JP3785764B2

JP3785764B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置

Info

Publication number: JP3785764B2
Application number: JP28971697A
Authority: JP
Inventors: 一也結城
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: JPH11125126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃費の向上を図りつつＮＯｘ排出量を低減する内燃機関のＥＧＲ（排気還流) 制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気の一部を吸気系に還流することにより、ＮＯｘ低減を図ると共に、スロットル弁開度を増大させてポンピングロスを低減し燃費の向上を図ることが行われている。
ところで、ノッキングレベルに応じて点火時期補正を行いノッキングレベルを適正レベルに維持する制御を行うノックコントロール運転領域においては、図６に示すように、ＥＧＲ率が高くなるとサージ発生域が広くなるので、点火時期もそのＥＧＲ率とノック限界とにより制約されるという不具合がある。また、冷却水温度等の環境条件によるノック限界域の変化や点火時期のバラツキ、ＥＧＲ制御弁の特性等を考慮し、サージ発生域及びノック発生域に対して余裕を持たせてＥＧＲ率を設定する必要があり、ＥＧＲ率を十分高く設定できないという不具合がある。
【０００３】
この点に鑑み、ノッキングレベルに応じた点火時期補正量に基づいてサージ発生域に入ったか否かを検出し、サージ発生域に入ったときにＥＧＲを減少（停止を含む。以下同様) させてサージを回避し、ノッキング及びサージの発生を抑制しつつ燃費や排気エミッションを改善したものがある（特開平４−３２５７５２号公報) 。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサージ回避方式では、ＥＧＲを減少するためにＥＧＲ制御弁開度を減少させても、吸気系に残留するＥＧＲガスにより直ぐにはＥＧＲ減少効果が発揮されず、過渡運転性能が低下し、若しくは、これを回避するために設定ＥＧＲ率を予め減少した場合には、燃費効果が目減りするという不具合がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、サージ発生域に入ったときに速やかにＥＧＲを減少する構成として、過渡運転性能を満たしつつ燃費や排気エミッション性能を十分に改善できるようにした内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明は、図１に示すように、
排気系と吸気系とを結ぶＥＧＲ通路に介装されたＥＧＲ制御弁により排気系から吸気系へのＥＧＲ量を制御すると共に、吸・排気弁のリフト特性を相対的に変化させることにより吸・排気弁のバルブオーバラップ量を制御して内部ＥＧＲ量を調整可能な内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
機関の運転状態に基づいてノッキングが発生しやすい所定の運転領域を判別するノッキング発生域判別手段と、
前記判別された前記所定の運転領域でノッキングを検出するノッキング検出手段と、前記検出されたノッキングレベルに応じて点火時期を補正する点火時期補正手段と、
前記ノッキングレベルに応じた点火時期の補正量に基づいてサージ発生域に入っているか否かを判定するサージ判定手段と、
サージ発生域に入っていると判定されたときに、前記吸・排気弁のバルブオーバラップ量を制御してサージを回避する方向に内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲ量制御手段と、
を含んで構成すると共に、
前記所定の運転領域以外の運転領域では、前記吸・排気弁のバルブオーバラップ量による内部ＥＧＲ量の調整を解除すると共に、サージレベルを検出し、サージレベルが大きいときには前記ＥＧＲ制御弁の開度を減少してＥＧＲ量を減少補正するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
ノッキング発生域判別手段により判別されたノッキングが発生しやすい所定の運転領域でノッキング検出手段がノッキングレベルを検出し、点火時期補正手段が該ノッキングレベルを適正に維持するように点火時期を補正する。サージ発生域判定手段がこの点火時期の補正量に基づいてサージ発生域に入っているか否かを判定し、サージ発生域に入っていると判定されたときは、内部ＥＧＲ量調整手段が吸・排気弁のバルブオーバラップ量を制御して内部ＥＧＲ量を調整する。これにより、内部ＥＧＲ量による応答性の良い調整で速やかにサージを回避できる。
【０００８】
また、前記所定の運転領域以外の運転領域では、前記吸・排気弁のバルブオーバラップ量による内部ＥＧＲ量の調整を解除すると共に、サージレベルを検出し、サージレベルが大きいときには前記ＥＧＲ制御弁の開度を減少してＥＧＲ量を減少補正する構成により、以下の効果が得られる。
【０００９】
すなわち、前記ノックコントロールを行う所定の運転領域から、ノックコントロールを行わない所定の運転領域以外の運転領域に移行したときは、前記吸・排気弁のバルブオーバラップ量による内部ＥＧＲ量の調整を解除して適正値に制御すると共に、サージレベルを検出し、サージレベルが大きいときには前記ＥＧＲ制御弁の開度を減少してＥＧＲ量を減少補正するようにしたので、運転状態に適応し、かつ、サージを回避できるようなＥＧＲ制御を行うことができる。
また、請求項２に係る発明は、前記サージ発生域に入っているか否かの判定は、点火時期の遅角補正量を運転領域毎に設定されたしきい値と比較して行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明によると、
点火時期の遅角量を大きくするとサージ発生域に入るので、該遅角量のサージ発生域に入る限界値をサージ発生のしきい値として設定するが、この値は、運転領域によって異なる。そこで、該運転領域毎にしきい値を設定し、点火時期の遅角補正量を該設定されたしきい値と比較することにより、高精度にサージ発生域の判定を行うことができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、
前記内部ＥＧＲ量の調整は、吸・排気弁のバルブオーバラップ量を運転領域毎に設定された減少量だけ減少させて行うことを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
サージを回避するのに必要なバルブオーバラップ量の減少量つまり内部ＥＧＲ量は、運転領域によって異なる。そこで、該運転領域毎にバルブオーバラップ量の減少量を設定し、該設定された減少量によってバルブオーバラップ量を減少し、内部ＥＧＲ量を調整することにより、サージを回避するのに必要かつ十分なＥＧＲ制御を行うことができる。
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、
前記サージ発生域判定用のしきい値、吸・排気弁のバルブオーバラップ量の設定減少量の少なくとも一方を機関の冷却水温度に基づいて補正することを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
サージ発生域判定用のしきい値、吸・排気弁のバルブオーバラップ量の設定減少量は、前記運転領域の他、機関の冷却水温度によっても変化するので、これらの値を該冷却水温度に基づいて補正することにより、より高精度に設定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
図２において、機関の排気通路１と吸気通路２とがＥＧＲ通路３により連通され、ＥＧＲ通路３にはダイアフラム式のＥＧＲ制御弁４の弁体５が介装されている。前記ＥＧＲ制御弁４の負圧室６には負圧制御弁７を介して負圧空気が供給される。
【００１４】
前記負圧制御弁７にはソレノイドバルブ８が設けられ、ソレノイドバルブ８を制御装置９により駆動制御することにより前記ＥＧＲ制御弁４への負圧供給量を制御する。
また、吸気弁10の開閉特性（開閉タイミング、位相角) を制御する可変バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ) 11が備えられている。該ＶＴＣ11は、吸気弁10の開閉タイミング（位相角) を可変にできる機構であればよく、例えば、特開平７−３０１１０６号公報において排気弁の開閉タイミング（位相角) 制御に用いられている機構（即ち、カムシャフトと、クランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するカムスプロケットと、の間の位相角を変化させる形式のもの) 、あるいは、特開平６−２５１４号公報に開示されるように流体圧や電磁ソレノイド等を利用して、開閉タイミングを可変設定可能としつつ吸気弁10を開閉させる機構等を用いることができる。また、吸気弁10のリフト量や作動角を可変制御できる機構（ＶＥＴ) のものであってもよく、少なくとも開閉タイミング（位相角) を可変に制御できるものであればよい。更には、吸気弁10用のＶＴＣ（又はＶＥＴ) の代わりに又はこれと併用して、排気弁用のＶＴＣ（又はＶＥＴ) を設けてもよく、要は、吸・排気弁のバルブオーバラップ量を可変に制御して内部ＥＧＲ量を調整可能に構成されていればよい。
【００１５】
前記制御装置９は、ノッキング検出手段としてのノッキングセンサ12、クランク角センサ13、水温センサ14、キースイッチ15等から信号が入力され、機関の運転状態（回転速度，負荷) に応じて燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ等の制御を行う。
前記点火時期の制御では、機関運転状態に基づいてノッキングを発生しやすい所定の運転領域（高負荷域) を検出したときには、前記ノッキングセンサ12から入力した信号に基づいてノッキングレベルを適正に保持するように点火時期を補正し、さらに、該点火時期の補正量に基づいて運転領域がサージ発生域に入ったことを検出したときには、前記ＶＴＣ11を駆動して吸・排気弁のオーバラップ量を減少補正することにより内部ＥＧＲ量を減少させる。その後、前記所定の運転領域以外の運転領域（低負荷域) に移行したときには、前記内部ＥＧＲ量の減少補正を解除した上で通常のＥＧＲ制御を行うと共に、また、回転変動率や筒内圧力変動率などからサージレベルを検出して、サージレベルに応じたＥＧＲ制御弁によるＥＧＲ量の減少補正を行う。
【００１６】
上記ＥＧＲの制御を、図３のフローチャートに従って説明する。
ステップ１では、前記各センサからの検出信号を入力する。
ステップ２では、前記検出信号に基づいて、ノッキングを発生しやすい所定の運転領域、例えば基本燃料噴射量Ｔｐが所定値Ｔｏ以上の高負荷領域であるか否かを判定する。
【００１７】
ステップ２で所定の運転領域と判定されたときは、ステップ３へ進みノッキングセンサ12により検出されたノッキングレベルに応じた点火時期制御を行う。このステップ３の機能が点火時期補正手段を構成する。具体的には、ノッキングレベルが所定値未満のときは、少しずつ進角補正を行い、ノッキングレベルが所定値以上となったときに大きく遅角補正するといった制御を繰り返して、ノッキングレベルをノック限界付近に保持して出力を可及的に向上させようとする制御を行う。
【００１８】
ステップ４では、サージ発生判定しきい値αｉを設定する。具体的には、現在の機関回転速度Ｎと負荷を表す基本燃料噴射量Ｔｐとにより定まる運転領域ｉに対応したサージ発生判定用の基本しきい値αｉｏをＲＯＭに記憶したマップから検索し（図４参照) 、該基本しきい値αｉｏに水温センサ14で検出された冷却水温度（水温) Ｔｗによる水温補正係数ＫTWを乗じてサージ発生判定しきい値αｉを算出する。即ち、図７で示したように、同一のＥＧＲ率条件では点火時期の遅角量を大きくするとサージ発生域に入り、該遅角量のサージ発生域に入る限界値をサージ発生のしきい値として設定するが、この値は、運転領域によって異なり、また、水温Ｔｗによっても変化するので、これら運転領域と水温Ｔｗとに基づいて高精度に設定する。
【００１９】
ステップ５では、前記ノックコントロール時における点火時期の遅角補正量αを、ステップ４で算出したサージ発生判定しきい値αｉと比較してサージ発生域に入ったか否かを判定する。即ち、前記ステップ４及びステップ５がサージ判定手段を構成する。
ステップ５でサージ発生域に入ったと判定されたときは、ステップ６へ進んで吸・排気弁のバルブオーバラップ量Ｏ／Ｌの減少量θｔを設定する。具体的には、前記同様現在の運転領域ｉに対応した基本減少量θｔｏをＲＯＭに記憶したマップから検索し（図５参照) 、該基本減少量θｔｏに前記水温補正係数ＫTWを乗じて減少量θｔを算出する。即ち、サージ発生域に入ったときに内部ＥＧＲ量を減少してサージを回避するが、該サージを回避するのに必要なバルブオーバラップ量Ｏ／Ｌの減少量θｔも、運転領域によって異なり、また、水温Ｔｗによっても変化するので、これら運転領域と水温Ｔｗとに基づいて高精度に設定する。
【００２０】
ステップ７では、前記ＶＴＣ11を駆動して前記ステップ６で設定した減少量θｔだけ吸・排気弁のバルブオーバラップ量Ｏ／Ｌを減少させる。即ち、ステップ６，ステップ７の機能が内部ＥＧＲ量調整手段を構成する。
このようにして、ノックコントロールによりサージ発生域に入ったときは、吸・排気弁のバルブオーバラップ量Ｏ／Ｌを所定量減少して応答性良く内部ＥＧＲ量を減少させることにより、サージを速やかに回避できる。
【００２１】
なお、ノックコントロールによりサージ発生域に入ったときに、ＥＧＲ制御弁４の開度も減少補正して外部ＥＧＲ量による減少補正を併用してもよく、該外部ＥＧＲ量を大きく減少補正した上で、不足する応答遅れ分を内部ＥＧＲ量の減少補正で賄うようにしてもよい。
この状態の後、運転領域が前記所定の運転領域以外のノックコントロールを行わない運転領域、例えば基本燃料噴射量Ｔｐが所定値Ｔｐｏ未満の低負荷領域に移行すると、ステップ２からステップ８へ進み、前記吸・排気弁のバルブオーバラップ量Ｏ／Ｌの減少補正を解除し、運転領域に応じた適正量に制御する。
【００２２】
次いでステップ９へ進み、機関の回転速度，負荷によって区分された運転領域毎にマップに設定されたＥＧＲ制御弁４の開度を検索する。
ステップ10では、前記機関回転変動率や筒内圧力変動率などに基づいてサージレベルβを検出する。
ステップ11では前記検出したサージレベルβを所定値βｏと比較し、所定値以上と判定されたときは、ステップ12へ進んでサージを回避するべく前記ステップ９で設定したＥＧＲ制御弁４の開度を、一定量又はサージレベルに応じた補正量だけ減少補正する。
【００２３】
ステップ13では、ＥＧＲ制御弁４の開度を、前記ステップ10で検索した開度又はこれをステップ11で減少補正した開度となるように制御する。
これにより、低負荷時にも運転状態に適応し、かつ、サージを回避できるＥＧＲ制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施の形態におけるＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】同上実施の形態で使用される遅角量のしきい値のマップ。
【図５】同上実施の形態で使用されるバルブオーバラップの減少量のマップ。
【図６】ＥＧＲ率とサージ限界との関係を示す図。
【符号の説明】
１排気通路
２吸気通路
３ＥＧＲ通路
４ＥＧＲ制御弁
９制御装置
10 吸気弁
11 ＶＴＣ
12 ノッキングセンサ
14 水温センサ

Claims

排気系と吸気系とを結ぶＥＧＲ通路に介装されたＥＧＲ制御弁により排気系から吸気系へのＥＧＲ量を制御すると共に、吸・排気弁のリフト特性を相対的に変化させることにより吸・排気弁のバルブオーバラップ量を制御して内部ＥＧＲ量を調整可能な内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
機関の運転状態に基づいてノッキングが発生しやすい所定の運転領域を判別するノッキング発生域判別手段と、
前記判別された前記所定の運転領域でノッキングを検出するノッキング検出手段と、前記検出されたノッキングレベルに応じて点火時期を補正する点火時期補正手段と、
前記ノッキングレベルに応じた点火時期の補正量に基づいてサージ発生域に入っているか否かを判定するサージ判定手段と、
サージ発生域に入っていると判定されたときに、前記吸・排気弁のバルブオーバラップ量を制御してサージを回避する方向に内部ＥＧＲ量を調整する内部ＥＧＲ量制御手段と、
を含んで構成すると共に、
前記所定の運転領域以外の運転領域では、前記吸・排気弁のバルブオーバラップ量による内部ＥＧＲ量の調整を解除すると共に、サージレベルを検出し、サージレベルが大きいときには前記ＥＧＲ制御弁の開度を減少してＥＧＲ量を減少補正するように構成したことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
前記サージ発生域に入っているか否かの判定は、点火時期の遅角補正量を運転領域毎に設定されたしきい値と比較して行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
前記内部ＥＧＲ量の調整は、吸・排気弁のバルブオーバラップ量を運転領域毎に設定された減少量だけ減少させて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
前記サージ発生域判定用のしきい値、吸・排気弁のバルブオーバラップ量の設定減少量の少なくとも一方を機関の冷却水温度に基づいて補正することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。