(57)【要約】【課題】ＥＧＲ弁閉弁時にＥＧＲ通路に流入する新気量を考慮して、次回ＥＧＲ弁開弁時に筒内に吸入される空気量を、目標トルクに応じた空気量とする。【解決手段】本発明の内燃機関システムは、内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、スロットルバルブと制御装置とを備える。制御装置は、ＥＧＲ弁を閉弁状態から開弁状態に切り替える際に、ＥＧＲ弁の閉弁中に、ＥＧＲ弁よりも吸気通路側のＥＧＲ通路に流入した新気量と、ＥＧＲ弁よりも排気通路側のＥＧＲ通路に流入した新気量と、に応じて、ＥＧＲ通路内にある新気量であるＥＧＲ通路内新気量を算出する。そして、ＥＧＲ通路内新気量に応じて、内燃機関の目標トルクが達成されるように、スロットルバルブの操作量を補正する。【選択図】図２
2019152122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の筒内に吸入させる空気量を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを制御するように構成された制御装置と、
を備える内燃機関システムであって、
前記ＥＧＲ装置は、
前記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通路の途中に設置され、ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲ弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＥＧＲ弁を閉弁状態から開弁状態に切り替える際に、
前記ＥＧＲ弁の閉弁中に、前記ＥＧＲ弁よりも前記吸気通路側の前記ＥＧＲ通路に流入した新気量と、前記ＥＧＲ弁よりも前記排気通路側の前記ＥＧＲ通路に流入した新気量と、に応じて、前記ＥＧＲ通路内にある新気量であるＥＧＲ通路内新気量を算出し、
前記ＥＧＲ通路内新気量に応じて、前記内燃機関の目標トルクが達成されるように、前記アクチュエータの操作量を補正する、
ように構成されていることを特徴とす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。より具体的には、内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させることができるＥＧＲ装置を備える内燃機関システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関のＥＧＲ導入時かつ加速過渡時に、吸気通路内の新気がＥＧＲ通路に逆流して排気通路側に流れることによって発生する燃焼変動を抑制するための制御が記載されている。
【０００３】
より具体的に、ＥＧＲ弁が開弁状態にある加速過渡時に、吸気圧力が排気圧力より高くなると、吸気通路側からＥＧＲ通路に新気が逆流するため、ＥＧＲ通路を逆流した新気量に相当する分だけ筒内に吸入される新気量が減少する。このため、特許文献１に記載の制御では、ＥＧＲ弁が開弁状態にある加速過渡時に、ＥＧＲ通路への新気の逆流が予測される場合には、筒内に吸入される新気量の減少による空燃比のリッチ側へのずれを抑制するため燃料噴射量が減量補正される。
【０００４】
また、ＥＧＲ弁が開弁状態にある加速過渡時に新気が逆流している状態でＥＧＲ弁が全閉状態とされた場合、ＥＧＲ通路内には逆流した新気を主成分とするガスが滞留する。従って、その後、ＥＧＲ通路のガスの流れが順流になってＥＧＲ弁が開弁された場合には、逆流した新気を含むＥＧＲガスが筒内に全て吸入されるまでの間、筒内に吸入される新気量が増加することとなる。これに対し、特許文献１に記載の制御では、新気が逆流中にＥＧＲ弁が全閉とされた後、ＥＧＲ通路が順流状態となってＥＧＲ弁が開弁された場合には、逆流した新気を含むＥＧＲガスが筒内に全て吸入されるまでの間、燃料噴射量が減量補正される。また、特許文献１には、ＥＧＲ通路内の新気量に関して、ＥＧＲ弁開弁中かつＥＧＲ通路に新気が逆流している期間中、ＥＧＲ通路を逆流する新気量を積算することで算出されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３８８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＥＧＲ弁開弁時に新気が逆流していない（即ち、順流）状態であっても、ＥＧＲ弁を全閉とした後、吸気圧力が排気圧力より高い条件下で、ＥＧＲ通路内に新気が流入する場合があり、一部の新気は、ＥＧＲ弁よりも排気通路側のＥＧＲ通路にまで流入する場合がある。この場合、次回、ＥＧＲ弁を開弁した時に筒内に流入する新気量は、ＥＧＲ通路に逆流した新気量分増加することになる。
【０００７】
特許文献１に記載の制御は、ＥＧＲ弁開弁中に新気が逆流中にＥＧＲ弁を全閉とし、その後、ＥＧＲ弁を開弁させる場合における制御であって、ＥＧＲ弁開弁中の逆流によりＥＧＲ通路に流入した新気量分に応じて、燃料噴射量を補正する制御である。即ち、特許文献１では、ＥＧＲ弁閉弁中に起きるＥＧＲ通路への新気の流入については全く考慮されていない。
【０００８】
また、特許文献１の制御では、逆流による新気量の増加又は減少に対して、燃焼の安定化を目的として、燃料噴射量を増量又は減量する補正が行われるが、この制御では目標トルクと実トルクの間にずれが生じることになる。このトルクのずれを点火遅角で回避することは、燃費改善の観点からは好ましいことではない。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決することを目的として、ＥＧＲ弁閉弁時にＥＧＲ通路に流入する新気量を考慮して、次回ＥＧＲ弁開弁時に筒内に吸入される空気量を、目標トルクに応じた空気量とすることができるように改良した内燃機関システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内燃機関システムは、ＥＧＲ装置とアクチュエータと制御装置とを備える。ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ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、ＥＧＲ通路の途中に設置され、ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲ弁と、を備える。アクチュエータは、内燃機関の筒内に吸入させる空気量を変化させるアクチュエータである。制御装置は、内燃機関の目標トルクが達成されるように、アクチュエータの操作量を決定し、アクチュエータを制御するように構成されている。更に、制御装置は、以下のように構成されている。即ち、ＥＧＲ弁を閉弁状態から開弁状態に切り替える際に、ＥＧＲ弁の閉弁中に、ＥＧＲ弁よりも吸気通路側のＥＧＲ通路に流入した新気量と、ＥＧＲ弁よりも排気通路側のＥＧＲ通路に流入した新気量と、に応じて、ＥＧＲ通路内にある新気量であるＥＧＲ通路内新気量を算出する。そして、ＥＧＲ通路内新気量に応じて、内燃機関の目標トルクが達成されるように、アクチュエータの操作量を補正する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関システムによれば、ＥＧＲ弁閉弁中にＥＧＲ通路に流入した新気量を踏まえて、次回ＥＧＲ弁を開くときの、筒内に吸入させる空気量を変化させるアクチュエータの操作量が補正される。従って、内燃機関が実際に出力するトルクを目標トルクに近づけることができ、空燃比制御性を向上させると共に、ドライバビリティの向上及び燃費改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の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３】本発明の実施の形態におけるＥＧＲ弁通過流量の算出方法の一例について説明するための図である。
【図４】ＥＧＲ弁開弁時のＥＧＲ通路内のＥＧＲガス量に対する新気量の割合の一例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態おける吸気温度差と吸入空気量に対する補正量との関係について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態．
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。図１は、本実施の形態の内燃機関システムの構成を模式的に示す図である。本実施の形態にかかるシステムは、自動車に動力装置として搭載される内燃機関（以下、単に「エンジン」と称す）２を備える。エンジン２は４つの気筒を備える。但し、気筒の数に限定はない。
【００１４】
エンジン２は過給機１０を備えている。過給機１０は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１２と、タービン１２と一体的に連結され、タービン１２に入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ１４とを有している。
【００１５】
エンジン２の吸気通路４は吸気マニホールド５により分岐してエンジン２の各気筒の吸気ポートに連通している。エンジン２の排気通路６は、排気マニホールド７により分岐してエンジン２の各気筒の排気ポートに連通している。
【００１６】
エンジン２の吸気通路４の入口付近には、エアクリーナ２０が設けられている。エアクリーナ２０の下流の吸気通路４には、吸気の上流側から順に、過給機１０のコンプレッサ１４、インタークーラ２２、スロットルバルブ２４が、設置されている。エアクリーナ２０を通って吸入された空気（即ち、新気）は、過給機１０のコンプレッサ１４で圧縮された後、インタークーラ２２で冷却され、スロットルバルブ２４を通過して、吸気マニホールド５により各気筒の吸気ポート（図示せず）に分配される。本実施の形態において、スロットルバルブ２４は、目標空気量に応じて、筒内に吸入させる空気量を変化させることができるアクチュエータとして機能する。
【００１７】
排気通路６には、過給機１０のタービン１２が設置され、タービン１２よりも下流側には、排気ガスを浄化するためのＳ／Ｃ（Start Converter）触媒２６とＵ／Ｆ（Under Floor）触媒２８とが設置されている。
【００１８】
エンジン２は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置３０を備えている。ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３２を有する。ＥＧＲ通路３２の一端は、スロットルバルブ２４の下流の吸気通路４に接続し、他端は、排気通路６のＳ／Ｃ触媒２６とＵ／Ｆ触媒２８との間の部分に接続している。ＥＧＲ通路３２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部をＥＧＲガスとして吸気通路４へ還流させること、つまり外部ＥＧＲを行うことができる。
【００１９】
ＥＧＲ通路３２には、排気通路６側から吸気通路４側に向かうＥＧＲガスの流れ（以下、この方向の流れを「順流」とも称する）の上流から順に、ＥＧＲクーラ３４と、ＥＧＲ弁３６とが設置されている。ＥＧＲ弁３６は、ＥＧＲ通路３２の通路断面積を変更することができ、吸気通路に流入するＥＧＲガス量を調整するために用いられる。
【００２０】
この内燃機関システムは、制御装置を有している。制御装置には、エアクリーナ下流圧センサ５０、過給圧センサ５１、吸気圧力センサ５２、吸気温度センサ５３、タービン上流圧センサ５４、及び、Ｓ/Ｃ下流圧センサ５５等、エンジン２が有する各種のセンサが接続されている。制御装置は、これらのセンサで得られた情報に基づき、エンジン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、エンジン２の運転を制御する。制御装置は、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、制御装置は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。制御装置では、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。
【００２１】
ところで、図１に示すように、吸気通路４内の圧力が比較的高い部分にＥＧＲ通路３２が接続されるようなシステムでは、その運転条件によっては、ＥＧＲ通路３２の吸気側の圧力が排気側の圧力より高くなる場合がある。このような場合、ＥＧＲ弁３６の開弁中だけでなく、ＥＧＲ弁３６が全閉状態にある場合にも、ＥＧＲ通路３２内に新気が流入することがある。ＥＧＲ弁３６の閉弁中にＥＧＲ通路３２内に流入した新気は、ＥＧＲ弁３６が開弁されると筒内に流入する。このため、ＥＧＲの導入開始時に、筒内に流入する新気量が想定される新気量より多くなる場合がある。
【００２２】
これに対し、本実施の形態の制御装置は、ＥＧＲ弁３６の開弁時にＥＧＲ通路３２から新気が流入することが予想される場合、流入する新気量を推定し、新気量の推定値に応じて、筒内に吸入される新気量が、目標トルクを達成するために必要な新気量となるように、吸入空気量を補正する制御を実行する。より具体的には、スロットルバルブ２４の操作量を補正することで、吸気通路４側から導入される吸入空気量を制御する。以下、制御装置が実行する制御についてより具体的に説明する。
【００２３】
図２は、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２のルーチンでは、まず、ステップＳ１０１において、ＥＧＲの導入が開始されたか否かが判別される。つまり、ＥＧＲ弁３６が閉弁状態から開弁状態に切り替えられたか否かが判別される。
【００２４】
ステップＳ１０１において、ＥＧＲの導入が開始されたと判別された場合には、次に、ステップＳ１０２に進み、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒが算出される。ＥＧＲ弁通過流量は、ＥＧＲ弁３６を通過するガスの流量であり、順流方向のプラス、逆流方向をマイナスとして、算出される。
【００２５】
図３に、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒの算出方法の一例を示す。図３に示されるように、ＥＧＲ通路３２の出口圧力（即ち、吸気通路４内の圧力）と、入口圧力（即ち、排気通路６内の圧力）との差圧（以下、単に「差圧」とも称する）と、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒとは相関関係を有する。本実施の形態では、このような相関関係を実験等によって求め、制御装置に、差圧を軸とするＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒのマップとして予め記憶させておく。
【００２６】
ステップＳ１０２では、Ｓ／Ｃ下流圧センサ５５により計測された排気通路６内の排気圧力Ｐ６の現在値と、吸気圧力センサ５２により計測された吸気通路４内の吸気圧力Ｐｍの現在値とから算出される差圧に基づいて、マップに従って、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒが算出される。また、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒは、ＥＧＲ弁３６の開度やエンジン回転数等に応じて変化するため、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒの算出に用いられるマップは、ＥＧＲ弁３６の開度及びエンジン回転数ごとの、複数のマップとしてもよい。
【００２７】
次に、ステップＳ１０３に進み、ＥＧＲ通路３２内の新気量（以下、「ＥＧＲ通路内新気量」とも称する）Ｇｎが算出される。図４に、ＥＧＲ弁開弁時のＥＧＲ通路３４内のＥＧＲガス量に対するＥＧＲ通路内新気量Ｇｎの割合の一例を示す。
【００２８】
図４の実線ａに示されるように、ＥＧＲ弁開弁時の、ＥＧＲ弁３６より下流側（即ち、吸気通路側）のＥＧＲ通路３２内の新気量とＥＧＲガス量との割合は、図４の実線ａに示されるように、吸気通路４側に近づくほど高くなる。また、実線ａに示す新気量とＥＧＲガス量との割合は、ＥＧＲ弁閉弁時の差圧と、ＥＧＲ弁３６の閉弁時間とによって変化する。従って、本実施の形態では、ＥＧＲ弁開始時点でのＥＧＲ弁３６より下流側（即ち、吸気通路側）のＥＧＲ通路３２内の新気量の割合の変化と、ＥＧＲ弁閉弁時の差圧と、ＥＧＲ弁３６の閉弁時間との関係を、実験等により求め、制御装置にマップ又は演算式等として記憶させておく。
【００２９】
また、ＥＧＲ弁３６が閉弁している場合でも、例えば、ＥＧＲ弁３６の閉弁遅れや、ＥＧＲ弁３６の閉じ不良等によって、ＥＧＲ弁３６より上流側(排気通路側)に、新気が洩れ出る場合がある。ＥＧＲ弁３６より上流側（排気通路側）のＥＧＲガスに対する新気量の割合を示す曲線（図４の破線ｂ）は、ＥＧＲ弁３６の下流側とは異なる傾向を有し、例えば、ＥＧＲ弁閉弁時の差圧、ＥＧＲ弁３６の閉弁時間、あるいはＥＧＲ弁３６の閉じ不良発生時の差圧、ＥＧＲ弁３６の閉じ遅れの量、及び、閉じ不良発生の有無等の要因によって変化する。従って、本実施の形態では、ＥＧＲ弁開始時点でのＥＧＲ弁３６より上流側のＥＧＲ通路３２内の新気量の割合の変化と各要因との関係を、実験等により求め、制御装置にマップ又は演算式等として記憶させておく。
【００３０】
ステップＳ１０３では、図４に示されるような、ＥＧＲ弁３６の上流側と下流側の新気量の割合の変化のマップあるいは演算式等を用いて、ＥＧＲ通路３２の体積と、ステップＳ１０２で算出されたＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒとから、今回、ＥＧＲ通路３２から筒内に流入するＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが算出される。
【００３１】
なお、図４に示すような新気量の変化の割合は、このルーチンが繰り返されるたびに、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒに応じたガス量分ずつ吸気通路側に進む。つまり、図４では、ＥＧＲ弁開弁開始後、第１回目にＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒに応じたｔ１〜ｔ２の区間のＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが算出されると、次に、第２回目に、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒに応じたｔ２〜ｔ３区間分のＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが算出され、最終的にＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒの積算値がＥＧＲ通路３２の体積となる時点で、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎは０となる。なおＥＧＲ弁３６の下流側の新気量については、Ｔｙａｌｏｒ分散モデルを用いて推定する構成としてもよい。
【００３２】
次に、ステップＳ１０４に進み、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒが０より大きく、かつＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが０より大きいか否かが判別される。ステップＳ１０４において、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒが０より大きく、かつＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが０より大きい場合、ＥＧＲ通路３２からＥＧＲガスと共に新気が筒内に流入している状態にあると判断できる。
【００３３】
従って、この場合には、ステップＳ１０５に進み、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎに応じて、吸入空気量が補正される。即ち、ＥＧＲ通路内新気量Ｇｎ分を減じた量の新気が、吸気通路４側から流入するように、スロットルバルブ２４の操作量が補正され、これに応じてスロットルバルブ２４の開度が制御される。
【００３４】
一方、ステップＳ１０４において、ＥＧＲ弁通過流量Ｇｅｇｒが０より大きく、かつＥＧＲ通路内新気量Ｇｎが０より大きい、という条件が成立しないと判別された場合、ステップＳ２０１に進み、ＥＧＲ通路３２からの新気の流入は無いものと判断され、吸入空気量に対する補正量は０に設定された後、今回の処理は終了する。
【００３５】
また、ステップＳ１０１において、ＥＧＲの導入が開始されていないと判別された場合には、ステップＳ３０１においてＥＧＲ通路内新気量Ｇｎの算出が行われた後、今回の処理はこのまま終了する。なお、ステップＳ３０１においてＥＧＲ通路内新気量Ｇｎの算出方法は、ステップＳ１０３において説明した新気量の算出方法と同じである。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＥＧＲ弁開弁によるＥＧＲ導入開始時に、ＥＧＲ通路３２に滞留するＥＧＲ通路内新気量Ｇｎに応じて、吸入空気量が補正される。また、ＥＧＲ通路３２に滞留するＥＧＲ通路内新気量Ｇｎは、ＥＧＲ弁３６の閉弁中に、ＥＧＲ通路３２の排気通路側に流入した新気量をも考慮して算出されている。従って、筒内に導入される空気量を、目標トルクの実現に必要な空気量に近づけることができ、燃費の改善を図ると共に、ＥＧＲ通路３２からの新気流入に起因する実トルクと目標トルクとの差を小さく抑えることができる。
【００３７】
＜その他の実施の形態＞
ＥＧＲ通路３２の吸気側の圧力と排気側の圧力とが同じ場合、ＥＧＲ通路内にＥＧＲガスの流れが発生しないため、ＥＧＲ通路内に新気が滞留する。この場合、ガス温度が上昇する。本実施の形態の制御装置は、このガス温度上昇による補正を行う構成を追加した構成としてもよい。具体的には、図５に示されるように、筒内に流入する吸気温度と、インテークマニホールド内の吸気温度との差である吸気温度差が大きい場合ほど、吸入空気量に対する補正量を大きくするように設定し、補正された吸入空気量に基づいて、スロットルバルブ２４等の制御を行うようにすればよい。
【００３８】
また、ＥＧＲ弁３６が閉じている場合も、新気がＥＧＲ通路３２内に留まることになる。従って、この場合にも、図５に示されるように、吸気温度差に応じて、吸入空気量を補正するようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、スロットルバルブ２４の下流の吸気通路４と、Ｓ／Ｃ触媒２６の下流の排気通路６とがＥＧＲ通路３２により接続されたＥＧＲ装置について説明した。しかしながら、本実施の形態におけるＥＧＲ導入開始時の制御は、他のＥＧＲ装置、例えば、ＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ装置や、自然吸気エンジンのように吸気側圧力が排気側圧力より大きくなり得るＥＧＲ装置等に適用することができる。
【００４０】
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原理的に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等は、特に明示した場合や明らかに原理的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】
【００４１】
２  エンジン
４  吸気通路
５  吸気マニホールド
６  排気通路
７  排気マニホールド
１０  過給機
１２  タービン
１４  コンプレッサ
２０  エアクリーナ
２２  インタークーラ
２４  スロットルバルブ
２６  Ｓ／Ｃ触媒
２８  Ｕ／Ｆ触媒
３０  ＥＧＲ装置
３２  ＥＧＲ通路
３４  ＥＧＲクーラ
３６  ＥＧＲ弁
５０  エアクリーナ下流圧センサ
５１  過給圧センサ
５２  吸気圧力センサ
５３  吸気温度センサ
５４  タービン上流圧センサ
５５  Ｓ／Ｃ下流圧センサ
【図１】
2019152122.tif 000003
【図２】
2019152122.tif 000004
【図３】
2019152122.tif 000005
【図４】
2019152122.tif 000006
【図５】
2019152122.tif 000007