(57)【要約】【課題】過給機が付帯した内燃機関の気筒に供給される吸気圧または吸気量の推移の予測の精度を向上させる。【解決手段】気筒に連なる吸気通路におけるスロットルバルブの上流に配置したコンプレッサにより吸気を圧縮して過給する過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、スロットルバルブの開度を操作した後の、気筒に供給される吸気圧または吸気量の推移を予測するにあたり、その吸気圧または吸気量の将来的な収束値、吸気通路におけるコンプレッサの下流かつスロットルバルブの上流に設置した吸気圧センサを介して検出する吸気圧、及びエンジン回転数に応じて、気筒に供給される吸気圧または吸気量の変化速度を推定する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒に連なる吸気通路におけるスロットルバルブの上流に配置したコンプレッサにより吸気を圧縮して過給する過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、
スロットルバルブの開度を操作した後の、気筒に供給される吸気圧または吸気量の推移を予測するにあたり、その吸気圧または吸気量の将来的な収束値、吸気通路におけるコンプレッサの下流かつスロットルバルブの上流に設置した吸気圧センサを介して検出する吸気圧、及びエンジン回転数に応じて、気筒に供給される吸気圧または吸気量の変化速度を推定する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン（タービンホイール）を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）に伝達し、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０７１３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の運転を制御するにあたっては、スロットルバルブの開度操作に応じて変動する吸気圧または吸気量の推移を予測し、それに合わせて燃料噴射量を増減調整する。吸気圧または吸気量の予測の精度が低いと、空燃比が所望の目標値から乖離し、燃費性能やエミッションの悪化、ドライバビリティの低下に繋がる。
【０００５】
スロットルバルブの開度を操作した直後の過渡期における吸気圧または吸気量は、その開度操作時のスロットルバルブの前後差圧、及びその開度操作の結果として将来的に実現される吸気圧または吸気量の収束値を基に推算することが可能である。自然吸気エンジンであれば、スロットルバルブの上流は大気圧で常時ほぼ一定と見なすことができる。従って、スロットルバルブの下流の吸気圧をセンサを介して実測すれば、スロットルバルブの前後差圧が明らかとなり、比較的精度よく吸気圧または吸気量の推移を予測できる。
【０００６】
しかし、過給機が付帯するターボエンジンでは、スロットルバルブの上流の吸気圧が少なからず上下する。例えば、過給機のコンプレッサが働いて過給が行われている状況下で、スロットルバルブの開度を一旦縮小し、その後再び拡開したときには、スロットルバルブの上流の吸気圧が大気圧よりも大きくなることがある。従って、スロットルバルブの上流を大気圧と見なして吸気圧または吸気量の推移を予測しようとすると、大きな誤差が生じる懸念がある。
【０００７】
本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、過給機が付帯した内燃機関の気筒に供給される吸気圧または吸気量の推移の予測の精度を向上させることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、気筒に連なる吸気通路におけるスロットルバルブの上流に配置したコンプレッサにより吸気を圧縮して過給する過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、スロットルバルブの開度を操作した後の、気筒に供給される吸気圧または吸気量の推移を予測するにあたり、その吸気圧または吸気量の将来的な収束値、吸気通路におけるコンプレッサの下流かつスロットルバルブの上流に設置した吸気圧センサを介して検出する吸気圧、及びエンジン回転数に応じて、気筒に供給される吸気圧または吸気量の変化速度を推定する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、過給機が付帯した内燃機関の気筒に供給される吸気圧または吸気量の推移の予測の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】スロットルバルブの開度操作に起因して変動する吸気圧の推移を例示する図。
【図３】同実施形態の制御装置が吸気圧の予測値を推算するために用いる時定数を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を起こすものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、吸気絞り用のバルブである電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生する排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、排気ターボ過給機５の排気タービン５２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。
【００１４】
排気ターボ過給機５は、排気タービン５２とコンプレッサのインペラ５１とをシャフト５３を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン５２及びインペラ５１を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を圧縮して気筒１に送り込む。ウェイストゲートバルブ４４は、排気通路４におけるタービン５２の上流側と下流側とを接続するバイパス４３を開通させることで、吸気通路３を流通する吸気の過給圧が過剰に大きくならないように抑制する役割を担う。
【００１５】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。
【００１６】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に対する要求負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３特にサージタンク３３または吸気マニホルド３４内の吸気温及び吸気圧を検出する第一の吸気圧センサ３６たる吸気温・吸気圧一体型センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフト及び／または排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、吸気通路３におけるインタクーラ３５の下流かつスロットルバルブ２３の上流の吸気圧を検出する第二の吸気圧センサ３７から出力される吸気圧信号ｈ等が入力される。
【００１７】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｍ等を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、気筒１に充填される吸気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００１９】
本実施形態のＥＣＵ０は、スロットルバルブ３２の開度操作に応じて変動する、気筒１に供給される吸気圧の推移を予測し、ひいては吸気量の推移を予測して、それに合わせて燃料噴射量を増減調整する。
【００２０】
図２に、気筒１に供給される吸気圧の変動の推移の一例を示す。時点ｔ0において、運転者によりアクセルペダルが踏み込まれ、それに呼応してスロットルバルブ３２の開度をある大きさに拡開したとする。この開度操作の帰結として、気筒１に供給される吸気圧は時点ｔ0における値αから増大し、将来的に操作後のスロットルバルブ３２の開度に対応した値βに収束することとなる。図２中の実線及び破線はそれぞれ、その過渡期における吸気圧の増大の推移を表している。実線は、開度操作時におけるスロットルバルブ３２の前後差圧（但し、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の上流の圧力が下流の圧力よりも高いものとする）が比較的大きい場合の推移である。破線は、開度操作時におけるスロットルバルブ３２の前後差圧がより小さい場合の推移である。前者の場合の吸気圧の増大の速度は、後者の場合のそれよりも速い。
【００２１】
気筒１に供給される吸気圧は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気圧である。一方で、過給機５が付帯する内燃機関にあっては、スロットルバルブ３２の上流の吸気圧が常時一定ではなく、その時々により大きく上下する。従って、気筒１に供給される吸気圧の推移を予測するためには、スロットルバルブ３２の上流の吸気圧をも考慮に入れる必要がある。
【００２２】
本実施形態のＥＣＵ０は、下式に則って気筒１に供給される吸気圧ＰＭnを予測する。
ＰＭn＝ＰＭn-1＋（β−ＰＭn-1）／τ
ＰＭnは予測対象時点における吸気圧、ＰＭn-1はその予測対象時点から所定時間だけ遡った時点における吸気圧である。
【００２３】
収束値βは、スロットルバルブ３２の開度及びエンジン回転数等から推定する。ＥＣＵ０のメモリには予め、スロットルバルブ３２の開度及びエンジン回転数等と、その開度にスロットルバルブ３２を操作したときの吸気圧の収束値βとの関係を規定したマップデータが格納されている。マップデータは、内燃機関の設計開発または適合段階で吸気圧を実測することにより作成されている。ＥＣＵ０は、操作後のスロットルバルブ３２の開度及び現在のエンジン回転数等をキーとして当該マップを検索し、将来的な吸気圧の収束値βを知得する。
【００２４】
しかして、本実施形態では、上式における時定数τを、気筒１に供給される吸気圧の将来的な収束値β、インタクーラ３５の下流かつスロットルバルブ３２の上流の吸気圧、及びエンジン回転数に応じて変更する。
【００２５】
図３に、収束値β、インタクーラ３５の下流かつスロットルバルブ３２の上流の吸気圧、及びエンジン回転数と、時定数τとの関係を例示する。ＥＣＵ０のメモリには予め、これらの関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の収束値β、インタクーラ３５の下流かつスロットルバルブ３２の上流の吸気圧及びエンジン回転数をキーとして当該マップを検索し、上式に代入するべき時定数τを知得して、気筒１に供給される吸気圧の予測値ＰＭnを演算する。
【００２６】
各予測対象時点における吸気圧の予測値ＰＭnを得られれば、その予測値ＰＭn及びエンジン回転数等に基づき、当該時点において気筒１に供給される吸気量の予測値を推算できる。換言すれば、吸気圧の予測値ＰＭnの時系列を求めることは、吸気量の予測値の時系列を求めることに等しい。ＥＣＵ０のメモリには予め、気筒１に供給される吸気圧及びエンジン回転数等と、気筒１に供給される吸気量との関係を規定したマップデータが格納されている。マップデータは、内燃機関の設計開発または適合段階で吸気量を実測することにより作成されている。ＥＣＵ０は、吸気圧の予測値ＰＭn及び現在のエンジン回転数等をキーとして当該マップを検索し、気筒１に供給される吸気量の予測値を得る。
【００２７】
本実施形態では、気筒１に連なる吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の上流に配置したコンプレッサ３５により吸気を圧縮して過給する過給機５が付帯した内燃機関を制御するものであって、スロットルバルブ３２の開度を操作した後の、気筒１に供給される吸気圧または吸気量の推移を予測するにあたり、その吸気圧または吸気量の将来的な収束値β、吸気通路３におけるコンプレッサ５１の下流かつスロットルバルブ３２の上流に設置した吸気圧センサ３７を介して検出する吸気圧、及びエンジン回転数に応じて、気筒１に供給される吸気圧または吸気量の変化速度即ち時定数τを推定する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００２８】
過給機５が付帯した内燃機関の気筒１に供給される吸気圧または吸気量の推移の予測の精度が向上する。従って、燃料噴射量や点火タイミングを最適化することができ、熱機械変換効率の改善、燃費性能及びエミッションの良化、ドライバビリティの向上を見込める。
【００２９】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、本発明を、排気ターボ過給機５以外の過給機、スーパーチャージャを装備した内燃機関の制御に適用することも当然に可能である。
【００３０】
その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３５…インタクーラ
３７…スロットルバルブ上流の吸気圧センサ
５…過給機（排気ターボ過給機）
５１…コンプレッサ
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｈ…スロットルバルブ上流の吸気圧信号
ｋ…スロットルバルブの開度操作信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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