JP2013060883A - エンジンの熱効率推定装置及びエンジントルク制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】点火時期のMBT点火時期からの遅角量を所定の遅角量単位で所定の周期毎に取得し、今回周期で取得された遅角量と、遅角量とエンジンの熱効率との対応関係と、遅角量の不感帯幅とから、今回周期の遅角量における熱効率不感帯を所定周期で設定する熱効率不感帯設定手段10Aと、遅角量の所定時間での変化量と設定された熱効率不感帯とに基づいて、変化量が不感帯の範囲内にある場合は、前回の周期で推定された熱効率を今回の周期の熱効率と算出する熱効率算出手段10Bと、をそなえる。
【選択図】図1
Description
そこで、エンジントルクに着目して制御を行なう、いわゆるトルクベース制御が開発されている。例えば、特許文献1には、エンジンの要求トルクの指標から目標トルクの指標を求め、この目標トルクの指標に基づいて電子制御スロットルバルブを適正な開度に調節して、所望のエンジン出力トルクを得る技術が記載されている。この技術の場合、エンジンのトルク制御の指標として図示平均有効圧を用いて制御している。
かかる点火時期制御に関しては種々の技術が提案されており、例えば、特許文献2には、トルクベース制御までは言及されていないが、内燃機関の図示トルク(機関出力軸から出力される正味トルクに、機関内部の摩擦損失を加えた全トルク)は点火時期に応じて変化し、点火時期を遅角限界値から進角側に移動させると、図示トルクは上昇し、次いで下降する。このトルク特性曲線の頂点の直前にMBT(Minimum advance for Best Torque)とよばれる、実質的に、大きなトルクが得られると共にノッキングが発生しない点火時期があることが記載されている。
熱効率=(MBTからの各遅角量におけるトルク)/(MBT時のトルク)
また、この指標(熱効率)は、例えば図12に示すように、MBT点火時期からの遅角量が大きくなるほど減少し、この際の減少率、つまり、横軸にMBT点火時期からの遅角量をとって縦軸に指標をとった場合の変化率勾配は、MBT点火時期からの遅角量が小さい領域A1では小さく、MBT点火時期からの遅角量が大きい領域A2では大きくなる傾向がある。MBT点火時期からの遅角量に対する指標(熱効率)の変化率勾配の大きさ(絶対値)は例えば図13に示すような特性となる。
例えば、定常運転であっても丸め誤差の影響でMBT点火時期からの遅角量が単位遅角量だけ変化する場合があり、遅角量に対する熱効率が単位遅角量に対応する分だけ変動することとなる。
前記対応関係が得られる、前記ズレ量と前記ズレ量に対する前記熱効率の変化率である勾配との関係を記録したマップをそなえ、前記熱効率不感帯設定手段は、前記マップから得られる今回周期の前記熱効率の勾配の大きさに前記不感帯幅を乗算した値を不感帯基本値に設定する不感帯基本値設定手段をそなえ、前記不感帯基本値に基づいて前記熱効率の不感帯を設定することが好ましい。
前記制御パラメータは、エンジンの点火時期であって、前記制御パラメータの基準状態は、MBT点火時期であって、前記制御パラメータの前記基準状態からのズレ量は、前記点火時期の前記MBT点火時期からの遅角量であることが好ましい。
また、ズレ量に対する熱効率の変化率である勾配に着目し、今回周期の熱効率の勾配の大きさに不感帯幅を乗算した値を不感帯基本値に設定したり、今回周期のズレ量に対応した熱効率と、今回周期のズレ量に対して不感帯幅だけ変化したズレ量に対応した熱効率とを算出し、算出した2つの熱効率の差を不感帯基本値に設定したりして、設定した不感帯基本値に基づいて熱効率の不感帯を設定すれば、確実に熱効率の不感帯を設定できる。
また、過渡状態の補正量(実充填効率の予測補正量)の算出のために目標Ecを用いるような場合であっても、目標Ecの算出過程に適宜不感帯によって処理された熱効率を用いることにより、定常運転にあっては丸め誤差の影響による不要な補正量の発生を防止することができる。
なお、以下の各実施形態では、エンジン(内燃機関)のトルク制御にかかる制御パラメータがエンジンの点火時期である場合を説明する。また、エンジントルクにかかる他の制御パラメータには、空燃比や外部EGR等があるが、これらはいずれも基準状態であるものとする。例えば、空燃比は理論空燃比であり、外部EGRは作動していないものとする。したがって、制御パラメータの基準状態はMBT点火時期であって、制御パラメータの基準状態からのズレ量は点火時期のMBT点火時期からの遅角量となる。
〔構成〕
本実施形態にかかるエンジントルク制御装置は、図11を用いて課題の欄で説明したように、エンジントルクを制御する際に、ETV(電子制御スロットル弁)の通過空気量に相当する目標Pi(要求空気量算出用要求トルク,Pi:図示平均有効圧)PiETVが取得されると、これに対応したEc(充填効率:charging efficiency)を目標Ecとして設定し、この目標Ecに基づいてエンジントルクを制御する。
ただし、エンジンの運転が定常状態にあるか過渡状態にあるかのパラメータに基づいて、エンジンの運転が定常状態にあるほど1に近い値をとり、エンジンの運転が過渡状態にあるほど0に近い値をとるように、不感帯反映ゲインを設定し、点火時期不感帯幅に対応する熱効率不感帯(不感帯基本値)に不感帯反映ゲインを乗算して、これにより得られた熱効率不感帯を空気量制御用熱効率KPiの更新に用いるようにしている。
したがって、図6に示すように、遅角量に対応した点火指標(熱効率)と(点P1参照)、遅角量を点火時期の不感帯幅Bで減算した(遅角させた)値に対応した点火指標(熱効率)とが得られ(点P2参照)、それぞれの点火指標(熱効率)の差Y2を算出し、この値Y2を、点火指標不感帯基本値(熱効率不感帯基本値)とする。
なお、本実施形態では、エンジン(内燃機関)の運転目標としての目標運転パラメータとして、エンジン目標筒内空気量を用いており、エンジンの操作対象目標として、この目標筒内空気量を進みフィルタで進み演算処理をして得られるエンジンの目標スロットル流量を上記のノイズフィルタで処理した値(フィルタ後目標運転パラメータ)を用いている。
エンジンの熱効率推定装置1は、図1に示すように、演算部13において、点火指標不感帯基本値算出部11により算出された点火指標不感帯基本値(熱効率不感帯基本値)Y2に不感帯反映ゲイン算出部12より算出された不感帯反映ゲインGを乗算して、点火指標不感帯(熱効率不感帯)を得ている。
そして、前回周期の不感帯反映後の点火指標(熱効率)に、点火指標変化量(不感帯反映後)を加算することにより、今回の周期の不感帯反映後の点火指標(熱効率)を算出する(符号1e参照)。
本実施形態にかかるエンジンの熱効率推定装置及びエンジントルク制御装置は、上述のように構成されるので、エンジンの点火時期のMBT点火時期からの遅角量に関する不感帯幅Bを設定し、遅角量とエンジンの熱効率との対応マップ等を用いて不感帯幅Bに基づいて、遅角量における熱効率の不感帯(点火指標不感帯)Y2を制御周期毎に設定し、熱効率変化量がこの不感帯Y2の範囲内にある場合は、前回の周期で推定された熱効率(点火指標)を今回の周期の熱効率とするので、熱効率を丸め誤差の影響なく算出することができる。
〔構成〕
本実施形態にかかるエンジントルク制御装置は、点火指標不感帯に基づいて目標Ecの不感帯を設定し、目標Ecの変化がこの目標Ec不感帯の範囲内である場合、前回の目標Ecを用いるように構成されている。
そして、エンスト時及びエンジン始動時を除き、目標Ec変化量の正負に応じて目標Ec変化量(不感帯反映後)を設定する。
この目標Ecに基づいてエンジントルクを制御する。
本実施形態にかかるエンジントルク制御装置は、上述のように構成されるので、目標Ecの変化量が、エンジンの点火時期のMBT点火時期からの遅角量に関する不感帯幅Bに基づいて設定される目標Ec不感帯の範囲内にあれば、目標Ecを変更しないで前回の目標Ecを用いてエンジントルクを制御するので、目標充填効率が丸め誤差の影響なく算出され適切にエンジントルクを制御することができる。
図9,図10は、エンジン回転数が一定の条件下で、エンジンへのトルク要求が急増し(過渡状態)、その後、その負荷状態が略一定に継続される(定常状態)場合における、エンジン回転数,エンジンのトルク制御目標Ec(太線),実Ec(充填効率相当値)(細線),不感帯処理しない目標Ec変化率(図9では太線、図10では細線),目標Ec不感帯(図10に中線),不感帯処理後の目標Ec変化率(図10に太線),充填効率予測補正量(太線、実Ecの予測補正量),燃料演算用Ec(細線、実Ecに予測補正量を反映したもの)をそれぞれ示すタイムチャートである。図9は不感帯を採用しない場合を示し、図10は不感帯を採用した場合を示す。ただし、図9,図10は、条件は近似するものの同一ではない。また、変化率は所定時間(例えば、10msec)前の値との差である。
一方、図10に示すように、不感帯を採用した場合は、定常状態においては不感帯が大きく設定され、目標Ec変化率が丸め誤差の影響を受けずに安定し、トルク制御目標Ecも燃料演算用Ecも充填効率予測補正量も同様に安定する。また、定常状態においては不感帯が小さく設定され、トルク制御目標Ecも燃料演算用Ecも充填効率予測補正量も変動レスポンスが確保される。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でかかる実施形態を適宜変更して実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、エンジンの制御パラメータがエンジンの点火時期である場合を説明したが、エンジンの制御パラメータはこれに限らず、例えば、空燃比や外部EGRの有無などその他の制御パラメータであっても適用しうる。例えば、エンジンの制御パラメータが空燃比の場合、制御パラメータの基準状態は理論空燃比として、制御パラメータの基準状態からのズレ量は実空燃比の理論空燃比との差とすることができ、本発明を適用できる。
10A 点火指標不感帯設定部(熱効率不感帯設定手段)
10B 熱効率算出部(熱効率算出手段)
11 点火指標不感帯基本値算出部(不感帯基本値設定手段)
12 不感帯反映ゲイン算出部(ゲイン設定手段)
12b,12c 演算部(目標運転パラメータ遅れ量算出手段)
12d 演算部(過渡判定パラメータ算出手段)
13 乗算部
14 目標Ec不感帯算出部(目標充填効率不感帯設定手段)
21 目標トルク基準化手段
22,23 目標充填効率算出手段
100 エンジントルク制御装置
Claims (10)
- エンジンの制御パラメータの基準状態からのズレ量と前記エンジンの熱効率との対応関係を記録した対応関係記録手段と、
前記ズレ量を所定のズレ量単位で所定の周期毎に取得するズレ量取得手段と、
前記ズレ量取得手段により取得された今回周期の前記ズレ量と前記対応関係記録手段に記録された前記対応関係と前記ズレ量に関して設定された不感帯幅とに基づいて、今回周期の前記ズレ量における前記熱効率の不感帯を所定周期で設定する熱効率不感帯設定手段と、
前記周期で前記熱効率を算出する手段であって、前記ズレ量取得手段により取得された前記ズレ量の所定時間での変化量と前記熱効率不感帯設定手段により設定された前記熱効率に関する不感帯とに基づいて、前記変化量が前記不感帯の範囲内にある場合は、前回の周期で推定された前記熱効率を今回の周期の熱効率とし、前記変化量が前記不感帯の範囲外にある場合は、今回の周期で前記ズレ量取得手段により取得された前記ズレ量と前記対応関係記録手段に記録された前記対応関係とに基づいて、今回の周期の熱効率を算出する熱効率算出手段と、をそなえている
ことを特徴とする、エンジンの熱効率推定装置。 - 前記不感帯幅は前記ズレ量単位の少なくとも2倍に設定され、
前記所定時間は前記周期の時間に設定されている
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジンの熱効率推定装置。 - 前記対応関係が得られる、前記ズレ量と前記ズレ量に対する前記熱効率の変化率である勾配との関係を記録したマップをそなえ、前記熱効率不感帯設定手段は、前記マップから得られる今回周期の前記熱効率の勾配の大きさに前記不感帯幅を乗算した値を不感帯基本値に設定する不感帯基本値設定手段をそなえ、前記不感帯基本値に基づいて前記熱効率の不感帯を設定する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のエンジンの熱効率推定装置。 - 前記熱効率不感帯設定手段は、前記対応関係から、今回周期の前記ズレ量に対応した前記熱効率と、今回周期の前記ズレ量に対して前記不感帯幅だけ変化した前記ズレ量に対応した前記熱効率とを算出し、算出した2つの前記熱効率の差を不感帯基本値に設定する不感帯基本値設定手段をそなえ、前記不感帯基本値に基づいて前記熱効率の不感帯を設定する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のエンジンの熱効率推定装置。 - 前記熱効率不感帯設定手段は、前記エンジンの運転が定常状態にあるか過渡状態にあるかの過渡判定パラメータに基づいて、前記エンジンの運転が定常状態にあるほど1に近い値をとり、前記エンジンの運転が過渡状態にあるほど0に近い値をとるように、不感帯反映ゲインを設定するゲイン設定手段を備え、
前記不感帯基本値に前記ゲイン設定手段により設定された前記不感帯反映ゲインを乗算することにより前記熱効率の不感帯を設定する
ことを特徴とする、請求項3又は4記載のエンジンの熱効率推定装置。 - 前記ゲイン設定手段は、
前記エンジンの目標運転パラメータと、前記目標運転パラメータにフィルタ処理したフィルタ後目標運転パラメータとの差の絶対値を算出する目標運転パラメータ遅れ量算出手段と、
前記目標運転パラメータ遅れ量の今回周期算出値と、前記過渡判定パラメータの前回周期算出値に1よりも小さい減衰係数を乗算して算出した値との大きいもの取りをして前記過渡判定パラメータの今回周期算出値を算出する過渡判定パラメータ算出手段と、を備えている
ことを特徴とする、請求項5記載のエンジンの熱効率推定装置。 - 前記エンジンの目標運転パラメータは、前記エンジンの目標筒内空気量であって、
前記フィルタ後目標運転パラメータは、前記エンジンの目標スロットル流量であることを特徴とする、請求項6記載のエンジンの熱効率推定装置。 - 前記制御パラメータは、エンジンの点火時期であって、
前記制御パラメータの基準状態は、MBT点火時期であって、
前記制御パラメータの前記基準状態からのズレ量は、前記点火時期の前記MBT点火時期からの遅角量である
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載のエンジンの熱効率推定装置。 - エンジンの制御パラメータのその時点の状況下での目標トルクを取得する目標トルク取得手段と、
前記エンジンの熱効率を推定する熱効率推定手段と、
前記目標トルク取得手段により取得された前記目標トルクを前記熱効率により除算して前記制御パラメータが基準状態である場合の目標トルクに基準化する目標トルク基準化手段と、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記目標トルクを前記エンジン回転数に対応して前記エンジンのトルク制御パラメータである充填効率に変換するための変換係数を求めるマップであって、前記制御パラメータが基準状態である場合の前記目標トルク及び前記エンジン回転数と前記変換係数とを対応させた変換係数マップと、
前記変換係数マップを用いて、前記目標トルク基準化手段により基準化された前記目標トルクから前記エンジン回転数に応じた前記変換係数を算出する変換係数算出手段と、
前記目標トルク基準化手段により基準化された前記目標トルクを、変換係数算出手段により算出された前記変換係数で除算して前記充填効率の目標値である目標充填効率を算出する目標充填効率算出手段と、をそなえ、
前記熱効率推定手段には、請求項1〜8の何れか1項に記載のエンジンの熱効率推定装置が用いられ、
前記目標充填効率算出手段により算出された前記目標充填効率に基づいて前記エンジンのトルクを制御する
ことを特徴とする、エンジントルク制御装置。 - エンジンの制御パラメータのその時点の状況下での目標トルクを取得する目標トルク取得手段と、
請求項1〜8の何れか1項に記載のエンジンの熱効率推定装置が用いられ、前記変化量が前記不感帯の範囲内にある場合において、前回の周期で推定された前記熱効率を今回の周期の熱効率とされた不感帯利用熱効率と、今回の周期で取得された前記ズレ量と前記対応関係とに基づいて算出され今回の周期の熱効率と推定された不感帯非利用熱効率とをいずれも算出する熱効率算出手段と、
前記目標トルク取得手段により取得された前記目標トルクを、前記熱効率算出手段により算出された前記不感帯利用熱効率及び前記不感帯非利用熱効率によりそれぞれ除算して、前記制御パラメータが基準状態である場合の第1目標トルク及び第2目標トルクに基準化する目標トルク基準化手段と、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記の目標トルクを前記エンジン回転数に対応して前記エンジンのトルク制御パラメータである充填効率に変換するための変換係数を求めるマップであって、前記制御パラメータが基準状態である場合の前記目標トルク及び前記エンジン回転数と前記変換係数とを対応させた変換係数マップと、
前記変換係数マップを用いて、前記目標トルク基準化手段により基準化された前記目標トルクから前記エンジン回転数に応じた前記変換係数を算出する変換係数算出手段と、
前記目標トルク基準化手段により基準化された前記第2目標トルクを、変換係数算出手段により算出された前記変換係数で除算して前記充填効率の目標値である目標充填効率の基本値を所定の周期毎に算出する目標充填効率基本値算出手段と、
前記目標トルク基準化手段により基準化された前記第1目標トルク及び前記第2目標トルクを、変換係数算出手段により算出された前記変換係数で除算して前記充填効率の目標値である第1目標充填効率及び第2目標充填効率を算出して、前記第1目標充填効率及び前記第2目標充填効率の差を目標充填効率変化量不感帯と設定する目標充填効率不感帯設定手段と、
前回周期の前記目標充填効率と今回周期の前記目標充填効率基本値との差が前記目標充填効率変化量不感帯以内であれば、前回周期の前記目標充填効率を今回周期の前記目標充填効率とし、前回周期の前記目標充填効率と今回周期の前記目標充填効率基本値との差が前記目標充填効率変化量不感帯以上であれば、今回周期の前記目標充填効率基本値を今回周期の前記目標充填効率とする目標充填効率算出手段と、をそなえ、
前記目標充填効率算出手段により算出された前記目標充填効率に基づいて前記エンジンのトルクを制御する
ことを特徴とする、エンジントルク制御装置。
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