JP2014190331A

JP2014190331A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2014190331A
Application number: JP2013069675A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Mori; 利浩守
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-06
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP6192333B2

Abstract

【課題】部品点数の増大や構造の複雑化を生じることなく、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、低温のＥＧＲガスが気筒内に導入されることに起因して気筒内温度が低くなり燃焼が不安定化する不具合の発生を防止又は抑制する。
【解決手段】排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）の排気ガスクーラ（ＥＧＲクーラ）より下流側の温度Ｔを検出又は推定する温度検出手段を備えた制御装置（ＥＣＵ）により、前記温度検出手段が検出した排気ガスの温度Ｔが所定値Ｔｔｈを下回る場合には、そうでない場合と比較して前記排気ガス還流制御弁（ＥＧＲ弁）２３の開度を減少させ、バルブオーバラップ量を増加させる制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガス還流装置を備えた内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置に関する。

従来より、内燃機関の燃費の向上等を図るべく、排気通路と吸気通路とを連通する排気ガス還流通路（以下、ＥＧＲ通路と称する）と、前記ＥＧＲ通路を開閉し当該ＥＧＲ通路を流れる排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を制御する排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）と、ＥＧＲ通路中に設けられＥＧＲガスを冷却するための排気ガスクーラ（以下、ＥＧＲクーラと称する）とを備えた排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）を設け、排気ガスの一部をこのＥＧＲ装置を介して吸気通路に導入することが知られている。

このようなＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、外気温が極端に低い場合や、高速かつ低負荷走行時等において排気ガスの一部をこのＥＧＲ装置を介して吸気通路に導入する際には、以下に述べるような不具合が発生し得る。すなわち、このような状態においてはＥＧＲクーラによりＥＧＲガスが大幅に冷却されるが、大幅に冷却されたＥＧＲガスが新気と混ざり合って気筒内に導入された場合、気筒内温度が低くなり燃焼が不安定化することがある。

このような不具合の発生を防ぐための構成の一例として、ＥＧＲクーラに導入される冷却水を冷却するためのサブラジエータと、このサブラジエータに冷却水を導入するためのラジエータ通路と、このラジエータ通路から分岐して設けられ前記サブラジエータをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路中を流通する冷却水の量を調節するための流量調整弁と、ＥＧＲクーラの冷却水出口における冷却水温度を検出する温度センサを設け、前記温度センサから出力される信号が示す冷却水温度をパラメータとして前記冷却水温度が低い場合には前記流量調整弁の開度を増加させてＥＧＲクーラに導入される冷却水の温度を上昇させる制御を行うことが考えられている（例えば、特許文献１を参照）。

しかし、特許文献１の構成を採用した場合、部品点数が多く構造が複雑であるので製造及びメンテナンスに要するコストが高く、また、サブラジエータを設ける必要があることから大きな設置スペースを要するといった別の不具合が生じる。

特開２００７−４０１４１号

本発明は以上の点に着目し、部品点数の増大や構造の複雑化を生じることなく、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、低温のＥＧＲガスが気筒内に導入されることに起因して気筒内温度が低くなり燃焼が不安定化する不具合の発生を防止又は抑制することを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変更可能にするための可変バルブタイミング機構と、排気通路と吸気通路とを連通する排気ガス還流通路、前記排気ガス還流通路を開閉し当該排気ガス還流通路を流れる排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁、及び前記排気ガス還流通路中に設けられ排気ガスを冷却するための排気ガスクーラを備えた排気ガス還流装置とを備えた内燃機関を制御するものであって、前記排気ガス還流通路の前記排気ガスクーラより下流側の温度を検出又は推定する温度検出手段を備え、この温度検出手段が検出した排気ガスの温度が所定値を下回る場合には、そうでない場合と比較して前記排気ガス還流制御弁の開度を減少させ、バルブオーバラップ量を増加させる制御を行う。

このようなものであれば、排気ガスクーラを通過した排気ガスの温度が低くなった場合には排気ガス還流制御弁の開度を減少させて気筒内に導入される低温の排気ガスの量を減らしつつ、バルブオーバラップ量を増加させることにより高温の排気ガスを気筒内に残留させることができるので、気筒内の排気ガスの量は保つことができる。従って、特別な部品を追加することなく、また、構造の複雑化を招くことなく、排気ガスを吸気通路に還流させることによる燃費向上等の効果を得ることができる。

本発明によれば、部品点数の増大や構造の複雑化を生じることなく、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、低温のＥＧＲガスが気筒内に導入されることに起因して気筒内温度が低くなり燃焼が不安定化する不具合の発生を防止又は抑制することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成図。同実施形態の制御装置が制御する可変バルブタイミング機構を示す概略図。同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を概略的に示すフローチャート。

本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒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。

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、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及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

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、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。また、吸気ポート中には、吸気弁３５を配している。この吸気弁３５は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。

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及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。また、排気ポート中には、排気弁４０を配している。この排気弁４０は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。

本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における前記触媒４１の上流側と吸気通路３におけるサージタンク３３の下流側とを連通する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弁２３とを要素とする。

また、図２に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。

その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に、可変バルブタイミング機構６を介設している。本実施形態における可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相をそれぞれ変化させることにより吸気弁３５の開閉タイミングを変化させるものである。

可変バルブタイミング機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフト６３の一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１２と遅角室６１１とに区画されている。

可変バルブタイミング機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（ＯｉｌＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１２または遅角室６１１に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気弁３５の開閉タイミングを進角または遅角させることができる。

ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図２に示すように、ＯＣＶ９は、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング６１の進角室６１２と接続するＡポート９２、ハウジング６１の遅角室６１１と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９のスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図２では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。

スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。即ち、制御信号ｍとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。

制御信号ｍのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室６１２に供給される一方、既に遅角室６１１に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室６１２の容積が拡大、遅角室６１１の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトの回転位相、換言すれば吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気弁３５のバルブタイミングが進角化する。

逆に、制御信号ｍのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室６１１に供給される一方、既に進角室６１２に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室６１１の容積が拡大、進角室６１２の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気弁３５のバルブタイミングが遅角化する。

総じて言えば、制御信号ｍのデューティ比が中立より大きいほど吸気弁３５のバルブタイミングが速く進角し、デューティ比が中立より小さいほど吸気弁３５のバルブタイミングが速く遅角する。

内燃機関の運転制御を司る制御装置であるＥＣＵ０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、吸気カムシャフト６３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）ｇ、ＥＧＲ通路２１の排気ガスクーラ２２より下流側に設けた排気ガス温を検出する排気ガス温度センサから出力される排気ガス温信号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弁２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ６のＯＣＶ９に対して制御信号ｍ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、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を出力インタフェースを介して印加する。

しかして本実施形態では、ＥＣＵ０のプロセッサは、ＥＧＲクーラ２２により大幅に冷却されたＥＧＲガスが気筒１内に導入され気筒１内の温度が低下することにより燃焼が不安定化することを防ぐべく、以下に述べるようなＥＧＲ弁制御プログラムを実行する。すなわち、前記排気ガス温信号ｈが示すＥＧＲガスの温度Ｔが所定値Ｔ_thを下回る場合には、そうでない場合と比較してＥＧＲ弁２３の開度θを減少させるとともに、吸気弁３５の開閉タイミングを進角させることによりバルブオーバラップ量を増加させる制御を行う。

以下、プロセッサがこのＥＧＲ弁制御プログラムを実行することにより行われる制御の手順を、フローチャートである図３を参照しつつ以下に示す。

まず、ＥＧＲガスの温度Ｔが所定値Ｔ_thを下回るか否かを判定し（ステップＳ１）、ＥＧＲガスの温度Ｔが所定値Ｔ_thを下回らない場合には、通常のＥＧＲ弁２３の開度θ及び吸気弁３５の開閉タイミングの制御を行う（ステップＳ２）。一方、ＥＧＲガスの温度Ｔが所定値Ｔ_thを下回る場合には、ＥＧＲ弁２３の開度θをそうでない場合の開度と比較して所定値だけ減少させる制御（ステップＳ３）、及び吸気弁３５の開閉タイミングをＥＧＲガスの温度Ｔが所定値Ｔ_thを下回らない場合の開閉タイミングと比較して所定クランク角だけ進角させる制御を行う（ステップＳ４）。

なお、ＥＧＲ弁の開度θを０とした場合は、要求負荷が所定値を上回るまではＥＧＲ弁２３の開度θを０とした状態を維持し、要求負荷が所定値を上回った際に通常のＥＧＲ弁２３の開度θ及び吸気弁３５の開閉タイミングの制御に復帰する。

すなわち本実施形態では、排気ガス温度センサが請求項中の温度検出手段として機能する。

以上に述べたように、本実施形態によれば、ＥＧＲクーラ２２を通過したＥＧＲガスの温度が低くなった場合には、ＥＧＲ弁２３の開度θを減少させて気筒１内に導入される低温のＥＧＲガスの量を減らすことにより、気筒１内の温度が低くなり燃焼が不安定化する不具合の発生を防止又は抑制することができる。その上で、バルブオーバラップ量を増加させることにより高温の排気ガスを気筒内に残留させることができるので、気筒１内の排気ガスの量すなわちＥＧＲ率は保つことができる。従って、特別な部品を追加することなく、また、構造の複雑化を招くことなく、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させることによる燃費向上等の効果を得ることができる。

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、請求項中の温度検出手段として排気ガス温度センサを用いているが、以下に述べるような方法で排気ガス還流通路の前記排気ガスクーラより下流側のＥＧＲガスの温度を検出するようにしてもよい。すなわち、外気温、冷却水温、回転数、要求負荷といったパラメータに基づきＥＧＲガスの温度を推定するようにしてもよい。さらに具体的には、代表的な外気温、冷却水温、回転数、要求負荷に対応するＥＧＲガスの温度を実験等の方法で予め求めておいたものをＥＧＲガス温度マップとして記憶しておき、検出された外気温、冷却水温、回転数、要求負荷に対応するＥＧＲガスの温度を前記ＥＧＲガス温度マップを参照して補間計算により求めるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、可変バルブタイミング機構は吸気弁の開閉タイミングのみを変更可能であり、吸気弁の開閉タイミングを進角させることにより吸気弁の開閉タイミングを進角させることによりバルブオーバラップ量を増加させるようにしているが、排気弁の開閉タイミングをも変更可能な可変バルブタイミング機構を使用し、排気弁の開閉タイミングを遅角させることによりバルブオーバラップ量を増加させるようにしてもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

０…制御装置（ＥＣＵ）
２…排気ガス還流装置（ＥＧＲ装置）
２１…排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
２２…排気ガスクーラ（ＥＧＲクーラ）
２３…排気ガス還流制御弁（ＥＧＲ弁）
３５…吸気弁
６…可変バルブタイミング機構
ｈ…排気ガス温信号

Claims

少なくとも吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変更可能にするための可変バルブタイミング機構と、排気通路と吸気通路とを連通する排気ガス還流通路、前記排気ガス還流通路を開閉し当該排気ガス還流通路を流れる排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁、及び前記排気ガス還流通路中に設けられ排気ガスを冷却するための排気ガスクーラを備えた排気ガス還流装置とを備えた内燃機関を制御するものであって、
前記排気ガス還流通路の前記排気ガスクーラより下流側の温度を検出又は推定する温度検出手段を備え、この温度検出手段が検出した排気ガスの温度が所定値を下回る場合には、そうでない場合と比較して前記排気ガス還流制御弁の開度を減少させ、バルブオーバラップ量を増加させる制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。