JP2010163961A - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ制御時のデポジットの生成を抑制し、ＥＧＲ性能を良好に維持する。
【解決手段】排気中のオイル含有量が増大し、かつ、ＥＧＲ非作動領域として設定されているスロットルバルブの全閉運転時に、該全閉運転の継続時間をカウンタＣでカウントし、全閉運転終了後に、ＥＧＲ作動領域と判定されたときでも、カウント値ｃが所定値ｃ０に達するまでの間、つまり、スロットル全閉運転終了後、所定時間を経過する前はＥＧＲ作動の停止状態を維持し、所定値ｃ０に達してからＥＧＲ作動を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御装置に関し、特に、ＥＧＲ装置のデポジットによる性能低下を抑制する技術に関する。

内燃機関の排気中には、燃焼生成物、オイル成分等が含まれる。該排気中のオイル成分が、ＥＧＲ作動時にＥＧＲ装置の経路に排気と共に進入すると、オイル成分は、同経路の壁面に付着して、燃焼生成物（カーボン等）を吸着し、デポジットとして堆積する。このようにＥＧＲ作動毎にデポジットが堆積し、堆積量が増加するとＥＧＲ装置の経路面積が縮小し、ＥＧＲ性能が低下する。

特許文献１には、ブローバイガス中のオイル成分にＥＧＲガス中のカーボンが付着することを抑制して、吸気通路内でのデポジットの生成を抑制することが開示されている。

特開２００５−７３３５１号

特許文献１では、吸気通路中のデポジットの生成を抑制することはできるが、ＥＧＲ装置の経路内のデポジットの生成、堆積を抑制できるものではない。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ＥＧＲ装置の経路内のデポジットの生成、堆積を抑制し、ＥＧＲ性能の低下を抑制することを目的とする。

このため本発明は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気中に再循環するＥＧＲ装置を備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、以下の各手段を備える。

排気中のオイル含有量が増大する高オイル含有運転を検出する高オイル含有運転検出手段
前記ＥＧＲ装置を作動する運転領域と、前記高オイル含有運転を含む前記ＥＧＲ装置の作動を停止する運転領域とを判別するＥＧＲ領域判別手段
前記高オイル含有運転の終了後に前記ＥＧＲ装置を作動する運転領域と判別されたとき、前記高オイル含有運転の終了後から所定時間の経過前は前記ＥＧＲ装置の作動停止を維持し、前記所定時間の経過後に前記ＥＧＲ装置の作動を開始させるＥＧＲ作動遅延手段

高オイル含有運転の終了後、所定時間を経過し、排気中のオイル含有量が十分減少してからＥＧＲ装置を作動することにより、ＥＧＲガス中のオイル成分に燃焼生成物が付着して生成されるデポジットが生成されにくくなり、デポジットによるＥＧＲ装置の経路縮小、ひいてはＥＧＲ性能を良好に維持できる。

本発明に係るＥＧＲ制御装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図。 上記ＥＧＲ制御装置によるＥＧＲ制御の第１の実施形態のルーチンを示すフローチャート。 上記ＥＧＲ制御時の各種パラメータの変化の様子を示すタイムチャート。 上記ＥＧＲ制御装置によるＥＧＲ制御の第２の実施形態のルーチンを示すフローチャート。

図１は、本発明に係るＥＧＲ制御装置を備えた内燃機関の概略構成を示す。

内燃機関１は、吸気通路２及び排気通路３を備え、吸気通路２には、吸入空気量Ｇａを検出するエアフロメータ４、吸入空気量を調節するスロットルバルブ５が配設されている。前記スロットルバルブ５は、電動式等のスロットルアクチュエータ６により開閉駆動される。排気通路３には、排気浄化触媒７が配設され、該触媒７の上流側に排気空燃比を検出する空燃比センサ８が配設されている。

前記排気浄化触媒７は、理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において、排気中のＨＣやＣＯを酸化するとともに同排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを同時に浄化することのできる三元触媒で構成されている。

また、排気通路３内を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして、吸気中に再循環させるＥＧＲ装置９が備えられている。該ＥＧＲ装置９は、前記排気浄化触媒８上流の排気通路３又は下流の排気通路３’から分岐してスロットルバルブ５下流の吸気通路２に至るＥＧＲ通路１０、該ＥＧＲ通路１０内に介装されてＥＧＲ流量を制御するＥＧＲ弁１１を備えて構成される。

吸入空気（新気）は、吸気通路２を介して吸気行程で開弁する吸気バルブ１２から燃焼室１３に導入される。該燃焼室１３には、点火プラグ１４が装着されている。燃料噴射弁１５（１５’）は、吸気通路２又は（及び）燃焼室１３に装着される。

前記燃料噴射弁１５から吸気通路２又は（及び）燃焼室１３内に噴射された燃料は、燃焼室１３内に導入された吸気（ＥＧＲ非作動時は吸入空気、ＥＧＲ作動時は吸入空気＋ＥＧＲガス）と燃焼室１３内で混合しつつ点火プラグ１４により点火されて着火燃焼し、燃焼排気は排気行程で開弁する排気バルブ１６から排気通路３へ排出される。

機関運転状態を検出するセンサ類としては、前記エアフロメータ４、空燃比センサ８の他、アクセル開度（図示しないアクセルペダルの踏み込み量）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ１７、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ１８、スロットルバルブ３の開度θを検出するスロットルセンサ１９、機関冷却水温度ｔｈｗを検出する水温センサ２０等が配設されている。

前記センサ類によって検出された各種運転状態の信号は、ＥＣＵ（電子制御装置）３０に入力され、ＥＣＵ３０は、該検出された機関運転状態に基づいて、スロットルバルブ５の開度制御による吸入空気量制御、点火プラグ１４による点火時期制御、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量および燃料噴射時期の制御、ＥＧＲ弁１１の開度制御によるＥＧＲ制御などの機関制御を行う。

ここで、本発明に係る制御として、前記ＥＧＲ弁１１によるＥＧＲ制御は、排気中のオイル含有量が多くなる運転状態のときを除いてＥＧＲを許容するように行われる。

図２は、上記ＥＧＲ制御ルーチンのフローを示す。

ステップＳ１では、機関回転速度ＮＥ、負荷（アクセル開度ＡＣＣ、吸入空気流量Ｇａ等）、スロットル開度θ、機関冷却水温度ｔｈｗ等の運転状態に基づいて、ＥＧＲ装置９を作動させる運転領域（ＥＧＲ作動領域）であるか、ＥＧＲ装置９の作動を停止する運転領域（ＥＧＲ非作動領域）であるかを判別する。

ここで、スロットルバルブ５の全閉（所定以下の開度で、最小開度〜各回転速度時のアイドル回転速度制御における開度＋５％の範囲。以下全閉で代表する）時は吸気負圧が大きく、ピストンリングを介してオイルが燃焼室内に侵入しやすくなること等により、オイル消費量が増大して排気中のオイル含有量が増大する高オイル含有運転であるため、ＥＧＲの非作動領域として設定されている。

ＥＧＲ作動領域であると判定されたときは、ステップＳ２へ進み、ＥＧＲの非作動領域であると判定されたときは、ステップＳ８以降へ進む。

ステップＳ２では、前回スロットルバルブ５が全閉であったか、つまり、高オイル含有運転であったか否かを判定する。

前回スロットルバルブ５が全閉であったと判定された場合は、ステップＳ３へ進み、スロットルバルブ全閉運転（高オイル含有運転）終了後の経過時間を計測するカウンタＣをリセットした後、ステップＳ４へ進み、ＥＧＲ弁１１を閉じてＥＧＲの作動停止を維持する。

前回スロットルバルブ５が全閉でないと判定された場合は、ステップＳ５へ進み、前記カウンタＣをカウントアップした後、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、前記カウンタＣのカウント値ｃが所定値ｃ０以上か否かを判定する。

カウント値ｃが所定値ｃ０未満、つまり、高オイル含有運転終了後の経過時間が所定時間ｃ０未満と判定されたときは、ステップＳ４へ進み、ＥＧＲの作動停止を維持する。

カウント値ｃが所定値ｃ０以上（高オイル含有運転終了後の経過時間が所定時間以上）と判定されたときは、ステップＳ７へ進み、ＥＧＲ弁１１を運転状態に応じて設定された目標ＥＧＲ率を満たす開度に開弁制御し、ＥＧＲの作動を開始する。

これにより、前記触媒７上流の排気通路内３又は同下流の排気通路３'内の排気圧とスロットルバルブ５下流の吸気通路２内の吸気圧との差圧により、排気通路３内又は同下流の排気通路３'内の排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１０を通って吸気通路２に導入され、吸入空気と混合した吸気となって燃焼室１３内に導入される。このようにして、ＥＧＲ作動が実行される。

一方、ステップＳ１でＥＧＲの非作動領域であると判定されたときは、まず、ステップＳ８でスロットルバルブ５が全閉であるかを判定し、全閉と判定されたときは、ステップＳ３，Ｓ４へ進んで前記カウンタＣのカウント値ｃをリセットした後、ＥＧＲ弁１１を閉弁し、ＥＧＲ作動を停止する。

また、スロットルバルブ５が全閉でないと判定されたときは、ステップＳ９へ進み、前回スロットルバルブ５が全閉であったかを判定する。

前回スロットルバルブ５が全閉と判定されたときは、ステップＳ３，Ｓ４へ進んで前記カウンタＣのカウント値ｃをリセットした後、ＥＧＲ弁１１を閉弁し、ＥＧＲ作動を停止する。

一方、前回スロットルバルブ５が全閉でないと判定されたときは、ステップＳ１０へ進み、前記カウンタＣをカウントアップした後、ステップＳ４へ進んでＥＧＲ弁１１を閉弁し、ＥＧＲ作動を停止する。

かかる構成を有した実施形態の作用を説明する。

スロットルバルブ３の全閉時には、吸気負圧が大きくピストンリングからシリンダ内に進入するオイル量が増大するため、排気中のオイル含有量が増大する。該スロットル全閉運転を終了後も、しばらくの間は、スロットル全閉運転時に排出された排気が排気通路５内に残留する。

このため、従来のように、スロットル全閉運転を終了後、直ぐにＥＧＲの作動を開始すると、前記排気通路中に残留するオイル成分を多く含んだ排気が、ＥＧＲガスとして供給されるため、該ＥＧＲガス中のオイルの一部がＥＧＲ通路壁やＥＧＲ弁の表面に付着し、該付着したオイルがＥＧＲガス中の燃焼生成物等を吸着してデポジットを生成、堆積し、ＥＧＲ通路面積を狭めてＥＧＲ性能を低下させることとなる。また、ＥＧＲ通路下流の吸気通路壁やスロットルバルブの表面にも同様にＥＧＲガス中のオイルが付着し、デポジットを生成し吸気通路面積を狭めて吸気性能も低下させてしまう場合もある。

本実施形態では、スロットル全閉運転を終了後、所定時間の経過を待って、排気中のオイル含有量が定常運転時のレベルまで低下してから、ＥＧＲを開始するようにしたため、ＥＧＲ通路１０壁やＥＧＲ弁１１表面さらには吸気通路２壁やスロットルバルブ５の表面でのデポジットの生成、堆積を抑制してＥＧＲ性能を良好に維持することができ、ひいては燃費の悪化、ノッキング発生を抑制できる。

図３は、本実施形態において、スロットル全閉運転からスロットルバルブ５を開いて定常運転に移行し、ＥＧＲ作動を開始するまでの各種パラメータの変化の一例を示す。図示のように、前記スロットル全閉運転後、ＥＧＲ作動を開始するまでの所定時間は排気中のオイル含有量が許容レベルに減少するまでの時間より長い時間に設定されている。

次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、高オイル含有運転（スロットルバルブ全閉運転）終了後、ＥＧＲの作動を開始させるまでの所定時間ｔを、各種パラメータに基づいて可変に設定する。

図４は、ＥＧＲ制御のフローを示す。

第１の実施形態における図２のフローと相違する箇所を説明すると、ステップＳ８でスロットルバルブ５が全閉でないと判定されたときはステップＳ２１において、また、ＥＧＲ作動領域でスロットルバルブ５が全閉でないと判定されたときはステップＳ３’およびステップＳ５’において、それぞれ、スロットル全閉運転の継続時間を計測するためのカウンタＣ２をリセットする。

そして、ステップＳ８でスロットルバルブ５が全閉と判定された時に、ステップＳ２２で前記カウンタＣ２をカウントアップし、スロットル全閉に維持された継続時間を計測する。

ステップＳ３’では、カウンタＣ２をリセットする前に、スロットルバルブ５の全閉継続時間ｔθ０と、現在の機関回転速度ＮＥ、またＥＧＲ率（ＥＧＲ弁１１の開度θＥ）に基づいて、ＥＧＲ作動開始を遅延させる前記所定時間ｔ（カウント値ｃの所定値ｃ０）を設定する。

具体的には、スロットル全閉運転の継続時間ｔθ０が大きく、機関回転速度ＮＥが高いときほど、吸気負圧が大きく排気中にオイルをより多く含有しやすい状態が長時間継続するため、該スロットル全閉運転終了時の排気中のオイル含有量は多くなっていると推定できる。

また、スロットル全閉運転終了後は、該スロットル全閉運転終了後に燃焼室１３から排出される排気によってスロットル全閉運転中に排出された排気を押し出しつつ一部は混合し、徐々に全閉運転終了後に排出された排気の割合が増大するが、機関回転速度ＮＥが高いほど、この割合が増大して排気中オイル含有量が減少する変化率（変化速度）が大きくなると推定される。

したがって、例えば、実験ないしシミュレーションによって、スロットル全閉運転継続時間ｔθ０と機関回転速度ＮＥとを変更しつつ、該変更した条件毎に、スロットル全閉運転終了後の経過時間に対する排気中のオイル含有量の特性を求めて、該特性のマップを作成しておく。ここで、スロットル全閉運転中の機関回転速度ＮＥは変化するため、平均的な機関回転速度ＮＥを用いるのが望ましいが、該全閉運転終了時の機関回転速度ＮＥとスロットル全閉運転継続時間ｔθ０とで平均的な機関回転速度ＮＥも概略的に定まるので、簡易的にスロットル全閉運転終了時の機関回転速度ＮＥを用いればよい。

一方、実行されるＥＧＲ条件において、ＥＧＲ率（ＥＧＲ弁開度）が大きいほど、また、排気流量（又は吸入空気流量）が大きいほど、ＥＧＲガス流量が増大する。

そこで、ＥＧＲガス内に含有されてＥＧＲ装置９の経路内に流入する単位時間当たりのオイル量（オイル流量［ｋｇ／ｈ］）は、排気中のオイル含有量［ｋｇ／ｍ^３］とＥＧＲガス流量［ｍ^３／ｈ］との積として求めることができるから、該オイル流量［ｋｇ／ｈ］が、デポジットの生成を十分に抑制できる許容値以下となるように、前記所定時間ｔを設定すればよい。

具体的には、全閉運転終了時の機関回転速度ＮｅとＥＧＲ率（ＥＧＲ開度）から算出したＥＧＲガス流量を算出し、該算出したＥＧＲガス流量に対して、前記オイル量を許容値以下に維持できる限界の排気中オイル含有量の限界値を算出する。一方、スロットル全閉運転の継続時間ｔθ０とスロットル全閉運転終了時の機関回転速度ＮＥとに基づいて得られるスロットル全閉時間終了後の経過時間に対する排気中のオイル含有量との関係から、排気中オイル含有量が前記限界値となるときの経過時間を求め、この経過時間を所定時間ｔとして設定すればよい。

また、簡易的には、全閉運転継続時間ｔθ０と、全閉運転終了時の機関回転速度ＮＥとに基づいて、これらから予測される全閉運転終了後経過時間に対する排気中オイル含有量に対応する所定時間ｔの基本値ｔ０をマップからの検索等によって算出し、該基本値ｔ０を、ＥＧＲ作動条件であるスロットル全閉運転終了時のＥＧＲ率（ＥＧＲ開度）に基づいて補正するような構成としてもよい。

例えば、ＥＧＲ率（ＥＧＲ開度）が大きい（小さい）ときほど、ＥＧＲガス流量が増大してオイル含有量が増大（減少）すると考えられるので、基本値ｔ０の増大（減少）補正量を大きくする。

なお、以上の実施形態では、ＥＧＲ弁の開度を連続的に可変制御するものを示したが、簡易的に全閉または全開の２段階、あるいは、中間開度を加えた３段階に切換制御するような構成であってもよい。

また、スロットル全閉運転をスロットル開度で検出する代わりに、吸気圧センサを設けて検出した吸気圧が所定以上の負圧であるときを、スロットル全閉運転（高オイル含有運転）として検出する構成としてもよい。

また、実験やシミュレーション解析等によって、スロットル全閉運転以外に排気中オイル含有量が増大する高オイル含有運転を求め、該運転も含めて高オイル含有運転として設定することが好ましい。

また、本発明は、ガソリンエンジン（火花点火式機関）、ディーゼルエンジン（圧縮着火式機関）のいずれにも適用できる。

１…内燃機関
２…吸気通路
３…排気通路
４…エアフロメータ
５…スロットルバルブ
６…スロットルアクチュエータ
７…排気浄化触媒
９…ＥＧＲ装置
１０…ＥＧＲ通路
１１…ＥＧＲ弁
１３…燃焼室
１５…燃料噴射弁
１７…アクセル開度センサ
１８…回転速度センサ
１９…スロットルセンサ
２０…水温センサ
３０…ＥＣＵ（電子制御装置）

Claims (8)

1. 排気の一部をＥＧＲガスとして吸気中に再循環するＥＧＲ装置を備えた内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
   排気中のオイル含有量が増大する高オイル含有運転を検出する高オイル含有運転検出手段と、
   前記ＥＧＲ装置を作動する運転領域と、前記高オイル含有運転を含む前記ＥＧＲ装置の作動を停止する運転領域とを判別するＥＧＲ領域判別手段と、
   前記高オイル含有運転の終了後に前記ＥＧＲ装置を作動する運転領域と判別されたとき、前記高オイル含有運転の終了後から所定時間の経過前は前記ＥＧＲ装置の作動停止を維持し、前記所定時間の経過後に前記ＥＧＲ装置の作動を開始させるＥＧＲ作動遅延手段と、
   を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
2. 前記高オイル含有運転は、吸気負圧が所定値以上に増大する運転状態である請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
3. 内燃機関の吸気通路にスロットルバルブが介装され、
   前記高オイル含有運転は、前記スロットルバルブを所定開度以下とする運転状態である請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
4. 前記所定時間は、排気中オイル含有量が許容レベルまで減少するのに要する時間以上の値に設定される請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
5. 前記所定時間は、前記高オイル含有運転における運転状態パラメータの値、該高オイル含有運転の継続時間、前記高オイル含有運転終了後にＥＧＲ装置を作動させるときのＥＧＲ作動条件の少なくとも１つに基づいて設定される請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
6. 前記高オイル含有運転の継続時間と機関回転速度とに応じた該高オイル含有運転終了後の経過時間に対する排気中のオイル含有量の特性と、前記ＥＧＲ作動条件に応じたＥＧＲガス流量とに基づいて、ＥＧＲ装置内に流入するＥＧＲガス中のオイル流量を算出し、該オイル流量が基準値以下となるように、前記所定時間を設定する請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
7. 前記ＥＧＲガス流量の算出に用いられるＥＧＲ作動条件は、ＥＧＲ率と機関回転速度である請求項６に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
8. 前記高オイル含有運転の継続時間と機関回転速度とに基づいて前記所定時間の基本値を算出し、該基本値を、前記高オイル含有運転終了時の機関回転速度とＥＧＲ作動時のＥＧＲ率とに基づいて補正して、最終的な所定時間を設定する請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。

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