JP2007132314A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バタフライ弁体に付着したデポジットを確実に除去し、ひいては良好な流通ガスの調節を可能とする内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン停止時に（ステップＳ１０１がＹＥＳ）、バタフライ弁体を全閉位置を基準とし正逆両方向に回動させてデポジットを除去する掻き落し制御を行う（ステップＳ１０３）。このとき、全閉位置を通過する際の回動速度として駆動速度を検出する（ステップＳ１０４）。そして、その駆動速度が予め定めた基準速度αを上回っているかを判定し（ステップ１０５）、基準速度αを上回っていない場合には掻き落し制御を継続して行う（ステップ１０５がＮＯ）。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガス通路にバタフライ弁体を備え、同バタフライ弁体の開閉により流通するガスの流量を調節する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関では、ガス通路を流通するガスの流量の調節が行われ、その調節にはバタフライ弁体が利用されている。例えば、排ガス特性の改善を意図して排ガスの一部を吸気系に還流させる排ガス再循環装置が知られており、この排ガス再循環装置では排ガスの環流量の調節が行われている。排ガス再循環装置は、内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通する連通路と開閉操作可能な調量弁とを有しており、調量弁の開度を制御することにより連通路の流路面積が変化して排ガスの環流量が調節される。近年、排ガスの環流量の制御において低流量域における制御性を向上させるために、ポペット式の調量弁に代わってバタフライ式の調量弁が採用されつつある。

ところが、連通路を環流する排ガスにはＰＭ（粒子状物質）、未燃焼ガス、潤滑油などが含まれており、これらが連通路の壁面にデポジットとして付着すると内燃機関の停止後に冷えて凝固する。特にバタフライ弁体の回動域においてこの現象が発生すると、凝固したデポジットによりバタフライ弁体の回動が妨げられたり、バタフライ弁体が連通路の壁面に固着されて回動不能となる。ひいては排ガスの環流量が調節できなくなる問題が生じる。

この問題に対して、特許文献１では、内燃機関の停止後にバタフライ弁体の全閉位置を基準として所定の正及び負の開度に少なくとも１回バタフライ弁体を回動させてデポジットを掻き落とす方法が提案されている。しかしながら、デポジットの付着量、形状、成分等は内燃機関の運転状況によって異なる。このため、特許文献１の方法では、デポジットを除去しきれず、バタフライ弁体を回動させることができなくなるおそれがある。

上記のようなデポジットによるバタフライ弁体の回動不良の問題は、排ガス再循環装置における調量弁に限らず、燃料成分を含むガスの流通通路に設けられるバタフライ弁体の全般で同様に生じる。故に、こうしたバタフライ弁体も含み、固着等に対する対応の改善が望まれている。
特開２００３−３１４３７７号公報

本発明の目的は、デポジットによりバタフライ弁体が固着する等の不具合を確実に解消し、ひいては良好なガスの流量調節を可能とする内燃機関の制御装置を提供することである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明では、デポジットの除去に際して、アクチュエータの操作によってバタフライ弁体を全閉位置を基準として正逆両方向に回動させる。このとき、バタフライ弁体の回動速度を検出し、その回動速度に基づいてバタフライ弁体の回動を継続させる。

ガス通路にデポジットが付着すると、そのデポジットが内燃機関の停止後に冷却されて凝固し、バタフライ弁体がガス通路の壁面に固着されたり、バタフライ弁体の回動が妨げられるおそれがある。この問題について発明者らは、デポジットの付着量が増加するとデポジットの除去中におけるバタフライ弁体の回動速度が遅くなることを確認した。そこで、その回動速度に注目してデポジットの除去を行う。

本発明によれば、デポジットの除去に際して、バタフライ弁体の回動速度が取得され、その回動速度に基づいてバタフライ弁体の回動が継続される。すなわち、デポジットの付着量に応じたデポジットの除去が行われる。これにより、ガス通路の壁面のうちバタフライ弁体の回動域に付着したデポジットが確実に除去される。この結果、バタフライ弁体が固着したり、回動が妨げられる不具合が回避され、ひいては、良好なガスの流量調節が可能となる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、デポジットの除去に際して、バタフライ弁体の回動速度が予め定めた基準速度を上回ったと判断されるまでバタフライ弁体の回動を継続させる。

デポジットの付着量とバタフライ弁体の回動速度には相関があるため、バタフライ弁体の回動速度によりデポジットの付着量を推定することができる。このとき、回動速度が遅いほどデポジットの付着量が多いと推定される。そこで、予め基準速度を定めておき、デポジットの除去に際して、バタフライ弁体の回動速度が基準速度を上回るまでバタフライ弁体の回動を継続すると良い。これにより、デポジットを確実に除去することができる。請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、回動速度とデポジットの付着量の相関に基づいて、デポジットが凝固したとしてもバタフライ弁体の回動を妨げない程度の回動速度を基準速度として設定する。

前述したようにデポジットの付着量とバタフライ弁体の回動速度には相関があるため、その相関に基づいて基準速度を設定すると良い。詳しくは、デポジットが凝固したとしてもバタフライ弁体の回動を妨げない程度の回動速度を基準速度として設定する。これにより、デポジットに起因してバタフライ弁体の回動が妨げられることを回避できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、デポジットの除去に際して、回動速度の時間変化の割合を算出するとともに、その割合が予め定めた基準値を下回ったと判断されるまでバタフライ弁体の回動を継続させる。

デポジットの除去に際して、デポジットの付着量が多い場合にはバタフライ弁体の回動速度は遅く、バタフライ弁体の回動によりデポジットの付着量が減少するにつれてバタフライ弁体の回動速度は次第に速くなる。そして、デポジットの付着量が少なくなると回動速度はほぼ一定の速度となる。このため、回動速度の時間変化の割合が小さければデポジットの付着量が少ないと判断できる。そこで、予め基準値を定めておき、デポジットの除去に際して、回動速度の時間変化の割合が基準値を下回るまでバタフライ弁体の回動を継続して行うと良い。これにより、デポジットを確実に除去することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４に記載の発明において、内燃機関には燃焼後の排ガスを吸気系に環流するために吸気通路と排気通路とを連通するように連通路が設けられており、バタフライ弁体は連通路内にて排ガスの環流量を調節するものであることを特徴とする。

燃焼後の排ガスにはＰＭ（粒子状物質）、未燃焼ガス、エンジンオイルなどが含まれており、これらはデポジットとして連通路やバタフライ弁体などに付着し易い。そこで、デポジットの除去に際して回動速度が基準速度を上回るまでバタフライ弁体を継続して回動させると良い。これにより、デポジットを確実に除去することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、バタフライ弁体は内燃機関の停止後に全閉位置で停止することを特徴とする。このような、いわゆるノーマリクローズ式のバタフライ弁体は、ガス通路と接触又は近接して停止するためデポジットによりガス通路の壁面に固着される可能性が高い。そこでバタフライ弁体を回動させてデポジットの除去を行うと良い。これにより、バタフライ弁体の固着を回避することができる。このとき、回動速度が基準速度を上回るまで、又は回動速度の時間変化の割合が基準値を下回るまでバタフライ弁体を継続して回動させるとデポジットが確実に除去され、バタフライ弁体の固着を確実に回避することができる。

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、車両エンジンとしてディーゼル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、この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）を中枢として吸入空気量制御や燃料供給制御など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の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側にはスロットルバルブ１３が設けられている。スロットルバルブ１３は、ＤＣモータ及びギアユニット等からなるスロットルアクチュエータ１４によって開度調節されるようになっている。吸気管１１はスロットルバルブ１３の下流側にてエンジン１０の各気筒の吸気ポートに接続されている。

エンジン１０内には燃料噴射装置１５から燃料が噴射供給されるようになっている。噴射供給された燃料は吸気管１１を通じて吸入された吸入空気と共に燃焼に供され、燃焼後の排ガスが排気管１６より排出される。

本エンジン１０には、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させるための排ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）が設けられている。すなわち、吸気管１１のスロットルバルブ１３の下流部と排気管１６との間にＥＧＲ配管１７が設けられている。そのＥＧＲ配管１７にはバタフライ弁体からなるＥＧＲバルブ１８が設けられ、ＥＧＲバルブ１８はＤＣモータ及びギアユニット等からなるＥＧＲバルブアクチュエータ１９によって開度調節されるようになっている。ＥＧＲバルブ１８の開度は、ＥＧＲバルブアクチュエータ１９に内蔵されたＥＧＲバルブ開度センサ１９ａにより検出されるようになっている。

ここで、ＥＧＲバルブ１８は、その回転軸内にバネが組み込まれており、ＥＧＲバルブアクチュエータ１９による制動がなされない場合に全閉位置で停止するノーマリクローズ式のバルブである。また、ＥＧＲバルブ１８は、全閉位置を通過して、且つ正逆両方向に回動可能な構成となっている。

また、上記エンジン制御システムには、エンジン１０の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ２１、運転者によるアクセルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２２、運転者によるエンジン始動・停止要求を検出するイグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチという）２３などが備えられている。

ＥＣＵ３０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ており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することにより、上記各種センサの検出信号を取得し、その検出信号などに基づいて吸入空気量制御や燃料供給制御などの各種制御を実施する。また、排ガス再循環制御（以下、ＥＧＲ制御という）やデポジットの掻き落し制御を行う。

ＥＧＲ制御では、ＥＧＲバルブアクチュエータ１９によりＥＧＲバルブ１８の開度を調節することにより、ＥＧＲ配管１７を通じて吸気系に再循環されるＥＧＲガスの量（以下、ＥＧＲ量という）を調整する。詳しくは、あらかじめ求められたマップに基づきエンジン回転速度やエンジン１０の負荷などに応じてＥＧＲ量を決定し、そのＥＧＲ量に応じてＥＧＲバルブ１８の目標開度を決定する。そして、ＥＧＲバルブ１８が目標開度になるようにＥＧＲバルブアクチュエータ１９を操作し、ＥＧＲ量を調節する。

デポジットの掻き落し制御では、ＥＧＲバルブ１８を回動させることによりデポジットの除去を行う。ＥＧＲ配管１７を流れるＥＧＲガスにはＰＭ（粒子状物質）、未燃焼ガス、エンジンオイルなどが含まれており、これらがＥＧＲ配管１７やＥＧＲバルブ１８に付着するとエンジン１０の再始動に際してＥＧＲバルブ１８の回動の妨げとなる。そこで、エンジン１０の停止時にＥＧＲバルブ１８を全閉位置を通過し且つ正逆両方向に回動させることにより、デポジットの除去を行う。

図２は、デポジットの掻き落し制御時におけるＥＧＲバルブ１８付近のデポジットの付着量と、ＥＧＲバルブ１８の駆動速度との関係を示す図である。ここで駆動速度とは、ＥＧＲバルブ１８が全閉位置を通過する際の回動速度のことであり、ＥＧＲバルブ開度センサ１９ａにより検出した開度の時間変化の割合より算出される。デポジットの付着量が少ない場合にはＥＧＲバルブ１８はほぼ一定の駆動速度にて回動されるが、デポジットの付着量が所定量以上になると駆動速度は低下する。そこで、デポジットが凝固したとしてもＥＧＲバルブ１８の回動を妨げない程度の駆動速度を基準速度αとして設定する。そして、デポジットの掻き落し制御では、駆動速度が基準速度αを上回るまでＥＧＲバルブ１８の回動を継続して行う。

図３は、ＥＧＲバルブ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。本ＥＧＲバルブ駆動制御処理では、通常のエンジン運転時にＥＧＲ制御を行い、エンジン１０の停止時にデポジットの掻き落し制御を行う。本ＥＧＲバルブ駆動制御処理はＥＣＵ３０によって所定周期毎に実行される。

先ず、ステップＳ１０１では、エンジン１０の停止判定として、ＩＧスイッチ２３がＯＦＦか否かを判定する。ＩＧスイッチ２３がＯＦＦでない場合には、ステップＳ１０２に移行して通常のＥＧＲ制御を行う。すなわち、エンジン回転速度などのエンジン運転情報に基づいて目標とするＥＧＲ量を決定し、そのＥＧＲ量に応じてＥＧＲバルブ１８の開度を調節する。一方で、ＩＧスイッチ２３がＯＦＦの場合には、ステップＳ１０３に移行する。

ステップＳ１０３では、デポジットの掻き落し制御としてＥＧＲバルブ１８を全閉位置を通過するように且つ正逆両方向に回動させる。本実施の形態では、ＥＧＲバルブ１８の全閉位置を基準として＋１５度及び−１５度の開度にＥＧＲバルブ１８を回動させている。なお、この開度はＥＧＲ配管１７の壁面のうちＥＧＲバルブ１８の回動域に付着したデポジットを掻き落し可能な角度範囲であれば良い。正及び負の開度を同じにする必要はなく、正逆両方向を組として回動させる必要もない。

ステップＳ１０４では、掻き落し制御におけるＥＧＲバルブ１８の駆動速度を取得する。ステップＳ１０５では、取得された駆動速度が基準速度αを上回っているか否かを判定する。駆動速度が基準速度αを上回っていれば本処理を終了し、駆動速度が基準速度αを上回っていなければステップＳ１０３に移行して掻き落し制御を継続して行う。

図４は、デポジットの掻き落し制御が行われた際のＥＧＲバルブ１８の挙動を示すものである。タイミングＴ１以前はＩＧスイッチがＯＮであり、通常のＥＧＲ制御が行われている。タイミングＴ１においてＩＧスイッチ２３がＯＦＦにされると掻き落し制御が開始され、ＥＧＲバルブ１８がＥＧＲバルブ１８の全閉位置を基準として＋１５度及び−１５度の開度に回動される。この回動に際してＥＧＲバルブ１８の駆動速度が基準速度αを上回っていなければ掻き落し制御は終了されずに継続して行われる。タイミングＴ２においてＥＧＲバルブ１８の駆動速度が基準速度αを上回ったと判定されると掻き落し制御が終了し、ＥＧＲバルブ１８が全閉位置で停止する。

図５は、掻き落し制御の前後におけるデポジットの付着状況を示すものである。図５（ａ）では、掻き落し制御が行われる前のデポジットがＸとして示されている。これに対してＥＧＲバルブ１８の駆動速度が基準速度αを上回るまで掻き落し制御が継続されると、図５（ｂ）に示されるようにデポジットはＹとして示されるようになる。すなわち、掻き落し制御により、ＥＧＲバルブ１８の回動域におけるデポジットが掻き落されている。

以上、詳述した実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

デポジットの掻き落し制御に際して、ＥＧＲバルブ１８の回動速度が取得され、その回動速度に応じてＥＧＲバルブ１８の回動が継続されることにより、デポジットの付着量に応じた掻き落し制御が行われてデポジットが除去される。ここで、デポジットが凝固したとしてもＥＧＲバルブ１８の回動を妨げない程度の駆動速度が基準速度αとして設定され、取得した駆動速度が基準速度αを上回るまでＥＧＲバルブ１８の回動が継続されることにより、デポジットが確実に掻き落しされる。

以上により、ＥＧＲバルブ１８がＥＧＲ配管１７の壁面に固着したり、ＥＧＲバルブ１８の回動が妨げられる不具合が回避され、ひいては排ガスの環流量を良好に調節可能なＥＧＲ制御を行うことができる。

なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、以下のように実施しても良い。

上記実施の形態では、予め基準速度αを定めておき、デポジットの掻き落し制御に際して駆動速度が基準速度αを上回るまでＥＧＲバルブ１８の回動を継続する構成としたが、以下の（１），（２）のような構成としても良い。

（１）本構成では、駆動速度の時間変化の割合に注目する。デポジットの除去に際して、デポジットの付着量が多い場合にはＥＧＲバルブ１８の回動速度は遅く、ＥＧＲバルブ１８が回動されてデポジットの付着量が減少するにつれてＥＧＲバルブ１８の回動速度は速くなる。そして、デポジットの付着量が比較的少なくなると回動速度はほぼ一定の速度となる。このため、回動速度の時間変化の割合が小さければデポジットの付着量が少ないと判断できる。そこで、あらかじめ基準値βを定めておき、駆動速度の時間変化の割合が基準値βを下回るまでデポジットの掻き落し制御を継続して行う。

具体的には、図３のＥＧＲバルブ駆動制御において、ステップＳ１０４の処理に続いて駆動速度の今回値と前回値との差を算出する。その後、ステップＳ１０５の判定処理の代わって、算出した駆動速度の差が予め定めた基準値βを下回っているかを判定する。速度差が基準値βを下回っていれば本処理を終了し、速度差が基準値βを下回っていなければステップＳ１０３に移行して掻き落し制御を継続して行う。以上により、ＥＧＲ配管１７の壁面のうちＥＧＲバルブ１８の回動域に付着したデポジットが確実に除去される。

（２）本構成では、デポジットの掻き落し制御の初回の回動時に検出した駆動速度に注目する。駆動速度はデポジットの付着量との相関があるため駆動速度よりデポジットの付着量が推定可能であり、ＥＧＲバルブ１８をどの程度回動させれば良いのかを判断することができる。

具体的には、図３のＥＧＲバルブ駆動制御において、ステップＳ１０５の処理に代わり、デポジットの掻き落し制御の実施時間を求める。この実施時間は、ＥＧＲバルブ１８の駆動速度により推定されるデポジットの付着量に対しそのデポジットを除去するために必要な時間として予め記憶されているものである。その後、タイマー等を利用して算出した実施時間の間、デポジットの掻き落し制御を継続して行う。以上により、ＥＧＲ配管１７の壁面のうちＥＧＲバルブ１８の回動域に付着したデポジットが確実に除去される。

上記実施の形態では、ＥＧＲ配管１７に設けられたＥＧＲバルブ１８に対して掻き落し制御を行ったが、スロットルバルブ１３に対して掻き落し制御を行う構成とする。スロットルバルブ１３には、吸気管１１を流通する空気やエンジン１０の燃焼室からの燃焼ガスの吹き戻し等によってデポジットが付着するおそれがある。また、ＥＧＲ制御を行うエンジン１０においては、ＥＧＲガスによるデポジットが付着するおそれがある。このため、デポジットの掻き落し制御を実施し、駆動速度が予め定めた基準速度を上回るまでスロットルバルブ１３の回動を継続すると良い。これにより、スロットルバルブ１３の回動が妨げられることが回避され、良好な吸入空気量を制御することができる。

エンジン制御システムの概略を示す全体構成図である。 デポジットの付着量とＥＧＲバルブの駆動速度との関係を示す図である。 ＥＧＲバルブ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。 掻き落し制御の動作の様子を示すタイムチャートである。 掻き落し制御の実施前後におけるデポジットの付着状況を示す図である。

符号の説明

１０…エンジン、１１…吸気管、１３…スロットルバルブ、１４…スロットルバルブアクチュエータ、１７…ガス通路としてのＥＧＲ配管、１８…バタフライ弁体としてのＥＧＲバルブ、１９…ＥＧＲバルブアクチュエータ、１９ａ…検出手段としてのＥＧＲバルブ開度センサ、３０…継続手段としてのＥＣＵ。

Claims (6)

1. 内燃機関のガス通路に設けられたバタフライ弁体と、該バタフライ弁体を回動させるアクチュエータとを有し、前記ガス通路内に付着したデポジットを除去するべく、前記アクチュエータを操作することにより、前記バタフライ弁体を全閉位置を基準として正逆両方向に回動させる内燃機関の制御装置において、
   デポジットの除去に際して前記バタフライ弁体の回動速度を検出する検出手段と、
   該検出手段により検出した回動速度に基づいて前記バタフライ弁体の回動を継続させる継続手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記継続手段は、前記検出手段により検出した回動速度が予め定めた基準速度を上回ったかを判断し、前記回動速度が前記基準速度を上回ったと判断されるまで前記バタフライ弁体の回動を継続させ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. 前記回動速度と前記デポジットの付着量の相関に基づいて、前記デポジットが凝固したとしても前記バタフライ弁体の回動を妨げない程度の前記回動速度を前記基準速度として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. 前記継続手段は、前記検出手段により検出した回動速度の時間変化の割合を算出するとともに、その割合が予め定めた基準値を下回ったかを判断し、前記回動速度の時間変化の割合が前記基準値を下回ったと判断されるまで前記バタフライ弁体の回動を継続させ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。
5. 前記内燃機関には燃焼後の排ガスを吸気系に環流するために吸気通路と排気通路とを連通する連通路が設けられ、前記バタフライ弁体は前記連通路内に設けられ前記排ガスの環流量を調節するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記バタフライ弁体は前記内燃機関の停止後に全閉位置で停止することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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