JP2009185757A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を、フューエルカット時に充分な減速感を得ることができ、かつ、再加速時に失火などが生じることがない形で制御できる制御装置を、提供する。
【解決手段】排気ガス再循環装置を備えた内燃機関用の制御装置を、フューエルカット制御（Ｓ１０２）を行った後、内燃機関内の残留ＥＧＲガス濃度が，再加速時に問題が生じないことが確実な最大残留ＥＧＲ濃度である許容ＥＧＲガス濃度となるまでは、スロットルバルブを全閉状態に維持し、残留ＥＧＲガス濃度が許容ＥＧＲガス濃度となったときに（Ｓ１０４；ＹＥＳ）、スロットルバルブを開ける（Ｓ１０５）装置としておく。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を制御するための制御装置に関する。

近年の一般的な自動車に搭載されている内燃機関は、排気ガス再循環装置を備えたものとなっている。ここで、排気ガス再循環装置とは、内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に戻すことにより、内燃機関の燃費を向上させると共に，排気ガス中の窒素酸化物の量を低減する装置〔ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)装置等とも呼ばれているもの〕のこと
である。

そのような内燃機関では、排気ガス再循環装置によって再循環する排気ガス（以下、ＥＧＲガスと表記する）の量が少なすぎると、燃費の向上やＮＯx低減といった効果が充分
に得られないことになる。また、再循環するＥＧＲガスの量が多すぎると、燃焼異常（失火等）が生じることになる。

要するに、排気ガス再循環装置によって再循環すべきＥＧＲガス量には、適切な量が存在しているのであるが、当該量は、内燃機関の運転状態（機関回転速度，負荷等）によっても変化するものとなっている。このため、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関用の一般的な制御装置（いわゆる電子制御ユニット）は、内燃機関の動作状態に基づき，適切なＥＧＲガス還流量を求め、求めた量のＥＧＲガスが還流されるように排気ガス再循環装置を制御する装置として構成されている。

さて、一般的な制御装置は、減速時には、フューエルカット制御（燃料噴射を停止すると共にスロットルバルブを閉じる制御）を行う装置としても構成されている。そして、制御装置は、フューエルカット制御後に加速が指示された際には、当然、内燃機関を動作させるための制御を再開するのであるが、既存の制御装置は、その際（以下、再加速時と表記する）に，内燃機関にて燃焼異常（失火等）が生ずることがあるものとなっている。

具体的には、排気ガス再循環装置によるＥＧＲガスの還流が行われている状態でフューエルカット制御が行われた場合を考える。この場合、その時点における運転状態に応じた量のＥＧＲガスが内燃機関内に残留している状態でスロットルバルブが閉じられることになる。その状況が比較的に長時間持続すれば、残留ＥＧＲガス（内燃機関内に残留しているＥＧＲガス）の量が充分に減少するのであるが、ドライバの操作内容によっては（急ブレーキ後にアクセルペダルを踏み込んだ場合等には）、失火等が生じてしまう量のＥＧＲガスが内燃機関内に残っている状態で，内燃機関に対する制御（燃料噴射量やスロットルバルブ開度の制御）が開始されることになる。そして、既存の制御装置は、そのような状況を発生しにくくするための制御（再加速時における燃料噴出量を少なめにする制御や、通常運転時に還流させるＥＧＲガス量を少なめにする制御）しか行わない装置となっている。そして、その結果として、既存の制御装置は、再加速時に，内燃機関にて燃焼異常が生じてしまうことがあるものとなっているのである。

なお、このような，内燃機関内に残留するＥＧＲガスに関連する技術としては、ハイブリッド車の減速フューエルカット時に，排気系内の残留ＥＧＲガスが触媒によって浄化されないという問題を解決するために、減速時にモータとエンジンの間のクラッチを締結してモータリングすると共にスロットルバルブを全開にすることにより、残留ＥＧＲガスを触媒に送ることで浄化する技術（特許文献１参照。）が知られている。

この技術によれば、残留ＥＧＲガスを効率よく掃気することができることにはなる。ただし、減速時にスロットルバルブを全開にしたので，減速感が損なわれてしまうことになる。

この他、関連技術としては、内燃機関の運転領域がＥＧＲ導入領域（ＥＧＲガスの還流を行う領域）からＥＧＲ非導入領域（ＥＧＲガスの還流を行わない領域）に移行したときには、インタークーラをバイパスして吸気することで、インタークーラに残存するＥＧＲガスによる吸気の充填量の低下を抑制する技術（特許文献２参照。）が知られている。
特開２００２−２５６９１９号公報 特開平６−２５７５１８号公報

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、その課題は、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を、フューエルカット制御が行われた際に充分な減速感を得ることができ、かつ、再加速時に燃焼異常（失火など）が生じることがない形で制御できる，内燃機関の制御装置を、提供することにある。

上記課題を解決するために、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すための排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を制御するための制御装置は、内燃機関が目的とする状態で動作するように，内燃機関の排気ガス再循環装置，スロットルバルブ及び燃料噴射装置を制御する通常制御処理を実行可能な制御手段であって、内燃機関の機関回転速度を減少すべき所定の減速条件が満たされた場合には、通常制御処理を中止してスロットルバルブの状態を全閉状態に変更し、その後、内燃機関の機関回転速度を増大すべき所定の加速条件が満たされた場合には、通常制御処理を再開する主制御手段と、主制御手段によってスロットルバルブの状態が全閉状態に変更されたときに動作を開始し、主制御手段によって通常制御処理が再開されたときに動作を停止する副制御手段であって、その時点において内燃機関内に残っているＥＧＲガスの濃度である残留ＥＧＲガス濃度と，その時点において通常制御処理が開始されたときに燃焼異常が発生することなく内燃機関が動作を開始することになることが確実な最大残留ＥＧＲガス濃度である許容ＥＧＲガス濃度とを特定するＥＧＲガス濃度特定処理を繰り返し、ＥＧＲガス濃度特定処理により特定された残留ＥＧＲガス濃度と許容ＥＧＲガス濃度とが一致したときに、スロットルバルブの状態を開状態に変更する副制御手段とを備える。

すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、通常制御処理を中止してスロットルバルブの状態を全閉状態に変更した後（フューエルカット制御を行った後）、或る程度の時間（残留ＥＧＲガス濃度と許容ＥＧＲガス濃度とが一致するまでの時間）が経過するまでは、スロットルバルブの状態を全閉状態に維持する装置となっている。そして、スロットルバルブが閉じられている状態が，或る程度の時間，持続すれば、充分な減速感が得られるのであるから、本発明の制御装置によれば、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を、フューエルカット制御が行われた際に充分な減速感を得ることが出来る形で制御できることになる。

また、残留ＥＧＲガス濃度（その時点において内燃機関内に残っているＥＧＲガスの濃度），許容ＥＧＲガス濃度（その時点において通常制御処理が開始されたときに燃焼異常が発生することなく内燃機関が動作を開始することになることが確実な最大残留ＥＧＲガス濃度）は、いずれも、所定の減速条件が満たされてから所定の加速条件が満たされるまでの状況（機関回転速度，ブレーキペダルの踏み込みの程度等）によって、その変化率（時間の経過に伴うガス濃度の減少の程度）が大きく異なるガス濃度である。本発明の制御
装置は、そのような、状況によって変化率が大きく異なるガス濃度を繰り返し特定し、それらの値が一致したときに、スロットルバルブを開ける装置となっている。

従って、本発明による内燃機関の制御装置は、所定の減速条件が満たされてから所定の加速条件が満たされるまでの状況がどのようなものであっても、残留ＥＧＲガス濃度が、再加速時に燃焼異常が発生することがありえるＥＧＲガス濃度（許容ＥＧＲガス濃度＋α；以下、限界ＥＧＲガス濃度と表記する）となる前に、内燃機関に、残留ＥＧＲガスの積極的な掃気を開始させる装置となっていることになる。そして、残留ＥＧＲガスの積極的な掃気が開始されれば、その後、残留ＥＧＲガス濃度が限界ＥＧＲガス濃度を超えることはないのであるから、本発明の制御装置によれば、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を、再加速時に、燃焼異常が生じることがない形で制御できることにもなる。

なお、本発明を実現するに際して、副制御手段は、ＥＧＲガス濃度特定処理として、許容ＥＧＲガス濃度を間接的に特定する処理を行うものであっても良い。すなわち、副制御手段を、ＥＧＲガス濃度特定処理にて実際に特定される情報が上記した限界ＥＧＲガス濃度であり，残留ＥＧＲガス濃度と，限界ＥＧＲガス濃度から求めた許容ＥＧＲガス濃度とが一致したときに，スロットルバルブの状態を開状態に変更する手段としておくことも出来る。また、制御装置の副制御手段としては、スロットルバルブに対する具体的な制御手順が異なるさまざまなものを採用することが出来る。例えば、副制御手段として、残留ＥＧＲガス濃度が所定濃度まで下がったときに、スロットルバルブの状態を全閉状態に戻す手段や、スロットルバルブの状態を開状態に変更した後、一定時間が経過したときに、スロットルバルブの状態を全閉状態に戻す手段を採用することが出来る。

本発明によれば、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を、フューエルカット制御が行われた際に充分な減速感を得ることができ、かつ、再加速時に燃焼異常（失火など）が生じることがない形で制御できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る制御装置３０によって制御される内燃機関１の構成を説明する。なお、制御装置３０によって制御される内燃機関１は、自動車に搭載されているものである。

図示してあるように、内燃機関１は、ピストン２，コンロッド３，吸気ポート４，排気ポート５，吸気バルブ６，排気バルブ７等からなる内燃機関本体、吸気ポート４に接続された吸気通路１０、及び、排気ポート５に接続された排気通路１５を備えている。さらに、内燃機関１は、排気通路１５と吸気通路１０とを連通するＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)通路２０，ＥＧＲ通路２０内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ
２１，及び，ＥＧＲ通路２０内を流れるガスの量を制御（調整）するためのＥＧＲバルブ２２を主要構成要素とした排気ガス再循環装置を備えている。

また、内燃機関１の内燃機関本体（吸気ポート４）には、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された燃料を吸気ポート４内に噴射供給するための燃料噴射装置８が設けられている。さらに、内燃機関本体には、気筒内の混合気に点火するための点火プラグ９も設けられている。

内燃機関１の吸気通路１０には、吸気量を制御するためのスロットルバルブ１２が設けられている。また、吸気通路１０には、吸気量を検出するためのエアフローメータ１１，
及び，吸気量の脈動を除去するためのサージタンク１３も設けられている。

内燃機関１の排気通路１５には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ１６と、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物），ＨＣ（炭化水素），ＣＯ（一酸化炭素），ＰＭ（Particulate Matter；微粒子）等を浄化するための排気浄化装置１７とが、設けられている。

また、内燃機関１は、内燃機関１（内燃機関本体）の機関回転速度を検出するためのクランクポジションセンサ２５，アクセル開度（アクセルペダルの踏み込みの程度を示す情報）を検出するためのアクセルポジションセンサ２６も備えている。

次に、本実施形態に係る制御装置３０の構成及び機能を説明する。

制御装置３０は、内燃機関１用の既存の制御装置（以下、旧バージョン制御装置と表記する）に対してソフトウェア的な改良を施した装置である。このため、制御装置３０の具体的なハードウェア構成の説明は省略するが、制御装置３０（及び旧バージョン制御装置）は、一般的な自動車に搭載されている電子制御ユニットと同様に、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成された装置となっている。

本制御装置３０を構成するために，旧バージョン制御装置に対して施したソフトウェア的な改良は、フューエルカット時に，それまでとは異なる制御を行わせるためのものである。このため、制御装置３０の基本的な機能（制御内容）の説明も省略するが、制御装置３０（及び旧バージョン制御装置）は、通常は（フューエルカット関連の制御を行っていない場合には）、自動車の操縦者が希望している運転状態となるように、排気ガス再循環装置（ＥＧＲバルブ２２），燃料噴射装置８，スロットルバルブ１２等を統合的に制御する処理（以下、通常制御処理と表記する）を行う装置となっている。なお、制御装置３０が行う通常制御処理は、ＥＧＲガスの循環を停止させた状態で，燃料噴射装置８等を制御することもある処理となっている。

以下、制御装置３０のフューエルカット時の制御内容を説明する。なお、以下の説明では、アクセル開度（アクセルポジションセンサ２６の出力）が減少するというイベントのことを要減速イベントと表記し、アクセル開度が増加するというイベントのことを要加速イベントと表記することにする。

本実施形態に係る制御装置３０は、通常制御処理（ＥＧＲガスを循環させるもの）の実行中に要減速イベントの発生を検出した場合、図２に示した手順の処理を実行する装置となっている。なお、以下で説明するステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理が，副制御手段として機能している制御装置３０が行う処理であり、他の処理が，主制御手段として機能している制御装置３０が行う処理である。

すなわち、通常制御処理の実行中に要減速イベントの発生を検出した場合、制御装置３０は、まず、現在の内燃機関１の運転状態及びアクセル開度に基づき、フューエルカット（図では、Ｆ／Ｃ）を行う必要があるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。なお、このステップＳ１０１としては、具体的な判断基準が異なる様々なものを採用可能である。例えば、このステップＳ１０１を、“機関回転速度＞所定速度，かつ，アクセル開度＝０”が成立するか否かにより、フューエルカットを行う必要があるか否か判断するステップとしておくことが出来る。

フューエルカットを行う必要がないと判断した場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、制御装置３０は、通常制御処理を続行する（通常制御処理で内燃機関１の各部を制御する）こ
とにより、内燃機関１の運転状態を目標運転状態に変更する（ステップＳ１０６）。なお、目標運転状態とは、発生した要減速イベントの内容（アクセル開度の変化の程度）と現在の運転状態から定まる運転状態のことである。

ステップＳ１０６の処理を終えた制御装置３０は、この図２の処理を終了する。そして、制御装置３０は、要減速イベントや要減速イベントが発生するのを待機する状態となる。

一方、フューエルカットを行う必要があると判断した場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、制御装置３０は、ステップＳ１０２にて、燃料噴射装置８による燃料噴射を停止させると共に、ＥＧＲバルブ２２及びスロットルバルブ１２の状態を全閉状態に変更する処理を行う。

次いで、制御装置３０は、機関回転速度等に基づき、その時点における残留ＥＧＲガス濃度及び許容ＥＧＲガス濃度を特定（算出）する処理（ステップＳ１０３）を行う。

ここで、その時点における残留ＥＧＲガス濃度とは、『ステップＳ１０３の処理の実行時点における内燃機関１内に残っているＥＧＲガスの濃度』のことである。また、その時点における許容ＥＧＲガス濃度とは、『その時点において通常制御処理が再開された場合に、燃焼異常が生ずることなく内燃機関１が動作を開始することが確実な最大残留ＥＧＲガス濃度』のことである。なお、このステップＳ１０３の処理（本発明のＥＧＲガス濃度特定処理に相当）は、これらのＥＧＲガス濃度（本実施形態では、ＥＧＲ率）を、ステップＳ１０２の処理の実行直前まで還流させていたＥＧＲガス量，ステップＳ１０２の処理を実行してからの総機関回転回数，その時点における機関回転速度等から特定（算出）する処理となっている。

ステップＳ１０３の処理を終えた制御装置３０は、当該処理にて特定された残留ＥＧＲ濃度と許容ＥＧＲ濃度とが一致しているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。そして、制御装置３０は、両値が一致していなかった場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）には、ステップＳ１０３の処理を，再度，実行する。

そのような処理を繰り返しているうちに、残留ＥＧＲ濃度と許容ＥＧＲ濃度とが一致していた場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、制御装置３０は、スロットルバルブ１２の状態を，内燃機関１内のＥＧＲガスが充分に掃気できる時間として予め定められている時間（図では、一定時間）の間だけ、全開状態に制御する処理（ステップＳ１０５）を行う。

そのような処理をステップＳ１０５にて行った制御装置３０は、この図２の処理を終了する。そして、制御装置３０は、要加速イベント（或いは，アイドリング状態へ移行すべきイベント等の他のイベント）の発生を待機する状態となり、要加速イベントが発生した場合には、通常制御処理を再開するによって再加速を行う。

なお、流れ図（図２）への表記は省略してあるが、制御装置３０は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理の実行中に要加速イベントが発生した場合には、即座に（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を中止して）、通常制御処理を再開する（再加速を行う）装置となっている。

ここで、図３を用いて、制御装置３０が行う上記制御の意味（目的及び効果）を説明しておくことにする。

既に行った説明から明らかなように、制御装置３０は、所定条件が満たされた場合（図
３のＴｓ１，Ｔｓ２参照）には、通常制御処理を中止する（燃料噴射を停止してＥＧＲバルブ２２を閉じる）と共に、スロットルバルブ１２の状態を全閉状態に変更する装置（フューエルカット制御を行う装置）となっている。また、制御装置３０は、その後、残留ＥＧＲガス濃度と許容ＥＧＲガス濃度とが一致するまで（図３のＴｅ１，Ｔｅ２参照）、スロットルバルブ１２の状態を全閉状態に維持する装置ともなっている。

そして、スロットルバルブ１２が閉じられている状態が，或る程度の時間（図３のｔ１，ｔ２参照），持続すれば、充分な減速感がえられるのであるから、この制御装置３０を用いておけば、内燃機関１を、フューエルカット制御が行われた際に充分な減速感が得られる形で，制御できることになる。

また、図３（Ａ），（Ｂ）に模式的に示してあるように、残留ＥＧＲガス濃度，許容ＥＧＲガス濃度は、いずれも、フューエルカット制御が行われてから再加速が行われるまでの状況（機関回転速度，ブレーキペダルの踏み込みの程度等）によって，変化率（時間の経過に伴うガス濃度の減少の程度）が大きく異なるガス濃度である。本実施形態に係る制御装置３０は、そのような、状況によって変化率が大きく異なるガス濃度を繰り返し特定し、それらの値が一致したときに（図３のＴｅ１，Ｔｅ２参照）、スロットルバルブ１２を開ける装置となっている。

従って、この制御装置３０は、フューエルカット制御が行われてから再加速が行われるまでの状況がどのようなものであっても、残留ＥＧＲガス濃度が、再加速時に燃焼異常が発生することがありえるＥＧＲガス濃度（許容ＥＧＲガス濃度＋α；以下、限界ＥＧＲガス濃度と表記する）となる前に、内燃機関１に、残留ＥＧＲガスの積極的な掃気を開始させる装置となっていることになる。そして、残留ＥＧＲガスの積極的な掃気が開始されれば、その後、残留ＥＧＲガス濃度が限界ＥＧＲガス濃度を超えることはないのであるから、制御装置３０を用いておけば、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を、再加速時に、失火などが生じることがない形で制御できることにもなる。

《変形形態》
上記した制御装置３０は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、制御装置３０を、ステップＳ１０５（図２）にて、スロットルバルブ１２の状態を，残留ＥＧＲ濃度が所定濃度に下がるまで，全開状態に制御する処理を行う装置（スロットルバルブ１２の全開後も、残留ＥＧＲガス濃度の特定を続ける装置）に変形することが出来る。また、ステップＳ１０５の処理を、スロットルバルブ１２の開度を徐々に変化させる処理としておくことも出来る。ただし、ステップＳ１０５の処理を、そのような処理としておく場合には、スロットルバルブ１２の状態の閉状態への移行が比較的に高速に（短時間で）行われるように（残留ＥＧＲ濃度が限界ＥＧＲ濃度を超えることがないように）しておくべきである。

ステップＳ１０３の処理を、残留ＥＧＲ濃度と限界ＥＧＲガス濃度（許容ＥＧＲガス濃度＋α）とを特定する処理としておくと共に、ステップＳ１０４の処理（判断）を、“残留ＥＧＲ濃度＝限界ＥＧＲガス濃度−α”が成立するか否かを判断する処理としておくことも出来る。また、内燃機関１を、残留ＥＧＲガス濃度をより直接的に検出するためのセンサを備えたものとしておき、制御装置３０を、そのセンサの出力を利用してスロットルバルブ１２を開けるタイミングを決定する装置に変形することも出来る。さらに、制御装置３０を、具体的な構成が上記した内燃機関１とは異なる内燃機関（例えば、直噴式の内燃機関）用のものに変形しても良いことなどは、当然のことである。

本発明の一実施形態に係る制御装置が制御する内燃機関の構成、及び、当該内燃機関の制御装置との接続関係を示す図である。 実施形態に係る制御装置が、要減速イベント発生時に実行する処理の流れ図である。 実施形態に係る制御装置の，内燃機関に対する制御内容の意味を説明するための図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・ピストン
３・・・コンロッド
４・・・吸気ポート
５・・・排気ポート
６・・・吸気バルブ
７・・・排気バルブ
８・・・燃料噴射装置
９・・・点火プラグ
１０・・・吸気通路
１１・・・エアフローメータ
１２・・・スロットルバルブ
１３・・・サージタンク
１５・・・排気通路
１６・・・空燃比センサ
１７・・・排気浄化装置
２０・・・ＥＧＲ通路
２１・・・ＥＧＲクーラ
２２・・・ＥＧＲバルブ
２５・・・クランクポジションセンサ
２６・・・アクセルポジションセンサ
３０・・・制御装置

Claims (2)

1. 排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すための排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を制御するための制御装置において、
   前記内燃機関が目的とする状態で動作するように，前記内燃機関の前記排気ガス再循環装置，スロットルバルブ及び燃料噴射装置を制御する通常制御処理を実行可能な制御手段であって、前記内燃機関の機関回転速度を減少すべき所定の減速条件が満たされた場合には、前記通常制御処理を中止して前記スロットルバルブの状態を全閉状態に変更し、その後、前記内燃機関の機関回転速度を増大すべき所定の加速条件が満たされた場合には、前記通常制御処理を再開する主制御手段と、
   前記主制御手段によって前記スロットルバルブの状態が全閉状態に変更されたときに動作を開始し、前記主制御手段によって前記通常制御処理が再開されたときに動作を停止する副制御手段であって、その時点において前記内燃機関内に残っているＥＧＲガスの濃度である残留ＥＧＲガス濃度と，その時点において前記通常制御処理が開始されたときに燃焼異常が発生することなく前記内燃機関が動作を開始することになることが確実な最大残留ＥＧＲガス濃度である許容ＥＧＲガス濃度とを特定するＥＧＲガス濃度特定処理を繰り返し、ＥＧＲガス濃度特定処理によって特定された残留ＥＧＲガス濃度と許容ＥＧＲガス濃度とが一致したときに、前記スロットルバルブの状態を開状態に変更する副制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記副制御手段が、
   前記スロットルバルブの状態を開状態に変更した後、一定時間が経過したときに、前記スロットルバルブの状態を全閉状態に戻す手段である
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

Images