JP2021102952A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路の出口が吸気通路におけるスロットルバルブの下流に接続している内燃機関の運転を制御するにあたり、減速要求があったときの混合気の燃焼の不安定化を適切に抑止する。【解決手段】排気通路と吸気通路におけるスロットルバルブの下流の箇所とを連通するＥＧＲ通路及び当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブを備える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、ＥＧＲバルブを閉弁した状態での内燃機関の運転領域毎の気筒に供給される吸気圧を記憶しており、ＥＧＲバルブを開弁している状態でスロットルバルブの開度が縮小されるときに、気筒に供給される吸気圧の実測値と、記憶している前記吸気圧とに基づいて、スロットルバルブの開度を調整する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２

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。

車両に搭載される内燃機関には、ＥＧＲ装置が付随することが多い。ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路を介して接続し、気筒で発生する燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路経由で吸気通路に還流させて吸気に混交するものである。ＥＧＲ装置は、内燃機関の吸排気損失及び冷却損失を低減せしめるとともに、気筒内での混合気の燃焼温度を低下させて有害物質であるＮＯ_xの排出量を削減する効用をもたらす。

ＥＧＲ通路上には、これを開閉するＥＧＲバルブが設けられており、このＥＧＲバルブの開度操作を通じてＥＧＲガスの還流量を調節することができる。だが、ＥＧＲガスの還流量は、ＥＧＲ通路の入口付近の排気圧力と、同ＥＧＲ通路の出口付近の吸気圧力との差圧の大きさによる影響を受ける。両者の差圧が大きいほど、ＥＧＲガスの還流量は多くなる。

ＥＧＲ通路の出口が吸気通路におけるスロットルバルブの下流の箇所（特に、サージタンク）に接続している構造の内燃機関において、車両の運転者が踏み込んでいたアクセルペダルの踏み込みを緩め、またはアクセルペダルから足を離して車両の減速を要求したとき、スロットルバルブの開度が縮小し、スロットルバルブ下流の吸気圧力が低下（または、吸気負圧が増大）する。結果、ＥＧＲ通路の入口付近の排気圧力と出口付近の吸気圧力との差圧が増大する。

運転者による減速要求があったときには、ＥＧＲバルブの開度も縮小するのであるが、その開閉の速度はハードウェアの都合上スロットルバルブの開閉の速度よりも遅い。従って、差圧の増大により気筒に吸引される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が一時的に高まり、混合気の燃焼が不安定となり、失火を惹起してエンジン回転数の不当な低落を招く懸念が生じる。最悪の場合、エンジンストールに陥ることも想定される。

それ故、従来は、ＥＧＲバルブの開度の上限を安全余裕を加味して低く設定し、減速要求時にスロットルバルブが閉じるのとほぼ同時にＥＧＲバルブも閉じるようにしていた。しかしながら、これは、吸気のＥＧＲ率の上限を低く設定することと同義であり、その分だけＥＧＲによる効用が減殺されることとなっていた。

特開２０１９−０２３４４４号公報

本発明は、ＥＧＲ通路の出口が吸気通路におけるスロットルバルブの下流に接続している内燃機関の運転を制御するにあたり、減速要求があったときの混合気の燃焼の不安定化を適切に抑止することを所期の目的としている。

本発明では、排気通路と吸気通路におけるスロットルバルブの下流の箇所とを連通するＥＧＲ通路及び当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブを備える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、ＥＧＲバルブを閉弁した状態での内燃機関の運転領域毎の気筒に供給される吸気圧を記憶しており、ＥＧＲバルブを開弁している状態でスロットルバルブの開度が縮小されるときに、気筒に供給される吸気圧の実測値と、記憶している前記吸気圧とに基づいて、スロットルバルブの開度を調整する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、ＥＧＲ通路の出口が吸気通路におけるスロットルバルブの下流に接続している内燃機関の運転を制御するにあたり、減速要求があったときの混合気の燃焼の不安定化を適切に抑止することができる。

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。 同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。 同実施形態の制御装置による制御の模様を示すタイミング図。

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。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。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を気筒１毎に設けている。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（新気）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、吸気絞り弁である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結果発生した排気を各気筒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。

外部ＥＧＲ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と吸気通路３とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２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２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１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、内燃機関の出力軸である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、運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度（いわば、要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）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、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の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ｅ、車両のシフトレバー（セレクトレバー）のレンジ（Ｄレンジ、Ｎレンジ、Ｒレンジ、Ｐレンジ等）を知得するためのセンサから出力されるシフトレンジ信号ｆ、吸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２３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し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気量を推算する。そして、吸入空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（一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む）、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。

吸気に対して要求されるＥＧＲ率は、アクセル開度が中程度の中負荷領域において最も高く、それよりもアクセル開度が増大または減少すると低下する。アイドル運転またはこれに近い低負荷領域や、全負荷またはこれに近い高負荷運転領域では、要求ＥＧＲ率が０またはほぼ０となり、ＥＧＲバルブ２３を閉止することになる。

車両の運転者が踏み込んでいたアクセルペダルの踏み込みを急速に緩め、またはアクセルペダルから足を離して車両の減速を要求したとき、アクセル開度の縮小に伴ってスロットルバルブ３２を閉止する。スロットルバルブ３２の開度の縮小は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気圧力の低下（または、吸気負圧の増大）をもたらし、ＥＧＲ通路２１の入口付近の排気圧力と出口付近の吸気圧力との差圧を増大させる。

ＥＧＲバルブ２３は、ポペットバルブの弁体をサーボモータまたはステッピングモータにより駆動する態様のものであることが多い。この種のＥＧＲバルブ２３は、バタフライバルブの弁体をサーボモータまたはステッピングモータにより駆動するスロットルバルブ３２に比して開閉の速度が遅くなる。そのため、運転者が操作するアクセル開度のみに応じてスロットルバルブ３２の開度を決定すると、減速要求時に過分な量のＥＧＲガスがＥＧＲ通路２１を通じて吸気通路３に流入し、その分だけ気筒１に吸入される空気量が減少して吸気のＥＧＲ率が不当に高くなり、燃焼の不安定化を招く。減速要求時に失火が起こると、エンジン回転数が最低限必要なアイドル回転数を下回り、自立的なエンジン回転を維持できずエンジンストールに陥るおそれがある。

上述した問題を回避するべく、本実施形態のＥＣＵ０は、図２に示すように、気筒１の燃焼室に充填される吸気のＥＧＲ率、換言すれば吸気に占める空気の分圧またはＥＧＲガスの分圧を恒常的に推算し（ステップＳ１）、アクセル開度がある程度以上の大きさから０または０に近い閾値以下まで変化した減速要求時において（スロットルＳ２）、エンジン回転数を必要最低限のアイドル回転数以上に維持できるようにスロットルバルブ３２の開度を調整する（ステップＳ３）。

ステップＳ１に関して、ＥＣＵ０のメモリには予め、ＥＧＲバルブ２３の開度を全閉とした状態で、内燃機関の運転領域毎に気筒１に供給される吸気圧力の大きさを示すマップデータが格納されている。マップデータは、内燃機関の運転領域を示すパラメータ［エンジン回転数，アクセル開度］と、各運転領域において気筒１に供給される吸気圧力の値との関係を規定する。マップデータは、内燃機関または車両の設計開発、適合の段階で実験的に求められたものである。その上で、ステップＳ１にて、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びアクセル開度をキーとして当該マップを検索し、ＥＧＲバルブ２３を閉止した状態での吸気圧力の値を読み出す。この吸気圧力の値は、気筒１に充填される吸気に占める空気の分圧に相当する。現実のサージタン３３内の吸気圧力の実測値は、吸気温・吸気圧センサを介して知得できる。その実測の吸気圧力と、上記のマップから読み出した吸気圧力との差分が、気筒１に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの分圧に相当する。

また、ＥＣＵ０のメモリには予め、気筒１に吸入される空気量を推算するためのマップデータが格納されている。マップデータは、内燃機関の運転領域を示すパラメータ［エンジン回転数，吸気に占める空気の分圧］と、吸入空気量の値との関係を規定する。このマップデータも、内燃機関または車両の設計開発、適合の段階で実験的に求められたものである。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及び空気の分圧をキーとして当該マップを検索し、吸入空気量の値を読み出す。そして、その吸入空気量に対して所望の目標空燃比を実現できるように、燃料噴射量を決定する。

ステップＳ３にて、ＥＣＵ０は、気筒１に充填される吸気に占める空気の分圧、ＥＧＲガスの分圧若しくは吸気のＥＧＲ率（＝ＥＧＲガスの分圧／実測の吸気圧力）、または気筒１に吸入される空気量が、混合気の燃焼の不安定化ないし失火を招来せずエンジン回転を維持可能な最低限度以上の量に保たれるように、スロットルバルブ３２の開度を決定する。当然ながら、空気の分圧が小さいほど、ＥＧＲガスの分圧若しくは吸気のＥＧＲ率が大きいほど、または吸入空気量が少ないほど、スロットルバルブ３２の開度をより大きく拡大させることになる。

気筒１に充填される吸気に占める空気の分圧または吸入空気量は、吸気温や大気圧による影響を受ける。よって、センサを介して知得した吸気温及び／または大気圧に応じて、ステップＳ１にて推算する空気の分圧やＥＧＲガスの分圧、ＥＧＲ率、または吸入空気量を補正するか、ステップＳ３にて決定するスロットルバルブ３２の開度を補正することが好ましい。

図３に、本実施形態のＥＣＵ０による制御の模様を示している。車両の運転者が踏み込んでいたアクセルペダルから足を離して減速要求がなされると、それまで開いていたスロットルバルブ３２の開度及びＥＧＲバルブ２３の開度がともに閉じる方向に縮小する。ＥＧＲバルブ２３の閉弁速度はスロットルバルブ３２の閉弁速度よりも遅く、単純にこれらバルブ３２、２３を操作制御すると、スロットルバルブ３２が全閉状態となった後にＥＧＲバルブ２３が全閉状態となる。さすれば、図３中に鎖線で表しているように、気筒１に吸入される空気の量が減少するのに対してＥＧＲガスの量が相対的に増加し、吸気のＥＧＲ率が不当に高くなって、燃焼が不安定化して失火を招き、エンジン回転数が低落する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、現在の吸気のＥＧＲ率を推定した上、ＥＧＲ率が不当に高くならないようにスロットルバルブ３２の開度の縮小を遅らせる（場合によっては、スロットルバルブ３２の開度を一時拡大することもあり得る）。さすれば、図３中に実線で表しているように、吸気のＥＧＲ率の上昇を抑制して安定的な燃焼を維持することができ、エンジン回転数の低落が防止される。

本実施形態では、排気通路４と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の箇所とを連通するＥＧＲ通路２１及び当該ＥＧＲ通路２１を開閉するＥＧＲバルブ２３を備える排気ガス再循環装置２が付帯した内燃機関を制御するものであって、ＥＧＲバルブ２３を閉弁した状態での内燃機関の運転領域毎の気筒１に供給される吸気圧を記憶しており、ＥＧＲバルブ２３を開弁している状態でスロットルバルブ３２の開度が縮小されるときに、気筒１に供給される吸気圧の実測値と、記憶している前記吸気圧とに基づいて、スロットルバルブ３２の開度を調整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、運転者による減速要求があったとき、仮にＥＧＲバルブ２３の閉止が遅れたとしても、スロットルバルブ３２の開度をより拡大して気筒１により多くの量の空気を流入させ、混合気の燃焼の不安定化を適切に抑止することが可能である。ひいては、減速要求時にエンジン回転数を必要最低限度のアイドル回転数に確実に収束させることができ、エンジン回転数の低落、エンジンストールを回避できる。そして、ＥＧＲを実施する際のＥＧＲバルブ２３の開度の上限をより高く設定することが許容され、損失減少による燃費性能の向上及び有害物質ＮＯ_xの排出削減というＥＧＲの効用を十分に享受できるようになる。

減速要求時にスロットルバルブ３２の開度を調整することで、エンジン回転数及び車速の減速度が変動して車両のドライブフィーリングが従来のものから変化する可能性も考えられる。だが、それは内燃機関が発生させるエンジントルクに起因するものであり、気筒１に吸入される空気量をチューニングすることでドライブフィーリングを所望のものに可及的に近づけることは十分に可能である。また、駆動系の変速機の変速比をチューニングしたり、ブレーキ装置との協調制御を取り入れたりして、ドライブフィーリングを所望のものに可及的に近づけることもできよう。

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。各部の具体的構成や処理の手順等は、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利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
２３…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
４…排気通路
４１…触媒
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｄ…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バルブの制御信号

Claims (1)

1. 排気通路と吸気通路におけるスロットルバルブの下流の箇所とを連通するＥＧＲ通路及び当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブを備える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、
   ＥＧＲバルブを閉弁した状態での内燃機関の運転領域毎の気筒に供給される吸気圧を記憶しており、
   ＥＧＲバルブを開弁している状態でスロットルバルブの開度が縮小されるときに、気筒に供給される吸気圧の実測値と、記憶している前記吸気圧とに基づいて、スロットルバルブの開度を調整する内燃機関の制御装置。

Images