JP2022083541A

JP2022083541A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2022083541A
Application number: JP2020194915A
Authority: JP
Inventors: 慎司吉岡; Shinji Yoshioka; 真一中越; Shinichi Nakagoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2022-06-06

Abstract

【課題】空燃比センサによる空燃比の検出精度の低下を抑制し、排気エミッションの悪化を抑制できるようにすること。【解決手段】過給機と、排気ガスを過給機を介さずに排気通路にバイパスさせるバイパス通路と、バイパス通路に設けられたウエイストゲートバルブと、排気通路において触媒よりも上流に設けられた第１空燃比センサと、排気通路において触媒よりも下流に設けられた第２空燃比センサとを備えた内燃機関の制御装置であって、第２空燃比センサのフィードバック制御が活性状態であり、且つ、クランクが所定角度回転する間の、第１空燃比センサの出力変化が所定値以上である場合、ウエイストゲートバルブを所定開度以下に制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

下記特許文献１には、ウエイストゲートバルブを備えた過給機付きエンジンにおいて、気筒間の空燃比のインバランスを検出する技術が開示されている。

特開２０１４－１４８９６５号公報

しかしながら、従来のウエイストゲートバルブを備えた過給機付きエンジンにおいては、ウエイストゲートバルブが開いている状態において、空燃比センサへのガス当たりが気筒間で異なるため、空燃比センサによる空燃比の検出精度が低下し、排気エミッションが悪化する虞があった。

上述した課題を解決するために、一実施形態に係る内燃機関の制御装置は、過給機と、排気ガスを過給機を介さずに排気通路にバイパスさせるバイパス通路と、バイパス通路に設けられたウエイストゲートバルブと、排気通路において触媒よりも上流に設けられた第１空燃比センサと、排気通路において触媒よりも下流に設けられた第２空燃比センサとを備えた内燃機関の制御装置であって、第２空燃比センサのフィードバック制御が活性状態であり、且つ、クランクが所定角度回転する間の、第１空燃比センサの出力変化が所定値以上である場合、ウエイストゲートバルブを所定開度以下に制御する。

一実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、空燃比センサによる空燃比の検出精度の低下を抑制し、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

一実施形態に係る車両の構成を示す図一実施形態に係るＥＣＵによる処理の手順を示すフローチャート一実施形態に係るＥＣＵによる処理の手順の変形例を示すフローチャート

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

（車両１０の構成）
図１は、一実施形態に係る車両１０の構成を示す図である。図１に示す車両１０は、過給機３０付きのエンジン２０を備えており、エンジン２０の発生する駆動力により、走行可能である。

図１に示すように、車両１０は、エンジン２０、過給機３０、排気管４０、ＥＣＵ５０、および吸気管６０を備える。

エンジン２０は、「内燃機関」の一例である。エンジン２０は、燃焼室２１内で燃料（ガソリン等）と空気との混合気が燃焼して、燃焼室２１内でピストンが往復運動することにより、クランクシャフトを回転させて、クランクシャフトから車両の走行のための駆動力を出力する。エンジン２０は、サージタンク２２および排気マニフォールド２３を備える。サージタンク２２は、吸気管６０とエンジン２０の各吸気ポートとの間に接続されている。サージタンク２２は、過給機３０から供給された空気を一時的に蓄えて、エンジン２０の各吸気ポートに供給する。排気マニフォールド２３は、エンジン２０の各排気ポートと、過給機３０の排気タービン３２との間に接続されている。排気マニフォールド２３は、エンジン２０の各排気ポートから排出される排気ガスを集合して、排気タービン３２へ排出する。エンジン２０の各吸気ポートには、インジェクタ２４が設けられている。インジェクタ２４は、ＥＣＵ５０の制御により、エンジン２０の吸気ポート内に燃料を噴射する。また、エンジン２０には、水温センサ２５およびクランク角センサ２６が設けられている。水温センサ２５は、エンジン２０を流れる冷却水の温度を検出する。クランク角センサ２６は、エンジン２０が備えるクランクシャフトの回転角度を検出する。

過給機３０は、コンプレッサ３１および排気タービン３２を有する。排気タービン３２は、エンジン２０の排気マニフォールド２３と、排気管４０との間に接続されている。排気タービン３２は、排気マニフォールド２３から排出される排気ガスの気流を利用して、回転力を発生する。コンプレッサ３１は、吸気管６０の途中に設けられている。コンプレッサ３１は、排気タービン３２の発生する回転力を利用して、エンジン２０に吸入される空気を圧縮する。

吸気管６０は、エンジン２０に吸入される空気の吸気通路である。吸気管６０は、エンジン２０のサージタンク２２に接続されている。吸気管６０において、コンプレッサ３１よりも下流側には、スロットルバルブ６１、インタークーラ６２、および過給圧センサ６５が設けられている。スロットルバルブ６１は、吸気管６０の内部で開閉することによって、エンジン２０に吸入される空気の吸気量を調整する。インタークーラ６２は、冷却水によって、吸気管６０内を流れる吸入空気を冷却する。過給圧センサ６５は、吸気管６０内における過給圧を検出する。吸気管６０において、コンプレッサ３１よりも上流側には、エアクリーナ６３およびエアフローメータ６４が設けられている。エアクリーナ６３は、吸入空気内の異物を除去する。エアフローメータ６４は、単位時間当たりの吸入空気量を検出する。また、吸気管６０には、エアバイパス通路６６が設けられている。エアバイパス通路６６は、過給機３０のコンプレッサ３１をバイパスするように、吸気管６０におけるコンプレッサ３１よりも上流側と、吸気管６０におけるコンプレッサ３１よりも下流側との間を接続する。エアバイパス通路６６には、エアバイパスバルブ６７が設けられているエアバイパスバルブ６７は、ＥＣＵ５０の制御によって開閉することにより、エアバイパス通路６６を流れる空気の流量を調整する。

排気管４０は、コンプレッサ３１の排気タービン３２から延出して設けられている。排気管４０は、排気タービン３２から排出された排気ガスを排出するための排気通路である。排気管４０には、第１触媒４１、第２触媒４２、第１空燃比センサ４３、および第２空燃比センサ４４が設けられている。

第１触媒４１は、排気管４０に設けられている。第２触媒４２は、排気管４０において、第１触媒４１よりも下流に設けられている。第１触媒４１および第２触媒４２は、排気管４０を流れる排気ガスを浄化する。例えば、第１触媒４１は、中空構造のケーシングと、ケーシングに内装した触媒担体とを有する。触媒担体は、例えば、コージュライト等のセラミックス材料によって形成したハニカム構造体であり、排気管４０を流れる排出ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための触媒物質を担持している。

第１空燃比センサ４３は、排気管４０において、第１触媒４１よりも上流側に設けられている。第１空燃比センサ４３は、第１触媒４１よりも上流側の排気ガスの空燃比を検出する。第１空燃比センサ４３によって検出された空燃比は、ＥＣＵ５０へ供給される。

第２空燃比センサ４４は、排気管４０において、第１触媒４１よりも下流側（第１触媒４１と第２触媒４２との間）に設けられている。第２空燃比センサ４４は、第１触媒４１よりも下流側の排気ガスの空燃比を検出する。第２空燃比センサ４４によって検出された空燃比は、ＥＣＵ５０へ供給される。

また、排気管４０には、バイパス通路４５が設けられている。バイパス通路４５は、過給機３０の排気タービン３２をバイパスするように、排気マニフォールド２３と、排気管４０との間を接続する。バイパス通路４５には、ウエイストゲートバルブ４６が設けられている。ウエイストゲートバルブ４６は、ＥＣＵ５０の制御によって開閉することにより、バイパス通路４５を流れる排気ガスの流量を調整する。ウエイストゲートバルブ４６には、ウエイストゲートバルブ開度センサ４７が設けられている。ウエイストゲートバルブ開度センサ４７は、ウエイストゲートバルブ４６の開度を示す信号を出力する。

ＥＣＵ５０は、「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ５０は、車両１０の全体を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、各種センサ（第１空燃比センサ４３、第２空燃比センサ４４、ウエイストゲートバルブ開度センサ４７、エアフローメータ６４、過給圧センサ６５、アクセル開度センサ８１、水温センサ２５、クランク角センサ２６等）の検出値等に基づいて、点火タイミング、スロットルバルブ６１の開度、インジェクタ２４の燃料噴射量および燃料噴射タイミング、自動変速機７０の変速比、ウエイストゲートバルブ４６の開度、エアバイパスバルブ６７の開度等を制御することができる。

また、ＥＣＵ５０は、第１空燃比センサ４３および第２空燃比センサ４４の検出値に基づいて、空燃比フィードバック制御を行うことができる。

例えば、ＥＣＵ５０は、第１空燃比センサ４３の検出値が目標値となるように、インジェクタ２４によるエンジン２０への燃料供給（燃料噴射量および燃料噴射タイミング）をフィードバック制御する、メインフィードバック制御を行うことができる。

さらに、ＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４の検出値に基づいて、上記目標値をフィードバック制御するサブフィードバック制御を行うことができる。例えば、ＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４の検出値の検出値が理論空燃比よりもリーンである場合、上記目標値を理論空燃比よりもリッチとすることができる。また、例えば、ＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４の検出値の検出値が理論空燃比よりもリッチである場合、上記目標値を理論空燃比よりもリーンとすることができる。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（CentralProcessingUnit）、各種メモリ（例えば、ＲＯＭ（ReadOnlyMemory）、ＲＡＭ（RandomAccessMemory））等を備えて構成されている。ＥＣＵ５０は、各種メモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することにより、当該ＥＣＵ５０が備える各種機能を実現する。

（一実施形態に係るＥＣＵ５０による処理の手順）
図２は、一実施形態に係るＥＣＵ５０による処理の手順を示すフローチャートである。

まず、ＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４のフィードバック制御が活性状態であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。

ステップＳ２０１において、第２空燃比センサ４４のフィードバック制御が活性状態ではないと判断された場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０１において、第２空燃比センサ４４のフィードバック制御が活性状態であると判断された場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２において、第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上ではないと判断された場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０２において、エンジン２０のクランクが所定角度（例えば、７２０°）回転する間の、第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上であると判断された場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ウエイストゲートバルブ４６を所定開度以下に制御する（ステップＳ２０３）。そして、ＥＣＵ５０は、図２に示す一連の処理を終了する。

なお、「第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上である場合」とは、すなわち、空燃比の気筒間インバランスが生じていることを意味する。また、ＥＣＵ５０は、「クランクが所定角度回転する間」を、クランク角センサ２６の検出値に基づいて判断することができる。また、「ウエイストゲートバルブ４６の所定開度」とは、ウエイストゲートバルブ４６を排気ガスが殆ど流れないようにすることが可能な開度を意味する。

（一実施形態に係るＥＣＵ５０による処理の手順の変形例）
図３は、一実施形態に係るＥＣＵ５０による処理の手順の変形例を示すフローチャートである。

まず、ＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４のフィードバック制御が活性状態であるか否かを判断する（ステップＳ３０１）。

ステップＳ３０１において、第２空燃比センサ４４のフィードバック制御が活性状態ではないと判断された場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、図３に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ３０１において、第２空燃比センサ４４のフィードバック制御が活性状態であると判断された場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。

ステップＳ３０２において、第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上ではないと判断された場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、図３に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ３０２において、エンジン２０のクランクが所定角度回転する間の、第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上であると判断された場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ウエイストゲートバルブ４６を所定開度以下に制御する（ステップＳ３０３）。

そして、ＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４の検出値による第１空燃比センサ４３の補正学習値が所定値以上変化したか否かを判断する（ステップＳ３０４）。

ステップＳ３０４において、第１空燃比センサ４３の補正学習値が所定値以上変化していないと判断された場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、図３に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ３０４において、第１空燃比センサ４３の補正学習値が所定値以上変化したと判断された場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ウエイストゲートバルブ４６が所定開度以下に制御されているときの第１空燃比センサ４３の補正学習値を、当該のトリップ中で保持した状態で、ウエイストゲートバルブ４６の開度制御を終了する（ステップＳ３０５）。その後、ＥＣＵ５０は、図３に示す一連の処理を終了する。

一実施形態に係るＥＣＵ５０は、図２または図３に示す一連の処理を実行することにより、第２空燃比センサ４４のフィードバック制御が活性状態であり、且つ、第１空燃比センサ４３の出力変化が所定値以上ではないときに、ウエイストゲートバルブ４６を所定開度以下に制御することができる。これにより、一実施形態に係るＥＣＵ５０は、第１空燃比センサ４３および第２空燃比センサ４４による空燃比の検出対象を、コンプレッサ３１の排気タービン３２から排出される排気ガスのみに（すなわち、バイパス通路４５を流れる排気ガスを含まないように）することができる。

ここで、バイパス通路４５を流れる排気ガスは、気筒間の偏差を有して、第２空燃比センサ４４にガス当たりする性質を有する。具体的には、バイパス通路４５を流れる排気ガスは、気筒毎に、第１触媒４１の一部に強いブローダウン流を生じさせる場合と、第１触媒４１の一部に強いブローダウン流を生じさせない場合とに分類され得る。このため、バイパス通路４５を流れる排気ガスは、第１触媒４１の下流に設けられた第２空燃比センサ４４に対するガス当たりが、気筒毎に異なる場合がある。

一方、排気タービン３２から排出される排気ガスは、気筒を問わず、第１触媒４１に対して一様に流入するため、気筒間の偏差を有さずに第２空燃比センサ４４にガス当たりする性質を有する。

そこで、一実施形態に係るＥＣＵ５０は、ウエイストゲートバルブ４６を所定開度以下に制御して、第１空燃比センサ４３および第２空燃比センサ４４による空燃比の検出対象を、コンプレッサ３１の排気タービン３２から排出される排気ガスのみに（すなわち、バイパス通路４５を流れる排気ガスを含まないように）する。これにより、一実施形態に係るＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４に対するガス当たりの、気筒間の偏差を抑制することができる。

これにより、一実施形態に係るＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４による空燃比の検出精度を高めることができる。したがって、一実施形態に係るＥＣＵ５０は、第２空燃比センサ４４の検出値に基づいて、上記目標値をより高精度に算出することができる。その結果、一実施形態に係るＥＣＵ５０は、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

１０車両
２０エンジン
２１燃焼室
２２サージタンク
２３排気マニフォールド
２４インジェクタ
２５水温センサ
２６クランク角センサ
３０過給機
３１コンプレッサ
３２排気タービン
４０排気管
４１第１触媒
４２第２触媒
４３第１空燃比センサ
４４第２空燃比センサ
４５バイパス通路
４６ウエイストゲートバルブ
４７ウエイストゲートバルブ開度センサ
５０ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
６０吸気管
６１スロットルバルブ
６２インタークーラ
６３エアクリーナ
６４エアフローメータ
６５過給圧センサ
６６エアバイパス通路
６７エアバイパスバルブ
７０自動変速機
８１アクセル開度センサ

Claims

過給機と、
排気ガスを前記過給機を介さずに排気通路にバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたウエイストゲートバルブと、
前記排気通路において触媒よりも上流に設けられた第１空燃比センサと、
前記排気通路において前記触媒よりも下流に設けられた第２空燃比センサと
を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記第２空燃比センサのフィードバック制御が活性状態であり、且つ、クランクが所定角度回転する間の、前記第１空燃比センサの出力変化が所定値以上である場合、前記ウエイストゲートバルブを所定開度以下に制御する
内燃機関の制御装置。