(57)【要約】【課題】低温環境下でもＥＧＲ装置を早期に機能させ得る内燃機関を提供する。【解決手段】冷却水温度（燃焼室温度を代替）ＫＷもＥＧＲガス温度も時間と共に昇温していくが、冷却水温度ＫＷがＥＧＲ作動温度Ｋ１より高くてもＥＧＲガス温度ＫＧが基準温度Ｋ２より低い場合は、ＥＧＲバルブ１５を要求開度より小さい補正開度で開く。ＥＧＲガスの還流量は要求量より少ないため温度が低くても燃焼の不安定化は招かず、ＥＧＲガスはＥＧＲ通路を通っているため、ＥＧＲ通路の早期暖機によりＥＧＲガスの早期昇温も実現する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ通路を備えており、燃焼室の実測温度又は推定温度が予め定めたＥＧＲ作動温度以上になると、前記ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブが開くことが許容される構成であって、
前記燃焼室の温度がＥＧＲ作動温度以上でかつＥＧＲ通路のＥＧＲガスの温度が予め設定した基準温度以下である場合は、前記ＥＧＲバルブが要求開度よりも小さい開度で開くように制御される、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関に関するもので、特に車両用内燃機関を好適な対象としている。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲ装置は、燃焼温度を下げて排気ガスの有害成分を抑制したり、ポンピングロス抑制によって燃費を向上させたりする利点があり、車両用内燃機関に広く普及しているが、外気温が低くて燃焼室の昇温が不十分な状態でＥＧＲガスを還流させると、燃焼が不安定になりやすい。そこで、ＥＧＲ装置は、暖機運転を経て燃焼室の温度がある程度まで上がってから初めて作動するように設定している。
【０００３】
しかし、排気通路から吸気通路に至るＥＧＲ通路はある程度の長さがあるため、外気温度が低いと、燃焼室は暖機運転を脱するほどに昇温していてもＥＧＲ通路の昇温は不十分なことがあり、このため、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路で冷却された状態で燃焼室に入って、燃焼を不安定化させることがあった。
【０００４】
この点について、特許文献１には、機関が温まっていない状態で機関の回転数の低下率が設定値を超えた場合にはＥＧＲバルブの開弁速度を低下させて、機関の回転数の更なる低下を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７０４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は始動時からＥＧＲガスを還流させることを想定しているようであるが、機関の回転数が低下してからＥＧＲバルブの開度を下げるのは対症療法と云わざるを得ず、応答性が悪いのみならず、過度に冷却されたＥＧＲガスが燃焼室に大量に供給されることで、ＥＧＲバルブの開度低下の効果が現れる前に燃焼の不安定化によってエンジンストールが発生する可能性もある。
【０００７】
本願発明はかかる現状に鑑み成されたものであり、機関全体が温まる前に冷却されたＥＧＲガスが燃焼室に還流することによる不具合を的確に防止せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の内燃機関は、排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ通路を備えており、燃焼室の実測温度又は推定温度が予め定めたＥＧＲ作動温度以上になると、前記ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブが開くことが許容される構成であって、前記燃焼室の温度がＥＧＲ作動温度以上でかつＥＧＲ通路のＥＧＲガスの温度が予め設定した基準温度以下である場合は、前記ＥＧＲバルブが要求開度よりも小さい開度で開くように制御される。
【０００９】
燃焼室の温度は冷却水の温度に比例するので、本願発明では、冷却水の温度から燃焼室の温度を推定することができる。潤滑油の温度も燃焼室の温度に比例するので、オイル温度から燃焼室温度を推測することも可能である。すなわち、冷却水温度やオイル温度を燃焼室の温度として代替することもできる。
【００１０】
ＥＧＲガスの温度はＥＧＲ通路に温度センサを設けて実測するのが好ましいが、機関始動後の昇温の程度は経験的に算定できるので、外気温度や機関始動後の時間、燃焼室温度などを総合的に組み合わせて推測することも可能である。すなわち、本願発明おける「ＥＧＲガスの温度」は、実測値と推測値との両方を含んでいる。
【００１１】
なお、燃焼室の温度は、正確には、燃焼室を構成する内面の温度と云えるが、燃焼室の内面の温度を計測するのは困難であると共に、場所によってバラツキもあるので、冷却水温度等によって代替される温度とするのが現実的であると云える。
【００１２】
ＥＧＲバルブの要求開度は、予め定められた制御マップに基づいて、負荷と回転数とから算定される。回転数との関係では、ＥＧＲガスの還流は回転数がアイドル回転数よりも高い中・回転域で行われ、負荷との関係では、高負荷では還流させずに低・中負荷域で還流させるのが一般的である。中回転・中負荷域において、ＥＧＲ装置の効果が最も発揮される。
【００１３】
本願発明におけるＥＧＲバルブの開度制御については、ＥＧＲガス温度が基準温度以下の場合は同率の割合でＥＧＲバルブの開度を一律に低下させてもよいし、ＥＧＲガスの温度の高さに応じて開度を段階的又は無段階的に変えてもよい。ＥＧＲガスの温度又は（／及び）燃焼室の温度の上昇率に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を変えることも可能である（すなわち、上昇率が高い場合は補正開度を大きくする。）。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明では、所定温度まで昇温していないＥＧＲガスが燃焼室に大量に流入することを防止できるため、燃焼が不安定になることを防止できる。その結果、回転変動を防止又は著しく抑制してエンジンストールも防止できる。
【００１５】
また、ＥＧＲバルブを全閉するのではなく、ＥＧＲガスはＥＧＲ通路を流れているため、ＥＧＲガスによるＥＧＲ通路の昇温はなされており、このため、ＥＧＲガスを迅速に昇温させてＥＧＲバルブを要求値とおりに開く定常運転に早く到達できる。その結果、燃費の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関の構成を示す模式図である。
【図２】制御態様の基本を示すグラフである。
【図３】制御の一例を示すフロフーチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
(1).構造の発明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、構造を説明する。本実施形態は車両用３気筒内燃機関に適用しており、機関本体の主要部として、シリンダブロック１とその上面に重なったシリンダヘッド２とを備えており、シリンダブロック１の下面にはオイルパン（図示せず）が固定されている。シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の一側面には動弁機構駆動用チェンを覆うチェンカバー３が固定されている一方、シリンダブロック１の他側面にはＣＶＴ方式等のトランスミッション４を取り付けている。チェンカバー３も機関本体の一部を構成している。
【００１８】
本実施形態の内燃機関は、クランク軸を車両の進行方向に向いて横向きにした横置き式であり、シリンダヘッド２の後面に吸気マニホールド５を固定し、シリンダヘッド２の前面には排気マニホールド６を固定している。吸気マニホールド５にはエアクリーナ７を始端とする吸気通路８が接続されており、吸気通路８には、スロットルバルブ９とその下流側に位置したサージタンク１０とを設けている。吸気通路８と吸気マニホールド５とで、請求項に記載した吸気系が構成されている。
【００１９】
他方、排気マニホールド６には排気通路１１が接続されており、排気通路１１には、触媒方式の排気ガス浄化装置１２や排気ターボ過給機（図示せず）、消音器（図示せず）１３等を設けている。また、排気通路１１と吸気通路８とはＥＧＲ通路１３で接続されており、ＥＧＲ通路１３には水冷式のＥＧＲクーラ１４と流量調整用のＥＧＲバルブ１５を設けている。
【００２０】
本実施形態では、ＥＧＲ通路１３を排気通路１１のうち浄化装置１２より上流側に接続しているが、下流側に接続してもよい。また、ＥＧＲ通路１３は機関本体から離れた管路として表示しているが、その一部又は大部分若しくは全部を排気マニホールド６やシリンダヘッド２に組み込むこと（すなわち、排気マニホールド６やシリンダヘッド２にＥＧＲ通路１３を形成すること）も可能である。
【００２１】
図示のＥＧＲバルブ１５はＥＧＲクーラ１４の下流側で吸気通路８に近い部位に設けているが、ＥＧＲクーラ１４よりも上流側に設けることも可能である。ＥＧＲ通路１３のうちＥＧＲバルブ１５の近傍部に、ＥＧＲガスの温度を検出するガス温度センサ１６を設けている。なお、ＥＧＲガスの温度をガス温度センサー１６で直接に検知することに代えて、ＥＧＲ通路１３の温度を検出して、これをＥＧＲガスの温度に代替することも可能である。
【００２２】
シリンダブロック１及びシリンダヘッド２には冷却水通路１８，１９を設けており、冷却水通路１８，１９には、冷却水はクランク軸で駆動されるウォータポンプ２０から冷却水が圧送される。シリンダヘッド２の一側部には、当該シリンダヘッド２の冷却水１９に連通したサーモ弁２１を設けており、冷却水は、温度が所定の高さになるとサーモ弁２１を介してラジェータ２２に循環する。
【００２３】
ＥＧＲクーラ１４もシリンダヘッド２の冷却水通路１９から出た冷却水で冷却されるが、ラジェータ２２と同様に冷却水が所定の温度に昇温しないとＥＧＲクーラ１４には通水されない。機関本体で温められた冷却水は常にヒータ２３を循環する。機関本体のうち適宜部位に、冷却水の温度を検知する水温センサ２４を設けている。実施形態では水温センサ２４はシリンダブロック１での水温を検知しているが、シリンダヘッド２での水温を検知してもよい。
【００２４】
内燃機関は、制御装置の中枢であるＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）２５を備えている。敢えて説明するまでもないが、ＥＣＵ２２は記憶装置や演算装置（ＣＰＵ）等を備えており、既述のガス温度センサ１６及び水温センサ２４はＥＣＵ２２に結線されている。また、ＥＣＵ２２には、クランク軸の回転数を検知する回転センサ２６や、クランク軸に作用している負荷を検知する負荷センサ（トルクセンサ）２７、外気温度（エンジンルームの温度）を検知する外気温センサ２８も接続されている。敢えて説明は要しないであろうが、スロットルバルブ９やＥＧＲバルブ１５はＥＣＵ２２からの指示によって開度が制御される。
【００２５】
(2).制御態様
次に、図２，３を参照したＥＧＲバルブ１５の制御態様を説明する。図２は、冷却水温度ＫＷとＥＧＲガス温度ＫＧとの関係を示すグラフであり、冷却水温度ＫＷは燃焼室の温度を代替している。なお、冷却水温度ＫＷは最高で１００℃であるが、ＥＧＲガス温度ＫＧの温度は数百度に達する。従って、図２の縦軸の温度は大まかな目安を示すものであり、目盛りを正確に表示したものではない。
【００２６】
冷却水温度ＫＷもＥＧＲガス温度ＫＧも時間の経過と共に上昇していき、冷却水温度ＫＷがＥＧＲ作動温度Ｋ１に至ると、回転数や負荷の条件が揃うことでＥＧＲガスの還流が可能になる。
【００２７】
他方、ＥＧＲガス温度ＫＧも時間の経過と共に上昇するが、冬季や寒冷地で使用する場合のように外気温が低い場合は、ＥＧＲ通路１３の昇温が遅くなるため、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１３で冷やされて、そのまま燃焼室に入ると燃焼の不安定化を招く場合がある。そこで、燃焼に悪影響を与えない温度を基準温度Ｋ２に設定して、ＥＧＲガス温度ＫＧが基準温度Ｋ２以下の場合は、ＥＧＲバルブ１５に開き指示が成されても、ＥＧＲバルブ１５を要求開度のとおりに開くのではなく、要求開度よりも小さい度合いの補正開度で開く。
【００２８】
従って、冷却水温度ＫＷがＥＧＲ作動温度Ｋ１よりも高くてＥＧＲガス温度ＫＧが基準温度より低い状態では、ＥＧＲガスは要求どおりには流れない不完全ＥＧＲ領域になっており、ＥＧＲガス温度ＫＧが基準温度を超えると、ＥＧＲガスが要求とおりに流れる完全ＥＧＲ領域に移行する。
【００２９】
実際にどの程度の開度で開くように補正するかは、様々な態様を採り得る。第１の態様としては、例えば要求開度の５％や１０％だけ開くというように、条件に関係なく一律に補正開度を設定することが考えられる。第２の態様としては、下限開度（例えば３％）を設定しておいて、基本的には一律に補正しつつ、下限開度よりは低くしないという方法が考えれらる。
【００３０】
第３の態様としては、ＥＧＲガス温度ＫＧが基準温度Ｋ２から乖離している幅に応じて、乖離幅が大きいほど補正開度を小さくする態様が考えられる。この第３の態様は、更に、無段階に補正する方法と、幾つかの温度幅を設定しておいて、温度幅ごとに段階的を開度を変更する場合とを含んでいる。
【００３１】
図３では、制御の実例をフローチャートで示している。制御システムは例えば機関の始動と共にスタートし、まず、機関の回転数が基準値以上か否かが判断され（Ｓ１）、これがＹＥＳの場合は、機関の負荷が基準値以下か否かが判断される（Ｓ２）。アイドリング状態の低回転域ではＥＧＲガスの還流は行われず、また、上り坂の走行や積載量が多い状態での高負荷走行でも、ＥＧＲガスの還流は行われない。回転数による判断と負荷による判断とは順序を変えてもよい。
【００３２】
Ｓ１及びＳ２ともＹＥＳの場合は、予め定められた制御マップに基づいて、ＥＧＲバルブ１５の要求開度が演算される（Ｓ３）。次いで、冷却水温度ＫＷがＥＧＲ作動温度Ｋ１より高いか否かが判断され（Ｓ４）、ＫＷがＫ１より高い場合（ＫＷ−Ｋ１が正の場合）は、ＥＧＲガス温度ＫＧが基準温度Ｋ２より低いか否かが判断される（Ｓ５）。Ｓ４，Ｓ５がＮＯの場合は、それぞれある程度の時間を経過してから再び問い直される。
【００３３】
Ｓ４及びＳ５ともＹＥＳの場合は、予め定めた基準に基づき、ＥＧＲバルブ１５の要求開度に例えば０．０５や０．１というような係数が乗じられて、実際の補正開度が設定される（Ｓ１６）。次いで、ＥＧＲバルブ１５のアクチェータが駆動されて、ＥＧＲバルブ１５が補正開度のとおりに開く。これにより、燃焼室には要求量より少ないＥＧＲガスが還流する。
【００３４】
そして、ＥＧＲ通路１３をＥＧＲガスが通ることで、当該ＥＧＲ通路１３の昇温が促進されて完全ＥＧＲ領域への移行が促進されると共に、燃焼室へのＥＧＲの還流量は僅かであるので、燃焼が不安定化する不具合は生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本願発明は実際に内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  機関本体を構成するシリンダブロック
２  機関本体を構成するシリンダヘッド
５  吸気マニホールド
６  排気マニホールド
８  吸気系を構成する吸気通路
９  スロットルバルブ
１１  排気通路
１３  ＥＧＲ通路
１５  ＥＧＲバルブ
１６  ガス温度センサ
２４  水温センサ
２５  ＥＣＵ
２６  回転センサ
２７  負荷センサ
２８  外気温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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