(57)【要約】【課題】ＥＧＲ実行領域の過剰な縮小化を抑制しつつ、ＥＧＲ通路における新気の逆流が許容できない場合にはＥＧＲ弁を確実に閉弁することで通路の新気の逆流が防止する。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、ＥＧＲ装置と触媒とを備える内燃機関に適用される。ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気経路と吸気経路とを接続するＥＧＲ通路とＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲ弁とを備える。触媒は酸素吸蔵能を有し、ＥＧＲ通路が排気経路に接続する部分より下流側の排気経路に配置される。制御装置は、ＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを循環させる領域であるＥＧＲ実行領域のうち高負荷側にある領域では、触媒の酸素吸蔵量が基準量より大きい場合のＥＧＲ弁の開度を、酸素吸蔵量が基準量以下である場合のＥＧＲ弁の開度よりも小さな開度とするように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路と吸気経路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設置され、前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、を有し、前記内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気経路に循環させるＥＧＲ装置と、
前記ＥＧＲ通路が前記排気経路に接続する部分より下流側の前記排気経路に配置され、排気中の酸素を吸蔵することができる触媒と、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記ＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを循環させる領域であるＥＧＲ実行領域のうち高負荷側にある領域では、前記触媒の酸素吸蔵量が基準量より大きい場合の前記ＥＧＲ弁の開度を、前記酸素吸蔵量が前記基準量以下である場合の前記ＥＧＲ弁の開度よりも小さな開度とするように構成された制御装置と、
を備えることを特徴とする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、ＥＧＲ装置を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気ガスの一部を、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御に関する技術が開示されている。特許文献１において、ＥＧＲ通路の排気通路との接続部側は、排気通路のタービン上流側に接続する通路と、タービン下流側に接続する通路とに分岐し、分岐部には切り替え弁が設置されている。切り替え弁の制御により、ＥＧＲガスの還流経路は、タービン上流側に接続する通路を含む経路と、タービン下流側に接続する通路を含む経路との間で選択的に切り替えられる。特許文献１の制御では、過給圧が排気系の排圧より大きい場合には、タービン上流側に接続された通路に切り替えられ、タービン上流側のより高圧な排気ガスがＥＧＲガスとして取り出される。これにより、過給圧が高くなる場合のＥＧＲガスの還流を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８７４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高負荷時には吸気圧が排気圧より大きくなり、ＥＧＲ通路内を新気が逆流する場合がある。これに対し、システムが、タービン上流側に接続する分岐通路を有する特許文献１のような構成ではない場合、ＥＧＲガスの還流経路の切り替えによる逆流防止はできない。
【０００５】
他の新気の逆流の防止方法としては、例えば、吸気圧が排気圧より大きくなる場合にはＥＧＲ弁を閉弁させることが考えられる。しかし、低負荷から高負荷への変化に際し、ＥＧＲ弁の閉弁が間に合わず、逆流が防止できないことが考えられる。逆流前にＥＧＲ弁を確実に閉弁できるようにするため、ＥＧＲ実行領域を低負荷側に設定することが考えられる。しかしＥＧＲ実行領域を低負荷側に設定してＥＧＲ実行領域を狭めることは、燃費向上の観点からは好ましいものではない。
【０００６】
本発明は、以上の課題を解決することを目的として、ＥＧＲ実行領域の過剰な縮小化を抑制しつつ、ＥＧＲ通路における新気の逆流が許容できない場合には新気の逆流がより確実に防止されるよう、改良された内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は以下のように構成される。本発明が適用される内燃機関は、ＥＧＲ装置と触媒とを備える。ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気経路に循環させる装置であって、内燃機関の排気経路と吸気経路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に設置され、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁とを備える。触媒は、ＥＧＲ通路が排気経路に接続する部分より下流側の排気経路に配置されている。この触媒は、排気中の酸素を吸蔵することができる。
【０００８】
本発明の内燃機関の制御装置は、ＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを循環させる領域であるＥＧＲ実行領域のうち高負荷側にある領域では、触媒の酸素吸蔵量が基準量より大きい場合のＥＧＲ弁の開度を、酸素吸蔵量が基準量以下である場合のＥＧＲ弁の開度よりも小さな開度とするように構成されている。なお、ここで「小さな開度」には、開度をゼロ、即ちＥＧＲ弁を全閉とする場合を含むものとする。
【発明の効果】
【０００９】
上記の制御によれば、触媒の酸素吸蔵量が少なく、新気が逆流しても触媒における酸素吸蔵を許容できる場合には、ＥＧＲ実行領域におけるＥＧＲ弁の開度は通常通りに制御することができる。従ってＥＧＲ実行領域でのＥＧＲ量を通常通りに確保することができ、燃費の改善を図ることができる。一方、触媒の酸素吸蔵量が多く、触媒への新気の流入が許容できない場合には、高負荷側にあるＥＧＲ実行領域でのＥＧＲ弁の開度が、通常より小さな開度に設定される。これにより、運転領域が低負荷から、新気の逆流が発生しうる高負荷側に移行する際、新気の逆流が発生するより前にＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲ通路を閉鎖することができる。従ってＥＧＲ実行領域の縮小を抑えて燃費の改善を図りつつ、許容されない新気の逆流をより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置およびその周辺機器を含むシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１におけるＥＧＲ実行領域について説明するための図である。
【図３】実施の形態１におけるＥＧＲ実行領域について説明するための図である。
【図４】実施の形態１の下流側触媒の酸素吸蔵量とＵＦリッチ継続時間との関係について説明するための図である。
【図５】実施の形態１の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図６】実施の形態２におけるＥＧＲ実行領域について説明するための図である。
【図７】実施の形態２の制御について説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置及びその周辺機器を含むシステムの全体構成を模式的に示す図である。図１のシステムにおいて、内燃機関本体２は複数の気筒４を備えている。図１には３つの気筒が図示されているが、気筒４の数及びその配列は限定されない。各気筒４の燃焼室に開口する吸気ポート（図示せず）には、吸気経路が接続されている。吸気経路は吸気マニホールド１０と吸気通路１４とを含む。吸気ポートには、サージタンクが一体化された吸気マニホールド１０が接続されている。吸気マニホールド１０には、外部から空気を吸入する吸気通路１４が接続されている。吸気通路１４には、吸気の上流側から順に、エアクリーナ１６、エアフローメータ１８、ターボ過給機のコンプレッサ２０、インタークーラ２２、及び電子制御式のスロットルバルブ２４が設置されている。
【００１３】
各気筒４の燃焼室に開口する排気ポート（図示せず）には、排気経路が接続されている。排気経路は排気マニホールド３２と排気通路３４とを含む。排気ポートには排気マニホールド３２が接続されている。排気マニホールド３２には、排気を外部に排出する排気通路３４が接続されている。排気通路３４には、排気の上流側から順に、ターボ過給機のタービン３６、上流側触媒３８、及び下流側触媒４０が設置されている。上流側触媒３８及び下流側触媒４０は、共に、酸素を吸蔵可能な三元触媒である。
【００１４】
また、図１のシステムは、排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置５０を備えている。ＥＧＲ装置５０はＥＧＲ通路５２を有している。ＥＧＲ通路５２は、排気の一部をＥＧＲガスとして取り出すための通路であって、一端は、上流側触媒３８と下流側触媒４０との間の排気通路３４に接続している。ＥＧＲ通路５２の他端は、ＥＧＲデリバリチャンバ５４に連結し、ＥＧＲデリバリチャンバ５４は吸気マニホールド１０に接続している。ＥＧＲ通路５２には、ＥＧＲクーラ５６とＥＧＲ弁５８とが設置されている。ＥＧＲ弁５８は、ＥＧＲ通路５２内を流通するＥＧＲガス量の調節に用いられる。なお、ＥＧＲ通路５２は、その吸気側の先端がＥＧＲデリバリチャンバ５４に連結している構成に限られず、吸気通路１４及び吸気マニホールド１０からなる吸気経路の何れかの位置に、直接連結している構成であってもよい。
【００１５】
図１のシステムは、その運転状態に関する情報を得るためのセンサを各所に備えている。例えば、吸気通路１４に設置されたエアフローメータ１８により、吸入空気量が計測される。また、吸気マニホールド１０には、サージタンク内の圧力であるサージタンク圧Ｐ３を計測するための圧力センサ６０が設置されている。また、排気通路３４における上流側触媒３８の下流かつ下流側触媒４０の上流には、ＥＧＲ通路５２のＥＧＲ取り出し位置における排気圧Ｐｅｇｒｉｎを計測するための排気圧センサ６２が設置されている。
【００１６】
上述した各種のセンサ及びアクチュエータは、制御装置７０に電気的に接続されている。制御装置７０はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置７０は、エンジンのシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する制御のルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置７０は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによって内燃機関を制御する。
【００１７】
上述したように、上流側触媒３８及び下流側触媒４０は三元触媒であり、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ、ＨＣ、及びＣＯを最大効率で浄化する。また上流側触媒３８及び下流側触媒４０は酸素を吸蔵可能であり、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することによって、理論空燃比を維持する。従って、制御装置７０は、上流側触媒３８及び下流側触媒４０の酸素吸蔵量を、適正な範囲に維持するように制御する。
【００１８】
ところで、図１のような構成の、ＥＧＲ装置５０を備える内燃機関では、サージタンク圧Ｐ３と排気圧Ｐｅｇｒｉｎとの関係により、吸気側からＥＧＲ通路５２を介して排気側に新気が逆流することが起こり得る。
【００１９】
ＥＧＲ通路５２における新気の逆流が発生すると、多量の酸素を含む新気は、下流側触媒４０に直接流入することになる。ここで下流側触媒４０が多くの酸素を吸蔵した状態である場合、逆流した新気を更に吸蔵することにより下流側触媒４０は最大限に酸素を吸蔵し、もはやリーン空燃比下で排出される排気中のＮＯｘを浄化できない状態となる（即ち、ＯＳＡ（Oxygen Storage Ability）破綻状態となる）ことが起こりうる。従って、下流側触媒４０の酸素吸蔵量が多い場合、ＥＧＲ通路５２から排気側への新気の逆流は許容できない。
【００２０】
一方、下流側触媒４０の酸素吸蔵量が少ない場合、仮に、ＥＧＲ通路５２から新気が逆流しても、下流側触媒４０で酸素を吸蔵することが可能であり、ＯＳＡ破綻を起こすことはない。
【００２１】
以上の観点から、本実施の形態では下流側触媒４０の酸素吸蔵量が基準量より多い場合と少ない場合とで、ＥＧＲ実行領域を切り替える制御を行う。図２及び図３は、本実施の形態におけるＥＧＲ実行領域について説明するための図であり、図２は酸素吸蔵量が多い場合、図３は酸素吸蔵量が少ない場合のＥＧＲ実行領域を表している。
【００２２】
図２及び図３に示されるように、ＥＧＲ実行領域は、エンジン回転速度と負荷とにより定義される。下流側触媒４０の酸素吸蔵量が多く、新気の逆流が許容されない場合のＥＧＲ実行領域は、図２に示されるように、通常のＥＧＲ実行領域のうち高負荷側の一部がカットされた、狭いＥＧＲ実行領域Ａとする。この狭いＥＧＲ実行領域Ａは、ＥＧＲ実行領域Ａ内の低負荷側から、サージタンク圧Ｐ３＞排気圧Ｐｅｇｒｉｎとなるような高負荷側に切り替えられた場合にも、サージタンク圧Ｐ３＞排気圧Ｐｅｇｒｉｎとなって新気の逆流が起きる状態となるまでに、ＥＧＲ弁５８を閉弁するだけの時間的余裕が持てる範囲に設定する。つまり、この狭いＥＧＲ実行領域ＡでのＥＧＲ実行中であれば、ＥＧＲ実行領域Ａより高負荷側に移行する場合にも、ＥＧＲ弁５８を閉弁する時間を確保することができ、確実に新気の逆流を防止することができる。従って、意図しない新気の逆流による下流側触媒４０の酸素吸蔵を防止することができる。
【００２３】
一方、図３に示されるように、下流側触媒４０への新気の逆流が許容される場合には、ＥＧＲ実行領域は、ＥＧＲ実行領域Ａより高負荷側に広い通常通りのＥＧＲ実行領域Ｂとする。このＥＧＲ実行領域Ｂでは、サージタンク圧Ｐ３＞排気圧Ｐｅｇｒｉｎとなり新気の逆流が発生した場合には、ＥＧＲ弁５８の閉弁が間に合わない場合もあり、この場合、下流側触媒４０に新気が逆流する可能性がある。しかしながら、下流側触媒４０の酸素吸蔵量は少ない状態であるため、意図しない新気の逆流による下流側触媒４０の酸素吸蔵もある程度許容される。従って下流側触媒４０の酸素吸蔵量が少ない状態の場合、広いＥＧＲ実行領域Ｂを選択することで、燃費向上が優先される。
【００２４】
下流側触媒４０への新気の逆流が許容されるか否か、即ち下流側触媒の酸素吸蔵量が基準量より少ないか否かは、下流側触媒４０に空燃比リッチなガスが継続して流入した時間であるＵＦリッチ継続時間が基準時間Ｋ２を超えたか否かにより判断される。図４は、本実施の形態における下流側触媒４０の酸素吸蔵量とＵＦリッチ継続時間との関係について説明するための図である。
【００２５】
図４において、時間Ｋは、下流側触媒４０が最大限まで酸素を吸蔵した状態から、吸蔵量が最低限まで低下して下流側触媒４０への適量の酸素供給が必要な状態となるまでの時間である。本実施の形態では、この時間Ｋに対して、強加速運転時の逆流により新気が下流側触媒４０にある程度導入されても許容される時間を実験やシミュレーション等により予め求め、この時間を、基準時間Ｋ２として設定する。
【００２６】
図５は、本実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図５のルーチンは内燃機関の運転中、所定の制御間隔で繰り返し実行される。図５のルーチンでは、まず、ステップＳ２において、ＵＦリッチ継続時間が基準時間Ｋ２を超えるか否かが判別される。
【００２７】
ステップＳ２において、ＵＦリッチ継続時間が基準時間Ｋ２を超えると判別された場合には、下流側触媒４０の酸素吸蔵量は新気の逆流を許容できる程度に少ない状態となっていると考えられる。従って、この場合には、ステップＳ４に進み、ＥＧＲ実行領域として、広いＥＧＲ実行領域Ｂが選択され、今回の処理は一旦終了する。
【００２８】
一方、ステップＳ２において、ＵＦリッチ継続時間が基準時間Ｋ２以下であると判別された場合、ステップＳ６に進み、ＥＧＲ実行領域として、狭いＥＧＲ実行領域Ａが選択され、今回の処理は一旦終了する。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、図１のシステムと同一の構成を有している。実施の形態２の制御は、下流側触媒４０の酸素吸蔵量が多い場合に選択されるＥＧＲ実行領域が実施の形態１とは異なる点を除き、実施の形態１の制御と同一の制御を実行する。
【００３０】
図６は、実施の形態２において、下流側触媒４０の酸素吸蔵量が多い場合に選択されるＥＧＲ実行領域について説明するための図である。このＥＧＲ実行領域は、実施の形態における狭い実行領域Ａの高負荷側に、ＥＧＲ実行領域Ｃを有する。このＥＧＲ実行領域Ｃでは、ＥＧＲ弁５８の開度が通常よりも小さく設定される。即ち、同一運転条件下で比較した場合、ＥＧＲ実行領域ＣとＥＧＲ実行領域Ｂの場合とでは、ＥＧＲ実行領域Ｃが選択されている場合のほうが、ＥＧＲ実行領域Ｂが選択されている場合によりも、ＥＧＲ弁５８の開度が小さくなる。
【００３１】
これにより通常の燃焼限界等に応じて定められる供給可能なＥＧＲ量の限界値を供給することはできないものの、ある程度量のＥＧＲガスを導入することができる。従って、高負荷側でのＥＧＲがカットされる実施の形態１の場合に比べて、更に、燃費の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、ＥＧＲ弁５８の開度は、運転条件に応じてマップに従って決定される。本実施の形態では、ＥＧＲ実行領域Ｂの場合とＥＧＲ実行領域Ｃの場合とでそれぞれに、運転条件とＥＧＲ弁５８の開度との関係を定めたマップを準備し、これに応じて開度を決定するようにする。なお、低負荷側のＥＧＲ実行領域Ａでは、ＥＧＲ実行領域Ｂの開度マップと同一のマップを使用することができる。
【００３３】
図７は本実施の形態２における制御について説明するためのタイミングチャートである。図７に示される例では、時間ｔ１においてドライバの出力要求により負荷が上昇し、低負荷から高負荷に変化して、時間ｔ２において、サージタンク圧Ｐ３と排気圧Ｐｅｇｒｉｎとの差圧Ｐｅｇｒｉｎ−Ｐ３がゼロより小さくなっている。
【００３４】
ここで図７の（Ｂ）のＥＧＲ弁５８の開度の実線に示されるように、現在、ＥＧＲ実行領域Ｃが選択され、ＥＧＲ弁５８の開度がＥＧＲ実行領域Ｃのマップに従い小さな開度に設定されている場合、ＥＧＲ弁５８は時間ｔ１に閉弁を開始することで時間ｔ２までに閉弁される。従って、（Ａ）の新気逆流量の実線に示されるように、新気の逆流量はゼロのままであり下流側触媒４０に新気は導入しない。
【００３５】
一方、（Ｂ）のＥＧＲ弁５８の開度の破線に示されるように、ＥＧＲ実行領域Ｂが選択され、ＥＧＲ弁５８の開度がＥＧＲ実行領域Ｂの通常のマップに従って大きな開度に設定されている場合、ＥＧＲ弁５８は時間ｔ１に閉弁指令が出されても、時間ｔ３まで閉弁完了しない。このため（Ａ）の斜線部に示されるように、差圧がマイナスとなった時間ｔ２から閉弁完了の時間ｔ３までの間に、多少の新気の逆流が発生する。しかし、ＥＧＲ実行領域Ｂが選択されている場合、下流側触媒４０の酸素吸蔵量が少ない状態であるため、下流側触媒４０への新気流入は許容される。
【００３６】
なお、本実施の形態２のＥＧＲ実行領域Ｃの上限側の負荷は、ＥＧＲ実行領域Ｂの上限側の負荷より小さくなるように設定されている。しかし本実施の形態では、ＥＧＲ実行領域Ｃでは、ＥＧＲ弁５８の開度の通常とは異なるマップが準備され、これに従い通常より小さな開度に設定することができる。従って、ＥＧＲ実行領域Ｃの上限側の負荷は、ＥＧＲ実行領域Ｂの上限側の負荷と同一としてもよい。
【００３７】
また、実施の形態１及び２では、上流側触媒３８と下流側触媒４０とを備え、ＥＧＲ通路５２が、上流側触媒３８と下流側触媒４０の間に接続される場合について説明した。しかし、本発明はこのような構成に限らず、ＥＧＲ通路５２の接続部より下流側に、酸素吸蔵能を有する触媒が設置されたシステムに適用することができる。従って、例えば、上流側触媒３８を有しない構成であってもよいし、ＥＧＲ通路５２が上流側触媒３８より上流側、あるいはタービン３６の上流側に接続されている構成であってもよい。
【００３８】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造、ステップ等は、特に明示した場合や明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００３９】
２  内燃機関本体
４  気筒
１０  吸気マニホールド
１４  吸気通路
１６  エアクリーナ
１８  エアフローメータ
２０  コンプレッサ
２２  インタークーラ
２４  スロットルバルブ
３２  排気マニホールド
３４  排気通路
３６  タービン
３８  上流側触媒
４０  下流側触媒
５０  ＥＧＲ装置
５２  ＥＧＲ通路
５４  デリバリチャンバ
５６  ＥＧＲクーラ
５８  ＥＧＲ弁
６０  圧力センサ
６２  排気圧センサ
７０  制御装置
【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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【図６】
2018155175.tif 000008
【図７】
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