JP5553690B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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。

自動車等に搭載される内燃機関では、吸気系と排気系とを外部ＥＧＲ通路を介して連通し、当該ＥＧＲ通路を通じて排気ガスの一部を吸気系に還流する排気ガス再循環を行っている。ＥＧＲ通路上にはＥＧＲバルブが設けられており、内燃機関の運転領域に応じてＥＧＲバルブの開度を操作して、ＥＧＲガスの還流量や還流時期を調節することができる。

ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスには粒子状物質や潤滑油等が含まれており、これがＥＧＲ通路の内周やＥＧＲバルブに付着し、デポジットとして堆積してゆく。デポジットは、ＥＧＲ通路の有効流路面積を狭め、ＥＧＲバルブの動作の妨げにもなり得る。このデポジットを除去する目的で、気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットの期間に、ＥＧＲバルブを強制的に開閉操作するクリーニング処理を実行することが知られている（例えば、下記特許文献を参照）。

燃料カットの最中は、燃料を含まない空気が気筒に充填され、燃焼ガスを含まない空気が気筒から排出される。故に、ＥＧＲ通路にも燃焼ガスを含まない空気が満ちてゆく。燃料カットからの復帰（燃料供給の再開）の際の内燃機関の運転制御においては、吸気中に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が０であると見なして、要求燃料噴射量や点火時期等の演算を行う。

ところが、燃料カット開始直後にブレーキペダルが踏まれた等、燃料カットが極短期間に終了した場合には、ＥＧＲ通路内に依然としてＥＧＲガスが残留している。そして、燃料カットからの復帰時にＥＧＲバルブが開弁していると、この残留ＥＧＲガスが吸気に混交して、実際の吸気のＥＧＲ率が想定即ち０よりも高くなってしまう。そのため、燃料噴射量や点火時期等が不適正となり、失火その他の燃焼不安定な状態を引き起こすおそれがあった。

特開２０００−０６４９１０号公報 特開２００８−０３８６３６号公報

本発明は、燃料カット中にＥＧＲ装置のクリーニング処理を実行するにあたり、燃料カットからの復帰の際に失火その他の燃焼不安定状態が発生することを防止しようとするものである。

本発明では、排気系と吸気系とを接続する外部ＥＧＲ通路上にＥＧＲバルブを設けてなるＥＧＲ装置が付帯した内燃機関に対し、所定の燃料カット条件が成立したことを条件として燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実施するとともに、燃料カット中に、設定される最大開度と最小開度との間で前記ＥＧＲバルブを強制的に開閉操作するクリーニング処理を実行するものであって、前記クリーニング処理の実行開始からの経過時間が比較的短いときの前記最大開度が、同経過時間が比較的長いときの前記最大開度よりも小さく設定されており、燃料カットが極短期間に終了する場合にはクリーニング処理のために開いていたＥＧＲバルブを全閉またはそれに近い開度まで閉じた後燃料噴射を再開することを特徴とする制御装置を構成した。

つまり、クリーニング処理の実行開始当初はＥＧＲバルブの開閉操作の開度の振幅を小さくすることで、燃料カットが極短期間に終了する場合にＥＧＲバルブを速やかに閉止できるようにしたのである。これにより、燃料カットからの復帰時に、残留ＥＧＲガスが吸気に混交してＥＧＲ率が高まってしまう問題が有効に回避され、失火その他の燃焼不安定な状態を引き起こすおそれが低減する。

その上で、クリーニング処理の実行開始から時間が経過し、残留ＥＧＲガスが殆ど存在していないと思しき状況では、ＥＧＲバルブの開閉操作の開度の振幅を大きくして、デポジットの剥落除去効果を増強し、またＥＧＲ通路内のデポジット及び油分の掃気を十分に行う。

本発明によれば、燃料カット中にＥＧＲ装置のクリーニング処理を実行するにあたり、燃料カットからの復帰の際に失火その他の燃焼不安定状態が発生することを防止できる。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。 同実施形態における自動変速機の構成を示す図。 同実施形態における制御装置がプログラムに従い実行するクリーニング処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるクリーニング処理の様子を示すタイミングチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に一気筒の構成を概略的に示した内燃機関０は、例えば自動車に搭載されるものである。内燃機関０の吸気系１には、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。サージタンク１３には、吸気管内圧力（または、吸気負圧）を検出する圧力センサ７１を配している。

排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、排出ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ₂センサ５３を、下流にリアＯ₂センサ５４を、それぞれ配している。Ｏ₂センサ５３、５４は、排出ガスに接触して反応することにより、排出ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。

吸気系１と排気系５との間には、ＥＧＲ装置６を介設する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通する外部ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素としてなる。ＥＧＲバルブ６２を開放すれば、排出ガスを排気系５から吸気系１へと還流して吸気に混合する外部ＥＧＲを実現できる。

シリンダ２上部に形成される燃焼室の天井部（シリンダヘッド）には、吸気バルブ２１、排気バルブ２２、インジェクタ３及び点火プラグ２３を設ける。

近時の自動車は、自動変速機を実装したＡＴ車であることが少なくない。図２に、自動変速機の一例を示している。図２に示す自動変速機は、トルクコンバータ７及びベルト式連続可変変速機構（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を具備する無段変速機である。内燃機関０が出力する駆動力は、トルクコンバータ７の入力軸７１に入力され、出力軸７２に伝達される。トルクコンバータ７の出力軸７２の回転は、遊星歯車機構を用いた前後進切替装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５には出力ギヤ１０１を固設してあり、この出力ギヤ１０１はデファレンシャル装置のリングギヤ１０２と噛合して車軸１０３ひいては駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構（図示せず）を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力軸７１と出力軸７２とをロックアップするロックアップクラッチと、ロックアップクラッチを断接切替駆動するための油圧を制御するロックアップソレノイドバルブとを要素とする。ロックアップ機構は、自動変速機による変速比の変更を伴わない状況においてロックアップクラッチを接続し、入力軸７１と出力軸７２とを締結する。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

内燃機関０の運転制御を司る電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェース４３には、吸気管内圧力を検出する圧力センサ７１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサ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の開度（または、アクセルペダルの踏込量）を検出するスロットルポジションセンサ７４から出力されるスロットル開度信号ｄ、冷却水温を検出する水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、燃焼圧の変化によりノッキングの状態を検出するノッキングセンサ７５から出力されるノッキング信号ｅ、吸気カムシャフト９１の端部にあるタイミングセンサ９６から出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｇ、排気カムシャフト９２の端部にあるタイミングセンサ９７から２４０°ＣＡ（クランク角度）回転毎に出力される排気カム信号ｈ、フロントＯ₂センサ５３から出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサ５４から出力される下流側空燃比信号ｊ等が入力される。

出力インタフェース４４からは、インジェクタ３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲバルブ開度信号ｏ、ＣＶＴ９に対して変速比信号ｐ、トルクコンバータ７のロックアップソレノイドバルブに対して開閉信号ｑ等を出力する。

中央演算装置４１は、記憶装置４２に予め格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の燃料噴射量や点火時期、ＥＧＲガスの還流量（吸気のＥＧＲ率）、変速比等の制御を遂行する。

内燃機関０の運転制御において、ＥＣＵ４は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊを入力インタフェース４３を介して取得し、さらに現状の吸気量及び吸気のＥＧＲ率を推定して、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火タイミング、ＥＧＲバルブ６２の開度（ＥＧＲステップ数）、ＣＶＴ９の変速比、トルクコンバータ７におけるロックアップの可否等を演算する。そして、演算した制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑを、出力インタフェース４４を介して印加する。上記制御入力の算定手法は、既知の内燃機関０の運転制御と同様とすることができるので、ここでは説明を割愛する。

しかして、本実施形態における制御装置たるＥＣＵ４は、燃料供給を一時的に停止する燃料カット中に、ＥＧＲバルブ６２を強制的に開閉操作するクリーニング処理を実行する。

図３に、ＥＣＵ４がクリーニング処理において実行する処理の手順を示す。ＥＣＵ４は、所定の燃料カット条件が成立したときに（ステップＳ１）、インジェクタ３からの燃料噴射を停止する（ステップＳ２）。例えば、スロットルバルブ１１の開度（または、アクセルペダルの踏込量）が０または０近傍の所定の閾値以下となり、なおかつエンジン回転数が一定以上あることを条件として、燃料カットを開始する。

ＥＧＲ装置６のクリーニング処理は、燃料カット中であって、吸気管内圧力が所定圧ＰＭａ以下になったときに（ステップＳ３）実行開始する。

クリーニング処理では、ＥＧＲバルブ６２の最大開度を設定し（ステップＳ５）、その最大開度と最小開度との間でＥＧＲバルブ６２を開閉操作する（ステップＳ６）処理を反復する。図４に、クリーニング処理の模様を例示している。クリーニング処理におけるＥＧＲバルブ６２の最大開度は、燃料カットからの復帰時のＥＧＲ率を十分に低く抑えることができるような開度に設定する。図４中一点鎖線で指し示しているように、クリーニング処理におけるＥＧＲバルブ６２の最大開度は、クリーニング処理の開始当初は最も小さく、クリーニング処理の開始から時間が経過するほど大きくする。ＥＧＲバルブ６２の最小開度は、全閉とする。

クリーニング処理は、吸気管内圧力が所定圧ＰＭｂ以上になったとき（ステップＳ７）、または所定の燃料カット終了条件が成立したとき（ステップＳ９）にその実行を終了する。ここで、ＰＭｂは、ＰＭａよりも大きな値とする。

燃料カット中に燃料カット終了条件が成立した暁には（ステップＳ４、Ｓ８またはＳ９）、ＥＧＲバルブ６２を全閉に向けて閉じ操作しつつ（ステップＳ１０）、インジェクタ３からの燃料噴射を再開する（ステップＳ１１）。例えば、スロットルバルブ１１の開度（または、アクセルペダルの踏込量）が閾値を上回った、あるいはエンジン回転数が所定の復帰回転数ＩＤＬにまで低下したことを条件として、燃料カットを終了する。燃料カットからの復帰直後は、吸気のＥＧＲ率が０であると見なして、要求燃料噴射量その他の制御入力を演算する。

ＡＴ車では、燃料カット中にトルクコンバータ７の入力軸７１と出力軸７２とをロックアップし、燃料カットからの復帰に際してそのロックアップを解除する。特に、急ブレーキが踏まれたような状況下においては、車輪がロックされる前にロックアップを解除しなければならない。しかし、燃料供給の再開がロックアップの解除に間に合わないと、却ってエンジンストールが発生する。

燃料カットが極短期間に終了した場合、ＥＧＲ通路６１内に依然としてＥＧＲガスが残留しており、燃料カットからの復帰時にＥＧＲバルブが開いていると、吸気のＥＧＲ率が上がってしまう。既に述べた通り、燃料カットからの復帰直後は吸気のＥＧＲ率が０であるとして要求燃料噴射量等を決定するため、実際のＥＧＲ率が０に近くないと燃焼が不安定化する。従って、ＥＧＲバルブ６２が閉止するまでは燃料供給を再開することができない。

本実施形態では、クリーニング処理の開始当初、ＥＧＲバルブ６２の最大開度を比較的小さく設定しているので、ステップＳ１０にてＥＧＲバルブ６２を速やかに全閉またはそれに近い開度まで閉じることができる。特に、クリーニング処理における一回目のＥＧＲバルブ６２の開閉作動では、最大開度即ちストローク量を、ロックアップの解除が完了するよりも前にＥＧＲバルブ６２を全閉できるような値としておくことが望ましい。この値は、ＥＧＲバルブ６２が閉じる動作速度と、ロックアップの解除に必要な時間とから決定（または、算出）することができる。これにより、早期にステップＳ１１の燃料供給再開に移行したとしても、実際の吸気のＥＧＲ率は０に近く、燃焼が不安定化しない。

翻って、燃料カットがある程度以上続いていた場合には、ＥＧＲ通路６１内は既に新気で満たされている。ＥＧＲバルブ６２の開度によらず吸気のＥＧＲ率はほぼ０となることが保証されていることから、ステップＳ１０によってＥＧＲバルブ６２の開度が十分に縮小する以前に、ステップＳ１１の燃料供給再開に移行して構わない。

本実施形態によれば、排気系５と吸気系１とを接続する外部ＥＧＲ通路６１上にＥＧＲバルブ６２を設けてなるＥＧＲ装置６が付帯した内燃機関０に対し、所定の燃料カット条件が成立したことを条件として燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実施するとともに、燃料カット中に、設定される最大開度と最小開度との間で前記ＥＧＲバルブ６２を強制的に開閉操作するクリーニング処理を実行するものであって、前記クリーニング処理の実行開始からの経過時間が比較的短いときの前記最大開度が、同経過時間が比較的長いときの前記最大開度よりも小さく設定されることを特徴とする制御装置４を構成したため、クリーニング処理の実行開始当初はＥＧＲバルブ６２の開閉操作の開度の振幅が小さく、燃料カットが極短期間に終了したとしてもＥＧＲバルブ６２を速やかに閉止することができる。よって、燃料カットからの復帰時に、残留ＥＧＲガスが吸気に混交してＥＧＲ率が高まってしまう問題が有効に回避される。燃料カットが極短期間に終了した場合にも早期に燃料供給を再開できることから、ＡＴ車において燃料供給の再開がロックアップの解除に間に合わないということがなく、エンジンストールを発生させずに済む。

その上で、クリーニング処理の実行開始から時間が経過し、残留ＥＧＲガスが殆ど存在していないと思しき状況では、ＥＧＲバルブの開閉操作の開度の振幅を大きくして、デポジットの剥落除去効果を増強することができ、ＥＧＲ通路６１内のデポジット及び油分の掃気も十分に行うことが可能である。

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。例えば、上記実施形態における内燃機関は火花点火エンジンであったが、これがディーゼルエンジンであったとしても、本発明を適用することは可能である。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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、自動車等に搭載される内燃機関に適用することができる。

１００…内燃機関
４…ＥＣＵ（制御装置）
６…ＥＧＲ装置
６１…ＥＧＲ通路
６２…ＥＧＲバルブ

Claims (1)

1. 排気系と吸気系とを接続する外部ＥＧＲ通路上にＥＧＲバルブを設けてなる排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関に対し、所定の燃料カット条件が成立したことを条件として燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実施するとともに、
   燃料カット中に、設定される最大開度と最小開度との間で前記ＥＧＲバルブを強制的に開閉操作するクリーニング処理を実行するものであって、
   前記クリーニング処理の実行開始からの経過時間が比較的短いときの前記最大開度が、同経過時間が比較的長いときの前記最大開度よりも小さく設定されており、燃料カットが極短期間に終了する場合にはクリーニング処理のために開いていたＥＧＲバルブを全閉またはそれに近い開度まで閉じた後燃料噴射を再開することを特徴とする制御装置。

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