(57)【要約】【課題】高負荷運転時にＥＧＲを行なって高出力化を図るようにしたもとでも、エンジンの運転性や排気性能の悪化を回避することのできる多気筒エンジンの制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にＥＧＲを行なう際、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上のときには、先に筒内に供給される空気量を減じ、その後にＥＧＲ率を減じる制御を行なう。【選択図】図５
2010242630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に供給される空気量を調節するための給気量調節手段と、排気の一部を吸気系に還流するためのＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を通じて吸気系に環流されるＥＧＲガス流量を調節するためのＥＧＲガス流量調節手段と、混合気の燃焼状態を検出ないし推定する燃焼状態推定手段と、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記給気量調節手段及びＥＧＲガス流量調節手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にＥＧＲを行なうとともに、前記燃焼状態推定手段の推定結果及び前記空燃比検出手段の検出結果のうちの少なくとも一方に基づいて、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該ばらつき度合いに基づいてＥＧＲ率を制御することを特徴とする多気筒エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上であるときには、筒内に供給される空気量及びＥＧＲ率を共に減じる制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上であるときには、先に筒内に供給される空気量を減じ、その後にＥＧＲ率を減じる制御を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、エンジンに対する要求トルクが実トルクよりも大きいときには、筒内に供給される空気量及びＥＧＲ率を共に増大する制御を行なうことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、エンジンに対する要求トルクが実トルクよりも大きいときには、先に筒内に供給される空気量を増大し、その後にＥＧＲ率を増大する制御を行なうことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、再始動後の高負荷運転時におけるＥＧＲ率の少なくとも初期値として、再始動前に設定された前回の同じ条件下での高負荷運転ときのＥＧＲ率を用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記高負荷運転時に設定された前記給気量調節手段に対する制御量及び/又は前記ＥＧＲ流量調節手段に対する制御量を、再始動後における同じ条件下での高負荷運転ときの制御量の少なくとも初期値として用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、ＥＧＲ率に加えて点火時期も制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項９】
前記ＥＧＲ通路を通じて吸気系に環流されるＥＧＲガスの流量を検出ないし推定するＥＧＲガス流量推定手段を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記ＥＧＲガス流量推定手段は、前記ＥＧＲ通路に配置された流量センサ又は前記ＥＧＲ通路もしくは吸気通路のいずれかに配置された温度センサを有し、該センサから得られる信号に基づいてＥＧＲガス流量を検出ないし推定することを特徴とする請求項９に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記ＥＧＲガス流量推定手段の検出ないし推定結果に基づいて、ＥＧＲ率を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記ＥＧＲガス流量推定手段の検出ないし推定結果に基づき、ＥＧＲガス温度もしくは吸気通路のガス温度が所定値以上のときには、前記高負荷運転時におけるＥＧＲを禁止することを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項１３】
エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にＥＧＲを行なう際、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上のときには、まず筒内に供給される空気量を減じ、その後にＥＧＲ率を減じる制御を行なうことを特徴とする多気筒エンジンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の一部を吸気系に還流する、いわゆる排気再循環(以下、ＥＧＲ)を行なうようにされた多気筒エンジンの制御装置に係り、特に、高負荷過給運転時にＥＧＲ行なう場合でも、燃焼安定化とノック(異常燃焼)抑制とを両立させ得る多気筒エンジンの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンなどの火花点火エンジンや一部のディーゼルエンジンにおいて、高負荷運転時において、ＥＧＲを行なって筒内のガス温度を低下させる技術が知られている。特に、過給機を備えた火花点火エンジンにおいては、過給状態、すなわち、吸気管内(吸気通路におけるスロットル下流部分)が大気圧以上に加圧された状態においても、吸気量(筒内に供給される空気量＝給気量)とＥＧＲ率を独立に制御することが可能なため、ＥＧＲを行なわない場合に比べて給気量を大幅に増大させ得、高トルク（高出力）化を実現することができる。
【０００３】
また、高負荷運転時にＥＧＲを行なうと、排気温度が低下するので、排気系に配備された触媒や過給機のタービンの保護のために設定されている排気温度の上限値に対し、過給余裕度(給気増量)を確保できることになり、高トルク化に寄与する。すなわち、上記のようにＥＧＲを行なうことによってノック抑制と排気温度低減の両立が可能となるため、この二つの効果によって、エンジンの高トルク化が実現できる、ということがこの技術の利点である(例えば、下記非特許文献１には、上記技術の実験結果や効果が記載されている)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Terry Alger, Thierry Chauvet, Zlatina Dimitrova," Synergies between High EGR Operation and GDI Systems", SAE paper 2008-01-0134(2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記文献１をはじめとするこれまでの技術では、以下のような問題があった。
すなわち、例えば、高負荷運転時にＥＧＲを行なうと、特に多気筒エンジンにおいては、各気筒へのＥＧＲガス分配量にばらつきが発生する。言い換えれば、各気筒のＥＧＲ率が相違するものとなる。さらに、このばらつき(度合い)は、エンジンの運転条件や経年劣化によって変化してしまう。各気筒においてＥＧＲ率が相違すると、ＥＧＲ率が高い気筒では燃焼不安定となり、ＥＧＲ率の低い気筒ではノック発生の恐れがあり、ＥＧＲ効果を充分に得ることはできず、かえってエンジンの運転性や排気性能(エミッション特性)などを悪化させてしまう原因となる。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に高負荷運転時にＥＧＲを行なって高出力化を図るようにしたもとでも、エンジンの運転性や排気性能の悪化を回避することのできる多気筒エンジンの制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明に係る多気筒エンジンの制御装置は、基本的には、筒内に供給される空気量を調節するための給気量調節手段と、排気の一部を吸気系に還流するためのＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を通じて吸気系に環流されるＥＧＲガス流量を調節するためのＥＧＲガス流量調節手段と、混合気の燃焼状態を検出ないし推定する燃焼状態推定手段と、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記給気量調節手段及びＥＧＲガス流量調節手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にＥＧＲを行なうとともに、前記燃焼状態推定手段の推定結果及び前記空燃比検出手段の検出結果のうちの少なくとも一方に基づいて、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該ばらつき度合いに基づいてＥＧＲ率を制御することを特徴としている。
【０００８】
好ましい態様では、前記制御手段は、前記気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上であるときには、筒内に供給される空気量及びＥＧＲ率を共に減じる制御を行なうようにされる。
【０００９】
より好ましい態様では、前記制御手段は、前記気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上であるときには、先に筒内に供給される空気量を減じ、その後にＥＧＲ率を減じる制御を行なうようにされる。
【００１０】
他の好ましい態様では、前記制御手段は、エンジンに対する要求トルクが実トルクよりも大きいときには、筒内に供給される空気量及びＥＧＲ率を共に増大する制御を行なうようにされる。
【００１１】
この場合、より好ましい態様では、前記制御手段は、エンジンに対する要求トルクが実トルクよりも大きいときには、先に筒内に供給される空気量を増大し、その後にＥＧＲ率を増大する制御を行なうようにされる。
【００１２】
他の好ましい態様では、前記制御手段は、再始動後の高負荷運転時におけるＥＧＲ率の少なくとも初期値として、再始動前に設定された前回の同じ条件下での高負荷運転ときのＥＧＲ率を用いるようにされる。
【００１３】
他の好ましい態様では、前記制御手段は、前記高負荷運転時に設定された前記給気量調節手段に対する制御量及び/又は前記ＥＧＲ流量調節手段に対する制御量を、再始動後における同じ条件下での高負荷運転ときの制御量の少なくとも初期値として用いるようにされる。
【００１４】
他の好ましい態様では、前記制御手段は、ＥＧＲ率に加えて点火時期も制御するようにされる。
【００１５】
他の好ましい態様では、前記ＥＧＲ通路を通じて吸気系に環流されるＥＧＲガスの流量を検出ないし推定するＥＧＲガス流量推定手段を備える。
【００１６】
他の好ましい態様では、前記ＥＧＲガス流量推定手段は、前記ＥＧＲ通路に配置された流量センサ又は前記ＥＧＲ通路もしくは吸気通路のいずれかに配置された温度センサを有し、該センサから得られる信号に基づいてＥＧＲガス流量を検出ないし推定するようにされる。
【００１７】
この場合、前記制御手段は、前記ＥＧＲガス流量推定手段の検出ないし推定結果に基づいて、ＥＧＲ率を変化させるようにされる。
【００１８】
他の好ましい態様では、前記制御手段は、前記ＥＧＲガス流量推定手段の検出ないし推定結果に基づき、ＥＧＲガス温度もしくは吸気通路のガス温度が所定値以上のときには、前記高負荷運転時におけるＥＧＲを行なわないようにされる。
【００１９】
一方、本発明に係る多気筒エンジンの制御方法は、エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にＥＧＲを行なう際、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上のときには、まず筒内に供給される空気量を減じ、その後にＥＧＲ率を減じる制御を行なうようにされる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るエンジンの制御装置及び方法の好ましい態様では、高負荷運転時にＥＧＲを行なう際、気筒間における燃焼状態のばらつき度合いや気筒間における空燃比のばらつき度合いをリアルタイムで求め、該ばらつき度合が所定値以上のときには、まず筒内に供給される空気量を減じ、その後にＥＧＲ率を減じる制御を行なうようにされるので、燃焼安定化とノック抑制を両立することが可能となり、エンジンの経年劣化や運転条件によらず、エンジンの運転性や排気悪化を回避しつつ、できる限り高出力でエンジン運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る制御装置の第１実施例を、それが適用された多気筒エンジンと共に示す概略構成図。
【図２】排気温度とエンジントルクとの関係の説明に供される図。
【図３】吸気管圧力と目標ＥＧＲ率との関係の説明に供される図。
【図４】各気筒での熱発生率とクランク角との関係の説明に供される図。
【図５】第１実施例における、ＥＧＲ率、過給圧及び点火時期等の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図６】第１実施例における、ＥＧＲ率、過給圧及び点火時期等の制御ルーチンの他の例を示すフローチャート。
【図７】第２実施例における、ＥＧＲ率、過給圧及び点火時期等の制御ルーチンの一部を示すフローチャート。
【図８】給気(ＥＧＲガス)温度と目標ＥＧＲ率との関係の説明に供される図。
【図９】本発明に係る制御装置の第２実施例を、それが適用された多気筒エンジンと共に示す概略構成図。
【図１０】第２実施例におけるＥＧＲガス流量制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１１】本発明に係る制御装置の第３実施例を、それが適用された多気筒エンジンと共に示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る制御装置の第１実施例を、それが適用された多気筒エンジンと共に示す概略構成図である。
【００２３】
図において、車載用の過給機付き多気筒エンジン３０の吸気通路３２には、その上流からエアクリーナ１７、エアフローセンサ２、過給機(ターボチャージャ)６のインペラ(コンプレッサ)６ｂ、インタークーラ１６、吸入空気量を調整するスロットル１３、吸気ポート２０、燃料噴射弁（以下、インジェクタ）５が配置されている。本実施例における給気量調節手段は、気筒１９内に供給される空気量を調節可能な、前記過給機６、インタークーラ１６、スロットル１３であり、吸入空気量検出手段はエアフローセンサ２である。
【００２４】
エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）８は、アクセル開度αやブレーキ状態などのユーザ要求、車速などの車両状態、エンジン冷却水温や排気温度などのエンジン運転条件に応じて、エンジン３０の燃焼モードや制御量などを決定するものである。インジェクタ５は吸気ポート２０に燃料噴射するタイプのものであり、アクセル開度センサ１の開度信号などから演算される目標エンジントルクに応じて、所定の燃料量が所定の燃料噴射時期に噴射される。但し、この燃料噴射は特に吸気ポート２０への噴射に限定するものではなく、燃焼室１８に直接燃料噴射する配置をとっていてもかまわない。噴射パラメータは、スロットル１３の開度信号θtp、ＥＧＲバルブ１１の開度信号θegr、過給機６による過給圧Ｐtin、空燃比センサ３の出力値などに応じて、適宜補正する。
【００２５】
なお、空燃比センサ３は、エンジンアウトの空燃比を計測するセンサであるが、酸素センサやＣＯ２センサなど、排気の空燃比や酸素濃度を推定できるセンサであれば、それを用いても構わない。スロットル１３は電子制御スロットルであることが好ましく、電気式アクチュエータによってスロットルバルブを駆動するものである。吸気ポート２０には吸気圧センサ１４、吸気温度センサ１２が配されており、吸気ポート２０内のガス状態を検出する手段として用いている。吸気温度センサ１２は、ＥＧＲ通路９に配置することでＥＧＲガス温度を検出し、その結果より吸気温度を演算する形としても問題はない。排気通路４０には、排気温度センサ２１、吸気ポート２０へ排気の一部を環流させるＥＧＲ通路９、ＥＧＲクーラ１０、ＥＧＲバルブ１１が設置されている。この場合、過給機のタービン６ｂ手前の圧力状態を把握するために、圧力センサ(図示しない)を配してもかまわない。
【００２６】
次に、図２〜４を用いて、エンジンの高負荷運転時にＥＧＲを行なう場合の排気温度、エンジントルク、燃焼状態等のエンジン運転特性について説明する。
【００２７】
まず、図２（Ａ）は、がエンジンのある回転数、吸気ポート内圧力(以下、吸気管圧力)、空燃比状態における、各点火時期ごとの排気温度とエンジントルクの関係を示す。吸気管圧は大気圧以上（過給状態）であり、空燃比は理論空燃比以下に設定している。このとき、ＥＧＲ率を５％、１０％と増加していくと、吸気管圧力が一定のため、エンジンの空気量は減少し、空燃比一定としているため、燃料量も減少する。しかし、前述のＥＧＲ効果によって、トレースノック点(微弱なノックが開始する点火時期)が早まる。この効果により点火時期がＭＢＴ点(最もトルクを発生する時期)に近づくため、空気量／燃料量が減少するにもかかわらず、トレースノック点でのエンジントルクは各ＥＧＲ条件でほぼ一定となる。
【００２８】
また、さらに燃焼室内のガス温度が低下することに起因して、排気温度も低下する。図中の排気温度の上限値は、過給機６のタービン６ｂや触媒７の保護のために設定された値であり、通常はこの値とトレースノック発生によって、エンジン出力向上は制限される。しかし、図２（Ａ）の通り、ＥＧＲの導入により排気温度が下がるために、さらに吸気管圧力（過給圧）を高く設定して、高出力化を実現できる可能性を示している。
【００２９】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の条件から排気温度が設定上限値となるまで吸気管圧力を上昇させたときのエンジントルク特性を示している。点火時期については、トレースノックが発生しない点で最大限進角している。この図２（Ｂ）からわかるように、高負荷運転時にＥＧＲを行なうことで、排気温度の低減とノック回避が可能となるため、結果として高トルク（高出力）を得られる。
【００３０】
図３は、エンジンのある運転条件における吸気管圧力と目標ＥＧＲ率の関係について示している。吸気管圧力を増大、すなわち空気を過給していくと、筒内の温度圧力が増大するためノックが発生しやすくなる。したがって、これを回避するため、本発明の多気筒エンジンの制御装置においては、吸気管圧力を増大するにしたがい、目標ＥＧＲ率を高くしている。しかし、ＥＧＲ率を増大していくとＥＧＲガス中の不活性ガス(ＣＯ２など)に起因して、燃焼が不安定になりやすい。従って、この多気筒エンジンの制御装置では、エンジン出荷前適合過程などで得られた燃焼安定限界のＥＧＲ率を予め設定し、この範囲内において、吸気管圧力に応じて線L01のようにエンジンのＥＧＲ率を制御する。
【００３１】
図４は、図３の燃焼安定限界設定値付近の目標ＥＧＲ率における、エンジン３０の各気筒の熱発生率チャートである。本実施例においては、４気筒エンジンの例について示している。ＥＧＲ率は、ＥＧＲバルブ１１や過給機６、スロットル１３などを用いて目標ＥＧＲ率になるように制御するが、吸気ポート２０の形状などに起因して、気筒毎にばらつきが生じる。特に燃焼安定限界付近では、このばらつき度合いが各気筒内の燃焼に与える影響は大きく、この図４では＃４気筒のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなっており、その結果、この気筒の燃焼速度が遅延化して、エンジンの燃焼(運転)状態が悪化している。すなわち高負荷運転時にＥＧＲを行なうエンジンにおいては、この燃焼悪化とノック回避を両立するように、ＥＧＲ率を制御する必要がある。
【００３２】
以下に、上記した燃焼悪化とノック回避を両立するようにＥＧＲ率を制御する本実施形態のＥＣＵが実行する処理内容をフローチャート等を参照しながら順次説明する。
【００３３】
図５は本発明の第１実施例における、ＥＧＲ率、過給圧及び点火時期の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。特に、図５については、エンジン３０がスロットル全開ないしその近傍にある高負荷状態、すなわち吸気ポート２０内の圧力が大気圧付近もしくはそれ以上となる条件で運転中にＥＧＲを行なう場合に、燃焼不安定を検出したときの制御フローチャートを示している。
【００３４】
まず、ステップ(以下、Ｓと略す)１００１において、エンジン３０の運転状態やそのエンジン３０を搭載した車両などの運転状態、さらにその車両やエンジン３０のユーザが持つユーザ意図をアクセル開度センサ１の出力値やブレーキ状態(図示していない)などを読み込むことで推定する。エンジンはスロットル全開に近い高負荷状態のため、Ｓ１００２において目標ＥＧＲ率、目標過給圧(空気量)、目標空燃比、目標点火時期などをＥＣＵ８内にて読み出しもしくは演算し、それらの値になるように、ＥＧＲバルブ１１、スロットル１３、過給機６、インジェクタ５からの燃料噴射量／噴射時期、点火プラグ１５による点火時期などを制御する（Ｓ１００３）。
【００３５】
次に現在の燃焼状態を推定するために、空燃比センサ３の出力値を読み込み(Ｓ１００４)、さらに気筒別燃焼状態推定用センサ、ここではノックセンサ２２の出力値を読み込む(Ｓ１００５)。Ｓ１００４の空燃比センサ３出力値の読み込みは、全気筒トータルの空燃比状態だけでなく、排気ポート４０に設置された少なくとも１個の空燃比センサ３の出力値を演算処理することによって気筒別の空燃比状態も推定できるため、この値から気筒間のＥＧＲ分配状態を推定して、図４に示される如くの燃焼不安定状態にあるかどうかを間接的に推定することができる。またＳ１００５で読み込んだノックセンサ２２の出力値を演算することで、気筒間での筒内圧のばらつき度合いに基づく燃焼安定度(もしくは不安定度)を算出することができる。これらＳ１００４やＳ１００５で読み込んだ値から、気筒間での空燃比ばらつき度合いが所定値以上、もしくは、燃焼不安定度が所定値以上の場合は、ＥＧＲを行なうことによって燃焼状態が不安定になったと判断して、Ｓ１００７〜Ｓ１００９に進む。
【００３６】
まず、燃焼状態が不安定になるのを回避するには、ＥＧＲ率を下げる必要があるが、この場合、単純にＥＧＲバルブ１１を制御してＥＧＲ率を下げると、図２に示される特性から、排気温度の過度の上昇や、ノックの発生が危惧されるため、まず、Ｓ１００７において過給圧(筒内に供給される空気量)を減少させるため、スロットル１３、過給機６(ａ)(ｂ)を制御する。これが所定圧力になったかどうかを吸気圧センサ１４の値などで判断し(Ｓ１００８)、所定値以下であると判断されるとＳ１００９に進んでＥＧＲバルブ１１を制御してＥＧＲ率を減じる制御を実施する。これらＳ１００４からＳ１００９の制御フローを通して燃焼状態を安定化させることができれば、Ｓ１０１０に進んでノックセンサ２２などの出力からノック発生有無を検出し、ノックがあると判断されると、点火リタード制御を実施してノックを回避する(Ｓ１０１１)。またこの後、排気温度センサを過給機のタービン６(ａ)の手前もしくは直後に備えている場合(図示していない)に、その温度を検出して、上述の設定上限値以下であるかどうかを判断する(Ｓ１０１２)。上限値(所定値)以上である場合には、過給機６や触媒７の損傷や劣化を回避するため、Ｓ１０１３に進んで過給圧(空気量)を減じる制御を行う。かかる制御により、エンジンの高負荷運転を実現するためにＥＧＲを行なうシステムにおいて、燃焼不安定による運転状態悪化や排気悪化を防止し、好適な高トルク(高出力)運転を実現することができるものである。
【００３７】
次に、図６に示されるフローチャートは、第１実施例における、ＥＧＲ率、過給圧及び点火時期の制御ルーチンの一例として、エンジン３０が全開運転に近い高負荷状態、すなわち吸気ポート２０内の圧力が大気圧付近もしくはそれ以上の条件運転中に、燃焼不安定になる直前までＥＧＲを導入していくときの処理内容を示している。この制御ルーチンは、例えば以下のような状況で適用する。上記図５のような制御ルーチンを実行した結果、高負荷運転時に比較的低いＥＧＲ率(０％を含む)を設定したままエンジンを停止すると、再始動後に同じ高負荷条件でエンジンを運転する場合には、燃焼不安定を回避するために、再始動前に設定したＥＧＲ率もしくは各制御パラメータを適用する。この場合エンジントルクとしては当初の設定値より低い状態にあるので、燃焼不安定が発生する値までＥＧＲ率を引き上げることで高トルク(高出力)と燃焼安定を両立することができるものである。
【００３８】
以下、具体的な制御ルーチンを説明する。まず、Ｓ２００１から２００３までは図５のＳ１００１からＳ１００３の場合と同様なので、ここでは説明を割愛する。次に現在運転中のエンジンの実トルク(現在推定トルク)より、エンジン３０やそれを搭載した車両のユーザ要求トルクが大きい場合、例えばアクセル開度センサ１の出力値が所定値以上にある場合には、さらにトルクを上昇させるために、Ｓ２００５からＳ２００７のステップを実行し、図３に示した限界過給圧及び燃焼安定限界の範囲内でＥＧＲ率を引き上げる制御を行なう。このとき、はじめに過給圧(空気量)を上昇させると排気温度の過度の上昇やノックの発生が危惧されるため、まずＳ２００５においてＥＧＲバルブ１１を制御してＥＧＲ率を上げる。引き上げるＥＧＲ率は予めその引き上げ度合いをＥＣＵ８に書き込んでおく形が好ましい。
【００３９】
その後、図２で示した特性に基づいて点火時期の進角制御(Ｓ２００６)、過給圧(空気量)の増加制御を行い(Ｓ２００７)、目標トルクを実現する。これらの制御によってエンジンのトルク(出力)は向上するものの、ＥＧＲ率の増加によって燃焼が不安定になることが危惧されるため、Ｓ２００８からＳ２０１７までのステップを実行し、燃焼不安定を回避しながらできるだけ高トルクを維持する。このＳ２００８からＳ２０１７までのステップは図５のＳ１００４からＳ１０１３と同様のため、ここでは説明を割愛する。以上、図６のフローチャートを用いて説明した制御により、エンジンの高負荷運転時にＥＧＲを行なうシステムにおいて、当初のＥＧＲ率が低く設定されている状態においても、燃焼不安定による運転状態悪化や排気悪化を防止しながら、好適な高トルク(高出力)運転を実現することができるものである。
【００４０】
図７から図１０には、本発明の第２実施例として、第１実施例に対しＥＧＲガス状態を検出もしくは推定するフローチャートならびに構成を加えたものの一例を示している。
【００４１】
図７は、本実施例の図５や図６の制御ルーチンにＥＧＲガス検出及び推定のステップを加えたフローチャートを示している。ＥＧＲを導入してノックを回避しトルク(出力)を向上する本発明のシステムの場合、ノック発生や燃焼不安定有無などは、実際に流れているＥＧＲガスの流量や温度に影響を受ける。そのため、設定された目標ＥＧＲ率にあるかどうか、またそのＥＧＲガス温度が所定範囲内にあるかどうかなどを検出もしくは推定し、これに応じた制御量を選定することにより、さらに好適な制御を実施可能となる。図７のフローチャートは、図５のＳ１００１とＳ１００２の間、及び図６のＳ２００１とＳ２００２の間に、ＥＧＲがス状態推定のＳ３００２を設けたものである。このＥＧＲガス状態の推定には、例えばＥＧＲ通路９に温度センサを設けるか、もしくは吸気ポート２０に設置された吸気温度センサ１２の出力からＥＧＲガス温度を推定することで実現できる。
【００４２】
図８には、本発明の第２実施例における、吸気(ＥＧＲガス)温度と目標ＥＧＲ率との関係を示している。吸気(ＥＧＲガス)温度が高い場合にはＥＧＲによりかえって筒内温度を上げてしまい、ノックしやすい状態となるため、目標ＥＧＲ率を下げる必要がある。よって本第２実施例の構成においては、線L02に示すような特性、すなわちＥＧＲガス状態(温度)に応じた目標ＥＧＲ率を予めＥＣＵ８が設定されており、これに基づいてＥＧＲ率や過給圧(空気量)を制御する。
【００４３】
図９には本発明の第２実施例の構成として、ＥＧＲ通路９にＥＧＲ流量センサ２３を設置した場合の構成図を、図１０に、このＥＧＲガス流量センサ２３を用いた場合のＥＧＲ流量制御フローチャートの一例を示している。
【００４４】
ＥＧＲガス流量センサ２３は、ＥＧＲ通路９に流れるＥＧＲガスの質量流量を直接的に検出できるセンサである。この効果として、例えばＥＧＲガス量を目標ＥＧＲ率に相当する量に設定する場合、図１０のＳ４００１からＳ４００３に示されるようなフローチャートによってＥＧＲガス流量を検出、制御することによって、エンジン３０の劣化状態や過給機６の制御応答性等によらず、適切かつスムーズなＥＧＲ率制御を実現することができる。このＥＧＲ流量の検出原理については、本発明の範囲内において限定するものではないが、ＥＧＲガスによる汚損を回避する構造として、熱線式や熱板式の測定エレメントを有するセンサであることが好ましい。またこのような直接ＥＧＲ流量を検出しない、例えば吸気圧センサ１４、吸気温度センサ１２、エアフローセンサ２の出力値など用いた充填効率推定によるＥＧＲ流量推定方式を用いてもかまわない。
【００４５】
図１１は、本発明の第３実施例における多気筒エンジンの制御装置の構成例を示している。この実施例はこれまで実施例のエンジン構成と異なり、ＥＧＲ通路９は排気通路４０における排気触媒７の後と、過給機６のインペラ６ｂを繋ぐ通路として配されている。また吸入空気量を調整するスロットル１３は、エアクリーナ１７のすぐ下流かつＥＧＲ通路９の吸気側連通口の上流に配されている。この構成では、排気触媒７を通過した後のＥＧＲガスを上流から投入できるため、汚損の少ないＥＧＲガスを大量にエンジン内に戻すことが可能となる。この構成の場合、エンジン燃焼室１８から見たエアフローセンサ２までの距離と、ＥＧＲセンサ１２までの距離がほぼ同じとなるため、過渡運転ときのＥＧＲ率の制御精度を向上する効果は少なくなるが、汚損によるＥＧＲ流量センサ１２の劣化が抑えられるため、エアフローセンサ２と協調して、高精度なＥＧＲ率ならびに筒内酸素濃度推定が可能となる。本構成の場合、大量のＥＧＲガス導入が可能になるため、これを主体にガス流量をセンシングすると、エアフローセンサ２をシステムから外して低コスト化を図れる可能性もある。しかしこの内容は本発明の意図する課題ではないため、詳細は割愛する。
【００４６】
なお、本発明の第２及び第３実施例に示されているＥＧＲ流量センサ２３の配置は、ＥＧＲバルブ１１の下流やＥＧＲクーラ１０の上流にあっても、本実施例と同等の効果を奏することができるため、これらは実施例の図に記載した設置場所に限らず、ＥＧＲ通路９中であればどこでもよい、ということも付け加えておく。
【符号の説明】
【００４７】
１…アクセル開度センサ、２…エアフローセンサ、３…空燃比センサ、５…インジェクタ、６…過給機、６ａ…インペラ、６ｂ…タービン、７…触媒、８…ＥＣＵ、９…ＥＧＲ通路、１０…ＥＧＲクーラ、１１…ＥＧＲバルブ、１２…吸気温度センサ、１３…スロットル、１４…吸気圧センサ、１５…点火プラグ、１６…インタークーラ、１７…エアクリーナ、１８…燃焼室、１９…気筒、２０…吸気ポート、２１ …圧力センサ、２２ …ノックセンサ、２３…ＥＧＲガス流量センサ、２４…ＥＧＲバルブ、２５…ＥＧＲ配管、２６…ＥＧＲクーラ  ３０…多気筒エンジン、３２…吸気通路、４０…排気通路
【図１】
2010242630.tif 000003
【図２】
2010242630.tif 000004
【図３】
2010242630.tif 000005
【図４】
2010242630.tif 000006
【図５】
2010242630.tif 000007
【図６】
2010242630.tif 000008
【図７】
2010242630.tif 000009
【図８】
2010242630.tif 000010
【図９】
2010242630.tif 000011
【図１０】
2010242630.tif 000012
【図１１】
2010242630.tif 000013