JP2013189887A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速時等要求負荷が減少した際に、吸気通路のＥＧＲ通路から気筒に至る領域内にはＥＧＲガスが残留していることに伴い燃焼が不安定となる不具合を解消する。
【解決手段】吸気通路におけるコンプレッサの下流側に設けられたスロットルバルブと、排気通路におけるタービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路及びこのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブ２３と、内室とスロットルバルブの下流側とを接続するＰＣＶ通路と、内室と前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路との接続箇所の上流側とを接続するブローバイ通路と、前記スロットルバルブとコンプレッサの間と前記ブローバイ通路とを接続する第３の通路中に設けられたＡＢＶバルブ９２とを備え、前記スロットルバルブ及び前記ＥＧＲバルブ２３の開度が減少する際に前記第３の通路中に設けられたＡＢＶバルブ９２の開度を増加させる制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載され、排気ガス再循環装置を有する内燃機関を制御する制御装置に関する。

従来より、燃費の向上及び排気ガス中のＮＯｘ量減少を図るべく、排気通路から吸気通路に排気ガスを還流させる排気ガス再循環装置を内燃機関に設けることが知られている。このような排気ガス再循環装置の一例として、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、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットルバルブと、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側に設けられた吸気絞りバルブとを備える内燃機関に設けられ、前記排気通路と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路、及びこのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブを有する排気ガス再循環装置が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、このような排気ガス再循環装置を備える内燃機関の運転にあたって、減速時等、要求負荷が減少した際には、要求負荷が減少する以前と吸気通路に還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の量を等しくすると、ＥＧＲガスの量が新気と比較して多くなりすぎることに起因する失火が発生する不具合が発生することがある。この不具合を解消するための方法の一つとして、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側に吸気絞りバルブを設け、要求負荷が減少した際にはこの吸気絞りバルブを開弁し新気が吸気通路内に取り込まれる量を多くすることが考えられている。

しかして、減速など要求負荷の減少の開始に伴い吸気絞りバルブを開弁しても、吸気絞りバルブを開弁した時点では、吸気通路のＥＧＲ通路から気筒に至る領域内にはＥＧＲガスが残留しているので、燃焼が不安定となる不具合が依然として発生しうる。

特開２０１２−７５４７号公報

本発明は以上の点に着目し、減速時等要求負荷が減少した際に、吸気通路のＥＧＲ通路から気筒に至る領域内にはＥＧＲガスが残留していることに伴い燃焼が不安定となる不具合を解消することを目的とする。

すなわち本発明に係る制御装置は、車両に搭載され、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、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットルバルブと、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路及びこのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブを有する排気ガス再循環装置と、内室と前記吸気通路における前記スロットルバルブの下流側とを接続する第１の通路と、内室と前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路との接続箇所の上流側とを接続する第２の通路と、前記吸気通路における前記スロットルバルブとコンプレッサの間と同吸気通路における前記第２の通路との接続箇所より上流側、前記第２の通路又は前記内室のいずれかとを接続する第３の通路と、この第３の通路中に設けられたバルブとを備える内燃機関を制御するものであって、前記スロットルバルブ及び前記ＥＧＲバルブの開度が減少する際に前記第３の通路中に設けられたバルブの開度を増加させる制御を行うことを特徴とする。

このようなものであれば、前記吸気通路における前記スロットルバルブとコンプレッサの間に残留しているＥＧＲガスは、要求負荷の減少に伴い前記スロットルバルブ及び前記ＥＧＲバルブの開度が減少した際に、前記吸気通路における前記スロットルバルブとコンプレッサの間との部位に残留したＥＧＲガスの一部は、前記第３の通路から内室及び前記第１の通路を経て、内室内に導入された新気及びブローバイガスにより希釈されてから吸気通路における前記スロットルバルブの下流側に導入される。従って、燃焼室内に導入されるＥＧＲガスの濃度を低下させることにより、燃焼が不安定となる不具合の発生を抑制することができる。

ここで、「内室」とは、内燃機関のブローバイガスが溜まる空間であり、カム室やクランク室等を含む概念である。

本発明によれば、減速時等要求負荷が減少した際に、吸気通路のＥＧＲ通路から気筒に至る領域内にはＥＧＲガスが残留していることに伴い燃焼が不安定となる不具合を解消することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。 同実施形態におけるＰＣＶバルブの流量特性を示す図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。 本発明の他の実施形態における内燃機関の構成を示す図。 本発明の他の実施形態における内燃機関の構成を示す図。 本発明の他の実施形態における内燃機関の構成を示す図。

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の概要を示す。この内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンである。図示例の内燃機関は、筒内直接噴射式のもので、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、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装置２と、排気のエネルギを利用して回転駆動される駆動タービン５２及びこの駆動タービン５２と同軸で連結されて連動するコンプレッサ５１を備えた排気ターボ過給機５とを備えている。

気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

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、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、電子スロットルバルブ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ることで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、排気ターボ過給機５の駆動タービン５２及び排気浄化用の三元触媒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であるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｎ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バルブであり、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、上述したように駆動タービン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装置２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４におけるタービン５２の下流側と吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。低圧ループＥＧＲ通路２１の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における三元触媒４１の下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３における吸気絞りバルブ３６の下流かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０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。

ＥＣＵ０の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、クランクシャフトの回転角及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、車載バッテリの電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、電子スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、吸気絞りバルブ３６に対して開度操作信号ｍ等を出力する。さらに、後述するＰＣＶバルブ６２に対して開度操作信号ｎを出力する。そして、後述するＡＢＶバルブ９２に対して開度操作信号ｏを出力する。

ＥＣＵ０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、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、吸気圧及びエンジン回転数を知得するとともに、気筒１に充填される吸気量を推算し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）及びＥＧＲバルブ２３の開度といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ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ブローバイガス還流装置６は、内燃機関のブローバイガスが溜まる空間である内室７、８で発生するブローバイガスを吸気通路３に送り出すためのものであって、ＰＣＶ通路６１と、ＰＣＶバルブ６２及びブローバイ通路６３を要素としてなる。ここで、ＰＣＶ通路６１は、請求項中における第１の通路としての機能を有する。また、ブローバイ通路６３は、請求項中における第２の通路としての機能を有する。

ＰＣＶ通路６１は、その一端がクランク室７に接続し、他端が吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流側（特に、サージタンク３４）に接続しており、クランク室７を吸気通路３に連通せしめる。クランク室７内にあるブローバイガスは、このＰＣＶ通路６１を経由して吸気通路３に排出される。

ＰＣＶバルブ６２は、ＰＣＶ通路６１を流通するブローバイガスの流量を増減させる。本実施形態では、ＰＣＶバルブ６２を、ＰＣＶ通路６１のクランク室７への接続箇所に設置している。本実施形態において、このＰＣＶバルブ６２は、ＥＣＵ０からの開度操作信号ｎを受けて開閉する。このＰＣＶバルブ６２の開度は、吸気通路３内の圧力をパラメータとして決定される。

図２に、ＰＣＶバルブ６２の流量特性を示している。ＰＣＶバルブ６２は、吸気通路３内の圧力が大気圧と同等かそれ以上（吸気圧が正圧）である領域Ａでは閉じており、ＰＣＶ通路６１を通じたブローバイガスまたは吸気の逆流を阻止する。

また、吸気通路３内圧力が大気圧よりも小さく（吸気圧が負圧）、かつクランク室７内圧力と吸気通路３内圧力との差圧が所定以下である領域Ｂでは、その差圧が大きいほどＰＣＶバルブ６２の開度が拡大し、クランク室７から吸気通路３に向けて流れるブローバイガスの流量が増加する。

但し、吸気通路３内圧力が非常に小さく（吸気負圧が非常に大きく）なり、クランク室７内圧力と吸気通路３内圧力との差圧が所定以上となった領域Ｃでは、その差圧が大きいほどＰＣＶバルブ６２の開度が縮小し、クランク室７から吸気通路３に向けて流れるブローバイガスの流量が減少する。アイドル運転時またはアイドル運転に近い低負荷運転時のように、吸気通路３内圧力が極小（吸気負圧が極大）であるときには、吸気通路３内圧力の変化に対するＰＣＶバルブ６２の流量の変化が乏しくなる。

クランク室７とＰＣＶバルブ６２との間には、図示しないオイルセパレータを介設する。オイルセパレータは、ラビリンス構造を有し、流通するガスに含まれる潤滑油を当該ガスから分離させる気液分離作用を営むもので、クランク室７から潤滑油が失われることを抑止する。

ブローバイ通路６３は、その一端が内燃機関のシリンダヘッドカバー内のカム室８に接続し、他端が吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の上流側に接続しており、カム室８を吸気通路３に連通せしめる。このブローバイ通路６３のカム室８への接続箇所にも、オイルセパレータを設けてある。

ＰＣＶバルブ６２が開いているとき、カム室８及びクランク室７内のブローバイガスが、ＰＣＶバルブ６２及びＰＣＶ通路６１を経由して吸気通路３に送り出される。同時に、吸気通路３からブローバイ通路６３を経由してカム室８及びクランク室７に新気が流れ込み、カム室８及びクランク室７内が換気される。吸気通路３のサージタンク３４に還流したブローバイガスは、気筒１に充填されて再燃焼される。

しかして本実施形態では、前記吸気通路３における前記スロットルバルブ３３とコンプレッサ５１との間と同吸気通路３における前記ブローバイ通路６３との接続箇所より上流側とを接続する通路９１と、この通路９１中に設けられたＡＢＶバルブ９２（エアバイパスバルブ）とを有する残留ＥＧＲガス掃気装置９を備えている。なお、前記通路９１は、請求項中における第３の通路としての機能を有する。前記ＡＢＶバルブ９２は、ＥＣＵ０からの開度操作信号ｏを受けて開閉する。この残留ＥＧＲガス掃気装置９は、スロットルバルブ３３の開度が急に減少した際に前記スロットルバルブ３３とコンプレッサ５１との間の吸気圧が大きくなりすぎる不具合の発生を抑止すべく、ＡＢＶバルブ９２をごく短時間だけ開放してスロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間の空気をコンプレッサ５１の上流に逃がすための機構として周知のものと同様のものである。

そして、ＥＣＵ０は、要求負荷の減少を検知した際に、ＥＣＵ０のメモリに内蔵した減速時ＥＧＲ制御プログラムをプロセッサが実行することにより、気筒内に供給されるＥＧＲガスの量を減少させるべくＥＧＲバルブ２３の開度を減少させる制御、及び前記通路９１中に設けられたＡＢＶバルブ９２の開度を増加させる制御を行う。この減速時ＥＧＲ制御プログラムは、要求負荷の減少、より具体的にはアクセル開度信号ｃが示すアクセル開度の減少を検知した際に実行が開始される。この減速時ＥＧＲ制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図３を参照しつつ以下に述べる。

まず、ＥＧＲバルブ２３の開度を減少させる（Ｓ１）。次いで、ＡＢＶバルブ９２を開放する（Ｓ２）。それから、この減速時ＥＧＲ制御プログラムによる制御を終了させるための条件が満たされたか否か、すなわち吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１との合流箇所からスロットルバルブ３３に至る部分に残留している残留ＥＧＲガスの排出が完了したか否かを判定し（Ｓ３）、残留ＥＧＲガスの排出が完了した場合はＡＢＶバルブ９２を閉止し（Ｓ４）、制御を終了する。この減速時ＥＧＲ制御プログラムによる制御を終了させるための条件は、例えば、ＥＧＲバルブ２３の開度を減少させる制御を行ってからの吸気量の積算値Ｖ_sumに基づくものが考えられる。より具体的には、ＥＧＲバルブ２３の開度を減少させる制御を行ってからの吸気量の積算値Ｖ_sumが吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１との合流箇所からスロットルバルブ３３に至る部分の容積Ｖ₀に達した場合に前記制御を終了させるようにすることが考えられる。なお、従来のスロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間の空気をコンプレッサ５１の上流に逃がすための機構において、ＡＢＶバルブ９２は通常ＥＧＲバルブ２３の開度を減少させる制御を行ってからの吸気量の積算値Ｖ_sumが吸気通路３におけるＥＧＲ通路２１との合流箇所からスロットルバルブ３３に至る部分の容積Ｖ₀に達する以前に閉じられるので、本実施形態に係る制御を行った場合にＡＢＶバルブ９２が開放させる時間は従来のスロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間の空気をコンプレッサ５１の上流に逃がすための機構に係るものと比較して長くなる。

すなわち、本実施形態の制御を行うことにより、要求負荷の減少に伴い前記スロットルバルブ３３及び前記ＥＧＲバルブ２３の開度が減少した際に、前記吸気通路３における前記スロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間に残留しているＥＧＲガスの少なくとも一部は、前記通路９１からブローバイ通路６３、カム室８、クランク室７及びＰＣＶ通路６１を経て、新気及びブローバイガスにより希釈されてから吸気通路３における前記スロットルバルブ３３の下流側に導入される。すなわち、燃焼室内に導入されるＥＧＲガスの濃度が低下する。従って、燃焼が不安定となる不具合の発生を抑制することができる。

また、本実施形態の構成によれば、スロットルバルブ３３の開度が急に減少した際に前記スロットルバルブ３３とコンプレッサ５１との間の吸気圧が大きくなりすぎる不具合の発生を抑止すべく、ＡＢＶバルブ９２を開放してスロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間の空気をコンプレッサ５１の上流に逃がすための機構に用いられる通路９１及びＡＢＶバルブ９２に、前記吸気通路３における前記スロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間に残留しているＥＧＲガスを内室７、８を経由して新気及びブローバイガスと混合し希釈するための機能を付与できるので、上述したような効果を低コストで実現することができる。

なお、本発明は以上に述べた実施の形態に限らない。

例えば、上述した実施形態では、請求項中の第３の通路として、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間と同吸気通路３における第２の通路たるブローバイ通路６３との接続箇所より上流側とを接続する通路９１を利用するようにしているが、それ以外にも以下に述べるような態様が考えられる。

例えば、図４に示すように、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間と前記第２の通路たるブローバイ通路とを接続する第３の通路９１を設けてもよい。

また、図５に示すように、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３とコンプレッサ５１の間と内室たるクランク室７とを接続する第３の通路９１を設けてもよい。さらに、図６に示すように、クランク室７でなく内室たるカム室８と接続する第３の通路９１を設けてもよい。なお、図４〜図６およびその説明において、前述した実施形態におけるものと対応する部位には同一の名称及び符号を付している。

さらに、上述した実施形態では、減速開始すなわちＥＧＲバルブの開度を減少させる制御の開始からの吸気量の積算値に基づきＡＢＶバルブを開放する制御を終了すべきか否かの判定を行っているが、減速開始から所定時間の間だけＡＢＶバルブを開放し、減速開始から所定時間経過した時点でＡＢＶバルブを閉止するようにしてもよい。この所定時間は、吸気通路の吸気通路におけるＥＧＲ通路との合流箇所からスロットルバルブに至る部分に残留するＥＧＲガスを全て該部分から排出するために必要な時間として実験により決定した値に設定するとよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

２…外部ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）
２１…ＥＧＲ通路
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３３…スロットルバルブ
３６…吸気絞りバルブ
４…排気通路
５１…コンプレッサ
５２…駆動タービン
６１…ＰＣＶ通路（第１の通路）
６３…ブローバイ通路（第２の通路）
９１…通路（第３の通路）
９２…ＡＢＶバルブ（第３の通路中に設けたバルブ）

Claims (1)

1. 車両に搭載され、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、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットルバルブと、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路及びこのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブを有する排気ガス再循環装置と、内室と前記吸気通路における前記スロットルバルブの下流側とを接続する第１の通路と、内室と前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路との接続箇所の上流側とを接続する第２の通路と、前記吸気通路における前記スロットルバルブとコンプレッサの間と同吸気通路における前記第２の通路との接続箇所より上流側、前記第２の通路又は前記内室のいずれかとを接続する第３の通路と、この第３の通路中に設けられたバルブとを備える内燃機関を制御するものであって、
   前記スロットルバルブ及び前記ＥＧＲバルブの開度が減少する際に前記第３の通路中に設けられたバルブの開度を増加させる制御を行うことを特徴とする制御装置。

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