JP7700745B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

過給機を備える内燃機関が知られている（例えば特許文献１など）。

国際公開２０１３／０８０６００号

過給機のコンプレッサにデポジットが発生すると、過給機の効率が低下する。そこで、デポジットの生成を判定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、過給機を備える内燃機関の制御装置であって、前記過給機はコンプレッサを有し、前記コンプレッサのハウジングの温度を取得する第１取得部と、オイルの不溶解分濃度を取得する第２取得部と、前記温度および前記不溶解分濃度に基づき、前記コンプレッサの効率の低下量を取得する第３取得部と、前記温度に基づいて、前記コンプレッサにデポジットが生成されたか否か判定する判定部と、を具備し、前記判定部は、前記温度が所定の温度以上である場合、前記コンプレッサに入り込んだオイルの不溶解分が濃縮することで前記デポジットが生成されたと判定し、前記温度が前記所定の温度未満である場合、前記デポジットが生成されていないと判定し、前記第３取得部は、前記温度に起因する前記コンプレッサの効率の低下速度である第１低下速度、および前記不溶解分濃度に起因する前記コンプレッサの効率の低下速度である第２低下速度を取得し、前記第３取得部は、前記第１低下速度および前記第２低下速度に基づき、前記コンプレッサの効率の低下量を取得する、内燃機関の制御装置によって達成することができる。

前記第３取得部は、前記第１低下速度と前記第２低下速度とを掛け合わせることで前記効率の低下速度を算出し、前記第３取得部は、前記掛け合わせることで取得した前記低下速度と、前記第１低下速度に対応する前記温度および前記第２低下速度に対応する前記不溶解分濃度が持続した時間とをかけることで、前記効率の低下量を取得してもよい。

デポジットの生成を判定することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は第１実施形態に係るエンジンシステムを例示する模式図である。 図２は温度と効率低下速度との関係を例示する図である。 図３はＥＣＵが実行する処理を例示する図である。 図４は不溶解分濃度と効率低下速度との関係を例示する図である。 図５はＥＣＵが実行する処理を例示する図である。 図６（ａ）はコンプレッサを例示する断面図である。図６（ｂ）は効率低下量を例示する模式図である。 図７はＥＣＵが実行する処理を例示する図である。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るエンジンシステム１００を例示する模式図である。エンジンシステム１００は、内燃機関１０、過給機１８、およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。

内燃機関１０は例えばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであり、ピストン１７、吸気バルブ３０、排気バルブ３２、および燃料噴射弁３４を備える。内燃機関１０のボアには燃焼室２７が形成される。燃料噴射弁３４は、吸気通路１２に設けられているが、燃焼室２７に設けられてもよい。ピストン１７は燃焼室２７の内部に配置され、クランクシャフト１９に連結されている。

内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。吸気通路１２には上流側から順にエアクリーナ２０、エアフロ―メータ２２、インタークーラ２５、スロットルバルブ２６、燃料噴射弁３４が設けられている。排気通路１４には触媒２８が設けられている。

過給機１８は、タービン１８ａとコンプレッサ１８ｂとを備える。タービン１８ａとコンプレッサ１８ｂとは互いに連結されている。タービン１８ａは排気通路１４のうち触媒２８よりも上流側に位置する。コンプレッサ１８ｂは吸気通路１２のうちエアフローメータ２２よりも下流側であってインタークーラ２５よりも上流側に位置する。タービン１８ａおよびコンプレッサ１８ｂは、不図示のハウジングの内側に収納されている。

吸気通路１２にはコンプレッサ１８ｂを迂回するバイパス通路１３が接続され、バイパス通路１３にはバルブ１１が設けられている。アクセルＯＦＦ時、バイパス通路１３を通じてコンプレッサ１８ｂの下流から上流へと空気をバイパスさせる。排気通路１４にはタービン１８ａを迂回するバイパス通路１５が接続され、バイパス通路１５にはバルブ１６が設けられている。

内燃機関１０と、吸気通路１２のうち過給機１８のコンプレッサ１８ｂより上流の位置とに、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路２３が接続されている。ブローバイガスはＰＣＶ通路２３を通って吸気通路１２に戻され、空気とともに吸気通路１２を流れる。ブローバイガスにオイルが混入する。オイルに含まれる不溶解分からデポジットが発生し、コンプレッサ１８ｂに付着する。デポジットが付着することで過給機１８の効率が低下する。

吸気は吸気通路１２を通り、エアクリーナ２０で浄化され、インタークーラ２５で冷却される。吸気バルブ３０が開弁することで、吸気は内燃機関１０の燃焼室２７に導入される。燃料噴射弁３４は燃焼室２７内に燃料を噴射する。不図示の点火プラグが点火することで、吸気と燃料との混合気が燃焼室２７内で燃焼する。ピストン１７が燃焼室２７内で上下に往復運動を行い、駆動力がクランクシャフト１９に伝達され、車両が走行する。

排気バルブ３２が開弁すると、燃焼で発生した排気は排気通路１４に排出される。排気は排気通路１４の触媒２８で浄化され、排出される。触媒２８は例えば三元触媒であり、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）などを浄化する。

排気が過給機１８のタービン１８ａに導入されることで、タービン１８ａが回転し、タービン１８ａに連結されたコンプレッサ１８ｂも回転する。コンプレッサ１８ｂの回転によって吸気が過給され、コンプレッサ１８ｂよりも上流側の吸気に比べて高圧の吸気が内燃機関１０の燃焼室２７に送り込まれる。

エンジンシステム１００は、エアフローメータ２２、車速センサ４０、圧力センサ４２および４３、温度センサ４４および４６、水温センサ４７を有する。エアフローメータ２２は吸気の流量を検出する。車速センサ４０は、エンジンシステム１００が搭載された車両の速度（車速）を検出する。圧力センサ４２は大気圧を検出する。圧力センサ４３は過給機１８によって過給された空気の圧力（過給圧）を検出する。温度センサ４４は外気の温度を検出する。温度センサ４６は吸気通路１２内の温度を検出する。水温センサ４７は内燃機関１０の冷却水の温度を検出する。

ＥＣＵ５０は内燃機関１０の制御装置である。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２６の開度、バルブ１１および１６の開度を制御する。バルブ１１はエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）であり、アクセルＯＦＦ時に開弁することで、過給された空気を逃がすことができる。ＥＣＵ５０は燃料噴射弁３４からの燃料噴射のオン・オフを切り替え、燃料の噴射量を制御する。

ＥＣＵ５０は、エアフローメータ２２から吸気の流量を取得し、車速センサ４０から車速を取得し、燃料噴射量を取得する。ＥＣＵ５０は圧力センサ４２から大気圧を取得し、大気圧に基づいてコンプレッサ１８ｂに導入される空気の圧力を取得する。ＥＣＵ５０は圧力センサ４３から過給圧を取得する。ＥＣＵ５０は温度センサ４４から外気の温度を取得し、温度センサ４６から吸気通路１２内の空気の温度を取得し、水温センサ４７から水温を取得する。ＥＣＵ５０はこれらの情報から、コンプレッサ１８ｂの部材温度（ハウジングの温度）およびオイルの不溶解分濃度を算出する。ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度を取得する第１取得部、およびデポジットが生成されたか否か判定する判定部として機能する。

コンプレッサ１８ｂにデポジットが付着することで、効率が低下する。効率が低下することを過給機１８の劣化と記載することがある。デポジットの生成量は、コンプレッサ１８ｂの温度、およびオイルに含まれる不溶解分の濃度に依存する。オイルはブローバイガスブローバイガスに混入する。ブローバイガスは吸気とともに過給機１８のコンプレッサ１８ｂに導入される。コンプレッサ１８ｂのハウジングにオイルが付着する。コンプレッサ１８ｂの温度が上昇すると、オイルが蒸発しやすくなる。オイルが蒸発すると、オイルに含まれる不溶解分は濃縮・硬化し、デポジットとしてコンプレッサ１８ｂに付着する。デポジットがコンプレッサ１８ｂに付着することでコンプレッサ１８ｂの効率が低下する。

図２は温度と効率低下速度との関係を例示する図である。横軸はコンプレッサ１８ｂの部材温度（ハウジングの温度）を表す。縦軸はコンプレッサ１８ｂの効率の低下速度を表す。図２に示すように、温度がＴ０未満の場合、効率の低下速度は０である。温度がＴ０ならばデポジットが生成されないため、デポジットに起因する効率の低下も発生しない。一方、温度がＴ０以上になると、効率の低下速度が０よりも上昇する。温度がＴ０以上になるとデポジットが生成されるため、デポジットに起因してコンプレッサ１８ｂの効率も低下する。温度が高くなると、デポジットの生成量が増加する。このため効率の低下速度も大きくなる。

図３はＥＣＵ５０が実行する処理を例示する図である。ＥＣＵ５０は、ハウジングの温度Ｔを推定する（ステップＳ１０）。具体的に、ＥＣＵ５０は、例えばコンプレッサ１８ｂの入口の圧力、過給圧、吸気の温度、吸気の流量、車速からコンプレッサ１８ｂの出口における空気の温度を推定する。ＥＣＵ５０は、出口の空気の温度に基づいてハウジングの温度Ｔを推定する。

ＥＣＵ５０は、ハウジングの温度Ｔが所定の温度Ｔ０以上であるか否か判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ５０は図３の処理を終了する。一方、ステップＳ１２において肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ５０はデポジットが生成すると判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の後、図３の処理は終了する。

第１実施形態によれば、ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度Ｔに基づいて、コンプレッサ１８ｂにデポジットが生成されたか否か判定する。デポジットの生成を予測することで、デポジットの付着によるコンプレッサ１８ｂの効率低下も予測することができる。

ＥＣＵ５０は、ハウジングの温度ＴがＴ０以上の場合に、デポジットが生成すると判定する（図２のステップＳ１４）。図２に示すように、温度ＴがＴ０未満ならば、デポジットは生成されず、効率も低下しないと予測される。温度ＴがＴ０以上ならば、オイル中の不溶解分が濃縮され、デポジットが生成される。すなわち、オイル中の不溶解分が化学変化して、デポジットとなる温度がＴ０である。ＥＣＵ５０が取得する温度ＴとＴ０とを比較することで、精度よくデポジットの生成を予測することができる。閾値Ｔ０は、例えば車種、ハウジングのサイズおよび材質などに応じて定めればよい。

内燃機関１０の性能を向上させるために、過給機１８による過給圧を高めることが重要である。過給圧を高めることで、空気の温度が上昇し、ハウジングの温度Ｔも上昇する。吸気にはブローバイガスを還流させる。ブローバイガス中のオイルが、高温にさらされることでデポジットが発生する。上記のように、ハウジングの温度Ｔと閾値Ｔ０とに基づいて、ＥＣＵ５０はデポジットの生成を予測する。内燃機関１０の性能の向上と、デポジット生成の予測とを両立することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態ではコンプレッサ１８ｂの効率の低下量を取得する。図１に示したエンジンシステム１００は第２実施形態にも共通である。第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

図４は不溶解分濃度と効率低下速度との関係を例示する図である。横軸はオイル中の不溶解分の濃度を表す。縦軸はコンプレッサ１８ｂの効率の低下速度を表す。図４に示すように、不溶解分濃度が高いほど効率の低下速度は大きくなる。不溶解分濃度が硬化することで、デポジットが発生し、コンプレッサ１８ｂに付着するためである。

図２に示したように、コンプレッサ１８ｂの部材温度が高くなると効率の低下速度も増加する。図４に示したように、オイル中の不溶解分濃度が高くなると効率の低下速度も増加する。ＥＣＵ５０は、不溶解分濃度を取得する第２取得部として機能する。さらにＥＣＵ５０は、部材温度および不溶解分濃度に基づき、コンプレッサ１８ｂの効率の低下量を取得する第３取得部として機能する。

図５はＥＣＵ５０が実行する処理を例示する図である。ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度Ｔを推定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０は例えば図３のステップＳ１０と同じ処理である。ＥＣＵ５０は、温度Ｔに応じた効率の低下速度を取得する（ステップＳ２２）。

ＥＣＵ５０は、オイル中の不溶解分濃度を推定する（ステップＳ２４）。例えば燃料噴射量および冷却水の温度に基づいて、ＥＣＵ５０は不溶解分濃度を取得する。ＥＣＵ５０は、不溶解分濃度に応じた効率の低下速度を取得する（ステップＳ２６）。

ＥＣＵ５０は、温度に応じた効率の低下速度および不溶解分濃度に応じた効率の低下速度から、コンプレッサ１８ｂの効率の低下速度を取得する。ＥＣＵ５０は、効率低下速度に、内燃機関１０の運転時間をかけて、効率の低下量を積算する（ステップＳ２７）。ＥＣＵ５０は、積算計算によって、効率の低下量を算出する（ステップＳ２８）。以上で図５の処理は終了する。

第２実施形態によれば、ＥＣＵ５０はコンプレッサ１８ｂのハウジングの温度およびオイルの不溶解分濃度を取得する。ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度、および不溶解分濃度に基づき、コンプレッサ１８ｂの効率の低下量を取得する。例えば、効率の低下量が所定の大きさになった場合、コンプレッサ１８ｂの部品交換などを行うことで、効率の低下を抑制することができる。

図２に示すように、コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度に応じて効率の低下速度（第１低下速度）が定まる。例えば温度がＴａの場合、低下速度はＶａである。図４に示すように、不溶解分濃度に応じて効率の低下速度（第２低下速度）が定まる。例えば不溶解分濃度がＸｂの場合、低下速度はＶｂである。温度がＴａかつ不溶解分濃度がＸｂの場合、ＥＣＵ５０は、低下速度Ｖａと低下速度Ｖｂとを掛け合わせることで、当該条件における効率の低下速度（Ｖａ・Ｖｂ）を算出する。低下速度（Ｖａ・Ｖｂ）に当該条件が持続する時間をかけることで、効率の低下量が得られる。上の例と同様に、条件（ハウジングの温度および不溶解分濃度）に応じた低下速度と、条件の持続時間とをかけることで、効率の低下量が得られる。ＥＣＵ５０は、条件ごとの効率の低下量を積算することで、コンプレッサ１８ｂの効率の低下量を取得することができる（図５のステップＳ２８）。

ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂの入口の圧力、過給圧、吸気の温度、吸気の流量、車速からコンプレッサ１８ｂの出口における空気の温度を推定する。ＥＣＵ５０は、出口の空気の温度に基づいてハウジングの温度を推定する。ＥＣＵ５０は、燃料噴射量、水温から不溶解分の濃度を推定する。すなわち、ＥＣＵ５０は、車両から得られる情報に基づいてハウジングの温度および不溶解分の濃度を取得し、ハウジングの温度および不溶解分の濃度に基づいて効率の低下量を取得する。車両のリアルタイムの情報に基づく推定が行われるため、効率の低下量の推定の精度が向上する。

コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度を検出するセンサ、および不溶解分濃度を検出するセンサを車両に設けてもよい。センサで検出されたハウジングの温度および不溶解分に基づき、ＥＣＵ５０は効率の低下量を推定することができる。また、上記のように、ＥＣＵ５０は、過給圧などからコンプレッサ１８ｂの出口温度を算出し、出口温度に基づいてハウジングの温度を算出してもよい。ＥＣＵ５０は、燃料噴射量および水温に基づいて不溶解分濃度を算出してもよい。センサを設けないことで、コストの増加を抑制することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態ではコンプレッサ１８ｂにおけるデポジットの付着部位を予測する。図１に示したエンジンシステム１００は第３実施形態にも共通である。第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

図６（ａ）はコンプレッサ１８ｂを例示する断面図である。コンプレッサ１８ｂはホイール５１およびハウジング５２を有する。ホイール５１はハウジング５２に収納されている。ホイール５１は、シャフト５４により不図示のタービンに連結されている。コンプレッサ１８ｂには図６の矢印のように空気が流れる。導入された空気は、ホイール５１の回転によって過給され、内燃機関１０に送り込まれる。ハウジング５２のうち、空気の流れる方向の上流側の部分をシュラウド部５２ａとし、下流側の部分をディフューザ部５２ｂとする。

ハウジング５２にデポジットが付着することで、コンプレッサ１８ｂの効率が低下する。デポジットの付着部位によって、効率の低下量が異なる。シュラウド部５２ａにデポジットが付着することによる効率の低下量は、ディフューザ部５２ｂにデポジットが付着することによる効率の低下量より大きい。

図６（ｂ）は効率低下量を例示する模式図である。図６（ｂ）の例では効率低下量がＤ１（％）とする。Ｄ１のうち、シュラウド部５２ａに付着するデポジットによる寄与はＤ２（％）である。Ｄ１のうち、ディフューザ部５２ｂに付着するデポジットによる寄与はＤ３（％）である。Ｄ２はＤ３より大きく、例えばＤ３の２倍程度である。シュラウド部５２ａのデポジットは、ディフューザ部５２ｂのデポジットに比べて、効率低下への寄与が大きい。

ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂの出口における空気の温度（出口温度）を取得する第４取得部、および出口温度に基づいてデポジットの付着部位を推定する推定部として機能する。

図７はＥＣＵ５０が実行する処理を例示する図である。ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂの出口における空気の温度Ｔ３を推定する（ステップＳ３０）。ＥＣＵ５０は、コンプレッサ１８ｂのハウジングの温度Ｔを推定する（ステップＳ３２）。ＥＣＵ５０は、出口温度Ｔ３およびハウジングの温度Ｔに基づいて、デポジットの付着部位を推定する（ステップＳ３４）。ＥＣＵ５０は、デポジットの付着部位、およびハウジングの温度Ｔに基づいて、効率の低下速度を取得する（ステップＳ３６）。効率の低下速度から効率の低下量が得られる（例えば図５）。以上で図７の処理は終了する。

第３実施形態によれば、ＥＣＵ５０は出口温度を取得し、出口温度に基づいて、デポジットの付着部位を推定する。図６（ｂ）に示すように、シュラウド部５２ａのデポジットは、ディフューザ部５２ｂのデポジットに比べて、効率低下への寄与が大きい。ＥＣＵ５０は、デポジットの付着部位に基づいて、効率の低下速度を取得し、効率の低下量も取得する。デポジットの付着部位も効力することで、効率の低下量の予測精度が向上する。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関
１１、１６ バルブ
１２ 吸気通路
１３、１５ バイパス通路
１４ 排気通路
１７ ピストン
１８ 過給機
１８ａ タービン
１８ｂ コンプレッサ
１９ クランクシャフト
２０ エアクリーナ
２２ エアフローメータ
２３ ＰＣＶ通路
２５ インタークーラ
２６ スロットルバルブ
２７ 燃焼室
２８ 触媒
３０ 吸気バルブ
３２ 排気バルブ
３４ 燃料噴射弁
４０ 車速センサ
４２、４３ 圧力センサ
４４、４６ 温度センサ
４７ 水温センサ
５０ ＥＣＵ
５１ ホイール
５２ ハウジング
５２ａ シュラウド部
５２ｂ ディフューザ部
５４ シャフト
１００ エンジンシステム

Claims (2)

1. 過給機を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記過給機はコンプレッサを有し、
   前記コンプレッサのハウジングの温度を取得する第１取得部と、
   オイルの不溶解分濃度を取得する第２取得部と、
   前記温度および前記不溶解分濃度に基づき、前記コンプレッサの効率の低下量を取得する第３取得部と、
   前記温度に基づいて、前記コンプレッサにデポジットが生成されたか否か判定する判定部と、を具備し、
   前記判定部は、前記温度が所定の温度以上である場合、前記コンプレッサに入り込んだオイルの不溶解分が濃縮することで前記デポジットが生成されたと判定し、前記温度が前記所定の温度未満である場合、前記デポジットが生成されていないと判定し、
   前記第３取得部は、前記温度に起因する前記コンプレッサの効率の低下速度である第１低下速度、および前記不溶解分濃度に起因する前記コンプレッサの効率の低下速度である第２低下速度を取得し、
   前記第３取得部は、前記第１低下速度および前記第２低下速度に基づき、前記コンプレッサの効率の低下量を取得する、内燃機関の制御装置。
2. 前記第３取得部は、前記第１低下速度と前記第２低下速度とを掛け合わせることで前記効率の低下速度を算出し、
   前記第３取得部は、前記掛け合わせることで取得した前記低下速度と、前記第１低下速度に対応する前記温度および前記第２低下速度に対応する前記不溶解分濃度が持続した時間とをかけることで、前記効率の低下量を取得する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
   

Images