(57)【要約】【課題】コスト増を抑制しつつ、燃料カット中に排気触媒へと新気が流れ込んで排気触媒が冷えてしまうことを抑制する。【解決手段】内燃機関システムは、内燃機関と、可変バルブタイミング機構と、吸気通路と、スロットルと、排気通路と、排気触媒と、吸気通路におけるスロットルと吸気ポートとの間の部位と、排気通路における排気ポートと排気触媒との間の部位と、を連通させる外部ＥＧＲ流路と、ＥＧＲバルブと、エンジン電子制御ユニットと、を備える。エンジン電子制御ユニットは、内燃機関の燃料カット開始後に排気触媒の温度が予め定めた閾値よりも高い場合には、スロットルを全閉とし且つ外部ＥＧＲ流路におけるＥＧＲバルブの前後で吸気脈動が谷となるタイミングと排気脈動が山となるタイミングとを揃えるように可変バルブタイミング機構を制御し、吸気脈動の谷および排気脈動の山が到来するタイミングでＥＧＲバルブを開く。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに設けられた吸気バルブと排気ポートに設けられた排気バルブとを備える内燃機関と、
前記吸気バルブの開閉時期および前記排気バルブの開閉時期を調節するための可変バルブタイミング機構と、
前記吸気ポートに接続された吸気通路と、
前記吸気通路に設けられたスロットルと、
前記排気ポートに接続された排気通路と、
前記排気通路に設けられた排気触媒と、
前記吸気通路における前記スロットルと前記吸気ポートとの間の部位と、前記排気通路における前記排気ポートと前記排気触媒との間の部位と、を連通させる外部ＥＧＲ流路と、
前記外部ＥＧＲ流路に設けられたＥＧＲバルブと、
前記内燃機関の燃料カット開始後に前記排気触媒の温度が予め定めた閾値よりも高い場合には、前記スロットルを全閉とし且つ前記外部ＥＧＲ流路における前記ＥＧＲバルブの一方の開口部で吸気脈動が谷となるタイミングと前記ＥＧＲバルブの他方の開口部で排気脈動が山となるタイミングとを近づけるように前記可変バルブタイミング機構を制御し、前記可変バルブタイミング機構の前記制御の後に少なくとも前記吸気脈動の谷および前記排気脈動の山が到来するタイミングで前記ＥＧＲバルブを開く制御手段と、
を備える内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０１５−０６８２７４号公報に記載されているように、燃料カット時に吸気シャッター弁および排気シャッター弁を閉じることで吸排気ガスを外部ＥＧＲ流路に留めるように構築された内燃機関が知られている。これにより、温度の低い新気が排気触媒に流れ込むことによる排気触媒の温度低下を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０６８２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、排気通路に排気シャッター弁を増設している。排気シャッター弁の増設は、排気シャッター弁を必要としないシステムにとってはコスト増につながるので好ましくないという問題があった。
【０００５】
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、コスト増を抑制しつつ、燃料カット中に排気触媒へと新気が流れ込んで排気触媒が冷えてしまうことを抑制することができる内燃機関システム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】
本発明にかかる内燃機関システムは、
吸気ポートに設けられた吸気バルブと排気ポートに設けられた排気バルブとを備える内燃機関と、
前記吸気バルブの開閉時期および前記排気バルブの開閉時期を調節するための可変バルブタイミング機構と、
前記吸気ポートに接続された吸気通路と、
前記吸気通路に設けられたスロットルと、
前記排気ポートに接続された排気通路と、
前記排気通路に設けられた排気触媒と、
前記吸気通路における前記スロットルと前記吸気ポートとの間の部位と、前記排気通路における前記排気ポートと前記排気触媒との間の部位と、を連通させる外部ＥＧＲ流路と、
前記外部ＥＧＲ流路に設けられたＥＧＲバルブと、
前記内燃機関の燃料カット開始後に前記排気触媒の温度が予め定めた閾値よりも高い場合には、前記スロットルを全閉とし且つ前記外部ＥＧＲ流路における前記ＥＧＲバルブの一方の開口部で吸気脈動が谷となるタイミングと前記ＥＧＲバルブの他方の開口部で排気脈動が山となるタイミングとを近づけるように前記可変バルブタイミング機構を制御し、前記可変バルブタイミング機構の前記制御の後に少なくとも前記吸気脈動の谷および前記排気脈動の山が到来するタイミングで前記ＥＧＲバルブを開く制御手段と、
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スロットルを全閉とすることで吸気通路、排気通路、および外部ＥＧＲ流路で循環系を構築し、吸気脈動の谷と排気脈動とのタイミングを互いに合わせることで外部ＥＧＲ流路を介して排気通路内のガスを吸気通路へと導入することができる。これにより排気シャッター弁の増設をしなくとも、外部ＥＧＲ流路を経由したガス循環を作り出すことができる。その結果、コスト増を抑制しつつ、排気触媒がある程度暖められた状態において燃料カット中に排気触媒へと新気が流れ込んで排気触媒が冷えてしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関システムを示す回路である。
【図２】実施の形態にかかる内燃機関システムで実行される制御のフローチャートである。
【図３】実施の形態にかかる内燃機関システムの動作を示すである。
【図４】実施の形態にかかる内燃機関システムの動作を示すである。
【図５】比較例にかかる内燃機関システムの動作を説明するためのである。
【図６】比較例にかかる内燃機関システムの動作を説明するためのである。
【図７】実施の形態の変形例にかかる内燃機関システムを示す回路である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、実施の形態にかかる内燃機関システム１００を示す回路である。内燃機関システム１００は、内燃機関４と、可変バルブタイミング機構３０と、吸気通路１０ａおよび吸気通路１０ｂ１と、排気通路１０ｂ２および排気通路１０ｃと、スロットル１と、排気触媒７と、外部ＥＧＲ流路２と、ＥＧＲバルブ３と、ＥＧＲクーラ２１と、触媒温度センサ８と、エンジン電子制御ユニット４０と、を備えている。図示しないが、内燃機関４には、気筒が設けられたシリンダブロック、気筒内に組み込まれたピストン、および気筒内へと燃料を供給するための燃料噴射弁なども備えられている。
【００１０】
内燃機関４は、吸気ポートに設けられた吸気バルブ５と排気ポートに設けられた排気バルブ６とを備える。可変バルブタイミング機構３０は、吸気バルブ５の開閉時期および排気バルブ６の開閉時期を調節する。吸気通路１０ｂ１は、内燃機関４の吸気ポートに接続された吸気マニホールドを含む。吸気通路１０ａは、吸気通路１０ｂ１と連通している。スロットル１は、吸気通路１０ａに設けられている。
【００１１】
排気通路１０ｂ２は、内燃機関４の排気ポートに接続された排気マニホールドを含む。排気通路１０ｃは、排気通路１０ｂ２に連通している。排気触媒７は、排気通路１０ｃに設けられている。外部ＥＧＲ流路２は、吸気側部位１１ａと、排気側部位１１ｂと、を連通させる。吸気側部位１１ａは、吸気通路１０ａおよび吸気通路１０ｂ１における、スロットル１と吸気ポートとの間の部位である。排気側部位１１ｂは、排気通路１０ｂ２および排気通路１０ｃにおける、排気ポートと排気触媒７との間の部位である。ＥＧＲバルブ３およびＥＧＲクーラ２１が、外部ＥＧＲ流路２に設けられている。
【００１２】
図２は、実施の形態にかかる内燃機関システム１００で実行される制御のフローチャートである。図２のルーチンでは、まず、エンジン電子制御ユニット４０が、エンジンブレーキ発生中であるか否かを検出する（ステップＳ１０１）。エンジン電子制御ユニット４０は、予め定められた燃料カット条件が成立すると、燃料噴射を停止する燃料カットを実施する。内燃機関４が車両に搭載されている場合における運転中のドライバのアクセルペダル操作により減速要求があった場合に、燃料カットが開始されエンジンブレーキが発生しているときには、ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳとなる。また、ハイブリッド車両の場合には、運転中のドライバの減速要求のほか、バッテリ満充電でモータの回生不可である場合にも、ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳとなる。ステップＳ１０１の判定結果がＮＯであった場合には、今回のルーチンが終了する。
【００１３】
ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳであった場合には、エンジン電子制御ユニット４０が触媒温度センサ８の出力を取り込むことで排気触媒７の温度を取得する処理を実行する（ステップＳ１０２）。
【００１４】
なお、触媒温度センサ８が設けられていない場合には、下記の温度推定手段を用いても良い。エンジン電子制御ユニット４０が触媒温度推定処理を実行するように構築されてもよい。触媒温度推定処理は、例えば、内燃機関４の運転状態と始動後経過時間とに基づいて排気触媒７の温度を推定する処理であってもよい。エンジン電子制御ユニット４０は、内燃機関４の停止時間とエンジン冷却水温とを軸とした推定マップから、触媒の温度変化を推定し、推定した温度変化を積分することで現在の触媒推定温度を計算してもよい。下記のステップＳ１０４およびＳ１０５の制御を、便宜上、排気触媒７の温度を保つための「触媒保温制御」とも称する。推定マップとして触媒保温制御が実施されているときに用いる第一マップと触媒保温制御が実施されていないときに用いる第二マップとを用意することが好ましく、これらを切り替えつつ使用することが好ましい。
【００１５】
次に、エンジン電子制御ユニット４０は、ステップＳ１０２で取得された排気触媒７の温度が予め定めた制御開始閾値よりも高いか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１０３）。制御開始閾値は、触媒保温制御を開始すべきか否かを判定する基準値として予め定められた値である。ステップＳ１０３の判定結果がＮＯであった場合には、処理はステップＳ１０１に戻る。
【００１６】
ステップＳ１０３の判定結果がＹＥＳであった場合には、エンジン電子制御ユニット４０は、スロットル１を全閉とする（ステップＳ１０４）。
【００１７】
次に、ステップＳ１０５において、エンジン電子制御ユニット４０は、スロットル１の全閉の後に、可変バルブタイミング機構３０を制御する。エンジン電子制御ユニット４０は、外部ＥＧＲ流路２におけるＥＧＲバルブ３の一方の開口部で吸気脈動が谷となるタイミングとＥＧＲバルブ３の他方の開口部で排気脈動が山となるタイミングとを近づけて好ましくはそれらのタイミングを一致させるように、吸気バルブ５の開閉時期および排気バルブ６の開閉時期を調節する。このようにすることで、ＥＧＲバルブ３を介して排気側から吸気側へと向かうガス流れを、確実に作り出すことができる。
【００１８】
図３および図４は、実施の形態にかかる内燃機関システム１００の動作を示すである。なお、図１と図３との若干の相違点としてインタークーラ１１の有無がある。図３のようにスロットル１の下流にインタークーラ１１が設けられてもよい。図３に記入された矢印３１は、吸気系の圧力波伝達経路を模式的に表している。「吸気脈動」は、この矢印３１を伝わる圧力波である。図３に記入された矢印３２は、排気系の圧力波伝達経路を模式的に表している。「排気脈動」は、この矢印３２を伝わる圧力波である。ステップＳ１０５において、エンジン電子制御ユニット４０は、吸気脈動と排気脈動とが逆位相となるように、吸気バルブ５の開閉時期および排気バルブ６の開閉時期を調節する。
【００１９】
ステップＳ１０５における可変バルブタイミング機構３０の制御は、予めエンジン電子制御ユニット４０に記憶されたバルブタイミングマップを参照することで実行される。吸気脈動が谷となるタイミング、吸気脈動の波形、排気脈動が山となるタイミング、および排気脈動の波形は、一定ではなく、吸気脈動の伝達経路長と排気脈動の伝達経路長の関係および内燃機関４のエンジン回転速度などに応じて変化する。よって、ステップＳ１０５の処理のために、内燃機関システム１００が持つ固有の伝達経路長を前提として、エンジン回転速度ごとにバルブタイミングを最適化したバルブタイミングマップを用意することが好ましい。
【００２０】
図４の上段に示すグラフは、破線で示した吸気脈動波形５２と実線で示した排気脈動波形５０とが逆位相となっている様子を示している。エンジン電子制御ユニット４０が上記の可変バルブタイミング機構３０の制御を実施することで、図４に示すように、吸気側圧力波の圧力極小値が外部ＥＧＲ流路２に到達する時期と、排気側圧力波の圧力大値が外部ＥＧＲ流路２に到達する時期とを、揃えることができる。
【００２１】
ステップＳ１０５においては、可変バルブタイミング機構３０の制御と同時に、エンジン電子制御ユニット４０は、ＥＧＲバルブ３の開閉調節も行う。図４の下段に示すグラフは、吸気脈動波形５２および排気脈動波形５０に対するＥＧＲバルブ開度波形５４を表している。図４に示すように、エンジン電子制御ユニット４０は、吸気脈動の谷および排気脈動の山が到来するタイミングｔ１〜ｔ４それぞれにおいて、ＥＧＲバルブ３の開度が極大となるようにＥＧＲバルブ３を制御している。
【００２２】
吸気脈動の谷は吸気側圧力波の圧力極小値であり、排気脈動の山は排気側圧力波の圧力極小値である。従って、吸気脈動の谷および排気脈動の山が到来するタイミングｔ１〜ｔ４それぞれは、吸気と排気の圧力差が最大となるタイミングである。これにより、排気通路１０ｂ２の中のガスが、外部ＥＧＲ流路２に導入されやすくなる状況を作り出すことができる。また、図４に示すように、吸気脈動の山および排気脈動の谷が到来するタイミングｔ５〜ｔ７においては、ＥＧＲバルブ３の開度が極小となるようにＥＧＲバルブ３を制御している。その後、処理がステップＳ１０１に戻る。
【００２３】
以上説明した実施の形態によれば、スロットル１を全閉とすることで吸気通路１０ｂ１、排気通路１０ｂ２、および外部ＥＧＲ流路２で循環系を構築し、吸気脈動の谷と排気脈動とのタイミングを互いに合わせることで外部ＥＧＲ流路２を介して排気通路１０ｂ２内のガスを吸気通路１０ｂ１へと導入することができる。このようなガス循環を利用することにより、排気触媒７がある程度暖められた状態において、燃料カット中に排気触媒７へと新気が流れ込んで排気触媒７が冷えてしまうことを抑制することができる。
【００２４】
図７は、実施の形態の変形例にかかる内燃機関システム１０２を示す回路である。図７は、ＥＧＲクーラ２１が設けられていない点を除いて、図１のシステム構成と同様である。
【００２５】
図５および図６は、比較例にかかる内燃機関システムの動作を説明するためのである。図５および図６を用いて、実施の形態の制御動作が適用されない場合の吸気ガス及び排気ガスの振る舞いを説明する。なお、図５および図６ではスロットル１の下流にインタークーラ１１が設けられている。排気シャッター弁が無い内燃機関システムでは、図５に示すように、エンジン吸気のタイミングで吸気側に負圧が発生する。排気側が大気圧相当である場合、図５中に矢印で示すように、外部ＥＧＲ流路２には排気マニホールド側だけでなく排気触媒７側からもガスが流れ込む。図６に示すように、排気触媒７側から流れ込んだガスは、その後のエンジン排気行程等で再び排気触媒７側に戻ることになる。上記図５および図６の動作が繰り返されることにより、排気触媒７付近のガスが撹拌される。排気触媒７が暖機されており排気触媒７付近のガスも温められているのであれば、ガスが撹拌されて冷たいガスと交じり合うことは温度低下を招くので好ましくない。この点、実施の形態によれば、ガス循環を利用することにより、排気触媒７がある程度暖められた状態において、燃料カット中に排気触媒７へと新気が流れ込んで排気触媒７が冷えてしまうことを抑制することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  スロットル
２  外部ＥＧＲ流路
３  ＥＧＲバルブ
４  内燃機関
５  吸気バルブ
６  排気バルブ
７  排気触媒
８  触媒温度センサ
１０ａ、１０ｂ１  吸気通路
１０ｂ２、１０ｃ  排気通路
１１  インタークーラ
１１ａ  吸気側部位
１１ｂ  排気側部位
２１  ＥＧＲクーラ
３０  可変バルブタイミング機構
４０  エンジン電子制御ユニット
５０  排気脈動波形
５２  吸気脈動波形
５４  ＥＧＲバルブ開度波形
１００、１０２  内燃機関システム
【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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【図７】
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