JP2020051388A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置が付帯する内燃機関を制御するにあたり、吸気温センサを介して検出する吸気温の検出精度を向上させる。【解決手段】気筒に向かって流通する新気とＥＧＲガスとが合流する箇所の近傍に設置した吸気温センサの出力信号が示す温度値を、気筒に充填される吸気量及び吸気に占めるＥＧＲガス量に応じて補正して、気筒に充填される吸気の温度を知得する内燃機関の制御装置を構成した。吸気温の検出精度の向上により、燃料噴射量や点火タイミングをより的確に制御することが可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）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、内燃機関の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、排気の一部を当該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、気筒における混合気の燃焼温度を低下させて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。

近時、燃費性能のより一層の向上を目論み、より多くの量のＥＧＲガスを排気通路から吸気通路に還流させ、気筒に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を高める傾向にある。

実開平０３−０４９３６０号公報

内燃機関の気筒に充填される吸気の温度は、サージタンクまたは吸気マニホルドに設置した吸気温センサにより計測する。この吸気温センサに触れる吸気において、新気即ち空気とＥＧＲガスとが十分に混合されていないと、吸気温センサの検出する吸気温が真値から乖離するおそれがある。ＥＧＲガスが還流する外部ＥＧＲ通路がサージタンクまたは吸気マニホルドに接続され、新気とＥＧＲガスとが合流する箇所の近傍に吸気温センサが所在していると、ＥＧＲガスが吸気温センサに多く接触することで、吸気温を実際よりも高く見積もる傾向が生じる。この事象は、ＥＧＲ通路上に本格的なＥＧＲクーラを配設していないシステムにおいて顕著となる。

内燃機関の制御では、気筒に充填される吸気温に応じて燃料噴射量や点火タイミングを調整する。吸気温センサを介して知得する吸気温に誤差が混入していると、混合気の空燃比が目標空燃比からずれたり、最適なタイミングで点火を実行できなかったりする。

本発明は、吸気温センサを介した吸気温の検出精度の向上を所期の目的としている。

本発明では、排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒に向かって流通する新気とＥＧＲガスとが合流する箇所の近傍に設置した吸気温センサの出力信号が示す温度値を、気筒に充填される吸気量及び吸気に占めるＥＧＲガス量に応じて補正して、気筒に充填される吸気の温度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、内燃機関の気筒に充填される吸気の温度の検出精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 内燃機関のサージタンクまたは吸気マニホルドにおける吸気の温度の分布の模様を説明する模式図。 同実施形態の制御装置が決定する吸気温の補正値を例示する図。

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。

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。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）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の上流側と吸気通路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２２とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）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は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

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、内燃機関の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またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に要求されるエンジン負荷率、要求出力）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、吸気通路３特にサージタンク３３または吸気マニホルド３４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３５から出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、排気通路４における触媒４１の上流側及び／または下流側の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排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２２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する。そして、それらに基づき、気筒１に吸入される新気量に見合った要求燃料噴射量、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（または、ＥＧＲガス量）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。

気筒１に吸入される新気量は、エンジン回転数及び新気の分圧から推算する。新気の分圧は、吸気圧からＥＧＲガスの分圧を減算したものである。ＥＧＲガスの分圧は、アクセル開度、エンジン回転数及びＥＧＲバルブ２２の開度に基づいて推定する。ＥＣＵ０のメモリには予め、アクセル開度、エンジン回転数及びＥＧＲバルブ２２開度とＥＧＲガス分圧との関係を規定したマップデータが格納されている。このマップデータは、内燃機関の設計開発または適合段階でＥＧＲガス分圧を実測することにより作成されている。ＥＣＵ０は、現在のアクセル開度、エンジン回転数及びＥＧＲバルブ２２開度をキーとして当該マップを検索し、現在のＥＧＲガス分圧を知得する。ＥＧＲ率は、ＥＧＲガス分圧を吸気圧で除算したものである。

燃料噴射量及び点火タイミングは、気筒１に充填される吸気の温度に応じて補正する。即ち、吸気温が高いほど、吸気の酸素濃度が低減することから、燃料噴射量を減量する。並びに、吸気温が高いほど、気筒１においてノッキング等の異常燃焼が発生するリスクが高まることから、点火タイミングを遅角させる。

既に述べた通り、気筒１に充填される吸気の温度は、サージタンク３３または吸気マニホルド３４に設置した吸気温センサ３５を介して検出する。図２に模式的に示すように、この吸気温センサ３５の設置位置は、ＥＧＲ通路２１がサージタンク３３または吸気マニホルド３４に接続している箇所、つまりは新気とＥＧＲガスとが合流する箇所に近い。この吸気温センサ３５に触れる吸気において、新気とＥＧＲガスとが十分に混合されていないと、ＥＧＲガスが吸気温センサ３５に多く接触し、その帰結として吸気温センサ３５が気筒１に充填される吸気の実際の温度よりも高い温度を検出することが起こり得る。例えば、サージタンク３３の上流の新気の温度が３０℃、サージタンク３３に流入するＥＧＲガスの温度が１００℃で、最終的に気筒１に充填される吸気の温度が５０℃であったとしても、吸気温センサ３５が検出する吸気温が７０℃になったりする。

そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、気筒１に充填される吸気の温度を知得するにあたり、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す吸気温を、気筒１に充填される吸気の量、及び吸気に占めるＥＧＲガスの量に応じて補正する。

図３に、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値に補正項として加える減算値の例を示している。図示例において、縦軸はＥＧＲ率であり、横軸は吸気圧センサ３５を介して知得した吸気圧である。エンジン回転数を一定と仮定すれば、サージタンク３３または吸気マニホルド３４内の吸気圧が高いほど、気筒１に充填される吸気量が多くなる。そして、吸気量が多い、即ち吸気の流れが強いほど、新気とＥＧＲガスとがよく混交すると考えられる。また、吸気圧を一定と仮定すれば、ＥＧＲ率が高いほど、吸気に占めるＥＧＲガスの量が多くなることは言うまでもない。

図３に例示している通り、吸気圧が同等であるならば、ＥＧＲ率が高いほど、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値に加える減算値を大きくする。ＥＧＲガス量が多いほど、吸気温センサ３５が検出する吸気温が真の吸気温よりも高くなるからである。並びに、ＥＧＲ率が同等であるならば、吸気圧が低いほど、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値に加える減算値を大きくする。吸気の流れが弱いほど、新気とＥＧＲガスとの混交の度合いが低下し、吸気温センサ３５が検出する吸気温が真の吸気温よりも高くなるからである。

ＥＣＵ０のメモリには予め、ＥＧＲ率及び吸気圧と、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値に加味するべき減算値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ＥＧＲ率及び吸気圧をキーとして当該マップを検索して減算値を得、その減算値を吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値から減算して、気筒１に充填される吸気の温度を算出する。

本実施形態では、ＥＧＲ装置２が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒１に向かって流通する新気とＥＧＲガスとが合流する箇所の近傍に設置した吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値を、気筒１に充填される吸気の量及び吸気に占めるＥＧＲガスの量に応じて補正して、気筒１に充填される吸気の温度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、ＥＧＲ装置２が付帯する内燃機関を制御するにあたり、吸気温センサ３５を介して検出する吸気温の検出精度を向上させることができる。ひいては、燃料噴射量や点火タイミングをより的確に制御することが可能となり、燃費性能やドライバビリティ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、吸気通路３を流れる新気の流量を検出するエアフローメータを設置している内燃機関にあっては、サージタンク３３または吸気マニホルド３４内の吸気圧に代えて、新気流量に応じて、吸気温センサ３５３の出力信号が示す温度値を補正することができる。いわば、図３に例示するマップデータの横軸を新気流量に置き換えることができる。その場合、新気流量が少ないほど、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値に加える減算値を大きくする。

図３に例示するマップデータの横軸を、エンジン回転数及び新気分圧から推算される、気筒１に吸入される新気量に置き換えても構わない。その場合、新気量が少ないほど、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値に加える減算値を大きくする。

図３に例示するマップデータを、エンジン回転数毎に作成してもよい。換言すれば、エンジン回転数に応じて、吸気温センサ３５の出力信号ｅが示す温度値に加える減算値を変更する態様をとることがあり得る。

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適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
２…排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置
２１…ＥＧＲ通路
２２…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
３５…吸気温・吸気圧センサ
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｅ…吸気温・吸気圧信号
ｋ…スロットルバルブの開度操作信号
ｌ…ＥＧＲバルブの開度操作信号

Claims (1)

1. 排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、
   気筒に向かって流通する新気とＥＧＲガスとが合流する箇所の近傍に設置した吸気温センサの出力信号が示す温度値を、気筒に充填される吸気量及び吸気に占めるＥＧＲガス量に応じて補正して、気筒に充填される吸気の温度を知得する内燃機関の制御装置。

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