(57)【要約】【課題】燃料カット運転中の内燃機関のシリンダの温度低下を抑制する。【解決手段】本発明にかかる内燃機関システムは、外部ＥＧＲ流路とＥＧＲ弁とＥＧＲクーラと制御装置とを備える。ＥＧＲ弁は外部ＥＧＲ流路に配置され、ＥＧＲクーラは、外部ＥＧＲ流路のＥＧＲ弁より下流側に配置されている。ＥＧＲクーラは、通過するＥＧＲガスと冷媒との熱交換を行う。制御装置は、スロットルの開閉と、ＥＧＲ弁の開閉とを制御する。更に、制御装置は、内燃機関の各シリンダ内の温度であるシリンダ温度と、冷媒の温度である冷媒温度とを取得し、内燃機関の燃料カット運転中であって、かつ、シリンダ温度が所定の閾値より低い場合には、スロットルを全閉とし、かつ、ＥＧＲクーラに流入するＥＧＲガスの温度（即ち、ＥＧＲ弁下流側のＥＧＲガスの温度）が冷媒温度より低くなるように、ＥＧＲ弁の開度を制御する。【選択図】図２
2019210872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の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、前記内燃機関の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、に連通され、前記排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に流入させるための外部ＥＧＲ流路と、
前記外部ＥＧＲ流路に配置されたＥＧＲ弁と、
前記外部ＥＧＲ流路内のＥＧＲガスの流れにおける前記ＥＧＲ弁より下流側の、前記外部ＥＧＲ流路に配置され、通過するＥＧＲガスと冷媒との熱交換を行うＥＧＲクーラと、
前記スロットルの開閉と、前記ＥＧＲ弁の開閉とを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記内燃機関の各シリンダ内の温度であるシリンダ温度と、前記冷媒の温度である冷媒温度と、を取得して、
前記内燃機関の燃料カット運転中であって、かつ、前記シリンダ温度が所定の閾値より低い場合には、前記スロットルを全閉とし、かつ、前記ＥＧＲクーラに流入するＥＧＲガスの温度が前記冷媒温度より低くなるように、前記ＥＧＲ弁の開度を制御する、
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ものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両が減速走行時に、内燃機関への燃料供給を停止する燃料供給停止制御と、モータによる回生制動とを選択可能なハイブリッド車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０４３６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット運転が実行されている間、シリンダ内の温度が低下する。シリンダ内の温度が低下した状態で、燃料噴射が再開された場合、燃料を十分に噴霧化させることができず、液滴となってシリンダ壁面等に付着することが考えられる。
【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、燃料カット運転中の内燃機関のシリンダの温度低下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、外部ＥＧＲ流路と、ＥＧＲ弁と、ＥＧＲクーラと、制御装置と、を備える。外部ＥＧＲ流路は、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に流入させるための流路であって、内燃機関の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、内燃機関の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、に連通されている。ＥＧＲ弁は、外部ＥＧＲ流路に配置されている。ＥＧＲクーラは、外部ＥＧＲ流路内のＥＧＲガスの流れにおけるＥＧＲ弁より下流側の、外部ＥＧＲ流路に配置されている。ＥＧＲクーラは、通過するＥＧＲガスと冷媒との熱交換を行う。
【０００７】
制御装置は、スロットルの開閉と、ＥＧＲ弁の開閉とを制御する。更に、制御装置は、内燃機関の各シリンダ内の温度であるシリンダ温度と、冷媒の温度である冷媒温度とを取得するように構成されている。また、制御装置は、内燃機関の燃料カット運転中であって、かつ、シリンダ温度が所定の閾値より低い場合には、スロットルを全閉とし、かつ、ＥＧＲクーラに流入するＥＧＲガスの温度（即ち、ＥＧＲ弁下流側のＥＧＲガスの温度）が冷媒温度より低くなるように、ＥＧＲ弁の開度を制御するように構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関の燃料カット運転中、スロットルが全閉とされると共に、ＥＧＲ弁の下流側の外部ＥＧＲ流路内の温度が冷媒よりも低くなるようにＥＧＲ弁の開度が制御される。その結果、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ通過時に、冷媒からの受熱によって温度上昇する。その後、ＥＧＲガスは、再度シリンダに流入する。これにより、燃料カット運転中のシリンダ内の温度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関システムを模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御装置が実行する制御ルーチンをフローチャートで表した図である。
【図３】本発明の実施の形態の吸期通路及び排気通路及び外部ＥＧＲ流路内のガスの温度及び圧力の変化を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施の形態にかかる内燃機関システム１００を模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、内燃機関２と、可変バルブタイミング機構４と、吸気通路６と、スロットル８と、インタークーラ９と、排気通路１０と、排気触媒１２と、外部ＥＧＲ流路１４と、ＥＧＲ弁１６と、ＥＧＲクーラ１８と、制御装置２０と、を備えている。図示しないが、内燃機関２には、シリンダブロックのシリンダ内に組み込まれたピストン、シリンダ内へと燃料を供給するための燃料噴射弁、吸気ポートに設けられた吸気バルブ、及び、排気ポートに設けられた排気バルブ等を備えている。可変バルブタイミング機構４は、吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期等を調節する機能を有している。
【００１１】
吸気通路６は、内燃機関２の吸気ポートに接続された吸気マニホールドを含む。スロットル８は、吸気通路６に設置されている。インタークーラ９は、吸気通路６の、スロットル８より吸気の流れの下流側に配置されている。排気通路１０は、内燃機関２の排気ポートに接続された排気マニホールドを含む。排気触媒１２は、排気通路１０に設置されている。
【００１２】
外部ＥＧＲ流路１４は、排気通路１０から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して、吸気通路６側に再循環させるための流路である。外部ＥＧＲ流路１４は、吸気通路６のスロットル８及びインタークーラ９より吸気の流れの下流側の部位６ａと、排気通路１０の、排気触媒１２より排気の流れの上流側の部位１０ａと、を連通させる。
【００１３】
ＥＧＲ弁１６及びＥＧＲクーラ１８は、外部ＥＧＲ流路１４に配置されている。ＥＧＲ弁１６は、ＥＧＲクーラ１８よりもＥＧＲガスの流れの上流側（即ち、排気通路と外部ＥＧＲ流路１４とが連通する部位１０ａに近い側）に設置され、吸気通路６へ導入するＥＧＲガス量の調節に用いられる。ＥＧＲクーラ１８は、ＥＧＲガスと冷媒との熱交換によりＥＧＲガスを冷却する熱交換器である。本実施の形態のＥＧＲクーラ１８では冷媒として冷却水が用いられるものとするが、ＥＧＲクーラ１８の冷媒は、水でなくてもよい。
【００１４】
制御装置２０は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。内燃機関システム１００が有する各種のセンサ及びアクチュエータは、制御装置２０に電気的に接続されている。制御装置２０は内燃機関システム１００全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述するルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。
【００１５】
本実施の形態において、制御装置２０は、内燃機関２の燃料カット運転中に、シリンダ内の温度が低下するのを抑制するための温度低下抑制制御を実行するように構成されている。
【００１６】
図２は、制御装置２０が実行する制御のルーチンをフローチャートで表した図である。図２のルーチンでは、まず、エンジンブレーキ発生中であるか否かが検出される（ステップＳ１０１）。制御装置２０は、減速要求があった場合に燃料噴射を停止する燃料カット運転を実施する。その結果、エンジンブレーキが発生する。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、ハイブリッド車両に内燃機関２が搭載される場合には、運転中のドライバの減速要求があり、バッテリ満充電でモータの回生不可である場合に、ステップＳ１０１の判定結果をＹＥＳとする構成としてもよい。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。
【００１７】
ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳであった場合には、ステップＳ１０２に進み、シリンダ温度が取得される。具体的には、制御装置２０は、内燃機関２のシリンダに設置された温度センサの出力を取り込むことでシリンダ温度を取得する。
【００１８】
なお、シリンダ温度の取得手段は、温度センサによって取得するものに限られない。例えば、シリンダに温度センサが設置されていない場合には、内燃機関２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、シリンダ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シリンダ推定温度が演算される構成としてもよい。
【００１９】
次に、処理はステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２で取得されたシリンダ温度が予め定めた制御開始閾値よりも高いか否かが判定される。制御開始閾値は、以下のシリンダの温度低下抑制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に戻される。
【００２０】
ステップＳ１０３の判定結果がＹＥＳであった場合には、次に、処理はステップＳ１０４に進み、ＥＧＲ弁上流温度が取得される。ここで、ＥＧＲ弁上流温度は、ＥＧＲ弁１６の入口側のＥＧＲガスの温度であり、制御装置２０は、例えば、ＥＧＲ弁１６よりＥＧＲガスの流れの上流側に設置された温度センサの出力を取り込むことで、ＥＧＲ弁上流温度を取得する。
【００２１】
なお、ＥＧＲ弁上流温度の取得手段は、温度センサによって取得するものに限られない。例えば、ＥＧＲ弁上流温度は、以下のように演算される推定値であってもよい。即ち、吸気マニホールドの温度と、シリンダ温度とを軸とするマップに従って、排気マニホールドの温度の推定値が算出される。ここで吸気マニホールド内の温度としては、例えば、センサ値を用いてもよく、吸気マニホールド内の温度に替えて吸入ガス温度を用いてもよい。また、シリンダ温度としては、ステップＳ１０２において取得されたシリンダ温度が用いられる。そして、内燃機関２のエンジン回転速度を軸とするマップに従って、排気マニホールドからＥＧＲ弁１６までの間の温度低下量の推定値が算出される。排気マニホールド内の温度の推定値と温度低下量の推定値とから、ＥＧＲ弁上流温度の推定値が算出される。
【００２２】
次に、処理はステップＳ１０５に進み、ＥＧＲ弁下流温度がＥＧＲクーラ１８の冷媒温度よりも低くなるように、要求ＥＧＲ弁開度が計算される。ここで冷媒温度としては、冷却水の温度を計測する温度センサの出力値、又は、外気温センサの出力値が用いられる。但し、温度センサの出力値に替えて、車速と冷却水ポンプの稼動状況に応じて、冷媒温度を推定する構成としてもよい。
【００２３】
ところで、ＥＧＲ弁下流温度は、ＥＧＲ弁１６の出口側の温度、即ち、ＥＧＲ弁１６とＥＧＲクーラ１８との間のＥＧＲガスの温度である。ＥＧＲ弁１６におけるＥＧＲガスの膨張が断熱膨張であると考えると、ＥＧＲ弁上流温度がわかれば、ＥＧＲ弁１６のガス流量と膨張率とを用いて、ＥＧＲ弁下流温度を推定することができる。つまりＥＧＲ弁１６の絞りによるＥＧＲガスの膨張で、ＥＧＲガス温度が低下する現象を表現するマップを用いることで、ＥＧＲ弁下流温度が推定される。ここで、ＥＧＲガスの膨張率は、ガス流量とＥＧＲ弁開度で決まる。また、ＥＧＲ弁１６のガス流量はエンジン回転速度で決まる。従って、ＥＧＲ弁下流温度の推定値は、ＥＧＲ弁上流温度と、ＥＧＲ弁開度と、エンジン回転速度と、を軸とするマップにより算出することができる。
【００２４】
ステップＳ１０５の処理では、上述したＥＧＲ弁下流温度と、ＥＧＲ弁開度と、ＥＧＲ弁ガス流量と、エンジン回転速度との関係を定めたマップを用いて、ＥＧＲ弁下流温度がＥＧＲクーラ１８の冷媒温度より低くなるように、ＥＧＲ弁１６の開度が逆算される。なお、「冷媒温度より低くなる」とは、冷媒温度より、僅かでも低ければ良いが冷媒温度よりも一定割合あるいは一定温度だけ低くなるように設定した構成であってもよい。
【００２５】
次に、ステップＳ１０６において、スロットル８が全閉に調整されると共に、ステップＳ１０５で算出された要求ＥＧＲ弁開度がＥＧＲ弁１６のアクチュエータに出力される。これにより要求ＥＧＲ弁開度は、ＥＧＲクーラ１８におけるＥＧＲガスの温度が冷媒温度より低くなる開度に設定される。
【００２６】
図３は、上記のシリンダの温度低下抑制制御を実行した場合の、吸気通路６、排気通路１０、及び外部ＥＧＲ流路１４内のガス温度及び圧力の変化について説明するための図である。図３において、破線ａは圧力を示し、実線ｂは温度を示す。
【００２７】
図３に示されるように、内燃機関２の燃料カット運転中、内燃機関２から排出された排気マニホールド（図３では「エキマニ」と表示）の排気がＥＧＲ弁１６に到達すると、ＥＧＲ弁１６の絞りによる断熱膨張により、ＥＧＲガスの温度及び圧力は、急激に低くなる。ＥＧＲ弁１６の下流側では、ＥＧＲガスの温度は冷媒温度以下にまで低下し、圧力も低下する。
【００２８】
本実施の形態ではシリンダの温度低下抑制制御により、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ１８の冷媒温度より低温にされているため、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ１８に流入すると、冷媒の熱を奪う。その結果、ＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲクーラ１８の下流側では、冷媒温度まで上昇し、圧力も上昇している。その後、吸気マニホールド（図３では「インマニ」と表示）を経て、シリンダ内にガスが導入されると、シリンダ内で圧縮されて、圧力及び温度が上昇する。シリンダ内のガス温度は、ＥＧＲクーラ１８で熱吸収した分だけ、１サイクル前の温度よりも高くなっている。この分、シリンダ内が暖機されることになる。
【００２９】
このように、燃料カット運転が実行され、エンジンブレーキが発生している間、スロットル８が閉弁され、ＥＧＲ弁１６が閉弁側に絞られることで、シリンダ内の温度低下を防止することができる。従って、内燃機関２の再始動時に、燃料が気化せずシリンダ内に燃料が付着するのを抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態で説明したシリンダの温度低下抑制制御では、ＥＧＲ弁１６前後（即ち、ＥＧＲ弁１６の上流側と下流側）の圧力差が大きいほどシリンダの暖機効果は大きい。従って、シリンダの暖機の観点からはＥＧＲ弁１６は可能な限り閉じ側にすることが望ましい。しかし、ＥＧＲ弁１６の閉弁により吸気通路６側の負圧が変化するため、エンジンブレーキの強さが小さくなることが考えられる。また、ハイブリッド車両では、モータによる回生ブレーキ時の減速力に段差が発生することも考えられる。
【００３１】
これに対し、図２のステップＳ１０６におけるＥＧＲ弁開度の調整と共に、以下の処理を実行する構成としてもよい。減速力が過大となる場合、モータで駆動側にトルクを発生させて、減速力を調整する。また、減速力が小さい場合、油圧ブレーキによる減速力を追加して調整する。また減速力に段差が発生する場合には、ＥＧＲ弁１６を徐変させる。
【００３２】
また、更に、吸排気バルブの可変バルブタイミング機構４を有する場合、以下の処理を追加した構成としてもよい。ＥＧＲ弁１６の閉弁処理と同時に、吸排気バルブのオーバーラップをなくす。その結果、オーバーラップ中に排気側から吸気側にガスが流れこむのを防止することができる。これにより吸気側が負圧、排気側が大気圧以上に維持される。
【００３３】
この場合、更に、吸気バルブの閉弁タイミングを、下死点の前になるように調整した構成としてもよい。これにより、筒内からの吹き戻しを減らすことができ、吸気系に高い負圧を維持することができる。更に、この場合、排気バルブを開くタイミングを遅くした構成としてもよい。これにより、圧縮したガスをより長くシリンダ内に留めることができ、シリンダ内を暖機することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、外部ＥＧＲ流路１４が、吸気通路６のインタークーラ９よりも吸気の流れの下流側の部位６ａに連通している構成について説明した。しかしながら、外部ＥＧＲ流路１４は、スロットル８とインタークーラ９との間の部位に連通する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
２  内燃機関
４  可変バルブタイミング機構
６  吸気通路
６ａ  部位
８  スロットル
１０  排気通路
１０ａ  部位
１２  排気触媒
１４  外部ＥＧＲ流路
１６  ＥＧＲ弁
１８  ＥＧＲクーラ
２０  制御装置
１００  内燃機関システム
【図１】
2019210872.tif 000003
【図２】
2019210872.tif 000004
【図３】
2019210872.tif 000005