JP2012082737A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関において、減速の際の失火を有効に回避する。
【解決手段】排気通路４におけるタービン５２の下流側と吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側とを接続するＥＧＲ通路２にＥＧＲ弁２２が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置を備える内燃機関０にあって、減速要求があったときには、一時的にコンプレッサ５１の下流側にあるスロットル弁３３を減速要求に応じた開度よりも大きく開くとともに、気筒１での燃焼回数を間引く制御を行うこととした。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ターボ過給機及び排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関に関する。

気筒内の燃焼温度を低下させ、以て有害物質であるＮＯ_xの排出量を削減する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）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高温高圧の排気ガスを吸気通路に還流する高圧ループＥＧＲに対し、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低温低圧の排気ガスを吸気通路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ガスを吸気に混入できる点で有利である。

運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩める減速要求時には、吸気を絞るとともに吸気に混入するＥＧＲガス量を減じる必要がある。ところが、低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近いＥＧＲガスを還流させる都合上、ＥＧＲ通路の出口を排気ターボ過給機のコンプレッサの上流側に接続している。即ち、ＥＧＲ通路から吸気通路へと合流したＥＧＲガスは、コンプレッサ、スロットル弁、サージタンク及び吸気マニホルドを経由する長い経路を通って気筒に到達する。従って、ＥＧＲ弁の開度を縮小したとしても、ＥＧＲ弁の下流から気筒までの経路上に少なからぬ量のＥＧＲガスが残存しており、吸気に混入するＥＧＲガス量の減少が遅れてＥＧＲ率過多となり、失火を招くおそれがあった。

特開２００７−２１１７６７号公報

本発明は、上記の問題に初めて着目してなされたものであって、減速の際の失火を有効に回避することを所期の目的としている。

本発明では、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁と、減速要求があったとき、一時的に前記スロットル弁を減速要求に応じた開度よりも大きく開く（但し、減速要求の直前の開度よりも大きく開くという意味ではない）とともに気筒で反復的に行われている燃焼の回数を間引く制御部とを具備する排気ターボ過給機付きの内燃機関を構成した。

つまり、減速要求時に敢えてスロットル弁を絞らないことで吸気量を増量し、ＥＧＲ弁の下流から気筒までの経路上に残存するＥＧＲガスを速やかに掃気するようにしたのである。無論、単純にスロットル弁を開いていると、（吸気抵抗が低減することもあって）内燃機関の出力トルクが低下せず減速要求を満たせなくなる。そこで、気筒での燃焼回数を間引くことにより、内燃機関の出力トルクの抑圧を図る。

本発明によれば、低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関において、減速の際の失火を有効に回避することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び排気ガス再循環装置の構成を示す図。 同実施形態における過渡制御の処理手順を示すフローチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態のブローバイガス還流装置６が適用される車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態における内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを備えている。

本実施形態における内燃機関０は、二気筒の４サイクルエンジンであり、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。つまり、第一気筒１のピストン１２と第二気筒１のピストン１２とは同時に上昇し、また同時に下降する。

吸気通路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。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁３５、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットル弁３３、サージタンク３４を、上流からこの順序に配置している。

排気通路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。この排気通路４上には、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。

排気ターボ過給機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たものである。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、その回転力を以てコンプレッサ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。

外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものである。低圧ループＥＧＲ通路２の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４における三元触媒４１の下流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３における吸気絞り弁３５の下流、かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２上には、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲ弁２２を設けてある。

内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）６は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース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、アクセルペダルの踏込量（または、スロットル弁３３の開度）を検出するポジションセンサから出力されるアクセル開度要求信号ｃ、サージタンク３４内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｄ、サージタンク３４の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｅ等が入力される。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｆ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｇ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｈ、吸気絞り弁３５に対して開度操作信号ｉ、スロットル弁３３に対して開度操作信号ｊ等を出力する。

ＥＣＵ６のプロセッサは、予めメモリ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。ＥＣＵ６は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸入空気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊを出力インタフェースを介して印加する。

その上で、本実施形態では、運転者の運転操作による減速要求があったとき、一時的に、スロットル弁３３を減速要求に応じた開度よりも大きく開くとともに、気筒１で反復的に行われている燃焼の回数を間引く過渡制御を実施することとしている。

制御部たるＥＣＵ６は、アクセルペダルの踏込量（または、スロットル弁３３の開度）を常時観測しており、その踏込量が減少する減速要求時に過渡制御を実行する。過渡制御以外の通常の制御では、電子スロットル弁３３の開閉速度（開度の変化量）と、アクセルペダルの踏込量の変化速度（踏込量の変化量）とが対応関係にある。これに対し、過渡制御では、電子スロットル弁３３を、アクセルペダルの踏込量の変化速度に対応した通常制御の開度よりも大きな開度に保つ。

さらに、ＥＣＵ６は、過渡制御の期間中、燃焼の回数を間引きしてエンジン出力を抑圧する。燃焼を間引くためには、気筒１（に充填されるガス）への燃料噴射を停止し、また気筒１内での点火を停止する。

内燃機関０が有している複数の気筒１のうちの何れの気筒で燃焼をカットするかは、燃焼回数の間引き割合による。例えば、燃焼回数を３３％間引くには、複数の気筒にて順次行われる燃焼を、一回カットの後、二回行うようにする。二気筒エンジンであれば、第一気筒で一回燃焼をカットした後、第二気筒及び第一気筒で一回ずつ燃焼を行い、さらにその後、第二気筒で一回燃焼をカットし、第一気筒及び第二気筒で燃焼を一回行う、というように制御する。燃焼回数を５０％間引くには、燃焼カットと燃焼とを交互に行う。二気筒エンジンであれば、第一気筒で燃焼をカットし、第二気筒で燃焼を行う、というように制御する。

図２に、ＥＣＵ６が過渡制御において実行する処理の手順を示す。ＥＣＵ６は、アクセルペダルの踏込量が減少して過渡制御に移行するべきと判断した場合（ステップＳ１）、過渡制御中のスロットル弁３３の開度と、過渡制御中の燃料噴射（及び、点火）回数の間引き割合とを決定する（ステップＳ２、Ｓ３）。ステップＳ１では、例えば、アクセルペダルの踏込量の変化速度（単位時間当たりの減少量）が所定閾値を上回ったときに、過渡制御を移行するべきと判断する。

過渡制御中のスロットル弁３３の開度及び燃料噴射回数の間引き割合は、減速要求時のアクセルペダルの踏込量の変化速度に応じて設定する。ＥＣＵ６のメモリには予め、減速要求時の（換言すれば、過渡制御突入直前の）アクセルペダルの踏込量の変化速度と、スロットル弁３３の開度及び燃料噴射回数の間引き割合との関係を規定したマップデータが記憶されている。ＥＣＵ６は、減速要求時のアクセルペダルの踏込量の変化速度をキーとしてこのマップを検索することにより、過渡制御中のスロットル弁３３の開度及び燃料噴射回数の間引き割合を知得する。

そして、ＥＣＵ６は、スロットル弁３３の開度の維持及び燃料噴射回数の間引きを伴う過渡制御を実行する（ステップＳ４）。この過渡制御は、ＥＧＲ弁２２の下流から気筒１までの経路上に残留しているＥＧＲガスの掃気が完了するのに必要十分な時間が経過するまで続行する（ステップＳ５）。

過渡制御を開始してから所要の時間が経過した後は、本来の制御に移行する（ステップＳ６）。即ち、アクセルペダルの踏込量の変化速度に対応した開度にスロットル弁３３を操作し、また燃料噴射回数の間引きを止める。

本実施形態によれば、排気通路４に設けられたタービン５２と、吸気通路３に設けられ前記タービン５２により駆動されるコンプレッサ５１と、前記排気通路４における前記タービン５１の下流側と前記吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側とを接続するＥＧＲ通路２にＥＧＲ弁２２が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路３における前記ＥＧＲ通路２の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁３５と、前記吸気通路３における前記コンプレッサ５１の下流側に設けられたスロットル弁３３と、減速要求があったとき、一時的に前記スロットル弁３３を減速要求に応じた開度よりも大きく開くとともに気筒１で反復的に行われている燃焼の回数を間引く制御部４とを具備する内燃機関０を構成したため、ＥＧＲ弁２２の閉じ操作に対してＥＧＲ率の変動が遅れることに起因した減速時失火の問題を有効に回避することができる。

ＥＧＲ量が過多になることを好適に予防できるため、ＥＧＲ量の限界値を引き上げることが可能となる。ひいては、ポンピングロスの低減に奏効し、燃費の向上につながる。

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過給機付きの内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
２…ＥＧＲ通路
３…吸気通路
３３…スロットル弁
４…排気通路
５…過給機
５１…コンプレッサ
６…制御部（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. 排気通路に設けられたタービンと、
   吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、
   前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、
   前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁と、
   減速要求があったとき、一時的に前記スロットル弁を減速要求に応じた開度よりも大きく開くとともに気筒で反復的に行われている燃焼の回数を間引く制御部と
   を具備する排気ターボ過給機付きの内燃機関。

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