WO2013121517A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a control device for an internal combustion engine represented by an automobile engine or the like.
- the present invention relates to an improvement for maintaining high performance of an internal combustion engine provided with a supercharging device.
- a supercharging device (hereinafter sometimes referred to as a “turbocharger”) mounted on an automobile engine
- intake air is supercharged into a cylinder by rotation of a compressor wheel provided in an intake passage.
- the temperature of the intake air rises.
- the temperature of the compressor wheel and the like also rises.
- exhaust gas is recirculated from an exhaust passage downstream of a turbocharger turbine to an intake passage upstream of a turbocharger compressor.
- LPL Low Pressure Loop
- the deposits described above are attached. That is, in an engine equipped with this LPL-EGR mechanism, there is a possibility that oil is contained in the EGR gas recirculated to the intake passage upstream of the compressor, and the intake air (fresh air) flowing into the compressor Since the temperature of the air-fuel mixture with the high-temperature EGR gas) is relatively high, the oil is exposed to high temperatures when the intake air is supercharged.
- Patent Document 2 has been proposed as a technique for suppressing the occurrence of deposits in this compressor.
- the inside of the crankcase is controlled to be at atmospheric pressure, and the flow rate of the blow-by gas is set as much as possible. It is disclosed to reduce.
- the turbocharger supercharging efficiency may be reduced and the engine output may be reduced.
- the NOx amount in the exhaust gas may increase accordingly. This is because, in general, feedback control for maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas at the target air-fuel ratio is performed in the engine, so that the EGR gas amount decreases when the supercharging pressure decreases at the same air-fuel ratio. .
- the present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to increase the supercharging pressure to the maximum while suppressing generation of deposits with respect to an internal combustion engine equipped with a supercharging device.
- An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can perform the above-described operation.
- the solution principle of the present invention taken to achieve the above object is to obtain the allowable upper limit temperature on the compressor outlet side where no deposit is generated or the allowable upper limit temperature of the compressor itself from the degree of deterioration of the oil. Based on the upper limit temperature, a supercharging pressure allowable upper limit value in the supercharging device is set to control the supercharging device. Further, when the EGR system is provided, the EGR rate is properly maintained when the EGR rate changes by controlling the supercharging pressure below the allowable upper limit of the supercharging pressure. Thus, the control of the EGR system is executed together.
- the present invention presupposes a control device for an internal combustion engine in which a compressor for a supercharging device is provided in an intake system.
- a compressor for a supercharging device is provided in an intake system.
- the supercharging pressure of the supercharging device is controlled.
- the temperature (the intake air temperature on the compressor outlet side or the temperature of the compressor component) for suppressing the occurrence of this deposit can be determined based on the degree of deterioration of the oil. Further, the temperature of the intake air accompanying supercharging by the supercharging device increases as the supercharging pressure increases. That is, the temperature of the supercharged intake air (temperature on the compressor outlet side) and the temperature of the compressor itself are correlated with the supercharging pressure in the supercharging device.
- the supercharging pressure in the supercharging device is appropriately adjusted, and the temperature accompanying the supercharging (the intake air temperature on the compressor outlet side or the temperature of the compressor components) corresponds to the current degree of oil deterioration. If the temperature is kept below the allowable upper limit temperature, deposits can be avoided, and if the temperature is within the allowable upper limit temperature, the supercharging pressure of the supercharging device can be set arbitrarily. Therefore, by controlling the supercharging pressure of the supercharging device within the control range that is not more than the allowable upper limit temperature as in the above solution, the supercharging pressure of the intake air by the supercharging device is maximized while suppressing the occurrence of deposits.
- an EGR system that includes an EGR valve that allows a part of the exhaust gas discharged to the exhaust system to recirculate to the upstream side of the compressor and adjust the recirculation amount. Then, the EGR rate of the intake air when the supercharging pressure of the supercharging device is controlled within the control range in which the intake air temperature on the compressor outlet side or the temperature of the compressor component is equal to or lower than the allowable upper limit temperature is the operating state of the internal combustion engine.
- the EGR valve is controlled to match the target EGR rate set accordingly.
- the amount of NOx generated due to the decrease in the EGR rate is achieved by controlling the EGR valve so that the target EGR rate can be maintained. Will not increase.
- the configuration for determining the degree of oil deterioration include the following. That is, it is determined that the degree of deterioration of oil flowing into the compressor suction side is higher as the concentration of the suit generated in the oil is higher. The higher the degree of deterioration of the oil, the lower the allowable upper limit temperature of the intake air temperature on the compressor outlet side or the temperature of the compressor components.
- the supercharging pressure of the supercharging device is controlled within a control range that is equal to or lower than the allowable upper limit temperature set according to the degree of deterioration of the oil flowing into the compressor suction side. For this reason, it becomes possible to raise the supercharging pressure of the intake air by the supercharging device to the maximum while suppressing the generation of deposits.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine (internal combustion engine) 1 according to the present embodiment.
- the engine 1 shown in FIG. 1 is a diesel engine having four cylinders 11, 11,..., And each cylinder 11 has an injector (fuel injection valve) 2 capable of directly injecting fuel into the cylinder 11.
- injectors 2 are constituted by piezoelectric injectors (piezo elements) inside, for example, piezo injectors that are appropriately opened to inject and supply fuel into the cylinder 11. Further, the fuel boosted by the high-pressure fuel pump P is supplied to the injector 2 through the common rail 21.
- Each cylinder 11 is connected to an intake passage 3 constituting an intake system.
- An air cleaner 31 is provided at the upstream end of the intake passage 3.
- a compressor 41, an intercooler 32, and an intake throttle valve (diesel throttle) 33 of a turbocharger (centrifugal supercharger) 4 are provided in order along the intake air flow direction along the intake passage 3. .
- the intake air introduced into the intake passage 3 is purified by the air cleaner 31, then supercharged by the compressor 41 and cooled by the intercooler 32. Thereafter, the intake air passes through the intake throttle valve 33 and is introduced into each cylinder 11.
- the intake air introduced into each cylinder 11 is compressed in the compression stroke, and fuel is burned by being injected into the cylinder 11 from the injector 2.
- a piston (not shown) reciprocates in the cylinder, and an engine output is obtained by rotating the crankshaft via the connecting rod.
- the intake throttle valve 33 is fully opened during normal operation. For example, when the vehicle is decelerating or the like, it is necessary (for example, when it is necessary to prevent a temperature drop of the oxidation catalyst 51 described below). ) Closed to a predetermined opening.
- Each cylinder 11 is connected to an exhaust passage 5 constituting an exhaust system.
- a turbine 42 of the turbocharger 4 is provided in the middle of the exhaust passage 5.
- the turbocharger 4 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism 43 is provided on the turbine 42 side, and the opening degree of the nozzle vane provided in the variable nozzle vane mechanism 43 is adjusted.
- the supercharging pressure of the engine 1 can be adjusted. Specifically, the supercharging pressure at the compressor 41 is increased by decreasing the opening degree of the nozzle vane, and conversely, the supercharging pressure at the compressor 41 is decreased by increasing the opening degree of the nozzle vane. Since the configuration of the variable nozzle vane mechanism 43 is well known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-127561, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-7544, etc.), description thereof is omitted here.
- an oxidation catalyst (CCO; Catalytic Converter Oxidation) 51, a particulate filter (DPF; Diesel Particulate Filter) 52, an exhaust throttle valve 53, and a muffler 54 are arranged along the exhaust flow direction.
- CO oxidation catalyst
- DPF Diesel Particulate Filter
- the exhaust gas (burned gas) generated by the combustion in each cylinder 11 is discharged to the exhaust passage 5.
- the exhaust gas discharged into the exhaust passage 5 passes through a turbine 42 provided in the middle of the exhaust passage 5 and is then purified by an oxidation catalyst 51 and a particulate filter 52, and then passes through an exhaust throttle valve 53 and a muffler 54. And released into the atmosphere.
- the engine 1 according to the present embodiment is provided with an MPL-EGR system including an HPL-EGR mechanism (high pressure EGR mechanism) 6 and an LPL-EGR mechanism (low pressure EGR mechanism) 7.
- HPL-EGR mechanism high pressure EGR mechanism
- LPL-EGR mechanism low pressure EGR mechanism
- the HPL-EGR mechanism 6 sends exhaust gas from the exhaust passage 5 (for example, the exhaust manifold) upstream of the turbine 42 of the turbocharger 4 to the intake passage 3 downstream of the compressor 41 (downstream of the intake throttle valve 33).
- a high-pressure EGR passage 61 that leads a part (high-pressure EGR gas) and a high-pressure EGR valve 62 that can change the flow passage area of the high-pressure EGR passage 61 are provided.
- the amount of high-pressure EGR gas recirculated (recirculated) by the HPL-EGR mechanism 6 is adjusted by the opening degree of the high-pressure EGR valve 62. Further, if necessary, the opening degree of the intake throttle valve 33 is decreased (the degree of closing is increased), and thereby the recirculation amount of the high-pressure EGR gas may be increased.
- the LPL-EGR mechanism 7 exhausts from the exhaust passage 5 downstream of the turbine 42 (downstream of the particulate filter 52) and upstream of the exhaust throttle valve 53 to the intake passage 3 upstream of the compressor 41.
- a low-pressure EGR passage 71 that guides a part of the gas (low-pressure EGR gas), a low-pressure EGR valve 72 that can change the flow area of the low-pressure EGR passage 71, and a low-pressure EGR gas that cools the low-pressure EGR gas that flows through the low-pressure EGR passage 71 EGR cooler 73 is provided.
- the amount of low-pressure EGR gas recirculated (recirculated) by the LPL-EGR mechanism 7 is adjusted by the opening degree of the low-pressure EGR valve 72. Further, the opening degree of the exhaust throttle valve 53 is reduced as necessary, and thereby the recirculation amount of the low pressure EGR gas may be increased.
- the injector 2 the intake throttle valve 33, the variable nozzle vane mechanism 43, the exhaust throttle valve 53, the high pressure EGR valve 62, and the low pressure EGR valve 72 are electrically connected to the ECU (Electronic Control Unit) 10. ing.
- ECU Electronic Control Unit
- the ECU 10 includes an A / F sensor 80, an air flow meter 81, an intake air temperature sensor 82, a supercharging pressure sensor 83, a plurality of exhaust gas temperature sensors 84a to 84d, a water temperature sensor 85, a crank position sensor 86, an accelerator opening sensor 87, an intake air throttle. It is electrically connected to various sensors such as a valve opening sensor 88, an LPL differential pressure sensor 89a, a DPF differential pressure sensor 89b, a compressor outlet temperature sensor 8A, a high pressure EGR valve opening sensor 8H, and a low pressure EGR valve opening sensor 8L. Yes.
- the A / F sensor 80 is a sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst 51 and downstream of the turbine 42, and outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration.
- the air flow meter 81 is a sensor that measures the amount of air (fresh air amount) that flows into the intake passage 3 from the atmosphere.
- the intake air temperature sensor 82 is a sensor that detects the temperature of the air flowing through the intake passage 3 (specifically, the temperature downstream of the intercooler 32 and upstream of the intake throttle valve 33).
- the supercharging pressure sensor 83 is a sensor that detects the pressure on the downstream side of the intake throttle valve 33 (the pressure of the intake air supercharged by the turbocharger 4).
- the exhaust temperature sensors 84a to 84d are arranged upstream of the oxidation catalyst 51, downstream of the oxidation catalyst 51, downstream of the particulate filter 52, and downstream of the low pressure EGR cooler 73 in the low pressure EGR passage 71 (low pressure EGR valve 72).
- the exhaust gas temperature at each location is detected.
- the water temperature sensor 85 is a sensor that detects the temperature of the cooling water circulating inside the engine 1.
- the crank position sensor 86 is a sensor that detects the rotational position of the crankshaft of the engine 1.
- the accelerator opening sensor 87 is a sensor that detects an operation amount (accelerator opening) of the accelerator pedal by the driver.
- the intake throttle valve opening sensor 88 is a sensor that detects the opening of the intake throttle valve 33.
- the LPL differential pressure sensor 89 a is a sensor that measures the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the low pressure EGR cooler 73 in the LPL-EGR mechanism 7.
- the DPF differential pressure sensor 89b is a sensor that measures the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the particulate filter 52, and estimates the amount of PM (Particulate Matter) accumulation in the particulate filter 52.
- Used for The compressor outlet temperature sensor 8A is a sensor that detects the temperature of the intake air flowing out of the compressor 41 (the mixture of supercharged fresh air and low-pressure EGR gas).
- the high pressure EGR valve opening sensor 8H is a sensor that detects the opening of the high pressure EGR valve 62.
- the low pressure EGR valve opening sensor 8L is a sensor that detects the opening of the low pressure EGR valve 72.
- the ECU 10 controls the injector 2, the intake throttle valve 33, the variable nozzle vane mechanism 43, the exhaust throttle valve 53, the high-pressure EGR valve 62, and the like based on the detected values and measured values of the various sensors 80 to 89a, 89b, 8A, 8H, and 8L.
- the low pressure EGR valve 72 is controlled.
- the ECU 10 controls the HPL-EGR mechanism 6 and the LPL-EGR mechanism 7 in accordance with the operating state (engine load or the like) of the engine 1.
- the EGR mechanisms 6 and 7 to be used are selected according to the map of FIG. That is, when the engine 1 is in the low load operation state, the ECU 10 recirculates the exhaust gas using the HPL-EGR mechanism 6 (recirculation operation in the high pressure EGR region). When the engine 1 is in a high load operation state, the ECU 10 recirculates the exhaust gas by the LPL-EGR mechanism 7 (reflux operation in the low pressure EGR region).
- the ECU 10 When the engine 1 is in the medium load operation state, the ECU 10 performs exhaust gas recirculation by using both the HPL-EGR mechanism 6 and the LPL-EGR mechanism 7 (reflux operation in the MPL region). These specific controls will be described later.
- 3 is an operation region where both the high pressure EGR valve 62 of the HPL-EGR mechanism 6 and the low pressure EGR valve 72 of the LPL-EGR mechanism 7 are closed, that is, an operation region where EGR gas is not recirculated. It is. This is an operation region where the amount of smoke in the exhaust gas increases or the system reliability such as EGR gas temperature restriction is required.
- the usage mode of the HPL-EGR mechanism 6 and the LPL-EGR mechanism 7 is switched according to the operating state of the engine 1, or when the EGR mechanisms 6 and 7 are used together, Therefore, an appropriate amount of EGR gas can be recirculated in a proper operation region, and the NOx concentration in the exhaust gas can be suitably reduced.
- the ECU 10 uses the HPL-EGR mechanism 6 to recirculate the exhaust gas in the operation region other than the region X, as shown in the map of FIG. I do. This is because the HPL-EGR mechanism 6 that does not include an EGR cooler is utilized to recirculate the exhaust gas having a relatively high temperature, thereby prematurely warming up the engine 1 and activating the oxidation catalyst 51 early. Because.
- control of the EGR gas amount in the HPL-EGR mechanism 6 and the control of the EGR gas amount in the LPL-EGR mechanism 7 will be described.
- the control of the EGR gas amount in the HPL-EGR mechanism 6 and the control of the EGR gas amount in the LPL-EGR mechanism 7 are independent controls.
- the target EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as “target high-pressure EGR gas return”).
- the flow rate ”) and the estimated EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as“ estimated high pressure EGR gas recirculation amount ”), and the high pressure EGR gas recirculation amount approaches the target high pressure EGR gas recirculation amount.
- the opening degree of the EGR valve 62 and the opening degree of the intake throttle valve 33 are feedback controlled (hereinafter referred to as “EGR feedback control”).
- the target high-pressure EGR gas recirculation amount in this case is set according to the operating state of the engine 1 (particularly the engine load).
- the estimated high pressure EGR gas recirculation amount is detected by the opening of the high pressure EGR valve 62 detected by the high pressure EGR valve opening sensor 8H, the temperature of the intake air detected by the intake air temperature sensor 82, and the supercharging pressure sensor 83. It is obtained from a predetermined arithmetic expression or map stored in advance in a ROM (Read Only Memory) of the ECU 10 with the differential pressure between the intake pressure and the pressure in the exhaust manifold as a parameter.
- the pressure in the exhaust manifold is obtained from a predetermined arithmetic expression or map stored in advance in the ROM of the ECU 10 with the intake pressure, the operating state amount of the engine 1 and the like as parameters.
- the target EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as “target low pressure EGR”).
- Gas recirculation amount) and the estimated EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as “estimated low pressure EGR gas recirculation amount"), and the estimated low pressure EGR gas recirculation amount approaches the target low pressure EGR gas recirculation amount.
- the opening degree of the low pressure EGR valve 72 and the opening degree of the exhaust throttle valve 53 are feedback controlled (EGR feedback control).
- the target low-pressure EGR gas recirculation amount in this case is set according to the operating state of the engine 1 (particularly the engine load).
- the estimated low-pressure EGR gas recirculation amount is the opening of the low-pressure EGR valve 72 detected by the low-pressure EGR valve opening sensor 8L, the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensors 84a to 84d, and the LPL differential pressure sensor. Using the differential pressure between the upstream side pressure and the downstream side pressure of the low pressure EGR cooler 73 detected by 89a as a parameter, it is obtained from a predetermined arithmetic expression or map stored in the ROM of the ECU 10 in advance.
- the EGR feedback control in the HPL region is performed so that the intake air amount detected by the air flow meter 81 matches the target intake air amount set according to the engine load, the engine speed (engine speed), and the like.
- a target high-pressure EGR gas recirculation amount is set, and as described above, the opening degree of the high-pressure EGR valve 62 is feedback-controlled so that the estimated high-pressure EGR gas recirculation amount matches the target high-pressure EGR gas recirculation amount.
- the low pressure EGR valve 72 is maintained fully closed.
- the intake air amount obtained by the air flow meter 81 is smaller than the target value and the actual EGR rate is higher than the target EGR rate (EGR rate determined according to the operating state of the engine 1 or the like)
- the opening degree of the high pressure EGR valve 62 is increased so as to increase the amount of EGR gas. If the estimated high pressure EGR gas recirculation amount does not reach the target high pressure EGR gas recirculation amount even if the opening amount of the high pressure EGR valve 62 is increased in this way, the opening amount of the intake throttle valve 33 is decreased ( The amount of EGR gas recirculated through the high pressure EGR passage 61 is increased by decreasing the pressure on the downstream side of the intake throttle valve 33. This brings the actual EGR rate closer to the target EGR rate.
- a control mode in which the EGR gas is recirculated using only the HPL-EGR mechanism 6 is referred to as an HPL mode.
- the target value of the intake air amount and the target value of the EGR gas amount may each have a certain range to be a target range.
- the opening degree of the high pressure EGR valve 62 may be adjusted so that the EGR gas amount becomes a target value or a target range.
- the target low-pressure EGR gas return is performed so that the intake air amount detected by the air flow meter 81 matches the target intake air amount set in accordance with the engine load, the engine speed, and the like.
- the flow rate is set, and as described above, the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is feedback-controlled so that the estimated low pressure EGR gas recirculation amount matches the target low pressure EGR gas recirculation amount.
- the high pressure EGR valve 62 is kept fully closed (unless the amount of EGR gas is insufficient).
- the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is reduced so as to reduce the amount of EGR gas.
- the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is increased so as to increase the amount of EGR gas.
- the opening amount of the low pressure EGR valve 72 is increased in this way, the opening amount of the high pressure EGR valve 62 is increased, Alternatively, the opening amount of the exhaust throttle valve 53 is decreased (the degree of closeness is increased), and the amount of EGR gas recirculated through the low pressure EGR passage 71 is increased. This brings the actual EGR rate closer to the target EGR rate.
- a control mode in which the EGR gas is recirculated using only the LPL-EGR mechanism 7 is referred to as an LPL mode.
- the target value of the intake air amount and the target value of the EGR gas amount may each have a certain range to be a target range.
- the opening degree of the low pressure EGR valve 72 may be adjusted so that the EGR gas amount becomes a target value or a target range.
- the opening degree of the high pressure EGR valve 62 is controlled so that the estimated high pressure EGR gas recirculation amount reaches the target high pressure EGR gas recirculation amount.
- the opening degree control for the high pressure EGR valve 62 is the same as that in the low load operation described above.
- the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is controlled so that the estimated low pressure EGR gas recirculation amount reaches the target low pressure EGR gas recirculation amount.
- the opening degree control for the low-pressure EGR valve 72 is the same as in the above-described high-load operation.
- a control mode for supplying EGR gas using both the HPL-EGR mechanism 6 and the LPL-EGR mechanism 7 is referred to as an MPL mode.
- the target value of the intake air amount and the target value of the EGR gas amount may each have a certain range to be a target range.
- the opening degree of one of the low pressure EGR valve 72 and the high pressure EGR valve 62 may be adjusted so that the EGR gas amount becomes a target value or a target range.
- engine oil is contained in the EGR gas flowing through the low pressure EGR passage 71 of the LPL-EGR mechanism 7, that is, the EGR gas recirculated upstream of the compressor 41. May be included.
- the temperature of the intake air (mixture of fresh air and high-temperature EGR gas) flowing into the compressor 41 is relatively high. Therefore, when the EGR gas is supercharged together with the intake air in the compressor 41, deposits are generated due to the oil contained in the EGR gas being exposed to a high temperature, and the blades of the compressor wheel and the inner surface of the turbo housing The deposit may adhere to the (wall surface of the compressor passage).
- the supercharging efficiency of the turbocharger 4 is lowered, the engine output is lowered, and the acceleration performance of the vehicle is lowered. Further, the NOx amount in the exhaust gas may increase due to a decrease in the amount of EGR gas accompanying a decrease in the supercharging efficiency of the turbocharger 4.
- the deposit is more likely to be generated in a low temperature environment as the engine oil is more deteriorated (the degree of deterioration is higher). For this reason, as the deterioration of the engine oil progresses, the temperature at which deposits are generated (the temperature of the intake air accompanying the supercharging and the temperature of the compressor wheel) becomes lower. Further, the temperature of the intake air accompanying supercharging increases as the supercharging pressure of the turbocharger 4 increases. That is, the temperature of the supercharged intake air is correlated with the supercharging pressure of the turbocharger 4.
- the turbocharger 4's supercharging pressure is adjusted appropriately, and the intake air temperature (correlation with the compressor wheel temperature) accompanying supercharging is a deposit corresponding to the current deterioration level of engine oil. If the temperature is lower than the generated temperature, the generation of deposit can be avoided, and if the intake air temperature is less than the generated temperature, it is possible to arbitrarily set the turbocharger 4 supercharging pressure. is there.
- the supercharging pressure of the turbocharger 4 can be adjusted by controlling the opening of the variable nozzle vane provided in the variable nozzle vane mechanism 43 as described above.
- the degree of deterioration of the oil is recognized from the soot concentration in the oil.
- an allowable upper limit value of the intake air temperature (actually the outlet temperature of the compressor 41) is obtained from the degree of deterioration of the oil, and the allowable supercharging pressure of the turbocharger 4 is calculated based on the allowable upper limit value.
- the supercharging pressure of the turbocharger 4 is set within the range of the allowable supercharging pressure. For this reason, even if the supercharging pressure of the turbocharger 4 is increased to the maximum pressure within the allowable supercharging pressure range, the deposit does not occur.
- the EGR valve control when the supercharging pressure of the turbocharger 4 is changed, for example, when the supercharging pressure is limited by the allowable supercharging pressure, the EGR rate changes as the intake air amount varies. Therefore, the opening of the EGR valve (high pressure EGR when the EGR gas is recirculated by the HPL-EGR mechanism 6 so that the EGR rate does not change, that is, the target EGR rate is obtained).
- the opening degree of the valve 62, and the opening degree of the low pressure EGR valve 72 when the EGR gas is recirculated by the LPL-EGR mechanism 7 are controlled.
- the target EGR rate is obtained from an EGR map described later according to the engine speed, the engine load, and the like.
- FIG. 5 is a flowchart showing an outline of procedures of supercharging pressure control and EGR valve control.
- FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for extracting the compressor outlet temperature allowable upper limit value.
- FIG. 7 is a diagram showing an allowable upper limit temperature map for obtaining the compressor outlet temperature allowable upper limit value from the suit concentration in the oil.
- FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of turbocharger supercharging pressure control.
- FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of EGR valve control.
- step ST1 the degree of deterioration of the engine oil is calculated, and the allowable upper limit value of the compressor outlet temperature is extracted based on the degree of deterioration. Details will be described later with reference to the flowchart of FIG.
- step ST2 the process proceeds to step ST2, and within the allowable range in which the occurrence of the deposit can be avoided based on the extracted upper limit value of the compressor outlet temperature and other information (information such as the operating state of the engine 1).
- the control supercharging pressure is obtained, and the supercharging pressure control of the turbocharger 4 is performed so that this control supercharging pressure is obtained. Details will be described later using the flowchart of FIG.
- step ST3 it is determined whether or not the EGR rate varies due to the effect of the supercharging pressure control of the turbocharger 4, and the EGR rate does not vary. If the target boost pressure can be controlled within the allowable range, a NO determination is made in step ST3.
- step ST4 the EGR valve corresponding to the new air amount is used in accordance with the basic operation of the MPL-EGR system described above. Control of 62, 72, etc. (control of intake throttle valve 33 and exhaust throttle valve 53 as required) is performed.
- the supercharging pressure control of the turbocharger 4 in step ST2 is performed, the EGR rate varies, that is, when the target supercharging pressure is limited by the allowable range, In step ST3, a YES determination is made.
- step ST5 control of the EGR valves 62, 72 and the like according to the EGR rate (the EGR rate that changes due to the supercharging pressure control) (if necessary, the intake throttle valve 33 and The control of the exhaust throttle valve 53 is performed. That is, the opening degree control of the EGR valves 62, 72, etc. is performed so that the target EGR rate is achieved. Details will be described later with reference to the flowchart of FIG.
- FIG. 6 is a detailed operation procedure of step ST1 in the flowchart of FIG. 5 described above.
- step ST11 it is determined whether or not there is information for resetting the integrated amount of soot in the oil accumulated during operation of the engine 1.
- the engine oil present in the oil pan of the engine 1 contains almost no suit, and is integrated in past routines.
- the suit amount (suit integrated amount; Sootn) that has been set is reset.
- this information is set so that the operator who has changed the oil can input reset information to the ECU 10 or can automatically recognize the replacement of the engine oil.
- the ECU 10 The reset instruction signal is input to the above.
- step ST11 If there is reset information on the suit integrated amount (reset information is input) and YES is determined in step ST11, the process proceeds to step ST12, the suit integrated amount Sootn is set (reset) to “0”, and the process proceeds to step ST13. Move.
- step ST11 if there is no reset information of the suit integrated amount and NO is determined in step ST11, the suit integrated amount up to that point is stored (while being stored in the backup RAM (Random Access Memory) of the ECU 10), step ST13. Move on.
- step ST13 the operation state quantity of the engine 1 is read.
- the engine load calculated from the engine speed calculated based on the output from the crank position sensor 86, the operation amount of the accelerator pedal detected by the accelerator opening sensor 87, various temperature sensors 82, 84a to 84d,
- the operation state quantity such as the temperature detection signal output from 85 and 8A is read.
- step ST14 based on the operating state amount of the engine 1 read in step ST13, the suit amount Soot generated in the engine oil in this routine is calculated.
- the calculation of the suit amount Soot is performed by using an arithmetic expression or a map (calculation expression set in advance based on experiments, simulations, etc., and stored in the ROM of the ECU 10). Or according to the map).
- Step ST15 the suit amount Soot calculated in the current routine is added to the currently accumulated suit integrated amount Sootn, and the new suit is obtained.
- the accumulated amount is stored as “Sotn” (Sotn ⁇ Sotn + Sot). As a result, the suit amount in the total oil is currently calculated.
- step ST16 the suit concentration in the total oil amount is calculated. That is, the suit concentration is calculated by dividing the suit integrated amount Sootn calculated in step ST15 by the total oil amount stored in advance (for example, the total amount of oil injected at the previous oil change).
- step ST17 the allowable upper limit value of the compressor outlet temperature is extracted from the allowable upper limit temperature map shown in FIG.
- This allowable upper limit temperature map is a map for determining the allowable upper limit value of the compressor outlet temperature so that oil deposits do not occur in the compressor 41. Experiments, simulations and the like are performed in advance for each type of the engine 1. And is stored in the ROM of the ECU 10. As shown in this allowable upper limit temperature map, the higher the suit concentration in the oil, the lower the compressor outlet temperature allowable upper limit value.
- the temperature at which deposits are generated decreases as the suit concentration in the oil increases and the deterioration of the oil proceeds (the degree of deterioration increases).
- the upper limit value of the compressor outlet temperature (the allowable upper limit value of the compressor outlet temperature) at which no deposit is generated for the current suit concentration is extracted. For example, if the suit concentration in the oil is A in the figure, the allowable upper limit value of the compressor outlet temperature is obtained as TA. In this case, if the compressor outlet temperature is equal to or lower than TA, the deposit in the compressor 41 is It will not occur.
- the allowable upper limit temperature map is created assuming engine oil that is most likely to be deposited (for example, specific mineral oil) among engine oils that may be introduced. As a result, if the temperature is kept below the compressor outlet temperature allowable upper limit value obtained from this allowable upper limit temperature map, the occurrence of deposits can be reliably avoided.
- the allowable upper limit temperature map is stored in the backup RAM of the ECU 10 so as to be rewritable, and the operator who has changed the oil rewrites the allowable upper limit temperature map corresponding to the type of engine oil that has been added. You may do it.
- FIG. 8 shows the details of the operation procedure of step ST2 in the flowchart of FIG. 5 described above.
- step ST21 various information such as the operating state and environmental state of the engine 1 and the compressor outlet temperature allowable upper limit value extracted by the operation of FIG. 6 are read.
- the various information such as the operating state and the environmental state of the engine 1 are detected by, for example, the intake air temperature upstream of the compressor 41 estimated from the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 82, and the compressor outlet temperature sensor 8A. Examples include the intake air temperature at the compressor outlet, the intake air amount detected by the air flow meter 81, and the EGR gas recirculation amount estimated by the above-described estimation operation of the EGR gas recirculation amount.
- the sum of the intake air amount detected by the air flow meter 81 and the estimated low-pressure EGR gas recirculation amount among the EGR gas recirculation amount estimated by the EGR gas recirculation amount estimation operation is obtained as the gas amount passing through the compressor 41. Will be.
- the intake air temperature upstream of the compressor 41 may be directly detected by providing an intake air temperature sensor upstream of the compressor 41.
- an allowable upper limit supercharging pressure is calculated.
- This allowable upper limit supercharging pressure is a supercharging pressure at which the intake air temperature at the compressor outlet matches the allowable upper limit value of the compressor outlet temperature, and even if the supercharging pressure of the turbocharger 4 is increased to the allowable upper limit supercharging pressure.
- the value is such that the occurrence of deposits can be suppressed if the degree of deterioration of the oil is present. For this reason, this allowable upper limit supercharging pressure is also obtained as a lower value as the suit concentration in the oil becomes higher and the deterioration of the oil progresses (the deterioration degree becomes higher).
- an arithmetic expression or map for obtaining an allowable upper limit supercharging pressure from the compressor outlet temperature allowable upper limit value is stored in the ROM of the ECU 10, and the allowable upper limit supercharging pressure is obtained from this arithmetic expression or map.
- step ST23 it is determined whether the target boost pressure exceeds the allowable upper limit boost pressure (target boost pressure> allowable upper limit boost pressure). judge.
- This target boost pressure is a parameter such as an engine load calculated from the engine speed calculated based on the output from the crank position sensor 86, an accelerator pedal operation amount detected by the accelerator opening sensor 87, and the like.
- As a calculation formula or map (calculation formula or map (target boost pressure map) set in advance based on experiments, simulations, etc. and stored in the ECU 10) for calculating the target boost pressure.
- the control boost pressure the boost pressure that is the actual control target
- FIG. 9 shows details of the operation procedure of step ST5 in the flowchart of FIG. 5 described above.
- step ST31 various information such as the operating state and environmental state of the engine 1 is read.
- the engine speed calculated based on the output from the crank position sensor 86, the fuel injection amount from the injector 2, the coolant temperature detected by the water temperature sensor 85, and the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 82
- the operation state quantity such as the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor (not shown) and the environmental state quantity are read.
- a target EGR rate is calculated.
- This target EGR rate is determined according to the operating state of the engine 1 and the like. Specifically, an EGR map that determines the EGR amount (EGR rate) using the engine speed and the engine load as parameters is stored in the ROM of the ECU 10 and calculated based on the detection value of the crank position sensor 86. The target EGR rate is obtained by fitting an engine load obtained from the engine speed and the accelerator pedal operation amount detected by the accelerator opening sensor 87 to the EGR map.
- step ST33 when the supercharging pressure is controlled in accordance with the control supercharging pressure, the opening degree of the EGR valve is controlled so that the actual EGR rate matches the target EGR rate.
- the control supercharging pressure is limited by the allowable upper limit supercharging pressure during high load operation (when YES is determined in step ST23)
- the EGR rate decreases as the supercharging pressure decreases.
- the actual EGR rate is lower than the target EGR rate, and the estimated low-pressure EGR gas recirculation amount is smaller than the target low-pressure EGR gas recirculation amount.
- the opening of the low pressure EGR valve 72 is increased so as to increase the EGR gas amount. If the estimated low pressure EGR gas recirculation amount does not reach the target low pressure EGR gas recirculation amount even if the opening amount of the low pressure EGR valve 72 is increased in this way, the opening amount of the high pressure EGR valve 62 is increased, Alternatively, the opening amount of the exhaust throttle valve 53 is decreased (the degree of closeness is increased), and the amount of EGR gas recirculated through the low pressure EGR passage 71 is increased. Thereby, the actual EGR rate can be brought close to the target EGR rate, and the amount of NOx generation can be reduced.
- the EGR rate may decrease as the boost pressure decreases. Since the actual EGR rate is lower than the target EGR rate, the amount of EGR gas is increased according to the EGR distribution rate, as in the case of the above-described operation (basic operation during medium load operation of the MPL-EGR system). Thus, the opening degree of the low pressure EGR valve 72 and the opening degree of the high pressure EGR valve 62 are controlled. If the actual EGR rate does not reach the target EGR rate even if the opening degree of each of the EGR valves 62 and 72 is controlled in this way, the opening degree of the intake throttle valve 33 or the exhaust throttle valve 53 is controlled. To increase the amount of EGR gas. Thereby, the actual EGR rate can be brought close to the target EGR rate, and the amount of NOx generation can be reduced.
- the above-mentioned allowable upper limit temperature map can be used to increase the supercharging pressure to the maximum while suppressing the generation of deposits. Is possible.
- the present invention is applied to the engine 1 including the two EGR mechanisms 6 and 7 .
- the present invention is not limited to this, and can also be applied to an engine having one EGR mechanism (LPL-EGR mechanism) or an engine having three or more EGR mechanisms.
- the intake air temperature flowing out from the compressor 41 is detected by the compressor outlet temperature sensor 8A.
- the present invention is not limited to this, and the intake air temperature flowing out from the compressor 41 may be estimated based on the intake air temperature flowing into the compressor 41. Further, instead of detecting or estimating the compressor outlet temperature, the temperature of the compressor 41 itself (a component of the compressor 41; for example, a blade of a compressor wheel) may be detected or estimated.
- the degree of deterioration of the engine oil is determined based on the suit concentration.
- the present invention is not limited to this, and the degree of engine oil deterioration (degree of deterioration due to oil oxidation) may be determined based on the elapsed time after oil replacement. Further, other methods may be used as a method for determining the degree of engine oil deterioration. For example, deterioration determination based on the electrical resistance value of oil as disclosed in JP 2011-196220 A, deterioration determination based on oil transmittance as disclosed in JP 2011-7084 A, etc. Is mentioned.
- the cause of the deposit is the engine oil contained in the EGR gas.
- the engine oil contained in the blow-by gas may be used.
- the present invention is applicable to control of a diesel engine equipped with a turbocharger and an LPL-EGR mechanism.
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Abstract
エンジンオイル中のスーツ濃度からオイル劣化度合いを求め、このオイル劣化度合いからコンプレッサ出口温度許容上限値を求める(ステップST1)。このコンプレッサ出口温度許容上限値に対応する許容上限過給圧を算出する。エンジン運転状態から求められる目標過給圧と許容上限過給圧とを比較し、目標過給圧が許容上限過給圧以下である場合には、この目標過給圧を制御過給圧としてターボチャージャを制御する。目標過給圧が許容上限過給圧を超えている場合には、この許容上限過給圧を制御過給圧としてターボチャージャを制御し、EGR率が目標EGR率から乖離しないように、EGRバルブの制御を行う(ステップST5)。
Description
本発明は、自動車用エンジン等に代表される内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は、過給装置を備えた内燃機関の性能を高く維持するための改良に関する。
従来より、自動車用エンジンに搭載される過給装置(以下、「ターボチャージャ」という場合もある)にあっては、吸気通路に設けられたコンプレッサホイールの回転によって吸入空気が気筒内へ過給される。この過給(圧縮)により吸入空気の温度は上昇する。また、それにともないコンプレッサホイール等の温度も上昇する。
そして、ターボチャージャのコンプレッサにオイル(エンジンオイル等)が流入する状況では、このオイルが高温下に晒されることに起因してデポジットが発生し、コンプレッサホイールのブレードやターボハウジング内面(コンプレッサ通路内壁面)に、このデポジットが付着してしまうといった状況を招くことがある。
例えば、下記の特許文献1に開示されているように、ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路から、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路へ排気ガス(EGRガス)を還流するようにしたLPL(Low Pressure Loop)-EGR機構を備えたエンジンの場合、上述したデポジットの付着が懸念される。つまり、このLPL-EGR機構を備えたエンジンにあっては、コンプレッサ上流側の吸気通路へ還流されるEGRガス中にオイルが含まれている可能性があり、また、コンプレッサに流れ込む吸気(新気と、高温のEGRガスとの混合気)の温度が比較的高いため、この吸気が過給されることでオイルが高温下に晒されることから、上述したデポジットの付着が懸念される。
このコンプレッサにおけるデポジットの発生を抑制する技術として下記の特許文献2が提案されている。この特許文献2には、吸気通路に戻されるブローバイガスに起因するコンプレッサでのデポジットの発生を抑えるために、クランクケース内が大気圧となるように制御して、ブローバイガスの流量を可能な限り少なくすることが開示されている。
上述したようにコンプレッサホイールやその周辺にデポジットが付着する状況になると、ターボチャージャの過給効率が低下し、エンジン出力が低下してしまう可能性がある。また、それにともなって排気ガス中のNOx量が増加してしまう可能性もある。これは、一般にエンジンでは排気ガスの空燃比を目標空燃比に維持するためのフィードバック制御が行われていることから同一空燃比において過給圧が低下するとEGRガス量が減少してしまうためである。また、上記デポジットの発生を抑えるべく過給圧を予め低く設定しておくことも考えられるが必要以上に過給圧を低く設定した場合には、エンジン出力を十分に得ることができなくなり、車両の加速性能の低下を招いてしまうことになる。
これまで、上記デポジットの発生を抑えながらも過給圧を最大限にまで高めることについて有効な手段は提案されていない。
また、上記デポジットは、エンジンオイルが鉱物油の場合に比べて合成油の方が発生しにくいため、使用するエンジンオイルとして、合成油を指定することも考えられる。ところが、合成油を使用する場合、メンテナンスコストが高騰してしまったり、誤って鉱物油が使用されることによる上記デポジット発生の懸念を払拭することはできない。また、上記デポジットの発生を抑えながらも過給圧を最大限にまで高めるといった要求は、オイルの種類に関わらず存在する。つまり、仮に合成油を使用した場合であっても、上記デポジットの発生を抑えながらも過給圧を最大限にまで高めることを可能にしておくことが望ましい。しかしながら、この要求に応えられる有効な手段については未だ提案されていない。
なお、特許文献2の技術は、デポジットの発生を抑制するためにブローバイガスの流量を少なくするものであるが、この場合、クランクケース内で発生したブローバイガスの処理性能が悪化してしまうことになる。また、この特許文献2の技術を、上記LPL-EGR機構に適用した場合には、EGRガスの還流量が少なくなるため、EGRシステム本来の機能が損なわれ、NOx発生量の増大に繋がる可能性がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過給装置が備えられた内燃機関に対し、デポジットの発生を抑えながらも過給圧を最大限にまで高めることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
-発明の解決原理-
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、オイルの劣化度合いから、デポジットが発生することのないコンプレッサ出口側の許容上限温度またはコンプレッサ自体の許容上限温度を求め、この許容上限温度に基づき、過給装置における過給圧許容上限値を設定して過給装置を制御するようにしている。また、EGRシステムを備えさせた場合に、上記過給圧を過給圧許容上限値以下に制御することでEGR率が変化する状況となった際には、このEGR率が適正に維持されるようにEGRシステムの制御を併せて実行するようにしている。
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、オイルの劣化度合いから、デポジットが発生することのないコンプレッサ出口側の許容上限温度またはコンプレッサ自体の許容上限温度を求め、この許容上限温度に基づき、過給装置における過給圧許容上限値を設定して過給装置を制御するようにしている。また、EGRシステムを備えさせた場合に、上記過給圧を過給圧許容上限値以下に制御することでEGR率が変化する状況となった際には、このEGR率が適正に維持されるようにEGRシステムの制御を併せて実行するようにしている。
-解決手段-
具体的に、本発明は、吸気系に過給装置のコンプレッサが備えられた内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度が、コンプレッサ吸入側に流れ込むオイルの劣化度合いに応じて設定される許容上限温度以下となる制御範囲内で、過給装置の過給圧が制御される構成としている。
具体的に、本発明は、吸気系に過給装置のコンプレッサが備えられた内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度が、コンプレッサ吸入側に流れ込むオイルの劣化度合いに応じて設定される許容上限温度以下となる制御範囲内で、過給装置の過給圧が制御される構成としている。
コンプレッサ吸入側にオイルが流れ込む場合、そのオイルは、その劣化度合いが高いほど、低い温度環境下でデポジットが発生することになる。このため、このデポジットの発生を抑えるための温度(上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度)は、オイルの劣化度合いに基づいて決定することができる。また、過給装置による過給にともなう吸気の温度は、過給圧が高いほど高くなる。つまり、過給された吸気の温度(コンプレッサ出口側の温度)やコンプレッサ自体の温度は過給装置での過給圧に相関がある。これらのことから、過給装置での過給圧を適正に調整し、過給にともなう温度(コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度)を、現在のオイルの劣化度合いに対応する上記許容上限温度以下に抑えればデポジットの発生を回避することができ、また、この許容上限温度以下の範囲であれば、過給装置の過給圧を任意に設定することが可能となる。従って、上記解決手段の如く、上記許容上限温度以下となる制御範囲内で過給装置の過給圧を制御することにより、デポジットの発生を抑えながらも過給装置による吸気の過給圧を最大限にまで高めることが可能になり、過給装置の過給効率の低下を最小限に抑えることで、内燃機関の出力の低下を抑制できることになる。また、過給装置の過給効率の低下にともなって排気ガス中のNOx量が増加してしまうといったことも回避できる。
内燃機関にEGRシステムを備えさせた場合における更なる特定事項としては以下のものが挙げられる。つまり、排気系に排出された排気ガスの一部をコンプレッサ上流側に還流させるとともに、その還流量を調整可能なEGRバルブを備えたEGRシステムを設ける。そして、上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度が上記許容上限温度以下となる制御範囲内で過給装置の過給圧を制御した場合における吸気のEGR率が、内燃機関運転状態に応じて設定される目標EGR率に一致するように上記EGRバルブを制御する構成としている。
この場合、上記デポジットの発生を抑えるように過給圧が制限された場合であっても、目標EGR率が維持できるようにEGRバルブの制御が行われることで、EGR率の低下によるNOx発生量の増大を招くといったことがなくなる。
また、オイルの劣化度合いを判定するための構成として具体的には以下のものが挙げられる。つまり、上記オイル中に発生するスーツの濃度が高いほど、上記コンプレッサ吸入側に流れ込むオイルの劣化度合いが高いと判定する。そして、このオイルの劣化度合いが高いほど、上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度の許容上限温度を低く設定するようにしている。
これにより、デポジットの発生原因であるオイルの劣化度合いに基づいた過給装置の過給圧制御が行えることになり、デポジットの発生を確実に防止することができる。
本発明では、コンプレッサ吸入側に流れ込むオイルの劣化度合いに応じて設定される許容上限温度以下となる制御範囲内で、過給装置の過給圧を制御するようにしている。このため、デポジットの発生を抑えながらも過給装置による吸気の過給圧を最大限にまで高めることが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。また、EGRシステムとして、高圧EGR機構および低圧EGR機構を備えたMPL-EGRシステムを搭載したディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明する。
-エンジンの構成-
図1は、本実施形態に係るエンジン(内燃機関)1の概略構成を示す図である。この図1に示すエンジン1は、4つの気筒11,11,…を有するディーゼルエンジンであって、各気筒11には、その気筒11内へ燃料を直接噴射可能なインジェクタ(燃料噴射弁)2がそれぞれ設けられている。これらインジェクタ2は、例えば内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して気筒11内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。また、このインジェクタ2には、高圧燃料ポンプPによって昇圧された燃料がコモンレール21を介して供給されている。
図1は、本実施形態に係るエンジン(内燃機関)1の概略構成を示す図である。この図1に示すエンジン1は、4つの気筒11,11,…を有するディーゼルエンジンであって、各気筒11には、その気筒11内へ燃料を直接噴射可能なインジェクタ(燃料噴射弁)2がそれぞれ設けられている。これらインジェクタ2は、例えば内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して気筒11内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。また、このインジェクタ2には、高圧燃料ポンプPによって昇圧された燃料がコモンレール21を介して供給されている。
各気筒11には吸気系を構成する吸気通路3が接続されている。この吸気通路3の上流端にはエアクリーナ31が設けられている。また、この吸気通路3の途中には、吸気の流れ方向に沿って、ターボチャージャ(遠心過給装置)4のコンプレッサ41、インタークーラ32および吸気絞り弁(ディーゼルスロットル)33が順に設けられている。吸気通路3に導入された吸気は、エアクリーナ31によって浄化された後、コンプレッサ41によって過給され、インタークーラ32によって冷却される。その後、吸気は、吸気絞り弁33を通過して各気筒11内へ導入される。各気筒11内へ導かれた吸気は圧縮行程において圧縮され、この気筒11内にインジェクタ2から燃料が噴射されることにより燃料の燃焼が行われる。この燃料の燃焼にともない各気筒11において図示しないピストンがシリンダ内で往復運動し、コネクティングロッドを介してクランクシャフトを回転させることでエンジン出力が得られるようになっている。
なお、上記吸気絞り弁33は、通常運転時には全開とされており、例えば車両の減速時等において必要に応じて(例えば、下記の酸化触媒51の温度低下を防止する必要が生じた場合等において)所定開度まで閉鎖される。
各気筒11には排気系を構成する排気通路5が接続されている。この排気通路5の途中には、ターボチャージャ4のタービン42が設けられている。
なお、本実施形態におけるターボチャージャ4は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービン42側に可変ノズルベーン機構43が設けられており、この可変ノズルベーン機構43に備えられたノズルベーンの開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができるようになっている。具体的には、ノズルベーンの開度を小さくすることでコンプレッサ41での過給圧が高くなり、逆に、ノズルベーンの開度を大きくすることでコンプレッサ41での過給圧が低くなる。なお、この可変ノズルベーン機構43の構成については周知であるため(例えば、特開2011-127561号公報や特開2012-7544号公報等を参照)、ここでの説明は省略する。
上記タービン42より下流の排気通路5には、排気の流れ方向に沿って、酸化触媒(CCO;Catalytic Converter Oxidation)51、パティキュレートフィルタ(DPF;Diesel Particulate Filter)52、排気絞り弁53、マフラ54が順に設けられている。
各気筒11内での燃焼により発生した排気ガス(既燃ガス)は、排気通路5へ排出される。この排気通路5へ排出された排気ガスは、排気通路5の途中に設けられたタービン42を経た後、酸化触媒51およびパティキュレートフィルタ52によって浄化され、その後、排気絞り弁53およびマフラ54を経由して大気中へ放出される。
-EGRシステム-
本実施形態に係るエンジン1には、HPL-EGR機構(高圧EGR機構)6およびLPL-EGR機構(低圧EGR機構)7を備えたMPL-EGRシステムが設けられている。
本実施形態に係るエンジン1には、HPL-EGR機構(高圧EGR機構)6およびLPL-EGR機構(低圧EGR機構)7を備えたMPL-EGRシステムが設けられている。
HPL-EGR機構6は、上記ターボチャージャ4のタービン42よりも上流の排気通路5(例えばエキゾーストマニホールド)から、コンプレッサ41よりも下流(吸気絞り弁33よりも下流)の吸気通路3へ排気ガスの一部(高圧EGRガス)を導く高圧EGR通路61と、この高圧EGR通路61の流路面積を変更可能とする高圧EGRバルブ62とを備えている。
このHPL-EGR機構6により還流(再循環)される高圧EGRガスの量は、上記高圧EGRバルブ62の開度により調量される。また、必要に応じて吸気絞り弁33の開度が小さくされ(閉度が大きくされ)、これによって高圧EGRガスの還流量が増量されることもある。
一方、LPL-EGR機構7は、上記タービン42よりも下流(パティキュレートフィルタ52よりも下流)で且つ排気絞り弁53よりも上流の排気通路5から、コンプレッサ41よりも上流の吸気通路3へ排気ガスの一部(低圧EGRガス)を導く低圧EGR通路71と、この低圧EGR通路71の流路面積を変更可能とする低圧EGRバルブ72と、低圧EGR通路71を流れる低圧EGRガスを冷却する低圧EGRクーラ73とを備えている。
このLPL-EGR機構7により還流(再循環)される低圧EGRガスの量は、上記低圧EGRバルブ72の開度により調量される。また、必要に応じて排気絞り弁53の開度が小さくされ、これによって低圧EGRガスの還流量が増量されることもある。
-制御系-
図2に示すように、上記インジェクタ2、吸気絞り弁33、可変ノズルベーン機構43、排気絞り弁53、高圧EGRバルブ62および低圧EGRバルブ72は、ECU(Electronic Control Unit)10と電気的に接続されている。
図2に示すように、上記インジェクタ2、吸気絞り弁33、可変ノズルベーン機構43、排気絞り弁53、高圧EGRバルブ62および低圧EGRバルブ72は、ECU(Electronic Control Unit)10と電気的に接続されている。
ECU10は、A/Fセンサ80、エアフローメータ81、吸気温センサ82、過給圧センサ83、複数の排気温センサ84a~84d、水温センサ85、クランクポジションセンサ86、アクセル開度センサ87、吸気絞り弁開度センサ88、LPL差圧センサ89a、DPF差圧センサ89b、コンプレッサ出口温度センサ8A、高圧EGRバルブ開度センサ8H、低圧EGRバルブ開度センサ8L等の各種センサと電気的に接続されている。
上記A/Fセンサ80は、上記酸化触媒51の上流側で且つタービン42の下流側において排気中の酸素濃度を検出するセンサであって、酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。エアフローメータ81は、大気中から吸気通路3へ流入された空気量(新気量)を測定するセンサである。吸気温センサ82は、吸気通路3を流れる空気の温度(具体的には上記インタークーラ32の下流側で且つ吸気絞り弁33の上流側の温度)を検出するセンサである。過給圧センサ83は、吸気絞り弁33の下流側の圧力(ターボチャージャ4によって過給された吸気の圧力)を検出するセンサである。排気温センサ84a~84dは、上記酸化触媒51の上流側、酸化触媒51の下流側、上記パティキュレートフィルタ52の下流側、上記低圧EGR通路71における低圧EGRクーラ73の下流側(低圧EGRバルブ72の上流側)にそれぞれ配設され、各所における排気ガスの温度を検出する。水温センサ85は、エンジン1の内部を循環する冷却水の温度を検出するセンサである。クランクポジションセンサ86は、エンジン1のクランクシャフトの回転位置を検出するセンサである。アクセル開度センサ87は、運転者によるアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出するセンサである。吸気絞り弁開度センサ88は、上記吸気絞り弁33の開度を検出するセンサである。LPL差圧センサ89aは、上記LPL-EGR機構7における低圧EGRクーラ73の上流側圧力と下流側圧力との差圧を測定するセンサである。DPF差圧センサ89bは、上記パティキュレートフィルタ52の上流側圧力と下流側圧力との差圧を測定するセンサであって、パティキュレートフィルタ52内部におけるPM(Paticulate Matter:微粒子)の堆積量の推定に利用される。コンプレッサ出口温度センサ8Aは、コンプレッサ41から流出する吸気(過給された新気および低圧EGRガスの混合気)の温度を検出するセンサである。高圧EGRバルブ開度センサ8Hは、高圧EGRバルブ62の開度を検出するセンサである。低圧EGRバルブ開度センサ8Lは、低圧EGRバルブ72の開度を検出するセンサである。
ECU10は、上記した各種センサ80~89a,89b,8A,8H,8Lの検出値や測定値に基づいてインジェクタ2、吸気絞り弁33、可変ノズルベーン機構43,排気絞り弁53、高圧EGRバルブ62および低圧EGRバルブ72を制御する。
例えば、ECU10は、エンジン1の運転状態(エンジン負荷など)に応じてHPL-EGR機構6およびLPL-EGR機構7を制御する。
具体的には、エンジン1の温間時(例えば冷却水温度が60℃以上の場合)には、図3のマップに従って、使用するEGR機構6,7が選択される。つまり、エンジン1が低負荷運転状態にある場合は、ECU10はHPL-EGR機構6を利用して排気ガスの還流を行う(高圧EGR領域での還流動作)。エンジン1が高負荷運転状態にある場合は、ECU10はLPL-EGR機構7により排気ガスの還流を行う(低圧EGR領域での還流動作)。エンジン1が中負荷運転状態にある場合は、ECU10はHPL-EGR機構6とLPL-EGR機構7とを併用して排気ガスの還流を行う(MPL領域での還流動作)。これらの具体的な制御については後述する。なお、図3における領域Xは、HPL-EGR機構6の高圧EGRバルブ62およびLPL-EGR機構7の低圧EGRバルブ72が共に閉鎖される運転領域、つまり、EGRガスの還流が行われない運転領域である。これは、排気ガス中のスモーク量が多くなる場合や、EGRガス温度制約等のシステム信頼性が要求される運転領域である。
このようにしてエンジン1の運転状態に応じて、HPL-EGR機構6とLPL-EGR機構7との使用形態が切り換えられ、或いは、各EGR機構6,7が併用されると、エンジン1の広範囲な運転領域において適量のEGRガスを還流させることが可能となり、排気中のNOx濃度を好適に減少させることが可能となる。
一方、エンジン1の冷間時には、図4のマップに示すように、上記領域X以外の運転領域では、エンジン1の負荷に関わりなく、ECU10はHPL-EGR機構6を利用して排気ガスの還流を行う。これは、EGRクーラを備えていないHPL-EGR機構6を利用することで、比較的高温度の排気ガスを還流させることにより、エンジン1の早期暖機や、酸化触媒51の早期活性化を図るためである。
-MPL-EGRシステムの基本制御-
次に、上記MPL-EGRシステムの基本制御について説明する。
次に、上記MPL-EGRシステムの基本制御について説明する。
まず、HPL-EGR機構6におけるEGRガス量の制御、および、LPL-EGR機構7におけるEGRガス量の制御について説明する。これらHPL-EGR機構6におけるEGRガス量の制御と、LPL-EGR機構7におけるEGRガス量の制御とは、それぞれ独立した制御となっている。
HPL-EGR機構6を用いてEGRガスを還流させている場合(LPL-EGR機構7を併用している場合を含む)には、目標とするEGRガス還流量(以下、「目標高圧EGRガス還流量」という)と、推定されたEGRガス還流量(以下、「推定高圧EGRガス還流量」という)とを比較し、この推定高圧EGRガス還流量が目標高圧EGRガス還流量に近づくように高圧EGRバルブ62の開度や吸気絞り弁33の開度がフィードバック制御(以下、「EGRフィードバック制御」という)される。この場合の目標高圧EGRガス還流量は、エンジン1の運転状態(特にエンジン負荷)に応じて設定される。また、推定高圧EGRガス還流量は、上記高圧EGRバルブ開度センサ8Hによって検出された高圧EGRバルブ62の開度、上記吸気温センサ82によって検出された吸気の温度、過給圧センサ83によって検出された吸気圧力とエキゾーストマニホールド内の圧力との差圧をパラメータとして、予めECU10のROM(Read Only Memory)に記憶された所定の演算式またはマップから求められる。なお、エキゾーストマニホールド内の圧力は、吸気圧力やエンジン1の運転状態量等をパラメータとして予めECU10のROMに記憶された所定の演算式またはマップから求められる。
一方、LPL-EGR機構7を用いてEGRガスを還流させている場合(HPL-EGR機構6を併用している場合を含む)には、目標とするEGRガス還流量(以下、「目標低圧EGRガス還流量」という)と、推定されたEGRガス還流量(以下、「推定低圧EGRガス還流量」という)とを比較し、この推定低圧EGRガス還流量が目標低圧EGRガス還流量に近づくように低圧EGRバルブ72の開度や排気絞り弁53の開度がフィードバック制御(EGRフィードバック制御)される。この場合の目標低圧EGRガス還流量は、エンジン1の運転状態(特にエンジン負荷)に応じて設定される。また、推定低圧EGRガス還流量は、上記低圧EGRバルブ開度センサ8Lによって検出された低圧EGRバルブ72の開度、上記排気温センサ84a~84dによって検出された排気の温度、上記LPL差圧センサ89aによって検出された低圧EGRクーラ73の上流側圧力と下流側圧力との差圧をパラメータとして、予めECU10のROMに記憶された所定の演算式またはマップから求められる。
以下、エンジン1の負荷に応じたMPL-EGRシステムの基本動作(HPL-EGR機構6およびLPL-EGR機構7の基本動作)について説明する。
(低負荷運転時)
上述した如く、エンジン負荷が比較的低いとき(低負荷領域)には、HPL-EGR機構6のみを用いてEGRガスが還流される。この運転領域をHPL領域という。なお、冷却水温度が低いときにもHPL-EGR機構6のみを用いてEGRガスが還流される。
上述した如く、エンジン負荷が比較的低いとき(低負荷領域)には、HPL-EGR機構6のみを用いてEGRガスが還流される。この運転領域をHPL領域という。なお、冷却水温度が低いときにもHPL-EGR機構6のみを用いてEGRガスが還流される。
このHPL領域でのEGRフィードバック制御は、エアフローメータ81によって検出される吸入空気量が、エンジン負荷やエンジン回転速度(エンジン回転数)等に応じて設定される目標吸入空気量に一致するように上記目標高圧EGRガス還流量が設定され、上述した如く、上記推定高圧EGRガス還流量が、この目標高圧EGRガス還流量に一致するように高圧EGRバルブ62の開度がフィードバック制御される。このとき、低圧EGRバルブ72は全閉のまま維持される。
例えば、エアフローメータ81により得られる吸入空気量が目標値よりも少なく、実EGR率が目標EGR率(エンジン1の運転状態等に応じて決定されるEGR率)よりも高い場合には、推定高圧EGRガス還流量が目標高圧EGRガス還流量よりも多くなっているので、EGRガス量を減少させるように高圧EGRバルブ62の開度を小さくする。
また、エアフローメータ81により得られる吸入空気量が目標値よりも多く、実EGR率が目標EGR率よりも低い場合には、推定高圧EGRガス還流量が目標高圧EGRガス還流量よりも少なくなっているので、EGRガス量を増加させるように高圧EGRバルブ62の開度を大きくする。そして、このように高圧EGRバルブ62の開度を大きくしても、推定高圧EGRガス還流量が目標高圧EGRガス還流量に達しない場合には、上記吸気絞り弁33の開度を小さくし(閉度を大きくし)、この吸気絞り弁33の下流側の圧力を低下させることによって、高圧EGR通路61を経て還流されるEGRガスの量を増加させるようにする。これにより、実EGR率を目標EGR率に近付ける。
以下、HPL-EGR機構6のみを用いてEGRガスを還流させる制御モードをHPLモードという。なお、吸入空気量の目標値およびEGRガス量の目標値は、夫々ある程度の幅を持たせて目標範囲としてもよい。また、センサ等によりEGRガス量を直接測定できる場合には、EGRガス量が目標値若しくは目標範囲となるように高圧EGRバルブ62の開度を調節してもよい。
(高負荷運転時)
上述した如く、エンジン負荷が比較的高いとき(高負荷領域)には、LPL-EGR機構7のみを用いてEGRガスが還流される。この運転領域をLPL領域という。
上述した如く、エンジン負荷が比較的高いとき(高負荷領域)には、LPL-EGR機構7のみを用いてEGRガスが還流される。この運転領域をLPL領域という。
このLPL領域でのEGRフィードバック制御は、エアフローメータ81によって検出される吸入空気量が、エンジン負荷やエンジン回転速度等に応じて設定される目標吸入空気量に一致するように上記目標低圧EGRガス還流量が設定され、上述した如く、上記推定低圧EGRガス還流量が、この目標低圧EGRガス還流量に一致するように低圧EGRバルブ72の開度がフィードバック制御される。このときに、基本的には(EGRガス量が不足しない限りは)、高圧EGRバルブ62は全閉のまま維持される。
例えば、エアフローメータ81により得られる吸入空気量が目標値よりも少なく、実EGR率が目標EGR率よりも高い場合には、推定低圧EGRガス還流量が目標低圧EGRガス還流量よりも多くなっているので、EGRガス量を減少させるように低圧EGRバルブ72の開度を小さくする。
また、エアフローメータ81により得られる吸入空気量が目標値よりも多く、実EGR率が目標EGR率よりも低い場合には、推定低圧EGRガス還流量が目標低圧EGRガス還流量よりも少なくなっているので、EGRガス量を増加させるように低圧EGRバルブ72の開度を大きくする。そして、このように低圧EGRバルブ72の開度を大きくしても、推定低圧EGRガス還流量が目標低圧EGRガス還流量に達しない場合には、高圧EGRバルブ62の開度を大きくしたり、または、上記排気絞り弁53の開度を小さくして(閉度を大きくして)、低圧EGR通路71を経て還流されるEGRガスの量を増加させるようにする。これにより、実EGR率を目標EGR率に近付ける。
以下、LPL-EGR機構7のみを用いてEGRガスを還流させる制御モードをLPLモードという。なお、吸入空気量の目標値およびEGRガス量の目標値は、夫々ある程度の幅を持たせて目標範囲としてもよい。また、センサ等によりEGRガス量を直接測定できる場合には、EGRガス量が目標値若しくは目標範囲となるように低圧EGRバルブ72の開度を調節してもよい。
(中負荷運転時)
上述した如く、エンジンが中負荷運転であるとき(中負荷領域)には、HPL-EGR機構6とLPL-EGR機構7とを併用してEGRガスが還流される。このHPL領域とLPL領域との間の領域をMPL領域という。
上述した如く、エンジンが中負荷運転であるとき(中負荷領域)には、HPL-EGR機構6とLPL-EGR機構7とを併用してEGRガスが還流される。このHPL領域とLPL領域との間の領域をMPL領域という。
このMPL領域でのEGRフィードバック制御は、エンジン負荷やエンジン回転速度等に応じて目標吸入空気量および目標EGR率(=高圧EGRガス還流量+低圧EGRガス還流量/高圧EGRガス還流量+低圧EGRガス還流量+吸入空気量)が決定され、これら値からEGRガス量の総量が設定される。また、エンジン負荷等に応じてEGR分配率(HPL-EGR機構6により還流される高圧EGRガスの量とLPL-EGR機構7により還流される低圧EGRガスの量との比率)が決定される。そして、高圧EGRガスの分配率(=高圧EGRガス還流量/高圧EGRガス還流量+低圧EGRガス還流量)および低圧EGRガスの分配率(=低圧EGRガス還流量/高圧EGRガス還流量+低圧EGRガス還流量)を上記EGRガス量の総量にそれぞれ乗算することで、目標とする高圧EGRガスの量(目標高圧EGRガス還流量)と目標とする低圧EGRガスの量(目標低圧EGRガス還流量)とを求める。
そして、HPL-EGR機構6の制御としては、推定高圧EGRガス還流量が上記目標高圧EGRガス還流量に達するように高圧EGRバルブ62の開度を制御する。この高圧EGRバルブ62に対する開度制御は上述した低負荷運転時の場合と同様である。
一方、LPL-EGR機構7の制御としては、推定低圧EGRガス還流量が上記目標低圧EGRガス還流量に達するように低圧EGRバルブ72の開度を制御する。この低圧EGRバルブ72に対する開度制御は上述した高負荷運転時の場合と同様である。
以下、HPL-EGR機構6およびLPL-EGR機構7の両方を用いてEGRガスを供給する制御モードをMPLモードという。なお、吸入空気量の目標値およびEGRガス量の目標値は、夫々ある程度の幅を持たせて目標範囲としてもよい。また、センサ等によりEGRガス量を直接測定できる場合には、EGRガス量が目標値若しくは目標範囲となるように低圧EGRバルブ72または高圧EGRバルブ62の一方の開度を調節してもよい。
-過給圧制御およびEGRバルブ制御-
次に、本実施形態において特徴とする制御である過給圧制御およびEGRバルブ制御について説明する。
次に、本実施形態において特徴とする制御である過給圧制御およびEGRバルブ制御について説明する。
上述したEGRシステムおよびターボチャージャ4を備えたエンジン1にあっては、LPL-EGR機構7の低圧EGR通路71を流れるEGRガス、つまり、コンプレッサ41の上流側に還流されるEGRガス中にエンジンオイルが含まれている可能性がある。また、コンプレッサ41に流れ込む吸気(新気と、高温のEGRガスとの混合気)の温度は比較的高くなっている。このため、コンプレッサ41においてEGRガスが吸入空気と共に過給された場合、EGRガスに含まれているオイルが高温下に晒されることに起因してデポジットが発生し、コンプレッサホイールのブレードやターボハウジング内面(コンプレッサ通路内壁面)に、このデポジットが付着してしまうといった状況を招くことがある。
このような状況になると、ターボチャージャ4の過給効率が低下してしまい、エンジン出力が低下し、車両の加速性能の低下を招いてしまうことになる。また、ターボチャージャ4の過給効率の低下にともなうEGRガス量の減少等に起因し、排気ガス中のNOx量が増加してしまう可能性もある。
本実施形態では、この点に鑑み、上記デポジットの発生を抑えながらも過給圧を最大限にまで高めることを可能にし、しかも、NOx発生量を増大させないための過給圧制御およびEGRバルブ制御を行うようにしている。
まず、この過給圧制御およびEGRバルブ制御の概要について説明する。上記デポジットは、エンジンオイルの劣化が進んでいるほど(劣化度合いが高いほど)、低い温度環境下でも発生しやすくなる。このため、エンジンオイルの劣化が進んでいるほど、デポジットが発生する温度(過給にともなう吸気の温度やコンプレッサホイールの温度)としては低くなる。また、過給にともなう吸気の温度は、ターボチャージャ4の過給圧が高いほど高くなる。つまり、過給された吸気の温度はターボチャージャ4の過給圧に相関がある。これらのことから、ターボチャージャ4の過給圧を適正に調整して、過給にともなう吸気の温度(コンプレッサホイールの温度に相関のある温度)を、現在のエンジンオイルの劣化度に対応するデポジット発生温度未満に抑えればデポジットの発生を回避することができ、また、吸気の温度がデポジット発生温度未満となる範囲であれば、ターボチャージャ4の過給圧を任意に設定することが可能である。なお、このターボチャージャ4の過給圧は、上述した如く、可変ノズルベーン機構43に備えられた可変ノズルベーンの開度制御によって調整が可能である。
本実施形態における過給圧制御では、まず、オイル中のスーツ(Soot)濃度からオイルの劣化度合いを認識する。次に、このオイルの劣化度合いから吸気温度(実際にはコンプレッサ41の出口温度)の許容上限値を求め、この許容上限値に基づいてターボチャージャ4の許容過給圧を算出する。そして、この許容過給圧の範囲内でターボチャージャ4の過給圧を設定する。このため、この許容過給圧の範囲内の最高圧力までターボチャージャ4の過給圧を高めたとしても上記デポジットが発生することはなくなる。
一方、EGRバルブ制御では、上記ターボチャージャ4の過給圧を変更した場合、例えば、許容過給圧によって過給圧が制限された場合、吸気量の変動にともなってEGR率が変化してしまうことになるため、このEGR率が変化しないように、つまり、目標とするEGR率が得られるようにEGRバルブの開度(HPL-EGR機構6によってEGRガスが還流されている場合には高圧EGRバルブ62の開度、LPL-EGR機構7によってEGRガスが還流されている場合には低圧EGRバルブ72の開度)を制御するようにしている。なお、この目標EGR率は、エンジン回転速度やエンジン負荷などに応じて、後述するEGRマップにより求められる。
以下、上記過給圧制御およびEGRバルブ制御の具体的な手順について説明する。図5は、過給圧制御およびEGRバルブ制御の手順の概略を示すフローチャート図である。図6は、コンプレッサ出口温度許容上限値の抽出動作の手順を示すフローチャート図である。図7は、オイル中のスーツ濃度からコンプレッサ出口温度許容上限値を求めるための許容上限温度マップを示す図である。図8は、ターボチャージャの過給圧制御の手順を示すフローチャート図である。図9は、EGRバルブ制御の手順を示すフローチャート図である。
(過給圧制御およびEGRバルブ制御の手順の概略)
まず、図5に沿って過給圧制御およびEGRバルブ制御の手順の概略を説明する。この図5に示すフローチャートは、図示しないイグニッションスイッチ(スタートスイッチ)がONされてエンジン1が始動した後、所定時間毎に実行される。
まず、図5に沿って過給圧制御およびEGRバルブ制御の手順の概略を説明する。この図5に示すフローチャートは、図示しないイグニッションスイッチ(スタートスイッチ)がONされてエンジン1が始動した後、所定時間毎に実行される。
まず、ステップST1において、エンジンオイルの劣化度を算出し、その劣化度によるコンプレッサ出口温度許容上限値の抽出を行う。詳細は、図6のフローチャートを用いて後述する。
その後、ステップST2に移り、上記抽出されたコンプレッサ出口温度許容上限値およびその他の情報(エンジン1の運転状態などの情報)に基づいて、上記デポジットの発生を回避することが可能な許容範囲内で制御過給圧を求め、この制御過給圧が得られるようにターボチャージャ4の過給圧制御を行う。詳細は、図8のフローチャートを用いて後述する。
そして、ステップST3では、上記ターボチャージャ4の過給圧制御が行われたことが影響してEGR率が変動する状況にあるか否かを判定し、EGR率が変動する状況にない、つまり、目標過給圧が上記許容範囲内で制御できる状況であった場合には、ステップST3でNO判定され、ステップST4において、上述したMPL-EGRシステムの基本動作に従い、新気量に応じたEGRバルブ62,72等の制御(必要に応じて吸気絞り弁33および排気絞り弁53の制御)を行うことになる。一方、上記ステップST2におけるターボチャージャ4の過給圧制御が行われたことでEGR率が変動する状況にある、つまり、目標過給圧が上記許容範囲によって制限された状況である場合には、ステップST3でYES判定され、ステップST5において、EGR率(過給圧制御が行われたことで変動するEGR率)に応じたEGRバルブ62,72等の制御(必要に応じて吸気絞り弁33および排気絞り弁53の制御)を行うことになる。つまり、目標EGR率が達成されるようにEGRバルブ62,72等の開度制御が行われる。詳細は、図9のフローチャートを用いて後述する。
(コンプレッサ出口温度許容上限値の抽出動作)
次に、図6に沿ってコンプレッサ出口温度許容上限値の抽出動作を説明する。この図6に示すフローチャートは、上述した図5のフローチャートにおけるステップST1の動作手順の詳細である。
次に、図6に沿ってコンプレッサ出口温度許容上限値の抽出動作を説明する。この図6に示すフローチャートは、上述した図5のフローチャートにおけるステップST1の動作手順の詳細である。
まず、ステップST11において、エンジン1の運転中に積算されているオイル中のスーツ(Soot)積算量をリセットする情報が有るか否かを判定する。例えば、カーディーラ等においてエンジンオイルの交換が行われた場合には、エンジン1のオイルパン内に存在するエンジンオイルには、スーツが殆ど含まれていない状態となるため、過去のルーチンにおいて積算されていたスーツ量(スーツ積算量;Sootn)をリセットすることになるが、この情報が存在しているか否か、つまり、エンジンオイルの交換が行われたか否かを、このステップST11で判定する。この情報は、オイル交換を行った作業者が上記ECU10に対してリセット情報を入力するか、または、エンジンオイルの交換を自動認識できるようにしておき、エンジンオイルの交換が行われた際にECU10に対してリセット指示信号が入力されるようにしておく。
スーツ積算量のリセット情報が有り(リセット情報が入力され)、ステップST11でYES判定された場合には、ステップST12に移り、スーツ積算量Sootnを「0」に設定(リセット)してステップST13に移る。
一方、スーツ積算量のリセット情報が無く、ステップST11でNO判定された場合には、それまでのスーツ積算量を記憶したまま(上記ECU10のバックアップRAM(Random Access Memory)に記憶したまま)ステップST13に移る。
ステップST13では、エンジン1の運転状態量を読み込む。例えば、上記クランクポジションセンサ86からの出力に基づいて算出されるエンジン回転速度、アクセル開度センサ87により検出されるアクセルペダルの操作量などから求められるエンジン負荷、各種温度センサ82,84a~84d,85,8Aから出力される温度検出信号等の運転状態量を読み込む。
ステップST14では、上記ステップST13で読み込まれたエンジン1の運転状態量に基づいて、今回のルーチンにおいてエンジンオイル内で発生したスーツ量Sootを算出する。このスーツ量Sootの算出は、上述したエンジン1の運転状態量をパラメータとしてスーツ量Sootを算出する演算式またはマップ(予め実験やシミュレーション等に基づいて設定され上記ECU10のROMに記憶された演算式またはマップ)に従って行われる。
このようにして今回のルーチンにおけるスーツ量Sootを算出した後、ステップST15に移り、現在記憶しているスーツ積算量Sootnに、今回のルーチンで算出したスーツ量Sootを加算し、それを新たなスーツ積算量Sootnとして記憶する(Sootn←Sootn+Soot)。これにより、現在、総オイル中におけるスーツ量が算出されることになる。
次に、ステップST16では、総オイル量中のスーツ濃度を算出する。つまり、上記ステップST15で算出されたスーツ積算量Sootnを、予め記憶されている総オイル量(例えば前回のオイル交換時に注入されたオイルの総量)で除算することにより、スーツ濃度を算出する。
このようにしてスーツ濃度を算出した後、ステップST17に移り、コンプレッサ出口温度の許容上限値を、図7に示す許容上限温度マップから抽出する。この許容上限温度マップは、コンプレッサ41においてオイルのデポジットが発生することがないように、コンプレッサ出口温度の許容上限値を決定するためのマップであって、エンジン1の種類毎に予め実験やシミュレーション等に基づいて得られて上記ECU10のROMに記憶されている。この許容上限温度マップに示すように、オイル中のスーツ濃度が高くなるほど、コンプレッサ出口温度許容上限値としては低くなっていく。これは、オイル中のスーツ濃度が高くなってオイルの劣化が進んでいくほど(劣化度合いが高くなるほど)、デポジットが発生する温度(デポジットが発生するコンプレッサ出口温度)が低くなっていくためである。この許容上限温度マップにより、現在のスーツ濃度に対してデポジットが発生することのないコンプレッサ出口温度の上限値(コンプレッサ出口温度許容上限値)が抽出されることになる。例えば、オイル中のスーツ濃度が図中のAであった場合、コンプレッサ出口温度許容上限値としてはTAとして求められ、この場合、コンプレッサ出口温度が、このTA以下であればコンプレッサ41においてはデポジットは発生しないことになる。
なお、実際にカーディーラ等において投入されるエンジンオイルとしては種々のものが想定される。このため、投入される可能性のあるエンジンオイルのうち、最もデポジットが発生しやすいもの(例えば特定の鉱物油)を想定して上記許容上限温度マップは作成されている。これにより、この許容上限温度マップから得られるコンプレッサ出口温度許容上限値以下の温度に抑えておけば、デポジットの発生が確実に回避できるようになっている。また、許容上限温度マップを、上記ECU10のバックアップRAMに書き換え可能に記憶させておき、オイル交換を行った作業者が、投入したエンジンオイルの種類に対応した許容上限温度マップへの書き換え作業を行うようにしてもよい。
(ターボチャージャの過給圧制御)
次に、図8に沿ってターボチャージャ4の過給圧制御を説明する。この図8に示すフローチャートは、上述した図5のフローチャートにおけるステップST2の動作手順の詳細である。
次に、図8に沿ってターボチャージャ4の過給圧制御を説明する。この図8に示すフローチャートは、上述した図5のフローチャートにおけるステップST2の動作手順の詳細である。
まず、ステップST21において、エンジン1の運転状態や環境状態等の各種情報、および、上記図6の動作により抽出されたコンプレッサ出口温度許容上限値を読み込む。エンジン1の運転状態や環境状態等の各種情報としては、例えば、上記吸気温センサ82により検出された吸気温度から推定されるコンプレッサ41上流側の吸気温度、上記コンプレッサ出口温度センサ8Aにより検出されるコンプレッサ出口の吸気温度、エアフローメータ81により検出される吸入空気量、上述したEGRガス還流量の推定動作によって推定されたEGRガス還流量等が挙げられる。これらエアフローメータ81により検出される吸入空気量と、EGRガス還流量の推定動作によって推定されたEGRガス還流量のうち上記推定低圧EGRガス還流量との和がコンプレッサ41を通過するガス量として求められることになる。なお、上記コンプレッサ41上流側の吸気温度は、このコンプレッサ41上流側に吸気温センサを配設することで直接的に検出するようにしてもよい。
ステップST22では、許容上限過給圧が算出される。この許容上限過給圧は、上記コンプレッサ出口の吸気温度が上記コンプレッサ出口温度許容上限値に一致する過給圧であって、この許容上限過給圧までターボチャージャ4の過給圧を高めても、現時点でのオイルの劣化度合いであればデポジットの発生は抑えられるといった値として求められる。このため、この許容上限過給圧も、オイル中のスーツ濃度が高くなってオイルの劣化が進んでいくほど(劣化度合いが高くなるほど)低い値として求められることになる。具体的には、上記コンプレッサ出口温度許容上限値から許容上限過給圧を求める演算式またはマップがECU10のROMに記憶されており、この演算式またはマップから許容上限過給圧が求められる。
このようにして許容上限過給圧が算出された後、ステップST23に移り、目標過給圧が上記許容上限過給圧を超えているか否か(目標過給圧>許容上限過給圧)を判定する。この目標過給圧は、例えば、上記クランクポジションセンサ86からの出力に基づいて算出されるエンジン回転速度、アクセル開度センサ87により検出されるアクセルペダルの操作量などから求められるエンジン負荷等をパラメータとして目標過給圧を算出する演算式またはマップ(予め実験やシミュレーション等に基づいて設定され上記ECU10に記憶された演算式またはマップ(目標過給圧マップ))により求められる。
目標過給圧が許容上限過給圧以下である場合には、制御過給圧(実際の制御目標となる過給圧)を許容上限過給圧によって制限する必要がないため、ステップST23でNO判定され、ステップST24で、目標過給圧を制御過給圧として設定し、上記過給圧センサ83により検出される吸気の過給圧が上記制御過給圧(=目標過給圧)となるように、可変ノズルベーン機構43のフィードバック制御が行われる。
一方、目標過給圧が許容上限過給圧を超えている場合には、目標過給圧で過給圧を制御した場合には上記デポジットの発生が懸念される状況にあるため、ステップST23でYES判定され、ステップST25で、上記許容上限過給圧を制御過給圧として設定し、上記過給圧センサ83により検出される吸気の過給圧が制御過給圧(=許容上限過給圧)となるように、可変ノズルベーン機構43のフィードバック制御が行われる。これにより、コンプレッサ出口の吸気温度が上記コンプレッサ出口温度許容上限値以下に抑えられることになり、デポジットの発生が防止される。
(EGRバルブ制御)
次に、図9に沿ってEGRバルブ制御を説明する。この図9に示すフローチャートは、上述した図5のフローチャートにおけるステップST5の動作手順の詳細である。
次に、図9に沿ってEGRバルブ制御を説明する。この図9に示すフローチャートは、上述した図5のフローチャートにおけるステップST5の動作手順の詳細である。
まず、ステップST31において、エンジン1の運転状態や環境状態等の各種情報を読み込む。例えば、上記クランクポジションセンサ86からの出力に基づいて算出されるエンジン回転速度、インジェクタ2からの燃料噴射量、水温センサ85により検出される冷却水温度、吸気温センサ82により検出される吸入空気温度、図示しない気圧センサにより検出される大気圧等の運転状態量や環境状態量を読み込む。
ステップST32では、目標EGR率を算出する。この目標EGR率はエンジン1の運転状態等に応じて決定される。具体的には、エンジン回転速度およびエンジン負荷をパラメータとしてEGR量(EGR率)を決定するEGRマップが上記ECU10のROMに記憶されており、上記クランクポジションセンサ86の検出値に基づいて算出されたエンジン回転速度、および、アクセル開度センサ87により検出されたアクセルペダルの操作量などから求められるエンジン負荷をEGRマップに当て嵌めることで目標EGR率が得られるようになっている。
そして、ステップST33では、上記制御過給圧に従って過給圧を制御した場合に、実際のEGR率が上記目標EGR率に一致するようにEGRバルブの開度を制御する。具体的に、例えば高負荷運転時において、上記制御過給圧が許容上限過給圧によって制限された場合(上記ステップST23でYES判定された場合)、過給圧の低下にともなってEGR率が低下してしまう可能性があるが、この場合、実EGR率が目標EGR率よりも低くなっており、推定低圧EGRガス還流量が目標低圧EGRガス還流量よりも少なくなっているので、上述した動作(MPL-EGRシステムの高負荷運転時における基本動作)の場合と同様に、EGRガス量を増加させるように低圧EGRバルブ72の開度を大きくする。そして、このように低圧EGRバルブ72の開度を大きくしても、推定低圧EGRガス還流量が目標低圧EGRガス還流量に達しない場合には、高圧EGRバルブ62の開度を大きくしたり、または、上記排気絞り弁53の開度を小さくして(閉度を大きくして)、低圧EGR通路71を経て還流されるEGRガスの量を増加させるようにする。これにより、実EGR率を目標EGR率に近付けることができ、NOx発生量の削減を図ることができる。
同様に、中負荷運転時において、上記制御過給圧が許容上限過給圧によって制限された場合、過給圧の低下にともなってEGR率が低下してしまう可能性があるが、この場合、実EGR率が目標EGR率よりも低くなっているので、上述した動作(MPL-EGRシステムの中負荷運転時における基本動作)の場合と同様に、EGR分配率に応じて、EGRガス量を増加させるように低圧EGRバルブ72の開度や高圧EGRバルブ62の開度を制御する。そして、このように各EGRバルブ62,72の開度を制御しても、実EGR率が目標EGR率に達しない場合には、上記吸気絞り弁33や排気絞り弁53の開度を制御してEGRガスの量を増加させるようにする。これにより、実EGR率を目標EGR率に近付けることができ、NOx発生量の削減を図ることができる。
なお、上述した如く制御過給圧が許容上限過給圧によって制限された場合には、新気の吸入量が減少し、燃焼室内での酸素不足に起因するスモークの発生が懸念される状況となるが、このスモークは上記パティキュレートフィルタ52によって回収することが可能であり、排気エミッションの悪化に繋がることはない。
以上の動作が繰り返されることにより、上記デポジットの発生を抑えながらもターボチャージャ4における吸気の過給圧を最大限にまで高めることが可能になり、ターボチャージャ4の過給効率の低下を防止することでエンジン出力の低下を防止でき、車両の加速性能を高く維持することができる。また、ターボチャージャ4の過給効率の低下にともなって排気ガス中のNOx量が増加してしまうといったことも回避される。また、上記デポジットの発生を抑えるように過給圧が制限された場合であっても、目標EGR率が維持できるようにEGRバルブ制御を行っているため、EGR率の低下によるNOx発生量の増大を招くといったこともなく、排気エミッションの悪化を防止することもできる。
また、本実施形態の場合、エンジンオイルとして、仮に鉱物油を使用したとしてもコンプレッサ41でのデポジットの発生は確実に抑えられることになる。また、デポジットが発生しにくい合成油を使用した場合であっても、それに応じた上記許容上限温度マップを使用することによって、デポジットの発生を抑えながらも過給圧を最大限にまで高めることが可能である。
-他の実施形態-
以上説明した実施形態は、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
以上説明した実施形態は、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
また、上記実施形態では、2つのEGR機構6,7を備えたエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、1つのEGR機構(LPL-EGR機構)を備えたエンジンや3つ以上のEGR機構を備えたエンジンに対しても適用が可能である。
また、上記実施形態では、コンプレッサ41から流出する吸気温度をコンプレッサ出口温度センサ8Aによって検出するようにしていた。本発明はこれに限らず、コンプレッサ41に流入する吸気温度によって、コンプレッサ41から流出する吸気温度を推定するようにしてもよい。また、このコンプレッサ出口温度の検出や推定に代えて、コンプレッサ41自体(コンプレッサ41の構成部品;例えばコンプレッサホイールのブレード等)の温度を検出したり推定したりしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジンオイルの劣化度合いをスーツ濃度によって判定するようにしていた。本発明はこれに限らず、オイル交換後の経過期間によってエンジンオイルの劣化度合い(オイルの酸化による劣化度合い)を判定するようにしてもよい。また、エンジンオイルの劣化度合いを判定する手法として、その他の手法を用いてもよい。例えば、特開2011-196220号公報に開示されているようなオイルの電気抵抗値に基づく劣化判定や、特開2011-7084号公報に開示されているようなオイルの透過率に基づく劣化判定等が挙げられる。
更に、上記実施形態では、デポジットの発生原因を、EGRガス中に含まれるエンジンオイルとしたが、ブローバイガス中に含まれるエンジンオイルの場合もある。
本発明は、ターボチャージャおよびLPL-EGR機構を備えたディーゼルエンジンの制御に適用可能である。
1 エンジン(内燃機関)
3 吸気通路(吸気系)
4 ターボチャージャ(過給装置)
41 コンプレッサ
5 排気通路(排気系)
6 HPL-EGR機構(高圧EGR機構)
61 高圧EGR通路
62 高圧EGRバルブ
7 LPL-EGR機構(低圧EGR機構)
71 低圧EGR通路
72 低圧EGRバルブ
10 ECU
8A コンプレッサ出口温度センサ
3 吸気通路(吸気系)
4 ターボチャージャ(過給装置)
41 コンプレッサ
5 排気通路(排気系)
6 HPL-EGR機構(高圧EGR機構)
61 高圧EGR通路
62 高圧EGRバルブ
7 LPL-EGR機構(低圧EGR機構)
71 低圧EGR通路
72 低圧EGRバルブ
10 ECU
8A コンプレッサ出口温度センサ
Claims (3)
- 吸気系に過給装置のコンプレッサが備えられた内燃機関の制御装置において、
上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度が、コンプレッサ吸入側に流れ込むオイルの劣化度合いに応じて設定される許容上限温度以下となる制御範囲内で、過給装置の過給圧が制御される構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
排気系に排出された排気ガスの一部をコンプレッサ上流側に還流させるとともに、その還流量を調整可能なEGRバルブを備えたEGRシステムが設けられ、
上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度が上記許容上限温度以下となる制御範囲内で過給装置の過給圧を制御した場合における吸気のEGR率が、内燃機関運転状態に応じて設定される目標EGR率に一致するように上記EGRバルブを制御する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1または2記載の内燃機関の制御装置において、
上記オイル中に発生するスーツの濃度が高いほど、上記コンプレッサ吸入側に流れ込むオイルの劣化度合いは高いと判定され、このオイルの劣化度合いが高いほど、上記コンプレッサ出口側の吸気温度またはコンプレッサ構成部品の温度の許容上温度値は低く設定される構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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