】
すなわち、エンジン図示トルクを決定する因子として支配的であり、オンライン検出可能な燃料噴射量、吸入空気量、点火時期に基づいてエンジン図示トルクを間接的に検出するものである。
【００２９】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１１態様では、前記エンジンの図示トルクと軸トルクの差から内部損失トルクを推定する内部損失トルク推定手段を備える（図５参照）。
【００３０】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１２態様では、軸トルクが０のときの、図示トルクを、該運転条件において軸トルクが仕事を行っていない状態を指す平衡トルクとするトルク設定手段を備える（図６参照）。
【００３１】
すなわち、図示トルクと軸トルクの双方を検出する（第９態様）ことで、該運転条件において軸トルクが仕事を行っていない状態を指す平衡トルクも得ることを可能である。
【００３２】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１３態様では、前記エンジントルク推定手段は、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期、及び空燃比のうちの少なくとも一つからエンジンの図示トルク及び／又は軸トルクまでの伝達特性モデルを備える（図７参照）。
【００３３】
すなわち、前述のように、エンジントルク系には、伝達特性（遅れ）が存在する。エンジントルク推定手段に、エンジントルクを決定する主因子である燃料噴射量、吸入空気量、点火時期、及び空燃比のうちの少なくとも一つからトルクまでの伝達特性（モデル）を備えさせることで、より高精度にエンジントルクの推定（予測）を実現するものである。
【００３４】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１４態様では、前記エンジントルク推定手段は、空燃比一定条件における吸入空気量からトルクまでの伝達特性モデルを有する（図８参照）。
【００３５】
すなわち、例えば、理論空燃比一定条件化での吸入空気量（に応じた燃料量）からトルクまでの伝達特性を有し、空燃比によるトルク変化分（影響分）を明確に分離することで、操作量（この場合は目標吸入空気量）の演算をより容易にすることなどの効果を狙ったものである。
【００３６】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１５態様では、前記エンジントルク推定手段は、空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有する（図９参照）。
【００３７】
すなわち、第１４態様と同様に、空燃比によるトルク変化分（影響分）を明確に分離することで、操作量（この場合は目標空燃比）の演算をより容易にすることなどの効果を狙ったものである。
【００３８】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１６態様では、前記エンジントルク推定手段は、吸入空気量により空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有する（図１０参照）。
【００３９】
すなわち、空燃比は、空気量と燃料量のどちらでも制御可能であるが、吸入空気量（スロットル弁）からトルクまでと、燃料供給量（燃料噴射弁）からトルクまでとでは、伝達特性が異なる。本態様では、吸入空気量で空燃比を制御した場合について、鑑みたものである。
【００４０】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１７態様では、前記エンジントルク推定手段は、燃料により空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有する（図１１参照）。
【００４１】
すなわち、第１６態様と同じく、空燃比は、吸入空気量と燃料供給量のどちらでも制御可能であるが、吸入空気量（スロットル弁）からトルクまでと、燃料供給量（燃料噴射弁）からトルクまでとでは、伝達特性が異なる。本態様では、燃料供給量で空燃比を制御した場合について、鑑みたものである。
【００４２】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１８態様では、前記エンジントルク推定手段は、点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性モデルを有する（図１２参照）。
【００４３】
すなわち、点火時期によるトルク変化分（影響分）を明確に分離することで、操作量（この場合は点火時期）の演算をより容易にすることなどの効果を狙ったものである。
【００４４】
本発明に係るエンジンの制御装置の第１９態様では、前記伝達特性モデルは、伝達関数で表わされるようにされる（図１３参照）。
【００４５】
すなわち、トルク伝達系を伝達関数表現することで、数理的に扱いやすくする、あるいは、オンボード化設計に向くようにするものである。
【００４６】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２０態様では、前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正するようにされる（図１４参照）。
【００４７】
すなわち、推定トルクと検出トルクを比較することで、推定トルクの精度を把握し、適宜、推定トルクの演算手段（エンジントルク推定手段）のパラメータを補正することで、エンジントルク推定手段をオンボードで高精度化（適応）していくものである。
【００４８】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２１態様では、前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記パラメータを補正するようにされる（図１５参照）。
【００４９】
すなわち、第２０態様に準じるものであり、より具体的には、推定トルクと検出トルクの差が小さくなるように、エンジントルク推定手段のパラメータを補正するものである。
【００５０】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２２態様では、前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、点火時期変化量に対するトルク変化量から点火時期とトルク感度の関係を演算し、前記点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を補正するようにされる（図１６参照）。
【００５１】
すなわち、エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段においても、前述のように点火時期によるトルク変化分（影響分）を明確に分離することで、操作量（この場合は点火時期）の演算をより容易にすることなどの効果を狙ったものである。
【００５２】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２３態様では、前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、アイドル時における、点火時期変化量に対する吸入空気量変化分から、点火時期とトルク感度の関係を演算し、前記点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を補正するようにされる（図１７参照）。
【００５３】
すなわち、前述のように、アイドル時はエンジンの軸トルクは外に仕事をしていない状態にあり、したがって、アイドル回転数からエンジンの図示トルクがより正確に検出できる。アイドル時に点火時期を変化させると、吸入空気量、燃料供給量、及び空燃比が一定であれば、アイドル回転数が変化する。このアイドル回転数変化分から、点火時期に対するトルク感度が間接的に検出可能である。また、一般には、アイドル回転数を一定にするために、吸入空気量もしくは燃料供給量が操作される（あるいは変化する）ので、点火時期を変化させたときの、吸入空気量もしくは燃料供給量の変化分から、点火時期に対するトルク感度が間接的に検出される。
【００５４】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２４態様では、前記アイドル時に補正された、前記点火時期を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を、アイドル時以外にも適用するようにされる。
【００５５】
すなわち、点火時期に対するトルク感度の変化は運転領域によらず、一定であることが知られており、したがって、アイドル時に得た点火時期に対するトルク感度の関係は、アイドル運転以外にも適用可能である。
【００５６】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２５態様では、前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、空燃比変化量に対するトルク変化量から、空燃比とトルク感度の関係を演算し、前記空燃比を変化させたときにおけるトルクまでの伝達特性を補正するようにされる（図１８参照）。
【００５７】
すなわち、エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段においても、前述のように空燃比によるトルク変化分（影響分）を明確に分離することで、操作量（この場合は空燃比）の演算をより容易にすることなどの効果を狙ったものである。
【００５８】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２６態様では、前記エンジントルク推定手段のパラメータを補正する手段は、前記伝達関数のパラメータを補正するようにされる（図１９参照）。
【００５９】
すなわち、第１９態様において述べたように、トルク伝達系をオンボード化設計向きに伝達関数表現した場合は、この伝達関数のパラメータをオンボードチューニングすることを提案するものである。
【００６０】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２７態様では、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを演算するようにされる（図２０参照）。
【００６１】
すなわち、第２０態様と同様に、推定トルクと検出トルクを比較することで、推定トルクの精度を把握し、それに基づいて、エンジン制御パラメータを演算することで、トルク制御をより高精度化（適応）していくものである。
【００６２】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２８態様では、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記エンジン制御パラメータを演算するようにされる（図２１参照）。
【００６３】
すなわち、第２７態様に準じるものであり、より具体的には、推定トルクと検出トルクの差が小さくなるように、エンジン制御パラメータを演算するものである。
【００６４】
本発明に係るエンジンの制御装置の第２９態様では、目標トルクを演算する目標エンジントルク演算手段を備え、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記目標トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを演算するようにされる（図２２参照）。
【００６５】
すなわち、目標トルクと検出トルクを比較することで、トルクの制御精度を把握し、それに基づいて、エンジン制御パラメータを演算することで、トルク制御をより高精度化（適応）していくものである。
【００６６】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３０態様では、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記エンジン制御パラメータを補正するようにされる（図２３参照）。
【００６７】
すなわち、推定トルクと検出トルクを比較することで、トルクの制御精度を把握し、それに基づいて、エンジン制御パラメータを演算することで、トルク制御をより高精度化（適応）していくものである。
【００６８】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３１態様では、エンジン制御パラメータを演算する手段は、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記目標トルクとの差が小さくなるように、前記エンジン制御パラメータを演算するようにされる（図２４参照）。
【００６９】
すなわち、第２９態様に準じるものであり、より具体的には、目標トルクと検出トルクの差が小さくなるように、エンジン制御パラメータを演算するものである。
【００７０】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３２態様では、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、該逆伝達特性モデルに基づいて、前記目標トルクを実現するための目標燃料噴射量、目標吸入空気量、及び目標点火時期のうちの少なくとも一つを演算するようにされる（図２５参照）。
【００７１】
すなわち、所望のトルクを実現する操作量（燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期）を演算する場合は、トルクから操作量までの逆応答特性に基づいて、各操作量を決めることで、トルクの応答特性を打ち消すような、操作量が演算される結果、トルクの応答性が向上する。本態様は、これを狙ったものである。
【００７２】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３３態様では、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正するようにされる（図２６参照）。
【００７３】
すなわち、第３１態様に記載のように、トルクから操作量までの逆応答特性に基づいて、各操作量を決めるが、この逆特性を、推定トルクと検出トルクに基づいて、適宜、補正することで、より高精度なトルク制御の実現を図るものである。
【００７４】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３４態様では、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、点火時期までの逆伝達特性モデルを有し、前記エンジントルク推定手段で推定される推定トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正するようにされる（図２７参照）。
【００７５】
すなわち、第３３態様に準じるものであり、より具体的には、推定トルクと検出トルクの差が小さくなるように、逆伝達特性のパラメータを補正するものである。
【００７６】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３３態様では、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、吸入空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、前記目標トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクに基づいて、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正するようにされる（図２８参照）。
【００７７】
すなわち、第３１態様に記載のように、トルクから操作量までの逆応答特性に基づいて、各操作量を決めるが、この逆特性を、目標トルクと検出トルクに基づいて、適宜、補正することで、より高精度なトルク制御の実現を図るものである。
【００７８】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３６態様では、前記エンジン制御パラメータを演算する手段は、エンジントルクから燃料噴射量、空気量、及び点火時期のうちの少なくとも一つまでの逆伝達特性モデルを有し、前記目標トルクと前記エンジントルク検出手段で検出される検出トルクの差が小さくなるように、前記逆伝達特性モデルのパラメータを補正するようにされる（図２９参照）。
【００７９】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３７態様では、前記目標エンジントルク演算手段は、アクセル開度及び／又は駆動系からの要求トルクに基づいて、目標トルクを演算するようにされる（図３０参照）。
【００８０】
すなわち、エンジンの目標トルクを決定するのに、重要な因子であるアクセル開度及び駆動系からの要求トルクを明記するものである。
【００８１】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３８態様では、燃料噴射量及び前記検出トルクに基づいて、エンジンの効率及び／又は燃費を演算する手段を備える（図３１参照）。
【００８２】
すなわち、燃料供給量と検出トルクの双方がわかれば、エンジンの効率が演算でき、したがって、燃費も計算可能である。
【００８３】
本発明に係るエンジンの制御装置の第３９態様では、前記効率及び／又は燃費を演算する手段は、所定期間における検出軸トルク及びエンジン回転数からエンジン出力を演算するとともに、前記所定期間における総燃料供給量を演算し、前記エンジン出力と総燃料供給量との関係から効率及び／又は燃費を演算するようにされる（図３２参照）。
【００８４】
すなわち、第３７態様に準じるものであり、所定期間における検出トルクとエンジン回転数からエンジン出力を演算し、さらに所定期間における該エンジンの効率、燃費を演算するものである。
【００８５】
一方、本発明に係る自動車は、前述した如くのトルク制御を行う制御装置が適用されたエンジンを搭載していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００８６】
本発明によれば、エンジンのトルクを直接的もしくは間接的に検出ないし推定して、所望のトルクが実現されるように、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等のエンジン制御パラメータとされるエンジン操作量を制御するので、エンジンの機差、経時変化及び環境変化等に対応することができ、エンジントルクを高精度にかつ高応答性をもって制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００８８】
［第１実施形態］
図３３は、本発明に係る制御装置の第１実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。
【００８９】
図示のエンジン１０は、例えば４つの気筒を有する多気筒エンジンであって、シリンダ１２と、このシリンダ１２の各気筒＃１、＃２、＃３、＃４内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、該ピストン１５上方には燃焼室１７が画成される。燃焼室１７には、点火プラグ３５が臨設されている。
【００９０】
燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０の始端部に設けられたエアクリーナ２１から取り入れられ、エアフローセンサ２４を通り、電制スロットル弁２５を通ってコレクタ２７に入り、このコレクタ２７から前記吸気通路２０の下流端（吸気ポート）に配在された吸気弁２８を介して各気筒#１、#２、#３、#４の燃焼室１７に吸入される。また、前記燃焼室１７には、燃料噴射弁３０が臨設されている。
【００９１】
燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排ガス）は、燃焼室１７から排気弁４８を介して排気通路４０の上流部分を形成する個別通路部に排出され、その個別通路部から排気集合部を通って排気通路４０に配備された三元触媒５０に流入して浄化された後、外部に排出される。
【００９２】
また、排気通路４０における三元触媒５０より下流側にはＯ２センサ５１が配在され、排気通路４０における触媒５０より上流側の排気集合部付近にはＡ／Ｆセンサ５２が配在されている。
【００９３】
前記Ａ／Ｆセンサ５２は、排気中に含まれる酸素の濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ５２により、前記排気集合部における空燃比を求めることが可能となる。また、前記Ｏ２センサ５１からの信号により、触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを求めることができる。
【００９４】
また、燃焼室１７から排気通路４０に排出された排気ガスの一部は、必要に応じてＥＧＲ通路４１を介して吸気通路２０に導入され、吸気通路２０の分岐通路部を介して各気筒の燃焼室１７に還流される。前記ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ率を調整するためのＥＧＲバルブ４２が介装されている。
【００９５】
そして、本実施形態の制御装置１においては、エンジン１０の種々の制御を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１００が備えられている。
【００９６】
コントロールユニット１００は、基本的には、図３４に示される如くに、ＣＰＵ１０１、入力回路１０２、入出力ポート１０３、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０５等で構成される。
【００９７】
コントロールユニット１００には、入力信号として、エアフローセンサ２４により検出される空気量（吸入空気量）に応じた信号、スロットルセンサ３４により検出されるスロットル弁２５の開度（スロットル開度）に応じた信号、クランク角センサ３７から得られるクランクシャフト１８の回転（エンジン回転数）・位相をあらわす信号、排気通路４０における触媒５０より下流側に配在されたＯ２センサ５１により検出される排気ガス中の酸素濃度に応じた信号、排気通路４０における触媒５０より上流側の排気集合部に配在されたＡ／Ｆセンサ５２により検出される酸素濃度（空燃比）に応じた信号、シリンダ１２に配設された水温センサ１９により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、アクセルセンサ３６から得られるアクセルペダル３９の踏み込み量（運転者の要求トルクを示す）に応じた信号、車速センサ２９から得られる当該エンジン１０が搭載された自動車の車速に応じた信号、クランクシャフト１８に設置されたトルクセンサ３３からのエンジンの軸トルクに応じた信号等が供給される。
【００９８】
コントロールユニット１００においては、Ａ／Ｆセンサ５２、Ｏ２センサ５１、スロットルセンサ３４、エアフローセンサ２４、クランク角センサ３７、水温センサ１６、アクセルセンサ３６、及びトルクセンサ３３等の各センサの出力が入力され、入力回路１０２にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート１０３に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ１０４に保管され、ＣＰＵ１０１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ１０５に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はＲＡＭ１０４に保管された後、出力ポート１０３に送られる。
【００９９】
点火プラグ３５に対する作動信号は点火出力回路１１６内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時点である。出力ポート１０３にセットされた点火プラグ３５用の信号は点火出力回路１１６で点火に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ３５に供給される。また、燃料噴射弁３０の駆動信号（空燃比制御信号）は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路１１７で燃料噴射弁３０を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁３０に供給される。電制スロットル弁２５の目標開度を実現する駆動信号は、電制スロットル弁駆動回路１１８を経て、電制スロットル弁２５に送られる。
【０１００】
コントロールユニット１００では、Ａ／Ｆセンサ５２の信号から触媒５０上流の空燃比を得、Ｏ２センサ５１の信号から、触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを求める。また、両センサ５１、５２の出力を用いて触媒５０の浄化効率が最適となるよう燃料噴射量（燃料量）もしくは吸入空気量（空気量）を逐次補正するフィードバック制御を行う。
【０１０１】
次に、コントロールユニット１００が、エンジントルクの制御を行う際の処理内容を具体的に説明する。
【０１０２】
図３５は、コントロールユニット１００による制御システムを表した機能ブロック図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。本制御システムは、目標トルク演算手段２１０、目標空気量演算手段２２０、目標スロットル開度演算手段２３０、電制スロットル弁制御手段２４０、目標空燃比演算手段２５０、実空気量演算手段２６０、目標燃料噴射量演算手段２７０、目標点火時期演算手段２８０、目標操作量振り分け手段３００及び目標操作量補正値演算手段３１０、を備えている。
【０１０３】
まず、目標トルク演算手段２１０でアクセル開度及び各種駆動系からの要求トルクから総合的にから目標トルクを演算する。次に目標トルクと目標空燃比から目標空気量を演算し、目標空気量を実現する目標スロットル開度を演算し、電制スロットル弁制御手段２４０にて、スロットル開度を開度センサ３４の出力に基づいてＦ／Ｂ制御する。エアフロセンサ２４で検出された実空気量と目標空燃比から燃料噴射量を演算する。エアフロセンサ２の出力を用いて実空気量演算手段２６０で演算された実空気量と目標空燃比（当量比）演算手段２５０で演算された目標空燃比（当量比）から目標燃料噴射量演算手段２７０で目標燃料噴射量を演算する。エンジントルクを決める因子として、目標空気量（に応じた燃料量）、目標空燃比、目標点火時期の３つがあり、各運転シーンに応じて、これら３操作量をどのように振り分けるかを目標操作量振り分け手段３００で決定する。また、トルクセンサ３３からの信号を用いて、トルク制御精度を監視し、適宜、目標空気量演算手段２２０、目標空燃比（当量比）演算手段２５０、目標点火時期演算手段２８０の各パラメータを補正する。補正値は、目標操作量補正値演算手段３１０で演算する。
【０１０４】
以下、各手段の詳細について述べる。
【０１０５】
＜目標トルク演算手段２１０（図３６）＞
本演算手段２１０は、図３６に示される如くの構成とされる。図のTgTcは目標トルクを示す。アクセル要求分トルク、アイドル分トルク及び駆動系等からの要求トルクから総合的に目標トルクを演算する。ここでは、アクセル要求分トルク、アイドル分トルク、駆動系等からの要求トルクの和を目標トルクとしているが、最大値、最小値などを選択して、目標トルクとするのもよい。
【０１０６】
アクセル開度(Apo)とエンジン回転数(Ne)からマップTblTgTsを参照して、アクセル要求分トルクを算出するが、伝達特性G0(Z)を施すことで、所望のトルク軌道を生成する。所望のトルク軌道は、各車の特性（性格）に応じて、決めるのがよい。なお、アクセル要求分はトルク制御、アイドル制御分は出力制御となっていので、アイドル分は出力からトルク変換を行う。またアイドル側にも、伝達特性G1(Z)を施すことで、所望のトルク軌道を生成する。アイドルＦ/Ｆ制御分TgTf0は、目標回転数TgNeからテーブルTblTgTfを参照して決まる。アイドルＦ/Ｂ制御は、Ｆ/Ｆ分の誤差を補正するために、アイドル時のみ機能する。アイドル時か否かは、アクセル開度Apoが所定値AplIdleより小さい場合でアイドル時とする。Ｆ/Ｂ制御のアルゴリズムはここでは特に示さないが、例えばＰＩＤ制御などが考えられる。TblTgTfの設定値はフリクションが影響するので、実機のデータから決定するのが望ましい。
【０１０７】
＜目標操作量振り分け手段３００（図３７）＞
前述のように、エンジントルクを決める因子として、目標空気量（に応じた燃料量）、目標空燃比、目標点火時期の３つがあり、各運転シーンに応じて、これら３操作量をどのように振り分けるかを目標操作量振り分け手段３００で決定する。具体的には、図３７に示される。運転シーンを判断する情報として、本例では、アクセル開度、エンジン回転数、車速を用いている。詳細は、ここでは、示していないが、例えば、アクセル開度の履歴をみて、アクセル開度変化量が所定値以上のときは加速要求シーン、アクセル開度変化量が所定以下（マイナス側）のときは減速要求シーン、さらに、車速の履歴を用いることで、どの程度加速したか、どの程度減速したかなどがわかる。これら情報を総合して、各運転シーンを判断し、各運転シーンに応じて、上記目標トルク演算手段２１０で演算される目標トルクを実現する操作量である空気量、空燃比、点火時期をどのように振り分けるかを、操作量振り分けモードして出力する。
【０１０８】
＜目標空気量演算手段２２０（図３８）＞
本演算手段２２０では、目標トルクを実現する目標空気量を演算する。具体的には、図３８に示されるように、目標トルクから伝達関数G_air-1(Z)を用いて目標空気量を演算する。ここに、G_air(Z)は、図３８中に示されるとおりであり、スロットル弁２５近傍空気量からエンジン軸トルクまでの伝達特性を表す。一般に、n≧mである。したがって、G_air-1(Z)は、エンジン軸トルクからスロットル弁２５近傍までの空気量の逆伝達特性を表す。なお、a_air1,a_air2,・・・,a_airn,b_air0,b_air1,・・・,b_airmは、物理モデル及び実験値などからの決めるのがよい。上記のように、a_air1,a_air2,・・・,a_airn,b_air0,b_air1,・・・,b_airmは、スロットル弁２５近傍の空気量から軸トルクまでの伝達特性を表すが、これらパラメータは、後述の目標操作量（空気量）補正値により、所望のトルク軌道が実現されるように適宜オンラインチューニングされる。また、操作量振り分けモードに応じて、空気量が負担するトルク分も適宜調整される。
【０１０９】
＜目標スロットル開度演算手段２３０（図３９）＞
本演算手段２３０では、目標空気量とエンジン回転数からマップを用いて、目標スロットル開度TgTVOを求める。マップの値は、理論値もしくは実験値を用いる。
【０１１０】
＜電制スロットル弁制御手段２４０（図４０）＞
ここでは、目標スロットル開度TgTVOと実スロットル開度Tvoからスロットル駆動用操作量Tdutyを演算する。なお、前述したようにTdutyはスロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるPWM信号のデューティ比を表す。ここでは、TdutyをＰＩＤ制御により求めるものとしている。なお、詳細は特記しないがＰＩＤ制御の各ゲインは実機を用いて最適値にチューニングするのが望ましい。
【０１１１】
＜目標点火時期演算手段２８０（図４１）＞
本演算手段２８０では、目標トルクを実現する目標点火時期を演算する。具体的には、図４１に示されるように、点火時期分目標トルクから伝達関数G_adv-1(Z)を用いて目標点火時期を演算する。点火時期分目標トルクは、目標トルクと空気分が発生する空気分トルクの差からなる。空気分が発生する空気分トルクは、目標空気量演算手段２２０で述べたスロットル弁２５近傍空気量からエンジン軸トルクまでの伝達特性G_air(Z)を用いて演算される。
【０１１２】
ここに、G_adv(Z)は、図４１中に示されるとおりであり、点火からエンジン軸トルクまでの伝達特性を表す。一般に、n≧mである。したがって、G_adv-1(Z)は、エンジン軸トルクから点火までの逆伝達特性を表す。なお、a_adv1,a_adv2,・・・,a_advn,b_adv0,b_adv1,・・・,b_advmは、物理モデル及び実験値などからの決めるのがよい。上記のように、a_adv1,a_adv2,・・・,a_advn,b_adv0,b_adv1,・・・,b_advmは、点火から軸トルクまでの伝達特性を表すが、これらパラメータは、後述の目標操作量（点火時期補正分）補正値により、所望のトルク軌道が実現されるように適宜オンラインチューニングされる。また操作量振り分けモードに応じて、点火時期によるトルク制御を実施するかが決められる。
【０１１３】
なお、図中の基本点火時期は、ＭＢＴ(Minimum advance for the Best Torque)が望ましく、ＭＢＴからの点火時期ずれ分で、トルクを操作する。
【０１１４】
＜目標空燃比（当量比）演算手段２５０（図４２）＞
本演算手段２５０では、目標トルクを実現する目標当量比を演算する。具体的には、図４２に示されるように、当量比分目標トルクから伝達関数G_af-1(Z)を用いて目標当量比を演算する。当量比分目標トルクは、目標トルクから空気分が発生する空気分トルク及び点火時期補正分が発生する点火時期分トルクを引いた値からなる。空気分が発生する空気分トルクは、上述のように目標空気量演算手段２２０で述べたスロットル弁２５近傍空気量からエンジン軸トルクまでの伝達特性G_air(Z)を用いて演算される。点火時期制御により発生する点火時期補正分トルクは、上述のように目標点火時期演算手段２８０で述べた点火からエンジン軸トルクまでの伝達特性G_adv(Z)を用いて演算される。
【０１１５】
ここに、G_af(Z)は、図４２中に示されるとおりであり、当量比、すなわち燃料噴射からエンジン軸トルクまでの伝達特性を表す。一般に、n≧mである。したがって、G_af-1(Z)はエンジン軸トルクから燃料噴射までの逆伝達特性を表す。なお、a_af1,a_af2,・・・,a_afn,b_af0,b_af1,・・・,b_afmは、物理モデル及び実験値などからの決めるのがよい。上記のように、a_af1,a_af2,・・・,a_afn,b_af0,b_af1,・・・,b_afmは、燃料噴射から軸トルクまでの伝達特性を表すが、これらパラメータは、後述の目標操作量（当量比補正分）補正値により、所望のトルク軌道が実現されるように適宜オンラインチューニングされる。また操作量振り分けモードに応じて、当量比によるトルク制御を実施するかが決められる。
【０１１６】
なお、図中の基本当量比は、理論空燃比が望ましく、そのときの当量比を１．０としている。理論空燃比からの当量比ずれ分で、トルクを操作する。
【０１１７】
＜実空気量演算手段２６０（図４３）＞
ここでは、実空気量を演算する。便宜上、実空気量は図４３に示されるように一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値として演算する。ここに、Qaは、エアフロセンサ２で検出された空気流量である。また、Kは、Tpが理論空燃比時の燃料噴射量となるよう決定する。Cylは、エンジンの気筒数である。また、伝達関数G_air2(Z)を用いて、スロットル弁２５近傍の空気量（エアフローセンサ検出空気量）からシリンダ内空気量を演算する。伝達関数G_air2(Z)のパラメータ値は、物理モデル及び実験値などからの決めるのがよいが、多くの公知例、文献などがあるので、詳細は省略する。
【０１１８】
＜目標燃料噴射量演算手段２７０（図４４）＞
ここでは、目標燃料噴射量を演算する。実空気量演算手段２６０で演算された実空気量Tpに、目標空燃比（当量比）演算手段２５０で演算された目標当量比TgFbyaを乗じて、目標燃料量(TgTi)とする。
【０１１９】
＜目標操作量補正値演算手段３１０（図４５）＞
ここでは、トルクセンサ３３の出力信号を用いて、前述の伝達関数G_air(Z)、G_adv(Z)、G_af(Z)の各パラメータをオンラインチューニングする。具体的には、図４５に示されるように、空気量Qa(k)の時系列データとトルクセンサ出力信号Tq(k)の時系列データを用いて同定機構１により、G_air(Z)のパラメータであるa_air1,a_air2,・・・,a_airn,b_air0,b_air1,・・・,b_airmを決定する。
【０１２０】
同定機構の具体的処理は、図４５中に示されており、空気量Qa(k)からモデルG_air(Z)により推定される空気分推定トルクと実トルクTq(k)の式誤差が最小となるように（最小二乗法で）、G_air(Z)のパラメータを決めるものである。最小二乗法は、オンライン向けの逐次最小二乗法を適用するのが好ましい。逐次最小二乗法については、多くの文献、書物があるので、ここでは詳述しない。
【０１２１】
同様に、点火時期補正Δadv(k)からモデルG_adv(Z)により推定される点火時期補正分推定トルクと実トルクTq(k)の式誤差が最小となるように（最小二乗法で）、G_adv(Z)のパラメータを決めるものである。さらに、当量比補正Δfbya(k)からモデルG_af(Z)により推定される当量比補正分推定トルクと実トルクTq(k)の式誤差が最小となるように（最小二乗法で）、G_af(Z)のパラメータを決めるものである。
【０１２２】
なお、点火時期補正及び当量比補正においては、トルクの絶対値ではなくトルクの変化分でパラメータを同定するのもよい。
【０１２３】
［第２実施形態］
前述した第１実施形態で参照した図３３、図３４、図３５は、本第２実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。図３５中の目標トルク演算手段２１０（図３６）、目標空気量演算手段２２０（図３８）、目標スロットル開度演算手段２３０（図３９）、電制スロットル弁制御手段２４０（図４０）、目標空燃比（当量比）演算手段２７０（図４２）、実空気量演算手段２６０（図４３）、目標燃料噴射量演算手段２７０（図４４）、目標点火時期演算手段２８０（図４１）、目標操作量振り分け手段３００（図３７）、目標操作量補正値演算手段３１０（図４５）は、いずれも同じであるので、詳述しない。そして、本実施形態では、図３５中には表されていない、以下に説明される各種トルク演算手段３３０が存在する。
【０１２４】
＜各種トルク演算手段３３０（図４６）＞
本演算手段３３０では、トルクセンサ３３等のいくつかのセンサ類を用いて、エンジン図示トルク、内部損失トルク、平衡トルクを演算する。具体的には、図４６に示されるように、実空気量Tpからテーブルを参照した値に対して、点火時期補正量Δadv（図４１にて演算）、当量比補正Δfbya（図４２にて演算）をそれぞれテーブルで参照した値を乗じ、図示トルクとする。これは、空気量（に応じた理論空燃比相当燃料量）から図示トルクの基本値を演算し、点火ずれ分（ＭＢＴからの）と当量比ずれ分（理論空燃比からの）を補正して、最終的な図示トルクとするものである。また、この図示トルクとトルクセンサ３３で検出される軸トルクとの差をとり、内部損失トルクとする。また、トルクセンサ３３の出力が０、すなわち軸トルクが０のときの、図示トルクを、該運転条件において軸トルクが仕事を行っていない状態を指す平衡トルクとするものである。
【０１２５】
［第３実施形態］
図４７、図４８、及び図４９は、本第３実施形態の制御装置の概略構成図、コントロールユニットの内部構成図、及び、制御システム図であり、それぞれ前述した第１実施形態で参照した図３３、図３４、図３５に対応しており、第１実施形態と相違しているのは、トルクセンサ３３が備えられず（図４７）、したがって、コントロールユニット１００にトルクセンサ３３からの信号が入力されず（図４８）、目標操作量補正値演算手段３４０において、トルクセンサに代えてクランク角センサ３７からのエンジン回転数を表す信号を用いてエンジンの軸トルクを推定するようにされる（図４９）。図３５中の目標トルク演算手段２１０（図３６）、目標空気量演算手段２２０（図３８）、目標スロットル開度演算手段２３０（図３９）、電制スロットル弁制御手段２４０（図４０）、目標空燃比（当量比）演算手段２７０（図４２）、実空気量演算手段２６０（図４３）、目標燃料噴射量演算手段２７０（図４４）、目標点火時期演算手段２８０（図４１）、目標操作量振り分け手段３００（図３７）は、いずれも同じであるので、詳述しない。そして、目標操作量補正値演算手段の処理内容が第１実施形態とは異なるので、以下に本実施形態の目標操作量補正値演算手段３４０Ａ、３４０Ｂを説明する。
【０１２６】
＜目標操作量補正値演算手段３４０Ａ（アイドルＦ/Ｂ制御なし）（図５０）＞
本演算手段３４０Ａでは、アイドル時でかつアイドルＦ/Ｂ制御がない状態で、空気量、点火時期、空燃比を個々に変化させたときのエンジン回転数の変化量から、トルクの変化量を推定する。具体的には、図５０に示される如くに、例えば、アイドル時に空気量を変化させると、アイドルＦ/Ｂ制御を実施していない場合、それに応じて、トルクが増減し、回転数が増減する。この回転数増減分をトルク換算する。このときの空気量から回転数までの伝達特性をオンラインで学習し、目標空気量演算手段２２０（図３８）の伝達関数G_air(Z)のパラメータをチューニングするものである。本例では、アイドル時に、空気量から軸トルクまでの伝達特性を学習するので、操作量（目標空気量）を演算する場合も、主にアイドル時で本伝達特性を用いることが望ましい。点火時期、当量比についても、それぞれアイドル時に点火時期、当量比を変化させたときの回転数変動までの伝達特性を学習する。なお、点火時期偏差とトルク感度の関係は、運転領域にほとんど依存しないことが知られているので、点火時期から軸トルクまでの伝達特性は、アイドル時に学習したとしても、アイドル時以外にも用いる事が可能であることを付言しておく。なお、図５０中の関数f1は、理論的に決めるのことが可能だが、フリクション分が介在するので、実験値も参考にするとよい。
【０１２７】
＜目標操作量補正値演算手段３４０Ｂ（アイドルＦ/Ｂ制御あり）（図５１）＞
本演算手段３４０Ｂでは、、アイドル時でかつアイドルＦ/Ｂ制御がある状態で、例えば、点火時期、空燃比を個々に変化させたときの空気量の変化量から、トルクの変化量を推定する。具体的には、図５１に示され如くに、例えば、アイドル時にを点火時期を変化させると、アイドルＦ/Ｂ制御を実施している場合、回転数を維持すべく、すなわちトルクを維持すべく、それに応じて、空気量が増減する。この空気量増減分をトルク換算する。このとき点火時期変化分とトルク変化分の関係を学習し、目標点火時期演算手段２８０（図４１）の伝達関数G_adv(Z)のパラメータをチューニングするものである。なお、点火時期偏差とトルク感度の関係は、運転領域にほとんど依存しないことが知られているので、点火時期から軸トルクまでの伝達特性は、アイドル時に学習したとしても、アイドル時以外にも用いる事が可能であることを付言しておく。なお、図５１中の関数f2は、理論的に決めるのことが可能だが、フリクション分が介在するので、実験値も参考にするとよい。
【０１２８】
また、点火時期のみによるアイドルＦ/Ｂ制御を実施し、空気量を変化させて、空気量とトルクの関係を学習するのもよい。当量比の場合も同様である。
【０１２９】
［第４実施形態］
前述した第１実施形態で参照した図３３、図３４、図３５は、本第４実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。図３５中の目標トルク演算手段２１０（図３６）、目標空気量演算手段２２０（図３８）、目標スロットル開度演算手段２３０（図３９）、電制スロットル弁制御手段２４０（図４０）、目標空燃比（当量比）演算手段２７０（図４２）、実空気量演算手段２６０（図４３）、目標燃料噴射量演算手段２７０（図４４）、目標点火時期演算手段２８０（図４１）、目標操作量振り分け手段３００（図３７）は、いずれも同じであるので、詳述しない。そして、本第４実施形態では、目標操作量補正値演算手段の処理内容が第１実施形態とは異なるので、以下に本実施形態の目標操作量補正値演算手段３５０を説明する。
【０１３０】
＜目標操作量補正値演算手段３５０（図５２）＞
本演算手段３５０では、トルクセンサ３３の出力信号を用いて、前述の伝達関数G_air(Z)、G_adv(Z)、G_af(Z)の各パラメータをオンラインチューニングする。具体的には、図５２に示されるように、空気量Qa(k)の時系列データを入力として規範モデル１から空気量分としての理想トルク軌道を演算し、トルクセンサ３０の出力信号と差、すなわち、理想トルク軌道からの誤差e_air(k)を求める。この誤差e_air(k)が最小となるように同定機構１‘により、G_air(Z)のパラメータであるa_air1,a_air2,・・・,a_airn,b_air0,b_air1,・・・,b_airmを決定する。
【０１３１】
同定機構の具体的処理は、線形探索法、非線形探索法など多くの文献、書物があるので、ここでは詳述しない。
【０１３２】
同様に、点火時期補正Δadv(k)から規範モデル２により推定される点火時期補正分理想トルクとトルクセンサ３０の出力信号との差が最小となるように、同定機構２’によりG_adv(Z)のパラメータを決めるものである。さらに、当量比補正Δfbya(k)から規範モデル３により推定される点火時期補正分理想トルクとトルクセンサ３３の出力信号との差が最小となるように、同定機構３’によりG_af(Z)のパラメータを決めるものである。
【０１３３】
点火時期補正及び当量比補正においては、トルクの絶対値ではなくトルクの変化分でパラメータを同定するのもよい。
【０１３４】
［第５実施形態］
前述した第１実施形態で参照した図３３、図３４、図３５は、本第５実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。図３５中の目標トルク演算手段２１０（図３６）、目標空気量演算手段２２０（図３８）、目標スロットル開度演算手段２３０（図３９）、電制スロットル弁制御手段２４０（図４０）、実空気量演算手段２６０（図４３）、目標燃料噴射量演算手段２７０（図４４）、目標点火時期演算手段２８０（図４１）、目標操作量振り分け手段３００（図３７）、目標操作量補正値演算手段３１０は、いずれも同じであるので、詳述しない。そして、本第５実施形態では、目標空燃比（当量比）演算手段の処理内容が第１実施形態とは異なるので、以下に本実施形態の目標空燃比（当量比）演算手段２９０を説明する。
【０１３５】
＜目標空気量演算手段２９０（図５３）＞
本演算手段２９０では、目標トルクを実現する目標空気量を演算する。具体的には、図５３に示されるように、目標トルクとトルクセンサ３３の出力（検出トルク）との差からＰＩ制御により、目標空気量を演算するが、その際、図中に示されるようなマイナーループを追加する。マイナーループは、目標空気量から伝達関数f3を介して、目標トルクとトルクセンサ３３の出力（検出トルク）との差にさらに減じられるようにＦ/Ｂされる。ここに、G_air_2(Z)・(Z/(Z-exp(-cT)))は、空気量からトルクまでの伝達特性を表している。このように、ＰＩ制御に対して、上記のような真インナーループを構築する方式は、スミス法による無駄時間補償として知られており、PI制御を無駄時間系に適用する場合の欠点を補うものである。
【０１３６】
上記のように、a2_air1,a2_air2,・・・,a2_airn,b2_air0,b2_air1,・・・,b2_airmは、スロットル弁２５近傍の空気量から軸トルクまでの伝達特性を表すが、これらパラメータは、前述の目標操作量（空気量）補正値により、所望のトルク軌道が実現されるように適宜オンラインチューニングされる。
【０１３７】
［第６実施形態］
前述した第１実施形態で参照した図３３、図３４、図３５は、本第６実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。図３５中の目標トルク演算手段２１０（図３６）、目標空気量演算手段２２０（図３８）、目標スロットル開度演算手段２３０（図３９）、電制スロットル弁制御手段２４０（図４０）、目標空燃比（当量比）演算手段２７０（図４２）、実空気量演算手段２６０（図４３）、目標燃料噴射量演算手段２７０（図４４）、目標点火時期演算手段２８０（図４１）、目標操作量振り分け手段３００（図３７）、目標操作量補正値演算手段３１０（図４５）は、いずれも同じであるので、詳述しない。そして、本実施形態では、図３５中には表されていない、以下に説明される効率（燃費）演算手段３６０が存在する。
【０１３８】
＜効率（燃費）演算手段３６０（図５４）＞
本演算手段３６０では、軸トルク（トルクセンサ３３の出力信号）を用いて、エンジンの効率（燃費）を演算する。具体的には、図５４に示される如くに、トルクセンサ３３の出力である検出トルクとエンジン回転数から、図中の式に基づいて、所定期間Ｔsあたりのエンジン出力Ｐ[KW]を求める。エンジン出力Ｐ[KW]を所定期間Tsあたりの総燃料噴射量sumTiで割ることで、エンジン効率を求めるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明に係るエンジンの制御装置の第１態様の説明に供される図。
【図２】本発明に係るエンジンの制御装置の第２態様の説明に供される図。
【図３】本発明に係るエンジンの制御装置の第５態様の説明に供される図。
【図４】本発明に係るエンジンの制御装置の第１０態様の説明に供される図。
【図５】本発明に係るエンジンの制御装置の第１１態様の説明に供される図。
【図６】本発明に係るエンジンの制御装置の第１２態様の説明に供される図。
【図７】本発明に係るエンジンの制御装置の第１３態様の説明に供される図。
【図８】本発明に係るエンジンの制御装置の第１４態様の説明に供される図。
【図９】本発明に係るエンジンの制御装置の第１５態様の説明に供される図。
【図１０】本発明に係るエンジンの制御装置の第１６態様の説明に供される図。
【図１１】本発明に係るエンジンの制御装置の第１７態様の説明に供される図。
【図１２】本発明に係るエンジンの制御装置の第１８態様の説明に供される図。
【図１３】本発明に係るエンジンの制御装置の第１９態様の説明に供される図。
【図１４】本発明に係るエンジンの制御装置の第２０態様の説明に供される図。
【図１５】本発明に係るエンジンの制御装置の第２１態様の説明に供される図。
【図１６】本発明に係るエンジンの制御装置の第２２態様の説明に供される図。
【図１７】本発明に係るエンジンの制御装置の第２３態様の説明に供される図。
【図１８】本発明に係るエンジンの制御装置の第２５態様の説明に供される図。
【図１９】本発明に係るエンジンの制御装置の第２６態様の説明に供される図。
【図２０】本発明に係るエンジンの制御装置の第２７態様の説明に供される図。
【図２１】本発明に係るエンジンの制御装置の第２８態様の説明に供される図。
【図２２】本発明に係るエンジンの制御装置の第２９態様の説明に供される図。
【図２３】本発明に係るエンジンの制御装置の第３０態様の説明に供される図。
【図２４】本発明に係るエンジンの制御装置の第３１態様の説明に供される図。
【図２５】本発明に係るエンジンの制御装置の第３２態様の説明に供される図。
【図２６】本発明に係るエンジンの制御装置の第３３態様の説明に供される図。
【図２７】本発明に係るエンジンの制御装置の第３４態様の説明に供される図。
【図２８】本発明に係るエンジンの制御装置の第３５態様の説明に供される図。
【図２９】本発明に係るエンジンの制御装置の第３６態様の説明に供される図。
【図３０】本発明に係るエンジンの制御装置の第３７態様の説明に供される図。
【図３１】本発明に係るエンジンの制御装置の第３８態様の説明に供される図。
【図３２】本発明に係るエンジンの制御装置の第３９態様の説明に供される図。
【図３３】本発明に係るエンジンの制御装置の第１実施形態をそれが適用されたエンジンと共に示す概略構成図。
【図３４】第１実施形態におけるコントロールユニットの内部構成図。
【図３５】第１実施形態の制御システム図。
【図３６】第１実施形態における目標トルク演算手段の説明に供される図。
【図３７】第１実施形態における目標操作量振り分け手段の説明に供される図。
【図３８】第１実施形態における目標空気量演算手段の説明に供される図。
【図３９】第１実施形態における目標スロットル開度演算手段の説明に供される図。
【図４０】第１実施形態における電制スロットル制御手段の説明に供される図。
【図４１】第１実施形態における目標点火時期演算手段の説明に供される図。
【図４２】第１実施形態における目標空燃比（当量比）演算手段の説明に供される図。
【図４３】第１実施形態における実空気量演算手段の説明に供される図。
【図４４】第１実施形態における目標燃料量演算手段の説明に供される図。
【図４５】第１実施形態における目標操作量補正値演算手段の説明に供される図。
【図４６】第２実施形態における各種トルク演算手段の説明に供される図。
【図４７】本発明に係るエンジンの制御装置の第３実施形態をそれが適用されたエンジンと共に示す概略構成図。
【図４８】第３実施形態におけるコントロールユニットの内部構成図。
【図４９】第３実施形態の制御システム図。
【図５０】第３実施形態における目標操作量補正値演算手段（アイドルＦ/Ｂなし）の説明に供される図。
【図５１】第１実施形態における目標操作量補正値演算手段（アイドルＦ/Ｂあり）の説明に供される図。
【図５２】第４実施形態における目標操作量補正値演算手段の説明に供される図。
【図５３】第５実施形態における目標空気量演算手段の説明に供される図。
【図５４】第６実施形態における効率（燃費）演算手段の説明に供される図。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  エンジン
１７  燃焼室
１９  水温センサ
２０  吸気通路
２１  エアクリーナ
２４  エアフローセンサ
２５  電制スロットル弁
２７  コレクタ
２８  スロットル開度センサ
２９  車速センサ
３０  燃料噴射弁
３３  トルクセンサ
３４  スロットル開度センサ
３５  点火プラグ
３７  クランク角（エンジン回転数）センサ
３９  アクセル開度センサ
４０  排気通路
４０Ｂ  排気集合部
４０Ｃ  テールパイプ
５０  三元触媒
５１  Ｏ２センサ
５２  Ａ／Ｆセンサ
１００  コントロールユニット
２１０  目標トルク演算手段
２２０、２９０  目標空気量演算手段
２３０  目標スロットル開度演算手段
２４０  電制スロットル弁制御手段
２５０  目標空燃比演算手段
２６０  実空気量演算手段
２７０  目標燃料噴射量演算手段
２８０  目標点火時期演算手段
３００  目標操作量振り分け手段
３１０、３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０  目標操作量補正値演算手段
３６０  効率（燃費）演算手段
【図１】
2006183506.tif 000003
【図２】
2006183506.tif 000004
【図３】
2006183506.tif 000005
【図４】
2006183506.tif 000006
【図５】
2006183506.tif 000007
【図６】
2006183506.tif 000008
【図７】
2006183506.tif 000009
【図８】
2006183506.tif 000010
【図９】
2006183506.tif 000011
【図１０】
2006183506.tif 000012
【図１１】
2006183506.tif 000013
【図１２】
2006183506.tif 000014
【図１３】
2006183506.tif 000015
【図１４】
2006183506.tif 000016
【図１５】
2006183506.tif 000017
【図１６】
2006183506.tif 000018
【図１７】
2006183506.tif 000019
【図１８】
2006183506.tif 000020
【図１９】
2006183506.tif 000021
【図２０】
2006183506.tif 000022
【図２１】
2006183506.tif 000023
【図２２】
2006183506.tif 000024
【図２３】
2006183506.tif 000025
【図２４】
2006183506.tif 000026
【図２５】
2006183506.tif 000027
【図２６】
2006183506.tif 000028
【図２７】
2006183506.tif 000029
【図２８】
2006183506.tif 000030
【図２９】
2006183506.tif 000031
【図３０】
2006183506.tif 000032
【図３１】
2006183506.tif 000033
【図３２】
2006183506.tif 000034
【図３３】
2006183506.tif 000035
【図３４】
2006183506.tif 000036
【図３５】
2006183506.tif 000037
【図３６】
2006183506.tif 000038
【図３７】
2006183506.tif 000039
【図３８】
2006183506.tif 000040
【図３９】
2006183506.tif 000041
【図４０】
2006183506.tif 000042
【図４１】
2006183506.tif 000043
【図４２】
2006183506.tif 000044
【図４３】
2006183506.tif 000045
【図４４】
2006183506.tif 000046
【図４５】
2006183506.tif 000047
【図４６】
2006183506.tif 000048
【図４７】
2006183506.tif 000049
【図４８】
2006183506.tif 000050
【図４９】
2006183506.tif 000051
【図５０】
2006183506.tif 000052
【図５１】
2006183506.tif 000053
【図５２】
2006183506.tif 000054
【図５３】
2006183506.tif 000055
【図５４】
2006183506.tif 000056