JP2017198099A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】昇温された新気を燃焼室へ安定的に供給可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関に接続された排気管と、前記内燃機関に接続された吸気管と、前記排気管と前記吸気管とを接続するEGR管と、前記吸気管と前記EGR管の接続部分より上流から分岐され、前記排気管を覆い、前記EGR管と接続された分岐管と、前記EGR管と前記分岐管の接続部分に配置され、前記排気管から排気が流れる第1の状態と前記分岐管から新気が流れる第2の状態のいずれかに切り替える切り替え弁と、前記内燃機関が冷間状態であるか否かを判定する判定手段と、前記内燃機関が冷間状態である場合に、前記切り替え弁を前記第2の状態に切り替える制御手段と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関に接続された排気管と、前記内燃機関に接続された吸気管と、前記排気管と前記吸気管とを接続するEGR管と、前記吸気管と前記EGR管の接続部分より上流から分岐され、前記排気管を覆い、前記EGR管と接続された分岐管と、前記EGR管と前記分岐管の接続部分に配置され、前記排気管から排気が流れる第1の状態と前記分岐管から新気が流れる第2の状態のいずれかに切り替える切り替え弁と、前記内燃機関が冷間状態であるか否かを判定する判定手段と、前記内燃機関が冷間状態である場合に、前記切り替え弁を前記第2の状態に切り替える制御手段と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
排気の一部を吸気経路に設置した熱交換機に分流して新気を昇温させ、内燃機関を迅速に暖機する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、上述した技術では排気の一部を熱交換機だけでなくEGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラが配置された循環路(以下、EGR管という)にも分流している。軽負荷領域では排気の量が少ないため、熱交換機とEGR管の両方に排気の一部を分流すると、熱交換機に供給される排気の量が少なく、新気の昇温効果が低い可能性がある。
本発明では、昇温された新気を燃焼室へ安定的に供給可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関に接続された排気管と、前記内燃機関に接続された吸気管と、前記排気管と前記吸気管とを接続するEGR管と、前記吸気管と前記EGR管の接続部分より上流から分岐され、前記排気管を覆い、前記EGR管と接続された分岐管と、前記EGR管と前記分岐管の接続部分に配置され、前記排気管から排気が流れる第1の状態と前記分岐管から新気が流れる第2の状態のいずれかに切り替える切り替え弁と、前記内燃機関が冷間状態であるか否かを判定する判定手段と、前記内燃機関が冷間状態である場合に、前記切り替え弁を前記第2の状態に切り替える制御手段と、を備える内燃機関の制御装置である。
本発明によれば、昇温された新気を燃焼室へ安定的に供給することができる。
以下、本件を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図1は内燃機関100の概略構成の一例を示す図である。内燃機関100には吸気マニホールド3の一端が接続されている。吸気マニホールド3の他端には吸気管2が接続されている。したがって、内燃機関100には吸気マニホールド3を介して吸気管2が接続されている。吸気管2の途中にはメインスロットル12が配置されている。メインスロットル12はスロットルの開度を調整することにより燃焼室1内に吸入する新気の吸入量を変更する。
メインスロットル12よりも上流側にはエアクリーナ10が設けられている。エアクリーナ10はエアフロメータ11を備えている。エアフロメータ11は新気の吸入量を計測する。メインスロットル12よりも下流側にはインタークーラ26が設けられている。インタークーラ26は新気又は新気と排気が混合したEGRガスの温度を安定させる。また、吸気管2はメインスロットル12とインタークーラ26の間にコンプレッサホイール28を収容している。吸気管2と吸気マニホールド3の接続部分にはサージタンク23が形成されている。サージタンク23は吸気圧力センサ24を備えている。吸気圧力センサ24は吸気圧力を検出する。
また、内燃機関100には排気マニホールド4の一端が接続されている。排気マニホールド4の他端には排気管6が接続されている。したがって、内燃機関100には排気マニホールド4を介して排気管6が接続されている。排気マニホールド4はタービンホイール27を収容している。排気管6がタービンホイール27を収容していてもよい。排気マニホールド4と排気管6との接続部分には三元触媒19が形成されている。三元触媒19は排気を浄化する。尚、タービンホイール27とコンプレッサホイール28はタービンシャフト29を介して接続されている。したがって、タービンホイール27とコンプレッサホイール28は一体的に回転する。
排気管6と吸気管2はEGR管31によって接続されている。より詳しくは、排気管6における三元触媒19の下流と吸気管2のメインスロットル12の下流とはEGR管31により連結されている。EGR管31は排気の一部を吸気管2に還流させる。EGR管31を介して吸気管2に還流した排気は吸気管2を流れる新気と混合してEGRガスとして内燃機関100に供給される。これにより、燃焼室1内の酸素濃度が低下して内燃機関100の燃焼温度が低下し、窒素酸化物などの生成が抑制される。
EGR管31の途中にはサブスロットル13が配置されている。サブスロットル13はスロットルの開度を調整することにより吸気管2に還流する排気や後述する昇温した新気の量を変更する。EGR管31におけるサブスロットル13よりも上流側には水冷式のガスクーラ20が形成されている。ガスクーラ20はクーラ冷却弁20aを備えている。クーラ冷却弁20aが閉弁すると、ガスクーラ20を通過する排気又は新気の冷却が停止する。サブスロットル13とガスクーラ20と間にはガス温度センサ14が設けられている。ガス温度センサ14はEGR管31に流れる排気又は新気の温度を検出する。
ここで、上述した吸気管2は吸気管2とEGR管31との接続部分より上流(より詳しくはメインスロットル12よりも上流)側で分岐管32に分岐されている。本実施形態では、エアクリーナ10が形成された部分で、吸気管2は分岐管32に分岐されている。分岐管32はガスクーラ20よりも上流側でEGR管31と接続されている。
分岐管32についてさらに詳しく説明すると、分岐管32の途中には二重管5が形成されている。二重管5は排気管6を覆っている。すなわち、排気管6の周囲を分岐管32が部分的に覆うことにより二重管5が形成されている。したがって、二重管5を流れる新気は排気管6を流れる排気と熱交換する。これにより、新気は昇温する。分岐管32とEGR管31との接続部分にはガス切り替え弁22が配置されている。ガス切り替え弁22は排気管6から排気が流れる第1の状態と分岐管32から新気が流れる第2の状態のいずれかに切り替える。具体的には、ガス切り替え弁22が分岐管32側を開弁すれば、排気は吸気管2に還流せず、昇温された新気が吸気管2に還流する。ガス切り替え弁22が排気管6側を開弁すれば、昇温された新気は吸気管2に還流せず、排気が吸気管2に還流する。
次に、内燃機関100の詳細について説明する。
内燃機関100は燃焼室1に直接通じる吸気ポート3Aを備えている。上述した吸気マニホールド3の一端は吸気ポート3Aに接続される。吸気ポート3Aには吸気弁3Bが設けられている。吸気弁3Bが開弁することにより新気が燃焼室1内へ供給される。また、内燃機関100は燃焼室1に直接通じる排気ポート4Aを備えている。上述した排気マニホールド4の一端は排気ポート4Aに接続される。排気ポート4Aには排気弁4Bが設けられている。排気弁4Bが開弁することにより燃焼後の排気が排気マニホールド4を介して排気管6へ排出される。尚、排気ポート4Aはスワールコントロールバルブ8を備えている。
吸気弁3B及び排気弁4Bには、それぞれの弁の開閉時期(バルブタイミング)を変更可能とするバルブ駆動アクチュエータ7A,7Bが設けられている。バルブ駆動アクチュエータ7A,7Bで吸気弁3B及び排気弁4Bの開閉時期を制御することにより、排気行程から吸気行程にかけての期間中において、吸気弁3B及び排気弁4Bの両方を閉弁させた期間を作り出すことができる。
内燃機関100の燃焼室1の斜め上側にはインジェクタ15が配置されている。インジェクタ15は燃焼室1内に燃料を直接噴射する。インジェクタ15には燃料パイプを介して燃料タンクから燃料が供給される。内燃機関100の燃焼室1上側には点火プラグ16が配置されている。点火プラグ16には点火コイル17を通じて点火タイミングに高電圧が印加され、点火プラグ16の対向電極に向けて火花放電が発生し、燃料に着火されて燃焼が行われる。
内燃機関100の燃焼室1下側には、ピストンPが配置されている。内燃機関100の燃焼室1の周囲には水路Wが形成されている。水路Wには冷却水が流通する。内燃機関100の側面には水温センサ18が配置されている。水温センサ18は水路Wを流通する冷却水の温度を検出する。内燃機関100のクランク軸には回転角センサ25が配置されている。回転角センサ25はクランク軸から回転角パルス信号を検出し、回転角パルス信号からエンジン回転数を算出する。
内燃機関100には、マイクロコンピュータ等からなるECU(Engine Control Unit)30が併設されている。ECU30には水温センサ18及び回転角センサ25が電気配線を介して接続されている。水温センサ18及び回転角センサ25から出力された信号がECU30に入力される。一方、ECU30にはメインスロットル12、サブスロットル13及びガス切り替え弁22が電気配線を介して接続されている。ECU30は入力された信号に基づいて、メインスロットル12、サブスロットル13及びガス切り替え弁22を制御する。
尚、ECU30にはエアフロメータ11、ガス温度センサ14、吸気圧力センサ24、その他、内燃機関100に配置された各種のセンサとも電気配線を介して接続されている。また、ECU30にはバルブ駆動アクチュエータ7A,7B、インジェクタ15、点火コイル17、クーラ冷却弁20aといった制御対象とも電気配線を介して接続されている。ECU30はこれらのセンサから入力された信号に基づいて、制御対象を制御する。
続いて、図2及び図3を参照して、ECU30の動作について説明する。
図2はECU30の動作の一例を示すフローチャート(その1)である。図3はECU30の動作の一例を示すフローチャート(その2)である。尚、図2及び図3に示すフローチャートは例えば数マイクロ秒乃至数十マイクロ秒程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。また、図2及び図3に示すフローチャートは、単独で或いは他のフローチャートと並列的に実行される。
まず、図2に示すように、内燃機関100が始動すると、ECU30はメインスロットル12の開弁制御を実行し、サブスロットル13の閉弁制御を実行する(ステップS101)。メインスロットル12が開弁しているため、新気が吸気管2を通過して燃焼室1に供給される。一方で、サブスロットル13は閉弁しているため、排気又は昇温した新気はEGR管31から吸気管2に還流しない。燃焼室1では吸気管2を通過した新気の燃焼が行われ、排気が排気管6に流れる。ステップS101の処理が完了すると、ECU30は水温が閾値α未満であるか否かを判定する(ステップS102)。すなわち、ECU30は水温センサ18が検出した水温に基づいて内燃機関100が冷間状態であるか否かを判定する。
ここで、ECU30は水温が閾値α未満であると判定した場合(ステップS102:YES)、ガス切り替え弁22を新気側に切り替える(ステップS103)。すなわち、ECU30は内燃機関100が冷間状態であると判定した場合、ガス切り替え弁22を分岐管32から新気が流れる第2の状態に切り替える。これにより、二重管5に滞留していた昇温した新気が閉弁制御されたサブスロットル13の位置までEGR管31内を流れる。
ステップS103の処理が完了すると、次いで、ECU30はサブスロットル13の開弁制御と、クーラ冷却弁20aの閉弁制御を実行する(ステップS104)。クーラ冷却弁20aが閉弁するとガスクーラ20には冷却水が流れず、ガスクーラ20を通過する新気の温度は保たれる。したがって、吸気管2を流れていた新気とEGR管31から吸気管2に流入した昇温した新気の両方が燃焼室1に供給される。したがって、内燃機関100は暖機する。
ステップS104の処理が完了すると、次いで、ECU30はメインスロットル12の閉弁制御を実行する(ステップS105)。具体的には、ECU30はメインスロットル12を全閉する。これにより、メインスロットル12を通過していた新気が流れなくなり、EGR管31から吸気管2に流入していた昇温した新気が燃焼室1に供給される。昇温していない大気温の新気が燃焼室1に供給されず、昇温した新気が燃焼室1に供給されるため、内燃機関100はさらに暖機する。ステップS105の処理が完了すると、次いで、ECU30はメインスロットル12の閉弁制御とサブスロットル13の開弁制御を所定時間が経過するまで維持する(ステップS106)。ECU30はステップS106の処理を終えると、ステップS102の処理に戻る。
以上の結果、内燃機関100が冷間状態にある場合であっても、暖機が促進され、燃焼を安定させるために増量していた燃料を控えることができ燃費が向上する。また、内燃機関100が冷間状態にある場合であっても、暖機が促進されて、低温に起因する不完全燃焼によって発生するエミッションが抑制される。
内燃機関100の暖機が促進すると水路Wに流通する冷却水の水温が上昇する。したがって、ECU30は水温が閾値α未満でないと判定した場合(ステップS102:NO)、図3に示すように、ガス切り替え弁22を排気が流れる側に切り替える(ステップS107)。すなわち、ECU30は内燃機関100が冷間状態でないと判定した場合、ガス切り替え弁22を排気管6から排気が流れる第1の状態に切り替える。これにより、昇温した新気の分岐管32からEGR管31への流入が停止する。尚、ステップS107の処理の際にメインスロットル12が閉弁しサブスロットル13が開弁している場合には、ECU30はメインスロットル12の開弁制御を実行し、サブスロットル13の閉弁制御を実行する。これにより、排気のEGR管31から吸気管2への流入が停止する。
ステップS107の処理が完了すると、次いで、ECU30はエンジン回転数及びエンジン負荷が閾値βより大きいか否かを判定する(ステップS108)。すなわち、ECU30は窒素酸化物の生成状況を判定する。エンジン負荷としては、例えばスロットル開度、エンジントルク、車速、過給圧などがある。ECU30はエンジン回転数及びエンジン負荷が閾値β以下であると判定した場合(ステップS108:NO)、メインスロットル12の開弁制御とサブスロットル13の閉弁制御を所定時間が経過するまで維持する(ステップS109)。すなわち、窒素酸化物の生成を抑制するまでに至らない軽負荷領域である場合には、メインスロットル12を通過した新気が吸気管2を流れて燃焼室1に供給される。ECU30はステップS109の処理を終えると、ステップS108の処理に戻る。
一方、ECU30はエンジン回転数及びエンジン負荷が閾値βより大きいと判定した場合(ステップS108:YES)、サブスロットル13の開弁制御とクーラ冷却弁20aの閉弁制御を実行する(ステップS110)。クーラ冷却弁20aが閉弁するとガスクーラ20には冷却水が流れず、ガスクーラ20を通過する排気の温度は保たれる。したがって、吸気管2を流れていた新気とEGR管31から吸気管2に流入した排気の両方がEGRガスとして燃焼室1に供給される。
ステップS110の処理が完了すると、メインスロットル12の開弁制御とサブスロットル13の開弁制御を所定時間が経過するまで維持する(ステップS111)。すなわち、窒素酸化物の生成を抑制した方が望ましい高負荷領域である場合には、EGRガスが吸気管2を流れて燃焼室1に供給される。ECU30はステップS111の処理を終えると、ステップS108の処理に戻る。
以上、本実施形態に係る内燃機関100の制御装置は、内燃機関100に接続された排気管6、内燃機関100に接続された吸気管2、及び排気管6と吸気管2とを接続するEGR管31を備えている。また、内燃機関100の制御装置は、吸気管2とEGR管31の接続部分より上流から分岐され、排気管6を覆い、EGR管31と接続された分岐管32、及びEGR管31と分岐管32の接続部分に配置され、排気管6から排気が流れる第1の状態と分岐管32から新気が流れる第2の状態のいずれかに切り替えるガス切り替え弁22を備えている。さらに、内燃機関100の制御装置は、内燃機関100が冷間状態であるか否かを判定し、内燃機関100が冷間状態である場合に、ガス切り替え弁22を第2の状態に切り替えるECU30と、を備えている。
この構成によれば、軽負荷領域によって排気の量が少なくとも、EGR管31以外に排気の一部が分流しない。したがって、EGR管31に排気の一部を分流しなければ、排気の全部が排気管6を流れ、二重管5では新気に対して高い昇温効果が得られる。これにより、昇温された新気を燃焼室1へ安定的に供給することができる。特に、排気を流す場合と新気を流す場合においてEGR管31を共用しているため、熱交換機とEGR管31の両方に排気の一部を分流する場合と比べて、部品点数を削減することができる。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
1 燃焼室
2 吸気管
6 排気管
12 メインスロットル
13 サブスロットル
18 水温センサ
22 ガス切り替え弁
25 回転角センサ
30 ECU
31 EGR管
32 分岐管
100 内燃機関
2 吸気管
6 排気管
12 メインスロットル
13 サブスロットル
18 水温センサ
22 ガス切り替え弁
25 回転角センサ
30 ECU
31 EGR管
32 分岐管
100 内燃機関
Claims (1)
- 内燃機関に接続された排気管と、
前記内燃機関に接続された吸気管と、
前記排気管と前記吸気管とを接続するEGR管と、
前記吸気管と前記EGR管の接続部分より上流から分岐され、前記排気管を覆い、前記EGR管と接続された分岐管と、
前記EGR管と前記分岐管の接続部分に配置され、前記排気管から排気が流れる第1の状態と前記分岐管から新気が流れる第2の状態のいずれかに切り替える切り替え弁と、
前記内燃機関が冷間状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記内燃機関が冷間状態である場合に、前記切り替え弁を前記第2の状態に切り替える制御手段と、
を備える内燃機関の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016087421A JP2017198099A (ja) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 内燃機関の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016087421A JP2017198099A (ja) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 内燃機関の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017198099A true JP2017198099A (ja) | 2017-11-02 |
Family
ID=60237614
Family Applications (1)
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JP2016087421A Pending JP2017198099A (ja) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 内燃機関の制御装置 |
Country Status (1)
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- 2016-04-25 JP JP2016087421A patent/JP2017198099A/ja active Pending
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