JP2010174710A - 内燃機関システム制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 内燃機関システムにおける定常運転状態での筒内吸入空気流量と過給圧との関係である吸気量−過給圧定常関係と、過給圧取得手段による過給圧取得値と、に基づいて、定常運転状態にて過給圧が過給圧取得値と一致すると仮定した場合の筒内吸入空気流量である暫定吸入空気量を取得する。定常運転状態での筒内吸入空気流量とコンプレッサの回転数との関係である吸気量−回転数定常関係と、筒内吸入空気流量取得手段により取得された筒内吸入空気流量と、暫定吸入空気量と、に基づいて、コンプレッサ回転数を推定する。
【選択図】 図10
Description
本発明の適用対象である内燃機関システムは、内燃機関と、吸気通路と、スロットル弁と、過給機と、を備えている。また、この内燃機関システムは、インタークーラをさらに備え得る。
一般に、前記過給機の単体としては、前記コンプレッサ流出量と前記過給圧との関係は前記コンプレッサ回転数に応じて様々に変化する。
図1は、本発明の一実施形態が適用された内燃機関システム1の全体構成を示す概略図である。内燃機関システム1は、直列複数気筒の内燃機関2と、吸排気系統3と、制御装置4と、を備えている(図1には気筒配列方向と直交する面による内燃機関2の断面図が示されているものとする)。以下、内燃機関システム1の各部の構成について説明する。
シリンダブロック20a及びシリンダヘッド20bは、内燃機関2の本体部分(エンジンブロック)を構成する部材であって、互いに接合されている。すなわち、ロワーケースやオイルパン等を含むシリンダブロック20aの上端部には、シリンダヘッド20bが固定されている。
吸気ポート25には、吸気マニホールド31が接続されている。吸気マニホールド31は、サージタンク32と接続されている。サージタンク32は、吸気ダクト33と接続されている。すなわち、吸気ポート25、吸気マニホールド31、サージタンク32、及び吸気ダクト33によって、本発明の吸気通路が構成されている。
本発明の一実施形態である制御装置4は、内燃機関システム1の動作を制御するように構成されている。
本実施形態の内燃機関システム1には、圧力センサ41と、温度センサ42と、カムポジションセンサ43と、クランクポジションセンサ44と、スロットルポジションセンサ45と、アクセル開度センサ46と、が設けられている。
図2は、図1に示されている制御装置4の機能ブロック図である。この図2に示されているように、本実施形態の制御装置4は、電子制御スロットル弁ロジックA1と、電子制御スロットル弁モデルM1と、スロットルモデルM2と、吸気弁モデルM3と、コンプレッサモデルM4と、インタークーラモデルM5と、吸気管モデルM6と、吸気弁モデルM7と、を備えている。
以下、図2に示されている各ブロックの内容及び機能について説明する。なお、各ブロックにて用いられる計算モデルを表す式の導出は周知であるため(例えば、特開2001−41095号公報や特開2003−184613号公報等を参照。)、本明細書においてはその詳細な説明は省略されている。
電子制御スロットル弁モデルM1は、電子制御スロットル弁ロジックA1と協働して、現時点までのアクセルペダル操作量Accpに基づいて、現時点より先の第1時点(現時点から遅延時間TD(本例では64ms)だけ経過した後の時点)までのスロットル弁開度θtを推定する計算モデルである。
θte(k)=θte(k-1)+ΔTt1・f(θtt(k),θte(k-1)) …(1)
スロットルモデルM2は、本モデルを表す一般式である下記(2)及び(3)式に基づいて、スロットル弁36の周囲を通過する空気の流量であるスロットル通過空気流量mtを推定する計算モデルである。
吸気弁モデルM3は、前記吸気管部内の空気の圧力である吸気管内圧力Pm、前記吸気管部内の空気の温度である吸気管内温度Tm、及びインタークーラ内温度Tic等から、吸気弁27aの周囲を通過してシリンダ21内に流入する空気の流量である筒内吸入空気流量mcを推定する計算モデルである。
mc=(Tic/Tm)・(c・Pm−d) …(4)
コンプレッサモデルM4は、吸気弁モデルM3により既に推定されている直前(最新)の筒内吸入空気流量mc(k-1)と、後述するインタークーラモデルM5により既に推定されている直前(最新)のインタークーラ内圧力Pic(k-1)と、に基づいて、コンプレッサ35bから流出する空気(インタークーラ38に供給される空気)の流量であるコンプレッサ流出量mcmを推定する計算モデルである。
本発明の発明者は、種々の検討を行った結果、以下の知見を得た。
図9は、図2に示されているコンプレッサモデルM4におけるコンプレッサ流出量mcmの取得に関する構成の詳細を示す機能ブロック図である。以下、図9を参照すると、コンプレッサモデルM4には、暫定吸入空気量取得部M41と、コンプレッサ回転数推定部M42と、暫定筒内吸入空気流量取得部M43と、暫定過給圧取得部M44と、演算部M45ないしM47と、が含まれる。
インタークーラモデルM5は、本モデルを表す一般式である下記(6)及び(7)式、吸気温度Ta、インタークーラ部に流入する空気の流量(すなわちコンプレッサ流出量mcm)、コンプレッサ付与エネルギーEcm、並びに前記インタークーラ部から流出する空気の流量(すなわち、スロットル通過空気流量mt)から、インタークーラ内圧力Pic及びインタークーラ内温度Ticを算出するモデルである(下記(6)及び(7)式の導出過程については特開2006−70881号公報を参照)。
d(Pic/Tic)/dt=(R/Vic)・(mcm−mt) …(6)
dPic/dt=κ・(R/Vic)・(mcm・Ta−mt・Tic)+(κ−1)/(Vic)・(Ecm−K・(Tic−Ta)) …(7)
吸気管モデルM6は、本モデルを表す一般式である下記(8)及び(9)式、前記吸気管部に流入する空気の流量(すなわちスロットル通過空気流量mt)、インタークーラ内温度(スロットル弁上流温度)Tic、並びに前記吸気管部から流出する空気の流量(すなわち筒内吸入空気流量mc)に基づいて、吸気管内圧力Pm及び吸気管内温度Tmを算出するモデルである。なお、下記(8)及び(9)式において、Vmは前記吸気管部の容積である。
d(Pm/Tm)/dt=(R/Vm)・(mt−mc) …(8)
dPm/dt=κ・(R/Vm)・(mt・Tic−mc・Tm) …(9)
吸気弁モデルM7は、上述の吸気弁モデルM3と同様のモデルを含んでいる。吸気弁モデルM7においては、吸気管モデルM6が推定した最新の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)と、インタークーラモデルM5が推定した最新のインタークーラ内温度Tic(k)と、を、本モデルを表す一般式でありる前記(4)式に適用して同式の計算を行うことで、最新の筒内吸入空気流量mc(k)を算出する。
次に、上述の構成を備えた本実施形態の制御装置4の動作の具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、フローチャートを示す図面においては、「ステップ」は“S”と略称されているものとする。
CPU40aは、図12に示されているスロットル弁開度推定ルーチン1200を、所定の演算周期ΔTt1(本例では2ms)の経過毎に実行する。
一方、CPU40aは、図13に示されている筒内空気量推定ルーチン1300を所定の演算周期ΔTt2(本例では8ms)の経過毎に実行することにより、現時点より先の時点の筒内空気量(予測筒内空気量KLfwd)を推定する。
Δt=t2−t1
上述の通り、本実施形態の制御装置4は、排気パラメータと比べて取得(計測あるいは算出)が精度良く行われ得る吸気パラメータと、前記吸気系における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された計算モデル(吸気弁モデル等)とを用いて、筒内吸入空気流量mcやインタークーラ内圧力Picを算出する。
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
θte(k)=θtt(k)
25…吸気ポート 27a…吸気弁 28…インジェクタ
3…吸排気系統 31…吸気マニホールド 33…吸気ダクト
34…排気管 35…過給機 35b…コンプレッサ
36…スロットル弁 36a…スロットル弁アクチュエータ
38…インタークーラ
4…制御装置 40…ECU 40a…CPU
40b…ROM 41…圧力センサ 42…温度センサ
43…カムポジションセンサ 44…クランクポジションセンサ
45…スロットルポジションセンサ 46…アクセル開度センサ
M1…電子制御スロットル弁モデル M2…スロットルモデル
M3…吸気弁モデル M4…コンプレッサモデル
M41…暫定吸入空気量取得部 M42…コンプレッサ回転数推定部
M421…第一暫定回転数取得部 M422…第二暫定回転数取得部
M423…演算部 M424…無駄時間演算部
M425…一次遅れ演算部 M426…演算部
M43…暫定筒内吸入空気流量取得部 M44…暫定過給圧取得部
M45〜M47…演算部 M5…インタークーラモデル
M6…吸気管モデル M7…吸気弁モデル
Claims (6)
- 内燃機関の内部に設けられた気筒と接続された、吸気通路と、
前記吸気通路における前記気筒との接続部である吸気ポートを開閉するように前記内燃機関に設けられた、吸気弁と、
前記吸気通路に介装されていて当該吸気通路における流路断面積を調整可能な、スロットル弁と、
前記吸気通路における前記スロットル弁よりも上流側にて当該吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する、過給機と、
を備えた内燃機関システムを制御する、内燃機関システム制御装置であって、
前記吸気通路と前記スロットル弁と前記コンプレッサと前記吸気弁とを含む吸気系における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された計算モデルを用いて、前記気筒内に流入する空気の流量である筒内吸入空気流量を取得する、筒内吸入空気流量取得手段と、
前記吸気系における空気の挙動に関する他の物理法則に基づいて構築された他の計算モデルを用いて、前記コンプレッサによって圧縮された空気の圧力に対応する過給圧を取得する、過給圧取得手段と、
前記内燃機関システムにおける定常運転状態での前記筒内吸入空気流量と前記過給圧との関係である吸気量−過給圧定常関係と、前記過給圧取得手段による過給圧取得値と、に基づいて、前記定常運転状態にて前記過給圧が前記過給圧取得値と一致すると仮定した場合の前記筒内吸入空気流量である暫定吸入空気量を取得する、暫定吸入空気量取得手段と、
前記定常運転状態での前記筒内吸入空気流量と前記コンプレッサの回転数との関係である吸気量−回転数定常関係と、前記筒内吸入空気流量取得手段により取得された前記筒内吸入空気流量と、前記暫定吸入空気量と、に基づいて、前記回転数を推定する、コンプレッサ回転数推定手段と、
を備えたことを特徴とする、内燃機関システム制御装置。 - 請求項1に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記コンプレッサ回転数推定手段は、
前記筒内吸入空気流量取得手段により取得された前記筒内吸入空気流量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記回転数の暫定値である第一暫定回転数を取得する、第一暫定回転数取得手段と、
前記暫定吸入空気量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記回転数の他の暫定値である第二暫定回転数を取得する、第二暫定回転数取得手段と、
前記第一暫定回転数及び前記第二暫定回転数に基づいて、過渡的な前記回転数の変化を推定することで、前記回転数の推定値を取得する、回転数推定値取得手段と、
を備えたことを特徴とする、内燃機関システム制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の、内燃機関システム制御装置において、
前記コンプレッサ回転数推定手段による回転数推定値と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記定常運転状態にて前記回転数が前記回転数推定値と一致すると仮定した場合の前記筒内吸入空気流量である暫定筒内吸入空気流量を取得する、暫定筒内吸入空気流量取得手段と、
前記吸気量−過給圧定常関係と、前記暫定筒内吸入空気流量と、に基づいて、前記過給圧の暫定値である暫定過給圧を取得する、暫定過給圧取得手段と、
前記暫定筒内吸入空気流量と、前記暫定過給圧と、前記過給圧取得値と、に基づいて、前記コンプレッサから流出する空気の流量であるコンプレッサ流出量を取得する、コンプレッサ流出量取得手段と、
をさらに備えたことを特徴とする、内燃機関システム制御装置。 - 請求項3に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記コンプレッサ流出量取得手段は、
前記暫定過給圧と前記過給圧取得値との偏差及び前記暫定筒内吸入空気流量に基づいて定まる係数と、前記偏差と、の積によって算出される補正値で、前記暫定筒内吸入空気流量を補正することで、前記コンプレッサ流出量を算出することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1項に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記筒内吸入空気流量取得手段は、
前記スロットル弁における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしてのスロットルモデルを用いて、前記スロットル弁における空気の流量であるスロットル通過空気量を、前記スロットル弁の開度に基づいて取得する、スロットル通過空気量取得手段と、
前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の部分での空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしての吸気管モデルを用いて、当該部分における空気の圧力及び温度である吸気管内圧力及び吸気管内温度を、前記スロットル通過空気量に基づいて取得する、吸気管内状態取得手段と、
を備え、前記吸気弁における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしての吸気弁モデルを用いて、前記筒内吸入空気流量を、前記吸気管内圧力及び前記吸気管内温度に基づいて取得することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。 - 請求項5に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記過給圧取得手段は、
前記コンプレッサと前記スロットル弁との間に介装されていて前記コンプレッサから流出する空気を冷却するインタークーラ内の空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしてのインタークーラモデルを用いて、前記過給圧を、前記スロットル通過空気量取得手段によって取得された前記スロットル通過空気量に基づいて取得することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
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