JP2017044172A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カット中に実施するＥＧＲバルブのダイアグノーシスに起因したエンジン回転の不安定化を防止する。
【解決手段】排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路にＥＧＲバルブが設けられた排気ガス再循環装置が付帯する内燃機関を制御する制御装置であって、内燃機関の気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット中に、ＥＧＲバルブを開閉操作してＥＧＲバルブの故障の有無を判定するダイアグノーシスを実施するものであり、燃料カットの開始後、排気通路を流れるガスの空燃比が所定以上であるリーン状態となり、かつそのときのエンジン回転数に応じて設定した遅延時間が経過したことを条件として、ＥＧＲバルブのダイアグノーシスを開始する内燃機関の制御装置を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載される内燃機関には、気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯ_xの排出量を削減しつつポンピングロスの低減を図るＥＧＲ装置が付随していることが多い。ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路を介して接続し、気筒で発生する燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路経由で吸気通路に還流させて吸気に混交するものである。ＥＧＲ通路上には、これを開閉するＥＧＲバルブが設けられており、このＥＧＲバルブの開度操作を通じてＥＧＲガスの還流量を調節することができる。

ＥＧＲバルブに故障が生じると、適正なＥＧＲ制御の妨げとなり、燃焼の不安定化やエミッションの悪化、あるいはノッキングの発生につながる。故に、車両には、ＥＧＲバルブの故障の有無をオンラインで診断し、故障を検出した暁にはその事実を運転者に告知したり、記憶装置に記録を残したりするダイアグノーシス（自己診断）機構が実装される。

ＥＧＲバルブのダイアグノーシスは、気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット中に実施することが通例となっている。ダイアグノーシスでは、燃料カット中にＥＧＲバルブを敢えて開閉操作し、閉弁時及び開弁時の吸気通路内圧力をそれぞれ計測して、これを基にＥＧＲバルブの故障の有無の判定を行う（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１１−２５２３９９号公報

実際の燃料カット期間は短く、その短い期間内にダイアグノーシスを完遂するためには、燃料カットの開始後速やかにダイアグノーシスを開始することが望ましいと言える。

だが、燃料カットの開始直後には、燃焼ガスや未燃燃料成分を多く含んだ排気が排気通路を流れており、ＥＧＲバルブを開弁することでその排気が吸気通路側に還流する。それ故、運転者がアクセルペダルを踏む等して燃料カットが早期に終了すると、その直後の時期において気筒に取り入れられる酸素の量が不足し、十分なエンジントルクを得られずにエンジン回転が不安定となる懸念がある。

本発明は、燃料カット中に実施するＥＧＲバルブのダイアグノーシスに起因したエンジン回転の不安定化を防止することを所期の目的としている。

本発明では、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路にＥＧＲバルブが設けられた排気ガス再循環装置が付帯する内燃機関を制御する制御装置であって、内燃機関の気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット中に、ＥＧＲバルブを開閉操作してＥＧＲバルブの故障の有無を判定するダイアグノーシスを実施するものであり、燃料カットの開始後、排気通路を流れるガスの空燃比が所定以上であるリーン状態となり、かつそのときのエンジン回転数に応じて設定した遅延時間が経過したことを条件として、ＥＧＲバルブのダイアグノーシスを開始する内燃機関の制御装置を構成した。

上記に加えて、ＥＧＲバルブのダイアグノーシスの開始後に吸気通路を流れる吸気のＥＧＲ率を、そのときのエンジン回転数及び燃料カットの開始からの経過時間を基に推定でき、燃料カットの終了直後の時期に、推定される吸気のＥＧＲ率に応じてスロットルバルブの開度または点火タイミングを補正するようにすることも好ましい。

並びに、本発明では、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路にＥＧＲバルブが設けられた排気ガス再循環装置が付帯する内燃機関を制御する制御装置であって、内燃機関の気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット中に、ＥＧＲバルブを開閉操作してＥＧＲバルブの故障の有無を判定するダイアグノーシスを実施するものであり、ＥＧＲバルブのダイアグノーシスの開始後に吸気通路を流れる吸気のＥＧＲ率を、そのときのエンジン回転数及び燃料カットの開始からの経過時間を基に推定でき、燃料カットの終了直後の時期に、推定される吸気のＥＧＲ率に応じてスロットルバルブの開度または点火タイミングを補正する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、燃料カット中に実施するＥＧＲバルブのダイアグノーシスに起因したエンジン回転の不安定化を防止できる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。 燃料カット中のエンジン回転数とＥＧＲバルブのダイアグノーシスの開始までの遅延時間との関係を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路４を流れるガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側の空燃比センサ４３をリニアＡ／Ｆセンサとし、下流側の空燃比センサ４４をＯ₂センサとすることを想定している。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１の下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に対する要求出力、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流（特に、サージタンク３３内）の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側におけるガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側におけるガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、ブレーキペダルが踏まれたことまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等）から出力されるブレーキ信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度制御信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度制御信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気（新気）量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、運転状況に応じて、気筒１への燃料供給を中断する燃料カットを実行する。ＥＣＵ０は、所定の燃料カット条件が成立したときに、燃料カット即ちインジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を停止する。ＥＣＵ０は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断する。燃料カット中は、スロットルバルブ３２をアクセルペダルの踏込量（０または０に近い）に依拠しない所定の開度に開いておくか、スロットルバルブ３２を全閉する。

ＥＣＵ０は、燃料カットの開始後、所定の燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了、即ち燃料噴射（及び、点火）を再開する。ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等のうちの何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したものと判断する。燃料カット終了条件の成立以後は、スロットルバルブ３２の開度をアクセルペダルの踏込量に応じた開度に追従させることは言うまでもない。

本実施形態のＥＣＵ０は、燃料カット中に、ＥＧＲバルブ２３のダイアグノーシスを実施する。このダイアグノーシスでは、燃料カット中にＥＧＲバルブ２３を敢えて開閉操作し、ＥＧＲバルブ２３が全閉しているときのサージタンク３３内吸気圧、及びＥＧＲバルブ２３が所定開度に開いているときのサージタンク３３内吸気圧を各々計測する。そして、計測した吸気圧を基に、ＥＧＲバルブ２３の故障の有無を判定する。例えば、双方の吸気圧の差が判定閾値以上であればＥＧＲバルブ２３が正常に作動しており、判定閾値を下回っていればＥＧＲバルブ２３が固着する等して正常に作動していないと判断する。

図２に、ＥＧＲバルブ２３のダイアグノーシスに関してＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。既に述べた通り、ＥＣＵ０は、燃料カット条件が成立したときに（ステップＳ１）、燃料カットの実行を開始する（ステップＳ２）。その上で、排気通路４における触媒４１の上流を流れるガスの空燃比がリーン、即ち空燃比が所定値以上となり（ステップＳ３）、かつ燃料カットの開始から所要の遅延時間が経過した後（ステップＳ４）、ＥＧＲバルブ２３の開弁操作を伴うダイアグノーシスを開始する（ステップＳ５）。

ステップＳ４における遅延時間の長さは、燃料カット中のエンジン回転数に応じて設定する。具体的には、図３に示すように、エンジン回転数が低いほど、ダイアグノーシスの開始までの遅延時間を長くとる。ステップＳ３及びＳ４により、ダイアグノーシス中に燃焼ガスや未燃燃焼成分を多く含んだ排気が吸気通路３側に還流することを抑制することができ、燃料カットの終了直後に気筒１に充填される酸素の量を必要十分に確保することが可能となる。

ＥＣＵ０は、燃料カット終了条件が成立したときに（ステップＳ６）、燃料カットを終了して燃料供給を再開する（ステップＳ９）。しかして、燃料カットの終了直後の時期に、吸気通路３を流れる吸気のＥＧＲ率を推定し（ステップＳ７）、その推定したＥＧＲ率に応じてスロットルバルブ３２の開度及び／または点火タイミングを補正する（ステップＳ８）。

ステップＳ７では、燃料カット中のエンジン回転数、燃料カット開始からの経過時間、燃料カット中及び／または燃料カット終了時のＥＧＲバルブ２３の開度等から、燃料カットの終了直後の吸気のＥＧＲ率を推定する。吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率は、エンジン回転数が低いほど高くなり、燃料カット開始から経過した時間が短いほど高くなり、ＥＧＲバルブ２３の開度が大きいほど高くなる。

ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数、燃料カット開始からの経過時間及びＥＧＲバルブ２３の開度等と、吸気のＥＧＲ率との関係を規定したマップデータまたは関数式が格納されている。ＥＣＵ０は、ステップＳ７にて、燃料カット中のエンジン回転数、燃料カット開始から終了までの間の経過時間、燃料カット中及び／または燃料カット終了時のＥＧＲバルブ２３の開度等をキーとして当該マップを検索し、あるいはそれらを当該関数式に代入して演算することで、燃料カットの終了直後の吸気のＥＧＲ率を推定する。

そして、推定した吸気のＥＧＲ率が高いほど、ステップＳ８にて、燃料カットの終了直後の時期のスロットルバルブ３２の開度を（アクセルペダルの踏込量に応じた基本量から）大きく拡大し、及び／または、点火時期を進角させることにより、気筒１における混合気の燃焼の安定化を図る。

本実施形態では、排気通路４と吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路２１にＥＧＲバルブ２３が設けられたＥＧＲ装置２が付帯する内燃機関を制御する制御装置０であって、内燃機関の気筒１への燃料供給を一時中断する燃料カット中に、ＥＧＲバルブ２３を開閉操作してＥＧＲバルブ２３の故障の有無を判定するダイアグノーシスを実施するものであり、燃料カットの開始後、排気通路４を流れるガスの空燃比が所定以上であるリーン状態となり、かつそのときのエンジン回転数に応じて設定した遅延時間が経過したことを条件として、ＥＧＲバルブ２３のダイアグノーシスを開始する内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、ＥＧＲバルブ２３のダイアグノーシスに起因して燃料カット中に排気通路４から吸気通路３に還流する燃焼ガスや未燃燃料成分の量を低減することができる。結果、燃料カットの終了直後の時期に、気筒１に必要十分な量の酸素を流入させることが可能となり、混合気の燃焼が安定して十分なエンジントルクを得られ、エンジン回転が不安定となる問題を回避できる。

加えて、本実施形態の制御装置０は、ＥＧＲバルブ２３のダイアグノーシスの開始後に吸気通路３を流れる吸気のＥＧＲ率を、そのときのエンジン回転数及び燃料カットの開始からの経過時間を基に推定できるものであり、燃料カットの終了直後の時期に、推定される吸気のＥＧＲ率に応じてスロットルバルブ３２の開度を拡大補正して気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率を低下させたり、点火タイミングを進角補正して気筒１における混合気の着火燃焼の安定性を高めたりすることが可能である。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、図２に示しているステップＳ３及びＳ４を省略し、燃料カットの開始後可及的速やかにＥＧＲバルブ２３のダイアグノーシスを開始することとした上で、燃料カットの終了とともにステップＳ７及びＳ８を実行して、燃料カットの終了直後の時期における混合気の燃焼を安定させ、以てエンジン回転の不安定化を防止するようにしてもよい。

その他、各部の具体的構成や具体的な処理の手順は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
２…ＥＧＲ装置
２１…ＥＧＲ通路
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
４…排気通路

Claims (3)

1. 排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路にＥＧＲバルブが設けられた排気ガス再循環装置が付帯する内燃機関を制御する制御装置であって、
   内燃機関の気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット中に、ＥＧＲバルブを開閉操作してＥＧＲバルブの故障の有無を判定するダイアグノーシスを実施するものであり、
   燃料カットの開始後、排気通路を流れるガスの空燃比が所定以上であるリーン状態となり、かつそのときのエンジン回転数に応じて設定した遅延時間が経過したことを条件として、ＥＧＲバルブのダイアグノーシスを開始する内燃機関の制御装置。
2. ＥＧＲバルブのダイアグノーシスの開始後に吸気通路を流れる吸気のＥＧＲ率を、そのときのエンジン回転数及び燃料カットの開始からの経過時間を基に推定でき、
   燃料カットの終了直後の時期に、推定される吸気のＥＧＲ率に応じてスロットルバルブの開度または点火タイミングを補正する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路にＥＧＲバルブが設けられた排気ガス再循環装置が付帯する内燃機関を制御する制御装置であって、
   内燃機関の気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット中に、ＥＧＲバルブを開閉操作してＥＧＲバルブの故障の有無を判定するダイアグノーシスを実施するものであり、
   ＥＧＲバルブのダイアグノーシスの開始後に吸気通路を流れる吸気のＥＧＲ率を、そのときのエンジン回転数及び燃料カットの開始からの経過時間を基に推定でき、
   燃料カットの終了直後の時期に、推定される吸気のＥＧＲ率に応じてスロットルバルブの開度または点火タイミングを補正する内燃機関の制御装置。

Images