JP2017145720A - 過給エンジンの吸気温推定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンプレッサによる圧縮後の吸気温を、簡易な演算で精度良く推定することのできる過給エンジンの吸気温推定装置を提供する。
【解決手段】吸気を圧縮して燃焼室15に供給するコンプレッサ13を備える過給エンジン10に適用される吸気温推定装置20は、圧縮前の吸気温T0、圧縮前後の吸気圧P0,P1に基づき、コンプレッサ13による吸気の圧縮が断熱された状態で行われたとしたときの圧縮後の吸気温を断熱圧縮吸気温T1mとして演算する断熱圧縮吸気温演算部22と、断熱圧縮吸気温T1mに対して一次遅れの値を返す関数Fを用いて推定吸気温T1を演算する推定吸気温演算部23と、を備える。推定吸気温演算部23は、吸気圧P1の単位時間あたりの変化量が大きいときには、同変化量が小さいときよりも、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性が高くなるように、上記関数Fの係数Kの値を同変化量に応じて可変設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、吸気を圧縮して燃焼室に供給するコンプレッサを備える過給エンジンに適用されて、コンプレッサによる圧縮後の吸気の温度を推定する過給エンジンの吸気温推定装置に関する。
車載等のエンジンの多くでは、吸気通路内の吸気の体積流量を検出するエアフローメータと、吸気通路に取り込まれた外気の温度を検出する外気温センサとが設けられている。そして、エアフローメータ及び外気温センサの検出結果から、燃焼室に導入された吸気の質量、すなわちシリンダ流入空気量を求めている。
一方、吸気を圧縮して燃焼室に供給するコンプレッサを備えた過給エンジンでは、コンプレッサの圧縮により、吸気温が上昇する。また、吸気温が上がれば、吸気の密度は低下する。そのため、過給エンジンでは、シリンダ流入空気量を正確に見積もるため、コンプレッサによる圧縮後の吸気温を確認する必要がある。
従来、過給エンジンでの、コンプレッサによる圧縮後の吸気温を推定する吸気温推定装置として、特許文献1に記載の装置が知られている。同文献の装置では、コンプレッサによる吸気の圧縮が断熱された状態で行われたとするときの圧縮後の吸気温の理論値である断熱圧縮吸気温を、コンプレッサによる圧縮前の吸気温及び吸気圧、コンプレッサによる圧縮後の吸気圧から求めている。そして、その断熱圧縮吸気温に対して、圧縮後吸気圧及びエンジン回転数に基づき設定された補正係数により、エンジン負荷及びエンジン回転数の影響による吸気温変化に対応した補正を行うことで、圧縮後の吸気温の推定値(推定吸気温)を求めている。
特開平03−229952号公報
ところで、実際のコンプレッサでの吸気の圧縮は、断熱的でなく、圧縮後吸気圧の変化に対する吸気温の変化には、外部(吸気管など)との熱交換等による応答遅れがある。そのため、圧縮後吸気圧が変化する過渡時には、上記断熱圧縮吸気温は、実際の吸気温から乖離する。しかしながら、上記従来の過給エンジンの吸気温推定装置では、そうした外部との熱交換の影響は考慮されておらず、過渡時における吸気温の推定結果に誤差が生じる虞がある。
尤も、過給エンジンの吸気系における吸気挙動の精密な物理モデルを構築し、その物理モデルを用いて吸気挙動を再現すれば、コンプレッサによる圧縮後の吸気の温度を高い精度で推定することが可能ではある。しかしながら、そうした物理モデルの構築には、非常に多くの手間が必要であり、また、そうした物理モデルを用いた吸気温の推定には、膨大な演算が必要となる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、コンプレッサによる圧縮後の吸気温を、簡易な演算で精度良く推定することのできる過給エンジンの吸気温推定装置を提供することにある。
上記課題を解決する過給エンジンの吸気温推定装置は、吸気を圧縮して燃焼室に供給するコンプレッサを備える過給エンジンに適用されて、コンプレッサによる圧縮後の吸気の温度を推定する。同吸気温推定装置は、コンプレッサによる圧縮前の吸気の温度である圧縮前吸気温、同コンプレッサによる圧縮前の吸気の圧力である圧縮前吸気圧、及び同コンプレッサによる圧縮後の吸気の圧力である圧縮後吸気圧に基づき、コンプレッサによる吸気の圧縮が断熱された状態で行われたとしたときの同コンプレッサによる圧縮後の吸気温を断熱圧縮吸気温として演算する断熱圧縮吸気温演算部を備える。
コンプレッサによる圧縮後の吸気圧の変化に対して、実際の圧縮後の吸気温は、吸気管などの外部との熱交換の影響のため、断熱圧縮吸気温に遅れて変化する。外部と吸気との温度差が一定とすると、外部と吸気との間の熱移動の量は、時間に比例して多くなる。そのため、圧縮後吸気圧の変化の量が同じであっても、その変化が短時間で行われた場合には、同変化が長い時間を掛けて行われた場合よりも、断熱圧縮吸気温の変化に対する実際の圧縮後吸気温の遅れは小さくなる。すなわち、断熱圧縮吸気温に対する圧縮後吸気温の遅れは、圧縮後吸気圧の変化が急激なときには小さくなり、圧縮後吸気圧の変化が緩やかなときには大きくなり、一次遅れ系として簡潔に表すことはできないものとなる。
一方、上記過給エンジンの吸気温推定装置は、断熱圧縮吸気温に対して一次遅れの値を返す関数を用いて、コンプレッサによる圧縮後の吸気温の推定値である推定吸気温を演算する推定吸気温演算部を備える。上記関数をそのまま演算に用いれば、演算された推定吸気温は、断熱圧縮吸気温に対する一次遅れ系となるため、過渡時には、実際の圧縮後吸気温から乖離した値となってしまう。
その点、上記過給エンジンの吸気温推定装置における推定吸気温演算部は、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が大きいときには、同変化量が小さいときよりも、断熱圧縮吸気温に対する推定吸気温の追従性が高くなるように、上記関数の係数の値を同変化量に応じて可変設定するようにしている。こうして演算された推定吸気温は、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が大きいとき、すなわち同圧縮後吸気圧の変化が急なときには、断熱圧縮吸気温に対する遅れが小さくなる。また、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が小さいとき、すなわち同圧縮後吸気圧の変化が緩やかなときには、断熱圧縮吸気温に対する遅れが大きくなる。したがって、こうした推定吸気温演算部により演算される推定吸気温は、上述した実際の圧縮後吸気温と同じように、圧縮後吸気圧の変化の緩急によって断熱圧縮吸気温に対する遅れ方が変化するものとなる。しかも、推定吸気温演算部が演算に用いる関数そのものは、一次遅れ系を表す単純なものであり、その関数の係数の値を、圧縮後吸気圧の変化の緩急に合わせて変更しているだけである。したがって、上記過給エンジンの吸気温推定装置によれば、コンプレッサによる圧縮後の吸気温を、簡易な演算で精度良く推定することができる。
ところで、上述のように圧縮後吸気温は、圧縮後吸気圧に遅れて変化するため、圧縮後吸気圧の変化の収束後も、その圧縮後吸気圧の変化に応じた圧縮後吸気温の変化は続いている。そのため、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が減少した時点で、断熱圧縮吸気温に対する推定吸気温の追従性を直ちに低下させるようにすると、実際の圧縮後吸気温の変化よりも推定吸気温の変化が遅れてしまうことがある。これに対しては、上記過給エンジンの吸気温推定装置における推定吸気温演算部が、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量の減少に応じて係数の値が変化するときに、同係数の値の単位時間あたりの変化量を規定のガード値以下に制限するガード処理を行って推定吸気温の演算を行うようにするとよい。こうしたガード処理を行えば、圧縮後吸気圧の急激な変化が収束した後もしばらくは、断熱圧縮吸気温に対する推定吸気温の追従性が高い状態が続くため、上記のような推定吸気温の遅れを抑えることが可能となる。
なお、上記のようなガード処理の結果、圧縮後吸気圧の変化が収束した後にも、係数の値の変化が制限された状態が続けられると、推定吸気温の演算値が、実際の圧縮後吸気温よりも早く、圧縮後吸気圧の変化後の値に収束してしまうことがある。これに対しては、上記推定吸気温演算部が、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が大きいときには、同変化量が小さいときよりも、ガード値を小さい値に設定して同ガード処理を行うようにすればよい。このようにすれば、圧縮後吸気圧の変化が収束に向かい、その単位時間あたりの変化量が減少するに従って、ガード処理による係数の変化量の制限が緩和される。そのため、圧縮後吸気圧の変化の収束に応じてより速やかに、ガード処理による係数の変化量の制限を解除することができる。
一方、一般に、過給エンジンの加速時における圧縮後吸気圧の上昇には、同過給エンジンの減速時における圧縮後吸気圧の低下よりも時間がかかるため、圧縮後吸気温が上昇する圧縮後吸気圧の上昇時には、同圧縮後吸気圧の急激な変化は生じにくい。そのため、上記ガード処理による上記係数の単位時間あたりの変化量の制限は、断熱圧縮吸気温の上昇中には行わず、同断熱圧縮吸気温の低下中にのみ行うようにしてもよい。
なお、過給エンジンの加速時における圧縮後吸気圧の上昇や、減速時における同圧縮後吸気圧の低下は、単調な上昇、減少とはならず、上昇の過程において一時的な圧縮後吸気圧の低下が生じたり、低下の過程において一時的な圧縮後吸気圧の上昇が生じたりすることがある。こうした変化過程での圧縮後吸気圧の一時的な変動に対してまで、上記係数の値を変更すると、その一時的な変動に対して鋭敏に反応して、推定吸気温の演算値に不安定な変動が現れることがある。これに対しては、上記過給エンジンの吸気温推定装置において推定吸気温演算部が、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量に応じた上記係数の可変設定を、同変化量が規定の値以上のときに行うようにするとよい。このようにすれば、圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が規定の値を超えるまでは、同変化量に対して係数が変化しない不感帯が設定されるため、上記のような一時的な圧縮後吸気圧の変動の影響が、推定吸気温の演算値に現れにくくなる。
ちなみに、上記過給エンジンの吸気温推定装置における推定吸気温演算部による推定吸気量の演算は、例えば、下式に示される関係となるように推定吸気温の値を更新することで行うことができる。下式におけるT1mは、断熱圧縮吸気温演算部による断熱圧縮吸気温の演算値を示し、T1[old]及びT1[new]は、推定吸気温の更新前の値、更新後の値をそれぞれ示している。さらに、Kは、1以上の値を取る係数となっている。
こうした場合、上式における係数Kが大きい値であるほど、断熱圧縮吸気温に対する推定吸気温の追従性は低くなり、同係数Kが小さい値であるほど、断熱圧縮吸気温に対する推定吸気温の追従性は高くなる。ちなみに、推定吸気温演算部が推定吸気温の演算に用いる関数が上式そのものである場合、同推定吸気温演算部が圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量に応じて可変設定する係数は、上式の係数Kとなる。
過給エンジンの吸気温推定装置の一実施形態の構成と、過給エンジンの構成とを模式的に示す図。 同実施形態での推定吸気温の演算に使用する係数のマップ値と、圧縮後吸気圧の変化率との関係を示すグラフ。 上記ガード処理において設定されるガード値と、圧縮後吸気圧の変化率との関係を示すグラフ。 上記実施形態における推定吸気温の演算に係る処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における圧縮後吸気圧の低下時の、変化率、係数、マップ値、断熱圧縮吸気温、実際の圧縮後吸気温等の推移を模式的に示すタイムチャート。 過給エンジンが加速後に減速したときの圧縮後吸気圧の推移を示すグラフ。 圧縮後吸気圧の上昇時における上記実施形態の推定吸気温の演算結果を、実際の吸気温等と比較して示すグラフ。 圧縮後吸気圧の低下時における上記実施形態の推定吸気温の演算結果を、実際の吸気温等と比較して示すグラフ。
以下、過給エンジンの吸気温推定装置の一実施形態を、図1〜図8を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の吸気温推定装置20が適用される過給エンジン10の吸気通路11には、吸気通路11に取り込まれた吸気に含まれる塵などの不純物を濾過するエアクリーナ12が設けられている。吸気通路11におけるエアクリーナ12よりも下流側の部分には、コンプレッサ13が設けられている。コンプレッサ13は、過給エンジン10の排気の流勢によるタービンホイールの回転、或いは過給エンジン10の出力軸であるクランクシャフトの回転により駆動されて、吸気を圧縮して、吸気通路11の下流側に吐出する。さらに、吸気通路11におけるコンプレッサ13よりも下流側の部分には、スロットルバルブ14が設けられている。スロットルバルブ14は、吸気通路11の流路断面積を変化させて、同吸気通路11を流れる吸気の体積流量(以下、吸入空気流量と記載する)を調整する。こうした吸気通路11の下流端は、過給エンジン10の燃焼室15に接続されている。
また、吸気通路11におけるエアクリーナ12とコンプレッサ13との間の部分には、エアフローメータ16、温度センサ17、及び第1圧力センサ18の3つのセンサが設けられている。また、吸気通路11におけるコンプレッサ13とスロットルバルブ14との間の部分には、第2圧力センサ19が設けられている。エアフローメータ16は、上述の吸入空気流量を検出し、温度センサ17は、コンプレッサ13による圧縮前の吸気の温度(以下、圧縮前吸気温T0と記載する)を検出する。また、第1圧力センサ18は、コンプレッサ13による圧縮前の吸気の圧力(以下、圧縮前吸気圧P0と記載する)を、第2圧力センサ19は、コンプレッサ13による圧縮後の吸気の圧力(以下、圧縮後吸気圧P1と記載する)を、それぞれ検出する。
本実施形態の吸気温推定装置20は、過給エンジン10の制御を司る電子制御ユニット21に設けられている。吸気温推定装置20は、上記温度センサ17、第1圧力センサ18、及び第2圧力センサ19の検出結果から、コンプレッサ13による圧縮後の吸気の温度(以下、圧縮後吸気温と記載する)を推定する。そして、電子制御ユニット21は、吸気温推定装置20が推定した圧縮後吸気温を、過給エンジン10の各種制御に使用する。例えば、電子制御ユニット21は、エアフローメータ16の検出した吸入空気流量と、吸気温推定装置20による圧縮後吸気温の推定値(以下、推定吸気温T1と記載する)とに基づいて、燃焼室15に導入された吸気の質量(シリンダ流入空気質量)を求めている。そして、電子制御ユニット21は、シリンダ流入空気質量に基づき、同シリンダ流入空気質量に対して適切な重量比率となるように、燃焼室15に供給する燃料の質量を決定して、過給エンジン10の燃料供給量を制御している。
吸気温推定装置20は、断熱圧縮吸気温演算部22と、推定吸気温演算部23と、の2つの演算部を備える。吸気温推定装置20は、これら2つの演算部(22,23)が行う処理を通じて、規定の演算周期ごとに、推定吸気温T1を演算する。
断熱圧縮吸気温演算部22は、断熱圧縮吸気温T1mの演算を行う。断熱圧縮吸気温T1mは、コンプレッサ13による吸気の圧縮が断熱された状態で準静的に行われたとしたときの、すなわち圧縮後吸気圧P1の変化に対する圧縮後吸気温の変化が完全な断熱変化であるとしたときの、圧縮後吸気温の理論的な値である。こうした断熱圧縮吸気温T1mの演算は、圧縮前吸気温T0、圧縮前吸気圧P0、及び圧縮後吸気圧P1の各検出値に基づき、下式(1)に示される関係となるように行われる。なお、下式(1)におけるA、Bは、空気の物理特性に応じて値が定められた定数である。
推定吸気温演算部23は、こうして演算された断熱圧縮吸気温T1mに基づき、推定吸気温T1を演算する。推定吸気温T1の演算は、推定吸気温T1の値を、下式(2)に示される関係となるように、上記演算周期ごとに更新することで行われる。下式(2)におけるT1[old]は、推定吸気温T1の更新前の値であり、T1[new]は、前記推定吸気温の更新後の値である。また、下式(2)におけるKは、1以上の値を取る係数である。
上式(2)の関係によれば、更新ごとに推定吸気温T1の値は、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の更新前の値(T1[old])の差を係数Kで除算した値ずつ加増される。なお、過給エンジン10の始動後における最初の推定吸気温T1の演算に際しては、断熱圧縮吸気温T1mの値がそのまま推定吸気温T1の値に設定される。
上式(2)において、係数Kの値を「1」とすると、推定吸気温T1の更新後の値は、更新前の値に関わらず、断熱圧縮吸気温T1mと常に同じ値となる。すなわち、このときの断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の演算値の遅れ(時定数)はゼロとなる。一方、係数Kの値を1から大きくしていくと、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の演算値の遅れ(時定数)は次第に大きくなる。このように上式(2)において係数Kは、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性を定める係数となっている。
こうした係数Kを定数とすると、上式(2)は、断熱圧縮吸気温T1mに対して一次遅れの値を推定吸気温T1として返す関数Fとなる。したがって、推定吸気温演算部23による推定吸気温T1の演算は、断熱圧縮吸気温T1mに対して一次遅れの値を返す関数Fを用いて行われることになる。
ただし、本実施形態では、係数Kは、定数ではなく、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量に応じて値が変化する可変値とされている。係数Kの値の設定は、下記の(a)〜(c)の各処理を通じて行われる。すなわち、推定吸気温演算部23は、係数Kの値の設定に際してまず、(a)圧縮後吸気圧P1の変化率ΔP1を算出する。続いて、推定吸気温演算部23は、(b)その変化率ΔP1に基づき、係数Kのマップ値Kmapを算出する。そして、推定吸気温演算部23は、(c)マップ値Kmapに基づき、係数Kの値を設定する。なお、このときの係数Kの値の設定では、(d)同係数Kの値の単位時間あたりの変化量を制限するガード処理が必要に応じて実施される。
上記(a)の処理では、今回の演算周期に取得した圧縮後吸気圧P1の検出値から前回の演算周期に取得した圧縮後吸気圧P1の検出値を引いた値が圧縮後吸気圧P1の変化率ΔP1として算出される。この変化率ΔP1の値は、圧縮後吸気圧P1が減少しているときには負の値となる。そして、その変化率ΔP1の絶対値は、演算周期を単位時間としたときの、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量を表すことになる。なお、これ以外にも、演算周期ごとの圧縮後吸気圧P1の取得値の移動平均線の傾きを求め、その傾きを変化率ΔP1とするなど、他の方法で同変化率ΔP1を求めることも可能である。
また、上記(b)の処理でのマップ値Kmapの算出は、予め記憶されたマップを参照して行われる。このマップには、変化率ΔP1とマップ値Kmapとの関係が記憶されている。
図2に示すように、マップ値Kmapは、変化率ΔP1の絶対値が規定値α1未満の範囲では、一定の値βとなっている。変化率ΔP1の絶対値をα1から大きくしていくと、マップ値Kmapの値は、βから次第に減少するようになる。なお、変化率ΔP1の絶対値がα1から規定値α2(>α1)に達するまでの区間では、変化率ΔP1の絶対値の増加に対してマップ値Kmapが急激に減少しているが、α2を超える区間では、変化率ΔP1の絶対値の増加に対してのマップ値Kmapの減少はより緩やかとなっている。
さらに上記(c)における係数Kの値の設定では、下記条件(イ)〜(ハ)の1つ以上が満たされていない場合、マップ値Kmapの値がそのまま係数Kの値に設定される。
(イ)圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)の減少に応じて係数Kの値が変化されていること。すなわち、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性が高くなる側に、係数Kの値が変化している過程にあること。なお、本実施形態では、図2に示すように圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)の減少に対するマップ値Kmapの変化は、増加側への変化となっている。そして、このときのマップ値Kmapの増加に応じて係数Kの値も増加するようになっている。
(ロ)断熱圧縮吸気温T1mが低下中であること。
(ハ)マップ値Kmapの値をそのまま係数Kの値に設定した場合に、前回の演算周期からの係数Kの値の変化量ΔKがガード値ΔKmaxを超える値となること。
これに対して、上記条件(イ)〜(ハ)のすべてが満たされている場合、上記(d)のガード処理が実施され、係数Kの値は、前回の演算周期において設定された係数Kの値(以下、前回値Koldと記載する)からの変化量ΔKがガード値ΔKmaxとなる値に設定される。こうしたガード処理では、前回の演算周期からの係数Kの変化量ΔKが、すなわち演算周期を単位時間としたときの、係数Kの単位時間あたりの変化量ΔKが、ガード値ΔKmax以下に制限されることになる。
なお、図3に示すように、ガード値ΔKmaxの値は、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)に応じた可変値とされている。すなわち、ガード値ΔKmaxは、変化率ΔP1の絶対値が規定値γ1以下のときには、最大設定値ε1に設定され、変化率ΔP1の絶対値が規定値γ2(>γ1)以上のときには、最小設定値ε2(>ε1)に設定される。そして、変化率ΔP1の絶対値がγ1からγ2までの範囲にあるときには、ガード値ΔKmaxの値は、同絶対値に増加に応じてε1からε2へと一定の比率で減少するように設定される。
以上のように、推定吸気温演算部23は、推定吸気温T1の演算に用いる関数Fにおいて、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性を定める係数Kの値を、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)に応じて可変設定している。すなわち、推定吸気温演算部23は、断熱圧縮吸気温T1mに対して一時遅れの値を返す上記関数Fにあって、本来は定数である係数Kを変数としたものを、推定吸気温T1の演算に用いている。
図4に、こうした吸気温推定装置20における推定吸気温T1の演算にかかる処理のフローチャートを示す。吸気温推定装置20では、同ルーチンの処理が、規定の演算周期ごとに繰り返し実行される。なお、同フローチャートは、各演算周期において、断熱圧縮吸気温演算部22、及び推定吸気温演算部23が行う処理を、一連の処理として表したものである。具体的には、同フローチャートにおけるステップS100〜S103の処理は、断熱圧縮吸気温演算部22により行われ、ステップS200〜S220の処理は、推定吸気温演算部23により行われる。また、ステップS210〜S214の処理は、上記(c)の係数Kの値の設定に係る処理となっている。
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップS100〜S102において、圧縮前吸気温T0、圧縮前吸気圧P0、及び圧縮後吸気圧P1の各検出値が読み込まれる。そして、ステップS103において、読み込まれた各検出値に基づき、上式(1)に従って断熱圧縮吸気温T1mの演算が行われる。
続いて、ステップS200において、圧縮後吸気圧P1の変化率ΔP1が算出される。そして、次のステップS201において、同変化率ΔP1に基づきマップ値Kmapが算出される。
また、次のステップS210では、同変化率ΔP1に基づきガード値ΔKmaxが算出され、続くステップS211では、断熱圧縮吸気温T1mが低下中であるか否かが、すなわち上記条件(ロ)を満たしているか否かが判定される。そして、断熱圧縮吸気温T1mが低下中であれば(YES)、ステップS212に処理が進められ、低下中でなければ(NO)、ステップS214に処理が進められる。本実施形態では、前回の演算周期における断熱圧縮吸気温T1mの演算値よりも今回の演算周期における断熱圧縮吸気温T1mの演算値の方が小さい(温度が低い)ことをもって、断熱圧縮吸気温T1mが低下中であると判定している。これ以外にも、演算周期ごとの断熱圧縮吸気温T1mの演算値の移動平均線の傾きを求め、その傾きから断熱圧縮吸気温T1mが低下中であるか否かを判定するなど、他の方法で同判定を行うようにしてもよい。
ステップS212に処理が進められると、同ステップS212において、上記ステップS201で算出したマップ値Kmapが、現状の係数Kの値と上記ステップS210で算出したガード値ΔKmaxとの和を超えているか否かが判定される。そして、マップ値Kmapが上記和を超えていれば(YES)、ステップS213に処理が進められ、超えていなければ(NO)、ステップS214に処理が進められる。
なお、本ステップS212では、上記条件(イ)及び(ハ)を共に満たしているか否かを判定している。本ルーチンにおいて本ステップS212に処理が進められた時点では、係数Kの値の操作は行われておらず、このときの係数Kの値は、前回の演算周期に本ルーチンが実行されたときに設定された値、すなわち上述の前回値Koldとなっている。
一方、図2に示すように、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)の減少に対してマップ値Kmapは増加側にのみ変化する。また、マップ値Kmapが増加しているときには、係数Kの値もマップ値Kmapの値を超えない範囲で増加する。よって、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)の減少に応じて係数Kの値が変化(増加)しているときには、すなわち上記条件(イ)を満しているときには、(い)Kmap>Koldの関係となる。
これに対して、マップ値Kmapの値をそのまま係数Kの値に設定した場合に、前回の演算周期からの係数Kの値の変化量ΔKがガード値ΔKmaxを超える値となる場合、すなわち上記条件(ハ)を満たす場合には、(ろ)Kmap>Kold+ΔKmaxの関係となる場合と、(は)Kmap<Kold−ΔKmaxの場合とがある。このうち、(ろ)の関係が成立する場合には(い)の関係が自ずと成立するのに対して、(は)の関係が成立する場合には(い)の関係は必然的に不成立となる。よって、(ろ)の関係の成立、すなわちステップS212での肯定判定をもって、上記条件(イ)(ハ)を共に満たしていると判定することができる。
以上の処理の結果、ステップS213に処理が進められた場合、同ステップS213において、現状の係数Kの値とガード値ΔKmaxとの和が、係数Kの新たな値として設定された後、ステップS220に処理が進められる。すなわち、このステップS213において、上記(d)のガード処理が実施される。
これに対して、ステップS214に処理が進められた場合、同ステップS214において、上記ステップS201で算出されたマップ値Kmapの値が係数Kの値として設定された後、ステップS220に処理が進められる。
ステップS220に処理が進められると、同ステップS220において、上記ステップS103で演算された断熱圧縮吸気温T1mと、上記ステップS213又は上記ステップS214で設定された係数Kの値とに基づき、上式(2)に従って、推定吸気温T1の演算が行われる。そして、推定吸気温T1の演算後、今回の演算周期における本ルーチンの処理が終了される。
(作用)
上図1のような過給エンジン10では、吸気通路11に取り込んだ吸気をコンプレッサ13により圧縮して、燃焼室15に送り込むようにしている。このときのコンプレッサ13での圧縮により、吸気の温度は上昇する。したがって、燃焼室15に流入する吸気の温度は、コンプレッサ13での圧縮により上昇した後の温度、すなわち上述の圧縮後吸気温となる。
過給エンジン10の加速や減速により、圧縮後吸気圧P1が変化すると、上記圧縮後吸気温も変化する。ただし、圧縮後吸気温が変化すると、吸気と外部(コンプレッサ13の筐体や吸気管など)との間に温度差が生じて、圧縮後の吸気と外部との間に熱移動が発生するようになる。よって、このときの圧縮後吸気温の変化は、完全な断熱変化とはならず、圧縮後吸気圧P1の変化に対する圧縮後吸気温の変化には遅れが生じるようになる。すなわち、圧縮後吸気圧P1の変化に対する圧縮後吸気温の変化が完全な断熱変化であるとして演算された断熱圧縮吸気温T1mに対しても、実際の圧縮後吸気温は遅れて変化することになる。このときの断熱圧縮吸気温T1mに対する圧縮後吸気温の遅れは、圧縮後吸気圧P1の変化が急激なときには小さくなり、圧縮後吸気圧P1の変化が緩やかなときには大きくなる。そのため、一次遅れ系として簡潔に表すことはできないものとなる。
ここで、上式(2)における係数Kを定数として推定吸気温T1の演算を行う場合を考える。上述したように、上式(2)は、係数Kを定数とすると、断熱圧縮吸気温T1mに対して、すなわち圧縮後吸気圧P1に対して1次遅れの値を推定吸気温T1として返す関数Fとなる。この場合、圧縮後吸気圧P1の変化が急激なときに適合するよう係数Kの値を設定すれば、同変化が緩やかなときには、推定吸気温T1の演算値は、実際の圧縮後吸気温よりも早く変化するようになる。とはいえ、同変化が緩やかなときに適合するように係数Kの値を設定すれば、同変化が急激なときには、推定吸気温T1の演算値は、実際の圧縮後吸気温よりも遅れて変化するようになる。
これに対して、本実施形態の吸気温推定装置20では、推定吸気温演算部23は、係数Kの値を、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔPの絶対値)に応じて可変設定した上で、推定吸気温T1の演算を行うようにしている。図2のように、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたり変化量(変化率ΔP1の絶対値)が大きいときには、同変化量小さいときよりも、小さい値が係数Kに設定される。上述のように、係数Kの値を1から大きくしていくと、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の演算値の遅れ(時定数)は次第に大きくなる。よって、係数Kの値を小さくするほど、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性が高くなる。すなわち、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の遅れは小さくなる。
こうした推定吸気温演算部23により演算された推定吸気温T1は、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量が大きいとき、すなわち同圧縮後吸気圧P1の変化が急なときには、断熱圧縮吸気温T1mに対する遅れが小さくなる。また、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量が小さいとき、すなわち同圧縮後吸気圧P1の変化が緩やかなときには、断熱圧縮吸気温T1mに対する遅れが大きくなる。したがって、推定吸気温演算部23により演算された推定吸気温T1は、上述した実際の圧縮後吸気温と同じように、圧縮後吸気圧P1の変化の緩急によって断熱圧縮吸気温T1mに対する遅れ方が変化するものとなる。しかも、推定吸気温演算部23が演算に用いる関数Fそのものは、一次遅れ系を表す単純なものであり、その関数Fの係数Kの値を、圧縮後吸気圧P1の変化の緩急に合わせて変更しているだけである。したがって、本実施形態の吸気温推定装置20によれば、コンプレッサ13による圧縮後の吸気温を、簡易な演算で精度良く推定することができる。
ただし、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)より算出された値(マップ値Kmap)をそのまま係数Kの値に設定すると、次の問題が生じることがある。
図5に、圧縮後吸気圧P1の低下時における変化率ΔP1、係数K、マップ値Kmap、断熱圧縮吸気温T1m、実際の圧縮後吸気温(以下、実吸気温T1tと記載する)等の推移を模式的に示す。同図では、時刻t1から時刻t4にかけて圧縮後吸気圧P1が低下しており、そのうち、t2〜t3の期間には、その前後のt1〜t2の期間、及びt3〜t4の期間よりも、圧縮後吸気圧P1の低下が急激なものとなっている。すなわち、t2〜t3の期間における圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)は、t1〜t2の期間、及びt3〜t4の期間よりも大きくなっている。
上述のように、このときの実吸気温T1tの遅れは、圧縮後吸気圧P1の急激な変化に対しては小さく、緩やかな変化に対しては大きくなる。ただし、そうした実吸気温T1tの遅れの変化が現れるのは、圧縮後吸気圧P1の変化率ΔP1の変化から若干の時間が経過してからとなる。
一方、マップ値Kmapは、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)が減少すると、値が即座に大きくされる。そのため、上述のガード処理を行わず、マップ値Kmapの値をそのまま係数Kの値に設定して、推定吸気温T1を演算すれば、同図に一点鎖線で示すように、そうして演算された推定吸気温T1の低下は、実吸気温T1tよりも遅くなってしまう。
これに対して、本実施形態では、変化率ΔP1の絶対値の減少に応じて上記係数Kの値が増加側に変化するときに、同係数Kの値の単位時間あたりの変化量をガード値ΔKmax以下に制限するガード処理を行っている。そのため、圧縮後吸気圧P1の急激な変化が収束した時刻t3以降もしばらくは、係数Kに小さい値が設定された状態が、ひいては断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性が高い状態が続く。そのため、推定吸気温T1の演算結果が、実吸気温T1tの挙動により近似するようになる。
なお、上記のようなガード処理の結果、圧縮後吸気圧P1の変化が収束した後も、係数Kの値の変更が制限された状態が続けられると、推定吸気温T1の演算値が、実吸気温T1tよりも早く、圧縮後吸気圧P1の変化後の値に収束してしまうことがある。すなわち、実吸気温T1tが圧縮後吸気圧P1の変化後の値に収束する時刻t5よりも早い時期に、推定吸気温T1の演算値が収束してしまうようになる。その点、本実施形態では、図3に示すように、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)が大きいときには、同変化量が小さいときよりも、ガード値ΔKmaxを大きい値に設定している。こうした場合、圧縮後吸気圧P1の変化が収束に向かい、その単位時間あたりの変化量が減少するに従って、ガード処理による係数Kの変化量の制限が緩和される。そのため、圧縮後吸気圧P1の変化の収束に応じてより速やかに、ガード処理による係数Kの変化量の制限を解除することができる。
なお、図6に示すように、過給エンジン10の加速時における圧縮後吸気圧P1の上昇には、同過給エンジン10の減速時における圧縮後吸気圧P1の低下よりも時間がかかる。そのため、圧縮後吸気温が上昇する圧縮後吸気圧P1の上昇時には、上記ガード処理でのガード値ΔKmaxによる係数Kの値の単位時間あたりの変化量の制限を行わずとも、推定吸気温T1の演算結果を実吸気温T1tに近似させることができる。そこで、本実施形態では、推定吸気温T1の演算にかかる負荷をより少なくするため、ガード処理における係数Kの単位時間あたりの変化量の制限を、断熱圧縮吸気温T1mの上昇中には行わず、同断熱圧縮吸気温T1mの低下中にのみ行うようにしている。
また、過給エンジン10の加速時における圧縮後吸気圧P1の上昇や、減速時における同圧縮後吸気圧P1の低下は、単調な上昇、低下とはならず、上昇の過程において一時的な圧縮後吸気圧P1の低下が生じたり、低下の過程において一時的な圧縮後吸気圧P1の上昇が生じたりすることがある。こうした一時的な圧縮後吸気圧P1の変動に対して、上記係数Kの値を変更すると、その一時的な変動に対して推定吸気温T1の演算値が鋭敏に反応して、同演算値に不安定な変動が現れることがある。その点、本実施形態では、図2に示すように、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)がα1以下の範囲では、マップ値Kmapは一定の値βとされており、上記変化量に対して係数Kが変化しない不感帯が設定されている。そのため、推定吸気温T1の演算値には、上記のような圧縮後吸気圧P1の一時的な変動の影響が現れにくくなる。
図7は、過給エンジン10の加速による圧縮後吸気圧P1の上昇時における、断熱圧縮吸気温T1m、推定吸気温T1の演算値、及び実吸気温T1tの推移を示している。また、図8は、過給エンジン10の減速による圧縮後吸気圧P1の低下時における、断熱圧縮吸気温T1m、推定吸気温T1の演算値、及び実吸気温T1tの推移を示している。さらに両図には、比較例として、圧縮後吸気圧P1が急激に変化しているときに適合する値に係数Kを固定したときの推定吸気温の演算値T1aの推移と、圧縮後吸気圧P1が緩やかに変化しているときに適合する値に係数Kを固定したときの推定吸気温の演算値T1bの推移とが併せ示されている。
上述のように、断熱圧縮吸気温T1mに対する実吸気温T1tの遅れは、同断熱圧縮吸気温T1mの、すなわち圧縮後吸気圧P1の変化の緩急により変化するため、係数Kを一定の値に固定すると、そうした遅れの変化に対応できない場面ができてしまう。したがって、両図に示されるように、係数Kの値を固定したときの推定吸気温の演算値T1a,T1bの軌跡はいずれも、実吸気温T1tの軌跡から大きく乖離したものとなっている。これに対して、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量に応じて係数Kの値を可変設定するようにした本実施形態の吸気温推定装置20での推定吸気温T1の演算値の軌跡は、実吸気温T1tの軌跡に近似したものとなっている。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)がα1未満のときには、係数Kの値をβに固定するとともに、同変化量がα1を超えて大きくなるに従って、係数Kの値をβから次第に小さくするようにしていた。すなわち、上記実施形態では、上記変化量が一定の大きさに達するまでは、同変化量に対して係数Kの値が変化しない不感帯を設定するようにしていた。そして、これにより、圧縮後吸気圧P1の変化過程での一時的な変動の影響が、推定吸気温T1の演算値に現れにくくなるようにしていた。こうした不感帯を設定せず、上記変化量のすべての区間において、同変化量に応じた係数Kの値の可変設定を行うようにしてもよい。
・上記のように不感帯を設定しないことを選択した場合において、変化過程の圧縮後吸気圧P1の一時的な変動の影響が推定吸気温T1の演算値に与える影響を無視できない場合には、次のようにするとよい。すなわち、圧縮後吸気圧P1の検出値や、その単位時間あたりの変化量の算出値にフィルタをかけて、上記一時的な変動を予め均しておくようにする。このようにすれば、上記のような不感帯が設定されていなくても、推定吸気温T1の演算結果に、圧縮後吸気圧P1の一時的な変動の影響が現れにくくなる。
・上記実施形態では、ガード処理を、断熱圧縮吸気温T1mの上昇中には行わず、同断熱圧縮吸気温T1mの低下中にのみ行うようにしていたが、断熱圧縮吸気温T1mの上昇中にもガード処理を実施するようにしてもよい。例えば、図4のフローチャートにおけるステップS211の処理を割愛し、ステップS210の処理の後、ステップS212に処理が進められるように、同フローチャートの処理手順を変更すれば、断熱圧縮吸気温T1mの上昇中にもガード処理が実施されるようになる。
・上記実施形態では、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)が大きいほど、ガード処理のガード値ΔKmaxを大きい値に設定していた。そして、これにより、圧縮後吸気圧P1の変化が収束に向うにつれて、ガード処理による係数Kの変化量の制限を緩和するようにしていた。圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量の減少に応じてガード値ΔKmaxの値を小さくする代わりに、或いはそれに加え、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量が一定の値まで低下した時点で、ガード処理による係数Kの単位時間あたりの変化量の制限を解除するようにしてもよい。このようにすれば、圧縮後吸気圧P1の変化がある程度まで収束した時点で、ガード処理による係数K1の変化量の制限が確実に解除されるようになる。
・上記実施形態では、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量(変化率ΔP1の絶対値)に応じてガード値ΔKmaxの値を可変設定するようにしていたが、同ガード値ΔKmaxを定数としてもよい。そうした場合にも、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量の減少に応じて係数Kの値が即座に減少しないようになる。そのため、圧縮後吸気圧P1の変化の収束後も変化を続ける実吸気温T1tの挙動に近似した、推定吸気温T1の演算結果が得られる。
・上記実施形態では、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量の減少に応じて係数Kの値が変化するときの、同係数Kの値の単位時間あたりの変化量をガード値ΔKmax以下に制限するガード処理を行っていたが、そうしたガード処理を行わないようにしてもよい。ガード処理がその効果を発揮するのは、圧縮後吸気圧P1の変化がある程度よりも急となる場合である。よって、同変化がそこまで急とならない場合には、ガード処理を行わずとも、コンプレッサ13による圧縮後の吸気温を精度良く推定できる。
・上記実施形態では、上式(2)を、断熱圧縮吸気温T1mに対して一次遅れの値を返す関数として用いて推定吸気温T1を演算していた。そうした関数として、上記以外の関数を用いるようにしてもよい。例えば、断熱圧縮吸気温T1mの加重移動平均値を返す関数なども、断熱圧縮吸気温T1mに対して一次遅れの値を返す関数となる。そうした場合、上記実施形態における係数Kの代わりに、その関数において断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性を定める係数の値を、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量に応じて可変設定することになる。例えば、上記加重移動平均値を返す関数の場合、複数の断熱圧縮吸気温T1mの算出値の各々に付される重み付け係数が、上記実施形態における係数Kの代わりとなる。このように使用する関数によっては、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性を定める係数が複数存在することがある。また、使用する関数によっては、推定吸気温T1の追従性を高くする際に、係数の値を大きくするようになることもある。いずれにせよ、圧縮後吸気圧P1の単位時間あたりの変化量が大きいときには、同変化量が小さいときよりも、断熱圧縮吸気温T1mに対する推定吸気温T1の追従性が高くなるように、そうした係数の値を操作すれば、実吸気温T1tにより近似した推定吸気温T1の演算結果を得ることができる。
10…過給エンジン、11…吸気通路、13…コンプレッサ、15…燃焼室、17…温度センサ、18…第1圧力センサ18、19…第2圧力センサ、20…吸気温推定装置、22…断熱圧縮吸気温演算部、23…推定吸気温演算部。

Claims (6)

  1. 吸気を圧縮して燃焼室に供給するコンプレッサを備える過給エンジンに適用されて、前記コンプレッサによる圧縮後の吸気の温度を推定する過給エンジンの吸気温推定装置において、
    前記コンプレッサによる圧縮前の吸気の温度である圧縮前吸気温、同コンプレッサによる圧縮前の吸気の圧力である圧縮前吸気圧、及び同コンプレッサによる圧縮後の吸気の圧力である圧縮後吸気圧に基づき、前記コンプレッサによる吸気の圧縮が断熱された状態で行われたとしたときの同コンプレッサによる圧縮後の吸気温を断熱圧縮吸気温として演算する断熱圧縮吸気温演算部と、
    前記断熱圧縮吸気温に対して一次遅れの値を返す関数を用いて、前記コンプレッサによる圧縮後の吸気温の推定値である推定吸気温を演算するとともに、前記圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が大きいときには、同変化量が小さいときよりも、前記断熱圧縮吸気温に対する前記推定吸気温の追従性が高くなるように、前記関数の係数の値を同変化量に応じて可変設定する推定吸気温演算部と、
    を備えることを特徴とする過給エンジンの吸気温推定装置。
  2. 前記推定吸気温演算部は、前記圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量の減少に応じて前記係数の値が変化するときに、同係数の単位時間あたりの変化量を規定のガード値以下に制限するガード処理を行って前記推定吸気温の演算を行う
    請求項1に記載の過給エンジンの吸気温推定装置。
  3. 前記推定吸気温演算部は、前記圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が大きいときには、同変化量が小さいときよりも、前記ガード値を小さい値に設定して前記ガード処理を行う
    請求項2に記載の過給エンジンの吸気温推定装置。
  4. 前記推定吸気温演算部は、前記ガード処理による前記係数の単位時間あたりの変化量の制限を、前記断熱圧縮吸気温の上昇中には行わず、同断熱圧縮吸気温の低下中にのみ行う
    請求項2又は3に記載の過給エンジンの吸気温推定装置。
  5. 前記推定吸気温演算部は、前記圧縮後吸気圧の単位時間あたりの変化量が規定の値以上のときに、同変化量に応じた前記係数の可変設定を行う
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の過給エンジンの吸気温推定装置。
  6. 前記断熱圧縮吸気温演算部による前記断熱圧縮吸気温の演算値をT1m、前記推定吸気温の更新前の値をT1[old]、前記推定吸気温の更新後の値をT1[new]とし、Kを1以上の値を取る係数としたとき、
    前記推定吸気温演算部は、下式に示される関係となるように前記推定吸気温の値を更新することで同推定吸気温の演算を行う
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の過給エンジンの吸気温推定装置。
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