JP5574859B2

JP5574859B2 - 内燃機関の吸入空気量検出方法

Info

Publication number: JP5574859B2
Application number: JP2010156407A
Authority: JP
Inventors: 健治中嶋; 克昌倉地
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: JP2012017709A

Description

本発明は、排気タービン式過給機と、タービンの下流の排気ガスを吸入空気に混合する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）とを備える内燃機関における吸入空気量検出方法に関するものである。

従来、自動車などに搭載される内燃機関において、吸入空気量を検出するためにエアフロメータを用いることがある。通常、エアフロメータは、エアクリーナの下流で、しかもスロットル弁の上流の位置に配置される。エアフロメータから吸気ポートまでの吸気通路が比較的長い内燃機関にあって、このようなエアフロメータの配置では、例えばアイドリング運転時のような吸入空気量が少量である場合、エアフロメータで検出した吸入空気量の空気が、シリンダ内に吸入されるまでには時間が経過し、吸入空気量の検出時点から実際の吸入時点までの間に時間遅れが発生する。

このような吸入空気の時間遅れを補正するために、例えば特許文献１のものは、スロットル開度と機関回転速度とに基づいて所定周期で演算した定常状態での吸気管圧力に基づいて吸入空気量を検出するものにおいて、過去に演算した吸気管圧力の加重平均値と現在の加重平均値とに基づいて、所定期間先の吸気管圧力を予測することで、過渡時における空燃比の制御の精度を向上させている。

ところで、過給機のタービン下流側の排気通路から排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと称する）を取り込み、過給機のコンプレッサ上流側の吸気通路へ再循環させる、いわゆる低圧ループ式のＥＧＲ装置では、吸気通路の通路長が、タービン上流側の排気通路からＥＧＲガスを取り込み、コンプレッサ下流側の吸気通路へ再循環させるいわゆる高圧ループ式のものに比較して長くなる。そのため、吸気管路を含む吸気系全体の容積が増加し、時間的な要因による吸入空気量の補正では、上述した時間遅れを的確に予想することが困難となり、精度のよい補正ができず、失火や燃焼が不安定になるといった不具合を生じる。

特開２０００‐２７６９２号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、低圧ループ式のＥＧＲ装置を備える内燃機関において、複雑な補正を実行することなく、正確に吸入空気量の検出を図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の吸入空気量検出方法は、内燃機関が、排気エネルギにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機と、コンプレッサの上流に設けられる吸気絞り弁と、コンプレッサの上流で、かつ吸気絞り弁の下流に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置とを備え、吸気絞り弁の上流で検出する空気流量と吸気絞り弁の下流かつ排気ガスが還流する全ての箇所よりも下流で検出する吸気管圧力との一方に基づいて吸入空気量を検出するガソリンエンジンである内燃機関の吸入空気量検出方法であって、内燃機関の負荷を検出し、検出した負荷が低負荷である場合は吸気管圧力に基づいて吸入空気量を検出し、検出した負荷が低負荷を除く負荷である場合は空気流量に基づいて吸入空気量を検出することを特徴とする。

このような構成であれば、低負荷領域において吸気管圧力に基づいて吸入空気量を検出することにより、吸気経路が長い内燃機関においても、吸入空気量の検出とその吸入空気のシリンダ内への吸入との間の応答遅れの影響を考慮した複雑な制御を要することなく、正確な吸入空気量を検出することが可能になる。また、低負荷領域以外の領域にあっては、空気流量を吸気絞り弁の上流において検出して吸入空気量を検出しているので、還流されるＥＧＲガスを含まない新気の量を正確に検出することが可能になる。したがって、ＥＧＲ率を正確に把握することができ、低負荷領域以外の領域の燃費を向上させ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、吸気系が長い内燃機関において、低負荷である場合でも、吸入空気量の検出精度を高くに維持することができる。

本発明の実施形態のエンジンの概略構成説明図。同実施形態の制御手順を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

このエンジン１００は、二気筒３６０°位相のもので、シリンダ１と、各シリンダ１に吸入空気を供給するための吸気通路２と、排気ガスを排出するための排気通路３と、排気通路３に配置されるタービン４ａ及び吸気通路２に配置されるコンプレッサ４ｂを備える排気タービン式のターボチャージャ４とを基本的に備えている。

吸気通路２には、コンプレッサ４ｂ以外に、エアクリーナ７、エアフロメータ６、吸気絞り弁８、インタークーラ９及び電子制御式スロットルバルブ１０を、吸気通路２の上流から下流に向かってこの順に配置している。すなわち、エアクリーナ７の下流、したがって吸気絞り弁８の上流に、空気流量を検出するためのエアフロメータ６を配置する。このように、吸気通路２は、エアクリーナ７の下流に、エアフロメータ６、吸気絞り弁８、インタークーラ９及び電子制御式スロットルバルブ１０を配置しているので、その全長が長くなる。

また、エアフロメータ６と吸気絞り弁８との間の吸気通路２には、スロットルバルブ１０の下流に通じる新気バイパス通路１２ａ、及びスロットルバルブ１０の上流でインタークーラ９の下流に通じる吸気バイパス通路２４ａと吸気バイパス通路２４ａを開閉する吸気バイパス弁２４ｂとからなる過給圧迂回機構２４が設けてある。新気バイパス通路１２ａには、流通する新気の量を制御する新気バイパス弁１２ｂが設けてある。

インタークーラ９には、吸入空気がインタークーラ９を迂回するためのインタークーラバイパス通路１１ａが設けてあり、インタークーラバイパス弁１１ａにはインタークーラバイパス弁１１ｂが取り付けてある。図中、１３は、燃料タンク内に発生した燃料蒸発ガスを吸着するキャニスタであり、パージ弁１４が開かれることにより吸着された燃料蒸発ガスがスロットルバルブ１０下流位置で吸気通路２に導入される。

各シリンダ１に対して、点火プラグ１５及び燃料噴射弁１６が取り付けてある。燃料噴射弁１６には、デリバリパイプ１７を介して高圧燃料ポンプ１８から燃料が供給される。同様にして、各シリンダ１に対して、シリンダ１内に旋回流を発生させるためのスワールコントロールバルブ１９が取り付けてある。

排気通路３には、タービン５以外に、空燃比センサ２０、三元触媒２１及びリアＯ₂センサ２２を、排気通路３の上流から下流に向かってこの順に配置している。すなわち、タービン５の下流に空燃比センサ２０が配置され、その空燃比センサ２０の下流に三元触媒２１が、さらに三元触媒２１の下流にリアＯ₂センサ２２が配置される構成である。空燃比センサ２０及びリアＯ₂センサ２２は、後述する電子制御装置３３に電気的に接続される。

ターボチャージャ４は、この分野でよく知られたものを適用することができ、過給圧を制御するために、タービン５の上流と下流とを連通可能にする排気バイパス通路２３ａを備え、その排気バイパス通路２３ａを開閉するウェイストゲート弁２３ｂを備えている。

エンジン１００は、エアクリーナ７を介して吸気通路２に流入する新気に排気ガスを混合するためのいわゆる低圧ループ式のＥＧＲ装置２５を、吸気通路２と排気通路３との間に備えている。ＥＧＲ装置２５は、吸気通路２と排気通路３とを選択的に連通する排気ガス再循環管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）２６と、ＥＧＲ管路２６に設けられてＥＧＲ管路２６を通過するＥＧＲガスの量を制御する排気ガス再循環制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）２７と、ＥＧＲ弁２７の上流に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２８とを備えている。ＥＧＲ管路２６は、その一端が吸気通路２の吸気絞り弁８より下流の部位に接続され、かつその他端が排気通路３の三元触媒２０より下流の部位に接続される。

この実施形態のエンジン１００はさらに、可変バルブタイミング機構２９を備え、排気弁に対する吸気弁の開閉タイミングすなわちバルブタイミングを、運転状態に応じて制御し得るものである。可変バルブタイミング機構２９は、電子制御装置３３により制御される。

電子制御装置３３は、プロセッサ３３ａ、メモリ３３ｂ、入力インターフェース３３ｃ、出力インターフェース３３ｄなどを備えるコンピュータシステムである。入力インターフェース３３ｃには、エアフロメータ６から出力される空気流量信号ａ、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ｂ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｃ、アクセルペダルの操作量（踏度）を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ｄ、吸気通路２のスロットルセンサより下流に取り付けられて吸気管圧力を検出する吸気圧センサ３８から出力される吸気圧信号ｅ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｆ、空燃比センサ２０から出力される第一空燃比信号ｇ、リアＯ₂センサから出力される第二空燃比信号ｈなどが入力される。また出力インターフェース３３ｄからは、吸気絞り弁８に対して絞り弁開度信号ｋ、スロットルバルブ１０に対して弁駆動信号ｍ、ＥＧＲ弁２７に対してＥＧＲ弁開度信号、燃料噴射弁１５に対して燃料噴射信号ｏ、点火プラグ１６に対して点火信号ｐ、可変バルブタイミング機構２９に対してバルブタイミング信号ｑなどが出力される。

このような構成において、電子制御装置３３は、エンジン１００の負荷を検出し、検出した負荷が低負荷である場合は吸気管圧力に基づいて吸入空気量を検出し、検出した負荷が低負荷を除く負荷である場合は空気流量に基づいて吸入空気量を検出するようにプログラムされた吸入空気量検出プログラムを実行する。以下に、図２により、吸入空気量検出プログラムによる制御手順を説明する。

図２において、ステップＳ１では、アクセル開度信号ｄに基づいて、アイドリング運転か否かを判定する。すなわち、この判定は、エンジン１００の負荷を検出するもので、アクセル開度信号ｄに基づいてアイドリング運転であると判定することは、負荷が低負荷であることである。したがって、アクセル開度信号ｄがアイドリング運転を示していない場合は、エンジン１００の負荷が低負荷以外であるものである。

ステップＳ１においてアイドリング運転であると判定した場合は、ステップＳ２において、回転数信号ｃに基づいてエンジン回転数を検出し、検出したエンジン回転数が所定回転数以下か否かを判定する。すなわちステップＳ２では、アイドリング運転において、例えばエアコンディショナがエンジン１００の負荷となることでエンジン回転数が所定回転数より高くなっている運転状態下否かを判定するものである。このように、アイドリング運転中であっても、エンジン回転数が所定回転数以下でない場合は、比較的吸入空気が流入するものである。

ステップＳ２にて、エンジン回転数が所定回転数以下であると判定した場合は、ステップＳ３にて吸気圧信号ｅに基づいて吸気管圧力を検出する。一方、エンジン回転数が所定回転数以下でないと判定した場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、空気流量信号ａに基づいて空気流量を検出する。

ステップＳ５では、検出した値から吸入空気量を検出する。すなわち、ステップＳ５においては、アイドリング運転ではない、及びエンジン回転数が所定回転数以下でないと運転状態を判定した場合には、検出した空気流量から吸入空気量を検出する。これに対して、アイドリング運転であり、かつエンジン回転数が所定回転数以下であると運転状態を判定した場合には、ステップＳ５において検出した吸気管圧力から吸入空気量を検出するものである。

このような構成において、エンジン１００の負荷が低い低負荷、つまりアイドリング運転時で、しかもエアコンディショナ等の電装品等が負荷となっていないためにエンジン回転数が低い運転状態である場合は、吸入空気量が少なくなる。この場合、電子制御装置３３は、ステップＳ１〜ステップＳ３及びステップＳ５を実行して、吸気管圧力に基づいて吸入空気量を検出する。したがって、エンジン１００がアイドリング運転において負荷が低いとともにエンジン回転数が低い、具体的には所定回転数以下である運転状態における、吸気通路２が長いことによる吸入空気への影響、つまり吸入空気量の検出時点と検出された吸入空気量の空気がシリンダ１に吸入される時点との間の時間的なずれ（遅れ）を小さくすることができる。これにより、シリンダ１に吸入される吸入空気量の検出精度が低下することを抑制することができる。

また、エンジン１００の負荷が低負荷ではない、つまり中負荷及び高負荷で、アイドリング運転時にあってエンジン回転数が所定回転数以下である運転状態と異なる運転状態である場合、及びアイドリング運転であってもエンジン回転数が所定回転数以下でない、つまり所定回転数を上回っている場合には、吸入空気量が多くなる。この場合、電子制御装置は、ステップＳ１、ステップＳ４及びステップＳ５、あるいはステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ４及びステップＳ５を実行して、空気流量に基づいて吸入空気量を検出する。エアフロメータ６は、吸気絞り弁８の上流、したがってＥＧＲガスの吸気通路２への流入位置よりも上流に配置してあるので、検出された空気流量はＥＧＲガスを含まない新気の量である。このようにして、新気の量のみを検出することになるので、新気量とＥＧＲガス量との和の量に対するＥＧＲガス量の割合、つまりＥＧＲ率を正確に把握することができる。このことは、大量のＥＧＲガスを再循環させる低圧ループ式のＥＧＲ装置２５にあっては、ＥＧＲガスによりポンピングロスが低減され、燃費を向上させることができる。

なお、ステップＳ５においては、吸気管圧力から吸入空気量を検出することから、空気流量から吸入空気量を検出することに移行する場合、及びその逆の順に移行する場合、一方から他方に完全に移行するのではなく、検出された吸気管圧力及び空気流量に対して重み付け係数を設定しておき、その重み付け係数によりそれぞれを重み付けした後に、重み付けした吸気管圧力と空気流量とに基づいて吸入空気量を算出する構成であってもよい。すなわち、アイドリング運転で、かつエンジン回転数が所定回転数以下である運転状態から、車両の発進などでアクセルペダルが踏み込まれ、運転状態がアイドリング運転ではなくなる運転状態への変更時点からしばらくは、その変更時点からすぐに空気流量に基づいて吸入空気量を検出するのではなく、運転状態の変化に応じて、検出した吸気管圧力と空気流量とをそれぞれ異なる重み付け係数で重み付けして、運転状態の変更状態にあわせた吸入空気量を求めるものである。

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。

本発明の活用例として、排気タービン式の過給機を備え、かつ低圧ループ式のＥＧＲ装置を備え、吸気通路が比較的長い構造の内燃機関が挙げられる。

２…吸気通路
３…排気通路
４…ターボチャージャ
４ａ…タービン
４ｂ…コンプレッサ
６…エアフロメータ
８…吸気絞り弁
２５…排気ガス再循環装置
３８…吸気圧センサ

Claims

内燃機関が、排気エネルギにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機と、コンプレッサの上流に設けられる吸気絞り弁と、コンプレッサの上流で、かつ吸気絞り弁の下流に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置とを備え、吸気絞り弁の上流で検出する空気流量と吸気絞り弁の下流かつ排気ガスが還流する全ての箇所よりも下流で検出する吸気管圧力との一方に基づいて吸入空気量を検出するガソリンエンジンである内燃機関の吸入空気量検出方法であって、
内燃機関の負荷を検出し、
検出した負荷が低負荷である場合は吸気管圧力に基づいて吸入空気量を検出し、
検出した負荷が低負荷を除く負荷である場合は空気流量に基づいて吸入空気量を検出する内燃機関の吸入空気量検出方法。