JP5760846B2

JP5760846B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP5760846B2
Application number: JP2011180557A
Authority: JP
Inventors: 勇人仲田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-08-22
Also published as: JP2013044242A

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２００４−１３６２６号公報に開示されるように、組込み用マイコンのロジック開発装置が知られている。この装置では、マザーボードで実施される演算処理とメモリの入出力操作とが混在するアプリケーション処理において、複数のコアボードのそれぞれで並列演算が実行される。その際、処理単位の区切りの前後で入出力情報のみを集約し、一括してＰＣＩバスによってコアボードとの通信処理が実行される。

特開２００４−１３６２６号公報特表２００９−５４１６３６号公報特開平６−１３９２００号公報特開平８−１６６９３１号公報

ところで、近年の制御モデルを用いた内燃機関においては、補機類（例えばエアコン）の負荷が高まった場合や、ブレーキ用の電源確保が必要になった場合等、車両全体の消費電力が大きくなることが想定される。特に、上記従来の技術のような内燃機関における並列演算処理では、多数のコアでタスク処理を行い、且つコア間の通信も複雑化するため、車両全体の消費電力が更に大きくなる傾向にある。

しかしながら、上記従来の技術では、装置全体の消費電力を特に考慮していない。このため、並列演算処理の実行中に各種アクチュエータの操作やデバイス操作が行われると、一時的な電力不足による動作不良が懸念される。

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、複数のコアを用いた並列演算処理が可能な内燃機関において、内燃機関の電力負荷に応じて、並列演算処理における消費電力の最適化を図る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、複数のコアが搭載されたプロセッサを有し、内燃機関の動作に関わる種々のタスクを演算する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の電力負荷に基づいて、前記複数のコアのうち前記演算に使用しないアイドルコアの数を増減させる増減手段と、前記アイドルコアを除いた残りの１以上のコアに前記タスクを分配して演算を行う演算手段と、を備え、前記増減手段は、前記内燃機関の所定時間先の機関回転数である収束回転数を取得する手段と、前記内燃機関の機関回転数に対応して負荷トルクが決定される補機類の負荷トルクの合算値の所定時間先の予測値を、前記収束回転数に基づいて取得する取得手段と、前記予測値が所定の閾値以上である場合には、前記閾値未満である場合に比して前記アイドルコアの数を増加させる手段と、を含むことを特徴としている。

第１の発明によれば、内燃機関の電力負荷が所定の閾値以上の場合に、所定の閾値より小さい場合に比してアイドル状態のコア数が増加される。このため、本発明によれば、電力不足が懸念される状態では、使用するコアを制限することにより消費電力を有効に抑制することができる。また、電力不足の懸念がない状態では、より複数のコアにタスクを分配して並列演算処理を行うことにより、演算負荷の増大によるタスク抜け等の演算不具合を有効に抑制することができる。

また、第１の発明によれば、補機類の所定時間先の負荷トルクが予測され、係る負荷トルク予測値が所定の閾値以上となる場合に、アイドルコア数が増加される。このため、本発明によれば、補機負荷トルクを用いて電力負荷の増減を有効に判断することにより、アイドルコア数の増減を的確に行うことができる。また、本発明によれば、電力負荷が大きくなることを先読みしてアイドルコア数を増減させることができるので、電力負荷の急激な増減に対しても、有効に対応することができる。

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、複数気筒（図１では４気筒）を有する４サイクルの内燃機関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。

以下、本実施形態では、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するが、本発明はディーゼル機関に限定されるものではなく、ガソリン機関（火花点火内燃機関）、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。

内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ１６によって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール１４内に蓄えられ、コモンレール１４から各インジェクタ１２に供給される。

内燃機関１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート（図示せず）に接続されている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。排気通路１８におけるターボ過給機２４の下流側には、排気ガスを浄化するための後処理装置２６が設けられている。

内燃機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により各気筒の吸気ポート（図示せず）に分配される。

吸気通路２８におけるインタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８におけるエアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５２が設置されている。

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、２つのコア５０１，５０２が搭載されたプロセッサを有するデュアルコアＥＣＵとして構成され、その使用コア数を都度可変に設定することできる。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ５２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６０、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６２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、上述したインジェクタ１２、吸気絞り弁３６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。

［実施の形態の１動作］
次に、本実施の形態１の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、インジェクタ１２、吸気絞り弁３６の他、例えばＥＧＲバルブ、ＷＧＶ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。

このようなモデルベース制御においては、特に高回転域において演算負荷の増大が問題となる。そこで、本実施の形態のシステムでは、この演算負荷への対応として、２つのコア５０１，５０２が搭載されたＥＣＵ５０を用いて並列演算処理を行うこととしている。具体的には、ＯＳＣＡＲ（Optimally Scheduled Advanced Multiprocessor）等の公知の並列化コンパイラを用いてエンジン制御アルゴリズムをコア分割し、各コア５０１，５０２に振り分けられたタスクを並列演算する。このように、並列演算処理を行うこととすると、単一のコアで逐次演算処理を行う場合に比して演算負荷が有効に軽減される。

ここで、並列演算処理では、複数のコアでタスク処理を行い、且つコア間通信も複雑化するため、消費電力が大きくなることが想定される。その際、各種アクチュエータやエアコン等の補機デバイスの操作があった場合、一時的に電力が不足する可能性がある。

そこで、本実施の形態１のシステムでは、内燃機関１０の電力負荷の将来予測に応じて使用コア数を増減させることとする。具体的には、電力負荷の将来予測の指標として、エアコン等の補機類の負荷トルクを合算した補機負荷トルクの予測値を監視し、当該予測値が所定の閾値以上となった場合に演算にアイドル状態のコア数（アイドルコア数）を増加させる処理を行う。これにより、電力負荷の大きい領域ではアイドルコア数を増加させて消費電力を抑制するとともに、電力負荷の小さい領域では複数のコアを使用した並列演算処理によって、タスク抜けを回避してエンジン制御を高精度に実現することができる。

［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、アイドル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。

図２に示すルーチンでは、先ず、収束回転数Ｎｅｓｔが取得される（ステップ１００）。ここでは、噴射量３２ｍｓディレー分将来の回転数予測値が収束回転数Ｎｅｓｔとして取得される。具体的には、先ず、現在の機関回転数および噴射量等の機関運転状態のパラメータを用いて、図示トルクτが計算される。次に、フリクショントルクと補機負荷トルクの合算値τｆが計算される。尚、フリクショントルクは、ピストンとシリンダ内壁との摩擦など各勘合部の機械的な摩擦によるトルクである。合算値τｆは、例えば、機関運転状態と合算値τｆとの間の関係を規定したマップを用いて特定することができる。次に、噴射量３２ｍｓディレー分将来の回転速度ωが予測される。具体的には、運動方程式に則った次式（１）に、算出された図示トルクτおよび合算値τｆを代入することで、クランクシャフトの角加速度ｄω／ｄｔが算出される。
Ｉ・ｄω／ｄｔ＝τ−τｆ・・・（１）

尚、上式（１）において、Ｉは混合気の燃焼によって駆動される部材（クランクシャフト等）の慣性モーメント（イナーシャ）であり、内燃機関１０のハード構成に基づいて決定される定数である。次いで、算出された角加速度ｄω／ｄｔを積分することにより、クランクシャフトの回転速度ωが算出される。そして、算出された回転速度ωを用いて、３２ｍｓ将来の機関回転数（予測値）が算出される。

次に、補機負荷トルク予測値が取得される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００において所得された収束回転数Ｎｅｓｔに対応する補機負荷トルク予測値が、マップから読み取られる。次に、上記ステップ１０２において取得された補機負荷トルク予測値が所定の閾値以上か否かが判定される（ステップ１０４）。所定の閾値は、複数のコアを使用した並列演算を行うと電力不足が生じるおそれのある負荷トルクとして、予め設定された値が読み込まれる。その結果、補機負荷トルク予測値が所定の閾値以上であると判定された場合には、電力不足が生じるおそれがあると判断されて、次のステップに移行し、アイドルコア数が増加される（ステップ１０６）。

一方、上記ステップ１０４において、補機負荷トルク予測値が所定の閾値未満であると判定された場合には、電力不足が生じるおそれはないと判断されて、次のステップに移行し、アイドルコア数が減少される（ステップ１０８）。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、補機負荷トルク予測値の大きさに応じてアイドルコア数が増減される。これにより、内燃機関の電力負荷に応じて、並列演算処理における消費電力の最適化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、２つのコアを有するＥＣＵ５０を用いてアイドルコア数を増減させることにより、使用コア数を２つと１つとの間で切り替えることとしているが、使用可能なＥＣＵ５０はこれに限られない。すなわち、複数のコアを搭載し使用コア数を可変させることができるのであれば、更に多数のコアが搭載されたマルチコアＥＣＵとして構成されていてもよい。また、補機負荷トルク予測値に応じた切り替えについても、本実施の形態の態様に限られず、例えば、３つ以上のコアを搭載したＥＣＵにおいて、補機負荷トルク予測値が大きくなるにつれてアイドルコア数が徐々に増加するように、複数の閾値を設定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、噴射量ディレー分将来として、３２ｍｓ将来の補機負荷トルクを予測することとしているが、演算負荷の増減に対して事前にコア数を増減できる時間であれば、推定する将来時間は３２ｍｓに限られない。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が前記第１の発明における「制御部」に相当しているとともに、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「取得手段」が、上記ステップ１０４〜１０８処理を実行することにより、前記第１の発明における「増減手段」が、それぞれ実現されている。

１０内燃機関（エンジン）
１２インジェクタ
１８排気通路
２８吸気通路
３６吸気絞り弁
５０ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５０１，５０２コア
６２クランク角センサ

Claims

複数のコアが搭載されたプロセッサを有し、内燃機関の動作に関わる種々のタスクを演算する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の電力負荷に基づいて、前記複数のコアのうち前記演算に使用しないアイドルコアの数を増減させる増減手段と、
前記アイドルコアを除いた残りの１以上のコアに前記タスクを分配して演算を行う演算手段と、を備え、
前記増減手段は、
前記内燃機関の所定時間先の機関回転数である収束回転数を取得する手段と、
前記内燃機関の機関回転数に対応して負荷トルクが決定される補機類の負荷トルクの合算値の所定時間先の予測値を、前記収束回転数に基づいて取得する取得手段と、
前記予測値が所定の閾値以上である場合には、前記閾値未満である場合に比して前記アイドルコアの数を増加させる手段と、
を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。