(57)【要約】【課題】制御量を求める際に用いるマップの区分数を低減すると共に、内燃機関の円滑な制御を実現できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の状態を検出する状態検出手段１５と、前記状態検出手段の出力に基づいて内燃機関の運転状況を確認し、所定のマップを用いてトルクに反映される制御量を求めて内燃機関を制御する制御手段２０とを、備えている内燃機関１の制御装置であって、前記マップは、内燃機関の運転領域に応じて区分されていると共に、前記運転領域毎に設定した前記制御量を求める条件を前記制御手段により更新可能な学習マップであり、前記制御手段２０は、前記学習マップ内の前記運転領域ごとに学習を実施して、運転実施頻度に応じて学習反映係数を変化させて前記条件を更新する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段の出力に基づいて内燃機関の運転状況を確認し、所定のマップを用いてトルクに反映される制御量を求めて内燃機関を制御する制御手段とを、備えている内燃機関の制御装置であって、
前記マップは、内燃機関の運転領域に応じて区分されていると共に、前記運転領域毎に設定した前記制御量を求める条件を前記制御手段により更新可能な学習マップであり、
前記制御手段は、前記学習マップ内の前記運転領域ごとに学習を実施して、運転実施頻度に応じて学習反映係数を変化させて前記条件を更新する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、隣接する第１の運転領域と第２の運転領域との間の境界を跨る運転状況でトルク段差が所定値より大きいときに、前記トルク段差を解消する補間処理を行う、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】
前記制御手段は、前記運転領域の出現頻度に応じて、前記学習反映係数を重み付けする補正をしてから、内燃機関を制御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４】
前記制御量は内燃機関の点火時期を含む、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか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】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。より詳細には、内燃機関の運転状況に応じて最適な制御を行う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転状況により負荷の状態が刻々と変化する。よって、従来から運転状況に応じて内燃機関の状態を適正な状態に制御する制御装置が種々提案されている。そして、近年にあっては、内燃機関が実際に運転されたときの状況を制御に反映させるようにした、いわゆる学習型の制御を行うようにした内燃機関の制御装置も提案されるようになっている。このような学習機能を備えた制御装置であれば、予めインストールされていた制御用データ（点火時期マップなど）が実際の運転状況により逐次更新（変更）されるので、内燃機関が運転される状態（使用環境）に応じて効率のよい制御を行える。これにより内燃機関の燃費や排気の改善を図ることができると共にドライバビリティの向上を図ることもできる。
【０００３】
特許文献１は、上記学習機能を備えた内燃機関の制御装置について開示している。この制御装置は、学習マップ上のある領域を学習するときに、他の領域の学習補正値についても適正値に推定学習させることで空燃比を制御する。より具体的に説明すると、この制御装置は運転領域を複数の領域に区分した空燃比学習マップを備えている。ある領域（Ａ、Ｂ）の学習を行うときに、領域（Ａ、Ｂ）の学習補正係数α０を、領域（Ａ、Ｂ）と等吸入空気流量である運転領域の学習補正係数として推定学習させる。そして、領域（Ａ、Ｂ）と同一のＴｐ格子及びその上下のＴｐ格子に属する運転領域についても、領域（Ａ、Ｂ）の学習補正係数α０を学習補正係数として推定学習させる。これにより、空燃比を学習する際に、未学習領域を学習領域の値で補間して補正レベルの段差を解消できるので、良好に内燃機関を制御できる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−７９０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では学習マップをどのように設定するか、すなわち学習マップの区分をどのように設定するのが内燃機関の制御に適切であるかについて検討がなされていない。例えば設定する区分を比較的大きく分割すると境界部でのトルク段差が生じてしまう場合がある。その一方で、多数の区分を設定して細分化するとメモリの不足などの問題が発生する。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、制御量を求める際に用いるマップの区分数を低減すると共に、内燃機関の円滑な制御を実現できる内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、内燃機関の状態を検出する状態検出手段と、前記状態検出手段の出力に基づいて内燃機関の運転状況を確認し、所定のマップを用いてトルクに反映される制御量を求めて内燃機関を制御する制御手段とを、備えている内燃機関の制御装置であって、前記マップは、内燃機関の運転領域に応じて区分されていると共に、前記運転領域毎に設定した前記制御量を求める条件を前記制御手段により更新可能な学習マップであり、前記制御手段は、前記学習マップ内の前記運転領域ごとに学習を実施して、運転実施頻度に応じて学習反映係数を変化させて前記条件を更新する内燃機関の制御装置により達成される。
【０００８】
本発明によると、内燃機関の運転領域により区分されている学習マップを用いるので従来のマップより区分数を大幅に減少させることができる。よって、メモリ不足という問題が生じることがない。さらに、制御手段が学習マップの運転領域ごとに学習を実施し、運転実施頻度に応じて学習反映係数を変化させて制御量を求める条件を更新するので常に適切に内燃機関を制御できる。
【０００９】
また、前記制御手段は、隣接する第１の運転領域と第２の運転領域との間の境界を跨る運転状況でトルク段差が所定値より大きいときに、前記トルク段差を解消する補間処理を行うことが望ましい。このようにすれば学習頻度の相違により大きなトルク段差が発生しても内燃機関を円滑に制御できる。
【００１０】
また前記制御手段は、前記運転領域の出現頻度に応じて、前記学習反映係数を重み付けする補正をしてから、内燃機関を制御するようにするのがより好ましい。この場合には出現頻度の少ない運転領域の重み付けを大きくし、出現頻度の多い運転領域の重み付けを小さくできる。これにより学習による効果を高めて内燃機関を精度良く制御できる。
【００１１】
そして、前記制御量は内燃機関の点火時期とすることが好ましいが、吸入空気量、燃料噴射量、空燃比（Ａ／Ｆ）などとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、制御量を求める際に用いる学習マップの領域数を低減すると共に、内燃機関の円滑な制御を実現できる内燃機関の制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明による制御装置を備えた内燃機関について示した概略ブロック図である。内燃機関１は、シリンダブロック２内にピストン３が往復移動可能に配置されている。ピストン３の上部に形成される燃焼室４の内部で燃料（例えばガソリン）および空気の混合気を燃焼させ、ピストン３を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図１には１気筒のみが示されるが、内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして形成される。
【００１４】
各燃焼室４の吸気ポートは、吸気マニホールドを介して吸気管５に接続されている。排気側についても同様であり、各燃焼室４の排気ポートは排気マニホールドを介して排気管６に接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁１６と、排気ポートを開閉する排気弁１７とが燃焼室４ごとに配設されている。各吸気弁１６および各排気弁１７は、例えば可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示せず）によって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、この点火プラグ７は対応する燃焼室４内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００１５】
吸気管５には、上流側からエアクリーナ９、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０及びサージタンク８が配置してある。一方、排気管６には三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが配置してある。
【００１６】
また、内燃機関１は複数のインジェクタ１２を有している。各インジェクタ１２は、対応する吸気管５の内部（吸気ポート内）に臨むように配設されており、各吸気ポート内にガソリン等の燃料を噴射する。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆるポート噴射式のガソリンエンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明がいわゆる直噴式内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。また、本発明が、ガソリンエンジンだけではなくディーゼルエンジンにも適用され得ることはいうまでもない。
【００１７】
上記点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、図１に示されるように、燃焼室４内の圧力を検出する筒内圧センサ１５を始めとした各種センサが電気的に接続されている。筒内圧センサ１５は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含んで形成されており、気筒数に応じた数だけ配置されている。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室４内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、ＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５の検出値は、所定時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力（トルク）が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構等を制御する。
【００１８】
上記では内燃機関の状態を検出するためのセンサとして筒内圧センサ１５について説明したが、従来の内燃機関と同様に種々のセンサを配置して状態を検出するようにしてもよい。例えば、クランク角の回転数を検出するクランク角センサ１４を配備することで、内燃機関の回転数を検出できる。更に、例えば吸入空気量を検出するエアフロメータ、吸入空気圧を検出する吸気圧センサ、吸入空気の温度を検出する吸気温センサなどを吸気管５に配置してもよい。また、排気官６側には排気ガス圧を検出するための排気圧センサや、排気浄化触媒１１ｂの下流側で排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から内燃機関の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサを配備してもよい。さらに、クランクシャフトの周辺には、循環させている冷却水の温度を検出する水温センサ、循環させている潤滑オイルの温度を検出する油温センサを配置してもよい。
【００１９】
筒内圧センサ１５及び必要に応じて複数箇所に配置した各種センサからの信号はＥＣＵ２０に供給されている。よって、ＥＣＵ２０は各センサから検出信号に基づいて内燃機関の運転状況を正確に確認できる。内燃機関１には運転領域に応じて点火時期を最適に調整する制御装置が組込まれている。この制御装置は筒内圧センサ１５などによる状態検出手段、及びこの状態検出手段の出力に基づいて内燃機関の対応する運転領域を確認し、マップから点火時期を特定して内燃機関の制御を実行する制御手段を含んで構成されている。制御手段は上記ＥＣＵ２０の一部によって実現される。制御装置用のＥＣＵを独立に設けてもよいが、本実施例のように内燃機関１のＥＣＵ２０を兼用することで構成を簡素化できる。
【００２０】
ここで、上記マップは更新が可能な学習マップとして構成されている。この学習マップＭＰは、例えば図２で示すように内燃機関の運転領域により区別して点火時期ＳＡを求めることができるように設計されている。ＥＣＵ２０は、センサ出力から内燃機関の状況を確認して、学習マップＭＰ内のどの運転領域に属するかを判断して点火時期ＳＡを決定する。さらに、ＥＣＵ２０は、センサ出力に基づいて内燃機関の点火時期ＳＡを決定するときに、運転実施頻度に応じて学習反映係数を変化させる。これにより学習マップＭＰによって点火時期ＳＡを求める条件を運転状況に応じて更新させる。なお、このような学習マップはＲＯＭなどのメモリに格納しておけばよい。
【００２１】
図２で示す学習マップＭＰは、負荷率ＫＬと内燃機関の回転数ＮＥとによって、運転領域を区分した場合について示している。なお、負荷率ＫＬとは、負荷状態を数値で表したものであり、内燃機関１の吸入空気量が排気量と等しいときの負荷率を１００％としたときにおける相対的な負荷の大きさである。負荷率ＫＬは無負荷のときに０％となり全負荷のときに１００％となる。特に、負荷率ＫＬは筒内への吸入空気の充填率（吸入空気量）と相関があり、負荷率ＫＬが大きくなると筒内への吸入空気の充填率が高くなる。
【００２２】
この学習マップＭＰは、従来の一般的な点火時期マップが数十から数百の領域に区分されていたのと比較して、負荷率ＫＬと回転数ＮＥとによる運転領域を規定することにより極めて少ない６区分になっている。具体的には、負荷率ＫＬと回転数ＮＥとに応じて区分され、第１領域ＡＲ１は負荷率ＫＬが「低」で回転数ＮＥが「小」のアイドル領域、第２領域ＡＲ２は負荷率ＫＬが「中」で回転数ＮＥが「小」の過渡領域、第３領域ＡＲ３は負荷率ＫＬが「高」で回転数ＮＥが「小」の高負荷領域に設定してある。同様に、第４領域ＡＲ４は負荷率ＫＬが「低」で回転数ＮＥが「大」の減速領域、第５領域ＡＲ５は負荷率ＫＬが「中」で回転数ＮＥが「大」のパーシャル領域、第６領域ＡＲ６は負荷率ＫＬが「高」で回転数ＮＥが「大」の加速時領域に設定してある。
【００２３】
そして、各領域には負荷率ＫＬと回転数ＮＥによって規定される条件として関数式ｆが初期設定されている。関数式ｆの一般式は、例えばｆ＝Ｐａ×ＫＬ＋Ｐｂ×ＮＥのように規定されている。そして、アイドル領域（第１領域ＡＲ１）には初期に関数式ｆ１＝Ｐａ１×ＫＬ＋Ｐｂ１×ＮＥが設定されている。他の領域についても同様であり、加速時領域（第６領域ＡＲ６）には関数式ｆ６＝Ｐａ６×ＫＬ＋Ｐｂ６×ＮＥが設定されている。各式のＰａ、Ｐｂは学習反映係数であり、内燃機関の運転状況を学習して更新が繰返される。学習反映係数Ｐａ、Ｐｂは各センサの出力に基づいて設計した共分散行列であり、この共分散行列は運転状況に応じて点火時期を最適なものに補正するデータ列である。共分散行列は、ＥＣＵ２０が負荷率ＫＬ及び回転数ＮＥを取得して点火時期ＳＡを決定したときに、学習に基づいて更新する。この共分散行列は、例えば逐次最小二乗法（ＲＬＳ：Recursive Least-Squares）を用いる公知のＲＬＳ学習によって更新させることができる。
【００２４】
なお、図２では、負荷率ＫＬについては「高」「中」「低」、回転数ＮＥについては「大」「小」のように抽象的に規定しているが、実際には負荷率ＫＬについて０〜１００（％）の範囲が３つの範囲に分割される。同様に、回転数ＮＥについては、所定の回転数（ｒｍｐ）を境界として「大」「小」が規定される。
【００２５】
図３は、図２の学習マップＭＰを用いて、ＥＣＵ２０が学習しながら内燃機関を制御する場合について示したフローチャートである。ＥＣＵ２０は、まず各種センサからエンジン条件を読込む（Ｓ１１）。例えば筒内圧センサ１５の出力から負荷率ＫＬを算出すると共に、クランク角センサ１４の出力から回転数ＮＥを確認する。そして、負荷率ＫＬが「高」、「中」、「低」のいずれに属するか、及び回転数ＮＥが「大」、「小」のどちらに属するかによって、内燃機関の運転状態が第１〜第６運転領域のいずれかであるかが決定される（Ｓ１２）。
【００２６】
そして、ＥＣＵ２０は、負荷率ＫＬと回転数ＮＥに基づいて決定した運転領域（例えば第１領域ＡＲ１のアイドル領域）に設定されている関数式ｆ１＝Ｐａ１×ＫＬ＋Ｐｂ１×ＮＥに基づいて点火時期ＳＡを算出し（Ｓ１３）、内燃機関の制御を実行する。
【００２７】
さらに、このときにＥＣＵ２０は負荷率ＫＬ、回転数ＮＥ、点火時期ＳＡを用い、ＲＬＳ学習により（Ｓ１４）、学習反映係数Ｐａ、Ｐｂを更新して関数式ｆを運転状態に対応したものに変更する。よって、頻繁に出現する運転領域の関数式ｆは高い頻度で学習されて更新される、これに対して出現頻度の低い運転領域は学習の機会が低くなる。よって、本実施例の制御装置によると、内燃機関の運転状況を反映して点火時期についての学習が行えるので、精度の高い内燃機関制御を行える。
【００２８】
ところで、学習頻度の高い運転領域（Ｉ）と学習頻度の低い運転領域（II）とが接している場合には、領域間での点火時期ＳＡのずれが徐々に大きなものとなってトルク段差が発生することが懸念される。本実施例の制御装置は、ＥＣＵ２０がこのようなトルク段差の発生を抑制する。この点について図４を参照して説明する。
【００２９】
各領域の関数式ｆは隣接する領域間で、点火時期ＳＡにずれが発生しないように初期設定されている。しかし、上記のように内燃機関の運転状況に応じて学習が行われるので、出現頻度の高い領域の関数式は繰り返し更新されることになる。これによって、図４（Ａ）で模式的に示すように学習頻度の高い運転領域（Ｉ）と頻度の低い運転領域（II）との間にトルク段差ＳＴが発生してしまうことが想定される。このようなトルク段差ＳＴは、ＥＣＵ２０が図４（Ｂ）で示すように段差部分を解消するような緩やか曲線ＣＶを設定して解消する。例えば、ＥＣＵ２０は領域境界ＢＬから等距離で運転領域（Ｉ）に点ＡＰ、運転領域（II）に点ＢＰ、及び領域境界ＢＬ上に段差量の中間点ＣＰを設定する。そして、トルク段差ＳＴを解消するように補間した値を用いて曲線ＣＶを設計する。このようにして、制御装置は内燃機関のトルク段差の発生を抑制することもできる。なお、予め定めた所定値以上のトルク段差が発生していることを確認したときに、ＥＣＵ２０が図４（Ｂ）に示したトルク段差解消の処理（スムージング処理）を実行するように設定しておくことが好ましい。このように設定しておけば、許容範囲を超えたトルク段差が発生したときにだけスムージング処理が実行される。
【００３０】
更に、図２の学習マップＭＰを用いる場合には、次の点についても考慮することが必要である。内燃機関により各運転領域が出現する頻度はほぼ決まってくる。アイドル領域（第１領域ＡＲ１）はどのような内燃機関でも出現する頻度が高い。これに対して、高負荷領域（第３領域ＡＲ３）は内燃機関が運転される環境によって頻度が異なる。例えば、高速運転される内燃機関は高負荷領域が出現することが度々あるが、市外地のみで運転される内燃機関は高負荷領域が出現することが殆どないというになる。このような内燃機関それぞれが運転される状況を考慮すると、出現頻度の低い運転領域に関する情報の重み付けを大きく、出現頻度の高い運転領域に関する情報の重み付けを小さくするように補正することで、精度を高めた内燃機関制御を行える。
【００３１】
よって、内燃機関の運転状況に応じて、学習マップの運転領域別に補正係数Ｋを設定して学習による効果を調整するのが好ましい。図５は、図２で示した学習マップの各運転領域に学習効果の重み付けする補正係数Ｋを設定した様子を示した図である。この図５は高負荷運転される機会が少ない内燃機関についての補正係数Ｋの設定例を示している。ここでＫ１は小さな値、Ｋ２は大きな値である。補正係数Ｋ１が設定された運転領域では学習によって更新される関数式ｆの学習反映係数Ｐａ、Ｐｂが相対的に小さく変更される。すなわち、補正係数Ｋ１が設定された運転領域は頻度が高いので学習の収束度を遅くする。このようにすることで、出現頻度の高い運転領域で多く取得される情報で関数式ｆが過度に更新されてしまうことを防止できる。
【００３２】
一方、補正係数Ｋ２が設定された運転領域は前述した学習に基づいて関数式ｆが素早く変更される。すなわち、補正係数Ｋ２が設定された運転領域については学習の収束度が早くなるように設定してある。これによって出現頻度の低い運転領域に関する情報の重みを増している。このように運転領域の出現頻度を考慮した補正係数Ｋを用いて学習の重み付けすることで内燃機関の点火時期をより精度良く制御できる。
【００３３】
以上で説明した内燃機関の制御装置は、運転領域に基づいて６つに分割した学習マップで内燃機関の点火時期を求めると共に、各領域の関数式（条件）を学習により順次に更新する。よって、多数の領域に区分したマップで点火時期制御を行う従来装置と比較して、少ないメモリで効率よく着火時期制御を行える。しかも、運転領域間に発生するトルク段差を抑制することもできるので内燃機関をスムーズに運転できる。さらに、出現頻度に応じて学習の重み付けすることで、内燃機関が運転される状況により即した点火時期制御を行える。
【００３４】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば上記実施例では学習マップを６個に区分する場合を例示したがこれに限らない。例えば上記では回転数ＮＥを大、小としたが、大、中、小としてもよいし、負荷率を更に小さく分割してもよい。これにより区分数は増加することになるが、従来の場合と比較した場合には大幅に区分数が低減されているのでメモリ不足の問題が生じることはない。また、上記実施例ではプラグ７による点火時期をトルクに反映される制御量とした場合の例を説明したがこれに限らず、制御量を吸入空気量、燃料噴射量、Ａ／Ｆ値などとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による制御装置を備えた内燃機関について示した概略ブロック図である。
【図２】運転領域により区別した点火時期を求める学習マップの一例を示した図である。
【図３】学習マップを用いたＥＣＵによる内燃機関の運転状態に応じた点火制御のルーチンを示したフローチャートである。
【図４】領域で発生するトルク段差を説明するために示した図である。
【図５】図２で示す学習マップの各領域に補正係数を設定した様子を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１                  内燃機関
５                  吸気管
６                  排気官
１５                筒内圧センサ（状態検出手段）
２０                ＥＣＵ（制御手段）
ＭＰ                学習マップ
【図１】
2007262941.tif 000003
【図２】
2007262941.tif 000004
【図３】
2007262941.tif 000005
【図４】
2007262941.tif 000006
【図５】
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