JP6012892B1 - 内燃機関の制御装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
時間間隔に基づいて、前記検出角度又は前記角度区間のそれぞれに対応する、前記クランク軸角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化量である角加速度変化量を算出する角度情報算出部と、前記検出角度又は前記角度区間のそれぞれの前記角加速度変化量がゼロに近づくように、前記角度区間のそれぞれの前記補正値を変化させる補正値変化部と、を備えるものである。
実施の形態1に係る内燃機関1の制御装置50(以下、単に制御装置50と称す)について図面を参照して説明する。図1及び図2は、本実施の形態に係る内燃機関1及び制御装置50の概略構成図であり、図3は、本実施の形態に係る制御装置50のブロック図である。内燃機関1及び制御装置50は、車両に搭載され、内燃機関1は、車両(車輪)の駆動力源となる。
まず、内燃機関1の構成について説明する。図1に示すように、内燃機関1は、空気と燃料の混合気を燃焼する気筒7を備えている。内燃機関1は、気筒7に空気を供給する吸気路23と、気筒7で燃焼した排気ガスを排出する排気路17とを備えている。内燃機関1は、ガソリンエンジンとされている。内燃機関1は、吸気路23を開閉するスロットルバルブ4を備えている。スロットルバルブ4は、制御装置50により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ4には、スロットルバルブ4の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ19が設けられている。
次に、制御装置50について説明する。
制御装置50は、内燃機関1を制御対象とする制御装置である。図3に示すように、制御装置50は、角度情報検出部51、角度情報補正部52、角度情報算出部53、及び補正値変化部54、筒内圧力推定部55、燃焼パラメータ算出部56、及び燃焼制御部57等の制御部を備えている。制御装置50の各制御部51〜57等は、制御装置50が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置50は、図4に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)
、演算処理装置90とデータのやり取りをする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。
角度情報検出部51は、図5に示すように、特定クランク角センサとされた第2クランク角センサ6の出力信号に基づいてクランク軸角度θdを検出すると共にクランク軸角度θdを検出した検出時刻Tdを検出する。そして、角度情報検出部51は、検出したクランク軸角度θdである検出角度θd及び検出時刻Tdに基づいて、検出角度θdの間の角度区間Sdに対応する角度間隔Δθd及び時間間隔ΔTdを算出する。
Δθd(n)=θd(n)−θd(n−1) ・・・(1)
本実施の形態では、リングギア25の歯の角度間隔は、全て等しくされているので、角度情報検出部51は、全ての角度識別番号nの角度間隔Δθdを、予め設定された角度(本例では4deg)に設定する。
ΔTd(n)=Td(n)−Td(n−1) ・・・(2)
角度情報補正部52は、角度区間Sdのそれぞれの角度間隔Δθd又は時間間隔ΔTdを、角度区間Sdのそれぞれに対応して1つずつ設けた補正値Kcにより補正する。
Δθdc(n)=Kc(n)×Δθd(n)
又は ・・・(3)
ΔTdc(n)=Kc(n)×ΔTd(n)
角度情報算出部53は、角度区間Sdのそれぞれの補正値Kcによる補正後の角度間隔Δθdc及び時間間隔ΔTdcに基づいて、検出角度θd又は角度区間Sdのそれぞれに対応する、クランク軸角度θdの時間変化率であるクランク角速度ωd、クランク角速度ωdの時間変化率であるクランク角加速度αd、及びクランク角加速度αdの時間変化量である角加速度変化量Δαdを算出する。
ωd(n)=Δθdc(n)/ΔTdc(n) ・・・(4)
αd(n)={ωd(n+1)−ωd(n)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)}×2 ・・・(5)
Δαd(n)=αd(n+1)−αd(n−1) ・・・(6)
δd(n)={αd(n+1)−αd(n−1)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)} ・・・(7)
補正値変化部54は、検出角度θd又は角度区間Sd(本例では検出角度θd)のそれぞれの角加速度変化量Δαd(又はクランク角躍度δd)がゼロに近づくように、角度区間Sdのそれぞれの補正値Kcを変化させる。
図10に示すように、内燃機関1に燃料が供給されており、燃焼している場合(一点鎖線)は、燃焼による気筒7内の圧力変動が大きいため、時間間隔ΔTdの時間変化が大きくなり、クランク角速度の時間変化が大きくなる。燃料供給が停止され、燃焼停止しており、内燃機関1の負荷が中程度である場合(破線)は、燃焼時よりも気筒7内の圧力変動が減少するが、気筒7内に吸入される空気量が多くなり、気筒7内の空気の圧力変動幅が大きくなる。そのため、時間間隔及びクランク角速度の時間変化は、燃焼時よりも減少するが十分に減少していない。
補正値変化部54は、クランク軸2が予め設定された判定角度(本例では、360deg)回転する毎に、判定角度間の角加速度変化量Δαd(又はクランク角躍度δd)についての、当該角加速度変化量Δαdの平均値に対するばらつき度合を算出する。本実施の形態では、補正値変化部54は、ばらつき度合として、判定角度間の角加速度変化量Δαd(又はクランク角躍度δd)の標準偏差σを算出するように構成されている。そして、補正値変化部54は、前回算出した標準偏差σと今回算出した標準偏差σとの変化量の絶対値|Δσ|が、予め設定された判定変化量Xσ未満になった場合に、補正値Kcの変化が完了したと判定し、補正値Kcの変化を停止し、補正値Kcを保持する。
ることができる。また、補正値Kcの適切な変化が完了した後も、補正値Kcの変化処理を継続することにより、何らかの要因で、補正値Kcの誤変化が生じることを防止できる。
本実施の形態では、角度情報検出部51は、内燃機関1への燃料供給が停止されており、内燃機関1の負荷が予め設定された判定負荷よりも低い変化許可条件が成立した場合に検出した、角度区間Sdのそれぞれの角度間隔Δθd及び時間間隔ΔTdを記憶する。そして、角度情報補正部52、角度情報算出部53、及び補正値変化部54は、記憶された角度区間Sdのそれぞれの角度間隔Δθd及び時間間隔ΔTdに対して処理を行って、補正値Kcを変化させる。
次に、図13に示すフローチャートを用いて、本実施の形態に係る補正値Kcの変化処理を説明する。
まず、ステップS01で、補正値変化部54は、内燃機関1への燃料供給が停止されており、内燃機関1の負荷が予め設定された判定負荷よりも低い変化許可条件が成立しているか否かを判定する。角度情報検出部51は、変化許可条件が成立した場合(ステップS01:Yes)は、上記のように、検出した角度間隔Δθd及び時間間隔ΔTdを記憶する。本例では、記憶回転数分のデータが記憶される。
図14に、変化完了後の補正値Kcによる補正結果を実線で示す。破線で示す、補正値Kcによる補正前の時間間隔ΔTdには、リングギア25の歯の公差により、高振幅の振動成分が重畳している。変化完了後の補正値Kcによる補正後の時間間隔ΔTdcは、補正前よりも振幅が低減しており、図11に示した補正目標に近づいている。よって、補正値Kcによりリングギア25の歯の公差による時間間隔ΔTdcの変動を良好に補正できている。
筒内圧力推定部55は、内燃機関1のピストン、コンロッド及びクランクを含むクランク軸2の回転系の運動方程式を用い、クランク軸角度θd及びクランク角加速度αdに基づいて、燃焼により生じた燃焼ガス圧トルクTbを算出し、燃焼ガス圧トルクTb及びクランク軸角度θdに基づいて燃焼している気筒bの筒内圧力Pcylbを推定する。
燃焼パラメータ算出部56は、燃焼気筒bの筒内圧力Pcylbに基づいて、熱発生率及び質量燃焼割合MFBの一方又は双方の燃焼パラメータを算出する。
燃焼制御部57は、燃焼パラメータに基づいて、点火時期及びEGR量の一方又は双方を変化させる燃焼制御を行う。本実施の形態では、燃焼制御部57は、質量燃焼割合MFBが0.5(50%)になるクランク軸角度θdb(燃焼中心角度と称す)を判定し、燃焼中心角度が予め設定された目標角度に近づくように、点火時期及びEGR量の一方又は双方を変化させる。例えば、燃焼制御部57は、燃焼中心角度が目標角度よりも遅角側である場合は、点火時期を進角側に変化させる、又はEGRバルブ22の開度を増加させてEGR量を増加させる。なお、EGR量を増加させれば、燃焼速度が緩やかになり、燃焼中心角度が進角側に変化する。一方、燃焼制御部57は、燃焼中心角度が目標角度よりも進角側である場合は、点火時期を遅角側に変化させる、又はEGRバルブ22の開度を減少させてEGR量を減少させる。
図16を用いて、補正値Kcによる補正を行う本実施の形態の場合と、補正を行わない比較例の場合の、筒内圧力、熱発生率及び質量燃焼割合の算出精度を説明する。図16の左側の列に、補正値Kcによる補正を行わない比較例の場合の各算出値の挙動を示している。図16の右側の列に、変化完了後の補正値Kcによる補正を行った本実施の形態の場合の各算出値の挙動を示している。
まりが小さく、特に熱発生率及び質量燃焼割合MFBの算出精度が大幅に向上している。よって、本実施の形態では、熱発生率及び質量燃焼割合MFBの燃焼パラメータを用いた燃焼制御の制御精度を向上させることができる。
本実施の形態に係る制御装置50の概略的な処理の手順(内燃機関1の制御方法)について、図17に示すフローチャートに基づいて説明する。図17のフローチャートの処理は、演算処理装置90が記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
d(n)の補正値Kc(n)を変化させるように構成されてもよい。
54は、ばらつき度合として、判定角度間の角加速度変化量Δαdの分散σ^2を算出するように構成されてもよい。補正値変化部54は、式(8)の標準偏差σを2乗したものに相当する式(17)を用いて分散σ^2を算出する。
Claims (12)
- クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク軸角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する特定クランク角センサと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいてクランク軸角度を検出すると共に前記クランク軸角度を検出した検出時刻を検出し、検出した前記クランク軸角度である検出角度及び前記検出時刻に基づいて、前記検出角度の間の角度区間に対応する角度間隔及び時間間隔を算出する角度情報検出部と、
前記角度区間のそれぞれの前記角度間隔又は前記時間間隔を、前記角度区間のそれぞれに対応して1つずつ設けた補正値により補正する角度情報補正部と、
前記角度区間のそれぞれの前記補正値による補正後の前記角度間隔及び前記時間間隔に基づいて、前記検出角度又は前記角度区間のそれぞれに対応する、前記クランク軸角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化量である角加速度変化量を算出する角度情報算出部と、
前記検出角度又は前記角度区間のそれぞれの前記角加速度変化量がゼロに近づくように、前記角度区間のそれぞれの前記補正値を変化させる補正値変化部と、を備える内燃機関の制御装置。 - 前記補正値変化部は、前記内燃機関への燃料供給が停止されており、前記内燃機関の負荷が予め設定された判定負荷よりも低い場合に、前記補正値の変化を許可する請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記角度情報検出部は、前記内燃機関への燃料供給が停止されており、前記内燃機関の負荷が予め設定された判定負荷よりも低い場合に検出した前記角度区間のそれぞれの前記角度間隔及び前記時間間隔を記憶し、
前記角度情報補正部、前記角度情報算出部、及び前記補正値変化部は、記憶された前記角度区間のそれぞれの前記角度間隔及び前記時間間隔に対して処理を行って、前記補正値を変化させる請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正値変化部は、前記内燃機関のスロットルバルブの開度が予め設定された判定開度よりも低い場合に成立する条件、前記内燃機関に吸入される吸入空気量が予め設定された判定空気量よりも低い場合に成立する条件、前記内燃機関の吸気マニホールド内の圧力が予め設定された判定圧力よりも低い場合に成立する条件、前記内燃機関の充填効率が予め設定された判定効率よりも低い場合に成立する条件のいずれか1つ以上の条件を論理積により組み合わせた条件が成立した場合に、前記内燃機関の負荷が前記判定負荷よりも低いと判定する請求項2又は3に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記角度情報算出部は、前記角加速度変化量を算出する前記検出角度である対象検出角度の直前2つの前記角度区間及び直後2つの前記角度区間のそれぞれの補正後の前記角度間隔及び前記時間間隔に基づいて、当該直前2つ及び直後2つの前記角度区間のそれぞれの前記クランク角速度を算出し、前記直前2つの前記角度区間のそれぞれの前記クランク角速度及び前記時間間隔に基づいて、当該直前2つの前記角度区間に対応する1つの前記クランク角加速度を算出し、前記直後2つの前記角度区間のそれぞれの前記クランク角速度及び前記時間間隔に基づいて、当該直後2つの前記角度区間に対応する1つの前記クランク角加速度を算出し、前記直前2つの前記角度区間に対応する前記クランク角加速度及び前記直後2つの前記角度区間に対応する前記クランク角加速度に基づいて、前記対象検出角度に対応する1つの前記角加速度変化量を算出する請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記角度情報算出部は、前記検出角度のそれぞれに対応する前記角加速度変化量を算出し、
前記補正値変化部は、前記補正値により前記角度間隔を補正する場合であって、処理対象とする前記検出角度である対象検出角度の前記角加速度変化量が正の値である場合は、前記対象検出角度の直前1つの前記角度区間の補正後の前記角度間隔が増加するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる増加補正、及び前記対象検出角度の直後1つの前記角度区間の補正後の前記角度間隔が減少するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる減少補正の一方又は双方を実行し、前記対象検出角度の前記角加速度変化量が負の値である場合は、前記対象検出角度の直前1つの前記角度区間の補正後の前記角度間隔が減少するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる減少補正、及び前記対象検出角度の直後1つの前記角度区間の補正後の前記角度間隔が増加するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる増加補正の一方又は双方を実行し、或いは、
前記補正値により前記時間間隔を補正する場合であって、前記対象検出角度の前記角加速度変化量が正の値である場合は、前記対象検出角度の直前1つの前記角度区間の補正後の前記時間間隔が減少するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる減少補正、及び前記対象検出角度の直後1つの前記角度区間の補正後の前記時間間隔が増加するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる増加補正の一方又は双方を実行し、前記対象検出角度の前記角加速度変化量が負の値である場合は、前記対象検出角度の直前1つの前記角度区間の補正後の前記時間間隔が増加するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる増加補正、及び前記対象検出角度の直後1つの前記角度区間の補正後の前記時間間隔が減少するように、当該角度区間の前記補正値を変化させる減少補正の一方又は双方を実行する請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記角度情報算出部は、前記角度区間のそれぞれに対応する前記角加速度変化量を算出し、
前記補正値変化部は、前記補正値により前記角度間隔を補正する場合であって、処理対象とする前記角度区間である対象角度区間の前記角加速度変化量が正の値である場合は、前記対象角度区間の補正後の前記角度間隔が増加するように前記補正値を変化させる増加補正を実行し、前記対象角度区間の前記角加速度変化量が負の値である場合は、前記対象角度区間の補正後の前記角度間隔が減少するように前記補正値を変化させる減少補正を実行し、或いは、
前記補正値により前記時間間隔を補正する場合であって、前記対象角度区間の前記角加速度変化量が正の値である場合は、前記対象角度区間の補正後の前記時間間隔が減少するように前記補正値を変化させる減少補正を実行し、前記対象角度区間の前記角加速度変化量が負の値である場合は、前記対象角度区間の補正後の前記時間間隔が増加するように前記補正値を変化させる増加補正を実行する請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記補正値変化部は、前記クランク軸が予め設定された判定角度回転する毎に、前記判定角度間の前記角加速度変化量についての、当該角加速度変化量の平均値に対するばらつき度合を算出し、前回算出した前記ばらつき度合と今回算出した前記ばらつき度合との変化量の絶対値が、予め設定された判定変化量未満になった場合に、前記補正値の変化を停止し、前記補正値を保持する請求項1から7のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記角度情報算出部は、前記角加速度変化量として、前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する請求項1から8のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関のピストン、コンロッド及びクランクを含む前記クランク軸の回転系の運動方程式を用い、前記クランク軸角度及び前記クランク角加速度に基づいて、燃焼により生じたガス圧トルクを算出し、前記ガス圧トルク及び前記クランク軸角度に基づいて燃焼している気筒の筒内圧力を推定する筒内圧力推定部を備える請求項1から9のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記筒内圧力に基づいて、熱発生率及び質量燃焼割合の一方又は双方の燃焼パラメータを推定する燃焼パラメータ算出部と、
前記燃焼パラメータに基づいて、点火時期及びEGR量の一方又は双方を変化させる燃焼制御部と、を備えた請求項10に記載の内燃機関の制御装置。 - クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク軸角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する特定クランク角センサと、を備えた内燃機関の制御方法であって、
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいてクランク軸角度を検出すると共に前記クランク軸角度を検出した検出時刻を検出し、検出した前記クランク軸角度である検出角度及び前記検出時刻に基づいて、前記検出角度の間の角度区間に対応する角度間隔及び時間間隔を算出する角度情報検出ステップと、
前記角度区間のそれぞれの前記角度間隔又は前記時間間隔を、前記角度区間のそれぞれに対応して1つずつ設けた補正値により補正する角度情報補正ステップと、
前記角度区間のそれぞれの前記補正値による補正後の前記角度間隔及び前記時間間隔に基づいて、前記検出角度又は前記角度区間のそれぞれに対応する、前記クランク軸角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化量である角加速度変化量を算出する角度情報算出ステップと、
前記検出角度又は前記角度区間のそれぞれの前記角加速度変化量がゼロに近づくように、前記角度区間のそれぞれの前記補正値を変化させる補正値変化ステップと、を実行する内燃機関の制御方法。
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