JP2005226507A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次エア供給システムとＥＧＲシステムとを具備する内燃機関において、構成の簡素化とコスト低減を図る。
【解決手段】二次エア供給システムとして、排気管２４において触媒３１よりも上流側に二次エア配管３５が接続され、その二次エア配管３５の上流部には二次エアポンプ３６が設けられている。二次エア配管３５において二次エアポンプ３６の下流側には逆止弁３７と制御弁３８とが設けられている。一方、ＥＧＲシステムとして、二次エア配管３５において逆止弁３７と制御弁３８との間の部位と、サージタンク１６とを連通するＥＧＲ配管４１が設けられており、そのＥＧＲ配管４１にはＥＧＲ遮断弁４２が設けられている。二次エア配管３５とＥＧＲ配管４１とが排気管２４との接続部分において共用され、その共用部分に制御弁３８が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次エア供給システムとＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムとを具備する内燃機関の制御装置に関するものである。

近年では、排気規制が益々厳しくなる傾向にあり、排気エミッション改善のための各種技術が提案されている。具体的には、内燃機関の排気管には排気を清浄化するための触媒等の排気浄化装置が設けられており、この排気浄化装置の浄化効率を向上させる技術として、排気浄化装置の上流側に二次エアを供給する二次エア供給システムが知られている（例えば特許文献１参照）。また、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するための技術として、排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲシステムが知られている（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、内燃機関に二次エア供給システムやＥＧＲシステムを設けることで、構成の煩雑化やコストの上昇が生じてしまう。そのため、構成の煩雑化やコスト上昇を抑制できる技術が望まれている。
特開２００１−２６３０５０号公報 特許第２８３２４２３号公報

本発明は、二次エア供給システムとＥＧＲシステムとを具備する内燃機関において、構成の簡素化とコスト低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、内燃機関の排気通路に二次エアを供給する二次エア供給手段と、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段とを備えている。また特に、二次エア通路とＥＧＲ通路とを、少なくとも排気通路との接続部分において共用し、その共用部分に、通過ガス量を調整するための制御弁を設けている。従って、二次エア供給時及びＥＧＲ実行時には通路の共用部分を介してガスが流れ、その共用部分に設けた制御弁を用いて二次エア流量、ＥＧＲ流量がそれぞれ制御される。本構成によれば、二次エア供給手段とＥＧＲ手段とで通路の一部と制御弁とが共用できるため、構成の簡素化が可能となる。流量調整機能を持つ制御弁が１つで良いため、コスト低減を図ることもできる。かかる場合、二次エア供給が実行されるのは機関暖機時、ＥＧＲが実行されるのは機関暖機後であるため、これらが同時に実行されることはなく、上記の如く構成の一部を共用するとしても二次エア供給とＥＧＲとが好適に実施できる。

請求項２に記載の発明では、ＥＧＲ通路において二次エア通路より分岐し吸気通路に通じる部位に、該ＥＧＲ通路を開放又は閉鎖する開閉弁を設け、二次エア供給時に開閉弁を閉鎖するようにしている。これにより、二次エア供給時において二次エアが吸気通路側に流れ込むことが防止できる。この場合、ＥＧＲ流量は前記制御弁により調整されるため、開閉弁は少なくとも開閉機能を有する比較的単純なもので良く、コストアップが抑制できる。

請求項３に記載の発明では、二次エア通路においてＥＧＲ通路より分岐し二次エアポンプに通じる部位に、二次エアポンプ側へのガスの流れを阻止する逆止弁を設けたため、ＥＧＲ実行時において排気が二次エアポンプ側に流れ込む等の不都合が防止できる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１にはＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排気が排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２（リニアＡ／Ｆセンサ、Ｏ2センサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３４が取り付けられている。

また、エンジン１０には、排気管２４に二次エアを供給するための二次エア供給システムと、排気管２４を流れる排気の一部を吸気管１１に再循環させるためのＥＧＲシステムとが設けられている。二次エア供給システムとしては、排気管２４において触媒３１よりも上流側に二次エア配管３５が接続され、その二次エア配管３５の上流部には二次エアポンプ３６が設けられている。二次エアポンプ３６は例えばＤＣモータ等より構成され、図示しない車載バッテリからの給電を受けて作動する。また、二次エア配管３５において二次エアポンプ３６の下流側には、二次エアポンプ３６から排気管２４への二次エアの流れを許容しその逆向きの流れを阻止する逆止弁３７が設けられ、更に下流側には、二次エア流量を調整するための制御弁３８が設けられている。

一方、ＥＧＲシステムとしては、前記二次エア配管３５において逆止弁３７と制御弁３８との間の部位と、サージタンク１６とを連通するＥＧＲ配管４１が設けられており、そのＥＧＲ配管４１には当該ＥＧＲ配管４１を開放又は閉鎖状態とするＥＧＲ遮断弁４２が設けられている。この場合、排気管２４から吸気側への経路を見ると、二次エア配管３５の一部をＥＧＲ通路として共用している。かかる構成において、前記制御弁３８が共用部分に設けられており、ＥＧＲ実行時には制御弁３８によりＥＧＲ量が調整されるようになっている。なお、逆止弁３７によって二次エアポンプ３６側への排気の流れが阻止されるようになっている。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２５による点火時期を制御する。また、ＥＣＵ５０は、エンジン暖機時において、二次エアポンプ３６の作動及び制御弁３８の開度を制御することにより二次エア供給を実施する。更に、ＥＣＵ５０は、エンジン暖機後において制御弁３８の開度を制御することによりＥＧＲを実施する。ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ実行時のみＥＧＲ遮断弁４２を開放する。

次に、ＥＣＵ５０により実施される二次エア供給処理とＥＧＲ処理とについて説明する。図２は、二次エア供給処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ５０により実行される。

図２において、先ずステップＳ１０１では、二次エア供給の実行条件が成立しているか否かを判別する。例えば、エンジン始動時であり、且つ水温が所定温度域にある場合に実行条件が成立したとされる。実行条件が成立していれば、後続のステップＳ１０２に進み、実行条件が成立していなければ、そのまま本処理を終了する。

ステップＳ１０２では、ＥＧＲ遮断弁４２を閉鎖する。続くステップＳ１０３では、エンジン運転状態に基づいて目標二次エア流量を算出する。具体的には、その時のエンジン負荷（吸気管圧力又は吸入空気量）やエンジン回転数に基づいて目標二次エア流量を算出する。ステップＳ１０４では、前記算出した目標二次エア流量に応じて制御弁３８を作動させる。例えば、目標二次エア流量に応じて制御デューティ比を算出し、該デューティ比により制御弁３８の開度を制御する。ステップＳ１０５では、二次エアポンプ３６を作動させる。これにより二次エア供給が開始される。このとき、二次エア配管３５とＥＧＲ配管４１との共用部分を介して二次エアが排気管２４に流れ込む。他方、ＥＧＲ遮断弁４２が閉鎖されているため、二次エアが吸気側に流れ込むことはない。

その後、ステップＳ１０６では、触媒３１の暖機が完了したか否かを判別する。暖機完了前であれば、ステップＳ１０３に戻り、目標二次エア流量検出、制御弁作動等の処理を各々実施する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。そして、触媒３１の暖機が完了すると、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、二次エアポンプ３６を停止し、続くステップＳ１０８では、制御弁３８を閉鎖する。これにより二次エア供給が終了される。

なお、制御弁３８の作動に際し、二次エア配管３５内を流れる二次エア流量を算出し、該算出した二次エア流量が目標二次エア流量に一致するようフィードバック制御を実施しても良い。二次エア流量は、例えば、二次エア配管３５内の圧力を検出して該検出値に基づいて算出される。

次に、図３は、ＥＣＵ５０により実行されるＥＧＲ処理を示すフローチャートである。図３において、ステップＳ２０１では、ＥＧＲの実行条件が成立しているか否かを判別する。例えば、エンジン暖機後であってスロットル全閉状態でない場合に実行条件が成立したとされる。実行条件が成立していれば、後続のステップＳ２０２に進んでＥＧＲを実行する。また、実行条件が成立していなければ、ステップＳ２０５に進んでＥＧＲ遮断弁４２を閉鎖した後本処理を終了する。

ステップＳ２０２では、ＥＧＲ遮断弁４２を開放する。続くステップＳ２０３では、エンジン運転状態に基づいて目標ＥＧＲ流量を算出する。具体的には、その時のエンジン負荷（吸気管圧力又は吸入空気量）やスロットル開度等に基づいて目標ＥＧＲ流量を算出する。ステップＳ２０４では、前記算出した目標ＥＧＲ流量に応じて制御弁３８を作動させる。例えば、目標ＥＧＲ流量に応じて制御デューティ比を算出し、該デューティ比により制御弁３８の開度を制御する。このとき、二次エア配管３５とＥＧＲ配管４１との共用部分を経由して排気が吸気側に再循環される。

以上詳述した本実施の形態によれば、二次エア配管３５とＥＧＲ配管４１とを排気管２４との接続部分において共用し、その共用部分に制御弁３８を設ける構成としたため、構成の簡素化が可能となる。制御弁３８は流量調整機能を必要とするため高価となるが、制御弁３８が二次エア供給システムとＥＧＲシステムとで共用できるため、コスト低減を図ることもできる。かかる場合、二次エア供給が実行されるのはエンジン暖機時、ＥＧＲが実行されるのはエンジン暖機後であるため、これらが同時に実行されることはなく、上記の如く構成の一部を共用するとしても二次エア供給とＥＧＲとが好適に実施できる。

因みに、上記構成とは異なり、ＥＧＲシステムにおいては制御弁によりＥＧＲ流量を制御し、二次エア供給システムにおいては２次エアポンプの電圧等を変更して２次エア流量を制御する構成とすれば、必要となる制御弁が１つだけとなり、上記の如く制御弁を共用しなくてもよくなる。しかしながら、この構成では電圧制御用の制御回路等が必要となり、やはりコスト上昇を招くと考えられる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 二次エア供給処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関としてのエンジン、１１…吸気管、１６…サージタンク、２４…排気管、３５…二次エア配管、３６…二次エアポンプ、３７…逆止弁、３８…制御弁、４１…ＥＧＲ配管、４２…ＥＧＲ遮断弁。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に二次エアを供給する二次エア供給手段と、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段とを備え、前記二次エア供給手段において二次エア供給に用いる二次エア通路と、前記ＥＧＲ手段において排気の再循環に用いるＥＧＲ通路とを、少なくとも前記排気通路との接続部分において共用し、その共用部分に、通過ガス量を調整するための制御弁を設けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ＥＧＲ通路において前記二次エア通路より分岐し前記吸気通路に通じる部位に、該ＥＧＲ通路を開放又は閉鎖する開閉弁を設け、二次エア供給時に前記開閉弁を閉鎖する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記二次エア通路において前記ＥＧＲ通路より分岐し二次エアポンプに通じる部位に、二次エアポンプ側へのガスの流れを阻止する逆止弁を設けた請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。