KR101448415B1 - 과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치에 있어서, 내연 기관의 운전 상태를 검지하는 운전 상태 검지 수단과, 밸브 오버랩 기간을 판독하는 오버랩 판독 수단과, 콜렉터 압력을 검지하는 콜렉터 압력 검지 수단과, 과급기 상류측의 배기압을 추정하는 배기압 추정 수단과, 운전 상태, 밸브 오버랩 기간, 콜렉터 압력 및 배기압에 기초하여 소기량을 추정하는 소기량 추정 수단을 구비한다.

Description

과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE EQUIPPED WITH SUPERCHARGER}

본 발명은, 내연 기관의 소기량 추정 연산에 관한 것이다.

내연 기관의 연료 분사량은, 흡입 공기량에 따라서 설정한다. 그러나, 흡기 밸브와 배기 밸브가 모두 개방되어 있는, 소위 밸브 오버랩 기간 중에는, 흡기 통로를 통과한 흡입 공기의 일부가 실린더 내를 통과하여 배기 통로로 유출되는 경우가 있다. 따라서, 흡기 통로를 통과하는 흡입 공기량에만 기초하여 연료 분사량을 설정하면, 배기 통로로 유출된 공기량인 소기량의 분만큼 통 내의 공연비는 리치 방향으로 어긋나게 되어, 공연비 제어 등의 정밀도가 저하되어 버린다.

따라서, 소기량을 추정하여, 실제로 통 내에 있는 공기량에 따른 연료 분사량을 설정할 필요가 있다. 소기량을 추정하는 기술로서, 기관 회전 속도와 밸브 오버랩량과 과급압을 이용하는 방법이 JP2006-299992A에 개시되어 있다.

그런데, 과급기가 부착된 내연 기관의 경우, 소기량의 추정 정밀도를 높이기 위해서는, 과급압 외에 배기 압력을 고려할 필요가 있다. 과급기의 터빈 회전수가 배기 통로를 흐르는 가스 유량에 대하여 평형 상태에 달하고 있는지의 여부에 의해 터빈 전의 배기압은 상이하기 때문이다. 예를 들어, 터빈 회전수가 상승하는 과도시에는, 가스 유량이 증가하는 과정에서 터빈이 저항으로 되므로, 정상 상태에 있어서의 동일 흡입 공기량, 동일 엔진 회전 속도에서의 배기압에 비해 고압으로 된다. 그러나, JP2006-299992A에서는 배기 압력에 대하여 언급되어 있지 않다.

또한, 흡기의 압력에 대해서는 일반적으로 흡기압 센서나 에어플로우 센서의 검출값에 기초하여 구할 수 있지만, 배기압 센서가 채용되어 있는 예는 적고, 이것을 추가함으로써 비용이 증대된다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는, 비용 증대를 초래하지 않고, 과급기가 부착된 내연 기관의 소기량 추정 정밀도를 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상세 및 다른 특징이나 이점은, 명세서 이후의 기재 중에서 설명됨과 함께, 첨부된 도면에 도시된다.

도 1은 제1 실시 형태를 적용하는 시스템의 구성도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서 컨트롤 유닛이 실행하는, 소기율을 구하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서 컨트롤 유닛이 실행하는, 배기 압력을 구하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서 컨트롤 유닛이 실행하는, 배기 온도를 구하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 있어서 컨트롤 유닛이 실행하는, 과도 배기 압력 변동을 구하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 있어서 컨트롤 유닛이 실행하는, 가변동 밸브 기구의 변환각을 결정하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 있어서 컨트롤 유닛이 실행하는, 촉매 온도에 기초하는 소기량 상한값 산출을 위한 블록도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 있어서 컨트롤 유닛이 실행하는, 과도 배기 압력 변동을 구하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.
도 9는 직렬 4기통 내연 기관의 행정 순서를 도시하는 도면이다.

[제1 실시 형태]

도 1은 본 실시 형태를 적용하는 내연 기관의 시스템 구성도이다.

내연 기관(1)의 흡기 매니폴드(2)의 입구에는, 내연 기관(1)에 유입되는 공기량을 조정하기 위한 스로틀 밸브(4)가 설치되고, 그 상류에는 흡기 통로(6)가 접속되어 있다. 흡기 통로(6)의 스로틀 밸브(4)보다 상류측에는, 과급기(5)의 압축기(5a)가 설치되고, 또한 그 상류에는, 흡입 공기량을 검출하는 에어플로우 미터(8)가 설치되어 있다.

내연 기관(1)의 각 실린더에는 연료를 실린더 내에 직접 분사하는 연료 분사 밸브(15)가 배치되어 있다. 배기 통로(7)에는, 과급기(5)의 터빈(5b)이 설치되어 있다.

과급기(5)는, 소위 터보식 과급기이며, 압축기(5a)와 터빈(5b)이 샤프트(5c)를 통하여 접속되어 있다. 이 때문에, 터빈(5b)이 내연 기관(1)의 배기 에너지에 의해 회전하면, 압축기(5a)도 회전하여, 흡입 공기를 하류측으로 압송한다.

터빈(5b)의 하류측에는, 배기 정화용의 배기 촉매(18)가 배치된다. 배기 촉매(18)로서는, 3원 촉매 등이 사용된다.

리서큘레이션 통로(10)는, 흡기 통로(6a)와, 에어플로우 미터(8)보다 하류측 또한 압축기(5a)보다 상류측의 흡기 통로[이하, 흡기 통로(6b)라고 함]를 접속하는 통로이며, 도중에 설치한 리서큘레이션 밸브(9)가 개방되면 양쪽 흡기 통로(6a, 6b)가 연통하고, 폐쇄되면 연통이 차단된다.

리서큘레이션 밸브(9)는, 일반적으로 알려져 있는 것과 마찬가지로, 과급압과 흡기 매니폴드(2) 내의 압력(이하, 흡기관 압력이라고 함)의 차압이 소정값 이상으로 되었을 때에 개방된다. 예를 들어, 내부에 구비하는 밸브체에 대하여, 내장하는 스프링의 반력이 밸브 폐쇄 방향으로 압박되어 있고, 또한, 밸브체의 밸브 개방 방향으로 과급압이 작용하고, 밸브 폐쇄 방향으로는 흡기관 압력이 작용하고 있으며, 과급압과 흡기관 압력의 차압이 스프링의 반력을 초과한 경우에 밸브 개방된다. 이에 의해, 과급 상태에서 주행 중에 스로틀 밸브(4)가 완전 폐쇄로 된 경우에, 과급압의 과상승을 방지할 수 있다. 또한, 리서큘레이션 밸브(9)가 개방될 때의 과급압과 흡기관 압력의 차압은, 스프링의 스프링 상수에 의해 임의의 값으로 설정할 수 있다.

가변동 밸브 기구(14)는, 배기 밸브와 흡기 밸브 모두가 개방된 오버랩 기간이 발생하도록, 흡기 밸브 폐쇄 시기(IVC)를 변화시킬 수 있는 것이면 족하다. 예를 들어, 크랭크 샤프트에 대한 흡기 캠 샤프트의 회전 위상을 변화시키는 것이나, 흡기 밸브의 작동각을 변화시키는 것 등, 일반적으로 알려져 있는 가변동 밸브 기구를 사용할 수 있다. 또한, 배기 밸브측에도 마찬가지의 가변동 밸브 기구(14)를 설치하여, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍을 가변 제어하도록 해도 된다.

또한, 컨트롤 유닛(12)은, 에어플로우 미터(8)에 의해 검출하는 흡입 공기량, 액셀러레이터 개방도 센서(13)에 의해 검출하는 액셀러레이터 개방도, 크랭크각 센서(20)에 의해 검출하는 엔진 회전 속도 등과 같은 운전 상태에 관한 파라미터를 판독하고, 이들에 기초하여 점화 시기, 밸브 타이밍, 공연비 등의 제어를 행한다.

컨트롤 유닛(12)은, 흡기 매니폴드(2) 내의 압력이 배기 매니폴드(3) 내의 압력보다 높은 경우에는, 흡기 밸브 및 배기 밸브가 개방되어 있는 밸브 오버랩 기간이 발생하는 밸브 타이밍으로 되도록 가변동 밸브 기구(14)를 작동시킨다.

이것은, 밸브 오버랩 기간 중에, 흡기 매니폴드(2)로부터 유입된 신기(新氣)가 소기 가스로서 그대로 배기 매니폴드(3)로 빠져나가는, 소위 소기 효과를 이용하여, 터빈(5b)의 회전 속도를 높여, 실린더 내에의 충전 효율을 높이기 위해서이다.

이 효과에 대하여 도 9를 사용하여 구체적으로 설명한다. 도 9는 점화 순서가 1번 기통-3번 기통-4번 기통-2번 기통인 직렬 4기통 내연 기관의 행정 순서에 대하여 도시한 것이다. 도면 중의 사선을 그은 부분은 밸브 오버랩 기간을 나타낸다.

밸브 오버랩 기간을 설정하면, 배기 매니폴드(3)에서는 배기 행정 중인 기통으로부터 배출되는 배기 가스와, 그때 흡기 행정 중인 다른 기통의 소기 가스가 합류한다. 예를 들어, 도 9의 3번 기통의 배기 행정 #3ex에서 배기되는 배기 가스와, 그때 흡기 행정으로 되는 1번 기통의 밸브 오버랩 기간 #1sc에 소기되는 소기 가스가 합류한다.

이 때문에, 밸브 오버랩 기간이 없는 경우, 즉 소기가 없는 경우에 비해 터빈(5b)에 도입되는 가스량이 증가한다. 이에 의해 터빈(5b)의 회전 속도가 높아져, 압축기(5a)에 의한 과급압이 높아진다. 또한, 소기에 의해 신기 가스와 함께 실린더 내의 잔류 가스도 배출되므로, 결과적으로 실린더의 신기의 충전 효율이 높아진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 후술하는 공연비 제어에 의해, 배기 매니폴드(3)에서 합류한 배기 가스와 소기 가스의 혼합 가스를, 터빈(5b)에 유입하기 전에 연소시킴으로써, 터빈(5b)을 회전시키기 위한 에너지를 보다 증대시킨다.

이 때문에, 어떤 실린더로부터 배기 행정 중에 배기되는 배기 가스와, 동시기에 흡기 행정으로 되는 실린더로부터 밸브 오버랩 기간 중에 소기되는 소기 가스의 혼합 가스가, 터빈(5b)에 유입되기 전에 연소되기 쉬운 공연비로 되도록 연료 분사량을 설정한다. 즉, 실린더 내의 공연비를 이론 공연비보다도 리치한 공연비로 하여, 미연 탄화수소를 포함한 배기 가스를 배출시키고, 이 배기 가스와 소기 가스가 혼합됨으로써 연소되기 쉬운 공연비, 예를 들어 이론 공연비로 되는 연료 분사량을 설정한다.

예를 들어, 도 9의 3번 기통의 흡기 행정 #3in에서 흡입한 공기량에 대한 연료 분사량을 설정하는 경우는, 3번 기통의 배기 행정 #3ex에서 배출되는 배기 가스와 1번 기통의 밸브 오버랩 기간 #1sc에서 배출되는 소기 가스의 혼합 가스가 연소되기 쉬운 공연비로 되는 연료 분사량을 설정한다. 즉, 3번 기통의 실린더 내의 공연비에 착안하면, 이론 공연비보다 리치한 공연비로 되어, 배기 행정에서는 미연 연료를 포함하는 배기 가스가 배출된다.

상기와 같이 설정한 연료 분사량은, 1행정당 1회의 연료 분사에 의해 모두 분사된다. 연료 분사 시기는, 흡기 행정 중의 밸브 오버랩 기간 종료 후, 즉 배기 밸브 폐쇄 후, 또는 압축 행정 중으로 한다. 또한, 공연비 제어의 상세에 대해서는 후술한다.

이와 같이 분사하면, 배기 가스 중의 미연 탄화수소로 되는 연료는, 팽창 행정 중의 연소열을 받음으로써 탄소쇄가 긴 고급 탄화수소로부터 탄소쇄가 짧은 저급 탄화수소로 변화되어, 보다 연소성이 높아진다. 또한, 실린더 내의 공연비가 이론 공연비보다 리치하게 됨으로써, 출력 공연비에 가까워지므로, 이론 공연비로 운전하는 경우보다 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 연료가 실린더 내에서 기화할 때의 기화 잠열에 의해 실린더 내가 냉각되므로, 충전 효율의 향상에 기여한다.

도 2는 소기율을 구하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.

소기율은, 정상 운전시이면 엔진 회전 속도나 흡입 공기량으로부터 구해지는 발열량이나 배기 매니폴드(3)를 통과하는 가스량에 기초하여 정해진다. 그러나, 과도 운전시에는 배기 매니폴드(3)를 흐르는 가스량의 증가 속도에 대하여 터빈(5b)의 회전 속도 상승이 지연되기 때문에, 압력 손실이 발생한다. 그 결과, 과도 운전시에 있어서의 배기 압력은, 동일 흡입 공기량, 동일 엔진 회전 속도의 정상 운전시에 있어서의 배기 압력에 비해 높아진다. 따라서, 도 2의 연산에서는, 정상 운전시의 배기 압력을, 과도 운전시에 있어서의 배기 압력 변동량(이하, 과도 배기 압력 변동량이라고 함)의 증감분으로 보정하여 소기율을 산출한다. 이에 의해, 소기율의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 정상 운전 상태이면, 과도 배기 압력 변동량의 산출은 불필요하다.

콜렉터 압력 판독부(201)에서, 흡기 매니폴드(2) 내의 압력, 즉 흡기압 센서(19)의 검출값을 콜렉터 압력으로서 판독한다. 배기 압력 판독부(202)에서는 후술하는 연산에 의해 구한 배기압을 판독한다. 과도 배기 압력 변동 판독부(203)에서, 후술하는 연산에 의해 구한 과도 배기 압력 변동량을 판독한다.

배기 밸브 전후 차압 산출부(204)에서는, 콜렉터 압력으로부터 배기 압력을 감산하고, 그것에 과도 배기 압력 변동을 가산하여 배기 밸브 전후 차압을 산출한다. 이에 의해 과도 배기 압력 변동량을 포함한 배기 밸브 전후 차압이 산출된다.

한편, 엔진 회전 속도 판독부(205)에서 크랭크각 센서(20)의 검출값에 기초하여 엔진 회전 속도를 판독하고, 오버랩량 판독부(206)에서 후술하는 연산에 의해 구한 밸브 오버랩량을 판독한다.

그리고, 소기율 연산부(207)에서, 엔진 회전 속도, 밸브 오버랩량 및 배기 밸브 전후 차압에 기초하여 미리 설정한 맵을 사용하여 소기율을 구하고, 그 연산 결과를 소기율 설정부(208)에서 소기율로서 판독한다. 여기서 사용하는 맵은, 도 2에 도시한 바와 같이, 종축이 배기 밸브 전후 차압, 횡축이 밸브 오버랩량으로 되어 있고, 컨트롤 유닛(12)은 이 맵을 엔진 회전 속도마다 복수 기억하고 있다.

이하, 배기 압력, 과도 배기 압력 변동, 밸브 오버랩량 등의 산출 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 배기 압력 판독부(202)에서 판독하는 배기 압력을 구하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다. 배기 압력은, 대기압이나 배기 온도의 영향을 크게 받기 때문에, 이들에 기초하는 보정을 행함으로써 배기 압력의 추정 정밀도를 높이고, 나아가서는 소기율의 추정 정밀도를 높인다. 또한, 이 연산에 의해 배기 압력을 구함으로써, 배기압 센서를 설치할 필요가 없어져, 센서 증설을 위한 비용 증대를 회피할 수 있다. 구체적으로는, 다음과 같은 연산을 행한다.

배기 온도 판독부(301)에서 배기 온도 센서(17)의 검출값을 판독하고, 흡입 공기량 판독부(302)에서 에어플로우 미터(8)의 검출값을 판독한다. 기준 배기 압력 산출부(303)에서, 이들 판독한 값에 기초하여, 미리 작성해 둔 맵을 사용하여 기준으로 되는 배기 압력을 산출한다. 이에 의해 흡입 공기량 및 배기 온도에 따른 배기 압력을 기준값으로 할 수 있다.

한편, 기준 대기압 판독부(304)에서, 기준 배기압을 산출하였을 때의 대기압 센서(16)의 검출값을 판독한다. 또한, 대기압 판독부(305)에서, 대기압 센서(16)의 현재의 검출값을 판독한다. 그리고, 대기압 보정부(306)에서, 기준 배기 압력으로부터 기준 대기압을 감산한 값과 대기압의 합을 연산하고, 연산 결과를 배기 압력 산출부(307)에서 배기 압력으로서 판독한다. 이에 의해, 대기압에 따른 배기 압력을 추정할 수 있다.

도 4는 도 3의 배기 온도 판독부(301)에서 판독하는 배기 온도를 산출하기 위한 연산 내용을 도시하는 블록도이다.

점화 시기 판독부(401)와 최적 점화 시기 판독부(402)에서 각각 점화 시기 ADV와 최적 점화 시기 MBT를 판독한다. 그리고, 리타드 배기 온도 상승 산출부(403)에서 최적 점화 시기 MBT와 점화 시기 ADV의 차인 리타드량을 산출하고, 미리 작성한 맵을 사용하여 점화 시기 리타드에 의한 배기 온도의 상승량인 리타드 배기 온도 상승량을 구한다.

한편, 흡입 공기량 판독부(404)와 엔진 회전 속도 판독부(405)에서 각각 흡입 공기량과 엔진 회전 속도를 판독하고, 기준 배기 온도 산출부(406)에서 미리 엔진 회전 속도마다 작성한 맵을 흡입 공기량으로 검색함으로써 기준 배기 온도를 산출한다. 기준 배기 온도란, 점화 시기 리타드나 흡입 공기의 온도 등의 영향을 포함하지 않고, 흡입 공기량과 엔진 회전 속도의 관계만으로부터 정해지는 배기 온도이다.

기준 흡기 온도 판독부(407)에서 에어플로우 미터(8) 통과시의 흡입 공기의 온도인 기준 흡기 온도를 판독하고, 콜렉터 흡기 온도 판독부(408)에서 흡기 매니폴드(2) 내의 온도인 콜렉터 흡기 온도를 판독한다. 콜렉터 흡기 온도는, 온도 센서를 설치하여 검출해도 되고, 흡입 공기량과 과급압 등으로부터 연산에 의해 추정해도 된다.

배기 온도 보정부(409)에서, 기준 배기 온도를 기준 흡기 온도와 콜렉터 흡기 온도의 차로 보정하고, 또한 리타드 배기 온도 상승량으로 보정한다. 그리고, 그 결과를 배기 온도로서 배기 온도 설정부(410)에 저장한다.

도 5는 과도 배기 압력 변동 판독부에서 판독하는 과도 배기 압력 변동량을 산출하기 위한 블록도이다.

여기서는, 흡입 공기량 및 스로틀 밸브 개방도의 변화량을 사용하여, 과도 배기 압력 변동량을 산출한다.

흡입 공기량 판독부(501)에서 에어플로우 미터(8)의 검출값을 판독한다. 스로틀 밸브 개방도 판독부(502)에서 스로틀 개방도를 판독한다. 스로틀 밸브 개방도는, 스로틀 포지션 센서에 의해 검출해도 되고, 전자 제어 스로틀의 경우에는 스로틀 밸브를 구동하는 액추에이터에의 지시값을 판독해도 된다.

흡기 변화 속도 산출부(503)에서는, 흡입 공기량 판독부(501)에서 판독한 흡입 공기량에 기초하여, 1밀리초당의 흡입 공기량의 변화 속도인 흡기 변화 속도 △QA/ms를 산출한다. 과급기(5)가 과도 상태인지 정상 상태인지는 흡기 유량의 변화량에 의해 정해지므로, 계측한 흡입 공기량을 사용하여 산출한 흡기 변화 속도 △QA/ms를 사용하면, 과도 배기 압력 변동을 정확하게 추정할 수 있다.

흡기 변화 속도 보정값 연산부(514)에서는 하기 수학식 1에 의해 흡기 변화 속도 △QA/ms에 1차 지연을 부여한 값을 흡기 변화 속도 보정값 QMv로서 산출한다.

과도 배기압 변동량 추정부(511)에서, 상기와 같이 하여 구한 흡기 변화 속도 보정값 QMv에 기초하여, 미리 작성한 맵으로부터 기준으로 되는 과도 배기압 변동량을 산출하고, 산출 결과를 스위치부(512)에 입력한다.

흡기량 변화량 산출부(504)에서 흡입 공기량의 변화량을 산출하고, 제1 판정부(508)에서, 제1 과도 판정 크라이테리어 설정부(505)에 미리 저장해 둔 제1 과도 판정 크라이테리어와 흡기량 변화량을 비교한다.

스로틀 밸브 개방도 변화량 산출부(506)에서 스로틀 밸브 개방도의 변화량을 산출하고, 제2 판정부(509)에서, 제2 과도 판정 크라이테리어 설정부(507)에 미리 저장해 둔 제2 과도 판정 크라이테리어와 스로틀 밸브 개방도 변화량을 비교한다.

제3 판정부(510)는, 제1 판정부(508) 및 제2 판정부(509)의 판정 결과를 판독한다. 그리고, 제1 판정부(508)에서 흡기량 변화량이 제1 과도 판정 크라이테리어보다 크거나 또는 제2 판정부(509)에서 스로틀 밸브 개방도 변화량이 제2 과도 판정 크라이테리어보다 큰 것 중 적어도 한쪽이 성립하고 있으면, 과도 운전시라고 판정한다. 이 판정 결과는 스위치부(512)에 입력되고, 스위치부(512)는 과도 운전시인 경우에는 과도 배기 압력 변동을 부가하는 측으로 전환되고, 과도 운전시가 아닌 경우에는 과도 배기 압력 변동량을 부가하지 않는 측으로 전환한다. 과도 배기 압력 변동 결정부(513)에서는, 스위치부(512)로부터 출력된 값을 과도 배기 압력 변동량으로서 설정한다.

도 6은 컨트롤 유닛(12)이 실행하는 가변동 밸브 기구(14)의 변환각을 결정하기 위한 제어 루틴을 설명하는 흐름도이다. 이 제어의 도중에서 밸브 오버랩 기간을 산출한다.

스텝 S601에서, 컨트롤 유닛(12)은, 내연 기관(1)의 운전 상태, 예를 들어 콜렉터 압력, 엔진 회전 속도, 흡기 온도, 대기압, 기본 분사 펄스 등을 판독한다.

스텝 S602에서, 컨트롤 유닛(12)은, 상기 운전 상태로부터 구해지는 소기량 상한값을 산출한다. 여기서, 소기량 상한값을 구하는 방법의 일례에 대하여 설명한다.

도 7은 촉매 온도에 기초하는 소기량 상한값 산출을 위한 블록도이다.

소기분을 포함한 배기 매니폴드(3) 내의 공연비가 이론 공연비로 되도록 연료 분사를 하여, 배기 매니폴드(3) 내에서 배기 가스와 소기 가스의 혼합 가스를 연소시키는 경우, 소기량이 많아질수록 연소에 의한 배기 촉매(18)의 온도 상승 여유가 커진다. 배기 촉매(18)는, 온도가 과잉으로 상승하면 배기 정화 성능의 열화를 일으키므로, 배기 촉매(18)의 온도 상승을 억제하기 위한 소기량의 상한값을 설정한다.

또한, 운전 상태로서는, 콜렉터 압력 Boost, 엔진 회전 속도 NE, 기본 분사 펄스 TP, 흡기 온도 TAN 및 대기압 PAMB를 판독한다.

촉매 상한 온도 산출부(701)는, 운전 상태에 따라서 정해지는 배기 촉매(18)의 상한 온도인 촉매 상한 온도를 산출한다. 마찬가지로, 소기 없음 촉매 상한 온도 산출부(702)에서 소기가 없는 통상 운전 상태, 즉 소기 가스와 배기 가스의 혼합 가스를 연소시키지 않는 운전 상태에서의 배기 촉매(18)의 추정 온도인 소기 없음 촉매 추정 온도를 산출한다.

소기시 촉매 승온 허용값 산출부(703)는, 촉매 상한 온도와 소기 없음 촉매 추정 온도의 차인 소기시 촉매 승온 허용값을 산출한다. 이 소기시 촉매 승온 허용값분만큼, 소기시의 배기 촉매(18)의 승온을 허용할 수 있다.

촉매 온도 허용 소기량 산출부(705)에서는, 소기시 촉매 승온 허용값과, 실린더 내 공연비 산출부(704)에서 구한 내연 기관(1)의 실린더 내의 공연비로부터, 미리 작성한 맵을 사용하여 배기 촉매(18)의 온도로부터 정해지는 소기량 상한값인 촉매 온도 허용 소기량을 산출한다. 여기서 사용하는 맵은, 실린더 내 공연비마다 소기량과 촉매 승온량의 관계를 나타내는 것이다.

그리고, 산출 결과를 촉매 온도 허용 소기량 결정부(706)에서 촉매 온도 허용 소기량으로서 설정한다.

도 6의 설명으로 되돌아간다.

도 6의 스텝 S603에서, 컨트롤 유닛(12)은, 스텝 S602에서 구한 소기량에 기초하여 밸브 오버랩 기간을 결정한다. 적용하는 내연 기관의 사양에 따라서, 소기량과 밸브 오버랩 기간의 관계를 미리 구해 두면, 소기량에 기초하여 용이하게 밸브 오버랩 기간을 설정할 수 있다. 스텝 S604에서 컨트롤 유닛(12)은, 스텝 S603에서 결정한 밸브 오버랩 기간을 실현하기 위한 가변동 밸브 기구(14)의 변환각을 결정한다. 적용하는 내연 기관(1)의 흡기 캠, 배기 캠의 프로필 등에 따라서, 밸브 오버랩 기간과 변환각의 관계를 미리 구해 두면, 밸브 오버랩 기간에 따라서 용이하게 변환각을 결정할 수 있다.

도 2의 오버랩량 판독부(206)에서는 이 값을 판독한다.

상술한 연산에 의해 배기 압력, 과도 배기 압력 변동 및 밸브 오버랩량을 구하고, 이들을 사용하여 도 2의 연산을 행함으로써, 배기 압력의 영향이 가미된 소기율이 구해진다.

이상에 의해 본 실시 형태에서는 다음의 효과가 얻어진다.

컨트롤 유닛(12)은, 엔진 회전 속도, 밸브 오버랩 기간, 콜렉터 압력 및 배기압에 기초하여 소기량을 추정하므로, 터빈 회전 속도가 배기 유량에 대하여 평형 상태인지, 터빈 회전 속도가 상승 도중인지에 상관없이, 소기율을 고정밀도로 추정할 수 있다.

컨트롤 유닛(12)은, 내연 기관(1)의 운전 상태에 기초하여 정상 운전 상태에 있어서의 배기압을 추정하고, 과급기(5)의 작동 상태에 기초하여 과도 운전 상태에 있어서의 배기압 변화량을 추정한다. 그리고, 정상 운전 상태에 있어서의 배기압 추정값을 과도 운전 상태에 있어서의 배기압 변화량 추정값으로 보정함으로써 배기압을 추정한다. 즉, 엔진 회전 속도 등의 운전 상태에 의해 정해지는 정상 운전 상태의 배기압을, 흡기 변화 속도 등과 같은 과급기(5)의 작동 상태에 의해 정해지는 과도 운전 상태에 있어서의 배기압 증감분으로 보정하므로, 소기율을 고정밀도로 추정할 수 있다.

컨트롤 유닛(12)은, 과급기(5)의 작동 상태로서, 흡기 매니폴드(2)를 통과하는 공기량의 변화 속도를 사용한다. 과급기(5)가 평형 상태인지 과도 상태인지는, 과급기(5)의 압축기(5a)를 통과하는 공기량에 따라서 정해진다. 따라서, 당해 공기량 그 자체인 흡기 매니폴드(2)를 통과하는 공기량의 변화 속도를 사용하면, 과급기(5)의 작동 상태를 적확하게 파악할 수 있다.

컨트롤 유닛(12)은, 정상 상태에 있어서의 배기압을 추정하기 위한 파라미터로서, 적어도 배기 온도 및 대기압을 사용하므로, 배기압 센서를 사용하지 않고 배기압을 추정할 수 있다.

컨트롤 유닛(12)은, 내연 기관(1)의 운전 상태에 기초하여 배기 온도를 추정하고, 이 배기 온도 추정값에 기초하여 정상 운전 상태에 있어서의 배기압을 추정하므로, 내연 기관(1)의 운전 상태에 의해 정해지는 배기 온도를 고정밀도로 추정할 수 있다.

컨트롤 유닛(12)은, 배기 온도의 추정시에 운전 상태를 나타내는 파라미터의 하나로서 점화 시기 리타드량을 사용한다. 배기 온도는 엔진 회전 속도 등의 운전 상태에 따라서 정해지지만, 엔진 회전 속도 등이 동일해도 점화 시기가 변화되면 배기 온도도 변화된다. 따라서, 배기 온도를 추정하기 위한 파라미터에 점화 시기를 포함시킴으로써, 배기 온도의 추정 정밀도를 높일 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음에, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태를 적용하는 시스템은 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 소기율을 구하는 연산도 기본적으로는 도 2와 마찬가지이지만, 도 2의 과도 배기 압력 변동 판독부(203)에서 판독하는 과도 배기 압력 변동을 구하는 방법이 상이하다.

도 8은 본 실시 형태의 과도 배기 압력 변동 연산 내용을 도시하는 블록도이다. 도 5의 연산과의 상위점은, 흡기 변화 속도 △QA/ms의 산출 방법이므로, 이 점에 대해서만 설명한다.

도 5에서는, 흡기 변화 속도 산출부(503)에서 흡입 공기량에 기초하여 흡기 변화 속도를 산출하고 있지만, 도 8에서는 이하와 같이 산출한다.

스로틀 개방도 판독부(815)에서, 액셀러레이터 개방도 센서(13)의 검출값에 따라서 정해지는 스로틀 밸브(4)의 개방도를 판독한다. 그리고, 개구 면적 변환부(817)에서, 스로틀 밸브(4)의 개방도에 대응하는 스로틀 개구 면적, 즉 스로틀 밸브(4) 설치부의 흡기 통로의 개구 면적을 산출한다. 여기서는 도 8에 도시한 바와 같은, 개구 면적을 스로틀 개방도에 할당한 테이블을 사용한다.

엔진 회전 속도 판독부(816)에서, 엔진 회전 속도를 판독한다.

흡입 공기량 산출부(819)에서, 스로틀 개구 면적 및 엔진 회전 속도, 또한 흡기 환산 계수 판독부(818)에서 판독하는 흡기 환산 계수로부터, 1사이클당의 흡입 공기량을 산출한다.

이와 같이 하여 산출한 흡입 공기량에 기초하여, 흡기 변화 속도 산출부(820)에서 흡기 변화 속도 △QA/ms를 산출한다. 구체적으로는, 전회 연산시에 산출한 흡입 공기량과 금회 산출한 흡입 공기량의 차를 연산한다.

상기한 바와 같이, 과도 배기 압력 변동을 산출할 때, 스로틀 밸브(4)의 개방도 및 엔진 회전 속도에 기초하여 흡입 공기량의 변화 속도를 산출해도 된다.

이상과 같이 본 실시 형태에 의해서도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과 외에, 다음의 효과가 얻어진다.

컨트롤 유닛(12)은, 과급기(5)의 작동 상태로서 스로틀 밸브 개구 면적의 변화 속도를 사용한다. 과급기(5)가 평형 상태인지 과도 상태인지는, 과급기(5)의 압축기(5a)를 통과하는 공기량에 따라서 정해진다. 따라서, 당해 공기량을 컨트롤하는 스로틀 밸브 개구 면적의 변화 속도를 사용하면, 과급기(5)의 작동 상태를 적확하게 파악할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정한다는 취지는 아니다.

본원은 2011년 2월 7일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2011-24144에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (6)

1. 과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
   상기 내연 기관의 운전 상태를 검지하는 운전 상태 검지 수단과,
   밸브 오버랩 기간을 판독하는 오버랩 판독 수단과,
   콜렉터 압력을 검지하는 콜렉터 압력 검지 수단과,
   상기 과급기 상류측의 배기압을 추정하는 배기압 추정 수단과,
   상기 운전 상태, 상기 밸브 오버랩 기간, 상기 콜렉터 압력 및 상기 배기압에 기초하여 소기량을 추정하는 소기량 추정 수단을 구비하고,
   상기 배기압 추정 수단은, 상기 내연 기관의 운전 상태에 기초하여 정상 운전 상태에 있어서의 배기압을 추정하는 정상 배기압 추정부와, 과도 운전 상태에 있어서의 배기압 변화량을 추정하는 과도 배기압 변동량 추정부를 구비하고, 상기 정상 운전 상태에 있어서의 배기압 추정값을 상기 과도 운전 상태에 있어서의 배기압 변화량 추정값으로 보정함으로써 배기압을 추정하고,
   상기 과도 배기압 변동량 추정부는, 흡입 공기량 또는 스로틀 밸브 개구 면적의 변화 속도에 기초하는 상기 과급기의 압력 손실을 고려하여 과도 운전 상태에서의 배기압 변화량을 추정하는, 과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 배기압 추정 수단은, 정상 상태에 있어서의 배기압을 추정하는 파라미터로서, 적어도 배기 온도 및 대기압을 사용하는, 과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 정상 배기압 추정부는, 상기 내연 기관의 운전 상태에 기초하여 배기 온도를 추정하고, 이 배기 온도 추정값에 기초하여 정상 운전 상태에 있어서의 배기압을 추정하는, 과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 정상 배기압 추정부는, 상기 배기 온도의 추정시에 상기 운전 상태를 나타내는 파라미터의 하나로서 점화 시기 리타드량을 사용하는, 과급기가 부착된 내연 기관의 제어 장치.

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