JP2024009676A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサのハウジングの温度を取得することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】過給機を備える内燃機関の制御装置であって、前記過給機はコンプレッサを有し、前記コンプレッサにおける空気の温度を取得する第１取得部と、前記空気の温度に基づいて、前記コンプレッサのハウジングの温度を取得する第２取得部と、を具備する内燃機関の制御装置。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

過給機を備える内燃機関が知られている（例えば特許文献１など）。

国際公開２０１３／０８０６００号

過給機のコンプレッサにデポジットが付着すると、過給機の効率が低下する。デポジットが生成するか否かは、コンプレッサのハウジングの温度に依存する。デポジットの生成を予測するには、ハウジングの温度を知ることが重要である。そこで、コンプレッサのハウジングの温度を取得することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、過給機を備える内燃機関の制御装置であって、前記過給機はコンプレッサを有し、前記コンプレッサにおける空気の温度を取得する第１取得部と、前記空気の温度に基づいて、前記コンプレッサのハウジングの温度を取得する第２取得部と、を具備する内燃機関の制御装置によって達成することができる。

コンプレッサのハウジングの温度を取得することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１はエンジンシステムを例示する模式図である。 図２はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。

図１はエンジンシステム１００を例示する模式図である。エンジンシステム１００は、内燃機関１０、過給機１８、およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。

内燃機関１０は例えばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであり、ピストン１７、吸気バルブ３０、排気バルブ３２、および燃料噴射弁３４を備える。内燃機関１０のボアには燃焼室２７が形成される。燃料噴射弁３４は、吸気通路１２に設けられているが、燃焼室２７に設けられてもよい。ピストン１７は燃焼室２７の内部に配置され、クランクシャフト１９に連結されている。

内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。吸気通路１２には上流側から順にエアクリーナ２０、エアフロ―メータ２２、インタークーラ２５、スロットルバルブ２６、燃料噴射弁３４が設けられている。排気通路１４には触媒２８が設けられている。

過給機１８は、タービン１８ａとコンプレッサ１８ｂとを備える。タービン１８ａとコンプレッサ１８ｂとは互いに連結されている。タービン１８ａは排気通路１４のうち触媒２８よりも上流側に位置する。コンプレッサ１８ｂは吸気通路１２のうちエアフローメータ２２よりも下流側であってインタークーラ２５よりも上流側に位置する。タービン１８ａおよびコンプレッサ１８ｂは、不図示のハウジングの内側に収納されている。

吸気通路１２にはコンプレッサ１８ｂを迂回するバイパス通路１３が接続され、バイパス通路１３にはバルブ１１が設けられている。アクセルＯＦＦ時、バイパス通路１３を通じてコンプレッサ１８ｂの下流から上流へと空気をバイパスさせる。排気通路１４にはタービン１８ａを迂回するバイパス通路１５が接続され、バイパス通路１５にはバルブ１６が設けられている。

内燃機関１０と、吸気通路１２のうち過給機１８のコンプレッサ１８ｂより上流の位置とに、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路２３が接続されている。ブローバイガスはＰＣＶ通路２３を通って吸気通路１２に戻され、空気とともに吸気通路１２を流れる。ブローバイガスにオイルが混入する。オイルに含まれる不溶解分からデポジットが発生し、コンプレッサ１８ｂに付着する。デポジットが付着することで過給機１８の効率が低下する。

吸気は吸気通路１２を通り、エアクリーナ２０で浄化され、インタークーラ２５で冷却される。吸気バルブ３０が開弁することで、吸気は内燃機関１０の燃焼室２７に導入される。燃料噴射弁３４は燃焼室２７内に燃料を噴射する。不図示の点火プラグが点火することで、吸気と燃料との混合気が燃焼室２７内で燃焼する。ピストン１７が燃焼室２７内で上下に往復運動を行い、駆動力がクランクシャフト１９に伝達され、車両が走行する。

排気バルブ３２が開弁すると、燃焼で発生した排気は排気通路１４に排出される。排気は排気通路１４の触媒２８で浄化され、排出される。触媒２８は例えば三元触媒であり、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）などを浄化する。

排気が過給機１８のタービン１８ａに導入されることで、タービン１８ａが回転し、タービン１８ａに連結されたコンプレッサ１８ｂも回転する。コンプレッサ１８ｂの回転によって吸気が過給され、コンプレッサ１８ｂよりも上流側の吸気に比べて高圧の吸気が内燃機関１０の燃焼室２７に送り込まれる。

エンジンシステム１００は、エアフローメータ２２、車速センサ４０、圧力センサ４２および４３、温度センサ４４および４６を有する。エアフローメータ２２は吸気の流量を検出する。車速センサ４０は、エンジンシステム１００が搭載された車両の速度（車速）を検出する。圧力センサ４２は大気圧を検出する。圧力センサ４３は過給機１８によって過給された空気の圧力（過給圧）を検出する。温度センサ４４は外気の温度を検出する。温度センサ４６は吸気通路１２内の温度を検出する。

ＥＣＵ５０は内燃機関１０の制御装置である。ＥＣＵ５０は、ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２６の開度、バルブ１１および１６の開度を制御する。バルブ１１はエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）であり、アクセルＯＦＦ時に開弁することで、過給された空気を逃がすことができる。ＥＣＵ５０は燃料噴射弁３４からの燃料噴射のオン・オフを切り替え、燃料の噴射量を制御する。ＥＣＵ５０は、エアフローメータ２２から吸気の流量を取得し、車速センサ４０から車速を取得する。ＥＣＵ５０は圧力センサ４２から大気圧を取得し、圧力センサ４３から過給圧を取得する。ＥＣＵ５０は温度センサ４４から外気の温度を取得し、温度センサ４６から吸気通路１２内の空気の温度を取得する。

ＥＣＵ５０は、過給機１８のコンプレッサ１８ｂに導入される空気の温度を取得する第１取得部、およびコンプレッサ１８ｂのハウジングの温度を取得する第２取得部として機能する。

過給機１８のコンプレッサ１８ｂにデポジットが堆積することで、コンプレッサ１８ｂの効率が低下する。デポジットは、内燃機関１０のオイルの不溶解分に起因して発生する。コンプレッサ１８ｂの温度が上昇すると、オイルが蒸発しやすくなる。オイルが蒸発すると、オイルに含まれる不溶解分は濃縮・硬化し、デポジットとしてコンプレッサ１８ｂに付着する。デポジットの生成を予測するためには、コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度を取得することが有効である。

図２はＥＣＵ５０が実行する処理を例示するフローチャートである。ＥＣＵ５０はコンプレッサ１８ｂに導入される空気の温度Ｔ３を推定する（ステップＳ１０）。具体的に温度Ｔ３は、コンプレッサ１８ｂの出口部分の温度（出口温度）である。ＥＣＵ５０は、例えば次式（数１）を用いて温度Ｔ３を算出する。数１において、Ｐ３は過給圧、Ｐ１はコンプレッサ１８ｂの入口における圧力、Ｔ１は吸気の温度、ηは過給機１８の効率である。圧力Ｐ１は大気圧から推定される。効率ηは例えば圧力Ｐ１およびＰ３、吸気通路１２における吸気の流量Ｇから得られる。例えば、実験などによって、流量Ｇ、圧力Ｐ１およびＰ３と、効率ηとを対応させたマップを作成することができる。ＥＣＵ５０はマップを記憶し、マップを参照して効率ηを取得する。

ＥＣＵ５０は、出口温度Ｔ３、吸気の流量Ｇ、車速Ｖ、外気の温度Ｔ０を用いてコンプレッサ１８ｂのハウジングについて伝熱解析を行い、ハウジングの温度Ｔ（部材温度）を推定する（ステップＳ１２）。伝熱解析においては、例えばハウジングを板状の物質と仮定する。ハウジングの片側に、コンプレッサ１８ｂに導入される温度Ｔ３の空気が流れると仮定する。ハウジングのもう一方の側に走行風が流れると仮定する。ハウジングの熱容量も考慮し、ハウジングにおける熱伝導を計算し、ハウジングの温度Ｔを算出する。以上で図２の処理は終了する。

本実施形態によれば、ＥＣＵ５０はコンプレッサ１８ｂの出口における空気の温度Ｔ３を取得し、温度Ｔ３に基づいてハウジングの温度Ｔを取得する。温度Ｔが高いほどデポジットが生成されやすくなる。温度Ｔを推定することで、デポジットの生成を精度よく予測することができる。

ＥＣＵ５０は、車両の情報（圧力Ｐ１、過給圧Ｐ３、吸気の温度Ｔ１、流量Ｇ、車速など）を取得し、ハウジングの温度Ｔを推定する。各時点に応じたリアルタイムでの温度Ｔを精度よく推定することができる。ハウジングの熱容量に起因して、空気の温度Ｔ３に比べて、ハウジングの温度Ｔは遅れて変化する。ＥＣＵ５０は伝熱解析によって、熱容量なども考慮したうえで温度Ｔを推定する。したがって温度推定の精度が高くなる。ハウジングの温度を検出するセンサを設けなくてよいため、コストの増加が抑制される。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関
１１、１６ バルブ
１２ 吸気通路
１３、１５ バイパス通路
１４ 排気通路
１７ ピストン
１８ 過給機
１８ａ タービン
１８ｂ コンプレッサ
１９ クランクシャフト
２０ エアクリーナ
２２ エアフローメータ
２３ ＰＣＶ通路
２５ インタークーラ
２６ スロットルバルブ
２７ 燃焼室
２８ 触媒
３０ 吸気バルブ
３２ 排気バルブ
３４ 燃料噴射弁
４０ 車速センサ
４２、４３ 圧力センサ
４４、４６ 温度センサ
５０ ＥＣＵ
１００ エンジンシステム

Claims (1)

1. 過給機を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記過給機はコンプレッサを有し、
   前記コンプレッサにおける空気の温度を取得する第１取得部と、
   前記空気の温度に基づいて、前記コンプレッサのハウジングの温度を取得する第２取得部と、を具備する内燃機関の制御装置。
   

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