JP5018974B2

JP5018974B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5018974B2
Application number: JP2010541919A
Authority: JP
Inventors: 知由小郷; 孝小川; 勝広伊藤; 一康岩田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: JPWO2010067427A1; WO2010067427A1; EP2369164A1; EP2369164A4; EP2369164B1

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の吸気弁と排気弁とが共に開いている期間であるオーバーラップ期間に排気脈動の谷の部分が排気ポートへ到達すると、吸気管圧よりも排気管圧のほうが低くなるため、新気が吸気管から気筒内を抜けて排気管へ流れる。これにより、気筒内の既燃ガスを一掃することができる。そして、排気通路同士を連通する連通路と、該連通路の通路面積を変更するバルブとを備え、該バルブを開閉することで、オーバーラップ期間における排気ポート内の圧力を変更する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えている場合には、排気の脈動が該ＥＧＲ通路内にも伝播する。つまり、排気脈動が伝播する範囲の容積にはＥＧＲ通路の容積も含まれる。ここで、排気脈動が伝播する範囲の容積が大きいほど排気脈動の振幅が小さくなるため、極小値における圧力が高くなる。そうすると、吸気通路と排気通路との差圧が小さくなるので、オーバーラップ期間中に吸気通路から気筒内を抜けて排気通路へ流れる新気量が少なくなる。このため、気筒内に残留する既燃ガス量が多くなる虞がある。

これを抑制しようとしてＥＧＲ弁を排気通路に近い位置に設けることも考えられるが、ＥＧＲ弁が高温の排気に曝されるため、高温に耐えうる材料を選択する必要があったり、高温下で精度良く開度調整することが困難となったりする虞がある。つまり、適正量のＥＧＲガスを供給することができなくなる虞がある。また、ＥＧＲ弁から吸気通路までの容積が拡大するため、ＥＧＲ弁の作動とＥＧＲガス量の変化とに時間差が生じ、ＥＧＲガス量の制御が困難となる虞がある。
特開平１１−３２４７４６号公報特開平１０−０１７６５５８号公報特開２００４−２５７３０６号公報特開２００６−０２２６７２号公報特開２００１−２１４８１６号公報特開平６−３０７２９５号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気脈動が伝播する範囲をより狭くしつつ適性量のＥＧＲガスを供給することができる技術を提供することにある。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして流通させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ該ＥＧＲ通路の通路面積を調節することでＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁と、
を備えた内燃機関の制御装置において、
前記ＥＧＲ弁よりも上流側のＥＧＲ通路で開閉するノーマルオープン型の開閉装置と、
前記開閉装置の開度を変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする。

ＥＧＲ弁よりも上流側、すなわち排気通路側に開閉装置を備えているため、該開閉装置を閉じることにより該開閉装置からＥＧＲ弁までには排気脈動が伝播しなくなる。つまり、排気脈動が伝播する範囲の容積を減少させることができる。

ここで、ＥＧＲ弁はＥＧＲガス量を調節するため、精度の高い開度調節が要求される。そのため、温度がより低くなる吸気通路側にＥＧＲ弁を設けている。一方、開閉装置は、排気脈動を遮断するか、またはＥＧＲガスを流通させるかすれば良いため、精度の高い開度調節は要求されない。つまり、温度が高くなる排気通路のすぐ近くに開閉装置を設けることができる。

また、開閉装置をノーマルオープン型とすることにより、該開閉装置の故障時や開閉装置の作動前であってもＥＧＲガスをＥＧＲ通路に流通させることができる。例えば開閉装置が内燃機関の吸気通路で発生する負圧を利用して開閉するノーマルクローズ型とした場合には、例えばダイアフラム等の負圧アクチュエータの駆動源として負圧を利用する。そうすると、内燃機関の始動後であっても負圧がある程度大きくなるまでは開閉装置を作動させることができない。つまり、内燃機関の始動時に開閉装置が閉じているため、ＥＧＲガスを供給する時期が遅れる。また、開閉装置をノーマルクローズ型とすると、故障時に閉じたままとなりＥＧＲガスを供給することができなくなる虞がある。これに対し、ノーマルオープン型とすれば、開閉装置の故障時や開閉装置の作動前であってもＥＧＲガスを流通させることができるため、ＮＯxの発生を抑制できる。

そして、本発明においては、前記内燃機関の運転状態が、ＥＧＲガスを供給する運転状態であるか否か判定するＥＧＲガス供給判定手段を備え、ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときに前記開閉装置を開閉しても良い。

開閉装置には排気中の未燃燃料（ＨＣ）等が付着することがある。このＨＣが熱により固化すると、開閉装置の作動が困難となる虞がある。これに対し、開閉装置を定期的に開閉することで、ＨＣを開閉装置から脱離させることができる。ここで、開閉装置を閉じてしまうと、ＥＧＲ通路を介したＥＧＲガスの供給ができなくなるため、ＥＧＲガスの供給に影響のないときに開閉装置を開閉させる。つまり、ＥＧＲガスの供給を停止しているとき又はＥＧＲガスを供給する必要のないときであれば、問題なく開閉装置を閉じることができる。

ＥＧＲガスを供給する運転状態とは、内燃機関へのＥＧＲガスの供給が要求される運転状態をいう。つまり、内燃機関へＥＧＲガスが積極的に供給される運転状態である。また、ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときとは、内燃機関へのＥＧＲガスの供給が要求されない運転状態をいう。例えば減速時には燃料の供給が停止されて燃焼が行われなくなるためＥＧＲガスの供給は要求されない。また、高負荷時にもＥＧＲガスの供給は要求されない。つまり、内燃機関で燃焼が行われていないとき及びＥＧＲガスの供給を停止しているときは、ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときといえる。これにはＥＧＲ弁を閉じているときも含まれる。なお、開閉装置の開閉は、内燃機関のクランクシャフトが回転しているときに行われるが、クランクシャフトが回転していないときに開閉を行っても良い。

このように内燃機関へＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときに限り開閉装置を開閉させることにより、ＥＧＲガスを供給する運転状態のときにはＮＯxの発生を抑制することができる。一方、ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときには開閉装置からＨＣを脱離させることができる。

なお、本発明においては、前記ＥＧＲ弁を閉弁中に前記開閉装置を開閉しても良い。

また、内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして流通させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ該ＥＧＲ通路の通路面積を調節することでＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁と、
を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態が、ＥＧＲガスを供給する運転状態であるか否か判定するＥＧＲガス供給判定手段と、
前記ＥＧＲ弁よりも上流側のＥＧＲ通路で開閉する開閉装置と、
前記開閉装置の開度を変更する変更手段と、
を備え、
ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときに前記開閉装置を開閉しても良い。

つまり、ノーマルオープン型以外の例えばノーマルクローズ型の開閉装置を備えている場合であっても、開閉装置を開閉させることにより、該開閉装置からＨＣを脱離させることができる。

また、本発明においては、前記ＥＧＲ通路が接続されるよりも下流側の排気通路に設けられるターボチャージャと、
前記開閉装置を閉じたときに前記ターボチャージャの回転数が閾値を超えるか否か判定する回転数判定手段と、
前記回転数判定手段により前記ターボチャージャの回転数が閾値を超えると判定されたときには、前記開閉装置が閉じることを禁止する禁止手段と、
を備えていても良い。

ここで、開閉装置を閉じることによりＥＧＲ通路へ流れ込む排気の量が減少するため、ターボチャージャよりも上流の排気の圧力が上昇し易くなる。これにより、ターボチャージャの回転数が増加し易くなるので、該ターボチャージャの回転数が許容値を超える虞がある。これに対し、ターボチャージャの回転数が閾値以下となると判定された場合に開閉装置を閉じ、該回転数が閾値を超えると判定された場合に開閉装置を閉じることを禁止すれば、該ターボチャージャの回転数が過度に上昇することを抑制できる。つまり、閾値とはターボチャージャの許容回転数の上限値とすることができる。

回転数判定手段は、開閉装置が実際に閉じる前に判定を行う。つまり、開閉装置が閉じたと仮定したときにターボチャージャの回転数が閾値を超えるか否か判定する。例えば、ターボチャージャの回転数と排気の圧力とには相関関係があるため、該排気の圧力に基づいて判定しても良い。なお、ターボチャージャの回転数は、タービンの回転数又はタービンとコンプレッサとを接続する軸の回転数として良い。

本発明においては、前記ＥＧＲ弁が開弁しているときであって前記内燃機関に供給されるＥＧＲガス量が推定値よりも少ないときには前記変更手段に異常があると判定する異常判定手段を備えていても良い。

ＥＧＲガスを内燃機関へ供給するときには、ＥＧＲ弁及び開閉装置が開かれる。ＥＧＲ弁及び開閉装置が正常に開弁すれば、内燃機関へ供給される実際のＥＧＲガス量は推定値と略同じとなる。しかし、開閉装置が閉じた状態で故障すると、ＥＧＲガスが内燃機関へ供給されなくなるため、内燃機関へ供給される実際のＥＧＲガス量と推定値とに差が生じる。つまり、ＥＧＲ弁が正常に作動しているにもかかわらず実際のＥＧＲガス量が推定値よりも少ない場合には、変更手段に異常があると判定することができる。なお、ＥＧＲ弁が開弁しているときとは、ＥＧＲ弁が実際に開いていることを意味する。つまり、ＥＧＲ弁は故障していないものとする。また、推定値は誤差等を含めてある程度の幅を持たせてもよい。

本発明においては、前記内燃機関の体積効率が推定値よりも低いときには前記変更手段に異常があると判定する異常判定手段を備えていても良い。

つまり、開閉装置を閉じようとしても開いたまま作動しなければ、排気脈動が伝播する範囲の容積が大きくなるため、例えば排気脈動の振幅が小さくなる。そのため、内燃機関の新気の吸入量が少なくなるので、該内燃機関の体積効率が低下する。したがって、内燃機関の体積効率が推定値よりも低い場合には、変更手段に異常があると判定することができる。なお、推定値は誤差等を含めてある程度の幅を持たせてもよい。

本発明においては、前記開閉装置は、遮断弁であっても良い。つまり、全閉及び全開のみ可能な弁であっても良い。このような遮断弁は、全閉から全開までの間の開度を維持することはできない。つまり、ＥＧＲ弁とは異なり、ＥＧＲガス量を精度良く調節することは困難である。しかし、単純な構造とすることができるため、熱に強くすることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、排気脈動が伝播する範囲をより狭くしつつ適性量のＥＧＲガスを供給することができる。

実施例に係る内燃機関の始動装置を適用する内燃機関及びその吸気系、排気系の概略構成を示す図である。排気圧と吸気圧とクランクアングルとの関係を示した図である。内燃機関の運転状態と遮断弁との関係を示した図である。実施例１に係る遮断弁の開閉制御のフローを示したフローチャートである。実施例２に係る遮断弁の異常判定のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３吸気ポート
４吸気管
５吸気弁
６吸気側カム
７排気ポート
８排気管
９排気弁
１０シリンダヘッド
１１排気側カム
１３クランクシャフト
１４コンロッド
１５ピストン
１６吸気絞り弁
２２吸気側カムシャフト
２４吸気側プーリ
２５排気側カムシャフト
２７排気側プーリ
４０ＥＧＲ装置
４１ＥＧＲ通路
４２ＥＧＲ弁
４３ＥＧＲクーラ
４４バイパス通路
４５切替弁
４６遮断弁
５０ターボチャージャ
５１タービンハウジング
８１燃料噴射弁
９０ＥＣＵ
９１アクセル開度センサ
９２クランクポジションセンサ
９３排気温度センサ
９５エアフローメータ
９６過給圧センサ

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸気系、排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する４サイクル・ディーゼル機関である。なお、本実施例は４気筒以外の内燃機関であっても、またガソリン機関であっても適用可能である。

気筒２内の燃焼室には、シリンダヘッド１０に設けられた吸気ポート３を介して吸気管４が接続されている。そして、吸気ポート３の気筒２側の端部には吸気弁５が備わる。この吸気弁５の開閉は、吸気側カム６の回転駆動によって制御される。なお、本実施例では吸気管４が、本発明における吸気通路に相当する。

また、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート７を介して、排気管８が接続されている。そして、排気ポート７の気筒２側の端部には排気弁９が備わる。この排気弁９の開閉は排気側カム１１の回転駆動によって制御される。なお、本実施例では排気管８が、本発明における排気通路に相当する。

そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。内燃機関１には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁８１が取り付けられている。

また、吸気管４の途中には、該吸気管４を流れる吸気の量を調節する吸気絞り弁１６が備えられている。この吸気絞り弁１６よりも上流の吸気管４には、該吸気管４内を流れる新気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５によれば、内燃機関１に吸入される新気量を測定することができる。また、吸気絞り弁１６よりも下流の吸気管４には、吸気の圧力を測定する過給圧センサ９６が取り付けられている。

一方、排気管８の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５０のタービンハウジング５１が設けられている。タービンハウジング５１よりも上流の排気管８の途中には、該排気管８内を流れる排気の温度に応じた信号を出力する排気温度センサ９３が取り付けられている。

また、内燃機関１には、排気管８内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気管４へ導入するＥＧＲ装置４０が備えられている。このＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ通路４１、ＥＧＲ弁４２、ＥＧＲクーラ４３、バイパス通路４４、切替弁４５、遮断弁４６を備えて構成されている。

ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５１よりも上流側の排気管８と、吸気絞り弁１６よりも下流の吸気管４と、を接続している。このＥＧＲ通路４１を通って、排気が再循環される。ＥＧＲ通路４１は、吸気管４に代えて吸気ポート３に接続していても良い。また、排気管８に代えて排気ポート７に接続していても良い。

ＥＧＲ弁４２は、ＥＧＲ通路４１の通路面積を調節することにより、該ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスの量を調節する。さらに、ＥＧＲクーラ４３は、該ＥＧＲクーラ４３を通過するＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該ＥＧＲガスの温度を低下させる。

バイパス通路４４は、ＥＧＲクーラ４３を迂回するように該ＥＧＲクーラ４３よりも上流側と下流側とのＥＧＲ通路４１を接続している。切替弁４５は、ＥＧＲ通路４１とバイパス通路４４との分岐部に設けられている。そして、切替弁４５は、ＥＧＲクーラ４３またはバイパス通路４４の一方にのみＥＧＲガスを流通させるように、ＥＧＲガスの流路を切り替える。なお、本実施例では、バイパス通路４４及び切替弁４５は備えていなくても良い。

また、遮断弁４６は、切替弁４５よりも排気管８側に設けられている。そして、遮断弁４６は、ＥＧＲ通路４１が排気管８に接続される箇所の近傍に設ける。ＥＧＲ通路４１の最上流に設けるとしても良い。このようにＥＧＲ通路４１の最上流に遮断弁４６を設けることにより、排気脈動が伝播する範囲の容積をより小さくする。

この遮断弁４６はＥＧＲ弁４２とは異なり、全閉及び全開のみ可能であり、全閉から全開までの間の開度を維持することはできない。この遮断弁４６は、ＥＧＲ通路４１の通路面積を変更するものであれば良く、ピボット弁またはゲート弁等を例示することができる。また、遮断弁４６はどのように作動させても良く、例えば、吸気管４内の負圧を供給することにより作動するダイアフラム弁、または電力の供給により作動する電動弁等を採用することができる。そして、本実施例に係る遮断弁４６はノーマルオープン型である。つまり、遮断弁４６に対し操作力を加えていない場合には、該遮断弁４６は全開となる。例えば、ダイアフラム弁を用いた場合には、負圧が供給されていないときに全開となり、負圧が供給されると全閉となる。また、電動弁を用いた場合には、電力が供給されていないときに全開となり、電力が供給されると全閉となる。

なお、本実施例においては遮断弁４６が、本発明における開閉装置に相当する。また、本実施例に係る遮断弁４６は、全開と全閉との２つの状態のみ維持可能であるが、全開と全閉との間の開度であっても維持可能な弁を採用しても良い。さらに、遮断弁４６は全閉時においても多少のＥＧＲガスが通過するような構造であっても良い。つまり、遮断弁４６は排気脈動の振幅を大きくするために設置するため、該排気脈動の振幅が大きくなるような通路面積となれば良い。すなわち、遮断弁４６は排気脈動の振幅が大きくなるように、該遮断弁４６を開弁側となる開度よりも小さい閉弁側の開度とするものでも良い。

吸気弁５および排気弁９の開閉は、開閉機構により行われる。ここで、吸気弁５の開閉動作は吸気側カム６によって行われる。この吸気側カム６は吸気側カムシャフト２２に取り付けられ、この吸気側カムシャフト２２の端部には吸気側プーリ２４が設けられている。そして、吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との間には、これらの相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）２３が設けられている。この吸気側ＶＶＴ２３は、後述するＥＣＵ９０からの指令に従って吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を制御する。

また、排気弁９の開閉動作は排気側カム１１によって行われる。この排気側カム１１は排気側カムシャフト２５に取り付けられ、この排気側カムシャフト２５の端部には排気側プーリ２７が設けられている。そして、排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との間には、これらの相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という）２６が設けられている。この排気側ＶＶＴ２６は、後述するＥＣＵ９０からの指令に従って排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を制御する。

そして、吸気側カムシャフト２２と排気側カムシャフト２５の回転駆動は、クランクシャフト１３の駆動力によって行われる。このようにして、クランクシャフト１３の駆動力によって吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５が回転駆動される。そして、同時に回転する吸気側カム６および排気側カム１１によって、吸気弁５および排気弁９の開閉動作が行われる。ここで、吸気側ＶＶＴ２３によれば、吸気弁５の開閉時期を変更することができる。また、排気側ＶＶＴ２６によれば、排気弁９の開閉時期を変更することができる。つまり、吸気側ＶＶＴ２３により吸気弁５が開く時期を変更でき、排気側ＶＶＴ２６により排気弁９が閉じる時期を変更できるため、バルブオーバーラップ期間を設けたり、このバルブオーバーラップ期間の長さを調節したりできる。さらに、排気側ＶＶＴ２６によれば排気弁９が開く時期を変更することができるため、排気脈動の谷の部分が排気ポート７に到達する時期を調節することができる。

なお、吸気側ＶＶＴ２３及び排気側ＶＶＴ２６に代えて、他の装置により吸気弁５及び排気弁９の開閉時期を変更しても良い。例えば、電磁駆動弁を用いても良い。また、本実施例に係る吸気側ＶＶＴ２３及び排気側ＶＶＴ２６ではカムシャフトとプーリとの相対的な回転位相を変更しているためカムの作用角（吸気弁５及び排気弁９が開いている期間）自体は変わらないが、これに代えて、カムの作用角を変更する機構を用いても良い。

そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、機関回転数を算出する。

一方、ＥＣＵ９０は、吸気絞り弁１６、吸気側ＶＶＴ２３、排気側ＶＶＴ２６、ＥＧＲ弁４２、切替弁４５、遮断弁４６を制御する。なお、本実施例においては遮断弁４６を制御するＥＣＵ９０が、本発明における変更手段に相当する。変更手段は、開閉装置の開度を変更することにより、内燃機関の排気脈動の振幅を変更しても良い。

そして本実施例では、排気脈動の谷の部分（排気の圧力が最も低くなる部分）がバルブオーバーラップ期間に排気ポート７へ到達するように、吸気弁５及び排気弁９の開閉時期を設定する。つまり、バルブオーバーラップ期間に吸気ポート３内の圧力と排気ポート７内の圧力との差が最も大きくなるようにする。バルブオーバーラップ期間において吸気ポート３内の圧力よりも排気ポート７内の圧力のほうが低ければ、吸気ポート３から気筒２内へ新気が流入すると共に、気筒２内から排気ポート７へ既燃ガスが流出する。これにより、気筒２内に残留する既燃ガス量をより少なくすることができ、内燃機関１のトルクをより高くすることができる。

ここで図２は、排気圧と吸気圧とクランクアングルとの関係を示した図である。実線は排気圧を示し、一点鎖線は吸気圧を示している。排気圧は排気弁９近傍の排気ポート７内の圧力であり、吸気圧は吸気弁５近傍の吸気ポート３内の圧力である。クランクアングルが吸排気ＴＤＣのときには、ピストン１５が上死点にある。そして、Ｔ１からＴ２の期間において、排気圧が吸気圧よりも低くなっている。つまり、このＴ１からＴ２の期間内にバルブオーバーラップ期間を設けることにより、吸気ポート３から排気ポート７へ向けて新気が吹き抜ける。このＴ１からＴ２の期間において排気の圧力がより低くなれば、バルブオーバーラップ期間において気筒２を通過する新気の量がより多くなる。また、排気の圧力がより低くなれば、Ｔ１からＴ２の期間をより長くすることができる。つまり、排気脈動の振幅を大きくすることで、気筒２内の新気量をより増加させることができ、気筒２内の既燃ガス量をより減少させることができる。

なお、排気脈動の谷の部分がバルブオーパーラップ期間と重なるようにするには、排気弁９が開き始める時期を適切に設定する必要がある。この時期は、内燃機関の種類や排気系の容積によって変わるため、実験等により最適値を求める。

そして本実施例では、排気脈動の振幅を大きくするために、遮断弁４６を全閉とする。ここで、遮断弁４６を閉じることにより、遮断弁４６よりも下流のＥＧＲ通路４１に排気が流れ込むことを抑制できる。つまり、遮断弁４６を閉じることにより、排気脈動の振幅の大きさに関係する排気系の容積を小さくすることができる。

そして、遮断弁４６は、気筒２内から既燃ガスを排出することにより効果的にトルクが上昇する運転領域において閉じられる。そのため本実施例では、内燃機関１の低回転高負荷時に遮断弁４６を閉じている。この高負荷には全負荷も含まれる。ここで、高負荷時には過給圧が高くなるため吸気管４内の圧力が排気管８内の圧力よりも高くなるので、ＥＧＲガスの供給が困難となる。そのため本実施例では、内燃機関１の低回転高負荷時において、ＥＧＲガスの供給が停止される。つまり、低回転高負荷時において遮断弁４６を閉じてＥＧＲガスの流れを停止させても問題はない。また、低回転高負荷時には燃焼状態が不安定となるが、より多くの新気を気筒２内に取り込むことで燃焼状態を安定させることができるため、内燃機関１のトルクを上昇させることができる。その他の運転状態では、ＥＧＲガスの供給が必要であるか、遮断弁４６を閉じても効果が低いため、遮断弁４６を全開とする。

ところで、遮断弁４６は排気管８の近傍に設置されているため、気筒２から排出されるＨＣが付着し易い。また、温度の高い排気が流通する位置であるため、付着したＨＣが固化し易い。そうすると遮断弁４６が固着して、該遮断弁４６の開閉が困難となる虞がある。

そこで本実施例では、定期的に遮断弁４６を開閉させることにより、該遮断弁４６に付着しているＨＣを脱離させる。これにより、遮断弁４６の固着を抑制する。ただし、遮断弁４６を閉じるとＥＧＲガスの供給ができなくなるため、該遮断弁４６を閉じるのはＥＧＲガスを供給する必要のないときに行う。また、排気脈動の振幅を大きくするために遮断弁４６を全閉とする低回転高負荷時には遮断弁４６を全閉のまま維持するため、ＨＣを脱離させるための開閉は行わない。

なお、遮断弁４６は低回転高負荷時以外では通常、全開のまま維持されている。そのため、ＨＣを脱離させるには、まず遮断弁４６を全閉とし、その後全開に戻す。これを複数回行うことによりＨＣを脱離させるが、１回だけ行っても効果はある。

図３は、内燃機関の運転状態と遮断弁４６との関係を示した図である。横軸が機関回転数、縦軸が機関トルクである。Ａの運転領域は、低回転低負荷の運転領域であり、ＥＧＲガスを気筒２内に導入する運転領域である。Ｂの運転領域は、低回転高負荷の運転領域であり、遮断弁を全閉とする運転領域である。Ｃの運転領域は、高回転高負荷の運転領域である。Ｄの運転領域は、減速時の運転領域である。

つまり、Ａの運転領域では、ＥＧＲガスを気筒２内に導入する必要があるため、ＨＣを脱離させるための遮断弁４６の開閉は行わない。Ｂの運転領域では、排気脈動の振幅を大きくする必要があるため、ＨＣを脱離させるための遮断弁４６の開閉は行わない。Ｃの運転領域では、遮断弁４６を閉じることにより排気の圧力が上昇するため、ターボチャージャ５０の回転数が過度に上昇する虞がある。そのため、ターボチャージャ５０の回転数が過度に上昇しない場合に限り遮断弁４６の開閉を行う。Ｄの運転領域では、内燃機関１への燃料の供給が停止されるため、遮断弁４６を開閉しても燃焼状態に影響はないので、ＨＣを脱離させるための遮断弁４６の開閉を行う。その他の運転領域（例えば高回転低負荷の運転領域）でも、ＥＧＲガスを供給する必要がなく且つターボチャージャ５０の回転数が過度に上昇しない場合に限り、遮断弁４６の開閉を行うことができる。なお、本実施例では内燃機関１の運転状態（機関回転数及びトルク）が図３のＡの運転領域内であるか否か判定するＥＣＵ９０が、本発明におけるＥＧＲガス供給判定手段に相当する。

次に図４は、本実施例に係る遮断弁４６の開閉制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎にＥＣＵ９０により繰り返し実行される。なお、本ルーチンは、遮断弁４６にノーマルオープン型以外のものを採用しても適用可能である。

ステップＳ１０１では、前回にＨＣ脱離のための遮断弁４６の開閉を行ってからの経過時間が取得される。この経過時間はＥＣＵ９０により計られる。この経過時間が長いほど、より多くのＨＣが遮断弁４６に付着すると考えられる。

ステップＳ１０２では、ＨＣの固化と関連する各種値の積算値が取得される。この積算値は、ＨＣ脱離のための遮断弁４６の開閉を前回行ってから現時点までの値であり、遮断弁４６が開閉されることによりリセットされる。例えば排気温度が高いほどＨＣの固化が促進されるため、排気温度を積算しておく。また、内燃機関１から排出されるＨＣ量が多いほど遮断弁４６に付着するＨＣ量が多くなるため、内燃機関１からのＨＣ排出量を積算しておいても良い。これらの値は、センサで測定しても良く、内燃機関１の運転状態（機関回転数及びトルク）から推定しても良い。

ステップＳ１０３では、ＨＣの固化により遮断弁４６が作動しなくなる虞があるか否か判定する。ここでは、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２で取得される値に基づいて判定がなされる。例えばステップＳ１０１で得られる経過時間とステップＳ１０２で得られる積算値との一方または両方が閾値を超えている場合に遮断弁４６が作動しなくなる虞があると判定される。この閾値は、予め実験等により最適値を求めておく。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０４では、ＥＧＲ弁４２が開かれる運転領域内で内燃機関１が運転されているか否か判定される。つまり、ＥＧＲガスが気筒２内に供給され得る運転状態であるか否か判定される。本ステップでは、内燃機関１の運転状態が、図３のＡまたはＤの運転領域内であるか否か判定される。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。なお、ステップＳ１０４で否定判定がなされたときは、内燃機関１の運転状態が、ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときであるといえる。

ステップＳ１０５では、減速領域内で内燃機関１が運転されているか否か判定される。つまり、内燃機関１の運転状態が、図３のＤの運転領域内であるか否か判定される。本ステップでは、内燃機関１の運転状態が、ＥＧＲ弁４２が開いていてもＥＧＲガスを供給する必要のない運転状態であるか否か判定しているともいえる。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定がなされた場合には遮断弁４６を閉じることができないため本ルーチンを終了させる。なお、ステップＳ１０５で肯定判定がなされたときは、内燃機関１の運転状態が、ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときであるといえる。一方、否定判定がなされたときは、内燃機関１の運転状態が、ＥＧＲガスを供給する運転状態のときであるといえる。なお、本実施例ではステップＳ１０４またはステップＳ１０５を処理するＥＣＵ９０を、本発明におけるＥＧＲガス供給判定手段とすることもできる。

ステップＳ１０６では、遮断弁４６の開閉が行われる。最初はＥＧＲガスを流通させるために遮断弁４６は開かれている。つまり、まず遮断弁４６を閉じる方向に作動させ、全閉となった後すぐに開く方向に作動させて全開とする。これを所定回数実行する。または減速中に亘り繰り返し実行しても良い。

次にステップＳ１０７では、高回転高負荷の運転領域内で内燃機関１が運転されているか否か判定される。つまり、内燃機関１の運転状態が、図３のＣの運転領域内であるか否か判定される。本ステップでは、ＥＧＲガスの供給が要求されず且つ排気脈動の振幅を大きくする要求もない運転状態であるか否か判定している。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０８では、遮断弁４６を閉じたと仮定したときにターボチャージャ５０が過回転しないか否か判定される。ターボチャージャ５０の回転数が閾値を超えないか否か判定しても良く、ターボチャージャ５０の回転数が閾値以下となるか否か判定しても良い。つまり本ステップでは、遮断弁４６を閉じてもターボチャージャ５０の回転数が許容範囲内となるか否か判定している。

例えば排気の圧力が高くなるとターボチャージャ５０の回転数が上昇する。つまり、排気の圧力とターボチャージャ５０の回転数とには相関関係がある。現時点での排気の圧力が閾値を超えている場合には、遮断弁４６を閉じることによりターボチャージャ５０の回転数が閾値を超えると判定することができる。

また、排気の流量が多いほど、ターボチャージャ５０の回転数が高くなる。つまり、排気の流量と関係する吸入空気量が閾値を超えている場合に、ターボチャージャ５０の回転数が閾値を超えると判定することができる。

ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０９へ進んでステップＳ１０６と同様にして遮断弁４６を開閉する。また、ステップＳ１０８で否定判定がなされた場合には、ターボチャージャ５０が過回転する虞があるためステップＳ１１０へ進んで遮断弁４６が閉じることを禁止する。

このようにして、遮断弁４６の固着を抑制できる。なお、本実施例ではステップＳ１０８を処理するＥＣＵ９０が、本発明における回転数判定手段に相当する。また、本実施例ではステップＳ１１０を処理するＥＣＵ９０が、本発明における禁止手段に相当する。

以上説明したように本実施例によれば、ＥＧＲ弁４２や切替弁４５とは別に遮断弁４６を設けているため、ＥＧＲ通路４１の容積を排気脈動が伝播する範囲から除外することができる。これにより排気脈動の振幅を大きくすることができるため、気筒内に吸入する新気量を増加させることができる。これによりトルクを増大させることができる。また、遮断弁４６はノーマルオープン型のため、内燃機関１の始動直後や故障時であってもＥＧＲガスを流通させることができるので、ＮＯxの排出量を低減することができる。

また、ＥＧＲガスの供給を停止している高回転高負荷時またはＥＧＲガスを供給する必要のない減速時において遮断弁４６を繰り返し開閉させることにより、遮断弁４６の固着を抑制できる。さらに、高回転高負荷時においては、ターボチャージャ５０の回転数が過度に上昇しない範囲で遮断弁４６を開閉させるため、ターボチャージャ５０の過回転を抑制できる。

なお、本実施例では、ＥＧＲガスの供給を停止している高回転高負荷時やＥＧＲガスを供給する必要のない減速時において遮断弁４６を繰り返し開閉させているが、他の運転状態であっても、同様の条件を満たせば遮断弁４６の開閉を行うことができる。

ここで、実施例１で説明した遮断弁４６の開閉を行っても、遮断弁４６が固着する虞がある。また、排気の熱により遮断弁４６が故障することも考えられる。そこで本実施例では、遮断弁４６が作動しなくなったことを検知する。その他の装置等については実施例１と同じため説明を省略する。なお、前提として、ＥＧＲ弁４２は正常に作動しているものとする。ＥＧＲ弁４２は遮断弁４６よりも温度が上昇し難いため、例えば開度を測定するセンサを取り付けることができる。このセンサによれば、ＥＧＲ弁４２が正常に作動しているか否か判定できる。

まず、遮断弁４６が閉じたまま開かなくなった場合について考える。つまり、遮断弁４６を開こうとしても開かない場合である。このような場合には、ＥＧＲガスの流通が遮断されるため、ＥＧＲガスを供給する運転状態であるにもかかわらずＥＧＲガス量が減少したり全く供給されなかったりする。つまり、ＥＧＲガス量が推定値よりも少ない場合には、遮断弁４６が閉じたまま停止している状態であると判断することができる。

なお、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路４１を流通しているが、その量が推定値よりも少ない場合には、遮断弁４６が全開とはならないものの、全開と全閉との間の開度で停止していると考えられる。実際のＥＧＲガス量と推定値との差に応じて遮断弁４６の開度を判断することもできる。

次に、遮断弁４６が開いたまま閉じなくなった場合について考える。つまり、遮断弁４６を閉じようとしても閉じない場合である。このような場合には、排気脈動の振幅を大きくしようとしても大きくならないため、気筒２内に導入される新気量が少なくなる。そのため、体積効率が小さくなる。つまり、体積効率が推定値よりも小さい場合には、遮断弁４６が開いたまま停止している状態であると判断することができる。

図５は、本実施例に係る遮断弁４６の異常判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎にＥＣＵ９０により繰り返し実行される。なお、本ルーチンは、遮断弁４６にノーマルオープン型以外のものを採用しても適用可能である。

ステップＳ２０１では、ＥＧＲガスを気筒２内に供給する運転領域内で内燃機関１が運転されているか否か判定される。つまり本実施例では、内燃機関１の運転状態が、図３のＡの運転領域内であるか否か判定される。遮断弁４６が閉じたまま作動しなくなっているか否かをＥＧＲガス量に基づいて判定するため、その前提となるＥＧＲガスの供給が行われているか否か判定している。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０２では、ＥＧＲガス量を検知する。例えば機関回転数、機関負荷、吸気管４内の圧力等に基づいて、気筒２内に吸入されるガス量を算出する。この関係は予め実験等により求めておく。気筒２内に吸入されるガス量には新気とＥＧＲガスとが含まれるが、新気量はエアフローメータ９５により測定できるので、残りがＥＧＲガス量となる。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で検知される実際のＥＧＲガス量が、推定値よりも少ないか否か判定される。この推定値とは、遮断弁４６が正常に作動しているときに検知されるＥＧＲガス量の下限値としても良い。推定値は内燃機関１の運転状態と関連付けて予め実験等により求めておく。つまり、実際のＥＧＲガス量が推定値よりも少ない場合には、遮断弁４６が閉じたまま開かなくなっていると判定することができる。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、否定判定がなされた場合には遮断弁４６は開いているとして本ルーチンを終了させる。

ステップＳ２０４では、遮断弁４６が閉じたまま作動しなくなっていると判定する。遮断弁４６が閉じた状態で固着していると判定しても良い。この場合、警告灯を点灯させたり、警告ブザーを鳴らしたりしても良い。また、ＮＯxの発生を抑制し得る他の制御を行っても良い。

次にステップＳ２０５では、低回転高負荷の運転領域内で内燃機関１が運転されているか否か判定される。つまり、内燃機関１の運転状態が、図３のＢの運転領域内であるか否か判定される。本ステップでは、ＥＧＲガスの供給が停止され、且つ遮断弁４６が閉じられる運転状態であるか否か判定している。すなわち、遮断弁４６が開いたまま作動しなくなっているか否か判定するため、その前提となる遮断弁４６が閉じられる運転状態か否か判定している。ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、否定判定がなされた場合には異常判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。

ステップＳ２０６では、過給圧及び新気量が測定される。つまり、体積効率の算出に必要となる値が取得される。

ステップＳ２０７では、体積効率が算出される。ここでは、周知の算出式を用いることができる。

ステップＳ２０８では、ステップＳ２０７で算出される実際の体積効率が推定値よりも低いか否か判定される。この推定値とは、遮断弁４６が正常に作動しているときに検知される体積効率の下限値としても良い。つまり、実際の体積効率が推定値よりも低い場合には、遮断弁４６が開いたまま閉じなくなっていると判定することができる。ステップＳ２０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０９へ進み、否定判定がなされた場合には遮断弁４６は閉じているとして本ルーチンを終了させる。

ステップＳ２０９では、遮断弁４６が開いたまま作動しなくなっていると判定する。遮断弁４６が開弁状態で固着していると判定しても良い。この場合、警告灯を点灯させたり、警告ブザーを鳴らしたりしても良い。また、排気脈動の振幅が小さくなることに合わせた制御を行っても良い。

なお、本実施例ではステップＳ２０３及び２０４、またはステップＳ２０８及び２０９を処理するＥＣＵ９０が、本発明における異常判定手段に相当する。

以上説明したように本実施例によれば、遮断弁４６の異常を判定することができる。

Claims

内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして流通させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ該ＥＧＲ通路の通路面積を調節することでＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁と、
を備えた内燃機関の制御装置において、
前記ＥＧＲ弁よりも上流側であってＥＧＲ通路が排気通路に接続される箇所の近傍のＥＧＲ通路で開閉するノーマルオープン型の開閉装置と、
前記開閉装置の開度を変更する変更手段と、
を備え、
前記変更手段は、前記内燃機関の低回転高負荷時に前記開閉装置を閉じ、その他の運転状態では開閉装置を開くことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の運転状態が、ＥＧＲガスを供給する運転状態であるか否か判定するＥＧＲガス供給判定手段を備え、ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときに前記開閉装置を開閉す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。
前記ＥＧＲ弁を閉弁中に前記開閉装置を開閉す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。
内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部をＥＧＲガスとして流通させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ該ＥＧＲ通路の通路面積を調節することでＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁と、
を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態が、ＥＧＲガスを供給する運転状態であるか否か判定するＥＧＲガス供給判定手段と、
前記ＥＧＲ弁よりも上流側であってＥＧＲ通路が排気通路に接続される箇所の近傍のＥＧＲ通路で開閉する開閉装置と、
前記開閉装置の開度を変更する変更手段と、
を備え、
前記変更手段は、前記内燃機関の低回転高負荷時に前記開閉装置を閉じ、その他の運転状態では開閉装置を開き、
ＥＧＲガスを供給する運転状態以外のときに前記開閉装置を開閉することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記ＥＧＲ通路が接続されるよりも下流側の排気通路に設けられるターボチャージャと、
前記開閉装置を閉じたときに前記ターボチャージャの回転数が閾値を超えるか否か判定する回転数判定手段と、
前記回転数判定手段により前記ターボチャージャの回転数が閾値を超えると判定されたときには、前記開閉装置が閉じることを禁止する禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記ＥＧＲ弁が開弁しているときであって前記内燃機関に供給されるＥＧＲガス量が推定値よりも少ないときには前記変更手段に異常があると判定する異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の体積効率が推定値よりも低いときには前記変更手段に異常があると判定する異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記開閉装置は、遮断弁であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。