JP2006170103A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比をフィードバック制御する所定のエンジン安定運転領域においてＥＧＲを実行する場合に，エンジンの回転変動を抑制する。
【解決手段】排気ガスの一部を吸気通路１１に還流するためのＥＧＲ通路２３に，ＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁２５が配設される。吸気通路１１には，ピストン３２の変位に応じて吸気通路１１に連なる容積が可変とされる可変容積部３１が形成される。所定のエンジン安定運転領域において，空燃比をフィードバック制御すると共にＥＧＲを実行するとき，エンジン回転変動が抑制されるように，ピストン３２の変位位置が変更制御される（吸気ボリュームの変更制御で，例えば回転変動が大きいほど吸気ボリュームが小さくなるように制御される）。ピストン３２の位置制御（吸気ボリューム制御）では十分に回転変動を抑制できないときは，ＥＧＲ量が低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は，エンジンに供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御すると共に，排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲを行うようにしたエンジンの制御装置に関するものである。

あらかじめ設定された所定のエンジン安定運転領域においては，エンジンに供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御することが多いが，この空燃比をフィードバック制御しているときでも，エンジンの回転変動を少なからず生じるということが知られている（特許文献１参照）。ただし，エンジンの回転変動を生じても，エンジン回転数の変化に対する吸気充・量変化は概ね逆位相の関係となるので，相互に打ち消し合って，トルクはほぼ一定値に収束するため，乗員が体感するほどの大きなトルク変動（振動）は生じないのが一般的である。すなわち，吸気通路にはかなりの吸気ボリューム（吸気通路容積）が存在するために，吸気の応答遅れが少なからず生じるが，上記のようにエンジン回転変動と吸気充・量変化とが相互に干渉しあって，乗員が不快に思うような大きなトルク変動を生じないというのが実情である。

一方，ポンピングロスを低減して燃費を向上させるために，排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲを実行することも多く行われており（特許文献２参照），排気ガスの吸気通路への還流量つまりＥＧＲ量を変更制御することも一般に行われている。

特開昭６４−０３６９４１号公報 特開２００３−２６９３０６号公報

ところで，空燃比のフィードバック制御が行われる所定のエンジン安定運転領域において，燃費向上等のためにさらにＥＧＲを合わせて実行することが考えられる。しかしながら，この場合，吸気通路への排気ガス還流によって吸気応答性が大きく悪化してしまい，所定のエンジン安定運転領域であっても，吸気充・量変化によってはエンジン回転変動を打ち消すことが難しくなるばかりでなく，むしろ回転変動を助長するような事態が発生（エンジン振動収束力が弱まって，いわゆるサージング現象が発生）してしまうという新たな問題を生じることがある，ということが判明した。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、空燃比をフィードバック制御する所定のエンジン安定運転領域においてＥＧＲを実行する場合に，エンジンの回転変動を抑制できるようにしたエンジンの制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
あらかじめ設定された所定のエンジン安定運転領域において，エンジンに供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と，
吸気通路に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段と，
吸気通路の吸気ボリュームを変更制御する吸気ボリューム制御手段と，
エンジンの回転変動を検出する回転変動検出手段と，
を備え，
前記所定のエンジン安定運転領域においてＥＧＲが実行されているとき，前記回転変動検出手段によって検出される回転変動を抑制するように，前記吸気ボリューム制御手段によって吸気ボリュームが変更制御される，
ようにしてある。上記解決手法によれば，吸気ボリュームを変更することにより，吸気応答性が変更されることになる。したがって，吸気ボリュームを変更して吸気応答性を変更することにより，エンジンの回転変動が抑制されることになる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。
前記吸気ボリューム制御手段は，前記回転変動検出手段によって検出される回転変動が大きいほど吸気ボリュームが小さくなるように制御する，ようにすることができる（請求項２対応）。この場合，通常は，エンジン回転変動が大きいほど吸気応答性が悪くなっている（遅れが強くなっている）ので，吸気ボリュームを小さくして吸気応答性を向上させることにより，エンジンの回転変動が抑制されることになる。

前記所定のエンジン安定運転領域は，少なくとも定常運転状態として設定されている，ようにすることができる（請求項３対応）。この場合，一般的に行われている定常運転状態での空燃比フィードバック制御のときに，ＥＧＲを実行したときのエンジンの回転変動を抑制することができる。

前記回転変動検出手段によって検出される回転変動が所定値よりも大きいときは，前記ＥＧＲ制御手段によってＥＧＲ量が低減される，ようにすることができる（請求項４対応）。この場合，ＥＧＲ量の減量分だけ吸気応答性が改善されて，吸気ボリュームの変更のみではエンジン回転変動を抑制することができないあるいは不十分な場合でも，エンジン回転変動を十分に抑制することが可能となる。なお，ＥＧＲ量の減量は，吸気充・効率向上となるため，吸気通路下流の負圧が増加して，吸気応答性が向上されることになる。

前記回転変動検出手段によって検出される回転変動が前記所定値よりも大きいときは，吸気ボリュームが該所定値に対応した所定の一定値に保持される，ようにすることができる（請求項５対応）。この場合，吸気応答性を十分に向上できる状態に吸気ボリュームを保持して，ＥＧＲ量の減量が極力少なくてすむようにする上で好ましいものとなる。

本発明によれば，ＥＧＲ実行に伴う吸気応答遅れを，吸気ボリュームの変更制御によって改善して，エンジン回転変動を抑制することができる。

図１において，１は，ガソリンエンジンで代表される往復動型の火花点火式エンジンで，２はエンジン本体，３は吸気ポート，４は排気ポート，５は吸気弁，６は排気弁，７は点火プラグ，８はピストンである。

吸気ポート３に連なる吸気通路１１には，上流側から下流側へ順次，エアクリーナ１２，スロットル弁１３，サージタンク１４，燃料噴射弁１５が配設されている。排気ポート４に連なる排気通路２１には，排気ガス浄化触媒２２が配設されている。

排気通路２１には，排気ガス浄化触媒２２の上流側においてＥＧＲ通路２３の上流側端が接続され，ＥＧＲ通路２３の下流側端は，前記サージタンク１４に接続されている。ＥＧＲ通路２３には，ＥＧＲクーラ２４が配設されると共に，ＥＧＲクーラ２４の下流側においてＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁２５が配設されている。

吸気通路１１には，サージタンク１４付近において，可変式の容積部３１が接続されている。すなわち，吸気通路１１に連通する容積部３内にピストン３２が摺動自在に配設されて，例えば電磁式のアクチュエータ３３によってピストン３２を駆動してその位置を変更することにより，容積部３１のうち吸気通路１１に連通する部分の容積が変更されるようになっている。なお，この容積部３１は，ＥＧＲ通路２３の吸気通路１１（サージタンク１４）への開口端よりも下流側に位置設定されている。

図１中Ｕは，マイクロコンピュータを利用して構成された制御ユニット（コントローラ）である。制御ユニットＵは，燃料噴射弁１５からの燃料噴射量制御（空燃比制御）と，ＥＧＲ弁２５の開度変更制御（ＥＧＲ量変更制御）と，アクチュエータ３３の駆動制御（容積部３の容積変更制御）とを行うようになっている。このような制御ユニットＵには，各種センサ４１〜４５からの信号が入力される。センサＳ４１は，車速を検出するものである。センサ４２は吸気量を検出するものである。センサ４３はエンジン回転数を検出するものである。センサ４４は，エンジン冷却水温を検出するものである。センサ４５は，排気ガスの空燃比を検出するものである。

なお，空燃比センサ４５は，空燃比フィードバック制御が，目標空燃比として理論空燃比のみとする場合は，理論空燃比のみを検出する形式（理論空燃比を境にしてオン，オフされるタイプ）のものが用いられ，目標空燃比として理論空燃比以外の空燃比をも設定する場合は，空燃比を幅広い範囲でもって連続可変式に検出できる形式のものが用いられる。

次に，図２のフローチャートを参照しつつ，制御ユニットＵの制御内容について説明するが，以下の説明でＰはステップを示す。まず，Ｐ１において，車速Ｓと，吸気量Ａと，エンジン回転数Ｎと，冷却水温Ｔとが読み込まれる。この後，Ｐ２〜Ｐ４の処理において，エンジンが所定のエンジン安定運転領域であるか否かが判別される。すなわち，Ｐ２においては，冷却水温が所定水温（例えば６０度Ｃ）以上であるか否かが判別される。このＰ２の判別でＹＥＳのときは，Ｐ３において，車速Ｓが所定車速（例えば３０ｋｍ／ｈ）以上であるか否かが判別される。このＰ３の判別でＹＥＳのときは，Ｐ４において，定常運転状態であるか否かが判別される。定常運転状態であるか否かは，例えば，吸気量Ａの変化量とエンジン回転数Ｎの変化量がそれぞれあらかじめ設定された所定値よりも小さいときに定常運転状態であると判定される。

上記Ｐ４の判別でＹＥＳのときは，所定のエンジン安定運転領域であり，このときは，後述する空燃比フィードバック制御が行われる他，ＥＧＲ制御，容積変更制御が行われる。また，前記Ｐ２〜Ｐ４のいずれかの判別でＮＯのときは，所定のエンジン安定運転領域ではないときであるとして，そのまま終了される（空燃比フィードバック制御なし）。

Ｐ４の判別でＹＥＳのとき，つまり所定のエンジン安定運転領域のときは，Ｐ５において，エンジンに供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御が行われる。すなわち，空燃比センサ４５で検出される実際の空燃比が目標空燃比となるように，燃料噴射弁１５から噴射される燃料量がフィードバック制御されることになる。Ｐ５の後，Ｐ６において，目標ＥＧＲ量ＥＴが，図４に示すようなマップを照合して決定される。実施形態では，目標ＥＧＲ量ＥＴは，エンジン回転数と負荷とをパラメータとして設定されて，中回転，中負荷の中心領域のときに目標ＥＧＲ量ＥＴが大きく，中心領域から離れるにしたがって目標ＥＧＲ量ＥＴが小さくなるように設定される（目標ＥＧＲ量ＥＴの変更は連続可変式あるいは段階式のいずれであってもよい）。この後，Ｐ７において，目標ＥＧＲ量ＥＴとなるようにＥＧＲ弁２５が駆動制御される。

上記Ｐ７の後は，Ｐ８において，エンジンの回転変動量が所定値よりも大きいか否かが判別される。なお，回転変動量は，回転数センサ４３で検出されるエンジン回転数の単位時間あたりの変動量をみることにより行われる。このＰ８の判別でＮＯのときは，回転変動量が比較的小さい状態であり，このときは，Ｐ９において，図３に示すマップに照合して，回転変動量に応じた吸気ボリュームＶｏｌ．が設定される。すなわち，吸気ボリュームＶｏｌ．は，回転変動量が大きくなるほど徐々に小さくなるように設定されて，回転変動量が所定値（Ｐ８の所定値と同じ）のときに吸気ボリュームＶｏｌ．が最小値とされる。Ｐ９の後は，Ｐ１０において，上記のように設定された吸気ボリュームＶｏｌ．となるように，アクチュエータ３３が駆動制御される。このような吸気ボリューム変更制御によって，ＥＧＲ実行に伴う吸気の応答遅れが改善されて，回転変動が抑制されることになる。

前記Ｐ８の判別でＹＥＳのときは，回転変動量が大きいときである。このときは，吸気ボリュームＶｏｌ．の変更制御のみでは回転変動を十分に抑制することが難しい状態であるとして，ＥＧＲ量の低減制御が実行される。すなわち，Ｐ１１において，吸気ボリュームＶｏｌ．が，Ｐ８（図３）における所定値に対応した最小値に固定保持され，Ｐ１２において，ＥＧＲ量が低減（減量）される。このＥＧＲ量の低減によって，吸気応答遅れが改善されて，回転変動が抑制されることになる。

なお，Ｐ１２でのＥＧＲ量の低減は，例えば，ＥＧＲ弁２５の開度を所定開度（例えば１度）だけ小さくし，Ｐ１２の処理を経るごとにこの所定開度づつＥＧＲ弁２５の開度を小さくすることにより行うことができる（ＥＧＲ弁２５を所定開度分づつ徐々に小さくする）。これとは別の手法として，Ｐ１２の処理において，運転状態に応じて定められたＥＧＲ量から，所定の一定減量分だけＥＧＲ量を減量させるようにしてもよい（ＥＧＲ量を所定減量分づつ徐々に減量する）。

ここで，図５，図６は，エンジンの回転変動と吸気量変化との時間的対応関係を示しているが，図５の場合は，回転変動と吸気応答遅れとの相互の干渉によって，振動が打ち消し合って，大きな回転変動（トルク変動）を生じない場合である。この図５の状態から，吸気応答遅れが大きくなると，図６に示すように回転変動を助長するようになって，大きな回転変動を生じてしまうことになる。本発明では，吸気ボリュームの変更制御によって吸気応答遅れを改善して，図６のような状態を発生させることなく，図５の状態あるいはこれに近い状態となるようにして，回転変動が抑制されることになる。

以上実施形態について説明したが，本発明は，実施形態に限定されるものではなく，特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば，可変式の容積部３１は，吸気通路１１の適宜の箇所に設けることができるが，吸気抵抗とならないようにするために，例えば吸気拡大部としてのサージタンク１４に形成しておくこともでき，サージタンク１４と一体に形成しておくこともできる。吸気ボリュームの変更を，吸気通路１１の長さを変更することによって行うこともできる（例えば吸気通路１１の一部をテレスコピック式に構成する）。勿論，本発明の目的は，明記されたものに限らず，実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明の一実施形態を示す全体系統図。 本発明の制御例を示すフローチャート。 回転変動量に応じた吸気ボリュームの設定例を示す図。 目標ＥＧＲ量の設定例を示す図。 エンジン回転数と吸気充・量との時間的変化を示すもので，吸気応答遅れが小さくて大きな回転変動を生じない場合を示す図。 図５の状態から，吸気応答遅れが大きくなって，大きな回転変動を生じた場合を示す図。

符号の説明

１：エンジン
１１：吸気通路
１５：燃料噴射弁
２１：排気通路
２３：ＥＧＲ通路
２５：ＥＧＲ弁
３１：容量可変式の容積部
３２：ピストン
３３：アクチュエータ
４１：車速センサ
４２：吸気量センサ
４３：エンジン回転数センサ
４４：水温センサ
４５：空燃比センサ
Ｕ：制御ユニット

Claims (5)

1. あらかじめ設定された所定のエンジン安定運転領域において，エンジンに供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と，
   吸気通路に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段と，
   吸気通路の吸気ボリュームを変更制御する吸気ボリューム制御手段と，
   エンジンの回転変動を検出する回転変動検出手段と，
   を備え，
   前記所定のエンジン安定運転領域においてＥＧＲが実行されているとき，前記吸気ボリューム制御手段によって，前記回転変動検出手段によって検出される回転変動を抑制するように吸気ボリュームが変更制御される，
   ことを特徴とするエンジンの制御手段装置。
2. 請求項１において，
   前記吸気ボリューム制御手段は，前記回転変動検出手段によって検出される回転変動が大きいほど吸気ボリュームが小さくなるように制御する，ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１または請求項２において，
   前記所定のエンジン安定運転領域は，少なくとも定常運転状態として設定されている，ことを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において，
   前記回転変動検出手段によって検出される回転変動が所定値よりも大きいときは，前記ＥＧＲ制御手段によってＥＧＲ量が低減される，ことを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項４において，
   前記回転変動検出手段によって検出される回転変動が前記所定値よりも大きいときは，吸気ボリュームが該所定値に対応した所定の一定値に保持される，ことを特徴とするエンジンの制御装置。

Images