JP2009108759A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両に搭載される内燃機関において、高精度なＥＧＲ装置の制御により排気性状および燃費の改善を実現する。
【解決手段】エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン１２０の運転状態に応じて還流ガスの制御目標流量を設定するとともに、該制御目標流量に基づいて生成された開度指令値に従ってＥＧＲバルブ５０２を制御する。エンジンＥＣＵ１０００は、ノッキング発生時の運転状態に基づいてＥＧＲバルブ５０２の流量低下の発生を検出すると、該制御目標流量を確保するための実際のＥＧＲバルブの開度である実開度を学習する。さらに、エンジンＥＣＵ１０００は、学習した実開度を、ノッキング発生時の機関運転状態における開度指令値、および該機関運転状態と制御目標流量を同じとするノッキング非発生時の機関運転状態における開度指令値としてＥＧＲ制御に反映させる。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関と他の駆動源とを備えたハイブリッド車両における内燃機関の制御装置に関する。

特開２００５−１７１７６５号公報（特許文献１）は、排気通路から吸気通路へ排気を還流する排気還流通路に設けられた排気還流制御弁の開度を調整することにより排気還流量を制御する排気還流装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置とも称する）を有する内燃機関の制御装置を開示する。

この内燃機関の制御装置によると、エンジン回転数を目標値に向けてフィードバック制御するアイドル回転数フィードバック制御中に、排気還流制御弁を一時的に開作動し、この開作動により変化する制御パラメータに基づいて、排気還流制御弁の開度補正値を算出する。そして、算出された開度補正値を点火時期の設定に反映させることにより、経時劣化や環境要因の変化等に起因する排気還流制御弁の開度の誤差・ばらつきを有効に相殺・吸収して、点火時期を精度良く設定する。
特開２００５−１７１７６５号公報 特開２００４−１１６４６６号公報

ところで、近年環境問題の対策の一つとして、内燃機関の他の駆動力源として電動機をさらに備えたハイブリッド車両が注目されている。ハイブリッド車両においては、運転者のアクセル操作量に関係なく、エンジンによる運転と電動機による運転とが自動的に切換えられて、最も効率が良くなるように制御される。

このハイブリッド車両に搭載されたエンジンにおいては、排気性状の改善のために、燃焼安定性が良い理論空燃比での燃焼が採用されている。しかしながら、高出力領域では、燃焼熱が増加することによって排気ガス温度が上昇するため、浄化装置の排ガス浄化触媒の劣化が進行するおそれがある。そのため、従来より、高出力領域では、燃料噴射量を適切に増量させることによって、燃焼しない燃料の気化潜熱によって排気ガス温度の上昇を抑えて排ガス浄化触媒の劣化を抑制することが行なわれている。

しかしながら、このような燃料噴射量を増量させて排気ガス温度の上昇を抑える方法では、温度調整に要する燃料噴射量の増量分に起因して燃費が悪化するという不具合がある。また、理論空燃比よりもリッチ側で燃料が行なわれるために、排気性状が悪化するという問題が起きてしまう。

これに対しては、ＥＧＲ装置を作動させて排気を燃焼室に還流させることによって、燃料室内の燃焼を緩慢にして排気ガス温度の上昇を抑えることができる。しかしながら、燃焼室に排気を還流させると、新気、すなわち外部から供給される新しい空気が減少して実質的に可燃空気量が減少するため、機関出力が低下する。そのため、従来のエンジンを駆動力源とする車両においては、高出力領域では機関出力を確保するためにＥＧＲ装置を停止せざるを得ず、排気ガス温度の上昇を抑えることが困難とされていた。この点について、ハイブリッド車両は、エンジン負荷が所定値以上の高負荷時には電動機を駆動させてエンジンをアシストする構成となっていることから、高出力領域においてもＥＧＲ装置を作動させることが可能となる。これにより、燃料噴射量を増加させることなく排気ガス温度の上昇を抑制することができるため、理論空燃比での燃焼を維持することができる。

しかしながら、このように高出力領域でＥＧＲ装置を作動させる方法は、排気性状および燃費の改善に有効であるものの、環境要因の変化や経年劣化等によって排気還流量の制御目標値と実際の値との間に偏差が生じると、直ちに排気ガス温度の上昇に繋がる可能性がある。したがって、ＥＧＲ装置においては高精度な還流制御弁の制御が必要とされる。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関において、高精度なＥＧＲ装置の制御により排気性状および燃費の改善を実現することである。

この発明のある局面に従えば、内燃機関の制御装置は、内燃機関と他の駆動力源とを備えた車両における内燃機関の制御装置である。内燃機関には、排気ガスの一部を還流弁を介して再度内燃機関の吸気管に還流させるための排気ガス還流装置が設けられる。制御装置は、機関運転状態に応じて排気ガス還流装置による還流ガスの制御目標流量を設定するとともに、制御目標流量に基づいて生成された開度指令値に従って還流弁を制御する還流ガス制御手段と、内燃機関のノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態に基づいて、排気ガス還流装置による還流ガスの制御目標流量からの流量低下の発生を検出する還流装置異常検出手段と、流量低下が検出されたときに、ノッキング検出手段からの検出信号に基づいて、制御目標流量を確保するための実際の還流弁の開度である実開度を学習する実開度学習手段とを備える。還流ガス制御手段は、学習した実開度を、ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態における開度指令値、および該機関運転状態と制御目標流量を同じとするノッキング非発生時の機関運転状態における開度指令値として、還流弁の制御に反映させる。

好ましくは、内燃機関の制御装置は、ノッキングの発生に応じて基本点火時期に対する遅角量を算出する点火時期制御手段と、ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態が、排気ガス還流装置の作動領域であるか否かを判定する作動領域判定手段とをさらに備える。還流装置異常検出手段は、算出された遅角量が所定の閾値を上回るときであって、かつ、ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態が排気ガス還流装置の作動領域であるときに、流量低下を検出する。

好ましくは、実開度学習手段は、開度指令値を漸増させながら還流弁を駆動し、この駆動によりノッキング検出手段からの検出信号が入力されなくなったときの開度指令値を、実開度として取得する。

好ましくは、排気ガス還流装置は、還流弁を駆動するステップモータを含む。実開度学習手段は、目標ステップ数を漸増させながらステップモータを駆動し、この駆動によりノッキング検出手段からの検出信号が入力されなくなったときの目標ステップ数を、実開度に相当する実ステップ数として取得する。

好ましくは、還流ガス制御手段は、機関運転状態ごとに、制御目標流量に基づいて生成された開度指令値を予め所有しており、制御目標流量を同じとする複数の機関運転状態に対して、該制御目標流量に対応して学習した実開度を、開度指令値として還流弁の制御に反映させる。

この発明によれば、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関において、ＥＧＲ装置の制御を高精度に行なうことができるため、機関運転状態に拘らず理論空燃比での燃焼が可能となる。その結果、環境性能および燃費性能のさらなる向上が実現される。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、本発明の実施の形態による内燃機関の制御装置が搭載される車両の一例として示されるハイブリッド車両の構成を説明するブロック図である。なお、本発明は図１に示すハイブリッド車両に限定されない。

ハイブリッド車両は、駆動源としての、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジンという）１２０と、モータジェネレータ（ＭＧ）１４０を含む。なお、図１においては、説明の便宜上、モータジェネレータ１４０を、モータ１４０Ａとジェネレータ１４０Ｂ（あるいはモータジェネレータ１４０Ｂ）と表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、ジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。

ハイブリッド車両には、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０で発生した動力を駆動輪１６０に伝達したり、駆動輪１６０の駆動をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０に伝達する減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とジェネレータ１４０Ｂとの２経路に分配する動力分割機構（たとえば、遊星歯車機構）２６０と、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力を充電する走行用バッテリ２２０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータ１４０Ａおよびジェネレータ１４０Ｂの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、走行用バッテリ２２０とインバータ２４０との間で電圧変換を行なう昇圧コンバータ２４２と、走行用バッテリ２２０の充放電状態を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１０２０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ１０００と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０およびバッテリＥＣＵ１０２０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ１０１０と、バッテリＥＣＵ１０２０、エンジンＥＣＵ１０００およびＭＧ＿ＥＣＵ１０１０等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ１０３０等を含む。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成しているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ１０１０とＨＶ＿ＥＣＵ１０３０とを統合したＥＣＵとすることがその一例である）。

動力分割機構２６０は、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂとの両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂの回転数を制御することにより、動力分割機構２６０は無段変速機としても機能する。エンジン１２０の回転力はプラネタリーキャリア（Ｃ）に入力され、それがサンギヤ（Ｓ）によってモータジェネレータ１４０Ｂに、リングギヤ（Ｒ）によってモータおよび出力軸（駆動輪１６０側）に伝えられる。回転中のエンジン１２０を停止させる時には、エンジン１２０が回転しているので、この回転の運動エネルギをモータジェネレータ１４０Ｂで電気エネルギに変換して、エンジン１２０の回転数を低下させる。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、発進時や低速走行時等であってエンジン１２０の効率が悪い場合には、モータジェネレータ１４０のモータ１４０Ａのみによりハイブリッド車両の走行を行ない、通常走行時には、たとえば動力分割機構２６０によりエンジン１２０の動力を２経路に分け、一方で駆動輪１６０の直接駆動を行ない、他方でジェネレータ１４０Ｂを駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータ１４０Ａを駆動して駆動輪１６０の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ２２０からの電力をモータ１４０Ａに供給してモータ１４０Ａの出力を増大させて駆動輪１６０に対して駆動力の追加を行なう。一方、減速時には、駆動輪１６０により従動するモータ１４０Ａがジェネレータとして機能して回生発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ２２０に蓄える。なお、走行用バッテリ２２０の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１２０の出力を増加してジェネレータ１４０Ｂによる発電量を増やして走行用バッテリ２２０に対する充電量を増加する。もちろん、低速走行時でも必要に応じてエンジン１２０の駆動量を増加する制御を行なう。たとえば、上述のように走行用バッテリ２２０の充電が必要な場合や、エアコン等の補機を駆動する場合や、エンジン１２０の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合等である。

次に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ１０００によって制御されるエンジン１２０について説明する。図２は、エンジンＥＣＵ１０００によって制御されるエンジンシステムの概略構成図である。

図２を参照して、このエンジンシステムにおいては、エアクリーナ２００を介した空気が、エンジン１２０の燃焼室に導入される。その際、吸入空気量がエアフローメータ２０２により検知されて、エンジンＥＣＵ１０００に吸入空気量を表わす信号が入力される。また、スロットルバルブ３００の開度により、吸入空気量が変化する。このスロットルバルブ３００の開度は、エンジンＥＣＵ１０００からの信号に基づいて作動したスロットルモータ３０４により変化される。スロットルバルブ３００の開度は、スロットルポジションセンサ３０２により検知されて、エンジンＥＣＵ１０００にスロットルバルブ３００の開度を表わす信号が入力される。

燃料は、フューエルタンク４００に貯蔵され、フューエルポンプ４０２により高圧フューエルポンプ８００を介して高圧フューエルインジェクタ８０４から燃焼室に噴射される。インテークマニホールドから導入された空気と、フューエルタンク４００から高圧フューエルインジェクタ８０４を介して燃焼室に噴射された燃料との混合気が、エンジンＥＣＵ１０００から制御信号が入力されるイグナイタ一体式イグニッションコイル８０８を用いて着火されて燃焼する。なお、図２のように、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタを設ける構成以外に、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタを設ける構成、あるいは、筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの双方を設ける構成としてもよい。

混合気が燃焼した後の排気ガスは、イグゾーストマニホールドを通り、三元触媒コンバータ９００および三元触媒コンバータ９０２を通って、大気に排出される。

このエンジンシステムは、図２に示すように、三元触媒コンバータ９００の下流側からＥＧＲパイプ５００を通ってＥＧＲバルブ５０２によりその流量が制御されるＥＧＲ装置を有する。このＥＧＲ装置は、排気ガス再循環装置とも呼ばれ、エンジン１２０から排出される排気ガスの一部を吸気系へ再循環させ、新しい混合気と混ぜて燃焼温度を下げることにより、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制したり、ポンピングロスを抑制して燃費向上を図るものである。

図３に、図２のＥＧＲ装置の部分を拡大した図を、図４にＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ５０２の部分を拡大した図を示す。

図３および図４に示すように、ＥＧＲガスは、三元触媒コンバータ９００を通過した後の排気ガスがＥＧＲパイプ５００を通ってＥＧＲバルブ５０２まで導入される。ＥＧＲバルブ５０２は、エンジンＥＣＵ１０００によりデューティ制御が実行されている。エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン回転数、アクセルポジションセンサ１０２からの信号などの各種の信号に基づいて、ＥＧＲバルブ５０２の開度を制御する。

また、図３に示すように、ＥＧＲバルブ５０２は、エンジンＥＣＵ１０００からの制御信号により動作するステッピングモータ５０２Ａと、ステッピングモータ５０２Ａによりリニアにバルブ開度が制御されるポペットバルブ５０２Ｃと、リターンスプリング５０２Ｂとを含む。燃焼室に還流されるＥＧＲガスは高温のため、ＥＧＲバルブ５０２の性能や耐久性に悪影響を及ぼすため、エンジンの冷却水により冷却するための冷却水通路５０２Ｄが設けられている。

ＨＶ＿ＥＣＵ１０３０には、エンジンＥＣＵ１０００を経由して、エンジン回転数センサ（図示せず）にて検知されたエンジン回転数を表わす信号、および、アクセルポジションセンサ１０２からの信号が入力される。また、ＨＶ＿ＥＣＵ１０３０には、車輪速センサ（図示せず）にて検知された車速を表わす信号が入力される。ＨＶ＿ＥＣＵ１０３０は、これらの信号に基づいて、エンジンＥＣＵ１０００にエンジン制御信号（例えば、スロットル開度信号）を出力する。

エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン制御信号や他の制御信号に基づいて、エンジン１２０に電子スロットル制御信号を出力する。また、エンジンＥＣＵ１０００は、後述する方法によって、エンジン１２０の運転状態に基づいてＥＧＲバルブ５０２の開度を調整するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をステッピングモータ５０２Ａへ出力する。

なお、本実施の形態では、ＥＧＲ装置におけるＥＧＲバルブ５０２は、ステッピングモータ５０２Ａによりポペットバルブ５０２Ｃが駆動されるものと説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、ステッピングモータ５０２Ａのような電気式アクチュエータではなく、ソレノイドバルブとダイヤフラムを有する空気アクチュエータとにより構成される空気制御式のＥＧＲバルブであってもよい。

再び図２を参照して、このエンジンシステムには、このようなＥＧＲ装置の他に、以下に示すシステムが導入されている。

このエンジンシステムには、燃料噴射制御システムが導入され、エアフローメータ２０２およびバキュームセンサ３０６によって吸入空気量を検出し、燃料噴射量が制御される。エンジンＥＣＵ１０００は、各センサからの信号により、最適な燃焼状態となるように、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じた燃料噴射量および燃料噴射時期の制御を行なう。

また、このエンジンシステムにおいては、エンジン回転数と吸入空気量（バキュームセンサ３０６およびエアフローメータ２０２により検出）により燃料噴射量が決定される。また、始動後の空燃比は、酸素センサ７１０，７１２からの信号によりフィードバック制御される。すなわち、燃料噴射制御は、エンジンの状態に応じて演算した基本噴射時間に、各センサの信号に補正を加え、燃料噴射時期制御および噴射量制御が実行される。

また、このエンジンシステムには、点火時期制御システムが導入されている。エンジンＥＣＵ１０００は、各センサからの信号により最適な点火時期を算出し、イグナイタ一体式イグニッションコイル８０８に点火信号を出力する。点火時期は、初期セット点火時期または基本進角度および補正進角度により決定される。また、このエンジンシステムには、ノックセンサ７０４からのノック検出信号に基づいてノッキングの発生が検出されると、点火時期を基本点火時期（エンジン１２０の回転数や負荷に応じて決定される点火時期）から遅角させて、ノッキングが発生しなくなると徐々に進角させるノックコントロールシステム（ＫＣＳ）が導入されている。

エンジンの点火時期の算出は、エンジン回転数信号、カムポジションセンサからの信号、吸気流量の信号、スロットルバルブ開度信号、エンジン冷却水用信号などに基づいて、エンジンＥＣＵ１０００が運転状態に応じて算出して、イグナイタ一体式イグニッションコイル８０８へ点火信号を出力する。すなわち、点火時期制御は、エンジンの状態に応じて演算した基本点火時期に、各センサの信号による補正を加え、適正な点火時期を算出する。

また、このエンジンシステムには、スロットル制御システムが導入されている。このスロットル制御システムは、エンジンの状態に応じて演算したスロットルバルブ３００の開度に、各センサの信号による補正を加えて、適正な開度になるように制御される。すなわち、エンジンの燃焼状態に応じた適切なスロットルバルブ３００の開度になるように、エンジンＥＣＵ１０００がスロットルバルブ３００の開度をスロットルモータ３０４を用いて制御する。

また、このエンジンシステムは、アイドル回転数制御システムが導入されている。このアイドル回転数制御システムは、エンジン冷却水温に応じたファーストアイドル回転数、エンジン暖気後のアイドル回転数を制御する。アイドル回転数制御は、エアフローメータ２０２およびバキュームセンサ３０６からの信号に基づいて吸入空気量を算出し、エンジンＥＣＵ１０００が最適なスロットルバルブ３００の開度およびインジェクタ開弁時間を算出し、アイドル回転数を目標回転数に近づける。

また、図１には記載していないが、スロットルモータによるアイドル回転数制御の他に、アイドルスピードコントロールバルブによる制御方法もある。このアイドルスピードコントロールバルブは、スロットルバルブのバイパス通路に流れる空気量を調整して、アイドル回転数を制御する。

（エンジンＥＣＵのＥＧＲ制御）
以下に、本実施の形態に従うエンジンＥＣＵ１０００により実行されるＥＧＲバルブ５０２の開度制御（以下、ＥＧＲ制御とも称する）について詳細に説明する。

エンジンＥＣＵ１０００は、図５に示されるように、エンジン１２０の運転状態（エンジン回転数および負荷）においてＥＧＲ装置を作動させる作動領域を予め設定しておき、読み込んだスロットル開度、吸入空気量、エンジン回転数および冷却水温等の各データに基づいて、エンジン１２０の運転状態がＥＧＲ作動領域であるか否かを判定する。エンジン１２０の運転状態がＥＧＲ作動領域であると判定されると、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲバルブ５０２を開弁させる。こうして排気ガスの一部を吸気系に還流させることにより排気ガス中のＮＯｘの低減が図られている。

ここで、図５を参照して、ＥＧＲ作動領域は、エンジン１２０の中低負荷運転状態（領域ＲＧＮ１に相当）と高出力（高負荷高回転）運転状態（領域ＲＧＮ２に相当）とにそれぞれ設定されている。本実施の形態に従うＥＧＲ制御は、高出力運転時にもＥＧＲ装置を作動させる点において、エンジン１２０の高出力運転時には、新気の供給量を増やして機関出力を確保するためにＥＧＲ装置を停止させる従来のＥＧＲ制御とは相違する。

このような構成としたことにより、高出力運転時においても多量の排気を吸気系に還流させることによって新気が減少して実質的に可燃空気量が減少することから、燃料および酸素の密度が低い状態で理論空燃比（すなわち、空気過剰率λ＝１）に近づけることができる。また、燃焼熱が混合気中の排気によって吸収されるため、排気ガス温度の調整のための燃料噴射量の増量を抑えることができる。なお、ＥＧＲ装置を作動させたことによってエンジン１２０の出力が低下するが、モータジェネレータ１４０を駆動させてエンジン出力をアシストすることにより、所望の車両駆動力を得ることができる。その結果、排気ガス温度の上昇を抑えながら理論空燃比での燃焼が可能となるため、排気性状および燃費性能を改善することができる。

その一方で、このような理論空燃比での燃焼を実現させるためには、高精度にＥＧＲバルブ５０２の開度を制御することが必要となる。特に、ＥＧＲバルブ５０２において、経年劣化等により吸気系に還流される排気ガスの流量が少なくなる流量低下が発生した場合には、排気還流量の制御目標値と実際の値との間に偏差が生じてしまい、排気ガス温度の上昇に繋がる可能性がある。

そこで、この発明の実施の形態による内燃機関の制御装置は、以下に述べるように、エンジン１２０のノッキングの発生が検出されたときには、ノッキング発生時のエンジン１２０の運転状態に基づいてＥＧＲバルブ５０２の流量低下を検出するとともに、ノッキング発生時の排気還流量の制御目標値を確保するのに必要な実際のＥＧＲバルブ５０２の開度である実開度を学習する構成とする。さらに、この学習した実開度を、当該排気還流量の制御目標値に対応するＥＧＲバルブ５０２の開度指令値として、ノッキング非発生時のエンジン１２０の運転状態におけるＥＧＲ制御にも反映させる構成とする。

図６は、この発明の実施の形態に従うエンジンＥＣＵ１０００で実行されるＥＧＲバルブ５０２の開度制御を説明するためのフローチャートである。

図６を参照して、一連の制御が開始されると、エンジンＥＣＵ１０００は、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」であるか否か、すなわち、ノックセンサ７０４（図２）においてノッキングの発生が検出されたか否かを判定する（ステップＳ０１）。なお、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫは、エンジンＥＣＵ１０００にて実行されるＫＣＳ制御ルーチンにおいて、ノックセンサ７０４からノック検出信号を入力された場合には「１」にセットされ、ノック検出信号が入力されない場合には「０」にクリアされる。

ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「０」である場合（ステップＳ０１においてＮＯの場合）には、エンジンＥＣＵ１０００は、さらに、学習制御フラグＦＥＧＲＲＥが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ０８）。学習制御フラグＦＥＧＲＲＥは、後述するように、ＥＧＲバルブ５０２の流量低下が検出されたことを受けてＥＧＲバルブ５０２の実開度の学習制御が行なわれている場合に「１」にセットされ、該学習制御が行なわれていない場合には「０」にクリアされる。したがって、学習制御フラグＦＥＧＲＲＥが「１」でない場合（ステップＳ０８においてＮＯの場合）には、エンジンＥＣＵ１０００は、一連の処理を終了する。

これに対して、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」である場合（ステップＳ０１においてＹＥＳの場合）には、エンジンＥＣＵ１０００は、ＫＣＳ制御ルーチンにおいて、ノックセンサ７０４からのノック検出信号に応じて算出される基本点火時期に対する遅角量θＫを取得する。そして、この取得した遅角量θＫが所定の遅角量αよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ０２）。

ここで、ＫＣＳ制御では、基本点火時期に対する遅角量θＫは、ノックセンサ７０４により検出されるノッキングの発生頻度・度合いが高くなるほど大きくなるように設定される。たとえば、ＥＧＲ装置に異常があって吸気系に還流される排気ガスの流量が少なくなる流量低下が生じた場合や、燃焼室内のデポジット堆積量が多い場合には、発生頻度・度合いが高いため、遅角量θＫは大きい値に設定される。これに対して、その他の要因、たとえば吸入空気温度および冷却水温度が高い場合には、ノッキングの発生頻度・度合いが低くなるため、遅角量θＫは小さい値に設定される。

そこで、エンジンＥＣＵ１０００は、所定の閾値αを予め設定しておき、算出された遅角量θＫが所定の閾値αを超える場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）には、ＥＧＲバルブの流量低下または燃焼室内のデポジット堆積量に起因してノッキングが発生していると判断し、ステップＳ０３に示すＥＧＲバルブ５０２の流量低下を検出するための処理を実行する。

その一方で、遅角量θＫが所定の閾値α以下の場合（ステップＳ０２においてＮＯの場合）には、エンジンＥＣＵ１０００は、車両の走行状態や使用環境条件等に起因してノッキングが発生していると判断して一連の処理を終了する。

次に、エンジンＥＣＵ１０００は、遅角量θＫが所定の閾値αよりも大きい場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）には、ＥＧＲ作動判定フラグＦＥＧＲが「１」であるか否か、すなわち、エンジン１２０の運転状態がＥＧＲ作動領域であるか否かを判定する（ステップＳ０３）。なお、ＥＧＲ作動判定フラグＦＥＧＲは、エンジンＥＣＵ１００によって、エンジン１２０の運転状態がＥＧＲ作動領域（図５中の領域ＲＧＮ１またはＲＧＮ２に相当）である場合には「１」にセットされ、エンジン１２０の運転状態がＥＧＲ作動領域でない場合には「０」にリセットされる。

ステップＳ０３において、ＥＧＲ作動判定フラグＦＥＧＲが「０」である場合（ステップＳ０３においてＮＯの場合）には、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ非作動領域においてノッキングが発生していることから、ノッキングがＥＧＲバルブ５０２の流量低下によるものではなく、燃料室内のデポジット堆積量によって引き起こされたものと推定して一連の処理を終了する。

これに対して、ＥＧＲ作動判定フラグＦＥＧＲが「１」である場合（ステップＳ０３においてＹＥＳの場合）には、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ作動領域にあるにも拘らずＥＧＲバルブ５０２の流量低下によってノッキングが発生していると推定して、ＥＧＲ装置に異常があると判断する。そして、エンジンＥＣＵ１０００は、ステップＳ０４以降に示すＥＧＲバルブ５０２の実開度の学習制御を実行する。なお、ＥＧＲバルブ５０２の実開度とは、ノッキング発生時の排気還流量の制御目標値を確保するのに必要な実際のＥＧＲバルブ５０２の開度である。

具体的には、ステップＳ０４において、エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン回転数信号、カムポジションセンサからの信号、吸気流量の信号、スロットルバルブ開度信号、エンジン冷却水用信号などに基づいて、エンジン１２０の運転状態（負荷および回転数）を特定する。次に、エンジンＥＣＵ１０００は、その特定したエンジン１２０の運転状態に基づいて、現時点でのエンジン１２０の運転状態においてＮＯｘ発生量を効果的に低減するための排気還流量の制御目標値を算出する。そして、その算出した排気還流量の制御目標値に基づいて、ＥＧＲバルブ５２０の開度を調整するための目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧを算出する（ステップＳ０５）。なお、この目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧは、本願発明でのＥＧＲバルブ５０２の「開度指令値」に相当する。

そして、エンジンＥＣＵ１０００は、その算出した目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧを、ＥＧＲバルブ５０２を駆動するステッピングモータ５０２Ａへ出力する。ステッピングモータ５０２Ａは、目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧを受信すると、目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧにより指定されたステップ数分だけ回転してＥＧＲバルブ５０２のポペットバルブ５０２Ｃを駆動させることにより、ＥＧＲバルブ５０２の開度を調整する。

図７は、ＥＧＲ装置における排気還流量とＥＧＲバルブ５０２のステップ数との関係を示す図である。

図７を参照して、ＥＧＲ装置が正常である場合には、排気還流量とＥＧＲバルブ５０２のステップ数とは、図中のラインＬＮ２に従って、ステップ数が大きくなるとこれに比例して増加する関係を有している。したがって、エンジンＥＣＵ１０００は、図６のステップＳ０５に示す目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧの算出においては、図７に示す関係を予めマップとして所有しており、排気還流量の制御目標値（図中のＸとする）を算出すると、図７のマップを参照して該制御目標値に対応するステップ数（図中のステップ数Ｓ１に相当）を抽出して目標ステップ数に設定する。

その一方で、ＥＧＲ装置に異常がある場合には、図中のラインＬＮ３に示されるように、ステップ数Ｓ１のときの実際の排気還流量は制御目標値Ｘを下回っている。さらに、図７からは、ステップ数Ｓ１よりも大きいステップ数Ｓ２が、排気還流量の制御目標値Ｘを確保するのに必要な実際のステップ数（以下、実ステップ数とも称する）であることが分かる。

そこで、本実施の形態では、目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧを一定ステップ数ΔＥＳＴＰずつ増加させながらＥＧＲ装置を作動させ、この作動によって変化するノックセンサ７０４からのノック検出信号に基づいて、ＥＧＲバルブ５０２の実開度に対応する実ステップ数を学習する。この学習された実ステップ数は、排気還流量の制御目標値Ｘを確保するためのＥＧＲバルブ５０２のステップ数として、目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧの設定に反映される。

具体的には、エンジンＥＣＵ１０００は、ステップＳ０５にて算出した目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧに対して予め設定された所定のステップ数ΔＥＳＴＰを加算し、加算後のステップ数を新たな目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧに設定する（ステップＳ０６）。さらに、エンジンＥＣＵ１０００は、実ステップ数の学習制御が実行されていることを指示する学習制御フラグＦＥＧＲＲＥを「１」にセットする（ステップＳ０７）。これによりＥＧＲ装置では、ステッピングモータ５０２Ａが新たな目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧに従ってポペットバルブ５０２Ｃを駆動させる。その結果、ＥＧＲバルブ５０２の開度が大きくなり排気還流量が増加する。

そして、エンジンＥＣＵ１０００は、再びステップＳ０１に戻り、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」であるか否かを判定する。ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」である場合（ステップＳ０１においてＹＥＳの場合）には、エンジンＥＣＵ１０００は、新たな目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧと実ステップ数との間に偏差があるために未だノッキングが解消していないと判断する。そして、再度ステップＳ０２〜Ｓ０７の処理を行なうことにより目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧをさらに所定のステップ数ΔＥＳＴＰだけ増加させる。

このようにしてエンジンＥＣＵ１０００は、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」であるときには、目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧを所定のステップ数ΔＥＳＴＰずつ増加させながらＥＧＲ制御を実行する。そして、ＥＧＲ制御の実行中にノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「０」にクリアされた場合（ステップＳ０１においてＮＯの場合）には、すなわち、ノッキングが解消された場合には、エンジンＥＣＵ１０００は、ステップＳ０８において学習制御フラグＦＥＧＲＲＥが「１」であることを確認して、目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧが実ステップ数に一致したと判断する。そして、目標ステップ数ＥＳＴＰＴＧを、このときの実ステップ数に補正する（ステップＳ０９）。

図８は、実ステップ数の学習制御によって補正されたＥＧＲバルブ５０２の目標ステップ数を説明するための図である。

図８を参照して、ＥＧＲ作動領域は、低中負荷運転状態（図中のＲＧＮ１）および高出力（高負荷高回転）領域（図中のＲＧＮ２）にそれぞれ設定されている。そして、これらのＥＧＲ作動領域においては、エンジン１２０の運転状態（負荷およびエンジン回転数）ごとに、該運転状態においてＮＯｘ発生量を効果的に低減するための排気還流量の制御目標値が算出されるとともに、その算出した排気還流量の制御目標値に対応するＥＧＲバルブ５０２の目標ステップ数が、図７に示す関係に基づいて設定されている。一例として、図中のセルＣｅｌｌ１で示される運転状態では、図７の関係に基づいて、算出された排気還流量の制御目標値Ｘに対応するステップ数Ｓ１が目標ステップ数に設定されている。

ここで、エンジン１２０が図中のセルＣｅｌｌ１で示される運転状態のときに、ノッキングの発生が検出されたものとする。このとき、エンジンＥＣＵ１０００は、先述した図６のフローチャートに従って、ノッキングの発生がＥＧＲバルブ５０２の流量低下によるものであると判断されると、ＥＧＲバルブ５０２の実開度の学習制御を行なうことによって、排気還流量の制御目標値Ｘを確保するためのＥＧＲバルブ５０２の実ステップ数Ｓ２を学習値として取得する。

そして、エンジンＥＣＵ１０００は、この取得した学習値を用いて図中のセルＣｅｌｌ１において予め設定されている目標ステップ数Ｓ１を、ステップ数Ｓ２に補正する。このとき、エンジンＥＣＵ１０００はさらに、同じ目標ステップ数Ｓ１が設定されている運転状態（図中のセルＣｅｌｌ２）についても、目標ステップ数Ｓ１をステップ数Ｓ２に補正する。すなわち、エンジンＥＣＵ１０００は、ノッキング発生時の運転状態において学習値として取得した実ステップ数Ｓ２を、ノッキング非発生時の運転状態における目標ステップ数として反映させるものとする。

このようにノッキングの発生が検出された運転状態において学習された実ステップ数を、該運転状態と目標ステップ数を同じであって、ノッキングの発生が検出されていない運転状態における目標ステップ数の設定にも反映させることによって、ＥＧＲ作動領域の全域において排気還流量の制御目標値と実際の値との間の偏差を相殺することができる。これによれば、高出力運転時において、排気ガス温度の上昇を抑えながら理論空燃比での燃焼を行なうことが可能となる。その結果、ハイブリッド車両が利点とする環境性能および燃費性能のさらなる向上が可能となる。

なお、図２に示したエンジンシステム構成において、エンジン１２０は本発明での「内燃機関」に対応し、ＥＧＲ装置は本発明での「排気ガス還流装置」に対応する。また、エンジンＥＣＵ１０００は、「ノッキング検出手段」、「還流装置異常検出手段」、「実開度学習手段」および「還流ガス制御手段」を実現する。これらの手段を構成する各機能ブロックは、いずれもエンジンＥＣＵ１０００であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明したが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記録媒体に記録されて車両に搭載される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、ハイブリッド車両に搭載された内燃機関の制御装置に適用することができる。

この発明の実施の形態による内燃機関の制御装置が搭載されるハイブリッド車両の構成を説明するブロック図である。 この発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵによって制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 図２のＥＧＲ装置の部分を拡大した図である。 ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブの部分を拡大した図である。 ＥＧＲ装置の作動領域を説明するための図である。 この発明の実施の形態に従うエンジンＥＣＵで実行されるＥＧＲバルブ５０２の実開度の学習制御を説明するためのフローチャートである。 ＥＧＲ装置における排気還流量とＥＧＲバルブのステップ数との関係を示す図である。 実ステップ数の学習制御によって補正されたＥＧＲバルブの目標ステップ数を説明するための図である。

符号の説明

１０２ アクセルポジションセンサ、１２０ エンジン、１４０ モータジェネレータ、１４０Ａ モータ、１４０Ｂ ジェネレータ、１６０ 駆動輪、１８０ 減速機、２００ エアクリーナ、２０２ エアフローメータ、２２０ 走行用バッテリ、２４０ インバータ、２４２ 昇圧コンバータ、２６０ 動力分割機構、３００ スロットルバルブ、３０２ スロットルポジションセンサ、３０４ スロットルモータ、３０６ バキュームセンサ、４００ フューエルタンク、４０２ フューエルポンプ、４０６ キャニスタパージ用ＶＳＶ、５００ ＥＧＲパイプ、５０２ ＥＧＲバルブ、５０２Ａ ステッピングモータ、５０２Ｂ リターンスプリング、５０２Ｃ ポペットバルブ、５０２Ｄ 冷却水通路、６００ 気流制御バルブ、６０２ 気流制御バルブ用ＶＳＶ、７０４ ノックセンサ、７１０，７１２ 酸素センサ、８００ 高圧フューエルポンプ、８０４ 高圧フューエルインジェクタ、８０６ ＥＤＵ、８０８ イグナイタ一体式イグニッションコイル、９００，９０２ 三元触媒コンバータ、１０００ エンジンＥＣＵ、１０１０ ＭＧ＿ＥＣＵ、１０２０ バッテリＥＣＵ、１０３０ ＨＶ＿ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 内燃機関と他の駆動力源とを備えた車両における内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関には、排気ガスの一部を還流弁を介して再度前記内燃機関の吸気管に還流させるための排気ガス還流装置が設けられ、
   前記制御装置は、
   機関運転状態に応じて前記排気ガス還流装置による還流ガスの制御目標流量を設定するとともに、前記制御目標流量に基づいて生成された開度指令値に従って前記還流弁を制御する還流ガス制御手段と、
   前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、
   ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態に基づいて、前記排気ガス還流装置による還流ガスの前記制御目標流量からの流量低下の発生を検出する還流装置異常検出手段と、
   前記流量低下が検出されたときに、前記ノッキング検出手段からの検出信号に基づいて、前記制御目標流量を確保するための実際の前記還流弁の開度である実開度を学習する実開度学習手段とを備え、
   前記還流ガス制御手段は、学習した前記実開度を、前記ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態における前記開度指令値、および該機関運転状態と前記制御目標流量を同じとするノッキング非発生時の機関運転状態における前記開度指令値として、前記還流弁の制御に反映させる、内燃機関の制御装置。
2. ノッキングの発生に応じて基本点火時期に対する遅角量を算出する点火時期制御手段と、
   前記ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態が、前記排気ガス還流装置の作動領域であるか否かを判定する作動領域判定手段とをさらに備え、
   前記還流装置異常検出手段は、算出された遅角量が所定の閾値を上回るときであって、かつ、前記ノッキングの発生を検出したときの機関運転状態が前記排気ガス還流装置の作動領域であるときに、前記流量低下を検出する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記実開度学習手段は、前記開度指令値を漸増させながら前記還流弁を駆動し、この駆動により前記ノッキング検出手段からの検出信号が入力されなくなったときの前記開度指令値を、前記実開度として取得する、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気ガス還流装置は、前記還流弁を駆動するステップモータを含み、
   前記実開度学習手段は、目標ステップ数を漸増させながら前記ステップモータを駆動し、この駆動により前記ノッキング検出手段からの検出信号が入力されなくなったときの前記目標ステップ数を、前記実開度に相当する実ステップ数として取得する、請求項３に内燃機関の制御装置。
5. 前記還流ガス制御手段は、機関運転状態ごとに、前記制御目標流量に基づいて生成された前記開度指令値を予め所有しており、前記制御目標流量を同じとする複数の機関運転状態に対して、該制御目標流量に対応して学習した前記実開度を、前記開度指令値として前記還流弁の制御に反映させる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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