(57)【要約】【課題】ターボ過給機とＥＧＲ装置とを備えた火花点火式の内燃機関に関し、ノックを抑えるための点火時期の遅角によってトルク変動やノックが引き起こされることを未然に防止する。【解決手段】ＥＧＲ弁を開いている状態で点火時期が遅角された場合に、ＥＧＲ弁を閉側に操作することによってＥＧＲ流量の増大を防止する。続いて、ＥＧＲ流量が一定になるように排気圧と過給圧との差に応じてＥＧＲ弁の開度を調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機と、ＥＧＲ弁の開度によってＥＧＲ流量を調整可能なＥＧＲ装置とを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、
ノックが検知された場合に点火時期を遅角する点火時期遅角手段と、
前記ＥＧＲ弁を開いている状態で点火時期が遅角された場合に、前記ＥＧＲ弁を閉側に操作し、続いて、ＥＧＲ流量が一定になるように排気圧と過給圧との差に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を調整するＥＧＲ弁操作手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ弁操作手段は、排気圧の変化と相関関係のあるパラメータ値から排気圧の上昇が予測される場合に前記ＥＧＲ弁を閉側に操作することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ弁を開いている状態で点火時期が遅角された場合に、燃料噴射量の増量によって空燃比を一時的にリッチ化させる空燃比リッチ化手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
ウエイストゲートバルブが前記ターボ過給機に備えられ、
過給圧が上昇した場合、前記ウエイストゲートバルブを開側に操作するウエイストゲートバルブ操作手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ弁操作手段は、ＥＧＲ流量が飽和領域に達する場合には前記ＥＧＲ弁の開度を制限することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機付き内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、ターボ過給機とＥＧＲ装置とを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−３５１１９９号公報や特開２００５−２０７２３４号公報には、可変ノズル付きターボ過給機とＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の制御に関する発明が開示されている。これらの特許文献に記載の発明は、可変ノズルの制御とＥＧＲ弁の制御との間で生じるハンチングを防止することを課題として発明されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３５１１９９号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の各特許文献に記載の発明はディーゼルエンジンを想定したものであるが、ターボ過給機とＥＧＲ装置の組み合わせは火花点火式の内燃機関にも適用される。火花点火式の内燃機関では、点火時期を操作量として用いることが可能であり、ノックの発生時には点火時期の遅角によってノックを抑えることができる。ただし、その場合には次のような問題が生じることになる。
【０００５】
図５は点火時期を遅角した場合に排気温度、排気圧、過給圧、ＥＧＲ弁開度及びＥＧＲ流量がそれぞれどのように変化するかを示した時間軸グラフである。図４は図５に示すＥＧＲ流量の変動の仕組みを説明するためのフローチャートである。図４のフローチャートに従って説明すると、まず、ノックの発生を受けて点火時期を遅角した場合、排気温度の上昇に伴って排気圧が上昇する。ＥＧＲ弁の開度が一定であるとすると、ＥＧＲ流量は排気圧と過給圧との差によって決まるため、排気圧の上昇によってＥＧＲ流量が増大することになる。ＥＧＲ流量の増大は燃焼の悪化を招いてトルク変動を引き起こしてしまう。
【０００６】
さらに、排気圧が上昇すればターボ過給機の作用によってやがて過給圧が上昇する。しかし、ノックが収まれば点火時期は進角側に戻されていくため、それに伴い排気温度が低下して排気圧も低下する。図５における排気圧と過給圧のそれぞれの時間変化を比較すれば分かるように、過給圧は排気圧に遅れて変化する。このため、排気圧が下降している状況で過給圧が上昇することになり、ＥＧＲ流量の変化は増大から減少へと向かうことになる。ＥＧＲ流量の減少はノック限界を下げることになるため、上述の一連の動きによってノックの発生が繰り返されるハンチング現象が発生してしまう可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボ過給機とＥＧＲ装置とを備えた火花点火式の内燃機関に関し、点火時期の遅角によってトルク変動やノックが引き起こされることを未然に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ターボ過給機と、ＥＧＲ弁の開度によってＥＧＲ流量を調整可能なＥＧＲ装置とを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、
ノックが検知された場合に点火時期を遅角する点火時期遅角手段と、
前記ＥＧＲ弁を開いている状態で点火時期が遅角された場合に、前記ＥＧＲ弁を閉側に操作し、続いて、ＥＧＲ流量が一定になるように排気圧と過給圧との差に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を調整するＥＧＲ弁操作手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ弁操作手段は、排気圧の変化と相関関係のあるパラメータ値から排気圧の上昇が予測される場合に前記ＥＧＲ弁を閉側に操作することを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記ＥＧＲ弁を開いている状態で点火時期が遅角された場合に、燃料噴射量の増量によって空燃比を一時的にリッチ化させる空燃比リッチ化手段をさらに備えることを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、第１乃至３の何れか１つの発明において、
ウエイストゲートバルブが前記ターボ過給機に備えられ、
過給圧が上昇した場合、前記ウエイストゲートバルブを開側に操作するウエイストゲートバルブ操作手段をさらに備えることを特徴としている。
【００１２】
第５の発明は、第４の発明において、
前記ＥＧＲ弁操作手段は、ＥＧＲ流量が飽和領域に達する場合には前記ＥＧＲ弁の開度を制限することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、排気圧の上昇を検知してからではなく、点火時期の遅角と連動してＥＧＲ弁が閉側に操作されることで、排気圧の上昇に遅れることなくＥＧＲ弁を閉じることができ、排気圧の上昇に伴うＥＧＲ流量の増大を効果的に抑えることができる。続いて、ＥＧＲ流量が一定になるように排気圧と過給圧との差に応じてＥＧＲ弁の開度が調整されることで、その後の排気圧或いは過給圧の変化によるＥＧＲ流量の変動を抑えることができ、ＥＧＲ流量の増大による燃焼の悪化やＥＧＲ流量の減少によるノックの発生を防止することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、ＥＧＲ弁の閉側への操作は排気圧の上昇が予測される場合に限定されるので、不必要な閉操作によってＥＧＲ流量を減少させてしまうことを防止することができる。排気圧の変化と相関関係のあるパラメータ値として、例えば、点火時期の遅角量や、排気温度が挙げられる。
【００１５】
第３の発明によれば、空燃比のリッチ化によって筒内の燃焼温度を下げることができるので、排気温度の上昇による排気圧の上昇を抑えることができる。つまり、排気圧の上昇に伴うＥＧＲ流量の増大をより効果的に抑えることができる。
【００１６】
第４の発明によれば、過給圧が上昇した場合にはウエイストゲートバルブが開側に操作されることで、過給圧の上昇によるＥＧＲ流量の減少を効果的に抑えることができ、ＥＧＲ流量の減少によるノックの発生を防止することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、ＥＧＲ流量が飽和領域に達する場合にはＥＧＲ弁の開度を制限することによって、その後の排気圧或いは過給圧の変化によってＥＧＲ流量が増大して燃焼が悪化してしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるＥＧＲ流量制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態にかかるＥＧＲ流量制御の効果を説明するための時間軸グラフである。
【図４】点火時期の遅角を発端にしたＥＧＲ流量の変動の仕組みを説明するためのフローチャートである。
【図５】点火時期を遅角した場合に排気温度、排気圧、過給圧、ＥＧＲ弁開度及びＥＧＲ流量がそれぞれどのように変化するかを示した時間軸グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図３の各図を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関のシステム構成を示す図である。本実施の形態にかかる内燃機関２は、点火装置１６を備えた火花点火式の４ストローク機関である。本実施の形態の内燃機関２は、排気管６から吸気管４へ排気ガスを還流させるＥＧＲ装置１２と、排気ガスのエネルギを利用して新気を圧縮するターボ過給機８とを備えている。ＥＧＲ装置１２にはＥＧＲ流量を調整するためのＥＧＲ弁１４が備えられている。ターボ過給機８には排気ガスの一部をバイパスさせるウエイストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ）１０が付設されている。
【００２１】
本実施の形態にかかる内燃機関２の制御系には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０が備えられる。ＥＣＵ３０は、内燃機関２のシステム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ３０の出力側には、前述の点火装置１６、ＥＧＲ弁１４、ＷＧＶ１０等のアクチュエータが接続され、ＥＣＵ３０の入力側には、過給圧センサ１８，排気圧センサ２０，排気温度センサ２２，ノックセンサ２４等のセンサが接続されている。ＥＣＵ３０は、各センサからの信号を受けて所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。なお、ＥＣＵ３０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示すように他にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００２２】
ＥＣＵ３０により実施される各種の制御には、ノックセンサ２４によってノックが検知されたときに実施されるノック制御が含まれる。ノック制御では、ノックの発生を防止するために点火時期を遅角させることが行われる。しかし、発明の概要においても述べたように、本実施の形態にかかる内燃機関２のようなＥＧＲ装置１２とターボ過給機８とを備えるものでは、点火時期の遅角を発端とするＥＧＲ流量の変動の結果、ノックの発生が繰り返されるハンチング現象が発生する可能性がある。そこで、制御装置としてのＥＣＵ３０は、ノック制御に付随して以下に説明するＥＧＲ流量制御を実施する。
【００２３】
図２は、本実施の形態にかかるＥＧＲ流量制御の手順を示すフローチャートである。ＥＧＲ流量制御はノック制御に付随して実施されるものであるので、最初のステップＳ２ではノックの発生の有無が判定される。ＥＣＵ３０は、ノックの発生を検知した場合、次のステップＳ４において点火時期を一時的に遅角する。ノックの発生が検知されていないのであれば、この制御ルーチンを終了する。
【００２４】
ノックの発生を検知して点火時期を遅角した場合、ＥＣＵ３０はステップＳ６においてＥＧＲ弁１４の開度を閉側に補正する。この処理は点火時期の遅角に起因するＥＧＲ流量の増大を未然に防ぐための処理である。点火時期を遅角すると燃焼室から排気管６に排出される排気ガスの排気温度が上昇し、排気管６内の排気圧が上昇する。排気圧の上昇はＥＧＲ流量を増大させる方向に作用するが、ＥＧＲ弁１４の閉側への操作はＥＧＲ流量を減少させる方向に作用するので、両作用が互いに打消し合うことによってＥＧＲ流量の増大は抑制される。
【００２５】
図３は、図２のフローチャートに示す手順でＥＧＲ流量制御を実施した場合の排気温度、排気圧、過給圧、ＥＧＲ弁開度及びＥＧＲ流量のそれぞれの時間変化を示す時間軸グラフである。図３に示すように、ステップＳ６で実施されるＥＧＲ弁１４の閉側への操作は、排気圧の上昇を検知してから行なわれるのではなく、点火時期が遅角されたら、それに連動して自動的に実施される。ＥＧＲ弁１４の応答速度を考慮すると、実際に排気圧が上昇してからＥＧＲ弁１４を閉じ始めたのではＥＧＲ流量の増大を効果的に防ぐことができない。
【００２６】
ただし、図３から分かるように、点火時期を遅角してから実際に排気圧が上昇し始めるまでには時間的な余裕がある。点火時期の遅角の影響は、まず、各気筒から排気管６に排出される排気温度に表れ、続いて、排気管６内の排気圧に表れるからである。この時間的な余裕について考慮するならば、ＥＧＲ弁１４の閉側への操作の開始時期は必ずしも点火時期の遅角と同時でなくてもよい。排気圧が上昇し始めるよりも前のタイミングであれば、図３に示すように、点火時期の遅角から少し遅らせてＥＧＲ弁１４を閉側に操作するのでもよい。
【００２７】
ステップ６の処理では、ＥＧＲ弁１４の閉じ量は点火時期の遅角量に応じて設定される。ＥＧＲ弁１４の閉じ量と点火時期の遅角量とは予め用意されたマップにおいて関連付けられている。点火時期の遅角量を大きくすれば、排気ガスにとともに排出されるエネルギが増大し、排気圧は上昇する。つまり、排気圧と点火時期の遅角量との間には強い相関がある。したがって、点火時期の遅角量にＥＧＲ弁１４の閉じ量を関連付けることによって、その後に生じる排気圧の上昇度合いに応じた適切な閉じ量でＥＧＲ弁１４を閉じることができる。
【００２８】
なお、内燃機関の運転状況によっては、点火時期を遅角したにもかかわらず実際には排気圧があまり上昇しない場合もありうる。ステップＳ６では、そのような場合でもＥＧＲ弁１４の閉側への操作が行われることになる。この場合のＥＧＲ弁１４の閉操作は、結果的にはＥＧＲ流量の減少をまねく不要な操作になってしまうが、ＥＧＲ流量が過小になることは、ＥＧＲ流量が過大なる場合に比較してリスクが小さい。つまり、ＥＧＲ流量の減少はノックの発生を招く程度であって、それは点火時期の遅角によって対応することができる。しかし、ＥＧＲ流量の増大は燃焼を悪化させ、最悪の場合には失火によるエンジンストールを招く可能性がある。ステップＳ６の処理はよりリスクの大きいＥＧＲ流量の増大を防止するために有効な処理であり、この処理を行うことで内燃機関の運転性能を全体的に高めることができる。
【００２９】
次のステップＳ８では、ＥＣＵ３０は排気圧が実際に上昇したかどうか判定する。排気圧センサ２０によって排気圧の上昇が検知された場合（排気圧は筒内の燃焼状態から計算した推定値でもよい）は、ステップＳ１０においてＥＧＲ弁１４の開度を補正する。ステップＳ６で実施するＥＧＲ弁１４の開度補正は実際の排気圧には拠らない補正であるのに対し、ステップ１０で実施する開度補正は実際の排気圧に基づいた補正である。つまり、ステップＳ６で実施される処理はフィードフォワード制御であるのに対し、ステップＳ１０で行われる処理はフィードバック制御である。具体的には、ステップ１０では、排気圧センサ２０の信号から計測された排気圧と、過給圧センサ１８の信号から計測された過給圧との差に基づいて、ＥＧＲ流量が一定となるようにＥＧＲ弁１４の開度が補正される。ステップＳ１０の処理が実施されることによって、その後の排気圧或いは過給圧の変化によるＥＧＲ流量の変動を抑えることができ、ＥＧＲ流量の増大による燃焼の悪化やＥＧＲ流量の減少によるノックの発生を防止することができる。
【００３０】
排気圧が上昇するとターボ過給機８の作用によってやがて過給圧が上昇する。次のステップＳ１２では、ＥＣＵ３０は過給圧が実際に上昇したかどうか判定する。過給圧センサ１８によって過給圧の上昇が検知された場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１４においてＷＧＶ１０を開き側に操作する。より詳しくは、過給圧を目標圧まで下げるように過給圧に応じてＷＧＶ１０の開度を補正する。
【００３１】
また、過給圧センサ１８によって過給圧の上昇が検知された場合、ＥＣＵ３０はステップ１６においてＥＧＲ弁１４の開度補正も実施する。ステップ１６では、排気圧センサ２０の信号から計測された排気圧と、過給圧センサ１８の信号から計測された過給圧との差に基づいて、ＥＧＲ流量が一定となるようにＥＧＲ弁１４の開度が補正される。ステップＳ１４，Ｓ１６の処理が実施されることによって、ターボ過給機８の作用により過給圧に変化が生じた場合のＥＧＲ流量の変動、特に、過給圧の上昇に伴うＥＧＲ流量の減少を抑えることができる。
【００３２】
続くステップＳ１８では、ＥＣＵ３０はＥＧＲ流量が飽和域に達したかどうか判定する。ＥＧＲ弁１４の開度を変化させてもＥＧＲ流量が変化しない場合、ＥＧＲ流量はサチュレートしている。しかし、現在サチュレートしていても、その後の排気圧或いは過給圧の変化によってＥＧＲ流量がさらに増大する可能性はある。ＥＧＲ流量が飽和域に達している場合、ＥＣＵ３０は次のステップＳ２０においてＥＧＲ弁１４の開度に上限を設定し、その上限開度を超えてＥＧＲ弁１４が開かないようにする。ＥＧＲ流量が過大になりすぎて燃焼が急激に悪化するのを防止するためである。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態にかかるＥＧＲ流量制御によれば、排気圧の上昇を検知してからではなく、点火時期の遅角と連動してＥＧＲ弁１４が閉側に操作されることで、排気圧の上昇に遅れることなくＥＧＲ弁１４を閉じることができる。これにより、排気圧の上昇に伴うＥＧＲ流量の増大を効果的に抑えることが可能となる。さらに、ＥＧＲ流量が一定になるように排気圧と過給圧との差に応じてＥＧＲ弁１４の開度が調整され、また、過給圧が目標圧となるように過給圧が調整されるので、その後の排気圧或いは過給圧の変化によるＥＧＲ流量の変動を抑えることもできる。したがって、本実施の形態にかかるＥＧＲ流量制御によれば、点火時期の遅角を発端としてＥＧＲ流量が変動することを確実に抑えることができ、ＥＧＲ流量の増大による燃焼の悪化やＥＧＲ流量の減少によるノックの発生を防止することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施することもできる。
【００３５】
変形例１．
点火時期が遅角された場合、排気温度の上昇を検知してからＥＧＲ弁１４を閉側に操作する。排気温度が上昇してから排気圧が上昇するので、排気温度の上昇を待ってからＥＧＲ弁１４を操作しても排気圧の上昇には間に合わせることができる。また、排気圧と排気温度との間には強い相関があるので、実際に排気温度が上昇したことを確認してからＥＧＲ弁１４を閉側に操作すれば、不必要な閉操作によってＥＧＲ流量を減少させてしまうことを防止することができる。なお、排気温度は排気温度センサ２２による実測値でもよいし、筒内の燃焼条件から計算した推定値であってもよい。
【００３６】
変形例２．
点火時期が遅角された場合、排気弁の開タイミングにおける筒内温度を燃焼条件（負荷率、回転数、点火時期、空燃比、バルブタイミング等）から計算し、筒内温度の計算値に応じてＥＧＲ弁１４の閉じ量を決定する。排気弁が開いたときの筒内温度と排気圧との間には強い相関があるので、前記筒内温度にＥＧＲ弁の閉じ量を関連付けることによって、その後に生じる排気圧の上昇度合いに応じた適切な閉じ量でＥＧＲ弁を閉じることができる。
【００３７】
変形例３．
点火時期が遅角された場合、ＥＧＲ弁１４を閉側に操作するとともに、燃料噴射量の増量によって空燃比を一時的にリッチ化させ、筒内の燃焼温度を低下させる。燃焼温度を低下させれば排気圧温度の上昇による排気圧の上昇を抑えることができる。
【符号の説明】
【００３８】
２  内燃機関
４  吸気管
６  排気管
８  ターボ過給機
１０  ウエイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
１２  ＥＧＲ装置
１４  ＥＧＲ弁
１６  点火装置
１８  過給圧センサ
２０  排気圧センサ
２２  排気温度センサ
２４  ノックセンサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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