(57)【要約】【課題】内燃機関の気筒に充填される吸気のＥＧＲ率を流量計によらずに推測する。【解決手段】排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させて吸気に混交する排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を、センサを介して実測される吸気通路におけるスロットルバルブの下流の吸気圧から、センサを介して実測される大気圧を減算した値と、予め与えられメモリに記憶保持している、現在の運転領域に対応した、ＥＧＲバルブを閉じた状態での吸気通路におけるスロットルバルブの下流の吸気圧の値との比により推算する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させて吸気に混交する排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、
気筒に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を、
センサを介して実測される吸気通路におけるスロットルバルブの下流の吸気圧から、センサを介して実測される大気圧を減算した値と、
予め与えられメモリに記憶保持している、現在の運転領域に対応した、ＥＧＲバルブを閉じた状態での吸気通路におけるスロットルバルブの下流の吸気圧の値と
の比により推算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、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における外部ＥＧＲ装置は、排気通路の所定箇所と吸気通路の所定箇所とをＥＧＲ通路により接続し、排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流させて吸気に混交するものである（例えば、下記特許文献を参照）。ＥＧＲにより、気筒の燃焼室内における混合気の燃焼温度を低下させ、ＮＯxの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図ることができる。加えて、燃焼温度の低下により、ノッキングのような異常燃焼が惹起されるリスクが低下するので、点火タイミングをより進角してＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）に近づけ、内燃機関の熱機械変換効率を向上させることが可能となる。
【０００３】
気筒に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率の制御は、現状、ＥＧＲバルブの開度の操作（より具体的には、ＥＧＲバルブの弁体を駆動するステッピングモータに入力する制御パルス数の調節）を通じたオープン制御により行っている。
【０００４】
吸気に混交されるＥＧＲガスの量が過大になると、燃焼状態が悪化して失火するリスクが増大する。それ故、ＥＧＲバルブの特性の個体差や経年変化、ＥＧＲバルブを含むＥＧＲガスの流通経路にデポジットが付着し堆積すること等をも考慮に入れて、制御目標となる要求ＥＧＲ率を、安全余裕を持たせた比較的低い値に設定している。
【０００５】
ＥＧＲ率を可及的に高めてＥＧＲによる効用を最大限に享受するためには、実際の吸気のＥＧＲ率を検出し、そのＥＧＲ率と要求ＥＧＲ率との偏差を縮小するようにＥＧＲバルブを操作するフィードバック制御を実施することが望ましい。しかしながら、フィードバック制御を企図してＥＧＲガスの流通経路上にＥＧＲガスの流量計を設置することは、コストの高騰を招く。その上、流量計は絶えずＥＧＲガスによる高熱及び汚染に曝されることから、耐久性や信頼性の問題も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１８６３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、内燃機関の気筒に充填される吸気のＥＧＲ率を流量計によらずに推測することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するべく、本発明では、排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させて吸気に混交する排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を、センサを介して実測される吸気通路におけるスロットルバルブの下流の吸気圧から、センサを介して実測される大気圧を減算した値と、予め与えられメモリに記憶保持している、現在の運転領域に対応した、ＥＧＲバルブを閉じた状態での吸気通路におけるスロットルバルブの下流の吸気圧の値との比により推算する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の気筒に充填される吸気のＥＧＲ率を流量計によらずに推測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート１３近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、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。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポート１３へと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポート１４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及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部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。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはそ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におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１５】
本実施形態の内燃機関には、各気筒１の少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構６が付随している。吸気バルブタイミングを調節するためのＶＶＴ機構６は、各気筒１の吸気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を液圧（潤滑油圧）によって変化させるベーン式のものや、電動機によって変化させる電動式のもの（モータドライブＶＶＴ）である。周知の通り、カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトとカムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、タイミングベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構６は、カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブの開閉タイミングを変更する。
【００１６】
同様に、排気バルブタイミングを調節するためのＶＶＴ機構は、各気筒１の排気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を液圧や電動機によって変化させるものである。なお、このＶＶＴ機構は存在しないことがあり、その場合、排気バルブの開閉タイミングは不変である。
【００１７】
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。
【００１８】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実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度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３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）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ｅ、内燃機関の温度を示唆する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、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。
【００１９】
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、スロットルバルブ３２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、ＶＶＴ機構６に対してバルブタイミングの制御信号ｍ等を出力する。
【００２０】
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、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する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、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、要求されるＥＧＲ率、吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミング等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を出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
本実施形態のＥＣＵ０は、気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率を、
（実測吸気圧−実測大気圧）／（現在の運転領域においてＥＧＲバルブ２３を全閉した場合の予想吸気圧）
の形で推算する。そして、その推算値と要求ＥＧＲ率との偏差を縮小するようにＥＧＲバルブ２３の開度を操作するフィードバック制御を実施する。
【００２２】
実測吸気圧は、吸気温・吸気圧信号ｅを参照することで知得される、現在の吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気圧である。この実測吸気圧は、新気の分圧とＥＧＲガスの分圧
との合算の全圧である。並びに、実測大気圧は、大気圧信号ｈを参照することで知得される現在の大気圧である。
【００２３】
一方、現在の運転領域においてＥＧＲバルブ２３を全閉した場合の予想吸気圧は、予め与えられてＥＣＵ０のメモリに記憶している、現在の運転領域に対応した、ＥＧＲバルブ２３を閉じた状態での吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気（新気）圧である。この予想吸気圧は、ＥＣＵ０のメモリに記憶保持しているマップデータから読み出されるマップ値に、同じくＥＣＵ０のメモリに記憶保持している補正値を加味することで求められる。
【００２４】
マップデータは、内燃機関の実運用に先んじて作成しておく。具体的には、ＥＧＲをカット、即ちＥＧＲバルブ２３を全閉した状態で内燃機関を運転し、様々なエンジン回転数及びエンジン負荷率の条件下で、スロットルバルブ３２の下流の吸気圧を吸気温・吸気圧センサを介して計測する。そして、その計測値を、当該計測を行った運転領域［エンジン回転数，エンジン負荷率］に関連づけてメモリに記憶させることで、個々の運転領域毎の吸気圧の計測値の組であるマップデータが得られる。
【００２５】
但し、内燃機関の運転領域が同等であっても、内燃機関の個体差や経年変化、例えばスロットルバルブ３２の特性の個体差やデポジットの付着等により、ＥＧＲを全閉した状態でのスロットルバルブ３２の下流の吸気圧にはばらつきが生じる。そこで、内燃機関の実運用時に吸気圧の学習を行い、その学習値を補正値としてマップデータの値に加味することで、内燃機関の個体差や経年変化の影響を補償することが好ましい。
【００２６】
具体的には、ＥＧＲバルブ２３を全閉するときに、スロットルバルブ３２の下流の吸気圧を吸気温・吸気圧センサを介して計測する。そして、その計測値と、当該計測を行った運転領域に対応するマップ値との比、即ちマップ値の吸気圧と実際の吸気圧とのずれ量を求め、これを学習値としてメモリに記憶させる。運転領域に対応するマップ値は、その運転領域を定義するエンジン回転数及びエンジン負荷率をキーして上記のマップデータを検索することにより、メモリから読み出すことができる。
【００２７】
加えて、ＶＶＴ機構６が実装された内燃機関にあっては、運転領域に応じて吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングを変更する。このことは、上記のマップデータの作成時でも同じである。マップデータを作成する際には、定常状態での吸気圧を計測することから、その計測時におけるバルブタイミングは、同計測時における内燃機関の運転領域と一対一に対応している。しかし、内燃機関の実運用時には、運転領域が刻々と変化する。そして、ＶＶＴ機構６が具現するバルブタイミングは、運転領域の遷移よりも遅れて、緩やかに徐変する。つまり、内燃機関の実運用時のバルブタイミングは、そのときのエンジン回転数及びエンジン負荷率によっては一意に定まらない。
【００２８】
換言すれば、内燃機関の実運用時のバルブタイミングは、吸気圧のマップ値の前提条件となるバルブタイミングから乖離することがある。そこで、実際のバルブタイミングとマップ値が前提とするバルブタイミングとの差分に応じた補正値をマップデータの値に加味することにより、両者の乖離の影響を補償することが好ましい。
【００２９】
本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の運転領域と、その運転領域の下でＶＶＴ機構６により具現するべき目標となる吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミング（の進角量または遅角量）との関係を規定したＶＶＴ制御用のマップデータをメモリに記憶保持している。このＶＶＴ制御用のマップデータに書き込まれている目標バルブタイミングは、上記の吸気圧のマップ値の前提条件となるバルブタイミング、即ち吸気圧のマップデータを作成する際に内燃機関の運転領域に応じて設定されたバルブタイミングと同義である。なおかつ、ＥＣＵ０は、実際のバルブタイミングと目標バルブタイミングとの比と、その比に対応した補正値との関係を規定する補正値マップデータをもメモリに記憶保持している。内燃機関の実運用時において、ＥＣＵ０は、現在の運転領域に対応した目標の吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングをＶＶＴ制御用のマップデータから読み出すとともに、現在ＶＶＴ機構６を介して具現している実際の吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングと、ＶＶＴ制御用のマップデータから読み出した目標の開閉タイミングとの比を求める。そして、この比をキーとして補正値マップデータを検索することで、実際のバルブタイミングと目標のバルブタイミングとの差分に応じた補正値を読み出す。
【００３０】
総合すると、ＥＣＵ０は、吸気のＥＧＲ率の推算に用いる、現在の運転領域においてＥＧＲバルブ２３を全閉した場合の予想吸気圧を、
（現在の運転領域に対応した吸気圧のマップ値）＊（内燃機関の個体差や経年変化を補償する学習値）＊（現在の実際のバルブタイミングと目標バルブタイミングとの乖離を補償する補正値）
として算出することとなる。これらマップ値、学習打ち及び補正値はそれぞれ、上記の予想吸気圧を算出する段階、ひいては吸気のＥＧＲ率の算出の段階で、予め与えられメモリに記憶保持しているものである。
【００３１】
ＥＧＲ率のフィードバック制御の目標となるＥＧＲ率は、現在の内燃機関の運転領域及び冷却水温等に応じて設定する。ＥＣＵ０は予め、内燃機関の運転領域と、その運転領域の下で達成するべき要求ＥＧＲ率との関係を規定したマップデータをメモリに記憶保持している。ＥＣＵ０は、現在の運転領域に対応した要求ＥＧＲ率を当該マップデータから読み出し、さらに、これを現在の内燃機関の冷却水温に応じて補正することで、最終的な要求ＥＧＲ率を得る。要求ＥＧＲ率は、基本的に、冷却水温が高いほど高く設定することができる。
【００３２】
本実施形態では、排気通路４を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３に還流させて吸気に混交する排気ガス再循環装置２が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒１に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を、センサを介して実測される吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気圧から、センサを介して実測される大気圧を減算した値と、予め与えられメモリに記憶保持している、現在の運転領域に対応した、ＥＧＲバルブ２３を閉じた状態での吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気圧の値との比により推算する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３３】
本実施形態によれば、ＥＧＲガスの流量を計測する流量計を使用することなく、吸気のＥＧＲ率を推測することができる。そして、その推測したＥＧＲ率をフィードバック制御に用いることが可能となる。ＥＧＲ率をオープン制御ではなくフィードバック制御することにより、要求ＥＧＲ率を従来よりも引き上げることが許容されるため、内燃機関の燃費性能の向上及びエミッションの良化を期待できる。
【００３４】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
２…排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置
２１…ＥＧＲ通路
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
４…排気通路御
６…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｅ…スロットルバルブの下流の吸気温・吸気圧信号
ｆ…冷却水温信号
ｈ…大気圧信号
ｌ…ＥＧＲバルブの開度操作信号
ｍ…バルブタイミングの制御信号
【図１】
2018173015.tif 000003