JP5270260B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両、特には自動車に搭載する内燃機関のＥＧＲ制御方法に関するものである。

従来、内燃機関つまりエンジンでは、付帯されるＥＧＲシステムにより排気ガスの一部を還流して新気に混合して吸入空気を生成し、燃費を向上させるとともに、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）などのエミッションの増加を防ぐように構成している。このようなＥＧＲシステムを備えるエンジンにおいて樹脂製の吸気マニホールドを備え、排気ガスの一部であるＥＧＲガスをその樹脂製の吸気マニホールドへと戻す構成のものが知られている（例えば、特許文献１）。

ところで、このような樹脂製の吸気マニホールドに高温のＥＧＲガスが導入されると、その熱により吸気マニホールドが溶損する可能性がある。この吸気マニホールドの溶損を回避すべく、特許文献１のものでは、ＥＧＲガスの温度が吸気マニホールドの耐熱温度よりも高い場合にＥＧＲ管路内に新気を導入することにより、樹脂製吸気マニホールドの耐熱温度以下までＥＧＲガスの温度を下げる構成を採用している。また、樹脂製吸気マニホールドに対するＥＧＲガスの熱害を防止する方法として特許文献２には、エンジンが高負荷になるほど外部ＥＧＲ率を減少させる構成が開示されている。
特開平１０‐３３１７２０号 特開２００４‐２１８５００号

ところで、ＥＧＲ管路を通って樹脂製吸気マニホールドに導入されたＥＧＲガスは、スロットルバルブを通って吸気マニホールドに導入される新気と混じり合って吸気マニホールドの内壁に衝突するため、導入される新気の温度やその量の影響を受けることがある。新気の量（吸気量）や温度（吸気温度）といった条件が、吸気マニホールドの内壁に衝突するＥＧＲガスの温度を変化させるため、その条件によって樹脂製吸気マニホールドの溶損が左右される。

しかしながら、上記特許文献１のものでは、ＥＧＲ制御において新気の温度（吸気温度）を考慮しておらず、いかなる運転状態でも吸気マニホールドが溶損しないように、ＥＧＲガスの温度の上限を一定値として定めていた。そのため、例えば吸気温度が低い場合等、実際には吸気マニホールドが溶損しない運転状態となるにもかかわらず、ＥＧＲガスを制限し、新気量を増加させてＥＧＲ率を低くしていた。そのような場合にはＥＧＲガス量が不充分となって、エンジンの燃費低減効果が充分ではなかった。

そこで本発明は上記のような課題に着目したものであり、吸気マニホールドに導入される新気の状態も考慮してＥＧＲガスを制御することにより、燃費低減効果を向上させることを目的とする。

以上のような課題を解決するためになされた本発明に係るＥＧＲ制御方法では、樹脂製吸気マニホールドに還流させる排気ガス還流管路及びこの排気ガス還流管路内の流量を調整する排気ガス還流制御弁を有する排気ガス還流装置を備えた内燃機関において、排気ガス還流管路と吸気マニホールドとの連通部よりも上流位置の吸気マニホールド内で吸気温を検出し、前記検出された吸気温が吸気マニホールド内の溶損を発生させないための吸気温の限界値である第一所定温度よりも高い場合には、吸気マニホールドに導入される排気ガスの量を少なくするように制限することとした。

本発明における吸気マニホールドとは、サージタンクと、サージタンクから各気筒の吸気ポートまで延びる多岐管部を含むものである。

このようなものであれば、吸気マニホールドの内壁に衝突するＥＧＲガスの温度が吸気マニホールドに導入される吸気温により変化することを考慮してＥＧＲガスの量を制御することにより、吸気マニホールドが損傷を被る限界を引き上げることが可能になる。その結果、従来よりもＥＧＲ領域を拡大することができ、燃費低減効果を向上させることができる。

加えて、検出された少なくとも吸気温、車速を用いてエンジンルーム内の雰囲気温度を推定し、推定された雰囲気温度が第二所定温度よりも高い場合には、吸気マニホールドに導入されるＥＧＲガスの量を少なくするようにさらに制限することとすれば、エンジンルーム内の雰囲気温度が高いほど、吸気マニホールドの部材温度が上昇して、吸気マニホールドが溶損しやすくなることを考慮してＥＧＲガスの量を制御することができる。前記第二所定温度は、例えば、吸気マニホールドの溶損を促進しないためのエンジンルーム内の雰囲気温度の限界値である。

本発明によれば、吸気マニホールドに導入される新気の状態も考慮してＥＧＲガスを制御することにより、燃費低減効果を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、自動車用の３気筒のものである。エンジン１００の吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ１１が配設され、そのスロットルバルブ１１の下流には、樹脂製の吸気マニホールド１２が配設される。吸気マニホールド１２は、サージタンク１３と、サージタンク１３から各気筒の吸気ポートまで延びる多岐管部１４とを備えている。多岐管部１４は、吸気弁２１を介してシリンダ２と連通している。吸気マニホールド１２のシリンダヘッド２２側の端部近傍には、さらに燃料噴射弁３が設けてあり、この燃料噴射弁３を電子制御装置４により制御するようにしている。また、排気系５には、燃焼室２３から排気弁２４を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ５１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒５２の上流の位置に取り付けられている。

スロットルバルブ１１を介して吸気マニホールド１２に流入する新気に排気ガスを混合するための排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）６を、吸気系１と排気系５との間に連通させて設けている。すなわち、ＥＧＲ装置６は、吸気系１と排気系５とが選択的に連通されるＥＧＲ管路６１と、そのＥＧＲ管路６１に設けられてＥＧＲ管路６１を通過するか、または還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）の量を制御するＥＧＲバルブ６２とを備えて構成される。ＥＧＲバルブ６２は、例えば、ステッピングモータ式のものであり、ＥＧＲ装置６の一部を構成する電子制御装置４により、ステッピングモータのステップ数を制御することにより、開度が制御される。ＥＧＲ管路６１は、ＥＧＲガスの温度を考慮して金属製であり、ＥＧＲ管路６１が接続されるサージタンク１３は樹脂製であるので、ＥＧＲ管路６１とサージタンク１３の接続部分は熱的に絶縁した状態にしてある。その接続部分よりも上流のサージタンク１３内には、吸気温センサ７７を備えている。なお、吸気温センサ７７を設ける位置は、ＥＧＲガスの温度の影響を可能な限り受けにくい位置で、かつ吸気温を正確に検出できる位置であればよく、本実施形態に示したサージタンク１３への取付位置には限られない。

電子制御装置４は、中央演算処理装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置４１は、記憶装置４２に格納された後述のプログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。そしてエンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース４３を介して中央演算処理装置４１に入力されるとともに、中央演算処理装置４１は出力インターフェース４４を介して制御のための信号を燃料噴射弁３やＥＧＲバルブ６２などに出力する。具体的には、入力インターフェース４３には、吸気マニホールド１２に流入する空気流量を検出するためのエアフローメータ７１から出力させる空気流量信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ１１の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ７４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、スロットルバルブ１１の開度すなわちスロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ７５から出力される開度信号ｅ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、エンジン１００が吸入する新気の温度を検出するための吸気温センサ７７から出力される吸気温信号ｇ、上記したＯ₂センサ５１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲ制御信号ｐ、スパークプラグ８に対して点火信号ｍなどが出力されるようになっている。

電子制御装置４には、エアフローメータ７１から出力される空気流量信号ａと回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁３の開成時間、すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁３を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁３から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。また、記憶装置４２には、少なくともエンジン回転数を検出し、検出したエンジン回転数などに応じて新気に混合させる排気ガス量を決定するようにＥＧＲ装置６を制御するためのプログラムが記憶されている。

この実施の形態におけるＥＧＲ制御におけるＥＧＲ制限制御は、吸気マニホールド１２に導入される新気の温度特性及び吸気マニホールド１２の雰囲気温度特性を考慮して吸気系１へのＥＧＲガス量を制御することにより、エンジン１００の燃費を向上させるものである。以下、このＥＧＲ制限制御の概略手順を、図２に示すフローチャートにより説明する。

なお、このＥＧＲ制御プログラムは、エンジン回転数と吸入空気量、言い換えれば負荷とで設定されるＥＧＲ制御運転領域でエンジン１００を運転している場合に、繰り返し実行される。

まず、吸気温を検出する（ステップＳ１）。次に、当該検出された吸気温が第一所定温度より高いか否かを判定し（ステップＳ２）、高い場合にはステップＳ３へ進み、低い場合にはＥＧＲガス量を制御する必要がないと判断し、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ３では、水温及び車速を検出する。次に、ステップＳ１で検出された吸気温とステップＳ３で検出された水温及び車速とを用いて、エンジンルーム内の雰囲気温度を推定する（ステップＳ４）。ステップＳ５では、ステップＳ４で推定された雰囲気温度が第二所定温度より高いか否かを判定し、低い場合には吸気温のみを考慮したＥＧＲガス量の制限（第一制限）を行い（ステップＳ６）、高い場合には吸気温及び雰囲気温度を考慮したＥＧＲガス量の制限（第二制限）を行う（ステップＳ７）。

以下、各ステップについて詳述する。

まず、吸気温センサ７７を用いて吸気温を検出する（ステップＳ１）。具体的には、サージタンク１３内に既設の吸気温センサ７７を用いて吸気温を検出することとしている。

次に、ステップＳ１で検出された吸気温が第一所定温度より高いか否かを判定する（ステップＳ２）。第一所定温度は、吸気マニホールド１２内の溶損を発生させないための吸気温の限界値であり、記憶装置４２にあらかじめ記憶させている。

ステップＳ２の判定において、吸気温が第一所定温度より低ければ、樹脂製吸気マニホールド１２の溶損は発生しないため、ＥＧＲガス量の制限を行わず、このＥＧＲ制御プログラムを終了する。したがって、この時のエンジン１００の運転状態に応じて設定されるＥＧＲガス量によりＥＧＲ制御を実行する。

ステップＳ２の判定において、吸気温が第一所定温度より高ければ、樹脂製吸気マニホールド１２の溶損が発生する可能性があるため、ＥＧＲガス量の制限を行うべく、次のステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、水温及び車速を検出する。検出された水温及び車速は、吸気マニホールド１２内の溶損を抑制しつつＥＧＲガス量を増加させる精度をより上げるために用いられる。冷却液の水温は、シリンダヘッド２２後部に既設の水温センサ７６を用いて検出し、車速は、既設の車速センサ７３を用いて検出する。

ステップＳ３で検出された水温及び車速、並びにステップＳ１で検出された吸気温を用いて、エンジンルーム内の雰囲気温度を推定する（ステップＳ４）。例えば、吸気された新気の温度が高く、エンジン冷却水の水温が高いほど吸気された新気によるＥＧＲガスに対する冷却能力が落ちる。また、車速が低い場合にも、車速が高い場合に比べて走行風によるエンジンルーム内の冷却度合いが低くなる。よって、このような場合には、エンジンルーム内の雰囲気温度は高くなりやすくなる。エンジンルーム内の雰囲気温度は、吸気温を冷却水の水温及び車速で温度補正することにより求められる。

次に、ステップＳ４で推定されたエンジンルーム内の雰囲気温度が第二所定温度より高いか否かを判定する（ステップＳ５）。第二所定温度は、吸気マニホールド１２を外側から加熱する状態にして、吸気マニホールド１２の溶損を促進しないためのエンジンルーム内の雰囲気温度の限界値であり、上述した第一所定温度と同じく、記憶装置４２にあらかじめ記憶させている。

ステップＳ５の判定において、エンジンルーム内の雰囲気温度が第二所定温度より低ければ、エンジンルーム内の雰囲気温度を考慮せず、吸気温のみを考慮したＥＧＲガス量の制限（第一制限）をする制御を行う（ステップＳ６）。

ＥＧＲガス量の制限方法としては、ＥＧＲバルブ６２の制御量の目標値に対する減量補正と、ＥＧＲバルブ６２の制御量に設けられた上限ガードを低くするものとがある。ＥＧＲバルブ６２の制御量の目標値に対する減量補正を行う制御は、運転状態に応じて設定されるＥＧＲバルブ６２の制御量の目標値を、吸気温に基づいて減量補正する。具体的には、吸気温が高いほどＥＧＲガス量が少なくなるように、ＥＧＲバルブ６２の制御量の目標値を大きく減量補正する、言い換えれば、ＥＧＲバルブ６２の開度の目標値を減少させる。ＥＧＲバルブ６２の制御量に設けられた上限ガードを低くする制御は、ＥＧＲバルブ６２の制御量に上限ガードを設け、ステップＳ１で検出された吸気温が高いほどＥＧＲガス量が少なくなるように、ＥＧＲバルブ６２の制御量に設けられた上限ガードを低く設定しておく。すなわち、吸気温が高い場合には、低い場合と比較して上限ガード値を低くして、ＥＧＲバルブ６２の制御量が上限ガード値以上になることを制限するものである。

ステップＳ５の判定において、エンジンルーム内の雰囲気温度が第二所定温度より高ければ、吸気温に加えて、エンジンルーム内の雰囲気温度をも考慮したＥＧＲガス量の制限（第二制限）をする制御を行う（ステップＳ７）。

第二制限におけるＥＧＲガス量の制限方法は、ステップＳ６と同様である。ただし、制御量の目標値に対する減量補正は、上述した第一制限の場合のものより多く設定する。すなわち、ステップＳ７における制限は、ステップＳ６における制限と比較して、さらにエンジンルーム内の雰囲気温度をも考慮したＥＧＲガス量の制限であり、吸気マニホールド１２が外側より加熱される場合にも吸気マニホールド１２の溶損を抑制する。ＥＧＲバルブ６２の制御量の目標値をより大きく減量補正するか、ＥＧＲバルブ６２の制御量に設けられた上限ガードをより低くするように制御する。

以上のような構成とすることにより、本実施形態に係るＥＧＲ制御方法は、樹脂製吸気マニホールド１２に還流させるＥＧＲ管路６１及びこのＥＧＲ管路６１内の流量を調整するＥＧＲバルブ６２を有するＥＧＲ装置６を備えた内燃機関において、ＥＧＲ管路６１と吸気マニホールド１２との連通部よりも上流位置の吸気マニホールド１２内で吸気温を検出し、前記検出された吸気温が所定温度よりも高い場合には、吸気マニホールド１２に導入される排気ガスの量を少なくするように制限する。このように、吸気マニホールド１２の内壁に衝突するＥＧＲガスの温度が吸気マニホールド１２に導入される吸気温により変化することを考慮してＥＧＲガスの量を制御することにより、吸気マニホールド１２の溶損を抑制しつつ、従来よりもＥＧＲ領域を拡大することができ、燃費低減効果を向上させることができる。

さらに、検出された吸気温、水温及び車速を用いてエンジンルーム内の雰囲気温度を推定し、推定された雰囲気温度が第二所定温度よりも高い場合には、吸気マニホールド１２に導入されるＥＧＲガスの量を少なくするようにさらに制限することとすれば、エンジンルーム内の雰囲気温度が高いほど、吸気マニホールド１２の部材温度が上昇して、吸気マニホールド１２が溶損しやすくなることを考慮してＥＧＲガスの量を制御することができる。

また、これら吸気温、水温、車速を検出する際に、既設の吸気温センサ７７、水温センサ７６、車速センサ７３を用いることができるため、新たに部品を取り付ける必要なしに、本実施形態に係るＥＧＲ制御を実施することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

本発明におけるＥＧＲ制御に加え、吸気マニホールド導入前のＥＧＲガス温度を検出するセンサを設け、当該ＥＧＲガス温度が高いほどＥＧＲ管路を通過して吸気マニホールドへ入るＥＧＲガス量をさらに大きく制限するように構成してもよい。

さらに、本発明におけるＥＧＲ制御に加え、吸入空気量に占めるＥＧＲガス量の割合を示すＥＧＲ率を算出し、これを用いてＥＧＲ率が高いほどＥＧＲ管路を通過して吸気マニホールドへ入るＥＧＲガス量を大きく制限するように構成してもよい。

また、エンジンルーム内の雰囲気温度の推定のために、上記実施形態では、吸気温、水温及び車速を用いたが、ステップＳ１で検出した吸気温とステップＳ３で検出した車速のみを用いる態様でもよい。この場合には、吸気温が高いほど吸気された新気の温度が高く、車速が低いほど車速が高い場合に比べて走行風によるルーム内の冷却度合いが低くなるため、エンジンルーム内の雰囲気温度は高くなりやすい。エンジンルーム内の雰囲気温度は、吸気温を車速で温度補正することにより求められる。

さらに、エンジンルーム内の雰囲気温度の推定のために上記実施形態で使用した水温の代わりに、機関温度を検出してもよい。機関温度は、例えばエンジン冷却水の水温、エンジンオイル温度等である。

また、本発明の実施形態では、吸気温センサはサージタンクに既設のものを用いたが、吸気温を検出するために吸気マニホールド内におけるＥＧＲガス導入部よりも上流の任意の位置に新たに設けるものであってもよい。

その他各部の具体的構成についても上記実施の形態に限られるものではなく、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。

本発明の一実施形態の概略構成を示す構成説明図。 同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。

符号の説明

１２…吸気マニホールド
６…ＥＧＲ装置

Claims (3)

1. 樹脂製吸気マニホールドに還流させる排気ガス還流管路及びこの排気ガス還流管路内の流量を調整する排気ガス還流制御弁を有する排気ガス還流装置を備えた内燃機関において、排気ガス還流管路と吸気マニホールドとの連通部よりも上流位置の吸気マニホールド内で吸気温を検出し、
   前記検出された吸気温が吸気マニホールド内の溶損を発生させないための吸気温の限界値である第一所定温度よりも高い場合には、吸気マニホールドに導入される排気ガスの量を少なくするように制限することを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 検出された少なくとも吸気温及び車速を用いてエンジンルーム内の雰囲気温度を推定し、
   前記推定された雰囲気温度が第二所定温度よりも高い場合には、吸気マニホールドに導入されるＥＧＲガスの量を少なくするようにさらに制限する請求項１記載の制御方法。
3. 前記第二所定温度は、吸気マニホールドの溶損を促進しないためのエンジンルーム内の雰囲気温度の限界値である請求項２記載の制御方法。

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