(57)【要約】【課題】燃焼状態の変化を逸早く把握することで燃焼悪化を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】複数気筒を有する内燃機関の制御装置は、代表気筒に筒内圧センサ（ＣＰＳ）を搭載している。また、制御装置はＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスを筒内へ導入するＥＧＲ動作が可能に構成されており、ＥＧＲ動作の要求が出された場合に、ＥＧＲガスの輸送遅れ時間の予測値を算出する。そして、算出された予測値に基づいて、ＥＧＲガスが最初に導入される気筒が代表気筒となるように、ＥＧＲ弁の操作時期を制御する。【選択図】図５
2016000973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
前記複数の気筒のうちの代表気筒に設けられた筒内圧センサと、
前記内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁を操作し前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスを前記気筒内へ導入するＥＧＲ動作を実行するＥＧＲ制御手段と、を備え、
前記ＥＧＲ制御手段は、前記ＥＧＲ動作の要求が出された場合に、前記ＥＧＲ弁を操作してからＥＧＲガスが前記気筒内へ導入されるまでの輸送遅れ時間の予測値を算出し、前記予測値に基づいて、前記ＥＧＲガスが最初に導入される気筒が前記代表気筒となるように、前記ＥＧＲ弁の操作時期を制御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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許第５２６３１８４号公報には、複数の気筒のうちの一部の気筒に筒内圧センサを備えたエンジンの制御に関する技術が開示されている。この制御では、吸気弁が閉じてから燃焼開始時点までの期間の筒内圧の変化から燃焼前の混合ガスの比熱比が計算される。そして、比熱比とＥＧＲ率とＡ／Ｆとの間に一定の関係があることを利用して、比熱比からＥＧＲ率やＡ／Ｆが算出され、これらを用いた緻密な燃焼制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２６３１８４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１７２６３号公報
【特許文献３】特開平１０−９０１１号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４９０６８号公報
【特許文献５】特許第４５２５７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術では、筒内圧センサが設けられた気筒の燃焼状態は把握できるものの、筒内圧センサが設けられていない気筒の燃焼状態は把握できない。このため、筒内圧センサが設けられていない気筒の燃焼状態が先に変化したとしても、筒内圧センサが設けられた気筒の燃焼状態が把握されるまでの期間はその変化を把握することができず、その期間は緻密な燃焼制御を行うことができないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、燃焼状態の変化を逸早く把握することで燃焼悪化を抑制することが可能な内燃機関の制御装置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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
前記複数の気筒のうちの代表気筒に設けられた筒内圧センサと、
前記内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁を操作し前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスを前記気筒内へ導入するＥＧＲ動作を実行するＥＧＲ制御手段と、を備え、
前記ＥＧＲ制御手段は、前記ＥＧＲ動作の要求が出された場合に、前記ＥＧＲ弁を操作してからＥＧＲガスが前記気筒内へ導入されるまでの輸送遅れ時間の予測値を算出し、前記予測値に基づいて、前記ＥＧＲガスが最初に導入される気筒が前記代表気筒となるように、前記ＥＧＲ弁の操作時期を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、ＥＧＲ動作の要求が出された場合に、ＥＧＲ弁を操作してからＥＧＲガスが気筒内へ導入されるまでの輸送遅れ時間の予測値が算出される。そして、算出された予測値に基づいてＥＧＲガスが最初に導入される気筒が代表気筒となるようにＥＧＲ弁の操作時期が制御される。これにより、ＥＧＲガスの導入による燃焼状態の悪化を逸早く把握することができるので、早いタイミングで燃焼悪化を抑制する対策を講じることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＥＧＲ動作が開始された場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を説明するためのタイムチャートである。
【図２】ＥＧＲ弁の開弁時期をずらしてＥＧＲ動作が開始された場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本実施の形態の制御装置において、ＥＧＲ動作が開始された場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を示すタイムチャートである。
【図４】輸送遅れ時間を補正した場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を示すタイムチャートである。
【図５】実施の形態１でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１０】
［実施の形態１の構成］
本実施の形態の制御装置は内燃機関を備えている。内燃機関は、ガソリンを燃料とする火花点火式の多気筒エンジンとして構成されている。内燃機関の筒内には、その内部を往復運動するピストンが設けられている。ピストンとシリンダヘッドとの間には燃焼室が形成されている。燃焼室には、吸気通路および排気通路の一端がそれぞれ連通している。吸気通路および排気通路と燃焼室との連通部には、それぞれ吸気弁および排気弁が配置されている。シリンダヘッドには、燃料を筒内に噴射するための燃料噴射弁が組み込まれている。また、多気筒エンジンの複数の気筒のうちの１気筒（以下、代表気筒）には、筒内圧力を検出するための筒内圧センサ（以下、「ＣＰＳ」とも称する）が組み込まれている。
【００１１】
また、本実施の形態の制御装置は、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路を備えている。ＥＧＲ通路には、当該ＥＧＲ通路の開度を調整するためのＥＧＲ弁が設けられている。
【００１２】
本実施の形態の制御装置は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)を備えている。ＥＣＵの入力部には、上述した筒内圧センサ（ＣＰＳ）等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵの出力部には、上述した燃料噴射弁、ＥＧＲ弁等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵは、入力された各種の情報に基づいて、内燃機関の運転状態を制御する。
【００１３】
［実施の形態１の動作］
（ＥＧＲ動作におけるＥＧＲ弁の開弁時期制御）
筒内圧センサ（ＣＰＳ）は、筒内の燃焼特性を直接検出することができる点で、非常に有効なセンサである。このため、該ＣＰＳの出力は、内燃機関の各種制御の制御パラメータとして利用される。例えば、検出された筒内圧力は、５０％燃焼点（以下、ＣＡ５０）や点火時期から１０％燃焼点までの期間（ＳＡ−ＣＡ１０）等の燃焼パラメータの演算等に用いられる。
【００１４】
本実施の形態の内燃機関では、ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスを筒内へ導入するＥＧＲ動作の要求が出されることがある。ＥＧＲ弁が開弁側に操作されてＥＧＲガスが筒内に導入されると、筒内の燃焼が緩慢になる。この場合、ＣＡ５０が遅角側にズレたりＳＡ−ＣＡ１０が遅れたりするため、点火時期やＥＧＲ量等の補正が必要となる。
【００１５】
ここで、本実施の形態の内燃機関では、配置スペースや製造コストの観点から、ＣＰＳが代表気筒のみに配置されている。多気筒エンジンでは各気筒における燃焼が順に行われる。このため、上記ＥＧＲ動作が開始された場合において、代表気筒以外の気筒からＥＧＲガスの導入が開始されると、代表気筒の燃焼状態がＣＰＳによって把握されるまでの期間はＥＧＲ動作による燃焼状態の変化を把握できないこととなる。
【００１６】
図１は、ＥＧＲ動作が開始された場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を説明するためのタイムチャートである。なお、この図では、＃１から＃６は６気筒エンジンの各気筒であり、＃１気筒がＣＰＳを搭載した代表気筒である場合の例を示している。この図に示すように、＃６気筒の燃焼のタイミングにおいてＥＧＲ弁が開弁された場合、ＥＧＲ経路を流れるＥＧＲガスが筒内に到達するまでの輸送遅れ時間が生じるため、筒内ＥＧＲ率は＃２気筒の燃焼から変化している。＃２気筒では、筒内ＥＧＲ率の変化によってＣＡ５０が変化し、燃焼状態が悪化してしまう。
【００１７】
その後、＃１気筒（代表気筒）の燃焼において、ＣＡ５０の変化が把握される。そして、＃１気筒の次の燃焼である＃２気筒の燃焼からＣＡ５０がＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）となるように点火時期が補正される。このように、図１に示す例では、ＥＧＲ動作によって燃焼状態が悪化した状態が＃２気筒の燃焼から＃１気筒の燃焼まで続いてしまう。
【００１８】
そこで、本実施の形態の制御装置では、ＥＧＲ動作の要求が出された場合に、＃１気筒（代表気筒）の燃焼においてＥＧＲガスの導入が開始されるように、ＥＧＲ弁の開弁操作のタイミングを変更することとする。図２は、ＥＧＲ弁の開弁時期をずらしてＥＧＲ動作が開始された場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を説明するためのタイムチャートである。なお、この図では、図１と同様に、＃１から＃６は６気筒エンジンの各気筒であり、＃１気筒がＣＰＳを搭載した代表気筒である場合の例を示している。
【００１９】
本実施の形態の制御装置では、ＥＧＲ動作の要求が出された場合に、先ずＥＧＲ弁を開弁した場合のＥＧＲガスの輸送遅れ時間の予測値を算出する。輸送遅れ時間の予測値は、例えば、ＥＧＲ通路の入口圧力と出口圧力との差圧及びＥＧＲ弁の開度に基づいて算出することができる。そして、この図に示すように、算出された輸送遅れ時間の予測値を考慮した上でＥＧＲガスが最初に導入される気筒が＃１気筒（代表気筒）となるようにＥＧＲ弁を開弁する。
【００２０】
このような制御によれば、＃１気筒（代表気筒）の燃焼において、ＣＡ５０が最初に変化し、ＣＰＳによってこの変化が把握される。そして、ＣＡ５０がＭＢＴとなるような点火時期のフィードバック補正量（進角量）が算出される。これにより、＃１気筒の次の燃焼である＃２気筒の燃焼から点火時期の補正を行うことができるので、ＥＧＲ動作によって悪化した燃焼状態を短期間で安定させることができる。また、上述した制御では、ＥＧＲ量を徐々に増大していき、ＳＡ−ＣＡ１０が限界値まで到達した時点でＥＧＲ量の増加を停止する制御を行うこともできる。
【００２１】
ところで、上述した実施の形態の制御装置では、ＥＧＲ動作においてＥＧＲガスが最初に導入される気筒が代表気筒となるようにＥＧＲ弁の開弁時期を制御することとした。しかしながら、本実施の形態の制御装置において実行可能な制御はこれに限られない。すなわち、例えば、パージＶＳＶを操作して燃料ベーパを含むパージガスを筒内に導入するパージ動作において、パージガスが最初に導入される気筒が代表気筒となるように、パージＶＳＶの開弁時期を制御することとしてもよい。パージ動作では、燃料ベーパ濃度の高いパージガスが導入されるとＡ／ＦがリッチになりＳＡ−ＣＡ１０が短くなる。一方、燃料ベーパ濃度の低いパージガスが導入されるとＡ／ＦがリーンになりＳＡ−ＣＡ１０が長くなる。パージガスが代表気筒に最初に導入されれば、ＳＡ−ＣＡ１０の変化を逸早く把握してパージガスの増減補正を実行することができるので、燃焼状態が悪化している期間を短縮することができる。
【００２２】
また、Ａ／Ｆをリーンに制御するリーン制御において、代表気筒からリーン制御を実施することとしてもよい。Ａ／Ｆをリーンにし過ぎると失火の原因となる。そこで、リーン制御が代表気筒において最初に実施されれば、ＳＡ−ＣＡ１０からリーン限界を見積もり全気筒のＡ／Ｆ限界を逸早く決定することができるので、失火による燃焼状態が悪化を逸早く抑制することが可能となる。
【００２３】
（輸送遅れ時間の予測値の補正動作）
上述した実施の形態の制御装置では、ＥＧＲ通路の入口圧力と出口圧力との差圧及びＥＧＲ弁の開度に基づいてＥＧＲガスの輸送遅れ時間の予測値を算出することとしたが、実際の輸送遅れ時間が算出された予測値通りとならないことも想定される。図３は、本実施の形態の制御装置において、ＥＧＲ動作が開始された場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を示すタイムチャートである。なお、この図では、図１と同様に、＃１から＃６は６気筒エンジンの各気筒であり、＃１気筒がＣＰＳを搭載した代表気筒である場合の例を示している。この図に示す例では、算出された輸送遅れ時間の予測値に基づいて、＃１気筒（代表気筒）において最初にＥＧＲガスが導入されるようにＥＧＲ弁を開弁した場合において、実際のＥＧＲガスの輸送遅れ時間が算出された予測値よりも長い場合を示している。この場合、＃１気筒で検出されるＣＡ５０は変化していないため点火時期の補正が行われず、燃焼悪化期間が長期化してしまう。
【００２４】
そこで、本実施の形態の制御装置では、代表気筒の燃焼状態に変化がなかった場合には、輸送遅れ時間の予測値が短いと判断し、次回の輸送遅れ時間の予測値を長くする補正を施すこととする。
【００２５】
図４は、輸送遅れ時間を補正した場合のＥＧＲ弁開度、筒内ＥＧＲ率及びＣＡ５０の変化を示すタイムチャートである。なお、この図では、図３と同様に、＃１から＃６は６気筒エンジンの各気筒であり、＃１気筒がＣＰＳを搭載した代表気筒である場合の例を示している。この図に示す例では、輸送遅れ時間の予測値が長くなるように補正することにより、ＥＧＲガスが＃１気筒に最初に導入されている。これにより、次気筒の燃焼から燃焼状態の悪化を解消することができる。
【００２６】
（ＣＰＳ搭載気筒の選択）
上述した実施の形態の制御装置では、ＣＰＳが搭載される代表気筒を特に限定していないが、ＥＧＲガスが最も導入されやすい気筒にＣＰＳを搭載することが好ましい。ＥＧＲガスが最も導入され易い気筒は、失火や燃焼悪化が最も起こりやすい気筒であることを意味している。そこで、ＥＧＲガスが最も導入されやすい気筒にＣＰＳを搭載し、当該気筒において失火等の燃焼状態の悪化が発生しないようにＥＧＲ制御を行うこととすれば、ＣＰＳを搭載していない他の気筒において燃焼状態が悪化することを有効に抑制することが可能となる。
【００２７】
また、上述したパージ動作においても、最もパージガスが入りやすい気筒、つまり吸気分配量が最も多い気筒にＣＰＳを搭載することや、タンブル特性が最も悪い気筒にＣＰＳを搭載する等を行うことにより、ＣＰＳを搭載していない気筒における燃焼状態の悪化を有効に抑制することができる。
【００２８】
（気筒間差の補正）
上述したように、ＥＧＲガスの導入に関して気筒間差がある場合、予め気筒間差を把握しておき、ＣＰＳが搭載された代表気筒において算出された各種制御補正量に対して、上記気筒間差に対応した係数を乗算することが好ましい。
【００２９】
例えば、＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒及び＃４気筒から構成される並列４気筒エンジンにおいて、ＥＧＲガスが最も導入され易い気筒が＃１気筒であり、この＃１気筒にＣＰＳが搭載されている場合について説明する。各気筒へのＥＧＲガスの分配は、エンジンのハードウェア設計上定まる。そこで、ここでは＃１気筒を基準（１００％）に、＃２気筒が９０％、＃３気筒が８０％、＃４気筒が７０％のＥＧＲガスの分配になるとする。ＣＰＳにより算出された＃１気筒のＣＡ５０における点火遅角量が２ＣＡの場合、＃２気筒、＃３気筒及び＃４気筒の点火遅角量は、上記分配比率を乗算することにより、それぞれ１．８ＣＡ、１．６ＣＡおよび１．４ＣＡとなる。これにより、点火時期の過進角を防いで全気筒において最適な燃焼を実現することができる。なお、上記気筒間差の補正は、ＥＧＲ制御に限らず、上述したパージ制御やＡ／Ｆリーン制御等にも適用することが可能となる。
【００３０】
［実施の形態１の具体的処理］
次に、フローチャートを参照して、本実施の形態の制御装置において実行されるＥＧＲ制御の具体的処理について説明する。図５は、実施の形態１でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンでは、先ず、ステップＳ２にてＥＧＲ導入要求が出されると、次に、ＥＧＲ弁を操作した場合のＥＧＲガスの輸送遅れ時間の予測値が算出される（ステップＳ４）。次に、ステップＳ４において算出された輸送遅れ時間の予測値に基づいて、ＥＧＲガスが導入される最初の気筒がＣＰＳ搭載気筒（代表気筒）となるタイミングか否かが判定される（ステップＳ６）。上記ステップＳ６の判定が認められない場合には、本ルーチンは一旦終了されて、再度本ルーチンが最初から実行される。一方、上記ステップＳ６の判定が認められた場合には、次のステップに移行し、ＥＧＲ弁が開弁側に操作される（ステップＳ８）。
【００３１】
次に、ＣＰＳの検出値に基づいてＣＡ５０やＣＡ１０等の燃焼パラメータが算出される（ステップＳ１０）。そして、このステップＳ１０にて算出された燃焼パラメータに変化があるか否かが判定される（ステップＳ１２）。その結果、燃焼パラメータに変化がない場合には、上記ステップＳ４にて算出された輸送遅れ時間の予測値が経過した時点においてＥＧＲガスが代表気筒まで到達していないと判断されて、次のステップに移行し、輸送遅れ時間の予測値が補正される（ステップＳ１４）。ここでは、具体的には、上記ステップＳ４にて算出された輸送遅れ時間の予測値に所定時間が加算される。本ステップＳ１４の処理が実行されると、本ルーチンは一旦終了されて、再度本ルーチンが最初から実行される。
【００３２】
一方、上記ステップＳ１２において、燃焼パラメータに変化がある場合には、上記ステップＳ４にて算出された輸送遅れ時間が経過した時点においてＥＧＲガスが代表気筒に到達したと判断されて、次のステップに移行し、ＣＰＳが搭載された代表気筒において算出された燃焼パラメータを用いて、点火時期、ＥＧＲ量等の補正量が算出される（ステップＳ１６）。次に、代表気筒以外の気筒の補正係数が算出される（ステップＳ１８）。ここでは、具体的には、代表気筒を基準としてハードウェア特性から特定されるＥＧＲ量の気筒間差に対応した補正係数が算出される。次に、上記ステップＳ１８にて算出された補正係数を用いて、代表気筒以外の気筒の補正量が算出される（ステップＳ２０）。次に、各気筒の制御タイミングか否かが判定される（ステップＳ２２）。その結果、各気筒の制御タイミングでない場合には本ルーチンは終了され、各気筒の制御タイミングである場合には、対応する気筒の補正が実行される（ステップＳ２４）。
【００３３】
以上説明したとおり、本実施の形態１の制御装置によれば、ＥＧＲ動作の要求が出された場合に、ＥＧＲガスが最初に導入される気筒をＣＰＳが搭載された代表気筒に合わせることができる。これにより、燃焼状態を安定させるための補正を逸早く行うことができる。
【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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