JP7206625B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
内燃機関におけるNOxの発生量を低減させるために、内燃機関の排気通路から排気の一部をEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路へ当該EGRガスを還流させるEGR装置を設けることが知られている。 In order to reduce the amount of NOx generated in an internal combustion engine, an EGR device is provided that takes part of the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine as EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas and recirculates the EGR gas to the intake passage of the internal combustion engine. It is known.
特許文献1では、吸気圧センサと排気圧センサとによりそれぞれ検出した吸気圧と排気圧との圧力差に基づいてEGRガスの流量を算出し、当該流量を実現するEGR弁の開度を算出している。 In Patent Document 1, the flow rate of EGR gas is calculated based on the pressure difference between the intake pressure and the exhaust pressure respectively detected by an intake pressure sensor and an exhaust pressure sensor, and the opening of the EGR valve that realizes the flow rate is calculated. ing.
しかしながら、従来の技術では、吸入空気量が低い場合、排気圧(背圧)の上昇が正確に検出できず、運転状況によっては吸気通路にEGRガスが多量に供給され、燃焼悪化が起こるおそれがある。また、高温のEGRガスが多量に供給されることにより吸気系部品の耐久性が悪化するおそれがある。 However, with the conventional technology, when the amount of intake air is low, the increase in exhaust pressure (back pressure) cannot be accurately detected, and depending on the operating conditions, a large amount of EGR gas is supplied to the intake passage, which may cause deterioration of combustion. be. In addition, the supply of a large amount of high-temperature EGR gas may deteriorate the durability of intake system components.
そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、吸入空気量が少ない場合にも、適切な量のEGRガスを供給することを課題とする。 Therefore, an object of the control device for an internal combustion engine disclosed in the present specification is to supply an appropriate amount of EGR gas even when the amount of intake air is small.
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路から排気の一部をEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスとして内燃機関の吸気通路へ還流させるEGR通路と、前記EGR通路上に設けられ、前記EGRガスの流量を調整するEGR弁と、前記排気通路上に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、前記パティキュレートフィルタよりも上流側の前記排気通路内の圧力を排気圧として検出する排気圧検出部と、燃料噴射量に基づき前記パティキュレートフィルタに堆積するPMの量を推定するPM堆積量推定部と、前記吸入空気量が第1閾値未満の場合、前記吸入空気量が第1閾値未満となってから前記パティキュレートフィルタに堆積したPMの推定量と、前記吸入空気量が第1閾値未満となる前に前記パティキュレートフィルタに堆積していたPMの推定量との和に基づき、前記EGRガスの流量の第1目標値を決定する第1決定部と、前記吸入空気量が第1閾値以上の場合、前記排気圧に基づき、前記EGRガスの流量の第1目標値を決定する第2決定部と、決定された前記EGRガスの流量の第1目標値に応じて前記EGR弁の開度を制御する制御部と、を備える。
In order to solve this problem, the internal combustion engine control apparatus disclosed in this specification recirculates part of the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage of the internal combustion engine as EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas. a passage, an EGR valve provided on the EGR passage to adjust the flow rate of the EGR gas, a particulate filter provided on the exhaust passage to collect particulate matter in the exhaust gas, and the internal combustion engine. an intake air amount detection unit for detecting an intake air amount; an exhaust pressure detection unit for detecting pressure in the exhaust passage on the upstream side of the particulate filter as an exhaust pressure; a PM accumulation amount estimator for estimating an amount of PM accumulated; and an estimation of PM accumulated in the particulate filter after the intake air amount becomes less than the first threshold when the intake air amount is less than the first threshold. and an estimated amount of PM accumulated in the particulate filter before the intake air amount became less than the first threshold value . a determination unit, a second determination unit that determines a first target value of the flow rate of the EGR gas based on the exhaust pressure when the intake air amount is equal to or greater than a first threshold value, and a flow rate of the determined EGR gas a control unit that controls the degree of opening of the EGR valve according to a first target value .
本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、吸入空気量が少ない場合にも、適切な量のEGRガスを供給することができる。 According to the control device for an internal combustion engine disclosed in this specification, an appropriate amount of EGR gas can be supplied even when the amount of intake air is small.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, etc. of each part may not be illustrated so as to completely match the actual ones. In some drawings, details may be omitted.
まず、図1を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図1は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム100の構成を示す概略図である。
First, with reference to FIG. 1, an engine system to which a control device for an internal combustion engine according to one embodiment is applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an
エンジンシステム100は、車両に搭載された内燃機関10を備えている。本実施形態の内燃機関10は、直列4気筒型であるものとするが、本発明は任意の気筒数の内燃機関に適用することができる。なお、図1には、4気筒のうち一つの気筒の断面が示されている。内燃機関10の各気筒内には、ピストン12が設けられている。各気筒内には、吸気通路20および排気通路30が連通している。
The
吸気通路20には、上流側から順に、吸入空気量を検出するエアフローメータ21、電子制御式のスロットル弁22、及びサージタンク23が設けられている。エアフローメータ21は、吸入空気量検出部の一例である。
The
排気通路30には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒31が配置されている。また、排気通路30には、排気浄化触媒31よりも上流側の排気通路30の圧力を検出する排気圧センサ32が配置されている。排気浄化触媒31は、パティキュレートフィルタの一例であり、排気圧センサ32は、排気圧検出部の一例である。
An
内燃機関10の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ15と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ16と、吸気弁17と、排気弁18とが設けられている。なお、本発明では、燃料インジェクタ15に代えて、または燃料インジェクタ15とともに、気筒内に燃料を直接に噴射する筒内インジェクタが設けられていてもよい。
Each cylinder of the
内燃機関10のクランク軸11の近傍には、クランク軸11の回転角度(クランク角)を検出するためのクランク角センサ19が設けられている。また、内燃機関10の冷却水温度を検出する水温センサ52が設けられている。アクセルペダルの近傍には、アクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ44が設置されている。
A
また、内燃機関10は、排気通路30内の排気ガスを吸気通路20に還流させる、いわゆる外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)を実行するためのEGR通路40を備えている。EGR通路40の一端は、排気通路30に接続され、EGR通路40の他端は、サージタンク23の下流側の吸気通路20に接続されている。EGR通路40の途中には、このEGR通路40を開閉することによって排気還流量を制御するためのEGR弁41が設けられている。
The
また、エンジンシステム100は、ECU(Electronic Control Unit)200を備えている。ECU200は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び記憶装置等を備える。ECU200は、ROMや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより後述するEGRガス流量算出処理を実行する。ECU200は、第1決定部、第2決定部、及び制御部の一例である。
The
ECU200の出力側には、前述の燃料インジェクタ15、点火プラグ16、スロットル弁22、EGR弁41等の種々のアクチュエータが接続されている。ECU200には、前述したエアフローメータ21、排気圧センサ32、クランク角センサ19、アクセルポジションセンサ44、水温センサ52の他、筒内圧を検出する筒内圧センサ等の各種のセンサから、エンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報や信号が入力される。ECU200は、上述した情報や信号に基づいて、EGRガスの流量を算出し、当該流量を実現するようにEGR弁41を制御する。
Various actuators such as the
ここで、内燃機関10が排気浄化触媒31を有する場合の、従来のEGRガス流量の算出方法の一例について説明する。なお、従来のEGRガス流量の算出方法を実行するECUを、ECU200Aとして説明する。
Here, an example of a conventional method for calculating the EGR gas flow rate when the
ECU200Aは、エアフローメータ21から入力される吸入空気量(GA)と、排気圧センサ32から入力される排気圧と、に基づき、排気浄化触媒31に堆積した粒子状物質(以後、PM:Particulate Matterと記載する)の量(PM堆積量)を取得する。例えば、ECU200Aは、図2(A)に示す、吸入空気量(GA)と排気圧とからPM堆積量を求めるマップを用いて、排気浄化触媒31におけるPM堆積量を取得する。なお、図2(A)の各線は、PM堆積量を表している。そして、ECU200Aは、取得したPM堆積量に対して設定されている、図2(B)に示す排気圧からEGRガスの流量を求めるマップから、EGRガス流量を算出する。なお、図2(B)に示すマップでは、失火や吸気系部品の耐久性の悪化(OT)が発生しないように、排気圧に対してEGRガス流量が定義されている。
The ECU 200A detects particulate matter (hereinafter referred to as PM) deposited on the
図3(A)は、図2(A)の吸入空気量が0~20[g/s]の領域を拡大したマップである。図3(A)に示すように、吸入空気量が少ない領域(低GA領域)では、排気圧が1kPa変動すると、PM堆積量も大きく変動する。排気圧センサ32の測定バラツキ(±1kPa程度)を考慮すると、低GA領域では、算出精度が低くなるため、図2(A)に示すマップをPM堆積量の算出に使用することができない。したがって、図3(B)に示すように、低GA領域をマスクしたマップを用いて、ECU200Aは、EGRガス流量の算出を行う。
FIG. 3(A) is an enlarged map of the intake air amount range of 0 to 20 [g/s] in FIG. 2(A). As shown in FIG. 3A, in a region where the amount of intake air is small (low GA region), when the exhaust pressure fluctuates by 1 kPa, the amount of accumulated PM also fluctuates greatly. Considering the measurement variation (about ±1 kPa) of the
しかし、低GA領域で内燃機関10が運転され続けると、排気浄化触媒31にPMがどれだけ堆積しているのか(PMの詰まり具合)がわからないまま、PMが堆積され続け、排気圧が上昇する。その結果、EGRガス流量が過多となり、失火が発生したり、吸気系部品の耐久性が悪化したりしてしまう。
However, if the
そこで、本実施形態では、内燃機関10が低GA領域で運転している間、ECU200は、PM堆積量を推定し、当該推定したPM堆積量からEGRガス流量を算出する。
Therefore, in the present embodiment, while the
図4は、ECU200が実行するEGRガス流量算出処理のフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart of the EGR gas flow rate calculation process executed by the
まず、ECU200は、吸入空気量が第1閾値よりも小さいか否かを判断する(ステップS11)。本ステップでは、内燃機関10が低GA領域で運転しているか否かを判断している。
First, the
ECU200は、吸入空気量が第1閾値よりも小さい場合(ステップS11/YES)、ECU200は、内燃機関10が低GA領域で運転を始めてから現時点までに排気浄化触媒31に堆積したPMの量(PM堆積変化量)を算出する(ステップS13)。例えば、ECU200は、クランク角センサ19及びアクセルポジションセンサ44の出力から算出される内燃機関10の回転数及び負荷率と、水温センサ52から入力される冷却水温度と、に基づいて、燃料噴射量を算出する。ECU200は、算出した燃料噴射量に基づき、排気浄化触媒31に堆積するPMの量を推定する。ECU200は、推定したPMの量を累積して、PM堆積変化量を算出する。
If the intake air amount is smaller than the first threshold value (step S11/YES), the
続いて、ECU200は、内燃機関10が低GA領域で運転されるまでに排気浄化触媒31に堆積していたPM量(推定値)とステップS13で算出したPM堆積変化量との和(PM推定堆積量)を算出する(ステップS15)。
Subsequently, the
次に、ECU200は、図5に示す、PM推定堆積量とEGRガス流量との関係を定義したマップを用いて、EGRガス流量を算出する(ステップS17)。
Next, the
ところで、吸入空気量が第1閾値以上の場合(ステップS11/NO)、内燃機関10は、通常領域で運転していることになる。したがって、この場合、ECU200は、排気圧を使用してEGRガス流量を算出する(ステップS21)。具体的には、ECU200は、図3(B)に示すマップにおいて吸入空気量と排気圧とからPM堆積量を取得し、当該PM堆積量に対して設定されている排気圧とEGRガス流量との関係を定義したマップ(図2(B)参照)を用いて、EGRガス流量を算出する(ステップS21)。
By the way, if the intake air amount is equal to or greater than the first threshold value (step S11/NO), the
ステップS17又はS21の終了後、ECU200は、EGRガス流量を算出したEGRガス流量に更新する(ステップS19)。
After completing step S17 or S21, the
次に、ECU200は、更新されたEGRガス流量を実現するよう、EGR弁41の開度を変更し(ステップS21)、図4の処理を終了する。例えば、ステップS17の処理において、PM推定堆積量が、図5に示すマップにおいて点線で示される第2閾値よりも大きい場合、EGRガス流量が維持される。この場合、PMの堆積により排気圧が上昇しているため、ECU200は、EGRガス流量を維持するためにEGR弁41の開度を小さくする。
Next, the
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係るエンジンシステム100は、内燃機関10の排気通路30から排気の一部をEGRガスとして内燃機関10の吸気通路20へ還流させるEGR通路40と、EGR通路40上に設けられ、EGRガスの流量を調整するEGR弁41と、排気通路30上に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する排気浄化触媒31と、内燃機関10の吸入空気量を検出するエアフローメータ21と、排気浄化触媒31よりも上流側の排気通路30内の圧力を排気圧として検出する排気圧センサ32と、を備える。また、エンジンシステム100は、吸入空気量が第1閾値未満の場合、吸入空気量が第1閾値未満となってから排気浄化触媒31に堆積したPMの推定量と、吸入空気量が第1閾値未満となる前に排気浄化触媒31に堆積していたPMの推定量との和に基づき、EGRガスの流量を決定し、吸入空気量が第1閾値以上の場合、排気圧に基づき、EGRガスの流量を決定し、決定されたEGRガスの流量に応じてEGR弁41の開度を制御するECU200を備える。これにより、低GA領域でも、PM推定堆積量に基づいてEGRガス流量を精度よく決定できるため、適切な量のEGRガスを還流させることができる。このため、失火等の燃焼悪化の発生や、高温のEGRガスにより吸気系部品の耐久性が悪化することを抑制することができる。
As described above in detail, the
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to these, and various modifications of these examples are within the scope of the present invention, and furthermore, It is self-evident from the above description that many other embodiments are possible within the scope.
10 内燃機関
20 吸気通路
21 エアフローメータ(吸入空気量検出部)
30 排気通路
31 排気浄化触媒(パティキュレートフィルタ)
32 排気圧センサ(排気圧検出部)
40 EGR通路
41 EGR弁
100 エンジンシステム(内燃機関の制御装置)
200 ECU(第1決定部、第2決定部、制御部)
10
30
32 exhaust pressure sensor (exhaust pressure detector)
40
200 ECU (first decision unit, second decision unit, control unit)
Claims (2)
前記EGR通路上に設けられ、前記EGRガスの流量を調整するEGR弁と、
前記排気通路上に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流側の前記排気通路内の圧力を排気圧として検出する排気圧検出部と、
燃料噴射量に基づき前記パティキュレートフィルタに堆積するPMの量を推定するPM堆積量推定部と、
前記吸入空気量が第1閾値未満の場合、前記吸入空気量が第1閾値未満となってから前記パティキュレートフィルタに堆積したPMの推定量と、前記吸入空気量が第1閾値未満となる前に前記パティキュレートフィルタに堆積していたPMの推定量との和に基づき、前記EGRガスの流量の第1目標値を決定する第1決定部と、
前記吸入空気量が第1閾値以上の場合、前記排気圧に基づき、前記EGRガスの流量の第1目標値を決定する第2決定部と、
決定された前記EGRガスの流量の第1目標値に応じて前記EGR弁の開度を制御する制御部と、
を備える内燃機関の制御装置。 an EGR passage that recirculates part of the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage of the internal combustion engine as EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas;
an EGR valve provided on the EGR passage for adjusting the flow rate of the EGR gas;
a particulate filter that is provided on the exhaust passage and collects particulate matter in the exhaust;
an intake air amount detection unit that detects an intake air amount of the internal combustion engine;
an exhaust pressure detection unit that detects the pressure in the exhaust passage on the upstream side of the particulate filter as the exhaust pressure;
a PM deposition amount estimating unit that estimates the amount of PM deposited on the particulate filter based on the fuel injection amount;
When the intake air amount is less than the first threshold, the estimated amount of PM accumulated in the particulate filter after the intake air amount becomes less than the first threshold and the amount before the intake air amount becomes less than the first threshold a first determination unit that determines a first target value of the flow rate of the EGR gas based on the sum of the estimated amount of PM deposited on the particulate filter and
a second determination unit that determines a first target value for the flow rate of the EGR gas based on the exhaust pressure when the intake air amount is equal to or greater than a first threshold;
a control unit that controls the degree of opening of the EGR valve according to the determined first target value of the flow rate of the EGR gas;
A control device for an internal combustion engine.
前記EGR通路上に設けられ、前記EGRガスの流量を調整するEGR弁と、
前記排気通路上に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流側の前記排気通路内の圧力を排気圧として検出する排気圧検出部と、
前記内燃機関の負荷率に基づいて前記パティキュレートフィルタに堆積するPMの量を推定するPM堆積量推定部と、
前記吸入空気量が第1閾値未満の場合、前記吸入空気量が第1閾値未満となってから前記パティキュレートフィルタに堆積したPMの推定量と、前記吸入空気量が第1閾値未満となる前に前記パティキュレートフィルタに堆積していたPMの推定量との和に基づき、前記EGRガスの流量の目標値を決定する第1決定部と、
前記吸入空気量が第1閾値以上の場合、前記排気圧に基づき、前記EGRガスの流量の目標値を決定する第2決定部と、
決定された前記EGRガスの流量の目標値に応じて前記EGR弁の開度を制御する制御部と、
を備える内燃機関の制御装置。 an EGR passage that recirculates part of the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage of the internal combustion engine as EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas;
an EGR valve provided on the EGR passage for adjusting the flow rate of the EGR gas;
a particulate filter that is provided on the exhaust passage and collects particulate matter in the exhaust;
an intake air amount detection unit that detects an intake air amount of the internal combustion engine;
an exhaust pressure detection unit that detects the pressure in the exhaust passage on the upstream side of the particulate filter as the exhaust pressure;
a PM deposition amount estimating unit that estimates the amount of PM deposited on the particulate filter based on the load factor of the internal combustion engine;
When the intake air amount is less than the first threshold, the estimated amount of PM accumulated in the particulate filter after the intake air amount becomes less than the first threshold and the amount before the intake air amount becomes less than the first threshold a first determination unit that determines a target value of the flow rate of the EGR gas based on the sum of the estimated amount of PM deposited on the particulate filter and
a second determination unit that determines a target value for the flow rate of the EGR gas based on the exhaust pressure when the intake air amount is equal to or greater than a first threshold;
a control unit that controls the degree of opening of the EGR valve according to the determined target value of the flow rate of the EGR gas;
A control device for an internal combustion engine.
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