JP4536783B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に吸気通路が２つの分岐通路に分岐して燃焼室に連通し、２つの分岐通路の一方に排気を還流する構成を有する内燃機関の制御装置に関する。

図６に示すように、内燃機関１０１の吸気通路１０２を分岐通路１０２Ａ及び１０２Ｂに分岐させて、燃焼室に連通させ、一方の分岐通路１０２Ｂにスワール制御弁１０４を設けるとともに、他方の分岐通路１０２Ａに排気還流通路１０５を接続する構成が特許文献１に示されている。

また分岐通路１０２Ａ及び１０２Ｂの上流側に、吸入空気量を制御するためのインテイクシャッタ弁１０３を設けることも従来より知られている。
特開２００１−７３８８１号公報

排気還流通路１０５の排気還流弁１０６を開弁し、排気還流を実行しているときは、通常はインテイクシャッタ弁１０３は閉弁されないが、特定の機関運転状態で排気還流実行中にインテイクシャッタ弁１０３を閉弁作動させる場合がある。このとき、還流される排気が分岐通路１０２Ａから分岐通路１０２Ｂに回り込み、排気中の成分がスワール制御弁１０４に付着し、弁の固着が発生し易くなる。

本発明はその問題を解決するためになされたものであり、排気還流実行中にインテイクシャッタ弁を閉弁作動させることが必要となったときに、スワール制御弁が設けられている分岐通路に還流排気が回り込まないようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の燃焼室に連通する第１及び第２の分岐通路（７Ａ，７Ｂ）を有し、前記機関に空気を供給する空気供給通路（７）と、前記燃焼室から排出される排気の一部を前記第１の分岐通路（７Ａ）に還流する排気還流手段（２５）と、該排気還流手段により還流される排気量を制御する第１開閉弁（２６）と、前記第１及び第２の分岐通路（７Ａ，７Ｂ）の上流側に設けられ、前記空気供給通路（７）を開閉する第２開閉弁（２２）とを備える内燃機関の制御装置において、前記第２の分岐通路（７Ｂ）内には、当該第２の分岐通路（７Ｂ）を介して前記機関に吸入される空気量を制限することで前記燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（１９）が備えられ、前記第１開閉弁（２６）の開弁作動中に前記第２開閉弁（２２）を閉弁作動させるときは、前記第２開閉弁（２２）の閉弁速度を低下させる弁作動制御手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記弁作動制御手段は、前記第２開閉弁（２２）の開度が小さくなるほど前記閉弁速度を低下させることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の冷却水温（ＴＷ）を検出する冷却水温検出手段を備え、前記弁作動制御手段は、前記第１開閉弁（２６）の開弁作動中であって、前記冷却水温（ＴＷ）が所定水温（ＴＷＬ）以下でかつ前記機関への燃料供給を停止するフュエルカット運転が行われるときは、前記第２開閉弁（２２）の閉弁速度を低下させることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１開閉弁を開弁作動させて排気還流を実行している場合において、第２開閉弁を閉弁作動させるときは、第２開閉弁の作動速度が低下するように制御されるので、第１の分岐通路から第２の分岐通路への還流排気の回り込みを防止することができる。その結果、第２の分岐通路に設けられたスワール制御弁の固着が発生し易くなるという問題を回避することができる。

請求項２に記載の発明によれば、第２開閉弁の開度が小さくなるほど閉弁速度がより低下するように制御される。第２開閉弁の開度が小さくなるほど、還流排気の回り込みが発生し易くなるので、作動速度をより低下させることにより、小開度での回り込みを確実に防止することができるとともに、開度が大きく還流排気の回り込みがほとんど発生しない状態では迅速な制御が可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、第１開閉弁の開弁作動中であって、冷却水温が所定水温以下でかつフュエルカット運転が行われるときは、第２開閉弁の閉弁速度が低下するように制御される。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関と、その制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されており、燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間は、ＥＣＵ５により制御される。

エンジン１は、吸気管７，排気管８、及びターボチャージャ９を備えている。ターボチャージャ９は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンと、タービンとシャフトを介して連結されたコンプレッサとを備えている。ターボチャージャ９は、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。

吸気管７のコンプレッサ下流側にはインタークーラ１１が設けられ、さらにインタークーラ１１の下流側には、インテイクシャッタ弁（以下「ＩＳＶ」という）２２が設けられている。ＩＳＶ２２は、ＩＳＶアクチュエータ２３により開閉駆動可能に構成されており、ＩＳＶアクチュエータ２３はＥＣＵ５に接続されている。

吸気管７は、ＩＳＶ２２の下流側において吸気管７Ａ，７Ｂに分岐し、さらに各気筒に対応して分岐する。なお、図１には１つの気筒に対応する構成のみが示されている。エンジン１の各気筒には、２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁（図示せず）が設けられている。２つの吸気弁により開閉される吸気口（図示せず）はそれぞれ吸気管７Ａ，７Ｂに接続されている。

また、吸気管７Ｂ内には、当該吸気管７Ｂを介して吸入される空気量を制限してエンジン１の燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（以下「ＳＣＶ」という）１９が設けられている。ＳＣＶ１９は、ＳＣＶアクチュエータ２０により開閉駆動可能に構成されており、ＳＣＶアクチュエータ２０はＥＣＵ５に接続されている。

ＳＣＶアクチュエータ２０は、正逆回転可能なモータを備え、モータを正転させることによりＳＣＶ１９を開弁方向に駆動する一方、モータを逆転させることにより閉弁方向に駆動する。

排気管８と吸気管７Ａとの間には、排気を吸気管７Ａに還流する排気還流通路２５が設けられている。排気還流通路２５には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）２６が設けられている。ＥＧＲ弁２６は、ＥＧＲアクチュエータ２７により開閉駆動可能に構成されており、ＥＧＲアクチュエータ２７はＥＣＵ５に接続されている。ＥＧＲアクチュエータ２７は、正逆回転可能なモータを備え、モータを正転させることにより、ＥＧＲ弁２６を開弁方向に駆動する一方、モータを逆転させることにより閉弁方向に駆動する。

ＥＣＵ５は、デューティ比可変の駆動制御信号をＥＧＲアクチュエータ２７及びＳＣＶアクチュエータ２０に供給し、ＥＧＲ弁２６及びＳＣＶ１９の開度制御を行う。

吸気管７には、吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ３１及び過給圧ＰＢを検出する過給圧センサ３２が設けられている。またＩＳＶ２２の開度ＩＳを検出するＩＳＶ開度センサ３４、ＳＣＶ１９の開度ＳＣを検出するＳＣＶ開度センサ３５、及びＥＧＲ弁２６の開度（リフト量）ＬＡＣＴを検出するＥＧＲ弁開度センサ３６が設けられており、これらのセンサ３１〜３６の検出信号はＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３７、エンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ３８、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ３９、及び外気温ＴＡを検出する外気温センサ４０が接続されており、これらのセンサの検出信号はＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、各種アクチュエータに駆動信号を供給する出力回路から構成される。

図２は、ＩＳＶ２２の開度指令値ＩＳＣＭＤを算出する処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間（例えば２０ミリ秒）毎に実行される。

ステップＳ１１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて基本ＩＳＶ開度指令値ＩＳＣＭＤＢ（％）を算出する。ステップＳ１２では、速度低減フラグＦＶＲＥＤが「１」であるか否かを判別する。速度低減フラグＦＶＲＥＤは、後述する図４の処理において、エンジン１が所定運転状態にあるとき「１」に設定される。

ステップＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ１７に進む。ステップＳ１２でＦＶＲＥＤ＝１であるときは、ＩＳＶ開度を減少させる制御を行うために減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲを算出する（ステップＳ１３）。減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲは、ＩＳＶ開度を徐々に減少させるように設定される。

ステップＳ１４では、減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲに応じて図３に示すＴＣテーブルを検索し、フィルタ時定数ＴＣを算出する。ＴＣテーブルは、減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲが減少するほど、フィルタ時定数ＴＣが増加するように設定されている。図４に示す所定設定値ＴＣ１及びＴＣ２は、例えば０．１５秒及び０．０１秒に設定される。

ステップＳ１５では、減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲについて、フィルタ時定数ＴＣを適用したフィルタ処理、より具体的には一時遅れフィルタ処理を実行する。このフィルタ処理により、減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲの減少速度が低下する。ステップＳ１６では、基本ＩＳＶ開度指令値ＩＳＣＭＤＢを減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲに設定し、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、基本ＩＳＶ開度指令値ＩＳＣＭＤＢをエンジン冷却水温ＴＷに応じて補正し、ＩＳＶ開度指令値ＩＳＣＭＤを算出する。
算出されたＩＳＶ開度指令値ＩＳＣＭＤは、ＩＳＶアクチュエータ２３に供給され、ＩＳＶ開度ＩＳがＩＳＶ開度指令値ＩＳＣＭＤと一致するように、ＩＳＶ２２が制御される。

図４は図２のステップＳ１２で参照される速度低減フラグＦＶＲＥＤの設定を行う処理のフローチャートである。この処理は図２の処理と同一の周期でＥＣＵ５のＣＰＵにおいて実行される。

ステップＳ２１では、エンジン運転状態が排気還流を実行する所定ＥＧＲ領域にあるか否かを判別する。具体的には、検出される冷却水温ＴＷ及び外気温ＴＡが所定ＥＧＲ領域内にあるか否かが判別される。ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であるときは、ＥＧＲ弁２６を閉弁し（ステップＳ２２）、排気還流を停止する。そしてステップＳ２６に進み、速度低減フラグＦＶＲＥＤを「０」に設定する。

ステップＳ２１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＥＧＲ弁２６を開弁し、排気還流を実行する（ステップＳ２３）。ステップＳ２４では、冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＬ（例えば６０℃）以下であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらにエンジン１への燃料供給を遮断するフュエルカット運転中であるか否かを判別する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２４またはＳ２５の答が否定（ＮＯ）であるときは前記ステップＳ２６に進む。一方、ステップＳ２５の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＬ以下でありかつフュエルカット運転中であるときは、速度低減フラグＦＶＲＥＤを「１」に設定する（ステップＳ２７）。

以上のように本実施形態では、排気還流実行中において、冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＬ以下の状態でフュエルカット運転を行うときは、ＩＳＶ２２の開度を減少させる制御が行われ、その際ＩＳＶ開度の減少速度を低下させるフィルタ処理が実行される。これにより、還流排気が吸気管７Ａから吸気管７Ｂへ回り込むことを防止することができる。

また減少制御指令値ＩＳＣＭＤＲが減少するほど、フィルタ時定数ＴＣがより大きな値に設定される、換言すればＩＳＶ開度の減少速度がより低く設定されるので、小開度での還流排気の回り込みを確実に防止することができるとともに、開度が大きく還流排気の回り込みがほとんど発生しない状態では迅速な制御が可能となる。

図５は本実施形態におけるＩＳＶ開度の制御動作例を説明するためのタイムチャートである。実線はフィルタ処理を行う場合のＩＳＶ開度の推移を示し、破線がフィルタ処理を行わない場合の推移（ただし実線と重なっている部分は実線で示されている）を示す。速度低減フラグＦＶＲＥＤが「１」である期間ＴＲ１，ＴＲ２において、フィルタ処理が適用され、ＩＳＶ開度の減少速度が低下し、かつＩＳＶ開度が低下するほど減少速度が低くなるように制御されることが示されている。

本実施形態では、吸気管７が空気供給通路に相当し、吸気管７Ａ及び７Ｂがそれぞれ第１及び第２の分岐通路に相当し、排気還流通路２５及びＥＧＲ弁２６がそれぞれ排気還流手段及び第１開閉弁に相当し、インテイクシャッタ弁２２が第２開閉弁に相当する。またＥＣＵ５が弁作動制御手段を構成する。具体的には図２及び図４に示す処理が弁作動制御手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ＩＳＶ開度の減少速度を低下させる処理は一次遅れフィルタ処理に限るものではなく、他のローパスフィルタ処理を適用してもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 インテイクシャッタ弁の開度制御を行う処理のフローチャートである。 図２の処理で参照されるテーブルを示す図である。 図２の処理で参照されるフラグの設定を行う処理のフローチャートである。 インテイクシャッタ弁の開度制御の動作例を示すタイムチャートである。 従来の技術を説明するための図である。

符号の説明

１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（弁作動制御手段）
７ 吸気管（空気供給通路）
７Ａ，７Ｂ 吸気管（第１及び第２の分岐通路）
２２ インテイクシャッタ弁（第２開閉弁）
２６ 排気還流制御弁（第１開閉弁）

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室に連通する第１及び第２の分岐通路を有し、前記機関に空気を供給する空気供給通路と、前記燃焼室から排出される排気の一部を前記第１の分岐通路に還流する排気還流手段と、該排気還流手段により還流される排気量を制御する第１開閉弁と、前記第１及び第２の分岐通路の上流側に設けられ、前記空気供給通路を開閉する第２開閉弁とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記第２の分岐通路内には、当該第２の分岐通路を介して前記機関に吸入される空気量を制限することで前記燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁が備えられ、
   前記第１開閉弁の開弁作動中に前記第２開閉弁を閉弁作動させるときは、前記第２開閉弁の閉弁速度を低下させる弁作動制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記弁作動制御手段は、前記第２開閉弁の開度が小さくなるほど前記閉弁速度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段を備え、
   前記弁作動制御手段は、前記第１開閉弁の開弁作動中であって、前記冷却水温が所定水温以下でかつ前記機関への燃料供給を停止するフュエルカット運転が行われるときは、前記第２開閉弁の閉弁速度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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