(57)【要約】【課題】演算負荷が低減された内燃機関の過給圧予測装置を提供する。【解決手段】過給圧予測装置１０において、コンプレッサ逆モデルは、過給圧センサ２０の出力である過給圧計測値および推定コンプレッサ流量から現在ターボ回転数を計算する。現在吸気流量から推定コンプレッサ流量が減算された値にさらに係数αが積算される。このα倍した値と計算した現在ターボ回転数とから、将来ターボ回転数が計算される。計算した将来ターボ回転数がコンプレッサモデルに入力され、このコンプレッサモデルの出力がインタークーラモデルに入力され、このインタークーラモデルは過給圧予測値（すなわち先読み過給圧）を出力する。【選択図】図１
2015218600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給圧センサで計測した過給圧計測値から推定コンプレッサ流量を計算する手段と、
前記推定コンプレッサ流量と前記過給圧計測値から現在ターボ回転数を計算する手段と、
前記過給圧計測値と現在スロットル開度から現在吸気流量を計算する手段と、
前記推定コンプレッサ流量と前記現在吸気流量との差分と前記現在ターボ回転数とから将来ターボ回転数を計算する手段と、
前記将来ターボ回転数から過給圧予測値を計算する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の過給圧予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給圧予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、国際公開２０１３−０８４３１８号公報に開示されているように、内燃機関の過給圧予測装置が知られている。この従来技術では、現在スロットル開度から計算される推定過給圧と過給圧センサによる過給圧計測値の差分を用いてスロットル開度の予測値から計算される過給圧予測値を補正しており、推定過給圧と過給圧計測値の差分を用いて過渡時の予測誤差を補償している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３−０８４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、推定過給圧と予測過給圧の２つをモデルにより計算するため演算負荷が高いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、演算負荷が低減された内燃機関の過給圧予測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる内燃機関の過給圧予測装置は、
過給圧センサで計測した過給圧計測値から推定コンプレッサ流量を計算する手段と、
前記推定コンプレッサ流量と前記過給圧計測値から現在ターボ回転数を計算する手段と、
前記過給圧計測値と現在スロットル開度から現在吸気流量を計算する手段と、
前記推定コンプレッサ流量と前記現在吸気流量との差分と前記現在ターボ回転数とから将来ターボ回転数を計算する手段と、
前記将来ターボ回転数から過給圧予測値を計算する手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、演算負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の過給圧予測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の過給圧予測装置の原理を説明するための図である。
【図３】実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の過給圧予測装置を示すブロック図である。
【図４】実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の過給圧予測装置の動作イメージを示す図である。
【図５】実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の過給圧予測装置の動作イメージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の過給圧予測装置１０の構成を示すブロック図である。過給圧予測装置１０は図示しない過給内燃機関を制御する制御装置の一機能として提供され、いわゆるエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット、図示略）に搭載されている。このＥＣＵは、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、エンジンの運転状態やユーザの要求を検出する上記各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で燃料噴射弁（図示略）等の各種アクチュエータを操作することで、エンジンに係る各種の制御を行っている。また、このＥＣＵに搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、及び通信装置等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、過給圧制御を含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジンの設計データや実験データをはじめとする各種の制御データが、それぞれ予め格納されている。以下、説明の便宜上、インテークマニホールド圧を「インマニ圧」と略称することがある。
【００１０】
過給圧予測装置１０は、図１に示すように、過給圧センサ２０およびエアフローメータ２４（以下、エアフローメータを「ＡＦＭ」とも記載する）を備えるとともに図示しない制御装置上でプログラムされたスロットルモデルと、インマニモデルと、吸気弁モデルと、インタークーラ逆モデルと、ＡＦＭモデルと、コンプレッサモデルと、コンプレッサ逆モデルを備えておりこれらのモデル間で互いに数値が伝達される。なお、逆モデルとは順モデルについて入力と出力とが逆になるモデルであり、逆モデルを構成する技術自体については各種公知技術があり新規な事項ではないので説明を省略する。
【００１１】
（ステップＳ１）
過給圧予測装置１０は、過給圧センサ２０で計測した過給圧計測値から推定コンプレッサ流量を計算する。その過程を説明すると、まず、過給圧センサ２０の出力はスロットルモデルに入力され、このスロットルモデルが出力するスロットル流量はインタークーラ逆モデルに入力される。インタークーラ逆モデルは、このスロットル流量と過給圧センサ２０の出力とから推定コンプレッサ流量を計算する。
【００１２】
（ステップＳ２）
過給圧予測装置１０は、推定コンプレッサ流量と過給圧計測値から現在ターボ回転数を計算する。つまり、コンプレッサ逆モデルは、過給圧センサ２０の出力である過給圧計測値および上記ステップＳ１で計算した推定コンプレッサ流量から現在ターボ回転数を計算する。このステップＳ２におけるコンプレッサ逆モデルによる計算によれば、吸気系のモデル演算を２回行う必要がないという効果がある。
【００１３】
（ステップＳ３）
過給圧予測装置１０は、過給圧計測値と現在スロットル開度から現在吸気流量を計算する。過給圧センサ２０の出力はスロットルモデルに入力され、このスロットルモデルの出力はインマニモデルに入力され、このインマニモデルの出力は吸気弁モデルに入力され、この吸気弁モデルは現在吸気流量を出力する。
【００１４】
（ステップＳ４）
過給圧予測装置１０は、推定コンプレッサ流量と現在吸気流量の差分と、現在ターボ回転数から将来ターボ回転数を計算する。すなわち、ステップＳ３で計算した現在吸気流量からステップＳ１で計算した推定コンプレッサ流量が減算された値にさらに係数αが積算される。このα倍した値とステップＳ２で計算した現在ターボ回転数とから、将来ターボ回転数が計算される。
【００１５】
（ステップＳ５）
過給圧予測装置１０は、将来ターボ回転数から過給圧予測値を計算する。すなわち、ステップＳ４で計算した将来ターボ回転数がコンプレッサモデルに入力され、このコンプレッサモデルの出力がインタークーラモデルに入力され、このインタークーラモデルは過給圧予測値（すなわち先読み過給圧）を出力する。
【００１６】
上記のように、本実施形態では、まずステップＳ１において「任意に設定した過給圧値」と「この任意に設定した過給圧値をスロットル上流圧として算出したスロットル流量」とから「過給圧値から計算されたコンプレッサ流量」を算出している。ステップＳ２で、「過給圧センサ値から計算されたコンプレッサ流量」と過給圧とコンプレッサ逆モデルで現在ターボ回転数を算出している。その現在ターボ回転数を入力とした過給の吸気モデルを計算すると定常の過給圧＝「任意に設定した過給圧」となる。この特性を利用することで、本実施形態では、後述する図３の比較例で説明する従来の過給圧補正の計算が不要となる。つまり、現在と先読みそれぞれについてモデルだけで過給圧を計算する処理を行う場合と比較して、先読み計算に上記ターボ回転数を入力するという１つの吸気計算に集約できるという効果がある。推定コンプレッサ流量と現在吸気流量の差分を考慮して現在ターボ回転数から将来ターボ回転数を計算することで、過渡時のターボ回転数変動を補償した過給圧予測値を計算することができる。このようにコンプレッサ逆モデルを使うことで、吸気系のモデル演算２回分（現在系と先読み系）を計算しなくともよく、つまり推定過給圧と予測過給圧の２つをモデルにより計算する必要がなく、演算負荷を低減できる。
【００１７】
（ステップＳ６）
過給圧センサ２０の出力はインタークーラ逆モデルに入力されるとともに、このインタークーラ逆モデルはさらにスロットルモデルからのスロットル流量が入力され、このインタークーラ逆モデルの出力はＡＦＭモデルに入力される。このＡＦＭモデルの出力はインタークーラモデルに入力され、このインタークーラモデルの出力はスロットルモデルに入力され、このスロットルモデルにはさらに現在スロットル開度ＴＡが入力され、このスロットルモデルの出力はインマニモデルに入力され、このインマニモデルの出力である第１インマニ圧は吸気弁モデルに入力される。一方、ＡＦＭ２４の出力はインタークーラモデルに入力され、このインタークーラモデルの出力および現在スロットル開度ＴＡがスロットルモデルに入力され、このスロットルモデルの出力はインマニモデルに入力され、このインマニモデルの出力である第２インマニ圧は吸気弁モデルに入力される。
【００１８】
（ステップＳ７）
ステップＳ５で計算した過給圧予測値および先読みスロットル開度ＴＡがスロットルモデルに入力され、このスロットルモデルの出力はインマニモデルに入力され、このインマニモデルの出力であるインマニ圧である第３インマニ圧は吸気弁モデルに入力される。
【００１９】
（ステップＳ８）
ステップＳ６でそれぞれ計算した第１、２インマニ圧の差分と、ステップＳ７で計算した第３インマニ圧とが演算された値が吸気弁モデルに入力され、先読み負荷ＫＬが計算される。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の過給圧予測装置の原理を説明するための図である。図２は横軸に流量、縦軸に過給圧またはインマニ圧をとったグラフであり、ＰＡは任意に設定した過給圧値を示し、ＰＭはモデル計算のインマニ圧を示し、特性カーブＧＡ１は縦軸にインマニ圧をとった場合の任意に設定した過給圧におけるコンプレッサ流量を示し、値ＧＡ２はコンプレッサ流量＝スロットル流量＝吸気弁流量となっている値を示し、特性ラインＧＡ３は縦軸をインマニ圧としたときの吸気弁流量を示し、特性カーブＧＡ４は縦軸を過給圧としたときの等ターボ回転数時におけるコンプレッサ流量を示す。矢印Ｘで示すように、過給圧が少し上昇するとスロットルおよび吸気弁流量が大きくなり、コンプレッサ流量は逆に小さくなることが図２から読み取れる。
【００２１】
ターボ回転数を入力とした過給の吸気モデルを計算すると定常の過給圧が「任意に設定した過給圧」と一致する理由を説明する。簡略に説明すると、まず、コンプレッサ逆モデルの入力は、過給圧とコンプレッサ流量である。出力はターボ回転数である。過給の吸気量推定の入力は、ターボ回転数である。出力は過給圧とコンプレッサ流量であり、逆と順の計算を行っている。そのため、コンプレッサ逆モデルのターボ回転数を入力として順計算すると、逆モデルの入力の過給圧が計算される。
【００２２】
さらに詳細な説明をすると、まず、コンプレッサ逆モデルに入力するコンプレッサ流量を求める際、スロッ卜ルと吸気弁流量、インマニ圧も計算している。定常時はコンプレッサ流量＝スロットル流量＝吸気弁流量となるインマニ圧が算出される。よって、ターボ回転数を強制的に外部から固定した吸気モデル（ターボ回転を入力とした、コンプレッサ〜吸気弁モデルをつないだ推定モデル）の定常状態（微分方程式上安定零点）は、入力した過給圧条件となる。入力過給圧より高い過給圧にあると、コンプレッサ流量＜吸気弁流量となり、過給圧は下降する。入力過給圧より低い過給圧にあると、コンプレッサ流量＞吸気弁流量となり、過給圧は上昇する。入力過給圧と同じ過給圧ではコンプレッサ流量＝スロットル流量＝吸気弁流量である。よって、入力過給圧が微分方程式の安定零点となる。
【００２３】
図３は、実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の過給圧予測装置１００を示すブロック図であり、図３に示す各種モデルが互いに信号伝達を行うことで演算処理を行っている。図４および図５は、実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の過給圧予測装置１０の動作イメージを示す図であり、（ｉ）〜（ｖ）を付した各値は図３〜５それぞれで互いに対応している。図４は先読み過給圧の過給圧センサ補正イメージであり、図５はＡＦＭによる先読みインマニ圧補正イメージである。過渡では過給圧センサ補正が有効であり、定常ではＡＦＭによる補正が有効であり、定常と過渡の応答が良好に結合する。比較例にかかる過給圧予測装置１００において、過給圧センサ２０の現在計測値とすべて物理モデルから計算した過給圧現在値（図３の（ｉ））との差が、モデル過給圧誤差（図３の（ｖ））である。過給圧予測装置１００では、この過給圧誤差（ｖ）をモデル先読み過給圧（図３の（ｉｖ））に加えることで、過給圧補正した過給圧予測値を算出する。上記過給圧予測値を利用し、「過給圧補正後インマニ圧」を算出している。この先読みインマニ圧は、過渡の応答波形は良好であるが、定常負荷ＫＬに誤差が発生する。そこで、過給圧予測装置１００では、「（ｉｉ）ＡＦＭ相当になましたモデル計算のインマニ圧」と「（ｉｉｉ）エアフローメータ（ＡＦＭ）から計算したインマニ圧」の差を「過給圧補正後インマニ圧」に加算し、先読みのＫＬを算出するようにしている。
【００２４】
しかしながら、この比較例にかかる過給圧予測装置１００では、空気量の推定精度は過渡および定常とも良好であるものの、演算負荷が高く、ＲＯＭ、ＲＡＭの使用量も多いという問題がある。その理由は、過給圧値によるモデルの補正量算出に現在時間系吸気推定モデル計算が必要であり、先読み系にモデル修正量を反映するため吸気モデルを２回演算する必要があるからである。この点、上述した本実施の形態にかかる過給圧予測装置１０においては、吸気系のモデル演算を２回分（つまり現在系の分と先読み系の分）計算しなくともよく、つまり推定過給圧と予測過給圧の２つをモデルにより計算する必要がなく、演算負荷を低減できるという効果がある。
【符号の説明】
【００２５】
１０  過給圧予測装置、２０  過給圧センサ、２４  エアフローメータ
【図１】
2015218600.tif 000003
【図２】
2015218600.tif 000004
【図３】
2015218600.tif 000005
【図４】
2015218600.tif 000006
【図５】
2015218600.tif 000007