JP2004278326A - Egr control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関におけるEGR量の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
可変ノズル付きターボチャージャーを備えた内燃機関において、EGR弁が最大開度に操作されてもEGR量が不足するときにターボチャージャーの可変ノズルを絞り込んで排気の背圧を上昇させ、それによりEGR量を増加させるEGR制御装置が知られている(例えば特許文献1参照)。その他に、本発明に関連する従来技術として特許文献2がある。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−152879号公報
【特許文献2】
特表2000−500544号公報
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、可変ノズルは単純に排気を絞るだけの装置であるため、背圧の制御範囲が狭く制限され、EGR量の調整範囲も比較的狭くなる。例えば、排気流量が絶対的に小さい低回転時においては、過給効果を高めるべくノズルを絞り込んだとしてもその状態からノズルの開度を多少変化させる程度では排気背圧に生じる変動量は小さい。このように可変ノズルによるEGR量の調整においては、内燃機関の運転状態に応じた制約が必ず存在する。
【0005】
そこで、本発明はターボチャージャーを利用してEGR量をより柔軟にかつ広範囲に制御できるEGR制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のEGR制御装置は、電動機によって駆動可能なターボチャージャーを備えた内燃機関に適用されるEGR制御装置において、前記内燃機関のEGR量が目標値に制御されるように前記電動機を操作する電動機制御手段を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
【0007】
この発明によれば、電動機を操作することにより、ターボチャージャーのタービンロータを、排気によって自由に回転駆動される場合とは異なる状態で駆動させることができる。例えば、タービンロータの回転を利用して電動機で発電し、又は電動機によってタービンロータを排気の流れに抗して停止状態に保持し、又は電動機を過給時とは逆方向に回転させることができる。これらの場合には、排気エネルギによってタービンロータを自由に回転させた場合と比較してタービンロータを通過する際の排気の抵抗が増加する。このため、排気背圧が上昇してEGR量が増加する。一方、ターボチャージャーを過給時の回転方向に増速させるように電動機を操作した場合には排気背圧が低下してEGR量が減少する。しかも電動機によってタービンロータを駆動するから、ノズルの開度を調整する場合と異なって排気流量による制約を受けることなくタービンロータの回転速度や回転方向を自由に変化させることができる。従って、内燃機関の運転状態に拘わりなくEGR量を柔軟にかつ広範囲に亘って制御することができる。なお、本発明に係る電動機制御手段による電動機の操作は、EGR量を目標値に収束させるように電動機の駆動状態を調整するものであればよく、EGR量が目標値と一致するまで電動機を操作することを要件とするものではない。
【0008】
本発明のEGR制御装置において、前記電動機制御手段は、前記目標値に対してEGR量が不足している場合に前記電動機にて発電し、又は前記ターボチャージャーが停止状態に保持されるように前記電動機を操作し、又は前記電動機を過給時とは逆方向に駆動してもよい(請求項2)。この場合には、上述したように電動機の操作によって排気によるタービンの回転が妨げられて排気背圧が上昇する。従って、EGR量の不足を補うことができる。一方、前記電動機制御手段は、前記目標値に対してEGR量が過剰な場合に前記電動機を過給時の回転方向に駆動してもよい(請求項3)。この場合には排気によるタービンの回転をさらに増速するように電動機が作用して排気背圧が低下するから、EGR量を減らしてその過剰な状態の解消に寄与することができる。
【0009】
本発明のEGR制御装置においては、前記EGR量を前記目標値に制御するための手段として、前記電動機制御手段とは別にEGR量調整手段を備え、前記電動機制御手段は、前記EGR量調整手段によっては解消できないEGR量の前記目標値に対する偏差を減少させるように前記電動機を操作してもよい(請求項4)。
【0010】
この態様によれば、EGR量調整手段のみでは実現不可能なEGR量の制御が可能となる。例えば、前記EGR量調整手段によるEGR量の制御がその調整範囲の最大又は最小に達した状態において残存するEGR量の前記目標値に対する偏差を減少させるように前記電動機を操作した場合には(請求項5)、EGR量調整手段による調整範囲を超えてEGR量を増加させ、又は減少させることができる。あるいは、前記EGR量調整手段によるEGR量の調整分解能では解消できない前記目標値に対するEGRの偏差を減少させるように前記電動機を操作した場合には(請求項6)、EGR量調整手段では実現できないEGR量の微妙な調整を行えるようになる。また、特にEGR量調整手段による調整が限界のときに限ってターボチャージャーの電動機を操作してEGR量を変化させるようにした場合には、EGR量制御を目的としたターボチャージャーの電動機の操作が過給効果に与える影響を必要最小限に止めることができる。なお、EGR量調整手段としては例えば排気通路と吸気通路とを結ぶEGR通路に設置された開度調整可能なEGR弁、吸気弁及び排気弁の開時期のオーバーラップ量を制御可能な可変動弁機構を利用することができる。EGR弁と可変動弁機構とを組み合わせてEGR量調整手段としてもよい。その他にも、EGR量を調整可能な各種の装置をEGR量調整手段として用いてよい。
【0011】
本発明において、EGR量の目標値は内燃機関の運転状態に基づいて明示的に演算されるものでもよいし、EGR量以外の他の物理量に関する制御の目標値との関連において潜在的に定まるものでもよい。例えば、NOx排出量に関して目標値が設定され、排気通路に設けられたNOxセンサによる実測値や内燃機関の運転状態から予測されるNOx排出量の予測値と目標値との偏差に応じてEGR量が制御される場合には、EGR量そのものに対して目標値が演算される訳ではない。しかしながら、NOx排出量の実測値又は予測値を目標値に制御するためには最適なEGR量が存在しており、EGR量の制御の実体は、その最適なEGR量を目標値としてEGR量を調整することに他ならない。本発明にいうEGR量の目標値の概念はこのような潜在的な目標値を含むものである。従って、ターボチャージャーの電動機やEGR弁等のEGR量調整手段がEGR率の概念によって操作される場合も、EGR率の目標値からEGR量の目標値が導き出せる点において本発明の範囲に当然に含まれるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のEGR制御装置が適用された内燃機関の一実施形態を示している。この内燃機関1は、吸気通路2からシリンダ3内に空気を取り込むとともに燃料噴射弁4からシリンダ3内に燃料を直接噴射してシリンダ3内で燃料混合気を形成する筒内噴射式ガソリンエンジンとして構成されている。シリンダ3内で形成された燃料混合気は点火プラグ5で着火されて燃焼し、その燃焼エネルギでピストン6が往復駆動される。なお、内燃機関1には複数のシリンダ3が設けられているが、図1では単一のシリンダ3のみが代表して示されている。吸気通路2及び排気通路7はそれぞれ吸気弁8及び排気弁9によってシリンダ3に対して開閉される。内燃機関1は燃料噴射弁4から吸気通路2に燃料を噴射するいわゆるポート噴射式のガソリンエンジンであってもよいし、軽油を燃料としたディーゼルエンジンであってもよい。
【0013】
吸気通路2と排気通路7との間にはターボチャージャー10が設けられている。ターボチャージャー10は、排気通路7に収容されるタービンロータ10aと、吸気通路2に収容されるコンプレッサロータ10bと、両ロータ10a、10bを同軸に連結するスピンドル10cとを備え、排気通路7の排気エネルギを利用してタービンロータ10a、スピンドル10c及びコンプレッサロータ10bを一体的に回転させて吸気通路2の吸気をシリンダ3に過給する周知の過給装置である。但し、本実施形態のターボチャージャー10は、スピンドル10cを駆動する電動機10dを備えた電動機付きターボチャージャーとして構成されている。電動機10dは例えばスピンドル10cにロータを取り付け、かつスピンドル10cの周囲にステータを配置することによって構成することができる。
【0014】
電動機10dはバッテリ12からインバータ11を介して供給される電力によりスピンドル10cを正逆両方向に回転駆動できるとともに、スピンドル10cによって駆動されることにより発電を行うこともできる。電動機10dが生成した電力はインバータ11を介してバッテリ12に充電される。なお、電動機10dの正転は、ターボチャージャー10のタービンロータ10aが排気によって回される際の回転方向に相当する。ターボチャージャー10のタービン10a側には排気背圧の調整手段として電動機10dの他に可変ノズルが設けられてもよい。
【0015】
吸気通路2のコンプレッサロータ10bよりも上流側にはエアフィルタ13が配置され、コンプレッサロータ10bよりも下流側にはインタークーラー14及びスロットルバルブ15が配置される。また、排気通路7のタービンロータ10aよりも下流側に排気浄化用の触媒16が設けられる。
【0016】
スロットルバルブ15は、エンジンコントロールユニット(ECU)17にてスロットルモータ18を操作することによりその開度が制御されるいわゆる電子制御式スロットルバルブである。ECU17はCPU及びその動作に必要な周辺装置としてのRAM、ROM、入出力インターフェース等を備えたコンピュータとして構成されており、ROMに記録された各種のプログラムに従って、内燃機関1及びそれに付属する各種の装置の動作を制御する。スロットルバルブ15の開度制御のため、ECU17にはペダル位置センサ19が検出するアクセルペダル20の操作量の情報と、スロットル開度センサ21が検出するスロットルバルブ15の開度の情報とが入力される。
【0017】
ECU17は、スロットルバルブ15の開度の他にも、燃料噴射弁4による燃料噴射時期、点火プラグ5の点火時期、排気通路7と吸気通路2とを結ぶEGR通路22に設置されたEGR弁23の開度、ターボチャージャー10を迂回するバイパス通路24に設置されたバイパス弁25の開閉動作、吸気弁8の開閉タイミングを変化させる可変動弁機構26の動作等を制御する。なお、EGR弁23はECU17からの指示に応じて開度が調整される電子制御式の流量制御弁である。
【0018】
上述した各種の装置類の動作を内燃機関1の運転状態に応じて適切に制御するため、ECU17には、上述したペダル位置センサ19及びスロットル開度センサ21が検出する情報の他に、吸気圧センサ27が検出する吸気通路2の圧力(吸気管圧力)、クランク角センサ28が検出するクランク角にそれぞれ対応した情報が入力される。その他にも内燃機関1の冷却水温度、排気通路7における空燃比等がセンサにて検出されてECU17に入力されるが、それらの図示は省略した。ECU17による燃料噴射弁4、点火プラグ5、EGR弁23、バイパス弁25の制御の手順は公知の内燃機関に対するものと同様でよく、本発明の要旨ではないのでここでは説明を省略する。
【0019】
EGR量に関しては、ECU17がEGR弁23の開度、又は可変動弁機構26による吸気弁8及び排気弁9のそれぞれの開時期のオーバーラップ量を調整することにより所定の目標値に向かって制御される。ここでいうEGR量の目標値はシリンダ3内における燃焼状態を内燃機関1の運転状態からみて最適に制御するために必要な値である。EGR量の目標値は各種のセンサからの検出信号に基づいてECU17により演算されるものでもよいし、内燃機関1の運転状態を表すEGR量以外の物理量の目標値によって潜在的に特定されるものでもよい。なお、バイパス弁25を操作して過給圧を調整すること、あるいは、ターボチャージャー10の可変ノズルの開度を調整することによってもEGR量は調整可能であるが、本実施形態では特にEGR弁23及び/又は可変動弁機構26がEGR量調整手段に相当するものとする。
【0020】
また、上述したターボチャージャー10の電動機10dはインバータ11を介してECU17により操作される。例えば排気エネルギによるタービンロータ10aの回転のみでは十分な過給効果が得られない場合には、ECU17からの過給指示に応じた過給効果が得られるようにバッテリ12からインバータ11を介して電動機10dに電力が供給されて電動機10dが正転駆動される。内燃機関1の減速時のように過給効果を必要としないにも拘わらずタービンロータ10aが回転している場合、つまりタービンロータ10aの回転エネルギが余っている場合には、ECU17からの発電指示に応じてインバータ11の動作状態が切り替えられて電動機10dで発電が行われ、そこで得られた電力がインバータ11を介してバッテリ12に充電される。このような過給圧を制御する目的におけるターボチャージャー10の電動機10dの操作は他の電動機付きターボチャージャーの制御と同様に行ってよい。
【0021】
ECU17は、EGR量を目標値に制御するために電動機10dを操作する電動機操作手段としても機能する。ECU17のROMには、電動機10dを利用したEGR量の調整を実行するための条件が内燃機関1の運転状態と関連付けて予め記憶されており、内燃機関1の運転状態がその条件を満たすとECU17はEGR量の制御のために図2のEGR量制御ルーチンを実行して電動機10dを操作する。なお、図2のルーチンは内燃機関1の運転中において所定間隔で繰り返し実行される。
【0022】
図2のEGR量制御ルーチンにおいて、ECU17はまずステップS1でEGR量の制御のために電動機付きターボチャージャー(MAT、Motor Assist Turboの略)10の動作が要求されているか否かを上述した条件に照らして判断する。いかなる場合に条件が満たされて電動機10dがEGR量の調整のために駆動されるかについては後述する。
【0023】
ステップS1において動作が要求されていない場合には今回のルーチンを終了する。一方、動作が要求されている場合にはステップS2へ進み、排気背圧の上昇が要求されているか否か、換言すればEGR量の増加が要求されているか否かを判断する。そして、排気背圧の上昇が要求されている場合にはステップS3へ進み、電動機10dをチャージ駆動、つまりスピンドル10cの回転を利用して電動機10dが発電するようにインバータ11に指示を与える。この結果、排気背圧が上昇して排気通路7と吸気通路2との圧力差が増加するため、EGR通路22を介して吸気通路2に戻される排気流量が増加するとともに、シリンダ3内に残される燃焼ガス(内部EGRガス)の量も増加する。これらの作用によりEGR量が増加する。
【0024】
続くステップS4ではチャージ駆動時に参照するようにROMに記憶された点火時期マップを読み込んで電動機10dのチャージ駆動時に適した点火プラグ5の点火時期を取得する。さらに、ステップS5において、チャージ駆動時に参照するようにROMに記憶されたスロットル開度マップを読み込んで電動機10dのチャージ駆動時に適したスロットルバルブ15の開度を取得する。すなわち、電動機10dをチャージ駆動した場合には、ターボチャージャー10に対して要求される過給効果よりも実際に得られる過給効果が小さくなるため、その影響を点火プラグ5の点火時期及びスロットルバルブ15の開度の補正によって抑えられるように、ステップS4及びステップS5において適切な点火時期及びスロットル開度を取得するものである。この場合には、点火時期を進めるとともにスロットル開度を増加させることによって過給効果の不足を補うことになる。
【0025】
一方、ステップS2において排気背圧の上昇が要求されていない場合にはステップS6へ進み、電動機10dをアシスト駆動、つまり電動機10dを正転方向に駆動してタービンロータ10aの回転速度が排気のみで回転させた場合の回転速度よりも大きくなるようにインバータ11に指示を与える。続くステップS7ではアシスト駆動時に参照するようにROMに記憶された点火時期マップを読み込んで電動機10dのアシスト駆動時に適した点火プラグ5の点火時期を取得する。さらに、ステップS8おいて、アシスト駆動時に参照するようにROMに記憶されたスロットル開度マップを読み込んで電動機10dのアシスト駆動時に適したスロットルバルブ15の開度を取得する。すなわち、電動機10dをアシスト駆動した場合には、ターボチャージャー10に対して要求される過給効果よりも実際に得られる過給効果が大きくなるため、その影響を点火プラグ5の点火時期及びスロットルバルブ15の開度の補正によって抑えられるように、ステップS7及びステップS8において適切な点火時期及びスロットル開度を取得するものである。この場合には、点火時期を遅らせるとともにスロットル開度を減少させることによって過給効果の余剰を抑えることになる。
【0026】
そして、ステップS4,5又はS7,8にて点火時期及びスロットル開度を取得した後はステップS9へ進み、得られた点火時期及びスロットル開度が実際の内燃機関1の運転に反映されるように内燃機関1の運転条件を設定する。以上により、今回のEGR量制御ルーチンを終える。
【0027】
次に、図2のEGR量制御ルーチンによってEGR量が制御される具体例を図3〜図6によって説明する。
【0028】
図3は、内燃機関1が冷間始動時であることを条件として電動機10dによるEGR量の制御を実行した場合の内燃機関1の回転数(回転速度)、MAT動作フラグ及び排気背圧の関係を示している。この例では、内燃機関1の始動直後において、冷間始動時か否かの判別に使用可能な冷却水温、燃焼室温度等の物理量の測定値又は予測値が参照され、冷間始動時であると判断されたときにターボチャージャー10の動作を要求するMAT動作フラグが“0”から“1”に変更される。図2のステップS1ではこのMAT動作フラグが“1”にセットされている場合にMAT動作要求ありと判別され、かつ、冷間始動に対応した電動機10dの駆動が要求されている場合に続くステップS2が肯定判断されて電動機10dがチャージ駆動される。その結果、図3に示したように始動直後の一定期間Aにおいて、電動機10dのチャージ駆動に対応して排気背圧が上昇する。
【0029】
このように内燃機関1の冷間始動時に電動機10dをチャージ駆動した場合には、排気背圧が上昇することにより、シリンダ3内に残されるいわゆる内部EGRガスの量が増加する。その結果、シリンダ3内の圧力が上昇して燃料噴射弁4から噴射される燃料の霧化が促進されて良好な燃焼状態が実現され、その結果、HCの排出量が減少する。ポート噴射式のガソリンエンジンの場合でも、排気背圧の上昇に伴って、吸気弁8が開いている間のシリンダ3から吸気通路2への空気の吹き返し量が増加して燃料の霧化が促進され、同様の燃焼改善効果が得られる。また、内燃機関1がディーゼルエンジンの場合にはスモークや粒子状物質(PM)の排出量が減少する。さらに、触媒16の暖機促進を目的として排気通路7に二次空気を供給し、膨張行程や排気行程で燃料を噴射する際には排気背圧の上昇に伴って燃料粒子同士の距離が縮まり、触媒16における二次燃焼が促進されて触媒16が早期にその浄化性能を発揮するようになる。
【0030】
以上のような電動機10dのチャージ動作に伴う利点は、EGR量調整手段としてのEGR弁23の開度や可変動弁機構26の操作によってEGR量を増加させることによっても得られる。しかしながら、特にEGR弁23等のEGR量調整手段によるEGR量の増量が限界に達している状態(例えばEGR弁23が最大開度に調整されていたり、吸気弁8と排気弁9との開期間のオーバーラップ量が内燃機関1の運転状態からみて限界まで増加している状態)において、EGR量がその目標値に対して不足している場合に電動機10dをチャージ駆動したならば、EGR量調整手段による限界を超える目標値までEGR量を増加させて燃焼改善を図ることができる。そのような制御の一例を図4に示す。図4においてEGR弁23は期間Bで最大開度に設定されている。その期間Bに合わせてMAT動作フラグが“0”から“1”に切り替えられて電動機10dがチャージ駆動されることにより、電動機10dによるEGR量の増量制御を行わない場合(図4に想像線で示している。)と比較してEGR率が増加する。
【0031】
なお、EGR量調整手段によるEGR量の制御がその調整範囲の最小に達した状態でさらにEGR量を減らしたい場合にも電動機10dによるEGR量制御を実行してよい。例えば、EGR弁23を閉じてEGR通路22を介したEGRを中止し、かつ可変動弁機構26により吸気弁8と排気弁9との開期間のオーバーラップ量を最小に設定した状態において内部EGR量をさらに減らしたい場合には、電動機10dをアシスト駆動すれば排気背圧を低下させて内部EGR量を減らすことができる。
【0032】
図5は、EGR弁23が最小開度付近に制御され、かつEGR量の目標値に対する偏差がEGR弁23の分解能未満であるときに電動機10dを駆動してその偏差を減少させる例を示している。この例においては、EGR弁23の開度を分解能△a(例えばステッピングモータにてEGR弁23を駆動する際には1ステップに相当する量)だけ駆動したときにEGR量が△bだけ変化するが、期間C及びDにおいてMAT動作フラグが“1”に切り替えられて電動機10dがチャージ駆動されることにより、EGR量が△bよりも小さい△c、△dだけ変化している。これにより、EGR量をより高精度に調整することができる。このような制御は、EGR量の目標値に対する偏差がEGR弁23によるEGR量の最小分解能△aよりも小さいことを図2のステップS1において肯定判断する条件として設定することにより実現できる。なお、可変動弁機構26の動作制御によっては実現できない分解能でEGR量を調整する必要がある場合にも図5の例と同様に電動機10dによるEGR量の調整を行ってよい。
【0033】
図6は電動機10dにてアシスト動作を実行してEGR量を減らす場合を示している。この例では、内燃機関1の回転数が低くかつ負荷が高い領域が電動機10dのアシスト駆動によるEGR量調整の実行域(図中の塗りつぶし部分が)として設定されている。従って、図2のEGR量制御ルーチンにおいて、ステップS1で内燃機関1の回転数と負荷とを読み取って内燃機関1の出力が図中の実行域に含まれているか否かを判断し、含まれているときに電動機10dによるアシスト動作の要求があったと判断してステップS2からステップS6へ処理を進めることになる。
【0034】
このように、低回転高負荷運転時を実行域に設定するのは、シリンダ3内の温度が上昇する高負荷運転時には、燃焼温度を下げるというEGRの好ましい作用よりも、不活性ガスとして燃焼速度を低下させるというEGRの好ましくない作用が相対的に大きく出現するようになり、特に低回転時においてはノッキングや異常燃焼が生じるおそれが高まるからである。低速高負荷運転域において電動機10dをアシスト駆動してEGR量を減少させることにより、ノッキングや異常燃焼の発生を抑え、それにより内燃機関1の燃料消費率を向上させ、内燃機関1の破損を防止することができる。
【0035】
なお、図6の例では内燃機関1の回転数及び負荷から特定した運転状態が実行域に入っているかによって電動機10dによるアシスト動作を実行するか否かを判別しているが、シリンダ3内の温度が高いことを電動機10dによるアシスト動作を実行する条件として加えてもよい。点火後に生じるヘビーノッキングや点火前の自着火(プレイグニッション)の有無をノッキングセンサ又は筒内圧センサにて監視し、これらの現象が生じたことを条件として電動機10dによるアシスト動作を実行してもよい。
【0036】
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば、図2のEGR量制御ルーチンでは、排気背圧の上昇が要求されている場合に電動機10dをチャージ駆動させるものとしたが、電動機10dによってタービンロータ10aを排気の流れに抗して停止状態に保持し、又は電動機10dを過給時とは逆方向に回転させることにより排気背圧を上昇させてもよい。要求される排気背圧の調整量に応じて電動機10dのチャージ駆動、停止保持又は逆転駆動を使い分けてもよい。
【0037】
本発明によるターボチャージャーの電動機の操作は図3〜図6に示した例に限定されることなく、ターボチャージャーの電動機によるEGR量の調整が適当と考えられる各種の状態において実施してよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動機を操作することにより、内燃機関の運転状態に拘わりなくタービンの回転速度や回転方向を適宜変化させて排気背圧を上昇させ、又は低下させ、それによりEGR量を柔軟にかつ広範囲に亘って制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るEGR制御装置が適用される内燃機関及びその付属装置の構成を示す図。
【図2】図1のECUにて実行されるEGR量制御ルーチンを示すフローチャート。
【図3】内燃機関の始動時に電動機付きターボチャージャーを利用してEGR量を増加させる場合の内燃機関の回転数、MAT動作フラグ及び排気背圧の相互の関係を示す図。
【図4】EGR弁の開度を全開にした状態でさらに電動機付きターボチャージャーを利用してEGR量を増加させる場合のEGR弁開度、MAT動作フラグ及びEGR率の相互の関係を示す図。
【図5】電動機付きターボチャージャーを利用して、EGR弁による調整分解能よりもさらに細かい分解能でEGR量を調整する場合のEGR弁開度、MAT動作フラグ及びEGR量の相互の関係を示す図。
【図6】電動機付きターボチャージャーを利用して排気背圧を低下させてEGR量を減少させる動作の実行域を内燃機関の回転数と負荷との関係において示した図。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 吸気通路
3 シリンダ
4 燃料噴射弁
10 ターボチャージャー
10a タービンロータ
10b コンプレッサロータ
10c スピンドル
10d 電動機
11 インバータ
15 スロットルバルブ
17 エンジンコントロールユニット(電動機制御手段)
22 EGR通路
23 EGR弁(EGR量調整手段)
26 可変動弁機構(EGR量調整手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an EGR amount in an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine equipped with a turbocharger with a variable nozzle, when the EGR amount is insufficient even when the EGR valve is operated to the maximum opening, the variable nozzle of the turbocharger is throttled to increase the exhaust back pressure, thereby increasing the EGR amount. An EGR control device for increasing the pressure is known (for example, see Patent Document 1). In addition, there is
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-152879 A
[Patent Document 2]
JP 2000-500544 A
[Problems to be solved by the invention]
[0004]
However, since the variable nozzle is a device that merely restricts the exhaust gas, the control range of the back pressure is narrowly limited, and the adjustment range of the EGR amount is relatively narrow. For example, when the exhaust flow rate is absolutely low and the rotation is low, even if the nozzle is narrowed down in order to enhance the supercharging effect, the amount of change in the exhaust back pressure is small if the opening degree of the nozzle is slightly changed from that state. As described above, in the adjustment of the EGR amount by the variable nozzle, there is always a restriction according to the operating state of the internal combustion engine.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an EGR control device capable of controlling an EGR amount more flexibly and widely using a turbocharger.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An EGR control device according to the present invention is an EGR control device applied to an internal combustion engine having a turbocharger drivable by the electric motor, wherein the electric motor operates the electric motor such that the EGR amount of the internal combustion engine is controlled to a target value. By providing the control means, the above-mentioned problem is solved (claim 1).
[0007]
According to the present invention, by operating the electric motor, the turbine rotor of the turbocharger can be driven in a state different from a state where the turbine rotor is freely driven to rotate by the exhaust gas. For example, electric power can be generated by a motor using the rotation of a turbine rotor, or the turbine rotor can be held in a stopped state against the flow of exhaust gas by the electric motor, or the electric motor can be rotated in the opposite direction to that during supercharging. . In these cases, the resistance of the exhaust gas when passing through the turbine rotor increases as compared with the case where the turbine rotor is freely rotated by the exhaust energy. For this reason, the exhaust back pressure increases and the EGR amount increases. On the other hand, when the electric motor is operated so as to increase the speed of the turbocharger in the rotation direction at the time of supercharging, the exhaust back pressure decreases and the EGR amount decreases. In addition, since the turbine rotor is driven by the electric motor, the rotation speed and the rotation direction of the turbine rotor can be freely changed without being restricted by the exhaust flow unlike the case where the opening degree of the nozzle is adjusted. Therefore, the EGR amount can be flexibly and widely controlled regardless of the operation state of the internal combustion engine. The operation of the motor by the motor control means according to the present invention may be any as long as it adjusts the driving state of the motor so that the EGR amount converges to the target value, and operates the motor until the EGR amount matches the target value. Is not a requirement.
[0008]
In the EGR control device of the present invention, the electric motor control means generates electric power by the electric motor when the EGR amount is insufficient with respect to the target value, or controls the electric motor so that the turbocharger is kept stopped. The electric motor may be operated, or the electric motor may be driven in a direction opposite to that at the time of supercharging (claim 2). In this case, as described above, the rotation of the turbine due to the exhaust is hindered by the operation of the electric motor, and the exhaust back pressure increases. Therefore, the shortage of the EGR amount can be compensated. On the other hand, when the EGR amount is excessive with respect to the target value, the electric motor control means may drive the electric motor in a rotation direction at the time of supercharging (claim 3). In this case, the electric motor acts so as to further increase the rotation of the turbine caused by the exhaust, and the exhaust back pressure is reduced. Therefore, the EGR amount can be reduced to contribute to eliminating the excessive state.
[0009]
In the EGR control device of the present invention, as means for controlling the EGR amount to the target value, an EGR amount adjusting means is provided separately from the electric motor control means, and the electric motor control means is controlled by the EGR amount adjusting means. The motor may be operated so as to reduce the deviation of the EGR amount from the target value that cannot be eliminated (claim 4).
[0010]
According to this aspect, it is possible to control the EGR amount which cannot be realized by the EGR amount adjusting means alone. For example, when the control of the EGR amount by the EGR amount adjusting means reaches the maximum or minimum of the adjustment range, the motor is operated so as to reduce the deviation of the remaining EGR amount from the target value (claim Item 5), the EGR amount can be increased or decreased beyond the adjustment range by the EGR amount adjusting means. Alternatively, when the electric motor is operated so as to reduce the deviation of the EGR from the target value which cannot be eliminated by the EGR amount adjusting resolution by the EGR amount adjusting means (Claim 6), the EGR amount cannot be realized by the EGR amount adjusting means. You can make fine adjustments to the volume. Further, in particular, when the EGR amount is changed by operating the turbocharger motor only when the adjustment by the EGR amount adjusting means is at a limit, the operation of the turbocharger motor for the purpose of EGR amount control is not performed. The effect on the supercharging effect can be minimized. As the EGR amount adjusting means, for example, an EGR valve whose opening degree is adjustable and which is installed in an EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage, and a variable valve which can control an overlapping amount of the opening timing of the intake valve and the exhaust valve. A mechanism can be used. The EGR valve and the variable valve mechanism may be combined to form EGR amount adjusting means. In addition, various devices that can adjust the EGR amount may be used as the EGR amount adjusting means.
[0011]
In the present invention, the target value of the EGR amount may be explicitly calculated based on the operating state of the internal combustion engine, or may be a potential value determined in relation to the target value of control relating to a physical quantity other than the EGR amount. May be. For example, a target value is set for the NOx emission amount, and the EGR amount is set in accordance with the deviation between the target value and the actual measurement value by the NOx sensor provided in the exhaust passage or the predicted value of the NOx emission amount predicted from the operating state of the internal combustion engine. Is controlled, the target value is not calculated for the EGR amount itself. However, there is an optimal EGR amount for controlling the actual measured value or the predicted value of the NOx emission amount to the target value, and the entity of the EGR amount control sets the EGR amount as the target value with the optimal EGR amount as the target value. It's nothing more than adjusting. The concept of the target value of the EGR amount referred to in the present invention includes such a potential target value. Therefore, the case where the EGR amount adjusting means such as the turbocharger motor or the EGR valve is operated based on the concept of the EGR rate is naturally included in the scope of the present invention in that the target value of the EGR amount can be derived from the target value of the EGR rate. It is what is done.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of an internal combustion engine to which the EGR control device of the present invention is applied. The
[0013]
A
[0014]
The
[0015]
An
[0016]
The throttle valve 15 is a so-called electronically controlled throttle valve whose opening is controlled by operating a
[0017]
In addition to the opening of the throttle valve 15, the
[0018]
In order to appropriately control the operations of the various devices described above in accordance with the operating state of the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
In the EGR amount control routine of FIG. 2, the
[0023]
If no operation is requested in step S1, the current routine ends. On the other hand, if the operation is requested, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not an increase in the exhaust back pressure is required, in other words, whether or not the increase in the EGR amount is required. If an increase in the exhaust back pressure is required, the process proceeds to step S3, in which an instruction is given to the inverter 11 to charge the
[0024]
In the following step S4, the ignition timing map stored in the ROM is read so as to be referred to during the charge driving, and the ignition timing of the
[0025]
On the other hand, if it is determined in step S2 that an increase in the exhaust back pressure is not required, the process proceeds to step S6, in which the
[0026]
After the ignition timing and the throttle opening are obtained in step S4, S5 or S7, S8, the process proceeds to step S9 so that the obtained ignition timing and throttle opening are reflected in the actual operation of the
[0027]
Next, a specific example in which the EGR amount is controlled by the EGR amount control routine of FIG. 2 will be described with reference to FIGS.
[0028]
FIG. 3 shows the relationship between the rotational speed (rotational speed) of the
[0029]
When the
[0030]
The advantages associated with the charging operation of the
[0031]
It should be noted that the EGR amount control by the
[0032]
FIG. 5 shows an example in which when the
[0033]
FIG. 6 shows a case where the assist operation is performed by the
[0034]
In this manner, the setting of the low-speed high-load operation as the execution range is more advantageous in that the combustion speed is reduced as an inert gas during the high-load operation in which the temperature in the
[0035]
In the example of FIG. 6, whether the assist operation by the
[0036]
The present invention is not limited to the above embodiments, and may be implemented in various forms. For example, in the EGR amount control routine shown in FIG. 2, the
[0037]
The operation of the electric motor of the turbocharger according to the present invention is not limited to the examples shown in FIGS. 3 to 6 and may be performed in various states in which the adjustment of the EGR amount by the electric motor of the turbocharger is considered appropriate.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by operating the motor, the exhaust gas back pressure is increased or decreased by appropriately changing the rotational speed or the rotational direction of the turbine regardless of the operation state of the internal combustion engine, Thus, the EGR amount can be controlled flexibly and over a wide range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine to which an EGR control device according to an embodiment of the present invention is applied and an accessory device thereof.
FIG. 2 is a flowchart showing an EGR amount control routine executed by an ECU of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing the relationship among the rotation speed, the MAT operation flag, and the exhaust back pressure of the internal combustion engine when the EGR amount is increased using a turbocharger with an electric motor when the internal combustion engine is started.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship among the EGR valve opening, the MAT operation flag, and the EGR rate when the EGR amount is further increased by using a turbocharger with a motor in a state where the opening of the EGR valve is fully opened.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the EGR valve opening, the MAT operation flag, and the EGR amount when the EGR amount is adjusted with a resolution finer than the adjustment resolution by the EGR valve using a turbocharger with a motor.
FIG. 6 is a diagram showing an execution range of an operation of reducing an EGR amount by reducing an exhaust back pressure by using a turbocharger with a motor in relation to a rotation speed and a load of the internal combustion engine.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2 Intake passage
3 cylinder
4 Fuel injection valve
10 Turbocharger
10a Turbine rotor
10b Compressor rotor
10c spindle
10d electric motor
11 Inverter
15 Throttle valve
17 Engine control unit (motor control means)
22 EGR passage
23 EGR valve (EGR amount adjusting means)
26 Variable valve mechanism (EGR amount adjusting means)
Claims (6)
前記内燃機関のEGR量が目標値に制御されるように前記電動機を操作する電動機制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関のEGR制御装置。In an EGR control device applied to an internal combustion engine having a turbocharger drivable by an electric motor,
An EGR control device for an internal combustion engine, comprising: electric motor control means for operating the electric motor so that the EGR amount of the internal combustion engine is controlled to a target value.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009113146A1 (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-17 | 株式会社Ihi | Supercharger for internal-combustion engine equipped with exhaust gas recirculation unit, and method for driving the same |
JP2010138746A (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Toyota Motor Corp | Control system for internal combustion engine |
JP2011163308A (en) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | Device for control of internal combustion engine |
JP2012092702A (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Isuzu Motors Ltd | Exhaust gas recirculation device |
JP2016138451A (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 株式会社日立製作所 | Electric regenerative supercharger |
EP3303805A1 (en) * | 2015-05-29 | 2018-04-11 | GE Jenbacher GmbH & Co. OG | Method for operating an internal combustion engine |
WO2023173155A1 (en) * | 2022-03-15 | 2023-09-21 | Avl List Gmbh | Method for operating an internal combustion engine |
-
2003
- 2003-03-13 JP JP2003067575A patent/JP2004278326A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009113146A1 (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-17 | 株式会社Ihi | Supercharger for internal-combustion engine equipped with exhaust gas recirculation unit, and method for driving the same |
JPWO2009113146A1 (en) * | 2008-03-10 | 2011-07-14 | 株式会社Ihi | Supercharger for internal combustion engine with exhaust gas recirculation device and driving method thereof |
JP2010138746A (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Toyota Motor Corp | Control system for internal combustion engine |
JP2011163308A (en) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | Device for control of internal combustion engine |
JP2012092702A (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Isuzu Motors Ltd | Exhaust gas recirculation device |
JP2016138451A (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 株式会社日立製作所 | Electric regenerative supercharger |
EP3303805A1 (en) * | 2015-05-29 | 2018-04-11 | GE Jenbacher GmbH & Co. OG | Method for operating an internal combustion engine |
WO2023173155A1 (en) * | 2022-03-15 | 2023-09-21 | Avl List Gmbh | Method for operating an internal combustion engine |
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