JP2018141378A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1〜図7を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10は、一例として直列3気筒型エンジンである。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の入口付近には、エアクリーナ16が取り付けられている。エアクリーナ16には、吸気通路12を流れる吸気ガス(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。
吸気マニホールド12aの集合部(サージタンク)には、コンプレッサ20aによって圧縮された吸気ガスを冷却するためのインタークーラ24が配置されている。インタークーラ24は水冷式であり、冷却水流路26(図1にはその一部のみを図示)とともに、図示省略するウォータポンプおよびラジエータを備えている。より具体的には、インタークーラ24の内部には、エンジン本体(少なくともシリンダブロック)10aを冷却するためのエンジン冷却水と比べて低温のクーラ冷却水が、冷却水流路26を通って循環するように構成されている。なお、インタークーラ24は、上記の例に代え、スロットル弁22の上流側に配置されてもよい。
排気通路14には、ターボ過給機20のタービン20bが配置されている。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36および下流側触媒38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40を備えている。EGR装置40は、EGR通路42と、EGR弁44と、EGRクーラ46とを備える。EGR通路42は、インタークーラ24よりも上流側の吸気通路12と排気通路14とを接続する。より詳細には、EGR通路42は、コンプレッサ20aよりも上流側の吸気通路12と、タービン20bよりも下流側の排気通路14とを接続している。つまり、EGR装置40は、低圧ループ(LPL)方式である。さらに付け加えると、EGR通路42は、上流側触媒36と下流側触媒38との間の部位において排気通路14に接続されている。EGR弁44は、一例として、電動式であり、EGR通路42に設けられ、EGR通路42を開閉する。EGRクーラ46は、EGR通路42を流れるEGRガスを冷却する。
さらに、本実施形態のシステムは、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。
2−1.高EGR率化(大量EGRガス導入)に関する課題
図2は、吸入空気とEGRガスとの混合ガス(すなわち、EGRガス導入時の吸気ガス)の露点とEGR率との関係を表した図である。内燃機関10の熱効率向上のためには、EGR率を高めることが有効である。しかしながら、内燃機関10では、この混合ガスがインタークーラ24において当該混合ガスの露点以下に冷やされると、凝縮水が発生してしまう。吸気通路壁の腐食などの問題を生じなくするためには、凝縮水の発生を抑制することが必要とされる。
上述の理由により、本件出願時の技術常識の下では、凝縮水の発生抑制とノッキング抑制とを両立しつつ、EGR率を十分に高めていくことは難しいとされていた。これに対し、本願発明者の鋭意研究により、次のような知見が得られた。すなわち、25%以上の「高EGR率」が用いられると、高吸気ガス温度下であっても、低吸気ガス温度下と同等のレベルでノッキングを抑制しつつ熱効率を改善できることが分かった。
(吸気ガス温度を可変させる必要性)
上述のように、高EGR率側かつ高吸気ガス温度側には、ノッキングの抑制と凝縮水の発生抑制とを両立しつつ熱効率を改善できる領域Xが存在する。しかしながら、この領域X内に含まれる高吸気ガス温度THは、EGR率25%未満の低EGR率領域では採用することはできない。その理由は、図3(A)および図4からも分かるように、高吸気ガス温度THの下でEGR率を下げると、ノッキングの影響により燃焼が不成立となるためであり、さらには、図3(B)に示すように点火時期の大幅な遅角が要求されるためエンジン出力が低下するためである。
内燃機関10の運転中には、エンジン負荷とエンジン回転速度とにより特定されるエンジン運転領域上のエンジン動作点は、車両の運転者からの加速または減速の要求に起因して頻繁に変更される。目標EGR率は、後述の図6および図7に示すように、エンジン運転領域に応じて変更される。したがって、エンジン動作点が頻繁に変更されると、目標EGR率も頻繁に変化する。
本実施形態では、25%以上の「高EGR率」を要求するエンジン運転領域(以下、「高EGR率領域」とも称する)が要求された場合には、25%以上の目標EGR率が得られるようにEGR装置40が制御される(より具体的には、EGR弁44の開度が制御される)。一方、25%未満のEGR率を要求するエンジン運転領域(以下、「低EGR率領域」とも称する)が要求された場合には25%未満の目標EGR率が得られるようにEGR装置40が制御される。
図5は、本発明の実施の形態1に係る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の運転中に所定の制御周期で繰り返し実行される。
以上説明した図5に示すルーチンの処理によれば、定常運転中には、要求されるEGR率が「高EGR率(25%以上)」であるか否かに応じて、I/Cバイパス弁34の開閉が切り替えられる。
より詳細には、上記の制御例によれば、第1特定EGR率値が25%である場合には、実施の形態1と同様に、高EGR率領域内の全域で「クーラバイパス流路形態」が選択され、第1特定EGR率値が25%よりも高い場合には、高EGR率領域内に位置する高EGR率側の一部のEGR率領域の使用中に「クーラバイパス流路形態」が選択されることになる。
また、上記の制御例によれば、第2特定EGR率値が25%である場合には、実施の形態1と同様に、低EGR率領域内の全域で「クーラ通過流路形態」が選択され、第2特定EGR率値が25%よりも低い場合には、低EGR率領域内に位置する低EGR率側の一部のEGR率領域の使用中に「クーラ通過流路形態」が選択されることになる。
次に、図8および図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
以下の説明では、実施の形態2のシステム構成の一例として、図1に示す構成が用いられているものとする。
2−1.過渡運転時(加速中)の課題
実施の形態1においても説明したように、過渡運転中には目標EGR率の変化に対する実EGR率の変化の遅れが生じる。そして、EGRガス導入口から気筒までの通路長の長いLPL式のEGR装置40では、そのような遅れが大きくなる。
図8は、本発明の実施の形態2に係る加速過渡時の制御を説明するためのタイムチャートである。図8には、異なるエンジン回転速度NEを使用する2通りの加速パターン、すなわち、加速パターン(低速)および加速パターン(高速)における実EGR率の推移が表されている。この2つの加速パターンの例は、高EGR率領域内の同一の「高EGR率」が目標EGR率とされた例である。
図9は、本発明の実施の形態2に係る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。図9に示すルーチン中のステップS100〜S106の処理については、実施の形態1において既述した通りである。
上述した実施の形態1の制御によれば、低EGR率領域から高EGR率領域に移行する過渡運転がなされた場合には、高EGR率領域への到達後に定常運転中であると判定されるまで、I/Cバイパス弁34が閉じられる(すなわち、I/Cバイパス弁34を開くことが禁止される)とともに、少量EGRマップが使用される。
次に、図10および図11を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
以下の説明では、実施の形態3のシステム構成の一例として、図1に示す構成が用いられているものとする。
2−1.過渡運転時(減速中)の課題
本実施形態は、減速要求に伴う過渡運転時(以下、「減速過渡時」と称する)に高EGR率領域から低EGR率領域に移行する例を対象とする。この例では、上述の実施の形態2において対象とされる加速過渡時とは逆に、実EGR率の変化の遅れにより目標EGR率に対する実EGR率の過多が生じる。したがって、減速時に低EGR率領域が要求されたことを受けて上記の遅れを考慮せずに速やかにI/Cバイパス弁34が閉じられると、「高EGR率」の下で低吸気ガス温度TLが使用されることになる。その結果、凝縮水が発生してしまう。
図10は、本発明の実施の形態3に係る減速過渡時の制御を説明するためのタイムチャートである。図10には、減速過渡運転中の実EGR率の推移の一例が表されている。図10に示すように、目標EGR率は、アクセルペダルが戻されることに伴って速やかに減少する。これに対し、実EGR率は、上述の遅れを有する。なお、図10では、目標EGR率は、25%未満の低EGR率の一例であるゼロに変更されている。
図11は、本発明の実施の形態3に係る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。
以上説明した図11に示すルーチンの処理によれば、高EGR率領域から低EGR率領域に移行する減速過渡運転中の減少遅れ期間(目標EGR率<実EGR率)では、I/Cバイパス弁34が閉じられていると仮定したときの吸気ガスに対する推定露点がI/C冷却水温度を上回る間はI/Cバイパス弁34が開かれる(すなわち、I/Cバイパス弁34を閉じることが禁止される)とともに、大量EGRマップが使用される。このような制御によれば、低吸気ガス温度TLの使用を仮定して算出される推定露点がI/C冷却水温度を上回っているために、直ちにI/Cバイパス弁34を閉じたとしたら凝縮水が発生してしまう期間中に、I/Cバイパス弁34を閉じることを禁止し、凝縮水の発生を抑制できる。
12 吸気通路
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 スロットル弁
24 インタークーラ
26 冷却水流路
28 クーラ水温センサ
30 吸気温センサ
32 クーラバイパス通路
34 クーラバイパス弁(I/Cバイパス弁)
40 EGR装置
42 EGR通路
44 EGR弁
50 電子制御ユニット(ECU)
52 クランク角センサ
56 アクセル開度センサ
58 燃料噴射弁
60 点火装置
Claims (7)
- 気筒内の混合気に点火する点火装置と、
吸気通路に設けられたコンプレッサを備える過給機と、
前記コンプレッサにより圧縮された吸気ガスを冷却するインタークーラと、
前記インタークーラよりも上流側の吸気通路と排気通路とを接続するEGR通路を備えるEGR装置と、
前記吸気通路に接続され、前記インタークーラをバイパスするクーラバイパス通路と、
前記吸気ガスが前記インタークーラを通過するクーラ通過流路形態と、前記吸気ガスが前記クーラバイパス通路を通過するクーラバイパス流路形態とを切り替える流路切替弁と、
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、
前記内燃機関の運転領域は、25%以上の高EGR率を要求する高EGR率領域と、25%未満の低EGR率を要求する低EGR率領域とを含み、
前記制御装置は、
前記高EGR率領域内の少なくとも一部の使用中には前記クーラバイパス流路形態が選択されるように前記流路切替弁を制御し、前記低EGR率領域内の少なくとも一部の使用中には前記クーラ通過流路形態が選択されるように前記流路切替弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記低EGR率領域から前記高EGR率領域への移行時における目標EGR率に対する実EGR率の増加遅れ期間中には、前記クーラバイパス流路形態が選択されるように前記流路切替弁を制御することを禁止する
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記増加遅れ期間中に吸入空気とEGRガスとの混合ガスの露点が前記インタークーラを流通する冷却水の温度以上にまで上昇したときに、前記クーラバイパス流路形態が選択されるように前記流路切替弁を制御することを許可する
ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記混合ガスの露点が前記冷却水の温度以上にまで上昇したことに伴って前記クーラバイパス流路形態が選択されるように前記流路切替弁を制御した後の前記増加遅れ期間中に、エンジントルク変動が判定値よりも高い場合には、点火時期が遅角されるように前記点火装置を制御する
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記高EGR率領域から前記低EGR率領域への移行時における目標EGR率に対する実EGR率の減少遅れ期間中には、前記クーラ通過流路形態が選択されるように前記流路切替弁を制御することを禁止する
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記減少遅れ期間の開始後に前記クーラ通過流路形態が選択されていると仮定したときの吸入空気とEGRガスとの混合ガスの露点が、前記減少遅れ期間中に前記インタークーラを流通する冷却水の温度以下になるまで、前記クーラ通過流路形態が選択されるように前記流路切替弁を制御することを禁止する
ことを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、エンジン回転速度に基づいて実EGR率を推定し、推定された前記実EGR率に基づいて前記混合ガスの露点を推定する
ことを特徴とする請求項3、4または6に記載の内燃機関の制御装置。
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