JP2004138078A

JP2004138078A - エンジンのアイドル回転学習制御装置

Info

Publication number: JP2004138078A
Application number: JP2004032174A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kato; 加藤　浩志; Masaru Mizuguchi; 水口　賢; Hideyuki Tamura; 田村　英之; Satoru Watanabe; 渡邊　悟; Hajime Hosoya; 細谷　肇; Hiroyuki Osaki; 大崎　博之
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】均質ストイキ燃焼への切換に伴う回転変動分が学習値に含まれないようにして、学習バラツキを低減する。
【解決手段】学習許可条件が成立しているかどうかをみる前に定常状態かどうかをまず判定し（Ｓ１）、定常であるときに均質ストイキ要求を指令し（Ｓ２）、定常状態であることが判定されている状態で学習許可条件が成立しているかどうかをみる（Ｓ３）。
【選択図】図２

Description

　この発明はエンジンのアイドル回転学習制御装置、詳しくはエンジンの吸気開口面積が汚れ等によって経時的に変化する分を学習補正するものに関する。

　スロットル部にはＥＧＲによる吹き返しなどに伴う汚れがスロットル部に堆積し、同じだけスロットルを開いても、徐々にではあるがスロットル開口面積が減少してゆくことから、この経時的に堆積した汚れ分に相当するアイドル空気量学習値を導入し、アイドル時に実際の回転数が目標アイドル回転数に近づくようにエンジンの吸入空気量をフィードバック制御しつつ、所定の学習条件が成立したときアイドル空気量のフィードバック補正量に基づいて上記のアイドル空気量学習値を更新するようにしたものがある（特許文献１参照）。
特開昭６１−２１０４２８公報

　ところで、圧縮行程の後半で燃料を直接にシリンダ内に噴射し、点火時に点火プラグの近傍に可燃混合気層を形成し、いわゆる成層燃焼により、全体的には超希薄燃焼混合気でありながら、安定した燃焼を行い、燃費や排気組成を大幅に改善するとともに、高負荷時などには高出力を発生させるため、燃料の噴射時期を吸気行程に移し、燃料と空気を予め混合しておき、理論空燃比付近の混合気による均質燃焼（この燃焼を以下、均質ストイキ燃焼という）を行うようにしたエンジンが知られている。

　こうしたエンジンでは、アイドル時を含む低回転、低負荷領域で成層燃焼を行わせているのであるが、上記従来のアイドル回転学習制御をそのままこうしたエンジンに適用したとき、成層燃焼の状態でアイドル空気量学習値が更新されることになる。

　しかしながら、成層燃焼時は、均質ストイキ燃焼時に比べてエンジンの要求空気量が多く、したがって全体の吸入空気量に対して汚れによるアイドル空気量の減少分が占める割合が小さくなるため、成層燃焼時にアイドル空気量学習値を更新したのでは、学習値の精度が低下する。

　このため、学習許可条件が成立したとき成層燃焼より均質ストイキ燃焼に強制的に切換えた状態で学習を行わせるようにしたものを先に提案した（特願平９−１７９６８１号参照）。

　このもの（このものを以下、先願装置という）によれば、均質ストイキ燃焼に切換えられた状態では、汚れによる吸入空気量の低下分が、全体の吸入空気量に占める割合が従来と同様に大きくなり、これによって学習値の精度を落とすことが避けられるのである。

　さて、その後の実験により先願装置に改良点があることがわかった。というのも、学習条件の成立により均質ストイキ燃焼に強制的に切換えてすぐに学習を開始するのでは、燃焼形態の切換に伴う回転変動分までがアイドル空気量のフィードバック補正量に含まれてしまうため、その回転変動分の誤差が学習値に生じてしまうおそれがある。学習値はもともと、スロットル開度や回転数を一定に保った場合に、スロットル部に堆積した汚れ分により吸入空気量が低下するのを補償するためのものであるから、燃焼形態の切換に伴って回転変動が生じている状態で学習値の更新を行うことはふさわしくないのである。

　そこで本発明は、学習許可条件が成立しているかどうかをみる前に定常状態にあるかどうかをまず判定し、定常状態であるときに均質ストイキ燃焼要求を指令し、定常状態であることが判定されている状態で学習許可条件が成立しているかどうかをみることにより、燃焼形態の切換に伴う回転変動分が学習値に含まれないようにして、学習バラツキを低減することを目的とする。

　第１の発明は、図７に示すように、アクチュエータ２２により駆動されるスロットル弁２１と、アクセル開度とエンジン回転数に応じたエンジントルク定常値が得られるスロットル開度基本値を演算する手段２３と、前記スロットル弁部の開口面積の経時変化分に対応する学習値を格納する手段２４と、アイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するようにフィードバック補正量を算出する手段２５と、このフィードバック補正量と前記学習値とで前記スロットル開度基本値を補正してスロットル開度指令値を求める手段２６と、このスロットル開度指令値を前記アクチュエータ２２に与える手段２７とを備えるエンジンのアイドル回転学習制御装置において、運転条件に応じて成層燃焼と均質ストイキ燃焼の燃焼形態を切換えるとともに、アイドル時は成層燃焼となるように燃焼制御を行う手段２８と、定常状態であるかどうかを判定する手段２９と、定常状態であることが判定されたとき燃焼形態を前記均質ストイキ燃焼に強制的に切換える手段３０と、定常状態であることが判定されている状態で学習許可条件が成立したとき前記フィードバック補正量に基づいて前記学習値を更新する手段３１とを設けた。

　第１の発明では、均質ストイキ燃焼への切換に伴って回転変動が生じたとき、定常状態でなくなっている間は、学習許可条件が成立していても学習値の更新が行われないことから、均質ストイキ燃焼への切換に伴う回転変動分が学習値に含まれることがなく、これによって学習バラツキを低減することができる。

　図１において、１はエンジン本体、２は吸気管、３はコントロールユニット１１からの信号により駆動される電子制御スロットル装置（主にスロットル弁３Ａとこれを駆動するステップモータ３Ｂからなる）である。

　コントロールユニット１１では、アクセル開度センサ（図示しない）からの信号をアクセル開度相当値に換算し、この値とそのときの回転数（エンジン回転数センサ１２により検出）に応じたエンジントルク定常値を、所定のマップを検索することなどにより求め、この定常トルクが得られるスロットル開度基本値を演算し、このスロットル開度基本値をスロットル装置３のアクチュエータであるステップモータ３Ｂに与える。

　なお、スロットル弁３Ａをバイパスする通路は設けられていないので、後述するアイドル回転数のフィードバック制御は、スロットル弁３Ａを用いて実行することになる。

　こうしたスロットル装置３のほか、各気筒のシリンダに直接的に臨んで設けられる燃料噴射弁４、頂面に点火プラグ５位置を考慮したキャビティの形成されるピストン６、スワールコントロールバルブ（図示しない）などから構成される筒内直接燃料噴射式の火花点火エンジンでは、アイドル時を含む低回転、低負荷領域などにおいて燃料を圧縮行程の後半に噴射し、これにより圧縮上死点付近において、点火プラグ５近傍のキャビティに可燃混合気を形成し、点火プラグ５による点火に伴い燃料を成層燃焼させ、全体としては４０を超える空燃比による超希薄燃焼を行う。

　また、エンジンの高負荷域では燃料を吸気行程で噴射し、燃料と空気の混合を早め、燃焼室の全域を均質的な混合気で満たし、理論空燃比付近の混合気による均質燃焼（均質ストイキ燃焼）を行う。さらに、成層燃焼域と均質ストイキ燃焼域との間の中間負荷域において、成層燃焼よりも空燃比としては濃いが、理論空燃比よりは薄い希薄燃焼（均質リーン燃焼）を行い、この均質リーン燃焼時には吸気行程と圧縮行程の２回に分けて燃料を噴射する。

　なお、１２はクランク角センサ、１３はエアフローメータ、１４は水温センサ、１５はＯ₂センサ、１６はスロットルセンサである。

　さて、スロットル部にはＥＧＲによる吹き返しなどに伴う汚れが堆積し、同じだけスロットルを開いても、経時的にスロットル開口面積が減少してゆくことから、この経時的に堆積した汚れ分に相当するアイドル空気量学習値を導入し、このアイドル空気量学習値を上記のスロットル開度基本値に加算した値をスロットル開度指令値とする一方で、アイドル時に実際の回転数が目標アイドル回転数に近づくようにエンジンの吸入空気量をフィードバック制御しつつ、所定の学習許可条件が成立したときアイドル空気量のフィードバック補正量に基づいて上記のアイドル空気量学習値を更新するものがある。

　こうした従来のアイドル空気量の学習制御をそのまま上記の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンに適用したとき、成層燃焼の状態でアイドル空気量学習値が更新されことになる。

　このため、先願装置では、学習許可条件が成立したとき成層燃焼より均質ストイキ燃焼に強制的に切換えた状態で学習を行わせている。先願装置によれば、均質ストイキ燃焼に切換えた状態では、汚れによる吸入空気量の低下分が、全体の吸入空気量に占める割合が従来と同様に大きくなり、これによって学習値の精度を落とすことが避けられるのである。

　さて、その後の実験により先願装置に改良点があることがわかった。というのも、学習条件の成立により均質ストイキ燃焼に強制的に切換えてすぐに学習値の更新を開始するのでは、燃焼形態の切換に伴う回転変動分までがアイドル空気量のフィードバック補正量に含まれてしまうため、その回転変動分の誤差が学習値に生じてしまう。

　そこで、本発明の第１実施形態では、学習許可条件が成立しているかどうかをみる前に定常状態であるかどうかをまず判定し、定常状態であるときに均質ストイキ燃焼要求を指令し、定常状態であることが判定されている状態で学習許可条件が成立しているかどうかをみることにより、燃焼形態の切換に伴う回転変動分が学習値に含まれないようにして、学習バラツキを低減する。

　コントロールユニット１１で実行されるこの制御内容を図２にしたがって説明する。

　図２はアイドル回転学習開度ＴＤＴＶＯを算出するためのもので、一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。

　ステップ１では定常状態かどうかをみる。次の条件、
　〈１〉回転数ＮＥが所定の範囲にあること、
　〈２〉補機負荷等の負荷変動がないこと、
　〈３〉車速がゼロであること
の全てを満たすとき、定常状態であると判断し、ステップ２に進み、均質ストイキ燃焼要求フラグを“１”にセットする（つまり均質ストイキ燃焼を要求する）。

　この要求フラグを受けて前回のジョブで均質ストイキ燃焼に切換えられてないとき、成層燃焼から均質ストイキ燃焼へと切換えられる。

　ステップ３では学習許可条件が成立しているかどうかみる。ここで、学習許可条件には、
　〈４〉アイドル状態であること、
　〈５〉車速がゼロであること、
　〈６〉ヒータファンスイッチ、エアコンスイッチ、電気負荷スイッチがすべて　　　　ＯＦＦであること
などがあり、これらの全てを満たすときが学習許可条件の成立時である。

　学習許可条件の成立時は、ステップ４に進み、アイドル空気量学習値ＱＴＡＳＥＥＰ１を算出する。詳細には、アイドル回転数のフィードバック制御により、実際の回転数ＮＥと目標アイドル回転数ＮＳＥＴとの差分に応じてアイドル空気量のフィードバック補正量を求めているが、このアイドル空気量のフィードバック補正量を所定数サンプリングしたタイミングで、それら所定数のフィードバック補正量の平均値を計算し、その平均値と、その平均値を計算したタイミングでのアイドル空気量学習値との加重平均値を新たなアイドル空気量学習値として更新する。このアイドル空気量学習値ＱＴＡＳＥＥＰ１は、たとえばエンジン停止時にメモリ（たとえばフラッシュメモリ）に保存する。

　ステップ５では工場内の組立ラインでの車両の組み付け完了時からのエンジン回転数ＮＥの積算値ＡＤＤＮＥと所定値ＧＲＮＥを比較する。回転数積算値ＡＤＤＮＥが所定値ＧＲＮＥ未満であれば、ステップ６に進んで、アイドル空気量学習値ＱＴＡＳＥＥＰ１からオフセット量ＴＡＳＯＦＳ（一定値）を差し引いた値を改めてアイドル空気量学習値ＱＴＡＳＥＥＰとすることによりアイドル空気量学習値を修正する。回転数積算値ＡＤＤＮＥが所定値ＧＲＮＥ以上であるときは、ステップ５よりステップ７に進み、アイドル空気量学習値の修正を行わない（ＱＴＡＳＥＥＰ１＝ＱＴＡＳＥＥＰ１）。

　ここで、回転数積算値ＡＤＤＮＥが所定値ＧＲＮＥ未満の場合に、学習値をオフセット量だけ小さくするのは、初期フリクションに起因して組み付け完了当初の要求アイドル空気量が大きいことを考慮したものである。

　さらに詳述すると、工場内で車両が組立ラインを出ると、エンジンが初めて運転される。検査ラインではエンジン運転状態で所定の検査が行われ、この検査にパスした後、外部ツールからの指令によりアイドル空気量学習値が初めて算出され、記憶される。そしてこの初回の学習値の状態で工場より出荷される。

　この場合に、組み付け完了当初はエンジンの摺動部位がなじんでないこともあり、同じアイドル回転を保つのに要求される空気量が大きく、運転を続けるほどに（回転数積算値ＡＤＤＮＥが大きくなるほど）、この要求アイドル空気量が急激に落ちてゆき、やがては一定値へと収束する。図３はこの経過を示したもので、同図にも示すように、工場内での学習時は要求アイドル空気量が収束する前であるため、この状態で算出した学習値は学習が進むにつれて小さくなる側へと変化してゆく。

　しかしながら、要求アイドル空気量が急激に減少するのに対して、学習値の更新速度はそれほど速くないため、実際のエンジン状態に追いつくのが遅れ、その間で学習値が過度に大きくなり、アイドル回転数のフィードバック制御中心がその学習値の誤差の分だけずれてしまうのである。

　そこで、回転数積算値ＡＤＤＮＥが所定値ＧＲＮＥ未満の場合は、要求アイドル空気量が収束前にあると判断し、やがては要求アイドル空気量がもっと小さな値に落ち着くものと予測して、要求アイドル空気量の収束前に得たアイドル空気量学習値を小さくなる側に修正するのである。

　このように、組み付け完了当初の要求アイドル空気量が出荷後より大きいことを考慮し、要求アイドル空気量が収束するまでの間は、学習値を減量修正することにしたので、工場内での初回の学習時と出荷後の学習時との間の、学習値によるアイドル空気量補正のズレを解消することができる。

　このようにしてアイドル空気量学習値を修正した後は、この修正後のアイドル空気量学習値ＱＴＡＳＥＥＰに対して、ステップ８において流量面積変換係数ＣＣＯＮＶＡ＃を乗算することによりスロットル開口面積学習値ＡＴＡＳＬＮへと変換する。

　さらにステップ９ではこのスロットル開口面積学習値ＡＴＡＳＬＮを所定のテーブルを用いてスロットル開度に換算する。このスロットル開度への換算については図４を参照して説明する。

　図４において、図示の曲線は初期状態での流量特性である。

　（１）学習値の更新時のスロットル開度をＴＶＯＭとすると、このＴＶＯＭから垂直に立ち上げた直線と曲線との交点のスロットル開口面積（つまり学習値更新時のスロットル開口面積）ＡＡＭを得る。

　（２）学習値更新時のスロットル開口面積ＡＡＭからＡＴＡＳＬＮだけ差し引いた値を初期相当開口面積ＡＡＩとして求める。

　（３）この初期相当開口面積ＡＡＩより水平に引いた直線と曲線との交点のスロットル開度を初期相当スロットル開度ＴＶＯＩとして求める。

　（４）ＴＶＯＭからＴＶＯＩを差し引いた値がスロットル開口面積学習値ＡＴＡＳＬＮに対応するスロットル開度であり、これをアイドル回転学習開度ＴＡＳＤＴＶＯとして求める。

　このようにして求めたアイドル回転学習開度ＴＤＴＶＯは、アクセル開度と回転数に応じて定まる上記のスロットル開度基本値に加算することで、最終的なスロットル開度指令値を得る。

　従来装置における学習値による補正方法が図５中段のように破線特性を上方に平行移動させるものであったのに対して、本実施形態での学習値による補正方法は、図５下段に示したように、破線特性を左方向に平行移動させるものである。言い換えると、従来装置が空気量（つまり開口面積）を補正する方式であるのに対して、本実施形態はスロットル開度を補正する方式となる。従来装置と本実施形態を比較すれば、本実施形態のほうが、Ａ点（学習点）より離れても、初期状態での流量からのズレが小さく抑えられているのがわかる。

　このように、本実施形態では、学習値による補正方法をスロットル開度補正方式としたので、スロットル部への汚れの堆積により同じスロットル開度に対するスロットル流量が小さくなることがあっても、従来の開口面積補正方式より初期流量特性からのずれを小さなものに抑えることができる。

　ここで、本実施形態の作用を説明する。

　先願装置との違いはステップ１、２、３の並びにある（先願装置では、ステップ１の定常状態の判定がなく、ステップ３の学習許可条件の判定が最初にきて、その後にステップ２のストイキ要求が続く）。このため本発明では、均質ストイキ燃焼への切換に伴って回転変動が生じたとき、上記の〈１〉が成立しなくなって（つまり定常状態でなくなる）、ステップ２以降を飛ばすことになる（つまり学習許可条件が成立していても学習値の更新が行われない）。そして、切換に伴う回転変動がなくなった時点で再びステップ２以降に進むことになり、学習許可条件が成立していれば、学習値の更新が行われる。

　このように、本発明では学習許可条件が成立しているかどうかをみる前に定常状態かどうかをまず判定し、定常状態であるときに均質ストイキ要求を指令し、その後に学習許可条件が成立しているかどうかをみるようにしたので、均質ストイキ燃焼への切換に伴う回転変動分が学習値に含まれることがなく、これによって学習バラツキを低減することができる。

　図６は第２実施形態で、図２に対応する。図２と同一の部分には同一のステップ番号を付けている。

　図２と相違する部分を主に説明すると、ステップ１１ではアイドル開度学習値ＴＶＯ２を算出する。詳細には、アイドル回転数のフィードバック制御により、実際の回転数ＮＥと目標アイドル回転数ＮＳＥＴとの差分に応じてアイドル開度のフィードバック補正量を求め、このアイドル開度のフィードバック補正量を所定数サンプリングしたタイミングで、それら所定数のフィードバック補正量の平均値を計算し、その平均値と、その平均値を計算したタイミングでのアイドル開度学習値との加重平均値を新たなアイドル開度学習値として更新する。このアイドル開度学習値ＴＶＯ２も、エンジン停止時にメモリ（たとえばフラッシュメモリ）に保存する。

　そして、ＡＤＤＮＥ＜ＧＲＮＥのときはステップ５よりステップ１２に進み、アイドル開度学習値ＴＶＯ２からオフセット量ＴＡＳＯＦＳ２（一定値）を差し引いた値を改めてアイドル開度学習値ＴＶＯ１とすることによりアイドル開度学習値を修正する。ＡＤＤＮＥ≧ＧＲＮＥであるときは、ステップ５よりステップ１３に進み、アイドル開度学習値の修正を行わない（ＴＶＯ１＝ＴＶＯ２）。

　ステップ１４ではアイドル開度学習値ＴＶＯ１から設定値ＴＶＯＩＤＬを差し引いた値をアイドル回転学習開度ＴＤＴＶＯ２として計算する。

　ここで、目標アイドル回転数ＮＳＥＴに対する要求アイドル空気量は予めわかっているので、この要求アイドル空気量をスロットル開度−流量特性のテーブルを用いてスロットル開度に変換した値が上記の設定値ＴＶＯＩＤＬである。

　第２実施形態でも、第１実施形態と同様の作用効果が生じる。また、第２実施形態のほうが構成がシンプルである。

　ところで、要求アイドル空気量が収束したエンジンでも、エンジン停止時、バッテリ交換時、コントロールユニット（エンジン制御用ＥＣＭ）の交換時などに収束前であるか、収束後であるかといった判定結果が失われる事態が生じた後では、再び収束前であると判定されるあいだ学習値の減量修正によりアイドル空気量が不足してしまうことになる。そこで、収束前であるか、収束後であるかといった判定結果が失われる事態が生じないようにその判定結果をたとえば不揮発性メモリ（たとえばフラッシュメモリ）に記憶させておくことで、判定結果が失われることによる誤学習を防止できる。

第１実施形態の制御システム図である。アイドル回転学習開度ＴＤＴＶＯの演算を説明するためのフローチャートである。回転数積算値ＡＤＤＮＥに対する要求アイドル空気量の特性図である。スロットル開口面積学習値ＡＴＡＳＬＮをスロットル開度へと換算する手順を説明するための特性図である。スロットル開度に対する流量特性の変化を示す特性図である。第２実施形態のアイドル回転学習開度ＴＤＴＶＯ２の演算を説明するためのフローチャートである。第１の発明のクレーム対応図である。

符号の説明

　　３　スロットル装置
　　４　燃料噴射弁
　１１　コントロールユニット

Claims

　アクチュエータにより駆動されるスロットル弁と、
　アクセル開度とエンジン回転数に応じたエンジントルク定常値が得られるスロットル開度基本値を演算する手段と、
　前記スロットル弁部の開口面積の経時変化分に対応する学習値を格納する手段と、
　アイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するようにフィードバック補正量を算出する手段と、
　このフィードバック補正量と前記学習値とで前記スロットル開度基本値を補正してスロットル開度指令値を求める手段と、
　このスロットル開度指令値を前記アクチュエータに与える手段と
　を備えるエンジンのアイドル回転学習制御装置において、
　運転条件に応じて成層燃焼と均質ストイキ燃焼の燃焼形態を切換えるとともに、アイドル時は成層燃焼となるように燃焼制御を行う手段と、
　定常状態であるかどうかを判定する手段と、
　定常状態であることが判定されたとき燃焼形態を前記均質ストイキ燃焼に強制的に切換える手段と、
　定常状態であることが判定されている状態で学習許可条件が成立したとき前記フィードバック補正量に基づいて前記学習値を更新する手段と
　を設けたことを特徴とするエンジンのアイドル回転学習制御装置。