JP4766060B2

JP4766060B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4766060B2
Application number: JP2008018451A
Authority: JP
Inventors: 貴之細木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: JP2009180113A

Description

本発明は、スワールコントロールバルブを有する内燃機関に対して制御を行う技術分野に関する。

従来から、内燃機関の燃焼室におけるスワール比（スワール強さ）などを制御するために、スワールコントロールバルブ（以下、単に「ＳＣＶ」とも表記する。）が用いられている。例えば、特許文献１には、このようなＳＣＶの開閉固着時に、エンジン回転数の変動が抑制されるようにＥＧＲ率を低下させる技術が記載されている。また、特許文献２には、ＳＣＶの作動状態変更前後の吸入空気量の差に基づいて、ＳＣＶの故障を判定する技術が記載されている。この技術では、故障判定時に燃焼状態（空燃比や点火時期）を制御して、燃焼の悪化を抑制している。その他にも、本発明に関連する技術が、特許文献３に記載されている。

特開２００７−１８６９９８号公報特開平９−１３７７４３号公報特開２００５−４８７４１号公報

ところで、経年劣化によりインテークマニホールドや吸気ポートにカーボンが堆積した場合に、ＳＣＶによる目標のスワール比を実現できない場合があった。このような場合に、目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲガスを還流させると、エミッションが悪化する傾向にあった。これを防止する方法として、スワール比のずれを求めてスワール比の補正を行うことが考えられるが、ＳＣＶのアクチュエータには耐久性の面から作動回数に制限があるため、当該方法では、スワール比の補正を適切に行うことができない場合があった。また、例えば排気温度などに基づいてＳＣＶの開度をフィードバック制御する方法も考えられるが、当該方法では制御の応答性が悪くなる傾向にあった。

前述した特許文献１乃至３に記載された技術でも、上記のようなＳＣＶ周辺で経年劣化などが発生した場合に、これに応じてＥＧＲ量を適切に制御することが困難であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スワールコントロールバルブを有する内燃機関において、経年劣化が発生した場合にＥＧＲ量を適切に制御することを目的とする。

本発明の１つの観点では、吸気通路上にスワールコントロールバルブを有する内燃機関に対して制御を行う制御装置は、前記スワールコントロールバルブが設けられた箇所の上流側の圧力と前記スワールコントロールバルブが設けられた箇所の下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧の経年変化に基づいて、吸気系に還流させるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ量制御手段と、を備え、前記差圧検出手段は、前記内燃機関がアイドル状態にある場合に、前記差圧の検出を行う。

上記の内燃機関の制御装置は、吸気通路上にスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）を有する内燃機関に対して制御を行うために好適に利用される。具体的には、差圧検出手段は、ＳＣＶが設けられた箇所の上流側の圧力とＳＣＶが設けられた箇所の下流側の圧力との差圧を検出する。そして、ＥＧＲ量制御手段は、当該差圧の経年変化に基づいて、吸気系に還流させるＥＧＲ量（ＥＧＲガス量）を制御する。つまり、差圧の経年変化に基づいて、ＥＧＲ量をフィードバック制御する。これにより、ＳＣＶ周辺のカーボン堆積やＳＣＶの固着などに起因するエミッションの悪化を、適切に抑制することが可能となる。詳しくは、ＳＣＶのアクチュエータの作動回数などを制御する代わりに、ＥＧＲ量を制御しているため、アクチュエータの作動回数を増加させることなくエミッション悪化を低減することができる。更に、上記の内燃機関の制御装置では、ＳＣＶにおける差圧に基づいてＥＧＲ量をフィードバック制御しているため（つまり圧力でフィードバック制御しているため）、制御の応答性を向上させることができる。
また、上記の差圧検出手段は、内燃機関がアイドル状態にある場合に、差圧の検出を行う。これにより、ＳＣＶにおける差圧の測定バラツキを抑制することができ、ＥＧＲ量の制御を精度良く行うことが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記ＥＧＲ量制御手段は、前記スワールコントロールバルブにカーボンが堆積していない状態で検出された前記差圧を初期差圧として、前記初期差圧と前記差圧検出手段によって検出された差圧との差を前記経年変化として用いて、前記ＥＧＲ量を制御する。

上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記ＥＧＲ量制御手段は、前記差圧検出手段によって検出された差圧が前記初期差圧よりも高い場合には、前記ＥＧＲ量を低減する。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［第１実施例］
まず、本発明の第１実施例について説明する。

（全体構成）
図１は、第１実施例に係る内燃機関の制御装置が適用された車両５０の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

車両５０は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、燃料噴射弁５と、エンジン（内燃機関）６と、排気通路９と、点火プラグ１０と、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）１１と、ＥＧＲ通路１２と、ＥＧＲバルブ１３と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０と、を有する。エンジン６は、気筒６ａや吸気弁７や排気弁８や点火プラグ１０などを備えて構成され、例えばガソリンエンジンなどに相当する。なお、図１においては、説明の便宜上、１つの気筒６ａのみを示しているが、実際にはエンジン６は複数の気筒６ａを有する。

吸気通路３には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する吸気の流量を調整する。吸気通路３を通過した吸気は、エンジン６における燃焼室６ｂに供給される。また、燃焼室６ｂには、燃料噴射弁５によって噴射された燃料が供給される。燃焼室６ｂ内では、このように供給された吸気と燃料との混合気が、点火プラグ１０によって点火されることで燃焼される。この場合、燃焼によってピストン６ｃが往復運動し、当該往復運動がコンロッド６ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。エンジン６には排気通路９が接続されており、このような燃焼によって生じた排気は排気通路９から排出される。

エンジン６の燃焼室６ｂには、吸気弁７と排気弁８とが設けられている。吸気弁７は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。排気弁８は、開閉することによって、排気通路９と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。また、吸気通路３（詳しくは吸気ポート）には、燃焼室６ｂにおけるスワール比を調整することが可能なＳＣＶ１１が設けられている。更に、ＳＣＶ１１が設けられた箇所の上流側及び下流側の吸気通路３上には、圧力センサ１４及び圧力センサ１５が設けられている。圧力センサ１４、１５は、それぞれ吸気通路３の内圧（吸気の圧力）を検出し、検出した圧力に対応する検出信号をＥＣＵ２０に供給する。

排気通路９上には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路１２が接続されている。具体的には、ＥＧＲ通路１２は、一端が排気通路９に接続されており、他端が吸気通路３に接続されており、吸気系に排気ガス（ＥＧＲガス）を還流可能に構成されている。また、ＥＧＲ通路１２上には、吸気系に還流させるＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲバルブ１３が配設されている。ＥＧＲバルブ１３は、ＥＣＵ２０から供給される制御信号によって開度などが制御される。

ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成される。ＥＣＵ２０は、車両５０内に設けられた各種センサから信号などを取得し、車両５０内の構成要素（エンジン６など）に対して制御を行う。本実施例では、ＥＣＵ２０は、主に、圧力センサ１４、１５が検出した圧力よりＳＣＶ１１の前後における差圧（以下、「ＳＣＶ前後差圧」と呼ぶ。）を求めて、当該ＳＣＶ前後差圧に基づいてＥＧＲ量（ＥＧＲガス量）に対する制御を行う。なお、ＳＣＶ前後差圧は、圧力センサ１５で検出された圧力から圧力センサ１４で検出された圧力を減算した圧力に相当する。

このように、ＥＣＵ２０は、本発明における内燃機関の制御装置に相当する。具体的には、ＥＣＵ２０は、差圧検出手段及びＥＧＲ量制御手段として機能する。なお、ＥＣＵ２０は車両５０における他の構成要素の制御も行うが、本実施例と特に関係の無い部分については説明を省略する。

（ＥＧＲ量の制御方法）
次に、第１実施例においてＥＣＵ２０が行うＥＧＲ量の制御方法について説明する。本実施例では、ＥＣＵ２０は、ＳＣＶ１１周辺の吸気通路３にカーボンが堆積した場合（つまり経年劣化が発生した場合）やカーボン堆積によりＳＣＶ１１が固着した場合に発生し得るエミッション悪化を抑制するために、ＥＧＲ量に対する制御を行う。即ち、カーボン堆積やＳＣＶ１１の固着によりスワール比が目標値とずれ、この状態で目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲガスを還流させたことに起因するエミッション悪化を抑制するために、ＥＣＵ２０は制御を行う。

具体的には、ＥＣＵ２０は、ＳＣＶ１１周辺のカーボン堆積状態（言い換えると、ＳＣＶ１１周辺における経年劣化の度合い）を判断し、当該カーボン堆積状態に基づいて、吸気系に還流させるＥＧＲ量を制御する。より具体的には、ＥＣＵ２０は、ＳＣＶ１１の前後の差圧（ＳＣＶ前後差圧）における経年変化に基づいて、ＳＣＶ１１周辺のカーボン堆積状態を判断する。詳しくは、ＥＣＵ２０は、ＳＣＶ１１にカーボンが堆積していない状態で検出されたＳＣＶ前後差圧（以下、「初期差圧」と呼ぶ。）と現在検出されたＳＣＶ前後差圧との差を経年変化として用いて、当該経年変化に応じてＥＧＲ量を適切値に制御する。つまり、ＥＣＵ２０は、ＳＣＶ前後差圧に基づいてＥＧＲ量のフィードバック制御を行う。こうすることは、ＳＣＶ１１周辺のカーボン堆積量に応じてＥＧＲ量を制御することに相当する。以上のようにＥＧＲ量を制御することにより、ＳＣＶ１１周辺のカーボン堆積やＳＣＶ１１の固着に起因するエミッションの悪化を、適切に抑制することが可能となる。

ここで、図２を参照して、ＥＣＵ２０が行うＥＧＲ量の制御方法について、より具体的に説明する。なお、図２は、図１におけるＳＣＶ１１の周辺部分を拡大して示した模式図を示している。

図２（ａ）は、ＳＣＶ１１周辺にカーボンが堆積していない状態における図を示している。例えば、ＳＣＶ１１などの新品時における図に相当する。ＥＣＵ２０は、このような状態において圧力センサ１４、１５で検出される圧力からＳＣＶ前後差圧を求めておき、当該ＳＣＶ前後差圧を前述した初期差圧として用いる。

図２（ｂ）は、ＳＣＶ１１周辺にカーボンが堆積している際の図を示している。つまり、ＳＣＶ１１周辺に経年劣化が発生している場合の図を示している。具体的には、ＳＣＶ１１周辺に、符号Ａで示すようにカーボンが堆積している。このようにＳＣＶ１１周辺にカーボンが堆積している場合には、ＳＣＶ１１を通過する吸気にとって、堆積しているカーボンは抵抗となる。そのため、圧力センサ１４、１５で検出される圧力より得られるＳＣＶ前後差圧は、上記した図２（ａ）に示した状態で得られるＳＣＶ前後差圧（つまり初期差圧）と異なる値になるものと考えられる。つまり、ＳＣＶ前後差圧に経年変化が発生するものと考えられる。具体的には、カーボンが堆積している状態で得られるＳＣＶ前後差圧は、初期差圧よりも高くなる傾向にある。この場合、ＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも高くなる度合いは、ＳＣＶ１１周辺に堆積しているカーボン量に応じたものになると考えられる。

ＥＣＵ２０は、このようにＳＣＶ前後差圧に経年変化が生じている場合（つまり現在検出されたＳＣＶ前後差圧が初期差圧から変化している場合）、ＳＣＶ１１周辺にカーボンが堆積しているものと判断して、ＥＧＲ量を適切値に制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、現在検出されたＳＣＶ前後差圧と初期差圧との偏差に応じて、ＥＧＲ量を適切値に制御する。即ち、経年変化に応じてＥＧＲ量を制御する。詳しくは、ＥＣＵ２０は、現在検出されたＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも高い場合、還流させるＥＧＲ量が低減されるように制御を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲバルブ１３を閉側に制御する。

（ＥＧＲ量制御処理）
次に、図３を参照して、第１実施例に係るＥＧＲ量制御処理について説明する。図３は、第１実施例に係るＥＧＲ量制御処理を示すフローチャートである。当該処理は、ＥＣＵ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、ＳＣＶ前後差圧を取得する。具体的には、ＥＣＵ２０は、圧力センサ１４、１５のそれぞれから検出信号を取得して、当該検出信号に基づいてＳＣＶ前後差圧を求める。詳しくは、ＥＣＵ２０は、圧力センサ１５で検出された圧力から圧力センサ１４で検出された圧力を減算することによって、ＳＣＶ前後差圧を求める。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１で取得されたＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも高いか否かを判定する。ここでは、ＳＣＶ前後差圧に基づいてＳＣＶ１１周辺のカーボン堆積状態を判断している。つまり、ＥＣＵ２０は、ＳＣＶ前後差圧に経年変化が発生しているか否か、言い換えるとＳＣＶ１１周辺にカーボンが堆積しているか否かを判定している。ＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも高い場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ＳＣＶ１１の周辺にカーボンが堆積しているものと考えられる。この場合には、処理はステップＳ１０３に進み、カーボン堆積に起因するエミッション悪化を抑制するための処理を行う。これに対して、ＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも高くない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、ＳＣＶ１１の周辺にはカーボンがほとんど堆積していないものと考えられる。よって、処理は当該フローを抜ける。なお、初期差圧は、ＳＣＶ１１周辺にカーボンが堆積していない状態（例えばＳＣＶ１１の新品時）におけるＳＣＶ前後差圧に相当し、予め測定されて記憶される。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲ量を低減する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１で取得されたＳＣＶ前後差圧と初期差圧との偏差に応じて、ＥＧＲ量を適切値に制御する。例えば、ＥＣＵ２０は、予め定められたマップを参照したり、所定の演算を行ったりして、当該偏差に応じたＥＧＲ量を求めて制御を行う。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上説明した第１実施例に係る制御によれば、ＳＣＶ１１周辺のカーボン堆積やＳＣＶ１１の固着に起因するエミッションの悪化を、適切に抑制することが可能となる。また、第１実施例に係る制御では、ＳＣＶ１１のアクチュエータの作動回数などを制御する代わりに、ＥＧＲ量を制御しているため、アクチュエータの作動回数を増加させることなくエミッション悪化を低減することができる。更に、第１実施例では、ＳＣＶ前後差圧に基づいてＥＧＲ量をフィードバック制御しているため（つまり圧力でフィードバック制御しているため）、制御の応答性を向上させることができる。

［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例では、エンジン６がアイドル状態にある場合に取得されたＳＣＶ前後差圧に基づいてＥＧＲ量の制御を行う点で、前述した第１実施例と異なる。つまり、第２実施例では、エンジン６がアイドル状態にある場合に、ＥＧＲ量の制御を行うために用いるＳＣＶ前後差圧の検出を行う。こうするのは、アイドル状態では吸気におけるガス量が安定しているため、圧力センサ１４、１５によるＳＣＶ前後差圧の測定バラツキを抑制することができるからである。

図４は、第２実施例に係るＥＧＲ量制御処理を示すフローチャートである。当該処理も、ＥＣＵ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、第２実施例に係るＥＧＲ量制御処理は、ステップＳ２０１の処理のみ、第１実施例に係るＥＧＲ量制御処理（図３参照）と異なる。具体的には、ステップＳ２０２以降の処理は、前述したステップＳ１０１以降の処理と同様である。そのため、ここでは、ステップＳ２０１の処理についてのみ説明を行う。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２０は、エンジン６がアイドル状態にあるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、エンジン６における運転状態などを取得することによって、当該判定を行う。アイドル状態にある場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０２に進む。この場合には、ＥＣＵ２０は、前述したステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様の処理を行う。つまり、ＳＣＶ前後差圧を検出して、当該ＳＣＶ前後差圧に基づいたＥＧＲ量の制御を行う。これに対して、アイドル状態にない場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＳＣＶ前後差圧の検出や、ＳＣＶ前後差圧に基づいたＥＧＲ量の制御を行わない。

以上のように、第２実施例では、ＳＣＶ前後差圧の検出をアイドル時に行うため、ＳＣＶ前後差圧の測定バラツキを抑制することができ、ＥＧＲ量の制御を精度良く行うことが可能となる。

［変形例］
上記したＥＧＲ量制御処理（図３、図４参照）では、ＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも高い場合にＥＧＲ量を低減する実施例を示したが、これに限定はされない。他の例では、ＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも所定以上高い場合にのみ、ＥＧＲ量を低減する制御を行うことができる。言い換えると、ＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも高くても、当該ＳＣＶ前後差圧が初期差圧よりも所定以上高くない場合には、ＥＧＲ量を低減する制御を行わなくても良い。このような場合には、ＳＣＶ１１の周辺におけるカーボン堆積量は少ないものと考えられるからである。

なお、本発明は、ガソリンエンジンへの適用に限定されず、ディーゼルエンジンにも適用することができる。

本実施例に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の概略構成図を示す。本実施例に係るＥＧＲ量の制御方法を説明するための図である。第１実施例に係るＥＧＲ量制御処理を示すフローチャートである。第２実施例に係るＥＧＲ量制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３吸気通路
４スロットルバルブ
５燃料噴射弁
６エンジン
９排気通路
１１スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
１２ＥＧＲ通路
１３ＥＧＲバルブ
１４、１５圧力センサ
２０ＥＣＵ
５０車両

Claims

吸気通路上にスワールコントロールバルブを有する内燃機関に対して制御を行う制御装置であって、
前記スワールコントロールバルブが設けられた箇所の上流側の圧力と前記スワールコントロールバルブが設けられた箇所の下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記差圧の経年変化に基づいて、吸気系に還流させるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ量制御手段と、を備え、
前記差圧検出手段は、前記内燃機関がアイドル状態にある場合に、前記差圧の検出を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記ＥＧＲ量制御手段は、前記スワールコントロールバルブにカーボンが堆積していない状態で検出された前記差圧を初期差圧として、前記初期差圧と前記差圧検出手段によって検出された差圧との差を前記経年変化として用いて、前記ＥＧＲ量を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記ＥＧＲ量制御手段は、前記差圧検出手段によって検出された差圧が前記初期差圧よりも高い場合には、前記ＥＧＲ量を低減する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。