JP2010159654A

JP2010159654A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2010159654A
Application number: JP2009001131A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Hanehara; 輝晃羽原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】未燃燃料の排出が抑制された内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】実施例１の内燃機関の制御装置は、内燃機関１０の気筒１２に導入されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４４と、内燃機関１０の吸気側を通過する分岐通路５２ａと、分岐通路５２ａと連通し、内燃機関１０の排気側を通過するとともにＥＧＲクーラ４４内を通過する分岐通路５２ｂ及びＥＧＲクーラ通路５４と、分岐通路５２ｂ及びＥＧＲクーラ通路５４を流れる冷却水の流量を調整可能な流量制御弁７２と、気筒１２にＥＧＲガスを導入する際に流量制御弁７２を制御するＥＣＵ９０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

燃焼温度の低下により、シリンダボアに付着した混合気中の未燃燃料が燃焼されずに外部へ排出される場合がある。このような未燃燃料の排出を抑制するために、内燃機関を冷却する冷却水の流れを停止させることにより、内燃機関の温度を高めて、未燃燃料の排出を抑制している技術がある（特許文献１参照）。

特開２００３−１７６７４１号公報

しかしながらこのような技術では、冷却水の流れそのものを停止するため、シリンダボア全体の温度が上がってしまいノッキングが生じる恐れがある。また、燃焼温度が高くなるためにＮＯｘの排出量が増大するおそれもある。

また、内燃機関の吸気系にＥＧＲガスを導入すると、筒内の比熱比が小さくなることで燃焼温度が低下する。従って、この場合には未燃燃料の排出量が増える恐れがある。

本発明の目的は、未燃燃料の排出が抑制された内燃機関の制御装置を提供することである。

上記目的は、内燃機関の気筒に導入されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記内燃機関の吸気側を通過する第１却水通路と、前記第１冷却水通路と連通し、前記内燃機関の排気側を通過するとともに前記ＥＧＲクーラ内を通過する第２冷却水通路と、前記第２冷却水通路を流れる冷却水の流量を調整可能な流量制御弁と、前記気筒にＥＧＲガスを導入する際に前記流量制御弁を制御する制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置によって達成できる。

気筒にＥＧＲガスを導入する際に、第２冷却水通路を流れる冷却水の流量を絞ることにより、内燃機関の排気側の温度は上昇する。また、ＥＧＲクーラ内を通過する冷却水の流量も少なくなるので、ＥＧＲガスの温度が上昇する。これにより、内燃機関の気筒内の温度は上昇する。従って、シリンダボアに付着した未燃燃料の蒸発性を促進することができる。これにより、未燃燃料の排出を抑制でき、燃費の悪化も抑制される。また、第２冷却水通路を通過する冷却水の流量を絞った場合であっても、第１冷却水通路内には冷却水は流れる。即ち、内燃機関の吸気側には冷却水は流れ、内燃機関の吸気側は冷却されることになる。これにより、ノッキングの発生を抑制できる。

また、上記目的は、内燃機関の気筒に導入されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記内燃機関の吸気側を通過する第１却水通路と、前記第１冷却水通路と連通し、前記内燃機関の排気側を通過するとともに前記ＥＧＲクーラ内を通過する第２冷却水通路と、前記第１及び第２冷却水通路を流れる冷却水の流量を調整可能な電動ポンプと、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、前記気筒にＥＧＲガスを導入する際に前記温度検出手段の検出結果に応じて前記電動ポンプを制御する制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置によって達成できる。

気筒にＥＧＲガスを導入する際に、電動ポンプを制御することにより、第１及び第２冷却水通路を流れる冷却水の流量が絞られる。これにより、内燃機関の排気側の温度は上昇する、また、ＥＧＲクーラ内を通過する冷却水の流量も少なくなるので、ＥＧＲガスの温度が上昇する。以上により、内燃機関の気筒内の温度は上昇する。これにより、未燃燃料の排出を抑制でき、燃費の悪化も抑制される。また、内燃機関の温度に応じて電動ポンプを制御することにより、内燃機関の温度上昇に伴って発生するノッキングを抑制できる。

本発明によれば、未燃燃料の排出が抑制された内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、実施例１の内燃機関の制御装置の模式図である。図２は、冷却水遮断制御を実行した場合の説明図である。図３は、実施例２の内燃機関の制御装置の模式図である。図４は、流量低下制御を実行した場合の説明図である。図５は、実施例３の気筒の断面構成を示した模式図である。図６は、実施例４の気筒の断面構成を示した模式図である。

以下、図面を参照して複数の実施例について説明する。

図１は、実施例１の内燃機関の制御装置の模式図である。内燃機関の制御装置は、図１に示すように、内燃機関１０、吸気通路２０、排気通路３０、ＥＧＲ装置４０、冷却水経路５０、ＥＣＵ９０などを含む。

冷却水経路５０上にはラジエータ６０が設けられている。冷却水経路５０の主通路５１上には電動ポンプ７０が配置されている。電動ポンプ７０は電動式であり、ＥＣＵ９０によって制御されている。また、冷却水経路５０上には詳しくは後述するが流量制御弁７２が配置されている。流量制御弁７２の開閉作動はＥＣＵ９０によって制御されている。

ＥＧＲ装置４０は、排気通路３０と吸気通路２０とを連通するＥＧＲ通路４２、ＥＧＲ通路４２を通過するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４４を備えている。ＥＧＲ装置４０により、内燃機関１０の気筒１２にはＥＧＲガスが導入される。

冷却水経路５０は、主通路５１、主通路５１から分岐した分岐通路５２ａ、５２ｂ、分岐通路５２ｂから分岐しＥＧＲクーラ４４内と連通したＥＧＲクーラ通路５４、ＥＧＲクーラ４４内と連通して再び主通路５１に連通したリターン通路５５を含む。分岐通路５２ａは内燃機関１０の吸気側を通過する。分岐通路５２ｂは、内燃機関１０の排気側を通過する。分岐通路５２ａ、５２ｂは、主通路５１から２つに分岐している。この分岐箇所に流量制御弁７２が設けられている。

流量制御弁７２は、分岐通路５２ｂ内を流れる冷却水の流量を調整することができる。詳細には、流量制御弁７２は、分岐通路５２ａ内を流れる冷却水の流量を確保しつつ、分岐通路５２ｂ内を流れる流量を絞ることができる。分岐通路５２ａは第１冷却水通路に相当し、分岐通路５２ｂ、ＥＧＲクーラ通路５４は第２冷却水通路に相当する。

ＥＣＵ９０は、例えば暖機時において、流量制御弁７２に指令を出して分岐通路５２ｂ内を流れる冷却水を遮断する冷却水遮断制御を実効することができる。ＥＣＵ９０は制御手段に相当する。分岐通路５２ｂ内を流れる冷却水が遮断されると、ＥＧＲクーラ通路５４、リターン通路５５内には冷却水は流れないことになる。これにより、ＥＧＲクーラ４４内には冷却水は通過しないことになる。従って、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ４４によって冷却されずに、高温の状態で内燃機関１０の気筒１２内に導入されることになる。このような制御による作用について説明する。

図２は、冷却水遮断制御を実行した場合の説明図である。図２に示すように、分岐通路５２ｂを通過する冷却水を遮断してから、未燃燃料の排出量は減少する。この理由は、分岐通路５２ｂ内の冷却水の流れを遮断することにより、シリンダボアの排気側の温度が上昇すると共に、気筒１２に導入されるＥＧＲガスの温度が上昇する。これにより気筒１２内の温度が上昇して、シリンダボアに付着していた未燃燃料の蒸発が促進されるからである。

尚、分岐通路５２ｂ内を流れる冷却水を遮断したとしても、分岐通路５２ａ内には冷却水は流れる。このため、シリンダボアの吸気側の温度上昇は抑制できる。これにより、ノッキングの発生が抑制される。

次に、実施例２の内燃機関の制御装置について説明する。尚、実施例１の内燃機関の制御装置と同一の構成については同一の符号を付することによりその説明を省略する。

図３は、実施例２の内燃機関の制御装置の模式図である。実施例１の内燃機関の制御装置とは異なり、流量制御弁７２は設けられていない。また、内燃機関１０の温度を検出するための冷却水温度センサ７４が設けられている。冷却水温度センサ７４は、冷却水経路５０内を流れる冷却水の温度を検出することにより内燃機関１０の温度を検出する。冷却水温度センサ７４の検出結果はＥＣＵ９０に出力される。

ＥＣＵ９０は、気筒１２にＥＧＲガスを導入する際に冷却水温度センサ７４の検出結果に応じて電動ポンプ７０の作動を制御する。詳細には、気筒１２にＥＧＲガスを導入する際に電動ポンプ７０の作動を制御することにより冷却水の流量を低下させる。

図４は、流量低下制御を実行した場合の説明図である。図４に示すように、冷却水の流量を低下させると、内燃機関１０の温度が上昇するため、未燃燃料の排出が抑制される。また、ＥＣＵ９０は、冷却水温度センサ７４からの検出結果が所定値未満の場合にはこのような流量低下制御を実行し、冷却水温度センサ７４の検出結果が所定値を超えている場合には、流量低下制御の実行を禁止する。即ち、ＥＣＵ９０は、流量低下制御によって、内燃機関１０の温度が所定の温度より高くなった場合には、流量低下制御を禁止し、内燃機関１０の温度が所定の温度以下の場合には、流量低下制御を継続する。流量低下制御により、内燃機関１０の温度が高くなりすぎるとノッキングが発生する恐れがあるからである。

尚、ＥＣＵ９０は、冷却水の温度に基づいて流量低下制御の可否を決定するが、このような構成に限定されず、例えば、ノックセンサを設けて、ノッキングを検出した場合には、流量低下制御処理を禁止するようにしてもよい。

次に、実施例３の内燃機関の制御装置について説明する。尚、実施例１の内燃機関の制御装置と同一の構成については同一の符号を付することによりその説明を省略する。

図５は、実施例３の気筒１２の断面構成を示した模式図である。図５に示すように、吸気通路２０には、吸気通路２０内を上方と下方とに分断する仕切り壁２６が設けられている。仕切り壁２６の上流側にはタンブル流制御弁２７が設けられている。また、気筒１２には、気筒１２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。タンブル流制御弁２７はＥＣＵ９０によってその作動が制御されている。タンブル流制御弁２７が作動することによって、仕切り壁２６の上方側を開閉することができる。

タンブル流制御弁２７が仕切り壁２６の上方側を閉じることにより、吸気通路２０内を通過する吸気は、仕切り壁２６よりも下方側を通過することになる。これにより、吸気通路２０内を通過する吸気の流量が絞られ流速が上昇して、気筒１２内ではタンブル流が形成されている。また、一般に気筒１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１７においては、吸気側に設けられている。従って、燃料噴射弁１７から噴射される燃料は、排気側のシリンダボアに付着しやすい。しかしながら、上記のように気筒１２内にタンブル流を形成することにより、燃料噴射弁１７から噴射される燃料がタンブル流の流れによってシリンダボアに付着することを抑制できる。これによっても、未燃燃料の排出が抑制される。

次に、実施例４の内燃機関の制御装置について説明する。尚、実施例３の内燃機関の制御装置と同一の構成については同一の符号を付することによりその説明を省略する。

実施例４の内燃機関の制御装置は、内燃機関１０の気筒１２にＥＧＲガスを導入する際には、ＥＣＵ９０は、バルブオーバーラップ期間を長く設定し、気筒１２内の残留ガス濃度を多くする。尚、バルブオーバーラップ期間とは、不図示の吸気弁及び排気弁の双方が同時に開いている期間である。この結果、圧縮行程前の気筒１２内の温度が上昇するので未燃燃料の排出が抑制される。実施例４の内燃機関の制御装置は、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを制御する可変動弁機構を備えている。

図６は、実施例４の気筒１２の断面構成を示した模式図である。実施例４の内燃機関の制御装置は、実施例３の内燃機関と同様に吸気通路２０内に、仕切り壁２６、タンブル流制御弁２７が設けられている。図６Ａに示すように、気筒１２内にタンブル流が生成されることにより排気側のシリンダボアに燃料が付着することが防止される。また、上述したようにバルブオーバーラップ期間を長く設定したことにより、図６Ｂに示すように、ピストン１６の圧縮行程前において混合気は吸気側に偏って存在することになる。圧縮上死点前に点火プラグ１８が作動する。点火プラグ１８によって混合気が燃焼する際に、混合気は吸気側に偏って存在しているため、火炎の伝播は吸気側に偏ることになる。このため、燃焼の進行が早くなる。また、前述したように気筒１２の吸気側には冷却水が通過しているため、吸気側のシリンダボアの温度上昇は抑制されている。従って、エンドガスの温度上昇が抑制されノックの発生が抑制される。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０内燃機関
１２気筒
１７燃料噴射弁
１８点火プラグ
２０吸気通路
２６仕切り壁
２７タンブル流制御弁
３０排気通路
４０ＥＧＲ装置
４２ＥＧＲ通路
４４ＥＧＲクーラ
５０冷却水経路
５１主通路
５２ａ、５２ｂ分岐通路
５４ＥＧＲクーラ通路
５５リターン通路
６０ラジエータ
７０電動ポンプ
７２流量制御弁
７４冷却水温度センサ

Claims

内燃機関の気筒に導入されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記内燃機関の吸気側を通過する第１却水通路と、
前記第１冷却水通路と連通し、前記内燃機関の排気側を通過するとともに前記ＥＧＲクーラ内を通過する第２冷却水通路と、
前記第２冷却水通路を流れる冷却水の流量を調整可能な流量制御弁と、
前記気筒にＥＧＲガスを導入する際に前記流量制御弁を制御する制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関の気筒に導入されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記内燃機関の吸気側を通過する第１却水通路と、
前記第１冷却水通路と連通し、前記内燃機関の排気側を通過するとともに前記ＥＧＲクーラ内を通過する第２冷却水通路と、
前記第１及び第２冷却水通路を流れる冷却水の流量を調整可能な電動ポンプと、
前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、
前記気筒にＥＧＲガスを導入する際に前記温度検出手段の検出結果に応じて前記電動ポンプを制御する制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。