JP2012241575A - 内燃機関のｅｇｒ量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス再循環装置を備える内燃機関において、ＥＧＲ量を精度よく把握して燃焼を改善することにより、燃費及び排気ガスの浄化性能の向上を図る。
【解決手段】内燃機関のＥＧＲ量推定装置は、排気ガスを吸気系に還流する還流路とその還流路を流れる排気ガスの量を制御する還流制御弁とを備える排気ガス再循環装置を備えてなる内燃機関において、排気ガスの温度を検出する排気温検出手段と、排気温検出手段により検出した排気ガスの温度に基づいて還流路を流れる排気ガスの量を推定する排気ガス量推定手段とを備えてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転状態に応じて排気ガスの一部を吸気系に還流する排気ガス再循環装置を備える内燃機関において、運転状態を制御するための内燃機関のＥＧＲ量推定装置に関するものである。

従来、例えば自動車に搭載される内燃機関では、燃費を向上させるために、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための排気ガス再循環装置を備えるものが知られている。例えば、特許文献１に示される排気ガス再循環装置は、排気通路から排気ガスの一部を排気再循環ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）として取り込み、吸気通路へＥＧＲガスを還流させる排気還流通路（以下、ＥＧＲ通路と称する）と、ＥＧＲ通路に配置されてＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調節する排気還流弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）とを備える構成である。この特許文献１では、窒素酸化物を効率よく低減するために、排気ガス再循環装置のＥＧＲ弁の開度を、外気温を検出する外気温検出手段を備える制御装置により、検出した外気温に応じて補正する。

ところが、外気温は、自動車の走行状態によりその検出値の精度が低下する。従って、このような検出された外気温に基づいてＥＧＲ弁の開度を補正しても、適正でない場合が生じる。しかも、検出する外気温が走行状態により実際のものとは異なる際に、排気ガスの冷却状態により変化する排気ガスの温度及び排気圧を考慮しない補正であるので、補正後のＥＧＲ弁の開度によるＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量と異なることがある。これにより、燃料噴射量や点火時期が最適値から外れる可能性が生じ、排気ガスの浄化性能が低下したり燃費が低くなることがある。

特開２０１０‐５９９１６号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、ＥＧＲ量を精度よく把握して燃焼を改善することにより、燃費及び排気ガスの浄化性能の向上を図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関のＥＧＲ量推定装置は、排気ガスを吸気系に還流する還流路とその還流路を流れる排気ガスの量を制御する還流制御弁とを備える排気ガス再循環装置を備えてなる内燃機関において、排気ガスの温度を検出する排気温検出手段と、排気温検出手段により検出した排気ガスの温度に基づいて還流路を流れる排気ガスの量を推定する排気ガス量推定手段とを備えてなることを特徴とする。

排気温検出手段としては、本発明では、直接に排気ガスの温度を検出するものと、排気ガスの温度を変化させる要因、例えば外気温と車速とに基づいて推測することにより排気ガスの温度を検出するものとが挙げられる。

このような構成によれば、排気温度検出手段により排気ガスの温度を検出し、検出した排気ガスの温度により還流される排気ガスの量を排気ガス量推定手段により推定するので、排気ガスの温度により増減する体積を考慮した排気ガスの量を把握することが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、還流する排気ガスの量を推定する精度を向上させることができ、よって燃焼を改善することができる。この結果、燃費及び排気ガスの浄化性能を向上させることができる。

本発明の実施形態を適用するエンジンの概略構成説明図。 同実施形態における制御手順を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に１気筒の構成を概略的に示した多気筒のエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。このエンジン１００は、吸気系１、及び排気系２を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じて開閉するスロットル弁３が設けてあり、そのスロットル弁３の下流には、サージタンク４を一体に有する吸気マニホルド５が取り付けてある。このスロットル弁３は、弁体を電磁アクチュエータにより作動させるいわゆる電子スロットルを構成するものである。サージタンク４には、サージタンク４内の圧力、したがって吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ２２が取り付けてある。

シリンダ６上部に形成される燃焼室７の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。吸気マニホルド５の吸気ポート側端部９には、燃料噴射弁１０が取り付けてある。この燃料噴射弁１０は、後述する電子制御装置１１により制御される。さらに、サージタンク４と、Ｏ₂センサ１２、三元触媒１３及び排気マニホルド１４を備える排気系２との間には、排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）１５が接続される。

ＥＧＲ装置１５は、サージタンク４に連通するように一方の端部が接続され、かつ他方の端部が三元触媒１３の下流において排気通路３０に接続される排気ガス還流管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）１６と、そのＥＧＲ管路１６に設けられてＥＧＲ管路１６を通過する排気ガスの量を制御する排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）１７とを備えて構成される。還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の量は、ＥＧＲ弁１７の開度に依存するもので、ＥＧＲ弁１７の開度の制御は、電子制御装置１１により行われる。ＥＧＲ弁１７は、ステッピングモータにより弁体を動かして、ＥＧＲガスの量を制御する構造である。

電子制御装置１１は、マイクロコンピュータ１８と、メモリ１９と、入力インターフェース２０と、出力インターフェース２１とを備えて構成されている。マイクロコンピュータ１８は、メモリ１９に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。マイクロコンピュータ１８には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース２０を介して入力されるとともに、マイクロコンピュータ１８は、燃料制御弁１０、ＥＧＲ弁１７、点火プラグ８などに対して制御信号を、出力インターフェース２１を介して出力する。

具体的には、入力インターフェース２０には、吸気圧センサ２２から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ２３から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ２４から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ３の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ２５から出力されるＬＬ信号ｅ、エンジン１００の冷却水温度を検出するための水温センサ２６から出力される水温信号ｆ、Ｏ₂センサ１２から出力される電圧信号ｈ、外気温を検出するための外気温センサ２７から出力される外気温信号ｋなどが入力される。一方、出力インターフェース２１からは、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料制御弁１０に対して燃料噴射信号ｎ、ＥＧＲ弁１７に対して開閉信号ｏなどが出力される。この実施形態にあっては、車速センサ２４と外気温センサ２７と電子制御装置１１とにより、排気温検出手段が構成される。

このような構成において、電子制御装置１１は、吸気圧センサ２２から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ２３から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される各種の係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁１０に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁１０を制御して、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。

また、エンジン１００の運転状態に応じて、ＥＧＲ弁１７の開度を制御してＥＧＲ制御を実施するＥＧＲ制御プログラムが電子制御装置１１に格納してある。このＥＧＲ制御プログラムは、排気ガスの温度を検出し、検出された排気ガスの温度に基づいてＥＧＲ管路１６を流れる排気ガスの量を推定し、推定した排気ガスの量に基づいてＥＧＲ弁１７の開度を補正する構成である。ＥＧＲ制御プログラムと電子制御装置１１とにより、排気ガス量推定手段が構成される。このＥＧＲ制御プログラムは、所定時間毎に繰り返し実行される。以下に図２を交えて説明する。

まず、ステップＳ１において、排気ガスの温度を検出する。この実施形態においては、排気ガスの温度を、外気温度センサ２７から出力される外気温信号ｋと、車速センサ２４から出力される車速信号ｃとにより推測することで検出するものである。すなわち、排気ガスの温度は、外気温が低い場合は低くなり、逆に高い場合は高くなる。また、車速が低い場合は排気ガス温度の低下は低く、車速が高い場合は排気ガスの低下は高くなる。このような外気温と車速との排気ガスの温度に対する関係により、車両の走行状態に応じた排気ガスの温度を検出することで、検出精度を向上させている。外気温センサ２７は、走行風の影響を受けにくい部位に取り付けるものとする。

ステップＳ２では、検出した排気ガスの温度に基づいてＥＧＲガスの量を推定する。すなわち、ＥＧＲガスの量は、エンジン回転数とＥＧＲ弁開度とに基づいて演算した量に対して、検出した排気ガスの温度による補正を行って、排気ガスの温度による体積変化を加味した量として推定する。

ステップＳ３では、推定したＥＧＲガスの量に基づいてＥＧＲ弁１７の開度を補正する。すなわち、目標ＥＧＲ弁開度とエンジン回転数とによる目標となるＥＧＲガスの量になるように、推定したＥＧＲガスの量に基づいて、ＥＧＲ弁１７の開度（実ＥＧＲ弁開度）を補正する。

このように、外気温と車速とに基づいて排気ガスの温度を検出することにより、車両の使用時における排気ガスの冷却状態を把握し、排気ガスの温度に起因する体積の変化を考慮してＥＧＲガスの量を推定している。従って、高い精度でＥＧＲガスの量を推定することができ、そのようにして推定したＥＧＲガスの量に基づいてＥＧＲ弁１７の開度を補正することで、燃焼状態に関わる因子である実際のＥＧＲ量の過不足を修正することができる。このため、ＥＧＲ量が過多の場合の失火を抑制することができるとともに、過少による燃費の低下を防止することができる。このようにＥＧＲ量を適正化することができるので、燃焼状態を改善することができ、よって燃費を向上させることができるとともに排気ガスの浄化性能を向上させることができる。つまり、排気ガス中の環境に影響を与える物質の排出量を低減させることができる。

またこの実施形態にあっては、既存の外気温センサ２７と車速センサ２４とを用いて排気温検出手段を形成しているので、ハードウェアの変更無しに排気ガスの温度を検出することができる。従って、製造コストの上昇を抑えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、排気温検出手段として、外気温を検出する外気温センサ２７と上記車速センサ２４とから出力される各信号に基づいて、電子制御装置１１において排気温度を推定するものを説明した。このような例以外に排気ガス検出手段は例えば、排気マニホルド１４に取り付けられて直接に排気ガスの温度を検出する温度センサと、その温度センサから出力される信号に基づいて排気ガスの温度を測定する電子制御装置１１とから構成されるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、推定したＥＧＲガスの量に基づいてＥＧＲ弁の開度を補正する構成を説明したが、ＥＧＲ弁の開度に代えて、推定したＥＧＲ量に基づいて、燃料噴射量と点火時期とを個別に、あるいは同時に補正するものであってもよい。例えば、点火時期の補正量は、エンジン回転数と吸気管内圧との補正量、目標ＥＧＲ弁開度と実ＥＧＲ弁開度との応答遅れに基づく補正係数及び上記した手順で推定したＥＧＲガスの量に基づく補正量に基づいて設定するものである。また、燃料噴射量にあっては、推定したＥＧＲガスの量に基づいて基本燃料噴射量を補正するものである。

この場合、環境状態及び走行状態の変化に対して、常時精度の高い推定のＥＧＲ量に対して、燃料噴射量や点火時期を補正することにより、燃焼の制御を最適化することができる。このため、燃焼を安定化することができ、よって燃費及び排気ガスの浄化性能を向上させることができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、自動車、自動二輪車、船舶用原動機など、環境状態及び移動状態が変化するところで使用される、排気ガス再循環装置を備える内燃機関が挙げられる。

１…吸気系
１１…電子制御装置
１５…排気ガス再循環装置
１６…排気ガス還流管路
１７…排気ガス還流制御弁
２４…車速センサ
２７…外気温センサ

Claims (1)

1. 排気ガスを吸気系に還流する還流路とその還流路を流れる排気ガスの量を制御する還流制御弁とを備える排気ガス再循環装置を備えてなる内燃機関において、
   排気ガスの温度を検出する排気温検出手段と、
   排気温検出手段により検出した排気ガスの温度に基づいて還流路を流れる排気ガスの量を推定する排気ガス量推定手段とを備えてなる内燃機関のＥＧＲ量推定装置。

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