(57)【要約】【課題】内燃機関のフリクショントルクを精度良く算出することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関におけるフリクショントルクを算出する装置である。具体的には、内燃機関の制御装置は、減速時の燃料カット中においてスロットルバルブを全開に制御した際に、トルクセンサによって取得された負荷トルクに基づいて、フリクショントルクを算出する。このような制御を実行した場合には、ポンピングロスがほとんど発生しないため、図示トルクを概ね「０」とみなすことができる。よって、取得された負荷トルクに基づいて、フリクショントルクを精度良く算出することができる。また、算出されたフリクショントルクに基づいてフリクション特性を補正することにより、内燃機関に対する出力トルク制御を精度良く行うことが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の減速時における燃料カット中に、スロットルバルブを全開に制御するスロットル制御手段と、
負荷トルクを検出するトルクセンサから、前記負荷トルクを取得する負荷トルク取得手段と、
前記スロットル制御手段が前記スロットルバルブを全開に制御した際に取得された前記負荷トルクに基づいて、内燃機関におけるフリクショントルクを算出するフリクショントルク算出手段と、
前記フリクショントルク算出手段が算出したフリクショントルクによって、所定のパラメータとフリクショントルクとの関係を定めたフリクション特性を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記フリクショントルク算出手段は、前記負荷トルクと、角加速度及び慣性モーメントから定められる動的損失トルクと、に基づいて前記フリクショントルクを算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記トルクセンサがプロペラシャフト及びドライブシャフトのいずれかに設けられている場合において、前記フリクショントルク算出手段が前記フリクショントルクを算出する際に、トルクコンバータを強制的にロックアップする手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関におけるフリクショントルクを算出する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両におけるトルクを求めるために、フリクションなどのメカロスを推定する技術が知られている。例えば、内燃機関の図示トルクなどを求めるために、フリクショントルクを求める技術が提案されている。特許文献１では、ニュートラル状態又はクラッチ非係合状態で、筒内圧やクランク角加速度などに基づいてフリクショントルクを算出し、標準フリクション特性を補正する技術が提案されている。ここで、フリクショントルクを算出する条件を設定しているのは、安定的な状態でフリクショントルクを精度良く算出するためである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３０８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、フリクショントルクを算出する条件が常用の運転条件に一致せずに、常用の運転条件におけるフリクショントルクを精度良く求めることができない場合等があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関のフリクショントルクを精度良く算出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、内燃機関の制御装置は、車両の減速時における燃料カット中に、スロットルバルブを全開に制御するスロットル制御手段と、負荷トルクを検出するトルクセンサから、前記負荷トルクを取得する負荷トルク取得手段と、前記スロットル制御手段が前記スロットルバルブを全開に制御した際に取得された前記負荷トルクに基づいて、内燃機関におけるフリクショントルクを算出するフリクショントルク算出手段と、前記フリクショントルク算出手段が算出したフリクショントルクによって、所定のパラメータとフリクショントルクとの関係を定めたフリクション特性を補正する補正手段と、を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、内燃機関におけるフリクショントルクを算出するために好適に利用される。具体的には、内燃機関の制御装置は、減速時における燃料カット中にスロットルバルブを全開に制御した際にトルクセンサによって取得された負荷トルクに基づいて、フリクショントルクを算出する。負荷トルクは、内燃機関から出力される正味のトルクに対応する。上記のように減速時の燃料カット中にスロットルバルブを全開に制御した場合には、ポンピングロスがほとんど発生しないため、図示トルクを概ね「０」とみなすことができる。よって、上記の内燃機関の制御装置によれば、負荷トルクに基づいて、精度良くフリクショントルクを算出することができる。また、減速時の燃料カット中における回転数はニュートラル状態等よりは人の体感する回転数近傍にあると言えるので、常用の運転条件におけるフリクショントルクを精度良く求めることができる。
【０００８】
更に、上記の内燃機関の制御装置は、算出されたフリクショントルクに基づいて、所定のパラメータとフリクショントルクとの関係を定めたフリクション特性を補正する。これにより、経時変化や劣化などによりフリクション特性が変化した場合にも、精度良く算出されたフリクショントルクを用いて、フリクション特性を適切に補正することができる。よって、フリクション特性から得られるフリクショントルクを用いて、内燃機関の出力トルク制御を精度良く行うことが可能となる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記フリクショントルク算出手段は、前記負荷トルクと、角加速度及び慣性モーメントから定められる動的損失トルクと、に基づいて前記フリクショントルクを算出することができる。即ち、スロットル制御手段による制御により図示トルクを概ね「０」とみなすことができるので、図示トルクを用いずに、負荷トルク及び動的損失トルクを用いてフリクショントルクを算出することができる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記トルクセンサがプロペラシャフト及びドライブシャフトのいずれかに設けられている場合において、前記フリクショントルク算出手段が前記フリクショントルクを算出する際に、トルクコンバータを強制的にロックアップする手段を更に備える。
【００１１】
この態様では、プロペラシャフト又はドライブシャフトに設置されたトルクセンサの出力を用いる場合には、フリクショントルクを算出する際に、トルクコンバータを強制的にロックアップする。このようにトルクコンバータをロックアップすることで、トルクコンバータの影響を抑制することができるため、フリクショントルクを精度良く算出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】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された内燃機関１の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００１４】
内燃機関１は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、燃料噴射弁５と、気筒（シリンダ）６ａと、吸気弁７と、排気弁８と、排気通路９と、点火プラグ１０と、クランクシャフト１１と、クランク角センサ１３と、トルクセンサ１４と、水温センサ１５と、を有する。内燃機関１は、車両などに搭載され、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンとして構成される。
【００１５】
吸気通路３には外部から導入された空気（新気）が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する空気の流量を調整する。具体的には、スロットルバルブ４はＥＣＵ３０から供給される制御信号に応じた開度（スロットル開度）に制御される。
【００１６】
吸気通路３を通過した空気は、気筒６ａの燃焼室６ｂに供給される。また、燃焼室６ｂには、燃料噴射弁５によって噴射された燃料が供給される。燃焼室６ｂ内では、点火プラグ１０の点火により着火されることによって、供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン６ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド６ｄ及びクランクアーム６ｅを介してクランクシャフト１１に伝達され、クランクシャフト１１が回転する。また、上記した燃焼によって生じた排気は、排気通路９に排出される。
【００１７】
更に、気筒６ａ上には、吸気弁７と排気弁８が設けられている。吸気弁７は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。また、排気弁８は、開閉することによって、排気通路９と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。
【００１８】
クランク角センサ１３は、クランクシャフト１１の回転角（クランク角）などを検出するセンサである。例えば、クランク角センサ１３は、単位クランク角毎の他に角度信号と、所定ピストン位置毎の基準角度信号とを、それぞれ出力する。
【００１９】
トルクセンサ１４は、クランクシャフト１１に設けられており、トルクを検出するセンサである。具体的には、トルクセンサ１４は、内燃機関１から出力される正味のトルクを示す負荷トルクを検出する。一方、水温センサ１５は、内燃機関１を冷却する冷却水の温度（以下、単に「水温」と呼ぶ。）を検出する。上記したクランク角センサ１３、トルクセンサ１４、及び水温センサ１５は、それぞれ検出信号をＥＣＵ３０に供給する。
【００２０】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェースなどを含んで構成される。ＥＣＵ３０は、前述した各種センサから検出信号を取得し、これに基づいて種々の処理・制御を行う。
【００２１】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は、内燃機関１におけるフリクショントルクを算出し、算出したフリクショントルクによって、所定のパラメータとフリクショントルクとの関係を定めたフリクション特性を補正する処理を行う。具体的には、ＥＣＵ３０は、車両の減速時における燃料カット中（以下、このような車両の状態を「減速Ｆ／Ｃ中」とも表記する。）にスロットルバルブ４を全開に制御し、この際にトルクセンサ１４が検出した負荷トルクに基づいてフリクショントルクを算出する。このように、ＥＣＵ３０は、本発明に係る内燃機関の制御装置として機能する。具体的には、ＥＣＵ３０は、スロットル制御手段、負荷トルク取得手段、フリクショントルク算出手段、及び補正手段として動作する。
【００２２】
［フリクショントルク算出方法］
次に、本実施形態に係るフリクショントルク算出方法について説明する。本実施形態では、内燃機関１におけるフリクショントルクを算出することによって得る。こうするのは、内燃機関１から所望のトルクを精度良く出力させるためには、所謂メカロスに対応するフリクショントルクを得ておく必要があるからである。また、フリクショントルクはセンサなどによって直接検出することが困難であるため、フリクショントルクを算出することによって得る。
【００２３】
ここで、本実施形態に係るフリクショントルクの算出方法について、具体的に説明する。
【００２４】
以下の式（１）は、内燃機関１から出力される正味のトルクに対応する負荷トルクを求める式を示している。
【００２５】
Ｔｌ＝Ｔｉ−Ｊ×（ｄω／ｄｔ）−Ｔｆ    式（１）
式（１）において、「Ｔｌ」は内燃機関１から出力される正味のトルクに対応する負荷トルク（言い換えると、軸トルク）を示し、「Ｔｉ」は内燃機関１における燃焼によって発生されるトルクに対応する図示トルクを示し、「Ｔｆ」は駆動部などにおけるフリクショントルクを示している。詳しくは、フリクショントルクＴｆは、ピストン６ｃと気筒６ａ内壁の摩擦など各嵌合部の機械的な摩擦によるトルクであって、補機類の機械的な摩擦によるトルクを含む。また、「Ｊ」は駆動部などにおける慣性モーメントを示し、「ｄω／ｄｔ」はクランクシャフト１１の角加速度を示している。ここで、「Ｊ×（ｄω／ｄｔ）」は、クランクシャフト１１の角加速度（ｄω／ｄｔ）に起因する動的な損失トルク（以下、「動的損失トルク」と呼ぶ。）である。
【００２６】
本実施形態では、フリクショントルクＴｆを精度良く算出するために、図示トルクＴｉが概ね「０」とみなせる状況において、フリクショントルクＴｆの算出を行う。具体的には、車両の減速時における燃料カット中に、スロットルバルブ４を全開（ＷＯＴ；Wide Open Throttle）に制御した状況において、フリクショントルクＴｆの算出を行う。このような状況では、ポンピングロスがほとんど発生しないため、図示トルクＴｉを概ね「０」とみなすことができる。このように図示トルクＴｉを概ね「０」とみなせた場合には、フリクショントルクＴｆは、負荷トルクＴｌ及び動的損失トルク（Ｊ×（ｄω／ｄｔ））から算出することができる。
【００２７】
具体的には、以下の式（２）に基づいて、フリクショントルクＴｆを算出することができる。式（２）は、上記した式（１）に「Ｔｉ＝０」を代入して変形した式である。
【００２８】
Ｔｆ＝Ｔｌ−Ｊ×（ｄω／ｄｔ）    式（２）
式（２）の右辺の第１項における負荷トルクＴｌは、トルクセンサ１４によって検出されるトルクに対応する。一方、慣性モーメントＪは、機械のメカニカルパラメータによって決まり、設計値に対応する値である。そして、角加速度（ｄω／ｄｔ）は、クランク角センサ１３の検出値に基づいて求められる。よって、式（２）の右辺の第２項における動的損失トルク（Ｊ×（ｄω／ｄｔ））は、算出することができると言える。したがって、これらの得られた負荷トルクＴｌ及び動的損失トルク（Ｊ×（ｄω／ｄｔ））を用いて、フリクショントルクＴｆを求めることができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係るフリクショントルク算出方法では、車両の減速時における燃料カット中（減速Ｆ／Ｃ中）にスロットルバルブ４を全開に制御した際に、フリクショントルクＴｆを算出する。したがって、フリクショントルクＴｆを精度良く算出することが可能となる。また、減速Ｆ／Ｃ中における回転数はニュートラル状態等よりは人の体感する回転数近傍にあると言えるので、本実施形態によれば、常用の運転条件におけるフリクショントルクを精度良く求めることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、上記のようにしてフリクショントルクＴｆが算出された場合、算出されたフリクショントルクＴｆを用いて、所定のパラメータ（内燃機関１の回転数や水温など）とフリクショントルクＴｆとの関係を定めたマップ（以下、「フリクショントルクマップ」とも呼ぶ。）を補正する。このようにフリクショントルクマップを補正するのは、経時変化や劣化などにより、所定のパラメータとフリクショントルクＴｆとの関係が変化するためである。なお、フリクショントルクマップは、主として、潤滑油の温度及び内燃機関１の回転数における特性（粘性係数など）を示すものである。また、フリクショントルクマップは、車両から所望のトルクを出力させるための制御（以下、「出力トルク制御」とも呼ぶ。）を行う際などに参照される。
【００３１】
［フリクショントルクマップ補正処理］
次に、本実施形態に係るフリクショントルクマップ補正処理について説明する。フリクショントルクマップ補正処理においては、内燃機関１におけるフリクショントルクＴｆの算出と、算出されたフリクショントルクＴｆを用いたフリクショントルクマップの補正とが行われる。また、この処理は、ＥＣＵ３０によって、車両の走行中などに所定の周期で繰り返し実行される。
【００３２】
図２は、本実施形態に係るフリクショントルクマップ補正処理を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３０は、車両が減速時における燃料カット中（減速Ｆ／Ｃ中）であるか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ３０は、フリクショントルクＴｆを算出すべき運転状態にあるか否かの判定を行う。減速Ｆ／Ｃ中である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進む。この場合には、フリクショントルクＴｆを算出すべき運転状態にあると言える。一方、減速Ｆ／Ｃ中でない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、フリクショントルクＴｆを算出すべき運転状態ではないと言える。
【００３４】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ３０は、スロットルバルブ４を全開（ＷＯＴ）に制御する。具体的には、ＥＣＵ３０は、スロットルバルブ４が全開になるように、スロットルバルブ４に対して制御信号を供給する。こうするのは、ポンピングロスを最小限にして、フリクショントルクＴｆを精度良く算出するためである。そして、処理はステップＳ１０３に進む。
【００３５】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ３０は、トルクセンサ１４が検出した負荷トルクＴｌに対応する検出信号を取得する。なお、負荷トルクＴｌは負の値として得られる。そして、処理はステップＳ１０４に進む。
【００３６】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ１３が検出したクランク角ωに基づいて、クランクシャフト１１の角加速度（ｄω／ｄｔ）を求める。具体的には、ＥＣＵ３０は、角度当たりの所要時間より、角加速度（ｄω／ｄｔ）を算出する。そして、処理はステップＳ１０５に進む。
【００３７】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ３０は、内燃機関１の回転数及び水温を取得する。具体的には、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ１３から供給される検出信号に基づいて内燃機関１の回転数を得ると共に、水温センサ１５から供給される検出信号に基づいて水温を得る。これらの回転数及び水温は、フリクショントルクマップを補正するために用いられる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。
【００３８】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ３０は、フリクショントルクＴｆを算出する。この場合、減速Ｆ／Ｃ中であるため図示トルクＴｉを概ね「０」とみなせるので、前述した式（２）を用いてフリクショントルクＴｆを算出することができる。具体的には、ＥＣＵ３０は、式（２）中に、ステップＳ１０３で取得された負荷トルクＴｌを代入し、ステップＳ１０４で取得された角加速度（ｄω／ｄｔ）を代入し、更にメモリなどに記憶された慣性モーメントＪを代入することによって、フリクショントルクＴｆを算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０７に進む。
【００３９】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０６で算出されたフリクショントルクＴｆを用いて、フリクショントルクマップを補正する。具体的には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０５で取得された回転数及び水温に対応するフリクショントルクＴｆを、ステップＳ１０６で算出されたフリクショントルクＴｆによって更新する。例えば、ＥＣＵ３０は、内燃機関１の回転数と水温とによってフリクショントルクＴｆを表した２次元のマップを補正する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００４０】
以上のフリクショントルクマップ補正処理によれば、経時変化や劣化などによりフリクショントルクマップが変化した場合にも、精度良く算出されたフリクショントルクＴｆを用いて、フリクショントルクマップを適切に補正することができる。これにより、フリクショントルクマップから得られるフリクショントルクＴｆを用いて、内燃機関１の出力トルク制御を精度良く行うことが可能となる。
【００４１】
［変形例］
上記では、算出されたフリクショントルクＴｆを用いてフリクショントルクマップを補正する実施形態を示したが、このようなマップを補正する代わりに、フリクション特性を示す多項式を、フリクショントルクＴｆに基づいて補正することも可能である。
【００４２】
また、上記では、クランクシャフト１１に設けられたトルクセンサ１４から負荷トルクを取得し、これに基づいてフリクショントルクＴｆを算出する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、内燃機関１に接続されたプロペラシャフト又はドライブシャフトにトルクセンサを設置し、このトルクセンサから負荷トルクを取得してフリクショントルクＴｆを算出することも可能である。
【００４３】
更に他の例では、プロペラシャフト又はドライブシャフトに設置されたトルクセンサの出力を用いる場合には、フリクショントルクＴｆを算出する際に、トルクコンバータを強制的にロックアップすることができる。こうするのは、フリクショントルクＴｆを精度良く算出するためである。詳しくは、トルクコンバータをロックアップすることで、内燃機関１の出力をプロペラシャフト又はドライブシャフトに効果的に伝達させることによって、トルクコンバータの影響を抑制するためである。
【００４４】
具体的に、図３を用いて説明する。図３は、プロペラシャフトに設置されたトルクセンサの出力を用いる場合におけるシステム構成例を示す。なお、図３に示す内燃機関１は、図１に示したものと同様である。そのため、ここでは、内燃機関１に対する説明を省略する。
【００４５】
この構成においては、プロペラシャフト２３は、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）２２及びトルクコンバータ２１を介して内燃機関１に接続されている。具体的には、プロペラシャフト２３は、トランスミッション２２とディファレンシャルギヤ（不図示）との間に設けられ、内燃機関１から得られる駆動力を後輪側へ伝達する推進軸である。また、プロペラシャフト２３には、トルクを検出するトルクセンサ２４が設けられている。トルクセンサ２４は、負荷トルクＴｌを検出し、この負荷トルクＴｌに対応する検出信号をＥＣＵ３１に供給する。
【００４６】
トランスミッション２２は、トルクコンバータ２１とプロペラシャフト２３との間に設けられ、各変速段に対応する複数のギヤ（プラネタリギヤ）などを有して構成される。トルクコンバータ２１は、内燃機関１とトランスミッション２２との間に設けられ、油などの作動流体を利用することにより、内燃機関１から出力されるトルクを断続的にトランスミッション２２へ伝達するクラッチとしての機能や、そのトルクを増大させてトランスミッション２２へ伝達する機能などを有する。また、トルクコンバータ２１は、ＥＣＵ３１から供給される制御信号によってロックアップされる。
【００４７】
ＥＣＵ３１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェースなどを含んで構成されている。ＥＣＵ３１は、上記したトルクセンサ２４や内燃機関１内のセンサ（図１参照）から検出信号を取得し、これに基づいて種々の処理・制御を行う。具体的には、ＥＣＵ３１は、内燃機関１におけるフリクショントルクＴｆを算出し、算出したフリクショントルクＴｆを用いてフリクショントルクマップを補正する処理を行う。
【００４８】
詳しくは、ＥＣＵ３１は、車両の減速Ｆ／Ｃ中にスロットルバルブ４を全開にする制御を行うと共に、トルクコンバータ２１をロックアップする制御を行い、この際にトルクセンサ２４が検出した負荷トルクＴｌに基づいてフリクショントルクＴｆを算出する。フリクショントルクＴｆの算出方法、及びフリクショントルクマップの補正方法は、前述したＥＣＵ３０が行う方法と同様である。上記のＥＣＵ３１による処理によれば、フリクショントルクＴｆを算出する際にトルクコンバータ２１をロックアップするため、フリクショントルクＴｆを精度良く算出することができる。
【００４９】
なお、図３では、プロペラシャフト２３に設置されたトルクセンサ２４の出力を用いてフリクショントルクＴｆを算出する例を示しているが、プロペラシャフト２３に設置されたトルクセンサ２４の代わりに、ドライブシャフトに設置されたトルクセンサの出力を用いてフリクショントルクＴｆを算出する場合にも、上記と同様に、トルクコンバータをロックアップする制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係るフリクショントルクマップ補正処理を示すフローチャートである。
【図３】変形例に係るシステム構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  内燃機関
３  吸気通路
４  スロットルバルブ
６ａ  気筒
９  排気通路
１１  クランクシャフト
１３  クランク角センサ
１４、２４  トルクセンサ
１５  水温センサ
２１  トルクコンバータ
２３  プロペラシャフト
３０、３１  ＥＣＵ
【図１】
2008038793.tif 000003
【図２】
2008038793.tif 000004
【図３】
2008038793.tif 000005