JP5365342B2 - 内燃機関の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させるＥＧＲ機構を備えた内燃機関の制御システムに関する。

排気通路から吸気通路（例えば、吸気ポートやインテークマニフォルド）へ排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させるＥＧＲ機構を備えた内燃機関が知られている。このような内燃機関は、吸気通路内の温度が上昇し易い。よって、燃料噴射弁が吸気通路に配置される場合は、ＥＧＲガスによって燃料噴射弁が加熱され、燃料噴射弁にデポジットが付着・堆積する可能性がある。これに対し、燃料噴射弁とＥＧＲ通路とを隔てる部位の肉厚を増加させる方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２−３３９７９７号公報 特開２００５−１０６０４７号公報 特開２００５−６９０５９号公報 特開平８−２９１７７３号公報

ところで、特許文献１に開示された発明によれば、ＥＧＲガスの導入当初は燃料噴射弁が暖まりにくくなるが、ＥＧＲガスが連続して導入されたり、ＥＧＲガスの導入が繰り返されたりすると、燃料噴射弁の温度上昇を回避しきれなくなる可能性がある。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを導入するＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関の制御システムにおいて、ＥＧＲガスによる燃料噴射弁の過熱を可及的に回避することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路から燃料噴射弁近傍の吸気通路へＥＧＲガスを導くＥＧＲ通路を具備したＥＧＲ機構と、ＥＧＲ通路に冷却風を吹き付ける空冷機構と、を備えた内燃機関の制御システムにおいて、ＥＧＲ機構により吸気通路へ導入されたＥＧＲガスの積算量が予め定められた上限量に達したときに、冷却機構を作動させることにより、ＥＧＲガスを冷却するようにした。

詳細には、本発明の内燃機関の制御システムは、
吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
排気通路から燃料噴射弁近傍の吸気通路へＥＧＲガスを導くＥＧＲ通路を具備するＥＧＲ機構と、
前記ＥＧＲ通路に冷却風を吹き付ける空冷機構と、
前記ＥＧＲ機構により前記吸気通路へ導入されたＥＧＲガス量を積算する積算手段と、
前記積算手段により演算された積算ＥＧＲガス量が予め定められた上限量に達したときに、前記空冷機構を作動させる制御手段と、
を備えるようにした。

ここでいう上限量は、燃料噴射弁の温度がデポジットの発生温度に到達し得る積算ＥＧＲガス量から安全マージンを差し引いた量であり、予め実験的に求めておくことができる。

また、積算手段は、ＥＧＲガスの導入開始から連続的に吸気通路へ導入されたＥＧＲガス量を積算してもよく、或いは、機関始動後の最初のＥＧＲガス導入開始から吸気通路へ導入されたＥＧＲガスの総量を積算してもよい。

かかる発明によると、燃料噴射弁の温度がデポジット発生温度に近づいたときに空冷機構が作動する。その場合、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスが冷却されるため、燃料噴射弁の温度がデポジット発生温度に到達しにくくなる。その結果、燃料噴射弁にデポジットが付着・堆積することを可及的に回避することができる。

なお、積算ＥＧＲガス量が上限量より多くなると、空冷機構が作動していても燃料噴射弁の温度がデポジット発生温度に近づく可能性がある。例えば、単位時間当たりのＥＧＲガス量が多くなる運転条件、或いは大気温度が高くなる環境の下でＥＧＲガスが連続して吸気通路へ導入されると、空冷機構が作動していても燃料噴射弁が昇温し続ける可能性がある。

これに対し、本発明の制御手段は、積算手段により演算された積算ＥＧＲガス量が前記上限量より多い限界量に達した場合は、ＥＧＲガス量を減少させ、或いはＥＧＲガスの導入を停止させるようにしてもよい。ここでいう限界量は、燃料噴射弁の温度がデポジットの発生温度に到達し得る積算ＥＧＲガス量より少なく、且つ前記した上限量より多い量である。

このようにＥＧＲガス量が制限され、又はＥＧＲガス機構の作動が制限されると、燃料噴射弁にデポジットが付着・堆積する事態をより確実に回避することが可能となる。

本発明の内燃機関の制御システムは、積算ＥＧＲガス量の代わりに吸気通路内の温度（又は、ＥＧＲガスの温度）に応じて、空冷機構の作動、ＥＧＲガス量の制限、或いはＥＧＲガス機構の作動制限を制御するようにしてもよい。吸気通路内の温度は、温度センサにより検出されてもよく、積算ＥＧＲガス量と大気温度と冷却水温度とから推定されてもよい。

本発明の空冷機構としては、電動式の送風ファンを例示することができる。送風ファンは、ラジエータ用の送風ファンを利用してもよく、専用の送風ファンを新たに配置してもよい。また、本発明の空冷機構としては、走行風をＥＧＲ通路に導くダクトと、ダクトの開閉を行う弁とを備えた機構を例示することもできる。

本発明によれば、吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを導入するＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関の制御システムにおいて、ＥＧＲガスによる燃料噴射弁の過熱を可及的に回避することができる。

第１の実施例において本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 第１の実施例における昇温抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施例において本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 第２の実施例における昇温抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１，２に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有する４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、複数の気筒２のうち１気筒のみが示されている。

内燃機関１は、各気筒２内へ新気（空気）を導くための吸気ポート３を備えている。吸気ポート３は、インテークマニフォルド３０と連通している。インテークマニフォルド３０は、吸気管３１と連通している。

内燃機関１は、吸気ポート３を開閉する吸気バルブ４を備えている。インテークマニフォルド３０には、吸気ポート３内へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁５が取り付けられている。吸気管３１には、吸気管３１内の通路断面積を変更するスロットル弁６が配置されている。

大気中から吸気管３１へ取り込まれた新気は、スロットル弁６により調量された後にインテークマニフォルド３０へ流入し、次いで吸気ポート３へ流入する。吸気ポート３に流入した新気は、吸気バルブ４が開弁したときに、燃料噴射弁５から噴射された燃料とともに気筒２内へ流入する。気筒２内に流入した新気及び燃料（混合気）は、点火プラグ７により着火及び燃焼される。

一方、内燃機関１は、気筒２内のガス（既燃ガス）を排出するための排気ポート８を備えている。排気ポート８は、エキゾーストマニフォルド８０と連通している。エキゾーストマニフォルド８０は、排気管８１と連通している。エキゾーストマニフォルド８０の途中および／または排気管８１の途中には、図示しない排気浄化装置が配置されている。排気浄化装置は、三元触媒、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を含む。

内燃機関１は、排気ポート８を開閉するための排気バルブ９を備えている。気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気バルブ９が開弁したときに、気筒２内から排気ポート８へ排出される。気筒２内から排気ポート８へ排出されたガスは、エキゾーストマニフォルド８０及び排気管８１を経由して大気中へ排出される。

次に、インテークマニフォルド３０において燃料噴射弁５の直上流の部位には、ＥＧＲ通路１０の一端が接続されている。ＥＧＲ通路１０の他端は、エキゾーストマニフォルド８０に接続されている。ＥＧＲ通路１０は、エキゾーストマニフォルド８０を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）をインテークマニフォルド３０へ導く通路である。ＥＧＲ通路１０の途中には、ＥＧＲ通路１０の通路断面積を変更するＥＧＲ弁１１が設けられている。ＥＧＲ通路１０とＥＧＲ弁１１は、本発明にかかるＥＧＲ機構に相当する。

また、ＥＧＲ通路１０とインテークマニフォルド３０との接続部の近傍には、送風ファ
ン１２が配置されている。送風ファン１２は、ＥＧＲ通路１０及びインテークマニフォルド３０に冷却風を吹き付けるための電動式の送風ファンであり、本発明にかかる空冷機構に相当する。なお、送風ファン１２は、ＥＧＲ通路１０及びインテークマニフォルド３０を冷却するための専用の送風ファンであってもよく、ラジエータ用の送風ファンを兼用してもよい。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３には、エアフローメータ１４、吸気温度センサ１５、水温センサ１６などの各種センサが接続され、各種センサの出力信号が入力されるようになっている。

エアフローメータ１４は、スロットル弁６より上流の吸気管３１に配置され、吸気管３１内を流れる新気（空気）の質量を検出する。吸気温度センサ１５は、エアフローメータ１４の近傍（図１に示した例では、エアフローメータ１４の直上流）に配置され、新気の温度（大気の温度）を検出する。水温センサ１６は、内燃機関１に取り付けられ、内燃機関１を循環する冷却水の温度を検出する。

また、ＥＣＵ１３には、燃料噴射弁５、スロットル弁６、点火プラグ７、ＥＧＲ弁１１、及び送風ファン１２などの各種機器が接続され、各種機器を電気的に制御可能になっている。

例えば、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁５を制御することにより、燃料噴射時期や燃料噴射量を調整する。また、ＥＣＵ１３は、点火プラグ７を制御することにより、点火時期を調整する。さらに、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１１の開度やスロットル弁６の開度を調整することにより、ＥＧＲガス量や吸入空気量を調整する。

ＥＣＵ１３は、上記したような既知の制御に加え、本発明の要旨となる昇温抑制処理を実行する。昇温抑制処理は、ＥＧＲガスの熱によるインテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の過熱を抑制するための処理である。

ＥＧＲガスは高温な排気であるため、ＥＧＲガスがインテークマニフォルド３０に導入されると、ＥＧＲガスの熱がインテークマニフォルド３０を介して燃料噴射弁５へ伝達されたり、ＥＧＲガスの熱が燃料噴射弁５へ直接伝達されたりする。そして、燃料噴射弁５やインテークマニフォルド３０の温度がデポジット発生温度域まで上昇すると、インテークマニフォルド３０の壁面や燃料噴射弁５の噴孔近傍にデポジットが付着・堆積する可能性がある。

そこで、本実施例の昇温抑制処理では、ＥＣＵ１３は、送風ファン１２を利用してＥＧＲ通路１０やインテークマニフォルド３０を空冷することにより、インテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の昇温を抑制するようにした。

以下、本実施例の昇温抑制処理の実行手順について図２に沿って説明する。図２は、昇温抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。昇温抑制処理ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１３によって周期的に実行される。

昇温抑制処理ルーチンでは、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０１においてＥＧＲガスがインテークマニフォルド３０へ導入されているか否か、言い換えればＥＧＲ弁が開弁（ＥＧＲ＝ＯＮ）状態にあるか否かを判別する。

前記Ｓ１０１において否定判定された場合（ＥＧＲガスがインテークマニフォルド３０
に導入されていない場合）は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合（ＥＧＲガスがインテークマニフォルド３０に導入されている場合）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲを演算する。積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲは、ＥＧＲガスの導入開始から現時点までに連続してインテークマニフォルド３０へ導入されたＥＧＲガス量である。なお、単位時間当たりにインテークマニフォルド３０へ導入されるＥＧＲガス量は、エアフローメータ１４の出力信号（吸入空気量）や機関回転数などをパラメータとして演算することができる。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０２で算出された積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲが上限量α以上であるか否かを判別する。上限量αは、インテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の温度がデポジット発生温度に到達する積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲｍａｘから安全マージンを差し引いた量である。

前記Ｓ１０３において否定判定された場合（ΣＥＧＲ＜α）は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０３において肯定判定された場合（ΣＥＧＲ≧α）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、送風ファン１２を作動させる。この場合、送風ファン１２により冷却風がＥＧＲ通路１０及びインテークマニフォルド３０へ吹き付けられるため、ＥＧＲ通路１０内を流れるＥＧＲガスが冷却されるとともに、インテークマニフォルド３０が冷却される。

その結果、ＥＧＲガスからインテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５へ直接伝達される熱量が減少するとともに、インテークマニフォルド３０から燃料噴射弁５へ伝達される熱量も減少する。よって、インテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５がデポジット発生温度域まで昇温し難くなる。

なお、積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲが上限量αを超えると、送風ファン１２が作動していてもインテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の温度がデポジット発生温度域に近づく可能性がある。例えば、単位時間当たりのＥＧＲガス量が多くなる場合や大気温度が高い場合は、送風ファン１２が作動していてもインテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５がデポジット発生温度域に到達してしまう可能性がある。

そこで、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０５において、前記Ｓ１０２で算出された積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲが限界量β以上であるか否かを判別する。限界量βは、インテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の温度がデポジット発生温度に到達する積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲｍａｘより少なく、且つ前記した上限量αより多い量である。

前記Ｓ１０５において否定判定された場合（ΣＥＧＲ＜β）は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０５において肯定判定された場合（ΣＥＧＲ≧β）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲガスの導入を停止させる。すなわち、ＥＣＵ１３は、ＥＧＲ弁１１を全閉させる。この場合、ＥＧＲガスによるインテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の加熱が行われなくなるため、インテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５がデポジット発生温度まで到達することが確実に回避される。

なお、前記したＳ１０６においてＥＧＲガスの導入を停止させずに、ＥＧＲガスの導入
量を減少（ＥＧＲ弁１１の開度を減少）させるようにしてもよい。この場合、インテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５が単位時間当たりに受ける熱量が減少するため、インテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の昇温を回避しつつＥＧＲガスの導入を継続することができる。その際のＥＧＲ弁１１の開度は、積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲおよび／または単位時間当たりのＥＧＲガス量が多くなるほど減少するように制御されてもよい。

以上述べたようにＥＣＵ１３が図２の昇温抑制処理ルーチンを実行することにより、本発明にかかる積算手段、及び制御手段が実現される。その結果、ＥＧＲガスによるインテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５の過熱を可及的に回避することができる。

従って、本実施例の内燃機関の制御システムによれば、ＥＧＲガスの導入によってインテークマニフォルド３０や燃料噴射弁５にデポジットが付着・堆積することが可及的に回避される。

なお、前記した図２の昇温抑制処理ルーチンでは、積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲとして、ＥＧＲガスの導入開始から現時点までに連続してインテークマニフォルド３０へ導入されたＥＧＲガスの総量を用いたが、内燃機関１の始動から現時点までにインテークマニフォルド３０へ導入されたＥＧＲガスの総量を用いてもよい。

また、送風ファン１２の作動は、ＥＧＲガスの導入停止から所定期間が経過したときに停止されるようにしてもよい。所定期間は、一定期間時間であってもよく、或いはＥＧＲガスの導入停止時点における積算ＥＧＲガス量が多くなるほど長くされる可変期間であってもよい。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図３，４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、前述の第１の実施例では積算ＥＧＲガス量ΣＥＧＲをパラメータとして送風ファン１２の作動やＥＧＲガスの導入停止を制御しているのに対し、本実施例ではインテークマニフォルド３０の温度又は燃料噴射弁５の温度をパラメータとして送風ファン１２の作動やＥＧＲガスの導入停止を制御する点にある。

インテークマニフォルド３０の温度及び燃料噴射弁５の温度は、インテークマニフォルド３０内のガス温度と相関するため、本実施例ではインテークマニフォルド３０内の温度を検出するセンサの信号をパラメータとして送風ファン１２の作動やＥＧＲガスの導入停止を制御する。

図３は、本実施例における内燃機関１の概略構成を示す図である。図３において、インテークマニフォルド３０には、インテークマニフォルド３０内の温度を検出する温度センサ１７が取り付けられている。なお、図３では、吸気管３１に吸気温度センサが設けられていないが、前述した第１の実施例と同様に吸気温度センサが吸気管３１に設けられていてもよい。

図４は、本実施例における昇温抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。図４において、前述した第１の実施例の昇温抑制処理ルーチンと同様の処理には同一の符号を付してある。

図４の昇温抑制処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０１において肯定判定した
場合に、Ｓ１０２の代わりにＳ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１では、ＥＣＵ１３は、温度センサ１７の出力信号（インマニ温度）Ｔｉｍを読み込む。

続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０３の代わりにＳ２０２の処理を実行する。Ｓ２０２では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０１で読み込んだインマニ温度Ｔｉｍが上限温度Ｔα以上であるか否かを判別する。上限温度Ｔαは、デポジット発生温度から安全マージンを差し引いた温度である。

前記Ｓ２０２において否定判定された場合（Ｔｉｍ＜Ｔα）は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ２０２において肯定判定された場合（Ｔｉｍ≧Ｔα）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０４へ進む。

ＥＣＵ１３は、Ｓ１０４の処理を実行した後に、Ｓ１０５の代わりにＳ２０３の処理を実行する。Ｓ２０３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０１で読み込んだインマニ温度Ｔｉｍが限界温度Ｔβ以上であるか否かを判別する。限界温度Ｔβは、デポジット発生温度より低く、且つ上限温度Ｔαより高い温度である。

前記Ｓ２０３において否定判定された場合（Ｔｉｍ＜Ｔβ）は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ２０３において肯定判定された場合（Ｔｉｍ≧Ｔβ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０６の処理を実行する。

以上述べた昇温抑制処理によると、インテークマニフォルド３０の温度をパラメータにして送風ファン１２の作動やＥＧＲガスの導入停止が制御されるため、インテークマニフォルド３０及び燃料噴射弁５の温度をデポジット発生温度より低く保つという目的をより確実に達成することができる。

なお、本実施例では、インテークマニフォルド３０内の温度を温度センサ１７により直接検出しているが、積算ＥＧＲガス量、大気の温度、冷却水温度等をパラメータとして推定演算されてもよい。

また、本実施例において送風ファン１２を停止させるタイミングとしては、インマニ温度Ｔｉｍが一定温度以下となるタイミングを例示することができる。

＜他の実施例＞
前述した第１及び第２の実施例では、本発明の空冷機構として送風ファン１２を例示したが、走行風をＥＧＲ通路１０及びインテークマニフォルド３０へ導くダクトとダクトを開閉する開閉弁とを空冷機構として用いてもよい。その場合、ＥＣＵ１３は、送風ファン１２を作動させるタイミングで開閉弁を開弁させるようにすればよい。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気ポート
４ 吸気バルブ
５ 燃料噴射弁
６ スロットル弁
７ 点火プラグ
８ 排気ポート
９ 排気バルブ
１０ ＥＧＲ通路
１１ ＥＧＲ弁
１２ 送風ファン
１３ ＥＣＵ
１４ エアフローメータ
１５ 吸気温度センサ
１６ 水温センサ
１７ 温度センサ
３０ インテークマニフォルド
３１ 吸気管
８０ エキゾーストマニフォルド
８１ 排気管

Claims (3)

1. 吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   排気通路から前記燃料噴射弁近傍の吸気通路へＥＧＲガスを導くＥＧＲ通路を具備したＥＧＲ機構と、
   前記ＥＧＲ通路に冷却風を吹き付ける空冷機構と、
   前記吸気通路へ導入されたＥＧＲガス量を積算する積算手段と、
   前記積算手段により演算された積算ＥＧＲガス量が予め定められた上限量に達したときに、前記空冷機構を作動させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
2. 請求項１において、前記制御手段は、前記積算手段により積算された積算ＥＧＲガス量が前記上限量より多い限界量に達したときに、前記吸気通路へ導入されるＥＧＲガス量を減量又は前記ＥＧＲ機構の作動を停止させることを特徴とする内燃機関の制御システム。
3. 吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   排気通路から前記燃料噴射弁近傍の吸気通路へＥＧＲガスを導くＥＧＲ通路を具備したＥＧＲ機構と、
   前記ＥＧＲ通路に冷却風を吹き付ける空冷機構と、
   前記ＥＧＲ機構によりＥＧＲガスが前記吸気通路へ導入されているときに、前記吸気通路内の温度を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された温度が予め定められた上限温度に達したときは前記空冷機構を作動させ、前記取得手段により取得された温度が前記上限温度より高い限界温度に達したときは前記吸気通路へ導入されるＥＧＲガス量を減量又は前記ＥＧＲ機構の作動を停止させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。

Images