JP2013181402A

JP2013181402A - 制御装置

Info

Publication number: JP2013181402A
Application number: JP2012043822A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Kurachi; 克昌倉地
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】爆発行程を所定の間隔で休止させる間引き運転を行いつつ、簡単な機構を利用して新気が多量に触媒に達する不具合の発生を抑制する。
【解決手段】吸気絞りバルブ３６と、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２１に設けられたＥＧＲバルブ２３、吸気通路における吸気絞りバルブの上流側とスロットルバルブ３２の下流側とを接続する新気バイパス通路６、及び新気バイパス通路に設けられたバイパスバルブ６１を有する低圧ループ式の排気ガス再循環装置たる外部ＥＧＲ装置２とを備える内燃機関１００の制御を行う制御装置たるＥＣＵ０が、少なくとも定常かつ部分負荷運転時にエンジン爆発行程の間引きを行うとともに、エンジン爆発行程の間引きを行う際に新気バイパス通路内を流通する新気の量を減らすべくバイパスバルブの開度を減少させる制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の制御を行うための制御装置に関する。

従来より、複数の気筒を有する内燃機関において、爆発行程を所定の間隔で休止させる間引き運転を行うことが知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような間引き運転を行うと、要求負荷に対応する出力を得るためには、１回の爆発行程で得られる単気筒ごとの出力を大きくする必要があり、そのためにはスロットルバルブの開度を大きくする必要があるので、ポンピングロスが小さくなりエンジンの熱効率の向上を図ることができ、従って燃費の向上を図ることができる。

このような間引き運転を行うにあたっては、爆発行程を間引きすべきタイミングにおいて燃料噴射を休止することが行われている。その際、燃焼室内には燃料を含まない新気がそのまま導入され、この新気が排気通路中の触媒に達すると、新気は通常の排気ガスと比較して酸素の含有量が多いため、前記触媒の酸素吸蔵能力が飽和し、空燃比が理論空燃比よりリーン側である場合に外部に放出される排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなるという不具合が発生する。

この不具合を防ぐべく、前記特許文献１記載の発明の構成では、吸気弁及び排気弁の開閉弁時期を制御するための電磁動弁機構を設け、爆発行程を間引きすべきタイミングにおいては吸気弁及び排気弁を閉弁させたままにしておき、新気が前記触媒に達しないようにしている。

ところが、このような電磁動弁機構は機構が複雑であり、また高価である。そこで、より簡単な機構を利用して上述したような間引き運転を行いつつ新気が多量に触媒に達する不具合の発生を抑制する要望が存在する。

特開２００１−１５９３２６号公報

本発明は以上の点に着目し、燃費の向上を図るべく、爆発行程を所定の間隔で休止させる間引き運転を行いつつ、簡単な機構を利用して新気が多量に触媒に達する不具合の発生を抑制することを目的とする。

すなわち本発明に係る制御装置は、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バルブと、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側に設けられた吸気絞りバルブと、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、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブ、前記吸気通路における前記吸気絞りバルブの上流側と前記スロットルバルブの下流側とを接続する新気バイパス通路、及び前記新気バイパス通路に設けられたバイパスバルブを有する低圧ループ式の排気ガス再循環装置とを備える内燃機関を制御するものであって、少なくとも定常かつ部分負荷運転時にエンジン爆発行程の間引きを行うとともに、エンジン爆発行程の間引きを行う際にバイパス通路内を流通する新気の量を減らすべくバイパスバルブの開度を減少させる制御を行うことを特徴とする。

このようなものであれば、バイパスバルブの開度を減少させてバイパス通路内を流通する新気の量を減らすことにより、爆発行程を間引きすべきタイミングで燃焼室を経て触媒に導かれる新気の量も減らすことができる。すなわち、電磁動弁機構を用いることなく簡単な機構を利用して新気が多量に触媒に達する不具合の発生を抑制することができる。

なお、本発明において、「爆発行程の間引き」とは、所定の間隔で気筒内における燃料の燃焼を禁止すること全般を示す概念であり、具体的には燃料噴射の休止等を行うことである。

本発明によれば、燃費の向上を図るべく、爆発行程を所定の間隔で休止させる間引き運転を行いつつ、簡単な機構を利用して新気が多量に触媒に達する不具合の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態の内燃機関の概略構成説明図。同実施形態の制御手順を示すフローチャート。同実施形態の作用説明図。

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。

本実施形態における内燃機関１００は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数、本実施形態では３つの気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒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、吸気絞りバルブ３６、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒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、排気ターボ過給機５の駆動タービン５２及び排気浄化用の三元触媒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バルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｎ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バルブであり、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。

本実施形態の内燃機関１００には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものであり、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の上流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。低圧ループＥＧＲ通路２１の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。ＥＧＲ通路２１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。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３における吸気絞りバルブ３６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。

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バルブ３６を絞ることで、ＥＧＲ通路２の出口の周囲を負圧化する。因みに、吸気通路３における、吸気絞りバルブ３６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。

さらに、本実施形態における内燃機関１００は、吸気通路３の中途を短絡する新気バイパス通路６をも備えている。新気バイパス通路６は、ＥＧＲガスを含まない空気をコンプレッサ５１やインタクーラ３５、スロットルバルブ３２等を迂回して直接的に気筒１へと導き入れるための導入路である。新気バイパス通路６の入口は、吸気通路３における吸気絞りバルブ３６の上流の所定箇所に接続している。新気バイパス通路６の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、より具体的にはサージタンク３３に接続している。新気バイパス通路６には、当該新気バイパス通路６を開閉し同通路６を流れる新気の流量を制御するバイパスバルブ６１を設けてある。

内燃機関１００の運転制御を司るＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、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ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｌ、吸気絞りバルブ３６に対して開度操作信号ｍ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｎ、新気バイパスバルブ６１に対して開度操作信号ｐ等を出力する。

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、運転パラメータを演算して内燃機関１００の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｐを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関１００の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、スタータモータ（セルモータ、図示せず）に制御信号ｏを入力し、スタータモータのピニオンギアをドライブプレート外周のリングギアに噛合させて機関を回転させるクランキングを行う。クランキングは、初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が冷却水温等に応じて定まる閾値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

さらに本実施形態では、定常かつ部分負荷運転時、さらに詳述すればアクセル開度信号ｃが示すアクセル開度（要求負荷）の変化速度が所定の閾値を下回りかつアクセル開度（要求負荷）が１００％でない場合に、ＥＣＵ０のメモリに内蔵した爆発行程間引き制御プログラムをプロセッサが実行することにより、エンジン爆発行程の間引き、より具体的には燃料噴射の休止を行うとともに、エンジン爆発行程の間引きを行う際にバイパス通路内を流通する新気の量を減らすべくバイパスバルブの開度を減少させる制御が行われるようにしている。この爆発行程間引き制御プログラムは、定常かつ部分負荷運転時であることを示す条件、具体的には前述したようにアクセル開度（要求負荷）の変化速度が所定の閾値を下回りかつアクセル開度（要求負荷）が１００％でないという条件が満たされている場合にのみ実行される。また、ＥＣＵ０のメモリの所定領域には、代表的なエンジン回転数、吸気圧及びスロットル開度をパラメータとしたエンジン爆発行程の間引きを行う間隔すなわち燃料噴射を休止する間隔を示す間引間隔マップが記憶されており、実際の燃料噴射を休止する間隔は、エンジン回転数、吸気圧及びスロットル開度をパラメータとして前記間引間隔マップを参照し補間計算することにより行う。一方、定常かつ部分負荷運転時以外におけるバイパスバルブの開度の制御は、エンジン回転数とアクセル開度（要求負荷）とをパラメータとしてＥＣＵ０のメモリの所定領域に記憶したバイパスバルブ開度マップを参照し、フィードバック制御を行う。前記爆発行程間引き制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図２を参照しつつ以下に述べる。

まず、エンジン回転数、吸気圧及びスロットル開度をパラメータとして、エンジン爆発行程の間引きを行う間隔すなわち燃料噴射を休止する間隔を決定する（Ｓ１）。それから、燃料噴射を休止すべきタイミングである場合には（Ｓ２）、燃料噴射を休止し（Ｓ３）、気筒１内への新気の供給量を減少させるべくバイパスバルブ６１の開度を減少させる（Ｓ４）。一方、燃料噴射を休止すべきタイミングでない場合には、燃料噴射を行い（Ｓ５）、通常のバイパスバルブ６１の開度制御を行う（Ｓ６）。

この制御を行った際の作用の一例を図３を参照しつつ示す。なお、図３において、符号「＃１」、「＃２」及び「＃３」は、それぞれ第１、第２及び第３の気筒の爆発行程を示す。また、記号「○」及び「×」は、それぞれ燃料の噴射を行うこと及び燃料の噴射を休止させることを示している。そして、同図に示す制御においては、４回に１回だけ燃料の噴射を休止させるようにしている。この制御を行うと、同図の記号「×」で示される期間すなわち気筒が爆発行程にあり燃料の噴射が休止されている期間には、バイパスバルブ６１の開度を減少させる制御が行われている。このとき、気筒内への新気の供給量が減少するので、排気通路４上の三元触媒４１に達する新気の量も抑制できる。従って、三元触媒４１の酸素吸蔵能力が飽和することも防止ないし抑制できる。

以上に述べたように、本実施形態に係る制御を行うことにより、定常かつ部分負荷運転時には爆発行程の間引きを行うことによりポンピングロスを小さくしてエンジンの熱効率の向上を図ることにより燃費の向上を図ることができるようにしつつ、電磁動弁機構を用いることなく、低圧ループＥＧＲ装置を備えた内燃機関に設けられる新気バイパス通路６上のバイパスバルブ６１を利用する簡単な機構を利用して、爆発行程を休止させた際に排気通路４上の三元触媒４１に達する新気の量を抑制できる。従って、三元触媒４１の酸素吸蔵能力の飽和を防止ないし抑制し、三元触媒４１の酸素吸蔵能力の飽和に伴う排気ガスの浄化機構の低下もまた防止ないし抑制できる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、上述した実施形態では定常かつ部分負荷運転時にエンジン爆発行程の間引きを行うようにしているが、それ以外の場合にも必要に応じてエンジン爆発行程の間引きを行うようにしてもよい。

その他、２気筒を有する内燃機関や４気筒以上を有する内燃機関に本発明を適用する等、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

１００…内燃機関
０…ＥＣＵ（制御装置）
２…外部ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）
２１…ＥＧＲ通路
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３６…吸気絞りバルブ
４…排気通路
５１…コンプレッサ
５２…タービン
６…新気バイパス通路
６１…バイパスバルブ

Claims

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バルブと、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側に設けられた吸気絞りバルブと、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、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブ、前記吸気通路における前記吸気絞りバルブの上流側と前記スロットルバルブの下流側とを接続する新気バイパス通路、及び前記新気バイパス通路に設けられたバイパスバルブを有する低圧ループ式の排気ガス再循環装置とを備える内燃機関を制御するものであって、
少なくとも定常かつ部分負荷運転時にエンジン爆発行程の間引きを行うとともに、エンジン爆発行程の間引きを行う際にバイパス通路内を流通する新気の量を減らすべくバイパスバルブの開度を減少させる制御を行うことを特徴とする制御装置。