JP5688959B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧排気ガス再循環通路及び低圧排気ガス再循環通路を備えた内燃機関の制御装置に関する。

気筒内の燃焼温度を低下させ、以て有害物質であるＮＯ_xの排出量を削減する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている。ＥＧＲ装置は、燃焼により発生した排気ガスの一部を吸気に混入するものである。

このようなＥＧＲ装置を有する内燃機関として、気筒から排出された直後の高温高圧の排気ガスを吸気通路に還流する高圧ループ式ＥＧＲ装置と、排気ターボ過給機のタービン及び排気ガス浄化用の触媒を通過した低温低圧の排気ガスを吸気通路に還流する低圧ループ式ＥＧＲ装置とを備え、これら高圧ループ式ＥＧＲ装置と低圧ループ式ＥＧＲ装置とを回転速度や負荷等の運転状態により切り替えて使用するものが知られている。

より具体的には、低速高負荷領域では、タービンに入るガス圧よりも吸気管圧力が高く、高圧ループ式ＥＧＲ装置を利用した排気ガス再循環を行うことができないので低圧ループ式ＥＧＲ装置を使用し、低速中低負荷領域では、ノッキングが発生しにくいので、よりＥＧＲガスの温度を高くして燃焼を安定させることにより排気ガスをより多く還流させるべく、経路が短い高圧ループ式ＥＧＲ装置を使用するようにしている（例えば、特許文献１を参照）。

ここで、高負荷運転中に車両の減速を行うべくアクセル操作量を急速に小さくして低負荷運転に移行した際には、低圧ループ式ＥＧＲ装置の使用を中止し高圧ループ式ＥＧＲ装置の使用を開始する制御が行われる。

しかして、高負荷時における低圧ループ式ＥＧＲ装置の使用中においては、ＥＧＲガス及び既燃ガスの全量がターボチャージャのタービンを通過するので、タービンの上流の圧力が高くなっている。この状態から高圧ループ式ＥＧＲ装置へ使用するＥＧＲ装置を切り替えると、タービンの上流の圧力が高くなっていることから、高圧ループ式ＥＧＲ装置中のＥＧＲ弁の開度を定常運転時と同様に設定した場合、気筒に導入されるＥＧＲガスの量が多すぎて失火が発生する不具合の発生が懸念される。

特開２００８−１９７３０号公報

本発明は以上の点に着目し、高圧ループ式排気ガス再循環装置及び低圧ループ式排気ガス再循環装置を備え、これらを切り替えて使用する内燃機関において、減速時の失火を予防することを目的とする。

すなわち本発明の内燃機関の制御装置は、排気通路に設けられたタービン、及び前記タービンにより駆動される吸気通路のコンプレッサとを備えたターボチャージャと、吸気通路における前記コンプレッサの下流に設けたスロットル弁と、吸気通路における前記コンプレッサの上流に設けた吸気絞り弁と、排気通路における前記タービンの下流の箇所から吸気通路における前記コンプレッサの上流かつ前記吸気絞り弁の下流の箇所に排気ガスの一部を還流させる低圧排気ガス再循環通路及びこの低圧排気ガス再循環通路を流通する排気ガスの量を制御する低圧排気ガス再循環制御弁を有する低圧ループ式ＥＧＲ装置と、排気通路における前記タービンの上流の箇所から吸気通路における前記コンプレッサの下流の箇所に排気ガスの一部を還流させる高圧排気ガス再循環通路及びこの高圧排気ガス再循環通路を流通する排気ガスの量を制御する高圧排気ガス再循環制御弁を有する高圧ループ式ＥＧＲ装置とを具備するターボチャージャ付き内燃機関に用いられ、高負荷領域においては前記低圧排気ガス再循環通路に排気ガスを流通させ、低負荷領域においては前記高圧排気ガス再循環通路に排気ガスを流通させ、高負荷領域において要求負荷の減少が検知されたときに、要求負荷の減少速度が大きくなるにつれ、前記低圧排気ガス再循環制御弁はより急速に閉じ、前記高圧排気ガス再循環制御弁はより緩やかに開く制御を行うことを特徴とする。

このようなものであれば、高圧排気ガス再循環制御弁を緩やかに開弁することにより、気筒に導入されるＥＧＲガス量の増加を緩やかなものにすることができ、従って気筒に導入されるＥＧＲガス量が多すぎることによる失火の発生を防ぐことができる。

なお、本発明において、「要求負荷」とは、アクセル操作量や、スロットルバルブの開度や、新気の吸入空気量や、吸気管圧力等、運転者が要求する内燃機関の出力に対応する量全般を示す概念である。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、高圧ループ式排気ガス再循環装置及び低圧ループ式排気ガス再循環装置を備え、これらを切り替えて使用する内燃機関において、減速時の失火を予防することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成説明図。 同実施形態の電子制御装置の概略構成説明図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。 同実施形態に係る作用説明図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１に構成を概略的に示した内燃機関であるエンジン１００は、２つのシリンダ１を有するもので、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上に配設されたタービン５及び吸気通路２上に配設されたコンプレッサ６を有するターボチャージャ４とを少なくとも具備してなるものである。前記吸気通路２には、エアクリーナ７、吸気絞り弁８、コンプレッサ６、インタークーラ９、及び電子制御式スロットル弁（以下、スロットル弁１０と称する）を上流からこの順で配設している。また、本実施形態では、スロットル弁１０とシリンダ１との間にサージタンク１１を設けている。加えて本実施形態では、吸気絞り弁８より上流側の箇所とスロットル弁１０より下流側の箇所、具体的にはサージタンク１１との間を連通する新気バイパス通路１２ａ、及びこの新気バイパス通路１２ａ中に設けてなる新気バイパス弁１２ｂを有する新気バイパス機構１２を配設している。前記新気バイパス弁１２ｂは、全閉状態と全開状態との間で開度を連続的に変更可能な弁である。前記スロットル弁１０は、図示しないアクセルペダルの操作量に応じて開閉する。そして、図示しない燃料タンク内に発生した燃料蒸発ガスはキャニスタ１３に吸着され、エンジン１００が始動された後にパージバキュームスイッチングバルブ１４（パージＶＳＶ）を介して吸気通路２に導入されるように構成してある。

前記各シリンダ１には、点火プラグ１５及び燃料噴射弁１６を配設している。前記燃料噴射弁１６は、デリバリパイプ１７を介して高圧燃料ポンプ１８に接続している。

前記排気通路３上には、タービン５、三元触媒２０、及び図示しない排気マフラを上流からこの順で配設している。三元触媒２０より上流側には、三元触媒２０の上流側における空燃比または酸素濃度に応じた出力信号を電子制御装置（以下ＥＣＵ３３と称する）に出力する空燃比センサ２１を設けている。一方、三元触媒２０より下流側には、三元触媒２０中の酸素濃度に応じた信号をＥＣＵ３３に出力するリアＯ₂センサ２２を設けている。

前記ターボチャージャ４は、この分野でよく知られたものを使用することができるもので、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。このウェイストゲート弁２３ｂは、低速走行時にはより多くの排気ガスをタービン５に導くことにより、より多くの新気をシリンダ１内に過給するようにすべく閉じられ、中高速走行時には過過給によるノッキングの発生を防ぐべく開かれる。また、ターボチャージャ４のコンプレッサ６側においては、コンプレッサ６を迂回する過給圧迂回機構２４が設けてある。この過給圧迂回機構２４は、コンプレッサ６の上流と下流とを連通可能にする吸気バイパス通路２４ａと、その吸気バイパス通路２４ａを開閉する吸気バイパス弁たるＡＢＶ２４ｂ（エアバイパスバルブ）とを備えている。減速時には、過給圧を下げるようにしている。

また、本実施形態では、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低圧ループ式ＥＧＲ装置２５を、吸気通路２と排気通路３との間に連通させて設けている。すなわち、低圧ループ式ＥＧＲ装置２５は、吸気通路２と排気通路３とが選択的に連通される低圧排気ガス再循環通路（以下、低圧ＥＧＲ通路２６と称する）と、その低圧ＥＧＲ通路２６に設けられて低圧ＥＧＲ通路２６を通過するか、または再循環させる排気ガス（ＥＧＲガス）の量を制御する低圧排気ガス再循環制御弁（以下、低圧ＥＧＲ弁２７と称する）と、この低圧ＥＧＲ弁２７の上流に設けられＥＧＲガスを水冷するＥＧＲクーラ２８とを備えて構成される。低圧ＥＧＲ通路２６は、排気通路３のタービン５より下流の箇所、より正確には三元触媒２０より下流の箇所と、吸気通路２の吸気絞り弁８の下流かつコンプレッサ６の上流の部位とを連通する。低圧ＥＧＲ弁２７は、ＥＣＵ３３により制御されている。

また、本実施形態では、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高圧ループ式ＥＧＲ装置４２も、吸気通路２と排気通路３との間に連通させて設けている。この高圧ループ式ＥＧＲ装置４２は、排気通路３における前記タービン５より上流の箇所と吸気通路２における前記コンプレッサ６の下流の箇所とを連通する高圧排気ガス再循環通路（以下、高圧ＥＧＲ通路４３と称する）と、この高圧ＥＧＲ通路４３を流通する排気ガスの量を制御する高圧ＥＧＲ弁４４とを有する。高圧ＥＧＲ弁４４も、ＥＣＵ３３により制御されている。

さらに本実施形態では、連続可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ２９と称する）を具備する。このＶＶＴ２９は、図示しないクランクシャフトの回転に対して排気弁を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁のバルブタイミングを変化させて、排気弁のバルブタイミングと吸気弁のバルブタイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。ＶＶＴ２９の制御は、ＥＣＵ３３により行う。

加えて、本実施形態では、エンジン１００のクランクケース内のクランク室及びシリンダヘッドカバー内のカム室で発生するブローバイガスを吸気通路２に送り出すためのブローバイガス還流装置３０も備えている。このブローバイガス還流装置３０は、ＰＣＶ通路３１と、ブローバイ通路３２とを要素とする。ＰＣＶ通路３１は、クランクケース内のクランク室を、吸気通路２に連通せしめる。本実施形態では、ＰＣＶ通路３１の一端を、吸気通路２のスロットル弁１０より下流の部位に接続している。ブローバイ通路３２は、シリンダヘッドカバー内のカム室を、吸気通路２に連通せしめる。図示はしないが、カム室は、内部通路を介してクランク室と繋がっており、相互にブローバイガスや新気を行き来させることができる。本実施形態では、ブローバイ通路３２の一端を、吸気通路２におけるコンプレッサ６の上流側、より正確には吸気絞り弁８の上流側の所定箇所に接続している。

ＥＣＵ３３は、図２に概略的に示すように、ＣＰＵ３３ａ、ＲＡＭ３３ｂ、ＲＯＭ３３ｃ、フラッシュメモリ３３ｄ、Ｉ／Ｏインタフェース３３ｅ等を包有するマイクロコンピュータシステムである。Ｉ／Ｏインタフェース３３ｅには、空気流量を検出するためのエアフローメータ３４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３５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３６から出力される回転数信号ｃ、スロットル弁開度を検出するスロットルポジションセンサ３７から出力されるスロットル開度信号ｄ、吸気通路２内、より具体的にはサージタンク１１内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサ３８から出力される吸気圧信号ｅ、吸気通路２内の吸気温を検出する吸気温センサ３９から出力される吸気温信号ｆ、冷却水温を検出する水温センサ４０から出力される水温信号ｇ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ４１から出力されるアクセル操作量信号ｈ、空燃比センサ２１から出力される空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサ２２から出力される電圧信号ｊ等が入力される。また、Ｉ／Ｏインタフェース３３ｅからは、燃料噴射弁１６に対して燃料噴射信号ｐ、点火プラグ１５（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｑ、新気バイパス弁１２ｂに対して開閉信号ｒ、低圧ＥＧＲ弁２７に対して開閉弁信号ｓ、高圧ＥＧＲ弁４４に対して開閉弁信号ｔ等をそれぞれ出力する。このＥＣＵ３３は、請求項中の制御装置として機能する。

各種制御用のプログラムは、ＲＯＭ３３ｃ又はフラッシュメモリ３３ｄに格納されており、そのプログラムがＲＡＭ３３ｂに読み込まれＣＰＵ３３ａによって解読される。ＣＰＵ３３ａは、エンジン１００の運転制御に必要な各種信号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊをＩ／Ｏインタフェース３３ｅを介して取得し、それら信号が示す情報に基づいて吸入空気量や要求燃料噴射量、点火時期、開閉弁時期、ＥＧＲ弁２５ｂの開度等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｐ，ｑ，ｒ，ｓ，ｔをＩ／Ｏインタフェース３３ｅを介して印加する。

しかして本実施形態では、ＥＣＵ３３は、低速高負荷領域では低圧ループ式ＥＧＲ装置２５を使用すべく低圧ＥＧＲ弁２７を開弁し高圧ＥＧＲ弁４４を閉弁し、低速中低負荷領域では高圧ループ式ＥＧＲ装置４２を使用すべく低圧ＥＧＲ弁２７を閉弁し高圧ＥＧＲ弁４４を開弁する制御を行う。

また、高負荷領域において要求負荷の減少が検知されたときには、要求負荷の減少速度が大きくなるにつれ、前記低圧ＥＧＲ弁２７はより急速に閉じ、前記高圧ＥＧＲ弁４４はより緩やかに開く制御を行う。本実施形態では、要求負荷を示す量としてアクセル操作量信号ｈが示すアクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量と称する）を採用している。すなわち、アクセル操作量の減少が検知されたときに要求負荷の減少が検知されたものとしている。具体的には、アクセル操作量の減少速度と低圧ＥＧＲ弁２７及び高圧ＥＧＲ弁４４の単位時間当たりの開弁量を記憶した開閉弁速度マップをＥＣＵ３３のＲＯＭ３３ｃ又はフラッシュメモリ３３ｄに記憶していて、検知されたアクセル操作量の減少速度に基づき低圧ＥＧＲ弁２７の単位時間当たりの閉弁量及び高圧ＥＧＲ弁４４の単位時間当たりの開弁量をそれぞれ補間計算し、その計算結果に基づき開閉弁する制御を行う。そして、前記単位時間当たりの閉弁量は前記減少速度が大きくなるにつれて大きく、また、前記単位時間当たりの開弁量は前記減少速度が大きくなるにつれて小さくしている。ここで本実施形態では、アクセル操作量の減少速度は、所定時間ごと、例えば０．１秒ごとにアクセル操作量信号ｈが示すアクセル操作量を検知し、その所定時間ごとの変化量として検出するようにしている。

以下、図３に示すフローチャートを参照しつつ、ＥＣＵ３３がプログラムに従い実行する処理の手順を述べる。

まず、運転状態が低速高負荷領域から低速低中負荷領域に移行したか否かを判定し（Ｓ１）、低速高負荷領域から低速低中負荷領域に移行した場合にはアクセル操作量の減少速度を検知し（Ｓ２）、検知したアクセル操作量の減少速度に基づき低圧ＥＧＲ弁２７の単位時間当たりの閉弁量及び高圧ＥＧＲ弁４４の単位時間当たりの開弁量を決定し（Ｓ３）、決定した閉弁量だけ低圧ＥＧＲ弁２７を閉弁するとともに決定した開弁量だけ高圧ＥＧＲ弁４４を開弁する（Ｓ４）。

すなわち、図４の時刻ｔ₁においてアクセル操作量が減少すると、アクセル操作量の減少速度に対応した速度で低圧ＥＧＲ弁２７が閉弁するとともに、アクセル操作量の減少速度に対応した速度で高圧ＥＧＲ弁４４が図４の実線に示すように開弁する。この高圧ＥＧＲ弁４４の開弁速度は、図４の破線に示すような従来の制御を行った場合と比較して緩やかである。そして、このように高圧ＥＧＲ弁４４の開弁速度を従来と比較して緩やかにすることにより、シリンダ１への空気流量の変化が図４の破線に示す従来の制御を行った場合と比較して緩やかになり、従って、図４の破線に示す従来の制御を行った場合と異なりＥＧＲ率が急増することがなくなる。さらに、図４の二点鎖線に示すように、アクセル操作量がより急激に減少した場合は、低圧ＥＧＲ弁２７をさらに急速に閉弁するとともに、高圧ＥＧＲ弁４４をさらに緩やかに開弁する。このときも、シリンダ１への空気流量の変化が図４の破線に示す従来の制御を行った場合と比較して緩やかになり、従って、図４の破線に示す従来の制御を行った場合と異なりＥＧＲ率が急増することがなくなる。

以上に述べたように、本発明に係る制御を行うと、上述したように高圧ＥＧＲ弁４４が従来の制御を行った場合と比較して緩やかに開弁されるので、シリンダ１に導入されるＥＧＲガス量の増加を緩やかなものにすることができる。従って、シリンダ１に導入されるＥＧＲガス量が急増することによる失火の発生を防ぐことができるとともに、高圧ループ式ＥＧＲ装置２５と低圧ループ式ＥＧＲ装置５１とを併用してさらなる燃費の向上を図ることができる。

なお、本実施形態は上述した実施形態に限られない。

例えば、上述した実施形態としては、要求負荷を示す量としてアクセル操作量を採用し、アクセル操作量の減少速度と低圧ＥＧＲ弁の閉弁速度及び高圧ＥＧＲ弁の開弁速度とを関連付けているが、これ以外に、スロットルバルブの開度や、新気の空気流量や、吸気管圧力等、要求負荷を示す他の量と低圧ＥＧＲ弁の閉弁速度及び高圧ＥＧＲ弁の開弁速度とを関連付けるようにしてもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

２…吸気通路
３…排気通路
４…ターボチャージャ
５…タービン
６…コンプレッサ
８…吸気絞り弁
１０…スロットル弁
２５…低圧ループ式ＥＧＲ装置
２６…低圧ＥＧＲ通路（低圧排気ガス再循環通路）
２７…低圧ＥＧＲ弁（低圧排気ガス再循環制御弁）
４２…高圧ループ式ＥＧＲ装置
４３…高圧ＥＧＲ通路（高圧排気ガス再循環通路）
４４…高圧ＥＧＲ弁（高圧排気ガス再循環制御弁）

Claims (1)

1. 排気通路に設けられたタービン、及び前記タービンにより駆動される吸気通路のコンプレッサとを備えたターボチャージャと、
   吸気通路における前記コンプレッサの下流に設けたスロットル弁と、
   吸気通路における前記コンプレッサの上流に設けた吸気絞り弁と、
   排気通路における前記タービンの下流の箇所から吸気通路における前記コンプレッサの上流かつ前記吸気絞り弁の下流の箇所に排気ガスの一部を還流させる低圧排気ガス再循環通路及びこの低圧排気ガス再循環通路を流通する排気ガスの量を制御する低圧排気ガス再循環制御弁を有する低圧ループ式ＥＧＲ装置と、
   排気通路における前記タービンの上流の箇所から吸気通路における前記コンプレッサの下流の箇所に排気ガスの一部を還流させる高圧排気ガス再循環通路及びこの高圧排気ガス再循環通路を流通する排気ガスの量を制御する高圧排気ガス再循環制御弁を有する高圧ループ式ＥＧＲ装置と
   を具備するターボチャージャ付き内燃機関に用いられ、
   高負荷領域においては前記低圧排気ガス再循環通路に排気ガスを流通させ、
   低負荷領域においては前記高圧排気ガス再循環通路に排気ガスを流通させ、
   高負荷領域において要求負荷の減少が検知されたときに、要求負荷の減少速度が大きくなるにつれ、
   前記低圧排気ガス再循環制御弁はより急速に閉じ、
   前記高圧排気ガス再循環制御弁はより緩やかに開く
   制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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