JP2018105203A

JP2018105203A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2018105203A
Application number: JP2016251498A
Authority: JP
Inventors: 猛松本; Takeshi Matsumoto
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-07-05

Abstract

【課題】吸気のＥＧＲ率を増大させる過渡期において、ＥＧＲガスが実際に気筒に流入するタイミングを的確に検知する。【解決手段】排気通路の所定箇所と吸気通路の所定箇所とを連通させるＥＧＲ通路及びこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲバルブを備えたＥＧＲ装置が付帯する内燃機関を制御するものであって、吸気通路に対するＥＧＲ通路の接続箇所の近傍、または吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所よりも下流側に設置されたセンサを介して当該設置箇所における吸気の温度を検出することを通じ、ＥＧＲバルブの開度の拡大後吸気に混交されるＥＧＲガスの吸気に占める割合が増大するタイミングを知得する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図１

Description

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

外部ＥＧＲ装置は、排気通路の所定箇所と吸気通路の所定箇所とをＥＧＲ通路により接続し、排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流させて吸気に混交するものである（例えば、下記特許文献を参照）。ＥＧＲにより、気筒の燃焼室内における混合気の燃焼温度を低下させ、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ことができる。加えて、燃焼温度の低下により、ノッキングのような異常燃焼が惹起されるリスクが低下するので、点火タイミングをより進角してＭＢＴ（ＭｉｎｉｍｕｍａｄｖａｎｃｅｆｏｒＢｅｓｔＴｏｒｑｕｅ）に近づけ、熱機械変換効率を向上させることが可能となる。

気筒に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率の制御には、どうしても遅れやばらつきが発生する。即ち、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブの開度を拡大する操作を行っても、即時に気筒に流入するＥＧＲガスの量が増大するとは限らない。吸気のＥＧＲ率を増大させる過渡期において、気筒に充填される吸気の実際のＥＧＲ率は不明である。

そのような過渡期に点火タイミングを大きく進角すると、ＥＧＲ率が想定よりも低かった場合にノッキングのような異常燃焼を招いてしまう。そこで、従来は、過渡期において、ＥＧＲバルブを目標開度までゆっくりと開きつつ、点火タイミングの進角量を安全余裕を持たせて抑制している。

しかしながら、点火タイミングの進角量が小さくなる分、熱機械変換効率ひいては燃費性能が低下することは否めない。

特開２０１６−１８０３４２号公報

本発明は、吸気のＥＧＲ率を増大させる過渡期において、ＥＧＲガスが実際に気筒に流入するタイミングを的確に検知することを所期の目的とする。

本発明では、排気通路の所定箇所と吸気通路の所定箇所とを連通させるＥＧＲ通路及びこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲバルブを備えたＥＧＲ装置が付帯する内燃機関を制御するものであって、吸気通路に対するＥＧＲ通路の接続箇所の近傍、または吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所よりも下流側に設置されたセンサを介して当該設置箇所における吸気の温度を検出することを通じ、ＥＧＲバルブの開度の拡大後吸気に混交されるＥＧＲガスの吸気に占める割合が増大するタイミングを知得する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、吸気のＥＧＲ率を増大させる過渡期において、ＥＧＲガスが実際に気筒に流入するタイミングを的確に検知することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。同実施形態の制御装置が実施する制御の内容を説明するタイミング図。本発明の変形例の一における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。本発明の変形例の一における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。

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。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

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、図１は模式図であるためそのように表されてはいないが、サージタンク３３と吸気マニホルド３４とは一体化していることがあり、また、吸気マニホルド３４の管路長が顕著に短くサージタンク３３が各気筒１の吸気ポートにほぼ直結していることもあり得る。

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ことで生じる排気を各気筒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の下流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部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。本実施形態において、吸気通路３に対するＥＧＲ通路２１の接続箇所、即ちＥＧＲ通路２１の出口は、サージタンク３３または吸気マニホルド３４に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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。

ＥＣＵ０の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クランク角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（いわば、内燃機関に要求されるエンジン負荷）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、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ｄ、サージタンク３３内の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧一体型センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、ＥＧＲ通路２１の出口の近傍に設置され当該設置箇所における吸気の温度を検出する温度センサ３５から出力される吸気温信号ｆ、吸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、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号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、点火タイミング、要求ＥＧＲ率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を出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の運転領域［エンジン回転数，エンジン負荷率（充填効率、または、アクセル開度、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気（新気）量若しくは燃料噴射量）］、吸気温及び大気圧等に応じて、所望のＥＧＲ率を実現できるようなＥＧＲバルブ２３の開度を求め、ＥＧＲバルブ２３をその開度に操作する。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の運転領域、吸気温及び大気圧等と、ＥＧＲバルブ２３の目標開度との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の内燃機関の運転領域、吸気温及び大気圧等をキーとして当該マップを検索して、具現するべきＥＧＲバルブ２３の目標開度を知得する。そして、ＥＧＲバルブ２３をその目標開度に追従させるように操作する。

さらに、ＥＣＵ０は、気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率に応じて、点火タイミングを調整する。基本的には、吸気のＥＧＲ率が高いほど、気筒１の燃焼室内における燃焼温度が低下して異常燃焼の発生リスクが低下することから、点火タイミングを進角する。尤も、点火タイミングをＭＢＴを超えて進角することはない。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、ＥＧＲバルブ２３の開度を拡大する（閉止していたＥＧＲバルブ２３を開弁することを含む）操作を行った後に、点火タイミングを進角させるタイミングを、ＥＧＲバルブ２３よりも下流側に位置する温度センサ３５を介して検出される吸気の温度上昇に基づいて決定する。

気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率の制御には遅れが発生する。排気通路４と吸気通路３とを繋ぐＥＧＲ通路２１は長く、ＥＧＲバルブ２３から気筒１に至るまでの管路にＥＧＲガスが満ちているか否かはその時々で異なる。そして、ＥＧＲバルブ２３を開いてから気筒１に必要量のＥＧＲガスが流入するようになるまでに要する時間も、機会毎にばらつく。実際に気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率が想定よりも低いにもかかわらず、点火タイミングを大きく進角してしまうと、気筒１において異常燃焼を惹起するおそれがある。

一方で、排気通路４から吸気通路３に向けて還流するＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲクーラ２２によって冷却された後も依然として高温である。それ故、ＥＧＲバルブ２３を開いた後、ＥＧＲガスが気筒１に流入する状態となる前と後とでは、ＥＧＲ通路２１の出口の近傍に設置された温度センサを介して検出される吸気の温度が大きく変化（上昇）するはずである。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、現在の内燃機関の運転領域等に見合った要求ＥＧＲ率を達成するべくＥＧＲバルブ２３の開度を拡大させ始めた時点ｔ₀後、即座に点火タイミングの進角量を増加させるのではなく、温度センサ３５を介して検出される吸気の温度が上昇を始めた時点ｔ₁から、点火タイミングの進角量を増加させ始めるようにしている。温度センサ３５を介して検出される吸気の温度が上昇を始めた時点ｔ₁は、気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率が実際に増大し始めるタイミングであると考えることができる。時点ｔ₀から時点ｔ₁までの間の期間は、ＥＧＲバルブ２３を開いたものの未だ気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率が増大しない遅れ期間であるので、この期間中はＥＧＲバルブ２３の開度の拡大に合わせて点火タイミングを進角させることをしない。

本実施形態では、排気通路４の所定箇所と吸気通路３の所定箇所とを連通させるＥＧＲ通路２１及びこのＥＧＲ通路２１を開閉し得るＥＧＲバルブ２３を備えたＥＧＲ装置２が付帯する内燃機関を制御するものであって、吸気通路３に対するＥＧＲ通路２１の接続箇所の近傍に設置されたセンサ３５を介して当該設置箇所における吸気の温度を検出することを通じ、ＥＧＲバルブ２３の開度の拡大後吸気に混交されるＥＧＲガスの吸気に占める割合であるＥＧＲ率が増大するタイミング（時点ｔ₁以降）を知得する内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、吸気のＥＧＲ率を増大させる過渡期において、ＥＧＲガスが実際に気筒１に流入するタイミングを的確に検知することが可能となる。そして、そのタイミングに合わせて点火タイミングを進角することができるので、実際の吸気のＥＧＲ率が低いにもかかわらず点火タイミングを過剰に進角して異常燃焼を惹起してしまう問題を有効に回避できる。異常燃焼を予防する目的でＥＧＲバルブ２３をゆっくりと開く必要がなくなり、ＥＧＲバルブ２３の開度をより速く目標開度まで拡大することが許容され、吸気のＥＧＲ率を速やかに増大させることができるようになる。並びに、点火タイミングの進角量についての安全余裕を縮小して、点火タイミングをより大きく進角させることが可能となり、内燃機関の熱機械変換効率ひいては燃費性能の向上に寄与し得る。

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、図３に示すように、吸気の温度を検出するための温度センサ３５を、吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所よりも下流側の所定箇所、例えば吸気マニホルド３４に設置することも考えられる。この場合にも、温度センサ３５を介して当該設置箇所における吸気の温度を検出することで、ＥＧＲバルブ２３の開度の拡大後に吸気のＥＧＲ率が増大するタイミングを知得することに変わりはない。

また、従前よりサージタンク３３に設置されている温度センサ（吸気温・吸気圧一体型センサ）を援用して、ＥＧＲバルブ２３の開度の拡大後に吸気のＥＧＲ率が増大するタイミングを知得しても構わない。この場合には、図４に示すように、ＥＧＲ通路２１におけるＥＧＲバルブ２３よりも下流側の所定箇所と、サージタンク３３における当該温度センサ３５の設置箇所の近傍とを連通させるバイパス通路３６を吸気系に敷設して、ＥＧＲバルブ２３の開度の拡大後に気筒１にＥＧＲガスが流入し始める（または、流入量が増加し始める）タイミングと、温度センサ３５が検出する吸気の温度が上昇を始めるタイミングとが概ね合致するようにすることが好ましい。

吸気通路３に対するＥＧＲ通路２１の接続箇所の近傍、または吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１の接続箇所よりも下流側の所定箇所における吸気の温度上昇を検出するためのセンサ３５として、吸気温度を直接計測する温度センサに代えて、吸気圧力を計測することで間接的に吸気温度を検出する圧力センサを設置し、これを用いて吸気のＥＧＲ率が増大するタイミングを知得することも考えられる。

その他、各部の具体的構成や処理の内容等は、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用いることができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
２…排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３５…温度センサ

Claims

排気通路の所定箇所と吸気通路の所定箇所とを連通させるＥＧＲ通路及びこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲバルブを備えたＥＧＲ装置が付帯する内燃機関を制御するものであって、
吸気通路に対するＥＧＲ通路の接続箇所の近傍、または吸気通路におけるＥＧＲ通路の接続箇所よりも下流側に設置されたセンサを介して当該設置箇所における吸気の温度を検出することを通じ、ＥＧＲバルブの開度の拡大後吸気に混交されるＥＧＲガスの吸気に占める割合が増大するタイミングを知得する内燃機関の制御装置。