(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、ノック判定のための適合工数を簡素化できるようにすることを目的とする。【解決手段】トルクセンサ３６の出力に基づいて、内燃機関１０が実際に発生する実トルクＴｃを取得する。トルクデマンド制御で用いられる目標トルクＴｔと、上記実トルクＴｃとのトルク差Ｔｄが所定の判定値Ｔｔｈより大きい場合に、ノックが発生したと判定する。【選択図】図４
2008215166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
予め定められた基準値と前記実トルクとの差に基づいて、ノックの発生を検出するノック発生検出手段と、
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】
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、
予め定められた基準値と前記実トルクとの差に基づいて、ノックの強度を検出するノック強度検出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気ガスの空燃比を推定する空燃比推定手段と、
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、
予め定められた基準値と前記実トルクとの差に基づいて、前記空燃比推定手段による推定値と実際の空燃比との誤差を検出する誤差検出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段を更に備え、
前記基準値は、前記目標トルクであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項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】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関のシリンダブロックの壁面に、ノックを検出するためのノックセンサが備えられたノック制御装置が開示されている。このようなノックセンサによれば、ノック発生時の燃焼ガスの圧力振動をシリンダブロック表面の振動として検出することができる。
【０００３】
また、例えば特許文献２には、内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサを用いてノックの検出を行う内燃機関の制御装置が開示されている。このような筒内圧センサによれば、ノック発生時の燃焼ガスの圧力振動を直接的に取得して、ノック検出を行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１６９２号公報
【特許文献２】特開２００４−３６０５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の技術のように振動（シリンダブロックの振動や圧力振動）を利用してノックの検出を行う手法では、ノックが発生したと判定する振動レベル（判定値）を、エンジン回転数や負荷率などの運転条件毎に実験等によって適合する必要がある。
【０００６】
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、ノック判定のための適合工数を簡素化できるようにした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】
【０００７】
第１の発明は、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、
予め定められた基準値と前記実トルクとの差に基づいて、ノックの発生を検出するノック発生検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、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、
予め定められた基準値と前記実トルクとの差に基づいて、ノックの強度を検出するノック強度検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、内燃機関の排気ガスの空燃比を推定する空燃比推定手段と、
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、
予め定められた基準値と前記実トルクとの差に基づいて、前記空燃比推定手段による推定値と実際の空燃比との誤差を検出する誤差検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段を更に備え、
前記基準値は、前記目標トルクであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、ノック発生に起因する振動を利用しないで、ノックの検出を良好に行うことができ、ノック判定のための適合工数を簡素化できるノック判定を実現することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、ノック発生に起因する振動を利用しないで、ノックの強度を良好に検出することが可能となる。
【００１３】
第３の発明によれば、内燃機関のトルク情報に基づいて、空燃比の推定誤差を良好に検出することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、内燃機関の目標トルクと実トルクとの差に基づいて、ノック発生の検出、ノック強度の検出、或いは空燃比の推定誤差の検出を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。内燃機関１０の筒内には、燃焼室１２が形成されている。燃焼室１２には、吸気通路１４および排気通路１６が連通している。吸気通路１４には、その内部を流れる空気量、すなわち、内燃機関１０に流入する吸入空気量Ｇａを検知するためのエアフロメータ１８が配置されている。
【００１６】
エアフロメータ１８の下流には、スロットルバルブ２０が配置されている。スロットルバルブ２０は、アクセル開度に基づいて、スロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルポジションセンサ２２が配置されている。
【００１７】
各気筒の吸気ポートには、その内部に燃料を噴射するための燃料噴射弁２４が配置されている。また、内燃機関１０のシリンダヘッド２６には、筒内に突出するように点火プラグ２８が取り付けられている。
【００１８】
内燃機関１０の排気通路１６には、排気ガスを浄化するための触媒３０が配置されている。また、触媒３０の上流には、その位置で排気空燃比を検出するための空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３２が配置されている。
【００１９】
また、内燃機関１０のクランクシャフト３４の近傍には、内燃機関１０が実際に発生する実トルクＴｃを検出するためのトルクセンサ３６が設けられている。トルクセンサ３６は、トルクが作用した際にクランクシャフト３４に生ずるひずみを利用して、実トルクＴｃを検出するものである。また、クランクシャフト３４の近傍には、エンジン回転数Ｎｅを検出するためのクランク角センサ３８が設けられている。
【００２０】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述したセンサに加えてアクセル開度ＰＡを検出するためのアクセル開度センサ４２が接続されているとともに、上述したアクチュエータが接続されている。
【００２１】
また、ＥＣＵ４０内には、筒内に吸入される筒内充填空気量Ｍｃを推定するモデル（ここでは「エアモデル」と称する）が構築されている。ここでいうエアモデルは、内燃機関１０に吸入される筒内充填空気量Ｍｃを推定するモデルである。このエアモデルでは、エアフロメータ１８により検出される吸入空気量Ｇａに基づいて推定された吸気圧Ｐｅと、運転条件に応じて適合される各種の係数とから、筒内充填空気量Ｍｃが算出される。このようなエアモデルについては、例えば、特開２００４−２６３５７１号公報に詳述されているので、ここではその詳細な説明を省略するものとする。筒内充填空気量Ｍｃが得られると、負荷率（空気充填率）ＫＬを算出することができる。つまり、そのようなエアモデルによれば、スロットル開度ＴＡの調整によって制御される吸入空気量Ｇａ（吸気圧Ｐｅ）と負荷率ＫＬとの関係を得ることができる。
【００２２】
［トルクデマンド制御を用いた実施の形態１のシステムにおけるノックコントロールシステム］
図２は、図１に示すシステムで実行されるノックコントロールシステムＫＣＳを説明するためのブロック図である。本実施形態では、運転者のアクセル操作等に基づき実際に要求されるトルク（目標トルクＴｔ）となるように内燃機関１０の実トルクＴｃを制御するトルクデマンド制御が実行される。このトルクデマンド制御では、目標トルクＴｔは、アクセル開度ＰＡやエンジン回転数Ｎｅ等に基づいて算出される。
【００２３】
トルクデマンド制御では、図２に示すように、上記のように算出された目標トルクＴｔと、目標負荷率ＫＬとの関係を定めたトルクマップに基づいて、目標トルクＴｔから目標負荷率ＫＬが算出される。次いで、算出された目標負荷率ＫＬに基づいて、上記のエアモデルを逆方向に演算（エア逆モデル演算）することによって、目標負荷率ＫＬを実現するために要求される吸気圧Ｐｅが得られる。その結果として、この吸気圧Ｐｅ（吸入空気量Ｇａ）に制御するために要求されるスロットル開度ＴＡを算出することができる。
【００２４】
また、トルクデマンド制御では、以上のように算出されたスロットル開度ＴＡで吸入空気量Ｇａ（吸気圧Ｐｅ）を制御し、かつ、目標トルクＴｔを得るための目標空燃比が得られるように燃料噴射量を制御することとしている。これにより、内燃機関１０の実トルクＴｃが上記目標トルクＴｔとなるように制御することができる。
【００２５】
本実施形態のシステムでは、図４を参照して後述する手法を用いてノック発生の有無が判定される。図４に示す手法によってノックが発生したと判定された場合には、図２に示すように、トルクセンサ３６により得られた実トルクＴｃと、上記のように算出された目標トルクＴｔとのトルク差ΔＴｒｑ（Ｔｄ）が算出される。そして、このトルク差ΔＴｒｑと点火時期補正量ΔＳＡとの関係を定めた遅角マップに基づいて、トルク差ΔＴｒｑから点火時期補正量ΔＳＡが算出される。そして、現在の運転条件における最適点火時期ＭＢＴに点火時期補正量ΔＳＡを反映させることによって最終的な点火時期が算出される。本実施形態のノックコントロールシステムＫＣＳでは、このような点火時期の補正によって、ノックの検出時にノックを回避するようにしている。
【００２６】
［実施の形態１のノック判定手法］
図３は、ノック発生時のトルク変化を点火時期との関係で表した図であり、図４は、本実施形態のノック判定手法を説明するための図である。図３より、ノックが発生した場合（トレースノック点火時期に制御された場合）の実トルクＴｃは、同一の点火時期においてノックが発生していない場合の実トルクＴｃに比して低下することが判る。トルクデマンド制御が用いられている場合には、実トルクＴｃは、上述したように、目標トルクＴｔと一致するように制御されている。そこで、本実施形態では、図４に示すように、目標トルクＴｔと実トルクＴｃとのトルク差Ｔｄに基づいて、ノック発生の有無を判定するようにした。
【００２７】
図５は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、トルクデマンド制御の実行中の目標トルクＴｔが参照（取得）される（ステップ１００）。次いで、トルクセンサ３６の出力に基づいて実（発生）トルクＴｃが参照（取得）される（ステップ１０２）。
【００２８】
次に、上記のようにそれぞれ参照された目標トルクＴｔと実トルクＴｃとのトルク差Ｔｄが算出される（ステップ１０４）。次いで、現在の運転条件、より具体的には、現在のエンジン回転数Ｎｅや負荷率ＫＬが参照される（ステップ１０６）。次いで、現在の運転条件に応じた判定値Ｔｔｈが算出される（ステップ１０８）。この判定値Ｔｔｈは、ノック判定のために用いられる判定値である。
【００２９】
次に、上記のように算出されたトルク差Ｔｄが上記判定値Ｔｔｈより大きいか否かが判別される（ステップ１１０）。その結果、トルク差Ｔｄ＞判定値Ｔｔｈが成立すると判定された場合、すなわち、目標トルクＴｔに対する実トルクＴｃの乖離が一定レベル以上であると判断できる場合には、ノックが発生していると判定される（ステップ１１２）。尚、この場合には、上記図２に示すように、トルク差Ｔｄに基づく点火時期の補正によって、ノックを回避する制御が別途実行されることとなる。
【００３０】
図５に示すルーチンでは、次に、トルク差Ｔｄに基づいて、ノック強度が推定される（ステップ１１４）。図６は、ノック強度とトルク差Ｔｄとの関係を示している。ノック強度は、トルク差Ｔｄが大きくなるほど強くなる。ＥＣＵ４０は、図６に示すような関係を、実測値に基づくマップ或いはシミュレーションに基づく統計モデルとして記憶している。本ステップ１１４では、そのようなマップ或いは統計モデルを参照して、今回のトルク差Ｔｄの大きさに応じたノック強度が推定される。
【００３１】
以上説明した図５に示すルーチンによれば、トルクデマンド制御で用いられる目標トルクＴｔ（本発明でいう「予め定められた基準値」）と実トルクＴｃとの関係を利用して、ノック判定を行うことが可能となる。従って、そのようなノック判定手法を、シリンダブロックの振動を検出する加速度センサ或いは筒内圧の振動を検出する筒内圧センサを用いたノック判定手法の代替もしくは補助の手法として使用することができる。
【００３２】
また、上記の加速度センサや筒内圧センサを利用してノック判定を行う手法では、ノックが発生したと判定する振動レベル（判定値）を、エンジン回転数や負荷率などの運転条件毎に実験等によって適合する必要がある。これに対し、トルク差Ｔｄを利用する本実施形態の手法によれば、ノック発生に起因する振動を利用しないため、そのような適合を無くすことができる。つまり、本実施形態の手法によれば、ノック判定のための適合工数を簡素化できるノック判定を実現することができる。また、本実施形態の手法によれば、振動の検出結果をノック判定に利用する従来の手法と比べて、センサノイズの影響を比較的受けにくいといえ、ノイズの影響による誤検出を良好に回避することもできる。
【００３３】
また、上記ルーチンの処理によれば、トルク差Ｔｄの大きさに応じたノック強度を推定することができるので、推定されたノック強度に応じて点火時期の補正を実行することによって、ノック強度に応じた点火時期制御を実現することができる。
【００３４】
ところで、上述した実施の形態１においては、トルクセンサ３６の出力を利用して内燃機関１０が実際に発生する実トルクＴｃを直接的に取得するようにしているが、本発明における実トルクＴｃの取得手法は、これに限定されるものではなく、実トルクＴｃを推定するものであってもよい。すなわち、実トルクＴｃは、例えば、発電機（オルタネータ）の回転速度と発電機のステータコイルに流れている電流とから推定されるものであってもよい。
【００３５】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１または第２の発明における「実トルク取得手段」が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「ノック発生検出手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ４０が上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第２の発明における「ノック強度検出手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ４０が上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第４の発明における「目標トルク設定手段」が実現されている。
【００３６】
実施の形態２．
次に、図７乃至図９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９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。
【００３７】
［Ａ／Ｆ推定モデル］
図７は、図１に示すＥＣＵ４０内に構築されているＡ／Ｆ推定モデル５０を示す模式図である。図７に示すように、Ａ／Ｆ推定モデル５０は、例えば、上述したエアモデルと、燃料モデルとを利用したモデルとして構築することができる。ここでいう燃料モデルは、燃料噴射弁２４により噴射される燃料量ｆｉから、吸気ポートの内壁などへの付着燃料量ｆｗの存在を考慮して、内燃機関１０の筒内に現実に吸入される燃料量Ｆｃを算出するものである。このような燃料モデルについては、例えば、特開２００５−９４６７号公報に詳述されているので、ここではその詳細な説明を省略するものとする。
【００３８】
図７に示すＡ／Ｆ推定モデル５０によれば、エアモデルにより算出される筒内充填空気量Ｍｃから、燃料モデルにより算出される筒内吸入燃料量ｆｃを除することにより、空燃比Ａ／Ｆ推定値を算出することができる。
【００３９】
［実施の形態２の特徴部分］
実施の形態２のシステムは、目標トルクＴｔと実トルクＴｃとのトルク差Ｔｄに基づいて、Ａ／Ｆ推定モデル５０のＡ／Ｆ推定誤差の検出を行うという点に特徴を有している。
【００４０】
図８は、上記Ａ／Ｆ推定誤差の検出手法を説明するための図である。図８に示されたトルク波形は、現在のＡ／Ｆ推定値が得られた際の運転条件と同一の運転条件下において、空燃比をある範囲内で変化させた場合のトルク変化を表したものである。
【００４１】
仮にＡ／Ｆ推定モデル５０により推定される空燃比に推定誤差が存在するとした場合には、図８に示すように、現在のＡ／Ｆ推定値による制御下で発生した実トルクと同じ大きさのトルクを同一の運転条件下で得られるようにする空燃比が、実際の（真の）空燃比ということになる。ここでは、この実際の空燃比と現在のＡ／Ｆ推定値との差を、「Ａ／Ｆ推定誤差」としている。また、Ａ／Ｆ推定誤差が存在する場合には、図８に示すように、トルクデマンド制御により算出される目標トルクＴｔと実トルクＴｃとの間に、トルク差Ｔｄが生ずることとなる。
【００４２】
図８に示す関係によれば、実トルクＴｃが目標トルクＴｔより下回る場合には、空燃比がリーン側にずれていると判断できるときは、トルク差Ｔｄが大きくなるほど、Ａ／Ｆ推定誤差が大きくなるといえる。そこで、本実施形態では、上記トルク差Ｔｄに基づいて、Ａ／Ｆ推定誤差を算出するようにした。更に、本実施形態では、算出されたＡ／Ｆ推定誤差に基づいて、Ａ／Ｆ推定モデル５０の学習を行うようにした。
【００４３】
図９は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図９において、実施の形態１における図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４４】
図９に示すルーチンでは、ステップ２００において現在の運転条件が参照された後、Ａ／Ｆ推定モデル５０の学習を実行可能な運転条件であるか否かが判別される（ステップ２０２）。上述した実施の形態１におけるノック判定と本実施形態のＡ／Ｆ推定誤差の検出の双方を同時に使用するシステムの場合には、トルク差Ｔｄが発生した原因がノック発生によるものなのか或いはＡ／Ｆ推定誤差によるものなのかを特定するために、ノック判定とＡ／Ｆ推定誤差の検出を行う運転領域を切り分ける必要がある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、ノックが発生し易い領域である低負荷高回転領域では、ノック判定を行うものとし、それ以外の運転領域では、Ａ／Ｆ推定誤差の検出を行うようにしている。そのような理由で、本ステップ２０２では、具体的には、現在の運転領域がＡ／Ｆ推定誤差の検出を行う領域であるか否かが判別され、当該領域に該当する場合には、Ａ／Ｆ推定モデル５０の学習が実行可能な運転条件であると判断される。尚、Ａ／Ｆ推定誤差の検出とノック判定を同時に使用しないシステムの場合には、すべての運転領域でＡ／Ｆ推定モデル５０の学習を行うようにしてもよい。
【００４６】
上記ステップ２０２において、Ａ／Ｆ推定モデル５０の学習が実行可能な運転条件であると判定された場合には、次いで、目標トルクＴｔ、実発生トルクＴｃが順に参照され（ステップ１００、１０２）、これらを用いてトルク差Ｔｄが算出される（ステップ１０４）。
【００４７】
次に、上記のように算出されたトルク差Ｔｄを用いて、Ａ／Ｆ推定誤差が算出され、Ａ／Ｆ推定モデル５０の学習が実行される（ステップ２０４）。より具体的には、ＥＣＵ４０は、トルク差ＴｄとＡ／Ｆ推定誤差との関係を運転条件毎に記憶しており、その関係に従って、Ａ／Ｆ推定誤差が取得される。尚、この際、現在のＡ／Ｆ推定値に対して実際の空燃比がリッチ側およびリーン側のどちらにずれているかの判断にあたっては、空燃比センサ３２の出力を用いることができる。
【００４８】
そして、本ステップ２０４では、取得されたＡ／Ｆ推定誤差に基づいて、Ａ／Ｆ推定モデル５０を構成するエアモデルや燃料モデル中の各係数を調整パラメータとして、Ａ／Ｆ推定モデル５０の学習が実行される。尚、Ａ／Ｆ推定モデル５０が学習されることで、その後のＡ／Ｆ推定値が補正されることとなり、それに応じて、燃料噴射量ｆｉが補正されることとなる。
【００４９】
以上説明した図９に示すルーチンによれば、トルクデマンド制御で用いられる目標トルクＴｔと実トルクＴｃとの関係を利用して、Ａ／Ｆ推定誤差の検出が可能となる。また、実トルクをトルクセンサ３６に代えて、例えば上述したような手法で推定するようにしている場合には、センサレスでＡ／Ｆ推定誤差を検出することが可能となる。
【００５０】
尚、上述した実施の形態２においては、Ａ／Ｆ推定モデル５０が前記第３の発明における「空燃比推定手段」に相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第３の発明における「実トルク取得手段」が、上記ステップ１０４および２０４の処理を実行することにより前記第３の発明における「誤差検出手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】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２】図１に示すシステムで実行されるノックコントロールシステムＫＣＳを説明するためのブロック図である。
【図３】ノック発生時のトルク変化を点火時期との関係で表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１のノック判定手法を説明するための図である。
【図５】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。
【図６】ノック強度とトルク差Ｔｄとの関係を示す図である。
【図７】図１に示すＥＣＵ内に構築されているＡ／Ｆ推定モデルを示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるＡ／Ｆ推定誤差の検出手法を説明するための図である。
【図９】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】
【００５２】
１０  内燃機関
１４  吸気通路
１６  排気通路
１８  エアフロメータ
２０  スロットルバルブ
２２  スロットルポジションセンサ
２４  燃料噴射弁
２８  点火プラグ
３２  空燃比センサ
３４  クランクシャフト
３６  トルクセンサ
３８  クランク角センサ
４０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２  アクセル開度センサ
【図１】
2008215166.tif 000003
【図２】
2008215166.tif 000004
【図３】
2008215166.tif 000005
【図４】
2008215166.tif 000006
【図５】
2008215166.tif 000007
【図６】
2008215166.tif 000008
【図７】
2008215166.tif 000009
【図８】
2008215166.tif 000010
【図９】
2008215166.tif 000011