(57)【要約】【課題】ＥＧＲ系を備える内燃機関において、ノッキング発生時のＥＧＲガスの低下量を、簡易な構成で精度よく推定することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＧＲ通路４６とＥＧＲバルブ４８とを有し、ＥＧＲガス流量が目標流量になるようにＥＧＲバルブ４８の開度を制御するＥＧＲ制御手段と、吸気弁３２の閉じ時期（ＩＶＣ）を所定の目標時期に可変させる可変動弁手段と、内燃機関１０に発生するノッキングを検出するノックセンサ３８と、ノッキングが検出された場合にＩＶＣを目標時期よりも遅角側に可変させてノッキングを抑制するノック抑制手段と、ノック抑制手段における目標時期からの遅角量に基づいて、ＥＧＲガスの目標流量からの低下量を推定する推定手段と、を備える。【選択図】図２
2011149313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブと、を有し、ＥＧＲガス流量が目標流量になるように、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲ制御手段と、
前記内燃機関の吸気弁の閉じ時期を所定の目標時期に可変させる可変動弁手段と、
前記内燃機関に発生するノッキングを検出するノック検出手段と、
前記ノック検出手段によりノッキングが検出された場合に、前記吸気弁の閉じ時期を前記目標時期よりも遅角側に可変させてノッキングを抑制するノック抑制手段と、
前記ノック抑制手段における前記目標時期からの遅角量に基づいて、ＥＧＲガスの前記目標流量からの低下量を推定する推定手段と、
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】
前記ノック抑制手段は、前記ノック検出手段によりノッキングが検出されなくなるまで、前記吸気弁の閉じ時期を徐々に遅角側に可変させ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】
前記目標流量が所定値よりも小さい場合に、前記推定手段の実行を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記目標時期が所定時期よりも遅角側である場合に、前記ノック抑制手段の実行を禁止する第２の禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ノック検出手段によりノッキングが検出された場合に、前記内燃機関の点火時期を遅角させる点火時期遅角手段と、
前記ノック抑制手段の実行中に前記点火時期遅角手段の実行を禁止する第３の禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)系を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００９−１０８７５９号公報に開示されているように、ＥＧＲ装置を備える内燃機関において、排気性状および燃費の改善を実現するシステムが知られている。このシステムでは、より具体的には、エンジンの運転状態に応じて還流ガスの制御目標流量が設定されるとともに、該制御目標流量に基づいて生成された開度指令値に従ってＥＧＲバルブが制御される。また、ノッキング発生時の運転状態に基づいて、ＥＧＲバルブの流量低下の発生が検出されると、該制御目標流量を確保するためのＥＧＲバルブの実開度が学習される。更に、学習した実開度をノッキングが発生時の機関運転状態における開度指令値、および該機関運転状態と制御目標流量を同じとするノッキング非発生時の機関運転状態における開度指令値として、ＥＧＲ制御に反映される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０８７５９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６６０９号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のシステムでは、ノッキングの発生時にＥＧＲ流量が低下したことを判定することはできるが、その低下量を取得することはできない。この点、ＥＧＲ流量を取得する方法としては、圧力センサや温度センサ等を設けて、ＥＧＲバルブの作動時と非作動時との挙動変化等から推定することが考えられる。しかしながら、新たなセンサ類およびその制御システムの追加は、大幅なコストアップや、重量増による燃費悪化、搭載性の悪化などを招くという問題がある。このため、簡易な構成でＥＧＲ流量を精度よく推定するためのシステムの構築が望まれていた。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ系を備える内燃機関において、ノッキング発生時のＥＧＲガスの低下量を、簡易な構成で精度よく推定することのできる内燃機関の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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブと、を有し、ＥＧＲガス流量が目標流量になるように、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲ制御手段と、
前記内燃機関の吸気弁の閉じ時期を所定の目標時期に可変させる可変動弁手段と、
前記内燃機関に発生するノッキングを検出するノック検出手段と、
前記ノック検出手段によりノッキングが検出された場合に、前記吸気弁の閉じ時期を前記目標時期よりも遅角側に可変させてノッキングを抑制するノック抑制手段と、
前記ノック抑制手段における前記目標時期からの遅角量に基づいて、ＥＧＲガスの前記目標流量からの低下量を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記ノック抑制手段は、前記ノック検出手段によりノッキングが検出されなくなるまで、前記吸気弁の閉じ時期を徐々に遅角側に可変させることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記目標流量が所定値よりも小さい場合に、前記推定手段の実行を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記目標時期が所定時期よりも遅角側である場合に、前記ノック抑制手段の実行を禁止する第２の禁止手段を更に備えることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記ノック検出手段によりノッキングが検出された場合に、前記内燃機関の点火時期を遅角させる点火時期遅角手段と、
前記ノック抑制手段の実行中に前記点火時期遅角手段の実行を禁止する第３の禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
吸気弁の閉じ時期（ＩＶＣ）の目標時期が進角側に可変されると、吸気弁の早閉じ作用によって実圧縮比が高くなる。このため、ＩＶＣの進角時にＥＧＲガス量が目標流量よりも低下する事態が発生すると、ノッキングが発生し易くなる。第１の発明によれば、ノッキングが検出された場合にＩＶＣが遅角側に可変される。この際のＩＶＣの遅角量は、ＥＧＲガス流量の低下量と相関を有している。このため、本発明によれば、かかる遅角量に基づいて、ＥＧＲガス流量の低下量を精度よく推定することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、ノッキングが検出された場合に当該ノッキングが検出されなくなるまでＩＶＣが徐々に遅角側に可変される。このため、本発明によれば、ノッキングが抑制される時点までのＩＶＣの遅角量を精度よく取得することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、ＥＧＲガスの目標流量が所定値よりも小さい場合に、ＥＧＲガス流量の低下量の推定が禁止される。ＥＧＲガスの目標流量が小さい領域では、ＥＧＲガス流量の低下によるノッキングは発生し難いため、かかる低下量とＩＶＣの遅角量との間に明確な相関関係が存在しない。このため、本発明によれば、精度の低い推定が行われることを有効に抑止することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、ＩＶＣの目標時期が所定時期よりも遅角側である場合に、ノック抑制手段の実行が禁止される。このため、本発明によれば、ノッキングを抑制するだけのＩＶＣの遅角量を確保できない場合に、当該ＩＶＣの遅角制御が実行される事態を有効に回避することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、ノック抑制手段によってＩＶＣが遅角側に可変される場合に、点火時期の遅角制御が禁止される。このため、本発明によれば、ノッキングを抑制しうるＩＶＣの遅角量を精度よく取得することができるので、かかる遅角量に基づいて、ＥＧＲガス流量の低下量を精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本実施の形態のルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態のシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、車両に搭載された内燃機関１０を備えている。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型であるものとする。図１には、そのうちの一つの気筒の断面が示されている。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒内には、吸気通路１４および排気通路１６が連通している。
【００１９】
吸気通路１４の途中には、電子制御式のスロットル弁１８と、サージタンク２０とが設けられている。サージタンク２０は、スロットル弁１８の下流側に配置されている。また、スロットル弁１８の上流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２２が設置されている。排気通路１６には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２６が配置されている。
【００２０】
内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ２８と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ３０と、吸気弁３２と、排気弁３４とが設けられている。また、内燃機関１０のクランク軸２４の近傍には、クランク軸２４の回転角度（クランク角）を検出するためのクランク角センサ３６が設けられている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ４４が設置されている。
【００２１】
また、内燃機関１０は、排気通路１６内の排気ガスを吸気通路１４に還流させる、いわゆる外部ＥＧＲを実行するためのＥＧＲ通路４６を備えている。ＥＧＲ通路４６の一端は、排気通路１６に接続され、ＥＧＲ通路４６の他端は、サージタンク２０の下流側の吸気通路１４に接続されている。ＥＧＲ通路４６の途中には、このＥＧＲ通路４６を開閉することによって排気還流量を制御するためのＥＧＲバルブ４８が設けられている。
【００２２】
吸気弁３２および排気弁３４には、それらのバルブタイミングを可変制御する吸気バルブタイミング制御装置５２および排気バルブタイミング制御装置５４が備えられている。本実施形態では、吸気バルブタイミング制御装置５２および排気バルブタイミング制御装置５４として、クランク軸２４に対するカム軸（図示略）の位相角を変化させることで、作用角は一定のまま開閉タイミングを進角或いは遅角する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）が用いられているものとする。以下、吸気バルブタイミング制御装置５２および排気バルブタイミング制御装置５４を、それぞれ「ＩＮ−ＶＶＴ５２」 および「ＥＸ−ＶＶＴ５４」と称する。
【００２３】
本実施の形態の内燃機関システムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述したセンサに加え、エンジン水温を検知するための水温センサ４０や、ノッキングの発生を検出するためのノックセンサ３８等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、上述したアクチュエータ等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。
【００２４】
［実施の形態の動作］
ＥＧＲ系を備えた内燃機関では、排気通路１６を流れる排気ガス（既燃ガス）の一部を、ＥＧＲ通路４６を介して吸気通路１４へ還流させる外部ＥＧＲを行うことができる。これにより、冷損を低減させることができるため、燃料消費率（燃費）を効果的に向上させることができる。また、ＥＧＲガスが還流されると筒内での燃焼が緩慢になる。このため、ノッキングが発生する運転領域において当該外部ＥＧＲを行うことで、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。
【００２５】
本実施の形態のシステムでは、より具体的には、内燃機関１０の機関回転数や機関負荷率等の運転状態に基づいて、現在の運転状態において必要なＥＧＲ流量（以下、「要求ＥＧＲ流量」と称する）、およびこれを実現するためのＥＧＲバルブ４８の目標開度が演算される。そして、ＥＧＲバルブ４８の開度が当該目標開度に調整されることで、要求ＥＧＲ流量のＥＧＲガスが吸気通路１４へ還流される。
【００２６】
ここで、ＥＧＲ流量は常に要求ＥＧＲ流量に制御されていることが好ましい。しかしながら、ＥＧＲ通路４６に詰まり等が発生した場合においては、還流されるＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量よりも低下してしまうことも想定される。この場合、内燃機関１０の運転状態によっては、ノッキングが発生してしまうおそれがある。特に、体積効率の向上を目的として、ＩＮ−ＶＶＴ５２を吸気ＢＤＣに向かって所定量進角させる進角制御が実行されている運転領域においては、当該制御によって実圧縮比が高くなっているため、ノッキングが更に発生しやすい。
【００２７】
そこで、本実施の形態のシステムでは、内燃機関１０の点火時期を制御することによりノッキングを抑制するＫＣＳ（Knock Control System）制御が実行される。より具体的には、ノックセンサ３８がノッキングの発生を検出した場合に、点火時期が所定量遅角される。これにより、ノッキングの発生を有効に抑制することができる。
【００２８】
（ＥＧＲ流量の低下量の推定動作）
次に、本実施の形態の特徴的動作であるＥＧＲ流量の低下量の推定動作について説明する。上述したとおり、ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量よりも低下すると、予期せぬノッキングが発生するおそれがある。このため、ＥＧＲ流量の低下は早期に且つ確実に検出されることが好ましい。
【００２９】
ここで、上述したＩＮ−ＶＶＴ５２の進角制御が実行されている場合においては、ＫＣＳ制御によるノッキング抑制制御に替えて、当該ＩＮ−ＶＶＴ５２を遅角側へ戻すことによってノッキングを抑制することもできる。つまり、ＩＮ−ＶＶＴ５２が進角されている状態では、吸気弁３８の早閉じの作用によって実圧縮比が高くなっている。このため、このＩＮ−ＶＶＴ５２を遅角側へ戻す制御を実行すると、内燃機関１０の実圧縮比を低下させてノッキングを抑制することができる。
【００３０】
このＩＮ−ＶＶＴ５２を遅角制御においては、ＥＧＲ流量の低下量が大きいほど、ノッキングの抑制に必要な遅角量も大きくなる。つまり、ＥＧＲ流量の低下量とＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角量との間には、一定の相関関係が存在する。そこで、本実施の形態では、ＩＮ−ＶＶＴ５２を遅角側に戻してノッキングを抑制する場合に、当該遅角量に基づいてＥＧＲ流量の低下量を推定することとする。これにより、新たなセンサ等を追加することなく、簡易な構成でＥＧＲ流量の低下量を精度よく推定することができる。
【００３１】
［実施の形態の具体的処理］
次に、図２を参照して、本実施の形態において実行される具体的処理について説明する。図２は、本実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートである。
【００３２】
図２に示すルーチンでは、先ず、要求ＥＧＲ流量が算出される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、クランク角センサ３６、エアフローメータ２２、およびアクセルポジションセンサ４４等のセンサ信号に基づいて演算された機関回転数および機関負荷に基づいて、現状の運転状態において必要な要求ＥＧＲ流量が算出される。
【００３３】
次に、要求ＥＧＲ流量が所定値以上か否かが判定される（ステップ１０２）。所定値は、十分量のＥＧＲガスが還流されていることを判定するための値として、予め設定された値が使用される。その結果、要求ＥＧＲ流量≧所定値の成立が求められない場合には、ＥＧＲ流量の低下によるノッキングは発生しないと判定されて、次のステップに移行し、通常のＫＣＳ制御が実行される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、点火遅角の禁止フラグexkcsihがＯＦＦに設定されて、点火時期の遅角によるノッキング抑制制御が実行される。
【００３４】
一方、上記ステップ１０２において、要求ＥＧＲ流量≧所定値の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、ノックセンサ３８の検出信号に基づいて、ノッキングの発生有無が判定される（ステップ１０６）。その結果、ノッキングの発生が検出された場合には、次のステップに移行し、ＩＮ−ＶＶＴ５２の作動領域か否かが判定される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、ＩＮ−ＶＶＴ５２の目標進角量evttbが所定値EVTTGR以上か否かが判定される。所定値RVTTGRは、ＩＮ−ＶＶＴ５２の作動領域を判定するための値として、予め設定された値が読み込まれる。その結果、evttb≧EVTTGRの成立が認められない場合には、ＩＶＣの早閉じ制御が実行されていないと判断されて、上記ステップ１０４へ移行し、通常のＫＣＳ制御によってノッキングを抑制する処理が実行される。
【００３５】
一方、上記ステップ１０８において、evttb≧EVTTGRの成立が認められた場合には、ＩＶＣの早閉じ制御が実行されていると判断されて、次のステップに移行し、ＩＮ−ＶＶＴ５２を遅角可能か否かが判定される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、現在のＩＮ−ＶＶＴ５２の目標進角値evttが０より大きいか否かが判定される。目標進角値evttは、上述した目標進角量evttbから後述する遅角量evtkcsを減算した値であって、現在の進角量に対応した値である。その結果、目標進角値evtt＞０の成立が認められない場合には、これ以上ＩＮ−ＶＶＴ５２を遅角側に制御することができないと判断されて、上記ステップ１０４に移行し、通常のＫＣＳ制御によってノッキングを抑制する処理が実行される。
【００３６】
一方、上記ステップ１１０において目標進角値evtt＞０の成立が認められた場合には、ＩＮ−ＶＶＴ５２を遅角側に制御可能であると判断されて、次のステップに移行し、ＫＣＳ制御による点火遅角が禁止される。（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、点火遅角の禁止フラグexkcsihがＯＮに設定される。次に、ＩＮ−ＶＶＴ５２を所定量遅角させる制御が実行される（ステップ１１４）。ここでは、具体的には、遅角量の前回値evtkcs（前回値）に所定の遅角量EVTRTDBを加算した値が今回の遅角量evtkcsとして演算される。そして、ＩＮ−ＶＶＴ５２が目標進角値evtt（＝evttb−evtkcs）となるように制御される。
【００３７】
上記ステップ１１４の処理が繰り返し実行されると、ＩＶＣの早閉じ作用によって実圧縮比が徐々に低下する。そして、上記ステップ１０６においてノッキングの発生が検出されなくなると、次のステップに移行し、ベース負荷においてノッキングが発生する領域か否かが判定される（ステップ１１６）。ここでは、具体的には、外部ＥＧＲを実行しない状態、且つＩＮ−ＶＶＴ５２を目標進角値evttで運転した場合に、ノッキングが発生する運転領域に属するか否かが判定される。その結果、ベース負荷においてノッキングが発生する領域でないと判定された場合には、ＥＧＲ流量の低下に起因するノッキングは発生しないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００３８】
一方、上記ステップ１１６においてベース負荷においてノッキングが発生する領域であると判定された場合には、ＥＧＲ流量の低下に起因するノッキングが発生していたと判断されて、次のステップに移行し、ノッキング抑制のためのＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角制御が実行されているか否かが判定される（ステップ１１８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１１４によるＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角制御が実行されているか否かが判定される。その結果、ＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角制御が実行されていない場合には、本ルーチンは速やかに終了される。
【００３９】
一方、上記ステップ１１８においてＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角制御が実行されている場合には、ＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角によってノッキングが抑制されたと判断されて、次のステップに移行し、ＥＧＲ低下量が推定される（ステップ１２０）。ここでは、具体的には、機関回転数、機関負荷、および上記ステップ１１４において実行されたＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角量evtkcsに対応するＥＧＲ低下量がマップから特定される。
【００４０】
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、ＩＮ−ＶＶＴ５２の遅角制御によってノッキングを抑制した場合に、かかる遅角量に基づいてＥＧＲ低下量が推定される。これにより、センサ等を新たに追加することなく、ＥＧＲ流量の低下量を精度よく推定することができる。
【００４１】
ところで、本実施の形態では、ＩＮ−ＶＶＴ５２を用いて、作用角一定のまま吸気弁３２の開閉時期を進角或いは遅角させることとしているが、吸気弁３２の作用角可変機構を更に備える内燃機関において、作用角を可変させて吸気弁３２の閉じ時期（ＩＶＣ）のみを進角或いは遅角させることとしてもよい。
【００４２】
尚、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ノック検出手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ノック抑制手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「推定手段」が、それぞれ実現されている。
【００４３】
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「禁止手段」が実現されている。
【００４４】
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第４の発明における「第２の禁止手段」が実現されている。
【００４５】
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第５の発明における「第３の禁止手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００４６】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  吸気通路
１６  排気通路
１８  スロットル弁
２０  サージタンク
２２  エアフローメータ
２４  クランク軸
２６  排気浄化触媒
２８  燃料インジェクタ
３０  点火プラグ
３２  吸気弁
３４  排気弁
３６  クランク角センサ
３８  ノックセンサ
４０  水温センサ
４４  アクセルポジションセンサ
４６  ＥＧＲ通路
４８  ＥＧＲバルブ
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５２  吸気バルブタイミング制御装置（ＩＮ−ＶＶＴ）
５４  排気バルブタイミング制御装置（ＥＸ−ＶＶＴ）
【図１】
2011149313.tif 000003
【図２】
2011149313.tif 000004