JP2011220305A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】EGR弁を設置することなく、EGR量の制御を可能とする。
【解決手段】内燃機関の複数の気筒のうち、第1気筒群に属する気筒は、排気ガスがEGR通路を介して内燃機関の吸気通路に環流するように構成し、一方、第2気筒群に属する気筒は、排気ガスが、吸気通路に環流されずに外部に排出されるように構成する。また、第1気筒群に属する少なくとも1の気筒と、第2気筒群に属する少なくとも1の気筒とは、それぞれ独立に、休止させることができるものとする。制御装置は、気筒休止手段によって休止させる気筒を、第1気筒群に属する気筒とするか、第2気筒群に属する気筒とするかによって、EGR率を制御する。
【選択図】図2
【解決手段】内燃機関の複数の気筒のうち、第1気筒群に属する気筒は、排気ガスがEGR通路を介して内燃機関の吸気通路に環流するように構成し、一方、第2気筒群に属する気筒は、排気ガスが、吸気通路に環流されずに外部に排出されるように構成する。また、第1気筒群に属する少なくとも1の気筒と、第2気筒群に属する少なくとも1の気筒とは、それぞれ独立に、休止させることができるものとする。制御装置は、気筒休止手段によって休止させる気筒を、第1気筒群に属する気筒とするか、第2気筒群に属する気筒とするかによって、EGR率を制御する。
【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、EGR機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
特許文献1には、ターボ過給機とEGR装置とを備えた内燃機関の制御に関する発明が開示されている。特許文献1に記載の発明においては、複数の気筒のうち1気筒の排気通路のみがEGR通路によって直接吸気通路に接続され、かつ、このEGR通路にはEGR弁等の弁が設けられていない構成とされている。特許文献1に記載の発明はEGRの大量化を図ることを課題として発明されたものである。
上記の特許文献1に記載の発明では、1の気筒の排気通路が直接吸気通路に接続され、EGR弁は備えられていない。このため特許文献1の発明においては全運転領域に渡り、その1の気筒の排気ガス全量がEGRとして供給されることとなる。このため、特許文献1の発明では細かなEGR量を制御することができず、EGR量の過不足が生じる運転領域が生じることが考えられる。EGR量の過不足は、排気エミッションの低下や燃料消費量増大といった事態を引き起し得るものであり、好ましいものではない。
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、EGR弁を設置することなく、EGR量の制御を可能とする改良された内燃機関の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、
排気ガスがEGR通路を介して内燃機関の吸気通路に環流するように構成された少なくとも1の気筒を含む第1気筒群と、
排気ガスが、吸気通路に環流されずに外部に排出されるように構成された少なくとも1の気筒を含む第2気筒群と、を有する内燃機関の制御装置であって、
前記第1気筒群に属する少なくとも1の気筒と、前記第2気筒群に属する少なくとも1の気筒とを、それぞれ独立に、休止させる気筒休止手段と、
前記気筒休止手段によって休止させる気筒を、前記第1気筒群に属する気筒とするか、前記第2気筒群に属する気筒とするかによって、EGR率を制御するEGR率制御手段と、
を備える。
排気ガスがEGR通路を介して内燃機関の吸気通路に環流するように構成された少なくとも1の気筒を含む第1気筒群と、
排気ガスが、吸気通路に環流されずに外部に排出されるように構成された少なくとも1の気筒を含む第2気筒群と、を有する内燃機関の制御装置であって、
前記第1気筒群に属する少なくとも1の気筒と、前記第2気筒群に属する少なくとも1の気筒とを、それぞれ独立に、休止させる気筒休止手段と、
前記気筒休止手段によって休止させる気筒を、前記第1気筒群に属する気筒とするか、前記第2気筒群に属する気筒とするかによって、EGR率を制御するEGR率制御手段と、
を備える。
第2の発明において、前記EGR率制御手段は、次式(1)に従って算出されるEGR率が、要求されるEGR率を満たすように、休止させる気筒を決定するものである。
EGR率=稼動中の第1気筒群の気筒の数/稼動中の全気筒数 ・・・(1)
EGR率=稼動中の第1気筒群の気筒の数/稼動中の全気筒数 ・・・(1)
第1の発明によれば、休止させる気筒を、排気ガスがEGR通路を介して内燃機関の吸気通路にEGRガスとして環流される第1気筒群から選択するか、あるいは、排気ガスが環流されない第2気筒群から選択するかにより、稼動中の気筒からの全排気に対して環流され気筒に戻されるEGRガスの割合(EGR率)を変化させることができる。従って、EGR通路にEGR弁が設置されていない場合であっても、内燃機関の運転領域に応じて、適したEGR量に制御することができ、EGR量の過不足が生じるのを抑えることができる。
この発明において、第1気筒群の気筒の排気ガスは全量、EGR通路を介してEGRガスとして環流され、一方、第2気筒群の排気ガスは環流されない構成となっている。従って、EGR率は、稼動中の第1気筒群の気筒数と、稼動中の全気筒数に応じて決定することができる。この点、第2の発明によれば、式(1)に従って算出されるEGR率が、要求されるEGR率を満たすように、休止させる気筒を選択することで、EGR率を制御することができる。
以下、本発明の実施の形態について図1乃至図6の各図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関のシステム構成を示す図である。本実施の形態にかかる内燃機関2は、♯1〜♯8の8気筒を有する火花点火式の4ストローク機関である。この内燃機関2における気筒の点火順序は、♯1→♯8→♯4→♯3→♯6→♯5→♯7→♯2に設定されている。
内燃機関2の各気筒の吸気弁及び排気弁には、それぞれの弁の開弁特性(開閉時期や閉弁時期)等を変更する可変動弁機構4が設置されている。この可変動弁機構4により、各気筒の吸気弁(又は排気弁)を、別個に停止・復帰(稼動)させことができる。可変動弁機構4の構成や動作は、例えば特許第4135465号等に開示されているものなど種々に知られており、ここでの詳細な説明は省略するものとする。
本実施の形態において、内燃機関2の♯1、♯3、♯5気筒の排気ポートは排気管10aに接続されている。また♯2、♯4、♯6気筒の排気ポートは、排気管10bに接続されている。排気管10a、10bそれぞれは、排気ガスのエネルギを利用して新気を圧縮するターボ過給機12a、12bの排気タービンに接続されている。♯1〜♯6気筒(第2気筒群)から排出される排気ガスは、排気タービンに導かれた後、触媒14a、14bのいずれかを通過して大気に放出される。
一方、♯7気筒の排気ポートにはEGR通路16aの一端が接続され、♯8気筒の排気ポートにはEGR通路16b一端が接続されている。EGR通路16a、16bの他端は共に内燃機関2のサージタンク18に接続されている。これにより♯7気筒及び♯8気筒から排出される排気ガスは、全量、内燃機関2の吸気系にEGRガスとして環流される構成となっている。なお、この実施の形態において排気ガスがEGRガスとして環流される気筒(第1気筒群)を、便宜的に「EGR気筒」と称するものとする。
本実施の形態にかかる内燃機関2の制御系には、ECU(Electronic Control Unit)20が備えられる。ECU20は、内燃機関2のシステム全体を総合制御する制御装置である。ECU20の出力側には、各種アクチュエータが接続され、ECU20の入力側には、過給圧センサ、排気圧センサ、排気温度センサ、ノックセンサ等のセンサが接続されている。ECU20は、各センサからの信号を受けて所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。なお、ECU20に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
ECU20によって実施される各種制御には、基本的な制御として、複数の気筒のうち1又は2以上の気筒を休止させる制御が含まれる。なお、ここで気筒の「休止」とは、休止させる気筒の吸・排気弁の少なくとも一方を閉弁状態で停止させ、かつ、その気筒への燃料噴射を停止させることを意味するものとする。また、この実施の形態において、少なくとも1の気筒を休止させ、残りの気筒を燃焼させている状態を「減筒運転」と称するものとし、ここで休止させている気筒を「減筒気筒」、稼動している気筒を「稼動気筒」、休止させている気筒の数を「減筒数」と称するものとする。
この実施の形態において減筒運転は、ECU20が可変動弁機構4に必要な制御信号を発し、減筒気筒の吸気弁及び/又は排気弁の弁を閉弁状態で停止させ、かつ燃料噴射をしないことで実行される。
この実施の形態において、ECU20により実施される各種の制御には、更に、EGR率の制御が含まれる。ここでEGR率は、内燃機関2の排気ガス全体に対して、気筒に戻されるEGRガスの割合とする。この実施の形態においては、EGR通路16a、16bには、EGR流量を制御するEGR弁が設置されておらず、内燃機関2の♯7、♯8気筒の排気ガス全量が、常にEGRとしてサージタンク18に供給されることになる。このため、本実施の形態において制御装置としてのECU20は、減筒運転を以下に説明するように制御することで、EGR率を制御する。
上記したように、この内燃機関2においては、♯7、♯8気筒の排気ガスがEGRとして環流され、♯1〜♯6気筒の排気ガスは最終的に大気に排出される。従って、稼動中のEGR気筒からの排気ガスは全量がEGRガスとして、内燃機関2の吸気系に環流され稼動中の気筒に供給されることとなる。従って、減筒運転における減筒数と、このとき休止させる減筒気筒との組み合わせを変化させることで、EGR率を変化させることができる。具体的に、EGR率は、次式(2)によって算出することができる。
EGR率=(稼動中のEGR気筒の数/全稼動気筒数)×100[%] ・・・(2)
EGR率=(稼動中のEGR気筒の数/全稼動気筒数)×100[%] ・・・(2)
図2は、この発明の実施の形態にかかるEGR率制御について説明するための図である。図2を用いて、より具体的に減筒数及び減筒気筒と、EGR率との関係について説明する。
[減筒数0の場合]
減筒数が0である場合、稼動気筒の数は8であり、稼動中のEGR気筒の数は♯7、♯8気筒の2気筒である。従って、EGR率[%]は常に25[%]となる。
減筒数が0である場合、稼動気筒の数は8であり、稼動中のEGR気筒の数は♯7、♯8気筒の2気筒である。従って、EGR率[%]は常に25[%]となる。
[減筒数1の場合]
減筒数1の状態では、稼動気筒数は7である。
EGR気筒のいずれか一方が減筒気筒とされると、稼動気筒の数は7気筒であり、この7気筒のうち、稼動中のEGR気筒は1気筒となる。従って、EGR率[%]は約14[%](=1/7)となる。
♯1〜♯6にいずれかの気筒が減筒気筒とされると、稼動気筒数7のうち、稼動中のEGR気筒は2気筒となる。従って、EGR率[%]は、約28[%](=2/7)となる。
減筒数1の状態では、稼動気筒数は7である。
EGR気筒のいずれか一方が減筒気筒とされると、稼動気筒の数は7気筒であり、この7気筒のうち、稼動中のEGR気筒は1気筒となる。従って、EGR率[%]は約14[%](=1/7)となる。
♯1〜♯6にいずれかの気筒が減筒気筒とされると、稼動気筒数7のうち、稼動中のEGR気筒は2気筒となる。従って、EGR率[%]は、約28[%](=2/7)となる。
[減筒数2の場合]
減筒数2の状態では、稼動気筒数は6である。
2つのEGR気筒が共に減筒気筒とされると、排気ガスの環流はなくEGR率は0[%]となる。
EGR気筒のいずれか一方の気筒と、♯1〜♯6のいずれか1の気筒とがそれぞれ減筒気筒となると、稼動気筒数6のうち、稼動中のEGR気筒は1気筒となる。従って、このときEGR率[%]は約17[%](=1/6)となる。
♯1〜♯6のいずれか2気筒が減筒気筒とされると、2つのEGR気筒はいずれも稼動中となる。従って、このとき、EGR率[%]は約33[%](=2/6)となる。
減筒数2の状態では、稼動気筒数は6である。
2つのEGR気筒が共に減筒気筒とされると、排気ガスの環流はなくEGR率は0[%]となる。
EGR気筒のいずれか一方の気筒と、♯1〜♯6のいずれか1の気筒とがそれぞれ減筒気筒となると、稼動気筒数6のうち、稼動中のEGR気筒は1気筒となる。従って、このときEGR率[%]は約17[%](=1/6)となる。
♯1〜♯6のいずれか2気筒が減筒気筒とされると、2つのEGR気筒はいずれも稼動中となる。従って、このとき、EGR率[%]は約33[%](=2/6)となる。
[減筒数4の場合]
減筒数4の状態では、全稼動気筒数は4である。
例えば、4気筒のうち、EGR気筒のいずれか一方と、♯1〜♯6気筒のうちいずれか3気筒が減筒気筒とされた場合、稼動気筒4気筒のうち、稼動中のEGR気筒は1つとなる。従って、このときEGR率は25[%](=1/4)となる。
減筒数4の状態では、全稼動気筒数は4である。
例えば、4気筒のうち、EGR気筒のいずれか一方と、♯1〜♯6気筒のうちいずれか3気筒が減筒気筒とされた場合、稼動気筒4気筒のうち、稼動中のEGR気筒は1つとなる。従って、このときEGR率は25[%](=1/4)となる。
図3及び図4は、本実施の形態におけるEGR率の制御の手順について説明するためのタイミングチャートである。図3のタイミングチャートは、減筒数を0から2まで増加させる場合の例を示している。具体的に、図3のタイミングチャートでは、減筒数0、EGR率25[%]の運転状態から、時刻t1において減筒数1、減筒気筒を♯8とすることで、EGR率を約14[%]に減少させている。同時に、減筒によるトルク減少分、及びEGR率変更によるトルク補正を行なうため、スロットル開度を開き負荷を増加して等トルクとしている。
次に、時刻t2において減筒数2、減筒気筒を♯8気筒及び♯5気筒とすることで、EGR率を約17[%]に変更している。同様に、減筒によるトルク減少分、及びEGR率変更によるトルク補正を行うため、スロットル開度を開き負荷を増加して等トルクとしている。
図4のタイミングチャートは、減筒数が1のまま、EGR率を変更させる例である。まず、減筒気筒が♯8の状態ではEGR率約14[%]となっている。この状態から、時刻t3において、減筒数1のまま減筒気筒を♯3に変更することで、EGR気筒の2気筒を稼動状態としている。これによりEGR率を約28[%]に増加させることができる。同時にトルク減少分、スロットル開度を開き負荷を増加して等トルクとしている。
時刻t4において、再び、減筒気筒を♯8に戻すことで、EGR率は約14[%]に減少させている。同時に、トルク増加分、スロットル開度を小さくし負荷を減少させて等トルクとしている。
以上のように、この実施の形態において制御装置としてのECU20は、減筒数と減筒気筒との組み合わせを制御することでEGR率をある程度の幅で変更し、制御することが可能となる。
図5及び図6は、この発明の実施の形態における制御領域について説明するためのグラフである。図5及び図6において、横軸は機関回転数、縦軸はトルクを表している。図5及び図6に示されるような関係に基づき、減筒運転とEGR率は、機関回転数とトルクとの関係によって決定される。
具体的に、図5は、減筒数1の場合の例を示している。図5に示されるように、1気筒減筒すると、出力可能なトルクは、全気筒を稼動させている場合に比べて低下する。減筒数1で減筒運転される運転領域は、要求トルク及び機関回転数等との関係において設定されECU20に予め記憶される。
減筒数1での減筒運転が行なわれる運転領域では、図5に示されるように、燃焼が安定する中負荷域において高EGR(約28[%])とされ、減筒気筒は、EGR気筒以外の気筒(♯1〜♯6)とされる。それ以外の領域では、EGR気筒♯7又は♯8が減筒気筒とされ、EGR率は約14[%]とされる。
図6は、減筒数2の場合の例を示している。2気筒減筒することで、出力可能なトルクは、減筒数1の場合よりも更に低くなる。減筒数2で減筒運転される運転領域は、要求トルク及び機関回転数等との関係で設定され、ECU20に記憶される。
減筒数2での減筒運転が行なわれる運転領域では、図6に示されるように、燃焼が安定する中負荷領域において、EGR率を高EGR率(約33[%])とされ、減筒気筒は、EGR気筒以外の気筒(♯1〜♯6)とされる。それ以外の領域でEGR率は、約17%とされ、減筒気筒は、一方のEGR気筒(♯7又は♯8)及び、EGR気筒以外の気筒(♯1〜♯6)のいずれか1気筒とされる。更に、失火などが懸念される燃焼不安定な領域ではEGR率は0[%]とされ、EGR気筒(♯7及び♯8)の2気筒が減筒気筒とされる。
このように、減筒数ごとに、機関回転数とトルクと、それに応じて要求されるEGR率を実現するための減筒気筒との関係が、予め実験等において求められ、ECU20に記憶される。内燃機関2の運転に際しては、ECU20に記憶された関係に基づいて、機関回転数や要求トルク等に応じて減筒数及びその際の減筒気筒が決定される。
以上説明したように、この発明の実施の形態においては、内燃機関2の8気筒うち2気筒の排気ガスをEGRガスとして環流させる構成により、減筒数と減筒気筒とを制御することで、EGR通路16a、16bに特にEGR弁を設置することなく、EGR率を制御することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施することもできる。
変形例1.
EGRとして導入される排気ガスは、EGR通路16a、16bを通過しサージタンク18に到達する。従って、減筒気筒の変更後、EGR通路16a、16bの容量やサージタンク18の容量分、EGR率の変化に遅れが生じる場合がある。このようなEGR過渡期においては、上記式(2)だけでEGR率を正確に推定することができない。また、トルク変動や新気空気量の変更などの運転条件の変更の過渡時にも同様にEGR率が変化し正確な把握が難しい。
EGRとして導入される排気ガスは、EGR通路16a、16bを通過しサージタンク18に到達する。従って、減筒気筒の変更後、EGR通路16a、16bの容量やサージタンク18の容量分、EGR率の変化に遅れが生じる場合がある。このようなEGR過渡期においては、上記式(2)だけでEGR率を正確に推定することができない。また、トルク変動や新気空気量の変更などの運転条件の変更の過渡時にも同様にEGR率が変化し正確な把握が難しい。
このような過渡時には、各気筒のKCS遅角量(即ち、ノック発生度合い)により、各気筒ごとにEGR率を補正する。また、遅角制御時は、推定EGR率を更に減少させる。EGRガスを等分配できない場合があるため、この補正は気筒ごとに行なうことが好ましい。
変形例2.
上記実施の形態においては、気筒数が8気筒である場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば4気筒など、他の気筒数の内燃機関にも適用することができる。この場合にも、複数の気筒のうちいずれか1以上の気筒の排気ポートをEGR通路に連通させてEGRガスとして環流させるとともに、他の気筒の排気ガスは吸気系に環流させずに排出するように構成する。ここで、EGR率は内燃機関の気筒数が異なる場合であっても、式(1)に従って算出することができる。従って、気筒数が異なる場合でも、減筒数と減筒気筒を制御することで、EGR率を変化させることにより、EGR率の制御を行なうことができる。
上記実施の形態においては、気筒数が8気筒である場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば4気筒など、他の気筒数の内燃機関にも適用することができる。この場合にも、複数の気筒のうちいずれか1以上の気筒の排気ポートをEGR通路に連通させてEGRガスとして環流させるとともに、他の気筒の排気ガスは吸気系に環流させずに排出するように構成する。ここで、EGR率は内燃機関の気筒数が異なる場合であっても、式(1)に従って算出することができる。従って、気筒数が異なる場合でも、減筒数と減筒気筒を制御することで、EGR率を変化させることにより、EGR率の制御を行なうことができる。
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造や方法等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
2 内燃機関
4 可変動弁機構
10a、10b 排気管
12a、12b ターボ過給機
14a、14b 触媒
16a、16b EGR通路
18 サージタンク
4 可変動弁機構
10a、10b 排気管
12a、12b ターボ過給機
14a、14b 触媒
16a、16b EGR通路
18 サージタンク
Claims (2)
- 排気ガスがEGR通路を介して内燃機関の吸気通路に環流するように構成された少なくとも1の気筒を含む第1気筒群と、
排気ガスが、吸気通路に環流されずに外部に排出されるように構成された少なくとも1の気筒を含む第2気筒群と、を有する内燃機関の制御装置であって、
前記第1気筒群に属する少なくとも1の気筒と、前記第2気筒群に属する少なくとも1の気筒とを、それぞれ独立に、休止させる気筒休止手段と、
前記気筒休止手段によって休止させる気筒を、前記第1気筒群に属する気筒とするか、前記第2気筒群に属する気筒とするかによって、EGR率を制御するEGR率制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記EGR率制御手段は、次式(1)に従って算出されるEGR率が、要求されるEGR率を満たすように、休止させる気筒を決定するものであ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。
EGR率=稼動中の第1気筒群の気筒の数/稼動中の全気筒数 ・・・(1)
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CN105134390A (zh) * | 2014-06-06 | 2015-12-09 | 福特环球技术公司 | 用于egr控制的系统和方法 |
JP2016098735A (ja) * | 2014-11-21 | 2016-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | 車両制御装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105134390B (zh) * | 2014-06-06 | 2019-12-27 | 福特环球技术公司 | 用于egr控制的系统和方法 |
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