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技術 ターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法

出願人 株式会社豊田自動織機
発明者 成瀬裕也松下智彦
出願日 2016年1月27日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2016-013293
公開日 2017年8月3日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2017-133407
状態 特許登録済
技術分野 過給機
主要キーワード 増加係数 基本圧力 増加度合い 水冷式熱交換器 砂漠地帯 シリンダ筒 圧力測定点 前回補正
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

ターボ回転速度推定精度が向上されたターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法を提供する。

解決手段

第1補正処理部412は、過給圧センサの出力する過給圧Pimに対してインタークーラ圧力損失分補正を行なって圧力P3を算出する。第2補正処理部414は、大気圧センサの出力に対してエアクリーナの圧力損失分の補正を行なって圧力P3を算出する。圧力比演算部416は、第1補正処理部412および第2補正処理部414の補正結果から、コンプレッサ入口圧出口圧との圧力比P3/P1を演算する。回転速度演算部418は、圧力比演算部416で演算された圧力比と、吸気通路空気流量Fを受けて、コンプレッサの回転速度Ntを算出する。第2補正処理部414は、エアクリーナの劣化度合いが進行するとエアクリーナの圧力損失分の補正量を増加させた補正を行なう。

概要

背景

車両に搭載されるエンジンに取り付けられるターボチャージャは、エンジンからの排気動力源として回転する回転体を有している。この回転体の回転により、エンジンの燃焼室に空気が強制的に送り込まれる。

ターボチャージャの回転体は、高速で回転する。回転体の回転速度(以下、ターボ回転速度という)が上昇しすぎると、回転軸軸受け等に破損が生じるおそれがある。このため過回転とならないように回転速度を監視することが好ましい。しかし、回転軸に回転速度センサを設けると追加部品が必要となって、部品設計変更が必要となり、かつ部品追加により製造コストも増加する。

そこで、従来、回転速度センサを使用せずにターボ回転速度を検出する手法が考案されている。たとえば、特開2014−5811号公報(特許文献1)および特開2011−241733号公報(特許文献2)には、ターボコンプレッサ入口圧出口圧圧力比を算出し、この圧力比に基づいてターボ回転速度を検出する手法が開示されている。

概要

ターボ回転速度の推定精度が向上されたターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法を提供する。第1補正処理部412は、過給圧センサの出力する過給圧Pimに対してインタークーラ圧力損失分補正を行なって圧力P3を算出する。第2補正処理部414は、大気圧センサの出力に対してエアクリーナの圧力損失分の補正を行なって圧力P3を算出する。圧力比演算部416は、第1補正処理部412および第2補正処理部414の補正結果から、コンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比P3/P1を演算する。回転速度演算部418は、圧力比演算部416で演算された圧力比と、吸気通路空気流量Fを受けて、コンプレッサの回転速度Ntを算出する。第2補正処理部414は、エアクリーナの劣化度合いが進行するとエアクリーナの圧力損失分の補正量を増加させた補正を行なう。

目的

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、回転速度センサを追加することなく、ターボ回転速度の推定精度が向上されたターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

過給器付の内燃機関ターボ回転速度推定装置であって、前記内燃機関は、エアクリーナコンプレッサインタークーラインテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、前記吸気通路の前記エアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、前記吸気通路の前記インタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含み、前記ターボ回転速度推定装置は、前記過給圧センサの出力に対して前記インタークーラの圧力損失を考慮した第1補正を行なって前記コンプレッサの出口圧推定する出口圧推定手段と、前記大気圧センサの出力に対して前記エアクリーナの圧力損失を考慮した第2補正を行なって前記コンプレッサの入口圧を推定する入口圧推定手段と、前記出口圧推定手段および前記入口圧推定手段の推定結果から、前記コンプレッサの前記入口圧と前記出口圧との圧力比演算する第1演算手段と、前記第1演算手段で演算された圧力比と前記吸気通路の空気流量とに基づいて前記コンプレッサの回転速度を算出する第2演算手段とを備え、前記入口圧推定手段は、前記エアクリーナの劣化度に応じて前記第2補正における前記エアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、前記補正量は前記劣化度が大きくなると増加するように変更される、ターボ回転速度推定装置。

請求項2

前記入口圧推定手段は、車両の走行距離が増加するにしたがって前記エアクリーナの前記劣化度が大きくなるように前記車両の走行距離に応じて前記エアクリーナの前記劣化度を推定する、請求項1に記載のターボ回転速度推定装置。

請求項3

前記入口圧推定手段は、カーナビゲーション装置で検出される車両の走行地域に基づいて、前記走行距離に応じた前記エアクリーナの前記劣化度の増加度合いを変更する、請求項2に記載のターボ回転速度推定装置。

請求項4

前記入口圧推定手段は、前記内燃機関のアイドル運転時の前記吸気通路の空気流量から前記エアクリーナの劣化度を推定する、請求項1に記載のターボ回転速度推定装置。

請求項5

前記内燃機関は、温度センサをさらに備え、前記出口圧推定手段は、前記温度センサの検出温度がしきい値より低い場合には、前記検出温度が前記しきい値より高い場合に比べて、前記第1補正における前記インタークーラの圧力損失に対応する補正量を増加させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のターボ回転速度推定装置。

請求項6

過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定方法であって、前記内燃機関は、エアクリーナ、コンプレッサ、インタークーラ、インテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、前記吸気通路の前記エアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、前記吸気通路の前記インタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含み、前記ターボ回転速度推定方法は、前記過給圧センサの出力に対して前記インタークーラの圧力損失を考慮した第1補正処理を行なって前記コンプレッサの出口圧を推定するステップと、前記大気圧センサの出力に対して前記エアクリーナの圧力損失を考慮した第2補正処理を行なって前記コンプレッサの入口圧を推定するステップと、前記第1補正処理および前記第2補正処理の推定結果から、前記コンプレッサの前記入口圧と前記出口圧との圧力比を演算するステップと、前記圧力比と前記吸気通路の空気流量とに基づいて、前記コンプレッサの回転速度を算出するステップとを備え、前記入口圧を推定するステップは、前記エアクリーナの劣化度に応じて前記第2補正処理における前記エアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、前記補正量は前記劣化度が大きくなると増加するように変更される、ターボ回転速度推定方法。

技術分野

0001

この発明は、ターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法に関する。

背景技術

0002

車両に搭載されるエンジンに取り付けられるターボチャージャは、エンジンからの排気動力源として回転する回転体を有している。この回転体の回転により、エンジンの燃焼室に空気が強制的に送り込まれる。

0003

ターボチャージャの回転体は、高速で回転する。回転体の回転速度(以下、ターボ回転速度という)が上昇しすぎると、回転軸軸受け等に破損が生じるおそれがある。このため過回転とならないように回転速度を監視することが好ましい。しかし、回転軸に回転速度センサを設けると追加部品が必要となって、部品設計変更が必要となり、かつ部品追加により製造コストも増加する。

0004

そこで、従来、回転速度センサを使用せずにターボ回転速度を検出する手法が考案されている。たとえば、特開2014−5811号公報(特許文献1)および特開2011−241733号公報(特許文献2)には、ターボコンプレッサ入口圧出口圧圧力比を算出し、この圧力比に基づいてターボ回転速度を検出する手法が開示されている。

先行技術

0005

特開2014−5811号公報
特開2011−241733号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特開2014−5811号公報(特許文献1)に開示された手法では、コンプレッサの入口圧の検出には大気圧センサの値を用いており、また、コンプレッサの出口圧の検出には新規圧力センサをコンプレッサの出口に設置して測定している。したがって、コンプレッサ出口に圧力センサを追加する分だけ製造コストが上昇する。また、コンプレッサの入口圧として大気圧センサの値をそのまま用いているので、大気圧センサとコンプレッサ入口との間に配置されるエアクリーナ等による圧力損失が考慮されていない分だけ、実際のコンプレッサ入口圧よりも圧力が高く見積もられて、検出されるターボ回転数と実際のターボ回転数の間に誤差が生じる虞がある。このため、ターボ回転速度が10%以上低く検出される可能性がある。内燃機関の性能をなるべく向上させつつターボ回転速度の上限を守るという観点からは、高速域におけるターボ回転速度の検出誤差は、特に小さく抑えることが望ましい。

0007

特開2011−241733号公報(特許文献2)に開示された手法では、コンプレッサ出口に圧力センサの追加はないが、コンプレッサ出口の圧力として、インテークマニホールドに設置された過給圧センサの値を利用している。このため、コンプレッサ出口とインテークマニホールドの間に配置されているインタークーラ等による圧力損失が考慮されていない分だけ、実際のコンプレッサ出口圧よりも圧力が低く見積もられて、検出されるターボ回転数と実際のターボ回転数との間の誤差がさらに大きくなる虞がある。

0008

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、回転速度センサを追加することなく、ターボ回転速度の推定精度が向上されたターボ回転速度推定装置、およびターボ回転速度推定方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

この発明は、要約すると、過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定装置である。内燃機関は、エアクリーナ、コンプレッサ、インタークーラ、インテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、吸気通路のエアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、吸気通路のインタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含む。ターボ回転速度推定装置は、過給圧センサの出力に対してインタークーラの圧力損失を考慮した第1補正を行なってコンプレッサの出口圧を推定する出口圧推定手段と、大気圧センサの出力に対してエアクリーナの圧力損失を考慮した第2補正を行なってコンプレッサの入口圧を推定する入口圧推定手段と、出口圧推定手段および入口圧推定手段の推定結果から、コンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比を演算する第1演算手段と、第1演算手段で演算された圧力比と吸気通路の空気流量とに基づいてコンプレッサの回転速度を算出する第2演算手段とを備える。入口圧推定手段は、エアクリーナの劣化度に応じて第2補正におけるエアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、補正量は劣化度が大きくなると増加するように変更される。

0010

好ましくは、入口圧推定手段は、車両の走行距離が増加するにしたがってエアクリーナの劣化度が大きくなるように車両の走行距離に応じてエアクリーナの劣化度を推定する。

0011

より好ましくは、入口圧推定手段は、カーナビゲーション装置で検出される車両の走行地域に基づいて、走行距離に応じたエアクリーナの劣化度の増加度合いを変更する。

0012

好ましくは、入口圧推定手段は、内燃機関のアイドル運転時の吸気通路の空気流量からエアクリーナの劣化度を推定する。

0013

好ましくは、内燃機関は、温度センサをさらに備える。出口圧推定手段は、温度センサの検出温度がしきい値より低い場合には、検出温度がしきい値より高い場合に比べて、第1補正におけるインタークーラの圧力損失に対応する補正量を増加させる。

0014

この発明は、他の局面では、過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定方法である。内燃機関は、エアクリーナ、コンプレッサ、インタークーラ、インテークマニホールドの順に吸気を導く吸気通路と、吸気通路のエアクリーナの上流に配置された大気圧センサと、吸気通路のインタークーラの下流に配置された過給圧センサとを含む。ターボ回転速度推定方法は、過給圧センサの出力に対してインタークーラの圧力損失を考慮した第1補正処理を行なってコンプレッサの出口圧を推定するステップと、大気圧センサの出力に対してエアクリーナの圧力損失を考慮した第2補正処理を行なってコンプレッサの入口圧を推定するステップと、第1補正処理および第2補正処理の推定結果から、コンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比を演算するステップと、圧力比と吸気通路の空気流量とに基づいて、コンプレッサの回転速度を算出するステップとを備える。入口圧を推定するステップは、エアクリーナの劣化度に応じて第2補正処理におけるエアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更し、補正量は劣化度が大きくなると増加するように変更される。

発明の効果

0015

本発明によれば、エアクリーナの劣化度合が変化した場合であっても、精度よくターボ回転速度を推定することができる。

図面の簡単な説明

0016

本実施の形態に係る制御装置によって制御される過給機30を備えるエンジン1の全体構成を示す図である。
制御装置400の機能ブロック図である。
実施の形態1において制御装置400が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。
インタークーラの圧力損失(ΔPic)と空気流量(F)との関係を示した図である。
エアクリーナの基本圧力損失(ΔPac0)と空気流量(F)との関係を示した図である。
エアクリーナの劣化による圧力損失の増加係数(K)と走行距離(D)との関係を示した図である。
エアクリーナの基本圧力損失(ΔPac0)が増加係数(K)によって補正される様子を示した図である。
空気流量(F1)および圧力比(R1)からターボ回転速度を導出するマップの一例を示した図である。
圧力損失増加係数を車両の使用地域によって変更する例を示す図である。
アイドル状態において空気流量(F)からエアクリーナの劣化度を決めるマップの一例を示した図である。
劣化度によってエアクリーナの圧力損失を変更することを説明するための図である。
実施の形態4において制御装置400が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。
実施の形態4において用いられるインタークーラの圧力損失(ΔPic)と空気流量(F)との関係を示した図である。

実施例

0017

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

0018

[実施の形態1]
図1は、本実施の形態に係る制御装置によって制御される過給機30を備えるエンジン1の全体構成を示す図である。

0019

エンジン1は、エンジン本体10と、エアクリーナ20と、インタークーラ26と、吸気マニホールド28と、過給機30と、排気マニホールド50とを備える。

0020

エンジン本体10は、複数の気筒12と、コモンレール14と、複数のインジェクタ16とを含む。本実施の形態においては、エンジン1は、直列気筒エンジンを一例として説明するが、その他の気筒レイアウト(たとえば、V型あるいは水平型)のエンジンであってもよい。

0021

複数のインジェクタ16は、複数の気筒12の各々に設けられ、その各々がコモンレール14に接続されている。燃料タンク(図示せず)に貯留された燃料は、サプライポンプ(図示せず)によって所定圧まで加圧されてコモンレール14へ供給される。コモンレール14に供給された燃料は複数のインジェクタ16の各々から所定のタイミングで噴射される。

0022

エアクリーナ20は、エンジン1の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ20は、吸気管22の一方端に接続される。

0023

吸気管22の他方端は、過給機30のコンプレッサ32の入口に接続される。コンプレッサ32の出口は、吸気管24の一方端に接続される。

0024

吸気管24の他方端は、インタークーラ26の一方端に接続される。インタークーラ26は、吸気管24を流通する空気を冷却する水冷式熱交換器を含んで構成される。なお、インタークーラ26は、空冷式の熱交換器を含むものであっても良い。

0025

インタークーラ26の他方端は、吸気管27の一方端に接続される。吸気管27の他方端は、吸気マニホールド28に接続される。吸気マニホールド28は、エンジン本体10の複数の気筒12の各々の吸気ポートに連結される。

0026

エンジン1に吸入される空気は、エアクリーナ20によりろ過される。エアクリーナ20によりろ過された空気は、コンプレッサ32によって圧縮され、インタークーラ26で冷却される。インタークーラ26で冷却された空気は、エンジン本体10の各気筒の吸気側に接続された吸気マニホールド28を通過してエンジン本体10に吸入される。

0027

排気マニホールド50は、エンジン本体10の複数の気筒12の各々の排気ポートに連結される。排気マニホールド50は、第1排気管52の一方端に接続される。第1排気管52の他方端は、過給機30のタービン36に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気ガスは、排気マニホールド50に集められた後、第1排気管52を経由してタービン36に供給される。

0028

なお、エンジン1は、EGR装置130をさらに含む。EGR装置130は、吸気マニホールド28と排気マニホールド50とを接続するEGR通路131と、EGR通路の途中に設けられたEGRバルブ134およびEGRクーラ132とを含む。EGR装置130は、EGRバルブ134の開度を調整し、吸入空気に排気ガスの一部を導入することによって、燃焼室内の燃焼温度下げ、NOxの発生を抑制する装置である。

0029

過給機30は、コンプレッサ32と、タービン36とを含む。タービン36は、第2排気管54の一方端に接続される。タービン36から排出された排気ガスは第2排気管54を経由して車外に排出される。コンプレッサ32のハウジング内にはコンプレッサホイール34が収納され、タービン36のハウジング内にはタービンホイール38が収納される。コンプレッサホイール34とタービンホイール38とは、連結軸42によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール34は、タービンホイール38に供給される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

0030

コンプレッサ32は、タービンホイール38によって回転駆動されることによって、コンプレッサ32よりも上流側の吸気(以下「過給前吸気」という)を過給して吸気管24に供給する。これにより、コンプレッサ32よりも下流側の吸気(以下「過給後吸気」という)の圧力は、過給前吸気の圧力よりも高められる。

0031

なお、タービン36に過度の量の排気ガスが流入することを防止する必要がある場合には、排気ガスはウエイストゲートバルブ58を開くことによって排気バイパス通路56を通る。排気バイパス通路56を通ることにより、排気ガスは、タービン36を迂回して第2排気管54に導かれる。

0032

エンジン1は、インタークーラ26を通過後の吸気の温度Tico(T-intercooler-out)を検出するターボ吸気温度センサ102と、エアフローメータ104と、過給圧センサ107を含む。エアフローメータ104は、吸気管22内の過給前吸気の流量を検出する。過給圧センサ107は、吸気マニホールド28の入口部の過給後吸気の圧力(以下「過給圧Pim」ともいう)を検出する。

0033

エンジン1が搭載される車両は、アクセルペダルポジションセンサエンジン回転速度センサなど車両の状態を検出する各種センサと、制御装置400とを含む。制御装置400は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリ401を内蔵した電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)により構成される。制御装置400は、メモリ401に記憶された情報および各センサの検出結果に基づいて、エンジン1のスロットル開度燃料噴射量、点火時期等を制御するとともに、EGRバルブ134の開度を制御する制御信号C1とウエイストゲートバルブ58の開度を制御する制御信号C2とを出力する。

0034

上記のような構成を有するエンジン1において、ターボ回転速度が過剰に高くなると、過給機30の過熱振動などによって過給機30が破損してしまうおそれがある。このような破損を防止するためには、たとえば、エンジン1の運転条件やウエイストゲートバルブ58の開度などを制御して、ターボ回転速度を予め定めた上限回転速度未満に制限する必要がある。このためには、ターボ回転速度を精度よく推定する必要がある。

0035

ターボ回転速度の推定方法としては、コンプレッサの前段の圧力とコンプレッサの後段の圧力との比を用いる方法が知られているが、特開2014−5811号公報(特許文献1)のように、新規の圧力センサを追加せずに精度を向上させることが望ましい。

0036

特に、近年のガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンにおいては、排気規制強化されていることによって、EGR装置130を備えることが必須となりつつある。この場合、EGR装置130を精度よく制御するためには、シリンダ筒内に入る直前吸気圧の検出が必要であるため、過給圧センサ107は吸気マニホールド28に設けられることが多い。したがって、各圧力センサで測定した圧力を補正することによって、過給圧センサ107からコンプレッサの後段の圧力を精度良く得るとともに、大気圧センサ106からコンプレッサの前段の圧力を精度よく得ることができればよい。

0037

大気圧センサ106が検出する大気圧P0とコンプレッサ32の直前の圧力P1との間には、P0>P1の関係が成立する。P0とP1との差は、吸気管22の圧力損失およびエアクリーナ20で生じる圧力損失である。

0038

また、過給圧センサ107が検出する過給圧Pimとコンプレッサ32の直後の圧力P3との間には、Pim<P3の関係が成立する。P3とPimとの差は、吸気管24,27の圧力損失およびインタークーラ26で生じる圧力損失である。

0039

本実施の形態では、制御装置400が大気圧P0と過給圧Pimの各々について圧力損失分の圧力を補正して、コンプレッサの入口の圧力P1と出口の圧力P3とを得て、圧力比P3/P1を算出し、この圧力比からターボ回転速度Ntを得るようにしている。このため、補正せずに大気圧P0と過給圧Pimを圧力P3,P4として使用するよりも推定精度が向上している。以下、制御装置400が実行している推定処理について説明する。

0040

図2は、制御装置400の機能ブロック図である。図1および図2を参照して、エンジン1は、エアクリーナ20、コンプレッサ32、インタークーラ26、吸気マニホールド28の順に吸気を導く吸気通路と、吸気通路のエアクリーナ20の上流に配置された大気圧センサ106と、吸気通路のインタークーラ26の下流に配置された過給圧センサ107とを含む。このような構成を備える車両において、制御装置400は、過給器付の内燃機関のターボ回転速度推定装置として動作する。

0041

制御装置400は、第1補正処理部412と、第2補正処理部414と、圧力比演算部416と、回転速度演算部418とを備える。

0042

第1補正処理部412は、過給圧センサ107の出力する過給圧Pimに対してインタークーラ26の圧力損失を考慮した補正を行なうとともに、吸気管24,27の圧力損失分の補正を行なって圧力P3を算出する。第2補正処理部414は、大気圧センサ106の出力に対してエアクリーナ20の圧力損失を考慮した補正と吸気管22の圧力損失分の補正とを行なって圧力P1を算出する。なお、第1補正処理部412は、コンプレッサの出口圧を推定する「出口圧推定手段」に相当する。また、第2補正処理部414は、コンプレッサの入口圧を推定する「入口圧推定手段」に相当する。この場合、第1補正処理部412は、インタークーラ26の圧力損失を考慮した補正を行なっておれば吸気管24,27の圧力損失分の補正を省略しても良く、第2補正処理部414は、エアクリーナ20の圧力損失を考慮した補正を行なっておれば吸気管22の圧力損失分の補正を省略しても良い。

0043

圧力比演算部416は、第1補正処理部412および第2補正処理部414の推定結果(圧力P1,P3)から、コンプレッサ32の入口圧と出口圧の圧力比(P3/P1)を演算する。回転速度演算部418は、圧力比演算部416で演算された圧力比(P3/P1)と、吸気通路の空気流量Fとに基づいてコンプレッサ32の回転速度Ntを算出する。

0044

ここで、第2補正処理部414は、エアクリーナ20の劣化度に応じてエアクリーナの圧力損失に対応する補正量を変更する。この補正量は、劣化度が大きくなると増加するように変更される。たとえば、エアクリーナ20の劣化度が初期状態(エアクリーナが新品の状態)に比較して大きくなると、エアクリーナ20の圧力損失に対する補正量も初期状態よりも増加する。なお、劣化度が前回補正量算出時に比較して増加すれば、補正量も増加させるようにしても良い。

0045

好ましくは、第2補正処理部414は、車両の走行距離が増加するにしたがってエアクリーナ20の劣化度が大きくなるように、車両の走行距離に応じてエアクリーナの劣化度を推定する。

0046

図3は、実施の形態1において制御装置400が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。このフローチャートの処理が開始されると、ステップS1において、制御装置400は、インタークーラ26を通過後の吸気の温度Ticoが0℃より高いか否かを判断する。なお、Ticoが低い場合、インタークーラ26の気道内にある水冷式熱交換器の表面にが付き圧力損失が変化するので、精度良く圧力P3を推定することができなくなる場合がある。このため、Ticoが0℃以下であれば(S1でNO)、ターボ回転速度の算出を行なわずステップS8に処理が進められ、制御はメインルーチンに移される。

0047

一方、Ticoが0℃より高い場合(S1でYES)、制御装置400は、ステップS2において過給圧センサ107から過給圧Pimを取得し、ステップS3において、過給圧Pimを用いてコンプレッサ32直後の圧力P3を算出する。具体的には、圧力P3は次式(1)によって算出される。

0048

P3=Pim+ΔPpipe1+ΔPpipe2+ΔPic …(1)
ここで、Pimは過給圧センサ107で測定された過給圧を示し、ΔPpipe1は、吸気管27の圧力損失を示し、ΔPpipe2は、吸気管24の圧力損失を示し、ΔPicはインタークーラ26の圧力損失を示す。これらの圧力損失は、予めメモリ等に記憶されている、吸気管を流れる空気流量に対するテーブルを参照して得ることができる。

0049

図4は、インタークーラの圧力損失(ΔPic)と空気流量(F)との関係を示した図である。図4横軸には、エアフローメータ104で検出された空気流量Fが示され、縦軸にはインタークーラの圧力損失ΔPicが示される。空気流量Fが増加すると圧力損失ΔPicは二次関数的に増加する。圧力損失ΔPpipe1、ΔPpipe2についても図4と同様な関係があり、予め用意したテーブルを参照して空気流量Fから求めることができる。

0050

なお、各テーブルは、予め圧力損失の変化を実験的に計測して作成しても良いし、吸気管やインタークーラの形状から計算によって作成してもよい。各部分の圧力損失は、配管長、径、絞り、曲がりによって変化するが、設計図面があれば計算式で算出できる。

0051

ステップS3において、過給圧Pimは、圧力損失分が加算されることによって補正される。

0052

ステップS3に続き、ステップS4において大気圧センサ106から大気圧P0を取得し、ステップS5において、大気圧P0を用いてコンプレッサ32直前の圧力P1を算出する。具体的には、圧力P1は次式(2)によって算出される。

0053

P1=P0−ΔPac−ΔPpipe3 …(2)
式(2)において、P0は大気圧センサ106で測定された大気圧を示し、ΔPpipe3は、吸気管22の圧力損失を示し、ΔPacはエアクリーナ20の圧力損失を示す。なお、式(1)では、圧力損失を補正する符号は(+)であったが、式(2)では補正する符号は(−)になっている。これは、式(1)では、圧力がより低くなるコンプレッサの下流側に圧力測定点があるのに対して、式(2)では、圧力がより高くなるコンプレッサの上流側に圧力測定点があるからである。圧力損失ΔPpipe3については、図4と同様に、予めメモリ等に記憶されている、吸気管を流れる空気流量に対するテーブルを参照して得ることができる。

0054

ただし、インタークーラや配管吸気抵抗を変化させるような劣化は生じないので、圧力損失に劣化は考慮しなくてよいが、エアクリーナ20の圧力損失ΔPacは、エアクリーナ20の経年劣化によって増加する。エアクリーナ20では、吸入した空気をフィルタでろ過する。フィルタは、次第にごみが詰まって目詰まりを起こす。したがって、走行距離や年数によってエアクリーナ20の圧力損失は変化する。このため、圧力P1を精度良く推定するには、エアクリーナ20の劣化度合いを考慮する必要がある。

0055

そこで、本実施の形態では、エアクリーナ20の基本圧力損失ΔPac0に対して、劣化度を反映させてエアクリーナ20の圧力損失ΔPacを求める。

0056

図5は、エアクリーナの基本圧力損失(ΔPac0)と空気流量(F)との関係を示した図である。図5に示した図は、劣化していない新しい状態のエアクリーナ20の特性を示し、図4と同様にして得ることができる。

0057

図6は、エアクリーナの劣化による圧力損失の増加係数(K)と走行距離(D)との関係を示した図である。図6の横軸には、走行距離Dが示され、縦軸には増加係数Kが示される。増加係数Kは、圧力損失ΔPac0に掛けることによって劣化による圧力損失の増加を補正するための係数であり、1以上の数である。増加係数Kは、走行距離Dが増加するほど増加する。図6を参照することによって、たとえば、走行距離D=1000kmである場合、増加係数K=1.1を得ることができる。なお、数値は一例であり、他の数値をとることもある。

0058

図7は、エアクリーナの基本圧力損失(ΔPac0)が増加係数(K)によって補正される様子を示した図である。走行距離Dに応じて決定された増加係数Kを基本圧力損失ΔPac0に掛け算すると、補正されたエアクリーナの圧力損失ΔPacは図7実線に示すようになる。

0059

したがって、図3のステップS5では、制御装置400は、図5からエアフローメータ104で検出した空気流量Fに対応する基本圧力損失ΔPac0を求め、これに図6を参照して得た走行距離Dに対応する増加係数Kを掛け算することによって圧力損失ΔPacを算出する。そして、制御装置400は、算出した圧力損失ΔPacを上記の式(2)に代入し、圧力P1を算出する。

0060

続いて、ステップS6において、ステップS3で算出した圧力P3とステップS5で算出した圧力P1から、制御装置400は、コンプレッサ32の入口圧と出口圧との圧力比R1(=P3/P1)を算出する。次にステップS7において、制御装置400は、圧力比R1とエアフローメータ104で計測した空気流量Fとを用いてマップを参照してターボ回転速度Ntを求める。

0061

図8は、空気流量(F1)および圧力比(R1)からターボ回転速度を導出するマップの一例を示した図である。図8に示すマップは、予め実験的に求められ、メモリに記憶されている。図8において、例えば、エアフローメータ104で測定された空気流量F1と図3のステップS6で算出された圧力比R1が与えられると、ターボ回転速度Nt=100krpmが得られる。

0062

ステップS7において、ターボ回転速度Ntが算出されると、ステップS8に処理が進められ制御はメインルーチンに戻される。

0063

以上説明したように、実施の形態1では、エアクリーナ20の経年劣化をエアクリーナの圧力損失ΔPacに反映させている。このため、ターボ回転速度Ntの推定精度が向上する。なお、図6では、走行距離Dに基づいて増加係数Kを決定したが、走行距離Dに代えて使用年数に基づいて増加係数Kを決定しても良い。また、エアクリーナ20をメンテナンスによって新品に交換した場合には、走行距離Dまたは使用年数を初期値ゼロにクリアすることが好ましい。

0064

[実施の形態2]
エアクリーナ20は、空気のきれいな地域の舗装道路走行するときよりも、砂漠オフロードを走行する方が目詰まりを起こしやすい。このため、走行する地域によって、適用する圧力損失の増加係数を変えるとさらに精度が向上する。

0065

実施の形態2においては、図2の第2補正処理部414は、カーナビゲーション装置402で検出される車両の走行地域に基づいて、走行距離に応じたエアクリーナ20の劣化度の増加度合いを変更する。この劣化度の増加度合いは、たとえば、圧力損失増加係数の走行距離に対する傾きで示される。

0066

図9は、圧力損失増加係数を車両の使用地域によって変更する例を示す図である。図9グラフは、図6に対応しているものであり、圧力損失増加係数K1〜K3が定義されている。第2補正処理部414は、カーナビゲーション装置402で検出される車両の走行地域が、たとえば舗装道路の多い都市部であれば、圧力損失増加係数K1を選択し、舗装道路の少ないオフロード地域であれば圧力損失増加係数K2を選択し、砂漠地帯であれば圧力損失増加係数K3を選択する。また、粉じんの多い工業地帯の場合にも圧力損失増加係数が大きいK3を選択する。なお、実施の形態2では、ステップS5の処理において図6に代えて図9の圧力損失増加係数を使用するが、他の処理については、実施の形態1と同様であるので、説明は繰り返さない。

0067

実施の形態2によれば、実施の形態1よりもさらにターボ回転速度Ntの推定精度を向上させることができる。なお、走行地域の情報は、カーナビゲーション装置402以外から与えられるものであっても良い。たとえば、ユーザやメーカが走行地域に対応する情報(圧力損失増加係数K1〜K3を選択するための情報)を車両に入力しても良い。

0068

[実施の形態3]
実施の形態3においては、図2の第2補正処理部414は、エンジン1のアイドル運転時の吸気通路の空気流量からエアクリーナ20の劣化度を推定し、劣化度が増加するにしたがってエアクリーナ20の圧力損失分の補正量を増加させる。

0069

図10は、アイドル状態において空気流量(F)からエアクリーナの劣化度を決めるマップの一例を示した図である。エアクリーナ20が目詰まりを起こして劣化すると、エンジン1が同じ状態で運転している場合に、吸気通路を流れる空気流量Fは低下する。したがって、実施の形態3では、エンジンがアイドル運転している場合の空気流量Fに基づいて、制御装置400はエアクリーナ20の劣化度を決定する。

0070

たとえば、図10に示すように、空気流量F>F4の場合には劣化度を0と決定し、F3<F<F4の場合には劣化度を1と決定し、F2<F<F3の場合には劣化度を2と決定し、F<F2の場合には劣化度を3と決定する。

0071

なお、劣化度を決定するときのエンジン状態は同じ負圧を発生させる運転条件であれば良く、アイドル状態に限られない。

0072

図11は、劣化度によってエアクリーナの圧力損失を変更することを説明するための図である。図11において、ΔPac0は、図5および図7に示したものと同じエアクリーナが新しい場合の基本圧力損失を示す。そして、図10を参照して決定された劣化度が1,2,3である場合には、それぞれ補正された圧力損失ΔPac1,ΔPac2,ΔPac3が適用される。劣化度が大きいほど、基本圧力損失ΔPac0からの補正による圧力損失の増加量は増大する。

0073

なお、実施の形態3では、ステップS5の処理において図7に代えて図11の補正された圧力損失ΔPac1〜ΔPac3を使用するが、他の処理については、実施の形態1と同様であるので、説明は繰り返さない。

0074

実施の形態3によれば、実施の形態1よりもさらに実際のエアクリーナ20の劣化度合いが反映された圧力損失を用いてターボ回転速度の推定を行なうので、推定精度の向上が期待できる。

0075

[実施の形態4]
実施の形態1では、ターボ回転速度の推定精度の悪化が懸念される低温時には、図3のステップS1によって推定処理を行なわないこととしていた。これに対して、実施の形態4では、低温時にインタークーラの圧力損失ΔPicを安全側にシフトさせて推定処理を行なうこととした。

0076

実施の形態4においては、第1補正処理部412は、ターボ後吸気温度センサ102の測定した検出温度Ticoがしきい値より低い場合には、検出温度Ticoがしきい値より高い場合に比べて、インタークーラ26の圧力損失に対応する補正量を増加させる。

0077

図12は、実施の形態4において制御装置400が実行するターボ回転速度推定処理を説明するためのフローチャートである。

0078

図12のフローチャートは、図3のフローチャートに対してステップS2A,S3Aの処理が追加されたものである。ステップS2A,S3Aの処理は、ステップS1において温度Ticoが0℃以下である場合(S1でNO)に実行される。

0079

ステップS2Aでは、ステップS2と同様に過給圧Pimが過給圧センサ107から取得され、ステップS3Aでは、コンプレッサ後圧力P3が算出される。ステップS3Aでは、インタークーラの圧力損失ΔPicを増大させる方向の補正が適用される。

0080

図13は、実施の形態4において用いられるインタークーラの圧力損失(ΔPic)と空気流量(F)との関係を示した図である。図12のステップS3で適用されるテーブルが図13のΔPic0とすると、ステップS3Aで適用されるテーブルは、図13のΔPic1で表される。これにより、式(1)で算出される圧力P3はステップS3AではステップS3よりも高めに算出される。その結果、圧力比R(=P3/P1)も高めに算出されるので、図8で求められるターボ回転速度の推定値も高めに算出される。

0081

したがって、上限値に対して安全側にターボ回転速度の推定値が算出され、ターボチャージャの破損を防ぐように制御することが可能となる。

0082

なお実施の形態4は、実施の形態2,3のいずれとも組み合わせて用いることもできる。また、実施の形態1および4は、ステップS1の判断の処理にターボ後吸気温度センサ102で検出した温度を使用したが、他の部分の温度を使用しても良い。たとえば、気温センサやインタークーラの冷却水の温度を直接測定するセンサの出力を用いても良い。

0083

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0084

1エンジン、10 エンジン本体、12気筒、14コモンレール、16インジェクタ、20エアクリーナ、22,24,27吸気管、26インタークーラ、28吸気マニホールド、30過給機、32コンプレッサ、34コンプレッサホイール、36タービン、38タービンホイール、42連結軸、50排気マニホールド、52 第1排気管、54 第2排気管、56排気バイパス通路、58ウエイストゲートバルブ、102ターボ後吸気温度センサ、104エアフローメータ、106大気圧センサ、107過給圧センサ、130EGR装置、131EGR通路、132EGRクーラ、134EGRバルブ、400制御装置、401メモリ、402カーナビゲーション装置、412 第1補正処理部、414 第2補正処理部、416圧力比演算部、418 回転速度演算部。

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