特許 7621562 内燃機関のトルク推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-16

(45)【発行日】2025-01-24

(54)【発明の名称】内燃機関のトルク推定装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20250117BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 362

F02D45/00 364G

F02D45/00 366

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024528023

(86)(22)【出願日】2022-06-16

(86)【国際出願番号】 JP2022024115

(87)【国際公開番号】W WO2023243035

(87)【国際公開日】2023-12-21

【審査請求日】2024-06-06

(73)【特許権者】

【識別番号】324003048

【氏名又は名称】三菱電機モビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 宏規

(72)【発明者】

【氏名】西脇 和弘

(72)【発明者】

【氏名】田中 大賀

【審査官】池田 匡利

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０１６４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８３５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０６３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７５６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６８１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１００５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－３３２４７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関のクランク軸の回転速度及び角加速度を検出する回転情報検出部と、
スロットル開度、筒内吸入空気量、燃料噴射量、及び前記回転速度の少なくとも１つ以上のトルク特性データ用の運転状態と、前記内燃機関の出力トルクとしての第１推定トルクとの関係が予め設定された第１推定トルク用のトルク特性データを用い、現在の前記トルク特性データ用の運転状態に対応する前記第１推定トルクを算出する第１推定トルク算出部と、
前記角加速度に基づいて、前記クランク軸のトルクの推定値である第２推定トルクを算出する第２推定トルク算出部と、
前記第２推定トルクと、予め設定された第２推定トルクの基準値との偏差を、誤差学習値として学習し、前記第１推定トルクを前記誤差学習値により補正した値を、第３推定トルクとして算出する第３推定トルク算出部と、を備えた内燃機関のトルク推定装置。

【請求項2】

前記第３推定トルク算出部は、前記スロットル開度、前記筒内吸入空気量、前記燃料噴射量、及び前記回転速度の少なくとも１つ以上の学習判定用の運転状態に基づいて、学習条件が成立しているか否かを判定し、前記学習条件が成立したと判定した場合に、前記偏差に基づいて、前記誤差学習値を更新する請求項１に記載の内燃機関のトルク推定装置。

【請求項3】

前記第３推定トルク算出部は、前記スロットル開度、前記筒内吸入空気量、前記燃料噴射量、及び前記回転速度の少なくとも１つ以上の補正係数用の運転状態に基づいて、補正係数を算出し、前記誤差学習値と前記補正係数との乗算値により、前記第１推定トルクを補正した値を、前記第３推定トルクとして算出する請求項１又は２に記載の内燃機関のトルク推定装置。

【請求項4】

前記第２推定トルク算出部は、燃焼行程の間の前記角加速度の最大値を算出し、前記最大値に基づいて、前記第２推定トルクを算出する請求項１又は２に記載の内燃機関のトルク推定装置。

【請求項5】

前記内燃機関は複数の燃焼室を備え、
前記第２推定トルク算出部は、前記複数の燃焼室のそれぞれについて、燃焼行程の間の前記角加速度の最大値を算出し、前記複数の燃焼室の前記最大値の平均値に基づいて、前記第２推定トルクを算出する請求項１又は２に記載の内燃機関のトルク推定装置。

【請求項6】

前記第３推定トルク算出部は、前記スロットル開度、前記筒内吸入空気量、前記燃料噴射量、及び前記回転速度の少なくとも１つ以上の基準値用の運転状態と、前記第２推定トルクの基準値との関係が予め設定された基準値用のトルク特性データを用い、現在の前記基準値用の運転状態に対応する前記第２推定トルクの基準値を算出する請求項１又は２に記載の内燃機関のトルク推定装置。

【請求項7】

前記第３推定トルク算出部は、前記回転速度の増加中に、前記回転速度が、予め設定された判定回転速度を通過したときに、学習条件が成立したと判定し、前記偏差に基づいて、前記誤差学習値を更新する請求項１又は２に記載の内燃機関のトルク推定装置。

【請求項8】

前記第３推定トルク算出部は、判定期間の間、連続して前記回転速度が増加しており、且つ、前記回転速度が、前記判定回転速度を通過したときに、学習条件が成立したと判定する請求項７に記載の内燃機関のトルク推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、内燃機関のトルク推定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の技術では、出力トルクに影響する運転状態であるスロットル開度、吸入空気量、及び燃料噴射量などに基づいて、内燃機関のトルク特性を用い、内燃機関の出力トルクを推定している。また、特許文献１の技術では、トルクコンバータの特性に基づいて、内燃機関の出力トルクを推定し、トルク推定誤差を学習している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－２９１１７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、内燃機関の個体差、経年変化により生じた出力トルクのばらつきを、内燃機関の外部の装置であるトルクコンバータの特性を利用して学習している。しかしながら、トルクコンバータの特性にもばらつきがあり、また、学習できる運転領域が限られる。

【0005】

そこで、本願は、内燃機関の個体差、経年変化により生じた内燃機関の出力トルクのばらつきを精度よく学習できる内燃機関のトルク推定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】

【0006】

本願に係る内燃機関のトルク推定装置は、
内燃機関のクランク軸の回転速度及び角加速度を検出する回転情報検出部と、
スロットル開度、筒内吸入空気量、燃料噴射量、及び前記回転速度の少なくとも１つ以上のトルク特性データ用の運転状態と、前記内燃機関の出力トルクとしての第１推定トルクとの関係が予め設定された第１推定トルク用のトルク特性データを用い、現在の前記トルク特性データ用の運転状態に対応する前記第１推定トルクを算出する第１推定トルク算出部と、
前記角加速度に基づいて、前記クランク軸のトルクの推定値である第２推定トルクを算出する第２推定トルク算出部と、
前記第２推定トルクと、予め設定された第２推定トルクの基準値との偏差を、誤差学習値として学習し、前記第１推定トルクを前記誤差学習値により補正した値を、第３推定トルクとして算出する第３推定トルク算出部と、を備えたものである。

【発明の効果】

【0007】

本願に係る内燃機関のトルク推定装置によれば、実際に検出した角加速度に基づいて算出した第２推定トルクを、第２推定トルクの基準値と比較することにより、内燃機関の個体ばらつき、経年変化等により生じたトルクばらつきを、誤差学習値として学習することができる。そして、誤差学習値により、予め設定された基準状態のトルク特性データに基づいて算出された第１推定トルクを補正して、第３推定トルクを算出することで、内燃機関の個体ばらつき、経年変化等により生じたトルクばらつきが反映された、精度の良いトルク推定値を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る内燃機関及びトルク推定装置（制御装置）の概略構成図である。

【図2】実施の形態１に係るトルク推定装置（制御装置）のブロック図である。

【図3】実施の形態１に係るトルク推定装置（制御装置）のハードウェア構成図である。

【図4】実施の形態１に係る回転情報検出部の処理を説明するタイムチャートである。

【図5】実施の形態１に係る各気筒と各行程との関係を説明する図である。

【図6】実施の形態１に係る第１推定トルク用のトルク特性データを説明する図である。

【図7】実施の形態１に係る各気筒の角加速度の最大値の算出を説明する図である。

【図8】実施の形態１に係る基準値用のトルク特性データを説明する図である。

【図9】実施の形態２に係るトルク推定装置（制御装置）のブロック図である。

【図10】実施の形態２に係る誤差学習を説明するためのタイムチャートである。

【図11】実施の形態２に係る誤差学習を説明するためのタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

１．実施の形態１
実施の形態１に係る内燃機関のトルク推定装置１００（以下、単に、トルク推定装置１００と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関１及びトルク推定装置１００の概略構成図であり、図２は、本実施の形態に係るトルク推定装置１００のブロック図である。本実施の形態では、トルク推定装置１００は、内燃機関の制御装置５０に組み込まれている。なお、トルク推定装置１００は、内燃機関の制御装置５０と別体であってもよい。

【0010】

１－１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。図１に示すように、内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する燃焼室７（以下、気筒７とも称す）を備えている。内燃機関１は、燃焼室７に空気を供給する吸気管２３と、燃焼室７で燃焼した排気ガスを排出する排気管１７とを備えている。内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている。内燃機関１は、吸気管２３を開閉するスロットルバルブ４を備えている。スロットルバルブ４は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ４には、スロットルバルブ４の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ１９が設けられている。

【0011】

スロットルバルブ４の上流側の吸気管２３には、吸気管２３に吸入される吸入空気量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３が設けられている。内燃機関１は、排気ガス還流装置２０を備えている。排気ガス還流装置２０は、排気管１７から吸気マニホールド１２に排気ガスを還流するＥＧＲ流路２１と、ＥＧＲ流路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を有している。吸気マニホールド１２は、スロットルバルブ４の下流側の吸気管２３の部分である。ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとされている。排気管１７には、排気管１７内の排気ガスの空燃比に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８を備えている。

【0012】

吸気マニホールド１２には、吸気マニホールド１２内の圧力に応じた電気信号を出力するガス圧センサ８が設けられている。吸気マニホールド１２の下流側の部分には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、気筒７内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１には、大気圧に応じた電気信号を出力する大気圧センサ３３が設けられている。内燃機関１には、冷却水温を検出する水温センサ３４が設けられている。

【0013】

燃焼室７の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグと、点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、燃焼室７の頂部には、吸気管２３から燃焼室７内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、燃焼室７内から排気管１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。吸気バルブ１４には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気可変バルブタイミング機構が設けられている。排気バルブ１５には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする排気可変バルブタイミング機構が設けられている。可変バルブタイミング機構１４、１５は、電動アクチュエータを有している。

【0014】

内燃機関１は、複数の燃焼室７（本例では４つ）を備えている。各燃焼室７内には、ピストン５が備えられている。各燃焼室７のピストン５は、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２に接続されている。クランク軸２は、ピストン５の往復運動によって回転駆動される。各燃焼室７で発生した燃焼ガス圧は、ピストン５の頂面を押圧し、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２を回転駆動する。クランク軸２は、車輪、発電機等に駆動力を伝達する動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構は、変速装置等から構成される。

【0015】

内燃機関１は、クランク軸２と一体回転するロータ３１を備えている。ロータ３１は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。本実施の形態では、ロータ３１は、２０度間隔で歯が並べられている。ロータ３１の歯には、一部の歯が欠けた欠け歯部分が設けられている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、ロータ３１の歯を検出するクランク角センサ１１を備えている。

【0016】

内燃機関１は、クランク軸とチェーンで連結されたカム軸を備えている。カム軸は、吸気バルブ１４および排気バルブ１５を開閉駆動する。クランク軸２が２回転する間に、カム軸は１回転する。内燃機関１は、カム軸と一体回転するカム用のロータを備えている。カム用のロータは、予め定められた複数のカム軸角度に複数の歯を設けている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、カム用のロータの歯を検出するカム角センサ３０（図３参照）を備えている。

【0017】

制御装置５０は、クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、各ピストン５の上死点（ＴＤＣ）を基準としたクランク角度を検出すると共に、各燃焼室７の行程を判別する。なお、内燃機関１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程の４行程機関とされている。

【0018】

クランク角センサ１１、及びカム角センサ３０は、クランク軸２の回転による、各センサと歯の距離の変化に応じた電気信号を出力する。各角センサ１１、３０の出力信号は、センサと歯の距離が近い場合と、遠い場合とで信号がオンオフする矩形波となる。各角センサ１１、３０には、例えば、電磁ピックアップ式のセンサが用いられる。

【0019】

なお、内燃機関の構成は、図１を用いて説明した構成に限定されず、各種の構成の内燃機関が用いられてもよい。

【0020】

１－２．トルク推定装置１００（制御装置５０）の構成
次に、トルク推定装置１００について説明する。トルク推定装置１００は、内燃機関の制御装置５０に組み込まれている。図２に示すように、制御装置５０は、回転情報検出部５１、第１推定トルク算出部５２、第２推定トルク算出部５３、及び第３推定トルク算出部５４等の処理部を備えている。制御装置５０の各処理部５１から５４等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０にバス等の信号線を介して接続された記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、および演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

【0021】

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、および各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。

【0022】

記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の揮発性及び不揮発性の記憶装置が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

【0023】

そして、制御装置５０が備える各処理部５１から５４等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、および出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各処理部５１から５４等が用いる第１推定トルク用のトルク特性データ、慣性モーメントＩｃｒｋ、負荷トルクτｌｏａｄ、基準値用のトルク特性データ等の設定データは、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。また、各処理部５１から５４等が算出した回転速度Ｎｅ、角速度ωｄ、角加速度αｄ、第１推定トルクτｅｓｔ１、角加速度の最大値αｍａｘ、第２推定トルクτｅｓｔ２、誤差学習値Δτｌｒｎ等の各算出値、及び各検出値等のデータは、ＲＡＭ等の書き換え可能な記憶装置９１に記憶される。

【0024】

本実施の形態では、入力回路９２には、クランク角センサ１１、カム角センサ３０、水温センサ３４、エアフローセンサ３、スロットル開度センサ１９、ガス圧センサ８、大気圧センサ３３、空燃比センサ１８、およびアクセルポジションセンサ２６等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ４（電気モータ）、ＥＧＲバルブ２２（電気モータ）、インジェクタ１３、点火コイル１６、吸気可変バルブタイミング機構１４、及び排気可変バルブタイミング機構１５等が接続されている。なお、トルク推定装置１００には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、およびアクチュエータ等が接続されている。制御装置５０は、各種センサの出力信号に基づいて、スロットル開度θｔｈ、筒内吸入空気量、吸気マニホールド内の圧力、大気圧、空燃比等の内燃機関１の運転状態を検出する。

【0025】

制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３および点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセルポジションセンサ２６の出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ４等を制御する。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ１９の出力信号に基づき検出したスロットル開度θｔｈが、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ４の電気モータを駆動制御する。また、制御装置５０は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、ＥＧＲバルブ２２の目標開度を算出し、ＥＧＲバルブ２２の電気モータを駆動制御する。制御装置５０は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、吸気バルブの目標開閉タイミング及び排気バルブの目標開閉タイミングを算出し、各目標開閉タイミングに基づいて、吸気及び排気可変バルブタイミング機構１４、１５を駆動制御する。

【0026】

１－２－１．回転情報検出部５１
回転情報検出部５１は、内燃機関のクランク軸の回転速度Ｎｅ及び角加速度αｄを検出する。本実施の形態では、回転情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク角度θｄを検出し、検出したクランク角度θｄの時間変化率である角速度ωｄ、及び角速度ωｄの時間変化率である角加速度αｄを算出する。回転情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク軸の回転速度Ｎｅを検出する。なお、回転速度Ｎｅは、角速度ωｄに対応するが、本実施の形態では、行程周期の平均的な速度である。

【0027】

本実施の形態では、図４に示すように、回転情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号に基づいてクランク角度θｄを検出すると共にクランク角度θｄを検出した検出時刻Ｔｄを検出する。そして、回転情報検出部５１は、検出したクランク角度θｄである検出角度θｄおよび検出時刻Ｔｄに基づいて、検出角度θｄの間に対応する角度間隔Δθｄおよび時間間隔ΔＴｄを算出する。

【0028】

例えば、回転情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）の立下りエッジ（又は立上りエッジ）を検出した時のクランク角度θｄを判定する。回転情報検出部５１は、公知の方法を用い、クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、第１気筒のピストンの上死点（ＴＤＣ）を基準としたクランク角度θｄを検出すると共に、各気筒７の行程を判別する。図５に、第１気筒から第４気筒の行程を示す。

【0029】

＜角速度ωｄ、角加速度αｄの算出＞
回転情報検出部５１は、各クランク角度θｄ、及び各クランク角度θｄを検出した検出時刻Ｔｄに基づいて、角速度ωｄを算出する。例えば、次式に示すように、回転情報検出部５１は、今回検出したクランク角度θｄ（ｎ）と前回検出したクランク角度θｄ（ｎ－１）との角度間隔Δθｄ（ｎ）と、今回の検出時刻Ｔｄ（ｎ）と前回の検出時刻Ｔｄ（ｎ－１）との時間間隔ΔＴｄ（ｎ）とに基づいて、今回の検出角度の角速度ωｄ（ｎ）を算出する。なお、角速度ωｄの算出について、これ以外にも、公知の各種の方法が用いられてもよい。

【数1】

【0030】

回転情報検出部５１は、角速度ωｄに基づいて、角加速度αｄを算出する。例えば、次式に示すように、回転情報検出部５１は、今回の検出角度で算出した角速度ωｄ（ｎ）と前回の検出角度で算出した角速度ωｄ（ｎ－１）と今回の検出角度の時間間隔ΔＴｄ（ｎ）とに基づいて、今回の検出角度の角加速度αｄ（ｎ）を算出する。なお、角加速度αｄの算出について、これ以外にも、公知の各種の方法が用いられてもよい。

【数2】

【0031】

１－２－２．第１推定トルク算出部５２
第１推定トルク算出部５２は、スロットル開度θｔｈ、筒内吸入空気量、燃料噴射量、及び回転速度Ｎｅの少なくとも１つ以上のトルク特性データ用の運転状態と、内燃機関の出力トルクとしての第１推定トルクτｅｓｔ１との関係が予め設定された第１推定トルク用のトルク特性データを用い、現在のトルク特性データ用の運転状態に対応する第１推定トルクτｅｓｔ１を算出する。第１推定トルクτｅｓｔ１は、クランク軸から内燃機関の外部に出力されるトルクであり、行程周期の間の平均的な出力トルクである。

【0032】

例えば、トルク特性データ用の運転状態として、スロットル開度θｔｈ及び回転速度Ｎｅが用いられる場合を説明する。図６に示すように、第１推定トルク用のトルク特性データは、スロットル開度θｔｈ、回転速度Ｎｅ、第１推定トルクτｅｓｔ１との関係が予め設定されたマップデータとされる。第１推定トルク算出部５２は、第１推定トルク用のトルク特性データを参照し、現在のスロットル開度θｔｈ及び回転速度Ｎｅに対応する第１推定トルクτｅｓｔ１を算出する。ここで、スロットル開度θｔｈの代わりに、筒内吸入空気量、又は燃料噴射量が用いられてもよい。すなわち、トルク特性データ用の運転状態として、回転速度Ｎｅ、及び燃料噴射量に相関するパラメータが用いられるとよい。

【0033】

なお、トルク特性データ用の運転状態として、出力トルクと相関する各種の内燃機関の運転状態、例えば、ＥＧＲ率、点火時期、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミングが用いられてもよい。なお、第１推定トルク用のトルク特性データは、複数のマップデータが組み合わされてもよく、又は、ニューラルネットワーク等が用いられてもよい。

【0034】

１－２－３．第２推定トルク算出部５３
第２推定トルク算出部５３は、角加速度αｄに基づいて、クランク軸のトルクの推定値である第２推定トルクτｅｓｔ２を算出する。

【0035】

本実施の形態では、図７に示すように、第２推定トルク算出部５３は、燃焼行程の間の角加速度αｄの最大値αｍａｘを算出し、角加速度の最大値αｍａｘに基づいて、第２推定トルクτｅｓｔ２を算出する。この構成によれば、燃焼行程の間の角加速度の最大値αｍａｘを算出することで、燃焼により増加した角加速度の最大値αｍａｘを用いて、第２推定トルクτｅｓｔ２を算出することができ、第２推定トルクτｅｓｔ２として、主に燃焼により増加した瞬時トルクの最大値を算出することができる。

【0036】

本実施の形態では、内燃機関１は４つの燃焼室７（気筒７）を備えている。第２推定トルク算出部５３は、４つの燃焼室７のそれぞれについて、燃焼行程の間の角加速度の最大値αｍａｘ１、αｍａｘ２、αｍａｘ３、αｍａｘ４を算出し、次式に示すように、４つの燃焼室の角加速度の最大値の平均値αｍａｘａｖｅに基づいて、第２推定トルクτｅｓｔ２を算出する。平均値αｍａｘａｖｅは、クランク軸が２回転する毎に算出される。

【数3】

【0037】

この構成によれば、気筒間に燃焼トルクのばらつきがあっても、気筒間の平均的な瞬時燃焼トルクの最大値を算出することができる。

【0038】

第２推定トルク算出部５３は、角加速度αｄ（本例では、角加速度の最大値の気筒間平均値αｍａｘａｖｅ）に、慣性モーメントＩｃｒｋを乗算して、第２推定トルクτｅｓｔ２を算出する。慣性モーメントＩｃｒｋは、クランク軸と一体的に回転する各回転部材の慣性モーメントの合計値であり、予め設定されている。

【数4】

【0039】

本実施の形態では、第２推定トルク算出部５３は、角加速度αｄと慣性モーメントＩｃｒｋとの乗算値から、負荷トルクτｌｏａｄを減算して、第２推定トルクτｅｓｔ２を算出する。負荷トルクτｌｏａｄは、内燃機関の外部からクランク軸にかかる各種の負荷トルクであり、通常は負の値になる。例えば、負荷トルクτｌｏａｄには、予め設定された値が用いられる。或いは、負荷トルクτｌｏａｄは、通常、行程周期では大きく変動しないため、第２推定トルク算出部５３は、ピストンの上死点（ＴＤＣ）付近の角度の角加速度αｄに慣性モーメントＩｃｒｋを乗算したトルクを、負荷トルクτｌｏａｄとして用いてもよい。上死点（ＴＤＣ）付近の角度は、上死点前１０度から上死点後１０度までの範囲内の角度、例えば、ＴＤＣに設定されるとよい。上死点近傍では、コンロッド及びクランクが一直線になり、筒内圧がピストンを押す力により、軸トルクが生じないため、負荷トルクτｌｏａｄを算出できる。この構成によれば、内燃機関の外部からクランク軸にかかる負荷トルクτｌｏａｄを除外することができ、燃焼により増加した瞬時トルクの増加量を算出することができ、第２推定トルクτｅｓｔ２の算出精度を高めることができる。

【0040】

なお、行程周期の間の平均的な角加速度が、第２推定トルクτｅｓｔ２の算出に用いられてもよい。

【0041】

１－２－４．第３推定トルク算出部５４
第３推定トルク算出部５４は、第２推定トルクτｅｓｔ２と、予め設定された第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆとの偏差Δτｅｓｔ２を、誤差学習値Δτｌｒｎとして学習し、第１推定トルクτｅｓｔ１を誤差学習値Δτｌｒｎにより補正した値を、第３推定トルクτｅｓｔ３として算出する。

【0042】

この構成によれば、実際に検出した角加速度αｄに基づいて算出した第２推定トルクτｅｓｔ２を、第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆと比較することにより、内燃機関１の個体ばらつき、経年変化等により生じたトルクばらつきを、誤差学習値Δτｌｒｎとして学習することができる。そして、誤差学習値Δτｌｒｎにより、予め設定された基準状態のトルク特性データに基づいて算出された第１推定トルクτｅｓｔ１を補正して、第３推定トルクτｅｓｔ３を算出することで、内燃機関１の個体ばらつき、経年変化等により生じたトルクばらつきが反映された、精度の良いトルク推定値を算出することができる。

【0043】

なお、制御装置５０は、第３推定トルクτｅｓｔ３に基づいて、内燃機関の出力トルクを制御するトルク制御を行う。例えば、制御装置５０は、第３推定トルクτｅｓｔ３が、要求出力トルクに近づくように、目標スロットル開度を算出する。また、制御装置５０は、第３推定トルクτｅｓｔ３を、車両制御装置、モータ制御装置などの外部の制御装置に伝達し、外部の制御装置のトルク制御に反映させる。

【0044】

図２に示すように、第３推定トルク算出部５４は、基準値算出部５４１、学習値算出部５４２、及び推定トルク補正部５４３を備えている。

【0045】

＜基準値算出部５４１＞
基準値算出部５４１は、スロットル開度θｔｈ、筒内吸入空気量、燃料噴射量、及び回転速度Ｎｅの少なくとも１つ以上の基準値用の運転状態と、第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆとの関係が予め設定された基準値用のトルク特性データを用い、現在の基準値用の運転状態に対応する第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆを算出する。

【0046】

本実施の形態では、第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆは、燃焼により増加した瞬時トルクの最大値又は増加量であるため、行程周期の間の平均的な出力トルクである第１推定トルクτｅｓｔ１とは異なる値になる。そのため、基準値用のトルク特性データは、第１推定トルク用のトルク特性データと異なる値が設定されている。

【0047】

例えば、基準値用の運転状態として、スロットル開度θｔｈ及び回転速度Ｎｅが用いられる場合を説明する。図８に示すように、基準値用のトルク特性データは、スロットル開度θｔｈ、回転速度Ｎｅ、第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆとの関係が予め設定されたマップデータとされる。基準値算出部５４１は、基準値用のトルク特性データを参照し、現在のスロットル開度θｔｈ及び回転速度Ｎｅに対応する第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆを算出する。ここで、スロットル開度θｔｈの代わりに、筒内吸入空気量、又は燃料噴射量が用いられてもよい。すなわち、基準値用の運転状態として、回転速度Ｎｅ、及び燃料噴射量に相関するパラメータが用いられるとよい。

【0048】

なお、基準値用の運転状態として、出力トルクと相関する各種の内燃機関の運転状態、例えば、ＥＧＲ率、点火時期、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミングが用いられてもよい。なお、基準値用のトルク特性データは、複数のマップデータが組み合わされてもよく、又は、ニューラルネットワーク等が用いられてもよい。

【0049】

＜学習値算出部５４２＞
学習値算出部５４２は、第２推定トルクτｅｓｔ２と第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆとの偏差Δτｅｓｔ２に基づいて、誤差学習値Δτｌｒｎを更新する。

【0050】

学習値算出部５４２は、偏差Δτｅｓｔ２に対して統計処理を行って、誤差学習値Δτｌｒｎを更新する。例えば、統計処理として、ローパスフィルタ処理が行われる。学習値算出部５４２は、次式を用いて、誤差学習値Δτｌｒｎを更新する。ここで、（ｊ）は、今回の更新周期の算出値を示し、（ｊ－１）は、前回の更新周期の算出値を示し、Ｋｆｌｔは、フィルタゲインである。本実施の形態では、更新周期は、クランク軸が２回転する周期に設定される。

【数5】

【0051】

なお、スロットル開度θｔｈ、筒内吸入空気量、燃料噴射量、及び回転速度Ｎｅの少なくとも１つ以上の運転状態の領域ごとに、誤差学習値Δτｌｒｎが設けられ、更新されてもよい。

【0052】

＜推定トルク補正部５４３＞
推定トルク補正部５４３は、第１推定トルクτｅｓｔ１を誤差学習値Δτｌｒｎにより補正した値を、第３推定トルクτｅｓｔ３として算出する。例えば、推定トルク補正部５４３は、次式を用いて、第３推定トルクτｅｓｔ３を算出する。

【数6】

【0053】

或いは、推定トルク補正部５４３は、スロットル開度θｔｈ、筒内吸入空気量、燃料噴射量、及び回転速度Ｎｅの少なくとも１つ以上の補正係数用の運転状態に基づいて、補正係数Ｋτを算出し、次式に示すように、誤差学習値Δτｌｒｎと補正係数Ｋτとの乗算値を、第１推定トルクτｅｓｔ１に加算した値を、第３推定トルクτｅｓｔ３として算出してもよい。

【数7】

【0054】

運転状態に応じて、推定トルクに対する誤差学習値Δτｌｒｎの影響度合いが変化するため、誤差学習値Δτｌｒｎに補正係数Ｋτを乗算することで、補正精度を向上させることができる。また、燃焼により増加した瞬時トルクの最大値又は増加量に対する、行程周期の間の平均的な出力トルクの比例係数は、運転状態に応じて変化するため、補正係数用の運転状態に基づいて補正係数Ｋτを算出し、誤差学習値Δτｌｒｎに補正係数Ｋτを乗算することで、補正精度を向上させることができる。

【0055】

推定トルク補正部５４３は、補正係数用の運転状態と補正係数Ｋτとの関係が予め設定された基準値用の補正係数設定データを用い、現在の補正係数用の運転状態に対応する補正係数Ｋτを算出する。補正係数設定データは、基準値用のトルク特性データ等と同様に構成される。

【0056】

２．実施の形態２
実施の形態２に係るトルク推定装置１００について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係るトルク推定装置１００の基本的な構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、第３推定トルク算出部５４の処理の一部が実施の形態１と異なる。

【0057】

本実施の形態では、図９に示すように、第３推定トルク算出部５４は、第３推定トルク算出部５４は、基準値算出部５４１、学習値算出部５４２、及び推定トルク補正部５４３に加えて、学習条件判定部５４４を備えている。

【0058】

学習条件判定部５４４は、スロットル開度θｔｈ、筒内吸入空気量、燃料噴射量、及び回転速度Ｎｅの少なくとも１つ以上の学習判定用の運転状態に基づいて、学習条件が成立しているか否かを判定する。学習値算出部５４２は、学習条件が成立した場合に、偏差Δτｅｓｔ２に基づいて、誤差学習値Δτｌｒｎを更新する。

【0059】

この構成によれば、予め設定した学習条件が成立した場合に、学習を行うことにより、学習精度を向上させることができる。

【0060】

本実施の形態では、図１０及び図１１に示すように、学習条件判定部５４４は、回転速度Ｎｅの増加中に、回転速度Ｎｅが、予め設定された判定回転速度Ｔｈｎｅを通過したときに、学習条件が成立したと判定する。

【0061】

回転速度Ｎｅの加速及び減速が行われている状態では、内燃機関のトルクが増減している過渡状態であるため、この過渡状態で学習を行うと、学習精度の低下を招きやすい。回転速度Ｎｅが連続して増加している状態では、トルクの増減が少なく、安定しているため、学習精度を向上できる。特に、２輪車両の場合は、４輪車両に比べ内燃機関の出力が小さく、低慣性であるため、変動要因により学習精度が低下し易いが、上記の構成により、学習精度の低下を抑制できる。

【0062】

例えば、学習条件判定部５４４は、判定期間Ｔｊｄの間、連続して回転速度Ｎｅが増加しており、且つ、回転速度Ｎｅが、判定回転速度Ｔｈｎｅを通過したときに、学習条件が成立したと判定する。

【0063】

判定期間Ｔｊｄを設定することで、トルクの増減が少なく、安定している状態を、より精度よく判定でき、学習精度を向上できる。

【0064】

更に、学習条件判定部５４４は、判定期間Ｔｊｄの間、連続して回転速度Ｎｅが、予め設定された増加率の範囲内で増加しており、且つ、回転速度Ｎｅが、判定回転速度Ｔｈｎｅを通過したときに、学習条件が成立したと判定してもよい。

【0065】

回転速度Ｎｅの増加率の範囲を設定することで、トルクの増減が少なく、安定している状態を、更に精度よく判定でき、学習精度を向上できる。

【0066】

図１０及び図１１を用いて、学習時の挙動を説明する。まず、図１０について説明する。図１０では、内燃機関に個体ばらつき及び経年変化が無い状態であり、第２推定トルクτｅｓｔ２と第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆとが一致しており、偏差Δτｅｓｔ２がゼロに近い。スロットル開度θｔｈが増加し、トルクが増加し、回転速度Ｎｅが連続的に増加している。回転速度Ｎｅの増加中に、時刻ｔ０１で、回転速度Ｎｅが判定回転速度Ｔｈｎｅを通過しており、学習条件が成立している。学習条件が成立したときの偏差Δτｅｓｔ２が誤差学習値Δτｌｒｎとして学習される。

【0067】

次に、図１１について説明する。図１１では、内燃機関に個体ばらつき及び経年変化が有る状態であり、第２推定トルクτｅｓｔ２が第２推定トルクの基準値τｅｓｔ２ｒｅｆを上回っており、偏差Δτｅｓｔ２がゼロよりも小さくなっている。スロットル開度θｔｈが増加し、トルクが増加し、回転速度Ｎｅが連続的に増加している。回転速度Ｎｅの増加中に、時刻ｔ０１で、回転速度Ｎｅが判定回転速度Ｔｈｎｅを通過しており、学習条件が成立している。学習条件が成立したときの偏差Δτｅｓｔ２が誤差学習値Δτｌｒｎとして学習される。

【0068】

なお、学習条件が複数回成立したときの複数回の偏差Δτｅｓｔ２の平均値が、誤差学習値Δτｌｒｎとして学習されてもよい。

【0069】

上記の各実施の形態においては、気筒数が４つの４気筒の内燃機関が用いられる場合を例に説明した。しかし、任意の気筒数（例えば、１気筒、２気筒、３気筒、６気筒）の内燃機関が用いられてもよい。

【0070】

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0071】

１ 内燃機関、２ クランク軸、７ 燃焼室（気筒）、５１ 回転情報検出部、５２ 第１推定トルク算出部、５３ 第２推定トルク算出部、５４ 第３推定トルク算出部、１００ トルク推定装置、Ｋτ 補正係数、Ｎｅ 回転速度、Ｔｈｎｅ 判定回転速度、Ｔｊｄ 判定期間、τｅｓｔ１ 第１推定トルク、τｅｓｔ２ 第２推定トルク、τｅｓｔ２ｒｅｆ 第２推定トルクの基準値、τｅｓｔ３ 第３推定トルク、Δτｅｓｔ２ 偏差、Δτｌｒｎ 誤差学習値、αｄ 角加速度、αｍａｘ 角加速度の最大値、θｔｈ スロットル開度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】