JP2021067240A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のフリクショントルクを精度よく推定する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関から出力される動力により作動するオイルポンプ（可変容量オイルポンプ）を有する内燃機関を制御するものであり、内燃機関のフリクショントルクを推定するフリクショントルク推定部を有する。フリクショントルク推定部は、内燃機関の回転数、吸気負荷率、オイルの圧力およびオイルの温度に基づいてフリクショントルクを推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関の制御装置としては、エンジン回転数と吸入空気量とに基づいて算出される図示トルクからロストルク（フリクションロストルク，ポンピングロストルク）を差し引くことにより、内燃機関の軸トルクを算出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、図示トルクとエンジン回転数とに基づいて基準フリクションロストルクを算出し、算出した基準フリクションロストルクのうちエンジン個体差や経時変化等による変化分を補正することによりフリクションロストルクを算出している。

特開２００５−２６４７７３号公報

しかしながら、上述した内燃機関の制御装置では、フリクションロストルク（フリクショントルク）を精度よく推定することができない場合が生じる。例えば、エンジンの動力により作動してエンジンオイルをエンジン内部に供給するオイルポンプとして、可変容量オイルポンプが用いられる場合、制御装置は、エンジンの状態に応じてオイルの吐出量を制御することにより必要最小限の油量，油圧を供給することができ、エンジン全体の効率を向上させることができる。しかしながら、オイルポンプの容量を変更すると、これに伴ってオイルポンプ仕事が変化し、エンジンのフリクショントルクも変化するため、このことが考慮されないと、フリクショントルクの推定精度が悪化してしまう。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関のフリクショントルクを精度よく推定することを主目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関の制御装置は、
内燃機関からの動力により作動して該内燃機関の内部にオイルを供給するオイルポンプを有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関のフリクショントルクを推定するフリクショントルク推定部を有し、
前記フリクショントルク推定部は、前記内燃機関の回転数、吸気負荷率、前記オイルの圧力および前記オイルの温度に基づいて前記フリクショントルクを推定する、
ことを要旨とする。

この本発明の内燃機関の制御装置では、内燃機関の回転数、吸気負荷率、オイルの圧力およびオイルの温度に基づいてフリクショントルクを推定する。これにより、フリクショントルクの推定に、オイルポンプ仕事やオイルの粘度に基づく内燃機関のフリクションの変化分が反映されるため、フリクショントルクを精度よく推定することができる。ここで、フリクショントルクは、絶対値として、エンジン回転数が高いほど大きくなり、吸気負荷率が高いほど大きくなり、油圧が高いほど大きくなり、且つ、油温が高いほど小さくなるように推定される。

ここで、内燃機関は、オイルポンプとして可変容量オイルポンプを備えてもよいし、内燃機関のピストンを冷却するためにピストンへ向けてオイルを噴射する噴射ノズルと電気的に開弁してオイルを噴射ノズルへ流通させる開閉弁とを含むオイルジェット装置を備えてもよい。これらの構成によれば、可変容量オイルポンプの容量変化やオイルジェット装置の作動の有無によってオイルポンプから吐出されるオイルの圧力（油圧）が変化し、オイルポンプ仕事が変化することから、フリクショントルクの推定にオイルの圧力を反映させることで、フリクショントルクを精度よく推定することができる。

内燃機関装置２０の構成の一例を、制御装置３０を中心にブロックとして示すブロック図である。 軸トルク推定部３１の制御ブロックを示すブロック図である。 エンジン回転数ＮＥとフリクショントルクＴＱｆとの関係を示す説明図である。 吸気負荷率ＫＬとフリクショントルクＴＱｆとの関係を示す説明図である。 油圧ＰＯとフリクショントルクＴＱｆとの関係を示す説明図である。 油温ＴＨＯとフリクショントルクＴＱｏとの関係を示す説明図である。 変形例の軸トルク推定部３１Ｂのブロック図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、内燃機関装置２０の構成の一例を、制御装置３０を中心にブロックとして示すブロック図である。内燃機関装置２０は、自動車やハイブリッド自動車に搭載されるものであり、走行用の動力源としてのエンジンと、エンジンを運転制御する制御装置３０とを備える。エンジンは、ガソリンなどの燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成される。このエンジンは、エアクリーナにより清浄された空気をスロットルバルブ２１を介して吸気管に吸入し、インジェクタ２２からの燃料の噴射によって吸入した空気と燃料とを混合し、この混合気を吸気バルブ介して燃焼室に吸入し、点火プラグ２３による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。

エンジンのクランクシャフトには、可変容量オイルポンプ２４が接続されており、可変容量オイルポンプ２４は、エンジンからの動力により作動して、オイルパンに貯留されているエンジンオイルをエンジン内部の各部に供給する。可変容量オイルポンプ２４は、低容量と高容量との間で容量を連続的に変更するためのアクチュエータを備える。制御装置３０は、エンジンの状態に応じてエンジンオイルの供給量が必要最小限となるようにアクチュエータを駆動制御することで、エンジンの負荷を低減し、エンジン全体の効率を向上させることができる。また、実施例では、エンジンは、ピストンを冷却するために可変容量オイルポンプ２４から供給されたエンジンオイルをピストンへ向けて噴射する噴射ノズルを有するオイルジェット装置も備える。なお、オイルジェット装置は、電気的に開弁してエンジンオイルを噴射ノズルへ流通させる開閉弁を含むものとしてもよい。

制御装置３０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他にＲＯＭやＲＡＭ、入出力ポート等を備える。制御装置３０には、エンジンを運転制御するために必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。制御装置３０に入力される信号としては、エンジンのクランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ４１からのクランク角や、スロットルバルブ２１の開度を検出するスロットル開度センサ４２からのスロットル開度、吸気管に取り付けられたエアフローメータ４３からの吸入空気量、吸気管内の圧力を検出する負圧センサ４４からの吸気管負圧ＰＭが挙げられる。また、可変容量オイルポンプ２４から吐出されるエンジンオイルの圧力を検出する油圧センサ４５からの油圧ＰＯや、エンジンオイルの温度を検出する油温センサ４６からの油温ＴＨＯ、エンジンを冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ４７からの水温なども挙げられる。制御装置３０は、クランクポジションセンサ４１により検出されるクランク角からエンジン回転数ＮＥを演算したり、エンジン回転数ＮＥとエアフローメータ４３により検出される吸入空気量とに基づいて吸気負荷率（エンジンの１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算したりしている。

また、制御装置３０からは、エンジンを運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。制御装置３０から出力される信号としては、スロットルバルブ２１を駆動するスロットルモータへの制御信号や、インジェクタ２２への制御信号、点火プラグ２３に高電圧を供給するイグニッションコイルへの制御信号が挙げられる。また、可変容量オイルポンプ２４の容量を変更するアクチュエータへの制御信号なども挙げられる。

制御装置３０は、エンジンの運転制御に際して、まず、アクセル開度や車速に基づいてエンジンの軸トルクＴＱ（クランクシャフトから取り出される正味トルク）の要求値である要求軸トルクＴＱ＊を設定する。続いて、軸トルク推定部３１により軸トルクＴＱを推定する。そして、軸トルクＴＱが要求軸トルクＴＱ＊となるようにスロットル開度、燃料噴射量および点火時期などの目標値を設定し、設定した目標値に従ってスロットルバルブ２１、インジェクタ２２、点火プラグ２３（イグニッションコイル）を制御する。

軸トルク推定部３１は、エンジンの図示トルクＴＱｉ（混合気の燃焼によってクランクシャフトに伝わるトルク）に、エンジン内部の摩擦や補機類の負荷等によって消費されるロストルク（後述するフリクショントルクＴＱｆ，ＴＱｏやポンプ損トルクＴＱｐ、補機負荷トルクＴＱａ）を減算することにより軸トルクＴＱを推定する。

図２は、軸トルク推定部３１の制御ブロックを示すブロック図である。軸トルク推定部３１は、図２に示すように、図示トルク推定部３２と、フリクショントルク推定部３３，３４と、ポンプ損トルク推定部３５と、補機負荷トルク推定部３６と、加算部３７と、減算部３８とを備える。図示トルク推定部３２は、エンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと点火効率ＳＡとに基づいて図示トルクＴＱｉを推定する。フリクショントルク推定部３３は、エンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯとに基づいて摩擦損失や吸気絞り損失、可変容量オイルポンプ２４のポンプ仕事に基づく損失等を含むフリクショントルクＴＱｆを推定する。フリクショントルク推定部３４は、油温ＴＨＯに基づいてエンジンオイルの粘度に基づく損失であるフリクショントルクＴＱｏを推定する。ポンプ損トルク推定部３５は、エンジン回転数ＮＥと吸気管負圧ＰＭとに基づいて吸排気損失であるポンプ損トルクＴＱｐを推定する。補機負荷トルク推定部３６は、外部制御システムから補機類（例えば、エアコン装置やパワーステアリング装置）の作動状態を入力し、補機類が作動しているときにその作動状態に応じた大きさの補機負荷トルクＴＱａを推定する。なお、フリクショントルクＴＱｆ，ＴＱｏやポンプ損トルクＴＱｐ、補機負荷トルクＴＱａは、図示トルクＴＱｉの方向（エンジンの回転方向と同方向）とは逆向きの負のトルクであるが、本実施例では、絶対値として推定される。加算部３７は、フリクショントルク推定部３３で推定されたフリクショントルクＴＱｆとフリクショントルク推定部３４で推定されたフリクショントルクＴＱｏとを加算して減算部３８へ出力する。減算部３８は、図示トルク推定部３２により推定された図示トルクＴＱｉから、加算部３７により加算されたフリクショントルクＴＱｆとポンプ損トルク推定部３５により推定されたポンプ損トルクＴＱｐと補機負荷トルク推定部３６により推定された補機負荷トルクＴＱａとを減算してエンジンの軸トルクＴＱを導出する。

ここで、フリクショントルク推定部３３は、本実施例では、エンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯとフリクショントルクＴＱｆとの関係を予め求めてマップとして制御装置３０のＲＯＭに記憶しておき、エンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯとが与えられると、マップから対応するフリクショントルクＴＱｆを導出することによりフリクショントルクＴＱｆを推定する。エンジン回転数ＮＥとフリクショントルクＴＱｆとの関係を図３に示す。吸気負荷率ＫＬとフリクショントルクＴＱｆとの関係を図４に示す。油圧ＰＯとフリクショントルクＴＱｆとの関係を図５に示す。フリクショントルク推定部３３は、図３〜図５を組み合わせてエンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯとフリクショントルクＴＱｆとの関係を規定した４次元マップを用いてフリクショントルクＴＱｆを導出する。図示するように、フリクショントルクＴＱｆは、エンジン回転数ＮＥが高いほど絶対値として大きくなり、吸気負荷率ＫＬが大きいほど絶対値として大きくなるように推定される。また、フリクショントルクＴＱｆは、油圧ＰＯが高いほど絶対値として大きくなるように推定される。本実施例では、上述したように、エンジンは、エンジン内部にエンジンオイルを供給するためのオイルポンプとして可変容量オイルポンプ２４を備える。このため、可変容量オイルポンプ２４の容量が変化すると、可変容量オイルポンプ２４から吐出されるオイルの圧力（油圧ＰＯ）が変化し、これに伴ってオイルポンプ仕事が変化する。フリクショントルクはオイルポンプ仕事に応じて変化するから、油圧ＰＯの状態をフリクショントルクの推定に反映させることで、フリクショントルクを精度よく推定することができる。なお、フリクショントルク推定部３３は、エンジン回転数ＮＥに基づいて基準フリクショントルクを設定し、吸気負荷率ＫＬに基づいて第１補正係数を設定し、油圧ＰＯに基づいて第２補正係数を設定し、基準フリクショントルクに第１および第２補正係数を乗じることによりフリクショントルクＴＱｆを導出するものとしてもよい。

フリクショントルク推定部３４は、本実施例では、油温ＴＨＯとフリクショントルクＴＱｏとの関係を予め求めてマップとして制御装置３０のＲＯＭに記憶しておき、油温ＴＨＯが与えられると、マップから対応するフリクショントルクＴＱｏを導出することによりフリクショントルクＴＱｏを推定する。油温ＴＨＯとフリクショントルクＴＱｏとの関係を図６に示す。図示するように、フリクショントルクＴＱｏは、油温ＴＨＯが高いほどエンジンオイルの粘度が低下し摩擦損失が小さくなることから、油温ＴＨＯが高いほど絶対値として小さくなるように推定される。

以上説明した本実施例の内燃機関の制御装置３０は、エンジン回転数ＮＥ、吸気負荷率ＫＬ、油圧ＰＯおよび油温ＴＨＯに基づいてフリクショントルクＴＱｆを推定する。フリクショントルクＴＧｆの推定に、オイルポンプ仕事やオイルの粘度の変化に応じたフリクションの変化分が反映されるため、フリクショントルクＴＱｆを精度よく推定することができる。

実施例では、軸トルク推定部３１は、エンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯとに基づいてフリクショントルクＴＱｆを推定するフリクショントルク推定部３３と、油温ＴＨＯに基づいてマップを用いてフリクショントルクＴＱｏを推定するフリクショントルク推定部３４と、フリクショントルクＴＱｆ，ＴＱｏを加算する加算部３７とを備えるものとした。しかし、図７の変形例の軸トルク推定部３１Ｂに示すように、フリクショントルク推定部３３，３４および加算部３７に代えて、エンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯと油温ＴＨＯとに基づいてフリクショントルクＴＱｆを推定するフリクショントルク推定部３４Ｂを備えてもよい。フリクショントルク推定部３４Ｂは、上述した図３〜図６を組み合わせてエンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯと油温ＴＨＯとフリクショントルクＴＱｆとの関係を規定した５次元マップを用いてフリクショントルクＴＱｆを導出する。なお、フリクショントルク推定部３４Ｂは、エンジン回転数ＮＥに基づいて基準フリクショントルクを設定し、吸気負荷率ＫＬに基づいて第１補正係数を設定し、油圧ＰＯに基づいて第２補正係数を設定し、油温ＴＨＯに基づいて第３補正係数を設定し、基準フリクショントルクに第１，第２および第３補正係数を乗じることによりフリクショントルクＴＱｆを導出するものとしてもよい。このように、エンジン回転数ＮＥと吸気負荷率ＫＬと油圧ＰＯと油温ＴＨＯとに基づいてフリクショントルクＴＱｆを推定できれば、如何なる手法を用いてもよい。

実施例では、オイルポンプは、可変容量オイルポンプ２４として構成されるものとした。しかし、オイルポンプは、容量固定型のオイルポンプであってもよい。この場合でも、エンジンが上述したオイルジェット装置を備える場合には、開閉弁の開閉による油圧の変化がフリクショントルクに影響を与えるため、油圧ＰＯも考慮してフリクショントルクＴＱｆを推定することで、フリクショントルクを精度よく推定することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、可変容量オイルポンプ２４が「オイルポンプ」に相当し、フリクショントルク推定部３４，３４Ｂが「フリクショントルク推定部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関の製造産業に利用可能である。

２０ 内燃機関装置、２１ スロットルバルブ、２２ インジェクタ、２３ 点火プラグ、２４ 可変容量オイルポンプ、３０ 制御装置（内燃機関の制御装置）、３１，３１Ｂ 軸トルク推定部、３２ 図示トルク推定部、３３，３３Ｂ，３４ フリクショントルク推定部、３５ ポンプ損トルク推定部、３６ 補機負荷トルク推定部、３７，３８ 加算部、４１ クランクポジションセンサ、４２ スロットル開度センサ、４３ エアフローメータ、４４ 負圧センサ、４５ 油圧センサ、４６ 油温センサ、４７ 水温センサ。

Claims (1)

1. 内燃機関からの動力により作動して該内燃機関の内部にオイルを供給するオイルポンプを有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関のフリクショントルクを推定するフリクショントルク推定部を有し、
   前記フリクショントルク推定部は、前記内燃機関の回転数、吸気負荷率、前記オイルの圧力および前記オイルの温度に基づいて前記フリクショントルクを推定する、
   内燃機関の制御装置。

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