JP5274323B2 - 内燃機関の排気ガス再循環制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、主として車両に搭載される内燃機関の排気ガス再循環制御方法に関するものである。

従来、燃費向上や排気ガス浄化の観点から、排気ガスの一部を吸入空気に混ぜて運転する内燃機関が知られている。具体的には、内燃機関は、排気管路と吸気管路とを接続する再循環管路と、その再循環管路に設けられて再循環管路を通過する排気ガスの流量を制御する再循環弁と、運転状態に応じて再循環弁の開度を制御する電子制御装置とを備える排気ガス再循環装置を備えるものである。

このような排気ガス再循環装置にあって、再循環弁における部品のバラツキにより、必要な排気ガス再循環量を達成するための要求弁開度と、これによって達成される実排気ガス再循環量との間に誤差が生じることがあることから、例えば特許文献１に記載のものでは、再循環弁の開度の変化に伴い再循環管路による吸気管路への排気ガスの導入状態に変化が生じたか否かを検出し、変化を検出した場合に変化時における再循環弁の開度を学習し、学習した開度に基づいて再循環弁の開度制御に対する誤差の補正を行うように構成するものである。

特開２００１‐８２２６０号公報

ところで、通常、このような学習制御は、機関回転数と吸気管圧力とにより運転領域を設定しておき、そのそれぞれの運転領域において学習を実行して、開度の学習値を記憶する構成としている。しかしながら、運転領域毎に学習を実行すると、運転領域の全てにおいてこのような学習を行うと、学習するのにかなりの時間を要した。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の排気ガス再循環制御方法は、排気系と吸気系とを連通する管路に再循環弁を設け、再循環弁を制御して吸気系に再循環する排気ガス量を調整する内燃機関の排気ガス再循環制御方法において、運転領域に応じて燃費率が最小となるように再循環弁をフィードバック制御し、燃費率が最小である運転状態になった場合の弁開度のフィードバック量と、再循環弁の弁公差に基づいて設定する弁開度余裕値とから演算する弁開度比率を学習し、運転領域が他の運転領域に移行した場合に、学習した弁開度比率をその他の運転領域の弁開度余裕値に反映させて再循環弁の弁開度を制御することを特徴とする。

このような構成によれば、再循環弁をフィードバック制御することにより燃費率が最小となる運転状態に制御し、その時の弁開度のフィードバック量と再循環弁の弁公差に基づいて設定する弁開度余裕値との弁開度比率を学習し、その学習した弁開度比率を、学習をした運転領域とは異なる運転領域での運転状態になった場合に、その他の運転領域の弁開度余裕値に反映させるものである。従って、運転領域毎に学習を実施する場合に比べて、学習に要する時間を短縮することが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、ある運転領域において再循環弁をフィードバック制御して、その時に弁開度のフィードバック量と弁開度余裕値との弁開度比率を学習し、学習した弁開度比率を他の運転領域における弁開度を設定する場合に反映させるので、運転領域毎に学習を実施する場合に比べて、学習に要する時間を短縮することができる。又、運転領域毎に個別に学習する必要がないので、適合による補間が困難で学習を実施しなかった運転領域が生じることがなく、燃費の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態のエンジン及び電子制御装置の概略構成を示す概略構成説明図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。 同実施形態における弁開度余裕値を説明するためのグラフ。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用の４気筒のもので、その１気筒の構成を示している。エンジン１００の吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により後述する基本噴射量に基づいて開成制御するようにしている。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。

さらに、排気系２０には、Ｏ₂センサ２１の取り付けてある近傍に連通する導入パイプ４１が接続される。この導入パイプ４１には、再循環させる排気ガス量（以下、ＥＧＲ量と記す）を制御するための排気ガス再循環弁（以下、ＥＧＲ弁と記す）４０が接続される。ＥＧＲ弁４０は、電子制御装置６により、後述するようにその開度が制御される。さらに、このＥＧＲ弁４０には、導入パイプ４１からの排気ガスを吸気系１に導出する導出パイプ４２が接続される。このＥＧＲ弁４０とそれぞれのパイプ４１、４２とにより排気ガス再循環系５０が構成されている。この排気ガス再循環系５０それ自体は、当該分野で良く知られているものと同様の構成であってよい。

ＥＧＲ弁４０は、円錐台形の内面を有する貫通孔と、その貫通孔内部に配置されて貫通孔を開閉する貫通孔と同形の円錐台形の弁体と、弁体に接続される軸と、軸に接続され弁体を貫通孔の中心軸方向に往復移動させるステッパモータとを備える構成である。このようなＥＧＲ弁４０において、モータとしては、ステッパモータ、ＤＣモータなどを使用することができる。ステッパモータを使用する場合、ＥＧＲ弁４０の弁開度をステッパモータに供給する信号のステップ数により制御する。また、ＤＣモータの場合は、例えばＰＭＷ（パルス幅変調）制御などにより通電を制御して、開度を制御するものである。

そして、燃焼室１０の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ１８が取り付けてある。スパークプラグ１８には、イグナイタ３２とイグニションコイル３３が電気的に接続されている。スパークプラグ１８、イグナイタ３２及びイグニションコイル３３を、標準的には点火系ＩＧＳとしている。イグナイタ３２を除くこの点火系６０は、図１には１系統しか図示していないが、それぞれの気筒に対して１系統ずつ接続されるものである。なお、エンジン１００は、４気筒のものに限定されるものではなく、３気筒や１２気筒等のものであってもよい。

電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６からのアイドル信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記した空燃比センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またイグナイタ３２に対して点火信号を含む複数の信号が出力されるようになっている。なお、図示しないが、電子制御装置６には、アナロク信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が内蔵されている。

また点火プラグ１８には、膨張行程毎にイオン電流を測定するためのバイアス用電源２４が接続され、入力インターフェース１１とこのバイアス電源２４との間にはイオン電流測定用回路２５が接続されている。点火プラグ１８、バイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５によりイオン電流検出系７０が構成される。バイアス用電源２４は、点火プラグ１８にイオン電流測定のための測定用電圧（バイアス電圧）を印加するものである。そして、測定用電圧の印加により、燃焼室１０の内壁と点火プラグ１８の中心電極との間、及び点火プラグ１８の電極間に流れたイオン電流は、イオン電流測定用回路２５により測定される。このようなバイアス用電源２４と電流測定用回路２５とは、当該分野でよく知られている種々のものを適用することができる。又、バイアス用電源２４と電流測定用回路２５とは、気筒毎のイオン電流を検出するために、気筒数と同数が、つまり１つの気筒に対して１つのイオン電流検出系７０が設けられるものである。

電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジンの運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。また、記憶装置８には、運転領域に応じて燃費率が最小となるようにＥＧＲ弁４０をフィードバック制御し、燃費率が最小である運転状態になった場合の弁開度のフィードバック量と、ＥＧＲ弁の弁公差に基づいて設定する弁開度余裕値とから演算する弁開度比率を学習し、運転領域が他の運転領域に移行した場合に学習した弁開度比率をその他の運転領域の弁開度余裕値に反映させてＥＧＲ弁４０の弁開度を制御するＥＧＲ学習制御プログラムが記憶されている。

次に、図２を交えて、電子制御装置６が実行するＥＧＲ学習制御プログラムにおける制御手順を説明する。なお、このＥＧＲ学習制御プログラムにあっては、中央流量の特性を有するＥＧＲ弁４０の運転領域毎の基本開度を、ベースマップにより設定しているとともに、運転領域毎の基本開度から弁公差に基づいて設定する弁開度余裕値（図３に示す）を引いた値で、マージンマップにより設定している。弁公差は、許容される流量誤差が最大の場合の上限流量と、許容される流量誤差がほぼゼロの場合の中央流量との流量差（弁開度差）を指すものである。上限流量は、EGR弁の製造時における弁開度に対する流量のバラツキの最大のものの流量である。弁開度余裕値は、図面公差により求めるもので、同一のＥＧＲ量とするのに要する、中央流量の特性のＥＧＲ弁の弁開度と上限流量の特性のＥＧＲ弁の弁開度との差すなわち弁公差により設定するものである。運転領域は、エンジン回転数と吸気管圧力とで設定するものである。図３は、流量誤差の異なるＥＧＲ弁それぞれの、弁開度の変化に対するＥＧＲ流量の変化を示している。上限流量の特性のＥＧＲ弁は、同一のＥＧＲ流量となる弁開度が、中央流量の特性のＥＧＲ弁の弁開度に対して小さいものである。

このＥＧＲ学習制御プログラムは、エンジン１００の暖機運転が完了していること、定常運転状態であること、ＥＧＲ制御の要求があること等を条件として実行するものである。

まず、ステップＳ１では、ＥＧＲ弁４０の弁開度をフィードバック制御する。この場合、弁開度は、この時点の運転領域における基本開度と、弁開度余裕値に弁開度比率を乗じて得られる補正開度との合計により設定するものである。フィードバック制御の開始時点にあっては、マージン開度を初期値として弁開度を設定して、制御を開始する。マージン開度は、この実施形態にあっては、中央流量の特性を有するＥＧＲ弁の開度から弁開度余裕値を引いた開度に設定するものである。

運転状態に応じて弁開度、従ってＥＧＲ量をフィードバック制御する場合、運転状態に対応したＥＧＲ量を導入することにより、フィードバック制御の開始から時間が経過すると燃費率がほぼ最小値となる。この燃費率が最小となる運転状態である燃費ボトムを、例えばイオン電流の挙動あるいは特性に基づいて検出し、実質的にＥＧＲ弁４０の弁開度のフィードバック量の学習を実行するものである。

ステップＳ２では、燃費ボトムとなった際のフィードバック量を、この時点の運転領域における弁開度余裕値により除して弁開度比率を演算し、一時的に保存つまり学習する。すなわち、燃費ボトムとなるフィードバック量の、弁開度余裕値に対する割合を学習するものである。従って、運転領域が変わった場合に、その運転領域における弁開度余裕値に対するフィードバック量を、学習した弁開度比率により演算することができる。

ステップＳ３において、変わった運転領域の基本開度と弁開度余裕値と学習した弁開度比率とにより、弁開度を演算する。この後、ステップＳ１に戻って、演算した弁開度を初期値として、ＥＧＲ弁４０をフィードバック制御する。

なお、運転領域が変わって、その運転領域での運転状態にあって、ステップＳ１〜ステップＳ３を実行するものであるが、その間に燃費ボトムとなった場合は、その運転領域において弁開度比率を学習する。このようにして、新たに学習した弁開度比率は、この学習した運転領域以外の運転領域に運転領域が替わった場合に、弁開度の演算に用いるものである。

このように、ある運転領域において学習した弁開度比率は、他の運転領域において基本開度を補正する際に用いる。この場合、学習した弁開度比率は、他の運転領域における弁開度余裕度に乗じられるので、ある運転領域におけるのと同じ補正の割合で基本開度を補正することができる。このため、他の運転領域においてフィードバック制御を実施して弁開度比率を学習しなくとも、燃費ボトムとなるようにＥＧＲ量を制御することができる。

又、それぞれの運転領域において弁開度比率を学習する必要がないことから、運転領域毎の学習に要する時間を短縮することができる。さらに、運転領域毎に個別に学習する必要がないので、エンジン１００の運転状態が過渡時であったために学習ができなかった運転領域や、適合による補間が困難で学習を実施しなかった運転領域が生じることがなく、運転領域の全体において、燃費の低下を抑制することができる。

なお、その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、自動車などの車両に搭載される火花点火式のＥＧＲを実施できる内燃機関に対して利用が可能である。

１…吸気系
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１１…出力インターフェース
５０…排気ガス再循環系

Claims (1)

1. 排気系と吸気系とを連通する管路に再循環弁を設け、再循環弁を制御して吸気系に再循環する排気ガス量を調整する内燃機関の排気ガス再循環制御方法において、
   運転領域に応じて燃費率が最小となるように再循環弁をフィードバック制御し、
   燃費率が最小である運転状態になった場合の弁開度のフィードバック量と、再循環弁の弁公差に基づいて設定する弁開度余裕値とから演算する弁開度比率を学習し、
   運転領域が他の運転領域に移行した場合に、学習した弁開度比率をその他の運転領域の弁開度余裕値に反映させて再循環弁の弁開度を制御する内燃機関の排気ガス再循環制御方法。