JP2013189907A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速する場合でも、吸気系に残留するＥＧＲガスが筒内に流入するのを抑制し、燃焼性を向上させる。
【解決手段】エンジン１０は、過給機２６、エアバイパスバルブ４０、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構４２及びＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０を備える。ＥＣＵ６０は、所定のＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域において、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０を作動させる。また、エンジン１０の運転状態が所定のＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行した場合には、エアバイパスバルブ４０を開弁させる制御を実行する。これにより、吸気通路１４に残存するＥＧＲガスをコンプレッサ３０の上流側に一旦還流させてから、筒内に向けて徐々に流入させることができ、ＥＧＲ率を抑制して燃焼性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を制御する制御装置に関し、特に、過給機及びＬＰＬ−ＥＧＲ通路を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００８−３０３８２５号公報）に開示されているように、ＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ通路と、ＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ通路と、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路から吸気系に還流されるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブとを備えた過給機付きの内燃機関が知られている。従来技術では、減速等により燃料カットを実行するときに、ＥＧＲバルブを閉弁する構成としている。

特開２００８−３０３８２５号公報 特開平０８−７４５８７号公報 特開２００８−１５７１３９号公報 特開２０１２−７５０６号公報

上述した従来技術のように、過給機及びＬＰＬ−ＥＧＲ通路を備えた内燃機関では、過給機がない場合と比較して吸気通路の容積がコンプレッサの分だけ大きい上に、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路からコンプレッサの上流側にＥＧＲガスが還流される。従って、ＬＰＬ−ＥＧＲ制御の実行直後にＥＧＲバルブを閉弁しても、比較的多量のＥＧＲガスが吸気系に残存した状態となり易い。このため、従来技術では、減速時にＥＧＲバルブを閉弁しても、吸気系に残存するＥＧＲガスが筒内に流入し、燃焼性が悪化して失火等が生じ易くなるという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速する場合でも、吸気系に残留するＥＧＲガスが筒内に流入するのを抑制し、燃焼性を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサと、排気通路に配置されたタービンとを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
前記吸気通路のうち前記コンプレッサの上流部位に排気ガスを還流させるＬＰＬ−ＥＧＲ機構と、
前記吸気通路に前記コンプレッサと並列に接続され、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を介して前記コンプレッサの下流側から上流側に吸入空気を還流させることが可能なエアバイパスバルブと、
内燃機関の運転状態が所定のＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行した場合に、前記エアバイパスバルブを開弁させる減速時ＡＢＶ開弁手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記減速時ＡＢＶ開弁手段は、前記エアバイパスバルブを開弁させてから前記吸気通路の容積に対応する空気が筒内に流入するまでの期間中に前記エアバイパスバルブを開弁状態に保持し、前記期間の終了時に前記エアバイパスバルブを閉弁させる構成としている。

第１の発明によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行した場合には、エアバイパスバルブを開弁させて、吸気通路に残存するＥＧＲガスをコンプレッサの上流側に一旦還流させることができる。還流されたＥＧＲガスは、コンプレッサの上流側で新気と混合された後に、筒内に向けて徐々に流入することになる。従って、コンプレッサの下流側に残存するＥＧＲガスが筒内にそのまま流入する場合と比較して、ＥＧＲ率を抑制することができる。これにより、減速（燃料カット）からの復帰時に燃焼性を向上させ、失火等を防止することができる。

第２の発明によれば、減速に移行してから（エアバイパスバルブを開弁させてから）、吸気通路の容積に対応する空気が筒内に流入した後には、吸気通路にＥＧＲガスが存在しないと考えられる。このため、減速時ＡＢＶ開弁手段は、吸気通路の容積に対応する空気が筒内に流入するまでの期間中にのみ、エアバイパスバルブを開弁させる。これにより、エアバイパスバルブが必要以上の期間にわたって開弁され、例えば燃料カット中に筒内の掃気動作が抑制されるのを防止することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、過給機付きの内燃機関であるエンジン１０を備えている。エンジン１０の各気筒１２には、ピストンにより燃焼室が形成されており、ピストンはクランク軸に連結されている。また、各気筒１２には、燃焼室に開口する吸気ポート及び排気ポートと、吸気ポートを開閉する吸気バルブと、排気ポートを開閉する排気バルブと、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、混合気に点火する点火プラグとが設けられている。なお、上記構成については、公知であるため図示を省略している。

また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸い込む吸気通路１４と、各気筒の排気ガスを排出する排気通路１６とを備えている。吸気通路１４には、エアクリーナ１８、スロットルバルブ２０、サージタンク２２等が設けられている。エアクリーナ１８は、吸気通路１４の上流端に配置され、吸入空気を正常化する。スロットルバルブ２０は、電子制御式のバタフライ弁等により構成され、吸入空気量を調整する。サージタンク２２は、吸気通路１４の一部（例えば、下流端）を構成するもので、各気筒の吸気ポートに接続されている。一方、排気通路１６には、各気筒から排出される排気ガスを浄化する排気浄化触媒２４が設けられている。

また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する公知の過給機２６を備えている。過給機２６は、排気通路１６に配置されたタービン２８と、吸気通路１４に配置されたコンプレッサ３０とを備えており、排気圧を受けて回転するタービン２８がコンプレッサ３０を駆動することにより、吸入空気を過給する。また、排気通路１６には、タービン２８をバイパスする排気バイパス通路３２が接続されており、排気バイパス通路３２には、タービン２８をバイパスする排気ガスの流量を調整するウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）３４が設けられている。エンジンの運転中には、ＷＧＶ３４の開度を変化させることにより、過給圧を制御することができる。

一方、吸気通路１４には、過給により温度が上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ３６が設けられている。また、吸気通路１４には、コンプレッサ３０と並列に吸気通路１４に接続され、コンプレッサ３０をバイパスする吸気バイパス通路３８が設けられている。即ち、吸気バイパス通路３８は、コンプレッサ３０の上流側で吸気通路１４から分岐し、コンプレッサ３０の下流側で吸気通路１４に合流している。吸気バイパス通路３８には、吸気バイパス通路３８を介してコンプレッサ３０の下流側から上流側に吸入空気を還流させることが可能なエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）４０が設けられている。

ここで、過給機２６を備えるエンジンにおいては、減速時にスロットルバルブ２０が急激に閉弁されると、コンプレッサ３０とスロットルバルブ２０との間で吸気脈動が発生し、コンプレッサ３０を破損させることがある。このため、吸気脈動の発生時には、ＡＢＶ４０を開弁し、吸気バイパス通路３８を介してコンプレッサ３０の下流側から上流側に吸入空気（過給圧）を還流させる。これにより、コンプレッサ３０の下流側の圧力を低下させ、吸気脈動を抑制することができる。

次に、エンジン１０に搭載されたＥＧＲ機構４２，５０について説明する。ＨＰＬ−ＥＧＲ機構４２は、排気通路１６（例えば、排気マニホールド）と、吸気通路１４（サージタンク２２）との間に接続された高圧ＥＧＲ通路４４と、高圧ＥＧＲ通路４４を介して吸気系に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）の量を調整する電磁駆動式の高圧ＥＧＲバルブ４６と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４８とを備えている。

一方、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０は、タービン２８及び排気浄化触媒２４を通過した低圧な排気ガスをＥＧＲガスとして用い、このＥＧＲガスをコンプレッサ３０の上流側の低圧な位置で吸気通路１４に還流させるものである。ＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０は、低圧ＥＧＲ通路５２、電磁駆動式の低圧ＥＧＲバルブ５４及び排気絞り弁５６を備えている。そして、低圧ＥＧＲ通路５２は、一端側が排気浄化触媒２４の下流側で排気通路１６に接続され、他端側がコンプレッサ３０の上流側で吸気通路１４に接続されている。低圧ＥＧＲバルブ５４は、低圧ＥＧＲ通路５２を介して吸気系に還流されるＥＧＲガスの量を調整する。また、排気絞り弁５６は、閉弁側に駆動されることにより排気通路１６内の排気圧を上昇させ、ＥＧＲガスを低圧ＥＧＲ通路５２から吸気通路１４に導入するものである。

次に、システムの制御系統について説明する。本実施の形態のシステムは、エンジン及び車両の運転に必要な各種のセンサにより構成されたセンサ系統と、エンジンの運転制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit）６０とを備えている。センサ系統には、クランク角の回転を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフローセンサ、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ、吸気圧（過給圧）を検出する吸気圧センサ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ、車速を検出する車速センサ等が含まれている。

ＥＣＵ６０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等からなる記憶回路と、入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ６０の入力側には、センサ系統を構成する各センサがそれぞれ接続されている。ＥＣＵ６０の出力側には、各気筒の燃料噴射弁及び点火プラグの他に、スロットルバルブ２０、ＷＧＶ３４、ＡＢＶ４０、高圧ＥＧＲバルブ４６、低圧ＥＧＲバルブ５４、排気戻り弁５６等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

そして、ＥＣＵ６０は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて各アクチュエータを駆動し、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサの出力に基いてクランク角及びエンジン回転数（機関回転数）を検出し、エアフローセンサにより吸入空気量を検出すると共に、エンジン回転数と吸入空気量とに基いて負荷率（機関負荷）を算出し、吸入空気量、負荷率等に基いて燃料噴射量を算出する。そして、クランク角に基いて燃料の噴射タイミングを決定し、燃料噴射弁を駆動することにより燃料噴射制御を実行する。また、エンジンの運転状態等に応じて点火時期を決定し、点火プラグを駆動する点火制御を実行する。これにより、各気筒で混合気を燃焼させ、エンジンを運転する。また、ＥＣＵ６０は、車両が減速状態に移行したときに、公知の燃料カットを実行する。

また、ＥＣＵ６０は、エンジンの運転状態（運転領域）に応じてＥＧＲ機構４２，５０の何れか一方または両方を駆動するＥＧＲ制御を実行する。運転領域は、例えばエンジン回転数と負荷率とに基いて決定される。ＥＧＲ制御の一例を挙げると、高回転領域（負荷率によらず、エンジン回転数が所定の高回転判定値以上となる領域）や高負荷領域（エンジン回転数によらず、負荷率が所定の高負荷判定値以上となる領域）では、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構４２を停止した状態で、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０のみを作動させる。また、低回転・低負荷領域（エンジン回転数が所定の低回転判定値以下となり、負荷率が所定の低負荷判定値以下となる領域）では、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０を停止した状態で、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構４２のみを作動させる。さらに、中間回転・中間負荷領域（上記高回転領域、高負荷領域及び低回転・低負荷領域以外の領域）では、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構４２とＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０の両方を作動させる。

ＨＰＬ−ＥＧＲ機構４２の作動時には、高圧ＥＧＲバルブ４６が開弁側に駆動され、その開度に応じて排気通路１６から吸気系にＥＧＲガスが還流される。また、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０の作動時には、排気絞り弁５６を閉弁側に駆動して低圧ＥＧＲバルブ５４を開弁側に駆動することにより、排気圧が上昇してＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ通路５２に流入し、このＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲバルブ５４の開度に応じて吸気系に還流される。なお、以下の説明では、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構５０を作動させる運転領域（例えば、前記高回転領域、高負荷領域及び中間回転・中間負荷領域）のことを、ＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域と称するものとする。

［実施の形態１の特徴］
一般に、過給機２６を備えたエンジンにおいては、過給機がない場合と比較して吸気通路１４の容積がコンプレッサ３０の分だけ大きい。そして、ＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域では、この容積が大きな吸気通路１４にＥＧＲガスが還流される。このため、車両の減速等によりエンジンの運転状態がＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行すると、低圧ＥＧＲバルブ５４を閉弁しても、吸気通路１４に比較的多量のＥＧＲガスが残存した状態となり易い。この結果、減速（燃料カット）からの復帰時には、吸気通路１４に残存するＥＧＲガスが筒内に流入し、燃焼性が悪化して失火等が生じ易くなる。

そこで、本実施の形態では、エンジンの運転状態がＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行した場合に、ＡＢＶ４０を開弁させる減速時ＡＢＶ開弁制御を実行する構成としている。減速時ＡＢＶ開弁制御は、ＡＢＶ４０を開弁させてから吸気通路１４の容積に対応する空気が筒内に流入するまでの期間中に実行される。そして、この期間の終了後には、ＡＢＶ４０を閉弁し、減速時ＡＢＶ開弁制御を終了する。なお、吸気通路１４の容積とは、吸気通路１４の上流端（エアクリーナ１８）から下流端（吸気ポート）に至るまでの総容積を意味するが、便宜的には、エアクリーナ１８からサージタンク２２に至るまでの容積としてもよい。

減速時ＡＢＶ開弁制御によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行した場合に、ＡＢＶ４０を開弁させて、吸気通路１４に残存するＥＧＲガスをコンプレッサ３０の上流側に一旦還流させることができる。還流されたＥＧＲガスは、コンプレッサ３０の上流側で新気と混合された後に、筒内に向けて徐々に流入することになる。従って、本実施の形態によれば、コンプレッサ３０の下流側に残存するＥＧＲガスが筒内にそのまま流入する場合と比較して、ＥＧＲ率を抑制することができる。これにより、減速（燃料カット）からの復帰時に燃焼性を向上させ、失火等を防止することができる。

また、減速時ＡＢＶ開弁制御は、吸気通路１４に残存するＥＧＲガスが急激に筒内に流入するのを回避する制御である。減速に移行してから（ＡＢＶ４０を開弁させてから）、吸気通路１４の容積に対応する空気が筒内に流入した後には、吸気通路１４にＥＧＲガスが存在しないと考えられるので、減速時ＡＢＶ開弁制御は、吸気通路１４の容積に対応する空気が筒内に流入するまでの期間中にのみ実行する。これにより、ＡＢＶ４０が必要以上の期間にわたって開弁され、例えば燃料カット中に筒内の掃気動作が抑制されるのを防止することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図２を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図２に示すルーチンにおいて、ステップ１００では、現在の運転状態でＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域であるか否かを判定し、ステップ１０２では、車速の変化量ΔＳＰＤに基いて減速に移行したか否かを判定する。これらのステップの何れかで判定が不成立となった場合には、後述する積算空気量Ｇa_sumを零に初期化し、本ルーチンを終了する。

また、ステップ１００，１０２の判定が何れも成立した場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行したと判断し、ステップ１０４において、ＡＢＶ４０を開弁し、ステップ１０６では、低圧ＥＧＲバルブ５４を閉弁（ＯＦＦ）する。なお、この場合には、高圧ＥＧＲバルブ４６も閉弁するのが好ましい。次に、ステップ１０８では、下記（１）式により、ＡＢＶ４０が開弁してから現在までの積算空気量Ｇa_sumを算出する。この式において、Ｇa_sum_oldは、前回の演算タイミングまでに積算された積算空気量Ｇa_sumの積算値を示し、Ｇa_nowは、現在の筒内空気量を示している。

Ｇa_sum＝Ｇa_sum_old＋Ｇa_now ・・・（１）

次に、ステップ１１０では、積算空気量Ｇa_sumが吸気系容積分の空気量Ｇa_intakeよりも大きいか否かを判定する。ここで、吸気系容積分の空気量Ｇa_intakeは、前述した吸気通路１４の容積、即ち、吸気通路１４の上流端（エアクリーナ１８）から下流端（吸気ポート）に至るまでの総容積に対応する値であり、エンジンの仕様に応じてＥＣＵ６０に予め記憶されている。そして、ステップ１１０の判定が成立した場合には、吸気通路１４の容積に対応する空気が筒内に流入するまでの期間が終了したと判断し、ステップ１１２に移行する。ステップ１１２では、ＡＢＶ４０を閉弁し、積算空気量Ｇa_sumを零に初期化する。一方、ステップ１１０の判定が不成立の場合には、前記期間がまだ終了していないので、本判定が成立するまでステップ１０８，１１０の処理を繰返す。

なお、前記実施の形態１では、図２中のステップ１００〜１０４が減速時ＡＢＶ開弁手段の具体例を示している。また、本発明は、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンを含む他の内燃機関に広く適用することができる。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ 気筒
１４ 吸気通路
１６ 排気通路
１８ エアクリーナ
２０ スロットルバルブ
２２ サージタンク
２４ 排気浄化触媒
２６ 過給機
２８ タービン
３０ コンプレッサ
３２ 排気バイパス通路
３４ ウェイストゲートバルブ
３６ インタークーラ
３８ 吸気バイパス通路
４０ エアバイパスバルブ
４２ ＨＰＬ−ＥＧＲ機構
４４ 高圧ＥＧＲ通路
４６ 高圧ＥＧＲバルブ
４８ ＥＧＲクーラ
５０ ＬＰＬ−ＥＧＲ機構
５２ 低圧ＥＧＲ通路
５４ 低圧ＥＧＲバルブ
５６ 排気絞り弁
６０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサと、排気通路に配置されたタービンとを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
   前記吸気通路のうち前記コンプレッサの上流部位に排気ガスを還流させるＬＰＬ−ＥＧＲ機構と、
   前記吸気通路に前記コンプレッサと並列に接続され、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を介して前記コンプレッサの下流側から上流側に吸入空気を還流させることが可能なエアバイパスバルブと、
   内燃機関の運転状態が所定のＬＰＬ−ＥＧＲ運転領域から減速に移行した場合に、前記エアバイパスバルブを開弁させる減速時ＡＢＶ開弁手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記減速時ＡＢＶ開弁手段は、前記エアバイパスバルブを開弁させてから前記吸気通路の容積に対応する空気が筒内に流入するまでの期間中に前記エアバイパスバルブを開弁状態に保持し、前記期間の終了時に前記エアバイパスバルブを閉弁させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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