JP2012255395A

JP2012255395A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2012255395A
Application number: JP2011129283A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Kurachi; 克昌倉地
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: JP5769506B2

Abstract

【課題】機関の回転または車速が減速する過渡期における燃焼を安定化させる。
【解決手段】減速時に気筒への燃料噴射を複数回に分けて行う過渡制御を実施し、成層燃焼により燃焼の安定化を図りつつ燃焼室内の温度を上昇させる。過渡制御における、二回目以降に噴射する燃料の噴射量とそれ以前に噴射する燃料の噴射量との割合は、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量に応じて設定することとし、そのＥＧＲ率またはＥＧＲ量が大きいほど前者の噴射量の割合を増加させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関の制御に関する。

気筒の燃焼温度を低下させてＮＯ_xの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図るＥＧＲ装置が周知である（例えば、下記特許文献を参照）。ＥＧＲ装置は、排気経路と吸気経路とをＥＧＲ通路を介して接続し、気筒で発生する燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路経由で吸気経路に還流させて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、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。

運転者が踏み込んでいたアクセルペダルの踏み込みを緩める減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ガス量を速やかに減少させる必要がある。だが、ＥＧＲの制御には遅延が存在しており、新気量に対してＥＧＲガス量が過多となる状況が発生することがあり得る。しかも、ＥＧＲ時は非ＥＧＲ時と比較して気筒の燃焼室の温度が低下する傾向にあり、ＥＧＲガス量の過多により燃焼室内での燃焼が不安定化し、時に失火することがあった。この問題は、特に大量のＥＧＲガスを還流させる低圧ループＥＧＲにおいて顕著となる。

特開２００４−２４５１０７号公報

本発明は、機関の回転または車速が減速する過渡期における燃焼を安定化させることを主たる目的としている。

本発明では、ＥＧＲ装置が付帯した筒内噴射方式の内燃機関を制御するものであって、減速するとき、気筒への燃料噴射を複数回に分けて行う過渡制御を実施し、前記過渡制御における、二回目以降に噴射する燃料の噴射量とそれ以前に噴射する燃料の噴射量との割合を、減速の際のＥＧＲ率またはＥＧＲ量に応じて設定することとし、そのＥＧＲ率またはＥＧＲ量が大きいほど前者の噴射量の割合を増加させる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、機関の回転または車速が減速するときの過渡制御期間において、二回目以降に噴射する燃料噴射量の割合を増大させることにより、全体としては（一度の膨張行程あたりの燃料供給量としては）理論空燃比またはこれに近い空燃比でのストイキ燃焼としながら、燃焼室内のインジェクタ付近の領域に燃料成分のリッチなガスの層を作り出して成層燃焼とし、燃焼の安定化を図りつつ燃焼室内の温度を上昇させるようにしたのである。

本発明によれば、機関の回転または車速が減速する過渡期における燃焼を安定化させることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。同実施形態の制御装置が過渡制御において実行する処理の手順例を示す流れ図。

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の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、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装置２とを具備している。

本実施形態における内燃機関は、三気筒の４サイクルエンジンである。

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、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、吸気絞り弁３５、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ＤＣ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。

また、内燃機関は、排気弁の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備えていることがある。可変バルブタイミング機構は、例えば揺動シリンダ機構を利用した既知のもので、吸気カム軸に固定したロータと、ロータの外側に嵌装したハウジングと、ロータに対してハウジングを回動させる油圧を切り換えるための四方向電磁切換制御弁であるオイルコントロール弁と、一方がハウジングに、他方が排気カム軸にそれぞれ取着した噛合する一対のギアとを要素とする。

オイルコントロール弁は、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量を切り換える。これにより、ロータに対するハウジングの相対角度を変位させ、吸気カム軸と排気カム軸との間に所望の位相差を生じさせる。排気弁の閉止タイミングを早めれば、気筒１内に燃焼ガスを残留させることができ、これを気筒１の内部で吸気に混合する内部ＥＧＲの実現となる。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）０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信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧（過給圧）を検出する温度・圧力センサから出力される温度・圧力信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、吸気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｆ、排気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号ｇ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ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｊ、スロットル弁３３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、吸気絞り弁３５に対して開度操作信号ｍ、可変バルブタイミング機構のオイルコントロール弁に対して排気弁タイミングに相当する作動油の方向及び量の制御信号ｎ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。

ＥＣＵ０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、内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ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率（または、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ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。上記制御入力ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎの算定手法は、既知の内燃機関の運転制御と同様とすることができるので、詳細な解説は割愛する。

制御装置たるＥＣＵ０は、内燃機関の回転速度または車両の走行速度が減速するときに、気筒１への燃料噴射を複数回に分けて行う過渡制御を実施する。過渡制御を実施するかどうかの判断は、回転数信号ｂを参照して知得される回転数の減少を条件としてもよいし、車速信号ａを参照して知得される車速の減少を条件としてもよい。あるいは、アクセル開度信号ｃを参照して知得されるアクセルペダルの踏込量（または、スロットル弁３３の開度）の減少を条件としてもよい。

本実施形態では、この減速時の過渡制御において、気筒１への燃料噴射を二回に分けることとし、一回目を吸気行程中に行い、二回目を圧縮行程中または吸気行程の終期（吸気下死点近傍）に行う。

二回目の燃料噴射の時期は、少なくとも、そのときの要求ＥＧＲ率あるいはＥＧＲ弁２２の開度に応じて決定する。ここにいう要求ＥＧＲ率は、要求される外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスとの合計量が、気筒１に充填される吸気に占める割合である。但し、内部ＥＧＲを実施しない場合等、外部ＥＧＲガス量のみを以て要求ＥＧＲ率を考えてもよい。二回目の燃料噴射時期は、要求ＥＧＲ率あるいはＥＧＲ弁２２の開度が大きいほど遅角させ（遅らせ）、要求ＥＧＲ率あるいはＥＧＲ弁２２の開度が小さいほど進角させる（早める）。要求ＥＧＲ率あるいはＥＧＲ弁２２の開度が大きいほど、気筒１に多くのＥＧＲガスが充填される上、気筒１の燃焼室内の温度も低下するからである。

加えて、そのときのエンジン回転数を参照して、二回目の燃料噴射の時期を補正することができる。即ち、二回目の燃料噴射の時期を、エンジン回転数が低いほど遅角させ、エンジン回転数が高いほど進角させる。

そして、二回目の燃料噴射の量と一回目の燃料噴射の量との割合を、少なくとも、そのときの要求ＥＧＲ率あるいはＥＧＲ弁２２の開度に応じて設定する。具体的には、要求ＥＧＲ率あるいはＥＧＲ弁２２の開度が大きいほど、二回目の燃料噴射量を多く、一回目の燃料噴射量を少なくする。

二回目の燃料噴射の量と一回目の燃料噴射の量との割合に関しても、そのときのエンジン回転数を参照して補正を加えることができる。即ち、二回目の燃料噴射量の割合を、エンジン回転数が低いほど多くし、エンジン回転数が高いほど少なくする。これは、エンジン回転数が高い状況では吸気と燃料との混合の時間が短く、二回目の燃料噴射量の割合を多くするとスモーク（黒煙）が排出されるおそれがあることによる。

過渡制御を終えた後は、定常制御へと移行する。定常制御では、気筒１への燃料噴射を一度の膨張行程当たり一回とすることもあれば、複数回（分割噴射）とすることもある。

図２に、ＥＣＵ０が実行する処理の手順を示す。ＥＣＵ０は、機関の回転または車速の減速を検知した（ステップＳ１）ときに、過渡制御へと移行する。過渡制御では、そのときの要求ＥＧＲ量あるいはＥＧＲ弁２２の開度等に応じて二回目の燃料噴射量と一回目の燃料噴射量とを設定し（ステップＳ２）、かつそのときの要求ＥＧＲ量あるいはＥＧＲ弁２２の開度等に応じて二回目の燃料噴射の時期を決定する（ステップＳ３）。その上で、燃料の分割噴射及び点火を行う（ステップＳ４）。これらステップＳ２ないしＳ４を、定常制御へと移行するまで反復継続する（ステップＳ５）。

本実施形態では、ＥＧＲ装置２が付帯した筒内噴射方式の内燃機関を制御するものであって、減速するとき、気筒１への燃料噴射を複数回に分けて行う過渡制御を実施し、前記過渡制御における、二回目以降に噴射する燃料の噴射量とそれ以前に噴射する燃料の噴射量との割合を、減速の際のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）に応じて設定することとし、そのＥＧＲ率が大きいほど前者の噴射量の割合を増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、減速時の過渡制御の期間において、二回目以降に噴射する燃料噴射量の割合を増大させ、全体としては（一度の膨張行程あたりの燃料供給量としては）理論空燃比またはこれに近い空燃比でのストイキ燃焼としながら、燃焼室内のインジェクタ１１及び点火プラグ付近の領域に燃料成分のリッチなガスの層を作り出して成層燃焼とし、燃焼の安定化を図りつつ燃焼室内の温度を上昇させることができる。従って、吸気通路３により多くの外部ＥＧＲガスを還流させ、及び／または、気筒１内により多くの内部ＥＧＲガスを残留させたとしても、失火を招くおそれが低減する。ＥＧＲを積極的に活用することが可能になるので、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。上記実施形態では、過渡制御において燃料噴射を二回に分けて行うこととしていたが、三回以上に分けて行うことを妨げない。その場合、吸気行程中に複数回噴射することもあれば、圧縮行程中または吸気行程の終期に複数回噴射することもある。何れにせよ、吸気行程中に噴射する燃料の量と、圧縮行程中または吸気行程の終期に噴射する燃料の量との割合を、ＥＧＲ率等に応じて設定する。

過渡制御における、二回目以降に噴射する燃料の噴射量とそれ以前に噴射する燃料の噴射量との割合を、そのときの減速の度合い（エンジン回転数、車速またはアクセルペダルの踏込量の単位時間当たり減少量）に応じて補正してもよい。即ち、減速の度合いが大きいほど、二回目以降に噴射する燃料噴射量を多く、それ以前に噴射する燃料噴射量を少なくする。さすれば、急減速時のＥＧＲ過多による失火を効果的に防止できる。

過渡制御における、二回目以降に噴射する燃料の噴射量とそれ以前に噴射する燃料の噴射量との割合を、ＥＧＲにおける内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量との比率に応じて補正してもよい。外部ＥＧＲガスの温度は内部ＥＧＲガスの温度よりも低いことから、外部ＥＧＲガス量の比率が高いほど、二回目以降に噴射する燃料噴射量を多く、それ以前に噴射する燃料噴射量を少なくする。

また、過渡制御における、二回目以降に噴射する燃料噴射の時期を、ＥＧＲにおける内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量との比率に応じて補正してもよい。即ち、外部ＥＧＲガス量の比率が高いほど、二回目以降に噴射する燃料噴射の時期を遅角させる。

ＥＧＲ装置は、低圧ループＥＧＲを実現するものには限られない。内燃機関に付帯しているものが高圧ループＥＧＲ装置であったとしても、上記実施形態と同様の効果を奏し得る。低圧ループＥＧＲ装置と高圧ループＥＧＲ装置とを併用していてもよいことは言うまでもない。

その他、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利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
２…排気ガス再循環装置

Claims

排気ガス再循環装置が付帯した筒内噴射方式の内燃機関を制御するものであって、
減速するとき、気筒への燃料噴射を複数回に分けて行う過渡制御を実施し、
前記過渡制御における、二回目以降に噴射する燃料の噴射量とそれ以前に噴射する燃料の噴射量との割合を、減速の際のＥＧＲ率またはＥＧＲ量に応じて設定することとし、そのＥＧＲ率またはＥＧＲ量が大きいほど前者の噴射量の割合を増加させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。