JP4900333B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
前記可変動弁機構を制御して、前記バルブオーバーラップ期間を制御するオーバーラップ期間制御手段と、
内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
加速要求の有無を検知する加速要求検知手段とを備え、
前記ノズル開度制御手段は、加速要求を検知した検知時点から加速中に排気圧力脈動が高められたと判断される判断時点までの間、前記可変ノズルの開度を、前記検知時点の当該可変ノズルの開度よりも閉じ側の第1所定開度に制御するノズル閉じ制御実行手段を含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記検知時点から前記判断時点までの間、バルブオーバーラップ期間を、前記検知時点のバルブオーバーラップ期間よりも短くなるように制御するオーバーラップ期間制限手段を含み、
前記ノズル開度制御手段は、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第1所定開度よりも開き側の第2所定開度に制御するノズル開き制御実行手段を更に含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を拡大するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする。
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする。
前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角量および排気弁の閉じ時期の遅角量のそれぞれの制御量の比率を設定する制御量比率設定手段を更に含むことを特徴とする。
前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角制御および排気弁の閉じ時期の遅角制御の開始順序を設定する制御開始順序設定手段を更に含むことを特徴とする。
前記バルブオーバーラップ期間設定手段は、吸気弁の開き時期が前記第1交点での前記クランク角度となるように、およびまたは、排気弁の閉じ時期が前記第2交点での前記クランク角度となるように、吸気弁の開き時期およびまたは排気弁の閉じ時期を制御するバルブ開閉時期調整手段を更に含むことを特徴とする。
前記内燃機関の制御装置は、
排気通路に配置される排気浄化装置の目詰まりの度合いを判定する詰まり判定手段と、
前記詰まり判定手段によって判定される前記排気浄化装置の目詰まりの度合いに応じて、前記判断時点の経過後における、前記可変ノズルの開度制御および前記バルブオーバーラップ期間の制御を変更する制御変更手段と、
を更に備えることを特徴とする。
前記制御変更手段は、
前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第1所定開度よりも開き側の第2所定開度に制御する低目詰まり時ノズル開き制御実行手段と、
前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する低目詰まり時オーバーラップ期間設定手段と、
を含むことを特徴とする。
内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする。
排気圧力脈動を高める前記要求は、加速要求であって、
前記制御変更手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、加速中に、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間の前記制御が維持されるように、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間を制御する高目詰まり時制御手段を含むことを特徴とする。
内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする。
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、4サイクルのディーゼル機関(圧縮着火内燃機関)10を備えている。ディーゼル機関10は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関10は、直列4気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
本実施形態のシステムは、上述した吸気可変動弁機構66および排気可変動弁機構70を備えることによって、バルブオーバーラップ期間を任意に調整することができる。これにより、本実施形態のシステムでは、所定の運転領域(例えば低回転高負荷領域)において、排気マニホールド圧力の脈動を利用してディーゼル機関10の体積効率ηV(筒内空気量)を向上させる体積効率向上制御が実行可能になっている。図3は、体積効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。
図4は、排気圧力脈動の強さが上記体積効率向上制御に与える影響を説明するための図である。
図4には、加速初期などの吸入空気量が少なく(言い換えれば、機関負荷が低く)、十分な強さの排気圧力脈動が生成されないケースが示されている。また、図4には、吸入空気量が多くなり(言い換えれば、機関負荷が高くなり)、十分な強さの排気圧力脈動が生成されているとともに、ターボ過給機22がターボ効率の良い状態で使用されていることで、排気圧力に対して吸気圧力が良好に高められているケースが示されている。より具体的には、図4中の下側に示された波形のように加速初期などの排気圧力脈動の弱い運転条件下から、高負荷側に移行する要求が出されたことで過給を伴ってディーゼル機関10の負荷が高められていくと、図4中の上側に示された波形のように、排気圧力脈動が強くなっていくとともに、吸気圧力(過給圧)が排気圧力に対して良好に高められていく。
図6は、本発明の実施の形態1における特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。
本実施形態のシステムでは、可変ノズル型のターボ過給機22と、バルブオーバーラップ期間を調整可能とする可変動弁機構66、70とを備える構成において、強い排気圧力脈動を必要とする要求が出されることとなる加速開始時に、上述した各種の課題を解消できるようにすべく、以下のような制御を行うようにした。
図7は、上記の機能を実現するために、本実施の形態1においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。
図7に示すルーチンでは、先ず、アクセル開度センサ44の出力に基づき、運転者からの車両の加速要求があるか否かが判別される(ステップ100)。その結果、加速要求があったと判定された場合には、次いで、可変ノズル(VN)22cの開度が現時点での開度から全閉となるように制御される(ステップ102)とともに、バルブオーバーラップ期間が現時点での期間からゼロとなるように制御される(ステップ104)。
先ず、本実施形態の制御(実線)と破線で表された制御とを比較する。図8に示すように、加速初期段階においては、破線で表された制御は、本実施形態の制御と同じとなるので、両者に差はない。しかしながら、本実施形態の制御では、排気圧力脈動が強くなったと判断された時点t1において、VN開度が開かれ、かつ、その後にバルブオーバーラップ期間が設定されるのに対し、破線で表された制御では、上記時点t1以降においても、バルブオーバーラップ期間が設けられないままとされる。このため、破線で表された制御では、強くなった排気圧力脈動を利用した掃気効果を利用できない分だけ、本実施形態の制御に対し、トルクの立ち上がりに時間を要する結果となる。
また、ターボ効率が良い開度が前記第1の発明における「第2所定開度」に相当している。また、ECU50が、上記ステップ110および112の処理を実行することにより前記第1の発明における「ノズル開き制御実行手段」が、上記ステップ110および120の処理を実行することにより前記第1または第5の発明における「オーバーラップ期間設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU50が上記ステップ110および112の処理を実行することにより前記第5の発明における「高効率開度設定手段」が実現されている。
また、交点P1が前記第10の発明における「第1交点」に、交点P2が前記第10の発明における「第2交点」に、それぞれ相当している。また、ECU50が上記ステップ120の処理を実行することにより前記第10の発明における「圧力交点情報取得手段」および「バルブ開閉時期調整手段」がそれぞれ実現されている。
次に、図9乃至図13を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に上記図7に示すルーチンとともに後述する図13に示すサブルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
本実施形態のシステムにおける加速時の可変ノズル22cの制御およびバルブオーバーラップ期間の制御は、加速中期にVN22cの開度を開き側の値に制御した後のバルブオーバーラップ期間の具体的な設定手法が異なる点を除き、上述した実施の形態1の制御と同様である。
排気圧力脈動が強くなってきた加速中期のタイミングにおいてVN22cを中間開度(ターボ効率の良い開度)にまで動作させた後に、バルブオーバーラップ期間を設定する際には、上述した実施の形態1における変形例で説明したように、吸気弁64の開き時期の進角量と排気弁68の閉じ時期の遅角量とを同時かつ同量に制御されるようにしたうえで、VN22cが開かれていくに従って、徐々にバルブオーバーラップ期間を拡大していくという簡便な手法が考えられる。しかしながら、そのような手法は、例えば図9に示すケースのように、排気圧力脈動の波形如何によっては、排気圧力脈動を利用した掃気効果を十分に引き出すうえで十分でなくなってしまう。
図10は、排気弁68の閉じ時期の遅角制御よりも吸気弁64の進角制御を優先的に制御する場合におけるVN開度の開き途中の様子を説明するための図であり、図11は、図10と同様の場合におけるVN開度の開き制御が完了したタイミング近辺で行われる制御を説明するための図である。
図13は、上記の機能を実現するために、本実施の形態2においてECU50が実行するサブルーチンのフローチャートである。尚、本サブルーチンの処理は、上述した実施の形態1における図7に示すメインルーチン中のステップ120の処理の代替案という位置付けである。
また、ECU50が上記ステップ200〜204の処理を実行することにより前記第8の発明における「制御開始順序設定手段」が実現されている。
次に、図14乃至図18を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
[実施の形態3のシステム構成]
図14は、本発明の実施の形態3のシステム構成を説明するための図である。尚、図14において、上記図1に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図15中に「排気系容積大」と付された波形は、排気容積切替弁80が開弁状態とされた場合のものであり、図15中に「排気系容積小」と付された波形は、排気容積切替弁80が閉弁状態とされた場合のものである。
ところで、DPF24へのPM堆積量が増加すると、DPF24の目詰まり度合いが高くなり、背圧(排気圧力)が高くなる。その結果、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力が排気圧力よりも高くなる領域が小さくなるので、加速要求時等の排気圧力脈動を高める要求がある場合に、十分な掃気効果が得にくくなる。
図16に示すルーチンでは、先ず、ステップ100において、運転者からの車両の加速要求があると判定された場合には、次いで、差圧センサ82により検出されるDPF24前後の差圧に基づいて、DPF24の目詰まり度合いが検出(判定)される(ステップ300)。
また、ECU84が、上記ステップ310の処理を実行することにより前記第12の発明における「低目詰まり時ノズル開き制御実行手段」が、上記ステップ314の処理を実行することにより前記第12の発明における「低目詰まり時オーバーラップ期間設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU84が上記ステップ304または318の処理を実行することにより前記第13または第15の発明における「排気系容積可変手段」が実現されている。
また、ECU84が上記ステップ316および320の処理を実行することにより前記第14の発明における「高目詰まり時制御手段」が実現されている。
18 排気マニホールド
20 排気通路
22 可変ノズル型ターボ過給機
22a タービン
22b コンプレッサ
22c 可変ノズル(VN)
26 吸気通路
32 吸気マニホールド
38 EGR通路
40 EGRクーラ
42 EGR弁
44 アクセル開度センサ
46 吸気圧センサ
48 排気圧センサ
50、84 ECU(Electronic Control Unit)
62 クランク角センサ
64 吸気弁
66 吸気可変動弁機構
68 排気弁
70 排気可変動弁機構
72 吸気カム角センサ
74 排気カム角センサ
80 排気容積切替弁
82 差圧センサ
Claims (15)
- 吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構と、
前記可変動弁機構を制御して、前記バルブオーバーラップ期間を制御するオーバーラップ期間制御手段と、
内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
加速要求の有無を検知する加速要求検知手段とを備え、
前記ノズル開度制御手段は、加速要求を検知した検知時点から加速中に排気圧力脈動が高められたと判断される判断時点までの間、前記可変ノズルの開度を、前記検知時点の当該可変ノズルの開度よりも閉じ側の第1所定開度に制御するノズル閉じ制御実行手段を含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記検知時点から前記判断時点までの間、バルブオーバーラップ期間を、前記検知時点のバルブオーバーラップ期間よりも短くなるように制御するオーバーラップ期間制限手段を含み、
前記ノズル開度制御手段は、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第1所定開度よりも開き側の第2所定開度に制御するノズル開き制御実行手段を更に含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を拡大するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記オーバーラップ期間制限手段は、前記検知時点から前記判断時点までの間、バルブオーバーラップ期間をゼロもしくは実質的にゼロに制限することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ノズル開き制御実行手段によって前記可変ノズルの開度が前記第2所定開度に制御された後に、前記オーバーラップ期間設定手段によって排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間が設定されることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。
- 前記オーバーラップ期間設定手段は、前記ノズル開き制御実行手段による前記可変ノズルの開度変化に応じて、当該判断時点が経過した後に設定するバルブオーバーラップ期間を調整することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ノズル開度制御手段は、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を、前記ターボ過給機のターボ効率が前記検知時点のターボ効率よりも高い高効率開度に制御する高効率開度設定手段を更に含み、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間設定手段を更に含むことを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 - 前記高効率開度設定手段によって前記可変ノズルの開度が前記高効率開度に制御された後に、前記オーバーラップ期間設定手段によって排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間が設定されることを特徴とする請求項5記載の内燃機関の制御装置。
- 前記オーバーラップ期間設定手段は、前記高効率開度設定手段による前記可変ノズルの開度変化に応じて、当該判断時点が経過した後に設定するバルブオーバーラップ期間を調整することを特徴とする請求項5または6記載の内燃機関の制御装置。
- 前記可変動弁機構は、吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含むものであって、
前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角量および排気弁の閉じ時期の遅角量のそれぞれの制御量の比率を設定する制御量比率設定手段を更に含むことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 - 前記可変動弁機構は、吸気弁の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構と、排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構とを含むものであって、
前記オーバーラップ期間設定手段は、前記判断時点が経過した後に排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する際に、排気圧力脈動が谷となる位相に基づいて、吸気弁の開き時期の進角制御および排気弁の閉じ時期の遅角制御の開始順序を設定する制御開始順序設定手段を更に含むことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 - 排気上死点付近において排気圧力が吸気圧力を下回るように排気圧力と吸気圧力とが交差する第1交点でのクランク角度、および、排気上死点において排気圧力が吸気圧力を上回るように排気圧力と吸気圧力とが交差する第2交点のクランク角度でのうちの少なくとも一方の交点を取得する圧力交点情報取得手段とを更に備え、
前記バルブオーバーラップ期間設定手段は、吸気弁の開き時期が前記第1交点での前記クランク角度となるように、およびまたは、排気弁の閉じ時期が前記第2交点での前記クランク角度となるように、吸気弁の開き時期およびまたは排気弁の閉じ時期を制御するバルブ開閉時期調整手段を更に含むことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関の制御装置は、
排気通路に配置される排気浄化装置の目詰まりの度合いを判定する詰まり判定手段と、
前記詰まり判定手段によって判定される前記排気浄化装置の目詰まりの度合いに応じて、前記判断時点の経過後における、前記可変ノズルの開度制御および前記バルブオーバーラップ期間の制御を変更する制御変更手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御変更手段は、
前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記可変ノズルの開度を前記第1所定開度よりも開き側の第2所定開度に制御する低目詰まり時ノズル開き制御実行手段と、
前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、排気圧力脈動が谷となるタイミングと重なるようにバルブオーバーラップ期間を設定する低目詰まり時オーバーラップ期間設定手段と、
を含むことを特徴とする請求項11記載の内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが低いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする請求項11または12記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御変更手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、加速中に、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間の前記制御が維持されるように、前記可変ノズルの開度およびバルブオーバーラップ期間を制御する高目詰まり時制御手段を含むことを特徴とする請求項11記載の内燃機関の制御装置。
- 内燃機関の制御装置は、排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を可変とする排気系容積可変手段を更に備え、
前記排気系容積可変手段は、前記詰まり判定手段によって前記排気浄化装置の目詰まりの度合いが高いと判定された場合において、前記判断時点が経過した後に、前記排気系容積を縮小させることを特徴とする請求項14記載の内燃機関の制御装置。
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