JP2018193956A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カット中の触媒の温度低下を十分に抑制しつつ、燃焼再開時に良好な燃焼を確保する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、機関吸気通路内に配置されたスロットル弁１１と、排気弁の開弁時期を変更可能な排気可変動弁機構と、機関排気通路内に配置された触媒１５と、機関減速運転時の燃料カット時に、排気可変動弁機構を制御して排気弁の開弁時期を圧縮上死点から排気下死点までの間に設定するとともに、スロットル弁を開弁状態に維持する、ように構成されている、電子制御ユニット５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

機関排気通路内に配置された触媒と、スロットル弁下流の機関吸気通路と機関排気通路とを互いに連結するＥＧＲ（排気ガス再循環）通路と、ＥＧＲ通路内に配置されたＥＧＲ制御弁と、ＥＧＲ通路内に配置されたＥＧＲクーラと、を備え、機関減速運転時の燃料カット時に、ＥＧＲ制御弁を開弁してＥＧＲガスを気筒に供給するとともに、触媒の温度が低いときほど気筒に流入する吸気中に占めるＥＧＲガスの割合を高くする、内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。燃料カット中は燃焼室内で燃焼が行われないけれども、燃料カット中に燃焼室内に流入したガスはシリンダブロック壁面、シリンダヘッド壁面、及びピストン頂面などにより温度が高められ、次いで燃焼室から排出される。特許文献１では、温度が高められた空気の一部がＥＧＲ通路を介して再度、燃焼室内に供給され、次いで触媒に送られる。それにより、燃料カット中の触媒の温度低下ができるだけ抑制されるようにしている。

特開２０１５−１６９１６４号公報

しかしながら、ガスがＥＧＲ通路を流れると、ＥＧＲ通路から周囲環境に放熱されるだけでなく、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラによって冷却される。したがって、特許文献１では、燃料カット中の触媒の温度低下を十分に抑制するのが困難である。

本発明によれば、機関吸気通路内に配置されたスロットル弁と、排気弁の開弁時期を変更可能な排気可変動弁機構と、機関排気通路内に配置された触媒と、機関減速運転時の燃料カット時に、前記排気可変動弁機構を制御して前記排気弁の開弁時期を圧縮上死点から排気下死点までの間に設定するとともに、前記スロットル弁を開弁状態に維持する、ように構成されている、電子制御ユニットと、を備える、内燃機関の制御装置が提供される。

燃料カット中の触媒の温度低下を十分に抑制しつつ、燃焼再開時に良好な燃焼を確保することができる。

内燃機関の全体図である。 内燃機関の部分縦断面図である。 クランク角に対する排気弁リフト量、筒内圧、及び排気弁を通過するガス流量の変化を示す線図である。 目標差圧を示す線図である。 燃料カット中の種々のパラメータの変化を示すタイムチャートである。 本発明による実施例の差圧制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明による実施例の空気量制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１を参照すると、内燃機関１は、複数、例えば４つの気筒２ａを含む機関本体２を備える。気筒２ａは吸気枝管３を介してサージタンク４に連結され、サージタンク４は吸気ダクト５を介して排気過給器６のコンプレッサ６ｃの出口に連結される。コンプレッサ６ｃの入口は吸気導入管７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気導入管７内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ９が配置される。吸気ダクト５には吸入空気を冷却するための冷却器１０と、電磁駆動式のスロットル弁１１とが順次配置される。

また、気筒２ａは排気マニホルド１２及び排気管１３を順次介して排気過給器６のタービン６ｔの入口に連結される。タービン６ｔの出口は排気管１４を介して、排気を浄化するための触媒１５に連結される。本発明による実施例では、タービン６ｔは可変ノズル６ｎを備えたタービンから構成される。可変ノズル６ｎはタービン６ｔのタービンインペラに向かう排気ガス流路内に配置された複数のノズルを有し、ノズルの流路面積を変更可能になっている。例えば、ノズルの流路面積が小さくされると、ノズルを流れる排気ガスの流速が高められ、したがって過給圧が高められる。

更に、サージタンク４と排気マニホルド１２とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１６によって互いに連結される。ＥＧＲ通路１６内には、ＥＧＲガス量を制御するための電磁駆動式のＥＧＲ制御弁１７と、ＥＧＲガスを冷却するための冷却器１８とが配置される。

図２は、本発明による実施例の機関本体２を詳細に示している。図２を参照すると、２０はシリンダブロック、２１はシリンダヘッド、２２はピストン、２３は燃焼室、２４は吸気ポート、２５は吸気弁、２５ａは吸気弁２５の開弁時期を変更可能な吸気可変動弁機構、２６は排気ポート、２７は排気弁、２７ａは排気弁２７の開弁時期を変更可能な排気可変動弁機構、２８は電子制御式の燃料噴射弁、をそれぞれ示す。本発明による実施例では、内燃機関１は圧縮着火式内燃機関から構成され、燃料として例えば軽油が燃料噴射弁２８に供給される。別の実施例（図示しない）では内燃機関１は火花点火式内燃機関から構成され、燃料として例えばガソリンが燃料噴射弁２８に供給される。

再び図１を参照すると、本発明による実施例では、サージタンク４にはサージタンク４内の圧力である吸気圧Ｐｉｎを検出するための吸気圧センサ３０が取り付けられる。また、排気マニホルド１２には排気マニホルド１２内の圧力である排気圧Ｐｅｘを検出するための排気圧センサ３１が取り付けられる。これらセンサ３０，３１の検出結果から、排気圧Ｐｅｘに対する吸気圧Ｐｉｎの差圧ｄＰ（＝Ｐｅｘ−Ｐｉｎ）が算出される。別の実施例（図示しない）では差圧ｄＰを検出するための差圧センサが設けられる。

電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。エアフローメータ９、吸気圧センサ３０、及び排気圧センサ３１の出力電圧は対応するＡ／Ｄ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、クランク角ＣＡを検出するためのクランク角センサ６１が入力ポート５５に接続される。ＣＰＵ５４ではクランク角センサ６１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート５６はそれぞれ対応する駆動回路５８を介して、可変ノズル６ｎ、スロットル弁１１のアクチュエータ、ＥＧＲ制御弁１７のアクチュエータ、吸気可変動弁機構２５ａ、排気可変動弁機構２７ａ、及び燃料噴射弁２８にそれぞれ接続される。

本発明による実施例では、機関減速運転時に燃料カットが行われる。すなわち、例えば、機関負荷を表すアクセルペダル５９の踏み込み量がゼロであり、かつ、機関回転数があらかじめ定められた第１の設定回転数よりも高いときには、燃料噴射が停止される。その結果、機関回転数は次第に低下する。次いで、機関回転数があらかじめ定められた第２の設定回転数よりも低くなると、燃料噴射が再開され、燃焼が再開される。あるいは、アクセルペダル５９が踏み込まれると、燃料噴射及び燃焼が再開される。このようにすると、燃料消費量を低減することができる。

次に、本発明による実施例における燃料カット中の制御について、図３を参照しながら説明する。図３は、排気弁２７の弁リフト量ＶＬｅｘと、筒内圧Ｐｃ、及び、排気弁２７を通過するガス流量ｑｅｘｖの一例を示す図である。なお、ガスが燃焼室２３から排気ポート２６に流れるときにはガス流量ｑｅｘｖは正値となり、ガスが排気ポート２６から燃焼室２３に流れるときにはガス流量ｑｅｘｖは負値となる。

本発明による実施例では、燃料カット中に、差圧ｄＰが目標差圧ｄＰＴになるように制御される。この目標差圧ｄＰは正値であり、したがって排気圧Ｐｅｘが吸気圧Ｐｉｎよりも高くなるように制御される。その結果、図３に示されるように、筒内圧Ｐｃは、クランク角が圧縮上死点から排気下死点に向かう途中で排気圧Ｐｅｘを下回り、排気下死点の直前において吸気圧Ｐｉｎとほぼ一致する。図３に示される例では、ハッチングが付された領域Ｘにおいて、筒内圧Ｐｃが排気圧Ｐｅｘよりも高くなっている。

一方、本発明による実施例では、図３に示されるように、排気弁２７の開弁時期ＥＶＯＰが圧縮上死点から排気下死点までの間に設定される。特に、図３に示される例では、筒内圧Ｐｃが吸気圧Ｐｉｎとほぼ一致する時期に排気弁２７の開弁時期ＥＶＯＰが設定される。また、本発明による実施例では、排気弁２７の閉弁時期は排気下死点から排気上死点までの間に設定される。別の実施例（図示しない）では、排気弁２７の閉弁時期は排気上死点から吸気下死点までの間に設定される。言い換えると、筒内圧Ｐｃが排気圧Ｐｅｘよりも低くなっている時期に排気弁２７が開弁状態にあるように、排気弁２７の開弁時期及び閉弁時期が設定される。その結果、排気弁２７が開弁されると、図３に示されるように、排気弁２７を通過するガス流量ｑｅｘｖが負値となり、すなわちガスが排気ポート２６から燃焼室２３内に逆流する。なお、図３においてハッチングが付された領域Ｙは排気弁２７を介して燃焼室２３内に逆流したガス量を表している。

冒頭で説明したように、燃料カット中は燃焼室２３内で燃焼が行われないけれども、燃料カット中に燃焼室２３内に流入したガスはシリンダブロック２０の壁面、シリンダヘッド２１の壁面、及びピストン２２の頂面などにより温度が高められ、次いで燃焼室２３から排出される。本発明による実施例では、燃焼室２３から流出したガスの一部が上述したように燃焼室２３に戻され、次いで触媒１５内に流入する。この場合、ガスは、ＥＧＲ通路１６を介することなく、燃焼室２３に戻される。したがって、ガスの温度低下をかなり小さくすることができる。その結果、触媒１５内に流入するガスの温度をより高めることができる。したがって、燃料カット中の触媒１５の温度低下を十分に抑制することができる。このため、燃焼が再開されたときに、触媒１５によるより良好な排気浄化作用を確保することができる。

本発明による実施例では、上述したように、燃料カット中に差圧ｄＰが目標差圧ｄＰＴになるように制御される。この目標差圧ｄＰＴは例えば、ガスの逆流が走行性能に悪影響を及ぼさない限りで、図３に示される領域Ｘにおいて燃焼室２３に逆流するガスの温度ができるだけ高くなるように、設定される。図４には目標差圧ｄＰＴの一例が示される。図４に示される例では目標差圧ｄＰは機関回転数Ｎｅの関数としてあらかじめ設定される。図４に示される例では、目標差圧ｄＰＴは機関回転数Ｎｅが高くなるにつれて大きくなる。なお、目標差圧ｄＰＴは図４に示されるマップの下腿であらかじめＲＯＭ５２内に記憶されている。

差圧ｄＰは例えば次のようにして制御される。一例では、差圧ｄＰが目標差圧ｄＰＴになるように、スロットル弁１１の開度がフィードバック制御される。別の例では、差圧ｄＰが目標差圧ｄＰＴになるように、可変ノズル６ｎの開度がフィードバック制御される。更に別の例では、差圧ｄＰが目標差圧ｄＰＴになるように、スロットル弁１１の開度及び可変ノズル６ｎの開度がそれぞれフィードバック制御される。更に別の例では、差圧ｄＰが目標差圧ｄＰＴになるように、吸気弁２５の開弁時期及び排気弁２７の開弁時期の一方又は両方がフィードバック制御される。

また、本発明による実施例では、燃料カット中にスロットル弁１１が開弁状態に維持される。その結果、燃焼室２３内に新気が供給されるので、燃料カットが終了して燃焼が再開されるときに、良好な燃焼を確保することができる。すなわち、例えば、失火が回避され、スモークが低減される。

しかも、本発明による実施例では、燃料カット中に吸入空気量があらかじめ定められた目標空気量になるように制御される。本発明による実施例では、この目標空気量は燃焼再開時に良好な燃焼を得るのに必要な空気量に設定される。目標空気量は例えば機関回転数の関数としてあらかじめ求められており、あらかじめＲＯＭ５２内に記憶されている。

本発明による実施例では、燃料カット中に吸入空気量が目標空気量になるように、ＥＧＲ制御弁１７の開度がフィードバック制御される。

図５には、本発明による実施例における燃料カット中の種々のパラメータの変化の一例が示される。図５においてｔｘは燃料カットが開始されたタイミングを示している。図５に示される例では、燃料カットが開始されると、燃料噴射量ＱＦがゼロとされ、機関回転数Ｎｅが次第に低下する。また、図５に示される例では、差圧ｄＰが目標差圧ｄＰＴになるようにスロットル開度Ｄｔｈが制御される。その結果、排気弁２７を通過するガスの温度Ｔｅｘが高く維持される。図５に示される例では更に、吸入空気量Ｑａが目標空気量になるようにＥＧＲ制御弁１７の開度Ｄｅｇｒが制御される。

したがって、概念的に表現すると、電子制御ユニット５０は、機関減速運転時の燃料カット時に、排気可変動弁機構を制御して排気弁の開弁時期を圧縮上死点から排気下死点までの間に設定するとともに、スロットル弁を開弁状態に維持する、ように構成されている。

図６は本発明による実施例の差圧制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図６を参照すると、ステップ１００では燃料カットが行われているか否かが判別される。燃料カット中でないときには処理サイクルを終了する。燃料カット中のときには次いでステップ１０１に進み、目標差圧ｄＰＴが算出される。続くステップ１０２では目標差圧ｄＰＴになるように差圧ｄＰがフィードバック制御（Ｆ／Ｂ）される。

図７は本発明による実施例の空気量制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図７を参照すると、ステップ２００では燃料カットが行われているか否かが判別される。燃料カット中でないときには処理サイクルを終了する。燃料カット中のときには次いでステップ２０１に進み、目標空気量ＱａＴが算出される。続くステップ２０２では目標空気量ＱａＴになるように吸入空気量Ｑａがフィードバック制御（Ｆ／Ｂ）される。

１ 内燃機関
５ 吸気ダクト
１１ スロットル弁
１５ 触媒
２６ 排気ポート
１２ 排気マニホルド
２７ 排気弁
２７ａ 排気可変動弁機構
５０ 電子制御ユニット

Claims (1)

1. 機関吸気通路内に配置されたスロットル弁と、
   排気弁の開弁時期を変更可能な排気可変動弁機構と、
   機関排気通路内に配置された触媒と、
   機関減速運転時の燃料カット時に、前記排気可変動弁機構を制御して前記排気弁の開弁時期を圧縮上死点から排気下死点までの間に設定するとともに、前記スロットル弁を開弁状態に維持する、ように構成されている、電子制御ユニットと、
   を備える、内燃機関の制御装置。

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