JP2012225315A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が加速する過渡期におけるＥＧＲ量の不足を改善する。
【解決手段】排気ターボ過給機及び外部ＥＧＲ装置を備える内燃機関にあって、平時にウェイストゲート弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期にＥＧＲ弁を開弁するとともに、ウェイストゲート弁の開度を絞る操作を行うことで背圧を高め、ＥＧＲガスの還流を促進するようにした。これにより、加速時のポンピングロスを軽減することができ、燃費の向上に寄与する。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気ターボ過給機及び排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関の制御装置に関する。

気筒内の燃焼温度を低下させて有害物質であるＮＯ_xの排出量を削減するとともにポンピングロスの低減を図る排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている（例えば、下記特許文献を参照）。ＥＧＲ装置は、排気通路を流通する燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路を通じて吸気通路に還流させ、吸気に混入するものである。

運転者がアクセルペダルを強く踏み込む加速要求を行ったときには、吸気量とともに吸気に混入するＥＧＲガス量を速やかに増加させる必要がある。しかしながら、ＥＧＲ弁の開度は現在のエンジン回転数及び負荷に応じて決定されることから、加速運転時に目標ＥＧＲ量に対して実際のＥＧＲガス還流量が不足することとなっていた。

特開２００７−２１１７６７号公報

本発明は、内燃機関が加速する過渡期におけるＥＧＲ量の不足を改善することを所期の目的としている。

本発明では、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁と、前記排気通路と前記吸気通路とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる排気ガス再循環装置とを備えた内燃機関を制御するものであって、平時に前記バイパス弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に前記ＥＧＲ弁を開弁するとともにバイパス弁の開度を絞る操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

つまり、加速過渡期において排気通路内圧力即ち背圧を高めることで、吸気通路に向けたＥＧＲガスの還流を促進するようにしたのである。

本発明によれば、内燃機関が加速する過渡期におけるＥＧＲ量の不足を改善することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び排気ガス再循環装置の構成を示す図。 同実施形態における制御装置が実行する処理の手順例を示すフローチャート。 同実施形態におけるスロットル開度、ＥＧＲ開度及びウェイストゲート開度の関係を示すタイミングチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態の内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを備えている。

本実施形態における内燃機関０は、二気筒の４サイクルエンジンであり、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。つまり、第一気筒１のピストン１２と第二気筒１のピストン１２とは同時に上昇し、また同時に下降する。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットル弁３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁たるウェイストゲート弁４４を設けてある。ウェイストゲート弁４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲート弁であり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３におけるスロットル弁３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路２上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲ弁２２を設けてある。

内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）６は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度要求信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気圧（過給圧）及び吸気温を検出する圧力・温度センサから出力される吸気圧及び吸気温信号ｄ、排気通路４内の排気圧を検出する背圧センサから出力される背圧信号ｅ、吸気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｆ、排気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号ｇ等が入力される。尤も、背圧センサは必須ではない。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｊ、スロットル弁３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲート弁４４に対して開度操作信号ｌ等を出力する。アクセルペダルの踏込量は、運転者が指令する要求負荷（エンジン出力）と捉えることができる。

ＥＣＵ６のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。ＥＣＵ６は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態におけるウェイストゲート弁４４は、内燃機関０の高負荷運転時の過過給を防止する役割を担うだけではなく、内燃機関０の加速時に背圧を上昇させてＥＧＲ通路２経由でのＥＧＲガスの還流量の増大を促す役割をも担う。加速する過渡期以外の平時において、ウェイストゲート弁４４は敢えて閉止せず、ある程度以上開いておくか、または全開しておく。

アクセルペダルの踏込量の増大を検知したとき、制御装置たるＥＣＵ６は、その踏込量に応じて吸気量を増加させるべくスロットル弁３３の開度を拡大するとともに、吸気に混入するＥＧＲガス量を増加させるべく高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁２１の開度を拡大する操作を行う。ＥＧＲ弁２１の開度（ＥＧＲステップ数）は、現在のエンジン回転数及び負荷に応じて決定する。ＥＣＵ６のメモリには予め、エンジン回転数及び負荷とＥＧＲ弁２１の開度との関係を規定するマップデータが格納されている。ＥＣＵ６は、現在のエンジン回転数及び負荷をキーとしてマップを検索し、あるべきＥＧＲ弁２１の開度を知得して、その開度にＥＧＲ弁２１を操作する。

だが、ＥＧＲ弁２１の開弁操作から、ＥＧＲ通路２を経由したＥＧＲガスの還流量の増大までの間にはタイムラグが存在する。それ故、加速運転中、目標ＥＧＲ量に対して実際のＥＧＲ量が不足し、燃費を悪化させる要因となっていた。そこで、平時に開いていたウェイストゲート弁４４の開度を加速する過渡期に絞ることで背圧を上げ、排気通路４から吸気通路３に向けたＥＧＲガスの還流を促進する。

図２に、加速過渡期にＥＣＵ６が実行する処理の手順を示す。また、図３に、加速過渡期における、スロットル弁３３の開度（または、アクセルペダルの踏込量）、ＥＧＲ弁２１の開度及びウェイストゲート弁４４の開度の関係を示す。ＥＣＵ６は、内燃機関０の加速が開始され（ステップＳ１）、かつＥＧＲを行う運転領域にあるとき（ステップＳ２。高負荷運転領域では、多量の燃料を燃焼させる都合上ＥＧＲを行わない）に、ＥＧＲ弁２１を開く（ステップＳ３）とともに上述したウェイストゲート弁４４の閉じ操作を行う（ステップＳ４）。図３に示しているように、スロットル弁３３の開度が拡大する期間、ＥＧＲ弁２１の開度も徐々に拡大する。

また、加速時には過給機５による吸気の過給も求められるので、排気ガスがタービン５２を迂回することを抑止するためにも、ウェイストゲート弁４４の閉弁が必要となる。ステップＳ４にて、目標ＥＧＲ量を実現するためのウェイストゲート弁４４の閉じ量よりも、加速要求に対応した過給圧を実現するためのウェイストゲート弁４４の閉じ量の方が大きい場合には、後者を採用してウェイストゲート弁４４の開度を閉じ操作する。ステップＳ４にて、ウェイストゲート弁４４を全閉することもあり得る。

ウェイストゲート弁４４の閉弁操作後、スロットル弁３３の開度が所定時間以上に亘って略一定となり（ステップＳ５）、さらにその後ＥＧＲ弁２１の開度が所定時間以上に亘って略一定となった（ステップＳ６）ならば、定常状態に移行したものと判断し、図３に示しているように、ステップＳ４で閉じたウェイストゲート弁４４を再度開く操作を行う（ステップＳ７）。ステップＳ７にて、ウェイストゲート弁４４を全開してもよい。

本実施形態では、排気通路４に設けられたタービン５２と、吸気通路３に設けられ前記タービン５２により駆動されるコンプレッサ５１と、前記排気通路４における前記タービン５２の上流側と下流側とを接続するバイパス通路４３と、前記バイパス通路４３に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁４４と、前記排気通路４における前記タービン５１の上流側と前記吸気通路３における前記コンプレッサ５１の下流側とを接続するＥＧＲ通路２にＥＧＲ弁２２が設けられてなる高圧ループ式のＥＧＲ装置とを備えた内燃機関０を制御するものであって、平時に前記バイパス弁４４を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に前記ＥＧＲ弁２１を開弁するとともにバイパス弁４４の開度を絞る操作を行う制御装置６を構成した。

本実施形態によれば、加速過渡期において背圧を高め、排気通路４から吸気通路３に向けたＥＧＲガスの還流を促進することで、ＥＧＲの遅れを緩和ないし解消してＥＧＲ量の不足を改善することができる。その上、加速運転領域（過給領域）におけるポンピングロスを低減でき、燃費の向上にも寄与し得る。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、加速過渡期（ステップＳ４）において、吸気圧（過給圧）と背圧との圧力差に応じてウェイストゲート弁４４の開度を決定してもよい。即ち、圧力差が小さいほど、ウェイストゲート弁４４の開度をより小さく絞るのである。

その他各部の具体的構成は、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、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
２…ＥＧＲ通路
２１…ＥＧＲ弁
３…吸気通路
４…排気通路
４３…バイパス通路
４４…バイパス弁（ウェイストゲート弁）
５…排気ターボ過給機
５１…コンプレッサ
５２…タービン
６…制御装置（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. 排気通路に設けられたタービンと、
   吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、
   前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁と、
   前記排気通路と前記吸気通路とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる排気ガス再循環装置とを備えた内燃機関を制御する制御装置であって、
   平時に前記バイパス弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に前記ＥＧＲ弁を開弁するとともにバイパス弁の開度を絞る操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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