JP2024009677A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサの劣化を判定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、前記コンプレッサの温度とオイルの不溶解分濃度とに基づいて、前記コンプレッサの効率の低下量を取得する低下量取得部と、前記低下量に基づいて前記過給機が劣化しているか否か判定する判定部と、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は劣化していく。劣化とは、過給機のコンプレッサにデポジットが付着し、デポジットに起因してコンプレッサの効率が低下することを意味する。そこで、コンプレッサの劣化を判定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、前記コンプレッサの温度とオイルの不溶解分濃度とに基づいて、前記コンプレッサの効率の低下量を取得する低下量取得部と、前記低下量に基づいて前記過給機が劣化しているか否か判定する判定部と、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。

コンプレッサの劣化を判定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は効率の低下速度を例示する図である。 図３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、水温センサ４７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。水温センサ４７は内燃機関１０の冷却水の温度を検出する。

ＥＣＵ５０は内燃機関１０の制御装置である。ＥＣＵ５０は、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から車速を取得し、燃料噴射量を取得する。ＥＣＵ５０は圧力センサ４２から大気圧を取得し、大気圧に基づいてコンプレッサ１８ｂに導入される空気の圧力を取得する。ＥＣＵ５０は圧力センサ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し、水温センサ４７から水温を取得する。ＥＣＵ５０はこれらの情報から、コンプレッサ１８ｂの部材温度（ハウジングの温度）およびオイルの不溶解分濃度を算出する。

ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂの効率の低下量を取得する低下量取得部、および低下量に基づいて過給機１８が劣化しているか否か判定する判定部として機能する。

コンプレッサ１８ｂにデポジットが付着することで、効率が低下する。効率が低下することを過給機１８の劣化と記載することがある。デポジットの生成量は、コンプレッサ１８ｂの温度、およびオイルに含まれる不溶解分の濃度に依存する。オイルはブローバイガスに混入する。ブローバイガスは吸気とともに過給機１８のコンプレッサ１８ｂに導入される。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。デポジットがコンプレッサ１８ｂに付着することでコンプレッサ１８ｂの効率が低下する。ハウジングの温度が高く、不溶解分の濃度が高いほど、デポジットは発生しやすく、効率も低下しやすい。

図２は効率の低下速度を例示する図である。横軸はコンプレッサ１８ｂのハウジングの温度を表す。縦軸はコンプレッサ１８ｂの効率の低下速度を表す。破線は、不溶解分濃度が０．３ｗｔ％の例を表す。点線は、不溶解分濃度が０．５ｗｔ％の例を表す。実線は、不溶解分濃度が１ｗｔ％の例を表す。

図２に示すように、ハウジングの温度がＴ０未満においては、効率の低下速度はゼロである。温度がＴ０未満の場合、デポジットが発生しにくいためである。温度がＴ０以上になると、デポジットが生成され、効率の低下速度もゼロより上昇する。破線に示す０．３ｗｔ％の例に比べて、点線に示す０．５ｗｔ％の例における効率の低下速度は大きい。破線の例および点線の例に比べて、実線に示す１ｗｔ％の例における効率の低下速度は大きい。不溶解分の濃度が高いほど、デポジットの発生量が増加し、効率も大きく低下していく。

図３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はハウジングの温度Ｔを推定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ５０は、例えばコンプレッサ１８ｂの入口の圧力、過給圧、吸気の温度、吸気の流量、車速からコンプレッサ１８ｂの出口における空気の温度を算出する。ＥＣＵ５０は、出口における空気の温度に基づいて、ハウジングの温度Ｔを算出する。

ＥＣＵ５０はオイルの不溶解分濃度を推定する（ステップＳ１２）。例えば燃料噴射量および水温に基づいて、スラッジの前駆体（プリカーサ）の量を推定し、プリカーサの量から不溶解分の濃度を推定する。

ＥＣＵ５０はハウジングの温度Ｔおよび不溶解分の濃度に基づいて、コンプレッサ１８ｂの効率の低下量Δηを推定する（ステップＳ１４）。例えばＥＣＵ５０は、温度Ｔおよび不溶解分の濃度から、図２に示すような効率の低下速度を取得する。温度Ｔおよび不溶解分濃度が特定の値だった時間と、当該の温度および不溶解分濃度に対応する効率の低下速度とを掛け合わせることで、効率の低下量が得られる。ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関１０の運転開始から現時点までの効率の低下量を足し合わせて、低下量Δηを算出する。ＥＣＵ５０は、低下量Δηが閾値Δηｔｈ以上であるか否か判定する（ステップＳ１６）。否定判定（Ｎｏ）の場合、処理は終了する。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ５０はコンプレッサ１８ｂが劣化していると判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の後、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のハウジングの温度Ｔおよびオイルの不溶解分濃度に基づいて、コンプレッサ１８ｂの効率の低下量Δηを取得する。ＥＣＵ５０は低下量Δηが閾値Δηｔｈ以上である場合、コンプレッサ１８ｂが劣化していると判定する。コンプレッサ１８ｂの劣化を精度よく判定することができる。

コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度が高いほど、オイルが蒸発しやすい。オイルの不溶解分がデポジットとしてハウジングに付着する。すなわち、ハウジングの温度が高く、不溶解分濃度が高いほど、デポジットが発生しやすい。デポジットによる効率の低下量も大きくなる。本実施形態によれば、ＥＣＵ５０は、ハウジングの温度および不溶解分濃度に基づいて、効率の低下速度を取得する。ＥＣＵ５０は、効率の低下速度と時間とをかけることで、効率の低下量を取得する。温度および不溶解分濃度の変化に応じて、リアルタイムで効率の低下量を取得することができる。ＥＣＵ５０は例えば車載の記憶装置に効率低下量を蓄積していくことで、運転開始からの効率低下量を把握することができる。ＥＣＵ５０は効率低下量を外部のサーバなどに送信してもよい。

ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂの入口の圧力、過給圧、吸気の温度、吸気の流量、車速からコンプレッサ１８ｂの出口における空気の温度を推定する。ＥＣＵ５０は、出口の空気の温度に基づいてハウジングの温度を推定する。ＥＣＵ５０は、燃料噴射量、水温から不溶解分の濃度を推定する。すなわち、ＥＣＵ５０は、車両から得られる情報に基づいてハウジングの温度および不溶解分の濃度を取得し、ハウジングの温度および不溶解分の濃度に基づいて効率の低下量を取得する。車両の状況に応じた効率の低下量が得られる。劣化判定の精度が向上する。ハウジングの温度を測定するセンサおよび不溶解分濃度を測定するセンサなどを追加しなくてよいため、コストの上昇は抑制される。

ＥＣＵ５０は、効率の低下量Δηが閾値Δηｔｈ以上である場合、車両のユーザに通知を行ってもよい。通知は、例えば音声、画面表示などである。通知は、部品の交換およびオイルの交換などメンテナンスに関する内容を含んでもよい。

閾値Δηｔｈは例えば３ポイント、５ポイント、１０ポイント、１５ポイントなどでもよい。５ポイントとは、コンプレッサ１８ｂの効率が７５％から７０％に変化したことを意味する。

内燃機関１０の性能を向上させるために、過給機１８による過給圧を高めることが重要である。過給圧を高めることで、空気の温度が上昇し、ハウジングの温度Ｔも上昇する。吸気にはブローバイガスを還流させる。ブローバイガス中のオイルが、高温にさらされることでデポジットが発生する。上記のように、ＥＣＵ５０はコンプレッサ１８ｂの効率の低下量を取得する。内燃機関１０の性能の向上と、効率低下の予測とを両立することができる。

例えば複数の車両から効率の低下量を収集してもよい。車種および地域などに応じた劣化の度合いに基づき、車種および地域ごとに閾値Δηｔｈを定めてもよい。

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
４７ 水温センサ
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、
   前記コンプレッサの温度とオイルの不溶解分濃度とに基づいて、前記コンプレッサの効率の低下量を取得する低下量取得部と、
   前記低下量に基づいて前記過給機が劣化しているか否か判定する判定部と、を具備する内燃機関の制御装置。
   
   

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