JP2010216392A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロングアイドル状態となりＥＧＲを停止させたときに、燃焼音の悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の吸気系に排気を還流させるＥＧＲ機構２と、エンジン１の吸気流量を制御する吸気流量制御手段２５と、エンジン１のアイドル運転が所定時間継続したとき、ＥＧＲ機構２の作動を停止するＥＧＲ停止手段２３とを備える。ＥＧＲ停止手段２３がＥＧＲ機構２の作動を停止したとき、吸気流量制御手段２５がエンジン１の吸気流量を減少させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気還流機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気ガスを吸気系に還流する排気還流（排気ガス再還流：Exhaust Gas Recirculation）（以下、「ＥＧＲ」という）を行うＥＧＲ機構が知られている。ＥＧＲ機構は、排気ガスの一部を新気に混ぜて、吸気中の酸素濃度を低下させる。これにより、大気より酸素濃度が低い状態で燃焼するため、ピーク燃焼温度が低下し、窒素酸化物(ＮＯ_Ｘ)の発生を抑制することができる。

内燃機関のアイドル運転時にも、ＥＧＲを行うことにより、窒素酸化物の発生を抑制することができる。しかし、アイドル状態が長時間継続すると、ＥＧＲによって燃料噴射ノズルの噴射口にカーボンが付着し、噴射口が次第に塞がれる。これにより、燃料噴射が良好に行われ難くなって燃焼が不安定になり、ラフアイドルやエンストを招くおそれがある。そこで、従来、アイドル状態が所定時間を超えて継続し、ロングアイドル状態になったとき、ＥＧＲを停止させている（例えば、特許文献１参照）。

また、アイドル運転時は、もともとＥＧＲ量が多く、炭化水素（ＨＣ）の排出量が多い。さらに、炭化水素に、低い燃焼温度、凝縮水を加えた３つの要素によりタールが生成されやすい環境にある。アイドル状態が長時間継続すると、生成されたタールがＥＧＲ弁の表面に付着し続ける。その状態で内燃機関を停止すると、表面に多量のタールが付着したままＥＧＲ弁を閉じることになり、その後、内燃機関が冷えるとタールが固まり、ＥＧＲ弁が固着する。そこで、ＥＧＲ弁保護のためにも、ロングアイドル状態になったとき、ＥＧＲを停止させている。

特開平１０−１０３１１９号公報

しかしながら、ロングアイドル状態となりＥＧＲを停止させると、燃焼音が悪化することが分かった。ＥＧＲ停止前後で、総吸気流量は同じであり、燃料噴射制御も変更されないが、ＥＧＲ停止後は、吸気は全て大気から導入されるので、吸気内の酸素濃度が高くなり、燃焼が促進される。そのため、急速燃焼が起こり、燃焼音が悪化すると考えられる。

本発明は、以上の点に鑑み、ロングアイドル状態となり、ＥＧＲを停止させたときに、燃焼音の悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気系に排気を還流させる排気還流機構と、前記内燃機関の吸気流量を制御する吸気流量制御手段と、前記内燃機関のアイドル運転が所定時間継続したとき、前記排気還流機構の作動を停止する排気還流停止手段とを備え、該排気還流停止手段が前記排気還流機構の作動を停止したとき、前記吸気流量制御手段が前記吸気流量を減少させることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関のアイドル運転が所定時間継続し、排気還流機構の作動が停止したとき、内燃機関の吸気流量が減少する。排気還流機構の作動を停止したとき、吸気は全て新気からなるので、従来のように、排気還流機構の作動を停止しても内燃機関の吸気流量が変化しない場合に比べて、吸気内の酸素が減少し、燃焼速度が速くなることが抑制される。よって、燃焼音の悪化を抑制することができる。

本発明の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の目標吸気流量を設定する目標吸気流量設定手段を備え、前記排気還流停止手段が前記排気還流機構の作動を停止したとき、前記吸気流量制御手段は、前記内燃機関の吸気流量が、前記目標吸気流量設定手段が減少させて設定した目標吸気流量となるように制御することが好ましい。

この場合、予め適切な目標吸気流量を設定しておくことにより、内燃機関のアイドル運転が所定時間継続し、排気還流機構の作動を停止したとき、燃焼音の悪化をより効果的に抑制することができる。

本発明の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関に吸入される新気流量を検出する新気流量検出手段を備え、前記内燃機関がアイドル運転状態であり、且つ前記排気還流機構が作動する際に、前記新気流量検出手段が検出した新気流量と、前記排気還流機構が還流させた排気ガスに含まれる新気相当流量との和を、前記目標吸気流量設定手段が、前記排気還流停止手段が前記排気還流機構の作動を停止したときの目標吸気流量として設定することが好ましい。

この場合、内燃機関のアイドル運転が所定時間継続し、排気還流機構の作動を停止したとき、当該排気還流機構の作動を停止する前における吸気内の新気流量に相当する吸気流量を目標吸気流量として設定する。そのため、排気還流機構の作動停止前後で新気相当流量が変化しないので、排気還流機構の作動を停止したとき、従来のように、排気還流機構の作動を停止しても内燃機関の吸気流量が変化しない場合に比べて、燃焼音の悪化を抑制することができるとともに、窒素酸化物の発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関を示す構成図。 内燃機関の制御装置を示すブロック図。 内燃機関の作動を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図。 内燃機関の作動を示すフローチャート。

［第１実施形態］
本発明に係る第１実施形態を図面を参照して説明する。

図１を参照して、内燃機関であるエンジン１は、ＥＧＲ機構（排気還流機構）２を備えている。ＥＧＲ機構２は、エンジン１の排気ガスの一部を吸気系に還流する。

エンジン１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各シリンダに燃料噴射弁３が設けられている。エンジン１は、シリンダに吸気（吸入空気）を供給する吸気管４と、シリンダからの排気ガスを排出する排気管５とを備えている。

吸気管４には、過給機６が設けられている。過給機６は、エンジン１の排気ガスの運動エネルギーにより駆動されるタービン７と、タービン７により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ８とを備えている。タービン７は、可変ベーン（図示せず）を有しており、可変ベーンの開度変化により、過吸圧を調整する。

吸気管４のコンプレッサ８の下流には、インタークーラ９とインテークシャッタ（スロットル弁）１０とが設けられている。インタークーラ９は、加圧された空気を冷却する。インテークシャッタ１０は、シャッタ開度の変化により、新気、即ち大気から流入する吸気の流量ｍ_Ａを調整する。

一方、排気管５のタービン７の下流側には、排気ガスを浄化する触媒コンバータ１１が設けられている。

ＥＧＲ機構２は、排気ガスを吸気管４に還流するＥＧＲ通路（排気還流通路）１２と、ＥＧＲ通路１２に設けられたＥＧＲ弁（排気還流制御弁）１３とから構成される。ＥＧＲ通路１２は、排気管５のタービン７の上流側と吸気管４のインテークシャッタ１０の下流側との間に設けられている。ＥＧＲ弁１３は、弁開度の変化により、ＥＧＲ流量（還流排気流量）ｍ_ＥＧＲを調整する。エンジン１への総吸気流量（吸気流量）ｍ_Ｔは、新気流量ｍ_ＡとＥＧＲ流量ｍ_ＥＧＲとの和になる。

吸気管４の過給機６の上流には、エンジン１の新気流量ｍ_Ａを検出する新気流量センサ１４が設けられている。触媒コンバータ１１の直上流の排気管５には、比例型空燃比（Linear Air Fuel Ratio）センサ（以下、「ＬＡＦセンサ」という）１５が設けられている。ＬＡＦセンサ１５は、エンジン１の排気ガス中の空燃比にほぼ比例した値αを出力する。

また、エンジン１の回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ１６と、アクセルペダル（図示せず）によるアクセル開度（踏み込み量）Ｌを検出するアクセルセンサ１７も設けられている。

さらに、中央演算処理ユニット（以下、「ＣＰＵ」という）（図示せず）等からなる電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０も設けられている。ＥＣＵ２０は、各種センサ１４〜１７からの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路（図示せず）と、燃料噴射弁３、タービン７、インテークシャッタ１０、ＥＧＲ弁１３に制御信号を送信する出力回路（図示せず）とを備えている。また、ＥＣＵ２０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム、演算結果等を格納するメモリ２１も備えている。

図２を参照して、メモリ２１には、ロングアイドル状態以外の状態（以下、「通常状態」という）においてエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｌに基づいて設定される目標総吸気流量ｍ_Ｔ１のテーブルＴ１、ロングアイドル状態においてエンジン回転数Ｎｅに基づいて設定される目標総吸気流量ｍ_Ｔ２のテーブルＴ２が格納されている。

ここで、同じエンジン回転数Ｎｅで、アクセル開度Ｌが０の際のテーブルＴ１とテーブルＴ２とを対比すると、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２の方が目標総吸気流量ｍ_Ｔ１よりも小さくなっている。テーブルＴ１，Ｔ２は実機実験等から燃料消費量、燃焼音等のバランスを考慮して作成される。また、メモリ２１には、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ｌ、ＬＡＦセンサ１５の出力値α等に基づいて、それぞれ設定されるＥＧＲ弁１３の開度のテーブルＴ３や、燃料噴射弁３の噴射時間及び噴射時期のテーブルＴ４等も格納されている。なお、テーブルの代わりに、マップがメモリ２１に格納されていてもよい。

ＥＣＵ２０は、その処理の機能的手段として、アイドル判定手段２２、ＥＧＲ停止手段２３、目標吸気流量設定手段２４、吸気流量制御手段２５及びタイマ２６を備えている。

アイドル判定手段２２は、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判定する。アイドル判定手段２２は、エンジン１の回転数Ｎｅが所定回転数以下であり、且つ、アクセル開度Ｌが０のとき、エンジン１がアイドル状態であると判定する。さらに、アイドル判定手段２２は、エンジン１のアイドル状態が所定時間Ｔ、例えば１０分や１時間を超えて継続したとき、ロングアイドル状態になったと判定する。計時はタイマ２６を用いて行う。

ＥＧＲ停止手段２３は、エンジン１がロングアイドル状態になったとアイドル判定手段２２が判定したとき、ＥＧＲ弁１３を閉弁することにより、ＥＧＲ機構２の作動を停止させる。

目標吸気流量設定手段２４は、エンジン１の目標総吸気流量ｍ_Ｔ１，ｍ_Ｔ２を設定する。通常状態時、目標吸気流量設定手段２４は、現在のエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｌを取得して、これらに基づきテーブルＴ１を検索し、目標総吸気流量ｍ_Ｔ１を設定する。一方、エンジン１がロングアイドル状態時、目標吸気流量設定手段２４は、現在のエンジン回転数Ｎｅを取得して、これに基づきテーブルＴ２を検索し、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２を設定する。

吸気流量制御手段２５は、新気流量センサ１４が検出する新気流量ｍ_ＡとＥＧＲ機構２により還流されるＥＧＲ流量ｍ_ＥＧＲとの和である総吸気流量ｍ_Ｔが、目標吸気流量設定手段２４が設定した目標総吸気流量ｍ_Ｔ１，ｍ_Ｔ２となるように、インテークシャッタ１０のシャッタ開度、ＥＧＲ弁１３の開弁度をフィードバック制御する。なお、ＥＧＲ流量ｍ_ＥＧＲは、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ｌ、ＥＧＲ弁１３の開弁度等によって求めることができる。

これにより、エンジン１がロングアイドル状態となり、ＥＧＲ停止手段２３がＥＧＲ機構２を停止させたとき、吸気流量制御手段２５は、エンジン１の総吸気流量がｍ_Ｔ１からｍ_Ｔ２に減少するように、インテークシャッタ１０のシャッタ開度を制御する。なお、吸気流量制御手段２５は、過給機７を制御して、エンジン１の総吸気流量ｍ_Ｔを減少させてもよい。

次に、図３に示すフローチャートに従って、エンジン１の制御装置の作動について説明する。

まず、ＥＧＲ機構２が作動する状態での吸気流量合わせを行う（Ｓ１）。新気流量センサ１４がエンジン１の新気流量ｍ_Ａを検出し、ＬＡＦセンサ１５がセンサ値αを検出し、エンジン回転数センサ１６がエンジン回転数Ｎｅを検出する。目標吸気流量設定手段２４は、これら検出値に基づいてテーブルＴ１を検索し、目標総吸気流量ｍ_Ｔ１を設定する。そして、吸気流量制御手段２５は、新気流量センサ１４が検出する新気流量ｍ_Ａが、目標吸気流量設定手段２４が設定した目標総吸気流量ｍ_Ｔ１からＥＧＲ流量ｍ_ＥＧＲを差し引いた値となるように、即ち、総吸気流量ｍ_Ｔ（＝ｍ_Ａ＋ｍ_ＥＧＲ）が目標総吸気流量ｍ_Ｔ１となるように、インテークシャッタ１０の開度をフィードバック制御する。また、燃料噴射弁３やＥＧＲ弁１３の開弁度等の制御も行われる。

次に、アイドル判定手段２２は、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判定する（Ｓ２）。エンジン１がアイドル状態であると判定された場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、アイドル判定手段２２は、さらに、エンジン１がロングアイドル状態であるか否かを判定する（Ｓ３）。エンジン１がロングアイドル状態であると判定された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＥＧＲ停止手段２３は、ＥＧＲ機構２の作動を停止させる（Ｓ４）。

そして、目標吸気流量設定手段２４は、エンジン回転数Ｎｅに対応する目標総吸気流量ｍ_Ｔ２をテーブルＴ２から検索し、目標総吸気流量ｍ_Ｔ１より減少した目標総吸気流量ｍ_Ｔ２を新たに設定する（Ｓ５）。吸気流量制御手段２５は、新気流量センサ１４が検出する新吸気流量ｍ_Ａが、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２となるように、インテークシャッタ１０の開度をフィードバック制御し、吸気流量合わせを行う（Ｓ６）。

以上のように、エンジン１がロングアイドル状態となり（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＥＧＲ停止手段２３がＥＧＲ機構２を停止させたとき（Ｓ４）、目標吸気流量設定手段２４は、新たに目標総吸気流量ｍ_Ｔ２を設定する（Ｓ５）。この目標総吸気流量ｍ_Ｔ２はテーブルＴ２を参照して取得しており、エンジン１がアイドル状態でありＥＧＲ機構２の作動時に参照されるテーブルＴ１の目標総吸気流量ｍ_Ｔ１に比べて減少している。そのため、総吸気流量ｍ_Ｔが減少するので、従来のように、ＥＧＲ機構２の作動が停止しても総吸気流量が変化しない場合に比べて、吸気内の酸素が減少し、燃焼速度が速くなることが抑制される。よって、燃焼音の悪化を抑制することができる。また、このとき、従来に比べて、窒素酸化物の発生も抑制することができる。

［第２実施形態］
本発明に係る第２実施形態を図面を参照して説明する。第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と類似するので、異なる点についてのみ説明する、
図４を参照して、第２実施形態におけるＥＣＵ３０のメモリ３１には、テーブルＴ２が格納されていない。メモリ３１には、新気流量センサ１４が検出した新気流量ｍ_Ａ、ＬＡＦセンサ１５のセンサ値α、燃料噴射弁３の燃料噴射流量ｍ_Ｆが一時的に格納される。また、メモリ３１には、理論空燃比λ_０（＝１４．７）も格納されている。

ＥＣＵ３０は、その処理の機能的手段として、アイドル判定手段２２、ＥＧＲ停止手段２３、目標吸気流量設定手段３２、吸気流量制御手段２５及びタイマ２６を備えている。

目標吸気流量設定手段３２は、エンジン１がアイドル状態の際、新気流量センサ１４が検出した新気流量ｍ_Ａ、ＬＡＦセンサ１５のセンサ値α、燃料噴射弁３の燃料噴射流量ｍ_Ｆを、メモリ３１に随時更新して格納する。

また、目標吸気流量設定手段３２は、通常状態時、現在のエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｌを取得して、これらに基づきテーブルＴ１を検索し、目標総吸気流量ｍ_Ｔ１を設定する。目標吸気流量設定手段３２は、エンジン１がロングアイドル状態になったとき、次式（１）により算出し、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２を設定する。
ｍ_Ｔ２＝ｍ_Ａ＋ｍ_{Ａ（ＥＧＲ）} ・・・（１）

ここで、ｍ_{Ａ（ＥＧＲ）}は、ＥＧＲ流量ｍ_ＥＧＲ中の新気相当流量であり、次式（２）により算出する。
ｍ_{Ａ（ＥＧＲ）}＝α・λ_０・ｍ_Ｆ ・・・（２）

ここで、これら式中のｍ_Ａ、α、ｍ_Ｆは、エンジン１がロングアイドル状態以前のアイドル状態での値であり、例えば、ロングアイドル状態前の所定時間内の平均値を用いる。このように、エンジン１がロングアイドル状態となり、ＥＧＲ機構２の作動を停止したとき、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２は、ロングアイドル状態前のＥＧＲ機構２が作動していたときの総吸気流量ｍ_Ａ＋ｍ_ＥＧＲ（＝ｍ_Ｔ１）より、ｍ_ＥＧＲ−ｍ_{Ａ（ＥＧＲ）}だけ減少している。そして、新気換算流量はｍ_Ａ＋ｍ_{Ａ（ＥＧＲ）}で同等となっている。

吸気流量制御手段３３は、新気流量センサ１４が検出する新気流量ｍ_Ａが、目標吸気流量設定手段３２が設定した目標総吸気流量ｍ_Ｔ２となるように、インテークシャッタ１０の開度をフィードバック制御する。

これにより、エンジン１がロングアイドル状態となり、ＥＧＲ停止手段２３がＥＧＲ機構２の作動を停止させたとき、吸気流量制御手段３３は、エンジン１の総吸気流量がｍ_Ｔ１からｍ_Ｔ２に減少するように、インテークシャッタ１０のシャッタ開度を制御する。なお、吸気流量制御手段３３は、過給機７を制御して、エンジン１の総吸気流量を減少させてもよい。

次に、図５に示すフローチャートに従って、エンジン１の制御装置の作動について説明する。

まず、上記Ｓ１と同様に、ＥＧＲ機構２が作動する状態での吸気流量合わせを行う（Ｓ１１）。次に、アイドル判定手段２２は、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判定する（Ｓ１２）。

エンジン１がアイドル状態であると判定された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、目標吸気流量設定手段３２は、新気流量ｍ_Ａ、センサ値α、燃料噴射流量ｍ_Ｆをメモリ３１に格納する（Ｓ１３）。アイドル判定手段２２は、さらに、エンジン１がロングアイドル状態であるか否かを判定する（Ｓ１４）。エンジン１がロングアイドル状態であると判定された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＥＧＲ停止手段２３は、ＥＧＲ機構２の作動を停止させる（Ｓ１５）。

そして、目標吸気流量設定手段３２は、メモリ３１に格納されている新気流量ｍ_Ａ、センサ値α、燃料噴射流量ｍ_Ｆ、理論空燃比λ_０から、式（１）、式（２）により目標総吸気流量ｍ_Ｔ２を算出し、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２を新たに設定する（Ｓ１６）。吸気流量制御手段３３は、新気流量センサ１４が検出する新吸気流量ｍ_Ａが、目標吸気流量設定手段３２により設定された目標総吸気流量ｍ_Ｔ２に一致するように、インテークシャッタ１０の開度をフィードバック制御し、吸気流量合わせを行う（Ｓ１７）。

以上のように、エンジン１がロングアイドル状態となり（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＥＧＲ停止手段２３がＥＧＲ機構２の作動を停止させたとき（Ｓ１５）、目標吸気流量設定手段３２は、新たに目標総吸気流量ｍ_Ｔ２を設定する（Ｓ１６）。この目標総吸気流量ｍ_Ｔ２はアイドル状態における総吸気流量ｍ_Ｔに含まれていた新気流量に相当しており、エンジン１がアイドル状態であってＥＧＲ機構２作動時のテーブルＴ１における目標総吸気流量ｍ_Ｔ１に比べて減少している。そのため、総吸気流量ｍ_Ｔが減少するので、従来のように、ＥＧＲが停止しても総吸気流量ｍ_Ｔが変化しない場合に比べて、吸気内の酸素が減少し、燃焼速度が速くなることが抑制される。よって、燃焼音の悪化を抑制することができる。また、このとき、従来に比べて、窒素酸化物の発生も抑制することができる。

なお、本発明は、上述したものに限定されない。例えば、実施形態では、エンジン１をディーゼルエンジンとする場合について説明した。しかし、エンジン１はガソリンエンジンであってもよい。

また、ロングアイドル状態となりＥＧＲ停止前の目標総吸気流量ｍ_Ｔ１と比較して目標総吸気流量ｍ_Ｔ２が減少していればよく、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２の設定方法は、実施形態に記載された方法に限定されない。例えば、目標総吸気流量ｍ_Ｔ２は、直前の目標総吸気流量ｍ_Ｔ２から所定分減少させたものであってもよく、また、固定の所定流量であってもよい。

１…エンジン（内燃機関）、 ２…ＥＧＲ機構（排気還流機構）、 ４…吸気管、 ５…排気管、 ６…過給機、 １０…インテークシャッタ、 １２…ＥＧＲ通路、 １３…ＥＧＲ弁（排気還流制御弁）、 ２０，３０…ＥＣＵ、 ２１，３１…メモリ、 ２２…アイドル判定手段、 ２３…ＥＧＲ停止手段（排気還流停止手段）、 ２４，３２…目標吸気流量設定手段、 ２５，３３…吸気流量制御手段。

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気系に排気を還流させる排気還流機構と、
   前記内燃機関の吸気流量を制御する吸気流量制御手段と、
   前記内燃機関のアイドル運転が所定時間継続したとき、前記排気還流機構の作動を停止する排気還流停止手段とを備え、
   該排気還流停止手段が前記排気還流機構の作動を停止したとき、前記吸気流量制御手段が前記吸気流量を減少させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の目標吸気流量を設定する目標吸気流量設定手段を備え、
   前記排気還流停止手段が前記排気還流機構の作動を停止したとき、前記吸気流量制御手段は、前記内燃機関の吸気流量が、前記目標吸気流量設定手段が減少させて設定した目標吸気流量となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関に吸入される新気流量を検出する新気流量検出手段を備え、
   前記内燃機関がアイドル運転状態であり、且つ前記排気還流機構が作動する際に、前記新気流量検出手段が検出した新気流量と、前記排気還流機構が還流させた排気ガスに含まれる新気相当流量との和を、前記目標吸気流量設定手段が、前記排気還流停止手段が前記排気還流機構の作動を停止したときの目標吸気流量として設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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