(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＧＲ通路を還流するＥＧＲガスの応答遅れを加味して内燃機関の制御の精度を向上させる。【解決手段】吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路上にＥＧＲバルブを設けたＥＧＲ装置が付帯する内燃機関を制御する制御装置において、内燃機関のクランクシャフトの回転角度、エンジン回転数及びＥＧＲバルブの操作タイミングに基づき、気筒に充填する吸気に混入されるＥＧＲガスの応答遅れを推測し、点火時期を補正することとした。【選択図】図３
2013072293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路上にＥＧＲバルブを設けたＥＧＲ装置が付帯する内燃機関を制御するものであって、
内燃機関のクランクシャフトの回転角度に基づき、ＥＧＲバルブを操作してから気筒に充填する吸気に混入されるＥＧＲガスの量が変動するまでの間の応答遅れを推測することを特徴とする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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時の車両用内燃機関には、ポンピングロスの低減やＮＯxの排出量の削減を企図して、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付随していることが多い。ＥＧＲ装置は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路上に流量制御弁であるＥＧＲバルブを設けてなり。そのＥＧＲバルブの操作を通じて気筒から排気通路に排出された燃焼ガスの一部を吸気通路に還流せしめ、気筒に充填する吸気に混交するものである。
【０００３】
ＥＧＲバルブを開いた際にＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量は、排気通路側入口の排気圧力と吸気通路側出口の吸気圧力との差圧の大きさに依存する。
【０００４】
少数気筒（特に、二気筒）の機関では、排気脈動及び吸気脈動がともに大きくなる傾向にある。そのため、瞬間的に吸気圧力が排気圧力を上回る時期が発生し得る。この時期には、ＥＧＲバルブを開弁していたとしても、ＥＧＲガスが吸気通路に向けて還流することはない。従って、ＥＧＲバルブを開弁操作しから、気筒に充填する吸気に要求されるＥＧＲガスが混交するまでの間には、応答遅れが生ずる。
【０００５】
従来、内燃機関の運転制御においては、吸気のＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）をＥＧＲバルブ開度及びサージタンク内平均圧力より推算して、点火時期を決定していた。しかし、ＥＧＲバルブの開弁とＥＧＲ量の変動との間の応答遅れの存在により、推定ＥＧＲ量が現実のＥＧＲ量から乖離することは否めず、その結果として点火タイミングを過度に進角してノッキングを引き起こしたり、あるいは逆に点火タイミングを過度に遅角して失火を招いたりするおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４５１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであり、ＥＧＲ通路を還流するＥＧＲガスの応答遅れを加味して内燃機関の制御の精度を向上させ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、吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路上にＥＧＲバルブを設けたＥＧＲ装置が付帯する内燃機関を制御するものであって、内燃機関のクランクシャフトの回転角度に基づき、ＥＧＲバルブを操作してから気筒に充填する吸気に混入されるＥＧＲガスの量が変動するまでの間の応答遅れを推測することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＥＧＲ通路を還流するＥＧＲガスの応答遅れを加味して内燃機関の制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態における内燃機関の吸気圧力及び排気圧力の推移を示す図。
【図３】同実施形態における内燃機関のＥＧＲガス量の制御応答遅れ時間を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。
【００１２】
本実施形態における内燃機関は、二気筒の４ストローク機関であり、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。つまり、第一気筒１のピストン１２と第二気筒１のピストン１２とは同時に上昇し、また同時に下降する。
【００１３】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒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、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
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、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。
【００１５】
排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１６】
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る。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。
【００１７】
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。
【００１８】
入力インタフェースには、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エンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気圧（または、過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号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、吸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排気カム信号ｇ等が入力される。エンジン回転センサは、１０°ＣＡ毎にパルス信号ｂを発する。カム角センサは、７２０°ＣＡを気筒数で割った角度、二気筒エンジンであれば３６０°ＣＡ毎にパルス信号ｇを発する。
【００１９】
出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ等を出力する。
【００２０】
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、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）及びＥＧＲバルブ２２の開度といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能であるので説明を割愛する。しかして、運転パラメータに対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
本実施形態にあって、ＥＣＵ０は、エンジン回転センサを介して検出されるクランクシャフトの回転角度に基づき、ＥＧＲ装置２におけるＥＧＲ通路の排気通路４側入口と吸気通路３側出口との差圧を推測する。排気脈動を伴う排気圧力の推移と、吸気脈動を伴う吸気圧力の推移とは、それぞれ内燃機関の設計段階で実験的に（適合により）求めることができる。
【００２２】
図２に、内燃機関の排気マニホルド４２付近での排気の圧力の変動の時系列、及び吸気マニホルド３５付近での吸気の圧力の変動の時系列を示す。図２中、実線が排気圧力、破線が吸気圧力である。吸気圧力が排気圧力を上回る時期には、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路を排気通路４側から吸気通路３側に向けて流れることが困難となり、その分だけＥＧＲ制御に応答遅れが生ずる。
【００２３】
ＥＣＵ０は、クランクシャフトの回転角度に基づき、要求されるＥＧＲガス量を達成するべくＥＧＲバルブ２２を開きまたは閉じ操作してから、気筒１に充填する吸気に混交するＥＧＲガスの量が現実に当該要求量近傍に到達するまでの間の応答遅れを推測する。図３に、第一気筒（または、第二気筒）１における行程及びクランク角度と、当該第一気筒（または、第二気筒）１に充填するべきＥＧＲガスの量の制御応答遅れ時間（時定数）との関係を示している。この応答遅れもまた、内燃機関の設計段階で実験的に（適合により）求めることが可能である。
【００２４】
ＥＣＵ０のメモリには予め、クランク角度及びそのときのエンジン回転数と、ＥＧＲ制御の応答遅れ時間との関係を規定するマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、クランク角度及びエンジン回転数をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ制御の応答遅れ時間を知得する。
【００２５】
内燃機関の運転制御にあたり、ＥＣＵ０は、気筒１に充填される吸気に含まれる新気の量及びＥＧＲガスの量を推算し、これらに見合った燃料噴射量及び点火タイミングを算定する。吸気に混入するＥＧＲガスの量、換言すれば吸気のＥＧＲ率は、運転領域（エンジン回転数及び要求負荷）に応じて定められ、またＥＧＲバルブ２２の開度に依存して変動するが、既に述べている通り、ＥＣＵ０がＥＧＲバルブ２２を操作しても、直ちに要求ＥＧＲ量が実現されるわけではない。
【００２６】
それ故、ＥＣＵ０は、運転領域に応じた要求ＥＧＲ量に対応して燃料噴射量及び点火タイミングの補正量を決定するが、即時にこの燃料噴射量で燃料を噴射し、かつこの点火タイミングで点火を行うことはしない。ＥＣＵ０は、ＥＧＲマップデータから知得した応答遅れ時間の経過を待った上で、決定した燃料噴射量及び点火タイミングの補正量を内燃機関の運転制御に反映させる。
【００２７】
本実施形態では、吸気通路３と排気通路４とを連通するＥＧＲ通路上にＥＧＲバルブ２２を設けたＥＧＲ装置２が付帯する内燃機関を制御するものであって、内燃機関のクランクシャフトの回転角度に基づき、ＥＧＲバルブ２２を操作してから気筒１に充填する吸気に混入されるＥＧＲガスの量が変動するまでの間の応答遅れを推測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。
【００２８】
本実施形態によれば、ＥＧＲ通路２を還流するＥＧＲガスの応答遅れを加味し、実際に気筒１に充填する吸気のＥＧＲ量が要求ＥＧＲ量近傍まで達してから、はじめて当該要求ＥＧＲ量に見合った燃料噴射量及び点火タイミングにて機関を燃焼運転させる。従って、現実のＥＧＲ量が想定していたＥＧＲ量よりも少なく、燃料噴射量が不足して燃焼不安定となり、また点火タイミングの過度の進角化によりノッキングを引き起こすおそれが低減する。逆に、現実のＥＧＲ量が想定していたＥＧＲ量よりも多く、燃料噴射量が過剰となって燃費やエミッションが悪化し、また点火タイミングの過度の遅角化により失火を招くおそれも低減する。
【００２９】
空燃比制御の精度が向上するだけでなく、ＥＧＲ制御に伴うトラブルのリスクが低下することから、ＥＧＲ限界を引き上げ、より多量のＥＧＲガスを吸気通路３に還流させることが許容されるようになる。このため、燃費の一層の向上にも奏効する。
【００３０】
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。上記実施形態では、内燃機関として二気筒の機関を想定していたが、単気筒または三気筒等の少数気筒の機関の制御に本発明を適用することも当然に可能である。
【００３１】
ＥＧＲ装置は、高圧ループＥＧＲ装置には限定されない。コンプレッサ５１の上流側とタービン５２（さらには、触媒４１）の下流側とをＥＧＲ通路を介して連通し、低温低圧のＥＧＲガスを還流せしめる低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関の制御に本発明を適用しても構わない。
【００３２】
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】
【００３３】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
２…ＥＧＲ装置
２２…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
４…排気通路
【図１】
2013072293.tif 000003
【図２】
2013072293.tif 000004
【図３】
2013072293.tif 000005