JP2016065510A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路と排気通路とをＥＧＲ通路を介して連通させ、排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲクーラにより冷却した上でＥＧＲ通路経由で吸気通路に還流させて吸気に混交せしめる排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関の制御において、ＥＧＲクーラの冷却性能に異常が生じていないかどうかを正しく判定する。
【解決手段】吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流の吸気の温度と、吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所の近傍またはその接続箇所よりも下流の吸気の温度との関係に基づいて、ＥＧＲクーラの冷却性能の異常の有無を判定することとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関において、気筒での混合気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装置が公知である（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外部ＥＧＲ通路を介して接続し、気筒内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交するものである。

特開２０１２−１６７６０１号公報

ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラにより冷却してその温度を降下させた上で吸気通路に合流させる。これにより、より多量のＥＧＲガスを排気通路から吸気通路へと還流させることができ、エミッションの低下及び燃費性能の一層の向上に寄与し得る。

だが、万一、ＥＧＲクーラが所望の冷却性能を発揮できない状況に陥ると、非常に高温のＥＧＲガスが吸気通路に流入して樹脂製の吸気マニホルド等を溶損させるおそれがある。それ故、ＥＧＲクーラの冷却性能に異常が生じていないかどうかを監視しておく必要がある。

典型的には、吸気通路に配設されるサージタンクに設置した温度センサを介して、サージタンク内の吸気の温度を恒常的にセンシングすることが考えられる。サージタンク内が判定閾値を超えて高温となった場合には、ＥＧＲクーラの冷却性能に異常が生じているものと判断し、以後のＥＧＲの実施を禁止、ＥＧＲ通路上のＥＧＲバルブを完全に閉止する。

しかしながら、交通渋滞時や、アイドルストップからの再始動直後のように内燃機関が昇温しているとき（内燃機関の停止中には冷却水の循環が停止し、エンジンルームに吹き込む走行風も失われて放熱性が悪化する。いわゆるデッドソーク）には、吸気通路に取り入れられる新気の温度が最大で８０℃程度まで上昇する。このため、ＥＧＲクーラが正常であったとしても、サージタンク内の吸気温度が判定閾値を上回ってしまい、ＥＧＲクーラが異常であると誤判定してしまうことが起こり得る。さすれば、不必要にＥＧＲを禁止することとなって、エミッションの低下及び燃費性能の向上というＥＧＲ本来の効用を享受できなくなる。

上述の問題に初めて着目してなされた本発明は、ＥＧＲクーラの冷却性能の異常の有無を正しく判定できるようにすることを所期の目的としている。

本発明では、吸気通路と排気通路とをＥＧＲ通路を介して連通させ、排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲクーラにより冷却した上でＥＧＲ通路経由で吸気通路に還流させて吸気に混交せしめる排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流の吸気の温度と、吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所の近傍またはその接続箇所よりも下流の吸気の温度との関係に基づき、ＥＧＲクーラの冷却性能の異常の有無を判定する制御装置を構成した。

本発明によれば、ＥＧＲクーラの冷却性能の異常の有無を正しく判定することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。

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は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、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。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。

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。なお、吸気マニホルド３４は、樹脂製の部材であることがある。

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。

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における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２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バルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはそ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におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。ＥＧＲクーラ２２は、ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスと内燃機関の冷却水との間での熱交換を通じてＥＧＲガスの温度を降下させる熱交換器である。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）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ｂ、アクセルペダルの踏込量をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、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、吸気通路３の最上流部位に設置された吸入空気量・吸気温一体型センサ３５から出力される吸入空気量・吸気温信号ｄ、サージタンク３３に設置された吸気圧・吸気温一体型センサ３６から出力される吸気圧・吸気温信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する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、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（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ｈ等が入力される。

吸入空気量・吸気温一体型センサ３５は、吸気通路３に取り入れられる新気の流量を検出するエアフローメータとして機能すると同時に、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所（即ち、サージタンク３３）よりも上流側での吸気の温度を検出する。換言すれば、吸入空気量・吸気温一体型センサ３５は、ＥＧＲガスが混入していない（と考えられる）吸気の温度を検出する。

他方、吸気圧・吸気温一体型センサ３６は、サージタンク３３内の吸気圧を検出するとともに、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所の近傍または当該接続箇所よりも下流側での吸気の温度を検出する。換言すれば、吸気圧・吸気温一体型センサ３６は、ＥＧＲガスが混入している（と考えられる）吸気の温度を検出する。両センサ３５、３６はともに、既製の内燃機関に既に実装されているものである。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３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２３に対して開度操作信号ｌ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、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。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。

気筒１に充填される吸気について要求される、吸気中に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率は、アクセル開度が中程度の中負荷運転領域において最も高く、そこからアクセル開度が縮小するほど低下し、またアクセル開度が拡大するほど低下する。アクセル開度が全閉または全閉に近いアイドル運転時または低負荷運転領域、並びに、アクセル開度が全開または全開に近い全負荷運転領域では、要求ＥＧＲ率が０となるので、ＥＧＲバルブ２３を全閉する。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、吸入空気量・吸気温一体型センサ３５の出力信号ｄ及び吸気圧・吸気温一体型センサ３６の出力信号ｅを参照して、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能に異常が生じていないかどうかの監視を行う。

ＥＧＲクーラ２２が十分な冷却性能を発揮している場合には、吸入空気量・吸気温一体型センサ３５が検出する吸気の温度と、吸気圧・吸気温一体型センサ３６が検出する吸気の温度との間に大きな乖離が生じない。このことは、交通渋滞時や、再始動直後のように内燃機関が昇温しているデッドソーク時でも同じである。交通渋滞時やデッドソーク時には、エアクリーナ３１から吸気通路３に流入する新気の温度が、外気の本来の温度と比較して顕著に高くなることがある。しかし、そのような状況下では、両センサ３５、３６が検出するそれぞれの吸気温がともに上昇することから、やはり両者の差は大きく拡がらない。

これに対し、ＥＧＲクーラ２２が必要十分な冷却性能を発揮できなくなった場合には、吸気圧・吸気温一体型センサ３６が検出する吸気の温度が、吸入空気量・吸気温一体型センサ３５が検出する吸気の温度よりも高くなって、両者の差が大きく拡がる。従って、前者の吸気温と後者の吸気温との差分を求め、その差分を判定閾値と比較することにより、ＥＧＲクーラ２２に異常が発生しているか否かを判断することが可能である。即ち、両者の温度差がＥＧＲクーラ２２の正常時に想定される大きさを超越していることを以て、ＥＧＲクーラ２２が異常であると判定するのである。

図２に、本実施形態のＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。なお、ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷（または、吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）］と、ＥＧＲクーラ２２の異常の有無の判定に用いる判定閾値との関係を規定したマップデータが格納されている。このマップデータは予め実験的に求めておくものであるが、原則として、要求ＥＧＲ率の高い運転領域ほど判定閾値を高く設定する。

ＥＣＵ０は、現在の内燃機関の運転領域をキーとして上記のマップを検索し、現在の運転領域に対応した判定閾値を知得する（ステップＳ１）。その上で、ＥＣＵ０は、吸入空気量・吸気温一体型センサ３５の出力信号ｄを参照して、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所よりも上流の吸気の温度を知得し（ステップＳ２）、並びに、吸気圧・吸気温一体型センサ３６の出力信号ｅを参照して、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所の近傍またはその接続箇所よりも下流の吸気の温度を知得する（ステップＳ３）。

そして、後者から前者を減算することで両者の差分を算出し（ステップＳ４）、その差分を判定閾値と比較する（ステップＳ５）。差分の大きさが判定閾値を上回るならば、ＥＧＲクーラ２２に何らかの異常が発生しており、ＥＧＲクーラ２２が必要十分な冷却性能を発揮できないと判断して、以後のＥＧＲの実施を禁止、ＥＧＲバルブ２３を閉止する（ステップＳ６）。また、ＥＧＲクーラ２２に異常が発生している旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）をメモリに書き込んで記憶保持するとともに（ステップＳ７）、その旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、例えば、車両のコックピット内の警告灯（エンジンチェックランプ）を点灯させたり、ディスプレイに異常の旨を表示したり、警告音を出力したりする。

翻って、ステップＳ５にて、差分の大きさが判定閾値以下であるならば、ＥＧＲクーラ２２に異常は発生していないと判断し、ＥＧＲの実施を継続する。

本実施形態では、吸気通路３と排気通路４とをＥＧＲ通路２１を介して連通させ、排気通路４を流れる排気の一部をＥＧＲクーラ２２により冷却した上でＥＧＲ通路２１経由で吸気通路３に還流させて吸気に混交せしめるＥＧＲ装置２が付帯した内燃機関を制御するものであって、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所よりも上流の吸気の温度と、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所の近傍またはその接続箇所よりも下流の吸気の温度との関係に基づき、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の異常の有無を判定する制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、交通渋滞時やデッドソーク時のような、吸気通路３に取り入れられる新気の温度が上昇する状況下にあっても、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の異常の有無を正しく判定することが可能である。即ち、真にＥＧＲクーラ２２に異常が発生している場合に限り、ＥＧＲバルブ２３を完全に閉止して高温のＥＧＲガスの吸気通路３への流入を阻止し、樹脂製の吸気マニホルド３４の溶損その他の損傷を回避できる。並びに、ＥＧＲクーラ２２が正常であるにもかかわらずこれに異常が生じたと誤判断することがなくなり、誤ってＥＧＲを禁止せずに済むため、エミッションの低下及び燃費性能の向上というＥＧＲ本来の効用を十分に享受できる。

また、従来より内燃機関に実装されているセンサ３５、３６を利用することから、ＥＧＲガスの温度を計測する専用のセンサをＥＧＲ通路２１上に設置する等といった新たなハードウェアの追加が不要であり、コストの増大を招かずに済む。

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。例えば、上記実施形態では、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所の近傍またはその接続箇所よりも下流の吸気温から、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所よりも上流の吸気温を減算して差分を求め、当該差分を判定閾値と比較していたが、両者の吸気温の比を判定閾値と比較してもよい。

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の制御に適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（ＥＧＲ）装置
２１…ＥＧＲ通路
２２…ＥＧＲクーラ
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
４…排気通路

Claims (1)

1. 吸気通路と排気通路とをＥＧＲ通路を介して連通させ、排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲクーラにより冷却した上でＥＧＲ通路経由で吸気通路に還流させて吸気に混交せしめる排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、
   吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流の吸気の温度と、吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所の近傍またはその接続箇所よりも下流の吸気の温度との関係に基づき、ＥＧＲクーラの冷却性能の異常の有無を判定する制御装置。

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