(57)【要約】【課題】トルクの異常の有無を適切に診断することが困難なこと。【解決手段】クランク軸２０のシグナルロータ２２に設けられる歯部２２ａをクランク角センサによって検出することで、クランク軸２０の挙動が検出される。特に圧縮上死点から「３０°ＣＡ」の回転角度の回転に要する時間Ｔ３０（ｎ）と、それより前の「ＢＴＤＣ６０〜ＢＴＤＣ３０°ＣＡ」の回転角度の回転に要する時間Ｔ３０（ｎ−２）との差と、現在の平均的な回転速度とから、燃料の燃焼による瞬時トルクが算出される。この際、時間Ｔ３０（ｎ）及び時間Ｔ（ｎ−２）の差から、これらの回転角度を区画する歯部２２ａの角度誤差に起因する量を補償する。【選択図】      図３
2008274798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力軸の回転に同期して回転する複数の被検出部を検出する検出手段の出力に基づき、燃料の燃焼に伴う回転上昇の前及び後のそれぞれに対応する規定回転角度を区画する被検出部間の回転に要する時間を検出することで、前記内燃機関の生成するトルクを算出するトルク算出手段と、
前記それぞれに対応する規定回転角度を区画する被検出部間の回転に要する時間同士についての前記被検出部の構造に起因した相違を学習する学習手段とを備え、
前記トルク算出手段は、前記トルクの算出に際し、前記学習手段の学習結果に基づき、前記被検出部の構造に起因した算出誤差を補償することを特徴とする内燃機関のトルク検出装置。
【請求項２】
前記学習手段は、前記検出手段の出力に基づき、前記回転に要する時間同士の差を角度誤差に換算する手段を備え、
前記トルク算出手段は、前記換算される角度誤差を現在の平均的な回転速度に応じた時間差及び回転速度差のいずれかからなる速度誤差相当量に変換する手段を備えて且つ、前記速度誤差相当量に基づき、前記被検出部の構造に起因したトルクの算出誤差を補償することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項３】
前記トルク算出手段は、前記回転に要する時間同士の差及び該時間から算出される速度同士の差のいずれかを前記速度誤差相当量で補正した値と、前記出力軸の平均的な回転速度とに基づき前記トルクを算出する手段を備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、多気筒内燃機関であり、
前記学習手段及び前記トルク算出手段は、圧縮上死点に対応する前記被検出部が異なるものについては、各別に前記学習及びトルクの算出を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項５】
前記学習手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度の変動が所定以下である運転状態において前記学習を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項６】
前記学習手段は、前記内燃機関において燃焼に供される燃料量が所定以下である場合に前記学習を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項７】
前記内燃機関の出力軸には、始動用電動機によって初期回転が付与可能とされ、
前記学習手段は、前記内燃機関の始動に際して未だ燃料の燃焼がなされずに前記始動用電動機によって前記出力軸が回転している期間に前記学習を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項８】
前記学習手段は、前記内燃機関のアイドル回転速度制御時に前記学習を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項９】
前記学習手段は、前記内燃機関において燃料の燃焼制御が停止されている期間に前記学習を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置と、
前記内燃機関の運転状態から推定される目標トルクと前記算出されるトルクとの差に基づき、前記内燃機関の燃焼制御の異常の有無を診断する診断手段とを備えることを特徴とする内燃機関の異常診断装置。
【請求項１１】
前記内燃機関が車載内燃機関であり、
前記診断手段により前記算出されるトルクが前記目標トルクよりも大きい側に異常ありと判断される場合、前記内燃機関の生成するトルクを強制的に低減させる手段を更に備えることを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の異常診断装置。
【請求項１２】
前記被検出部が前記出力軸に連結された回転体に形成されるものであり、
前記検出手段と前記回転体とを更に備えることを特徴とする請求項１０又は１１記載の内燃機関の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御の異常の有無を診断する内燃機関の異常診断装置及び内燃機関の生成するトルクを検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の異常診断装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、内燃機関の失火の有無を診断するものも提案されている。ここでは、内燃機関の出力軸（クランク軸）に連結されたロータの被検出部を検出するクランク角センサの検出結果に基づき、内燃機関の失火の有無を判断している。すなわち、４気筒からなる内燃機関において、クランク軸の「１８０°ＣＡ」あたりの回転に要する時間に応じて失火判定値を算出し、失火判定値が閾値を超えるとき、失火と診断する。
【０００３】
特に上記診断装置では、失火判定に先立ち、各「１８０°ＣＡ」あたりの回転に要する時間同士についての被検出部の構造等に起因した相違を学習する。このため、失火の診断に際して上記各回転に要する時間から被検出部の構造等に起因した相違の影響を除去することができる。このため、失火の有無を高精度に診断することができる。
【特許文献１】特許第３１２０２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の燃焼制御の異常としては、上記失火の異常に限らず、例えばトルクが過大となる異常等もある。失火の異常もトルクの異常ではあるが、上記診断装置によってはトルクを検出できないため、トルクの異常の有無を直接的に診断することができない。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃焼状態の異常の有無を高精度に診断することのできる内燃機関の異常診断装置を提供することにある。また、本発明の目的は、トルクを高精度に検出することのできるトルク検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、内燃機関の出力軸の回転に同期して回転する複数の被検出部を検出する検出手段の出力に基づき、燃料の燃焼に伴う回転上昇の前及び後のそれぞれに対応する規定回転角度を区画する被検出部間の回転に要する時間を検出することで、前記内燃機関の生成するトルクを算出するトルク算出手段と、前記それぞれに対応する規定回転角度を区画する被検出部間の回転に要する時間同士についての前記被検出部の構造に起因した相違を学習する学習手段とを備え、前記トルク算出手段は、前記トルクの算出に際し、前記学習手段の学習結果に基づき、前記被検出部の構造に起因した算出誤差を補償することを特徴とする。
【０００８】
燃料の燃焼に伴う回転上昇の前及び後のそれぞれについての被検出部によって区画された規定回転角度の回転に要する時間の相違は、燃料の燃焼によって生成されるトルクと相関を有する。このため、この相違に基づき、燃焼によって生成されたトルクを算出することができる。ただし、被検出部の間隔に誤差がある場合には、これらの影響によってトルクの算出精度が低下するおそれがある。
【０００９】
この点、上記発明では、学習手段の学習結果に基づき、被検出部の構造に起因したトルクの算出誤差を補償することで、こうした問題を回避することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記学習手段は、前記学習手段は、前記検出手段の出力に基づき、前記回転に要する時間同士の差を角度誤差に換算する手段を備え、前記トルク算出手段は、前記換算される角度誤差を現在の平均的な回転速度に応じた時間差及び回転速度差のいずれかからなる速度誤差相当量に変換する手段を備えて且つ、前記速度誤差相当量に基づき、前記被検出部の構造に起因したトルクの算出誤差を補償することを特徴とする。
【００１１】
規定回転角度を区画する被検出部間の回転に要する時間同士についての被検出部の構造に起因した相違は、内燃機関の出力軸の平均的な回転速度に応じて変化し得る。この点、上記発明では、回転に要する時間同士の差を角度誤差に換算することで、出力軸の平均的な回転速度による影響を除去して学習結果を定量化することができる。そして、トルク算出手段においては、現在の平均的な回転速度に応じて角度誤差を時間差及び回転速度差のいずれかからなる速度誤差相当量に変換することで、速度誤差相当量は、被検出部の構造に起因したトルクの算出誤差を補償するための値として、現在の平均的な回転速度にとって適切なものとなる。したがって、上記発明によれば、回転速度にかかわらずトルクを高精度に算出することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の内燃機関の発明において、前記トルク算出手段は、前記回転に要する時間同士の差及び該時間から算出される速度同士の差のいずれかを前記速度誤差相当量で補正した値と、前記出力軸の平均的な回転速度とに基づき前記トルクを算出する手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
燃料の燃焼に伴う回転上昇の前及び後のそれぞれに対応する規定回転角度を区画する被検出部間の回転に要する時間同士の相違と、そのときの平均的な回転速度とによって、燃焼によって生成されるトルクを算出することができる。そして、被検出部間の回転に要する時間から被検出部間の局所的な回転速度が定まることから、この局所的な回転速度の差と平均的な回転速度とによっても、燃焼によって生成されるトルクを算出することができる。
【００１４】
そして、規定回転角度を区画する被検出部間の回転に要する時間同士の差を用いる場合には、速度誤差相当量としての時間差でこれを補正することで、また、局所的な回転速度の差を用いる場合には、速度誤差量としての回転速度差でこれを補正することで、トルクを高精度に算出することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関は、多気筒内燃機関であり、前記学習手段及び前記トルク算出手段は、圧縮上死点に対応する前記被検出部が異なるものについては、各別に前記学習及びトルクの算出を行うことを特徴とする。
【００１６】
圧縮上死点に対応する被検出部が異なるものについては、被検出部の構造上の誤差が互いに相違し得るため、被検出部の構造上の誤差がトルクの算出に際して与える影響も相違し得る。この点、上記発明では、被検出部の構造上の誤差が互いに相違し得るものについては学習及びトルクの算出を各別に行うことで、学習及びトルクの算出をより高精度に行うことができる。
【００１７】
なお、「圧縮上死点に対応する被検出部」とは、圧縮上死点に対応する回転角度に最近接する被検出部とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記学習手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度の変動が所定以下である運転状態において前記学習を行うことを特徴とする。
【００１９】
燃料の燃焼によって生成されるトルクが大きい場合、出力軸の回転変動も大きくなる。これに対し、燃料の燃焼によって生成されるトルクが小さいなら、出力軸の回転変動も小さくなる。そしてこの場合、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間の差を生じる主な要因は、内燃機関の構造に起因して出力軸に加わる負のトルクと、被検出部の構造上の誤差となる。この点、上記発明では、回転速度の変動量が所定以下の運転領域において学習を行うことで、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間の差を生じる主な要因を、内燃機関の構造に起因して出力軸に加わる負のトルクと、被検出部の構造上の誤差との多くとも２つに限定することができる。このため、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間についての被検出部の構造に起因した相違を高精度に学習することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記学習手段は、前記内燃機関において燃焼に供される燃料量が所定以下である場合に前記学習を行うことを特徴とする。
【００２１】
燃焼に供される燃料量が多いときには、燃料の燃焼によって生成されるトルクが大きくなることから、内燃機関の出力軸の挙動は、生成されるトルクに大きく影響される。この点、上記発明では、燃焼に供される燃料量が所定以下である場合に学習を行うことで、規定回転角度の回転に要する時間同士についての被検出部の構造に起因した相違を適切に学習することができる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関の出力軸には、始動用電動機によって初期回転が付与可能とされ、前記学習手段は、前記内燃機関の始動に際して未だ燃料の燃焼がなされずに前記始動用電動機によって前記出力軸が回転している期間に前記学習を行うことを特徴とする。
【００２３】
内燃機関の始動に際し未だ燃料の燃焼がなされずに始動用電動機によって出力軸が回転する際には、出力軸の回転速度は一旦上昇した後には、定常的なものとなる。すなわち、圧縮上死点近傍において回転速度が低下しその後回転速度が上昇するという周期的なものとなる。このため、この期間には、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間の差を生じる主な要因を、内燃機関の構造に起因して出力軸に加わる負のトルクと、被検出部の構造上の誤差との２つに限定することができる。このため、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間についての被検出部の構造に起因した相違を高精度に学習することができる。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記学習手段は、前記内燃機関のアイドル回転速度制御時に前記学習を行うことを特徴とする。
【００２５】
アイドル回転速度制御時は、それ以外の燃料噴射制御時と比較して燃料の燃焼によって生じるトルクが小さい。このため、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間の差を生じる主な要因を、内燃機関の構造に起因して出力軸に加わる負のトルクと、被検出部の構造上の誤差との２つに限定することができる。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記学習手段は、前記内燃機関において燃料の燃焼制御が停止されている期間に前記学習を行うことを特徴とする。
【００２７】
上記発明では、燃料の燃焼制御が停止されている期間に学習を行うために、学習に際して燃焼によってトルクが生成されることがない。このため、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間の差を生じる主な要因を、内燃機関の構造に起因して出力軸に加わる負のトルクと、被検出部の構造上の誤差との２つに限定することができる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関のトルク検出装置と、前記内燃機関の運転状態から推定される目標トルクと前記算出されるトルクとの差に基づき、前記内燃機関の燃焼制御の異常の有無を診断する診断手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
上記発明では、トルク検出装置によって算出されるトルクを用いて異常の有無の診断を行うことで、異常診断の精度を向上させることができる。特に、異常ありとの基準を設定するに際し、被検出部の構造に起因する誤差を見越したマージン量を低減することができるため、基準をより厳しく設定することができ、ひいては異常がある旨を迅速に判断することができる。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記内燃機関が車載内燃機関であり、前記診断手段により前記算出されるトルクが前記目標トルクよりも大きい側に異常ありと判断される場合、前記内燃機関の生成するトルクを強制的に低減させる手段を更に備えることを特徴とする。
【００３１】
上記発明では、生成されるトルクが過大となる場合、内燃機関の生成するトルクを強制的に低減させるために、車両の速度が意図せずして増大する等の不都合を回避することができる。
【００３２】
請求項１２記載の発明は、請求項１０又は１１記載の発明において、前記被検出部が前記出力軸に連結された回転体に形成されるものであり、前記検出手段と前記回転体とを更に備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明にかかる内燃機関の異常診断装置を車載内燃機関の異常診断装置に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１に、本実施形態にかかるエンジンシステムの概要を示す。
【００３５】
このシステムの制御対象とする内燃機関１０としては、自動車用の多気筒（例えば８気筒）内燃機関を想定している。ただし、この図１においては、説明の便宜上、１つのシリンダのみを図示している。図１に示される内燃機関１０は、４ストロークの火花点火式レシプロエンジンである。すなわち内燃機関１０では、例えば図中のシリンダをシリンダ＃１とする８つのシリンダ＃１〜＃８について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程による１燃焼サイクルが、気筒間で行程をずらしつつ「７２０°ＣＡ」周期で実行されている。
【００３６】
図示されるように、内燃機関１０は、吸気ポート噴射式内燃機関であり、シリンダブロック１２によりシリンダ（気筒）が形成されて構成されている。シリンダブロック１２には、内燃機関１０内を冷却水が循環するための冷却水路（ウォータジャケット１４）と、同ウォータージャケット１４内の冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ１６とが設けられており、冷却水により内燃機関１０が冷却されている。また、シリンダ内には、ピストン１８が収容され、そのピストン１８の往復動により、内燃機関１０の出力軸（クランク軸２０）が回転するようになっている。
【００３７】
クランク軸２０には、シグナルロータ２２が設けられており、シグナルロータ２２の外周には、突起状の被検出部（歯部２２ａ）が設けられている。そして、クランク軸２０近傍には、クランク角センサ２４が設けられており、クランク角センサ２４は、歯部２２ａとクランク角センサ２４との距離が最小となる周期に同期してクランク角信号を出力する。なお、クランク軸２０は、スタータモータ２５によって初期回転が付与可能とされている。
【００３８】
シリンダブロック１２の上端面にはシリンダヘッドが固定されており、シリンダブロック１２、シリンダヘッド及びピストン１８の上面によって燃焼室２６が区画形成されている。そして、シリンダヘッドには、燃焼室２６に開口する吸気ポート（吸気口）と排気ポート（排気口）とが形成されており、これら吸気ポート及び排気ポートは、それぞれクランク軸２０に連動するカム軸に取り付けられたカム（図示略）によって駆動される吸気バルブ２８と排気バルブ３０とにより開閉されるようになっている。また、吸気ポートには、内燃機関１０の各シリンダに外気（新気）を吸入するための吸気通路３２が接続され、排気ポートには、内燃機関１０の各シリンダからの燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路３４が接続されている。
【００３９】
内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路３２には、吸気通路３２最上流部のエアクリーナ３６を通じて吸入される新気量を検出するために、エアフローメータ３８が設けられている。更に、エアフローメータ３８の下流側には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式の吸気絞り弁（スロットルバルブ４０）と、このスロットルバルブ４０の開度（スロットルバルブ開度）や動き（開度変動）を検出するためのスロットルセンサ４２とが設けられている。また、スロットルバルブ４０の下流側には、吸気脈動や吸気干渉を防ぐ等の目的で吸気通路３２の通路面積が拡大（拡径）されたサージタンク４４が設けられている。
【００４０】
吸気通路３２は、サージタンク４４の下流側で、内燃機関１０の各気筒の燃焼室２６に空気を導入するように分岐している。そして、この吸気通路３２の分岐路には、各気筒の吸気ポート近傍にて燃料を噴射供給する電磁駆動式（又はピエゾ駆動式等）の燃料噴射弁４６が、気筒毎に取り付けられている。内燃機関１０では、これら気筒毎に設けられた各燃料噴射弁４６により、吸気通路３２、特に各気筒の吸気ポートに対して、燃料（ガソリン）が噴射供給（ポート噴射）されるようになっている。そして、燃料噴射弁４６により噴射された燃料（厳密には吸入空気との混合気）に対して点火を行うことでその燃料を燃焼させるようにしている。そのために、内燃機関１０の各シリンダのシリンダヘッドには、それぞれ点火プラグ４８が取り付けられている。そして、点火プラグ４８に高電圧が印加されると、点火プラグ４８の対向電極間に火花放電が発生し、これにより、燃焼室２６内に導入された混合気が着火し、吸気と燃料との反応に基づき燃料が燃焼する。
【００４１】
上記吸気バルブ２８及び排気バルブ３０を開閉駆動する各カム軸は、バルブタイミング可変機構２８ａ、３０ａを介してクランク軸２０から回転力を付与される。バルブタイミング可変機構２８ａ，３０ａは、クランク軸２０に対するカム軸の相対回転位相差を可変とするものである。なお、バルブタイミング可変機構２８ａ，３０ａの近傍には、カム軸の回転角度を検出するカム角センサ２８ｂ、３０ｂが設けられている。
【００４２】
上記エンジンシステムには、上記センサのほかにも、車両で行われる各種の制御に使用するために多くのセンサが設けられている。例えばアクセル操作部（アクセルペダル）には、その状態（変位量）に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ５０が、ユーザによるアクセル操作量を検出するために設けられている。
【００４３】
電子制御装置（ＥＣＵ６０）は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）や、常時記憶保持装置６２等を備えている。ここで、常時記憶保持装置６２は、ＥＣＵ６０の主電源の状態にかかわらず給電状態が維持されるバックアップＲＡＭや、給電の有無にかかわらず記憶データを保持するＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ等、要は、ＥＣＵ６０の主電源の状態にかかわらずデータを保持する記憶装置である。ＥＣＵ６０は、上記各種センサの検出信号に基づいて内燃機関１０の運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記スロットルバルブ４０や燃料噴射弁４６等の各種アクチュエータを操作することにより、内燃機関１０の状態を制御する。
【００４４】
ところで、上記各種アクチュエータを操作することで内燃機関１０の状態を制御しているときに、生成されるトルクが過大となる異常が生じる場合、これに迅速に対処することが望まれる。このため、本実施形態では、内燃機関１０によって生成されるトルクを検出し、これが過大となるとき、フェールセーフ処理を行う。以下、これについて詳述する。
【００４５】
図２に、燃焼に伴うクランク軸２０の回転速度の変動態様を示す。本実施形態では、８気筒の内燃機関１０を想定しているため、「９０°ＣＡ」間隔で周期的に回転速度が上昇及び低下する。この際、回転速度の上昇の前後における回転速度の変化量は、燃料の燃焼によって生成されるトルクと相関を有する。このため、この変化量に基づき、各シリンダにおける燃料の燃焼によって生成される瞬時トルクを算出することができると考えられる。このため、燃焼に伴う回転上昇の前及び後のそれぞれに対応する規定回転角度を区画する歯部２２ａを予め定めておき、この回転に要する時間を検出することでトルクを算出する。
【００４６】
図３に、上記規定回転角度を区画する歯部２２ａ間の角度間隔を示す。本実施形態では、圧縮上死点を基準とする規定回転角度（「３０°ＣＡ」）の回転に要する時間Ｔ３０（ｎ）と、圧縮上死点前の「６０°ＣＡ」進角から「３０°ＣＡ」進角までの規定回転角度（「３０°ＣＡ」）の回転に要する時間Ｔ３０（ｎ−２）とに基づき、トルクを算出する。ここで、時間Ｔ３０（ｎ−２）は、燃焼に伴って回転速度がピーク値まで上昇するタイミングを含む規定回転角度の回転に要する時間である。一方、時間Ｔ３０（ｎ）は、ピストン１８が圧縮上死点へと移行するに伴って回転速度が極小となるタイミングから規定回転角度の回転に要する時間である。
【００４７】
これら時間Ｔ３０（ｎ−１）及び時間Ｔ３０（ｎ）は、ともに同一の回転角度の回転に要する時間であるため、クランク軸２０の回転に変動がないなら、同一の時間となると考えられる。そして、時間Ｔ３０（ｎ−１）及び時間Ｔ３０（ｎ）間に相違が生じるなら、この相違が燃焼によって生成されるトルクを表現するものとなる。
【００４８】
ただし、上記シグナルロータ２２の構造上の個体差がある場合には、歯部２２ａ間の間隔に誤差が生じ、ひいては歯部２２ａによって区画される規定回転角度に誤差が生じるおそれがある。そして、この場合には、トルクの生成の有無とは無関係に時間Ｔ３０（ｎ−１）及び時間Ｔ３０（ｎ）間に相違が生じる。
【００４９】
そこで本実施形態では、時間Ｔ３０（ｎ−１）及び時間Ｔ３０（ｎ）間の相違のうち歯部２２ａの構造に起因した相違を学習し、トルクの算出に際し、歯部２２ａの構造に起因した算出誤差を補償する。以下、これについて詳述する。
【００５０】
図４に、本実施形態にかかる異常診断処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ６０により、例えば所定のクランク角周期で繰り返し実行される。
【００５１】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、各気筒の圧縮上死点間を３等分する各回転角度（「３０°ＣＡ」）の回転に要する時間を算出する。続くステップＳ１２においては、任意の気筒の圧縮上死点から「３０°ＣＡ」遅角したタイミングであるか否かを判断する。この処理は、時間Ｔ３０（ｎ）が算出されたタイミングであるか否かを判断するものである。そして、ステップＳ１２において肯定判断されるときには、ステップＳ１４において、今回の圧縮上死点が、８気筒を４つのグループに分ける際のいずれのグループに属するかに応じてグループを表すパラメータＫを設定する。ここで、各グループは圧縮上死点となるときの歯部２２ａを共通とするものである。換言すれば、トルクを算出するために用いられる歯部２２ａが同一のものである。詳しくは、グループＫ＝１は、１番気筒及び５番気筒を意味し、グループＫ＝２は、２番気筒及び６番気筒を意味し、グループＫ＝３は、３番気筒及び７番気筒を意味し、グループＫ＝４は、４番気筒及び８番気筒を意味する。
【００５２】
ステップＳ１４の処理が完了すると、ステップＳ１６において、時間Ｔ３０（ｎ）から時間Ｔ３０（ｎ−１）を減算した値（速度差相当量ΔＴｋ）を算出する。速度差相当量ΔＴｋは、回転速度が極小となる規定回転角度の回転に要する時間から回転速度が極大となる規定回転角度の回転に要する時間を減算した値である。続くステップＳ２０では、速度差相当量ΔＴｋから歯部２２ａの構造上の誤差の影響量を除去するための学習値Ａｄｐ（ｋ）を算出する。
【００５３】
図５に、ステップＳ２０の処理の詳細を示す。
【００５４】
この一連の処理では、まずステップＳ２０ａにおいて、学習条件が成立したか否かを判断する。ここで、学習条件は、クランク軸２０の回転変動が所定以下であると想定される運転状態であることとすることが望ましい。これは、クランク軸２０の回転速度の変動がゼロであるなら、時間Ｔ３０（ｎ）と時間Ｔ（ｎ−２）とに差を生じさせる要因を、歯部２２ａの構造上の誤差に起因するものに限ることができるからである。具体的には、本実施形態では、学習条件を、内燃機関１０が完全暖機後のアイドル回転速度制御時であるとの条件とするか、クランキング時であるとの条件とするか、フューエルカット制御時であるとの条件とする。以下、これらを学習条件として用いることができる理由を記す。
【００５５】
完全暖機後のアイドル回転速度制御…アイドル回転速度制御時には、他の運転状態と比較して燃料噴射量が少なく、生成されるトルクも小さい。このため、アイドル回転速度制御時には、燃料の燃焼に起因する回転速度の変動量も比較的小さくなり、時間Ｔ３０（ｎ）と時間Ｔ（ｎ−２）とに差を生じさせる主な要因が、歯部２２ａの構造上の誤差となる。特に、完全暖機後のアイドル回転速度制御時には、低温始動時と比較して噴射量も少なく、クランク軸２０の回転変動も小さくなる。このため、完全暖機後のアイドル回転速度制御であることを学習条件とすることができる。
【００５６】
クランキング時…スタータモータ２５によってクランク軸２０に初期回転が付与されるときには、燃料の燃焼によるトルクの生成が行われていない期間がある。そしてこの期間にあっては、燃料の燃焼によってクランク軸２０の回転変動が生じることがない。詳しくは、スタータモータ２５の起動直後にはクランク軸２０の回転速度が上昇するものの、その後には、燃料の燃焼によるトルクの生成がなされるまでの期間、クランク軸２０の回転速度は正弦波状に変動する。この変動は、各気筒のピストン１８がクランク軸２０に加える力が各気筒の行程の変化によって変化するために生じるものであり、これはアイドル回転速度制御時であっても回転変動を生じる要因として存在するものである。そして、クランキング時にあっては、燃料の燃焼によるトルクの生成がなされないために、アイドル回転速度制御時よりも、クランク軸２０の回転変動は小さいものとなっている。このため、クランキング時であることを学習条件とすることができる。
【００５７】
フューエルカット制御時…フューエルカット制御時には、燃料の燃焼によるトルクの生成が行われない。このため、クランク軸２０の回転速度は、周期的に変動しつつ、徐々に低下する。ここで、周期的な変動は、上述したように、各気筒のピストン１８がクランク軸２０に加える力が各気筒の行程の変化によって変化するために生じるものである。また、回転速度の低下は、内燃機関１０のフリクションによるものである。フューエルカット制御時にも、燃料の燃焼に起因する回転変動が生じないため、これを学習条件とすることができる。
【００５８】
ステップＳ２０ａにおいて学習条件が成立すると判断されるときには、ステップＳ２０ｂに移行する。ステップＳ２０ｂでは、時間Ｔ３０（ｎ）と時間Ｔ（ｎ−２）とを用いて、角度差ＡｄｐＴｅｍｐ（ｋ）を算出する。ここでは、時間Ｔ３０（ｎ）から時間Ｔ（ｎ−２）を減算した値（速度差相当量ΔＴｋ）に、現在の平均的な回転速度Ｎｅと、換算係数ＫＣとを乗算することで、時間の次元を有する速度差相当量ΔＴｋを角度差ＡｄｐＴｅｍｐ（ｋ）に変換する。ここで、平均的な回転速度Ｎｅは、クランク軸２０の１回転以上の平均的な回転速度である。本実施形態にかかる内燃機関１０が４ストロークエンジンであることに鑑みれば、２回転以上の平均的な回転速度（より望ましくは、２回転の整数倍の平均的な回転速度）とすることが望ましい。また、換算係数ＫＣは、回転速度Ｎｅの次元を「ｒｐｍ」とするなら、「６」である。
【００５９】
続くステップＳ２０ｃでは、学習値Ａｄｐ（ｋ）を算出する。ここでは、角度差ＡｄｐＴｅｍｐ（ｋ）をフィルタ処理することによりノイズ等の影響を除去することで学習値Ａｄｐ（ｋ）を算出する。このフィルタ処理としては、例えば前回の学習値Ａｄｐ（ｋ）ｎ−１と今回の角度差ＡｄｐＴｅｍｐ（ｋ）とのそれぞれに係数ａ，ｂ（ａ＋ｂ＝１）を乗算して加算するいわゆる加重平均処理がある。また、これに代えて、移動平均処理を行ってもよい。こうして算出される学習値Ａｄｐ（ｋ）が、時間Ｔ３０（ｎ）と時間Ｔ（ｎ−２）との相違のうち歯部２２ａの構造上の誤差に起因するものを歯部２２ａの角度誤差として定量化したものとなる。より正確には、時間Ｔ３０（ｎ）と時間Ｔ（ｎ−２）との相違のうち上記歯部２２ａの角度誤差に起因するものに加えて、内燃機関１０の構造に起因するものを角度誤差として定量化したものとなっている。
【００６０】
続くステップＳ２０ｄでは、学習値Ａｄｐ（ｋ）を常時記憶保持装置６２に記憶する。そして、ステップＳ２０ｄの処理が完了するや、ステップＳ２０ａにおいて否定判断されるときには、先の図４のステップＳ２０の処理が完了する。
【００６１】
図４のステップＳ２２においては、上記ステップＳ１６において算出された速度差相当量ΔＴｋから、歯部２２ａの角度誤差に起因する量を補償する処理を行う。これは、平均的な回転速度Ｎｅ及び換算係数ＫＣにて学習値Ａｄｐ（ｋ）を除算した値を、速度差相当量ΔＴｋから減算することで行うことができる。すなわち、学習値Ａｄｐ（ｋ）は、歯部２２ａの角度誤差に相当するものであるため、これを、現在のクランク軸２０の平均的な回転速度Ｎｅにおける規定回転角度（「３０°ＣＡ」）の回転に要する時間の誤差に換算する。なお、実際にはこの処理により、内燃機関１０の構造等に起因したクランク軸２０の回転変動の影響も抑制又は除去されることとなる。
【００６２】
続くステップＳ２４では、１回の燃焼行程（１燃焼サイクル内の単一の気筒の燃焼行程）によって生成されるトルク（瞬時トルク）を算出する。ここでは、現在の平均的な回転速度Ｎｅと、ステップＳ２２において算出された速度差相当量ΔＴｋとから、瞬時トルクＴｒｑ（ｋ）をマップ演算する。このマップは、予め実験等によって作成されるものである。
【００６３】
続くステップＳ２６では、各グループでの瞬時トルクＴｒｑ（１），Ｔｒｑ（２），Ｔｒｑ（３），Ｔｒｑ（４）の平均値として、発生トルクＴｒｑｅを算出する。ここでは、瞬時トルクＴｒｑ（１），Ｔｒｑ（２），Ｔｒｑ（３），Ｔｒｑ（４）についての１燃焼サイクル以上の平均値を取ることが望ましい。
【００６４】
続くステップＳ２８では、内燃機関１０の現在の運転状態に基づき、内燃機関１０の制御が正常になされているならば生成されると想定されるトルク（目標トルクＴｒｑｔ）を算出する。ここでは、平均的な回転速度Ｎｅや、アクセルセンサ５０によって検出されるアクセルペダルの操作量、バルブタイミング可変機構２８ａ，３０ａによる回転位相差ＶＣＴ等を用いて、目標トルクＴｒｑｔを算出する。ここで、用いるパラメータは、内燃機関１０のトルクを制御するために用いられるパラメータであればよい。
【００６５】
続くステップＳ３０では、上記ステップＳ２６にて算出された発生トルクＴｒｑｅと、上記ステップＳ２８にて算出された目標トルクＴｒｑｔとの差の絶対値が閾値以上であるか否かを判断する。この処理は、生成されるトルクの異常の有無を判断するものである。そして、閾値以上であると判断されるときには、ステップＳ３２において、トルクに異常があると判断し、フェールセーフ処理を行う。ここで発生トルクＴｒｑｅが目標トルクＴｒｑｔに対して過大である場合には、噴射量制限や、スロットルバルブ４０の開度制限、点火時期の遅角処理をすればよい。
【００６６】
なお、ステップＳ３２の処理が完了するときや、上記ステップＳ１２において否定判断されるときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００６７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６８】
（１）燃料の燃焼に伴う回転速度の上昇の前及び後のそれぞれに対応する規定回転角度を区画する歯部２２ａ間の回転に要する時間に基づき発生トルクＴｒｑｅを算出するに際し、歯部２２ａの構造に起因した算出誤差を補償した。これにより、発生トルクＴｒｑｅを高精度に算出することができる。このため、異常の有無の判断基準（先の図４のステップＳ３０の閾値）を設定するに当たりマージンを極力低減することができ、ひいては異常の発生をより迅速に判断することができる。
【００６９】
（２）歯部２２ａ間の回転に要する時間Ｔ３０（ｎ）及び時間Ｔ３０（ｎ−２）の差を角度差ＡｄｐＴｅｍｐ(ｋ)（学習値Ａｄｐ（ｋ））に換算し、トルクの算出に際して学習値Ａｄｐ（ｋ）を時間差に変換した。これにより、トルクの算出時と学習時とで回転速度Ｎｅが変化していたとしても、トルクを高精度に算出することができる。
【００７０】
（３）圧縮上死点と対応する歯部２２ａが異なるものについては、各別に学習値Ａｄｐ（ｋ）及び瞬時トルクＴｒｑ（ｋ）を算出した。これにより、これらをより高精度に算出することができる。
【００７１】
（４）内燃機関１０のクランク軸２０の回転速度の変動が所定以下である運転状態において学習を行った。これにより、互いに異なる規定回転角度の回転に要する時間Ｔ３０（ｎ）及び時間Ｔ３０（ｎ−２）についての歯部２２ａの構造に起因した相違を高精度に学習することができる。
【００７２】
（５）算出される発生トルクＴｒｑｅが目標トルクＴｒｑｔよりも大きい側に異常ありと判断されるとき、内燃機関１０の生成するトルクを強制的に低減させた。これにより、車両の速度が意図せずして増大する等の不都合を回避することができる。
【００７３】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００７４】
・上記実施形態では、圧縮上死点に対応する歯部２２ａが同一であるものは同一のグループとし、同一の学習値Ａｄｐ（ｋ）を用いて互いに区別することなく瞬時トルクＴｒｑ（ｋ）を算出したがこれに限らない。例えば全気筒各別に学習値Ａｄｐ（ｋ）や瞬時トルクＴｒｑ（ｋ）を算出してもよい。
【００７５】
・先の図４のステップＳ１６において時間Ｔ３０（ｎ）及び時間Ｔ３０（ｎ−２）の差を算出する代わりに、各規定回転角度における局所的な回転速度の差を算出してもよい。この場合、ステップＳ２２において、この回転速度の差から、学習値Ａｄｐ（ｋ）を速度差に変換した値を減算する。
【００７６】
・トルクの算出手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば時間Ｔ３０（ｎ）及び時間Ｔ３０（ｎ＋１）の差と平均的な回転速度とに基づき瞬時トルクＴｒｑ（ｋ）を算出してもよい。また、一対の規定回転角度における局所的な回転速度の差と平均的な回転速度とから瞬時トルクＴｒｑ（ｋ）を算出してもよい。
【００７７】
・トルクの異常の診断の目的としては、上記のものに限らない。例えば失火検出に用いてもよい。
【００７８】
・車両内の要求に基づき内燃機関１０のトルクを目標値に制御するものにあっては、トルクを目標値とするようにアクチュエータを操作した際、実際にそのトルクが生じているか否かを判断するために本発明にかかるトルク検出装置を適用してもよい。
【００７９】
・内燃機関１０としては、８気筒内燃機関に限らない。この際、気筒数は「１」でもよい。
【００８０】
・内燃機関としては、吸気ポート式の火花点火式内燃機関に限らず、例えば筒内噴射式の火花点火式内燃機関であってもよい。更には、ディーゼル機関等の圧縮着火式内燃機関であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】一実施形態のエンジンシステムの全体構成を示す図。
【図２】クランク軸の周期的な回転変動を示すタイムチャート。
【図３】上記実施形態のシグナルロータを示す拡大図。
【図４】同実施形態にかかるトルクの異常の有無の診断処理の手順を示す流れ図。
【図５】同実施形態にかかる歯部間の角度誤差の学習処理の手順を示す流れ図。
【符号の説明】
【００８２】
１０…内燃機関、２０…クランク軸、２２…シグナルロータ、２２ａ…歯部、６０…ＥＣＵ（トルク検出装置、異常診断装置の一実施形態）。
【図１】
2008274798.tif 000003
【図２】
2008274798.tif 000004
【図３】
2008274798.tif 000005
【図４】
2008274798.tif 000006
【図５】
2008274798.tif 000007