(57)【要約】【課題】燃焼温度（冷却損失）が変化する運転条件下でも、エンジン軸トルクを精度良く推定できるようにする。【解決手段】エンジン運転条件に基づいて図示トルクＴind を演算すると共に、損失トルク（摩擦損失トルクＴf とポンピング損失トルクＴp ）を演算する。そして、燃焼温度変化による冷却損失への影響を考慮して図示トルクＴind を補正して最終的な図示トルクＴind'を求める。この際、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、ＶＶＴ基本角度とＶＶＴ実角度との偏差（以下、これを「ＶＶＴ基本角度からの位置ずれ」という）を用い、このＶＶＴ基本角度からの位置ずれに応じた冷却損失補正係数を算出し、この冷却損失補正係数を図示トルクＴind に乗算することで、燃焼温度変化による冷却損失への影響に応じて図示トルクＴind を補正して、最終的な図示トルクＴind'を求める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン運転条件に基づいて図示トルクを演算する図示トルク演算手段と、損失トルクを演算する損失トルク演算手段とを備え、前記図示トルクから前記損失トルクを差し引いてエンジン軸トルクを求めるエンジン軸トルク推定装置において、
燃焼温度変化による冷却損失への影響を考慮して前記図示トルクを補正する冷却損失補正手段を備えていることを特徴とするエンジン軸トルク推定装置。
【請求項２】
前記冷却損失補正手段は、燃焼温度が低下すると前記図示トルクを増加させるように補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジン軸トルク推定装置。
【請求項３】
前記冷却損失補正手段は、冷却損失が減少すると前記図示トルクを増加させるように補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジン軸トルク推定装置。
【請求項４】
前記冷却損失補正手段は、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、可変バルブ制御量、バルブオーバーラップ量、内部ＥＧＲ量のうちの少なくとも１つを用いて前記図示トルクを補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジン軸トルク推定装置。
【請求項５】
前記冷却損失補正手段は、バルブオーバーラップ量又は内部ＥＧＲ量が増加すると前記図示トルクを増加させるように補正することを特徴とする請求項４に記載のエンジン軸トルク推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、図示トルクと損失トルクを演算してエンジン軸トルクを求めるエンジン軸トルク推定装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子制御化された自動車のエンジン制御においては、運転者のアクセル操作に即応した応答性の良いドライバビリティを実現するために、運転者が操作したアクセル開度等から運転者の要求するエンジン軸トルクを算出し、この要求エンジン軸トルクを発生させるようにスロットル開度等を制御するトルク制御を行うようにしたものがある。この際、エンジン軸トルクは、次式により推定される。
【０００３】
推定エンジン軸トルク＝図示トルク−（摩擦損失＋ポンピング損失）
ここで、図示トルクは、エンジン内部で消費されるトルク（摩擦損失やポンピング損失）を含み、指圧線図（ＰＶ線図）から求めた燃焼ガスの圧力で発生する真のトルクである。摩擦損失（フリクションロス）は、エンジン内部の摩擦による損失であり、ポンピング損失は、ピストンの往復によるポンプ運動において、混合気をシリンダ内に吸い込んだり、燃焼ガスを排出するのに消費されるトルクである。一般に、図示トルクは、吸入空気量等から換算したトルクを、点火時期に応じた点火時期効率と空燃比に応じた空燃比効率とで補正して算出され、点火時期効率と空燃比効率は、予め適合工程で作成したマップから算出される。また、摩擦損失とポンピング損失は、予め適合工程で作成したマップから運転条件に応じて算出される。
【０００４】
このようなトルク制御システムでは、例えば、特許文献１（特開２００１−１１５８７６号公報）に記載されているように、要求エンジン軸トルクと実際のエンジン軸トルクの推定値との偏差を小さくするようにスロットル開度を制御するため、エンジン軸トルクの推定値と実値との間に誤差があると、実際に制御するトルク値（スロットル開度）を誤り、結果としてドライバビリティの悪化（加速不良、変速ショック等）が発生する可能性がある。
【特許文献１】特開２００１−１１５８７６号公報（第１頁〜第３頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、実際のエンジン軸トルクの推定精度を向上させるために、可変バルブタイミング装置の進角量（ＶＶＴ進角量）に基づいて実際のエンジン軸トルクを推定するようにしているが、図示トルクに影響を与える冷却損失については考慮されていない。
【０００６】
例えば、吸排気の可変バルブタイミング制御システムでは、吸排気のバルブタイミングの変化によりバルブオーバーラップ量が変化して内部ＥＧＲ量（排気残留割合）が変化すると、それに伴って燃焼温度も変化する。この燃焼温度の変化により、シリンダ壁面等への熱伝達による冷却損失が変化し、その結果、図示トルクも変化する。
【０００７】
しかし、上記特許文献１では、ＶＶＴ進角量の変化による燃焼温度への影響ひいては冷却損失への影響が考慮されていない。このため、燃焼温度（冷却損失）の変化が無視できない運転条件下では、エンジン軸トルクの推定精度が悪いという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃焼温度（冷却損失）が変化する運転条件下でも、エンジン軸トルクを精度良く推定することができるエンジン軸トルク推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、エンジン運転条件に基づいて図示トルクを演算する図示トルク演算手段と、損失トルクを演算する損失トルク演算手段とを備え、前記図示トルクから前記損失トルクを差し引いてエンジン軸トルクを求めるエンジン軸トルク推定装置において、燃焼温度変化による冷却損失への影響を考慮して図示トルクを冷却損失補正手段によって補正するようにしたものである。このようにすれば、燃焼温度（冷却損失）が変化する運転条件下でも、燃焼温度変化による冷却損失への影響に応じて補正した図示トルクを用いて、エンジン軸トルクを精度良く推定することができる。      
【００１０】
本発明者の実験結果によれば、燃焼温度が低下すると、冷却損失が減少し、その冷却損失の減少により図示トルクが増加するという関係がある。従って、請求項２のように、燃焼温度が低下すると、図示トルクを増加させるように補正するようにしたり、或は、請求項３のように、冷却損失が減少すると、図示トルクを増加させるように補正するようにしても良い。いずれの場合でも、燃焼温度変化による冷却損失への影響に応じて図示トルクを精度良く補正することができる。
【００１１】
ここで、請求項４のように、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、可変バルブ制御量（可変バルブタイミングや可変バルブリフト量）、バルブオーバーラップ量、内部ＥＧＲ量（排気残留割合）のうちの少なくとも１つを用いて図示トルクを補正するようにしても良い。つまり、可変バルブ制御量やバルブオーバーラップ量が変化すると、内部ＥＧＲ量が変化し、その内部ＥＧＲ量の変化により燃焼温度が変化する。このような関係を考慮して、可変バルブ制御量、バルブオーバーラップ量、内部ＥＧＲ量は、いずれも燃焼温度を推定する情報となるため、バルブオーバーラップ量、内部ＥＧＲ量のうちの少なくとも１つを用いれば、燃焼温度変化による冷却損失への影響を考慮して図示トルクを精度良く補正することができる。
【００１２】
この場合、請求項５のように、バルブオーバーラップ量又は内部ＥＧＲ量が増加すると図示トルクを増加させるように補正するようにすると良い。要するに、バルブオーバーラップ量が増加すると、内部ＥＧＲ量が増加し、その内部ＥＧＲ量の増加により燃焼温度が低下して冷却損失が減少するという関係がある。このような関係を考慮して、バルブオーバーラップ量又は内部ＥＧＲ量が増加すると図示トルクを増加させるように補正すれば、バルブオーバーラップ量又は内部ＥＧＲ量から図示トルクを精度良く補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関である筒内噴射式のエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、電子スロットルシステムのモータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１５】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、筒内の気流強度（スワール流強度やタンブル流強度）を制御する気流制御弁３１が設けられている。
【００１６】
エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７と排気バルブ３８には、それぞれ開閉タイミングを可変する吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３９，４０（可変バルブ装置）が設けられている。尚、排気側の可変バルブタイミング装置４０を設けずに、吸気側の可変バルブタイミング装置３９のみを設けた構成としても良い。
【００１７】
エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３が取り付けられている。また、このエンジン１１には、クランク軸が所定クランク角回転する毎にクランク角信号（パルス信号）を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４の出力パルスに基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１８】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込み量（アクセル開度）がアクセル開度センサ３６によって検出されるようになっている。その他、車両には、車速を検出する車速センサ４１が設けられている。
【００１９】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたエンジン制御用の各プログラムを実行することで、スロットルバルブ１６のスロットル開度、燃料噴射弁２１の燃料噴射量、点火プラグ２２の点火時期等を制御する。
【００２０】
その際、ＥＣＵ３０は、エンジン運転中にエンジン軸トルク推定プログラム（図示せず）を所定周期で実行することで、図２のエンジン軸トルク推定ブロック図の各機能を実現してエンジン軸トルクＴＢを推定し、この推定エンジン軸トルクＴＢを目標エンジン軸トルク（要求エンジン軸トルク）と一致させるように目標スロットル開度を設定して吸入空気量（筒内充填空気量）を制御する。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、エンジン軸トルク推定プログラム（図示せず）によって図２のエンジン軸トルク推定ブロック図の各機能を実現し、エンジン運転条件に基づいて図示トルクＴind を演算する図示トルク演算手段と、損失トルク（摩擦損失トルクＴf 、ポンピング損失トルクＴp ）を演算する損失トルク演算手段と、燃焼温度変化による冷却損失への影響を考慮して図示トルクＴind を補正して最終的な図示トルクＴind'を求める冷却損失補正手段と、この最終的な図示トルクＴind'から前記損失トルクを差し引いてエンジン軸トルクＴＢを推定するエンジン軸トルク推定手段として機能する。
【００２２】
以下、ＥＣＵ３０によってエンジン軸トルクＴＢを推定する各機能について図２を用いて説明する。
空気量／トルク変換機能５１は、電子スロットルシステムのモータ１５の制御電流からスロットル開度Ｔh を予測し、このスロットル開度Ｔh と大気圧Ｐo と吸気温度Ｔa 等に基づいて吸気圧Ｐm をマップ等により算出する手段５２と、この吸気圧Ｐm とエンジン回転速度Ｎe （Ｎ1 ，Ｎ2 ）に基づいて空気量Ｇn をマップ等により算出する手段５３と、この空気量Ｇn とエンジン回転速度Ｎe （Ｎ1 ，Ｎ2 ）に基づいてトルクＴηをマップ等により算出する手段５４とから構成されている。この空気量／トルク変換機能５１により算出されるトルクＴηは、空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）で且つ点火時期が最適点火時期（ＭＢＴ：Minimum spark advance for Best Trque）の時に得られるトルクであり、最適点火時期（ＭＢＴ）は、エンジン軸トルクや燃料消費率が最良となる点火時期である。
【００２３】
一方、トルクマネージメント機能５５は、空気量／トルク変換機能５１により算出されたトルクＴηをλ効率（空燃比効率）ηλ と点火時期効率ηIGT で割り算して図示トルクＴind を求める。
Ｔind ＝Ｔη／ηλ ／ηIGT
【００２４】
ここで、λ効率は、空気過剰率λ（空燃比）が図示トルクＴind に及ぼす影響を評価するための無次元パラメータであり、空気過剰率λに応じて設定され、λ＝１のときにλ効率＝１に設定される。つまり、λ効率はλ＝１（理論空燃比）のときの図示トルクＴind の大きさを「１」とし、これを基準にして、空気過剰率λに対応する図示トルクＴind の大きさを相対的に表す指標である。
【００２５】
点火時期効率ηIGT は、点火遅角量が図示トルクＴind に及ぼす影響を評価するための無次元パラメータであり、ＭＢＴ（最適点火時期）からの点火時期ＩＧＴの遅角量に応じて設定され、ＭＢＴからの遅角量が０のとき（つまりＭＢＴのとき）に図示トルクＴind が最大になることから、ＭＢＴからの遅角量が０のときに点火時期効率＝１に設定される。つまり、点火時期効率は、ＭＢＴからの遅角量が０のときの図示トルクＴind の大きさを「１」とし、これを基準にして、ＭＢＴからの遅角量に対応する図示トルクＴind の大きさを相対的に表す指標である。この点火時期効率ηIGT のマップのデータは、ＥＣＵ３０のＲＯＭ等の不揮発性メモリ（図示せず）に記憶されている。
【００２６】
更に、このトルクマネージメント機能５５は、燃焼温度変化による冷却損失への影響を考慮して図示トルクＴind を補正する冷却損失補正手段としての機能を備えている。本実施例１では、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、ＶＶＴ基本角度［ＣＡ］とＶＶＴ実角度［ＣＡ］との偏差（以下、これを「ＶＶＴ基本角度からの位置ずれ」という）を用いる。ここで、ＶＶＴ基本角度は、エンジン軸トルクや燃料消費率が最良となるように適合された吸気側の可変バルブタイミング（吸気側ＶＶＴ）であり、ＶＶＴ実角度は、実際の吸気側の可変バルブタイミングである。
【００２７】
そして、このＶＶＴ基本角度からの位置ずれをパラメータとする冷却損失補正係数テーブルを参照して、現在のＶＶＴ基本角度からの位置ずれに応じた冷却損失補正係数を算出し、この冷却損失補正係数を図示トルクＴind に乗算することで、燃焼温度変化による冷却損失への影響に応じて図示トルクＴind を補正して、最終的な図示トルクＴind'を求める。
Ｔind'＝Ｔind ×冷却損失補正係数
【００２８】
図３及び図４に示すように、ＶＶＴ実角度が遅角側に変化するほど、内部ＥＧＲ量が増加して燃焼温度が低下し、この燃焼温度の低下により冷却損失が減少して図示トルクが増加するという関係がある。このような関係を考慮して、上記冷却損失補正係数テーブルの特性は、ＶＶＴ実角度が遅角側に変化するほど、ＶＶＴ基本角度からの位置ずれが小さくなり、冷却損失補正係数が大きくなって、図示トルクＴind を増加させるように設定されている。（ＶＶＴ基本角度は出力、あるいは燃費が最大となるように適合を行っている。位置ずれが０の時、補正係数は１、位置ずれが１０の時、補正係数は０．９８と小さくなっていく。）
【００２９】
尚、本実施例１では、冷却損失補正係数テーブルは、適合工数を削減するために、冷却水温が１種類の温度のみの条件で適合したテーブルとなっている。従って、ＶＶＴ基本角度からの位置ずれが同じであれば、冷却水温が異なっても、冷却損失補正係数は同じ値となる。
【００３０】
トルクマネージメント機能５５は、冷却損失補正係数で補正した図示トルクＴind'から損失トルクを差し引いてエンジン軸トルクＴＢを推定する。ここで、損失トルクとしては、摩擦損失トルクＴf とポンピング損失トルクＴp が考慮される。摩擦損失トルクＴf は、油温とエンジン回転速度Ｎe （Ｎ1 ，Ｎ2 ）とをパラメータとするマップにより算出される。この摩擦損失トルクＴf には、補機駆動ロス、動弁系駆動ロス、摺動部ロスが含まれる。ポンピング損失トルクＴp は、吸気圧Ｐm とエンジン回転速度Ｎe （Ｎ1 ，Ｎ2 ）とをパラメータとするマップにより算出される。このポンピング損失トルクＴp は、部分負荷の吸気行程で生じる仕事損失に相当する。
【００３１】
ＥＣＵ３０は、エンジン運転中に、上記方法でエンジン軸トルクＴＢを推定し、この推定エンジン軸トルクＴＢを目標エンジン軸トルク（要求エンジン軸トルク）と一致させるように目標スロットル開度を設定して吸入空気量（筒内充填空気量）を制御する。
【００３２】
以上説明した本実施例１によれば、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、ＶＶＴ基本角度とＶＶＴ実角度との偏差（ＶＶＴ基本角度からの位置ずれ）を用いて、燃焼温度変化による冷却損失への影響に応じて図示トルクを補正し、補正した図示トルクから損失トルクを差し引いてエンジン軸トルクを推定するようにしたので、燃焼温度（冷却損失）が変化する運転条件下でも、燃焼温度変化による冷却損失への影響を考慮して補正した図示トルクを用いて、エンジン軸トルクを精度良く推定することができる。
【００３３】
尚、本実施例１では、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、ＶＶＴ基本角度とＶＶＴ実角度との偏差（ＶＶＴ基本角度からの位置ずれ）を用いるようにしたが、これに代えて、ＶＶＴ実角度を燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として用いて、ＶＶＴ実角度をパラメータとする冷却損失補正係数テーブルを適合し、ＶＶＴ実角度が遅角側に変化するほど、冷却損失補正係数が小さくなって、図示トルクを増加させるように補正するようにしても良い。
【実施例２】
【００３４】
上記実施例１では、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、ＶＶＴ基本角度からの位置ずれ（又はＶＶＴ実角度）を用いたが、図５に示す本発明の実施例２では、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、バルブオーバーラップ量を用い、バルブオーバーラップ量をパラメータとする冷却損失補正係数テーブルを適合するようにしている。
【００３５】
更に、本実施例２では、冷却水温が異なる条件で複数の冷却損失補正係数テーブルを適合し、複数の冷却損失補正係数テーブルの中から、エンジン運転中に冷却水温センサ２３で検出した冷却水温に応じて、いずれか１つの冷却損失補正係数テーブルを選択して、当該テーブルを参照してバルブオーバーラップ量と冷却水温に応じた冷却損失補正係数を算出し、この冷却損失補正係数を図示トルクＴind に乗算することで、燃焼温度変化による冷却損失への影響に応じて図示トルクＴind を補正して、最終的な図示トルクＴind'を求める。この場合、バルブオーバーラップ量が増加するほど、内部ＥＧＲ量が増加して燃焼温度が低下して冷却損失が減少するという関係があることを考慮して、冷却損失補正係数テーブルの特性は、バルブオーバーラップ量が増加するほど、冷却損失補正係数が大きくなって、図示トルクＴind を増加させるように設定されている。その他の事項は、前記実施例１と同じである。
【００３６】
要するに、バルブオーバーラップ量が増加すると、内部ＥＧＲ量が増加し、その内部ＥＧＲ量の増加により燃焼温度が低下して冷却損失が減少するという関係がある。このような関係を考慮して、本実施例２では、バルブオーバーラップ量が増加すると図示トルクを増加させるように補正するようにしたものであり、これにより、バルブオーバーラップ量から図示トルクを精度良く補正することができる。
【００３７】
更に、本実施例２では、冷却水温（エンジン温度）も、燃焼温度（冷却損失）を変化させる一因となることを考慮して、冷却水温が異なる条件で適合した複数の冷却損失補正係数テーブルを用いて、バルブオーバーラップ量と冷却水温に応じた冷却損失補正係数を算出するようにしたので、冷却水温を考慮しない前記実施例１と比べてエンジン軸トルクの推定精度を向上させることができる利点がある。
【００３８】
但し、本実施例２においても、前記実施例１と同様に、冷却水温を考慮せず、１種類の冷却温度のみで適合した冷却損失補正係数テーブルを用いるようにしても良い。
また、燃焼温度変化による冷却損失への影響を表す情報として、燃焼温度、冷却損失、内部ＥＧＲ量のいずれかを用いるようにしても良い。また、可変バルブリフト機構を搭載したエンジンでは、可変バルブリフト量の変化による内部ＥＧＲ量（バルブオーバーラップ量）の変化を考慮するようにしても良い。
【００３９】
尚、本発明は、図１に例示するような筒内噴射式のエンジンに限定されず、吸気ポート噴射式のエンジンにも適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１，２におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１のエンジン軸トルク推定機能を説明するブロック図である。
【図３】ＶＶＴ実角度（内部ＥＧＲ量）と燃焼温度（冷却損失）との関係を説明する図である。
【図４】ＶＶＴ実角度（内部ＥＧＲ量）と図示トルクとの関係を説明する図である。
【図５】本発明の実施例２のエンジン軸トルク推定機能を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１６…スロットルバルブ、１９…吸気管圧力センサ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…冷却水温センサ、２５…排気管、３０…ＥＣＵ（図示トルク演算手段，損失トルク演算手段，冷却損失補正手段）、３９…吸気側の可変バルブタイミング装置（可変バルブ装置）、４０…排気側の可変バルブタイミング装置（可変バルブ装置）、５１…空気量／トルク変換機能、５５…トルクマネージメント機能
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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