JP2018123815A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路とコンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備える過給機付き内燃機関において、フューエルカットの直前に例えば過給圧が高い状態が続いていた場合であっても、フューエルカットの実行中にＥＧＲ装置の異常診断処理の開始を早められるようにする。【解決手段】内燃機関１０のフューエルカットの実行中にＥＧＲ取り出し口３８における排気圧ＰｅｇｒとＥＧＲ導入口４０における吸気圧Ｐｉｎとの差圧Ｐｄｉｆが検出可能差圧Ｐｒｅｑ（判定値）よりも大きくなったことを条件として、ＥＧＲバルブ３４の開度変化に伴う吸気圧Ｐｉｎの変化量に基づくＥＧＲ装置３０の異常診断処理が実行される。フューエルカットの実行中に差圧Ｐｄｉｆが検出可能差圧Ｐｒｅｑ未満である場合には、筒内吸気量が増加されるように吸気バルブの閉じ時期が進角され、かつ、ＥＧＲバルブ３４の開度が増やされる。【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、排気通路とコンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備える内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、ＥＧＲ装置の故障診断装置が開示されている。この故障診断装置は、内燃機関のフューエルカットの実行中にＥＧＲ診断条件が成立したことを条件として、故障診断処理を実行する。具体的には、この故障診断処理によれば、ＥＧＲ診断条件が成立した後に、予め定められた継続時間が経過するまでＥＧＲバルブの開度が微小開度に制御され、その後にＥＧＲバルブの開度が最大開度に制御される。そのうえで、上記継続時間の経過中の吸気パラメータと当該継続時間の経過後の吸気パラメータとに基づいて（より詳細には、例えば、吸気圧の差圧に基づいて）、ＥＧＲ装置の故障の有無が判定される。

特開２０１５−１２４７２５号公報

上記特許文献１に記載の技術のように、フューエルカットの実行中にＥＧＲバルブの開度変化に伴う吸気圧の変化量に基づいてＥＧＲ装置の異常診断処理を行うためには、ＥＧＲ取り出し口における排気圧とＥＧＲ導入口における吸気圧との差圧が適切に確保されていることが必要とされる。しかしながら、排気通路とコンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備える過給機付き内燃機関では、フューエルカットの直前に例えば過給圧が高い状態が続いていた場合には、フューエルカットの開始後に異常診断処理を適切に行える差圧が得られるようになるまで上記吸気圧が低下するのに時間を要する場合がある。そのような場合には、異常診断処理の実施機会が制限されてしまう可能性がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、排気通路とコンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備える過給機付き内燃機関において、フューエルカットの直前に例えば過給圧が高い状態が続いていた場合であっても、フューエルカットの実行中にＥＧＲ装置の異常診断処理の開始を早められるようにした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、吸気通路に設けられたコンプレッサを備える過給機と、排気通路に設けられたＥＧＲ取り出し口と前記吸気通路において前記コンプレッサよりも下流側に位置するＥＧＲ導入口とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブと、を備えるＥＧＲ装置と、吸気バルブの閉じ時期を可変とする可変動弁装置と、を備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、前記内燃機関のフューエルカットの実行中に前記ＥＧＲ取り出し口における排気圧と前記ＥＧＲ導入口における吸気圧との差圧が判定値よりも大きくなったことを条件として、前記ＥＧＲバルブの開度変化に伴う前記吸気圧の変化量に基づく前記ＥＧＲ装置の異常診断処理を実行する。前記制御装置は、前記フューエルカットの実行中に前記差圧が前記判定値未満である場合には、筒内吸気量が増加されるように前記吸気バルブの閉じ時期を進角させ、かつ、前記ＥＧＲバルブの開度を大きくする。

本発明によれば、フューエルカットの実行中にＥＧＲ取り出し口における排気圧とＥＧＲ導入口における吸気圧との差圧が判定値未満である場合には、筒内吸気量が増加されるように吸気バルブの閉じ時期が進角され、かつ、ＥＧＲバルブの開度が増やされる。これにより、上記吸気圧の低下が促進される。これにより、フューエルカットの直前に例えば過給圧が高い状態が続いていた場合であっても、フューエルカットの実行中にＥＧＲ装置の異常診断処理の開始を早められるようになる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を概略的に説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るＥＧＲ装置の異常診断処理および吸気圧低下促進制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 ＥＧＲ取り出し口における排気圧Ｐｅｇｒの推定手法の一例を説明するための図である。 ＥＧＲ取り出し口における排気圧Ｐｅｇｒの推定手法の他の例を説明するための図である。 差圧Ｐｄｉｆの他の取得手法の実現の前提となるシステム構成を概略的に説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
１．実施の形態１に係るシステム構成
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を概略的に説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関（一例として火花点火式ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。

吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローセンサ１８が設けられている。内燃機関１０は、過給機の一例として、ターボ過給機２０を備えている。エアフローセンサ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸２０ｃを介して連結されている。

コンプレッサ２０ａの下流には、電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。吸気通路１２におけるスロットルバルブ２２よりも下流側の部位（一例として、サージタンク１２ａ）には、この部位での吸気圧（吸気管圧力）Ｐｉｎに応じた信号を出力する吸気圧センサ２４が取り付けられている。

タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気の浄化のために、上流側触媒２６および下流側触媒２８が直列に配置されている。

図１に示す内燃機関１０は、ＥＧＲ装置３０を備えている。ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３２と、ＥＧＲバルブ３４と、ＥＧＲクーラ３６とを備える。ＥＧＲ通路３２は、排気通路１４においてタービン２０ｂよりも下流側に位置するＥＧＲ取り出し口３８と、吸気通路１２においてコンプレッサ２０ａよりも下流側に位置するＥＧＲ導入口４０とを接続する。より詳細には、ＥＧＲ取り出し口３８は、上流側触媒２６と下流側触媒２８との間の部位において排気通路１４に設けられている。また、ＥＧＲ導入口４０は、スロットルバルブ２２よりも下流側の吸気通路１２に設けられている。

ＥＧＲバルブ３４は、一例として、電動式であり、ＥＧＲ通路３２に設けられ、ＥＧＲ通路３２を開閉する。ＥＧＲクーラ３６は、ＥＧＲ通路３２を流れるＥＧＲガスを冷却する。なお、本発明の対象となるＥＧＲ取り出し口は、図１に示すＥＧＲ取り出し口３８の例とは異なり、タービン２０ｂの上流側の排気通路１４に設けられてもよい。

また、内燃機関１０は、各気筒の吸気バルブ（図示省略）を開閉駆動する可変動弁装置４２を備えている。可変動弁装置４２は、一例として、吸気バルブの開閉時期を作用角固定の下で変更可能な可変バルブタイミング機構である。なお、本発明に係る可変動弁装置は、吸気バルブの閉じ時期を可変とするものであれば、上述の機構に限られない。

さらに、本実施形態に係るシステムは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、各種センサと各種アクチュエータとが電気的に接続されている。

上記の各種センサは、上述したエアフローセンサ１８および吸気圧センサ２４に加え、クランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ５２を含む。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５２を用いてエンジン回転速度を取得できる。また、上記の各種アクチュエータは、上述したスロットルバルブ２２、ＥＧＲバルブ３４および可変動弁装置４２に加え、燃料噴射弁５４と点火装置５６とを含む。燃料噴射弁５４としては、各気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁、および、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁のうちの少なくとも一方を用いることができる。点火装置５６は、各気筒に配置された点火プラグを用いて、気筒内の混合気に点火する。

ＥＣＵ５０は、プロセッサ、メモリおよび入出力インターフェースを備えている。入出力インターフェースは、上記の各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、上記の各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。メモリには、各種アクチュエータを制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。プロセッサは、制御プログラムをメモリから読み出して実行する。これにより、本実施形態に係る「内燃機関の制御装置」の機能が実現される。

２．実施の形態１に係るエンジン制御
ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転中に、以下に説明するＥＧＲ装置３０の異常診断処理を実行する。また、ＥＣＵ５０が行うエンジン制御には、内燃機関１０のフューエルカットの実行中に上記の異常診断処理に先立って実行される後述の吸気圧低下促進制御が含まれている。

２−１．ＥＧＲ装置の異常診断処理
ＥＧＲ装置３０の異常診断処理は、フューエルカットの実行中に実行される。この異常診断処理では、フューエルカットの実行中にＥＧＲバルブ３４を開閉させる開／閉アクティブ操作が実行される。そして、異常診断処理では、開／閉アクティブ操作によるＥＧＲバルブ３４の開度変化に伴う吸気圧Ｐｉｎの変化量に基づいてＥＧＲ装置３０の異常の有無が判定される。より具体的には、ここでいうＥＧＲ装置３０の異常には、ＥＧＲバルブ３４の作動不良（例えば、ＥＧＲバルブ３４の固着）またはＥＧＲ通路３２の詰まりなどが該当する。

２−２．過給機付き内燃機関における異常診断処理に関する課題
上述の異常診断処理を行うためには、ＥＧＲ取り出し口３８における排気圧ＰｅｇｒとＥＧＲ導入口４０における吸気圧Ｐｉｎとの差圧Ｐｄｉｆが適切に確保されていることが必要とされる。しかしながら、本実施形態の内燃機関１０のように、排気通路とコンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備える過給機付き内燃機関では、フューエルカットの直前に例えば過給圧が高い状態が続いていた場合には、フューエルカットの開始後に異常診断処理を適切に行える差圧Ｐｄｉｆが得られるようになるまで吸気圧Ｐｉｎが低下するのに時間を要する場合がある。そのような場合には、異常診断処理の実施機会が制限されてしまう可能性がある。

２−３．異常診断処理に先立つ吸気圧低下促進制御
本実施形態では、上記の課題に鑑み、次のような吸気圧低下促進制御が必要に応じて実行される。具体的には、前提として、異常診断処理は、当該異常診断処理が未完了である状況下において、フューエルカットの実行中に差圧Ｐｄｉｆが判定値（後述の検出可能差圧Ｐｒｅｑ）よりも大きくなったことを条件として実行される。本実施形態では、差圧Ｐｄｉｆが判定値以下となる場合には、異常診断処理の開始が延期されるとともに、吸気圧低下促進制御が実行される。

吸気圧低下促進制御は、筒内吸気量が増加されるように吸気バルブの閉じ時期ＩＶＣを進角させるＩＶＣ進角制御と、ＥＧＲバルブ３４の開度を大きくするＥＧＲ開き制御との組み合わせに相当する。フューエルカットの実行中に差圧Ｐｄｉｆが判定値以下となる場合には、このような吸気圧低下促進制御によって、吸気圧Ｐｉｎ（サージタンク圧にも相当）の低下が促進される。

２−４．実施の形態１に係るＥＧＲ装置の異常診断処理および吸気圧低下促進制御に関するＥＣＵの処理
図２は、本発明の実施の形態１に係るＥＧＲ装置３０の異常診断処理および吸気圧低下促進制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行される。

図２に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、フューエルカットの実行中であって異常診断処理が未完了であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。異常診断処理は、フューエルカットの実行中に実施されることが予定されている。

ＥＣＵ５０は、フューエルカットの実行中ではない場合、または、フューエルカットの実行中であっても異常診断処理が既に完了している場合には、ステップＳ１００の判定が不成立となる。この場合には、今回のルーチン起動時の処理が速やかに終了される。

一方、ステップＳ１００の判定が成立する場合には、ＥＣＵ５０は、（１）吸気圧Ｐｉｎの取得、（２）ＥＧＲ取り出し口３８における排気圧Ｐｅｇｒの取得（推定）、および（３）ＥＧＲバルブ３４の前後での差圧に相当する上記差圧Ｐｄｉｆの算出を実行する（ステップＳ１０２）。吸気圧Ｐｉｎは、吸気圧センサ２４を用いて検出される。排気圧Ｐｅｇｒは、一例として、以下に図３を参照して説明する手法によって推定される。差圧Ｐｄｉｆは、排気圧Ｐｅｇｒから吸気圧Ｐｉｎを引いて得られる値である。

図３は、ＥＧＲ取り出し口３８における排気圧Ｐｅｇｒの推定手法の一例を説明するための図である。図３は、ＥＧＲ取り出し口３８におけるガスの流量（質量流量）と圧力との関係を表している。図３に示すように、ＥＧＲ取り出し口３８では、流量が多くなるにつれ、圧力が高くなる。ＥＣＵ５０には、図３に示すようなＥＧＲ取り出し口３８におけるガスの流量と圧力との関係を定めたマップを記憶している。ステップＳ１０２では、上記ガスの流量がエアフローセンサ通過空気流量に等しいものとして扱われ、上記マップを参照してエアフローセンサ通過空気流量に対応する圧力の値がＥＧＲ取り出し口３８の推定圧力（すなわち、Ｐｅｇｒ）として取得される。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２において算出した差圧Ｐｄｉｆが、上記判定値に相当する検出可能差圧Ｐｒｅｑ（例えば、２０ｋＰａ）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０４）。検出可能差圧Ｐｒｅｑは、異常診断処理を適切に（精度良く）実行可能な差圧Ｐｄｉｆの下限値として事前に決定された値である。

ステップＳ１０４の判定が成立する場合、すなわち、差圧Ｐｄｉｆが異常診断処理を適切に行える大きさになっていると判断できる場合には、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲバルブ３４の開／閉アクティブ操作を実施することにより異常診断処理を実行する（ステップＳ１０６）。

一方、ステップＳ１０４の判定が不成立となる場合、すなわち、差圧Ｐｄｉｆが異常診断処理を適切に行える大きさになっていないと判断できる場合には、ＥＣＵ５０は、異常診断処理を行わずに、吸気圧低下促進制御（ＩＶＣ進角制御とＥＧＲバルブ開き制御）を実行する（ステップＳ１０８）。

具体的には、ＩＶＣ進角制御によって筒内吸気量が増加されるように吸気バルブの閉じ時期ＩＶＣを進角させるために、可変動弁装置４２を用いて吸気バルブの開閉時期が所定量だけ進角される。このようなＩＶＣ進角制御によれば、１サイクル中の筒内吸気量の増加によりサージタンク１２ａ内の掃気を促進できるので、吸気圧Ｐｉｎの低下を促進できる。また、ＥＧＲバルブ開き制御によれば、過給により吸気圧Ｐｉｎが排気圧Ｐｅｇｒよりも高いときにサージタンク１２ａ内の空気（新気）をＥＧＲ通路３２を介して排気通路１４側に流すことができるので、吸気圧Ｐｉｎの低下を促進できる。

２−５．実施の形態１に係る吸気圧低下促進制御の効果
以上説明した図２に示すルーチンによれば、ステップＳ１０４の判定が不成立となる状況下（Ｐｄｉｆ≦Ｐｒｅｑ）においては、ステップＳ１０８の処理によって吸気圧Ｐｉｎの低下が促進される。このため、ステップＳ１０４の処理による異常診断処理の実施可能判定の成立に要する時間の短縮が可能となる。つまり、フューエルカットの実行中にステップＳ１０４の判定が早期に成立し易くなるようにできる。これにより、フューエルカットの実行中にＥＧＲ装置３０の異常診断処理の実施機会をより多く確保できるようになる。

その他実施の形態．
（ＥＧＲ取り出し口における排気圧Ｐｅｇｒの他の推定手法）
図４は、ＥＧＲ取り出し口３８における排気圧Ｐｅｇｒの推定手法の他の例を説明するための図である。より詳細には、図４（Ａ）は、内燃機関１０の各気筒の筒内容積と吸気バルブの閉じ時期（ＩＶＣタイミング）との関係を表している。図４（Ｂ）は、筒内に吸入される空気の密度（ｇ／ｃｍ３）とサージタンク圧（吸気圧Ｐｉｎ）との関係を表している。図４（Ｃ）は、図３と同様に、ＥＧＲ取り出し口３８におけるガスの流量（質量流量）と圧力との関係を表している。本推定手法を用いる場合には、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示す関係がそれぞれマップとしてＥＣＵ５０に記憶される。

あるサイクルにおいて筒内に空気が充填し終えた時の筒内容積はＩＶＣタイミングによって特定される。このため、本推定手法では、図４（Ａ）に示すような関係を有するマップを参照して、ＩＶＣタイミングから上記筒内容積が取得される。また、図４（Ｂ）に示すような関係を有するマップを参照することで、筒内に吸入される空気の密度をサージタンク圧（吸気圧Ｐｉｎ）から取得することができる。そして、これらの筒内容積と空気密度の積を算出することで、１サイクル中の筒内吸気量を取得することができる。

１サイクル中の筒内吸気量が上記のように分かれば、当該筒内吸気量とエンジン回転速度との積に基づいて、単位時間当たりに内燃機関１０を流通する空気流量（質量流量）を算出することができる。本推定手法では、このように算出される単位時間当たりの空気流量と、図４（Ｃ）に示すような関係を有するマップとを用いて、ＥＧＲ取り出し口３８の推定圧力（すなわち、Ｐｅｇｒ）が推定される。以上説明した推定手法が、図３を参照して説明した推定手法に代えて用いられてもよい。

（差圧Ｐｄｉｆの他の取得手法）
図５は、差圧Ｐｄｉｆの他の取得手法の実現の前提となるシステム構成を概略的に説明するための図である。なお、図５において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図５に示す内燃機関６０は、ＥＧＲバルブ３４の前後の差圧に応じた信号を出力する差圧センサ６２を備えている。上述のステップＳ１０４の判定に用いられる差圧Ｐｄｉｆは、このような差圧センサ６２により取得されるＥＧＲバルブ３４の前後の差圧を用いて取得されてもよい。

１０、６０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１２ａ サージタンク
１４ 排気通路
１８ エアフローセンサ
２０ ターボ過給機
２０ａ コンプレッサ
２０ｂ タービン
２２ スロットルバルブ
２４ 吸気圧センサ
２６ 上流側触媒
２８ 下流側触媒
３０ ＥＧＲ装置
３２ ＥＧＲ通路
３４ ＥＧＲバルブ
３８ ＥＧＲ取り出し口
４０ ＥＧＲ導入口
４２ 可変動弁装置
５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５２ クランク角センサ
５４ 燃料噴射弁
５６ 点火装置
６２ 差圧センサ

Claims (1)

1. 吸気通路に設けられたコンプレッサを備える過給機と、
   排気通路に設けられたＥＧＲ取り出し口と前記吸気通路において前記コンプレッサよりも下流側に位置するＥＧＲ導入口とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブと、を備えるＥＧＲ装置と、
   吸気バルブの閉じ時期を可変とする可変動弁装置と、
   を備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記内燃機関のフューエルカットの実行中に前記ＥＧＲ取り出し口における排気圧と前記ＥＧＲ導入口における吸気圧との差圧が判定値よりも大きくなったことを条件として、前記ＥＧＲバルブの開度変化に伴う前記吸気圧の変化量に基づく前記ＥＧＲ装置の異常診断処理を実行するものであって、
   前記制御装置は、前記フューエルカットの実行中に前記差圧が前記判定値未満である場合には、筒内吸気量が増加されるように前記吸気バルブの閉じ時期を進角させ、かつ、前記ＥＧＲバルブの開度を大きくする
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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