(57)【要約】【課題】要求クランク軸トルクの誤差を精度良く補正できるようにする。【解決手段】車両加速度、車両重量、走行抵抗（車輪の転がり抵抗、路面勾配抵抗、風圧抵抗等）及び変速機のトルク比を用いて推定クランク軸トルクＴrq(k) を算出する（ステップ１０１〜１０４）。この後、今回の検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と今回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差とクランク軸のイナーシャ特性を表す慣性モーメントＩを用いて次回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k+1) を算出する（ステップ１０５、１０６）。この後、現在のアクセル操作量等に応じた要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)を算出し（ステップ１０７）、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差に基づいて要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)を補正して最終要求クランク軸トルクを求める（ステップ１０８）。【選択図】図２
2009150370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求クランク軸トルクに応じて内燃機関の発生トルクを制御する内燃機関の制御装置において、
クランク軸回転速度を検出する回転速度検出手段と、
クランク軸回転速度を推定する回転速度推定手段と、
前記回転速度検出手段と前記回転速度推定手段により求められた検出クランク軸回転速度と推定クランク軸回転速度との偏差に基づいて前記要求クランク軸トルクを補正する要求クランク軸トルク補正手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記要求クランク軸トルク補正手段は、前記検出クランク軸回転速度と前記推定クランク軸回転速度との偏差とクランク軸のイナーシャ特性とに基づいて前記要求クランク軸トルクを補正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】
クランク軸トルクを推定するクランク軸トルク推定手段を備え、
前記回転速度推定手段は、前記クランク軸トルク推定手段により求められた推定クランク軸トルクとクランク軸のイナーシャ特性とに基づいてクランク軸回転速度を推定す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。
【請求項４】
クランク軸トルクを推定するクランク軸トルク推定手段と、
クランク軸回転速度を検出する回転速度検出手段と、
クランク軸回転速度を推定する回転速度推定手段と、
前記回転速度検出手段と前記回転速度推定手段により求められた検出クランク軸回転速度と推定クランク軸回転速度との偏差に基づいて前記クランク軸トルク推定手段により求められた推定クランク軸トルクを補正する推定クランク軸トルク補正手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記推定クランク軸トルク補正手段は、前記検出クランク軸回転速度と前記推定クランク軸回転速度との偏差とクランク軸のイナーシャ特性とに基づいて前記推定クランク軸トルクを補正することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記回転速度推定手段は、前記推定クランク軸トルクとクランク軸のイナーシャ特性とに基づいてクランク軸回転速度を推定することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記クランク軸トルク推定手段は、車両の加速度、車両重量、走行抵抗及び変速機情報に基づいてクランク軸トルクを推定することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記クランク軸トルク推定手段は、内燃機関の発生トルクと補機負荷とに基づいてクランク軸トルクを推定することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記回転速度推定手段は、今回の検出クランク軸回転速度と今回の推定クランク軸回転速度との偏差を用いて次回の推定クランク軸回転速度を求めることを特徴とする請求項１乃至８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、内燃機関のトルク制御性能を向上させる機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、クランク軸トルクが０になる条件（アイドル時）において、実トルクと推定トルクとの偏差（トルク推定誤差）を算出して、このトルク推定誤差で要求トルクを補正するようにしたものがある。
【特許文献１】米国特許第６３９７１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、クランク軸トルクが変化すると、それに応じて、実トルクと推定トルクとの偏差（トルク推定誤差）も変化するため、上記特許文献１のように、クランク軸トルクが０以外になる車両走行中は、クランク軸トルクが０になる条件で算出したトルク推定誤差で要求トルクを補正しても、要求トルクを誤補正することになってしまい、トルク制御性能を向上させることはできない。
【０００４】
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、内燃機関のトルク制御性能向上に貢献できる技術を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、要求クランク軸トルクに応じて内燃機関の発生トルクを制御する内燃機関の制御装置において、クランク軸回転速度を検出する回転速度検出手段と、クランク軸回転速度を推定する回転速度推定手段と、前記回転速度検出手段と前記回転速度推定手段により求められた検出クランク軸回転速度（実回転速度）と推定クランク軸回転速度との偏差に基づいて前記要求クランク軸トルクを補正する要求クランク軸トルク補正手段とを備えた構成としたものである。
【０００６】
この場合、クランク軸回転速度とクランク軸トルクとの間には相関関係があるため、検出クランク軸回転速度（実回転速度）と推定クランク軸回転速度との偏差（回転速度推定誤差）は、実クランク軸トルクと推定クランク軸トルクとの偏差（トルク推定誤差）と相関関係があると考えられる。従って、検出クランク軸回転速度と推定クランク軸回転速度との偏差に基づいて要求クランク軸トルクの誤差を精度良く補正することが可能となり、トルクセンサ等を新規に追加することなく、全運転領域で、内燃機関のトルク制御性能を向上させることができる。
【０００７】
更に、請求項２のように、前記要求クランク軸トルク補正手段によって、前記検出クランク軸回転速度と前記推定クランク軸回転速度との偏差とクランク軸のイナーシャ特性とに基づいて前記要求クランク軸トルクを補正するようにしても良い。このようにすれば、クランク軸トルクを変化させる要因となるクランク軸のイナーシャ特性も考慮して要求クランク軸トルクを補正することが可能となり、要求クランク軸トルクの補正精度をより一層向上させることができる。
【０００８】
また、請求項３のように、クランク軸トルクを推定するクランク軸トルク推定手段を備え、前記クランク軸トルク推定手段により求められた推定クランク軸トルクとクランク軸のイナーシャ特性とに基づいてクランク軸回転速度を推定するようにしても良い。このようにすれば、クランク軸回転速度を変化させる要因となるクランク軸トルクとクランク軸のイナーシャ特性の両方を考慮してクランク軸回転速度を推定することが可能となり、クランク軸回転速度の推定精度をより一層向上させることができる。
【０００９】
また、本発明は、請求項４のように、クランク軸トルクを推定するクランク軸トルク推定手段と、クランク軸回転速度を検出する回転速度検出手段と、クランク軸回転速度を推定する回転速度推定手段と、前記回転速度検出手段と前記回転速度推定手段により求められた検出クランク軸回転速度と推定クランク軸回転速度との偏差に基づいて前記クランク軸トルク推定手段により求められた推定クランク軸トルクを補正する推定クランク軸トルク補正手段とを備えた構成としても良い。この構成によれば、検出クランク軸回転速度と推定クランク軸回転速度との偏差に基づいて推定クランク軸トルクを精度良く補正することが可能となり、トルクセンサ等を新規に追加することなく、全運転領域で、推定クランク軸トルクの精度を向上させて内燃機関のトルク制御性能を向上させることができる。
【００１０】
上記請求項４に係る発明においても、請求項５のように、前記検出クランク軸回転速度と前記推定クランク軸回転速度との偏差とクランク軸のイナーシャ特性とに基づいて推定クランク軸トルクを補正するようにすると良い。このようにすれば、クランク軸トルクを変化させる要因となるクランク軸のイナーシャ特性も考慮して要求クランク軸トルクを精度良く補正することが可能となる。
【００１１】
この場合も、請求項６のように、前記回転速度推定手段によって、前記推定クランク軸トルクとクランク軸のイナーシャ特性とに基づいてクランク軸回転速度を推定するようにしても良い。このようにすれば、クランク軸回転速度を変化させる要因となるクランク軸トルクとクランク軸のイナーシャ特性の両方を考慮してクランク軸回転速度を推定することが可能となり、クランク軸回転速度の推定精度をより一層向上させることができる。
【００１２】
また、請求項７のように、前記クランク軸トルク推定手段によって、車両の加速度、車両重量、走行抵抗（車輪の転がり抵抗、路面勾配抵抗、風圧抵抗等）及び変速機情報（ギア比やトルク比等）に基づいてクランク軸トルクを推定するようにしても良い。車両の加速度、車両重量、走行抵抗、変速機情報は、車両走行状態や車両駆動力を反映したパラメータとなり、車両走行状態や車両駆動力はクランク軸トルクに応じて変化するという関係があるため、これらのパラメータからクランク軸トルクを精度良く推定することができる。
【００１３】
或は、請求項８のように、内燃機関の発生トルクと補機負荷とに基づいてクランク軸トルクを推定するようにしても良い。この場合、内燃機関の発生トルクから補機負荷を減算した値がクランク軸トルクに相当する。
【００１４】
また、請求項９のように、回転速度推定手段によって、今回の検出クランク軸回転速度と今回の推定クランク軸回転速度との偏差を用いて次回の推定クランク軸回転速度を求めるようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の運転中に所定の演算周期で推定クランク軸回転速度を逐次更新することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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】
【００１６】
本発明の実施例１を図１及び図２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、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、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。
【００１７】
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の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、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。
【００１８】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
【００１９】
また、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２６や、エンジン１１のクランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８（回転速度検出手段）が取り付けられている。このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やクランク軸回転速度（エンジン回転速度）が検出される。
【００２０】
これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９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）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００２１】
また、ＥＣＵ２９は、後述する図２の要求クランク軸トルク演算ルーチンを実行することで、検出クランク軸回転速度と推定クランク軸回転速度との偏差に基づいて要求クランク軸トルクを補正して最終要求クランク軸トルクを求め、この最終要求クランク軸トルクを発生するように、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度、可変バルブ制御量等を制御してエンジン１１の発生トルクを制御する。以下、図２の要求クランク軸トルク演算ルーチンの処理内容を説明する。
【００２２】
図２の要求クランク軸トルク演算ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、車速センサ（図示せず）で検出した車速を時間で微分して車両加速度を求める。尚、車両に加速度センサ（図示せず）を取り付けて車両加速度を検出するようにしても良い。
【００２３】
この後、ステップ１０２に進み、走行抵抗を算出する。ここで、走行抵抗とは、例えば車輪の転がり抵抗、路面勾配抵抗、風圧抵抗であり、車輪の転がり抵抗は、車両重量に転がり抵抗係数を乗算して求め、路面勾配抵抗は、車両重量にｓｉｎθ（但しθは路面勾配）を乗算して求め、風圧抵抗は、車速に係数を乗算して求めれば良い。この場合、路面勾配θは、車体の前後方向の傾斜角を検出する傾斜角センサを設けて、この傾斜角センサで検出した車体の前後方向の傾斜角を路面勾配θとしたり、或は、前輪と後輪のサスペンション変位量をそれぞれ検出するセンサを設けて、両センサで検出した前輪と後輪のサスペンション変位量の差分値に基づいて車体の前後方向の傾斜角を路面勾配θとして算出するようにしても良い。
【００２４】
この後、ステップ１０３に進み、変速機のトルク比を算出する。このトルク比は、変速機の入力軸トルク（クランク軸トルク）に対する出力軸トルクの比率である。
トルク比＝出力軸トルク／入力軸トルク
【００２５】
このトルク比の算出方法は、例えば、変速機の入力軸回転速度（クランク軸回転速度）に対する出力軸回転速度の比率（出力軸回転速度／入力軸回転速度）をパラメータとしてトルク比を算出するマップ又は数式を用いてトルク比を算出すれば良い。
【００２６】
この後、ステップ１０４に進み、車両加速度、車両重量、走行抵抗（車輪の転がり抵抗、路面勾配抵抗、風圧抵抗等）及びトルク比を用いて推定クランク軸トルクＴrq(k) を次式により算出する。
Ｔrq(k) ＝（車両加速度×車両重量＋走行抵抗）÷トルク比
【００２７】
上式において、（車両加速度×車両重量＋走行抵抗）は、変速機の出力軸トルク（車両駆動トルク）に相当し、これをトルク比で割り算することで推定クランク軸トルクＴrq(k) が求められる。以上説明したステップ１０１〜１０４の処理が特許請求の範囲でいうクランク軸トルク推定手段としての役割を果たす。尚、変速機情報として、トルク比に代えて、ギア比を用いても良い。
【００２８】
そして、次のステップ１０５で、クランク軸のイナーシャ特性を表す慣性モーメントＩを算出する。この慣性モーメントＩは、エンジン毎に固有の一定値であるため、予め計算された慣性モーメントＩをＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶しておいて、この記憶値を読み込むようにしても良い。
【００２９】
この後、ステップ１０６に進み、今回の検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と今回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差［Ｎe(k)−Ｎe#(k) ］と今回の推定クランク軸トルクＴrq(k) を用いて次回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k+1) を次式により算出する。
【００３０】
【数１】
2009150370.tif 000003
【００３１】
上式において、Ｔs はサンプリング時間（演算周期）、Ｇはゲインである。このステップ１０６の処理が特許請求の範囲でいう回転速度推定手段としての役割を果たす。
この後、ステップ１０７に進み、現在のアクセル操作量等に基づいて要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)を算出した後、ステップ１０８に進み、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差［Ｎe(k)−Ｎe#(k) ］に基づいて要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)を次式により補正して最終要求クランク軸トルクを求める。
【００３２】
【数２】
2009150370.tif 000004
【００３３】
このステップ１０８の処理が特許請求の範囲でいう要求クランク軸トルク補正手段としての役割を果たす。
ところで、クランク軸回転速度とクランク軸トルクとの間には相関関係があるため、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)（実回転速度）と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差（回転速度推定誤差）は、実クランク軸トルクと推定クランク軸トルクＴrq(k) との偏差（トルク推定誤差）と相関関係があると考えられる。従って、本実施例１のように、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差に基づいて要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)の誤差を精度良く補正することが可能となり、トルクセンサ等を新規に追加することなく、全運転領域で、エンジントルク制御性能を向上させることができる。
【００３４】
しかも、本実施例１では、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差とクランク軸のイナーシャ特性（慣性モーメントＩ）とに基づいて要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)を補正するようにしたので、クランク軸トルクを変化させる要因となるクランク軸のイナーシャ特性も考慮して要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)を補正することが可能となり、要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)の補正精度をより一層向上させることができる。
【００３５】
更に、本実施例１では、推定クランク軸トルクＴrq(k) とクランク軸のイナーシャ特性（慣性モーメントＩ）を考慮してクランク軸回転速度を推定するようにしたので、クランク軸回転速度を変化させる要因となるクランク軸トルクとクランク軸のイナーシャ特性の両方を考慮してクランク軸回転速度を推定することが可能となり、クランク軸回転速度の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
その上、本実施例１では、今回の検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と今回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差を用いて次回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k+1) を算出するようにしたので、エンジン運転中に所定の演算周期で推定クランク軸回転速度Ｎe#を逐次更新することができる。
【実施例２】
【００３７】
上記実施例１では、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差に基づいて要求クランク軸トルクＲeqTrq(k)を補正することで、エンジントルク制御性能を向上させるようにしたが、本発明の実施例２では、ＥＣＵ２９によって図３のクランク軸トルク推定ルーチンを実行することで、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差に基づいて推定クランク軸トルクＴrq(k) を補正することで、エンジントルク制御性能を向上させるようにしている。以下、図３のクランク軸トルク推定ルーチンの処理内容を説明する。
【００３８】
図３のクランク軸トルク推定ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、各センサで検出された現在のエンジン運転状態（吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転速度、点火時期、可変バルブ制御量、ＥＧＲ率等）に基づいてエンジン発生トルクを算出する。
【００３９】
この後、ステップ２０２に進み、エンジン１１のクランク軸トルクによって現在駆動されている補機、例えばエアコン、発電機、オイルポンプ等の負荷の合計値（以下単に「補機負荷」という）を算出する。そして、次のステップ２０３で、上記ステップ２０１で算出したエンジン発生トルクから、上記ステップ２０２で算出した補機負荷を減算して、推定クランク軸トルクＴrq(k) を求める。
Ｔrq(k) ＝エンジン発生トルク−補機負荷
【００４０】
尚、この推定クランク軸トルクＴrq(k) の算出方法は、前記実施例１と同様の方法でも良い。また、本実施例２の推定クランク軸トルクＴrq(k) の算出方法は、前記実施例１にも適用可能である。上記ステップ２０１〜２０３の処理が特許請求の範囲でいうクランク軸トルク推定手段としての役割を果たす。
【００４１】
この後、ステップ２０４に進み、クランク軸のイナーシャ特性を表す慣性モーメントＩを算出する。この慣性モーメントＩは、エンジン毎に固有の一定値であるため、予め計算された慣性モーメントＩをＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶しておいて、この記憶値を読み込むようにしても良い。
【００４２】
この後、ステップ２０５に進み、今回の検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と今回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差［Ｎe(k)−Ｎe#(k) ］と今回の推定クランク軸トルクＴrq(k) を用いて次回の推定クランク軸回転速度Ｎe#(k+1) を次式により算出する。
【００４３】
【数３】
2009150370.tif 000005
【００４４】
上式において、Ｔs はサンプリング時間（演算周期）、Ｇはゲインである。このステップ２０５の処理が特許請求の範囲でいう回転速度推定手段としての役割を果たす。
この後、ステップ２０６に進み、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差［Ｎe(k)−Ｎe#(k) ］に基づいて推定クランク軸トルクＴrq(k) を次式により補正して最終推定クランク軸トルクを求める。
【００４５】
【数４】
2009150370.tif 000006
【００４６】
このステップ２０６の処理が特許請求の範囲でいう推定クランク軸トルク補正手段としての役割を果たす。
エンジン運転中は、上記図３のクランク軸トルク推定ルーチンによって算出された最終推定クランク軸トルクを要求クランク軸トルクに一致させるように、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度、可変バルブ制御量等を制御してエンジン１１の発生トルクを制御する。
【００４７】
以上説明した本実施例２によれば、検出クランク軸回転速度Ｎe(k)と推定クランク軸回転速度Ｎe#(k) との偏差に基づいて推定クランク軸トルクＴrq(k) を精度良く補正することが可能となり、トルクセンサ等を新規に追加することなく、全運転領域で、最終推定クランク軸トルクの精度を向上させてエンジントルク制御性能を向上させることができる。その他、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
尚、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射エンジンに限定されず、筒内噴射エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を搭載したいわゆるデュアル噴射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内で種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１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の要求クランク軸トルク演算ルーチン処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２のクランク軸トルク推定ルーチン処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、１７…スロットル開度センサ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２６…冷却水温センサ、２８…クランク角センサ（回転速度検出手段）、２９…ＥＣＵ（回転速度推定手段，要求クランク軸トルク補正手段，クランク軸トルク推定手段，推定クランク軸トルク補正手段）
【図１】
2009150370.tif 000007
【図２】
2009150370.tif 000008
【図３】
2009150370.tif 000009