(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関で取り扱われる二つの流体を十分に混交して内燃機関の発揮する性能を高める。【解決手段】第一の流体の流通路、及び前記第一の流通路に合流する第二の流体の流通路を備えた内燃機関を制御するものであって、第二の流通路に設けられたバルブを開放して当該流通路を流通する流体を前記第一の流通路を流通する流体に混交する際、バルブをその目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を実行することとした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の流体の流通路、及び前記第一の流通路に合流する第二の流体の流通路を備えた内燃機関を制御するものであって、
前記第二の流通路に設けられたバルブを開放して当該流通路を流通する流体を前記第一の流通路を流通する流体に混交する際、前記バルブをその目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第一の流通路が新気の流通路である吸気通路、前記第二の流通路がＥＧＲガスの流通路であるＥＧＲ通路であり、
前記ＥＧＲ通路上に設けられたバルブであるＥＧＲバルブを開放してＥＧＲガスを新気に混交するＥＧＲを実施する際、前記ＥＧＲバルブをその目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を、気筒において吸気行程が訪れる毎に少なくとも一回以上実行する請求項１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】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御を司る制御装置に関する。特に、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、排気ガス再循環）装置が付帯した内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒における混合気の燃焼温度を低下させてＮＯxの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図るＥＧＲ装置が周知である（例えば、下記特許文献を参照）。ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路を介して接続し、気筒で発生する燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路経由で吸気経路に還流させて新気に混入するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４１５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲを実施すると、気筒に充填される混合気に占めるＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）によっては混合気の着火燃焼が不安定化し、失火に至るおそれがある。とりわけ、新気とＥＧＲガスとが十分に混交せず、混合気中のＥＧＲガスの濃度に局所的なむらがあると、燃焼不安定ないし失火に陥る危険性が高くなる。
【０００５】
失火を確実に予防するためには、ＥＧＲ率に大きな安全余裕を加味した上限を設けざるを得ない。だが、その分だけ、ＮＯxの排出削減及び燃費性能の良化という本来の効用が減殺されることになる。
【０００６】
ＥＧＲ以外にも、内燃機関においては、二つの流体を混交する処理が行われる。例えば、内燃機関のクランク室には、気筒の燃焼室から漏出した燃焼ガス及び未燃焼ガスがブローバイガスとして溜まってゆく。クランク室内のブローバイガスは、クランク室と吸気通路とを連通するＰＣＶ通路を介して吸気通路内に放出され、吸気の一部として気筒に充填されて、最終的に燃焼室内で再燃焼される。この場合にも、新気とブローバイガスとの混交のむらの問題が発生し得る。
【０００７】
以上に鑑みてなされた本発明は、内燃機関で取り扱われる二つの流体を十分に混交して内燃機関の発揮する性能を高めることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、第一の流体の流通路、及び前記第一の流通路に合流する第二の流体の流通路を備えた内燃機関を制御するものであって、前記第二の流通路に設けられたバルブを開放して当該流通路を流通する流体を前記第一の流通路を流通する流体に混交する際、前記バルブをその目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。
【０００９】
前記第一の流通路が新気の流通路である吸気通路、前記第二の流通路がＥＧＲガスの流通路であるＥＧＲ通路であるならば、前記ＥＧＲ通路上に設けられたバルブであるＥＧＲバルブを開放してＥＧＲガスを新気に混交するＥＧＲを実施する際、前記ＥＧＲバルブをその目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を、気筒において吸気行程が訪れる毎に少なくとも一回以上実行するようにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関で取り扱われる二つの流体を十分に混交して内燃機関の発揮する性能を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置が実行する制御の模様を示すタイミング図。
【図３】本発明の変形例の一を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１３】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１５】
本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。
【００１６】
ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。そして、ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。故に、全ての気筒１に分配されるべきＥＧＲガスは、一旦サージタンク３３に流入した後、吸気マニホルド３４を経由して各気筒１に向かうこととなる。
【００１７】
ＥＧＲクーラ２２は、ＥＧＲ通路２１を還流するＥＧＲガスの持つ高い熱を内燃機関の冷却水（冷却液）と交換することを通じて、当該ＥＧＲガスの温度を降下させる熱交換器である。
【００１８】
ブローバイガス還流装置６は、内燃機関の内室７、８で発生するブローバイガスを吸気通路３に送り出すためのものであって、ＰＣＶ通路６１及びＰＣＶバルブ６２と、ブローバイ通路６３とを要素としてなる。
【００１９】
ＰＣＶ通路６１は、その一端がクランク室７に接続し、他端が吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続しており、クランク室７を吸気通路３に連通せしめる。クランク室７内にあるブローバイガスは、このＰＣＶ通路６１を経由して吸気通路３に排出される。
【００２０】
ＰＣＶ通路６１上に設けたＰＣＶバルブ６２は、ＰＣＶ通路６１を流通するブローバイガスの流量を増減させる。本実施形態では、ＰＣＶバルブ６２を、ＰＣＶ通路６１のクランク室７への接続箇所またはその近傍に配している。
【００２１】
クランク室７とＰＣＶバルブ６２との間には、図示しないオイルセパレータを介設する。オイルセパレータは、ラビリンス構造を有し、流通するガスに含まれる潤滑油を当該ガスから分離させる気液分離作用を営むもので、クランク室７から潤滑油が失われることを抑止する。
【００２２】
ブローバイ通路６３は、その一端が内燃機関のシリンダヘッドカバー内のカム室８に接続し、他端が吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の上流の所定箇所に接続しており、カム室８を吸気通路３に連通せしめる。このブローバイ通路６３のカム室８への接続箇所にも、オイルセパレータを設けてある。
【００２３】
ＰＣＶバルブ６２が開いているとき、カム室８及びクランク室７内のブローバイガスが、ＰＣＶバルブ６２及びＰＣＶ通路６１を経由して吸気通路３に送り出される。同時に、吸気通路３からブローバイ通路６３を経由してカム室８及びクランク室７に新気が流れ込み、カム室８及びクランク室７内が換気される。吸気通路３のサージタンク３３に還流したブローバイガスは、気筒１に充填されて再燃焼される。
【００２４】
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２５】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に充填される吸気の（特に、サージタンク３３内での）温度及び圧力を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、外気の温度を検出する気温センサから出力される外気温信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｈ等が入力される。
【００２６】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＰＣＶバルブ６２に対して開度操作信号ｍ等を出力する。
【００２７】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２８】
ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びアクセル開度（要求負荷）、つまりは内燃機関の運転領域に基づき、混合気が失火せず燃焼可能であるようなＥＧＲ率を要求ＥＧＲ率として設定する。要求ＥＧＲ率は、要求負荷が中程度の領域において最も大きく、当該領域から要求負荷が減少するほど小さくなり、また、当該領域から要求負荷が増大するほど小さくなる。極高負荷の運転領域や、極低負荷の運転領域（アイドリング中を含む）では、要求ＥＧＲ率は０となる（ＥＧＲを実施しない）。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及びアクセル開度と、要求ＥＧＲ率との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びアクセル開度をキーとして当該マップを検索し、設定するべき要求ＥＧＲ率を知得する。
【００２９】
そして、ＥＧＲバルブ２３を、上記の要求ＥＧＲ率を実現するような目標開度に追従させるのであるが、このとき、本実施形態のＥＣＵ０は、図２に示すように、ＥＧＲバルブ２３をその目標開度から逸脱した開度に操作した後、速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を実行する。図２中、細い破線がＥＧＲバルブ２３の目標開度を表し、太い実線がＥＣＵ０が操作するＥＧＲバルブ２３の実際の開度を表している。高速開閉操作により、ＥＧＲバルブ２３の実際の開度の推移は、目標開度を中心として上下に振動するような様相を呈する。
【００３０】
高速開閉操作の結果、ＥＧＲ通路２１をサージタンク３３に向かって流通するＥＧＲガスに脈動が発生し、このＥＧＲガスと吸気通路３を流通する新気とを混交する際に、ＥＧＲガスの動圧の低い箇所に新気が入り込むようになる。従って、新気とＥＧＲガスとの混合が促進され、気筒１に充填される混合気が均一化する。即ち、混合気中のＥＧＲガスの濃度に局所的なむらが生じず、燃焼不安定ないし失火に陥る危険性が低下する。
【００３１】
高速開閉操作においては、ＥＧＲバルブ２３の開度を目標開度より大きく開くこともあるし、目標開度より小さく絞ることもある。好ましくは、ＥＧＲバルブ２３の開度を目標開度よりも大きく開く操作と、目標開度よりも小さく絞る操作とを交互に繰り返す。ＥＧＲバルブ２３の開度の極大値（目標開度よりも大）及び極小値（目標開度よりも小）は、ＥＧＲバルブ２３の実際の開度の平均値が目標開度に合致するように設定する。例えば、ＥＧＲバルブ２３の開度の極大値と目標開度との差分｜Δα｜と、極小値と目標開度との差分｜Δβ｜を略等しくする。
【００３２】
また、上記の差分｜Δα｜、｜Δβ｜の大きさは、内燃機関の運転領域に応じて変更してもよい。例えば、｜Δα｜、｜Δβ｜を、要求負荷が大きいほど大きくしたり、エンジン回転数が高いほど大きくしたりする。エンジン回転数や要求負荷が高い（気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量が多い）ときは、ＥＧＲ失火耐力が大きいので、｜Δα｜を大きくとっても、即ちＥＧＲバルブ２３の開度を目標開度から大きく逸脱させても、気筒１において失火は発生しない。
【００３３】
ＥＧＲバルブ２３を目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作は、各気筒の吸気行程が訪れる毎に少なくとも一回以上実行する。図２に示しているようにＥＧＲバルブ２３の開度を振動させる場合には、その振動の周波数（Ｈｚ）を、何れかの気筒１の吸気行程が訪れる頻度（気筒数×（１／２）×（エンジン回転数（ｒｐｍ）／６０））の数倍ないし数十倍として、ある気筒１の一回の吸気行程に対して数回ないし数十回の脈動がＥＧＲガスに発生するようにする。
【００３４】
本実施形態では、第一の流体（新気）の流通路（吸気通路）３、及び前記第一の流通路３に合流する第二の流体（ＥＧＲガス）の流通路（ＥＧＲ通路）２１を備えた内燃機関を制御するものであって、前記第二の流通路２１上に設けられたバルブ（ＥＧＲバルブ）２３を開放して当該流通路２１を流通する流体を前記第一の流通路３を流通する流体に混交する際、前記バルブ２３をその目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３５】
本実施形態によれば、内燃機関で取り扱われる二つの流体を十分に混交して内燃機関の発揮する性能を高めることが可能となる。即ち、気筒１に充填するべき新気及びＥＧＲガスを均一に混合することができ、混合気中のＥＧＲガスの濃度に局所的なむらが生じず、その着火燃焼を安定化させることができる。気筒１における混合気の失火の危険性が低下することから、ＥＧＲ率の上限や点火タイミングの進角量を引き上げることが許容され、ＮＯxの排出量の一層の削減、及び燃費性能の一層の向上に寄与し得る。
【００３６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。図３に示すように、ＥＧＲバルブ２３の高速開閉操作を、その目標開度が低下する時期、即ちスロットルバルブ３２の開度が絞られる減速要求時に限って実行するようにしてもよい。さすれば、ＥＧＲバルブ２３の開度を変更する機会が減少し、ＥＧＲバルブ２３を駆動するステッパモータによる電力消費量が削減される。電力消費量の削減は、発電を行う内燃機関の燃料消費量の削減に通ずる。
【００３７】
本発明の適用対象は、ＥＧＲ装置２には限定されない。例えば、本発明の技術思想を、ブローバイガス還流装置６のＰＣＶバルブ６２の操作に適用することが考えられる。つまり、第一の流体（新気）の流通路（吸気通路）３、及び前記第一の流通路３に合流する第二の流体（ブローバイガス）の流通路（ＰＣＶ通路）６１を備えた内燃機関を制御するにあたり、制御装置たるＥＣＵ０が、前記第二の流通路６１上に設けられたバルブ（ＰＣＶバルブ）６２を開放して当該流通路６１を流通する流体を前記第一の流通路３を流通する流体に混交するブローバイガスの換気の際、前記バルブ６２をその目標開度から逸脱した開度に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を実行する。
【００３８】
ＰＣＶバルブ６２の目標開度は、クランク室７内の圧力と吸気通路３（サージタンク３３）内の圧力との差圧が大きいほど大きくなる。但し、吸気通路３内圧力が非常に小さく（吸気負圧が非常に大きく）なり、クランク室７内圧力と吸気通路３内圧力との差圧が所定以上となった場合には、差圧が大きいほどＰＣＶバルブ６２の目標開度は縮小する。また、吸気通路３内の圧力が大気圧と同等かそれ以上（吸気圧が正圧）である場合には、目標開度を０（ＰＣＶバルブ６２を閉止）として、ＰＣＶ通路６１を通じたブローバイガスまたは吸気の逆流を阻止する。
【００３９】
本発明の技術思想を、水冷式内燃機関の冷却水系統に適用することも考えられる。内燃機関の冷却水系統は、冷却水を放熱させるためのラジエータを経由せずに循環させる第一の流通路と、当該流通路から分岐してラジエータを経由した後当該流通路に再合流する第二の流通路とを備えていることが通例である。第二の流通路には、当該流通路及びラジエータへの冷却水の流入を解禁／抑止するバルブを設けてあり、冷却水の温度が低い時期には当該バルブを閉止する一方、冷却水の温度が所定以上の高温となったときに当該バルブを開放して冷却水の温度上昇を抑制する。
【００４０】
しかして、前記バルブの開閉を制御装置たるＥＣＵから制御するものとし、冷却水の温度が所定以上の高温である時期において、前記バルブをその目標開度（全開であることがある）から逸脱した開度（全閉であることがある）に操作した後速やかに目標開度に復帰させる高速開閉操作を実行する。さすれば、冷却水系統を循環する冷却水の温度を十分に均一化することができ、内燃機関をその性能を発揮させるに適切な温度に保つことがより容易となる。
【００４１】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
０…制御装置（ＥＣＵ）
２１…第二の流通路（ＥＧＲ通路）
２３…バルブ（ＥＧＲバルブ）
３…第一の流通路（吸気通路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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