JP5737135B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、複数のコアを有するマルチコアプロセッサを用いて演算を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特開２００８−２６９４８７号公報に開示されるように、マルチコア構成およびキャッシュメモリ搭載構成の少なくとも一方が採用されたマイクロコンピュータを備えたエンジン制御用電子制御装置において、エンジン停止中の消費電力を低減するための技術が開示されている。ＣＰＵコアおよびキャッシュメモリは、何れもマイクロコンピュータにおいて消費電力の大きい要素である。そこで、上記従来の技術では、エンジン動作中は、ＣＰＵコアおよびキャッシュメモリをフルに使用して最高の処理能力を発揮させるモードが選択されるとともに、エンジンの停止中は、ＣＰＵコアの使用数やキャッシュメモリの使用量をエンジン動作時よりも減ずるためのモードが選択される。

特開２００８−２６９４８７号公報 特表２００９−５４１６３６号公報

ところで、近年の制御モデルを用いた内燃機関のモデルベース制御では、多数のコアを有するマルチコアプロセッサを用いて並列演算処理を行うことにより、演算の高速化を図ることができる。但し、使用コア数が増加すると演算負荷が増加し、これに伴い消費電力も増加する傾向がある。このため、消費電力の低減の観点からは、演算負荷に応じた効率的な演算資源配分を行うことが好ましい。この点、上述した従来の装置では、エンジン動作中の演算資源配分については何ら考慮されておらず、未だ改良の余地を残すものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数のコアを有するマルチコアプロセッサを用いて演算処理を行う内燃機関において、内燃機関の燃焼状態および演算負荷に応じた高率的な使用コア配分を行うことのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数のコアが搭載されたマルチコアプロセッサを有し、前記マルチコアプロセッサを用いて１又は複数のアクチュエータの制御目標値を演算する内燃機関の制御装置において、
前記マルチコアプロセッサは、
所定のクランク角期間毎のクランク角に関連付けられた１又は複数の第１のコアと、
前記所定のクランク角期間を複数期間に等分するクランク角に関連付けられた１又は複数の第２のコアと、を含み、
前記第１のコアおよび前記第２のコアには、関連付けられたクランク角における前記内燃機関の状態量を用いて前記１又は複数のアクチュエータの制御目標値を演算するための演算プログラムが割り当てられ、
前記第２のコアは、前記内燃機関の機関回転数から判断される機関状態が所定の燃焼不安定領域に属する場合、前記制御目標値を前記演算プログラムにより演算し、前記機関状態が前記所定の燃焼不安定領域に属さない場合には、前記制御目標値の演算を休止するようにプログラムされていることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記機関状態は前記内燃機関の機関回転数の変化率であり、
前記第２のコアは、前記変化率が所定の基準割合よりも大きい場合、前記制御目標値を前記演算プログラムにより演算し、前記変化率が所定の基準割合よりも小さい場合には、前記制御目標値の演算を休止するようにプログラムされていることを特徴としている。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記機関状態は前記内燃機関の機関回転数であり、
前記第２のコアは、前記機関回転数が所定の基準値よりも小さい場合、前記制御目標値を前記演算プログラムにより演算し、前記機関回転数が所定の基準値よりも大きい場合には、前記制御目標値の演算を休止するようにプログラムされていることを特徴としている。

第１の発明によれば、各コアには、関連付けられたクランク角における１又は複数のアクチュエータの制御目標値を演算するための演算プログラムが割り当てられている。そして、内燃機関の機関回転数から判断される機関状態が所定の燃焼不安定領域に属する場合には第１および第２のコアでの制御目標値の演算が行われ、当該所定の燃焼不安定領域に属していない場合には第１のコアのみでの制御目標値の演算が行われ第２のコアでの制御目標値の演算が休止される。このため、本発明によれば、内燃機関の燃焼が不安定な場合には演算周期を細分化することができるので、内燃機関の回転挙動を正確に把握して制御目標値の演算を行うことにより燃焼の安定化を図ることができる。また、内燃機関の燃焼が不安定でない場合には、第２のコアを休止することにより使用コアを減らすことができるので、消費電力を有効に抑制することができる。

第２の発明によれば、機関回転数の変化率が所定の基準割合よりも大きい場合には第１および第２のコアでの制御目標値の演算が行われ、当該変化率が所定の基準割合よりも小さい場合には第１のコアのみでの制御目標値の演算が行われ第２のコアでの制御目標値の演算が休止される。このため、本発明によれば、燃焼が不安定になり易い機関回転数の急変時において燃焼の安定化によるエンスト特性の向上を図るとともに、燃焼が安定している期間は使用コアを減らすことで消費電力の抑制による燃費の向上を図ることができる。

第３の発明によれば、機関回転数が所定の基準値よりも小さい場合には第１および第２のコアでの制御目標値の演算が行われ、当該機関回転数が所定の基準値よりも大きい場合には第１のコアのみでの制御目標値の演算が行われ第２のコアでの制御目標値の演算が休止される。このため、本発明によれば、燃焼が不安定になり易い低回転時において燃焼の安定化によるエンスト特性の向上を図るとともに、燃焼が安定している期間は使用コアを減らすことで消費電力の抑制による燃費の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御システムの概要を示す図である。制御システムは、制御対象である内燃機関２と、内燃機関２が備える複数のアクチュエータを操作してその運転を制御する制御装置４を含んでいる。本実施の形態の内燃機関２はディーゼルエンジンであり、アクチュエータはディーゼルスロットル、ＥＧＲバルブ及びターボチャージャの可変ノズルの３種類である。

本実施の形態の制御装置４は、４つのコア６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが搭載されたマルチコアプロセッサとして構成され、エンジンＥＣＵの機能の一部として実現される。図示は省略するが、各コア６はキャッシュ付きのＣＰＵとローカルメモリを備え、コア６同士はバスで接続されている。ローカルメモリには、ＣＰＵで実行される各種のプログラムとそのプログラムの実行時に使用される各種のデータが記憶されている。また、バスにはコア間で共有される共有メモリも接続されている。尚、本実施の形態の制御装置４では４つのコアが搭載されたマルチコアプロセッサについて説明するが、制御装置４は、更に複数のコアが搭載された所謂メニーコアプロセッサとして構成されていてもよい。

［実施の形態の１動作］
次に、本実施の形態１の動作について説明する。本実施の形態にかかる制御装置４は、いわゆるモデルベース制御によってディーゼルエンジン２を制御するものであり、モデル予測を多用して、上述した複数のアクチュエータの制御目標値を計算する。具体的には、ディーゼルエンジン２から制御装置４には、ＥＧＲ率“ｅｇｒ”、過給圧“ｐｉｍ”、エンジン回転数“Ｎｅ”及び燃料噴射量“Ｑ”を含む各種の情報が所定のクランク角期間毎に取り込まれる。制御装置４は、取り込んだ情報に基づき、ディーゼルスロットルの操作量であるスロットル開度“Ｄｔｈ”、ＥＧＲバルブの操作量であるＥＧＲバルブ開度“ＥＧＲｖ”及び可変ノズルの操作量である可変ノズル開度“ＶＮ”をそれぞれ計算し、ディーゼルエンジン２に出力する。

ここで、エンジン回転数Ｎｅ等の情報を制御装置４に取り込むサンプリング周期（クランク角期間）の長短は、燃焼の安定度に影響を与える。すなわち、例えば、サンプリング周期のクランク角期間を長め（例えば、３０°ＣＡ）に設定した場合においては、エンジン回転数が急変した際に制御目標値に急激な変化が生じるおそれがある。この場合、アクチュエータの制御性が悪化することにより燃焼が不安定になりエンスト耐性が悪化してしまう。

一方、サンプリング周期のクランク角期間を短め（例えば、１０°ＣＡ）に設定した場合においては、エンジン回転数が急変した際にも制御目標値の急激な変化を抑制することができる。但し、この場合、演算負荷が大きくなるため消費電力の増大による燃費の低下が問題となる。

そこで、本実施の形態の制御装置４では、これらの問題を高い次元で両立すべく、エンジン回転数の変動度合に応じて、制御目標値の演算周期を可変に設定することとする。以下、具体的に説明する。

先ず、コア６Ａには、７２０°ＣＡ燃焼サイクル中の所定のクランク角期間（例えば３０°ＣＡ）毎のクランク角（以下、「第１のクランク角」と称する）として、例えば、３０°ＣＡ、６０°ＣＡ、９０°ＣＡ、・・・６６０°ＣＡ、６９０°ＣＡ、７２０°ＣＡ（０°ＣＡ）の計２４個のクランク角が関連付けられている。また、コア６Ｂには、上記コア６Ａに関連付けられたクランク角の間の期間を等間隔（例えば１０°ＣＡ）に分割するクランク角（以下、「第２のクランク角」と称する）として、例えば、１０°ＣＡ、２０°ＣＡ、４０°ＣＡ、・・・６８０°ＣＡ、７００°ＣＡ、７１０°ＣＡの計４８個のクランク角が関連付けられている。そして、コア６Ａおよびコア６Ｂには、関連付けられたクランク角におけるＥＧＲ率“ｅｇｒ”、過給圧“ｐｉｍ”、エンジン回転数“Ｎｅ”及び燃料噴射量“Ｑ”を含む各種状態量を用いて、スロットル開度“Ｄｔｈ”、ＥＧＲバルブ開度“ＥＧＲｖ”及び可変ノズル開度“ＶＮ”をそれぞれ演算するための演算プログラムが割り当てられている。

また、コア６Ｂには、エンジン回転数が急変した場合に制御目標値を上記演算プログラムにより演算し、エンジン回転数が比較的安定している場合には、制御目標値の演算を休止するようにプログラムされている。エンジン回転数が急変した場合としては、例えば、エンジン回転数の変化率が所定の基準割合を超えた場合等が想定される。このような構成によれば、エンジン回転数が急変した場合等、燃焼が不安定になり易い燃焼不安定領域では、制御目標値の演算周期を細分化して演算精度を高めることにより、燃焼の安定化を優先することができる。一方、エンジン回転数が比較的安定している場合には、制御目標値の演算周期を長期化しても比較的安定した燃焼を確保することができるため、コア６Ｂを休止して使用コアを減らすことにより消費電力を有効に抑制することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図２を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、制御装置４が制御目標値の演算を行うルーチンのフローチャートである。尚、図２に示すルーチンは、内燃機関２の運転中に繰り返し実行されるものとする。

図２に示すルーチンでは、先ず、内燃機関２のエンジン回転数の急変時か否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、エンジン回転数Ｎｅの変化率が演算され、当該演算された変化率が所定の基準割合を超えたか否かが判定される。その結果、エンジン回転数Ｎｅの変化率＞基準割合の成立が認められた場合には、エンジン回転数の急変により制御目標値に急激な変化が生じるおそれがあると判断されて、次のステップに移行し、クランク角１０°ＣＡ毎の状態量を用いて制御目標値の演算が実行される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、コア６Ａを用いた第１のクランク角での制御目標値の演算に加えて、コア６Ｂを用いた第２のクランク角での制御目標値の演算が実行される。

一方、上記ステップ１００において、エンジン回転数Ｎｅの変化率＞基準割合の成立が認められない場合には、エンジン回転数が安定しているため制御目標値に急激な変化が生じるおそれはないと判断されて、次のステップに移行し、クランク角３０°ＣＡ毎の状態量を用いて制御目標値の演算が実行される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、コア６Ｂを用いた第２のクランク角での制御目標値の演算が休止されて、コア６Ａを用いた第１のクランク角のみでの制御目標値の演算が実行される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、内燃機関２のエンジン回転数の急変時は、制御目標値の演算周期をより細分化することができるので、制御目標値の演算精度を有効に高めてアクチュエータの制御性の悪化を抑制することができる。また、本実施の形態のシステムによれば、内燃機関２のエンジン回転数の安定時は、使用コア数が減らされるので、演算負荷の軽減による燃費の向上を図ることができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、本発明をディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関に限定されるものではなく、ガソリンやアルコールを燃料とする火花点火内燃機関や、その他の各種の内燃機関の制御に適用することが可能である。

また、上述した実施の形態１においては、第１のクランク角が３０°ＣＡ毎に、第２のクランク角が第１のクランク角との組み合わせで１０°ＣＡ毎になるように、関連付けるクランク角が設定されているが、第１のクランク角および第２のクランク角はこれに限らず、他のクランク角期間に設定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、第１のクランク角をコア６Ａに、第２のクランク角をコア６Ｂに、それぞれ関連付けることとしているが、関連付けるコアはこれらのコアに限られない。すなわち、第１のクランク角と第２のクランク角とが別のコアに関連付けられているのであれば、例えば、第１（或いは第２）のクランク角を複数のコアに振り分けて関連付けることとしてもよいし、また、メニーコアを備える制御装置を用いて、第１（或いは第２）のクランク角のそれぞれを、全て別々のコアに関連付けることとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、エンジン回転数が急変した場合の判定として、エンジン回転数の変化率と所定の基準割合とを比較することとしているが、エンジン回転数急変時の判定はこれに限られず、例えば、アクセル開度の変化や燃料噴射量等から判定することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、制御装置４が、前記第１の発明における「マルチコアプロセッサ」に、コア６Ａが、前記第１の発明における「第１のコア」に、コア６Ｂが、前記第１の発明における「第２のコア」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、図１に示すシステムを用いて、後述する図３に示すルーチンを実行することにより実現することができる。

内燃機関２において燃焼の安定化を図るためには、エンジン回転数Ｎｅ等の状態量を正確に測定し、これらの状態量に基づいてスロットル開度Ｄｔｈ、ＥＧＲバルブ開度ＥＧＲｖ及び可変ノズル開度ＶＮ等の制御目標値を演算することが求められる。特に、エンジン回転数の低回転時には燃焼が不安定になり易いため、より正確な状態量を用いて演算を行うことが好ましい。

そこで、本実施の形態の制御装置４では、エンジン回転数が低回転時となる場合に演算周期が細分化される。具体的には、コア６Ｂには、エンジン回転数が所定の低回転より低い場合に制御目標値を上記演算プログラムにより演算し、エンジン回転数が所定の低回転よりも高い場合には、制御目標値の演算を休止するようにプログラムされている。このような構成によれば、エンジン回転数が低回転である場合等、燃焼が不安定になり易い燃焼不安定領域では内燃機関の回転挙動を正確に測定して燃焼の安定化を優先するとともに、燃焼が比較的安定している領域では、使用コアを減らすことで消費電力を有効に抑制することができる。

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、制御装置４が制御目標値の演算を行うルーチンのフローチャートである。尚、図３に示すルーチンは、内燃機関２の運転中に繰り返し実行されるものとする。

図３に示すルーチンでは、先ず、内燃機関２のエンジン回転が低回転時か否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、エンジン回転数Ｎｅが所定の基準回転数より低いか否かが判定される。その結果、エンジン回転数Ｎｅ＜基準回転数の成立が認められた場合には、エンジン回転数の低下により燃焼が不安定になると判断されて、次のステップに移行し、クランク角１０°ＣＡ毎の状態量を用いて制御目標値の演算が実行される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、コア６Ａを用いた第１のクランク角での制御目標値の演算に加えて、コア６Ｂを用いた第２のクランク角での制御目標値の演算が実行される。

一方、上記ステップ２００において、エンジン回転数＜基準回転数の成立が認められない場合には、燃焼が比較的安定しているため制御目標値の演算周期を多少長期化させても問題ないと判断されて、次のステップに移行し、クランク角３０°ＣＡ毎の状態量を用いて制御目標値の演算が実行される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、コア６Ｂを用いた第２のクランク角での制御目標値の演算が休止されて、コア６Ａを用いた第１のクランク角のみでの制御目標値の演算が実行される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、燃焼が不安定になり易い低回転時は、制御目標値の演算周期をより細分化することができるので、制御目標値の演算精度を有効に高めてアクチュエータの制御性の悪化を抑制することができる。また、本実施の形態のシステムによれば、燃焼が比較的安定している中、高回転時は、制御目標値の演算周期をより大きくすることができるので、演算負荷の軽減による燃費の向上を図ることができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、本発明をディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関に限定されるものではなく、ガソリンやアルコールを燃料とする火花点火内燃機関や、その他の各種の内燃機関の制御に適用することが可能である。

また、上述した実施の形態２においては、第１のクランク角が３０°ＣＡ毎に、第２のクランク角が第１のクランク角との組み合わせで１０°ＣＡ毎になるように、関連付けるクランク角が設定されているが、第１のクランク角および第２のクランク角はこれに限らず、他のクランク角期間に設定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、第１のクランク角をコア６Ａに、第２のクランク角をコア６Ｂに、それぞれ関連付けることとしているが、関連付けるコアはこれらのコアに限られない。すなわち、第１のクランク角と第２のクランク角とが別のコアに関連付けられているのであれば、例えば、第１（或いは第２）のクランク角を複数のコアに振り分けて関連付けることとしてもよいし、また、メニーコアを備える制御装置を用いて、第１（或いは第２）のクランク角のそれぞれを、全て別々のコアに関連付けることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、制御装置４が、前記第１の発明における「マルチコアプロセッサ」に、コア６Ａが、前記第１の発明における「第１のコア」に、コア６Ｂが、前記第１の発明における「第２のコア」に、それぞれ相当している。

２ 内燃機関（ディーゼルエンジン）
４ 制御装置
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ コア

Claims (3)

1. 複数のコアが搭載されたマルチコアプロセッサを有し、前記マルチコアプロセッサを用いて１又は複数のアクチュエータの制御目標値を演算する内燃機関の制御装置において、
   前記マルチコアプロセッサは、
   所定のクランク角期間毎のクランク角に関連付けられた１又は複数の第１のコアと、
   前記所定のクランク角期間を複数期間に等分するクランク角に関連付けられた１又は複数の第２のコアと、を含み、
   前記第１のコアおよび前記第２のコアには、関連付けられたクランク角における前記内燃機関の状態量を用いて前記１又は複数のアクチュエータの制御目標値を演算するための演算プログラムが割り当てられ、
   前記第２のコアは、前記内燃機関の機関回転数から判断される機関状態が所定の燃焼不安定領域に属する場合、前記制御目標値を前記演算プログラムにより演算し、前記機関状態が前記所定の燃焼不安定領域に属さない場合には、前記制御目標値の演算を休止するようにプログラムされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記機関状態は前記内燃機関の機関回転数の変化率であり、
   前記第２のコアは、前記変化率が所定の基準割合よりも大きい場合、前記制御目標値を前記演算プログラムにより演算し、前記変化率が所定の基準割合よりも小さい場合には、前記制御目標値の演算を休止するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記機関状態は前記内燃機関の機関回転数であり、
   前記第２のコアは、前記機関回転数が所定の基準値よりも小さい場合、前記制御目標値を前記演算プログラムにより演算し、前記機関回転数が所定の基準値よりも大きい場合には、前記制御目標値の演算を休止するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載内燃機関の制御装置。

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