【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のＥＧＲガスの温度を操作して燃焼温度を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスの状態は燃料混合気の燃焼温度と密接に関係し、燃焼温度は吸気温度の影響を受ける。従って、内燃機関の運転状態を制御するために操作される各種の運転パラメータ（例えば燃料の噴射時期、噴射圧、ＥＧＲ弁の開度、スロットル弁の開度等）が同一であっても、吸気温度が異なればＮＯｘ生成量やＨＣ、ＣＯの排出量は変化する。そこで、排気ガスの状態を適正に制御するためには吸気温度を考慮する必要がある。
【０００３】
一方、内燃機関の燃焼温度を適正状態に維持するため、吸気系に還流されるＥＧＲガスの熱量を調整する装置が知られている。例えば特開平１１−２００９５５号公報には、ＥＧＲガスの流路として、ＥＧＲクーラーを通過する流路と、ＥＧＲクーラーを迂回するバイパス流路とを併設し、低温始動時や低負荷時にはバイパス流路を選択してＥＧＲクーラーを迂回した高温のＥＧＲガスを吸気系に導くことにより、燃焼温度を上昇させて燃焼を活発化させる装置が開示されている。また、特開２００１−４１１１０号公報には、ＥＧＲ流路及びバイパス流路へのＥＧＲガスの分配率を内燃機関の運転状態に応じて制御することにより、ＥＧＲガスの温度を内燃機関の運転状態に適した最適温度に維持する装置が開示されている。さらに、実開昭６３−１２５１６３号公報には、ＥＧＲクーラーに導かれるエンジン冷却水の量を調整して、ＥＧＲクーラーそのものの熱交換能力を制御する装置が開示されている。特開平１１−１１７８１５号公報には、ディーゼルエンジンの運転条件に応じてＥＧＲガス流路とバイパス流路とに対するＥＧＲガスの分配率を制御することにより、ＮＯｘ及びＰＭ（粒子状物質）の排出量を低減させる装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関を開発して市場に送り出す際には、内燃機関の排気ガス、騒音、振動等の特性が各種の規制を満たすような内燃機関の制御則を特定することを目的として、適合と呼ばれる作業が行なわれる。一般に、適合作業は、内燃機関の回転数及び負荷（燃料噴射量、又はトルクで代替されることがある。）を特定の状態に固定し、その状態で排気ガス等の規制対象が所定の目標値を満足するような内燃機関の各種の運転パラメータの組み合わせを見つけ出すことにより行なわれる。適合作業において設定される機関回転数及び負荷が一定値に固定された状態を定常状態と言い、適合作業で得られた各種のパラメータの値を適合値と言う。適合作業は様々な機関回転数及び負荷に対して行なわれる。そして、一連の適合作業によって見出された各種のパラメータの適合値は、機関回転数及び機関負荷と対応付けた二次元マップ、あるいは演算式として制御装置のＲＯＭに記憶される。内燃機関が実際に運転される際には、それらのマップや演算式が参照されて各種のパラメータが機関回転数及び負荷に応じた値に制御される。
【０００５】
しかしながら、適合作業は内燃機関を定常状態という一種の理想的な状態で運転させて行なわれているので、実際の内燃機関の運転状態は適合時の状態からずれることがある。このような応答遅れに起因して内燃機関が適合時の状態からずれて運転されている状態は過渡状態と呼ばれる。過渡状態では、内燃機関の運転パラメータを適合値に設定しても内燃機関の運転状態が適合時の状態からずれているので、ＮＯｘ生成量等も目標値からずれる。特に、吸気温度については、燃料噴射量等の操作に対して応答が遅れるので適合時の基準値からのずれが生じ易く、ＮＯｘ生成量等の制御に対してそのずれが与える影響は無視できない。このような過渡状態の吸気温度のずれの影響を考慮したＥＧＲ装置の制御はこれまで検討されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、吸気温度の基準値からのずれが燃焼温度に与える影響をＥＧＲ装置の制御によって排除し又は抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＥＧＲガスに対する熱交換器を備えた内燃機関の制御装置において、予め与えられている吸気温度の基準値と吸気温度の現在値との間で現に発生している偏差、又は発生が予想される偏差を特定する偏差特定手段と、前記特定された偏差に基づいて前記熱交換器による熱交換量を制御する熱交換量制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置により、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
この発明によれば、吸気温度の基準値と現在値との間に現に偏差が発生し、又は偏差の発生が予想されるとき、その偏差が特定され、その特定された結果に応じて熱交換器におけるＥＧＲガスの熱交換量が制御される。従って、吸気温度の基準値からのずれが燃焼温度に与える影響を排除し、又は抑制するようにＥＧＲガスの温度を増減させて燃焼温度を適正に維持することができる。
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記偏差特定手段は、センサを利用して実測された吸気温度を参照して、前記基準値と前記現在値との間で現に発生している偏差を特定してもよい（請求項２）。この場合には、吸気温度の実測値に従って偏差が特定されるので、過渡状態に限らず、例えば径時変化により吸気温度が基準値からずれているような場合でも、その偏差に応じて熱交換量を補正して燃焼温度を所定の制御状態に維持することができる。
【００１０】
また、前記偏差特定手段は、前記吸気温度の基準値と現在値との間に偏差を生じさせる要因となる物理量の変化により、前記発生が予想される偏差を特定してもよい（請求項３）。前記物理量は内燃機関に供給する燃料量であってもよい（請求項４）。このように、吸気温度に偏差を生じさせる要因となる物理量の変化を利用すれば、吸気温度の偏差を事前に予測し、その偏差が出現しないか、又は出現しても偏差が減少するように熱交換量を予め操作することができる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の制御装置において、前記熱交換量制御手段は、前記現在値が前記基準値よりも低いほど前記ＥＧＲガスの熱量が増加するように前記熱交換量を制御してもよい（請求項５）。吸気温度の現在値が基準値よりも低いときは燃焼温度が相対的に低下するから、ＥＧＲガスの熱量を増加させることにより吸気温度の影響を排除又は抑制して燃焼温度を所定の制御状態に維持することができる。
【００１２】
なお、吸気温度の偏差を燃料量の変化によって特定する場合において、前記熱交換量制御手段は、加速時には前記燃料量増加率が大きいほど前記ＥＧＲガスの熱量が増加し、減速時には前記燃料量減少率が大きいほど前記ＥＧＲガスの熱量が減少するように、前記熱交換器の熱交換量を制御してもよい（請求項６）。加速時には燃料増加率が大きいほど吸気温度の現在値が基準値よりも低温側にずれるので、それを補うようにＥＧＲガスの熱量を増加させることにより燃料温度の低下を抑えることができる。一方、減速時には燃料減少率が大きいほど吸気温度の現在値が基準値よりも高温側にずれるので、それを補うようにＥＧＲガスの熱量を減少させることにより燃料温度の上昇を抑えることができる。
【００１３】
本発明において、前記内燃機関には、ＥＧＲガス通路として、前記熱交換器を通過する第１の通路と、前記熱交換器を迂回する第２の通路とが設けられ、前記熱交換量制御手段は、前記第１及び第２の通路に対するＥＧＲガスの分配率を調整することにより前記熱交換量を制御してもよい（請求項７）。このようにＥＧＲガスの分配率を調整すれば、熱交換器の能力そのものを操作しなくても熱交換器にて行なわれる熱交換量を制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の制御装置及びそれによって制御される内燃機関の一実施形態を示している。内燃機関１は、例えば自動車に原動機として搭載される直列式の４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１の吸気通路２には、スロットルバルブ４の開度に応じた空気（一次空気）がエアフィルタ３を介して吸入され、その空気はインテークマニホールド５を介して各シリンダ６に取り込まれる。インテークマニホールド５には燃料を噴射するための燃料噴射弁７がシリンダ６毎に設けられている。なお、燃料噴射弁７はシリンダ６内に直接燃料を噴射するものでもよい。
【００１５】
シリンダ６内の燃焼によって生成される排気ガスは排気通路８を経て触媒９に導かれて浄化された後、不図示の消音器を経て大気へ排出される。触媒９はＨＣ、ＣＯを酸化する一方で、ＮＯｘを還元する周知の三元触媒である。排気通路８には、排気ガスをインテークマニホールド５に還流させるためのＥＧＲ通路１０が接続される。このＥＧＲ通路１０を介して戻される排気ガスをＥＧＲガスと呼ぶ。ＥＧＲ通路１０を通過するＥＧＲガスの流量はＥＧＲ弁１１によって制御される。ＥＧＲ通路１０はその途中で冷却通路１０ａ及びバイパス通路１０ｂの２つの流路に分かれている。冷却通路１０ａにはＥＧＲガスとの間で熱交換を行なう熱交換器としてのＥＧＲクーラー２０が設けられる。ＥＧＲクーラー２０はＥＧＲガスから熱を奪ってこれを冷却する。また、通路１０ａ、１０ｂの分岐点にはＥＧＲガスの各通路１０ａ、１０ｂへの分配率を制御するためのバイパス弁２１が設けられている。バイパス弁２１は、両通路１０ａ、１０ｂへのＥＧＲガスの分配率を制御する。ここでは、バイパス弁２１の開度が最大のときには全量のＥＧＲガスがバイパス通路１０ｂに導かれ、開度が減少するほどバイパス通路１０ｂへのＥＧＲガスの分配率が減少し、バイパス弁２１の開度が最小のときには全量のＥＧＲガスが冷却通路１０ａに導かれるものとする。但し、バイパス弁２１の開度と各通路１０ａ、１０ｂへのＥＧＲガスの分配率との関係はこれに限らず適宜に変更可能してもよい。
【００１６】
吸気通路２には吸入空気流量に対応した信号を出力するエアフローメータ１２、吸気温度に対応した信号を出力する吸気温センサ１３、スロットルバルブ４の開度に対応した信号を出力するスロットル開度センサ１４が、排気通路８には排気ガス中のＮＯｘ量に対応した信号を出力するＮＯｘセンサ１５がそれぞれ設けられる。各センサ１２〜１５の出力信号は制御装置としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１６に導かれる。ＥＣＵ１６はマイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺回路を備えたコンピュータとして構成される。ＥＣＵ１６は各種のセンサの出力信号を参照して、内燃機関１の運転制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１６はエアフローメータ１２の出力信号を参照して所定の空燃比の混合気が形成されるように燃料噴射弁７の燃料噴射量を制御し、ＮＯｘセンサ１５の出力信号を参照してＥＧＲ弁１１の開度（デューティー比）を制御する。ＥＣＵ１６が参照するセンサとしては、上記のセンサ１２〜１５の他にも、内燃機関１の冷却水温度に対応した信号を出力する水温センサ、クランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ等が存在するが、それらの図示は省略した。
【００１７】
ＥＣＵ１６は所定のプログラムを実行することにより、ＥＧＲクーラー２０による熱交換量を制御する装置として機能する。図２は熱交換量を制御するためにＥＣＵ１６内に構成される吸気温度制御モデルを示している。このモデルでは、定常の吸気温度Ｔｃと現在の吸気温度Ｔａとの偏差ΔＴ（＝Ｔｃ−Ｔａ）が取得され、その偏差ΔＴに所定の制御ゲインＧが乗算されてバイパス弁２１の開度の補正量ΔＡが求められる。
【００１８】
ここで、定常の吸気温度とは内燃機関の運転状態に応じて予め与えられている吸気温度の基準値であり、適合作業において内燃機関１を所定の定常状態で運転したときに計測される吸気温度の値がその基準値として使用される。つまり、適合作業において、内燃機関１の回転数及び負荷（燃料噴射量、又はトルクで代替されることがある。）を特定の状態に固定し、その状態で排気ガス等の規制対象が所定の目標値を満足するような内燃機関１の各種の運転パラメータの組み合わせを見つけ出す適合作業を行なったときに計測された吸気温度が定常の吸気温度として使用される。定常の吸気温度Ｔｃは例えばＥＣＵ１６のＲＯＭに内燃機関１の運転状態を代表する運転パラメータ（例えば機関回転数と機関負荷）に対応付けたマップとして記憶される。現在の吸気温度Ｔａは吸気温センサ１３の出力信号に基づいて特定される吸気温度の現在値である。制御ゲインＧは偏差ΔＴをバイパス弁２１の開度に換算するための係数であり、予め実験的に求められてＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されている。
【００１９】
取得された補正量ΔＡは現在のバイパス弁開度Ａ０に加算され、それにより補正後のバイパス弁開度Ａ１が求められる。ＥＣＵ１６は、バイパス弁２１の開度を得られたバイパス弁開度Ａ１に設定し、また、得られたバイパス弁開度Ａ１が現在のバイパス弁開度Ａ０として設定される。なお、偏差ΔＴと補正量ΔＡとの関係は、偏差ΔＴが正方向に増加するほど、つまり、吸気温度の現在値Ｔａが基準値Ｔｃよりも低温側にずれるほど、バイパス弁２１の開度Ａ１を増加させてバイパス通路１０ｂへのＥＧＲガスの分配率を増加させる。反対に、偏差ΔＴが負方向に増加するほど、つまり、吸気温度の現在値Ｔａが基準値Ｔｃよりも高温側にずれるほど、バイパス弁２１の開度Ａ１を減少させて冷却通路１０ａへのＥＧＲガスの分配率を増加させる。
【００２０】
以上の制御によれば、現在の吸気温度Ｔａが基準値Ｔｃよりも低下すればバイパス通路１０ｂへのＥＧＲガスの分配率が増やされてＥＧＲクーラー２０で冷却されるＥＧＲガスの流量が減少し、結果として、インテークマニホールド５に戻されるＥＧＲガスの単位流量当たりの熱量が増加する。一方、現在の吸気温度Ｔａが基準値Ｔｃよりも上昇すれば冷却通路１０ａへのＥＧＲガスの分配率が増やされてＥＧＲクーラー２０で冷却されるＥＧＲガスの流量が増加し、結果として、インテークマニホールド５に戻されるＥＧＲガスの単位流量当たりの熱量が減少する。このように、吸気温度の偏差ΔＴを相殺するようにＥＧＲクーラー２０における熱交換量が調整されるので、内燃機関１に導入される燃料混合気の温度を定常時の状態に維持し、吸気温度の偏差が内燃機関１の運転に与える影響を解消し、又は抑制することができる。例えば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ生成量を所定の目標値に維持し、燃料の着火性を改善し、燃焼音の増加を防止し、混合気温度の上昇による着火時期の早期化を防止し、混合気温度の上昇を抑えることによりシリンダ６への混合気の充填効率を上げることができる。
【００２１】
図２の例では、吸気温センサ１３を利用して実測した吸気温度の現在値Ｔａに基づいて偏差ΔＴを特定したが、偏差ΔＴをもたらす原因となる運転状態の変化を監視し、現に偏差ΔＴが発生するよりも前の段階で偏差ΔＴの発生を見込んでＥＧＲガスの分配率を制御してもよい。例えば、車両の加速時又は減速時には、燃料噴射量の変化に対して吸気温度の変化が遅れて出現し、その吸気温度の変化は燃料噴射量の変化率に相関すると考えられる。従って、近い将来に発生が予想される吸気温度の偏差ΔＴを燃料噴射量の変化率によって特定し、その変化率に応じてバイパス弁２１の開度を制御してもよい。
【００２２】
図３は加速時における燃料増加率に基づいてＥＣＵ１６がバイパス弁２１の開度を制御する手順を示したフローチャート、図４は減速時における燃料減少率に基づいてＥＣＵ１６がバイパス弁２１の開度を制御する手順を示したフローチャートである。これらの処理は、内燃機関１の運転中に所定の周期で繰返し実行される。但し、加速時には図４の処理は実行されず、減速時には図３の処理は実行されない。なお、図３及び図４の処理において、ＥＣＵ１６は自身が演算する燃料噴射量を利用して燃料量の増加率及び減少率を特定することができる。
【００２３】
図３の処理において、ＥＣＵ１６はまずステップＳ１で燃料量の増加率を特定する。続くステップＳ２では、燃料増加率とバイパス弁２１の開放時間（バイパス時間）との対応関係を記述したバイパス時間マップから、現在の燃料量増加率に対応するバイパス時間を取得する。なお、このマップは予め実験的に求められてＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶される。燃料量増加率が高いほど吸気温度の偏差ΔＴが正方向に拡大する（つまり、実際の吸気温度が基準値に対して低温側により大きくずれる。）ため、ステップＳ２で参照されるマップにおいては、燃料量増加率が増加するに従ってバイパス弁２１を開放する時間が長くなる。燃料増加率が零のとき（すなわち非加速時）にはバイパス時間は零である。
【００２４】
ステップＳ２においてバイパス時間を取得した後はステップＳ３にてバイパス弁開時刻にバイパス時間を加算する。バイパス弁開時刻は、バイパス弁２１が開放された時期を所定の時間軸に従って特定したものである。バイパス弁開時刻にバイパス時間を加算することにより、バイパス弁２１の開放を終了する時刻が特定される。続くステップＳ４では、バイパス弁の開時刻とバイパス時間との和と現在時刻との差分を取得し、次のステップＳ５で差分が零か否かを判断する。零であればステップＳ６へ進んでバイパス弁開時刻に現在時刻を代入し、零でなければステップＳ７へ進んでバイパス弁２１を開放する。ステップＳ６又はＳ７の処理により今回の処理を終了する。
【００２５】
図３の処理によれば、燃料量増加率が零のときはバイパス時間が零となり、ステップＳ５において現在時刻とバイパス弁開時刻との差分が零となるため、ステップＳ７の処理が行なわれず、バイパス弁２１は閉じたまま、つまり、ＥＧＲガスの全量が冷却通路１０ａに導かれる。加速が開始されて燃料量増加率が立ち上がると、その燃料量増加率に応じたバイパス時間がバイパス弁開時刻に加算され、ステップＳ５が否定判断されてバイパス弁２１が開放される。これにより、ＥＧＲガスがバイパス通路１０ｂを通過し、吸気系に還流されるＥＧＲガスの単位流量当たりの熱量は増加する。しかも、燃料量増加率が大きいほどバイパス時間が増加してバイパス弁２１がより長時間開かれるから、バイパス弁２１を開くことによってもたらされるＥＧＲガスの熱量の増加量は燃料量増加率が大きいほど増加する。加速時に発生する吸気温度の偏差ΔＴは燃料量増加率が大きいほど正方向に増加するから、図３の処理によれば、発生が予想される偏差ΔＴがバイパス弁２１の開放時間の増減によって打ち消されるか又は縮小され、加速時の吸気温度の基準値からのずれが内燃機関１の制御に与える影響が排除され、又は抑制される。
【００２６】
一方、図４の処理において、ＥＣＵ１６はまずステップＳ１１で燃料量の減少率を特定する。続くステップＳ１２では、燃料減少率とバイパス弁２１を閉じる時間（バイパス禁止時間）との対応関係を記述したバイパス禁止時間マップから、現在の燃料量減少率に対応するバイパス禁止時間を取得する。このマップは予め実験的に求められてＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶される。燃料量減少率が高いほど吸気温度の偏差ΔＴが負方向に拡大する（つまり、実際の吸気温度が基準値に対して高温側により大きくずれる。）ため、ステップＳ１２で参照されるマップにおいては、燃料量減少率が増加するに従ってバイパス弁２１を閉じる時間が長くなる。燃料増加率が零のとき（すなわち非加速時）にはバイパス禁止時間は零である。
【００２７】
ステップＳ１２においてバイパス禁止時間を取得した後はステップＳ１３にてバイパス弁閉時刻にバイパス禁止時間を加算する。バイパス弁閉時刻は、バイパス弁２１が閉じた時期を所定の時間軸に従って特定したものである。バイパス弁閉時刻にバイパス禁止時間を加算することにより、バイパス弁２１の閉鎖を終了する時刻が特定される。続くステップＳ１４では、バイパス弁の閉時刻とバイパス禁止時間との和と現在時刻との差分を取得し、次のステップＳ１５で差分が零か否かを判断する。零であればステップＳ１６へ進んでバイパス弁閉時刻に現在時刻を代入し、零でなければステップＳ１７へ進んでバイパス弁２１を閉じる。ステップＳ１６又はＳ１７の処理により今回の処理を終了する。
【００２８】
図４の処理によれば、燃料量減少率が零のときはバイパス禁止時間が零となり、ステップＳ１５において現在時刻とバイパス弁閉時刻との差分が零となるため、ステップＳ１７の処理が行なわれず、バイパス弁２１が開かれる。減速が開始されて燃料量減少率が立ち上がると、その燃料量減少率に応じたバイパス禁止時間がバイパス弁閉時刻に加算され、ステップＳ１５が否定判断されてバイパス弁２１が閉じられる。これにより、ＥＧＲガスの全量が冷却通路１０ａを通過し、吸気系に還流されるＥＧＲガスの単位流量当たりの熱量は最小値まで減少する。しかも、燃料量減少率が大きいほどバイパス禁止時間が増加してバイパス弁２１がより長時間閉じられるから、バイパス弁２１を閉じることによってもたらされるＥＧＲガスの熱量の減少量は燃料量減少率が大きいほど増加する。減速時に発生する吸気温度の偏差ΔＴは燃料量減少率が大きいほど負方向に増加するから、図４の処理によれば、発生が予想される偏差ΔＴがバイパス弁２１の閉時間の増減によって打ち消されるか又は縮小され、減速時の吸気温度の基準値からのずれが内燃機関１の制御に及ぼす影響が排除され、又は抑制される。
【００２９】
以上の実施形態では、ＥＣＵ１６が偏差特定手段に、ＥＣＵ１６及びバイパス弁２１の組合わせが熱交換量制御手段にそれぞれ相当する。
【００３０】
本発明は上記の実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、ＥＧＲガスの熱交換量はバイパス弁２１の開度の制御に限らず、ＥＧＲクーラー２０の冷却能力そのものを増減させて調整してもよい。例えば、ＥＧＲクーラー２０が内燃機関１の冷却水を利用して熱交換を行なうものであるときは、その冷却水の流量を操作してＥＧＲクーラー２０の冷却能力を変化させることができる。ＥＧＲガスの分配率の調整と、ＥＧＲクーラー２０の冷却能力の調整とを併用してＥＧＲガスの熱交換量を所望量に制御してもよい。
【００３１】
熱交換器はＥＧＲガスを冷却するものに限らず、ＥＧＲガスを加熱する加熱器を熱交換器として設けてもよい。吸気温度の現在値は、吸気温センサ１３に限らず、吸気温度と相関する各種の物理量に基づいて特定してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、吸気温度の基準値と現在値との間に現に偏差が発生し、又は偏差の発生が予想されるとき、その偏差に応じて熱交換器におけるＥＧＲガスの熱交換量が制御されるので、吸気温度の基準値からのずれが燃焼温度に与える影響を打ち消すようにＥＧＲガスの熱量を増減させて燃焼温度を適正に維持し、それにより吸気温度の偏差が内燃機関の制御に与える種々な影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態を示す図。
【図２】図１のＥＣＵに組み込まれる吸気温度制御モデルの機能ブロック図。
【図３】図１のＥＣＵが加速時に実行するバイパス弁の開度制御の手順を示すフローチャート。
【図４】図１のＥＣＵが減速時に実行するバイパス弁の開度制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
６ シリンダ
７ 燃料噴射弁
１０ ＥＧＲ通路
１０ａ 冷却通路（第１の通路）
１０ｂ バイパス通路（第２の通路）
１３ 吸気温センサ
１６ ＥＣＵ（偏差特定手段、熱交換量制御手段）
２０ ＥＧＲクーラー（熱交換器）
２１ バイパス弁（熱交換量制御手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that controls the temperature of combustion by operating the temperature of EGR gas of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
The state of the exhaust gas of the internal combustion engine is closely related to the combustion temperature of the fuel mixture, and the combustion temperature is affected by the intake air temperature. Therefore, even if various operating parameters (for example, fuel injection timing, injection pressure, EGR valve opening, throttle valve opening, etc.) operated for controlling the operating state of the internal combustion engine are the same, the intake air If the temperature differs, the NOx generation amount and the HC and CO emission amounts change. Therefore, in order to properly control the state of the exhaust gas, it is necessary to consider the intake air temperature.
[0003]
On the other hand, there is known an apparatus for adjusting the amount of heat of EGR gas recirculated to an intake system in order to maintain a combustion temperature of an internal combustion engine in an appropriate state. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-200955, a flow path passing through an EGR cooler and a bypass flow path bypassing the EGR cooler are provided side by side as a flow path for EGR gas. A device is disclosed in which high temperature EGR gas bypassing the EGR cooler is guided to the intake system to increase the combustion temperature and activate combustion. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-41110 discloses that the temperature of the EGR gas is controlled by controlling the distribution ratio of the EGR gas to the EGR flow path and the bypass flow path in accordance with the operation state of the internal combustion engine. An apparatus is disclosed for maintaining an optimum temperature suitable for use. Further, Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 63-125163 discloses a device for controlling the heat exchange capacity of the EGR cooler itself by adjusting the amount of engine cooling water guided to the EGR cooler. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-117815 discloses that the distribution of EGR gas to the EGR gas flow path and the bypass flow path is controlled in accordance with the operating conditions of the diesel engine to thereby reduce the NOx and PM (particulate matter) emissions. An apparatus for reducing the pressure is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when developing an internal combustion engine and launching it on the market, the purpose is to identify the control law of the internal combustion engine such that the characteristics of the exhaust gas, noise, vibration, etc. of the internal combustion engine satisfy various regulations. A called operation is performed. Generally, in the adaptation work, the rotation speed and the load of the internal combustion engine (which may be replaced by the fuel injection amount or torque) are fixed to a specific state, and in this state, the target of regulation such as exhaust gas is a predetermined target. This is done by finding combinations of various operating parameters of the internal combustion engine that satisfy the values. A state in which the engine speed and load set in the adaptation work are fixed to constant values is called a steady state, and values of various parameters obtained in the adaptation work are called adaptation values. The adaptation work is performed for various engine speeds and loads. Then, the adaptive values of various parameters found by a series of adaptive operations are stored in the ROM of the control device as a two-dimensional map associated with the engine speed and the engine load, or as an arithmetic expression. When the internal combustion engine is actually operated, various parameters are controlled to values corresponding to the engine speed and the load by referring to the maps and the arithmetic expressions.
[0005]
However, since the adaptation operation is performed while the internal combustion engine is operated in a kind of ideal state of a steady state, the actual operation state of the internal combustion engine may deviate from the state at the time of adaptation. A state in which the internal combustion engine is operated with a deviation from the state at the time of adaptation due to such a response delay is called a transient state. In the transient state, even if the operation parameters of the internal combustion engine are set to the appropriate values, the operation state of the internal combustion engine deviates from the state at the time of the adaptation, so that the NOx generation amount and the like also deviate from the target values. In particular, regarding the intake air temperature, the response to the operation of the fuel injection amount or the like is delayed, so that a deviation from the reference value at the time of adaptation easily occurs, and the influence of the deviation on the control of the NOx generation amount or the like cannot be ignored. Control of the EGR device in consideration of the influence of the intake air temperature shift in such a transient state has not been studied so far.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can eliminate or suppress the influence of a deviation of an intake air temperature from a reference value on a combustion temperature by controlling an EGR device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a control apparatus for an internal combustion engine having a heat exchanger for EGR gas, wherein a deviation or occurrence that is actually occurring between a reference value of intake air temperature given in advance and a current value of intake air temperature is obtained. The control apparatus for an internal combustion engine includes: a deviation specifying unit that specifies an expected deviation; and a heat exchange amount control unit that controls a heat exchange amount by the heat exchanger based on the specified deviation. The problem is solved (claim 1).
[0008]
According to the present invention, when a deviation actually occurs or is expected to occur between the reference value and the current value of the intake air temperature, the deviation is specified, and the heat exchange is performed in accordance with the specified result. The amount of heat exchange of the EGR gas in the vessel is controlled. Therefore, the combustion temperature can be appropriately maintained by increasing or decreasing the temperature of the EGR gas so as to eliminate or suppress the influence of the deviation of the intake air temperature from the reference value on the combustion temperature.
[0009]
In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the deviation specifying means specifies a deviation actually occurring between the reference value and the current value with reference to an intake air temperature measured using a sensor. (Claim 2). In this case, the deviation is specified according to the measured value of the intake air temperature. Therefore, not only in the transient state, but also when the intake air temperature is deviated from the reference value due to a change with time, the heat exchange is performed in accordance with the deviation. The combustion temperature can be maintained at a predetermined control state by correcting the amount.
[0010]
Further, the deviation identifying means may identify the expected deviation based on a change in a physical quantity that causes a deviation between a reference value and a current value of the intake air temperature. ). The physical quantity may be a fuel quantity supplied to the internal combustion engine (claim 4). In this way, if a change in the physical quantity that causes a deviation in the intake air temperature is used, the deviation in the intake air temperature is predicted in advance, and the deviation does not appear, or the deviation decreases even if it appears. The amount of heat exchange can be manipulated in advance.
[0011]
In the control device for an internal combustion engine of the present invention, the heat exchange amount control means may control the heat exchange amount such that the heat amount of the EGR gas increases as the current value is lower than the reference value. Good (claim 5). When the current value of the intake air temperature is lower than the reference value, the combustion temperature relatively decreases. Therefore, by increasing the amount of heat of the EGR gas, the influence of the intake air temperature is eliminated or suppressed to bring the combustion temperature into a predetermined control state. Can be maintained.
[0012]
When the deviation of the intake air temperature is specified by a change in the fuel amount, the heat exchange amount control means increases the heat amount of the EGR gas as the fuel amount increase rate increases during acceleration, and decreases the fuel amount during deceleration. The heat exchange amount of the heat exchanger may be controlled so that the heat amount of the EGR gas decreases as the rate increases. At the time of acceleration, the current value of the intake air temperature shifts to a lower temperature side than the reference value as the fuel increase rate increases. Therefore, a decrease in the fuel temperature can be suppressed by increasing the amount of heat of the EGR gas so as to compensate for this. On the other hand, at the time of deceleration, the current value of the intake air temperature shifts to a higher temperature side than the reference value as the fuel reduction rate increases. Therefore, the increase in the fuel temperature can be suppressed by reducing the calorific value of the EGR gas so as to compensate for this.
[0013]
In the present invention, the internal combustion engine is provided with a first passage that passes through the heat exchanger and a second passage that bypasses the heat exchanger, as an EGR gas passage. May control the amount of heat exchange by adjusting a distribution ratio of EGR gas to the first and second passages (claim 7). By adjusting the distribution ratio of the EGR gas in this manner, the amount of heat exchange performed in the heat exchanger can be controlled without operating the heat exchanger itself.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a control device of the present invention and an internal combustion engine controlled by the control device. The internal combustion engine 1 is configured as, for example, an in-line four-cylinder gasoline engine mounted as a prime mover in an automobile. As is well known, air (primary air) corresponding to the opening degree of the throttle valve 4 is sucked into the intake passage 2 of the internal combustion engine 1 through the air filter 3, and the air is passed through the intake manifold 5 to each cylinder. 6. A fuel injection valve 7 for injecting fuel is provided for each cylinder 6 in the intake manifold 5. Note that the fuel injection valve 7 may directly inject fuel into the cylinder 6.
[0015]
Exhaust gas generated by combustion in the cylinder 6 is guided to a catalyst 9 via an exhaust passage 8 and purified, and then discharged to the atmosphere via a silencer (not shown). The catalyst 9 is a known three-way catalyst that reduces NOx while oxidizing HC and CO. The exhaust passage 8 is connected to an EGR passage 10 for recirculating exhaust gas to the intake manifold 5. The exhaust gas returned through the EGR passage 10 is called EGR gas. The flow rate of the EGR gas passing through the EGR passage 10 is controlled by the EGR valve 11. The EGR passage 10 is divided into two passages on the way, a cooling passage 10a and a bypass passage 10b. The cooling passage 10a is provided with an EGR cooler 20 as a heat exchanger for performing heat exchange with EGR gas. The EGR cooler 20 takes heat from the EGR gas and cools it. Further, a bypass valve 21 for controlling a distribution ratio of the EGR gas to each of the passages 10a and 10b is provided at a branch point of the passages 10a and 10b. The bypass valve 21 controls a distribution ratio of the EGR gas to the two passages 10a and 10b. Here, when the opening degree of the bypass valve 21 is the maximum, the entire amount of EGR gas is guided to the bypass passage 10b, and as the opening degree decreases, the distribution rate of the EGR gas to the bypass passage 10b decreases, and the opening of the bypass valve 21 increases. When the degree is the minimum, it is assumed that the entire amount of EGR gas is guided to the cooling passage 10a. However, the relationship between the opening degree of the bypass valve 21 and the distribution ratio of the EGR gas to each of the passages 10a and 10b is not limited to this, and may be appropriately changed.
[0016]
In the intake passage 2, an air flow meter 12 that outputs a signal corresponding to the intake air flow rate, an intake temperature sensor 13 that outputs a signal corresponding to the intake air temperature, a throttle opening sensor that outputs a signal corresponding to the opening of the throttle valve 4 The exhaust passage 8 is provided with a NOx sensor 15 that outputs a signal corresponding to the amount of NOx in the exhaust gas. Output signals of the sensors 12 to 15 are guided to an engine control unit (ECU) 16 as a control device. The ECU 16 is configured as a computer including a microprocessor and peripheral circuits such as a ROM and a RAM required for its operation. The ECU 16 refers to output signals of various sensors to execute various arithmetic processes necessary for operation control of the internal combustion engine 1 and control operations of various devices. For example, the ECU 16 controls the fuel injection amount of the fuel injection valve 7 so as to form an air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio with reference to the output signal of the air flow meter 12 and EGR with reference to the output signal of the NOx sensor 15. The opening degree (duty ratio) of the valve 11 is controlled. Other than the above sensors 12 to 15, the ECU 16 refers to a water temperature sensor that outputs a signal corresponding to the coolant temperature of the internal combustion engine 1, and a crank angle sensor that outputs a signal corresponding to the angle of the crankshaft. And the like, but their illustration is omitted.
[0017]
The ECU 16 functions as a device that controls the amount of heat exchange by the EGR cooler 20 by executing a predetermined program. FIG. 2 shows an intake air temperature control model configured in the ECU 16 for controlling the amount of heat exchange. In this model, a deviation ΔT (= Tc−Ta) between the steady intake air temperature Tc and the current intake air temperature Ta is obtained, and the deviation ΔT is multiplied by a predetermined control gain G to correct the opening of the bypass valve 21. The quantity ΔA is determined.
[0018]
Here, the steady intake air temperature is a reference value of the intake air temperature that is given in advance according to the operating state of the internal combustion engine, and is the intake air measured when the internal combustion engine 1 is operated in the predetermined steady state in the adaptation work. The temperature value is used as its reference value. That is, in the adaptation work, the rotation speed and the load of the internal combustion engine 1 (which may be replaced by the fuel injection amount or the torque) are fixed to a specific state, and in this state, the regulation target such as the exhaust gas is fixed. The intake air temperature measured at the time of performing an adaptation operation for finding a combination of various operating parameters of the internal combustion engine 1 that satisfies the target value is used as a steady intake air temperature. The steady intake air temperature Tc is stored in, for example, the ROM of the ECU 16 as a map associated with operating parameters (for example, engine speed and engine load) representative of the operating state of the internal combustion engine 1. The current intake air temperature Ta is a current value of the intake air temperature specified based on the output signal of the intake air temperature sensor 13. The control gain G is a coefficient for converting the deviation ΔT into the opening of the bypass valve 21, and is obtained experimentally in advance and stored in the ROM of the ECU 16.
[0019]
The acquired correction amount ΔA is added to the current bypass valve opening A0, whereby the corrected bypass valve opening A1 is obtained. The ECU 16 sets the opening of the bypass valve 21 to the obtained bypass valve opening A1, and the obtained bypass valve opening A1 is set as the current bypass valve opening A0. The relationship between the deviation ΔT and the correction amount ΔA is such that as the deviation ΔT increases in the positive direction, that is, as the current intake air temperature Ta shifts to a lower temperature side than the reference value Tc, the degree of opening A1 of the bypass valve 21 increases. To increase the distribution rate of the EGR gas to the bypass passage 10b. Conversely, as the deviation ΔT increases in the negative direction, that is, as the current intake air temperature Ta shifts to a higher temperature side than the reference value Tc, the opening degree A1 of the bypass valve 21 is reduced, and the EGR to the cooling passage 10a is reduced. Increase gas distribution.
[0020]
According to the above control, when the current intake air temperature Ta falls below the reference value Tc, the distribution rate of the EGR gas to the bypass passage 10b is increased, and the flow rate of the EGR gas cooled by the EGR cooler 20 decreases, As a result, the amount of heat per unit flow rate of the EGR gas returned to the intake manifold 5 increases. On the other hand, if the current intake air temperature Ta rises above the reference value Tc, the distribution rate of the EGR gas to the cooling passage 10a is increased, and the flow rate of the EGR gas cooled by the EGR cooler 20 is increased. As a result, the intake manifold The amount of heat per unit flow of the EGR gas returned to 5 decreases. As described above, the amount of heat exchange in the EGR cooler 20 is adjusted so as to offset the deviation ΔT of the intake air temperature, so that the temperature of the fuel mixture introduced into the internal combustion engine 1 is maintained at a steady state, and the intake air temperature is maintained. Can be eliminated or suppressed from affecting the operation of the internal combustion engine 1. For example, maintaining the production amounts of HC, CO, and NOx at predetermined target values, improving the ignitability of the fuel, preventing an increase in combustion noise, preventing an earlier ignition timing due to an increase in the temperature of the air-fuel mixture, By suppressing the rise in the air temperature, the efficiency of charging the cylinder 6 with the air-fuel mixture can be increased.
[0021]
In the example of FIG. 2, the deviation ΔT is specified based on the current value Ta of the intake air temperature actually measured using the intake air temperature sensor 13. However, a change in the operating state that causes the deviation ΔT is monitored, and the deviation ΔT is actually determined. The distribution ratio of the EGR gas may be controlled in anticipation of the occurrence of the deviation ΔT at a stage before the occurrence of the deviation. For example, when the vehicle is accelerating or decelerating, a change in the intake air temperature appears later than a change in the fuel injection amount, and the change in the intake air temperature is considered to be correlated with the change rate of the fuel injection amount. Therefore, the deviation ΔT of the intake air temperature expected to occur in the near future may be specified by the change rate of the fuel injection amount, and the opening degree of the bypass valve 21 may be controlled according to the change rate.
[0022]
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure in which the ECU 16 controls the opening degree of the bypass valve 21 based on the fuel increase rate during acceleration. FIG. 4 shows the procedure in which the ECU 16 determines the opening degree of the bypass valve 21 based on the fuel reduction rate during deceleration. 5 is a flowchart showing a control procedure. These processes are repeatedly executed at a predetermined cycle while the internal combustion engine 1 is operating. However, the processing in FIG. 4 is not executed during acceleration, and the processing in FIG. 3 is not executed during deceleration. In the processing of FIGS. 3 and 4, the ECU 16 can specify the increase rate and the decrease rate of the fuel amount by using the fuel injection amount calculated by itself.
[0023]
In the process of FIG. 3, the ECU 16 first specifies the rate of increase of the fuel amount in step S1. In the following step S2, a bypass time corresponding to the current fuel amount increase rate is acquired from a bypass time map describing the correspondence between the fuel increase rate and the opening time (bypass time) of the bypass valve 21. This map is obtained experimentally in advance and stored in the ROM of the ECU 16. The deviation ΔT of the intake air temperature increases in the positive direction as the fuel amount increase rate increases (that is, the actual intake air temperature deviates more from the reference value on the low temperature side), and therefore, in the map referred to in step S2, As the fuel amount increase rate increases, the time for opening the bypass valve 21 increases. When the fuel increase rate is zero (that is, during non-acceleration), the bypass time is zero.
[0024]
After acquiring the bypass time in step S2, the bypass time is added to the bypass valve opening time in step S3. The bypass valve opening time specifies the time when the bypass valve 21 is opened according to a predetermined time axis. By adding the bypass time to the bypass valve opening time, the time at which the opening of the bypass valve 21 ends is specified. In the following step S4, the difference between the sum of the opening time of the bypass valve and the bypass time and the current time is acquired, and in the next step S5, it is determined whether or not the difference is zero. If it is zero, the flow proceeds to step S6 to substitute the current time for the bypass valve opening time, and if it is not zero, the flow proceeds to step S7 to open the bypass valve 21. The current process ends by the process of step S6 or S7.
[0025]
According to the processing of FIG. 3, when the fuel amount increase rate is zero, the bypass time becomes zero, and in step S5, the difference between the current time and the bypass valve opening time becomes zero, so that the processing of step S7 is not performed. The bypass valve 21 is kept closed, that is, the entire amount of the EGR gas is led to the cooling passage 10a. When the acceleration is started and the fuel amount increase rate rises, the bypass time corresponding to the fuel amount increase rate is added to the bypass valve opening time, and a negative determination is made in step S5, and the bypass valve 21 is opened. As a result, the EGR gas passes through the bypass passage 10b, and the amount of heat per unit flow of the EGR gas returned to the intake system increases. Moreover, since the bypass time increases and the bypass valve 21 is opened for a longer time as the fuel amount increase rate increases, the increase in the amount of heat of the EGR gas caused by opening the bypass valve 21 increases as the fuel amount increase rate increases. To increase. Since the deviation ΔT of the intake air temperature generated during acceleration increases in the positive direction as the rate of increase of the fuel amount increases, according to the processing of FIG. 3, the deviation ΔT expected to be generated is canceled by the increase or decrease in the opening time of the bypass valve 21. The influence of the deviation of the intake air temperature during acceleration from the reference value on the control of the internal combustion engine 1 is eliminated or suppressed.
[0026]
On the other hand, in the process of FIG. 4, the ECU 16 first specifies the rate of decrease in the fuel amount in step S11. In a succeeding step S12, a bypass prohibition time corresponding to the current fuel amount reduction rate is acquired from a bypass prohibition time map describing a correspondence relationship between the fuel reduction rate and a time (bypass prohibition time) for closing the bypass valve 21. This map is obtained experimentally in advance and stored in the ROM of the ECU 16. As the fuel amount decrease rate increases, the deviation ΔT of the intake air temperature increases in the negative direction (that is, the actual intake air temperature deviates greatly from the reference value on the high temperature side). Therefore, in the map referred to in step S12, As the fuel amount decrease rate increases, the time for closing the bypass valve 21 increases. When the fuel increase rate is zero (that is, during non-acceleration), the bypass prohibition time is zero.
[0027]
After obtaining the bypass prohibition time in step S12, the bypass prohibition time is added to the bypass valve closing time in step S13. The bypass valve closing time specifies the timing at which the bypass valve 21 is closed according to a predetermined time axis. By adding the bypass inhibition time to the bypass valve closing time, the time at which the closing of the bypass valve 21 ends is specified. In the following step S14, the difference between the sum of the bypass valve closing time and the bypass prohibition time and the current time is acquired, and in the next step S15, it is determined whether or not the difference is zero. If it is zero, the flow proceeds to step S16, and the current time is substituted for the bypass valve closing time. If it is not zero, the flow proceeds to step S17, and the bypass valve 21 is closed. The current process ends by the process of step S16 or S17.
[0028]
According to the processing in FIG. 4, when the fuel amount decrease rate is zero, the bypass prohibition time becomes zero, and in step S15, the difference between the current time and the bypass valve closing time becomes zero, so that the processing in step S17 is not performed. , The bypass valve 21 is opened. When the deceleration is started and the fuel amount decrease rate rises, the bypass prohibition time corresponding to the fuel amount decrease rate is added to the bypass valve closing time, and a negative determination is made in step S15, and the bypass valve 21 is closed. As a result, the entire amount of the EGR gas passes through the cooling passage 10a, and the amount of heat per unit flow of the EGR gas returned to the intake system decreases to a minimum value. In addition, since the bypass prohibition time increases and the bypass valve 21 is closed for a longer time as the fuel amount decrease rate increases, the decrease in the amount of heat of the EGR gas caused by closing the bypass valve 21 increases the fuel amount decrease rate. Increase. Since the deviation ΔT of the intake air temperature generated at the time of deceleration increases in the negative direction as the fuel amount reduction rate increases, according to the processing of FIG. 4, the deviation ΔT expected to be generated is canceled out by increasing or decreasing the closing time of the bypass valve 21. The influence of the deviation of the intake air temperature during deceleration from the reference value on the control of the internal combustion engine 1 is eliminated or suppressed.
[0029]
In the above embodiment, the ECU 16 corresponds to the deviation specifying means, and the combination of the ECU 16 and the bypass valve 21 corresponds to the heat exchange amount control means.
[0030]
The present invention is not limited to the above embodiment, but may be implemented in various forms. For example, the heat exchange amount of the EGR gas is not limited to the control of the opening degree of the bypass valve 21, and may be adjusted by increasing or decreasing the cooling capacity of the EGR cooler 20 itself. For example, when the EGR cooler 20 performs heat exchange using the cooling water of the internal combustion engine 1, the cooling capacity of the EGR cooler 20 can be changed by operating the flow rate of the cooling water. The adjustment of the distribution rate of the EGR gas and the adjustment of the cooling capacity of the EGR cooler 20 may be used together to control the heat exchange amount of the EGR gas to a desired amount.
[0031]
The heat exchanger is not limited to the one that cools the EGR gas, and a heater that heats the EGR gas may be provided as a heat exchanger. The current value of the intake air temperature is not limited to the intake air temperature sensor 13 and may be specified based on various physical quantities correlated with the intake air temperature.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when a deviation actually occurs between the reference value and the current value of the intake air temperature, or when the occurrence of the deviation is expected, the heat exchanger in accordance with the deviation Since the heat exchange amount of the EGR gas is controlled, the heat amount of the EGR gas is increased or decreased so as to cancel the influence of the deviation of the intake air temperature from the reference value on the combustion temperature, and the combustion temperature is appropriately maintained. Can be suppressed from various effects on the control of the internal combustion engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a control device for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of an intake air temperature control model incorporated in the ECU of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of bypass valve opening control executed by the ECU of FIG. 1 during acceleration.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of a bypass valve opening control executed by the ECU of FIG. 1 during deceleration.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 internal combustion engine 6 cylinder 7 fuel injection valve 10 EGR passage 10a cooling passage (first passage)
10b Bypass passage (second passage)
13 intake air temperature sensor 16 ECU (deviation specifying means, heat exchange amount control means)
20 EGR cooler (heat exchanger)
21 Bypass valve (heat exchange amount control means)
