JP2004225605A - エンジンのｅｇｒ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】可変圧縮比機構を備えたエンジンで、減速時に圧縮比制御の応答遅れによる高ＥＧＲ率・低圧縮比となることを回避して良好な燃焼性能を維持する。
【解決手段】エンジン運転状態に基づいて目標圧縮比及び目標ＥＧＲ率の基本値を算出し（Ｓ１〜Ｓ３）、圧縮比を制御しつつ目標ＥＧＲ率の基本値をＥＧＲ率上限値で制限して最終的な目標ＥＧＲ率を算出し（Ｓ４〜Ｓ６）、該最終的に設定した目標ＥＧＲ率に基づいて目標ＥＧＲ弁開度を算出し、該開度となるようにＥＧＲ弁を制御する（Ｓ７，Ｓ８）。
【選択図】 図６
【解決手段】エンジン運転状態に基づいて目標圧縮比及び目標ＥＧＲ率の基本値を算出し（Ｓ１〜Ｓ３）、圧縮比を制御しつつ目標ＥＧＲ率の基本値をＥＧＲ率上限値で制限して最終的な目標ＥＧＲ率を算出し（Ｓ４〜Ｓ６）、該最終的に設定した目標ＥＧＲ率に基づいて目標ＥＧＲ弁開度を算出し、該開度となるようにＥＧＲ弁を制御する（Ｓ７，Ｓ８）。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を可変制御するエンジンにおいてＥＧＲ量を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なＥＧＲ制御として、エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を設定し、該目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲ弁開度を制御するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、エンジンは圧縮比を高くするほど燃料消費率が向上するが、高負荷運転時にノッキングが発生しやすくなる。そこで、圧縮比を可変とし得るエンジンにおいて、低負荷運転時に高圧縮比とし、高負荷運転時時に低圧縮比とすることによって、ノッキングを発生させずに燃料消費率を向上させようとしたものがある（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−０５３５１９公報
【特許文献２】
特開平７−２２９４３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第２の従来例のような可変圧縮比機構を備えたエンジンで第１の従来例のような一般的なＥＧＲ率制御を行った場合、以下のような問題が生じる可能性がある。
【０００６】
すなわち、問題が生じる状態としては、ＥＧＲ率が高く、圧縮比が低い状態が重なった場合がある。この場合、ＥＧＲ率が高いことによって燃焼速度が低下している上に、圧縮比が低いことによってさらに燃焼速度が減少するため、燃焼の安定性が悪くなる可能性がある。
【０００７】
通常、ＥＧＲ率と圧縮比の目標値の設定は、高負荷ではＥＧＲ率も圧縮比も低く設定され、低負荷ではその逆となる。よって、目標ＥＧＲ率と目標圧縮比を常に実現できるのであれば、上記のような状態は生じることはない。
【０００８】
しかしながら、実際は、それぞれに応答遅れが生じることから、例えば、図２に示すようにアクセル開度を減少させて高負荷から低負荷に移行する運転状態においてＥＧＲ率よりも圧縮比の応答が遅い場合、一時的に高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じる。このような場合に、前述のように燃焼の安定性が悪くなる可能性がある。この他、低負荷時でも高圧縮比とすることが好ましくない条件では低圧縮に維持する場合があり、この場合も高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じるから燃焼の安定性が悪くなる可能性がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じないようにＥＧＲ量を調整して制御することにより、燃焼性の悪化を抑制できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、エンジン運転状態と圧縮比可変機構によって制御される実圧縮比とに基づいてＥＧＲ量可変機構を制御する構成とした。
【００１１】
これにより、圧縮比可変機構で制御される圧縮比の遅れに生じたような場合でも、実圧縮比に基づいてＥＧＲ量可変機構の制御が調整されて実圧縮比に適合したＥＧＲ量に制御することができるので、高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じることなく燃焼性の悪化を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、可変圧縮比機構ともなる複リンク式ピストン−クランク機構を備えたエンジンの全体図である。
【００１３】
クランク軸３１は、複数のジャーナル部３２とクランクピン部３３とカウンタウエィト部３１ａとを備えており、エンジン本体となる図示しないシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部３２が回転自在に支持されている。前記クランクピン部３３は、ジャーナル部３２から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアーリンク３４が回転自在に連結されている。
【００１４】
前記ロアーリンク３４は、略Ｔ字形をなすもので、その本体３４ａとキャップ３４ｂとから分割可能に構成された略中央の連結孔に前記クランクピン部３３が嵌合している。
【００１５】
第１リンクとなるアッパーリンク３５は、下端側が連結ピン３６によりロアーリンク３４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン３７によりピストン３８に回動可能に連結されている。前記ピストン３８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ３９内を往復動する。
【００１６】
前記シリンダ３９の上部には、クランク軸３１の回転に同期して吸気ポート４４を開閉する吸気弁４３と、同じくクランク軸３１の回転に同期して排気ポート４６を開閉する排気弁４５と、が配置されている。
【００１７】
第３リンクとなる制御リンク４０は、上端側が連結ピン４１によりロアーリンク３４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸４２を介してエンジン本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸４２は、小径部４２ｂを中心として回転するようにエンジン本体に支持されており、この小径部４２ｂに対し偏心している大径部４２ａに、前記制御リンク４０下端部が回転可能に嵌合している。
【００１８】
前記小径部４２ｂは、圧縮比制御アクチュエータ４３によって回動位置が制御される。小径部４２ｂが回動すると小径部４２ｂに対して偏心している大径部４２ａの軸中心位置、特に、エンジン本体に対する相対位置が変化する。これにより、制御リンク４０の下端の揺動支持位置が変化する。そして、前記制御リンク４０の揺動支持位置が変化すると、ピストン３８の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン３８の位置が上下する（つまり図１のｙ座標が大きく）。これにより、エンジン圧縮比を変えることが可能となる。前記圧縮比制御アクチュエータ４３は、制御リンク４０から加わる反力に抗して、任意の回動位置で小径部４２ｂを保持することができるようになっている。圧縮比制御アクチュエータ４３としては、油圧ベーン式アクチュエータを用いる。
【００１９】
図２〜図４は、該圧縮比制御アクチュエータ４３を制御する油圧システムを示す。図において、圧縮比制御アクチュエータ４３は、ハウジング４３ａ内に前記小径部４２ｂに連結された駆動軸４３ｂ及び該駆動軸４３ｂに固定されてハウジング４３ａ内を容積可変なＡ室とＢ室とに仕切るベーン４３ｃが回動自由に収納される。一方、電動モータ１０１で駆動されるオイルポンプ１０２の吐出口が、逆止弁１０３，開閉弁１０４，方向切換弁１０５のポートｃに接続され、該方向切換弁１０５のポートｄが低圧側のオイルパン１０６に接続される。また、前記方向切換弁１０５のポートｅ，ｆが、それぞれ前記圧縮比制御アクチュエータ４３のポートａ，ｂに接続される。また、前記逆止弁１０３と開閉弁１０４との間から分岐するオイル通路にアキュームレータ１０７が接続され、開閉弁１０４と方向切換弁１０５との間から分岐するオイル通路がエンジンオイルギャラリーに接続される。
【００２０】
そして、図２の状態では前記開閉弁１０４が開、方向切換弁１０５が図示左端に制御され、オイルポンプ１０２から吐出された高圧油は、開閉弁１０４、方向切換弁１０５のポートｃ，ｅを介して前記圧縮比制御アクチュエータ４３のポートａからＡ室に供給され、Ｂ室内の油は、ポートｂから方向切換弁１０５のポートｆ，ｄを介してオイルパン１０６に戻される。これにより、Ａ室の容積が増大してベーン４３ｃと共に小径部４２ｂが図で時計回りに回動し、制御リンク４０の揺動支持位置が変化して低圧縮比に制御される。
【００２１】
一方、上記状態から図３に示すように、方向切換弁１０５を図示右端に切換制御すると、高圧油は、開閉弁１０４のポートｃ，ｆを介して前記圧縮比制御アクチュエータ４３のポートｂからＢ室に供給され、Ａ室内の油は、ポートａから方向切換弁１０５のポートｅ，ｄを介してオイルパン１０６に戻される。これにより、Ｂ室の容積が増大してベーン４３ｃと共に小径部４２ｂが図で反時計回りに回動し、制御リンク４０の揺動支持位置が変化して高圧縮比に制御される。高圧縮比側に保持する場合は、図４に示すように、方向切換弁１０５を図示中央に移動させると共に、開閉弁１０４を閉とする。
【００２２】
図１に戻って、このエンジンは、過給機としてターボ過給機５１を備えている。このターボ過給機５１は、排気通路５４に位置するタービン５２と吸気通路５５に位置するコンプレッサ５３とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン５２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁５６を備えている。
【００２３】
また、前記コンプレッサ５３下流の吸気通路５５にＥＧＲ量を可変制御するスロットル弁５７を備え、該スロットル弁５７がステップモータなどのスロットルアクチュエータ５８により駆動される。
【００２４】
また、前記排気通路５４のエンジン本体とタービン５２との間から分岐してスロットル弁５７下流の吸気通路５５に接続するＥＧＲ通路５９と、該ＥＧＲ通路５９に介装されたＥＧＲ弁６０とが設けられている。
【００２５】
前記ＥＧＲ弁６０は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち、エンジン本体に吸入されるＥＧＲ量を制御する。
【００２６】
エンジン運転状態を検出するセンサ類として、ドライバにより操作されるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ６１、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ６２、スロットル弁５７上流の過給圧を検出する過給圧センサ６３、実圧縮比を検出する圧縮比センサ６４、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ６５、ノッキングを検出するノッキングセンサ６６、吸入新気量を検出するエアフローメータ６７が設けられ、これらセンサ類からの検出信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６８に入力される。
【００２７】
かかる構成のエンジンにおいて、前記ＥＣＵ６８は、各種エンジン制御（燃料噴射制御、点火制御等）と共に、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御及びこれにより制御される実圧縮比に応じた前記ＥＧＲ弁６０の開度制御を以下のように実行する。
【００２８】
図５は、前記ＥＧＲ弁制御の制御ブロック、図６はメインフローを示す。
図６において、ステップ１では、エンジン運転状態、例えばエンジン負荷を代表するアクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて、図７に示したマップにより目標圧縮比を設定する。具体的には、アクセル開度（エンジン負荷）が大きくなるほどノッキング発生傾向が増大するのでノッキング抑制のため圧縮比を小さくするが、高回転領域では充填効率が低下するので少し圧縮比を大きめに設定する。
【００２９】
ステップ２では、設定された目標圧縮比となるように前記可変圧縮比機構を駆動する。
ステップ３では、エンジン運転状態、例えば目標圧縮比設定の場合と同様に、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて、図８に示したマップにより目標ＥＧＲ率の基本値を設定する。
【００３０】
ステップ４では、前記圧縮比センサ６４によって検出された実圧縮比を読み込む。
ステップ５では、実圧縮比に基づいて、図９に示す特性マップによりＥＧＲ率上限値を設定する。具体的には、圧縮比が大きいときは燃焼速度が増大するのでＥＧＲ率上限値を高くすることが可能であるが、圧縮比が小さくなるほど燃焼速度が減少しＥＧＲ率が大きいと燃焼速度の減少が助長されて燃焼性が悪化するので、ＥＧＲ率上限値が小さい値に設定される。
【００３１】
ステップ６では、前記目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅとＥＧＲ率上限値ＥＧＲｌｍｔとのうち、小さい方を最終的に目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲとして設定する。つまり、目標ＥＧＲ率の基本値の上限を制限して最終的な目標ＥＧＲ率とする。
【００３２】
ステップ７では、前記最終的に設定した目標ＥＧＲ率に基づいて目標ＥＧＲ弁開度を算出する。具体的な目標ＥＧＲ弁開度の算出ルーチンを、図１０のフローチャートに従って説明する。
【００３３】
ステップ１１では、エアフローメータ６７により吸入新気量Ｑａを検出する。
ステップ１２では、前記吸入新気量Ｑａと目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲとに基づいて、次式により目標ＥＧＲ量ｔＱｅｇｒを算出する。
【００３４】
ｔＱｅｇｒ＝Ｑａ×ｔＥＧＲ／１００
ステップ１３では、ＥＧＲ弁６０の前後差圧を検出する。これは、圧力センサを用いて検出すると高精度に検出できるが、エンジン運転状態に応じて推定して求めることもできる。
【００３５】
ステップ１４では、前記目標ＥＧＲ量とＥＧＲ弁６０の前後差圧とに基づいて図該目標ＥＧＲ量を得られる目標ＥＧＲ弁開度を図１１に示した特性マップから算出する。
【００３６】
図６に戻って、ステップ８では、上記にようにして算出された目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁６０を操作する。
図１２は、上記第１実施形態の減速時における動作を示す。アクセル開度の減少に追従して増大する目標ＥＧＲ率の基本値に対し、ＥＧＲ率上限値で制限して設定された最終的な目標ＥＧＲ率によって、目標ＥＧＲ弁開度の増大が制限される。これにより、ＥＧＲ量の増大に遅れが与えられて目標圧縮比に対して遅れが大きい実圧縮比の減少と良好にマッチングして高ＥＧＲ率・低圧縮比となることを回避でき良好な燃焼性を維持することができる。
【００３７】
次に、第２の実施形態を説明する。図１３は制御ブロック、図１４はメインフローを示し、ステップ１〜ステップ４までは第１の実施形態と同様である。
ステップ５’では、実圧縮比に基づいて、図１５に示す特性マップにより、目標ＥＧＲ率の基本値に乗じられるＥＧＲ率補正ゲインを設定する。具体的には、前記上限値で制限するのと同様の考え方で、圧縮比が小さくなるほど目標ＥＧＲ率の減少補正量を大きくするように、ＥＧＲ率補正ゲインを小さい値に設定される。
【００３８】
ステップ６’では、目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅに前記ＥＧＲ率補正ゲインＧｅｇｒを乗じて最終的に目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ（＝ｔＥＧＲｂａｓｅ×Ｇｅｇｒ）を算出する。
【００３９】
ステップ７，８では、第１の実施形態と同様に、最終的に設定された目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲに基づいて目標ＥＧＲ量が得られるように目標ＥＧＲ弁開度を算出し、該目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁６０を操作する。
【００４０】
次に、第３の実施形態を説明する。図１６は制御ブロック、図１７はメインフローを示し、ステップ１〜ステップ５までは第１の実施形態と同様である。
ステップ６１では、ステップ６と同様に前記目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅとＥＧＲ率上限値ＥＧＲｌｍｔとのうち、小さい方を選択するが、最終的ではなく第２の目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ２として設定する。
【００４１】
ステップ６２では、前記第２の目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ２に対し、次式のようにＥＧＲ率制御の遅れを考慮して位相進み処理を行って最終的な目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲを算出する。
【００４２】
τｅｇｒ：ＥＧＲ率制御応答遅れ時定数
τａ：進み補償時定数
Δｔ：サンプリング時間
ｚ−１：１演算遅れを表す演算子
以下、ステップ７，８で、第１，第２の実施形態と同様に、最終的に設定された目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲに基づいて目標ＥＧＲ量が得られるように目標ＥＧＲ弁開度を算出し、該目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁６０を操作する。
【００４３】
次に、上記第３の実施形態と同様の考えを、第２の実施形態に適用した第４の実施形態を図１８は制御ブロック、図１９はメインフローを示す。すなわち、ステップ１〜ステップ５’までは第２の実施形態と同様であり、目標ＥＧＲ率の基本値にＥＧＲ率補正ゲインを乗じて算出した第２の目標ＥＧＲ率を、ステップ６１以降で第３の実施形態と同様に位相進み処理を行って最終的に目標ＥＧＲ率を設定し、目標ＥＧＲ量，目標ＥＧＲ弁開度を順次算出してＥＧＲ弁６０を操作する。
【００４４】
位相進み処理を行なわない第１，第２の実施形態では、ＥＧＲ率制御の応答遅れにより実際のＥＧＲ量が必要以上に制限されてしまうことがあるが、第３，第４の実施形態では、位相進み処理を行って最終的な目標ＥＧＲ率を算出する構成とすることで、過度にＥＧＲ率を制限することがなくなり、排気浄化などの要求から定まる本来実現させたい値である基本値に、実値をより近づけることができる。
【００４５】
次に、第５の実施形態を説明する。図２０は制御ブロック、図２１はメインフローを示す。ステップ１〜ステップ４までは第１の実施形態と同様である。
ステップ１０１では、ステップ１で設定した目標圧縮比ｔεとステップ４で検出した実圧縮比εとの偏差Δε（＝ｔε−ε）を算出する。
【００４６】
ステップ１０２では、前記圧縮比偏差Δεに基づいて、図２２に示す特性マップにより、目標ＥＧＲ率を動的に補正するための時定数τを設定する。ここで、前記時定数τは、前記圧縮比偏差Δεが正の値で大きいほど大きい値に設定されている。
【００４７】
ステップ１０３では、前記ステップ３で設定した目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅに対し、前記時定数τを用いて次式のように動的な補正を行って最終的な目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲを算出する。
【００４８】
このようにすれば、正の圧縮比偏差Δεが大きいほど時定数τが大きい値に設定されることによって、上記各実施形態と同様に圧縮比の応答遅れによる高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態となることを回避して良好な燃焼性を維持でき、かつ、実際の圧縮比の応答遅れの状態を監視しつつ目標ＥＧＲ率を補正するのでより高精度なＥＧＲ率制御を行って、排気浄化性能も可及的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＥＧＲ制御装置を備えたエンジンのシステム構成図。
【図２】同上装置の圧縮比可変機構により低圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図３】同じく高圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図４】同じく高圧縮比に維持するときの動作を示す図。
【図５】第１の実施形態の制御ブロック図。
【図６】同じくメインフローを示す図。
【図７】同じく目標圧縮比の設定マップ。
【図８】同じく目標ＥＧＲ率の設定マップ。
【図９】同じくＥＧＲ率上限値の設定マップ。
【図１０】同じくＥＧＲ弁開度を設定するサブフローを示す図。
【図１１】同じくＥＧＲ弁開度の設定マップ。
【図１２】同じく第１の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【図１３】同じく要求負荷とエンジン回転速度とに基づいて目標ＥＧＲ率を求めるための特性マップ。
【図１４】第２の実施形態の制御ブロック図。
【図１５】同じくＥＧＲ率補正ゲインの設定マップ。
【図１６】第３の実施形態の制御ブロック図。
【図１７】同じくメインフローを示す図。
【図１８】第４の実施形態の制御ブロック図。
【図１９】同じくメインフローを示す図。
【図２０】第５の実施形態の制御ブロック図。
【図２１】同じくメインフローを示す図。
【図２２】同じくＥＧＲ率補正時定数の設定マップ。
【符号の説明】
３１…クランク軸 ３４…ロアーリンク ３５…アッパーリンク ３８…ピストン ４０…制御リンク ４２…制御軸 ４３…圧縮比制御アクチュエータ ５１…ターボ過給機 ５７…スロットル弁 ５８…スロットルアクチュエータ ５９…ＥＧＲ通路 ６０…ＥＧＲ弁 ６１…アクセル開度センサ ６２…回転速度センサ ６３…過給圧センサ ６４…圧縮比センサ ６７…エアフローメータ ６８…ＥＣＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を可変制御するエンジンにおいてＥＧＲ量を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なＥＧＲ制御として、エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を設定し、該目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲ弁開度を制御するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、エンジンは圧縮比を高くするほど燃料消費率が向上するが、高負荷運転時にノッキングが発生しやすくなる。そこで、圧縮比を可変とし得るエンジンにおいて、低負荷運転時に高圧縮比とし、高負荷運転時時に低圧縮比とすることによって、ノッキングを発生させずに燃料消費率を向上させようとしたものがある（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−０５３５１９公報
【特許文献２】
特開平７−２２９４３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第２の従来例のような可変圧縮比機構を備えたエンジンで第１の従来例のような一般的なＥＧＲ率制御を行った場合、以下のような問題が生じる可能性がある。
【０００６】
すなわち、問題が生じる状態としては、ＥＧＲ率が高く、圧縮比が低い状態が重なった場合がある。この場合、ＥＧＲ率が高いことによって燃焼速度が低下している上に、圧縮比が低いことによってさらに燃焼速度が減少するため、燃焼の安定性が悪くなる可能性がある。
【０００７】
通常、ＥＧＲ率と圧縮比の目標値の設定は、高負荷ではＥＧＲ率も圧縮比も低く設定され、低負荷ではその逆となる。よって、目標ＥＧＲ率と目標圧縮比を常に実現できるのであれば、上記のような状態は生じることはない。
【０００８】
しかしながら、実際は、それぞれに応答遅れが生じることから、例えば、図２に示すようにアクセル開度を減少させて高負荷から低負荷に移行する運転状態においてＥＧＲ率よりも圧縮比の応答が遅い場合、一時的に高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じる。このような場合に、前述のように燃焼の安定性が悪くなる可能性がある。この他、低負荷時でも高圧縮比とすることが好ましくない条件では低圧縮に維持する場合があり、この場合も高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じるから燃焼の安定性が悪くなる可能性がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じないようにＥＧＲ量を調整して制御することにより、燃焼性の悪化を抑制できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、エンジン運転状態と圧縮比可変機構によって制御される実圧縮比とに基づいてＥＧＲ量可変機構を制御する構成とした。
【００１１】
これにより、圧縮比可変機構で制御される圧縮比の遅れに生じたような場合でも、実圧縮比に基づいてＥＧＲ量可変機構の制御が調整されて実圧縮比に適合したＥＧＲ量に制御することができるので、高ＥＧＲ率・低圧縮比の状態が生じることなく燃焼性の悪化を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、可変圧縮比機構ともなる複リンク式ピストン−クランク機構を備えたエンジンの全体図である。
【００１３】
クランク軸３１は、複数のジャーナル部３２とクランクピン部３３とカウンタウエィト部３１ａとを備えており、エンジン本体となる図示しないシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部３２が回転自在に支持されている。前記クランクピン部３３は、ジャーナル部３２から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアーリンク３４が回転自在に連結されている。
【００１４】
前記ロアーリンク３４は、略Ｔ字形をなすもので、その本体３４ａとキャップ３４ｂとから分割可能に構成された略中央の連結孔に前記クランクピン部３３が嵌合している。
【００１５】
第１リンクとなるアッパーリンク３５は、下端側が連結ピン３６によりロアーリンク３４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン３７によりピストン３８に回動可能に連結されている。前記ピストン３８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ３９内を往復動する。
【００１６】
前記シリンダ３９の上部には、クランク軸３１の回転に同期して吸気ポート４４を開閉する吸気弁４３と、同じくクランク軸３１の回転に同期して排気ポート４６を開閉する排気弁４５と、が配置されている。
【００１７】
第３リンクとなる制御リンク４０は、上端側が連結ピン４１によりロアーリンク３４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸４２を介してエンジン本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸４２は、小径部４２ｂを中心として回転するようにエンジン本体に支持されており、この小径部４２ｂに対し偏心している大径部４２ａに、前記制御リンク４０下端部が回転可能に嵌合している。
【００１８】
前記小径部４２ｂは、圧縮比制御アクチュエータ４３によって回動位置が制御される。小径部４２ｂが回動すると小径部４２ｂに対して偏心している大径部４２ａの軸中心位置、特に、エンジン本体に対する相対位置が変化する。これにより、制御リンク４０の下端の揺動支持位置が変化する。そして、前記制御リンク４０の揺動支持位置が変化すると、ピストン３８の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン３８の位置が上下する（つまり図１のｙ座標が大きく）。これにより、エンジン圧縮比を変えることが可能となる。前記圧縮比制御アクチュエータ４３は、制御リンク４０から加わる反力に抗して、任意の回動位置で小径部４２ｂを保持することができるようになっている。圧縮比制御アクチュエータ４３としては、油圧ベーン式アクチュエータを用いる。
【００１９】
図２〜図４は、該圧縮比制御アクチュエータ４３を制御する油圧システムを示す。図において、圧縮比制御アクチュエータ４３は、ハウジング４３ａ内に前記小径部４２ｂに連結された駆動軸４３ｂ及び該駆動軸４３ｂに固定されてハウジング４３ａ内を容積可変なＡ室とＢ室とに仕切るベーン４３ｃが回動自由に収納される。一方、電動モータ１０１で駆動されるオイルポンプ１０２の吐出口が、逆止弁１０３，開閉弁１０４，方向切換弁１０５のポートｃに接続され、該方向切換弁１０５のポートｄが低圧側のオイルパン１０６に接続される。また、前記方向切換弁１０５のポートｅ，ｆが、それぞれ前記圧縮比制御アクチュエータ４３のポートａ，ｂに接続される。また、前記逆止弁１０３と開閉弁１０４との間から分岐するオイル通路にアキュームレータ１０７が接続され、開閉弁１０４と方向切換弁１０５との間から分岐するオイル通路がエンジンオイルギャラリーに接続される。
【００２０】
そして、図２の状態では前記開閉弁１０４が開、方向切換弁１０５が図示左端に制御され、オイルポンプ１０２から吐出された高圧油は、開閉弁１０４、方向切換弁１０５のポートｃ，ｅを介して前記圧縮比制御アクチュエータ４３のポートａからＡ室に供給され、Ｂ室内の油は、ポートｂから方向切換弁１０５のポートｆ，ｄを介してオイルパン１０６に戻される。これにより、Ａ室の容積が増大してベーン４３ｃと共に小径部４２ｂが図で時計回りに回動し、制御リンク４０の揺動支持位置が変化して低圧縮比に制御される。
【００２１】
一方、上記状態から図３に示すように、方向切換弁１０５を図示右端に切換制御すると、高圧油は、開閉弁１０４のポートｃ，ｆを介して前記圧縮比制御アクチュエータ４３のポートｂからＢ室に供給され、Ａ室内の油は、ポートａから方向切換弁１０５のポートｅ，ｄを介してオイルパン１０６に戻される。これにより、Ｂ室の容積が増大してベーン４３ｃと共に小径部４２ｂが図で反時計回りに回動し、制御リンク４０の揺動支持位置が変化して高圧縮比に制御される。高圧縮比側に保持する場合は、図４に示すように、方向切換弁１０５を図示中央に移動させると共に、開閉弁１０４を閉とする。
【００２２】
図１に戻って、このエンジンは、過給機としてターボ過給機５１を備えている。このターボ過給機５１は、排気通路５４に位置するタービン５２と吸気通路５５に位置するコンプレッサ５３とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン５２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁５６を備えている。
【００２３】
また、前記コンプレッサ５３下流の吸気通路５５にＥＧＲ量を可変制御するスロットル弁５７を備え、該スロットル弁５７がステップモータなどのスロットルアクチュエータ５８により駆動される。
【００２４】
また、前記排気通路５４のエンジン本体とタービン５２との間から分岐してスロットル弁５７下流の吸気通路５５に接続するＥＧＲ通路５９と、該ＥＧＲ通路５９に介装されたＥＧＲ弁６０とが設けられている。
【００２５】
前記ＥＧＲ弁６０は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち、エンジン本体に吸入されるＥＧＲ量を制御する。
【００２６】
エンジン運転状態を検出するセンサ類として、ドライバにより操作されるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ６１、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ６２、スロットル弁５７上流の過給圧を検出する過給圧センサ６３、実圧縮比を検出する圧縮比センサ６４、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ６５、ノッキングを検出するノッキングセンサ６６、吸入新気量を検出するエアフローメータ６７が設けられ、これらセンサ類からの検出信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６８に入力される。
【００２７】
かかる構成のエンジンにおいて、前記ＥＣＵ６８は、各種エンジン制御（燃料噴射制御、点火制御等）と共に、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御及びこれにより制御される実圧縮比に応じた前記ＥＧＲ弁６０の開度制御を以下のように実行する。
【００２８】
図５は、前記ＥＧＲ弁制御の制御ブロック、図６はメインフローを示す。
図６において、ステップ１では、エンジン運転状態、例えばエンジン負荷を代表するアクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて、図７に示したマップにより目標圧縮比を設定する。具体的には、アクセル開度（エンジン負荷）が大きくなるほどノッキング発生傾向が増大するのでノッキング抑制のため圧縮比を小さくするが、高回転領域では充填効率が低下するので少し圧縮比を大きめに設定する。
【００２９】
ステップ２では、設定された目標圧縮比となるように前記可変圧縮比機構を駆動する。
ステップ３では、エンジン運転状態、例えば目標圧縮比設定の場合と同様に、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて、図８に示したマップにより目標ＥＧＲ率の基本値を設定する。
【００３０】
ステップ４では、前記圧縮比センサ６４によって検出された実圧縮比を読み込む。
ステップ５では、実圧縮比に基づいて、図９に示す特性マップによりＥＧＲ率上限値を設定する。具体的には、圧縮比が大きいときは燃焼速度が増大するのでＥＧＲ率上限値を高くすることが可能であるが、圧縮比が小さくなるほど燃焼速度が減少しＥＧＲ率が大きいと燃焼速度の減少が助長されて燃焼性が悪化するので、ＥＧＲ率上限値が小さい値に設定される。
【００３１】
ステップ６では、前記目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅとＥＧＲ率上限値ＥＧＲｌｍｔとのうち、小さい方を最終的に目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲとして設定する。つまり、目標ＥＧＲ率の基本値の上限を制限して最終的な目標ＥＧＲ率とする。
【００３２】
ステップ７では、前記最終的に設定した目標ＥＧＲ率に基づいて目標ＥＧＲ弁開度を算出する。具体的な目標ＥＧＲ弁開度の算出ルーチンを、図１０のフローチャートに従って説明する。
【００３３】
ステップ１１では、エアフローメータ６７により吸入新気量Ｑａを検出する。
ステップ１２では、前記吸入新気量Ｑａと目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲとに基づいて、次式により目標ＥＧＲ量ｔＱｅｇｒを算出する。
【００３４】
ｔＱｅｇｒ＝Ｑａ×ｔＥＧＲ／１００
ステップ１３では、ＥＧＲ弁６０の前後差圧を検出する。これは、圧力センサを用いて検出すると高精度に検出できるが、エンジン運転状態に応じて推定して求めることもできる。
【００３５】
ステップ１４では、前記目標ＥＧＲ量とＥＧＲ弁６０の前後差圧とに基づいて図該目標ＥＧＲ量を得られる目標ＥＧＲ弁開度を図１１に示した特性マップから算出する。
【００３６】
図６に戻って、ステップ８では、上記にようにして算出された目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁６０を操作する。
図１２は、上記第１実施形態の減速時における動作を示す。アクセル開度の減少に追従して増大する目標ＥＧＲ率の基本値に対し、ＥＧＲ率上限値で制限して設定された最終的な目標ＥＧＲ率によって、目標ＥＧＲ弁開度の増大が制限される。これにより、ＥＧＲ量の増大に遅れが与えられて目標圧縮比に対して遅れが大きい実圧縮比の減少と良好にマッチングして高ＥＧＲ率・低圧縮比となることを回避でき良好な燃焼性を維持することができる。
【００３７】
次に、第２の実施形態を説明する。図１３は制御ブロック、図１４はメインフローを示し、ステップ１〜ステップ４までは第１の実施形態と同様である。
ステップ５’では、実圧縮比に基づいて、図１５に示す特性マップにより、目標ＥＧＲ率の基本値に乗じられるＥＧＲ率補正ゲインを設定する。具体的には、前記上限値で制限するのと同様の考え方で、圧縮比が小さくなるほど目標ＥＧＲ率の減少補正量を大きくするように、ＥＧＲ率補正ゲインを小さい値に設定される。
【００３８】
ステップ６’では、目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅに前記ＥＧＲ率補正ゲインＧｅｇｒを乗じて最終的に目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ（＝ｔＥＧＲｂａｓｅ×Ｇｅｇｒ）を算出する。
【００３９】
ステップ７，８では、第１の実施形態と同様に、最終的に設定された目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲに基づいて目標ＥＧＲ量が得られるように目標ＥＧＲ弁開度を算出し、該目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁６０を操作する。
【００４０】
次に、第３の実施形態を説明する。図１６は制御ブロック、図１７はメインフローを示し、ステップ１〜ステップ５までは第１の実施形態と同様である。
ステップ６１では、ステップ６と同様に前記目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅとＥＧＲ率上限値ＥＧＲｌｍｔとのうち、小さい方を選択するが、最終的ではなく第２の目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ２として設定する。
【００４１】
ステップ６２では、前記第２の目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲ２に対し、次式のようにＥＧＲ率制御の遅れを考慮して位相進み処理を行って最終的な目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲを算出する。
【００４２】
τａ：進み補償時定数
Δｔ：サンプリング時間
ｚ−１：１演算遅れを表す演算子
以下、ステップ７，８で、第１，第２の実施形態と同様に、最終的に設定された目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲに基づいて目標ＥＧＲ量が得られるように目標ＥＧＲ弁開度を算出し、該目標ＥＧＲ弁開度となるようにＥＧＲ弁６０を操作する。
【００４３】
次に、上記第３の実施形態と同様の考えを、第２の実施形態に適用した第４の実施形態を図１８は制御ブロック、図１９はメインフローを示す。すなわち、ステップ１〜ステップ５’までは第２の実施形態と同様であり、目標ＥＧＲ率の基本値にＥＧＲ率補正ゲインを乗じて算出した第２の目標ＥＧＲ率を、ステップ６１以降で第３の実施形態と同様に位相進み処理を行って最終的に目標ＥＧＲ率を設定し、目標ＥＧＲ量，目標ＥＧＲ弁開度を順次算出してＥＧＲ弁６０を操作する。
【００４４】
位相進み処理を行なわない第１，第２の実施形態では、ＥＧＲ率制御の応答遅れにより実際のＥＧＲ量が必要以上に制限されてしまうことがあるが、第３，第４の実施形態では、位相進み処理を行って最終的な目標ＥＧＲ率を算出する構成とすることで、過度にＥＧＲ率を制限することがなくなり、排気浄化などの要求から定まる本来実現させたい値である基本値に、実値をより近づけることができる。
【００４５】
次に、第５の実施形態を説明する。図２０は制御ブロック、図２１はメインフローを示す。ステップ１〜ステップ４までは第１の実施形態と同様である。
ステップ１０１では、ステップ１で設定した目標圧縮比ｔεとステップ４で検出した実圧縮比εとの偏差Δε（＝ｔε−ε）を算出する。
【００４６】
ステップ１０２では、前記圧縮比偏差Δεに基づいて、図２２に示す特性マップにより、目標ＥＧＲ率を動的に補正するための時定数τを設定する。ここで、前記時定数τは、前記圧縮比偏差Δεが正の値で大きいほど大きい値に設定されている。
【００４７】
ステップ１０３では、前記ステップ３で設定した目標ＥＧＲ率の基本値ｔＥＧＲｂａｓｅに対し、前記時定数τを用いて次式のように動的な補正を行って最終的な目標ＥＧＲ率ｔＥＧＲを算出する。
【００４８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＥＧＲ制御装置を備えたエンジンのシステム構成図。
【図２】同上装置の圧縮比可変機構により低圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図３】同じく高圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図４】同じく高圧縮比に維持するときの動作を示す図。
【図５】第１の実施形態の制御ブロック図。
【図６】同じくメインフローを示す図。
【図７】同じく目標圧縮比の設定マップ。
【図８】同じく目標ＥＧＲ率の設定マップ。
【図９】同じくＥＧＲ率上限値の設定マップ。
【図１０】同じくＥＧＲ弁開度を設定するサブフローを示す図。
【図１１】同じくＥＧＲ弁開度の設定マップ。
【図１２】同じく第１の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【図１３】同じく要求負荷とエンジン回転速度とに基づいて目標ＥＧＲ率を求めるための特性マップ。
【図１４】第２の実施形態の制御ブロック図。
【図１５】同じくＥＧＲ率補正ゲインの設定マップ。
【図１６】第３の実施形態の制御ブロック図。
【図１７】同じくメインフローを示す図。
【図１８】第４の実施形態の制御ブロック図。
【図１９】同じくメインフローを示す図。
【図２０】第５の実施形態の制御ブロック図。
【図２１】同じくメインフローを示す図。
【図２２】同じくＥＧＲ率補正時定数の設定マップ。
【符号の説明】
３１…クランク軸 ３４…ロアーリンク ３５…アッパーリンク ３８…ピストン ４０…制御リンク ４２…制御軸 ４３…圧縮比制御アクチュエータ ５１…ターボ過給機 ５７…スロットル弁 ５８…スロットルアクチュエータ ５９…ＥＧＲ通路 ６０…ＥＧＲ弁 ６１…アクセル開度センサ ６２…回転速度センサ ６３…過給圧センサ ６４…圧縮比センサ ６７…エアフローメータ ６８…ＥＣＵ
Claims (7)
- ＥＧＲ量を可変とするＥＧＲ量可変機構と、圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備えたエンジンのＥＧＲ制御装置であって、
エンジン運転状態と前記圧縮比可変機構によって制御される実圧縮比とに基づいて前記ＥＧＲ量可変機構を制御することを特徴とするエンジンのＥＧＲ制御装置。 - 前記圧縮比可変機構により圧縮比をエンジン運転状態に基づいて制御しつつ、エンジン運転状態に基づいて設定した目標ＥＧＲ率の基本値を、実圧縮比に基づいて設定したＥＧＲ率上限値により制限して最終的に目標ＥＧＲ率を設定し、該最終的に設定された目標ＥＧＲ率を満たすように前記ＥＧＲ量可変機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
- 前記圧縮比可変機構により圧縮比をエンジン運転状態に基づいて制御しつつ、エンジン運転状態に基づいて設定した目標ＥＧＲ率の基本値を、実圧縮比に基づいて設定したＥＧＲ率上限値により制限して第２の目標ＥＧＲ率を設定し、該第２の目標ＥＧＲ率に対してＥＧＲ制御の応答遅れに基づく位相進み処理を行って最終的に目標ＥＧＲ率を設定し、該最終的に設定された目標ＥＧＲ率を満たすように前記ＥＧＲ量可変機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
- 前記圧縮比可変機構により圧縮比をエンジン運転状態に基づいて制御しつつ、エンジン運転状態に基づいて設定した目標ＥＧＲ率の基本値を、実圧縮比に基づいて設定した補正ゲインにより補正して最終的に目標ＥＧＲ率を設定し、該最終的に設定された目標ＥＧＲ率を満たすように前記ＥＧＲ量可変機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
- 前記圧縮比可変機構により圧縮比をエンジン運転状態に基づいて制御しつつ、エンジン運転状態に基づいて設定した目標ＥＧＲ率の基本値を、実圧縮比に基づいて設定した補正ゲインにより補正して第２の目標ＥＧＲ率を設定し、該第２の目標ＥＧＲ率に対してＥＧＲ制御の応答遅れに基づく位相進み処理を行って最終的に目標ＥＧＲ率を設定し、該最終的に設定された目標ＥＧＲ率を満たすように前記ＥＧＲ量可変機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
- 前記圧縮比可変機構により圧縮比をエンジン運転状態に基づいて制御しつつ、エンジン運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率の基本値及び目標圧縮比を設定し、かつ、前記目標圧縮比に対する実圧縮比の偏差に基づいて目標ＥＧＲ率を動的に補正するための時定数を設定し、前記目標ＥＧＲ率の基本値を前記時定数により動的に補正して最終的に目標ＥＧＲ率を設定し、該最終的に設定された目標ＥＧＲ率を満たすように前記ＥＧＲ量可変機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
- 前記圧縮比可変機構は、
一端がピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、
前記アッパリンクの他端が第１連結ピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、
このロアリンクに第２連結ピンを介して一端が連結されるとともに、他端がエンジン本体に対して揺動可能に支持されるコントロールリンクと、
圧縮比の変更時に、前記コントロールリンクの他端の位置をエンジン本体に対して変位させる支持位置可変手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの吸気制御装置。
Priority Applications (1)
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Cited By (4)
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-
2003
- 2003-01-23 JP JP2003014286A patent/JP2004225605A/ja active Pending
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