JP5700389B2 - 内燃機関の吸入空気量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための排気ガス再循環装置を備える内燃機関における吸入空気量制御方法に関するものである。

従来、例えば自動車に搭載される内燃機関では、燃費を向上させるために、排気ガス再循環装置を備え、排気ガスの一部をスロットル弁の下流に還流して吸入空気に混合するものが知られている。このような内燃機関において、高負荷域にて運転している場合に、アクセルペダルを戻して急速に車両を減速させると、インテークマニホルド内部に還流された排気ガスが残留し、吸入空気全量に対する還流された排気ガス量の割合である排気ガス再循環率（以下、ＥＧＲ率と称する）が高くなり、失火する可能性が高くなることがある。

このような不具合に対して、例えば、特許文献１のものでは、排気ガスの一部を還流している際に、急速な減速を検出すると、スロットル弁を迂回して補助空気を内燃機関に一定時間供給し、ＥＧＲ率を補正している。

特開平９‐２０９７９８号公報

ところが、このような構成のものであると、上述したように、急激な減速を実行した場合に、還流された排気ガスはインテークマニホルド内部に残留しているので、失火の可能性は維持されることがある。すなわち、補助空気を供給する場合、その応答遅れが生じることで、急速な減速の検出直後においては、補助空気が不足する。この結果、高いＥＧＲ率が維持され、排気ガスではない新鮮な空気の吸入量が少ないために、高い失火の可能性を残すものとなった。

そこで本発明は、このような不具合を解消す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入空気量制御方法は、スロットル弁をアクセル手段で制御するとともに、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための排気ガス再循環装置を備える内燃機関において、排気ガス再循環装置を制御中であり、かつアクセル手段がスロットル弁を閉じる方向に制御される場合に、アクセルペダルの踏み込みがなくなってからＥＧＲ率が降下を始めるまでの時期においてスロットル弁を所定の閉じ速度で徐々に閉じ、その後、最終的に収束する内燃機関の負荷率を予測して目標値に設定し、内燃機関の負荷率が前記目標値に達するまでの間、アイドル回転制御における吸入空気量より多い吸入空気量となるようにスロットル弁の開度を制御することを特徴とする。

このような構成によれば、スロットル弁の閉じ方向への制御の実行において、残留する排気ガスに対して適正な量の吸入空気を確保することが可能になる。したがって、失火の発生を抑制することができる。

また、スロットル弁をアクセル手段で制御するとともに、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための排気ガス再循環装置を備える内燃機関において、排気ガス再循環装置を制御中であり、かつアクセル手段がスロットル弁を閉じる方向に制御される場合に、アクセルペダルの踏み込みがなくなってからＥＧＲ率が降下を始めるまでの時期においてスロットル弁を所定の閉じ速度で徐々に閉じ、その後、最終的に収束する内燃機関の負荷率を予測して目標値に設定し、内燃機関の負荷率が前記目標値に達するまでの間、内燃機関の負荷率がＥＧＲ率に所定値を加算した値にほぼ等しくなるように吸入空気量を制御するものが好ましい。

本発明は、以上説明したような構成であり、排気ガス再循環装置により排気ガスの還流を実施している運転状態において、スロットル弁を閉じる方向に制御しても、還流されて残留する排気ガスに対して十分な新鮮な吸入空気（新気）を確保することができ、失火の発生を抑制することができる。

本発明の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。 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。

図１に１気筒の構成を概略的に示した多気筒のエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。このエンジン１００は、吸気系１、シリンダ２及び排気系５を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットル弁１１が設けてあり、そのスロットル弁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が取り付けてある。シリンダ２上部に形成される燃焼室２３の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。この燃料噴射弁３は、後述する電子制御装置４により制御される。さらに、サージタンク１３と、Ｏ₂センサ５１、三元触媒５２及び排気マニホルド５３を備える排気系５との間には、排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）６が接続される。

この実施形態にあっては、スロットル弁１１は、アクセルペダルの操作量に応じて開閉されるとともに、アクセルペダルが踏まれていないアイドル運転時には電子制御装置４により開閉される電子制御式のもの、いわゆる電子スロットル９を構成するものである。この電子スロットル９は、アクセルペダルの作動量を検出するアクセル作動量検出器たるアクセルセンサ９１と、アクセルセンサ９１から出力される作動量信号を処理する電子制御装置４と、アクセルペダルの作動量に対応して電子制御装置４から出力される駆動信号によりスロットル弁１１の開度を制御するモータ９２とを具備している。アクセルセンサ９１は、アクセルペダルが踏み込まれると、その踏込量つまり作動量に応じたアクセル信号ｅを出力するように、アクセルペダルの作動に連動するものである。

ＥＧＲ装置６は、サージタンク１３に連通するように一方の端部が接続される排気ガス還流管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）６１と、そのＥＧＲ管路６１に設けられてＥＧＲ管路６１を通過する排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）６２とを備えて構成される。ＥＧＲ管路６１の他方の端部は、排気５系に設けられる三元触媒５２の上流において排気系５に連通するように排気マニホルド５３に接続される。ＥＧＲ装置６は、ＥＧＲ弁６２が制御されるつまり開かれると、排気ガスがＥＧＲ弁６２の開度に応じた流量でＥＧＲ管路６１を通過して、スロットル弁１１よりも下流側つまりサージタンク１３内に還流させるものである。還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量は、ＥＧＲ弁６２の開度に依存するもので、ＥＧＲ弁６２の開度の制御は、電子制御装置４により行われる。

この実施形態におけるＥＧＲ弁６２は、円錐台形の内面を有する貫通孔と、その貫通孔内部に配置されて貫通孔を開閉する貫通孔と同形の円錐台形の弁体と、弁体に接続される軸と、軸に接続され弁体を貫通孔の中心軸方向に往復移動させるステッパモータとを備える構成である。このようなＥＧＲ弁６２において、モータとしては、ステッパモータ、ＤＣモータなどを使用することができる。ステッパモータを使用する場合、ＥＧＲ弁６２の弁開度をステッパモータに供給する信号のステップ数により制御する。また、ＤＣモータの場合は、例えばＰＭＷ（パルス幅変調）制御などにより通電を制御して、開度を制御するものである。

電子制御装置４は、マイクロコンピュータ４１と、メモリ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とを備えて構成されている。マイクロコンピュータ４１は、メモリ４２に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。マイクロコンピュータ４１には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース４３を介して入力されるとともに、マイクロコンピュータ４１は、燃料制御弁３、ＥＧＲ弁６２、オイルコントロールバルブ９２などに対して制御信号を、出力インターフェース４４を介して出力する。

具体的には、入力インターフェース４３には、吸気マニホルド１２に流入する空気流量を検出するためのエアフロメータ７１から出力される空気流量信号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、アクセルセンサ９１から出力されるアクセル信号ｅ、エンジン１００の冷却水温度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、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、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料制御弁３に対して燃料噴射信号ｎ、モータ９２に対して開閉信号ｐ、ＥＧＲ弁６２に対して開閉信号ｏ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４は、エアフロメータ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とを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁３に対する通電時間を決定し、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、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。

また、エンジン１００の運転状態に応じて、ＥＧＲ弁６２の開度を制御してＥＧＲ制御を実施するＥＧＲ制御プログラムが電子制御装置４に格納してある。このＥＧＲ制御プログラムは、この分野で広く知られているものであってよい。

さらに、電子制御装置４には、ＥＧＲ装置６を制御中であり、かつアクセルペダルがスロットル弁１１を閉じる方向に制御される場合に、最終的に収束する内燃機関の負荷率を予測して目標値に設定し、エンジン１００の負荷率が前記目標値に達するまでに所定の変化の割合を下回らないように吸入空気量を制御する吸入空気量制御プログラムが格納してある。

この吸入空気量制御プログラムは、ＥＧＲ装置６を制御中、言い換えればＥＧＲ制御により排気ガスの一部を、ＥＧＲ管路６１を介してサージタンク１３に還流させている場合に実施するものである。したがって、ＥＧＲ制御を実施していない場合には、この吸入空気量制御プログラムは実行しない。

図２において、まずステップＳ１では、ＥＧＲ使用域における運転状態においてエンジン１００を運転して車両が走行している状態からの急激な減速か否かを判定する。すなわち、ＥＧＲ使用域つまりＥＧＲ装置６を制御している運転状態は、ＥＧＲ弁６２を開方向に制御していることにより検出する。これは、ＥＧＲ弁６２のステッパモータに印加される信号（ステップ数）に基づいて検出する。そして、アクセルペダルの操作がスロットル弁１１を閉じる方向に操作されたか否か、つまりアクセルペダルを踏み込んでいる状態から全く踏み込まない状態に切り替えたか否かを、アクセルセンサ９１から出力されるアクセル信号に基づいて判定する。このようなアクセルペダルの操作を実行すると、急激に新気の吸入量が減少する。

この実施形態にあっては、図３に示すように、アクセルペダルの踏み込みがなくなると、それに応じてスロットル弁１１をほぼ瞬時に全閉状態にせずに、この吸入空気量制御プログラムにより設定される所定の閉じ速度で徐々に閉じ、吸入空気の急激な減少を防いでいる。このように所定の閉じ速度でスロットル弁１１を閉じる期間Ｔは、ＥＧＲ弁６２の機械的な作動遅れによりＥＧＲ率が変化しない期間に対応して設定する。そして、この間に、スロットル弁１１の開度が、アイドル開度となったか否かを判定するもので、そのための所定の開度を設定しておき、スロットル弁１１の開度がその所定の開度以下になった時点で、アイドル運転状態であると判定する。さらに、ＥＧＲ弁６２の機械的な作動遅れが終了してＥＧＲ率が降下を始める時点で、スロットル弁１１をアイドル運転における開度より開いた状態、つまりアイドル回転制御における吸入空気量より多い吸入空気量となるようにスロットル弁１１の開度に保持する。この時の吸入空気量は、以下に説明するエンジン１００の負荷率とＥＧＲ率との関係を満たす量である。

このように、アクセルペダルを全く踏み込まなくなることにより、エンジン１００の運転状態は、ＥＧＲ制御を実施する運転領域つまりＥＧＲ使用域から逸脱することになるので、ＥＧＲ弁６２を閉じるように制御する。この場合、ＥＧＲ弁６２を駆動するステッパモータに対する開閉信号は、瞬時に閉成を指示する（図３に二点鎖線で示す）ものであるが、ＥＧＲ弁６２は、機械的な遅延により、徐々に閉じることになる。したがって、ＥＧＲ率は、吸気系１に残留しているＥＧＲガスとＥＧＲ弁６２の作動の遅延に応じて、徐々に減少する。そして、ＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲ弁６２の開度に基づいて演算できるので、演算された流量からＥＧＲ率を求めることができる。

ステップＳ２では、スロットル弁１１が閉じる方向に制御される前のスロットル弁１１の開度から、全閉にした場合に最終的に収束するエンジン１００の負荷率（以下、収束先のエンジン負荷率と称する）を予測して目標値に設定し、その収束先のエンジン負荷率とＥＧＲ率に所定値αを加算した値とがほぼ等しくなるように、スロットル弁１１の開度を制御する。すなわち、収束先のエンジン負荷率したがって目標値とＥＧＲ率との差分が、所定値αとなるようにスロットル弁１１の開度を制御する、つまり吸入空気量を制御する。ここで、エンジン負荷率とは、最大トルクを出力している運転状態つまり全負荷に対する、ある時点の負荷の割合を示すものである。

このスロットル弁１１の制御したがって吸入空気量の制御にあっては、収束先のエンジン負荷率となるまでの間におけるエンジン負荷率が、上述のように吸入空気量を制御することで、目標値を下回らないものとなる。

この後、ステップＳ３では、ＥＧＲ率が目標値に対応する所定率β以下か否かを判定し、以下であると判定した場合は、ステップＳ４において、スロットル弁１１をほぼ全閉、つまりアイドル回転制御における吸入空気量を確保することができる開度にして、この吸入空気量の制御を終了する。

このように、エンジン１００を、ＥＧＲ制御している状態において、アクセルペダルを全く踏み込まない状態に急激に変化させた場合、従来の構成にあっては、図３に点線で示すように、吸入空気量の増量補正が遅延することにより、吸気系に残留するＥＧＲガスが吸入空気量に対して過多となって、エンジンの負荷率が落ち込んで失火しやすい状態になるが、この実施形態にあっては、アイドル運転の判定以前に吸入空気量を増量するように補正しているので、エンジン１００の負荷率が落ち込む、つまり急激にトルクが低下することがない。

しかも、アイドル運転の判定以後は、収束先のエンジン負荷率とＥＧＲ率との差分が、所定値αとなるようにスロットル弁１１の開度を制御して、吸入空気量を増量するように補正し、その後は、収束先のエンジン負荷率になった時点で吸入空気量の増量を中止するので、最大限にＥＧＲガスを使用する運転領域からの減速時においても、残留するＥＧＲガスに対して新気の吸入空気が不足して失火に至ることを確実に抑制することができる。

なお、上述の実施形態にあっては、電子スロットル９を説明したが、吸気系にスロットル弁の上流と下流とに連通する迂回路を設け、その迂回路に迂回路を通る空気の量を調整できる制御弁を設けて、制御弁の開閉状態を制御することにより吸入空気量を補正するように構成したものであってもよい。

また、ステップＳ３に代えて、この吸入空気量制御プログラムの実行開始からの経過時間が所定時間以上になったか否かを判定するように構成してもよい。この場合に、所定時間以上に経過時間がなった時点で、ステップＳ４に進んで制御を終了するものである。この場合に、所定時間は、目標値が得られた時点で、ＥＧＲ弁の特性により、目標値に到達するのに必要な時間に基づいて設定すればよい。

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、排気ガス還流装置を備えるとともに、アイドル回転制御を実施することができる内燃機関に活用することができる。

４…電子制御装置
６…排気ガス再循環装置
１１…スロットル弁
４１…中央演算制御装置
４２…記憶装置
４３…入力インターフェース
４４…出力インターフェース
９１…アクセルセンサ

Claims (2)

1. スロットル弁をアクセル手段で制御するとともに、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための排気ガス再循環装置を備える内燃機関において、
   排気ガス再循環装置を制御中であり、アクセル手段がスロットル弁を閉じる方向に制御される場合に、
   アクセルペダルの踏み込みがなくなってからＥＧＲ率が降下を始めるまでの時期においてスロットル弁を所定の閉じ速度で徐々に閉じ、
   その後、最終的に収束する内燃機関の負荷率を予測して目標値に設定し、内燃機関の負荷率が前記目標値に達するまでの間、アイドル回転制御における吸入空気量より多い吸入空気量となるようにスロットル弁の開度を制御する内燃機関の吸入空気量制御方法。
2. スロットル弁をアクセル手段で制御するとともに、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための排気ガス再循環装置を備える内燃機関において、
   排気ガス再循環装置を制御中であり、アクセル手段がスロットル弁を閉じる方向に制御される場合に、
   アクセルペダルの踏み込みがなくなってからＥＧＲ率が降下を始めるまでの時期においてスロットル弁を所定の閉じ速度で徐々に閉じ、
   その後、最終的に収束する内燃機関の負荷率を予測して目標値に設定し、内燃機関の負荷率が前記目標値に達するまでの間、内燃機関の負荷率がＥＧＲ率に所定値を加算した値にほぼ等しくなるように吸入空気量を制御する吸入空気量制御方法。

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