JP2004251201A

JP2004251201A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2004251201A
Application number: JP2003042455A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shinjo; 崇新城
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】排気還流率が高い運転領域から急加速したときの残留ＥＧＲガスによる加速応答性の低下およびスモークの悪化を改善する。
【解決手段】ターボ過給機７を備えたディーゼルエンジンにおいて、排気通路１１から吸気系へ向かう排気還流通路１３が、吸気コレクタ３に接続された第１排気還流通路１３Ａと吸気マニホルド２に接続された第２排気還流通路１３Ｂとに分岐されており、第１，第２ＥＧＲ弁１４，１５がそれぞれ設けられている。所定の運転状態では、予め急加速に備えて、第１ＥＧＲ弁１４を閉じ、第２ＥＧＲ弁１５を開いて、シリンダ直前で排気還流を行う。この状態で急加速要求があったら、第２ＥＧＲ弁１５を閉じ、ＥＧＲ率を低くする。このとき、吸気コレクタ３等の容積による残留ＥＧＲガスが少ないので、加速応答性が向上し、スモークが抑制される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、排気還流装置を備えた内燃機関において、加速応答性を高めるようにした内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯｘ低減等のために排気の一部を吸気系に還流する排気還流装置を備えた内燃機関においては、高い排気還流率で排気還流がなされている状態から加速が行われたときに、吸気系における排気の存在によって加速応答性が悪化する。
【０００３】
特許文献１には、ターボ過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、加速初期の目標ＥＧＲ率への応答遅れや、過給圧上昇遅れにより生じる加速応答遅れに対し、還流排気（ＥＧＲガス）が取り出される排気タービン上流側の排気圧を制御することで、ＥＧＲガス量の制御と加速応答性の改善を図った技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２０５０５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＧＲガスを吸気コレクタに供給する従来の排気還流装置を備えた内燃機関では、仮に、ＥＧＲ弁（排気還流制御弁）が加速開始とともに速やかに閉じたとしても、ＥＧＲ弁からシリンダの吸気弁までの経路にＥＧＲガスが残存するため、スモークの悪化が生じ、加速応答遅れが生じるという問題があった。また、上記特許文献１のように加速初期に排気圧を低下させたのでは、加速初期での過給が遅れることは避けられないため、十分な加速性能を得ることが困難となる。
【０００６】
そこで本発明は、排気還流率が高い運転条件からの加速要求時にも、過渡応答遅れなく加速を実現すると同時に、加速時に生じるスモークの悪化を改善することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気系に排気の一部を還流する排気還流装置を備えてなる内燃機関において、排気還流率が高い運転領域において所定値以上の加速要求が生じたときにシリンダ内の吸入新気量を急激に増大させるようにしたものである。
【０００８】
このように吸入新気量を増大させることで、スモークの悪化を抑え、応答遅れなく加速することが可能となる。
【０００９】
このように吸入新気量を増大させる手段としては、加速直前に吸気経路に残留する排気ガス量を減らすことが望ましい。
【００１０】
これは、例えば、加速直前まで上記排気還流装置による排気の還流を各吸気ポート付近の位置で行い、加速要求時に排気の還流を停止することによって実現できる。
【００１１】
あるいは、排気弁の閉時期を変更可能な可変動弁装置を設け、加速直前まで上記排気還流装置による排気の還流を停止するとともに排気弁閉時期を進角させて内部排気還流を行い、加速要求時に排気弁閉時期を遅角させて内部排気還流を減少させることによって実現できる。
【００１２】
また、このような加速要求に対する吸入新気量の増大処理は、低負荷低回転運転領域においてのみ行うようにしてもよい。この低負荷低回転領域からの加速は、加速要求に対する応答遅れが長いので、上記のように吸入新気量を急激に増大させることによる加速応答遅れ改善効果が大きい。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、排気還流率が高い運転領域から所定値以上の加速要求が生じた際に、吸入新気量を急激に増大させることにより、スモークの悪化を抑え、応答遅れなく加速することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る制御装置を備えたターボ過給機付ディーゼルエンジンを示している。エンジン本体１には、吸気系として、吸気コレクタ３を備えた吸気マニホルド２が接続されているとともに、吸気コレクタ３に至る吸気通路４の上流側に、ターボ過給機７のコンプレッサ８が配置されており、かつこのコンプレッサ８と上記吸気コレクタ３との間に、インタークーラ５が介装されている。さらに、上記吸気コレクタ３の入口側つまり上記インタークーラ５との間に、吸気量を制限するスロットル弁６が介装されている。
【００１５】
また、排気系として排気マニホルド１２を介して排気通路１１が接続されており、この排気通路１１に、ターボ過給機７の排気タービン９が配置されている。排気還流装置として、上記排気通路１１の排気タービン９上流側位置から排気還流通路１３が分岐しており、吸気系に排気の一部をＥＧＲガスとして還流している。ここで、本実施例では、上記排気還流通路１３の下流側部分が第１排気還流通路１３Ａと第２排気還流通路１３Ｂとに分岐しており、上記第１排気還流通路１３Ａが上記吸気コレクタ３に接続されているとともに、上記第２排気還流通路１３Ｂが、吸気コレクタ３よりも下流の吸気マニホルド２もしくはシリンダ直前の吸気ポートに接続されている。なお、図では簡略化されているが、上記第２排気還流通路１３Ｂの先端が、各気筒に個々に接続されている。そして、排気還流量を制御するために、上記第１排気還流通路１３Ａには第１ＥＧＲ弁１４が、上記第２排気還流通路１３Ｂには第２ＥＧＲ弁１５が、それぞれ配置されている。また、上記排気還流通路１３には、ＥＧＲガスの冷却を行うＥＧＲガスクーラ１６が介装されている。上記第１，第２ＥＧＲ弁１４，１５の開度は、図示せぬエンジンコントロールユニットによって制御される。
【００１６】
エンジン運転状態を検出する手段として、図示せぬ回転数センサおよびアクセル開度センサが設けられているとともに、ＥＧＲ率の検出手段として、図示せぬ燃料濃度センサ、酸素濃度センサなどが設けられており、これらの出力信号がエンジンコントロールユニットに入力され、該コントロールユニットによって、エンジン回転数やアクセル開度などに応じたＥＧＲ弁開度制御、スロットル弁６の開度制御、燃料噴射量の制御などが行なわれる。
【００１７】
ここで、従来のＥＧＲガスの経路は、一般に、上記第１排気還流通路１３Ａと同様であり、吸気コレクタ３にＥＧＲガスを導入している。特に、吸気コレクタ３に接続する位置を、スロットル弁６の直後つまり吸気コレクタ３の入口側とすることで、各気筒に供給されるＥＧＲガス量のばらつきを抑え、新気との混合を促進させることができる。このようにＥＧＲガスの各気筒への分配ばらつきを抑制し、かつ新気との混合を促進することにより、高負荷運転領域でスモーク改善に効果がある。
【００１８】
本発明の上記実施例では、第１排気還流通路１３Ａのほかに第２排気還流通路１３Ｂが設けられており、吸気コレクタ３よりも下流側の位置にＥＧＲガスを供給できる構成となっている。第２排気還流通路１３Ｂを介して各気筒毎にＥＧＲガスを供給すれば、ＥＧＲガスの分配ばらつきが発生することはなく、同時に、加速時の過渡応答遅れの原因となる吸気コレクタ３以降の容積における残留ＥＧＲガスの減少が可能となる。
【００１９】
図２のフローチャートは、上記実施例における第１，第２ＥＧＲ弁１４，１５の加速時の制御を示す。
【００２０】
まずステップ１１にて、エンジン回転数、アクセル開度などから運転状態を検出し、ステップ１２で、この運転状態から、本発明のＥＧＲ弁制御の要否判定を行う。急加速に対する吸入新気量の急激な増大制御を行う必要がある場合（例えば所定の低負荷低回転運転領域にある場合など）は、ステップ１２からステップ１３へ進み、その制御を行わない場合は、そのまま終了とする。ステップ１３では、第１ＥＧＲ弁１４を閉じ、第２ＥＧＲ弁１５を開く。つまり、その後の加速に備えて、吸気コレクタ３へは排気を還流せずに、第２排気還流通路１３Ｂを通して排気還流を行う。
【００２１】
この状態で加速要求が生じた場合、ステップ１４において加速状態の判定を行い、急加速要求であればステップ１５へ進み、緩加速要求であればステップ１６へ進む。ステップ１５では、急加速要求なので、それまで開いていた第２ＥＧＲ弁１５を閉じ、制御を終了する。一方、緩加速の場合のステップ１６では、第２ＥＧＲ弁１５を開いたまま、第１ＥＧＲ弁１４を開く。そして、所定時間ｔ経過後、第２ＥＧＲ弁１５を閉じ、制御を終了する。上記の所定時間ｔは、エンジン排気量、コレクタ容積およびエンジン回転数から設定される時間である。
【００２２】
図３は、急加速時のＥＧＲ率変化を従来と上記実施例とで対比して示したタイムチャートである。ここでは、横軸に時間を、縦軸にＥＧＲ率をとっており、太実線が目標ＥＧＲ率、細実線がシリンダ内実ＥＧＲ率、点線がコレクタ内ＥＧＲ率、をそれぞれ示している。図３（Ａ）は、第１排気還流通路１３Ａに相当する排気還流経路のみを備えた従来の構成における急加速時の特性を示しており、加速要求（アクセルＯＮ）時に目標ＥＧＲ率が大きく低下するが、コレクタ容積等による多量の残留ＥＧＲガスによって、シリンダ内の実ＥＧＲ率およびコレクタ内の実ＥＧＲ率の低下は緩慢となる。従って、加速応答性が低下し、スモークも生じやすい。
【００２３】
これに対し、図３（Ｂ）は、上記実施例による急加速要求時における応答遅れ改善効果を示している。すなわち、前述のステップ１３において第１ＥＧＲ弁１４を閉弁することにより、予め吸気コレクタ３内の残存ＥＧＲガス量が低減する。従って、この状態で急加速要求が生じた場合、目標ＥＧＲ率の低下に伴って、第２ＥＧＲ弁１５を閉弁すれば、デッドボリュームの影響を受けずにシリンダ内実ＥＧＲ率が急激に低下し、目標ＥＧＲ率に速やかに到達する。このようにシリンダ内実ＥＧＲ率が速やかに低下するので、吸入新気量が急激に増加し、加速応答性が高くなるとともに、スモークの発生が抑制される。
【００２４】
図４は、緩加速時（ステップ１６へ進む場合）のＥＧＲ率変化を示すものであり、やはり図（Ａ）が従来の特性を、図（Ｂ）が上記実施例の特性を、それぞれ示している。この緩加速の場合は、過渡変化後の目標ＥＧＲ率が急加速要求時に比して高くなるため、従来のものでも、図３（Ａ）と比較して過渡応答遅れは短くなるが、本発明による制御を行なうことにより、過渡応答遅れは一層短くなる。
【００２５】
次に、図５は、本発明の第２の実施例の構成を示す。この実施例においては、排気還流通路１３の先端が吸気コレクタ３に接続され、ここにＥＧＲ弁１４が介装されている。つまり、前述した第２排気還流通路１３Ｂおよび第２ＥＧＲ弁１５は備えていない。そして、この実施例では、各気筒の排気弁の開閉時期（少なくとも閉時期）を変更可能な可変動弁装置１７を備えている。可変動弁装置１７としては、種々の形式のものが利用可能であるが、例えば、カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を所定角度範囲内で連続的に遅進させる公知の可変動弁機構が用いられる。なお、排気弁側と吸気弁側の双方に可変動弁機構を備えていてもよい。
【００２６】
図６は、この第２の実施例における制御の流れを示すフローチャートである。
【００２７】
まずステップ２１にて、エンジン回転数、アクセル開度などから運転状態を検出し、ステップ２２で、この運転状態から、本発明のＥＧＲ弁制御の要否判定を行う。急加速に対する吸入新気量の急激な増大制御を行う必要がある場合は、ステップ２２からステップ２３へ進み、その制御を行わない場合は、そのまま終了とする。ステップ２３では、ＥＧＲ弁１４を閉じ、可変動弁装置１７を介して排気弁閉時期を進角させる。例えば、図７（Ｂ）に示すように、吸気弁とのバルブオーバラップが０ないしはマイナスとなるように、上死点前まで進角させる。つまり、その後の加速に備えて、排気還流通路１３を介した外部排気還流を停止し、シリンダ内の残業ガスによる内部排気還流を行う。
【００２８】
この状態で加速要求が生じた場合、ステップ２４において加速状態の判定を行い、急加速要求であればステップ２５へ進み、緩加速要求であればステップ２６へ進む。ステップ２５では、急加速要求なので、内部排気還流を停止すべく、それまで進角していた排気弁閉時期を図７（Ａ）に示すように通常時期まで遅角させ、制御を終了する。一方、緩加速の場合のステップ２６では、排気弁閉時期を進角させたままＥＧＲ弁１４を開く。そして、所定時間ｔ経過後、排気弁閉時期を通常時期まで遅角させて、制御を終了する。上記の所定時間ｔは、エンジン排気量、コレクタ容積およびエンジン回転数から設定される時間である。
【００２９】
図７の（Ａ）に示すように、通常の排気弁開閉時期では、排気弁閉時期は上死点付近ないしは上死点後となり、吸気弁との間で適宜なバルブオーバラップが与えられる。これに対し、（Ｂ）のように排気弁閉時期を進角させた状態では、バルブオーバラップが０ないしはマイナスとなるので、シリンダ内に排気ガスの一部が残留し、いわゆる内部排気還流が積極的に行われる。上記実施例では、急加速の直前まで、内部排気還流を行いつつ外部排気還流を停止することで、前述した実施例と同様に吸気コレクタ３内の残留ＥＧＲガスが低減するので、急加速要求時に内部排気還流を停止すれば、シリンダ内への吸入新気量が急激に増大する。
【００３０】
従って、この第２の実施例による加速時のタイムチャートは、図３、図４と同様となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すエンジンの構成説明図。
【図２】この実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】急加速時のＥＧＲ率の変化を従来のもの（Ａ）と実施例（Ｂ）とで対比して示すタイムチャート。
【図４】緩加速時のＥＧＲ率の変化を従来のもの（Ａ）と実施例（Ｂ）とで対比して示すタイムチャート。
【図５】第２の実施例を示すエンジンの構成説明図。
【図６】この実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【図７】排気弁の通常の開閉時期（Ａ）と進角時の開閉時期（Ｂ）とを示す特性図。
【符号の説明】
１…エンジン本体
３…吸気コレクタ
１３…排気還流通路
１３Ａ…第１排気還流通路
１３Ｂ…第２排気還流通路
１４…第１ＥＧＲ弁
１５…第２ＥＧＲ弁
１７…可変動弁装置

Claims

吸気系に排気の一部を還流する排気還流装置を備えてなる内燃機関において、排気還流率が高い運転領域において所定値以上の加速要求が生じたときにシリンダ内の吸入新気量を急激に増大させる手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
吸入新気量を増大させる手段として、加速直前に吸気経路に残留する排気ガス量を減らすことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
加速直前まで上記排気還流装置による排気の還流を各吸気ポート付近の位置で行い、加速要求時に排気の還流を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
排気弁の閉時期を変更可能な可変動弁装置を備え、加速直前まで上記排気還流装置による排気の還流を停止するとともに排気弁閉時期を進角させて内部排気還流を行い、加速要求時に排気弁閉時期を遅角させて内部排気還流を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
低負荷低回転運転領域においてのみ加速要求に対する上記の吸入新気量の増大を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関はディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
吸気系に排気の一部を還流する排気還流装置を備えてなる内燃機関において、吸気コレクタもしくはこれよりも上流位置に排気を還流する第１の排気還流経路と、吸気コレクタよりも下流の位置に排気を還流する第２の排気還流経路と、を設け、急加速に備えた所定の運転条件では上記第２の排気還流経路を介して排気還流を行うとともに、加速要求時にこの第２の排気還流経路を遮断することを特徴とする内燃機関の制御装置。