JP6520982B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6520982B2
JP6520982B2 JP2017085298A JP2017085298A JP6520982B2 JP 6520982 B2 JP6520982 B2 JP 6520982B2 JP 2017085298 A JP2017085298 A JP 2017085298A JP 2017085298 A JP2017085298 A JP 2017085298A JP 6520982 B2 JP6520982 B2 JP 6520982B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cam
engine
egr
region
operation area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2017085298A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018184837A (ja
Inventor
慎太郎 堀田
慎太郎 堀田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2017085298A priority Critical patent/JP6520982B2/ja
Priority to US15/936,619 priority patent/US10480434B2/en
Priority to CN201810368787.5A priority patent/CN108730052B/zh
Publication of JP2018184837A publication Critical patent/JP2018184837A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6520982B2 publication Critical patent/JP6520982B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0052Feedback control of engine parameters, e.g. for control of air/fuel ratio or intake air amount
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0077Control of the EGR valve or actuator, e.g. duty cycle, closed loop control of position
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441Plural sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment
    • F02D43/04Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment using only digital means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/045Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions combined with electronic control of other engine functions, e.g. fuel injection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15Digital data processing
    • F02P5/1502Digital data processing using one central computing unit
    • F02P5/1516Digital data processing using one central computing unit with means relating to exhaust gas recirculation, e.g. turbo
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0223Variable control of the intake valves only
    • F02D13/0226Variable control of the intake valves only changing valve lift or valve lift and timing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D2041/001Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1002Output torque
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101Engine speed
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
特開2002−206442号公報には、内燃機関の空燃比制御装置が開示されている。空燃比制御装置の制御対象であるエンジンは、排気センサと、排気浄化触媒と、燃料噴射弁と、を備えている。空燃比制御装置は、エンジンが第1運転領域で運転されているときに、排気センサの出力に基づいたフィードバック制御を行う。フィードバック制御では、排気センサの出力がストイキに近づくように燃料噴射弁の駆動時間が制御される。
空燃比制御装置は、また、エンジンが第2運転領域で運転されているときに、リッチ運転制御を行う。第2運転領域は、第1運転領域よりも高負荷側または高回転側に位置する運転領域である。このような第2運転領域でエンジンが運転されているときは、排気浄化触媒の床温が上昇し易い。リッチ運転制御では、オープンループ制御に基づいた空燃比のリッチ化が行われる。リッチ運転制御が行われると、余剰HCの気化潜熱によって排気温度が下がる。従って、エンジンが第2運転領域で運転されているときの床温の過剰な上昇を抑えることができる。
空燃比制御装置は、また、エンジンの運転状態が第1運転領域から第2運転領域に突入したときに、第2運転領域への突入後の暫くの間、フィードバック制御を継続して行う。フィードバック制御の継続時間は、第2運転領域への突入前の第1運転領域での運転継続期間に応じて増減される。運転継続期間が長くなるほど、第2運転領域への突入後に床温が上昇し易くなる。運転継続期間に応じてフィードバック制御の継続時間を増減させれば、床温の過剰な上昇に対する安全を担保し、尚且つ、燃料消費率を低く抑えることができる。
特開2002−206442号公報
第2運転領域への突入後の制御は、第1運転領域を一時的に拡大または縮小する制御ということができる。このような領域可変制御は、第2運転領域に対しても適用できる。何故なら、第2運転領域での運転継続期間が長くなるほど、運転状態が第2運転領域から第1運転領域に突入したときに、床温が上昇し易くなるからである。領域可変制御を第2運転領域に対して適用すると、第2運転領域が一時的に拡大または縮小することになる。
ところで、本発明者は、エンジンの運転状態に応じて選択した吸気バルブの閉じ時期、点火装置の点火時期、およびEGR率に基づいた制御の検討を行っている。検討に係る制御の制御対象であるエンジンは、吸気バルブを駆動する2種類の吸気カムと、過給EGRシステムと、排気浄化触媒としての三元触媒と、点火装置と、を備えている。
2種類の吸気カムは、作用角およびリフト量が相対的に大きい大カム、および、作用角およびリフト量が相対的に小さい小カムである。大カムは、所定条件下での吸入効率が最大となるクランク角を含む第1クランク角区間において吸気バルブを閉じるように構成されている。小カムは、第1クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、所定条件下での吸入効率が相対的に低くなる第2クランク角区間において吸気バルブを閉じるように構成されている。
過給EGRシステムは、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、排気浄化触媒の下流を流れる排気を吸気コンプレッサの上流側に還流させるEGR装置と、を備えるシステム(所謂LPL−EGRシステム)である。
検討に係る制御では、EGR率の目標値(以下、「目標EGR率」ともいう。)が所定の高い値に設定される高EGR運転領域において大カムが選択される。検討に係る制御では、また、目標EGR率が所定の高い値よりも低い値に設定される低EGR運転領域において小カムが選択される。検討に係る制御では、更に、小カムを選択するときには、大カムを選択するときに比べて点火時期を進角させる。このような制御によれば、高EGR運転領域と低EGR運転領域の両方においてエンジン出力の向上を図ることができる。
ところが、検討に係る制御に加えて上述した領域可変制御が行われると、次の問題が生じることが明らかとなった。即ち、これらの制御が並行して行われると、領域可変制御によって一時的に拡大したリッチ運転領域が、高EGR運転領域と重複する場合が出てくる。そうすると、重複に係る領域での運転中に余剰HCが筒内から排出されることになる。しかし、リッチ運転領域での運転中は、三元触媒が本来の浄化能力を発揮することができない。また、高EGR運転領域での運転中は、三元触媒を通過した排気が外部EGRガスとして吸気系に還流される。従って、重複に係る領域での運転中は、余剰HCに由来するデポジットが吸気系に生じ易くなってしまう。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものである。即ち、エンジンの運転状態に応じて選択した吸気バルブの閉じ時期、点火装置の点火時期、およびEGR率に基づいてエンジン出力の向上を図る制御を行う場合において、リッチ運転領域が一時的に拡大して目標EGR率が所定の高い値に設定される運転領域と重複したときの対策を講じることを目的とする。
第1の発明は、上述した課題を解決するための内燃機関の制御装置である。
前記制御装置は、吸気バルブを駆動するカムプロフィールの異なる2種類の吸気カムと、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、前記排気タービンの下流に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流を流れる排気を外部EGRガスとして前記吸気コンプレッサの上流に還流するEGR装置と、筒内の混合気に点火する点火装置と、を備えるエンジンを制御する。
前記制御装置は、エンジントルクとエンジン回転速度とで特定される前記エンジンの運転状態に基づいて目標EGR率および目標空燃比を設定すると共に、前記吸気バルブの駆動カムを選択する。
前記制御装置は、前記目標EGR率が所定の高EGR率に設定される高EGR運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記駆動カムとして第1カムを選択すると共に、前記吸気バルブの閉じ時期を、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む第1クランク角区間に設定する。
前記制御装置は、前記高EGR運転領域よりも高トルク・高回転速度側の運転領域に位置し、尚且つ、前記目標EGR率が前記所定の高EGR率よりも低い値に設定される低EGR運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記第1カムよりも作用角およびリフト量の小さい第2カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を、前記第1クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、前記第1クランク角区間よりも吸入効率が低い第2クランク角区間に設定すると共に、前記点火装置の点火時期を、前記高EGR運転領域での点火時期に比べて進角側に変更する。
前記制御装置は、前記目標空燃比がリッチに設定されるリッチ運転領域と、前記高EGR運転領域とが重複する領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記目標EGR率を前記所定の高EGR率よりも低い値に変更し、前記第2カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を前記第2クランク角区間に設定すると共に、前記点火時期を、前記高EGR運転領域での点火時期に比べて進角側に変更する。
第2の発明は、第1の発明において、次の特徴を有する。
前記制御装置は、
前記高EGR運転領域と、低EGR運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けたEGRマップと、
前記目標空燃比がストイキに設定されるストイキ運転領域と、前記リッチ運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けた空燃比マップと、
前記駆動カムとして前記第1カムを選択する第1カム運転領域と、前記駆動カムとして前記第2カムを選択する第2カム運転領域と、を前記エンジンの運転状態に関連付けた駆動カムマップと、を備える。
前記制御装置は、前記EGRマップと前記空燃比マップを重ね合わせたときに、前記リッチ運転領域と前記高EGR運転領域が重複するか否かを判定する。
前記制御装置は、前記リッチ運転領域と前記高EGR運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第2カム運転領域内に収まるように、前記第1カム運転領域と前記第2カム運転領域のカム境界を変更する。
第3の発明は、第2の発明において、次の特徴を有する。
前記エンジンは、前記排気タービンの迂回通路に設けられるウェイストゲートバルブを更に備える。
前記制御装置は、
前記ウェイストゲートバルブの開度を前記エンジンの運転状態に関連付けた開度マップであって、前記駆動カム毎に設けられ、前記ウェイストゲートバルブの開度を全閉じする全閉じラインが規定された開度マップを備える。
前記制御装置は、前記リッチ運転領域と前記高EGR運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第2カム運転領域内に収まり、尚且つ、前記第2カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側に位置するように、前記カム境界を変更する。
第1の発明によれば、高EGR運転領域でエンジンが運転されている場合、吸気バルブの駆動カムとして第1カムを選択し、第1クランク角区間で吸気バルブを閉じることができる。高EGR運転領域でエンジンが運転されている場合は、目標EGR率が高い値に設定されるので、ノッキング限界は高い。また、第1クランク角区間は、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む。そのため、第1カムを選択して第1クランク角区間で吸気バルブを閉じれば、エンジン出力を向上させることができる。
また、第1の発明によれば、低EGR運転領域でエンジンが運転されている場合、吸気バルブの駆動カムとして第2カムを選択し、第2クランク角区間で吸気バルブを閉じると共に、高EGR運転領域における点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火できる。低EGR運転領域でエンジンが運転されている場合は、運転状態が高EGR運転領域にある場合よりも目標EGR率が低い値に設定される。そのため、ノッキング限界としては下がることになる。この点、第2カムは第1カムよりも作用角およびリフト量が小さく、また、第2クランク角区間は第1クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、第1クランク角区間よりも吸入効率が低い。そのため、第2カムを選択して第2クランク角区間で吸気バルブを閉じれば、吸入効率を下げてノッキング限界の低下を抑えることができる。また、高EGR運転領域での点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火すれば、吸入効率の低下分を補ってエンジン出力の低下を抑えることができる。
また、第1の発明によれば、リッチ運転領域と高EGR運転領域とが重複する領域でエンジンが運転されている場合、目標EGR率を所定の高EGR率よりも低い値に変更し、吸気バルブの駆動カムとして第2カムを選択し、第2クランク角区間で吸気バルブを閉じると共に、高EGR運転領域における点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火できる。目標EGR率を所定の高EGR率よりも低い値に変更すれば、外部EGRの量を減らすことができるので、余剰HCに由来するデポジットの発生を抑えることができる。しかしその一方で、ノッキング限界としては下がることになる。この点、第2カムを選択して第2クランク角区間で吸気バルブを閉じれば、吸入効率を下げてノッキング限界の低下を抑えることができる。また、高EGR運転領域での点火時期に比べて進角側の点火時期において混合気に点火すれば、吸入効率の低下分を補ってエンジン出力の低下を抑えることができる。
第2の発明によれば、リッチ運転領域と高EGR運転領域が重複すると判定された場合に、リッチ運転領域の全てが第2カム運転領域内に収まるように、第1カム運転領域と第2カム運転領域のカム境界を変更することができる。従って、リッチ運転領域と高EGR運転領域とが重複する領域でエンジンが運転されている場合に、吸気バルブの駆動カムとして第2カムを必ず選択することが可能となる。
第3の発明によれば、リッチ運転領域の全てが第2カム運転領域内に収まるだけでなく、第2カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側に位置するようにカム境界を変更することができる。そのため、第2カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側の運転領域において吸気バルブの駆動カムとして第2カムが選択されるのを回避することが可能となる。
本発明の実施の形態1に係るシステムの構成例を示す概略図である。 本発明の実施の形態1に係るシステムが備える2種類の吸気カムのカムプロフィールの一例を説明する図である。 エンジンの運転領域と目標EGR率の関係の一例を示す図である。 エンジンの運転領域と、吸気バルブを駆動するカムとの関係の一例を示す図である。 吸気バルブの閉じ時期の一例を説明する図である。 本発明の実施の形態1の制御の前提となるエンジン制御による効果を説明する図である。 吸気バルブの閉じ時期と筒内乱れとの関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態1の制御の前提となるエンジン制御例を説明するタイムチャートである。 吸気バルブの閉弁時期と、吸入効率との関係の一例を示した図である。 エンジンの運転領域と目標空燃比の関係の一例を示す図である。 図10で説明したリッチ運転領域が拡大したときの問題を説明する図である。 駆動カムに関する境界の変更手法を説明する図である。 本発明の実施の形態1の制御例を説明する図である。 本発明の実施の形態1において、ECUが実行する処理ルーチンの一例を示す図である。 エンジンの運転領域とWGVの開度の関係の一例を示す図である。 エンジンの運転領域とWGVの開度の関係の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態1の制御に従って駆動カムに関する境界を変更するときの問題を説明する図である。 本発明の実施の形態2における駆動カムに関する境界の調整手法を説明する図である。 本発明の実施の形態2の制御例を説明する図である。
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
先ず、本発明の実施の形態1について図1乃至図14を参照しながら説明する。
[システム構成例の説明]
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステムの構成例を示す概略図である。図1に示すシステムは、車両に搭載される内燃機関のシステムである。図1に示すシステムは、駆動源としての内燃機関(以下、「エンジン」ともいう。)10を備えている。エンジン10は、4ストローク型のレシプロエンジンであり、直列3気筒型のエンジンでもある。なお、エンジン10の気筒数および気筒配列は図1の例に限定されない。エンジン10の幾何学的圧縮比は、比較的高い11以上とされている。エンジン10の各気筒には、吸気管12および排気管14が連通している。
先ず、エンジン10の吸気系について説明する。吸気管12の入口近傍には、エアクリーナ16が取り付けられている。エアクリーナ16の下流には、ターボ過給機18のコンプレッサ18aが設けられている。コンプレッサ18aは、排気管14に設けられたタービン18bの回転により駆動して、吸気を圧縮する。コンプレッサ18aの下流には、電子制御式のスロットルバルブ20が設けられている。スロットルバルブ20の下流には、各気筒の吸気ポートに接続される吸気マニホールド22が設けられている。吸気マニホールド22には、水冷式のインタークーラ24が内蔵されている。インタークーラ24に流入した吸気は、冷却管26を流れる冷却水との熱交換によって冷却される。
次に、エンジン10の排気系について説明する。排気管14には、ターボ過給機18のタービン18bが取り付けられている。タービン18bはコンプレッサ18aと連結されている。排気管14を流れる排気のエネルギによりタービン18bが回転する。排気管14の途中には、タービン18bを迂回するバイパス管28が設けられている。バイパス管28には、WGV(ウェイストゲートバルブ)30が設けられている。WGV30の開度は、図15に示す関係(後述)に従って制御される。但し、タービン18bよりも上流側の排気管圧(背圧)が規定値よりも高くなると、WGV30が強制的に開かれる。WGV30が開かれると、タービン18bの上流を流れる排気の一部がバイパス管28を経由してタービン18bの下流に流入する。タービン18bの下流には、排気を浄化するための触媒32,34が備えられている。触媒32,34は、触媒雰囲気がストイキ近傍にあるときに排気中のNOx、HCおよびCOを浄化する三元触媒である。
次に、エンジン10のEGR系について説明する。エンジン10は、LPL−EGR(低圧ループ−EGR)装置36を備えている。LPL−EGR装置36は、触媒32,34の間の排気管14と、コンプレッサ18aよりも上流側の吸気管12とを接続するEGR管38を備えている。EGR管38の途中には、水冷式のEGRクーラ40が設けられている。EGRクーラ40に流入した排気(即ち、外部EGRガス)は、冷却管42を流れる冷却水との熱交換によって冷却される。EGRクーラ40の下流には、電子制御式のEGRバルブ44が設けられている。EGRバルブ44の開度を変更すると、EGR管38から吸気管12に流入する外部EGRガスの流量が変化する。EGRバルブ44の開度が大きくなると、EGR率(吸気に占める外部EGRガスの割合をいう。以下同じ。)が高くなる。
次に、エンジン10の動弁系について説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係るシステムが備える2種類の吸気カムのカムプロフィール(リフト量および作用角の少なくとも一方を意味する。)の一例を説明する図である。図2に示すように、本実施の形態1に係るシステムは、通常カムと小カムの2種類の吸気カムを備えている。小カムは、通常カムよりも小さい作用角とリフト量を有している。通常カム(以下、「大カム」ともいう。)と小カムは、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに支持されている。また、大カムと小カムは、1気筒あたり2組支持されている。この理由は、1気筒あたり2つの吸気バルブが配設されているためである。但し、本発明における1気筒あたりの吸気バルブの数は1つでもよいし、3つ以上でもよい。
大カムと小カムを支持するカムシャフトには、VVT(可変バルブタイミング機構)が設けられている。VVTは、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相差を変更することによって、吸気バルブの開弁特性を変更する機構である。VVTは、タイミングチェーン等を介してクランクシャフトと連結されたハウジングと、ハウジング内に設けられてカムシャフトの端部に取り付けられたベーン体と、を備えている。ハウジングとベーン体とによって区画された油圧室内に油圧を供給することで、ベーン体をハウジングに対して相対回転させ、ひいては、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相差を変更することができる。VVTに供給する油圧の制御は、油圧供給ラインに設けた油圧制御弁によって行われる。VVTの仕組みは公知であり、また、本発明においてその構成に限定はないので、VVTに関するこれ以上の説明は省略する。
図1に戻り、システムの構成例の説明を続ける。図1に示すシステムは、制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50は、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)等を備えている。ECU50は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、エアフローメータ52、クランク角センサ54、過給圧センサ56、水温センサ58、背圧センサ60および空燃比センサ62が含まれる。エアフローメータ52は、エアクリーナ16の近傍に設けられて吸入空気量を検出する。クランク角センサ54は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力する。過給圧センサ56は、スロットルバルブ20よりも上流側の吸気管圧(過給圧)を検出する。水温センサ58は、エンジン10の冷却水温を検出する。背圧センサ60は、タービン18bよりも上流側の排気管圧(背圧)を検出する。空燃比センサ62は、触媒32の上流を流れる排気の空燃比(A/F)を検出する。
ECU50は、取り込んだ各種センサの信号を処理して所定の制御プログラムまたは制御マップに従って各種アクチュエータを操作する。各種アクチュエータには、上述したスロットルバルブ20およびWGV30が含まれる。また、各種アクチュエータには、筒内に燃料を噴射するインジェクタ70、筒内の混合気に点火する点火装置72、VVT74、および吸気バルブを駆動する吸気カム(以下、「駆動カム」ともいう。)を切り替えるカム切り替え機構76も含まれる。
[実施の形態1の制御の前提となるエンジン制御(以下、「前提制御」ともいう。)]
図3は、エンジンの運転領域と目標EGR率の関係の一例を示す図である。図3の関係は、事前のシミュレーションに基づいて作成されたものである。図3に等高線で示すように、目標EGR率は、中トルク・中回転速度域において最も高い値に設定されている。これは、使用頻度が特に高い中トルク・中回転速度域のEGR率を高めて熱効率を向上させるためである。また、目標EGR率は、使用頻度が相対的に低い周辺の領域ほど低い値に設定されている。具体的に、高トルク域や低トルク域では、中トルク域に比べて目標EGR率が低い値に設定されている。同様に、高回転速度域や低回転速度域では、中回転速度域に比べて目標EGR率が低い値に設定されている。本実施の形態1では、図3に示した関係が制御マップとしてECUのROMに記憶されており、この制御マップに実際の運転状態を適用することによってEGRバルブの開度が制御される。
また、本実施の形態1では、エンジン出力を向上させる目的で、上述した目標EGR率に、吸気バルブの閉じ時期を組み合わせるエンジン制御が行われる。図4は、エンジンの運転領域と、吸気バルブを駆動するカムとの関係の一例を示す図である。図4に示すように、多くの運転領域では大カムが選択される。小カムが選択されるのは、高トルク・高回転速度域のみにおいてである。本実施の形態1では、図4に示した関係が制御マップとしてECUのROMに記憶されており、この制御マップに実際の運転状態を適用することによってカム切り替え機構による切り替え動作が制御される。
図5は、吸気バルブの閉じ時期の一例を説明する図である。図5に示すように、駆動カムが大カムの場合は、下死点(ABDC=0)よりも遅いクランク角区間CAにおいて吸気バルブが閉じられる。一方、駆動カムが小カムの場合は、下死点を含むクランク角区間CAにおいて吸気バルブが早閉じされる。図5に示すクランク角区間CA,CAに幅があるのは、VVTによって吸気バルブの閉じ時期が変更されるためである。但し、使用頻度の高い運転領域でのエンジン出力を向上させるため、大カムを駆動カムとする場合は、吸入効率が最大となるクランク角が含まれるようにクランク角区間CAが設定される。一方、リフト量の小さい小カムを駆動カムとする場合は、吸入効率が最大となるクランク角が含まれないようにクランク角区間CAが設定される。なお、図5に示す吸入効率は、例えば、エンジン回転速度と過給圧を固定した運転条件下で求めることができる。
図5において高トルク・高回転速度域で小カムを選択するのは、この運転領域で大カムを選択するとノッキングが発生し易くなるためである。ノッキングは、中トルク〜高トルク域において発生し易い。但し、図3で説明したように、中トルク・中回転速度域においては目標EGR率が高い値に設定されている。これは、ノッキング限界が高められていることを意味している。また、図3で説明したように、高トルク・高回転速度域では、中トルク・中回転速度域に比べて目標EGR率が低い値に設定される。そのため、図3の動作線に示すようにエンジンの運転状態が推移した場合、目標EGR率が徐々に上がって最大値に達し、その後、減少に転じて現動作点に至ることになる。従って仮に、この期間に亘って大カムを選択し続けた場合には、目標EGR率の低下に伴いノッキング限界が下がっているにも関わらず、実圧縮比が高い状態が続くことになる。故に、点火時期を遅角化せざるを得ず、エンジン出力の低下が避けられなくなる。
この点、本実施の形態1では、高トルク・高回転速度域で小カムを選択するので、実圧縮比が高い状態を解消して吸入効率を低下させることができる。従って、ノッキング限界の低下を抑えて、点火時期の遅角化を回避することができる。また、高トルク・高回転速度域では背圧が高く、大カムを選択した場合は背圧が規定値を大きく上回ることでWGVが開かれることになる。しかし、小カムに切り替えれば、吸入効率の意図的な低下に伴い背圧も低下するので、背圧が規定値を下回ることでWGVの開度が小さくなる。そのため、過給圧を高めることが可能となり、小カムの選択による吸入効率の低下を補うことができるようになる。従って、エンジン出力を向上させることが可能となる。
図6は、本発明の実施の形態1の制御の前提となるエンジン制御による効果を説明する図である。図6に示すように、EGR率の低下時に大カムを選択し続ける場合は、EGR率の低下後にエンジンの最大出力が低下する(破線矢印)。これに対し、本実施の形態1の前提制御によれば、目標EGR率の低下時に大カムから小カムに切り替えるので、エンジンの最大出力の低下を抑えることができる(実線矢印)。なお、低下後の目標EGR率の値は、ゼロでもよいし、ゼロより大きくてもよい。
ところで、駆動カムを大カムから小カムに切り替えて吸気バルブの閉じ時期を変更すると、吸入効率だけでなく燃焼速度も低下する。図7は、吸気バルブの閉じ時期と筒内乱れとの関係の一例を示す図である。図7に示すように、駆動カムが小カムの場合は、駆動カムが大カムの場合に比べて筒内乱れが小さくなる。そのため、駆動カムを大カムから小カムに切り替えた場合は、燃焼速度が遅くなり、エンジン出力が低下する可能性がある。しかし、本実施の形態1のように幾何学的圧縮比が高い内燃機関においては、燃焼速度の低下よりも吸入効率の低下に伴う過給圧の上昇の方が強く影響するので、エンジン出力の低下が抑えられている(図6参照)。因みに、幾何学的圧縮比が10程度の通常の過給エンジンの場合は、燃焼速度の低下の影響が相対的に強くなり、エンジン出力が低下し易くなる。
次に、図8を参照しながら、本実施の形態1の前提制御の具体例を説明する。図8は、本発明の実施の形態1の制御の前提となるエンジン制御例を説明するタイムチャートである。図8のタイムチャートには、図3で説明した動作線に沿ってエンジンの運転状態が目標EGR率の高い領域(即ち、中トルク・中回転速度域)から目標EGR率の低い領域(即ち、高トルク・高回転速度域)に移行するときの各種物理量や制御パラメータの推移が描かれている。そのため、図8に示すEGR率は時刻tを境に低下し、その一方で同図に示す過給圧や筒内空気量は概ね上昇し続ける。
図8に示すように、時刻tから時刻tにかけてEGR率が低下する。これは、図3で説明した目標EGR率の低下に伴い、EGRバルブの開度が閉じ側に変更されるためである。EGR率が低下するとノッキング限界が下がるので、EGR率の変更中は点火時期が遅角側に変更され続ける。また、点火時期の遅角化に伴い、筒内圧が最大となるクランク角θ_Pmaxが遅角側に移動する。
本実施の形態1の前提制御では、EGR率の変更中に駆動カムの切り替えを行わない。この理由は、大カムから小カムへの切り替えをEGRバルブの変更と同時並行で行うと、燃焼が不安定になりトルク変動が大きくなるためである。更に言うと、駆動カムの切り替えは、EGR率の変更が完了する時刻tでも開始されず、時刻tまで待機状態とされる。駆動カムを切り替える代わりに、時刻tでは、燃料の噴射時期が進角側に変更される。噴射時期は、圧縮行程中のクランク角から吸気行程中のクランク角に変更される。この理由は、駆動カムが大カムの場合は筒内乱れが確保できエンジン出力が向上できる一方で、駆動カムを小カムに切り替えた後は筒内乱れが低下するためである。この点、時刻tで噴射時期を進角して吸気行程中のクランク角に変更すれば、吸気と燃料の混合を促進できるので、エンジン出力の低下を抑えることが可能となる。
また、本実施の形態1の前提制御では、時刻tにおいて吸気バルブの閉弁時期の遅角側への変更が開始される。閉弁時期の遅角側への変更は、駆動カムの切り替え前後で吸入効率が一致するように、駆動カムが大カムである間にVVTの油圧制御弁を制御することにより行われる。図9は、吸気バルブの閉弁時期と、吸入効率との関係の一例を示した図である。図9に示すように、吸入効率は、下死点付近のクランク角を中心として略対称となる特性を示す。対称中心のクランク角が下死点と一致していないのは過給圧が影響している。大カムと小カムの作用角差はカムの設計段階で既に分かっている。そのため、図9に示す特性に基づけば、駆動カムの切り替え前後で吸入効率が一致する吸気バルブの閉弁時期を特定できる。
駆動カムの切り替えは、VVTによる吸気バルブの閉弁時期の変更が完了した時刻tにおいて開始される。この理由は、大カムから小カムへの切り替えを噴射時期の変更、または、吸気バルブの閉弁時期の変更と同時並行で行うと、燃焼が不安定になりトルク変動が大きくなるためである。また、時刻tでは、点火時期が進角側に変更される。時刻tでの点火時期の進角度合いは、筒内圧が最大となるクランク角θ_Pmaxが時刻tでのクランク角θ_Pmaxと略等しくなるような値に設定される。但し、時刻tでの点火時期は、時刻tでの点火時期よりも進角側に変更される。このような点火時期の進角側の変更により、駆動カムの切り替えに伴う吸入効率と燃焼速度の低下が補われて、エンジン出力の低下が抑えられる。
既に述べたように、高トルク・高回転速度域で小カムを選択すると、ノッキング限界の低下を抑えることができる。そのため、時刻tで変更された点火時期は、時刻tから暫くの間、更に進角側に変更され続けることになる。また、小カムへの切り替えが完了した時刻t以降は、吸入効率の意図的な低下に伴ってWGVの開度が小さくなる。そのため、時刻tまで上昇傾向にあった過給圧が、時刻t以降も更に上昇する。また、時刻t以降の過給圧の上昇に伴い、筒内空気量も増える。従って、図8の最上段に示すように、大カムから小カムへの切り替え前後において、エンジン出力を上昇し続けることが可能となる。
[実施の形態1の制御の特徴]
本実施の形態1では、上述したエンジン制御に加えて、空燃比制御が行われる。空燃比制御では、エンジンの運転状態に応じて目標空燃比(空燃比の目標値)が設定される。図10は、エンジンの運転領域と目標空燃比の関係の一例を示す図である。図10に示すように、多くの運転領域では目標空燃比がストイキに設定される。目標空燃比がリッチに設定されるのは、高トルク・高回転速度域においてである。この理由は、エンジンの運転状態が高トルク・高回転速度域にあると、触媒の床温が上昇し易いからである。この点、このような運転領域における目標空燃比をリッチに設定することで、余剰HCの気化潜熱によって床温の過剰な上昇を抑えることができる。なお、このような空燃比制御は公知であることから、空燃比制御に関するこれ以上の説明は省略する。
しかし、本実施の形態1の空燃比制御では、図10に示したリッチ運転領域が拡大または縮小する。例えば、空燃比制御に加えてノッキングを検出する制御(KCS制御)が行われている場合には、ノッキングの検出に伴い点火時期が遅角される。また、空燃比制御に加えてトルク制御が行われている場合には、点火時期が遅角されることがある。点火時期が遅角されると、排気温度が上昇し易くなる。排気温度が上昇し易くなる状況は、車速風(車両走行による空気流)が不足している場合や、高負荷運転が長時間継続する場合においても起こる。本実施の形態1では、図10に示した関係がECUのROMに制御マップとして記憶されている。本実施の形態1では、また、排気温度が閾値以上のときに、リッチ運転領域が拡大するように図10に示した関係が変更される。
図11は、図10で説明したリッチ運転領域が拡大したときの問題を説明する図である。図11には、図10で説明した空燃比運転に関する境界(i),境界(ii)が実線で描かれている。図11には、また、図3で説明した目標EGR率の等高線、および、図4で説明した駆動カムに関する境界(I)が破線で描かれている。つまり、図11は、図3、図4および図10を重ね合わせた図に相当する。境界(I)は、境界(i)と境界(ii)の中間に位置する。ここで、空燃比運転に関する境界が境界(i)から境界(ii)に変更されたと仮定する。そうすると、境界が変更された後は、目標EGR率が高い値に設定される領域(以下、「高EGR運転領域」ともいう。)と、リッチ運転領域とが部分的に重複することになる。
境界の変更後、現動作点が動作点OPに至ったときは、大カムが駆動カムに選択され、目標EGR率が比較的高い値に設定され、リッチ運転が行われることになる。リッチ運転が行われると、排気温度を下げるための余剰HCが筒内から排出される。しかし、リッチ運転中は、三元触媒が本来の浄化能力を発揮することができない。それにも関わらず、動作点OPでは、目標EGR率が比較的高い値に設定される。そのため、三元触媒を通過した排気が、外部EGRガスとしてコンプレッサの上流に還流される。従って、動作点OPでリッチ運転が行われる間は、余剰HCに由来するデポジットが吸気系に生じ易くなってしまう。
そこで、本実施の形態1では、高EGR運転領域と、リッチ運転領域とが重複する領域に現動作点があるか否かを判定する。そして、高EGR運転領域とリッチ運転領域が重複する領域(「以下、「重複領域」ともいう。)に現動作点があると判定した場合、目標EGR率を強制的に下げる制御を行う。つまり、図3に示した関係に基づくことなく、目標EGR率が強制的に減らされる。目標EGR率を強制的に減らせば外部EGRガスの量が減るので、コンプレッサの上流に還流される余剰HCの量も減らすことができる。よって、上述したデポジットの発生を抑えることができる。なお、減少後の目標EGR率の値は、ゼロでもよいし、ゼロより大きくてもよい。
また、本実施の形態1では、目標EGR率を強制的に減らす制御に加え、駆動カムに小カムを選択する領域(以下、「小カム領域」ともいう。)が拡大するように図4に示した関係を変更する制御を行う。図12は、駆動カムに関する境界の変更手法を説明する図である。図12には、図11で説明した境界(i),境界(ii)が破線で描かれており、境界(I)が一点鎖線で描かれている。境界(i),境界(ii)と、境界(I)との位置関係は、図11で説明した通りである。本実施の形態1では、現動作点が重複領域にあると判定した場合に、駆動カムに関する境界を境界(I)から境界(II)に変更する。そうすると、境界(II)と境界(ii)の位置関係が、境界(I)と境界(i)の位置関係と同じになる。
このように、本実施の形態1の制御では、駆動カムに関する境界(境界(I),境界(II))と、空燃比運転に関する境界(境界(i),境界(ii))との位置関係を、両境界の変更の前後で保持する。両境界の位置関係をこのように保持すれば、リッチ運転領域を小カム領域の内側に収めることができる。従って、目標EGR率を強制的に減らす制御を行うときに、駆動カムに小カムが必ず選択される。前提制御の説明において述べたように、駆動カムを大カムから小カムに切り替えれば吸入効率を意図的に低下させることができ、その結果として過給圧を高めることが可能となる。従って、本実施の形態1の制御によれば、エンジンの出力が低下するのを抑えつつ、上述したデポジットの発生を抑えることが可能となる。
図13を参照しながら、本実施の形態1の制御の具体例を説明する。図13は、本発明の実施の形態1の制御例を説明する図である。図13には、エンジン回転速度を固定した運転条件においてトルクの増加方向にエンジンの運転状態が移行するときの各種物理量や制御パラメータの推移が描かれている。図13に示す例では、前提制御、空燃比制御およびKCS制御が、本実施の形態1の制御と並行して適宜行われるものとする。
図13の破線は、トルクの上昇中にノッキングが検出されなかった場合の制御例を表している。トルクの上昇中にノッキングが検出されなかった場合は、トルクの上昇に伴う点火時期の遅角が行われ、これに伴い排気温度が一定速度で上昇する。この破線の例では、排気温度が上昇し易い状況であることが検出されない。故に、空燃比運転に関する境界(図10の境界(i)参照)の変更はなく、前提制御のみが行われる。前提制御によれば、トルクがトルクTQまで上昇した段階でEGR率が減らされ、駆動カムが小カムに切り替えられる。
図13の実線は、トルクの上昇中にノッキングが検出された場合の制御例を表している。ノッキングが検出されると、KCS制御によって点火時期が遅角される。そのため、トルクの上昇に伴う点火時期の遅角と相まって点火時期が大きく遅角される。トルクTQよりも高トルク側で排気温度が大きく上昇しているのは、点火時期が大きく遅角されているからである。この実線の例では、排気温度が上昇し易い状況であることが検出される。故に、空燃比運転に関する境界が変更されて、リッチ運転領域が拡大する。リッチ運転領域が拡大すると、ストイキ運転領域が縮小する。
リッチ運転領域が拡大した結果、現動作点が重複領域にあると判定されたときに、本実施の形態1の制御が行われる。図13の実線の例では、トルクがトルクTQトルクTQ)まで上昇した段階で、現動作点が重複領域にあると判定されている。その結果、EGR率が強制的に減らされる。また、駆動カムに関する境界(図12の境界(I),境界(II)参照)が変更されて、小カム領域が拡大する。その結果、駆動カムが大カムから小カムに切り替えられる。
図14は、本発明の実施の形態1において、ECUが実行する処理ルーチンの一例を示す図である。本ルーチンは所定の制御周期ごとに実行されるものとする。
図14に示すルーチンでは、先ず、排気温度が推定または検出される(ステップS10)。ステップS10においてECUは、エンジンの運転履歴から排気温度を推定する。但し、排気管に別途設けた排気温センサを用いて、排気温度を直接的に検出することもできる。排気センサは、例えば、図1で説明した触媒32の上流に設けることができる。
ステップS10に続いて、ステップS10で推定した排気温度が閾値以上であるか否かが判定される(ステップS12)。ステップS12の判定結果が肯定的である場合、リッチ運転領域が拡大するように図10に示した関係が変更される(ステップS14)。ステップS12の判定結果が否定的である場合、リッチ運転領域が初期状態に戻るように図10に示した関係が変更される(ステップS16)。なお、「リッチ運転領域の初期状態」とは、事前のシミュレーションに基づいて作成されたリッチ運転領域を意味する。
ステップS18,S20では、現動作点に関する判定が行われる。ステップS18においてECUは、駆動カムに大カムを選択する領域(以下、「大カム領域」ともいう。)に現動作点があるか否かを、図4に示した関係に基づいて判定する。ステップS20においてECUは、現動作点がリッチ運転領域にあるか否かを、現時点での図10に示した関係に基づいて判定する。
ステップS18の判定結果が肯定的である場合は、現動作点が大カム領域にあると判断できる。ステップS20の判定結果が肯定的である場合は、現作動点がリッチ運転領域にあると判断できる。そのため、ステップS18,S20の判定結果が共に肯定的である場合は、現動作点が重複領域にあると判断できる。従って、この場合ECUは、ステップS22において、目標EGR率を強制的に減らす。また、ECUは、ステップS24において、小カム領域が拡大するように図4に示した関係を変更する。図4に示した関係の変更手法の具体例については、図12で説明した通りである。
ステップS18,S20の判定結果の何れかが否定的である場合は、現動作点が重複領域にないと判断できる。従って、この場合ECUは、ECUは小カム領域が初期状態に戻るように図4に示した関係を変更する(ステップS26)。なお、「小カム領域の初期状態」とは、事前のシミュレーションに基づいて作成された小カム領域を意味する。
以上、図14に示したルーチンによれば、現動作点が重複領域にあると判断された場合に、目標EGR率を下げ、尚且つ、駆動カムに小カムを選択することができる。従って、エンジンの出力が低下するのを抑えつつ、上述したデポジットの発生を抑えることが可能となる。
なお、上述した実施の形態1においては、図1に示したLPL−EGR装置36が第1の発明の「EGR装置」に相当する。図1に示した触媒32が同発明の「排気浄化触媒」に相当する。また、図3乃至図4で説明した中トルク・中回転速度域が第1の発明の「高EGR運転領域」に相当している。また、図3乃至図4で高トルク・高回転速度域が同発明の「低EGR運転領域」に相当している。また、通常カムが同発明の「第1カム」に相当している。また、小カムが同発明の「第2カム」に相当している。また、図5で説明したクランク角区間CAが同発明の「第1クランク角区間」に相当している。また、クランク角区間CAが同発明の「第2クランク角区間」に相当している。
また、上述した実施の形態1においては、図3に示した関係を表す制御マップが第2の発明の「EGRマップ」に相当する。また、図10に示した関係を表す制御マップが同発明の「空燃比マップ」に相当する。また、図4に示した関係を表す制御マップが同発明の「駆動カムマップ」に相当する。また、駆動カムに大カムを選択する領域が同発明の「第1カム運転領域」に相当する。また、駆動カムに小カムを選択する領域が同発明の「第2カム運転領域」に相当する。
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について図15乃至図19を参照しながら説明する。なお、本実施の形態2のシステムの基本的な構成は、図1で説明した構成例と共通する。従って、システム構成の共通部分に関する説明については省略する。
[実施の形態2の制御の特徴]
本実施の形態2では、上記実施の形態1で説明した各種制御に加えて、WGVの開閉制御が行われる。開閉制御では、エンジンの運転状態に応じてWGVの開度が決定される。図15は、エンジンの運転領域とWGVの開度の関係の一例を示す図である。図15に示すように、低トルク側のNA域(非過給域)においては、WGVが全開(100%)とされる。高トルク側の過給域においては、エンジンの運転状態が高トルク・低回転速度域に向かうほどWGVの開度が小さくされる。WGVが全閉じされる全閉じライン(iii)は、低回転速度側の全負荷ラインWOTと一致する。本実施の形態2では、図15に示した関係がECUのROMに制御マップとして記憶されており、この制御マップに実際の運転状態を適用することによってWGVの開度が制御される。
但し、図15に示した各開度を規定するラインの位置は、駆動カムが大カムの場合と小カムの場合とで少々異なる。この理由は、既に述べたように、駆動カムが小カムの場合は、駆動カムが大カムの場合に比べて吸入効率が小さくなるためである。吸入効率が小さいということは、要求負荷率に応答すべく過給圧を高めて補わなければならない。つまり、駆動カムが小カムの場合は、駆動カムが大カムの場合に比べてWGVの開度をより小さくする必要がある。
図16は、エンジンの運転領域とWGVの開度の関係の他の例を示す図である。図16は、図15に示した関係が大カム選択時に成立すると仮定したときの、小カム選択時の関係を表している。図15と図16を比較すると分かるように、両者の全開ラインは一致している。しかし、図16の各開度を規定するラインは、図15の各開度を規定するラインに比べて高回転速度側に位置している。
図16の全閉じライン(iv)と図15の全閉じライン(iii)の間の運転領域は、駆動カムが小カムの場合に過給仕事が限定される運転領域といえる。何故なら、この運転領域は、全閉じライン(iv)よりも低回転速度側であるにも関わらず、要求負荷率に応答するために過給圧を高めなければならない領域だからである。このような理由から、上記実施の形態1では、低回転速度側に小カム領域を設けていない。
ところで、上記実施の形態1の制御では、駆動カムに関する境界を低回転速度側に変更するものである。そのため、変更後の駆動カムに関する境界が、図16に示した全閉じライン(iv)よりも低回転速度側に位置してしまうと、過給仕事が限定されてしまうことになる。図17は、本発明の実施の形態1の制御に従って駆動カムに関する境界を変更するときの問題を説明する図である。図17には、図15,16で説明した全閉じライン(iii),(iv)が実線で描かれている。図17には、また、図4で説明した駆動カムに関する境界(I),境界(II)が破線で描かれている。駆動カムに関する境界が境界(I)から境界(II)に変更されたとする。そうすると、境界の変更後は、全負荷ラインWOTに近い領域において、小カム領域が全閉じライン(iv)よりも低回転速度側に位置してしまう。
そこで、本実施の形態2では、上記実施の形態1の制御の実行に際しては、全閉じライン(iv)よりも高回転速度側に位置するように、駆動カムに関する境界を調整する。図18は、本発明の実施の形態2における駆動カムに関する境界の調整手法を説明する図である。図18には、図17で説明した全閉じライン(iii),(iv)が破線で描かれており、境界(I),(II)が一点鎖線で描かれている。本実施の形態2では、駆動カムに関する境界(II)が全閉じライン(iv)と交わると判定した場合に、駆動カムに関する境界を高回転速度側の境界(III)に修正する。
このように、本実施の形態2の制御では、駆動カムに関する境界(境界(I),境界(III))と、全閉じライン(iii),(iv)との位置関係を、駆動カムに関する境界の変更の前後で保持する。駆動カムに関する境界と全閉じラインの位置関係をこのように保持すれば、全閉じライン(iv)よりも低回転速度側に小カム領域が位置してしまうのを回避できる。つまり、駆動カムに関する境界の変更後において、過給仕事が限定されるのを回避することができる。
図19を参照しながら、本実施の形態2の制御の具体例を説明する。図19は、本発明の実施の形態2の制御例を説明する図である。図19には、トルクを固定した運転条件においてエンジン回転速度の増加方向にエンジンの運転状態が移行するときの各種物理量や制御パラメータの推移が描かれている。図19に示す例では、前提制御、空燃比制御、KCS制御および上記実施の形態1の制御が、本実施の形態2の制御と並行して適宜行われるものとする。
図19の破線と実線の違いは、上記実施の形態1の制御の実行の有無にある。図19の破線は、上記実施の形態1の制御を行っていないときの制御例を表している。この破線の例では、エンジン回転速度が速度NEまで上昇した段階で、WGVが開かれる。また、エンジン回転速度が速度NEまで上昇した段階で目標EGR率が減らされ、駆動カムが小カムに切り替えられる。目標EGR率の変更と駆動カムの切り替えは、前提制御によるものである。
図19の実線は、上記実施の形態1の制御を行っているときの制御例を表している。この実線の例では、ノッキングの検出に伴いKCS制御によって点火時期が遅角されている。また、点火時期の遅角に伴い、要求負荷率が増加している。上記実施の形態1の制御を実行すると、リッチ運転領域の拡大に伴って小カム領域が低回転速度側に拡大する。この実線の例では、エンジン回転速度が速度NEまで上昇した段階で、WGVが開かれる。WGVの全閉状態が速度NEまで継続されるのは、全閉じラインが高回転速側に移動したためである。
また、この実線の例では、エンジン回転速度が速度NEまで上昇した段階で、目標EGR率が強制的に減らされ、駆動カムが小カムに切り替えられる。目標EGR率の強制的な変更と駆動カムの切り替えは、上記実施の形態1の制御によるものである。目標EGR率の強制的な変更と駆動カムの切り替えが速度NEまで上昇した段階で行われるのは、本実施の形態2の制御が行われているためである。本実施の形態2の制御が行われることで、速度NEよりも低回転速度側で目標EGR率の強制的な変更と駆動カムの切り替えが行われることが回避されている。
なお、上述した実施の形態2においては、図15および図16に示した関係を表す制御マップが第3の発明の「開度マップ」に相当する。また、図16に示した関係を表す制御マップが第3の発明の「第2カム用の開度マップ」に相当する。
その他の実施の形態.
ところで、上述した実施の形態1では、リッチ運転領域の拡大を排気温度に基づいて判定した(図14のステップS12参照)。しかし、排気温度の代わりに、内燃機関の冷却水温、油温、KCSの学習値、筒内圧、背圧、オイルジェットの油圧、燃料中のアルコール濃度といった排気温度と相関を有するパラメータに基づいて、リッチ運転領域の拡大を判定してもよい。
10 内燃機関
12 吸気管
14 排気管
18 ターボ過給機
18a コンプレッサ
18b タービン
24 インタークーラ
26,42 冷却管
28 バイパス管
36 LPL−EGR装置
38 EGR管
40 EGRクーラ
44 EGRバルブ
50 ECU
70 インジェクタ
72 点火装置
74 VVT
76 カム切り替え機構

Claims (3)

  1. 吸気バルブを駆動するカムプロフィールの異なる2種類の吸気カムと、排気タービンおよび吸気コンプレッサを備える過給機と、前記排気タービンの下流に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流を流れる排気を外部EGRガスとして前記吸気コンプレッサの上流に還流するEGR装置と、筒内の混合気に点火する点火装置と、を備えるエンジンを制御する内燃機関の制御装置であって、
    前記制御装置は、
    エンジントルクとエンジン回転速度とで特定される前記エンジンの運転状態に基づいて目標EGR率および目標空燃比を設定すると共に、前記吸気バルブの駆動カムを選択し、
    前記目標EGR率が所定の高EGR率に設定される高EGR運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記駆動カムとして第1カムを選択すると共に、前記吸気バルブの閉じ時期を、エンジン回転速度と過給圧を固定した条件下で吸入効率が最も高くなるクランク角を含む第1クランク角区間に設定し、
    前記高EGR運転領域よりも高トルク・高回転速度側の運転領域に位置し、尚且つ、前記目標EGR率が前記所定の高EGR率よりも低い値に設定される低EGR運転領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記第1カムよりも作用角およびリフト量の小さい第2カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を、前記第1クランク角区間よりも進角側に位置し、尚且つ、前記第1クランク角区間よりも吸入効率が低い第2クランク角区間に設定すると共に、前記点火装置の点火時期を、前記高EGR運転領域での点火時期に比べて進角側に変更し、
    前記目標空燃比がリッチに設定されるリッチ運転領域と、前記高EGR運転領域とが重複する領域で前記エンジンが運転されている場合は、前記目標EGR率を前記所定の高EGR率よりも低い値に変更し、前記第2カムを前記駆動カムとして選択し、前記閉じ時期を前記第2クランク角区間に設定すると共に、前記点火時期を、前記高EGR運転領域での点火時期に比べて進角側に変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記制御装置は、
    前記高EGR運転領域と、低EGR運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けたEGRマップと、
    前記目標空燃比がストイキに設定されるストイキ運転領域と、前記リッチ運転領域とを、前記エンジンの運転状態に関連付けた空燃比マップと、
    前記駆動カムとして前記第1カムを選択する第1カム運転領域と、前記駆動カムとして前記第2カムを選択する第2カム運転領域と、を前記エンジンの運転状態に関連付けた駆動カムマップと、を備え、
    前記EGRマップと前記空燃比マップを重ね合わせたときに、前記リッチ運転領域と前記高EGR運転領域が重複するか否かを判定し、
    前記リッチ運転領域と前記高EGR運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第2カム運転領域内に収まるように、前記第1カム運転領域と前記第2カム運転領域のカム境界を変更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。
  3. 前記エンジンは、前記排気タービンの迂回通路に設けられるウェイストゲートバルブを更に備え、
    前記制御装置は、
    前記ウェイストゲートバルブの開度を前記エンジンの運転状態に関連付けた開度マップであって、前記駆動カム毎に設けられ、前記ウェイストゲートバルブの開度を全閉じする全閉じラインが規定された開度マップを備え、
    前記リッチ運転領域と前記高EGR運転領域が重複すると判定した場合は、前記リッチ運転領域の全てが前記第2カム運転領域内に収まり、尚且つ、前記第2カム用の開度マップにおける全閉じラインよりも低回転速度側に位置するように、前記カム境界を変更することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
JP2017085298A 2017-04-24 2017-04-24 内燃機関の制御装置 Expired - Fee Related JP6520982B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017085298A JP6520982B2 (ja) 2017-04-24 2017-04-24 内燃機関の制御装置
US15/936,619 US10480434B2 (en) 2017-04-24 2018-03-27 Control device for internal combustion engine
CN201810368787.5A CN108730052B (zh) 2017-04-24 2018-04-23 内燃机的控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017085298A JP6520982B2 (ja) 2017-04-24 2017-04-24 内燃機関の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018184837A JP2018184837A (ja) 2018-11-22
JP6520982B2 true JP6520982B2 (ja) 2019-05-29

Family

ID=63853711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017085298A Expired - Fee Related JP6520982B2 (ja) 2017-04-24 2017-04-24 内燃機関の制御装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10480434B2 (ja)
JP (1) JP6520982B2 (ja)
CN (1) CN108730052B (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10593074B1 (en) * 2016-03-16 2020-03-17 Liberty Mutual Insurance Company Interactive user interface for displaying geographic boundaries
JP6528788B2 (ja) * 2017-01-17 2019-06-12 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
CN110578610B (zh) * 2018-11-30 2021-08-20 长城汽车股份有限公司 具有低压egr系统的发动机的控制策略以及车辆
JP7324657B2 (ja) * 2019-08-28 2023-08-10 日産自動車株式会社 内燃機関制御方法及び内燃機関制御装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997013063A1 (fr) * 1995-10-02 1997-04-10 Hitachi, Ltd. Dispositif de commande pour moteur a combustion interne
JP4103334B2 (ja) 2001-01-11 2008-06-18 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
JP4415760B2 (ja) * 2004-05-26 2010-02-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のegr制御装置
US7308872B2 (en) * 2004-12-30 2007-12-18 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for optimized combustion in an internal combustion engine utilizing homogeneous charge compression ignition and variable valve actuation
US7213566B1 (en) * 2006-08-10 2007-05-08 Ford Global Technologies, Llc Engine system and method of control
JP5093007B2 (ja) * 2008-09-08 2012-12-05 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2010112290A (ja) * 2008-11-07 2010-05-20 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
US8479511B2 (en) * 2010-09-09 2013-07-09 Ford Global Technologies, Llc Method and system for a turbocharged engine
JP5811024B2 (ja) * 2012-05-10 2015-11-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US10550777B2 (en) * 2012-07-13 2020-02-04 Transportation Ip Holdings, Llc Method and system for matching air flow in an exhaust gas recirculation system
US9739221B2 (en) * 2014-01-16 2017-08-22 Ford Global Technologies, Llc Method to improve blowthrough and EGR via split exhaust

Also Published As

Publication number Publication date
CN108730052B (zh) 2019-12-31
US20180306132A1 (en) 2018-10-25
JP2018184837A (ja) 2018-11-22
US10480434B2 (en) 2019-11-19
CN108730052A (zh) 2018-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4475221B2 (ja) エンジン
JP4442659B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3997477B2 (ja) 内燃機関の制御装置
EP1848885B1 (en) Control method and control apparatus for internal combustion engine
JP6528788B2 (ja) 内燃機関の制御装置
EP2179158B1 (en) Control apparatus and control method for internal combustion engine
CN108730052B (zh) 内燃机的控制装置
JP2005090468A (ja) 予混合圧縮自着火内燃機関のegr装置、および、予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法
JP2004263562A (ja) 予混合圧縮自着火式内燃機関の制御方法
JP2007315230A (ja) 内燃機関の排気還流装置
JP4442643B2 (ja) 内燃機関の排気浄化制御装置
JP6544367B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2007132217A (ja) 圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置
JP2007077840A (ja) 内燃機関
EP2570644A1 (en) Control device for internal combustion engine
JP2009191660A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2008051017A (ja) 予混合圧縮自着火内燃機関
JP2007023837A (ja) 電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置
CN111630264B (zh) 内燃机的控制方法以及内燃机的控制装置
JP2008101513A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2005188334A (ja) エンジンの燃料噴射制御装置
JP5817634B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009209780A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009209848A (ja) 内燃機関およびその制御装置
JP2009162108A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190415

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6520982

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees