JP2012007505A - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ループＥＧＲを実施する内燃機関において、減速時の失火を防止する。
【解決手段】排気系における排気ターボ過給機のタービンの下流と、吸気系における前記排気ターボ過給機のコンプレッサの上流とを連通する低圧ループＥＧＲ通路を形成するとともに、前記低圧ループＥＧＲ通路上に外部ＥＧＲ弁を設けている内燃機関を制御するものにおいて、減速判定時に前記外部ＥＧＲ弁を一旦所定開度まで強制的に絞り、エンジントルクが低下するまで外部ＥＧＲ弁を絞った状態に維持する。これにより、低圧ループＥＧＲ通路の圧力損失を一時的に増大させ、減速の過渡時の低圧ループＥＧＲ通路の出口の周囲の圧力の乱れによる外部ＥＧＲ率への悪影響を低減する。
【選択図】図３

Description

本発明は、低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関の制御方法に関する。

気筒内の燃焼温度を低下させ、有害物質であるＮＯ_xの排出量の削減を図るＥＧＲ（排気ガス再循環）装置が知られている。ＥＧＲ装置は、燃焼により発生した排気ガスの一部を吸気に混入するものである。

気筒から排出された直後の排気ガスをサージタンクに還流する高圧ループＥＧＲに対して、排気ターボ過給機のタービン及び排気ガス浄化用の触媒を通過した比較的低温低圧の排気ガスを吸気系におけるコンプレッサの上流箇所に還流する低圧ループＥＧＲ（例えば、下記特許文献１を参照）は、大量のＥＧＲを実現できる点で有利である。

低圧ループＥＧＲを実施する内燃機関では、減速時に失火を引き起こしてエミッションや燃費を悪化させることがあった。その原因を究明するべく、本願発明者が研究を進めた結果、以下の事実が判明した。

低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近い低圧のＥＧＲガスを吸気系に向けて流通させる必要がある。そのため、吸気系における低圧ループＥＧＲ通路の出口の上流に吸気絞り弁を設け、この吸気絞り弁を絞ることで、低圧ループＥＧＲ通路の出口の周囲を負圧化している。内燃機関の減速時に吸気絞り弁が絞られていると、吸気絞り弁が抵抗となり、低圧ループＥＧＲ通路の出口の周囲の圧力に乱れが発生する。この圧力の乱れは数百Ｐａ程度の微少なものであるが、一方で低圧ループＥＧＲ通路の圧力損失もまた数百Ｐａ程度と非常に小さい。それ故に、低圧ループＥＧＲ通路の出口の周囲の圧力が乱れると、吸気系に還流するＥＧＲガス量が大きく振動してしまう。結果として、各気筒に充填される吸気の外部ＥＧＲ率が吸気行程の機会毎にばらつき、何れかの気筒で失火を起こすこととなっていた。

さらに、低圧ループＥＧＲ通路の圧力損失が非常に小さいことから、過渡期にＥＧＲ弁が開け放たれたままであると、想定以上の量のＥＧＲガスが低圧ループＥＧＲ通路を経由して吸気系に還流し、外部ＥＧＲ率がＥＧＲ耐力以上に高まる。さすれば、気筒内での燃焼が緩慢となり、排気ターボ過給機のタービンに流入する排気ガスの温度が上昇し、これが背圧上昇を招いて、排気行程によっても気筒内に残留する燃焼ガスの量が増加してしまう。即ち、内部ＥＧＲ率が予想外に高くなるために、失火を引き起こしていた。しかも、可変バルブタイミング機構によるバルブオーバーラップ量によっては、燃焼ガスが吸気マニホルドに吹き戻ることさえあり得た。

特開２００７−２１１７６７号公報

本発明は、低圧ループＥＧＲを実施する内燃機関において、減速時の失火を防止することを所期の目的としている。

本発明では、排気系における排気ターボ過給機のタービンの下流と、吸気系における前記排気ターボ過給機のコンプレッサの上流とを連通する低圧ループＥＧＲ通路を形成するとともに、前記低圧ループＥＧＲ通路上に外部ＥＧＲ弁を設けている内燃機関を制御するものにおいて、減速判定時に前記外部ＥＧＲ弁を一旦所定開度まで強制的に絞り、かつその絞った状態を維持することとした。

即ち、上述の判明事実に鑑み、内燃機関の減速に際して外部ＥＧＲ弁を閉じ操作することにより、低圧ループＥＧＲ通路の圧力損失を一時増大させるようにしたのである。これにより、低圧ループＥＧＲ通路の出口の周囲の圧力が乱れたとしても、その乱れが外部ＥＧＲ率に与える影響を小さくできる。また、過渡期に想定以上の量のＥＧＲガスが低圧ループＥＧＲ通路を経由して吸気系に還流することもなくなる。

本発明によれば、低圧ループＥＧＲを実施する内燃機関において、減速時の失火を防止することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び低圧ループＥＧＲ装置の構造を示す図。 本実施形態における減速過渡時の処理の手順を示すフローチャート。 本実施形態の制御方法の内容を示すタイミングチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の制御方法の適用対象となる車両用内燃機関０の概要を示す。内燃機関０は、例えば筒内噴射方式のガソリンエンジンであり、複数の気筒１と、各気筒１内に燃料を噴射する燃料噴射弁２と、各気筒１に吸気を供給するための吸気系３と、各気筒１から排気を排出するための排気系４と、吸気系３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気系４を流通する排気の一部を吸気系３に還流する外部ＥＧＲ通路６とを有している。

吸気系３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気系３には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁３４、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、スロットル弁３３を、上流からこの順序に配置している。

排気系４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。排気系４には、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。

過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成してなる。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力をもってコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

ＥＧＲ通路６は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ通路６の入口は、排気系４におけるタービン５２の下流（さらには、三元触媒４１の下流）の所定箇所に連接しており、ＥＧＲ通路６の出口は、吸気系３における吸気絞り弁３４の下流かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に連接している。このＥＧＲ通路６上には、外部ＥＧＲ弁６１を設けている。

内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）９は、プロセッサ９１、メモリ９２、入力インタフェース９３、出力インタフェース９４等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェース９３には、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、スロットル弁３３の開度を検出するスロットルポジションセンサから出力されるスロットル信号ｃ、吸気系３のサージタンク内の圧力を検出する圧力センサから出力される吸気管内圧力信号ｄ等が入力される。出力インタフェース９４からは、燃料噴射弁２に対して燃料噴射信号ｅ、吸気絞り弁３４に対して絞り弁操作信号ｆ、外部ＥＧＲ弁６１に対してＥＧＲ弁操作信号ｇ等を出力する。

プロセッサ９１は、予めメモリ９２に格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。プロセッサ９１は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ等を入力インタフェース９３を介して取得し、それらに基づいて要求される燃料噴射量や目標ＥＧＲ率を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｅ、ｆ、ｇ等を出力インタフェース９４を介して印加し、燃料噴射弁２の開弁時間や吸気絞り弁３４の開度、ＥＧＲ弁６１の開度を操作する。これにより、要求燃料噴射量及び目標ＥＧＲ率を達成する。

その上で、本実施形態では、内燃機関０が減速する過渡期において、外部ＥＧＲ弁６１を一旦強制的に所定開度まで閉じ操作し、内燃機関０が出力するエンジントルクが低下するまで外部ＥＧＲ弁６１をその開度のまま維持する制御を実施することとしている。

図２に、このときのＥＣＵ９がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ９は、内燃機関０が減速を開始するか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１の減速判定では、例えば、スロットル弁３４の開度またはアクセルペダルの踏込量が所定量以上減少した（若しくは、所定閾値以下に減少した）ことを条件として、内燃機関０が減速を開始するものと判定する。

内燃機関０が減速を開始すると判定した暁には、外部ＥＧＲ弁６１を所定開度に絞る（ステップＳ２）。この外部ＥＧＲ弁６１の閉弁は、内燃機関０が高負荷状態から軽負荷状態に遷移するまで継続する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、気筒１に充填される吸気量（エンジン回転数及び吸気管内圧力を基に演算することができる）若しくはスロットル弁３３の開度から推定されるエンジントルクが所定閾値以下に減少した、またはステップＳ２による吸気絞り弁３４の強制開弁から所定時間が経過したことを条件として、内燃機関０が軽負荷状態に遷移したと判定する。ここに言う所定時間は、排気ガス温度に応じて、またはエンジン差圧（＝排気圧−吸気圧）に応じて変動させるようにしてもよい。

内燃機関０が軽負荷状態に移行した、換言すれば減速の過渡期が終了した後は、燃費が最良となるように適合された目標ＥＧＲ率を達成するべく、当該目標ＥＧＲ率に対応した開度に外部ＥＧＲ弁６１を操作する通常の制御に移行する（ステップＳ４）。

図３に、本実施形態の制御方法を適用した結果例を示す。従来の制御方法では、図３中破線にて示しているように、減速判定時に外部ＥＧＲ弁６１を一旦強制的に絞ることなしに、その開度を適合値へと操作する。この場合、外部ＥＧＲ率が大きく振動して、各気筒１に充填される吸気の外部ＥＧＲ率が吸気行程の機会毎にばらつき、何れかの気筒１で失火を起こすおそれがある。さらには、想定以上の量のＥＧＲガスが低圧ループＥＧＲ通路５を経由して吸気系３に還流し、気筒１内での燃焼が緩慢となり、タービン５２に流入する排気ガスの温度が上昇して背圧上昇を招き、内部ＥＧＲ率が予想外に高くなることもあり得る。この内部ＥＧＲの増大は、無論失火の原因となり、また、可変バルブタイミング機構によるバルブオーバーラップ量によっては、燃焼ガスを吸気マニホルドに吹き戻すことにさえなりかねない。

翻って、本実施形態の制御方法によれば、図３中実線にて示しているように、減速判定時に外部ＥＧＲ弁６１を一旦強制的に閉じ操作し、エンジントルク０が軽負荷状態に遷移した後に改めてその開度を適合値へと操作する。これにより、外部ＥＧＲ率が大きく振動せず、各気筒１に充填される吸気の外部ＥＧＲ率が吸気行程の機会毎にばらつくことが抑制される。加えて、想定以上の量の外部ＥＧＲガスが低圧ループＥＧＲ通路５を経由して吸気系３に還流することも予防される。結果、減速過渡期において失火するおそれが低減する。

本実施形態によれば、排気系４における排気ターボ過給機５のタービン５２の下流と、吸気系３における前記排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１の上流とを連通する低圧ループＥＧＲ通路６を形成するとともに、前記低圧ループＥＧＲ通路６上に外部ＥＧＲ弁６１を設けている内燃機関０を制御するものにおいて、減速判定時に前記外部ＥＧＲ弁６１を一旦所定開度まで強制的に絞り、エンジントルクが低下するまで外部ＥＧＲ弁６１を絞った状態に維持することとしたため、内燃機関０の減速に際して、低圧ループＥＧＲ通路６の出口の周囲の圧力の乱れが外部ＥＧＲ率に及ぼす影響を抑制することができる。加えて、想定以上の外部ＥＧＲガスがＥＧＲ通路６を還流することも予防される。従って、減速過渡時においても適正な燃焼が可能となり、エミッション及び燃費の悪化を防止できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
３…吸気系
４…排気系
５…排気ターボ過給機
５１…コンプレッサ
５２…タービン
６…低圧ループＥＧＲ通路
６１…外部ＥＧＲ弁

Claims (1)

1. 排気系における排気ターボ過給機のタービンの下流と、吸気系における前記排気ターボ過給機のコンプレッサの上流とを連通する低圧ループＥＧＲ通路を形成するとともに、前記低圧ループＥＧＲ通路上に外部ＥＧＲ弁を設けている内燃機関を制御するものであって、
   減速判定時に前記外部ＥＧＲ弁を一旦所定開度まで強制的に絞ることを特徴とする内燃機関の制御方法。

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