JP2010174651A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、要求空気量の少ない領域においても空気量を高精度に制御することを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の吸気制御装置は、内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、内燃機関を停止させることが要求された場合に吸気絞り弁を所定開度に閉じる閉じ手段と、吸気絞り弁が所定開度に閉じられた後、内燃機関が完全に停止するまでの間に、内燃機関の回転変動の大きさを検出する回転変動検出手段と、回転変動検出手段により検出された回転変動の大きさに基づいて、内燃機関の運転時における吸気絞り弁の開度を補正するための補正量を算出する補正手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関する。

内燃機関の吸気通路には、空気量を制御するための吸気絞り弁が設けられている。アイドルや低回転軽負荷域など、要求空気量が少ない領域では、吸気絞り弁が大きく閉じられる。吸気絞り弁が大きく閉じられた状態では、吸気絞り弁の開度が僅かに異なっても、空気量が大きく変化するという特性がある。このため、要求空気量が少ない領域では、吸気絞り弁の指令開度と実際の開度とのズレが空気量に大きく影響する。すなわち、要求空気量と実際の空気量とのズレが大きくなり易く、エミッションが悪化するなどの弊害が生じ易い。

上記の問題を解決するため、従来、吸気絞り弁の全閉位置を学習することにより、吸気絞り弁の開度を補正する制御などが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−４６１０３号公報 特開２００６−２４９９５２号公報 特開平１０−１６９４７０号公報 特開２０００−１２０４５０号公報

しかしながら、吸気絞り弁の周囲に付着するデポジットの影響などもあるため、全閉位置の学習制御だけでは、吸気絞り弁開度を十分に補正できていないのが現状である。

また、要求空気量と実際の空気量との間に乖離がある場合に、ＥＧＲ弁の開度を補正する制御も行われているが、軽負荷域では排気圧力が低いため、ＥＧＲ弁を大きく開いてもＥＧＲガスが十分に吸気に還流せず、やはり補正が困難となっている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、要求空気量の少ない領域においても空気量を高精度に制御することのできる内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の吸気制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、
前記内燃機関を停止させることが要求された場合に前記吸気絞り弁を所定開度に閉じる閉じ手段と、
前記吸気絞り弁が前記所定開度に閉じられた後、前記内燃機関が完全に停止するまでの間に、前記内燃機関の回転変動の大きさを検出する回転変動検出手段と、
前記回転変動検出手段により検出された回転変動の大きさに基づいて、前記内燃機関の運転時における前記吸気絞り弁の開度を補正するための補正量を算出する補正手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記回転変動検出手段により検出された回転変動の大きさが所定値を超えていた場合に、前記吸気絞り弁の周囲に付着したデポジットを除去するための制御を実行するデポジット除去手段を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記回転変動検出手段は、機関回転速度が所定範囲にあるときの回転変動の大きさを検出することを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関を停止させる際の回転変動を検出し、その検出された回転変動の大きさに基づいて、吸気絞り弁の開度を補正するための補正量を算出することができる。内燃機関を停止させる際の回転変動の大きさは、吸気絞り弁からの空気漏れ量と相関している。このため、内燃機関を停止させる際の回転変動の大きさから、吸気絞り弁の指令開度と実際の開度とのズレを精度良く把握することができる。よって、内燃機関を停止させる際の回転変動に基づいて吸気絞り弁の開度を補正することにより、吸気絞り弁の指令開度と実際の開度とのズレを正確に補正することができる。その結果、要求空気量が少ない領域、つまり吸気絞り弁の開度の僅かなズレが空気量に大きく影響する領域においても、空気量を高精度に制御することができる。

第２の発明によれば、内燃機関を停止させる際の回転変動の大きさが所定値を超えていた場合には、吸気絞り弁の周囲に付着したデポジットを除去するための制御を実行することができる。これにより、吸気絞り弁の周囲にデポジットが堆積したことを精度良く判定し、デポジットの堆積量が多いと推測される場合には、デポジットを除去することができる。このため、要求空気量の少ない領域においても、空気量をより高い精度で制御することができる。

第３の発明によれば、内燃機関を停止させる際、機関回転速度が所定範囲にあるときの回転変動を検出することができる。回転変動は、機関回転速度の低下に伴い、少しずつ大きくなる傾向がある。よって、機関回転速度が所定範囲にあるときの回転変動を検出することにより、吸気絞り弁からの空気漏れ量をより高い精度で判定することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）１０を備えている。エンジン１０は、車両の動力源として用いられる。図示のエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるエンジンの気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。

エンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接に噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、コモンレール１４内から、各インジェクタ１２へ、燃料が供給される。

エンジン１０には、排気通路１８が排気マニホールド２０を介して接続されている。排気通路１８の途中には、ターボチャージャ２４のタービンが配置されている。タービンの下流側の排気通路１８には、排気ガスを浄化する排気浄化装置２６が設けられている。

また、エンジン１０には、吸気通路２８が吸気マニホールド３４を介して接続されている。吸気通路２８の途中には、ターボチャージャ２４のコンプレッサと、インタークーラ３２とが配置されている。吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサで圧縮された後、インタークーラ３２で冷却され、吸気マニホールド３４を通って各気筒内に吸入される。

インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間の吸気通路２８には、電子制御式の吸気絞り弁３６が設置されている。すなわち、吸気絞り弁３６は、後述するＥＣＵ５０からの指令により、モータに駆動されて開閉する。吸気絞り弁３６の近傍には、吸気絞り弁３６の開度を検出するスロットルポジションセンサ（図示せず）が設けられている。

吸気マニホールド３４と吸気絞り弁３６との間の吸気通路２８には、ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路４０を通して、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

ＥＧＲ通路４０の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁４４とが設けられている。

また、本実施形態のシステムは、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角センサ４８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０の負荷および回転速度などに基づいて要求空気量を算出し、その要求空気量に基づいて、吸気絞り弁３６の開度を制御する。アイドルや低回転軽負荷域では、要求空気量が少ないため、吸気絞り弁３６は大きく閉じられる。吸気絞り弁３６が大きく閉じられた状態では、その開度が僅かに異なっても、空気量が大きく変化するという特性がある。このため、要求空気量が少ない領域では、吸気絞り弁３６の指令開度と実際の開度とのズレが空気量に大きく影響する。従って、要求空気量が少ない領域では、実際の空気量を要求空気量に精度良く一致させることが難しい。

また、吸気絞り弁３６の周囲には、吸気に導入されるＥＧＲガスおよびブローバイガスが原因となって、デポジットが堆積する。このデポジットが増えていくと、吸気絞り弁３６の指令開度と実際の開度とのズレが発生し易い。その結果、要求空気量と実際の空気量とのズレが大きくなり、エミッションが悪化するなどの弊害が生ずるおそれがある。

上記のような問題を解決するため、本実施形態では、エンジン１０を停止させる際にエンジン１０の回転変動の大きさを検出し、その検出された回転変動の大きさに基づいて、エンジン１０の運転時における吸気絞り弁３６の開度を補正することとした。

図２は、エンジン１０の回転が完全に停止するまでのエンジン回転速度の変動を表した図である。エンジン１０を停止させる要求が出されると、所定のエンジン停止処理が行われる。このエンジン停止処理においては、燃料噴射が停止され、吸気絞り弁３６の指令開度が全閉とされる。図２に示すように、エンジン停止処理が行われた後、エンジン１０は、回転速度を低下させながら慣性によってしばらく回転を続け、やがて完全停止に至る。

吸気絞り弁３６が全閉とされた後も、エンジン１０が慣性によって回転している間は、吸気絞り弁３６の下流側に空気が漏れ出す。この漏れ出た空気は、エンジン１０に吸入され、圧縮行程および膨張行程を経て排出される。圧縮行程ではピストンが筒内の空気を圧縮する際の反力がクランク軸に作用するため、エンジン回転速度に変動が生ずる。この場合、筒内の空気量が多いほど、圧縮反力が大きいので、エンジン回転速度の変動（以下、単に「回転変動」と称する）が大きくなる。吸気絞り弁３６から漏れ出す空気の量が多いほど、筒内の空気量も多くなる。従って、図２に示すように、回転変動が大きいほど、吸気絞り弁３６が全閉であるときの空気漏れ量（以下、単に「空気漏れ量」と称する）が多いと判定することができる。

以上のようにして、本実施形態によれば、吸気絞り弁３６の空気漏れ量を把握することができる。よって、その空気漏れ量に応じて、エンジン１０の運転時における吸気絞り弁３６の開度を補正することにより、実際の空気量を要求空気量に精度良く一致させることができる。例えば、吸気絞り弁３６の空気漏れ量が多いと判定された場合には、要求空気量の少ない運転状態のとき、つまり吸気絞り弁３６が大きく閉じられているときに、実際の空気量が要求空気量よりも多くなる傾向があると推定できる。そこで、そのような場合には、吸気絞り弁３６に対する指令開度を小さくする方向に補正することにより、実際の空気量を要求空気量に近づけることができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、まず、エンジン１０を停止させることが要求されているか否かが判定され（ステップ１００）、エンジン１０を停止させることが要求されている場合には、所定のエンジン停止処理が行われる（ステップ１０２）。このエンジン停止処理においては、燃料噴射が停止され、吸気絞り弁３６が全閉とされる。

続いて、クランク角センサ４８により検出されるエンジン回転速度が読み込まれ、エンジン回転速度が所定範囲にあるか否かが判定される（ステップ１０４）。この所定範囲とは、図２中に網掛けで示した範囲（以下、「回転変動検出範囲」と称する）である。本実施形態では、エンジン回転速度がこの回転変動検出範囲にあるときに回転変動を検出することとしている。図２に示すように、回転変動は、エンジン回転速度の低下に伴い、少しずつ大きくなる傾向がある。このため、エンジン回転速度が所定の回転変動検出範囲にあるときの回転変動を検出することにより、空気漏れ量をより高い精度で判定することができる。

上記ステップ１０４で、エンジン回転速度が所定の回転変動検出範囲にないと判定された場合には、エンジン回転速度がまだ回転変動検出範囲にまで低下していないと判断できる。この場合は、エンジン回転速度が回転変動検出範囲内に低下するのを待つため、再度ステップ１０４の処理が実行される。

一方、上記ステップ１０４で、エンジン回転速度が所定の回転変動検出範囲内にあると判定された場合には、クランク角センサ４８の信号に基づいて、回転変動の値が取得される（ステップ１０６）。図２に示すように、本実施形態では、エンジン回転速度の極大値と次の極小値との差を回転変動の値として算出することとしている。

そして、本実施形態では、上記ステップ１０６で取得された回転変動の値に基づいて、エンジン１０の運転時における吸気絞り弁３６の指令開度を補正するための補正量が算出される（ステップ１０８）。次回のエンジン１０の運転時には、このステップ１０８で算出される補正量を用いて、吸気絞り弁３６に対する指令開度が補正される。

図４は、上記ステップ１０８で吸気絞り弁開度の補正量を算出する方法の一例を説明するための図である。図４中の実線で示すグラフは、デポジットが堆積しておらず、吸気絞り弁３６の空気漏れ量が少ない場合の、吸気絞り弁開度と空気量との関係を表している。ＥＣＵ５０には、この関係が予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、この関係と、要求空気量とに基づいて、要求開度を算出する。図４中のＤは、吸気絞り弁開度の補正が必要な領域を表している。吸気絞り弁開度がこのＤで示す領域より大きい場合には、吸気絞り弁開度の僅かなズレによる影響は小さいため、補正は不要である。図４中のｄは、補正が必要な領域の境界と、要求開度との差を表している。

一方、図４中の破線で示すグラフは、デポジットの堆積により、空気漏れ量ΔＧが生じた場合の、吸気絞り弁開度と空気量との関係を表している。ＥＣＵ５０には、回転変動の値と空気漏れ量との関係を表すマップが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、そのマップと、上記ステップ１０６で取得された回転変動の値とに基づいて、空気漏れ量ΔＧを算出することができる。

図４に示すように、空気漏れ量ΔＧが生じている場合には、実際の空気量を要求空気量に一致させるためには、指令開度を要求開度より補正量Δｄだけ小さくする必要がある。この補正量Δｄは、所定の比例定数αを用いて、次式により算出することができる。
Δｄ＝α・ΔＧ・ｄ／Ｄ ・・・（１）

次回のエンジン１０の運転時には、ＥＣＵ５０は、上記（１）式により算出される補正量Δｄを用いて、吸気絞り弁３６の指令開度を補正する。これにより、要求空気量の少ない領域においても、実際の空気量を要求空気量に精度良く一致させることができる。

なお、上述した実施の形態１では、エンジン停止処理において吸気絞り弁３６を全閉にすることとしているが、本発明では、エンジン停止処理において吸気絞り弁３６を必ずしも全閉にしなくてもよく、全閉に近い所定開度まで閉じるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「閉じ手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「回転変動検出手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

吸気絞り弁３６の周囲に堆積したデポジットの量が多いほど、吸気絞り弁３６を全閉にしたときの空気漏れ量が多くなると考えられる。よって、エンジン１０を停止させる際の回転変動が大きいほど、吸気絞り弁３６の周囲に堆積したデポジットの量が多いと判断することができる。前述したように、吸気絞り弁３６の周囲に堆積したデポジットの量が多くなると、要求空気量と実際の空気量とのズレが大きくなり易い。このため、そのような場合には、堆積したデポジットを除去することが望ましい。

そこで、本実施形態では、エンジン１０を停止させる際の回転変動が所定の閾値を超えていた場合には、吸気絞り弁３６の周囲に堆積したデポジットの量が多いと判断し、そのデポジットを除去するためのデポジット噛みきり制御を実行する。デポジット噛みきり制御とは、吸気絞り弁３６を強制的に大きく開閉動作させる制御である。このデポジット噛みきり制御を実行することにより、吸気絞り弁３６のモータの力によって、周囲に堆積したデポジットを掻き落として除去することができる。

また、本実施形態では、デポジット噛みきり制御を実行した回数をカウントしておき、実行回数が所定回数以上となった場合には、吸気絞り弁３６が異常であると判定することとした。デポジットはそれほど急速に堆積するものではないので、通常は、デポジット噛みきり制御が頻繁に実行されることはない。よって、デポジット噛みきり制御の実行回数が多い場合には、デポジットの堆積ではなく、吸気絞り弁３６の異常が原因で、空気漏れが生じていると判断できる。よって、デポジット噛みきり制御の実行回数が所定回数以上となった場合には、吸気絞り弁３６が異常であると判定することとした。

［実施の形態２における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図５において、図３に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。

図５に示すルーチンによれば、エンジン１０を停止させる際に、図３に示すルーチンと同様にして、回転変動の値が取得される（ステップ１００〜１０６）。次いで、この取得された回転変動の値と、所定の閾値とが比較される（ステップ１１０）。この閾値は、デポジット噛みきり制御を実行する必要があるか否かを判定するための閾値である。

上記ステップ１１０において、回転変動の値が上記閾値より小さかった場合には、デポジットの堆積量は少なく、デポジット噛みきり制御を実行する必要はないと判断できる。この場合には、図３に示すルーチンと同様にして、回転変動の値に基づき、吸気絞り弁３６の指令開度を補正するための補正量が算出される（ステップ１０８）。

一方、上記ステップ１１０において、回転変動の値が上記閾値以上であった場合には、次に、これまでのデポジット噛みきり制御の実行回数が所定回数に達しているか否かが判定される（ステップ１１２）。この所定回数は、吸気絞り弁３６が異常であるかどうかを判定するための閾値である。ステップ１１２で、デポジット噛みきり制御の実行回数が所定回数に達していないと判定された場合には、吸気絞り弁３６は正常であると判断できる。そこで、この場合には、デポジット噛みきり制御が実行される（ステップ１１４）。このステップ１１４では、吸気絞り弁３６が強制的に開閉駆動されることにより、吸気絞り弁３６の周囲に堆積したデポジットが掻き落されて除去される。デポジット噛みきり制御が実行されると、ＥＣＵ５０がカウントしているデポジット噛みきり制御の実行回数がインクリメントされる（ステップ１１６）。

これに対し、上記ステップ１１２で、デポジット噛みきり制御の実行回数が所定回数に達していると判定された場合には、吸気絞り弁３６が異常であると判定される（ステップ１１８）。

以上説明した実施の形態２によれば、吸気絞り弁３６の周囲にデポジットが堆積したことを精度良く判定し、デポジットの堆積量が多いと推測される場合には、デポジットを除去するための制御を実行することができる。このため、要求空気量の少ない領域においても、空気量をより高い精度で制御することができる。

上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０および１１４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「デポジット除去手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 エンジンの回転が完全に停止するまでのエンジン回転速度の変動を表した図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 吸気絞り弁開度の補正量を算出する方法の一例を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

１０ エンジン
１２ インジェクタ
１４ コモンレール
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２４ ターボチャージャ
２６ 排気浄化装置
２８ 吸気通路
３４ 吸気マニホールド
３６ 吸気絞り弁
４０ ＥＧＲ通路
４４ ＥＧＲ弁
４８ クランク角センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、
   前記内燃機関を停止させることが要求された場合に前記吸気絞り弁を所定開度に閉じる閉じ手段と、
   前記吸気絞り弁が前記所定開度に閉じられた後、前記内燃機関が完全に停止するまでの間に、前記内燃機関の回転変動の大きさを検出する回転変動検出手段と、
   前記回転変動検出手段により検出された回転変動の大きさに基づいて、前記内燃機関の運転時における前記吸気絞り弁の開度を補正するための補正量を算出する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記回転変動検出手段により検出された回転変動の大きさが所定値を超えていた場合に、前記吸気絞り弁の周囲に付着したデポジットを除去するための制御を実行するデポジット除去手段を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 前記回転変動検出手段は、機関回転速度が所定範囲にあるときの回転変動の大きさを検出することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の吸気制御装置。

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