JP2007016609A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ機構を備えた内燃機関において、ノック制御中における排気ガスの再循環量の変化に起因するノッキングの発生を抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】排気ガスを吸気側に再循環させる排気ガス再循環機構を備えたエンジン１００を制御するＥＣＵ１０であって、点火時期制御において、ノッキングの発生状況に応じてエンジン１００の点火時期を決定すると共に、ノッキングの発生を防止するべく、排気ガスの再循環量に基づいて点火時期を調整する。これによれば、排気ガスの再循環量を考慮するので、排気ガスの再循環量の大きな変化により燃焼室内温度が急変してノッキングが発生するの抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスを吸気側へ還流させるシステムを備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

大気汚染を防止すべく自動車の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が規制されている。ＮＯｘは、シリンダ内での燃焼時、高温下で空気中のＮ２とＯ２とが反応して発生する。燃焼温度が高いほど高濃度のＮＯｘが排出される。このＮＯｘの排出を低減する技術として、排気ガスを吸気側に再循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）技術が知られている（例えば、特許文献１等参照）。このＥＧＲ技術は、混合気に空気中のＮ２に比べて熱容量の大きいＣＯ２ガスを含む排出ガスを適度に混合することにより、同じ発熱量の燃焼を行っても、排出ガスを混入しない場合に比べて燃焼温度を低下させてＮＯｘの生成を抑制できる。
一方、内燃機関では、ノックセンサによってノッキングの発生状況を検出し、その検出結果に応じて点火時期を最適化するノック制御が一般的に行われている。ここで、ノッキングとは、内燃機関の通常の燃焼が火炎伝播により燃焼室内に広がって徐々に燃焼圧が上昇していくのに対して、圧力上昇の途中で混合気の未燃焼部分が圧縮着火を起こすことで急激な圧力上昇による衝撃波が発生し、シリンダ内に定在波ができる現象をいう。
このノック制御としては、例えば、ノッキングが発生しないときには点火時期を進角させ、ノッキングの発生したときは点火時期を遅角させるよう調整すると共に調整した点火時期を学習してその学習値を次回の点火時期の決定に用いることで、ノッキングの発生を抑制しつつ点火時期をノッキングが発生する臨界時期の直前に制御して内燃機関のトルクや応答性等を高めるもの等が知られている（例えば、特許文献２等参照）。
特開２００１−２６３１１９号公報 特開２００５−１２７１５４号公報

ところで、上記のようなノック制御の下において、排気ガスを吸気側に再循環させると燃焼室内の燃焼温度が低下してノッキングが発生しにくくなるので点火時期は進角する。このような点火時期が進角した状態で、排気ガスの再循環が停止、あるいは、排気ガスの再循環量が急激に減少すると、燃焼室内の燃焼温度が急に上昇してノッキングが発生してしまう可能性がある。特に、ノック制御において学習を行った場合には、その学習値には排気ガスの再循環の状況は反映されていないので、再循環量が急激に減少した後においても進角した状態での学習値が点火時期の決定に使用され、その結果、点火時期を遅角させるタイミングが遅れて非常に大きなノッキングが発生する可能性があった。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ＥＧＲ機構を備えた内燃機関において、ノック制御中における排気ガスの再循環量の変化に起因するノッキングの発生を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気ガスを吸気側に再循環させる排気ガス再循環機構を備えた内燃機関の制御装置であって、点火時期を制御するに際して、ノッキングの発生状況に応じて内燃機関の点火時期を決定するノック制御手段を有し、ノック制御手段は、ノッキングの発生を防止するべく、排気ガスの再循環量に基づいて点火時期を調整する、ことを特徴としている。
この構成によれば、排気ガス再循環機構を備えた内燃機関において、排気ガスの再循環量を考慮して点火時期の決定に関する制御量をノッキングの発生を防止するべく最適化することにより、排気ガスの再循環量の大きな変化により燃焼室内温度が急変してノッキングが発生するのを抑制できる。

上記構成において、ノック制御手段は、点火時期を調整するべく、点火時期の決定に関する制御量を次回の点火時期の決定に用いるべく学習処理を行う共に排気ガスの再循環量に基づいて画定された複数の学習領域から検出される再循環量に対応する学習領域を選択して学習処理を実行する、構成を採用できる。
この構成によれば、排気ガスの再循環量に基づいて画定された複数の学習領域から検出される再循環量に対応する学習領域を選択して学習処理を実行することにより、排気ガスの再循環量に応じて各々の学習領域において独立に学習処理が行われるため、排気ガスの再循環量の変動により学習領域が切替わった場合に、切替え後の学習領域の学習処理は切替え前の学習領域における学習値の影響を受けない。この結果、再循環量が急激に減少したような場合に、大きなノッキングが発生するのを防ぐことができる。

上記構成において、ノック制御手段は、複数の学習領域の各々において、排気ガスの再循環量に応じた学習初期条件を設定する、構成を採用できる。
この構成によれば、各学習領域において排気ガスの再循環量に応じた学習がなされ、仮に、検出される排気ガスの再循環量が大きく減少して学習領域が切替わった場合であっても、その切り替えに応じて学習初期条件も変更されるので、点火時期が進角しすぎた状態で排気ガスの再循環量が大きく減少してもノッキングの発生を抑制できる。

上記構成において、ノック制御手段は、排気ガスの再循環量が大きい学習領域ほど点火時期が進角するように学習初期条件を設定して前記学習処理を実行する、構成を採用できる。
この構成によれば、学習初期において点火時期の進角の遅れの発生を抑制できる。

上記構成において、ノック制御手段は、点火時期を調整するべく、点火時期の決定に関する制御量を次回の点火時期の決定に用いるべく学習処理を行いつつ、排気ガスの再循環が行われている間は学習処理を中断する、構成を採用できる。
この構成によれば、排気ガスの再循環量の変動による誤学習を防止してノッキングの発生を防止できる。

上記構成において、ノック制御手段は、学習処理を中断中に、排気ガスの再循環量が減少した場合には、その減衰率に応じて点火時期が遅角するように制御量を変更する、構成を採用できる。
この構成によれば、学習処理を停止中においても、排気ガスの再循環量の変化量を考慮して点火時期の決定がされる、すなわち、排気ガスの再循環量の減衰率が大きくなるほど点火時期を遅角させるように制御量が変更されるので、排気ガスの再循環中に点火時期が進角しすぎるのを防止できて、再循環を中断（停止）した直後に大きなノッキングが発生するのを確実に防止できる。

本発明によれば、ＥＧＲ機構を備えた内燃機関において、ノック制御中における排気ガスの再循環量の変化に起因するノッキングの発生を抑制できる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンシステムの構成図である。
このエンジンシステムは、図１に示すように、制御装置としてのＥＣＵ１０、内燃機関としてのガソリンエンジン１００（以下、エンジン１００）等から構成されている。
エンジン１００は、ノックセンサ２０、インジェクタ３０、点火プラグ４０、排気管６０、吸気管７０、吸気管７０に設けられたスロットルバルブ５０、排気管６０と吸気管７０とを連通するＥＧＲ管８０、ＥＧＲ管８０に設けられてＥＧＲ管８０の流路の開度を調整するＥＧＲ弁９０等を備えている。
尚、ＥＧＲ管８０、ＥＧＲ弁９０等によりエンジン１００から排気管６０へ排出された排気ガスを吸気側（吸気管７０）に再循環させる排気ガス再循環機構が構成される。

ノックセンサ２０は、エンジン１００のノッキングによる振動を検出してノック検出回路１１０へ出力する。ノック検出回路１１０は、この検出信号を所定形式の電子データに変換してＥＣＵ１０へ出力する。
インジェクタ３０は、ＥＣＵ１０からの制御指令に基づいてインジェクタ駆動回路１２０により駆動されて燃料タンク４００から供給される燃料（ガソリン）をエンジン１００のシリンダ内へ噴射する。
点火プラグ４０は、ＥＣＵ１０からの制御指令に基づいて点火プラグ駆動回路１３０により駆動されて、シリンダ内へ噴射されたガソリンを点火、燃焼させるべく、火花放電を発する。

排気管６０は、エンジン１００のシリンダに連通してシリンダ内で燃焼したガスを外部へ放出する。
吸気管７０は、エンジン１００のシリンダに連通してシリンダ内に燃焼に必要な空気を導く。
スロットルバルブ５０は、ＥＣＵ１０からの制御指令に基づいてスロットルバルブ駆動回路１５０により駆動されて、エンジン１００の吸入空気量を調整する。

ＥＧＲ管８０は、排気管６０に放出された排気ガスを吸気管７０に再循環させる。
ＥＧＲ弁９０は、ＥＣＵ１０からの制御指令に基づいてＥＧＲ弁駆動回路１４０により駆動されて、排気ガスの再循環量を調整する。

ＥＣＵ１０は、プロセッサ、メモリ等のハードウエアと所要のソフトウエアにより構成されていると共にエンジン回転数を検出するＮＥセンサ２００、ノック検出回路１１０、インジェクタ駆動回路１２０、点火プラグ駆動回路１３０、ＥＧＲ弁駆動回路１４０、スロットルバルブ駆動回路１５０等と接続されて、エンジン回転数制御、エンジン回転数や吸入空気量などのエンジンの動作状態に基づく点火時期制御、排気ガスの再循環量の制御、燃料噴射制御等を実行してエンジン１０を総合的に制御する。
また、ＥＣＵ１０は、点火時期制御を実行するに際して、ノッキングの発生を防止すべく、ノック制御を行う。すなわち、ノック制御手段としてのＥＣＵ１０は、後述するノック制御を実行して、ノッキングの発生状況に応じてエンジン１００の点火時期を決定すると共に、ノッキングの発生を防止するべく、排気ガスの再循環量に基づいて点火時期を調整するように制御する。特定的には、点火時期の決定に関する制御量を次回の点火時期の決定に用いるべく学習処理を行うと共に排気ガスの再循環量に基づいて画定された複数の学習領域から検出される再循環量に対応する学習領域を選択して学習処理を実行することにより、点火時期を調整する。尚、具体的なノック制御については後述する。

次に、上記ＥＣＵ１０によるノック制御処理の一例について図２及び図３を参照して説明する。
図２はＥＣＵ１０によるノック制御処理の一例を示すフローチャート、図３は排気ガス再循環量及びエンジン回転数に応じて規定された学習領域および各々の学習領域に与える学習初期条件としての学習初期値を示す図である。尚、図２において、ステップＳＴ９〜ステップＳＴ１６が学習処理である。

図２に示すように、ノック制御ルーチンにおいて、先ず、エンジン回転数を検出し（ステップＳＴ１）、さらに排気ガス再循環量を取得する（ステップＳＴ２）。ＥＣＵ１０は、排気ガス再循環量をＥＧＲ弁９０の開度等から検出する。
次いで、検出した排気ガス再循環量及びエンジン回転数に応じた学習領域を選択する（ステップＳＴ３）。
この学習領域は、例えば、図３に示すように、エンジン回転数が低回転領域において、排気ガス再循環量が零領域、少量領域、中量領域、多量領域により画定された学習領域ＲＬ０〜ＲＬ３と、エンジン回転数が中回転領域において、排気ガス再循環量が零領域、少量領域、中量領域、多量領域により画定された学習領域ＲＭ０〜ＲＭ３と、エンジン回転数が高回転領域において、排気ガス再循環量が零領域、少量領域、中量領域、多量領域により画定された学習領域ＲＨ０〜ＲＨ３とからなる。
そして、各学習領域ＲＬ０〜ＲＬ３，ＲＭ０〜ＲＭ３，ＲＨ０〜ＲＨ３の各々において、排気ガスの再循環量に応じた学習初期条件としての初期値をそれぞれ設定して後述する学習処理を実行する（ステップＳＴ４）。尚、ステップＳＴ３において、学習領域の変更がない場合（前回と同じ学習領域を選択する場合）には、既に初期値は設定されているので、初期値の設定は行わない。
ここで、図３に示す初期値は、後述するように、点火時期を決定するための点火時期制御値の算出に用いられるものであり、この初期値は、排気ガス再循環量が大きい学習領域ほど点火時期が進角するように設定されている。すなわち、Ａ＜Ａ＋α１＜Ａ＋α２＜Ａ＋α３の関係となっている。

次いで、ノッキングが発生したかを判断し（ステップＳＴ５）、ノッキングが発生している場合には、そのノッキングの大きさ等により遅角量α２を算出し（ステップＳＴ６）、ノック制御値ＡＣを遅角量α２分だけ遅角させる（ステップＳＴ７）。ノック制御値ＡＣは、点火時期の決定に関する制御量であり、後述する点火時期制御値ＡＫを算出するのに使用される。

一方、ステップＳＴ５において、ノッキングが発生していないと判断した場合には、ノック制御値ＡＣを所定の進角量α１分だけ進角させる（ステップＳＴ８）。ノッキングが発生していない状態において徐々に点火時期を進角させるためである。
次いで、ノック制御値ＡＣの平滑値ＡＣＭを算出する（ステップＳＴ９）。平滑値ＡＣＭを求めるのは、ノック制御値ＡＣが異常な値である場合等に発生する不具合を防止するためである。

次いで、ノック制御値ＡＣの初期値ＡＣＩから所定量ｄだけ減算した値と平滑値ＡＣＭとを比較する（ステップＳＴ１０）。
ステップＳＴ１０において、平滑値ＡＣＭのほうが大きい場合には、遅角量β１を更新する（ステップＳＴ１１）。尚、遅角量β１は、後述する学習値を更新するための値である。

ステップＳＴ１０において、平滑値ＡＣＭのほうが小さい場合（ノックが発生していない場合）には、ノック制御値ＡＣの初期値ＡＣＩに所定量ｄだけ加算した値と平滑値ＡＣＭとを比較する（ステップＳＴ１２）。
平滑値ＡＣＭのほうが大きい場合には、進角しすぎるのを防止すべく、学習値を更新するための遅角量β１を正の所定値にする（ステップＳＴ１３）。
平滑値ＡＣＭのほうが小さい場合には、遅角量β１を零にする（ステップＳＴ１４）。

次いで、上記した遅角量β１により学習値ＡＫＧを更新する（ステップＳＴ１５）。尚、この学習値ＡＫＧの初期値が、図３において説明した初期値である。
次いで、ノック制御値ＡＣから遅角量β１を減算し（ステップＳＴ１６）、更新された学習値ＡＫＧ、ノック制御値ＡＣ、及び、最大遅角値ＡＸを加算することにより点火時期を決定するための点火時期制御値ＡＫを算出する（ステップＳＴ１７）。

以上のように、本実施形態によれば、排気ガスの再循環量を考慮して学習領域を複数設定することにより、各学習領域において排気ガスの再循環量が反映された学習がなされるので、排気ガスの再循環量の大きな変化により燃焼室内温度が急変してノッキングが発生するのを抑制するように点火時期が調整される。
また、本実施形態によれば、図３に示したように、排気ガスの再循環量に基づいて学習領域を複数設定し、検出される排気ガス再循環量に応じて学習領域を適宜選択して学習処理を行う構成としたので、排気ガスの再循環量に応じて各々の学習領域において独立に学習処理が行われる。このため、排気ガスの再循環量の変動により学習領域が切替わった場合に、切替え後の学習領域の学習処理は切替え前の学習領域における学習値の影響を受けない。この結果、再循環量が急激に減少したような場合に、大きなノッキングが発生するのを防ぐことができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る制御装置によるノック制御処理の一例を示すフローチャートである。尚、本実施形態に係る制御装置は、上記のＥＣＵ１０とソフトウエアのみが異なり、他の構成は同じである。
図４に示すように、先ず、上記実施形態と同様に、エンジン回転数を検出し、さらに、排気ガス再循環量を取得する（ステップＳＴ２１，ＳＴ２２）。
次いで、エンジン回転数に応じて学習領域を選択する（ステップＳＴ２３）。尚、図示しないが、本実施形態では、学習領域はエンジン回転数のみにより複数に画定されており、上記実施形態のように排気ガス再循環量は考慮されていない。

次いで、上記実施形態と同様に、ノッキングが発生したかを判断し（ステップＳＴ２４）、ノッキングが発生している場合には、そのノッキングの大きさ等により遅角量α２を算出し（ステップＳＴ２５）、ノック制御値ＡＣを遅角量α２分だけ遅角させる（ステップＳＴ２６）。一方、ステップＳＴ２４において、ノッキングが発生していないと判断した場合には、ノック制御値ＡＣを所定の進角量α１分だけ進角させる（ステップＳＴ２７）。

次いで、ステップＳＴ２２において検出した排気ガス再循環量等に基づいて、排気ガスの再循環が行われているかを判断する（ステップＳＴ２８）。
ここで、排気ガスの再循環が行われていない場合には、学習処理を実行する（ステップＳＴ３４）。この学習処理は、上記実施形態において説明したステップＳＴ９からステップＳＴ１６までの処理と同じ処理である。
ステップＳＴ２８において、排気ガスの再循環が行われていると判断した場合には、学習処理を行わず（中断し）、排気ガス再循環量が減少しているかを判断する（ステップＳＴ２９）。
ステップＳＴ２９において、排気ガス再循環量が一定であると判断した場合には、ＥＧＲ弁９０の弁開度ＥＧＳを記憶値ＥＧＳＭとして記憶する（ステップＳＴ３０）。
そして、排気ガス再循環量の減衰率ＲＧを１００％に設定する（ステップＳＴ３１）。
一方、ステップＳＴ２９において、排気ガス再循環量が減少していると判断した場合には、現在のＥＧＲ弁９０の弁開度ＥＧＳを記憶したＥＧＲ弁９０の弁開度の記憶値ＥＧＳＭで除算して減衰率ＲＧを算出する（ステップＳＴ３２）。すなわち、記憶値ＥＧＳＭは、前回のＥＧＲ弁９０の弁開度ＥＧＳであり、この記憶値ＥＧＳＭに対する現在のＥＧＲ弁９０の弁開度ＥＧＳの割合を計算することにより、減衰率ＲＧを算出する。

次いで、減衰率ＲＧをノック制御値ＡＣに掛け合わせてノック制御値ＡＣを更新する（ステップＳＴ３３）。すなわち、排気ガスの再循環量が減少した場合には、その減衰率ＲＧに応じて点火時期が遅角するようにノック制御値ＡＣを変更する。
次いで、上記実施形態と同様に、学習値ＡＫＧ、ノック制御値ＡＣ、及び、最大遅角値ＡＸを加算することにより点火時期を決定するための点火時期制御値ＡＫを算出する（ステップＳＴ３５）。尚、学習処理を実行していない場合には、学習値ＡＫＧは不変であり、ノック制御値ＡＣのみが変更される。

ここで、図５は、本実施形態に係る制御装置の効果を説明するためのグラフであって、ＥＧＲ弁９０の弁開度ＥＧＳの変化（再循環量の変化）に対する点火時期制御値ＡＫの変化を示している。尚、図５においては、比較のために、排気ガスの再循環の有無に関わらず学習処理を実行した場合の点火時期制御値ＡＫ’を示している。
図５に示すように、弁開度ＥＧＳがｔ０時点において急激に減少すると、点火時期制御値ＡＫもこれに合わせて遅角するが、これに対して、点火時期制御値ＡＫ’は遅れて追従するのがわかる。

以上のように、本実施形態によれば、排気ガス再循環中は、学習処理を中断する、すなわち、排気ガス再循環量に基づいて学習処理を中断するので、排気ガスの再循環の影響を受けて点火時期の進角が過剰となる学習がされることがなく、排気ガス再循環を停止あるいは再循環の急激な減少の直後に大きなノッキングが発生するように点火時期が調整される。
また、本実施形態によれば、学習処理を停止中においても、排気ガスの再循環量の変化量を考慮して点火時期が調整されるので、排気ガスの再循環中に点火時期が進角しすぎるのを防止できて、排気ガスの再循環を再び中断したときに大きなノッキングが発生するのを確実に防止できる。

上記実施形態では、学習領域を図３に示したような複数の領域に設定した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、排気ガスの再循環量に応じてさらに細かく領域を設定することも可能であるし、図３の場合よりも大まかに領域を設定することも可能である。

上記実施形態では、ノッキングが生じていない状態では徐々に点火時期を進角させつつノッキングの発生に応じて遅角させる構成のノック制御について説明したが、これに限定されるわけではなく、これ以外の方法のノック制御を用いることも可能である。
また、上記実施形態において説明した学習処理は一例であって、これに限定されるわけではなく、種々の学習処理を採用できる。また、各学習領域において異なるアルゴリズムの学習処理を採用することも可能である。

本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンシステムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置のノック制御処理の一例を示すフローチャートである。 排気ガス再循環量及びエンジン回転数に応じて規定された学習領域および各々の学習領域に設定する学習初期値を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る制御装置のノック制御処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る制御装置の効果を説明するための図である。

符号の説明

１０…ＥＣＵ（制御装置、ノック制御手段）
２０…ノックセンサ
３０…インジェクタ
４０…点火プラグ
５０…スロットルバルブ
６０…排気管
７０…吸気管
８０…ＥＧＲ管（排気ガス再循環機構）
９０…ＥＧＲ弁（排気ガス再循環機構）
１００…ガソリンエンジン（内燃機関）
１１０…ノック検出回路
１２０…インジェクタ駆動回路
１３０…点火プラグ駆動回路
１４０…ＥＧＲ弁駆動回路
１５０…スロットルバルブ駆動回路
２００…ＮＥセンサ
４００…燃料タンク

Claims (6)

1. 排気ガスを吸気側に再循環させる排気ガス再循環機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
   点火時期を制御するに際して、ノッキングの発生状況に応じて前記内燃機関の点火時期を決定するノック制御手段を有し、
   前記ノック制御手段は、ノッキングの発生を防止するべく、前記排気ガスの再循環量に基づいて前記点火時期を調整する、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ノック制御手段は、前記点火時期を調整するべく、前記点火時期の決定に関する制御量を次回の点火時期の決定に用いるために学習処理を行うと共に前記排気ガスの再循環量に基づいて画定された複数の学習領域から検出される再循環量に対応する学習領域を選択して前記学習処理を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ノック制御手段は、前記複数の学習領域の各々において、前記排気ガスの再循環量に応じた学習初期条件を設定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ノック制御手段は、前記排気ガスの再循環量が大きい学習領域ほど前記点火時期が進角するように前記学習初期条件を設定して前記学習処理を実行する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ノック制御手段は、前記点火時期を調整するべく、前記点火時期の決定に関する制御量を次回の点火時期の決定に用いるために学習処理を行いつつ、前記排気ガスの再循環が行われている間は前記学習処理を中断する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ノック制御手段は、前記学習処理を中断中に、前記排気ガスの再循環量が減少した場合には、その減衰率に応じて前記点火時期が遅角するように前記制御量を変更する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
   

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