JP2010216436A - 内燃機関の排気ガス再循環制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転数センサやアクセル開度センサからの信号が、予め設けられた所定の閾値を超えることで過渡状態を判定すると、新気量やＥＧＲ量の遅れが発生している過渡状態は、過渡状態と判定することができず、その場合にフィードバック補正デューティ積分項の学習を実行すると、その積分項を誤学習することになった。
【解決手段】排気系と吸気系とを連通する管路に再循環弁を設け、燃焼状態に応じて再循環弁を制御して吸気系に再循環する排気ガス量を調整する内燃機関の排気ガス再循環制御方法において、吸入空気の変化度合いに応じて燃料噴射量を補正する空燃比補正量が所定値を超える場合に内燃機関の運転状態が過渡時と判定し、運転状態を過渡時と判定した場合に、前記排気ガス量の学習値の更新を禁止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として車両に搭載される内燃機関の排気ガス再循環制御方法に関するものである。

従来、燃費向上や排気ガス浄化の観点から、排気ガスの一部を吸入空気に混ぜて運転する内燃機関が知られている。具体的には、内燃機関は、排気管路と吸気管路とを接続する再循環管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）と、そのＥＧＲ管路に設けられてＥＧＲ管路を通過する排気ガスの流量を制御する再循環弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）と、運転状態に応じてＥＧＲ弁の開度を制御する電子制御装置とを備える排気ガス再循環装置を備えるものである。

このような内燃機関において、排気ガスの再循環は、ＥＧＲ弁をフィードバック制御することにより、その時の運転状態に応じた排気ガスの再循環量（以下、ＥＧＲ量と称する）にすると共に、運転領域に合わせてＥＧＲ弁の弁開度を学習するものが、例えば特許文献１により知られている。この引用文献１では、弁開度を、比例積分制御を用いることにより目標開度にフィードバック制御するもので、内燃機関の運転データに基づいて過渡状態を判定し、過渡状態を判定した場合に、比例積分制御における積分制御を抑制する、具体的にはＥＧＲ弁の弁開度のフィードバック補正デューティ積分項の学習を禁止する構成としている。

特開平８‐２１３１３号公報

ところで、上述の特許文献１にあっては、過渡状態の判定を、内燃機関の運転データ、具体的には、エンジン回転数、エンジン負荷（燃料噴射量）及びアクセル開度の３つの運転データの内、少なくとも２つの値が所定の閾値を超えることにより行っている。このような構成のものであると、過渡時の新気量の遅れやＥＧＲ量の遅れによりＥＧＲ量が変化することを考慮するものではない。つまり、エンジン回転数センサやアクセル開度センサからの信号が、予め設けられた所定の閾値を超えることで過渡状態を判定するので、新気量が適合値と一致しているかを判定して、過渡状態を判定するものではない。

このため、新気量やＥＧＲ量の遅れが発生している過渡状態は、過渡状態と判定することができず、その場合にフィードバック補正デューティ積分項の学習を実行すると、その積分項を誤学習することになった。このような誤学習を実行すると、例えばＥＧＲ量が多くなるものであると、失火に至ったり、あるいは回転変動が生じてドライバビリティが低下する可能性が生じた。又、反対に、ＥＧＲ量が少ない場合は、燃費が低下する可能性が生じた。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の排気ガス再循環制御方法は、排気系と吸気系とを連通する管路に再循環弁を設け、燃焼状態に応じて再循環弁を制御して吸気系に再循環する排気ガス量を調整する内燃機関の排気ガス再循環制御方法において、吸入空気の変化度合いに応じて燃料噴射量を補正する空燃比補正量が所定値を超える場合に内燃機関の運転状態が過渡時と判定し、運転状態を過渡時と判定した場合に、前記排気ガス量の学習値の更新を禁止することを特徴とする。

このような構成によれば、吸入空気の変化度合いに応じて燃料噴射量を補正する空燃比補正量が所定値を超える場合に過渡時を判定することから、再循環弁の流量公差以外の要因、例えば新気量やＥＧＲ量の遅れを考慮することが可能になる。このようにして過渡時を判定して、排気ガス量の学習値の更新を禁止することで、学習値の誤学習を防止することが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、学習値の誤学習を防止することにより、失火の発生や、回転変動を抑制することができ、また燃費の低下を抑制することができる。加えて、過渡時の判定を空燃比補正量に基づいて実施するので、ＥＧＲ量と新気量とのバランスが適合と一致しているか否かを把握することができ、新気量やＥＧＲ量の遅れを考慮することができる。

本発明の実施形態のエンジン及び電子制御装置の概略構成を示す概略構成説明図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるイオン電流波形を示すグラフ。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用の４気筒のもので、その１気筒の構成を示している。エンジン１００の吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する吸気マニホールド４の一方の端部近傍には、吸気ポート１２に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁５がさらに設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により後述する基本噴射量に基づいて開成制御するようにしている。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。

さらに、排気系２０には、Ｏ₂センサ２１の取り付けてある近傍に連通する導入パイプ４１が接続される。この導入パイプ４１には、再循環させる排気ガス量（以下、ＥＧＲ量と記す）を制御するための排気ガス再循環弁（以下、ＥＧＲ弁と記す）４０が接続される。ＥＧＲ弁４０は、電子制御装置６により、後述するようにその開度が制御される。さらに、このＥＧＲ弁４０には、導入パイプ４１からの排気ガスを吸気系１に導出する導出パイプ４２が接続される。このＥＧＲ弁４０とそれぞれのパイプ４１、４２とにより排気ガス再循環系ＥＧＳが構成されている。この排気ガス再循環系ＥＧＳそれ自体は、当該分野で良く知られているものと同様の構成であってよい。

ＥＧＲ弁４０は、円錐台形の内面を有する貫通孔と、その貫通孔内部に配置されて貫通孔を開閉する貫通孔と同形の円錐台形の弁体と、弁体に接続される軸と、軸に接続され弁体を貫通孔の中心軸方向に往復移動させるモータとを備える構成である。このようなＥＧＲ弁４０において、モータとしては、ステッパモータ、ＤＣモータなどを使用することができる。ステッパモータを使用する場合、ＥＧＲ弁４０の弁開度をステッパモータに供給する信号のステップ数により制御する。また、ＤＣモータの場合は、例えばＰＭＷ（パルス幅変調）制御などにより通電を制御して、開度を制御するものである。

そして、燃焼室１０の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ１８が取り付けてある。スパークプラグ１８には、イグナイタ３２とイグニションコイル３３が電気的に接続されている。スパークプラグ１８、イグナイタ３２及びイグニションコイル３３を、標準的には点火系ＩＧＳとしている。イグナイタ３２を除くこの点火系ＩＧＳは、図１には１系統しか図示していないが、それぞれの気筒に対して１系統ずつ接続されるものである。なお、エンジン１００は、４気筒のものに限定されるものではなく、３気筒や１２気筒等のものであってもよい。

電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６からのアイドル信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記した空燃比センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またイグナイタ３２に対して点火信号を含む複数の信号が出力されるようになっている。なお、図示しないが、電子制御装置６には、アナロク信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が内蔵されている。

また点火プラグ１８には、イオン電流を測定するためのバイアス用電源２４が接続され、入力インターフェース１１とこのバイアス電源２４との間にはイオン電流測定用回路２５が接続されている。点火プラグ１８、バイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５によりイオン電流検出系ＩＤＬが構成される。バイアス用電源２４は、点火プラグ１８にイオン電流測定のための測定用電圧（バイアス電圧）を印加するものである。そして、測定用電圧の印加により、燃焼室１０の内壁と点火プラグ１８の中心電極との間、及び点火プラグ１８の電極間に流れたイオン電流は、イオン電流測定用回路２５により測定される。このようなバイアス用電源２４と電流測定用回路２５とは、当該分野でよく知られている種々のものを適用することができる。又、バイアス用電源２４と電流測定用回路２５とは、気筒毎のイオン電流を検出するために、気筒数と同数が、つまり１つの気筒に対して１つのイオン電流検出系ＩＤＬが設けられるものである。

電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジンの運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させて、空燃比を理論空燃比となるように空燃比フィードバック制御のためのプログラムが内蔵してある。また、記憶装置８には、吸入空気の変化度合いに応じて燃料噴射量を補正する空燃比補正量が所定値を超える場合にエンジン００の運転状態が過渡時と判定し、運転状態を過渡時と判定した場合に、ＥＧＲ量の学習値の更新を禁止し、空燃比補正量が所定値を超えない場合にエンジン１００の運転状態が定常時と判定してＥＧＲ量の学習を行うＥＧＲ制御プログラムが格納されている。

次に、図２を交えて、電子制御装置６が実行するＥＧＲ制御プログラムにおける制御手順を説明する。

まずステップＳ１では、この時点の運転状態が、過渡時であるか否かを判定する。この過渡時の判定は、燃料噴射量を補正する空燃比補正量により行う。この実施形態にあっては、空燃比補正量としては、過渡時空燃比補正係数αを用いるもので、過渡時空燃比補正係数αが設定された判定値を超える場合に過渡時を判定し、過渡時空燃比補正係数αが判定値を超えない場合に定常時を判定する。

この過渡時空燃比補正係数αは、空燃比フィードバック制御を実行してる間に、吸気ポート１２やその近傍の吸気マニホールド４の壁面に付着する燃料の付着量及び蒸発量が、過渡時に吸入される燃料量に与える影響を考慮して設定されるものである。具体的には、加速時には、燃料の供給遅れに伴い空燃比がリーンになり、減速時には、リッチになるので、そのような空燃比の変化を補正するように、過渡時空燃比補正係数αを設定している。なお、過渡時には加速の場合と減速の場合とがあるので、加速時のための過渡時空燃比補正係数αａと減速時のための過渡時空燃比補正係数αｄとを設定するものである。

ステップＳ１において、過渡時でない、すなわち定常時であると判定した場合は、ステップＳ２に進み、過渡時であると判定した場合は、ステップＳ５に移る。ステップＳ２では、イオン電流の特性に基づいて燃焼状態を検出する。

点火後に発生するイオン電流は、図３に示すように、正常な燃焼の場合、点火後に一旦大きくなり、その後に減少した後に増加し続け、燃焼圧力が最大値となる上死点近傍において最大電流値となり、その後は漸次減少する。このような変化を呈するイオン電流に対して、イオン電流の特性を検出するための閾値を設定する。同図において、点線は、燃焼が緩慢になった場合のイオン電流の変化を示す。

そして、イオン電流が、点火した後でしかも点火ノイズなどで瞬間的に大きくなるノイズ期間の燃焼の後に、設定した閾値を上回る時点を、エンジン１００の出力に影響する主燃焼が始まる開始位置とする。同様にして、この開始位置を検出した後、イオン電流が閾値を下回る時点を、燃焼が終了する終了位置とする。これらの開始位置と終了位置とは、燃焼状態により異なるものであるので、例えば点火からの経過時間を計時することにより、両位置を検出する。開始位置及び終了位置は、空燃費率の変化と共に変化するので、例えば、空燃費率が最もよい、つまり低い場合の開始位置及び終了位置を判定基準位置として、イオン電流に基づいて検出した開始位置と終了位置とを判定基準位置と比較することで、その時点の燃焼状態を検出するものである。なお、経過時間に代えて、クランク角度によりそれぞれの位置を検出するものであってもよい。

ステップＳ３では、ステップＳ２において検出した燃焼状態に対応して、ＥＧＲ弁４０の弁開度をフィードバック制御する。この場合、ＥＧＲ弁４０の弁開度は、主燃焼の開始位置が上述の判定基準位置になるようにフィードバック制御するものである。

ステップＳ４では、フィードバック制御した弁開度に基づいて、ＥＧＲ量の学習値を更新する。ＥＧＲ量は、ＥＧＲ弁４０の開度を制御することにより増減されるものある。従って、ＥＧＲ量は、運転領域毎に設定されるベース開度と、そのベース開度を補正する補正開度と、学習値とから演算するものである。運転領域は、エンジン回転数と吸気管負圧とで設定してある。なお、この実施形態の場合、ＥＧＲ弁４０は、ステッパモータにより開閉されるので、弁開度はステッパモータの駆動信号のステップ数により表すことができるものである。

ステップＳ５では、ステップＳ１において過渡時と判定した運転状態であるので、ＥＧＲ量の学習を禁止する。

以上の構成において、定常時である場合は、ステップＳ１からステップＳ４までを実行し、この時点の運転領域におけるＥＧＲ量の学習値を更新する、つまりＥＧＲ量の学習をする。

これに対して、過渡時である場合は、ステップＳ５を実行して、ＥＧＲ量の学習値の更新を禁止する、つまりＥＧＲ量の学習を禁止する。この場合に、過渡時空燃比補正係数αが判定値を超えることにより過渡時であることを判定しているので、例えば吸気管圧力の変化に基づいて過渡時を判定する場合に比較して、運転状態が過渡時になって実質的に新気の吸入量が変化して、その変化に対応して燃料噴射量を補正しなければならない状態で、過渡時を判定することができる。

又、この実施形態のように、再循環させる排気ガスがサージタンク３に戻されているものでは、サージタンク３の圧力変化、従って吸気管圧力の変化が、ＥＧＲ量に影響を及ぼすので、吸気圧センサ１３の検出信号に基づいて定常時を判定すると、変化するＥＧＲ量を誤学習する可能性が生じる。つまり、過渡時のある吸気管負圧において、新気の吸入に遅れが生じることでその吸入量が減ると、その分ＥＧＲ量が増加するが、このような新気の吸入量とＥＧＲ量とは同じ吸気管負圧においての適合値とは一致しない。このような場合にＥＧＲ量を学習すると、ＥＧＲ弁４０の有する公差以外の要因でＥＧＲ量が変化していることにより誤学習となるが、この実施形態では、新気の吸入量の変化を反映する過渡時空燃比補正係数αにより過渡時を判定しているので、誤学習を防止することができる。その結果、燃費が低下することを抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、自動車などの車両に搭載される火花点火式のＥＧＲを実施できる内燃機関に対して利用が可能である。

１…吸気系
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１１…出力インターフェース
５０…排気ガス再循環系

Claims (1)

1. 排気系と吸気系とを連通する管路に再循環弁を設け、燃焼状態に応じて再循環弁を制御して吸気系に再循環する排気ガス量を調整する内燃機関の排気ガス再循環制御方法において、
   吸入空気の変化度合いに応じて燃料噴射量を補正する空燃比補正量が所定値を超える場合に内燃機関の運転状態が過渡時と判定し、
   運転状態を過渡時と判定した場合に、前記排気ガス量の学習値の更新を禁止する内燃機関の排気ガス再循環制御方法。