JP2012112321A - ターボ過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置を有するターボ過給機付き内燃機関に関し、ＥＧＲの停止時にＥＧＲ弁より排気通路側に配置されたＥＧＲ触媒が過熱により損傷することを防止する。
【解決手段】ＥＧＲの停止時であっても背圧より吸気圧が高い運転条件下ではＥＧＲ弁を開弁し、吸気通路からＥＧＲ通路内に空気を取り入れてＥＧＲ触媒付近への未燃混合気の流入を抑制する。その際、タービンに流入する排気ガスの一部がタービンをバイパスするようにＷＧＶを開くことによって、ＥＧＲ通路からの空気の流入に伴うタービン流量の増加を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲ装置を有するターボ過給機付き内燃機関、詳しくは、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲ弁より排気通路側にＥＧＲ触媒が配置されているターボ過給機付き内燃機関の制御装置に関する。

ＥＧＲ装置を有する内燃機関では、例えば特開平１１−３５１０６９号公報に記載されているように、高負荷時にはＥＧＲ弁を閉じてＥＧＲを停止することが行われている。前記公報に記載の内燃機関は自然吸気型であるが、ＥＧＲ装置を有するターボ過給機付き内燃機関でも同じことが行われている。

特開平１１−３５１０６９号公報

ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路には、触媒（ＥＧＲ触媒）が配置される場合がある。ＥＧＲ触媒のＥＧＲ通路における配置位置は、ＥＧＲ弁よりも排気通路側とされるのが一般的である。ＥＧＲ通路におけるＥＧＲ弁よりも排気通路側では、ＥＧＲ弁が閉弁されている場合であっても排気脈動の影響によって通路内のガス交換が行われる。このため、ＥＧＲ通路にＥＧＲ触媒が配置されている場合には、ＥＧＲの停止時に排気通路の未燃混合気がＥＧＲ触媒に流入し、それがＥＧＲ触媒上で反応し発熱することによってＥＧＲ触媒が過熱し損傷してしまうおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＥＧＲの停止時にＥＧＲ弁より排気通路側に配置されたＥＧＲ触媒が過熱し損傷することを防止できるようにしたターボ過給機付き内燃機関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、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ通路の前記ＥＧＲ弁より排気通路側に配置されたＥＧＲ触媒とを備えたターボ過給機付き内燃機関の制御装置において、背圧より吸気圧が高い運転条件下において前記ＥＧＲ弁を開弁させるＥＧＲ弁制御手段と、前記ＥＧＲ弁制御手段により前記ＥＧＲ弁が開弁される場合、タービン流量に影響するアクチュエータを操作することによって前記ＥＧＲ弁の開弁に伴うタービン流量の増加を抑制するタービン流量増抑制手段とを備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、前記アクチュエータはターボバイパス機構であり、前記タービン流量増抑制手段は、タービンに流入する排気ガスの一部が前記タービンをバイパスするように前記ターボバイパス機構を操作することを特徴としている。

第３の発明は、第１の発明において、前記アクチュエータは可変バルブタイミング機構であり、前記タービン流量増抑制手段は、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ期間が縮小するように前記バルブタイミング機構を操作することを特徴としている。

第１の発明によれば、ＥＧＲの停止時であっても背圧より吸気圧が高い運転条件下ではＥＧＲ弁が開弁され、吸気通路からＥＧＲ通路に空気が取り込まれる。これによりＥＧＲ触媒付近への未燃混合気の流入が抑制され、ＥＧＲ触媒の過熱は防止される。また、それに合わせてタービン流量に影響するアクチュエータが操作され、ＥＧＲ弁の開弁に伴うタービン流量の増加が抑制されるので、必要以上に過給圧が上昇してしまうことも避けられる。つまり、第１の発明によれば、ターボ過給機付き内燃機関において、弊害を生じさせることなく、ＥＧＲ停止時のＥＧＲ触媒の過熱を防止することができる。

第２の発明によれば、ＥＧＲ弁の開弁によってＥＧＲ通路から排気通路に空気が流入している状況であっても、タービンに流入する排気ガスの一部がタービンをバイパスすることでタービン流量の増加を抑制することができる。

第３の発明によれば、ＥＧＲ弁の開弁によってＥＧＲ通路から排気通路に空気が流入している状況であっても、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ期間の縮小により吹き抜けガス量が減少することでタービン流量の増加を抑制することができる。

本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるターボ過給機付き内燃機関の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１にて行われるＥＧＲ弁制御の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２にて行われるＥＧＲ弁制御の手順を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるターボ過給機付き内燃機関の構成を示す概略図である。本実施の形態にかかる内燃機関２は、排気通路６から吸気通路４へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置１２、排気ガスのエネルギを利用して空気（新気）を圧縮するターボ過給機８、及び、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ期間を変更することのできる可変バルブタイミング機構２０を備えている。ＥＧＲ装置１２は、吸気通路４と排気通路６とを接続するＥＧＲ通路１４にＥＧＲ弁１６とＥＧＲ触媒１８とを備えている。ＥＧＲ触媒１８は、ＥＧＲ通路１４のＥＧＲ弁１６より排気通路側に配置されている。ターボ過給機８には、ターボバイパス機構であるウエイストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ）１０が付設されている。可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ）２０は、吸気バルブと排気バルブの何れか一方、或いは、両方に設けられている。

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）３０が備えられる。ＥＣＵ３０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。ＥＣＵ３０の出力側には前述のＥＧＲ弁１６、ＷＧＶ１０、ＶＶＴ２０等の種々のアクチュエータが接続され、ＥＣＵ３０の入力側には図示しない種々のセンサが接続されている。ＥＣＵ３０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。

ＥＣＵ３０により実施される各種の制御には、高負荷時や高出力要求時にＥＧＲを停止しているときに実施されるＥＧＲ弁制御が含まれる。ＥＧＲの停止時にはＥＧＲ触媒１８が過熱により損傷するおそれがあるが、本ＥＧＲ弁制御はそれを防止する目的で実行される。本ＥＧＲ弁制御の具体的な手順は図２のフローチャートによって示される。

本ＥＧＲ弁制御の最初のステップＳ１０２では、運転条件についての判定が行われる。現在の運転条件が背圧より吸気圧のほうが高い運転条件か否かが各種センサの信号に基づいて判定される。この判定では、背圧と吸気圧のそれぞれを圧力センサによって計測してもよいし、内燃機関２の物理モデルを用いて各圧力を推定してもよい。判定の結果、吸気圧が背圧以下であるならば、ステップＳ１０４の処理が選択される。ステップＳ１０４では、通常のＥＧＲ弁制御が実施される。つまり、運転条件から決まるＥＧＲ率にしたがってＥＧＲ弁１６の開度を制御することが行われる。

判定の結果、現在の運転条件が背圧より吸気圧のほうが高い運転条件である場合には、ステップＳ１０６及びステップＳ１０８の処理が選択される。ステップＳ１０６では、ＥＧＲが停止される運転条件下であってもＥＧＲ弁１６が開弁され、吸気通路４からＥＧＲ通路１４に空気が取り込まれる。これによりＥＧＲ触媒１８の付近への未燃混合気の流入が抑制され、ＥＧＲ触媒１８の過熱による損傷は防止される。一方、ステップＳ１０８では、ＥＧＲ弁１６の開弁に合わせてＷＧＶ１０が開かれる。ＥＧＲ弁１６の開弁によってＥＧＲ通路１４から排気通路６には空気が流入してくるが、ＷＧＶ１０が開かれて排気ガスの一部がターボ過給機８のタービンをバイパスすることで、タービン流量の増加は抑制される。これにより必要以上に過給圧が上昇してしまうことは避けられる。つまり、本ＥＧＲ弁制御によれば、過給圧の必要以上の上昇などといった弊害を生じさせることなく、ＥＧＲを停止している時のＥＧＲ触媒１８の過熱を防止することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。

本発明の実施の形態２の制御装置は、実施の形態１の場合と同様、図１に示す構成のターボ過給機付き内燃機関に適用される。本実施の形態と実施の形態１との相違は、制御装置としてのＥＣＵ３０の機能、より詳しくは、高負荷時や高出力要求時にＥＧＲを停止しているときに実施されるＥＧＲ弁制御の内容に相違がある。本ＥＧＲ弁制御の具体的な手順は図３のフローチャートによって示される。

本ＥＧＲ弁制御の最初のステップＳ２０２では、現在の運転条件が背圧より吸気圧のほうが高い運転条件か否かが各種センサの信号に基づいて判定される。判定の結果、吸気圧が背圧以下であるならば、ステップＳ２０４の処理が選択される。ステップＳ２０４では、通常のＥＧＲ弁制御、つまり、運転条件から決まるＥＧＲ率にしたがってＥＧＲ弁１６の開度を制御することが行われる。

判定の結果、現在の運転条件が背圧より吸気圧のほうが高い運転条件である場合には、ステップＳ２０６及びステップＳ２０８の処理が選択される。ステップＳ２０６では、ＥＧＲ弁１６が開弁されて吸気通路４からＥＧＲ通路１４に空気が取り込まれる。これによりＥＧＲ触媒１８の付近への未燃混合気の流入が抑制され、ＥＧＲ触媒１８の過熱による損傷は防止される。一方、ステップＳ２０８では、ＥＧＲ弁１６の開弁に合わせてＶＶＴ２０が操作され、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ期間が縮小される。オーバーラップ期間の縮小により吸気通路４から排気通路６へ吹き抜けるガス量が減少することで、タービン流量の増加は抑制される。これにより必要以上に過給圧が上昇してしまうことは避けられる。つまり、本ＥＧＲ弁制御によれば、過給圧の必要以上の上昇などといった弊害を生じさせることなく、ＥＧＲを停止している時のＥＧＲ触媒１８の過熱を防止することができる。

その他．
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。また、本発明は図１に示すような火花点火式の内燃機関だけでなく、ディーゼル機関にも適用することができる。

２ 内燃機関
４ 吸気通路
６ 排気通路
８ ターボ過給機
１０ ウエイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
１２ ＥＧＲ装置
１４ ＥＧＲ通路
１６ ＥＧＲ弁
１８ ＥＧＲ触媒
２０ 可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
３０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ通路の前記ＥＧＲ弁より排気通路側に配置されたＥＧＲ触媒とを備えたターボ過給機付き内燃機関の制御装置において、
   背圧より吸気圧が高い運転条件下において前記ＥＧＲ弁を開弁させるＥＧＲ弁制御手段と、
   前記ＥＧＲ弁制御手段により前記ＥＧＲ弁が開弁される場合、タービン流量に影響するアクチュエータを操作することによって前記ＥＧＲ弁の開弁に伴うタービン流量の増加を抑制するタービン流量増抑制手段と、
   を備えることを特徴とするターボ過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記アクチュエータはターボバイパス機構であり、
   前記タービン流量増抑制手段は、タービンに流入する排気ガスの一部が前記タービンをバイパスするように前記ターボバイパス機構を操作することを特徴とする請求項１記載のターボ過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 前記アクチュエータは可変バルブタイミング機構であり、
   前記タービン流量増抑制手段は、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ期間が縮小するように前記可変バルブタイミング機構を操作することを特徴とする請求項１記載のターボ過給機付き内燃機関の制御装置。

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