JP2018080642A - エンジン制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒータの電力消費量を低減するエンジン制御装置を提供すること。
【解決手段】実施形態に係るエンジン制御装置は、運転状態検出部と、出力制御部とを備える。運転状態検出部は、エンジンの運転状態を検出する。出力制御部は、排気ガスの一部がEGRガスとして吸気通路に還流された吸気の酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサを加熱するヒータの出力を制御する。また、出力制御部は、エンジンの運転状態に応じて、吸気酸素濃度センサが、活性温度以上の状態となる活性状態、活性状態よりも温度が低い半活性状態、および半活性状態よりも温度が低い非活性状態のうちいずれか一つの状態となるようにヒータの出力を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態に係るエンジン制御装置は、運転状態検出部と、出力制御部とを備える。運転状態検出部は、エンジンの運転状態を検出する。出力制御部は、排気ガスの一部がEGRガスとして吸気通路に還流された吸気の酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサを加熱するヒータの出力を制御する。また、出力制御部は、エンジンの運転状態に応じて、吸気酸素濃度センサが、活性温度以上の状態となる活性状態、活性状態よりも温度が低い半活性状態、および半活性状態よりも温度が低い非活性状態のうちいずれか一つの状態となるようにヒータの出力を制御する。
【選択図】図1
Description
開示の実施形態は、エンジン制御装置に関する。
従来、EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを吸気通路内に還流させる内燃機関において、EGRガスが還流された場合の吸気の酸素濃度を検出するために、吸気通路内に酸素濃度センサを配置することが知られている(例えば特許文献1参照)。
吸気の酸素濃度を酸素濃度センサによって正確に検出するためには、酸素濃度センサを高温の活性温度(例えば、700度)にしなければならない。そのため、酸素濃度センサには、ヒータが埋め込まれており、酸素濃度センサはヒータによって加熱される。
しかしながら、酸素濃度センサを活性温度に維持するために、ヒータによって酸素濃度センサを常時加熱すると、ヒータの電力消費量が大きくなる。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒータの電力消費量を低減することを目的とする。
実施形態の一態様に係るエンジン制御装置は、運転状態検出部と、出力制御部とを備える。運転状態検出部は、エンジンの運転状態を検出する。出力制御部は、排気ガスの一部がEGRガスとして吸気通路に還流された吸気の酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサを加熱するヒータの出力を制御する。また、出力制御部は、エンジンの運転状態に応じて、吸気酸素濃度センサが、活性温度以上の状態となる活性状態、活性状態よりも温度が低い半活性状態、および半活性状態よりも温度が低い非活性状態のうちいずれか一つの状態となるようにヒータの出力を制御する。
実施形態の一態様によれば、ヒータの電力消費量を低減することができる。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するエンジン制御装置を説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
<1.電気ヒータの出力制御の概略>
実施形態に係るエンジン制御装置(以下、ECU(Engine Control Unit)という。)の制御対象であるエンジンは、エンジンの運転状態がEGR駆動領域である場合に、排気ガスの一部をEGRガスとして還流させるEGR装置を有している。
実施形態に係るエンジン制御装置(以下、ECU(Engine Control Unit)という。)の制御対象であるエンジンは、エンジンの運転状態がEGR駆動領域である場合に、排気ガスの一部をEGRガスとして還流させるEGR装置を有している。
ECUは、エンジンの運転状態が、EGRガスを還流させるEGR駆動領域である場合、吸気酸素濃度センサによって検出した酸素濃度に基づいてEGRバルブの開度を制御し、吸気に含まれるEGRガスの比率であるEGR率を調整している。
吸気酸素濃度センサは、センサ素子の温度が活性温度以上の活性状態とならなければ、正確な酸素濃度を検出することができない。そのため、吸気酸素濃度センサには、加熱用の電気ヒータが埋め込まれている。活性温度は、予め設定された温度であり、吸気酸素濃度センサが活性状態となる下限温度であり、例えば、700度である。
電気ヒータにより吸気酸素濃度センサを加熱すると、電気ヒータによって電力が消費される。そのため、電気ヒータによって吸気酸素濃度センサを常時加熱すると、電気ヒータの電力消費量が大きくなる。
そこで、実施形態に係るECUは、電気ヒータの消費電力を低減するために電気ヒータの出力制御を行っている。図1を用いて、実施形態に係る電気ヒータの出力制御の概略について説明する。図1は、電気ヒータの出力制御の概略を説明する図である。
ECUは、エンジンの運転状態を検出し(S1)、エンジンの運転状態がEGR駆動領域にある場合には、吸気酸素濃度センサが活性状態となるように、電気ヒータによって吸気酸素濃度センサを加熱する(S2)。
また、エンジンの運転状態がEGRガスを還流させないEGR非駆動領域にある場合にはEGR率を調整する必要がないので、吸気酸素濃度センサを、センサ素子の温度が活性温度よりも低い非活性温度以下となる非活性状態にすることができる。そのため、ECUは、電気ヒータをOFFにし、電気ヒータによる加熱を行わず、吸気酸素濃度センサを非活性状態にする(S3)。非活性温度は、予め設定された温度であり、例えば、600度である。
また、ECUは、エンジンの運転状態がEGR駆動領域とEGR非駆動領域との間に設けられたEGR準備領域にある場合には、吸気酸素濃度センサが半活性状態となるように、電気ヒータによって吸気酸素濃度センサを加熱する(S4)。
EGR準備領域は、エンジンの運転状態がEGR駆動領域へ遷移する前段階の領域である。エンジンの運転状態がEGR準備領域にある場合には、EGRガスは還流されない。
半活性状態は、センサ素子の温度が、活性温度よりも低く、かつ非活性温度よりも高くなる状態である。例えば、センサ素子の温度が、600度よりも高く、かつ700度よりも低い場合に、吸気酸素濃度センサは、半活性状態となる。
半活性状態におけるセンサ素子の温度は、活性状態におけるセンサ素子の温度よりも低いため、半活性状態とするために必要な電気ヒータの加熱量は、活性状態とするために必要な電気ヒータの加熱量よりも小さい。すなわち、吸気酸素濃度センサを半活性状態とすることで、吸気酸素濃度センサを活性状態に維持するよりも、電気ヒータの消費電力を低減することができる。
また、吸気酸素濃度センサが半活性状態にある場合に、電気ヒータによって吸気酸素濃度センサを加熱することで、吸気酸素濃度センサを短い時間で活性状態に遷移させることができる。そのため、エンジンの運転状態が、EGR準備領域からEGR駆動領域に遷移した場合に、吸気酸素濃度センサを短い時間で活性状態にすることができ、吸気酸素濃度センサによって正確に検出した酸素濃度に基づいて、EGR率を素早く調整することができる。
以上のとおり、実施形態では、エンジンの運転状態に応じて、吸気酸素濃度センサが、活性温度以上の活性状態、活性状態よりも温度が低い半活性状態、および半活性状態よりも温度が低い非活性状態のいずれか一つの状態となるように、電気ヒータの出力を制御する。これにより、電気ヒータによって吸気酸素濃度センサを常時加熱する場合と比較して、電気ヒータの電力消費量を低減することができる。
以下において、エンジンの構成、および電気ヒータの出力制御の詳細について説明する。なお、以下において、センサ素子の温度を、吸気酸素濃度センサの温度として記載する場合がある。
<2.全体構成の概要>
図2は、本発明の実施形態に係るエンジン1の概要を示す図である。図2に示すエンジン1は、例えば、ガソリンを燃料とし、自動車に搭載された内燃機関である。エンジン1は、EGR装置20を有している。エンジン1では、ECU50によって燃焼制御等の各種制御が行われる。なお、図2では1気筒のエンジン1を示しているが、これに限られず多気筒のエンジン1であってもよい。
図2は、本発明の実施形態に係るエンジン1の概要を示す図である。図2に示すエンジン1は、例えば、ガソリンを燃料とし、自動車に搭載された内燃機関である。エンジン1は、EGR装置20を有している。エンジン1では、ECU50によって燃焼制御等の各種制御が行われる。なお、図2では1気筒のエンジン1を示しているが、これに限られず多気筒のエンジン1であってもよい。
図2のエンジン1のシリンダ2には、吸気管3が連結され、排気管4が連結されている。吸気管3によって吸気通路が形成され、排気管4によって排気通路が形成される。
吸気管3には、吸気弁5が設けられる。吸気管3には、エアクリーナ(不図示)が設けられた吸気口7から、外部より空気(新気)が流れ込む。吸気管3には、サージタンク30が設けられる。エアクリーナとサージタンク30との間の吸気管3には、電子制御式のスロットルバルブ8が設けられる。
サージタンク30とシリンダ2との間の吸気管3には、EGRガス還流管21が接続される。また、EGRガス還流管21との接続箇所とシリンダ2との間の吸気管3には、吸気酸素濃度センサ73と、インジェクタ9とが設けられる。インジェクタ9は、吸気酸素濃度センサ73よりもシリンダ2側の吸気管3に設けられ、吸気管3内に燃料を噴射する。
排気管4には、排気弁6が設けられる。排気管4には、三元触媒装置10と、NOx吸蔵還元型三元触媒装置11とが設けられる。三元触媒装置10は、NOx吸蔵還元型三元触媒装置11よりも、シリンダ2側の排気管4に設けられる。
三元触媒装置10およびNOx吸蔵還元型三元触媒装置11は、触媒を利用することによって排気ガス中の有害成分を浄化する装置である。自動車の排気ガス中に含まれる有害成分としては、主に炭化水素、一酸化炭素、および、窒素酸化物(NOx)などが挙げられる。
三元触媒装置10やNOx吸蔵還元型三元触媒装置11では、有害成分を、たとえば、プラチナ、パラジウム、および、ロジウム等の触媒によって酸化もしくは還元させることで同時に除去することができる。
また、三元触媒装置10とNOx吸蔵還元型三元触媒装置11との間の排気管4には、EGRガス還流管21が接続される。
EGR装置20は、EGRガス還流管21と、EGRバルブ22と、EGRクーラー23とを有する。
EGRガス還流管21は、吸気管3と排気管4とを接続し、排気管4を流れる排ガスの一部をEGRガスとして吸気管3に還流させる。EGRガス還流管21によってEGRガス通路が形成される。EGRガス還流管21の一方の端部は三元触媒装置10とNOx吸蔵還元型三元触媒装置11との間の排気管4に接続し、もう一方の端部はサージタンク30とシリンダ2との間の吸気管3に接続する。
EGRバルブ22は、EGRガス還流管21に設けられる。EGRバルブ22は、ソレノイドバルブであり、ECU50からの信号に基づいてリニアソレノイド(不図示)への電流が制御されて動作し、開度が制御される。EGRバルブ22の開度を制御することで、EGRガスの還流量が制御される。EGRバルブ22の開度が大きくなると、EGRガスの還流量が多くなる。
EGRクーラー23は、EGRバルブ22よりも排気管4側のEGRガス還流管21に設けられる。EGRクーラー23は、循環される冷却水によってEGRガスを冷却する。なお、冷却水の流量は、例えば、冷却水ポンプ(不図示)などにより制御することができ、EGRガスの温度を制御することができる。
<3.ECU50の概要>
次に、ECU50について図3を用いて説明する。図3は、実施形態に係るECU50を示すブロック図である。
次に、ECU50について図3を用いて説明する。図3は、実施形態に係るECU50を示すブロック図である。
ECU50は、スロットル開度センサ70、エアフロメータ71、クランク角センサ72、吸気酸素濃度センサ73からの信号に基づいて、電気ヒータ73bの出力である通電デューティー比、およびEGRバルブ22の開度を制御する。
スロットル開度センサ70は、スロットルバルブ8(図2参照)の開度に関する信号を出力する。エアフロメータ71は、エアクリーナに設けられ、吸気の流量に関する信号を出力する。クランク角センサ72は、クランクシャフト(不図示)の回転速度、すなわちエンジン回転速度に関する信号を出力する。
吸気酸素濃度センサ73は、吸気中の酸素濃度、および吸気酸素濃度センサ73の温度に関する信号を出力する。吸気酸素濃度センサ73は、酸素濃度を検出するセンサ素子73aと、センサ素子73aを加熱する電気ヒータ73bとを有する。
電気ヒータ73bには、例えば、バッテリ(不図示)から電力が供給される。バッテリは、例えば、エンジン1の駆動力の一部を用いて駆動可能な発電機(不図示)によって発電した電力が供給され、充電される。
吸気酸素濃度センサ73は、センサ素子73aを活性温度以上とすることで、酸素濃度を正確に検出することができる活性状態となる。電気ヒータ73bは、センサ素子73aに埋め込まれている。
電気ヒータ73bへの通電デューティー比を制御することで、センサ素子73aの温度、すなわち吸気酸素濃度センサ73の温度を制御することができる。
吸気酸素濃度センサ73の温度を制御する場合、まず、センサ素子73aの温度に関するパラメータとしてセンサ素子73aのインピーダンスが検出される。そして、センサ素子73aの目標温度に対応する目標インピーダンスと、センサ素子73aの実際の温度に対応する実インピーダンスとの差に基づいて、電気ヒータ73bへの通電デューティー比が制御される。これにより、吸気酸素濃度センサ73の温度が制御される。なお、センサ素子73aのインピーダンスは、センサ素子73aの温度が高くなるほど、小さくなる。
ECU50は、回転速度検出部51と、アイドルON判定部52と、フューエルカット判定部(以下、FC判定部という。)53と、負荷率算出部54と、目標EGR率設定部55と、インピーダンス設定部56と、インピーダンス検出部57と、酸素濃度検出部58と、EGR率算出部59と、EGR率フィードバック実行判定部(以下、EGR率FB実行判定部という。)60と、ヒータ制御部61と、バルブ制御部62とを備える。
ECU50は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力(I/O)ポート、および、AD変換部などを有し、これらはバスによって互いに接続される。
CPUは、ROMに記憶されているプログラムを読み出し、RAMを作業領域としてプログラムを実行する。これにより、ECU50は、回転速度検出部51、アイドルON判定部52、ヒータ制御部61、バルブ制御部62など機能を発揮する。なお、各部の少なくともいずれか一部または全部をハードウェアのみで構成することもできる。また、各部を統合し、または分割してもよい。また、ECU50を複数のコントロールユニットによって構成してもよい。
回転速度検出部51は、クランク角センサ72からの信号に基づいて、エンジン回転速度を検出する。
アイドルON判定部52は、スロットル開度センサ70からの信号に基づいて、エンジン1の状態がアクセルペダル(不図示)の踏み込みが無いアイドルON状態であるかどうか判定する。運転者によりアクセルペダルが踏み込まれていない場合には、スロットルバルブ8の開度は所定の低開度となっている。したがって、アイドルON判定部52は、スロットルバルブ8の開度が所定の低開度となっている場合には、エンジン1の状態がアイドルON状態であると判定する。
FC判定部53は、アイドルON判定部52による判定結果と、回転速度検出部51によって検出したエンジン回転速度とに基づいて、エンジン1の状態が走行中に燃料の噴射を停止するフューエルカットが実行されるフューエルカット状態であるかどうか判定する。フューエルカットは、エンジン1の状態がアイドルON状態であり、かつエンジン回転速度が所定回転速度よりも大きい場合に実行される。所定回転速度は、予め設定された回転速度であり、フューエルカットを実行する下限回転速度であり、アイドル回転速度よりも大きい。
FC判定部53は、エンジン1の状態がアイドルON状態であり、かつエンジン回転速度が所定回転速度よりも大きい場合に、エンジン1の状態がフューエルカット状態であると判定する。
FC判定部53は、エンジン1の状態がアイドルON状態ではない、またはエンジン回転速度が所定回転速度以下である場合に、エンジン1の状態がフューエルカット状態ではないと判定する。
なお、フューエルカットは、上記条件に限られず、エンジン1を冷却する冷却水の温度などの条件を考慮して実行、または停止されてもよい。その場合、FC判定部53は、各条件に応じて、エンジン1の状態がフューエルカット状態であるかどうか判定する。
負荷率算出部54は、エアフロメータ71からの信号に基づいて吸気流量を検出し、吸気流量に基づいて、エンジン負荷率を算出する。負荷率算出部54は、例えば、エンジン1において1回の燃焼サイクルが行われる際にシリンダ2(燃焼室)に吸入される吸気の量である吸入空気量をシリンダ2の容量で除算することによってエンジン負荷率を算出する。
インピーダンス設定部56は、負荷率算出部54によって算出されたエンジン負荷率と、回転速度検出部51によって検出されたエンジン回転速度と、アイドルON判定部52の判定結果とに基づいて目標インピーダンスを設定する。
具体的には、インピーダンス設定部56は、エンジン1の状態がアイドルON状態である場合には、目標インピーダンスを、電気ヒータ73bがOFFにされ、電気ヒータ73bによって加熱されていない場合のセンサ素子73aのインピーダンスに設定する。インピーダンス設定部56は、例えば、目標インピーダンスを電気ヒータ73bによる加熱の影響がなくなった場合のセンサ素子73aのインピーダンスに設定する。以下において、このインピーダンスを「OFF値」という。OFF値は、電気ヒータ73bをOFFにするための値である。
アイドルON状態では、EGRガスは還流されないので、吸気酸素濃度センサ73によって酸素濃度を検出する必要がない。そのため、アイドルON状態の場合には、電気ヒータ73bをOFFにするために、目標インピーダンスをOFF値に設定する。これにより、電気ヒータ73bの消費電力量を低減することができる。
インピーダンス設定部56は、エンジン1の状態がアイドルON状態ではない場合には、エンジン負荷率、およびエンジン回転速度によって定まるエンジンの運転状態に基づいて、目標インピーダンスを設定する。
この場合、インピーダンス設定部56は、まず、図4に示すマップに基づいてエンジン1の運転状態が、EGR駆動領域、EGR準備領域、およびEGR非駆動領域のうちどの領域にあるか判定する。図4は、エンジン負荷率と、エンジン回転速度と、エンジン1の運転状態との関係を示すマップである。なお、実際には、EGR駆動領域、およびEGR準備領域は、直線で囲まれた領域ではないが、図4では、EGR駆動領域、およびEGR準備領域を説明のために、直線で囲まれた矩形の領域としている。
そして、インピーダンス設定部56は、エンジン1の運転状態に応じて目標インピーダンスを設定する。
インピーダンス設定部56は、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にある場合には、吸気酸素濃度センサ73を活性状態とするために、目標温度を、活性温度よりも高い温度、例えば750度に設定し、目標インピーダンスを、この目標温度に対応する本活性値に設定する。センサ素子73aの実インピーダンスが本活性値になると、吸気酸素濃度センサ73が活性温度よりも高い温度に維持され、吸気酸素濃度センサ73が活性状態で安定していると判定することができる。本活性値は、吸気酸素濃度センサ73が活性状態で安定していると判定可能な値である。
また、インピーダンス設定部56は、エンジン1の運転状態がEGR準備領域にあり、EGRバルブ22の開度を学習する学習中ではない場合には、吸気酸素濃度センサ73を半活性状態にするために、目標温度を、活性温度よりも低く、かつ非活性温度よりも高い温度、例えば、650度に設定し、目標インピーダンスを、この目標温度に対応する半活性値に設定する。EGRバルブ22の開度を学習については後述する。
半活性値は、エンジン1の運転状態がEGR準備領域からEGR駆動領域へ遷移した場合に、吸気酸素濃度センサ73の温度を素早く活性温度以上とすることができる温度に対応する値である。
エンジン1の運転状態がEGR準備領域にあり、EGRバルブ22の開度を学習する学習中ではない場合には、吸気酸素濃度センサ73を半活性状態にすることで、吸気酸素濃度センサ73を活性状態に維持する場合よりも、電気ヒータ73bの消費電力量を低減することができる。また、EGR準備領域からEGR駆動領域へ遷移した場合に、吸気酸素濃度センサ73を素早く活性状態にすることができる。
また、インピーダンス設定部56は、エンジン1の運転状態がEGR準備領域にあり、EGRバルブ22の開度を学習する学習中である場合には、吸気酸素濃度センサ73を本活性状態にするために、目標インピーダンスを本活性値に設定する。このように、目標インピーダンスを本活性値に設定することで、詳しくは後述するが、EGRバルブ22の開度の学習を素早く完了させることができる。
また、インピーダンス設定部56は、エンジン1の運転状態がEGR非駆動領域にある場合には、電気ヒータ73bをOFFにし、吸気酸素濃度センサ73を非活性状態とするため、アイドルON状態である場合と同様に、目標インピーダンスをOFF値に設定する。これにより、電気ヒータ73bの消費電力量を低減することができる。
インピーダンス検出部57は、吸気酸素濃度センサ73の信号から現在のセンサ素子73aのインピーダンスである実インピーダンスを検出する。
ヒータ制御部61は、ヒータ出力設定部61aと、ヒータ出力部61bとを備える。
ヒータ出力設定部61aは、インピーダンス設定部56によって設定された目標インピーダンスと、インピーダンス検出部57によって検出された実インピーダンスとに基づいて、電気ヒータ73bへの通電デューティー比を設定する。
具体的には、ヒータ出力設定部61aは、目標インピーダンスと実インピーダンスとに基づいてフィードバック制御を実行し、通電デューティー比を設定する。通電デューティー比は、目標インピーダンスが小さくなるほど、すなわち目標温度が高くなるほど、単位時間当たりのONの割合が大きくなるように設定される。目標インピーダンスがOFF値の場合には、通電ディーティー比のONの割合はゼロである。
ヒータ出力部61bは、ヒータ出力設定部61aによって設定された通電デューティー比を電気ヒータ73bに出力し、電気ヒータ73bによるセンサ素子73aの温度を制御し、吸気酸素濃度センサ73の温度を制御する。
目標EGR率設定部55は、エンジン1の運転状態に基づいて目標EGR率を設定する。具体的には、目標EGR率設定部55は、エンジン1の運転状態が、EGR準備領域、またはEGR非駆動領域にある場合に、EGRガスが吸気管3に還流しないように、目標EGR率をゼロに設定する。
また、目標EGR率設定部55は、エンジン1の運転状態が、EGR駆動領域にある場合、エンジン1の各運転状態に応じて目標EGR率を設定する。目標EGR率は、複数の値が設定されており、目標EGR率設定部55は、エンジン1の各運転状態に応じた目標EGR率を設定する。
EGR率FB実行判定部60は、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にある場合に、目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値に基づいて、EGR率のフィードバック制御(以下、EGR率FB制御という。)を実行するかどうか判定する。EGR率FB制御では、目標EGR率と実EGR率とに基づいて、EGRバルブ22の開度がフィードバック制御される。
EGR率FB実行判定部60は、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にあり、目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値が所定値以下である場合に、EGR率FB制御を実行すると判定する。所定値は、予め設定された値であり、吸気酸素濃度センサ73の温度が十分に高くなり、吸気酸素濃度センサ73が活性状態で安定していると判定できる値である。
EGR率FB実行判定部60は、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にあり、目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値が所定値よりも大きい場合に、EGR率FB制御を実行しないと判定する。
目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値が所定値よりも大きい場合には、吸気酸素濃度センサ73の温度が十分に高くなっておらず、吸気酸素濃度センサ73が活性状態で安定していない。
そのような状態で、EGR率FB制御を実行すると、実EGR率が目標EGR率とはならず、燃費を悪化させるおそれがある。そのため、吸気酸素濃度センサ73が活性状態で安定してない場合には、EGR率FB制御によってEGRバルブ22の開度は設定されず、詳しく後述するが、EGRバルブ22の開度は所定開度に設定される。
酸素濃度検出部58は、吸気酸素濃度センサ73からの信号に基づいて、吸気の酸素濃度を検出する。
EGR率算出部59は、酸素濃度検出部58によって検出した吸気の酸素濃度に基づいて、実EGR率を算出する。EGR率算出部59は、吸気の酸素濃度と新気(大気)の酸素濃度との差を、新気の酸素濃度で除算することで実EGR率を算出する。新気の酸素濃度は、予め設定された値である。
バルブ制御部62は、学習部62aと、開度設定部62bと、バルブ開度出力部62cとを備える。
学習部62aは、目標EGR率に対する、EGRバルブ22の公差、経年劣化などに起因する実EGR率のずれ、すなわちEGRバルブ22の開度のずれを補正するために、EGRバルブ22の所定開度の学習を行う。所定開度は、目標EGR率に応じて設定され、所定開度の初期値は、各目標EGR率に応じて予め設定されている。また、学習が行われることで、各目標EGR率に応じた所定開度が更新される。
学習部62aは、更新条件を満たすとEGRバルブ22の所定開度を更新すると判定し、学習を開始する。
更新条件は、例えば、走行距離が予め設定された所定距離となった場合や、実EGR率が目標EGR率に収束するまでの時間が予め設定された所定時間よりも長くなった場合である。所定距離は、学習が複数回行われるように複数設定される。更新条件のみが満たされると、EGRバルブ22の開度の学習中の状態となる。
学習部62aは、学習中に、学習条件を満たすとEGRバルブ22の所定開度を更新し、学習を完了する。
学習条件は、例えば、吸気酸素濃度センサ73が活性状態で安定しており、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域の所定目標EGR率となる領域にあり、実EGR率が所定目標EGR率となるタイミングである。所定目標EGR率は、予め設定された値である。なお、所定目標EGR率はEGR駆動領域において、複数設定されてもよい。学習を同一の条件で行うことで、所定開度の学習を正確に行うことができる。
学習部62aは、学習条件を満たす場合に、実EGR率が所定目標EGR率となった場合のEGRバルブ22の開度に基づいてEGRバルブ22の所定開度を更新する。
学習部62aは、更新された所定目標EGR率におけるEGRバルブ22の所定開度に基づいて、各目標EGR率に対応するEGRバルブ22の所定開度をそれぞれ更新する。
開度設定部62bは、目標EGR率設定部55によって設定された目標EGR率と、EGR率算出部59によって算出された実EGR率と、EGR率FB実行判定部60による判定結果と、FC判定部53による判定結果とに基づいて、EGRバルブ22の開度を設定する。
開度設定部62bは、フューエルカット状態である場合には、EGRバルブ22の開度を最大にし、EGRバルブ22を全開にする。フューエルカットを実行している場合には、EGRバルブ22を全開とし、三元触媒装置10(図2参照)を通過した後の排気ガスの一部であるEGRガスの還流量を多くすることで、吸気酸素濃度センサ73の温度が低下することを抑制することができる。なお、EGRバルブ22を全開にすることには、EGRバルブ22の開度を全開近傍の開度とすることが含まれる。
開度設定部62bは、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にあり、EGR率FB実行判定部60によってEGR率FB制御を実行しないと判定された場合には、EGRバルブ22の開度を、目標EGR率に応じた所定開度に設定する。
また、開度設定部62bは、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にあり、EGR率FB実行判定部60によってEGR率FB制御を実行すると判定された場合には、実EGR率が目標EGR率となるようにEGR率FB制御によってEGRバルブ22の開度を設定する。
EGRバルブ22の開度が、目標EGR率に応じた所定開度に設定された場合でも、エンジン1の運転状態によっては、実EGR率が目標EGR率に一致しない場合もある。
そこで、開度設定部62bは、目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値が所定値以下となり、吸気酸素濃度センサ73が活性状態に安定すると、実EGR率が、目標EGR率となるように、EGRバルブ22の開度をフィードバック制御により設定する。これにより、実EGR率を目標EGR率とし、EGRガスの流量を正確に制御することができ、燃焼状態を目標とする状態にすることができる。そのため、燃費を向上させることができる。
バルブ開度出力部62cは、開度設定部62bによって設定された開度となるようにEGRバルブ22の制御信号を出力し、EGRバルブ22の開度を制御する。
<4.電気ヒータ出力制御>
次に、電気ヒータ73bの出力制御について、図5のフローチャートを参照して説明する。図5は、電気ヒータ73bの出力制御を説明するフローチャートである。
次に、電気ヒータ73bの出力制御について、図5のフローチャートを参照して説明する。図5は、電気ヒータ73bの出力制御を説明するフローチャートである。
ステップS100では、アイドルON判定部52は、エンジン1の状態がアイドルON状態であるかどうか判定する。エンジン1の状態がアイドルON状態である場合には、処理はステップS101に進み、エンジン1の状態がアイドルON状態ではない場合には、処理はステップS104に進む。
ステップS101では、FC判定部53は、エンジン1の状態がフューエルカット状態であるかどうか判定する。エンジン1の状態がフューエルカット状態である場合には、処理はステップS102に進み、エンジン1の状態がフューエルカット状態ではない場合には、処理はステップS103に進む。
ステップS102では、バルブ制御部62は、EGRバルブ22の開度を最大にし、EGRバルブ22を全開にする。
ステップS103では、ヒータ制御部61は、電気ヒータ73bをOFFにする。
ステップS104では、インピーダンス設定部56は、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にあるかどうか判定する。エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にある場合には、処理はステップS105に進む。エンジン1の運転状態がEGR準備領域、またはEGR非駆動領域にある場合には、処理はステップS110に進む。
ステップS105では、インピーダンス設定部56は、目標インピーダンス(It)を本活性値に設定する。
ステップS106では、インピーダンス検出部57は、実インピーダンス(Ia)を検出する。
ステップS107では、EGR率FB実行判定部60は、目標インピーダンス(It)と実インピーダンス(Ia)との差の絶対値を算出し、算出した絶対値が所定値以下であるかどうか判定する。算出された絶対値が所定値以下の場合には、処理はステップS108に進み、算出された絶対値が所定値よりも大きい場合には、処理はステップS109に進む。
ステップS108では、目標EGR率設定部55は、目標EGR率を設定し、EGR率算出部59は、実EGR率を算出する。そして、バルブ制御部62は、EGR率FB制御を実行し、EGRバルブ22の開度を制御する。
ステップS109では、目標EGR率設定部55は、目標EGR率を設定する。そして、バルブ制御部62は、EGR率FB制御を実行せずに、EGRバルブ22の開度を目標EGR率に応じた所定開度に設定し、EGRバルブ22の開度を制御する。
ステップS110では、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域ではないので、バルブ制御部62は、EGR率FB制御を実行している場合には、EGR率FB制御を終了する。
ステップS111では、インピーダンス設定部56は、エンジン1の運転状態がEGR準備領域にあるかどうか判定する。エンジン1の運転状態がEGR準備領域にある場合には、処理はステップS112に進み、エンジン1の運転状態がEGR準備領域にない場合、すなわちEGR非駆動領域にある場合には、処理はステップS117に進む。
ステップS112では、バルブ制御部62は、EGRバルブ22の開度の学習が完了しているかどうか判定する。具体的には、バルブ制御部62は、更新条件を満たした後、学習条件を満たし、EGRバルブ22の所定開度を更新したかどうか判定する。更新条件を満たした後に所定開度が更新され、学習中ではなく、EGRバルブ22の開度の学習が完了している場合には、処理はステップS113に進む。一方、更新条件を満たした後に所定開度が更新されておらず、学習中であり、EGRバルブ22の開度の学習が完了していない場合には、処理はステップS114に進む。
ステップS113では、インピーダンス設定部56は、目標インピーダンス(It)を半活性値に設定する。
ステップS114では、インピーダンス設定部56は、目標インピーダンス(It)を本活性値に設定する。
ステップS115では、インピーダンス検出部57は、実インピーダンス(Ia)を検出する。
ステップS116では、ヒータ制御部61は、実インピーダンス(Ia)が目標インピーダンス(It)となるように、電気ヒータ73bへの通電デューティー比を設定し、フィードバック制御を実行し、電気ヒータ73bによって吸気酸素濃度センサ73の温度を制御する。
ステップS117では、ヒータ制御部61は、電気ヒータ73bをOFFにする。
次に、電気ヒータ73bの出力制御について、図6のタイムチャートを参照して説明する。図6は、電気ヒータ73bの出力制御を説明するタイムチャートである。
ここでは、学習部62aによる学習中ではなく、EGRバルブ22の所定開度が更新されたものとする。なお、更新前のEGRバルブ22の所定開度を説明のために点線で示す。また、実EGR率が目標EGR率に対し遅れや、ずれなどが生じないものとし、単にEGR率として説明する。
時間t0以前では、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域にあり、一定の状態に維持されており、EGR率も一定の値に維持されている。また、目標インピーダンス、および実インピーダンスは本活性値となっている。
時間t0において、例えば、エンジン負荷率が小さくなり、これに伴いエンジン1の運転状態がEGR駆動領域からEGR準備領域に向けて変化する。また、エンジン1の運転状態が変化することで、EGR率が小さくなる。そのため、EGRバルブ22の開度が小さくなる。
時間t1において、エンジン1の運転状態がEGR準備領域になると、EGRガスを還流させないので、EGR率がゼロになり、EGRバルブ22の開度がゼロ、すなわちEGRバルブ22が全閉される。また、吸気酸素濃度センサ73を半活性状態にするため、目標インピーダンスが、本活性値よりも大きい半活性値に設定される。これにより、電気ヒータ73bの通電デューティー比が小さくなり、電気ヒータ73bによる加熱量が小さくなるので、吸気酸素濃度センサ73の温度が低くなり、実インピーダンスが徐々に大きくなる。
時間t2において、エンジン1の状態がフューエルカット状態になり、エンジン1の運転状態がEGR非駆動領域になると、吸気酸素濃度センサ73を非活性状態にするため、目標インピーダンスは、OFF値に設定される。そのため、電気ヒータ73bの通電デューティー比がゼロになり、電気ヒータ73bはOFFになる。また、EGRバルブ22の開度が最大、すなわちEGRバルブ22が全開になり、EGRガスが還流される。
エンジン1の運転状態に関わらず、吸気酸素濃度センサ73を常に活性状態とする比較例の通電デューティー比を点線で示す。実施形態では、エンジン1の運転状態に応じて吸気酸素濃度センサ73を半活性状態、非活性状態とすることで、比較例よりも電気ヒータ73bの電力消費量を低減することができる。
なお、時間t2においてEGRバルブ22を開かず、EGRガスを還流させない比較例の実インピーダンス、すなわち吸気酸素濃度センサ73の温度の変化を、時間t2以降において二点鎖線で示す。
比較例では、EGRガスが還流されないので、吸気酸素濃度センサ73の温度が、実施形態の吸気酸素濃度センサ73よりも低くなり、比較例の実インピーダンスは実施形態の実インピーダンスよりも大きくなる。
時間t3において、例えば、アクセルペダルが踏み込まれると、フューエルカットを終了し、EGRバルブ22の開度をゼロにする。なお、エンジン1の運転状態は、EGR非駆動領域にある。
時間t4において、エンジン1の運転状態がEGR準備領域になると、吸気酸素濃度センサ73を半活性状態にするため、目標インピーダンスを半活性値に設定し、電気ヒータ73bの通電デューティー比を大きくする。これにより、吸気酸素濃度センサ73のセンサ素子73aが電気ヒータ73bにより加熱され、実インピーダンスが小さくなる。
時間t5において、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域になると、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ22の開度を大きくし、EGR率を大きくする。また、吸気酸素濃度センサ73を活性状態にするため、目標インピーダンスを本活性値に設定し、電気ヒータ73bの通電デューティー比を大きくする。これにより、吸気酸素濃度センサ73のセンサ素子73aが電気ヒータ73bにより加熱され、実インピーダンスが小さくなる。
ここでは、目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値が所定値よりも大きく、EGR率FB制御は実行されていない。
時間t6において、目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値が所定値以下になると、EGR率FB制御を実行する。
比較例では、フューエルカットを行っている間にEGRガスを還流させないので、その間に吸気酸素濃度センサ73の温度が低くなる。そのため、その後、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域となった場合に、目標インピーダンスと実インピーダンスとの差の絶対値が所定値以下となるまでの時間が長くなり、時間t7において所定値以下となり、時間t7においてEGR率FB制御が実行される。比較例におけるEGR率FB制御の状態を点線で示す。
実施形態は、フューエルカット状態になると、EGRバルブ22を全開にすることで、その後に、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域になった場合に、比較例よりもEGR率FB制御を早く開始することができ、燃費を向上させることができる。
<5.効果>
エンジン1の運転状態に応じて、吸気酸素濃度センサ73を、活性温度以上の状態となる活性状態、活性状態よりも温度が低い半活性状態、および半活性状態よりも温度が低い非活性状態のうちいずれか一つの状態となるように電気ヒータ73bの通電デューティー比を制御する。これにより、吸気酸素濃度センサ73が常に活性状態となるように電気ヒータ73bで加熱する場合と比較して、電気ヒータ73bの電力消費量を低減することができる。
エンジン1の運転状態に応じて、吸気酸素濃度センサ73を、活性温度以上の状態となる活性状態、活性状態よりも温度が低い半活性状態、および半活性状態よりも温度が低い非活性状態のうちいずれか一つの状態となるように電気ヒータ73bの通電デューティー比を制御する。これにより、吸気酸素濃度センサ73が常に活性状態となるように電気ヒータ73bで加熱する場合と比較して、電気ヒータ73bの電力消費量を低減することができる。
また、電気ヒータ73bの電力消費量を低減することで、エンジン1の駆動力の一部を用いて駆動される発電機の駆動時間を短くし、エンジン1の燃費を向上させることができる。
エンジン1の運転状態がアイドルON状態の場合には、吸気酸素濃度センサ73が非活性状態となるように電気ヒータ73bをOFFにする。これにより、電気ヒータ73bの電力消費量を低減することができる。またエンジン1の燃費を向上させることができる。
フューエルカットを実行している場合には、EGRバルブ22を全開にすることで、新気よりも温度が高いEGRガスを還流させて、吸気酸素濃度センサ73の温度が低下することを抑制することができる。これにより、その後に、吸気酸素濃度センサ73を活性状態とする際に、吸気酸素濃度センサ73の温度が高い状態から、吸気酸素濃度センサ73を活性状態にすることができ、電気ヒータ73bの電力消費量を低減することができ、エンジン1の燃費を向上させることができる。また、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域となった場合に、吸気酸素濃度センサ73を素早く活性状態とすることができ、EGR率FB制御を素早く開始することができ、エンジン1の燃費を向上させることができる。
エンジン1の運転状態がEGR非駆動領域にある場合、吸気酸素濃度センサ73が非活性状態となるように電気ヒータ73bをOFFにする。これにより、電気ヒータ73bの電力消費量を低減することができる。また、エンジン1の燃費を向上させることができる。
エンジン1の運転状態がEGR準備領域にある場合、吸気酸素濃度センサ73が半活性状態となるように電気ヒータ73bの通電ディーティー比を制御する。これにより、電気ヒータ73bの電力消費量を低減しつつ、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域となった場合に、吸気酸素濃度センサ73を素早く活性状態とすることができ、EGR率FB制御を素早く開始することができ、エンジン1の燃費を向上させることができる。
EGRバルブ22の開度の学習中ではなく、かつエンジン1の運転状態がEGR準備領域である場合、吸気酸素濃度センサ73が半活性状態となるように電気ヒータ73bの通電デューティー比を制御する。これにより、電気ヒータ73bの電力消費量を低減しつつ、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域となった場合に、吸気酸素濃度センサ73を素早く活性状態とすることができ、EGR率FB制御を素早く開始することができ、エンジン1の燃費を向上させることができる。
また、EGRバルブ22の開度の学習中であり、かつエンジン1の運転状態がEGR準備領域である場合、吸気酸素濃度センサ73が活性状態となるように電気ヒータ73bの通電ディーティー比を制御する。これにより、エンジン1の運転状態が、EGR準備領域からEGR駆動領域に変わった際には、吸気酸素濃度センサ73の温度が既に活性状態になっているため、EGRバルブ22の開度の学習を素早く行うことができる。
<6.変形例>
上記実施形態では、EGRガス還流管21を三元触媒装置10とNOx吸蔵還元型三元触媒装置11との間の排気管4に接続したが、シリンダ2と三元触媒装置10との間の排気管4に接続してもよい。
上記実施形態では、EGRガス還流管21を三元触媒装置10とNOx吸蔵還元型三元触媒装置11との間の排気管4に接続したが、シリンダ2と三元触媒装置10との間の排気管4に接続してもよい。
また、エンジン1は、ターボ過給機などの過給機を有してもよく、過給機を有するエンジン1に上記実施形態の電気ヒータ73bの出力制御を適用してもよい。
なお、フューエルカット状態でEGRバルブ22を全開にし、EGRガスを還流させる場合には、EGRクーラー23(図2参照)によるEGRガスの冷却を低減し、または冷却せずに還流させてもよい。
これにより、吸気酸素濃度センサ73の温度が低くなることを抑制し、エンジン1の運転状態がEGR駆動領域になり、吸気酸素濃度センサ73を活性状態とする際に、吸気酸素濃度センサ73の温度が高い状態から、吸気酸素濃度センサ73を活性状態にすることができ、電気ヒータ73bの電力消費量を低減することができる。また、吸気酸素濃度センサ73を素早く活性状態とすることができ、EGR率FB制御を素早く開始することができ、エンジン1の燃費を向上させることができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 エンジン
3 吸気管
4 排気管
22 EGRバルブ
50 ECU
56 インピーダンス設定部(運転状態検出部)
61 ヒータ制御部(出力制御部)
62 バルブ制御部(開度制御部)
62a 学習部
73 吸気酸素濃度センサ
73b 電気ヒータ(ヒータ)
3 吸気管
4 排気管
22 EGRバルブ
50 ECU
56 インピーダンス設定部(運転状態検出部)
61 ヒータ制御部(出力制御部)
62 バルブ制御部(開度制御部)
62a 学習部
73 吸気酸素濃度センサ
73b 電気ヒータ(ヒータ)
Claims (6)
- エンジンの運転状態を検出する運転状態検出部と、
排気ガスの一部がEGRガスとして吸気通路に還流された吸気の酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサを加熱するヒータの出力を制御する出力制御部と、
を備え、
前記出力制御部は、
前記エンジンの運転状態に応じて、前記吸気酸素濃度センサが、活性温度以上の状態となる活性状態、前記活性状態よりも温度が低い半活性状態、および前記半活性状態よりも温度が低い非活性状態のうちいずれか一つの状態となるように前記ヒータの出力を制御する
ことを特徴とするエンジン制御装置。 - 前記出力制御部は、
アクセルペダルが踏み込まれていない場合、前記吸気酸素濃度センサが前記非活性状態となるように前記ヒータをOFFにする
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置。 - 走行中に前記エンジンへの燃料噴射を停止するフューエルカットを実行する場合、前記EGRガスを前記吸気通路に還流させるEGR通路に設けられたEGRバルブを全開とする開度制御部
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のエンジン制御装置。 - 前記出力制御部は、
前記エンジンの運転状態が前記EGRガスを前記吸気通路に還流させないEGR非駆動領域にある場合、前記吸気酸素濃度センサが前記非活性状態となるように前記ヒータをOFFにする
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のエンジン制御装置。 - 前記出力制御部は、
前記エンジンの運転状態が前記EGRガスを前記吸気通路に還流させるEGR駆動領域と前記EGR非駆動領域との間の移行領域であるEGR準備領域にある場合、前記吸気酸素濃度センサが前記半活性状態となるように前記ヒータの出力を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のエンジン制御装置。 - 前記吸気酸素濃度センサによって検出した前記吸気の酸素濃度に基づいて、前記EGRガスを前記吸気通路に還流させるEGR通路に設けられたEGRバルブの開度を学習する学習部
を備え、
前記出力制御部は、
前記EGRバルブの開度の学習中ではなく、かつ前記エンジンの運転状態が前記EGR準備領域にある場合、前記吸気酸素濃度センサが前記半活性状態となるように前記ヒータの出力を制御し、
前記EGRバルブの開度の学習中であり、かつ前記エンジンの運転状態が前記EGR準備領域にある場合、前記吸気酸素濃度センサが前記活性状態となるように前記ヒータの出力を制御する
ことを特徴とする請求項5に記載のエンジン制御装置。
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