JP2012163009A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速要求時に高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を開弁することによる過渡応答の遅れを緩和ないし解消する。
【解決手段】低圧ループ式ＥＧＲ装置及び高圧ループ式ＥＧＲ装置を両備する内燃機関０にあって、平時に電動ウェイストゲート弁４４を敢えて開いておき、高圧ＥＧＲから低圧ＥＧＲへと切り替える際、低圧ＥＧＲ通路２上のＥＧＲ弁２２とともに高圧ＥＧＲ通路７上のＥＧＲ弁７２をも開弁する期間を設けつつ、同時に開いていたバイパス弁４４の開度を一時的に全閉近くまで絞ることで過給圧の衰えを抑制する。
【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の制御装置に関する。

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ものが高圧ループＥＧＲ、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ものが低圧ループＥＧＲである。

低圧ループＥＧＲは、大量のＥＧＲガスを吸気に混入できる点で有利である。一方で、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）の制御の即応性は、高圧ループＥＧＲの方が高い。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おり、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ためである。

運転者がアクセルペダルを強く踏み込む加速要求を行ったときには、吸気量とともに、吸気に混入するＥＧＲガス量を速やかに増加させる必要がある。そのためには、高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を開弁し、当該ＥＧＲ通路経由にてＥＧＲガスを吸気通路に還流させることが好ましい。しかしながら、高圧ループＥＧＲ通路を経由するＥＧＲガスの増大は、タービンに流れ込む排気ガスの減少につながり、コンプレッサによる過給が衰えて加速要求に対する過渡応答の遅れを招くこととなっていた。

特開２００７−２１１７６７号公報

本発明は、加速要求時に高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を開弁することによる過渡応答の遅れを緩和ないし解消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上流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる高圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁とを備えた内燃機関を制御する制御装置であって、平時に前記バイパス弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に当該バイパス弁を一旦全閉または全閉に近い所定開度まで絞り、しかる後に当該バイパス弁を再度開く操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

つまり、平時に敢えて排気ガスの一部をバイパス通路経由でタービンを迂回させておき、加速要求時に高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を開弁しつつバイパス通路上のバイパス弁を閉弁することとして、タービンに流れ込む排気ガスの減少を補うようにしたのである。これにより、過給圧の衰えを抑制でき、加速の過渡応答を良化することが可能となる。

本発明は特に、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をも備えた内燃機関に適用することができる。一般に、高圧ループＥＧＲと低圧ループＥＧＲとを併用するシステムでは、低回転低負荷域において応答性のよい高圧ＥＧＲを実施し、中回転中負荷ないし高回転高負荷域においてＥＧＲガス量を増すことのできる低圧ＥＧＲを実施する。加速要求時には、高圧ＥＧＲから低圧ＥＧＲへの切り替えが必要となるが、低圧ＥＧＲではＥＧＲ弁を開弁しても即座にＥＧＲガスが気筒に到達するわけではない（吸気通路上のコンプレッサからサージタンクまでの範囲に新気が充満していることによる）。そこで、高圧ＥＧＲから低圧ＥＧＲへと切り替える際に、低圧ＥＧＲ通路上のＥＧＲ弁とともに高圧ＥＧＲ通路上のＥＧＲ弁をも開弁する期間を設けておき、低圧ＥＧＲの遅れを高圧ＥＧＲによってカバーしながら、同時にバイパス弁を絞ることで過給圧の衰えを抑制する。さすれば、吸気のＥＧＲ率を適正な目標ＥＧＲ率に遅れなく追従させることができ、燃費の向上に資する。

本発明によれば、加速要求時に高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を開弁することによる過渡応答の遅れを緩和ないし解消し得る。

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制御装置が実行する処理の手順例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、本実施形態における車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態の内燃機関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、７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、吸気マニホルド３６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、排気マニホルド４２、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。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲート弁４４を設けてある。ウェイストゲート弁４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲート弁であり、そのアクチュエータとしてサーボモータを用いている。

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。

低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近い低圧の排気ガスをＥＧＲ通路２を通じて吸気通路３に還流する。そのために、ＥＧＲ通路２の出口の上流にある吸気絞り弁３５を絞ることで、ＥＧＲ通路２の出口の周囲を負圧化する。なお、吸気通路３における、吸気絞り弁３５よりも上流側の圧力は略大気圧、またはコンプレッサ５１の稼働によって幾分負圧となる。

並びに、外部ＥＧＲ通路７は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路７の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路７の出口は、吸気通路３におけるスロットル弁３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路７上にも、ＥＧＲクーラ７１及びＥＧＲ弁７２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を検出するアクセル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、ＥＧＲ弁７２に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲート弁４４に対して開度操作信号ｌ等を出力する。アクセルペダルの踏込量は、運転者が指令する要求負荷（エンジン出力）と捉えることができる。

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、ｋを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態におけるバイパス弁たるウェイストゲート弁４４は、高負荷時に過過給を防止する役割を担うだけではなく、高負荷時以外の平時にも開度を全閉せずに幾分開いておくものである。

本実施形態では、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれる加速要求を検知したとき、低要求負荷領域において高圧ＥＧＲを行い、中〜高要求負荷領域において低圧ＥＧＲを行う。目標ＥＧＲ率は、低〜中負荷域にて、要求負荷が大きくなるほど高くなる傾向を有する。故に、要求負荷が増大してゆく過程で、高圧ＥＧＲから、大量ＥＧＲが可能な低圧ＥＧＲへと切り替える、即ち高圧ＥＧＲ弁７２を閉止して低圧ＥＧＲ弁２２を開放する必要がある。その際、高圧ＥＧＲ弁７２が完全に閉じてから低圧ＥＧＲ弁２２を開き始めるのではなく、高圧ＥＧＲ弁７２と低圧ＥＧＲ弁２２とがともに開いているオーバーラップ期間を設ける。

その上で、上記のオーバーラップ期間において、開いていたウェイストゲート弁４４を一旦全閉または全閉に近い所定開度まで絞り、その後に再度開度を開く操作を行う。

図２に、制御装置たるＥＣＵ６が加速過渡期に実行する処理の手順を示している。ＥＣＵ６は、アイドル運転中またはアイドルに近い低負荷域から加速要求がなされたとき（ステップＳ１）、要求負荷の大きさに応じて高圧ＥＧＲ弁７２を開弁し、ＥＧＲを開始する（ステップＳ２）。そして、要求負荷がさらに大きくなり、高圧ＥＧＲから低圧ＥＧＲへと移行する必要が生じた暁には（ステップＳ３）、要求負荷の大きさに応じて高圧ＥＧＲ弁７２を徐々に閉弁する（ステップＳ４）とともに閉止していた低圧ＥＧＲ弁２２を徐々に開弁する（ステップＳ５）。同時に、開いていたウェイストゲート弁４４を一時的に絞り（ステップＳ６）、高圧ＥＧＲ弁７２の開度が所定以下かつ低圧ＥＧＲ弁２２の開度が所定以上となった後、またはウェイストゲート弁４４の開度を絞ってから所定時間経過した後に（ステップＳ７）ウェイストゲート弁４４を再度開く（ステップＳ８）。

本実施形態では、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の上流側と前記吸気通路３における前記コンプレッサ５１の下流側とを接続するＥＧＲ通路７にＥＧＲ弁７２が設けられてなる高圧ループ式のＥＧＲ装置と、前記排気通路４における前記タービン５２の上流側と下流側とを接続するバイパス通路４３と、前記バイパス通路４３に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁４４とを備えた内燃機関０を制御するものであって、平時に前記バイパス弁４４を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に当該バイパス弁４４を一旦全閉または全閉に近い所定開度まで絞り、しかる後に当該バイパス弁４４を再度開く操作を行う制御装置６を構成した。

本実施形態によれば、加速過渡期以外の平時に敢えて排気ガスの一部をバイパス通路４３経由でタービン５２を迂回させておき、加速要求時に高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁７２を開弁しつつバイパス通路４３上のバイパス弁４４を閉弁することとして、タービン５２に流れ込む排気ガスの減少を補うことができる。従って、加速過渡期における過給圧の衰えを抑制でき、過渡応答を良化することが可能となる。

特に、前記排気通路４における前記タービン５２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ＥＧＲ装置をも備えた高圧ループＥＧＲ、低圧ループＥＧＲ併用の内燃機関０の制御において、高圧ＥＧＲから低圧ＥＧＲへと切り替える際に、低圧ＥＧＲ通路２上のＥＧＲ弁２２とともに高圧ＥＧＲ通路７上のＥＧＲ弁７２をも開弁する期間を設け、低圧ＥＧＲの遅れを高圧ＥＧＲによってカバーしながら、同時にバイパス弁４４を全閉しまたは全閉近くまで絞ることで過給圧の衰えを抑制するため、吸気のＥＧＲ率を適正な目標ＥＧＲ率に遅れなく追従させることができ、燃費の向上に資する。

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。上記実施形態における制御対象の内燃機関は、低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置を両備するものであったが、低圧ＥＧＲ装置を備えず高圧ＥＧＲ装置のみを備える内燃機関の制御についても、本発明を適用することができることは言うまでもない。

その他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…低圧ＥＧＲ通路
２２…低圧ＥＧＲ弁
３…吸気通路
３３…スロットル弁
３５…吸気絞り弁
４…排気通路
５…排気ターボ過給機
５１…コンプレッサ
５２…タービン
６…制御装置（ＥＣＵ）
７…高圧ＥＧＲ通路
７２…高圧ＥＧＲ弁

Claims (2)

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上流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる高圧ループ式の排気ガス再循環装置と、
   前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁とを備えた内燃機関を制御する制御装置であって、
   平時に前記バイパス弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に当該バイパス弁を一旦全閉または全閉に近い所定開度まで絞り、しかる後に当該バイパス弁を再度開く操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、
   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をも備えており、
   加速する過渡期に低圧ループ式排気ガス再循環装置のＥＧＲ弁とともに高圧ループ式排気ガス再循環装置のＥＧＲ弁をも開き、同時にバイパス弁を一旦全閉または全閉に近い所定開度まで絞る請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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