JP2018184876A

JP2018184876A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2018184876A
Application number: JP2017086454A
Authority: JP
Inventors: 広偉永澤; Hiroi NAGASAWA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-11-22

Abstract

【課題】加速時のＥＧＲ制御における加速性の悪化を抑制する。【解決手段】内燃機関のアクセル開度の変化量が基準値より大きい場合に、まず、内燃機関の排気圧と吸気圧との差圧が一定又は一定の範囲内という条件を満たす、吸入空気変化量と、目標空気変化量とが算出される。吸入空気変化量は、内燃機関の筒内に流入する吸入空気量の単位時間当たりの変化量であり、目標空気変化量は、吸気通路に導入される新気の単位時間当たりの変化量の目標値である。次に、吸気通路に導入される空気量の単位時間当たりの変化量と、単位時間当たりのＥＧＲ変化量との和が、吸入空気変化量であること、に基づいて、目標空気変化量に応じて、単位時間当たりのＥＧＲ変化量の目標値である目標ＥＧＲ変化量が算出される。算出された目標ＥＧＲ変化量に応じてＥＧＲ装置のＥＧＲバルブが制御される。【選択図】図５

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備える内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１は内燃機関のＥＧＲの制御に関し、アクセル操作速度が所定の判定値より大きい場合に加速運転の要求があるものと判断し、早くにＥＧＲバルブを全閉にすることで、加速時のスモーク悪化を防止することが開示されている。

特開２０１４−１２２６１３号公報特開２０１４−２３４７４５号公報特開２００６−１３２４６３号公報特開２００５−３２０９４０号公報

特許文献１の制御では、吸排気系の状態が考慮されずに、加速時にＥＧＲバルブが一気に全閉とされる。このため、運転条件によっては排気圧と吸気圧との差が過度に大きくなる可能性がある。加速時に、吸気圧に対して背圧が過剰に高い状態となることで、加速性が悪化することが懸念される。

本発明は上記の課題を解決することを目的として、加速時のＥＧＲ制御における加速性の悪化を抑制するよう改良された内燃機関の制御装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路から、排気の一部をＥＧＲガスとして取り出し、吸気通路に還流させるＥＧＲ装置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、内燃機関のアクセル開度の変化量が基準値より大きい場合に、以下の制御を実行するように構成されている。即ち、アクセル開度の変化量が基準値より大きい場合に、内燃機関の排気圧と吸気圧との差圧が一定、又は一定の範囲内という条件を満たす、吸入空気変化量と、目標空気変化量とを算出する。ここで、吸入空気変化量は、内燃機関の筒内に流入する吸入空気量の単位時間当たりの変化量であり、目標空気変化量は、吸気通路に導入される空気量の単位時間当たりの変化量の目標値である。

更に、制御装置は、吸気通路に導入される空気量の単位時間当たりの変化量と、単位時間当たりのＥＧＲ変化量との和が、吸入空気変化量であること、に基づいて、目標空気変化量に応じて、単位時間当たりのＥＧＲ変化量の目標値である目標ＥＧＲ変化量を算出する。算出された目標ＥＧＲ変化量に応じてＥＧＲ装置のＥＧＲバルブを制御する。

アクセル開度の変化量が大きくアクセル操作速度が速い過渡運転時においても、ＥＧＲバルブを直ちに全閉とせず、排気圧と吸気圧との差が一定に保たれる範囲のＥＧＲ変化量を求め、これに応じてＥＧＲ制御を行う。これにより加速時のスモーク悪化を抑えつつ、加速性の悪化をも抑えることができる。

本発明の実施の形態におけるシステム構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る制御装置が有する機能について説明するための図である。本発明の実施の形態における過渡運転時の制御について説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施の形態に係る制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態における過渡運転時の制御について説明するためのタイミングチャートである。

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。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

図１は、本発明の実施の形態におけるシステム構成を模式的に示す図である。図１に示すシステムは内燃機関（以下「エンジン」と称する）２を備えている。エンジン２は複数の気筒を備え、各気筒の吸気ポートには、吸気通路４が連通し、排気ポートには排気通路６が連通している。

図１のシステムは、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路４へ還流させるＥＧＲ装置を有している。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路１０とＥＧＲバルブ１２とを備えている。ＥＧＲ通路１０は排気通路６と吸気通路４とを接続し、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出すための通路である。ＥＧＲバルブ１２は、ＥＧＲ通路１０の出口付近に設置され、吸気通路４へ導入するＥＧＲガス量の調節に用いられる。

図示を省略するが、本実施の形態に係るシステムは、複数のセンサを備えている。これらのセンサの例としては、アクセルペダル近傍に設置され、アクセルペダルの位置を計測するアクセルポジションセンサ、空気流量を計測するためのエアフロメータ、スロットル下流に配置され吸気圧Ｐ_１を計測するための吸気圧センサ、触媒上流の排気圧Ｐ２を計測するための排気圧センサ、吸気温度Ｔ_１、Ｔ_１＋２をそれぞれ計測するための温度センサ、及び排気温度Ｔ_２を計測するための温度センサ等が挙げられる。

上述した各種のセンサ及びＥＧＲバルブ１２等のアクチュエータは、制御装置に電気的に接続されている。制御装置はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによってシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述するＥＧＲ制御のルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。

本実施の形態において、制御装置は、加速時に、吸気圧Ｐ_１と排気圧Ｐ_２との差圧（Ｐ_２−Ｐ_１）が一定の範囲内に保たれるように、ＥＧＲ量が目標とするＥＧＲ量に低下するまでの間、ＥＧＲを少量ずつ減少させる制御を実行する。

以下、具体的に説明する。図２は、本実施の形態に係る制御装置が有する機能について説明するための図である。図２に示されるように、制御装置は、通常運転時において、アクセルポジションセンサ及びクランク角センサからの信号により、アクセル開度Ｐａ及びエンジン回転速度ＮＥを取得する。

演算ユニット２０では、アクセル開度Ｐａ及びエンジン回転速度ＮＥが入力されると、複数のマップに従って、燃料噴射量の目標値である目標定常噴射量Ｑが算出される。算出された目標定常噴射量Ｑとエンジン回転速度ＮＥとは、演算ユニット２２に入力され、演算ユニット２２では、マップに従って、目標定常空気量Ｇａ及び目標定常ＥＧＲ量が算出される。ここで、目標定常空気量Ｇａは、定常時に吸気通路４に導入させる新気の量の目標値である。目標定常ＥＧＲ量は、定常時のＥＧＲ量の目標値である。算出された目標定常空気量Ｇａ及び目標定常ＥＧＲ量に応じて、スロットルバルブ及びＥＧＲバルブ１２の開度が算出され、これに応じてスロットルバルブ及びＥＧＲバルブ１２が制御される。

一方、アクセル操作速度ΔＰａ、即ち、アクセル開度Ｐａの変化量が、基準値より大きい過渡運転時には、更に、演算ユニット３０及び演算ユニット３２による演算が実行される。演算ユニット３０では、アクセル操作速度ΔＰａが入力されて、マップに従って、目標噴射量の単位時間当たりの変化量である目標噴射変化量ΔＱが算出される。

演算ユニット３２には、算出された目標噴射変化量ΔＱ及び、ＥＧＲ通路１０との合流前の単位時間当たりの吸気体積流量ΔＶ_１、単位時間当たりの排気体積流量ΔＶ_２、ＥＧＲ通路１０との合流前の吸気温度Ｔ_１、ＥＧＲ通路１０との合流後の吸気温度Ｔ_１＋２、及び排気温度Ｔ_２が入力される。吸気温度Ｔ_１及びＴ_１＋２、及び排気温度Ｔ_２それぞれは、センサによる計測値である。単位時間当たりの吸気体積流量ΔＶ_１は、エアフロメータによる計測値と吸気圧センサによる吸気圧Ｐ_１の計測値とから推定される値である。単位時間当たりの排気体積流量ΔＶ_２は、燃料噴射量と排気圧センサによる排気圧Ｐ_２の計測値とから推定される値である。

演算ユニット３２では、まず、入力されたＴ_１、Ｔ_１＋２、Ｔ_２、ΔＶ_１、ΔＶ_２、及び目標噴射変化量ΔＱを用いて、次式（１）〜（４）の関係を満たすように、目標空気変化量ΔＧａと吸入空気変化量ΔＧａ_２とが算出される。目標空気変化量ΔＧａは、吸気通路４に導入される新気の変化量の目標値であり、吸入空気変化量ΔＧａ_２は、筒内に流入する吸気量の変化量である。
Ｐ_１×ΔＶ_１＝ΔＧａ×Ｒ×Ｔ_１・・・（１）
Ｐ_１×ΔＶ_２＝ΔＧａ_２×Ｒ×Ｔ_１＋２・・・（２）
Ｐ_２×ΔＶ_２＝（ΔＧａ_２＋ΔＱ）×Ｒ×Ｔ_２・・・（３）
Ｐ_２−Ｐ_１＝α ・・・（４）

上記式（１）〜（３）は理想気体の状態方程式に基づくものである。式（４）においてαは、加速性が保障される範囲の排気圧と吸気圧との差圧に応じて決定される値である。

次に、演算ユニット３２では、目標空気変化量ΔＧａと吸入空気変化量ΔＧａ_２とに応じて、式（５）に従って、ＥＧＲ変化量の目標値である目標ＥＧＲ変化量ΔＥＧＲが算出される。
ΔＧａ＝ΔＧａ_２―ΔＥＧＲ・・・（５）
式（５）は、吸気通路４に導入される新気の変化量とＥＧＲ変化量との和が、筒内に流入する吸入空気変化量ΔＧａ_２であることに基づくものである。

図３は、本実施の形態における過渡運転時の制御について説明するためのタイミングチャートである。図３に示されるように、過渡運転時には、燃料噴射量、空気量及びＥＧＲ量のそれぞれが、目標定常噴射量Ｑ、目標定常空気量Ｇａ、目標定常ＥＧＲ量に達するまでの間、それぞれ目標噴射変化量ΔＱ、目標空気変化量ΔＧａ、目標ＥＧＲ変化量ΔＥＧＲずつ増量又は減量するように、燃料噴射弁、スロットルバルブ及びＥＧＲバルブ１２が制御される。

図４は、本発明の実施の形態に係る制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４のルーチンでは、まずステップＳ２において、アクセル開度Ｐａ、エンジン回転速度ＮＥ、及びアクセル操作速度ΔＰａが取得される。

次に、ステップＳ４において、目標定常噴射量Ｑ及び目標噴射変化量ΔＱが算出される。目標定常噴射量Ｑは、ステップＳ２において取得されたアクセル開度Ｐａ及びエンジン回転速度ＮＥに応じて、マップに従って算出される。目標噴射変化量ΔＱは、アクセル操作速度ΔＰａに応じて、マップに従って算出される。次に、ステップＳ６において、目標定常噴射量Ｑに応じて目標定常空気量Ｇａと目標定常ＥＧＲ量が算出される。

次に、ステップＳ８において、アクセル操作速度ΔＰａが基準値より大きいか否かが判別される。ステップＳ８の判別結果がＮＯである場合、即ち、アクセル操作速度ΔＰａが基準値以下であると判別された場合、次に、ステップＳ１０に進み、目標定常ＥＧＲ量に応じた通常運転時のＥＧＲ制御が行われる。

一方、ステップＳ８の判別結果がＹＥＳである場合、即ち、アクセル操作速度ΔＰａが基準値より大きいと判別された場合、次に、ステップＳ１２において、目標噴射変化量ΔＱに応じて、目標空気変化量ΔＧａ、目標ＥＧＲ変化量ΔＥＧＲが算出される。算出方法は上述した通りである。

その後、ステップＳ１４において、現在ＥＧＲ量が目標定常ＥＧＲ量まで低下したか否かが判別される。ステップＳ１４の判別結果がＹＥＳである場合、即ち、ＥＧＲ量が目標定常ＥＧＲ量まで低下したと判別された場合、次に、ステップＳ１０に進み、目標定常ＥＧＲ量に応じた定常運転時のＥＧＲ制御が行われる。

ステップＳ１４の判別結果がＮＯである場合、即ち、現在ＥＧＲ量が目標定常ＥＧＲ量まで低下していないと判別された場合、その後、ステップＳ１６に進み、ＥＧＲ量を目標ＥＧＲ変化量ΔＥＧＲずつ減少させる過渡運転時のＥＧＲ制御が実行され、処理は再びステップＳ１４に戻される。ステップＳ１４において、ＥＧＲ量が目標定常ＥＧＲ量まで低下したと判別されるまでの間、過渡運転時のＥＧＲ制御が実行される。

図５は、本実施の形態における過渡運転時の制御について説明するためのタイミングチャートである。図５には上から順に、アクセル開度、燃料噴射量、ＥＧＲ、圧力（即ち、吸気圧Ｐ_１及び排気圧Ｐ_２）、加速度が示されている。また、比較のため、従来の加速時にＥＧＲバルブ１２を直ちに全閉とする制御を行った場合のＥＧＲ、圧力、加速度の変化を、破線ｂ、破線ｄ、破線ｆで表している。

図５に示されるように、アクセル操作速度ΔＰａが基準より大きくなる時点ｔ１から、燃料噴射量は目標噴射変化量ΔＱずつ増加するように制御される。

従来の制御では、ＥＧＲは、破線ｂに示されるように、アクセル操作速度ΔＰａが基準より大きくなった時点ｔ１ですぐに閉弁とされゼロにされる。その結果、破線ｄに示されるように、排気圧Ｐ２が急激に大きくなり、吸気圧Ｐ_１と排気圧Ｐ_２との差圧（Ｐ_２−Ｐ_１）が大きくなる。このため、加速度は、破線ｆに示されるように、立ち上がりが遅れ、上昇が緩やかとなってしまう。

一方、本実施の形態では、実線ａに示されるように、ＥＧＲ量が目標ＥＧＲ変化量ΔＥＧＲずつ減少するようにＥＧＲバルブ１２が制御される。その結果、実線ｃに示されるように、加速中の排気圧Ｐ２の上昇は小さく、吸気圧Ｐ_１と排気圧Ｐ_２との差圧（Ｐ_２−Ｐ_１）が一定の範囲内に保たれる。このため、本実施の形態では、実線ｅに示されるように、加速度を、従来の場合に比べて早い立ち上がりで上昇させることが可能となっている。

なお、以上の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、この実施の形態において説明する構造等は、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。

４吸気通路
６排気通路
１０ＥＧＲ通路
１２ＥＧＲバルブ
２０演算ユニット
２２演算ユニット
３０演算ユニット
３２演算ユニット

Claims

内燃機関の排気通路から、排気の一部をＥＧＲガスとして取り出し、吸気通路に還流させるＥＧＲ装置を備える内燃機関の制御装置であって、
アクセル開度の変化量が基準値より大きい場合に、
前記内燃機関の排気圧と吸気圧との差圧を一定とするように、前記内燃機関の筒内に流入する吸入空気量の単位時間当たりの変化量である吸入空気変化量と、前記吸気通路に導入される空気量の単位時間当たりの変化量の目標値である目標空気変化量と、を算出し、
前記吸気通路に導入される空気量の単位時間当たりの変化量と、単位時間当たりのＥＧＲ変化量との和が、前記吸入空気変化量であること、に基づいて、前記目標空気変化量に応じて、前記単位時間当たりのＥＧＲ変化量の目標値である目標ＥＧＲ変化量を算出し、
前記目標ＥＧＲ変化量に応じて前記ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブを制御する、
ように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。