WO2016031507A1 - 内燃機関の装置 - Google Patents

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WO2016031507A1
WO2016031507A1 PCT/JP2015/072155 JP2015072155W WO2016031507A1 WO 2016031507 A1 WO2016031507 A1 WO 2016031507A1 JP 2015072155 W JP2015072155 W JP 2015072155W WO 2016031507 A1 WO2016031507 A1 WO 2016031507A1
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combustion engine
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賢吾 熊野
赤城 好彦
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a control device for controlling a supercharged engine having a low pressure EGR flow path.
  • a low pressure EGR system capable of applying a large amount of EGR even in a supercharging region has attracted attention.
  • the low-pressure EGR system returns exhaust gas downstream of the turbocharger turbine to the upstream side of the turbocharger compressor.
  • a transient path such as during deceleration operation or acceleration operation is caused by factors such as the long path from the junction of exhaust and fresh air to the cylinder, and the presence of the junction in the upstream of the throttle valve.
  • the amount of exhaust gas temporarily increases or decreases, and the EGR rate cannot be stably introduced to the target value. Therefore, due to the transient nonconformity of the EGR rate, there are problems such as exhaust deterioration due to air-fuel ratio fluctuations, noise generation due to knocking, torque fluctuations, and misfire in the worst case.
  • the technique described in Patent Document 1 is to increase the EGR amount by temporarily increasing the opening degree of the EGR valve immediately after acceleration to keep the EGR rate properly, but the rapid increase in the amount of fresh air
  • an EGR valve with extremely high response is required.
  • the present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to avoid a temporary decrease in the EGR rate without depending on the responsiveness of the EGR valve, and to suppress knocking and exhaust deterioration during acceleration. It is another object of the present invention to provide an engine control device.
  • a control apparatus for an internal combustion engine includes a supercharger, a low-pressure EGR flow that connects an exhaust pipe downstream of the turbocharger and an intake pipe upstream of a compressor of the supercharger.
  • a control device for an internal combustion engine comprising: a passage, an intake air amount adjustment valve for controlling an amount of gas flowing into the cylinder, and an EGR valve for controlling an exhaust gas flow rate of the low pressure EGR flow path,
  • acceleration intake air amount control is performed in which the control amount of the opening amount of the intake air amount adjustment valve with respect to the accelerator operation is reduced as the EGR rate increases.
  • the speed of the intake air flowing from the upstream to the downstream of the throttle valve at the time of acceleration is suppressed, and the rapid increase of fresh air is suppressed by the throttle valve control, thereby temporarily reducing the EGR rate at the time of acceleration. Can be avoided, and exhaust deterioration and knocking can be suppressed.
  • 1 is a system configuration diagram of an engine control apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is the figure which showed the EGR control area
  • 1 is a system block diagram illustrating a configuration of an engine control device according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of the acceleration control logic implemented within ECU20 of the control apparatus of the engine by the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing the configuration of a system in which an engine control apparatus according to a first embodiment of the present invention is applied to an automotive in-cylinder gasoline engine having a low pressure EGR flow path.
  • Engine 100 is a four-cylinder gasoline engine for automobiles that performs spark ignition combustion.
  • An air flow sensor 1 for measuring the intake air amount
  • a supercharger compressor 4a for supercharging intake air
  • an intercooler 7 for cooling intake air
  • an electronic control throttle 2 for adjusting intake pipe pressure
  • An intake pressure sensor 14 for measuring the pressure in the manifold 6 is provided at an appropriate position of each intake pipe.
  • the engine 100 is provided with a fuel injection device (hereinafter referred to as an injector) 13 for injecting fuel into the cylinder 15 of each cylinder and a spark plug 17 for supplying ignition energy for each cylinder.
  • the cylinder head is provided with a variable valve 5 that adjusts gas flowing into or out of the cylinder.
  • variable valve 5 By adjusting the variable valve 5, the intake air amount and internal EGR amount of all cylinders from the first to the fourth are adjusted.
  • a high-pressure fuel pump for supplying high-pressure fuel to the fuel injection device 13 is connected to the fuel injection device 13 by a fuel pipe, and in the fuel pipe, a fuel injection pressure is measured.
  • a fuel pressure sensor is provided.
  • a turbine 4b for applying a rotational force to the compressor 4a of the supercharger by exhaust energy
  • an electronically controlled wastegate valve 11 for adjusting an exhaust flow rate flowing through the turbine
  • a three-way catalyst 10 for purifying the exhaust
  • An air-fuel ratio sensor 9 which is an aspect of the air-fuel ratio detector and detects the air-fuel ratio of exhaust on the upstream side of the three-way catalyst 10, is provided at each appropriate position of the exhaust pipe 16.
  • the crankshaft is provided with a crank angle sensor for calculating a rotation angle.
  • an EGR pipe 40 for recirculating exhaust gas from the downstream side of the exhaust pipe catalyst 10 to the upstream side of the intake pipe compressor 4a is provided.
  • the EGR cooler 42 for cooling the EGR, the EGR valve 41 for controlling the EGR flow rate, the differential pressure sensor 43 for detecting the differential pressure before and after the EGR valve, and the EGR temperature sensor 44 for detecting the EGR temperature include an EGR pipe.
  • Each of 40 is attached at an appropriate position.
  • Signals obtained from the airflow sensor 1, air-fuel ratio sensor 9, intake pressure sensor 14, differential pressure sensor 43, and EGR temperature sensor 44 are sent to an engine control unit (ECU) 20.
  • a signal obtained from the accelerator opening sensor 12 is sent to the ECU 20.
  • the accelerator opening sensor 12 detects the depression amount of the accelerator pedal, that is, the accelerator opening.
  • the ECU 20 calculates the required torque based on the output signal of the accelerator opening sensor 12. That is, the accelerator opening sensor 12 is used as a required torque detection sensor that detects a required torque for the engine.
  • ECU20 calculates the rotational speed of an engine based on the output signal of a crank angle sensor.
  • the ECU 20 optimally calculates main operating amounts of the engine such as the air flow rate, the fuel injection amount, the ignition timing, and the fuel pressure based on the operating state of the engine obtained from the outputs of the various sensors.
  • the fuel injection amount calculated by the ECU 20 is converted into a valve opening pulse signal and sent to the injector 13. Further, an ignition signal is sent to the spark plug 17 so as to be ignited at the ignition timing calculated by the ECU 20.
  • the throttle opening calculated by the ECU 20 is sent to the electronic control throttle 2 as a throttle drive signal. Further, the operation amount of the variable valve calculated by the ECU 20 is sent to the variable valve 5 as a variable valve drive signal.
  • the waste gate valve opening calculated by the ECU 20 is sent to the waste gate valve 11 as a waste gate valve drive signal.
  • the EGR valve opening calculated by the ECU 20 is sent to the EGR valve 41 as an EGR valve opening driving signal.
  • the fuel is injected into the air flowing into the cylinder 15 from the intake pipe through the intake valve to form an air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture explodes due to sparks generated from the spark plug 17 at a predetermined ignition timing, and the piston is pushed down by the combustion pressure to become engine driving force. Further, the exhaust gas after the explosion is sent to the three-way catalyst 10 through the exhaust pipe 16, and the exhaust components are purified in the three-way catalyst 10 and discharged to the outside.
  • FIG. 2 is a diagram showing an EGR control region of the engine operation control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • a region surrounded by a thick broken line frame is a so-called EGR region where exhaust gas is recirculated.
  • the region excluding the low load region and the high rotation region is the EGR region.
  • Cooled-EGR has been introduced to achieve knock reduction and exhaust temperature suppression, while achieving combustion at the stoichiometric air-fuel ratio. By doing so, low fuel consumption driving can be realized.
  • FIG. 3 shows the accelerator opening, throttle opening, EGR valve opening, intake pressure, intake air when the engine is accelerated from the operation point A to the operation point B shown in FIG. 2 in a conventional supercharged engine having a low pressure EGR. It is a figure explaining the time transition of a flow volume, an EGR flow volume, and an EGR rate.
  • the throttle valve 7 throttles the compression work to the intake air by the turbocharger. The pressure increases. If the throttle valve is suddenly opened while the target EGR rate is fixed from that state, fresh air flows into the downstream of the throttle valve, the differential pressure across the throttle valve 7 decreases, and the intake flow rate through the throttle fluctuates.
  • FIG. 4 is a system block diagram showing the configuration of the engine control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • Output signals of the air flow sensor 1, the air-fuel ratio sensor 9, the accelerator opening sensor 12, the intake pressure sensor 14, the differential pressure sensor 43, and the EGR temperature sensor 44 are input to the input circuit 20a of the ECU 20.
  • the input signal is not limited to these.
  • the input signal of each input sensor is sent to the input port in the input / output port 20b.
  • the value sent to the input port 20b is stored in the RAM 20c and processed by the CPU 20e.
  • a control program describing the contents of the arithmetic processing is written in advance in the ROM 20d.
  • the value indicating the operation amount of each actuator calculated in accordance with the control program is stored in the RAM 20c, then sent to the output port in the input / output port 20b, and sent to each actuator via each drive circuit.
  • Each circuit controls the electronic control throttle 2, the injector 13, the waste gate valve 11, and the EGR valve 41, respectively.
  • the device includes the drive circuit in the ECU 20.
  • the present invention is not limited to this, and any of the drive circuits may be provided in the ECU 20.
  • the ECU 20 estimates the EGR rate based on the input signal, and controls the throttle valve 2 and the EGR valve 41 when an acceleration request is generated in the mass EGR state.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of the acceleration control logic executed in the ECU 20 of the engine control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • An EGR rate estimation unit, an acceleration determination unit, and an acceleration control unit are included.
  • the signal of the air flow sensor 1, the signal of the differential pressure sensor 43, and the signal of the EGR temperature sensor 44 are input to the EGR rate estimation unit, and the EGR rate is calculated.
  • the signal from the accelerator opening sensor 12 is input to the acceleration determination unit, and it is determined whether or not the vehicle is currently accelerating.
  • the EGR rate calculated by the EGR rate estimation unit, the acceleration determination flag output from the acceleration determination unit, and the signal of the intake pressure sensor 14 are input to the acceleration control unit, and when acceleration control is necessary, The throttle and EGR valve control are performed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a throttle and EGR valve control method with respect to the accelerator opening of the acceleration control unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A shows a throttle control method with respect to the accelerator opening.
  • the accelerator opening based on the driver's operation and the target value of the throttle opening for controlling the intake amount of the engine are stored in the ECU so as to have a substantially linear relationship.
  • acceleration control is applied.
  • the throttle is controlled so that the throttle opening with respect to the same accelerator opening is smaller than in the normal throttle control.
  • FIG. 6B shows a control method of the EGR valve with respect to the accelerator opening.
  • the target value of the EGR valve opening within the EGR region is normally stored in the ECU so as to be substantially constant.
  • acceleration control is applied.
  • the throttle is controlled so that the EGR valve opening relative to the same accelerator opening is larger than the normal EGR valve opening.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the contents of acceleration control in the engine control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the control content shown in FIG. 7 is repeatedly executed by the ECU 20 at a predetermined cycle.
  • step S701 the ECU 20 reads the accelerator opening signal 12.
  • step S702 the signal of the air flow sensor 1 is read.
  • step S703 the ECU 20 reads a signal from the differential pressure sensor 43.
  • step S704 the signal of the EGR temperature sensor 44 is read.
  • step S705 the EGR rate ⁇ EGR in the intake air is calculated from the read signal of the air flow sensor 1, the signal of the differential pressure sensor 43, and the signal of the EGR temperature sensor 44 using the following equation.
  • EGR rate ⁇ EGR is obtained by the following equations (1) and (2).
  • m air Air mass flow rate [g / s]
  • m EGR EGR mass flow rate [g / s]
  • EGR Gas constant of EGR [Pa ⁇ m 3 / g ⁇ K]
  • EGR EGR temperature [K]
  • ⁇ P EGR EGR valve front-rear differential pressure [Pa]
  • C EGR valve pressure loss coefficient
  • EGR density [g / m 3 ]
  • step S706 the magnitude relationship between the calculated EGR rate ⁇ EGR and a predetermined EGR rate threshold value ⁇ EGR_SL is compared, and whether or not the condition is such that a transient EGR decrease (spike) can occur. Determine whether or not. If so, it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) may occur, and the process proceeds to step S709. If it is determined that the condition is such that transient EGR reduction (spike) cannot be generated, the process proceeds to S707 and the normal throttle control is performed. Then, the process proceeds to S708 and the normal EGR valve control is performed. Exit.
  • step S710 If it is, it is, it is, it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) can occur, and the process proceeds to step S710. If it is determined that the condition is such that transient EGR reduction (spike) cannot be generated, the process proceeds to S707 and the normal throttle control is performed. Then, the process proceeds to S708 and the normal EGR valve control is performed. Exit.
  • step S710 the intake pipe pressure sensor signal 14 is read.
  • step S711 the magnitude relationship between the read intake pressure Pm and the atmospheric pressure Patm is compared, and it is determined whether or not the condition is such that a transient EGR decrease (spike) can occur. If it is, it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) can occur, and the process proceeds to step S712. If it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) cannot occur, the process proceeds to S707 to perform normal throttle control, and then proceeds to S708 to perform normal EGR valve control. End the control.
  • step S712 it is determined that the current acceleration condition is a condition for causing a transient EGR decrease (spike). Therefore, after executing the throttle control for acceleration here, in step S713 Acceleration EGR control is performed, and a series of control is terminated.
  • FIG. 8 shows a time chart of acceleration control by the engine control apparatus according to the first embodiment of the present invention. From the top of the figure, the time variation of the accelerator opening, the throttle opening, the intake pipe pressure at the downstream of the throttle, the fresh air (air) flow, the EGR valve opening, the EGR flow, and the EGR rate of the cylinder is shown. For reference, the results when the acceleration control is not performed are also shown by dotted lines. In this example, it is assumed that the vehicle is initially operating at an EGR rate equal to or higher than a predetermined value. Driver accelerates depressing the accelerator is started at time t 1. In this example, since the driver's degree of acceleration request is high, acceleration control is performed. As the accelerator opening increases, the throttle opening and the EGR valve opening increase.
  • the throttle opening increases more slowly than without acceleration control, a sharp increase in the amount of intake air flowing into the throttle is suppressed, and a sharp increase in the fresh air (air) flow rate is suppressed.
  • the EGR flow rate increases due to the increase in the EGR valve opening, as compared to the case without the acceleration control.
  • the accelerator opening further increases, the EGR valve opening decreases according to the relationship of FIG. 6B and returns to the original opening.
  • the maximum value falls from time t 1 to a period of time t 2. It becomes a time t 2, the pressure Pm in the intake pipe reaches the atmospheric pressure Patm.
  • the control for acceleration is shifted to the normal control, and the throttle opening increases to the level without the control for acceleration.
  • acceleration ends and a steady operation state is entered.
  • a control method for a throttle valve and an EGR valve based on the current EGR rate, intake pipe pressure, and driver acceleration request level By selecting this, it becomes possible to keep the EGR rate at the time of acceleration appropriate, and to suppress the deterioration of exhaust and drivability.
  • the present embodiment it is determined whether or not the conditions under which transient EGR reduction (spike) can occur are determined by comparing the EGR rate and the time change amount of the accelerator opening with a predetermined threshold value for each, and the determination result.
  • the present invention is not limited to this.
  • the greater the EGR rate is, the greater the driver's acceleration request is, and the more the degree of suppression of the degree of increase in the throttle opening may be continuously varied.
  • the degree of increase in the throttle opening may be selected stepwise by comparison with a plurality of threshold values.
  • the ignition timing may be controlled to be retarded for a predetermined period from the start of the acceleration request from the driver as compared with the case where the throttle valve acceleration control is not performed.
  • the intake valve and waste gate valve 11 provided for each cylinder 15 may be controlled to keep the EGR rate during acceleration appropriate.
  • the acceleration control by the waste gate valve 11 can be performed only in the operation region where supercharging is performed.
  • the vehicle in the case of a so-called hybrid vehicle that further includes a vehicle drive motor as a power source for driving the vehicle, the vehicle is operated for a predetermined period from the start of the acceleration request from the driver when the throttle valve acceleration control is performed.
  • the output of the drive motor may be increased. Thereby, deterioration of the acceleration performance during the acceleration control of the throttle valve can be reduced.
  • FIG. 9 is a system configuration diagram showing the configuration of a system in which the engine control apparatus according to the second embodiment of the present invention is applied to an automotive in-cylinder gasoline engine having a low pressure EGR flow path and an intercooler bypass. is there.
  • Engine 100 is a four-cylinder gasoline engine for automobiles that performs spark ignition combustion.
  • An air flow sensor 1 for measuring the intake air amount
  • a supercharger compressor 4a for supercharging intake air
  • an intercooler 7 for cooling intake air
  • an electronic control throttle 2 for adjusting intake pipe pressure
  • An intake pressure sensor 14 for measuring the pressure in the manifold 6 is provided at an appropriate position of each intake pipe.
  • the engine 100 is provided with a fuel injection device (hereinafter referred to as an injector) 13 for injecting fuel into the cylinder 15 of each cylinder and a spark plug 17 for supplying ignition energy for each cylinder.
  • the cylinder head is provided with a variable valve 5 that adjusts gas flowing into or out of the cylinder.
  • variable valve 5 By adjusting the variable valve 5, the intake air amount and internal EGR amount of all cylinders from the first to the fourth are adjusted.
  • a high-pressure fuel pump for supplying high-pressure fuel to the fuel injection device 13 is connected to the fuel injection device 13 by a fuel pipe, and in the fuel pipe, a fuel injection pressure is measured.
  • a fuel pressure sensor is provided.
  • a turbine 4b for applying a rotational force to the compressor 4a of the supercharger by exhaust energy
  • an electronically controlled waste gate valve 11 for adjusting an exhaust flow rate flowing through the turbine
  • a three-way catalyst 10 for purifying the exhaust
  • An air-fuel ratio sensor 9 which is an aspect of the air-fuel ratio detector and detects the air-fuel ratio of exhaust on the upstream side of the three-way catalyst 10, is provided at each appropriate position of the exhaust pipe 16.
  • the crankshaft is provided with a crank angle sensor for calculating a rotation angle.
  • an EGR pipe 40 for recirculating exhaust gas from the downstream side of the exhaust pipe catalyst 10 to the upstream side of the intake pipe compressor 4a is provided.
  • the EGR cooler 42 for cooling the EGR, the EGR valve 41 for controlling the EGR flow rate, the differential pressure sensor 43 for detecting the differential pressure before and after the EGR valve, and the EGR temperature sensor 44 for detecting the EGR temperature include an EGR pipe.
  • Each of 40 is attached at an appropriate position.
  • an intercooler bypass passage 47 that connects the downstream portion of the compressor 4a to the upstream portion of the throttle 2 is provided, and an intercooler bypass valve A45 and an intercooler bypass valve are provided for adjusting the amount of gas flowing in the intercooler bypass passage 47.
  • B46 is provided at the illustrated position.
  • Signals obtained from the airflow sensor 1, air-fuel ratio sensor 9, intake pressure sensor 14, differential pressure sensor 43, and EGR temperature sensor 44 are sent to an engine control unit (ECU) 20.
  • a signal obtained from the accelerator opening sensor 12 is sent to the ECU 20.
  • the accelerator opening sensor 12 detects the depression amount of the accelerator pedal, that is, the accelerator opening.
  • the ECU 20 calculates the required torque based on the output signal of the accelerator opening sensor 12. That is, the accelerator opening sensor 12 is used as a required torque detection sensor that detects a required torque for the engine.
  • ECU20 calculates the rotational speed of an engine based on the output signal of a crank angle sensor.
  • the ECU 20 optimally calculates main operating amounts of the engine such as the air flow rate, the fuel injection amount, the ignition timing, and the fuel pressure based on the operating state of the engine obtained from the outputs of the various sensors.
  • the fuel injection amount calculated by the ECU 20 is converted into a valve opening pulse signal and sent to the injector 13. Further, an ignition signal is sent to the spark plug 17 so as to be ignited at the ignition timing calculated by the ECU 20.
  • the throttle opening calculated by the ECU 20 is sent to the electronic control throttle 2 as a throttle drive signal. Further, the operation amount of the variable valve calculated by the ECU 20 is sent to the variable valve 5 as a variable valve drive signal.
  • the waste gate valve opening calculated by the ECU 20 is sent to the waste gate valve 11 as a waste gate valve drive signal. Further, the EGR valve opening calculated by the ECU 20 is sent to the EGR valve 41 as an EGR valve drive signal.
  • the intercooler bypass valve opening calculated by the ECU 20 is sent to the intercooler bypass valve A45 and the intercooler bypass valve A46 as an intercooler bypass valve drive signal.
  • the fuel is injected into the air flowing into the cylinder 15 from the intake pipe through the intake valve to form an air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture explodes due to sparks generated from the spark plug 17 at a predetermined ignition timing, and the piston is pushed down by the combustion pressure to become engine driving force. Further, the exhaust gas after the explosion is sent to the three-way catalyst 10 through the exhaust pipe 16, and the exhaust components are purified in the three-way catalyst 10 and discharged to the outside.
  • the EGR control area of the engine operation control apparatus according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG.
  • FIG. 10 is a system block diagram showing the configuration of the engine control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • Output signals of the air flow sensor 1, the air-fuel ratio sensor 9, the accelerator opening sensor 12, the intake pressure sensor 14, the differential pressure sensor 43, and the EGR temperature sensor 44 are input to the input circuit 20a of the ECU 20.
  • the input signal is not limited to these.
  • the input signal of each input sensor is sent to the input port in the input / output port 20b.
  • the value sent to the input port 20b is stored in the RAM 20c and processed by the CPU 20e.
  • a control program describing the contents of the arithmetic processing is written in advance in the ROM 20d.
  • the value indicating the operation amount of each actuator calculated in accordance with the control program is stored in the RAM 20c, then sent to the output port in the input / output port 20b, and sent to each actuator via each drive circuit.
  • Each circuit controls the electronic control throttle 2, the injector 13, the waste gate valve 11, the intercooler bypass valve A45, and the intercooler bypass valve B46, respectively.
  • the device includes the drive circuit in the ECU 20.
  • the present invention is not limited to this, and any of the drive circuits may be provided in the ECU 20.
  • the ECU 20 estimates the EGR rate based on the input signal, and controls the throttle valve 2, the intercooler bypass valve A45, and the intercooler bypass valve B46 when an acceleration request is generated in a large amount of EGR state.
  • FIG. 11 is a diagram showing an outline of the acceleration control logic executed in the ECU 20 of the engine control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • An EGR rate estimation unit, an acceleration determination unit, and an acceleration control unit are included.
  • the signal of the air flow sensor 1, the differential pressure sensor signal 43, and the EGR temperature sensor signal 44 are input to the EGR rate estimator and the EGR rate is calculated.
  • the accelerator opening signal 12 is input to the acceleration determination unit to determine whether or not the vehicle is currently in an acceleration state.
  • the EGR rate calculated by the EGR rate estimation unit, the acceleration determination flag output from the acceleration determination unit, and the intake pressure signal 14 are input to the acceleration control unit, and when acceleration control is necessary, Throttle and intercooler bypass valve control is performed.
  • the throttle control method for the accelerator opening of the acceleration control unit according to the second embodiment of the present invention is the same as in FIG.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the contents of acceleration control in the engine control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the control content shown in FIG. 12 is repeatedly executed by the ECU 20 at a predetermined cycle.
  • step S1201 the ECU 20 reads the accelerator opening signal 12.
  • step S1202 the signal of the air flow sensor 1 is read.
  • step S1203 the ECU 20 reads the differential pressure sensor signal 43.
  • step S1204 the EGR temperature sensor signal 44 is read.
  • step S1205 the EGR rate ⁇ EGR during intake is calculated from the read signal of the air flow sensor 1, the signal of the differential pressure sensor 43, and the signal of the EGR temperature sensor 44 using the following equation.
  • the EGR rate ⁇ EGR is obtained by the above-described equations (1) and (2).
  • step S1206 the magnitude relationship between the calculated EGR rate ⁇ EGR and a predetermined EGR rate threshold value ⁇ EGR_SL is compared to determine whether a condition that can cause a transient EGR decrease (spike) is generated. Determine whether or not. If so, it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) may occur, and the process proceeds to step S1208. If it is, it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) cannot occur, and the process proceeds to S1207, where the normal throttle control is performed, and the series of control is terminated.
  • step S1208 the degree of acceleration demand by the driver (here, the time change amount Ap / dt of the accelerator opening Ap is used) is calculated, and the magnitude relation with a predetermined threshold value (Ap / dt) SL is compared. Then, it is determined whether or not the condition is such that a transient EGR decrease (spike) can occur. If it is, it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) may occur, and the process proceeds to step S1209. If it is, it is determined that the condition is such that a transient EGR decrease (spike) cannot occur, and the process proceeds to S1207, where the normal throttle control is performed, and the series of control is terminated.
  • step S1209 the signal of the intake pipe pressure sensor 14 is read.
  • step S1210 the magnitude relationship between the read intake pressure Pm and the atmospheric pressure Patm is compared, and it is determined whether or not the condition is such that a transient EGR decrease (spike) can occur. If it is, it is determined that the condition can cause a transient EGR decrease (spike), and the process proceeds to step S1211. If it is, it is determined that the transition EGR reduction (spike) is not possible, and the process proceeds to S1207, where the normal throttle control is performed, and the series of control is terminated.
  • step S1212 Implement intercooler bypass valve control. Specifically, by opening the intercooler bypass valve A45 and closing the intercooler bypass valve B46, the distance from the EGR mixing portion to the cylinder is shortened, and the air-fuel mixture in which the EGR rate is reduced in the mixing portion is as much as possible. Make it reach the cylinder as soon as possible. Then, a series of control is complete
  • FIG. 13 shows a time chart of acceleration control by the engine control apparatus according to the second embodiment of the present invention. From the top in the figure, accelerator opening, throttle opening, intake pipe pressure downstream of throttle, fresh air (air) flow, EGR valve opening, EGR flow, intercooler bypass valve A opening, intercooler bypass valve B open The time change of the degree and the EGR rate of the cylinder part is shown. For reference, the results when the acceleration control is not performed are also shown by dotted lines. In this example, it is assumed that the vehicle is initially operating at an EGR rate equal to or higher than a predetermined value. Driver accelerates depressing the accelerator is started at time t 1. In this example, since the driver's degree of acceleration request is high, acceleration control is performed. As the accelerator opening increases, the throttle opening increases.
  • the intercooler bypass valve A is opened and the intercooler bypass valve B is closed, so that the flow path from the mixing portion of fresh air and EGR to the cylinder is shortened. It becomes a time t 2, the pressure Pm in the intake pipe reaches the atmospheric pressure Patm. Accordingly, the control for acceleration is shifted to the normal control, and the throttle opening increases to the level without the control for acceleration. Further, the intercooler bypass valve A is closed here, and the intercooler bypass valve B is opened.
  • acceleration ends and a steady operation state is entered.
  • the throttle valve control described above can suppress a rapid increase in the fresh air flow rate and suppress a decrease in the EGR rate even in the acceleration state from time t 1 to time t 3 .
  • the intercooler bypass valve A is opened, and the air-fuel mixture with a reduced EGR rate is introduced into the cylinder at an early stage.
  • the air-fuel mixture with a reduced EGR rate is introduced into the cylinder at the early stage of acceleration when the temperature in the combustion chamber is relatively low, knocking due to insufficient EGR can be suppressed.
  • the throttle valve is controlled based on the current EGR rate, the intake pipe pressure, and the driver acceleration request level by the acceleration control method described in this embodiment.
  • the control method for the intercooler bypass valve the reduction of the EGR rate during acceleration is suppressed, and at the same time, a mixture of fresh air and EGR is introduced into the cylinder at an early stage, resulting in deterioration of exhaustion and operability due to knocking. It becomes possible to suppress.
  • the engine control apparatus includes a turbocharger, a low-pressure EGR flow path that connects an exhaust pipe downstream of the turbocharger and an intake pipe upstream of a compressor of the supercharger, and a cylinder.
  • a control device for an internal combustion engine comprising a throttle valve for controlling the amount of inflow gas and an EGR valve for controlling the EGR flow rate in the EGR flow path, and operating at an EGR rate equal to or greater than a predetermined value.
  • the control amount of the throttle valve opening relative to the accelerator opening is made smaller than when the acceleration request is received in the state where the engine is operating at an EGR rate equal to or less than the predetermined value.
  • the feature is to implement "acceleration throttle control".
  • the engine control device further includes an acceleration request level determination means for determining the degree of the acceleration request from the driver, and the acceleration request is made when the vehicle is operating at an EGR rate equal to or higher than a predetermined value.
  • the acceleration throttle control is carried out when the determination means determines that the degree of acceleration request is a predetermined value or more.
  • the engine control device further includes an intake pipe pressure detecting means for detecting a pressure in the intake pipe downstream from the compressor of the supercharger, and the intake pipe pressure is detected when the acceleration is requested.
  • an intake pipe pressure detecting means for detecting a pressure in the intake pipe downstream from the compressor of the supercharger, and the intake pipe pressure is detected when the acceleration is requested. Is characterized in that the acceleration throttle control is performed in a period lower than the atmospheric pressure.
  • the acceleration throttle control is performed only during a period in which a temporary decrease in the EGR rate may occur ( ⁇ a period in which the intake pipe pressure is lower than the atmospheric pressure), so that deterioration in acceleration performance is minimized. It becomes possible to suppress.
  • a time between the time when the throttle starts operating and the time when the throttle ends operation is temporarily 5.
  • Waste gate valve drive circuit 20m ... EGR valve drive circuit 20j ... Intercooler bypass valve drive circuit 40 ... EGR pipe 41 ... EGR valve 42 ... EGR cooler 43 ... Differential pressure sensor 44 ... EGR temperature sensor 45 ... Intercooler bypass valve A 46 ... Intercooler bypass valve B 47 ... Intercooler bypass passage 100 ... Engine

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Abstract

 低圧EGR流路を備えた過給機つき内燃機関において、高EGR運転からの加速時に一時的に燃焼室内のEGR率が減少し、ノッキングの発生や空燃比ずれによる排気の悪化が生じる。 過給機と、前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧EGR流路と、シリンダへの流入ガス量を制御するためのスロットル弁と、前記EGR流路中にEGR流量を制御するためのEGRバルブを備えた内燃機関の制御装置であって、所定値以上のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時に、所定値以下のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時と比較して、アクセル開度に対する前記スロットル弁の開度の制御量を小さくする。

Description

内燃機関の装置
 本発明は、低圧EGR流路を備えた過給エンジンを制御する制御装置に関する。
 近年、自動車の燃費低減のためエンジンの効率を改善する試みがされている。その改善技術の1つが高圧縮比化である。圧縮比を高くすることで内燃機関の理論熱効率が向上する。一方で、エンジンのダウンサイジングも燃費低減策として開発が進んでいる。ダウンサイジングによりポンピングロスの低減、機械損失の低減が可能である。ただし、ダウンサイジングしたエンジンにおいてトルク(出力)を維持するためには過給圧力を上昇させる必要がある。
 高過給のエンジンシステムでは、異常燃焼の回避のため、排気の一部を吸気に戻すEGRシステムの導入が進んでいる。特に、過給領域においても大量のEGRをかけることが可能な低圧EGRシステムが着目されている。低圧EGRシステムとは、過給機のタービン下流の排気を、過給機のコンプレッサ上流に還流するものである。一般に低圧EGRシステムでは、排気と新気との合流部からシリンダまでの経路が長いこと、合流部がスロットル弁の上流部に存在すること等の要因によって減速運転時や加速運転時のような過渡時に排気ガス量が一時的に増加、或いは減少してEGR率を目標値に安定して導入することができない現象があった。したがって、このEGR率の過渡的な不適合によって空燃比の変動による排気悪化や、ノッキングによる騒音の発生、トルクの変動のほか、最悪の場合は失火に至るといった課題があった。
 特許文献1に記載の技術として、吸入空気量から現在の排気圧力を推定し、推定した排気圧力に基づいてEGR弁の開度を補正することによって、加速時におけるEGR率の一時的な減少を抑制するという技術が提案されている。
特開2012-251509号公報
 加速時におけるEGR率の一時的な減少は、スロットル開度が増加した際にスロットル上流(≒大気圧)の吸気がスロットル下流(=負圧)に急激に流れ込む際に、新気空気量の増加に対して還流される排気量(EGR量)の増加が遅れることに起因する。特許文献1に記載の技術は、加速直後にEGR弁の開度を一時的に増加させることでEGR量を増加させEGR率を適正に保つものであるが、新気空気量の急激な増加に合わせて、EGR量を増加させるためには、極めて高応答なEGR弁が必要となる。
 本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、EGR弁の応答性に依存することなくEGR率の一時的な減少を回避し、加速時のノッキングや排気悪化を抑制するエンジンの制御装置を提供することにある。
 上記目的を達成するために本発明の内燃機関の制御装置は、過給機と、前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧EGR流路と、シリンダへの流入ガス量を制御するための吸気量調整弁と、前記低圧EGR流路の排気ガス流量を制御するためのEGRバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、加速要求が入った時に、EGR率が大きい程、アクセル操作に対する前記吸気量調整弁の開度の制御量を小さくする加速用吸気量制御を実施することを特徴とする。
 本発明によれば、加速時のスロットル弁の上流から下流に流れる吸気の速度を抑制してスロットル弁制御により新気の急激な増加を抑制することで、加速時のEGR率の一時的な減少を回避し、排気悪化やノッキングを抑制することが可能となる。
本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置のシステム構成図である。 本発明の第1の実施形態によるエンジンの動作制御装置のEGR制御領域を示した図である。 従来の低圧EGRを備えた過給エンジンにおける加速時のEGR率の推移を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置のECU20内で実施される加速制御ロジックの概要図である。 本発明の第1の実施形態による加速制御部のアクセル開度に対するスロットル、EGR弁の制御方法を示した図である。 本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートである。 本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置のシステム構成図である。 本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置のECU20内で実施される加速制御ロジックの概要図である。 本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートである。
 以下、図1~図8を用いて、本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置の構成及び動作について説明する。 
 図1は、本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置を低圧EGR流路を備えた自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。
 エンジン100は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の4気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ1と、吸気を過給するための過給機のコンプレッサ4aと、吸気を冷却するためのインタークーラ7と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル2と、吸気マニホールド6内の圧力を計測する吸気圧力センサ14が吸気管の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン100には、各気筒のシリンダ15の中に燃料を噴射する燃料噴射装置(以下、インジェクタ)13と、点火エネルギーを供給する点火プラグ17が気筒ごとに備えられている。また、筒内に流入、または筒内から排出するガスを調整する可変バルブ5が、シリンダヘッドに備えられている。可変バルブ5を調整することにより、1番から4番まで全気筒の吸気量および内部EGR量を調整する。また、図示していないが燃料噴射装置13に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によって燃料噴射装置13と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。
 さらに、排気エネルギによって過給機のコンプレッサ4aに回転力を与えるためのタービン4bと、タービンに流れる排気流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁11と、排気を浄化する三元触媒10と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒10の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ9と、が排気管16の各々の適宜位置に備えられる。また、図示していないがクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサが備えられている。
 さらに、排気管の触媒10の下流から、吸気管のコンプレッサ4aの上流に排気を還流させるためのEGR管40を備えている。また、EGRを冷却するためのEGRクーラ42、EGR流量を制御するためのEGR弁41、EGR弁前後の差圧を検出する差圧センサ43、EGR温度を検出するEGR温度センサ44が、EGR管40の各々の適宜位置に、取りつけられている。
 エアフローセンサ1と空燃比センサ9と吸気圧センサ14と差圧センサ43とEGR温度センサ44から得られる信号は、エンジンコントロールユニット(ECU)20に送られる。また、アクセル開度センサ12から得られる信号がECU20に送られる。アクセル開度センサ12は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ECU20は、アクセル開度センサ12の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ12は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ECU20は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ECU20は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
 ECU20で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ13に送られる。また、ECU20で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火プラグ17に送られる。また、ECU20で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル2に送られる。また、ECU20で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ5へ送られる。また、ECU20で演算されたウェイストゲート弁開度は、ウェイストゲート弁駆動信号として、ウェイストゲート弁11へ送られる。また、ECU20で演算されたEGR弁開度は、EGR弁開度駆動信号として、EGR弁41へ送られる。
 吸気管から吸気バルブを経てシリンダ15内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ17から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管16を経て、三元触媒10に送りこまれ、排気成分は三元触媒10内で浄化され、外部へと排出される。
 図2は、本発明の第1の実施形態によるエンジンの動作制御装置のEGR制御領域を示した図である。太い破線の枠で囲まれた領域が排気ガスの還流される、いわゆるEGR領域である。この例では低負荷域、高回転域を除いた領域がEGR領域となっている。従来、この領域では燃料のリッチ化によるノック低減や排気温度上昇の抑制を図ってきたが、同領域にてCooled-EGRを導入しノック低減や排気温度抑制を図りつつ、理論空燃比による燃焼を行うことで、低燃費運転を実現することができるようになるものである。
 図3は従来の低圧EGRを備えた過給エンジンにおいて、図2に示す運転動作点Aから運転動作点Bへ加速した場合のアクセル開度、スロットル開度、EGR弁開度、吸気圧力、吸気流量、EGR流量、EGR率の時間的推移を説明する図である。図3のようにドライバがアクセルを踏み込んだ際に、アクセル開度に合わせてスロットル弁を開くと、過給機による吸入空気への圧縮仕事をスロットル弁7によって絞る結果、スロットル弁7の前後差圧が大きくなる。その状態から、目標EGR率を固定しつつスロットル弁を急激に開くと、スロットル弁の下流へ新気が一気に流入し、スロットル弁7の前後差圧が減少し、スロットルを通過する吸気流量が変動(増加)する。このとき、吸気流量の増加に伴って新気(空気)の流量も急激に増加する一方で、EGR量はタービン下流の排気圧力によって流量が決まるため、EGR量の増加は、新気流量の急激な増加に対して、緩やかとなる。以上より、一時的にEGR合流部のEGR率が著しく減少するスパイク現象を生じる。このようなEGR率のスパイクがシリンダに到達すると、空燃比制御精度の悪化やトルク制御精度の悪化、ノッキングによる運転性悪化を生じる問題があった。
 図4は、本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。エアフローセンサ1、空燃比センサ9、アクセル開度センサ12、吸気圧力センサ14、差圧センサ43、EGR温度センサ44の出力信号は、ECU20の入力回路20aに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート20b内の入力ポートに送られる。入力ポート20bに送られた値は、RAM20cに保管され、CPU20eで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ROM20dに予め書き込まれている。
 制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、RAM20cに保管された後、入出力ポート20b内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路20f、インジェクタ駆動回路20g、ウェイストゲート弁駆動回路20h、EGR弁駆動回路20mがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル2、インジェクタ13、ウェイストゲート弁11、EGR弁41を制御する。本実施形態においては、ECU20内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをECU20内に備えるものであってもよい。
 ECU20は、入力信号に基づいてEGR率を推定し、大量EGR状態において加速要求が生じた際に、スロットル弁2およびEGR弁41を制御する。
 図5は、本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置のECU20内で実施される加速制御ロジックの概要を示す図である。EGR率推定部、加速判定部、加速制御部から構成される。エアフローセンサ1の信号、差圧センサ43の信号、EGR温度センサ44の信号はEGR率推定部に入力され、EGR率の演算が実行される。アクセル開度センサ12の信号は加速判定部に入力され、現在加速状態か否かの判定がなされる。EGR率推定部により演算されたEGR率と、加速判定部から出力された加速判定フラグと、吸気圧力センサ14の信号は、加速制御部に入力され、加速制御が必要である場合に、加速用のスロットルおよびEGR弁制御が実施される。
 図6は本発明の第1の実施形態による加速制御部のアクセル開度に対するスロットル、EGR弁の制御方法を示した図である。図6(a)はアクセル開度に対するスロットルの制御方法を示している。通常、ドライバの操作に基づくアクセル開度と、エンジンの吸気量を制御するスロットル開度の目標値は、ほぼ線形的な関係となるようECU内に記憶されている。一方で、EGRが導入されており、かつ加速度が大きいと判定された場合には、加速用制御が適用される。加速用制御においては、通常のスロットル制御と比較して、同一のアクセル開度に対するスロットル開度が小さくなるようにスロットルを制御する。加速用制御においては、同一のアクセル開度に対するスロットル開度を可変することに代えて、加速要求の発生からスロットル開度を上昇する時期を通常のスロットル制御と比較して遅らせるようにしてもよい。図6(b)はアクセル開度に対するEGR弁の制御方法を示している。本実施例では通常、EGR領域内でのEGR弁開度の目標値は概ね一定となるようECU内に記憶されている。一方で、EGRが導入されており、かつ加速度が大きいと判定された場合には、加速用制御が適用される。加速用制御においては、通常のEGR弁開度と比較して、同一のアクセル開度に対するEGR弁開度が大きくなるようにスロットルを制御する。
 図7は、本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。図7に示す制御内容は、ECU20によって、所定の周期で繰り返し実行される。
 ステップS701において、ECU20は、アクセル開度信号12を読み込む。次に、ステップS702において、エアフローセンサ1の信号を読み込む。ステップS703において、ECU20は、差圧センサ43の信号を読み込む。次に、ステップS704において、EGR温度センサ44の信号を読み込む。次に、ステップS705において、読み込んだエアフローセンサ1の信号と差圧センサ43の信号とEGR温度センサ44の信号から、以下の式を用いて、吸気中のEGR率γEGRを演算する。
 EGR率γEGRは以下の式(1)および(2)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
     mair  :空気質量流量[g/s]
     mEGR :EGR質量流量[g/s]
     REGR  :EGRのガス定数 [Pa・m3/g・K]
     TEGR  :EGR温度[K]
     ΔPEGR:EGR弁前後差圧[Pa]
     C   :EGR弁の圧力損失係数
     ρ  :EGR密度 [g/m3]
 次に、ステップS706において、演算したEGR率γEGRと予め定められたEGR率しきい値γEGR_SLとの大小関係を比較して、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であるか否かを判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
であれば、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であると判定してステップS709に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
であれば、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得ない条件であると判定してS707へ進み通常スロットル制御を実施し、その後S708へ進み通常EGR弁制御を実施した後、一連の制御を終了する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
である場合には、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であると判定してステップS710に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
であれば、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得ない条件であると判定してS707へ進み通常スロットル制御を実施し、その後S708へ進み通常EGR弁制御を実施した後、一連の制御を終了する。
 ステップS710では、吸気管圧力センサ信号14を読み込む。次にステップS711に進み、読み込んだ吸気圧力Pmと大気圧Patmとの大小関係を比較して、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であるか否かを判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
である場合には、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であると判定してステップS712に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
である場合には、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得ない条件であると判定してS707へ進み通常スロットル制御を実施し、その後S708へ進み通常EGR弁制御を実施した後、一連の制御を終了する。
 ステップS712まで進んだ場合は、現在の加速条件が、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生する条件であると判定されているため、ここで加速用スロットル制御を実施した後、ステップS713にて加速用EGR制御を実施し、一連の制御を終了する。
 図8は、本発明の第1の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートを示している。図中上から、アクセル開度、スロットル開度、スロットル下流部の吸気管圧力、新気(空気)流量、EGR弁開度、EGR流量、シリンダ部のEGR率、の時間変化を示している。また、参考として加速用制御を実施しない場合の結果も点線にて併記している。この例では、始めに所定値以上のEGR率で運転している状態を想定している。時刻t1においてドライバがアクセルを踏み込み加速が開始する。この例では、ドライバの加速要求の度合いが高いため、加速用制御が実施される。アクセル開度の増加に伴い、スロットル開度およびEGR弁開度が上昇する。ここで、加速用制御なしの場合と比較してスロットル開度の上昇は緩やかとなるため、スロットルに流れる吸気量の急峻な増加が抑制され、新気(空気)流量の急峻な増加が抑制される。また、EGR弁開度の増加によって、加速用制御なしの場合と比較して、EGR流量が増加する。アクセル開度がさらに増加すると、図6(b)の関係に従いEGR弁開度は低下し元の開度に戻る。時刻t1から時刻t2の期間では、一時的にEGR弁開度が増大し、極大値は時刻t1から時刻t2の期間に収まる。時刻t2になると、吸気管の圧力Pmが大気圧Patmに達する。それに伴い加速用制御から通常制御に移行し、スロットル開度が加速用制御なしの水準まで増加する。時刻t3になると、加速が終了し、定常運転状態となる。上述のスロットル弁およびEGR弁の制御により、時刻t1からt3までの加速状態の中においても、新気流量とEGR流量を適切に制御し、EGR率を一定に保持することができる。
 本実施例に記載した加速制御方法によって、低圧EGR流路および過給機を備えたエンジンにおいて、現在のEGR率、吸気管圧力、ドライバ加速要求度合いに基づいて、スロットル弁およびEGR弁の制御方法を選択することによって、加速時のEGR率を適正に保ち、排気や運転性の悪化を抑制することが可能となる。
 本実施例では、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であるか否かをEGR率やアクセル開度の時間変化量とそれぞれに対する所定の閾値との比較で判定し、その判定結果に基づきスロットル弁の加速用制御の有無を決定する制御を説明したが、これに限られない。例えば、EGR率が大きい程、運転者の加速要求が大きいほど、スロットル開度の上昇度合いを抑制する度合いを大きくするように連続的に可変させてもよい。また、複数の閾値との比較で段階的にスロットル開度の上昇度合いを選択してもよい。
 また、ドライバからの加速要求の開始から所定の期間、スロットル弁の加速用制御を実施しない場合と比較して点火時期を遅角するように制御してもよい。
 また、スロットル弁の加速用制御に代えて、シリンダ15毎に設けられた吸気弁、ウェイストゲート弁11を制御して、加速時のEGR率を適正に保ってもよい。但し、ウェイストゲート弁11による加速用制御の場合は、過給を行う運転領域でのみ実施可能である。
 また、車両駆動用の動力源として車両駆動用モータをさらに備える、いわゆるハイブリッド自動車の場合には、スロットル弁の加速用制御を実施する場合に、ドライバからの加速要求の開始から所定の期間、車両駆動用モータの出力を増加させてもよい。これにより、スロットル弁の加速用制御中の加速性能の悪化を低減することができる。
 以下、図9~図13を用いて、本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置の構成及び動作について説明する。
 図9は、本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置を低圧EGR流路およびインタークーラバイパスを備えた自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。
 エンジン100は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の4気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ1と、吸気を過給するための過給機のコンプレッサ4aと、吸気を冷却するためのインタークーラ7と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル2と、吸気マニホールド6内の圧力を計測する吸気圧力センサ14が吸気管の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン100には、各気筒のシリンダ15の中に燃料を噴射する燃料噴射装置(以下、インジェクタ)13と、点火エネルギーを供給する点火プラグ17が気筒ごとに備えられている。また、筒内に流入、または筒内から排出するガスを調整する可変バルブ5が、シリンダヘッドに備えられている。可変バルブ5を調整することにより、1番から4番まで全気筒の吸気量および内部EGR量を調整する。また、図示していないが燃料噴射装置13に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によって燃料噴射装置13と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。
 さらに、排気エネルギーによって過給機のコンプレッサ4aに回転力を与えるためのタービン4bと、タービンに流れる排気流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁11と、排気を浄化する三元触媒10と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒10の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ9と、が排気管16の各々の適宜位置に備えられる。また、図示していないがクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサが備えられている。
 さらに、排気管の触媒10の下流から、吸気管のコンプレッサ4aの上流に排気を還流させるためのEGR管40を備えている。また、EGRを冷却するためのEGRクーラ42、EGR流量を制御するためのEGR弁41、EGR弁前後の差圧を検出する差圧センサ43、EGR温度を検出するEGR温度センサ44が、EGR管40の各々の適宜位置に、取りつけられている。
 さらに、コンプレッサ4aの下流部から、スロットル2の上流部をつなぐインタークーラバイパス流路47を備え、インタークーラバイパス流路47中を流れるガス量を調整するためインタークーラバイパス弁A45およびインタークーラバイパス弁B46が、図示した位置に供えられている。
 エアフローセンサ1と空燃比センサ9と吸気圧センサ14と差圧センサ43とEGR温度センサ44から得られる信号は、エンジンコントロールユニット(ECU)20に送られる。また、アクセル開度センサ12から得られる信号がECU20に送られる。アクセル開度センサ12は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ECU20は、アクセル開度センサ12の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ12は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ECU20は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ECU20は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
 ECU20で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ13に送られる。また、ECU20で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火プラグ17に送られる。また、ECU20で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル2に送られる。また、ECU20で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ5へ送られる。また、ECU20で演算されたウェイストゲート弁開度は、ウェイストゲート弁駆動信号として、ウェイストゲート弁11へ送られる。また、ECU20で演算されたEGR弁開度は、EGR弁駆動信号として、EGR弁41へ送られる。また、ECU20で演算されたインタークーラバイパス弁開度は、インタークーラバイパス弁駆動信号として、インタークーラバイパス弁A45およびインタークーラバイパス弁A46へ送られる。
 吸気管から吸気バルブを経てシリンダ15内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ17から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管16を経て、三元触媒10に送りこまれ、排気成分は三元触媒10内で浄化され、外部へと排出される。
 本発明の第2の実施形態によるエンジンの動作制御装置のEGR制御領域は、図2と同様である。
 図10は、本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。エアフローセンサ1、空燃比センサ9、アクセル開度センサ12、吸気圧力センサ14、差圧センサ43、EGR温度センサ44の出力信号は、ECU20の入力回路20aに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート20b内の入力ポートに送られる。入力ポート20bに送られた値は、RAM20cに保管され、CPU20eで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ROM20dに予め書き込まれている。
 制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、RAM20cに保管された後、入出力ポート20b内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路20f、インジェクタ駆動回路20g、ウェイストゲート弁駆動回路20h、インタークーラバイパス弁駆動回路20jがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル2、インジェクタ13、ウェイストゲート弁11、インタークーラバイパス弁A45およびインタークーラバイパス弁B46を制御する。本実施形態においては、ECU20内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをECU20内に備えるものであってもよい。
 ECU20は、入力信号に基づいてEGR率を推定し、大量EGR状態において加速要求が生じた際に、スロットル弁2およびインタークーラバイパス弁A45、インタークーラバイパス弁B46を制御する。
 図11は、本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置のECU20内で実施される加速制御ロジックの概要を示す図である。EGR率推定部、加速判定部、加速制御部から構成される。エアフローセンサ1の信号、差圧センサ信号43、EGR温度センサ信号44はEGR率推定部に入力され、EGR率の演算が実行される。アクセル開度信号12は加速判定部に入力され、現在加速状態か否かの判定がなされる。EGR率推定部により演算されたEGR率と、加速判定部から出力された加速判定フラグと、吸気圧力信号14は、加速制御部に入力され、加速用制御が必要である場合に、加速用のスロットルおよびインタークーラバイパス弁制御が実施される。
 本発明の第2の実施形態による加速制御部のアクセル開度に対するスロットル制御方法は図6(a)と同様である。
 図12は、本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。図12に示す制御内容は、ECU20によって、所定の周期で繰り返し実行される。
 ステップS1201において、ECU20は、アクセル開度信号12を読み込む。次に、ステップS1202において、エアフローセンサ1の信号を読み込む。ステップS1203において、ECU20は、差圧センサ信号43を読み込む。次に、ステップS1204において、EGR温度センサ信号44を読み込む。次に、ステップS1205において、読み込んだエアフローセンサ1の信号と差圧センサ43の信号とEGR温度センサ44の信号から、以下の式を用いて、吸気中のEGR率γEGRを演算する。EGR率γEGRは前述の式(1)および(2)で求められる。
 次に、ステップS1206において、演算したEGR率γEGRと予め定められたEGR率しきい値γEGR_SLとの大小関係を比較して、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であるか否かを判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
であれば、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であると判定してステップS1208に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
であれば、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得ない条件であると判定してS1207へ進み通常スロットル制御を実施し、一連の制御を終了する。
 ステップS1208では、ドライバによる加速要求の度合い(ここではアクセル開度Apの時間変化量Ap/dtを用いる)を演算し、予め定められたしきい値(Ap/dt)SLとの大小関係を比較して、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であるか否かを判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
である場合には、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であると判定してステップS1209に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
であれば、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得ない条件であると判定してS1207へ進み通常スロットル制御を実施し、一連の制御を終了する。
 ステップS1209では、吸気管圧力センサ14の信号を読み込む。次にステップS1210に進み、読み込んだ吸気圧力Pmと大気圧Patmとの大小関係を比較して、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であるか否かを判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
である場合には、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得る条件であると判定してステップS1211に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
である場合には、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生し得ない条件であると判定してS1207へ進み通常スロットル制御を実施し、一連の制御を終了する。
 ステップS1211まで進んだ場合は、現在の加速条件が、過渡的なEGR減少(スパイク)が発生する条件であると判定されているため、ここで加速用スロットル制御を実施した後、ステップS1212にてインタークーラバイパス弁制御を実施する。具体的には、インタークーラバイパス弁A45を開け、インタークーラバイパス弁B46を閉じることにより、EGR混合部からシリンダまでの距離を短くして、混合部においてEGR率が減少した混合気を可能な限り早くシリンダまで到達させる。その後、一連の制御を終了する。
 図13は、本発明の第2の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートを示している。図中上から、アクセル開度、スロットル開度、スロットル下流部の吸気管圧力、新気(空気)流量、EGR弁開度、EGR流量、インタークーラバイパス弁A開度、インタークーラバイパス弁B開度、シリンダ部のEGR率、の時間変化を示している。また、参考として加速用制御を実施しない場合の結果も点線にて併記している。この例では、始めに所定値以上のEGR率で運転している状態を想定している。時刻t1においてドライバがアクセルを踏み込み加速が開始する。この例では、ドライバの加速要求の度合いが高いため、加速用制御が実施される。アクセル開度の増加に伴い、スロットル開度が上昇する。ここで、加速用制御なしの場合と比較してスロットル開度の上昇は緩やかとなるため、スロットルに流れる吸気量の急峻な増加が抑制され、新気(空気)流量の急峻な増加が抑制される。同時に、インタークーラバイパス弁Aが開かれ、インタークーラバイパス弁Bが閉じられることで、新気とEGRとの混合部からシリンダまでの流路が短くなる。時刻t2になると、吸気管の圧力Pmが大気圧Patmに達する。それに伴い加速用制御から通常制御に移行し、スロットル開度が加速用制御なしの水準まで増加する。また、ここでインタークーラバイパス弁Aが閉じられ、インタークーラバイパス弁Bが開かれる。時刻t3になると、加速が終了し、定常運転状態となる。上述のスロットル弁制御により、時刻t1からt3までの加速状態の中においても、新気流量の急激な増加を抑制し、EGR率の減少を抑制をすることができる。また、加速直後にインタークーラバイパス弁Aを開き、EGR率が減少した混合気を早期にシリンダに導入するようにしている。これにより、燃焼室内温度が比較的低い加速初期の段階で、EGR率が減少した混合気がシリンダ内に導入されるため、EGR不足に起因したノッキングを抑制することが可能となる。
 本実施例に記載した加速制御方法によって、低圧EGR流路、インタークーラバイパス流路および過給機を備えたエンジンにおいて、現在のEGR率、吸気管圧、ドライバ加速要求度合いに基づいて、スロットル弁およびインタークーラバイパス弁の制御方法を選択することによって、加速時のEGR率の減少を抑えると同時に早期に新気とEGRとの混合気をシリンダに導入し、排気悪化やノッキングによる運転性悪化を抑制することが可能となる。
 以上説明した通り本発明のエンジン制御装置は、過給機と、前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧EGR流路と、シリンダへの流入ガス量を制御するためのスロットル弁と、前記EGR流路中にEGR流量を制御するためのEGRバルブを備えた内燃機関の制御装置であって、所定値以上のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時に、所定値以下のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時と比較して、アクセル開度に対する前記スロットル弁の開度の制御量を小さくする「加速用スロットル制御」を実施すること、特徴としている。
 かかる構成により、加速時のスロットル弁の上流から下流に流れる吸気の速度を抑制し、新気の増加量を低下させて、EGR率を適正に保つことが可能となる。
 また、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、ドライバからの加速要求の度合いを判定する加速要求度判定手段をさらに備え、所定値以上のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時に、前記判定手段により加速要求度が所定値以上であると判断された場合に、前記加速用スロットル制御を実施すること、特徴としている。
 かかる構成により、急峻な加速時にのみ前記加速用スロットル制御を実施するため、それ以外の運転条件における加速性能の悪化を防止することが可能となる。
 更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、前記過給機のコンプレッサより下流の吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力検出手段をさらに備え、前記加速要求時に、前記吸気管圧力が大気圧力よりも低い期間に、前記加速用スロットル制御を実施することを特徴としている。
 かかる構成により、EGR率の一時的な減少が発生し得る期間(≒前記吸気管圧力が大気圧力よりも低い期間)にのみ前記加速用スロットル制御を実施するため、加速性能の悪化を最小限に抑えることが可能となる。
 更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、前記加速用スロットル制御を実施する場合に、スロットルが動作を開始する時刻と、スロットルが動作を終了する時刻の間に、一時的にEGR弁の開度を増加させること、を特徴とする請求項1から4に記載の内燃機関の制御装置。
 かかる構成により、加速時の新気の増加量を低下させるとともに、EGRを増加させることにより、より確実にEGR率の一時的な減少を回避することが可能となる。
1…エアフローセンサ
2…スロットル弁
4…過給機
4a…コンプレッサ
4b…タービン
5…可変バルブ
6…吸気マニホールド
7…インタークーラ
9…空燃比センサ
10…三元触媒
11…ウェイストゲート弁
12…アクセル開度センサ
13…筒内直接噴射用インジェクタ
14…吸気圧力センサ
15…シリンダ
16…排気管
17…点火プラグ
20…ECU
20a…入力回路
20b…入出力ポート
20c…RAM
20d…ROM
20e…CPU
20f…スロットル弁駆動回路
20g…インジェクタ駆動回路
20h…ウェイストゲート弁駆動回路
20m…EGR弁駆動回路
20j…インタークーラバイパス弁駆動回路
40…EGR管
41…EGR弁
42…EGRクーラ
43…差圧センサ
44…EGR温度センサ
45…インタークーラパイパス弁A
46…インタークーラパイパス弁B
47…インタークーラパイパス流路
100…エンジン

Claims (12)

  1.  過給機と、
     前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧EGR流路と、
     シリンダへの流入ガス量を制御するための吸気量調整弁と、
     前記低圧EGR流路の排気ガス流量を制御するためのEGRバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
     加速要求が入った時に、EGR率が大きい程、アクセル操作に対する前記吸気量調整弁の開度の制御量を小さくする加速用吸気量制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2.  請求項1記載の内燃機関の制御装置であって、
     前記加速用吸気量制御は、所定値以上のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時に、所定値以下のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時と比較して、アクセル操作に対する前記吸気量調整弁の開度の制御量を小さくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3.  請求項2記載の内燃機関の制御装置であって、
     前記加速用吸気量制御は、加速要求が所定値以上であるときに、前記加速用吸気量制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置
  4. 請求項3記載の内燃機関の制御装置であって、
    運転者の加速要求を、運転者のアクセル操作量の変化量もしくはアクセル操作量の変化率に基づいて判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 請求項1記載の内燃機関の制御装置であって、
    加速要求時に、前記過給機のコンプレッサより下流の吸気管内の圧力が大気圧力よりも低い期間に、前記加速用吸気量制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  6. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記加速用吸気量制御を実施する場合に、吸気量調整弁が動作を開始する時刻と吸気量調整弁が動作を終了する時刻との間に、一時的にEGR弁の開度を増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  7. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記加速用吸気量制御を実施する場合に、吸気量調整弁が動作を開始する時刻と吸気量調整弁が動作を終了する時刻との間に、前記EGR弁の開度が極大値を持つように前記EGR弁を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  8. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関は、前記吸気量調整弁上流の吸気流路中の吸気を冷却するためのインタークーラと、前記インタークーラを経由せずに前記タービン下流の吸気を前記吸気量調整弁上流にバイパスさせるインタークーラバイパス流路と、前記インタークーラパイパス流路中に前記インタークーラパイパス流路を流れる吸気量を制御するための吸気バイパス弁と、を備え、前記加速用吸気量制御を実施する場合に、前記吸気バイパス弁を開くことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  9. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記加速用吸気量制御を実施する場合に、加速要求の開始から所定の期間、前記加速用吸気量制御を実施しない場合と比較して点火時期を遅角することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  10. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関の制御装置は、車両駆動用の動力源として車両駆動用モータをさらに備える自動車に搭載され、前記加速用吸気量制御を実施する場合に、加速要求の開始から所定の期間、前記車両駆動用モータの出力を増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  11.  過給機と、
     前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧EGR流路と、
     シリンダへの流入ガス量を制御するための吸気量調整弁と、
     前記低圧EGR流路の排気ガス流量を制御するためのEGRバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
    所定値以上のEGR率で運転している状態において加速要求が入った時に、アクセル開度の上昇に対して前記吸気量調整弁開度の上昇を遅らせるよう前記吸気量調整弁を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  12. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記吸気量調整弁はシリンダ上流に設けられ、アクセル開度に応じて開度が可変するスロットル弁、前記スロットル弁下流にシリンダ毎に設けられた吸気弁、前記タービンに流れる排気流量を調整するウェイストゲート弁と、のいずれかであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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