JP7363727B2 - 内燃機関の制御装置および内燃機関システム - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の制御装置および内燃機関システムに関する。

従来、高圧、高温環境下にさらされるピストンの寿命等を把握するために、ピストン温度を推定することが有用であることが知られている。

例えば、特許文献１には、内燃機関の状態を示す状態情報（エンジン回転数、燃料噴射弁に対する指示噴射量）に基づいて、内燃機関における発熱量を推定し、推定した発熱量に基づいて、ピストン温度を推定する内燃機関の潤滑油供給システムが開示されている。

特開２０１１－２５６７８７号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、例えば、燃料の実噴射量と指示噴射量との間に乖離が生じている状態で、指示噴射量に基づいてピストン温度を推定した場合、ピストン推定温度の精度が低下するという問題がある。ひいては、ピストンの寿命等を正確に把握することが困難になるという問題もある。

本開示の目的は、ピストン推定温度の精度を上げることが可能な内燃機関の制御装置および内燃機関システムを提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における内燃機関の制御装置は、
内燃機関の気筒に対応して配置された燃料噴射弁が噴射する燃料の実噴射量と前記燃料噴射弁に対する指示噴射量との差分を学習する学習部と、
前記差分を、エンジン回転数および燃料噴射量により区分された領域ごとに、学習値として記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された学習値としての前記差分に基づいて前記指示噴射量を補正する補正部と、
補正された前記指示噴射量、および、前記エンジン回転数に基づいて内燃機関のピストン温度を推定する温度推定部と、
を備え、
前記学習部は、さらに、吸気量センサにより検出された吸気の吸気量の検出値と、理論空燃比と、ラムダセンサにより検出された空燃比の実値と、前記指示噴射量とに基づいて、前記差分を学習し、
前記学習部は、さらに、前記空燃比の実値を平均化し、かつ、前記吸気量の検出値および前記指示噴射量に基づいて計算された空燃比の計算値を平均化し、平均化した前記空燃比の実値および前記空燃比の計算値を用いて前記差分を算出する。

本開示における内燃機関システムは、
上記内燃機関の制御装置を備える。

本開示によれば、ピストン推定温度の精度を上げることができる。

図１は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置を備える内燃機関システムの一部を示す機能ブロック図である。 図２は、内燃機関の制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施の形態は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

図１は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置１００を備える内燃機関システム１の一部を示す機能ブロック図である。

本実施の形態に係る内燃機関システム１は、図示しないディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）と、エンジンの気筒に対応して配置された燃料噴射弁（インジェクタ）と、吸気量センサ２と、ラムダセンサ３と、排気温センサ４と、クランク角センサ５と、油温センサ６と、アクセル開度センサ７と、制御装置１００と、を備える。

吸気量センサ２は、エアクリーナー（不図示）から気筒内に吸入され吸気の吸気量を検出する。吸気量センサ２は、マスフローセンサ（Mass Flow Sensor : MAF）とも称される。

ラムダセンサ３は、エンジンの排気中の酸素量に基づいて空燃比の実値（実λ）を検出する。

排気温センサ４は、エンジンの排気の温度を検出する。

クランク角センサ５は、エンジンのクランク角を検出する。制御部５０（後述する）は、クランク角センサ５の検出値からクランク角速度の変化量を算出する。

油温センサ６は、例えば、オイルパン（不図示）に貯留された潤滑油の温度を検出する。潤滑油は、エンジンを含む各部の潤滑に用いられる。

アクセル開度センサ７は、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量に応じた指示噴射量（インジェクタに対する指示値）を検出する。

本実施の形態に係る内燃機関の制御装置１００は、取得部１０と、学習部２０と、補正部３０と、温度推定部４０と、を有する制御部５０とを備える。

制御部５０は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータと入出力装置とを備えるＥＣＵ（Electronic control Unit）である。制御部５０の入力回路には、各センサ２，３，４，５，６，７が接続されている。

取得部１０は、センサ２，３，４，５，６，７それぞれの検出結果を取得する。

学習部２０は、吸気量センサ２により検出された吸気量と、ラムダセンサ３により検出された空燃比の実値（実λ）と、理論空燃比（ここでは、１４．６）と、指示噴射量とに基づいて、実噴射量と指示噴射量との差分を算出する。
差分（学習値）は、次式（１）、（２）により算出される。
学習値＝（指示噴射量×（実λ－計算λ）／実λ）＊係数・・・（１）
計算λ＝吸気量／指示噴射量＊１４．６・・・（２）
なお、係数は、実験やシミュレーションにより求めることが可能である。

学習部２０は、実λおよび計算λのそれぞれを平均化する。学習部２０は、平均化した実λおよび計算λを用いて差分を算出する。算出された差分は、エンジン回転数および燃料噴射量により区分された領域ごとに、学習値としてメモリ（不図示）に記憶される。

補正部３０は、メモリに記憶された差分（学習値）に基づいて、指示噴射量を補正する。

温度推定部４０は、補正された指示噴射量、および、エンジン回転数に基づいて内燃機関のピストン温度を推定する。推定されたピストンの温度を、「ピストン推定温度」という。

ところで、学習値は、吸気量センサ２により検出された吸気量に基づいて算出されるため、吸気センサ２が正常でない場合、ピストン推定温度の精度が低下するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、制御部５０は、エンジンの排気温度、エンジンのクランク角速度の変化量、および、エンジンに供給される潤滑油の温度（油温）の少なくとも一つに基づいて、吸気量センサ２が正常であるかどうかを判定する。なお、前述するように、エンジンの排気温度は、排気温センサ４により検出される。また、エンジンのクランク角速度の変化量は、クランク角センサ５の検出値から制御部５０により算出される。また、エンジンに供給される潤滑油の温度（油温）は、油温センサ６により検出される。

具体的には、制御部５０は、エンジンの排気温度が所定値未満である場合、かつ、クランク角速度の変化量が所定値未満である場合、かつ、油温の変化量Δが閾値未満である場合、吸気量センサ２が正常であると判定する。さらに、制御部５０は、吸気量センサ２が正常である場合、差分の学習が行われるように学習部２０を制御する。

以上の構成により、正常な吸気量センサ２により検出された吸気量に基づいて、学習値（差分）が算出され、学習値に基づいて指示噴射量が補正され、補正された指示噴射量に基づいてピストン温度が推定されるため、ピストン推定温度の精度の低下を抑えることが可能となる。

ところで、例えば、暖気中のエンジンのように、エンジンが安定条件下で運転されていない場合、学習部２０による学習の実効性が低下する。

そこで、本実施の形態では、制御部５０は、エンジンが安定条件下で運転される場合、制御部５０は、エンジンが安定条件下で運転されているかどうかを判定する。

具体的には、制御部５０は、エンジンの暖気後であり、かつ、エンジンが定常であり、かつ、ラムダセンサ３が高い信頼性を有する場合、エンジンが安定条件下で運転されていると判定する。なお、ラムダセンサ３が高い信頼性を有するとは、ラムダセンサ３により検出された空燃比の実値（実λ）が所定の閾値（ここでは、「３」）未満である場合をいう。

さらに、制御部５０は、エンジンが安定条件下で運転される場合、差分の学習が行われるように学習部２０を制御する。

次に、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置１００の動作の一例について図２を参照して説明する。図２は、内燃機関の制御装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。本フローはエンジンの始動に伴い開始され、所定の周期で繰り返される。なお、以下の説明では、内燃機関の制御装置１００が有する各機能をＣＰＵが実行するものとして説明する。

先ず、ステップＳ１００において、ＣＰＵは、吸気量センサ２が正常であるかどうかについて判定する。吸気量センサ２が正常である場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１０に遷移する。吸気量センサ２が正常でない場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、図２に示すフローを終了する。

次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵは、エンジンが安定条件下で運転されているかどうかを判定する。エンジンが安定条件下で運転されている場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１２０に遷移する。エンジンが安定条件下で運転されていない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、図２に示すフローは終了する。

まず、ステップＳ１２０において、ＣＰＵは、吸気量センサ２により検出された吸気量を取得する。

次に、ステップＳ１３０において、ＣＰＵは、ラムダセンサ３により検出された空燃比の実値（実λ）を取得する。

次に、ステップＳ１４０において、ＣＰＵは、理論空燃比を取得する。

次に、ステップＳ１５０において、ＣＰＵは、指示噴射量を取得する。

次に、ステップＳ１６０において、ＣＰＵは、吸気量、実λ、理論空燃比、および、指示噴射量に基づき、上記の式（１）、（２）により、実噴射量と指示噴射量との差分を学習する。

次に、ステップＳ１７０において、ＣＰＵは、差分に基づいて、指示噴射量を補正する。

次に、ステップＳ１８０において、ＣＰＵは、補正された指示噴射量に基づいて、ピストン温度を推定する。

上記実施の形態に係る内燃機関の制御装置１００は、エンジンの気筒に対応して配置された燃料噴射弁が噴射する燃料の実噴射量と燃料噴射弁に対する指示噴射量との差分を学習する学習部２０と、学習された差分に基づいて指示噴射量を補正する補正部３０と、補正された指示噴射量に基づいてエンジンのピストン温度を推定する温度推定部４０と、を備える。

上記構成により、学習された差分に基づいて指示噴射量が補正され、補正された指示噴射量に基づいてピストン温度が推定されるため、ピストン推定温度の精度を上げることができる。

また、上記実施の形態に係る内燃機関の制御装置１００では、学習部２０は、吸気量センサ２により検出された吸気量と、理論空燃比と、ラムダセンサ３により検出された空燃比と、指示噴射量とに基づいて、差分を学習する。これにより、確実に差分を学習することができる。

また、上記実施の形態に係る内燃機関の制御装置１００では、制御部５０は、エンジンの排気温度、エンジンのクランク角速度の変化量、および、エンジンに供給される潤滑油の温度（油温）に基づいて、吸気量センサ２が正常であるかどうかを判定し、吸気量センサ２が正常である場合、差分（学習値）の学習が行われるように学習部２０を制御する。これにより、正確な検出値に基づいて差分の学習が行われるため、ピストン推定温度の精度の低下を抑えることができる。

また、上記実施の形態に係る内燃機関の制御装置１００は、制御部５０は、エンジンが安定条件下で運転される場合、差分の学習が行われるように学習部２０を制御する。これにより、差分の学習が効率よく行われるため、学習部２０による学習の実効性を上げることが可能となる。

なお、上記実施の形態においては、制御部５０は、吸気量センサ２が正常であるかどうかの判定を、エンジンの排気温度、エンジンのクランク角速度の変化量、および、エンジンに供給される潤滑油の温度（油温）に基づいて行うが、本開示はこれに限らず、例えば、排気温度、クランク角速度の変化量、および、油温のいずれか一つに基づいて、行ってもよい。

また、上記実施の形態では、吸気量センサ２が正常であるかどうかの判定を、エンジンに供給される冷却水の温度に基づいて行ってもよい。なお、エンジンに供給される冷却水の温度は、例えば、ウォータージャケット（不図示）の出口部近傍に設けられ、ウォータージャケットから流路に流れ込む冷却水の温度を検出する水温センサにより検出される。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、ピストン推定温度の精度を上げることが要求される装置に好適に利用される。

１ 内燃機関システム
２ 吸気量センサ
３ ラムダセンサ
４ 排気温センサ
５ クランク角センサ
６ 油温センサ
７ アクセル開度センサ
１０ 取得部
２０ 学習部
３０ 補正部
４０ 温度推定部
５０ 制御部
１００ 内燃機関の制御装置

Claims (5)

1. 内燃機関の気筒に対応して配置された燃料噴射弁が噴射する燃料の実噴射量と前記燃料噴射弁に対する指示噴射量との差分を学習する学習部と、
   前記差分を、エンジン回転数および燃料噴射量により区分された領域ごとに、学習値として記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された学習値としての前記差分に基づいて前記指示噴射量を補正する補正部と、
   補正された前記指示噴射量、および、前記エンジン回転数に基づいて内燃機関のピストン温度を推定する温度推定部と、
   を備え、
   前記学習部は、さらに、吸気量センサにより検出された吸気の吸気量の検出値と、理論空燃比と、ラムダセンサにより検出された空燃比の実値と、前記指示噴射量とに基づいて、前記差分を学習し、
   前記学習部は、さらに、前記空燃比の実値を平均化し、かつ、前記吸気量の検出値および前記指示噴射量に基づいて計算された空燃比の計算値を平均化し、平均化した前記空燃比の実値および前記空燃比の計算値を用いて前記差分を算出する、
   内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気量センサが正常である場合、前記差分の学習が行われるように前記学習部を制御する制御部を備える、
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御部は、前記内燃機関の排気温度、前記内燃機関のクランク角速度の変化量、および、前記内燃機関に供給される潤滑油の温度の少なくとも一つに基づいて、前記吸気量センサが正常であるかどうかを判定する、
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関が安定条件下で運転される場合、前記差分の学習が行われるように前記学習部を制御する制御部を備える、
   請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関と、
   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を備える、
   内燃機関システム。

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