JP5649343B2

JP5649343B2 - 内燃機関の吸気絞り弁制御方法

Info

Publication number: JP5649343B2
Application number: JP2010156406A
Authority: JP
Inventors: 健治中嶋; 丹羽　伸二; 伸二丹羽
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: JP2012017708A

Description

本発明は、排気タービン式過給機と、排気ガスの一部を吸入空気に混合する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）とコンプレッサに流入する空気を制御する吸気絞り弁とを備える内燃機関における吸気絞り弁制御方法に関するものである。

従来、ＥＧＲ装置として、例えば特許文献１に記載のもののように、過給機のタービン下流側の排気通路から排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと称する）を取り込み、過給機のコンプレッサ上流側の吸気通路へ再循環させる低圧ＥＧＲ通路を備えるものと、タービン上流側の排気通路からＥＧＲガスを取り込み、コンプレッサ下流側の吸気通路へ再循環させる高圧ＥＧＲ通路を備えるものとが知られている。

低圧ＥＧＲ通路によるＥＧＲガスの再循環、いわゆる低圧ループ式では、ＥＧＲガスの圧力が低いため、吸気通路の負圧を利用してＥＧＲガス量を制御している。このような構成の低圧ループ式ＥＧＲ装置を備える内燃機関では、吸気通路の負圧を発生させるために、低圧ＥＧＲ通路が接続される位置より吸気通路の上流位置に吸気絞り弁を設けている。ＥＧＲガス量を多くする場合は、吸気絞り弁を閉じるように制御するものである。

ところで、内燃機関が減速を始める時の内燃機関の運転状態によっては、内燃機関が減速をはじめても必ずしも燃料カットが実行されるものではない。つまり、燃料カットは、機関回転数が所定回転数以上である等の運転条件が成立した際に実行されため、内燃機関が減速を始める時点の如何によっては、減速の開始後に速やかに燃料カットになるものではない。

上述の低圧ループ式ＥＧＲ装置において、このような内燃機関の運転状態になると、減速開始時点の運転状態によっては、ＥＧＲガスが過多になる場合がある。例えば、比較的高負荷である運転状態において減速を開始すると、減速後の負荷の状態に応じて吸気絞り弁が閉じる方向に制御され、吸気通路の負圧の増加に伴ってＥＧＲガスが大量に取り込まれる。これは、吸気絞り弁を負荷の変化に合わせて急激に変化させると、その変化に伴って吸気通路の負圧が高くなるためにＥＧＲ量が増加することを抑制するために、負荷に合わせて連続的に変化させるものであるが、中負荷の運転領域において、ＥＧＲガス量を大量に取り込めるように、吸気絞り弁の開度が設定してあるためである。

しかしながら、この場合、取り込まれるＥＧＲガス量が増加すると、新気に対するＥＧＲガス量の割合つまりＥＧＲ率が増加するために、燃焼が低下し、失火に至る可能性を生じた。

特開２００７‐２１１７６７号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、減速時の運転状態に応じてＥＧＲガス量が増加することを制限して、ＥＧＲガス量増加に伴う不具合の抑制を図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の吸気絞り弁制御方法は、内燃機関が、排気エネルギにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機と、コンプレッサの上流に設けられる吸気絞り弁と、コンプレッサの上流で、かつ吸気絞り弁の下流に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置とを備え、車両の走行状態に応じて吸気絞り弁の開度を制御する内燃機関の吸気絞り弁制御方法であって、内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態が減速であると判定した場合は、吸気絞り弁の開度を制限する下限値を設定する。

このような構成によれば、内燃機関を減速運転する場合に、吸気絞り弁の開度が下限値により制限される。このため、吸気絞り弁が閉じることで増加するコンプレッサ上流の負圧の増加が制限される。したがって、吸気絞り弁を閉じ過ぎることで生じるＥＧＲガス量が過多になることを抑制することが可能になる。

ＥＧＲガス量を減速時であっても最大限に利用するために本発明は、下限値を検出した運転状態の減速度合いに応じて変更することを特徴とする。

本発明は、以上説明したような構成であり、吸気絞り弁を閉じ過ぎることで生じるＥＧＲガス量が過多になり、失火等の不具合が生じることを抑制することができる。

本発明の実施形態のエンジンの概略構成説明図。同実施形態の制御手順を示すフローチャート。同実施形態の作用説明図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

このエンジン１００は、二気筒３６０°位相のもので、シリンダ１と、各シリンダ１に吸入空気を供給するための吸気通路２と、排気ガスを排出するための排気通路３と、排気通路３に配置されるタービン４ａ及び吸気通路２に配置されるコンプレッサ４ｂを備える排気タービン式のターボチャージャ４とを基本的に備えている。

吸気通路２には、コンプレッサ４ｂ以外に、エアクリーナ７、エアフロメータ６、吸気絞り弁８、インタークーラ９及び電子制御式スロットルバルブ１０を、吸気通路２の上流から下流に向かってこの順に配置している。すなわち、エアクリーナ７の下流、したがって吸気絞り弁８の上流に、空気流量を検出するためのエアフロメータ６を配置する。また、エアフロメータ６と吸気絞り弁８との間の吸気通路２には、スロットルバルブ１０の下流に通じる新気バイパス通路１２ａ、及びスロットルバルブ１０の上流でインタークーラ９の下流に通じる吸気バイパス通路２４ａと吸気バイパス通路２４ａを開閉する吸気バイパス弁２４ｂとからなる過給圧迂回機構２４が設けてある。新気バイパス通路１２ａには、流通する新気の量を制御する新気バイパス弁１２ｂが設けてある。

インタークーラ９には、吸入空気がインタークーラ９を迂回するためのインタークーラバイパス通路１１ａが設けてあり、インタークーラバイパス弁１１ａにはインタークーラバイパス弁１１ｂが取り付けてある。図中、１３は、燃料タンク内に発生した燃料蒸発ガスを吸着するキャニスタであり、パージ弁１４が開かれることにより吸着された燃料蒸発ガスがスロットルバルブ１０下流位置で吸気通路２に導入される。

各シリンダ１に対して、点火プラグ１５及び燃料噴射弁１６が取り付けてある。燃料噴射弁１６には、デリバリパイプ１７を介して高圧燃料ポンプ１８から燃料が供給される。同様にして、各シリンダ１に対して、シリンダ１内に旋回流を発生させるためのスワールコントロールバルブ１９が取り付けてある。

排気通路３には、タービン５以外に、空燃比センサ２０、三元触媒２１及びリアＯ₂センサ２２を、排気通路３の上流から下流に向かってこの順に配置している。すなわち、タービン５の下流に空燃比センサ２０が配置され、その空燃比センサ２０の下流に三元触媒２１が、さらに三元触媒２１の下流にリアＯ₂センサ２２が配置される構成である。空燃比センサ２０及びリアＯ₂センサ２２は、後述する電子制御装置３３に電気的に接続される。

ターボチャージャ４は、この分野でよく知られたものを適用することができ、過給圧を制御するために、タービン５の上流と下流とを連通可能にする排気バイパス通路２３ａを備え、その排気バイパス通路２３ａを開閉するウェイストゲート弁２３ｂを備えている。

エンジン１００は、エアクリーナ７を介して吸気通路２に流入する新気に排気ガスを混合するためのいわゆる低圧ループ式のＥＧＲ装置２５を、吸気通路２と排気通路３との間に備えている。ＥＧＲ装置２５は、吸気通路２と排気通路３とを選択的に連通する排気ガス再循環管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）２６と、ＥＧＲ管路２６に設けられてＥＧＲ管路２６を通過するＥＧＲガスの量を制御する排気ガス再循環制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）２７と、ＥＧＲ弁２７の上流に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２８とを備えている。ＥＧＲ管路２６は、その一端が吸気通路２の吸気絞り弁８より下流の部位に接続され、かつその他端が排気通路３の三元触媒２０より下流の部位に接続される。

この実施形態のエンジン１００はさらに、可変バルブタイミング機構２９を備え、排気弁に対する吸気弁の開閉タイミングすなわちバルブタイミングを、運転状態に応じて制御し得るものである。可変バルブタイミング機構２９は、電子制御装置３３により制御される。

電子制御装置３３は、プロセッサ３３ａ、メモリ３３ｂ、入力インターフェース３３ｃ、出力インターフェース３３ｄなどを備えるコンピュータシステムである。入力インターフェース３３ｃには、エアフロメータ６から出力される空気流量信号ａ、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ｂ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｃ、アクセルペダルの操作量（踏度）を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ｄ、吸気通路２のスロットルセンサより下流に取り付けられて吸気管圧力を検出する吸気圧センサ３８から出力される吸気圧信号ｅ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｆ、空燃比センサ２０から出力される第一空燃比信号ｇ、リアＯ₂センサから出力される第二空燃比信号ｈなどが入力される。また出力インターフェース３３ｄからは、吸気絞り弁８に対して絞り弁開度信号ｋ、スロットルバルブ１０に対して弁駆動信号ｍ、ＥＧＲ弁２７に対してＥＧＲ弁開度信号、燃料噴射弁１５に対して燃料噴射信号ｏ、点火プラグ１６に対して点火信号ｐ、可変バルブタイミング機構２９に対してバルブタイミング信号ｑなどが出力される。

このような構成において、電子制御装置３３は、車両の走行状態に応じて吸気絞り弁の開度を制御するものであって、内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態が減速であると判定した場合は、吸気絞り弁の開度を制限する下限値を設定するようにプログラムされた吸気絞り弁制御プログラムを実行する。この吸気絞り弁制御プログラムにあっては、下限値を、検出した運転状態の減速度合いに応じて変更するように構成してある。この吸気絞り弁制御プログラムの制御手順を、図２により説明する。

図２において、ステップＳ１では、エンジン１００を減速したか否かを判定する。減速は、吸気管圧力の変化つまり負荷の変化により判定するもので、吸気管圧力（負荷）が減少したことに基づいて判定する。エンジン１００の負荷は、吸気管圧力に基づいて検出する。

ステップＳ２では、燃料カット条件が成立したか否かを判定する。燃料カット条件としては例えば、車速が所定速度以上である、エンジン回転数が所定回転数以上である、アクセル開度がほぼ０である、変速機が走行レンジに設定してある等である。

ステップＳ２において燃料カット条件が成立したと判定した場合、ステップＳ３では、吸気絞り弁８を全開にする。燃料カット実行中は、ＥＧＲガスが必要でないので、吸気絞り弁８を全開にするものである。

一方、ステップＳ２において燃料カット条件が成立していないと判定した場合は、ステップＳ４において、減速開始点を判定する。減速開始点は、トルクつまりエンジン１００の負荷に基づいて判定する。すなわち、エンジン１００の負荷が所定値以上である運転状態において減速が開始された場合の減速開始点を第一位置とし、所定値未満である運転状態において減速が開始された場合の減速開始点を第二位置とする。

図３に示すように、エンジン１００の負荷の変化に対応して、要求ＥＧＲ率は変化する。要求ＥＧＲ率は、高負荷及び低負荷において小さくなり、中負荷において最大となる。このような要求ＥＧＲ率を達成するために、吸気絞り弁８の開度は、同図に示すように、高負荷及び低負荷において大きく、中負荷に向かうほど小さくなるように制御される。つまり、吸気絞り弁８を制御することによって、要求ＥＧＲ率を制御するものである。したがって、上述の所定値は、要求ＥＧＲ率が最大となる負荷に対応させて設定する。なお、同図において、要求ＥＧＲ率を変化させる要因としてのスロットルバルブ１０及びＥＧＲ弁の開度の変化をそれぞれ示す。

ステップＳ５では、吸気絞り弁８の開度下限値を設定する。開度下限値は、減速開始点が第一位置である場合に、要求ＥＧＲ率に基づいて吸気絞り弁８の開度を制御した場合にＥＧＲガスの過多とならないＥＧＲ率に基づいて設定する。

ステップＳ６では、吸気絞り弁８の開度を目標絞り弁開度に制御する。すなわち、吸気絞り弁８の開度は、減速開始点における運転状態から減速に応じて閉じるかもしくは開けられる。減速が減速開始点の第一位置から行われた場合は、吸気絞り弁８の開度が開度下限値に達すると、開度下限値より低い開度にならないように、その開度下限値に保持される。

このような構成において、エンジン１００を減速する場合、減速の開始時点に応じて吸気絞り弁８の制御を変更して、ＥＧＲガス量を制御して、エンジン１００の運転状態が不安定にならないようにする。比較的高負荷、例えば図３においてＴ１で示す減速開始点での運転においてエンジン１００を減速する場合で、かつ燃料カット条件を成立させない運転状態に減速する場合、エンジン１００の負荷が所定値以上である場合に減速開始点は第一位置となる。

この場合、電子制御装置３３は、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ４〜ステップＳ６を実行し、第一位置の減速開始点に応じて開度下限値を設定し、運転状態に応じた目標吸気絞り弁開度に吸気絞り弁８を制御する。この場合に、エンジン１００の負荷が急激に変化しても、吸気絞り弁８の開度が目標吸気絞り弁開度に達するまでに開度下限値に達した場合は、吸気絞り弁８の開度を開度下限値に維持する。

このように、エンジン１００を減速させて、要求ＥＧＲ率が変化する場合に、吸気絞り弁８の開度を、減速を開始した時点の要求ＥＧＲ率に応じて開度下限値を設定し、目標吸気絞り弁開度になるように吸気絞り弁８の開度を制御するので、減速開始点の第一位置から急激に減速されても、吸気絞り弁８を閉じ過ぎることにより、吸気絞り弁８の下流のＥＧＲガスの再循環位置における負圧が過剰に増加することを抑制することができる。したがって、減速している運転状態においてＥＧＲガスが過剰に再循環されることを抑制することができ、ＥＧＲガスの過多による失火等の不具合を防ぐことができる。

一方、減速開始点が、図３に示すように、所定値未満のＴ２で示す第二位置である場合、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ４、ステップＳ６を実行し、開度下限値を設定することなく、運転状態に応じた目標吸気絞り弁開度に吸気絞り弁８を制御する。この場合に、エンジン１００の負荷が急激に小さくなる側つまり急激に減速するように変化しても、吸気絞り弁８の開度を大きくする、つまり全開の方向に制御するので、吸気絞り弁８の下流の負圧は上昇しない。

したがって、エンジン１００の負荷に応じた吸気絞り弁８の開度を維持することができ、ＥＧＲガスが過剰になることはない。

以上のように、吸気絞り弁８の開度を減速中のエンジンの負荷に基づいて制御するものであるが、上述の制御を実行している間、つまりステップＳ４〜ステップＳ６を実行している間に燃料カット条件が成立した場合は、直ちに吸気絞り弁８を全開にする。このように吸気絞り弁８の開度を制御することにより、ＥＧＲ管路２６に残留するＥＧＲガスにより、実際のＥＧＲ率が高くなることを抑制することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

上述の実施形態においては、第一位置及び第二位置の判定を、エンジン１００の負荷に対応する所定値を判定基準として実施するものを説明したが、減速した際のエンジン１００の負荷が、所定範囲内に含まれるか否かを判定し、所定範囲内に含まれると判定した場合に、減速開始点が第一位置であると判定する構成であってもよい。この場合の具体的な所定範囲は例えば、要求ＥＧＲ率が最高値になる負荷以上の負荷の領域である。エンジン１００の負荷が高く、負荷の減少に伴って要求ＥＧＲ率が低い値から次第に高くなり最高値になるまでの運転状態における負荷の範囲に基づいて設定する。

このような減速開始点の判定の場合、第一位置を判定した場合であっても、エンジン１００の負荷によって減速開始点が異なることになり、要求ＥＧＲ率も異なるものとなる。それゆえ、開度下限値は、上述の実施形態のように、一つを設定しておくものでもよいが、エンジン１００の負荷に応じて、負荷が高くなるほど高く設定するものが好ましい。

また、開度下限値は、減速の度合いに応じて設定するものとしている。すなわち、単位時間あたりのエンジン１００の負荷の変化に基づいて減速の度合いを判定し、判定した減速の度合いが高い場合は、急激な減速であるので、開度下限値を大きく設定する。これにより、吸気絞り弁８の開度は、閉じ側ではなく開き側において制限されることになり、ＥＧＲガスが過剰に再循環されることを抑制することができる。

また、緩減速の場合は、開度下限値を小さく設定する。したがって、吸気絞り弁８の開度が開度下限値に達するまでの時間が長くなり、ＥＧＲガスを可能な限り長時間再循環することができる。つまり、減速中のＥＧＲ制御を実行している運転時間が増加するので、燃費を向上させることができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施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。

本発明の活用例として、いわゆる低圧ループ式のＥＧＲ装置を備え、ＥＧＲガス量を吸気絞り弁により制御する型式の内燃機関が挙げられる。

４ａ…タービン
４ｂ…コンプレッサ
４…ターボチャージャ
８…吸気絞り弁
２５…排気ガス再循環装置
３３…電子制御装置

Claims

内燃機関が、排気エネルギにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機と、コンプレッサの上流に設けられる吸気絞り弁と、コンプレッサの上流で、かつ吸気絞り弁の下流に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置とを備え、車両の走行状態に応じて吸気絞り弁の開度を制御する内燃機関の吸気絞り弁制御方法であって、
内燃機関の運転状態を検出し、
検出した運転状態が減速であると判定した場合は、吸気絞り弁の開度を制限する下限値を設定するものであり、
下限値を検出した運転状態の減速度合いに応じて変更する内燃機関の吸気絞り弁制御方法。