JP5741360B2 - 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 特開２０１０−２０３４２６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、複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、内燃機関の演算負荷に応じた効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、排気通路に設置された第１のタービンと吸気通路に設置された第１のコンプレッサとを有する第１のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第１のコンプレッサよりも下流側に設置された第２のコンプレッサと前記排気通路における前記第１のタービンよりも上流側に設置された第２のタービンとを有する第２のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第２のコンプレッサの上流側と下流側とをバイパスするエアバイパス通路と、前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、を備え、内燃機関の運転状態に応じて前記エアバイパスバルブを作動させる内燃機関の制御装置であって、
複数のコアが搭載されたマルチコアプロセッサを有し、内燃機関の動作に関わる種々の演算のタスクを前記複数のコアに割り当てて並列に演算を行う演算手段と、
前記エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、全開への作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を減ずる制御手段と、
を備え、
前記演算手段は、前記第２のコンプレッサのダイナミクスに関連する演算のタスクを、前記複数のコアから指定された１または複数の指定コアに割り当てる手段を含み、
前記制御手段は、前記エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、前記指定コアを停止させ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、
前記制御手段は、前記エアバイパスバルブが全開から閉方向へ作動された場合に、作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を増加させることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記内燃機関の所定時間先の燃料噴射量を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された燃料噴射量に基づいて、所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況を予測する予測手段と、を更に備え、
前記制御手段は、前記予測手段によって予測された所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況に基づいて、前記演算手段に用いるコア数の増減を行うことを特徴としている。
また、第４の発明は、排気通路に設置された第１のタービンと吸気通路に設置された第１のコンプレッサとを有する第１のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第１のコンプレッサよりも下流側に設置された第２のコンプレッサと前記排気通路における前記第１のタービンよりも上流側に設置された第２のタービンとを有する第２のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第２のコンプレッサの上流側と下流側とをバイパスするエアバイパス通路と、前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、を備え、内燃機関の運転状態に応じて前記エアバイパスバルブを作動させる内燃機関の制御装置であって、
複数のコアが搭載されたマルチコアプロセッサを有し、内燃機関の動作に関わる種々の演算のタスクを前記複数のコアに割り当てて並列に演算を行う演算手段と、
前記エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、全開への作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を減ずる制御手段と、
前記内燃機関の所定時間先の燃料噴射量を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された燃料噴射量に基づいて、所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況を予測する予測手段と、を備え、
前記制御手段は、前記予測手段によって予測された所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況に基づいて、前記演算手段に用いるコア数の増減を行うことを特徴としている。
また、第５の発明は、第４の発明において、前記制御手段は、前記エアバイパスバルブが全開から閉方向へ作動された場合に、作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を増加させることを特徴としている。

第１の発明によれば、エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、全開への作動前に比して使用コア数が減らされる。エアバイパスバルブが全開に作動されている場合には、第２のコンプレッサの上流側の空間と下流側の空間とを１つの空間とみなすことができるため、解くべきモデル式の次数が全開への作動前に比して減少する。このため、本発明によれば、演算負荷の減少に応じて使用コア数を減らすことができるので、内燃機関の演算負荷に応じた効率的な使用コア配分を行うことが可能となる。
また、本発明によれば、第２のコンプレッサのダイナミクスに関連する演算のタスクが１または複数の指定コアに割り当てられる。そして、エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、当該指定コアの使用が停止される。このため、本発明によれば、エアバイパスバルブの全開時に不要となる演算を有効に停止して、内燃機関の演算負荷に応じた効率的な使用コア配分を行うことが可能となる。

第２又は第５の発明によれば、エアバイパスバルブが全開から閉方向へ作動された場合に、作動前に比して使用コア数が増加される。このため、本発明によれば、解くべきモデル次数の増加に応じて使用コア数を増加させることができるので、内燃機関の演算負荷に応じた効率的な使用コア配分を行うことが可能となる。

第３又は第４の発明によれば、所定時間先の燃料噴射量に基づいて、所定時間先のエアバイパスバルブの作動状況が予測される。このため、本発明によれば、エアバイパスバルブを全開に作動させる時期を前もって把握することができるので、内燃機関の将来の演算負荷に応じた効率的な使用コア配分を事前に行うことが可能となる。

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。

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。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは、４サイクルのディーゼル機関（内燃機関）１０を備えている。内燃機関１０は車両に搭載され、その動力源とされているものとする。内燃機関１０の吸気側には、吸気通路１２が接続されている。吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ１６が設けられている。また、内燃機関１０の排気側には、排気通路１４が接続されている。排気通路１４の途中には、排気ガスを浄化するための後処理装置１８が設けられている。

本実施の形態のシステムは、２つのターボ過給機が吸気通路１２および排気通路１４に直列に配設されたシリーズツインターボシステムとして構成されている。具体的には、内燃機関１０は、第１のターボ過給機２０と第２のターボ過給機２２とを備えている。第１のターボ過給機２０は、排気ガスの排気エネルギによって作動する第１のタービン２０ａと、第１のタービン２０ａと一体的に連結され、第１のタービン２０ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される第１のコンプレッサ２０ｂとを有している。また、第２のターボ過給機２２も同様に、第２のタービン２２ａと第２のコンプレッサ２２ｂとを有している。

第１のターボ過給機２０のタービン２０ａおよびコンプレッサ２０ｂは、排気通路１４および吸気通路１２の途中にそれぞれ配置されている。また、第２のターボ過給機２２のタービン２２ａおよびコンプレッサ２２ｂは、排気通路１４におけるタービン２０ａの上流側および吸気通路１２におけるコンプレッサ２０ｂの下流側となる位置にそれぞれ配置されている。吸気通路１２におけるコンプレッサ２２ｂの更に下流側には、インタークーラ２４および吸気絞り弁２６がこの順に配設されている。エアクリーナ１６を通って吸入された空気は、第１のターボ過給機２０のコンプレッサ２０ｂおよび第２のターボ過給機２２のコンプレッサ２２ｂで圧縮された後、インタークーラ２４で冷却される。インタークーラ２４を通過した吸入空気は、吸気マニホールドにより各気筒の吸気ポート（図示せず）に分配される。

コンプレッサ２２ｂからインタークーラ２４に至る吸気通路１２の途中には、吸気バイパス通路２８の一端が接続されている。吸気バイパス通路２８の他端は、コンプレッサ２０ｂから当該コンプレッサ２２ｂに至る吸気通路１２の途中に接続されている。吸気バイパス通路２８の途中には、吸気バイパス通路２８を流れる空気の流量を制御するためのエアバイパスバルブ（以下、単に「ＡＢＶ」と称する）３０が配置されている。ＡＢＶ３０を操作して吸気バイパス通路２８を開放することで、コンプレッサ２０ｂにより圧縮された空気がコンプレッサ２２ｂをバイパスして内燃機関１０へ吸気される。

また、本実施の形態のシステムは、安定した過給圧供給やターボ過給機２０，２２の保護の目的で、排気通路１４におけるタービン２０ａ，２２ａをバイパスする排気バイパス通路３２，３６がそれぞれ設けられている。排気バイパス通路３２，３６の途中には、排気バイパス通路３２，３６を流れる排気の流量を制御するためのウエストゲートバルブ（以下、単に「ＷＧＶ」と称する）３４，３８がそれぞれ配置されている。内燃機関１０の運転状態に応じて当該ＷＧＶ３４，３８の開閉を制御することにより、排気ガスが排気バイパス通路３２，３６を通過する流量が決定される。

本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ｎ個のコア（core_1〜core_n）が搭載されたプロセッサを有するマルチコアＥＣＵとして構成され、コア毎にそれぞれ使用・停止を可変に設定することができる。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したＡＢＶ３０の他、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセルポジションセンサ、内燃機関１０のクランク角度を検出するためのクランク角センサ等、内燃機関１０を制御するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述した吸気絞り弁２６、ＡＢＶ３０、ＷＧＶ３４，３８の他、内燃機関１０を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、入力された各種の情報に基づいて、各種アクチュエータを駆動するための所定の制御アルゴリズムを実行する。

［本実施の形態１の特徴的動作］
次に、本実施の形態１の特徴的動作について説明する。本実施の形態にかかる内燃機関１０は、その動作を制御するためのアクチュエータとして、例えば、吸気絞り弁２６、ＡＢＶ３０、ＷＧＶ３６，３８等の内燃機関１０を制御するための各種アクチュエータを備えている。本実施の形態の制御装置は、いわゆるモデルベース制御によって内燃機関を制御するものであり、モデル予測を多用して制御状態を推定し、上述した種々のアクチュエータの制御量を決定する。

本実施の形態のシステムでは、マルチコアＥＣＵを用いた並列演算処理が実行される。具体的には、エンジンモデルは各サブモデル毎にコア分割される。また、演算負荷の大きいサブモデルは、自動コンパイラにより更に細かくコア分割される。尚、自動コンパイラとしては、例えば、ＯＳＣＡＲ（Optimally Scheduled Advanced Multiprocessor）等の公知の並列化コンパイラを用いることができる。コア分割により各コアに振り分けられた演算タスクは、それぞれ各コアによって並列に演算される。

ここで、上述したモデルベース制御において、ＡＢＶ３０の全開時には第２のコンプレッサ２２ｂの前後の空間が吸気バイパス通路２８を介して連通するため、第１のターボ過給機２０のコンプレッサ２０ｂの下流側の空間を１つの空間とみなすことができる。このため、ＡＢＶ３０の全開時には、コンプレッサ２２ｂのダイナミクスや、コンプレッサ２０ｂとコンプレッサ２２ｂとの間の質量保存則やエネルギ保存則等のボリュームダイナミクスの演算を解く必要性がない。したがって、このような期間においては、上記演算を停止しても特に問題はなく、むしろこれらの演算を停止した方が演算負荷軽減の観点から好ましい。

そこで、本実施の形態のシステムでは、ＡＢＶ３０の全開に作動されている期間は、演算に使用するコア数を減ずることとする。具体的には、複数のコアの中から指定された１または複数の指定コアに、上述したコンプレッサ２２ｂのダイナミクスの演算を解くモデルを割り当てておき、ＡＢＶ３０の全開に作動されている期間は、当該コンプレッサ２２ｂのダイナミクスの演算が割り当てられた指定コアを停止することとする。これにより、不要な演算が行われるコアを有効に停止することができるので、残された演算資源を有効に配分することにより、システム全体として演算負荷の軽減を図ることができる。これにより、タスク抜けを回避して内燃機関の制御を高精度に実現することができる。

また、本実施の形態のシステムでは、ＡＢＶ３０が全開から閉方向に作動された時点で、上記停止されたコアでの演算を再度開始することとする。これにより、コンプレッサ２２ｂのダイナミクスの演算の開始に伴う演算負荷の増加を、使用コア数を増加させることで有効に補うことができる。

［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、ＥＣＵ５０が、演算に使用する使用コア数の増減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１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。また、図２に示すルーチンを実行する前提として、ここでは、第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクスに関連する演算のタスクが、１または複数の指定コアに既に割り当てられているものとする。

図２に示すルーチンでは、先ず、ＡＢＶ３０が全開に作動されているか否かが判定される（ステップ１００）。その結果、ＡＢＶ３０が全開中と判定された場合には、第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクスに関連する演算が不要であると判断されて、次のステップに移行し、当該第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクス演算が割り当てられた指定コアが停止される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクス、および第１のコンプレッサ２０ｂと第２のコンプレッサ２２ｂとの間のボリュームダイナミクス（質量保存則やエネルギ保存則等）の演算モデルが搭載された１または複数の指定コアが停止される。

一方、上記ステップ１００において、ＡＢＶ３０が全開中でないと判定された場合には、当該第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクス演算が指定コアによって実行される（ステップ１０４）。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、ＡＢＶ３０が全開に作動されている期間は、第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクスに関連する演算が割り当てられたコアが停止される。これにより、不要な演算が行われるコアを有効に停止することができるので、残された演算資源を有効に配分することにより、システム全体として演算負荷の軽減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２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクスに関連する演算として、第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクス演算、第１のコンプレッサ２０ｂと第２のコンプレッサ２２ｂとの間のボリュームダイナミクス演算を例に説明したが、当該指定コアに割り当てる演算はこれらに限られない。すなわちＡＢＶ３０の全開時に不要となる演算であれば、第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクスに関連する他の演算に本発明を適用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、ＡＢＶ３０が全開に作動されている期間に当該第２のコンプレッサ２２ｂのダイナミクスに関連する演算が割り当てられた指定コアを停止することとしているが、停止可能なコアは当該指定コアに限らない。すなわち、ＡＢＶ３０が全開に作動されている期間は、エンジンモデルにおいて解くべきモデル式の次数が減少するため、演算負荷が少なからず減少する。このため、ＡＢＶ３０が全開に作動されている期間に何れかのコアを停止するとともに、残りの使用コアに演算タスクを振り分けることで、内燃機関の演算負荷に応じた効率的な使用コア配分を行うことが可能となる。

また、上述した実施の形態１においては、現時点におけるＡＢＶ３０の作動状態を判定することとしているが、所定時間先の燃料噴射量に基づいて、将来のＡＢＶ３０の作動状態を判定することとしてもよい。具体的には、例えば、３２ｍｓの噴射量ディレーを行うことで、３２ｍｓ先のＡＢＶ３０の作動状況を判定することができる。これにより、ＡＢＶ３０が全開に作動される時期を前もって把握することができるので、内燃機関の将来の演算負荷に応じた効率的な使用コア配分を事前に行うことが可能となる。

１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
２０ 第１のターボ過給機
２０ａ 第１のタービン
２０ｂ 第１のコンプレッサ
２２ 第２のターボ過給機
２２ａ 第２のタービン
２２ｂ 第２のコンプレッサ
２８ 吸気バイパス通路
３０ エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (5)

1. 排気通路に設置された第１のタービンと吸気通路に設置された第１のコンプレッサとを有する第１のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第１のコンプレッサよりも下流側に設置された第２のコンプレッサと前記排気通路における前記第１のタービンよりも上流側に設置された第２のタービンとを有する第２のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第２のコンプレッサの上流側と下流側とをバイパスするエアバイパス通路と、前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、を備え、内燃機関の運転状態に応じて前記エアバイパスバルブを作動させる内燃機関の制御装置であって、
   複数のコアが搭載されたマルチコアプロセッサを有し、内燃機関の動作に関わる種々の演算のタスクを前記複数のコアに割り当てて並列に演算を行う演算手段と、
   前記エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、全開への作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を減ずる制御手段と、
   を備え、
   前記演算手段は、前記第２のコンプレッサのダイナミクスに関連する演算のタスクを、前記複数のコアから指定された１または複数の指定コアに割り当てる手段を含み、
   前記制御手段は、前記エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、前記指定コアを停止させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記エアバイパスバルブが全開から閉方向へ作動された場合に、作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を増加させ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. 前記内燃機関の所定時間先の燃料噴射量を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された燃料噴射量に基づいて、所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況を予測する予測手段と、を更に備え、
   前記制御手段は、前記予測手段によって予測された所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況に基づいて、前記演算手段に用いるコア数の増減を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 排気通路に設置された第１のタービンと吸気通路に設置された第１のコンプレッサとを有する第１のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第１のコンプレッサよりも下流側に設置された第２のコンプレッサと前記排気通路における前記第１のタービンよりも上流側に設置された第２のタービンとを有する第２のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第２のコンプレッサの上流側と下流側とをバイパスするエアバイパス通路と、前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、を備え、内燃機関の運転状態に応じて前記エアバイパスバルブを作動させる内燃機関の制御装置であって、
   複数のコアが搭載されたマルチコアプロセッサを有し、内燃機関の動作に関わる種々の演算のタスクを前記複数のコアに割り当てて並列に演算を行う演算手段と、
   前記エアバイパスバルブが全開に作動された場合に、全開への作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を減ずる制御手段と、
   前記内燃機関の所定時間先の燃料噴射量を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された燃料噴射量に基づいて、所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況を予測する予測手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記予測手段によって予測された所定時間先における前記エアバイパスバルブの作動状況に基づいて、前記演算手段に用いるコア数の増減を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記エアバイパスバルブが全開から閉方向へ作動された場合に、作動前に比して前記演算手段に用いるコア数を増加させることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。

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