(57)【要約】【課題】吸気通路からＥＧＲ通路に新気が逆流しうる構造の内燃機関において、ＥＧＲガスの導入再開時の過渡的な空燃比挙動の制御性の低下を抑えることができる制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る制御装置は、ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの方向と流量とを取得し、ＥＧＲ弁を通過したガスの流れの方向と流量とに基づいて、ＥＧＲ弁を吸気通路の側から排気通路の側へ逆流してＥＧＲ通路内に滞留する新気の量を計算する。ＥＧＲ弁が開いている場合、制御装置は、ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの方向とＥＧＲ通路内の新気量とに基づいて、吸気ポート内の温度及びＥＧＲ率を含む吸気ポート内状態量を推定する。そして、吸気ポート内状態量に基づいて、燃料噴射弁に対して設定する燃料噴射量を補正する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲ弁と、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備える内燃機関の制御装置において、
前記ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの方向と流量とを取得する手段と、
前記ＥＧＲ弁を通過したガスの流れの方向と流量とに基づいて、前記ＥＧＲ弁を前記吸気通路の側から前記排気通路の側へ逆流して前記ＥＧＲ通路内に滞留する新気の量を計算する手段と、
前記ＥＧＲ弁が開いている場合、前記ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの方向と前記ＥＧＲ通路内の新気量とに基づいて、前記吸気ポート内の温度及びＥＧＲ率を含む前記吸気ポート内の状態量を推定する手段と、
前記吸気ポート内の状態量に基づいて、前記燃料噴射弁に対して設定する燃料噴射量を補正する手段と、
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し、特に、吸気通路からＥＧＲ通路に新気が逆流しうる構造の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下に列挙された特許文献には、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５９４０４号公報
【特許文献２】特開平０８−０９３５２８号公報
【特許文献３】特開平０８−１２７４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲ装置を備える内燃機関では、吸気通路の圧力と排気通路の圧力との関係により、吸気通路からＥＧＲ通路に新気が逆流することがあり得る。ＥＧＲ通路への新気の逆流が発生した場合、逆流が停止してしばらくの間は、ＥＧＲ通路に滞留した新気が吸気ポートに流れ込む。ＥＧＲ通路から新気が流れ込んでいる間の吸気ポート内のガスの成分や温度は、ＥＧＲ通路からＥＧＲガスが導入されている通常の状態とは異なったものとなる。吸気ポートの壁面への燃料の付着度合いや付着燃料の蒸発度合いは、吸気ポート内の温度やＥＧＲ率を含む吸気ポート内の状態量に依存する。このため、吸気通路からＥＧＲ通路への新気の逆流は、燃料噴射量によって制御する空燃比挙動の制御性に影響する。
【０００５】
しかし、上記の特許文献に記載された技術は、吸気通路からＥＧＲ通路へ逆流する新気を考慮した内燃機関の制御を行っていない。ゆえに、吸気通路からＥＧＲ通路への新気の逆流が発生した後、ＥＧＲガスの吸気通路への導入が再開されたとき、少なくとも過渡的には、空燃比挙動の制御性が悪化するおそれがある。
【０００６】
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、吸気通路からＥＧＲ通路に新気が逆流しうる構造の内燃機関において、ＥＧＲガスの導入再開時の過渡的な空燃比挙動の制御性の低下を抑えることができる制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲ弁と、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備える内燃機関の制御装置において、
前記ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの方向と流量とを取得する手段と、
前記ＥＧＲ弁を通過したガスの流れの方向と流量とに基づいて、前記ＥＧＲ弁を前記吸気通路の側から前記排気通路の側へ逆流して前記ＥＧＲ通路内に滞留する新気の量を計算する手段と、
前記ＥＧＲ弁が開いている場合、前記ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの方向と前記ＥＧＲ通路内の新気量とに基づいて、前記吸気ポート内の温度及びＥＧＲ率を含む前記吸気ポート内の状態量を推定する手段と、
前記吸気ポート内の状態量に基づいて、前記燃料噴射弁に対して設定する燃料噴射量を補正する手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの方向とＥＧＲ通路内の新気量とに基づいて吸気ポート内の状態量を推定し、吸気ポート内の状態量に基づいて燃料噴射弁に対して設定する燃料噴射量を補正することにより、ＥＧＲガスの導入再開時の過渡的な空燃比挙動の制御性の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】吸気ポート内の圧力及び温度と燃料補正量との関係を示す図である。
【図３】吸気ポート内のガスのＥＧＲ率と燃料補正量との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の制御装置により実行される燃料補正制御のフローチャートを示す図である。
【図５】ＥＧＲ弁を通過するガスの流量と、吸気通路側圧力と排気通路側圧力との差圧と、ＥＧＲ弁の開度との関係を示す図である。
【図６】ＥＧＲ弁を通過するガスの流れの向きが逆流から順流へ変化した場合の、吸気ポート内の圧力、温度及びＥＧＲ率の時間による変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
１．内燃機関の構成
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。この内燃機関２は、火花点火式エンジンとして構成されたエンジン本体４を備える。エンジン本体４には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０がシリンダ４ａ毎に設けられている。また、エンジン本体４には、燃料噴射弁１０の他にも、何れも図示しない、吸気弁とそれを駆動する動弁機構、排気弁とそれを駆動する動弁機構、点火プラグなど、多数の装置及びアクチュエータが取り付けられている。
【００１１】
エンジン本体４の吸気ポートには、外部から空気を吸入する吸気通路６が接続されている。吸気通路６には、その上流からエンジン本体４に向けて、エアクリーナ１２、コンプレッサ２０ａ、インタークーラ１４、及びスロットル１６がこの順で配置されている。
【００１２】
エンジン本体４の排気ポートには、排気ガスを外部に排出する排気通路８が接続されている。排気通路８には、エンジン本体４から下流に向けて、コンプレッサ２０ａとともにターボ過給機２０を構成するタービン２０ｂ、第１の三元触媒２４、及び第２の三元触媒２６がこの順で配置されている。第１の三元触媒２４はタービン２０ｂの出口に近接して設けられ、第２の三元触媒２６は車両の床下に設けられている。
【００１３】
内燃機関２は、排気通路８から吸気通路６へ排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置３０を備える。ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３２、ＥＧＲクーラ３６、及びＥＧＲ弁３４から構成される。ＥＧＲ通路３２は、第１の三元触媒２４よりも下流で第２の三元触媒２６より上流の排気通路８とスロットル１６より下流の吸気通路６とを接続する。ＥＧＲクーラ３６はＥＧＲ通路３２に設けられ、ＥＧＲ弁３４はＥＧＲガスの流れの方向（順流方向）においてＥＧＲクーラ３６よりも下流のＥＧＲ通路３２に設けられている。
【００１４】
内燃機関２は、制御装置４０を備える。制御装置４０には、吸気通路６に吸入された新気量、ＥＧＲ通路３２の入口の圧力、ＥＧＲ通路３２の出口の圧力、エンジン回転速度等の内燃機関２の状態量を計測するための種々のセンサが接続されている。制御装置４０は、これらのセンサで得られた情報に基づき、内燃機関２が備える様々な装置及びアクチュエータを操作することにより、内燃機関２の運転を制御する。制御装置４０は、少なくとも１つのＣＰＵ、少なくとも１つのＲＯＭ、少なくとも１つのＲＡＭを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ただし、制御装置４０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。制御装置４０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することで、エンジン制御に係る様々な機能が実現される。
【００１５】
２．制御装置による燃料補正制御
上記構成の内燃機関２では、ＥＧＲ弁３４の吸気通路６の側の圧力がＥＧＲ弁３４の排気通路８の側の圧力よりも高くなることがあり得る。この場合、ＥＧＲ弁３４を吸気通路６側から排気通路８側へ新気が逆流し、ＥＧＲ通路３２内に新気が滞留することになる。ＥＧＲ通路３２内に滞留した新気は、ＥＧＲガスの吸気通路への導入が再開されたときの空燃比挙動の制御性に影響する。この影響を抑えるため、制御装置４０は、燃料噴射弁１０に設定する燃料噴射量を補正する燃料補正制御を実行する。
【００１６】
燃料補正制御は、吸気ポートの壁面に付着する燃料の量である壁面付着燃料量の増減に応じて燃料噴射量を補正し、それにより空燃比の変動を抑えることを目的として行われる。ＥＧＲガスが導入されているときは、ＥＧＲガスが導入されていないときと比べて、吸気ポート内温度及び壁面温度の上昇により燃料の霧化が促進される。このため、壁面付着燃料量は減少する。また、ＥＧＲガスが導入されているときは、ＥＧＲ率が高いほど、吸気ポート内温度や壁面温度が高くなり燃料の霧化が促進されるため、壁面付着燃料量は減少する。燃料補正制御では、吸気ポート内の状態に応じて変化する壁面付着燃料量を考慮して燃料噴射量が補正される。
【００１７】
図２は、吸気ポート内の圧力及び温度と燃料補正量との関係を示す図である。図３は、吸気ポート内のガスのＥＧＲ率と燃料補正量との関係を示す図である。燃料補正量は、内燃機関２の運転状態に応じて設定される基本燃料噴射量に対する補正量である。制御装置４０は、これらの図に示す関係を規定した燃料補正量マップをＲＯＭに記憶し、燃料補正制御において燃料補正量の計算に使用している。燃料補正量マップによれば、吸気ポート内圧力が高いほど、吸気ポート内温度が低いほど、そして、ＥＧＲ率が高いほど、燃料補正量は大きい値に設定される。
【００１８】
図４は、制御装置４０により実行される燃料補正制御のフローチャートを示す図である。以下、このフローチャートと図５及び図６を用いて燃料補正制御の詳細について説明する。
【００１９】
ステップＳ１では、ＥＧＲ弁３４が開いているかどうか判定される。ＥＧＲ弁３４が開いていない場合、排気通路８から吸気通路６へのＥＧＲガスの再循環は生じない。この場合、ステップＳ２が選択される。ステップＳ２では、ＥＧＲガスの導入が無い前提での燃料補正制御が実行される。つまり、前述の燃料補正量マップにおいてＥＧＲ率をゼロとおき、その場合の吸気ポート内の圧力及び温度に基づいて燃料補正量が計算される。なお、吸気ポート内の圧力及び温度はセンサによって計測してもよいし、運転状態から推定してもよい。
【００２０】
一方、ＥＧＲ弁３４が開いている場合、排気通路８から吸気通路６へのＥＧＲガスの再循環が生じるか、或いは、吸気通路６からＥＧＲ通路３２内への新気の逆流が生じる。この場合、ステップＳ３が選択される。ステップＳ３では、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流量（以下、弁通過流量という）Ｇｅｇｒが計算される。ここで、図５は、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流量と、ＥＧＲ通路３２の出口の圧力（以下、吸気通路側圧力という）とＥＧＲ通路３２の入口の圧力（以下、排気通路側圧力という）との差圧と、ＥＧＲ弁３４の開度との関係を示す図である。制御装置４０は、図５に示す関係を規定した弁通過流量マップをＲＯＭに記憶し、弁通過流量Ｇｅｇｒの計算に使用している。弁通過流量マップでは、吸気通路側圧力が排気通路側圧力より高い場合、つまり、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流れ方向が逆方向である場合、弁通過流量Ｇｅｇｒは正の値となる。逆に、排気通路側圧力が吸気通路側圧力より高い場合、つまり、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流れ方向が順方向である場合、弁通過流量Ｇｅｇｒは負の値となる。
【００２１】
次に、ステップＳ４では、ＥＧＲ弁３４を通過したガスの流れの方向と流量とに基づいて、ＥＧＲ弁３４を吸気通路６側から排気通路８側へ逆流してＥＧＲ通路３２内に滞留する新気の量（以下、ＥＧＲ通路内新気量という）Ｇｎを計算する。具体的には、ステップＳ３で算出した弁通過流量Ｇｅｇｒを積分することにより、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎを計算する。ただし、ＥＧＲ通路３２の内部容積から決まるガス量が、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎの最大値となる。
【００２２】
次に、ステップＳ５では、ステップＳ３で算出した弁通過流量Ｇｅｇｒが負の値であるかどうかが判定される。つまり、ＥＧＲ弁３４を順方向にガスが流れているかどうかが判定される。順方向ではなく逆方向にガスが流れている場合、排気通路８から吸気通路６へのＥＧＲガスの再循環は生じない。このため、ステップＳ２が選択され、ＥＧＲガスの導入が無い前提での燃料補正制御が実行される。
【００２３】
ＥＧＲ弁３４を順方向にガスが流れている場合、ステップＳ６が選択される。ステップＳ６では、ステップＳ４で算出したＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが正の値であるかどうかが判定される。つまり、ＥＧＲ通路３２内に新気が滞留しているかどうかが判定される。ＥＧＲ通路３２内に新気が滞留していない場合、ＥＧＲ通路３２から吸気通路６へＥＧＲガスが導入される。この場合、ステップＳ７が選択される。ステップＳ７では、ＥＧＲガスの導入が有る前提での燃料補正制御が実行される。つまり、現在のＥＧＲ率（例えば目標ＥＧＲ率或いは推定ＥＧＲ率）が取得され、現在のＥＧＲ率と吸気ポート内の圧力及び温度とに基づいて、前述の燃料補正量マップを用いて燃料補正量が計算される。
【００２４】
一方、ＥＧＲ通路３２内に新気が滞留している場合、ＥＧＲ通路３２から吸気通路６へ新気が流れ込む。ＥＧＲ通路３２から吸気通路６へ流れ込む新気の温度は、エアクリーナ１２から吸入されて吸気通路６を流れてきた新気の温度よりも高い。ＥＧＲ通路３２内に滞留している新気の量が減ってくると、ＥＧＲ弁３４を通過するガスに占めるＥＧＲガスの割合が上昇していき、やがて、ＥＧＲガスのみが吸気通路６へ導入されるようになる。このように、ＥＧＲ通路３２内に新気が滞留している状態で、ＥＧＲ弁３４を順方向にガスが流れる場合、ＥＧＲ通路３２から吸気通路６へ流れるガスの状態量は、ＥＧＲガスの再循環が行われているときの状態量とは異なったものになる。この場合、ステップＳ８が選択される。
【００２５】
ステップＳ８では、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流れの方向とＥＧＲ通路内新気量Ｇｎとに基づいて、吸気ポート内の温度及びＥＧＲ率を含む吸気ポート内の状態量が推定される。例えば、図６は、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流れの向きが逆流から順流へ変化した場合の、吸気ポート内の圧力、温度及びＥＧＲ率の時間による変化を示す図である。ここでは、時点ｔ１において吸気通路６の圧力が低下したことにより、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流れの向きが逆流から順流へ変化している。
【００２６】
ＥＧＲ率の時間による変化を示すグラフと温度の時間による変化を示すグラフにおいて、実線は正の値のＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが存在する場合の変化を示し、破線はＥＧＲ通路内新気量Ｇｎがゼロの場合の変化を示している。ＥＧＲ通路３２内に新気が溜まっていない場合、各グラフにおいて破線で示すように、直ちにＥＧＲガスが流れ込むことで吸気ポート内のＥＧＲ率は速やかに上昇し、また、高温のＥＧＲガスが流れ込むことで吸気ポート内の温度も大きく上昇する。
【００２７】
しかし、ＥＧＲ通路３２内に新気が溜まっている場合、各グラフにおいて実線で示すように、暫くは新気が流れ込むことで吸気ポート内のＥＧＲ率は低いまま（例えばゼロのまま）に維持される。また、ＥＧＲガスよりは低温ではあるがＥＧＲ通路３２内で暖められた新気が吸気ポート内に流れ込むことで、吸気ポート内の温度は次第に上昇していく。そして、時点ｔ２においてＥＧＲ通路３２内の新気が全て吸気通路６へ流れ出ると、ＥＧＲガスが流れ込むことで吸気ポート内のＥＧＲ率は速やかに上昇し、また、高温のＥＧＲガスが流れ込むことで吸気ポート内の温度も大きく上昇する。
【００２８】
吸気ポート内のＥＧＲ率と温度が急上昇する時点ｔ２は、ステップＳ４で算出されるＥＧＲ通路内新気量Ｇｎがゼロになる時点である。また、時点ｔ１から時点ｔ２までの間の吸気ポート内の温度の変化は、ＥＧＲ通路３２から吸気ポートへ流れ出た新気の量、つまり、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎの減少量に依存する。ゆえに、吸気ポート内のＥＧＲ率及び温度は、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎから推定することができる。ステップＳ８では、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎから推定される吸気ポート内のＥＧＲ率及び温度と、センサにより計測された或いは運転状態に基づき推定された吸気ポート内の圧力とに基づいて、前述の燃料補正量マップを用いて燃料補正量が計算される。
【００２９】
以上述べたように、燃料補正制御では、ＥＧＲ弁３４を通過するガスの流れの方向とＥＧＲ通路３２内の新気量とに基づいて吸気ポート内の状態量を推定し、吸気ポート内の状態量に基づいて燃料噴射弁１０に対して設定する燃料噴射量を補正することが行われる。これにより、吸気ポート内の状態に応じて変化する壁面付着燃料量を考慮して燃料噴射量を補正することができるので、吸気通路６からＥＧＲ通路３２に新気が逆流しうる構造の内燃機関２であっても、ＥＧＲガスの導入再開時の過渡的な空燃比挙動の制御性を向上させることができる。
【００３０】
３．その他実施の形態
ＥＧＲ通路３２内に滞留する新気の温度をその滞留時間に基づいて推定してもよい。排気通路側圧力が吸気通路側圧力に等しくなりＥＧＲ通路３２内をガスが流れていない時間や、ＥＧＲ弁３４が閉じている時間を滞留時間として計測してもよい。滞留時間が長いほど、ＥＧＲ通路３２内の新気の温度はＥＧＲガスの温度に近づいていく。ＥＧＲ通路３２内の新気の温度を推定することにより、ＥＧＲ通路３２内の新気が吸気ポートへ流れ出たときの吸気ポート内の温度をより精度良く推定することができる。吸気ポート内の温度の推定精度が高まれば、前述の燃料補正量マップを用いた燃料補正量の計算精度をより高めることができる。
【符号の説明】
【００３１】
２  内燃機関
４  エンジン本体
４ａ  シリンダ
６  吸気通路
８  排気通路
１０  燃料噴射弁
１６  スロットル
２０  ターボ過給機
３０  ＥＧＲ装置
３２  ＥＧＲ通路
３４  ＥＧＲ弁
４０  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】
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