JP2010024950A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ弁が目標開度に合わない場合であってもＥＧＲガスを適正量供給することができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路で開閉するＥＧＲ弁と、内燃機関の動作点を設定する設定手段と、ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときに、該ＥＧＲ弁の開度に応じて前記内燃機関の動作点を変更する変更手段と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ装置に関する。

ＥＧＲ弁が粒子状物質の付着等により閉まらなくなった場合に、スロットル開度を増加させて吸入空気量を増加させることにより、ＥＧＲ導入量を減少させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。つまり、吸入空気量を増加させると吸気通路内の圧力が高くなるため、吸気通路と排気通路との圧力差が小さくなるので、ＥＧＲガスの流量が減少する。これにより、燃焼状態を良好に保つことができる。

しかし、吸入空気量を増加させると発生トルクが大きくなるため、要求トルクに合わせることができなくなる虞がある。また、吸気通路内の圧力が高くなると、ブレーキの倍力装置等に用いる負圧が足りなくなる虞がある。
特開２００５−２０７２８５号公報 特開２００７−７６５５１号公報 特開２００７−１００５２４号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ弁が目標開度に合わない場合であってもＥＧＲガスを適正量供給することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関のＥＧＲ装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関のＥＧＲ装置は、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路で開閉するＥＧＲ弁と、
前記内燃機関の動作点を設定する設定手段と、
前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときに、該ＥＧＲ弁の開度に応じて前記内燃機関の動作点を変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする。

内燃機関の動作点は、例えば内燃機関の負荷及び回転数で表すことができる。つまり、そのときの機関負荷及び機関回転数を動作点としても良い。例えば、トランスミッションにより減速比を変更したり、又は電動モータから内燃機関へトルクを伝えたりして、内燃機関の負荷を変更することで動作点を変更することができる。このときに、例えば燃料噴射量やスロットル開度も変更される。

ここで、動作点を変更すると、吸気通路内の圧力が変化する。例えば、動作点を高負荷側に変更すると、スロットルが開かれることにより吸気通路内の圧力が増加するため、気筒内に導入されるＥＧＲガス量が減少する。このときには、内燃機関により駆動される部材（車輪、駆動軸等。）の回転数が一定となるように機関回転数を下降させる。

また、動作点を低負荷側に変更すると、スロットルが閉じられることにより吸気通路内の圧力が減少するため、気筒内に導入されるＥＧＲガス量が増加する。このときには、内燃機関により駆動される部材の回転数が一定となるように機関回転数を上昇させる。

このようにすることで、ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときであっても、例えば車両の速度を一定に保ちつつ気筒内に導入されるＥＧＲガス量を調節することができる。なお、ＥＧＲ弁の目標開度は、例えば機関回転数及び機関負荷に基づいて決定される。

本発明においては、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、
前記変更手段は、前記内燃機関の動作点を、前記設定手段により設定される動作点よりも高負荷側とすることができる。

ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、気筒内に導入されるＥＧＲガス量が目標値よりも多くなる。つまり、燃焼状態が悪化する虞があるため、ＥＧＲガス量を減少させる必要が生じる。このときに、内燃機関の動作点を高負荷側に変更することにより、吸気通路内の圧力が上昇するので、ＥＧＲガス量を減少させることができる。これにより、燃焼状態を良好に保つことができる。なお、ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、その差が大きくなるほど内燃機関の動作点をより高負荷側へ変更しても良い。

本発明においては、前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、
前記変更手段は、前記吸気通路内の圧力が高くなるほど前記内燃機関の動作点を低負荷側に変更することができる。

ＥＧＲ開度が大きくなると吸気通路へ導入されるＥＧＲガス量が多くなるため、該吸気通路内の圧力が上昇する。ところで、内燃機関には、吸気通路内の負圧を利用する機器が併設されることがある。例えば、ブレーキの倍力装置、各種アクチュエータを挙げることができる。これらの機器は、吸気通路内の圧力が上昇して負圧が低下することにより、その機能が低下する虞がある。これに対し、内燃機関の動作点を低負荷側に変更することにより、吸気通路内の圧力を下降させることができるので、前記機器の機能低下を抑制できる。

本発明においては、前記内燃機関の負圧を利用したブレーキの倍力装置を備え、
前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、
前記変更手段は、前記内燃機関の吸気通路の負圧が、前記倍力装置が要求する負圧以上となるように前記内燃機関の動作点を変更することができる。

例えばブレーキペダルとマスターシリンダとの間にブレーキの倍力装置を備え、ブレーキペダル踏力を負圧により増大させてマスターシリンダへ伝える。そして、倍力装置が要求する負圧以上となるように内燃機関の動作点を変更すれば、ブレーキの機能を高いまま維持することができる。例えば、前記内燃機関の吸気通路の負圧が、前記倍力装置が要求する負圧に足りない場合、もしくは足りなくなりそうになった場合に、内燃機関の動作点を低負荷側に変更する。これにより、スロットルが閉じられるため吸気通路内の圧力を下降させることができる。つまり、負圧を大きくすることができる。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ弁が目標開度に合わない場合であってもＥＧＲガスを適正量供給することができる。

以下、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関のＥＧＲ装置を適用する内燃機関１とその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４気筒ガソリン機関である。ただし、図１には１気筒のみを記載している。

内燃機関１には、気筒２内へ通じる吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ５１が取り付けられている。このエアフローメータ５１よりも下流の吸気通路４には、スロットル５２が設けられている。スロットル５２よりも下流の吸気通路４には、該吸気通路４内の圧力を測定する圧力センサ７が取り付けられている。

また、内燃機関１には、気筒２内へ通じる排気通路６が接続されている。排気通路６の途中には排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒１５が備えられている。

そして、内燃機関１は、排気通路６内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気通路４へ再循環させるＥＧＲ装置８を備えている。このＥＧＲ装置８は、ＥＧＲ通路８１およびＥＧＲ弁８２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路８１は、排気浄化触媒１５よりも上流の排気通路６と、スロットル５２よりも下流の吸気通路４と、を接続している。このＥＧＲ通路８１を通って、ＥＧＲガスが再循環される。また、ＥＧＲ弁８２は、ＥＧＲ通路８１の通路断面積を調節することにより、該ＥＧＲ通路８１を流れるＥＧＲガスの量を調節する。ＥＧＲ弁８２には、該ＥＧＲ弁８２の開度を測定する開度センサ８３が取り付けられている。

また、内燃機関１の近傍の吸気通路４には、燃料を噴射する燃料噴射弁３が取り付けられている。さらに、スロットル５２よりも下流の吸気通路４には、ブレーキの倍力装置２０へ通じるバキュームホース２１が接続されている。

次に、図２は、本実施例に係るハイブリッドシステム３０の概略構成図である。本実施例によるハイブリッド車は、内燃機関１、動力分割機構３１、電動モータ３２、発電機３３、バッテリ３４、インバータ３５、車軸３６、減速機３７、車輪３８を備えて構成されている。

動力分割機構３１は、内燃機関１からの出力を発電機３３や車軸３６に振り分けている。この動力分割機構３１は、電動モータ３２からの出力を車軸３６に伝達する機能をも有する。電動モータ３２は、減速機３７を介して車軸３６と比例した回転数にて回転する。該電動モータ３２は、通常運転時には必要に応じて内燃機関１の出力を補助することもできる。また、電動モータ３２及び発電機３３には、インバータ３５を介してバッテリ３４が接続されている。そして、発電機３３は、内燃機関１からの動力を得て発電しバッテリ３４の充電を行う。

このように構成されたハイブリッドシステムでは、内燃機関１の出力若しくは電動モータ３２の出力により車軸３６を回転させ、車輪３８が駆動される。また、内燃機関１の出力と電動モータ３２の出力とを合わせて車軸３６を回転させ、車輪３８を駆動することもできる。さらに、電動モータ３２の出力により内燃機関１を回転させることもできる。つまり、このハイブリッドシステム３０によれば、内燃機関１の負荷を調節することができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ９には、圧力センサ７及びエアフローメータ５１のほか、運転者がアクセルペダル１０を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１１、及び内燃機関１の回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ１２が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。アクセル開度センサ１１により機関負荷を、クランクポジションセンサ１２により機関回転数を得ることができる。

一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３およびＥＧＲ弁８２が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ９により制御される。

そして、本実施例では、ＥＧＲ弁８２が故障したり、ＰＭが付着したりする等により作動しなくなった場合や、目標開度に合わせることができなくなった場合に、そのときのＥＧＲ弁８２の開度に応じて内燃機関１の動作点を変更する。ＥＧＲ弁８２の目標開度は、内燃機関１の運転状態に応じて決定される。また、内燃機関１の動作点の変更は、ハイブリッドシステム３０により機関回転数及び機関負荷を変更することにより行われる。

図３は、本実施例における機関回転数と発生トルク及びブレーキ負圧との関係を示した図である。発生トルクは、スロットル５２よりも下流の吸気通路４内の圧力としても良い。また、ブレーキ負圧とは、バキュームホース２１が接続されている付近の吸気通路４又はバキュームホース２１、倍力装置２０内の負圧のことをいう。

実線は通常の出力動作線を示し、一点差線は全負荷時の出力動作線を示している。また破線は、等しい出力となる動作点を夫々結んだ線である。この出力は、車軸３６及び車輪３８の回転数としても良い。通常の出力動作線とは、内燃機関１の運転条件に応じて決定される動作点の軌跡であり、燃費、ハイブリッドシステム３０の効率、騒音、振動等を考慮して決定される。ＥＣＵ９は、アクセルペダル１０の踏み込み量に応じて通常の出力動作線上で動作点を設定する。なお本実施例では、車両の速度を一定に維持する場合について説明する。また、本実施例においては通常の出力動作線で動作点を設定するＥＣＵ９が、本発明における設定手段に相当する。

そして、本実施例では、ＥＧＲ弁８２が目標開度よりも大きな開度で作動しなくなった場合に、該開度に応じて動作点を移動させる。このときに車速（出力としても良い。）が一定となるようにする。つまり、図３における破線上で動作点を移動させる。ここで、ＥＧＲ弁８２が目標開度よりも大きな開度となっていると、気筒２内に導入されるＥＧＲガス量が、要求される量よりも多くなる。そうすると、燃焼状態の悪化等を招く。また、内燃機関１が低負荷となるほど、スロットル５２の開度が小さくされるため、より多くのＥＧＲガス量が導入される。

これに対し本実施例では、スロットル５２よりも下流の吸気通路４内の圧力が高くなるように動作点を移動させる。つまり、吸気通路４内の圧力を上昇させることにより、ＥＧＲ通路８１の吸気通路４側と排気通路６側との圧力差を小さくして該ＥＧＲ通路８１を流通するＥＧＲガス量を減少させる。これにより、気筒２内に導入されるＥＧＲガス量を減少させることができる。

ここで、ＥＧＲガス量を減少させるために、動作点は機関負荷が高くなる側に移動する。つまり、スロットル５２の開度が増加することにより、吸入空気量が増加して、該スロットル５２よりも下流の吸気通路４内の圧力が上昇する。このときの動作点の移動量は、開度センサ８３により得られるＥＧＲ弁８２の開度に応じて決定される。ＥＧＲ弁８２の開度と、動作点の移動量は、予め実験等により求めることもできる。また、圧力センサ７により得られる吸気通路４内の圧力に基づいて、動作点のフィードバック制御を行っても
良い。このときに、電動モータ３２の出力変更または発電機３３における発電量の変更と、スロットル５２の開度の変更と、により動作点を変更する。

図４は、本実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間ごとに繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ９は、ＥＧＲ弁８２が固着しているか否か判定する。つまり、ＥＧＲ弁８２の開度が変わらないために、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が調節できない状態であるか否か判定される。例えば、ＥＣＵ９からＥＧＲ弁８２の開度を変化させる指令が発信されたにも関わらず、開度センサ８３により得られる開度が変化しない場合には、ＥＧＲ弁８２が固着していると判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ９は、ＥＧＲ弁８２の開度に応じて動作点を変更する。つまり図３における破線上で動作点を移動させる。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を処理するＥＣＵ９が、本発明における変更手段に相当する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ９は、通常の動作点とする。つまり図３における実線上の動作点とする。

なお、本実施例では、内燃機関１の負荷を電動モータ３２の出力または発電機３３における発電量により変更しているが、これに代えて、トランスミッションの入力と出力との比（減速比）を変更することにより内燃機関１の負荷を調節しても良い。例えば、車速を一定に保ちつつ減速比を高くすると、機関回転数が増加し、スロットル５２の開度が小さくされるので、吸気通路４内の圧力が低下して気筒２内に導入されるＥＧＲガス量が増加する。また、車速を一定に保ちつつ減速比を低くすると、機関回転数が減少し、スロットル５２の開度が大きくされるので、吸気通路４内の圧力が上昇して気筒２内に導入されるＥＧＲガス量が減少する。

本実施例では、ＥＧＲ弁８２が作動しなくなった場合について説明したが、これに代えて、ＥＧＲ弁８２が作動するものの目標開度に合わせることができない場合も同様にして適用することができる。

本実施例では、車両の速度を一定に維持する場合について説明したが、過度状態であっても適用することができる。この場合、要求される出力に対する通常の動作点を求め、その後、図３における破線上で動作点を移動させる。これを繰り返し行う。

以上説明したように本実施例によれば、ＥＧＲ弁８２の開度が目標開度より大きな状態であっても、気筒２内に導入されるＥＧＲガス量を適正化することができるため、燃焼状態を良好に保つことができる。

本実施例では、ブレーキの倍力装置２０が必要とする負圧を確保するように内燃機関１の動作点を変更する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

ここで、ＥＧＲ弁８２が目標開度よりも大きな開度となっていてＥＧＲガスが多く導入されると、該吸気通路４内の圧力が上昇する。すると、倍力装置２０が必要とする負圧が得られなくなる虞がある。そこで本実施例では、吸気通路４内の負圧が、倍力装置２０が必要とする負圧以上となるように、動作点を移動させる。つまり、要求される圧力以下と
なるように、出力を一定に保ちつつ動作点を移動させる。倍力装置２０が必要とする負圧は予め実験等により得られる。また、動作点の変更は、実施例１と同様にして行われる。ここで、内燃機関１の燃焼状態を良好に保つために、倍力装置２０が必要とする負圧の下限値となるように動作点を移動させてもよい。

なお、吸気通路４内の圧力が高くなるほど内燃機関１の動作点を低負荷側に変更しても良い。つまり、吸気通路４内の圧力が高くなるほど機関回転数を上昇させても良い。これにより、吸気通路４内の圧力を低く保つことができるため、倍力装置２０が必要とする負圧を確保することができる。同時に、内燃機関１の燃焼状態を考慮して動作点の移動量を変更しても良い。

なお、本実施例ではバキュームホース２１に倍力装置２０が接続されているが、これに代えて、負圧を利用する他の機器が接続されていても良い。

以上説明したように本実施例によれば、負圧が不足することを抑制できるため、ブレーキ等の機能を高く保つことができる。また、内燃機関１の燃焼状態を考慮して動作点を移動させることにより、ブレーキ等の機能を高く保つことと、内燃機関１の燃焼状態を良好に保つことと、の両立を図ることができる。

実施例に係る内燃機関のＥＧＲ装置を適用する内燃機関とその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係るハイブリッドシステムの概略構成図である。 実施例における機関回転数と発生トルク及びブレーキ負圧との関係を示した図である。 実施例１に係る制御フローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
６ 排気通路
７ 圧力センサ
８ ＥＧＲ装置
９ ＥＣＵ
１０ アクセルペダル
１１ アクセル開度センサ
１２ クランクポジションセンサ
１５ 排気浄化触媒
２０ 倍力装置
２１ バキュームホース
３０ ハイブリッドシステム
３１ 動力分割機構
３２ 電動モータ
３３ 発電機
３４ バッテリ
３５ インバータ
３６ 車軸
３７ 減速機
３８ 車輪
５１ エアフローメータ
５２ スロットル
８１ ＥＧＲ通路
８２ ＥＧＲ弁
８３ 開度センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路で開閉するＥＧＲ弁と、
   前記内燃機関の動作点を設定する設定手段と、
   前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度に合わないときに、該ＥＧＲ弁の開度に応じて前記内燃機関の動作点を変更する変更手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
2. 前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、
   前記変更手段は、前記内燃機関の動作点を、前記設定手段により設定される動作点よりも高負荷側とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、
   前記変更手段は、前記吸気通路内の圧力が高くなるほど前記内燃機関の動作点を低負荷側に変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
4. 前記内燃機関の負圧を利用したブレーキの倍力装置を備え、
   前記ＥＧＲ弁の開度が目標開度よりも大きな場合には、
   前記変更手段は、前記内燃機関の吸気通路の負圧が、前記倍力装置が要求する負圧以上となるように前記内燃機関の動作点を変更することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。

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