(57)【要約】【課題】  低圧ＥＧＲ流路を備えた過給機つき内燃機関において、高ＥＧＲ運転からの加速時に一時的に燃焼室内のＥＧＲ率が減少し、ノッキングの発生や空燃比ずれによる排気の悪化が生じる。【解決手段】  過給機と、前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧ＥＧＲ流路と、シリンダへの流入ガス量を制御するためのスロットル弁と、前記ＥＧＲ流路中にＥＧＲ流量を制御するためのＥＧＲバルブを備えた内燃機関の制御装置であって、所定値以上のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時に、所定値以下のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時と比較して、アクセル開度に対する前記スロットル弁の開度の制御量を小さくする。【選択図】図７
2016050485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機と、
前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧ＥＧＲ流路と、
シリンダへの流入ガス量を制御するための吸気量調整弁と、
前記低圧ＥＧＲ流路の排気ガス流量を制御するためのＥＧＲバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
加速要求が入った時に、ＥＧＲ率が大きい程、アクセル操作に対する前記吸気量調整弁の開度の制御量を小さくする加速用吸気量制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
前記加速用吸気量制御は、所定値以上のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時に、所定値以下のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時と比較して、アクセル操作に対する前記吸気量調整弁の開度の制御量を小さくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の制御装置であって、
前記加速用吸気量制御は、加速要求が所定値以上であるときに、前記加速用吸気量制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の制御装置であって、
運転者の加速要求を、運転者のアクセル操作量の変化量もしくはアクセル操作量の変化率に基づいて判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
加速要求時に、前記過給機のコンプレッサより下流の吸気管内の圧力が大気圧力よりも低い期間に、前記加速用吸気量制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記加速用吸気量制御を実施する場合に、吸気量調整弁が動作を開始する時刻と吸気量調整弁が動作を終了する時刻との間に、一時的にＥＧＲ弁の開度を増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記加速用吸気量制御を実施する場合に、吸気量調整弁が動作を開始する時刻と吸気量調整弁が動作を終了する時刻との間に、前記ＥＧＲ弁の開度が極大値を持つように前記ＥＧＲ弁を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、前記吸気量調整弁上流の吸気流路中の吸気を冷却するためのインタークーラと、前記インタークーラを経由せずに前記タービン下流の吸気を前記吸気量調整弁上流にバイパスさせるインタークーラバイパス流路と、前記インタークーラパイパス流路中に前記インタークーラパイパス流路を流れる吸気量を制御するための吸気バイパス弁と、を備え、前記加速用吸気量制御を実施する場合に、前記吸気バイパス弁を開くことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記加速用吸気量制御を実施する場合に、加速要求の開始から所定の期間、前記加速用吸気量制御を実施しない場合と比較して点火時期を遅角することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の制御装置は、車両駆動用の動力源として車両駆動用モータをさらに備える自動車に搭載され、前記加速用吸気量制御を実施する場合に、加速要求の開始から所定の期間、前記車両駆動用モータの出力を増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
過給機と、
前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧ＥＧＲ流路と、
シリンダへの流入ガス量を制御するための吸気量調整弁と、
前記低圧ＥＧＲ流路の排気ガス流量を制御するためのＥＧＲバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
所定値以上のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時に、アクセル開度の上昇に対して前記吸気量調整弁開度の上昇を遅らせるよう前記吸気量調整弁を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記吸気量調整弁はシリンダ上流に設けられ、アクセル開度に応じて開度が可変するスロットル弁、前記スロットル弁下流にシリンダ毎に設けられた吸気弁、前記タービンに流れる排気流量を調整するウェイストゲート弁と、のいずれかであ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、低圧ＥＧＲ流路を備えた過給エンジンを制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費低減のためエンジンの効率を改善する試みがされている。その改善技術の１つが高圧縮比化である。圧縮比を高くすることで内燃機関の理論熱効率が向上する。一方で、エンジンのダウンサイジングも燃費低減策として開発が進んでいる。ダウンサイジングによりポンピングロスの低減、機械損失の低減が可能である。ただし、ダウンサイジングしたエンジンにおいてトルク（出力）を維持するためには過給圧力を上昇させる必要がある。
【０００３】
高過給のエンジンシステムでは、異常燃焼の回避のため、排気の一部を吸気に戻すＥＧＲシステムの導入が進んでいる。特に、過給領域においても大量のＥＧＲをかけることが可能な低圧ＥＧＲシステムが着目されている。低圧ＥＧＲシステムとは、過給機のタービン下流の排気を、過給機のコンプレッサ上流に還流するものである。一般に低圧ＥＧＲシステムでは、排気と新気との合流部からシリンダまでの経路が長いこと、合流部がスロットル弁の上流部に存在すること等の要因によって減速運転時や加速運転時のような過渡時に排気ガス量が一時的に増加、或いは減少してＥＧＲ率を目標値に安定して導入することができない現象があった。したがって、このＥＧＲ率の過渡的な不適合によって空燃比の変動による排気悪化や、ノッキングによる騒音の発生、トルクの変動のほか、最悪の場合は失火に至るといった課題があった。
【０００４】
特許文献１に記載の技術として、吸入空気量から現在の排気圧力を推定し、推定した排気圧力に基づいてＥＧＲ弁の開度を補正することによって、加速時におけるＥＧＲ率の一時的な減少を抑制するという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５１５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
加速時におけるＥＧＲ率の一時的な減少は、スロットル開度が増加した際にスロットル上流（≒大気圧）の吸気がスロットル下流（＝負圧）に急激に流れ込む際に、新気空気量の増加に対して還流される排気量（ＥＧＲ量）の増加が遅れることに起因する。特許文献１に記載の技術は、加速直後にＥＧＲ弁の開度を一時的に増加させることでＥＧＲ量を増加させＥＧＲ率を適正に保つものであるが、新気空気量の急激な増加に合わせて、ＥＧＲ量を増加させるためには、極めて高応答なＥＧＲ弁が必要となる。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ弁の応答性に依存することなくＥＧＲ率の一時的な減少を回避し、加速時のノッキングや排気悪化を抑制するエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の内燃機関の制御装置は、過給機と、前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧ＥＧＲ流路と、シリンダへの流入ガス量を制御するための吸気量調整弁と、前記低圧ＥＧＲ流路の排気ガス流量を制御するためのＥＧＲバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、加速要求が入った時に、ＥＧＲ率が大きい程、アクセル操作に対する前記吸気量調整弁の開度の制御量を小さくする加速用吸気量制御を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加速時のスロットル弁の上流から下流に流れる吸気の速度を抑制してスロットル弁制御により新気の急激な増加を抑制することで、加速時のＥＧＲ率の一時的な減少を回避し、排気悪化やノッキングを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるエンジンの動作制御装置のＥＧＲ制御領域を示した図である。
【図３】従来の低圧ＥＧＲを備えた過給エンジンにおける加速時のＥＧＲ率の推移を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ２０内で実施される加速制御ロジックの概要図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による加速制御部のアクセル開度に対するスロットル、EGR弁の制御方法を示した図である。
【図７】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のシステム構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ２０内で実施される加速制御ロジックの概要図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１〜図８を用いて、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の構成及び動作について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置を低圧ＥＧＲ流路を備えた自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。
【００１２】
エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気を過給するための過給機のコンプレッサ４ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ７と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル２と、吸気マニホールド６内の圧力を計測する吸気圧力センサ１４が吸気管の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン１００には、各気筒のシリンダ１５の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタ）１３と、点火エネルギーを供給する点火プラグ１７が気筒ごとに備えられている。また、筒内に流入、または筒内から排出するガスを調整する可変バルブ５が、シリンダヘッドに備えられている。可変バルブ５を調整することにより、１番から４番まで全気筒の吸気量および内部ＥＧＲ量を調整する。また、図示していないが燃料噴射装置１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によって燃料噴射装置１３と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。
【００１３】
さらに、排気エネルギによって過給機のコンプレッサ４ａに回転力を与えるためのタービン４ｂと、タービンに流れる排気流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁１１と、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、が排気管１６の各々の適宜位置に備えられる。また、図示していないがクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサが備えられている。
【００１４】
さらに、排気管の触媒１０の下流から、吸気管のコンプレッサ４ａの上流に排気を還流させるためのＥＧＲ管４０を備えている。また、ＥＧＲを冷却するためのＥＧＲクーラ４２、ＥＧＲ流量を制御するためのＥＧＲ弁４１、ＥＧＲ弁前後の差圧を検出する差圧センサ４３、ＥＧＲ温度を検出するＥＧＲ温度センサ４４が、ＥＧＲ管４０の各々の適宜位置に、取りつけられている。
【００１５】
エアフローセンサ１と空燃比センサ９と吸気圧センサ１４と差圧センサ４３とＥＧＲ温度センサ４４から得られる信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１２から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
【００１６】
ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火プラグ１７に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ５へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたウェイストゲート弁開度は、ウェイストゲート弁駆動信号として、ウェイストゲート弁１１へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたＥＧＲ弁開度は、ＥＧＲ弁開度駆動信号として、ＥＧＲ弁４１へ送られる。
【００１７】
吸気管から吸気バルブを経てシリンダ１５内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ１７から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管１６を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの動作制御装置のＥＧＲ制御領域を示した図である。太い破線の枠で囲まれた領域が排気ガスの還流される、いわゆるＥＧＲ領域である。この例では低負荷域、高回転域を除いた領域がＥＧＲ領域となっている。従来、この領域では燃料のリッチ化によるノック低減や排気温度上昇の抑制を図ってきたが、同領域にてCooled−ＥＧＲを導入しノック低減や排気温度抑制を図りつつ、理論空燃比による燃焼を行うことで、低燃費運転を実現することができるようになるものである。
【００１９】
図３は従来の低圧ＥＧＲを備えた過給エンジンにおいて、図２に示す運転動作点Ａから運転動作点Ｂへ加速した場合のアクセル開度、スロットル開度、ＥＧＲ弁開度、吸気圧力、吸気流量、ＥＧＲ流量、ＥＧＲ率の時間的推移を説明する図である。図３のようにドライバがアクセルを踏み込んだ際に、アクセル開度に合わせてスロットル弁を開くと、過給機による吸入空気への圧縮仕事をスロットル弁７によって絞る結果、スロットル弁７の前後差圧が大きくなる。その状態から、目標ＥＧＲ率を固定しつつスロットル弁を急激に開くと、スロットル弁の下流へ新気が一気に流入し、スロットル弁７の前後差圧が減少し、スロットルを通過する吸気流量が変動（増加）する。このとき、吸気流量の増加に伴って新気（空気）の流量も急激に増加する一方で、ＥＧＲ量はタービン下流の排気圧力によって流量が決まるため、ＥＧＲ量の増加は、新気流量の急激な増加に対して、緩やかとなる。以上より、一時的にＥＧＲ合流部のＥＧＲ率が著しく減少するスパイク現象を生じる。このようなＥＧＲ率のスパイクがシリンダに到達すると、空燃比制御精度の悪化やトルク制御精度の悪化、ノッキングによる運転性悪化を生じる問題があった。
【００２０】
図４は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。エアフローセンサ１、空燃比センサ９、アクセル開度センサ１２、吸気圧力センサ１４、差圧センサ４３、ＥＧＲ温度センサ４４の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。
【００２１】
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、ウェイストゲート弁駆動回路２０ｈ、ＥＧＲ弁駆動回路２０ｍがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２、インジェクタ１３、ウェイストゲート弁１１、ＥＧＲ弁４１を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。
【００２２】
ＥＣＵ２０は、入力信号に基づいてＥＧＲ率を推定し、大量ＥＧＲ状態において加速要求が生じた際に、スロットル弁２およびＥＧＲ弁４１を制御する。
【００２３】
図５は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ２０内で実施される加速制御ロジックの概要を示す図である。ＥＧＲ率推定部、加速判定部、加速制御部から構成される。エアフローセンサ１の信号、差圧センサ４３の信号、ＥＧＲ温度センサ４４の信号はＥＧＲ率推定部に入力され、ＥＧＲ率の演算が実行される。アクセル開度センサ１２の信号は加速判定部に入力され、現在加速状態か否かの判定がなされる。ＥＧＲ率推定部により演算されたＥＧＲ率と、加速判定部から出力された加速判定フラグと、吸気圧力センサ１４の信号は、加速制御部に入力され、加速制御が必要である場合に、加速用のスロットルおよびＥＧＲ弁制御が実施される。
【００２４】
図６は本発明の第１の実施形態による加速制御部のアクセル開度に対するスロットル、EGR弁の制御方法を示した図である。図６(a)はアクセル開度に対するスロットルの制御方法を示している。通常、ドライバの操作に基づくアクセル開度と、エンジンの吸気量を制御するスロットル開度の目標値は、ほぼ線形的な関係となるようＥＣＵ内に記憶されている。一方で、ＥＧＲが導入されており、かつ加速度が大きいと判定された場合には、加速用制御が適用される。加速用制御においては、通常のスロットル制御と比較して、同一のアクセル開度に対するスロットル開度が小さくなるようにスロットルを制御する。加速用制御においては、同一のアクセル開度に対するスロットル開度を可変することに代えて、加速要求の発生からスロットル開度を上昇する時期を通常のスロットル制御と比較して遅らせるようにしてもよい。図６(b)はアクセル開度に対するＥＧＲ弁の制御方法を示している。本実施例では通常、ＥＧＲ領域内でのＥＧＲ弁開度の目標値は概ね一定となるようＥＣＵ内に記憶されている。一方で、ＥＧＲが導入されており、かつ加速度が大きいと判定された場合には、加速用制御が適用される。加速用制御においては、通常のＥＧＲ弁開度と比較して、同一のアクセル開度に対するＥＧＲ弁開度が大きくなるようにスロットルを制御する。
【００２５】
図７は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。図７に示す制御内容は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
【００２６】
ステップＳ７０１において、ＥＣＵ２０は、アクセル開度信号１２を読み込む。次に、ステップＳ７０２において、エアフローセンサ１の信号を読み込む。ステップＳ７０３において、ＥＣＵ２０は、差圧センサ４３の信号を読み込む。次に、ステップＳ７０４において、ＥＧＲ温度センサ４４の信号を読み込む。次に、ステップＳ７０５において、読み込んだエアフローセンサ１の信号と差圧センサ４３の信号とＥＧＲ温度センサ４４の信号から、以下の式を用いて、吸気中のＥＧＲ率γEGRを演算する。
【００２７】
ＥＧＲ率γEGRは以下の式（１）および（２）で求められる。
2016050485.tif 000003
mair  ：空気質量流量[g/s]
mEGR ：ＥＧＲ質量流量[g/s]
REGR  ：ＥＧＲのガス定数 [Pa・m3/g・K]
TEGR  ：ＥＧＲ温度[K]
ΔPEGR：ＥＧＲ弁前後差圧[Pa]
C   ：ＥＧＲ弁の圧力損失係数
ρ  ：ＥＧＲ密度 [g/m3]
【００２８】
次に、ステップＳ７０６において、演算したＥＧＲ率γEGRと予め定められたＥＧＲ率しきい値γEGR_SLとの大小関係を比較して、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であるか否かを判定する。
2016050485.tif 000004
であれば、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であると判定してステップＳ７０９に進む。
2016050485.tif 000005
であれば、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得ない条件であると判定してＳ７０７へ進み通常スロットル制御を実施し、その後Ｓ７０８へ進み通常ＥＧＲ弁制御を実施した後、一連の制御を終了する。
【００２９】
ステップＳ７０９では、ドライバによる加速要求の度合い(ここではアクセル開度Apの時間変化量Ap/dtを用いる)を演算し、予め定められたしきい値(Ap/dt)SLとの大小関係を比較して、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であるか否かを判定する。
2016050485.tif 000006
である場合には、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であると判定してステップＳ７１０に進む。
2016050485.tif 000007
であれば、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得ない条件であると判定してＳ７０７へ進み通常スロットル制御を実施し、その後Ｓ７０８へ進み通常ＥＧＲ弁制御を実施した後、一連の制御を終了する。
【００３０】
ステップＳ７１０では、吸気管圧力センサ信号１４を読み込む。次にステップＳ７１１に進み、読み込んだ吸気圧力Ｐmと大気圧Ｐatmとの大小関係を比較して、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であるか否かを判定する。
2016050485.tif 000008
である場合には、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であると判定してステップＳ７１２に進む。
2016050485.tif 000009
である場合には、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得ない条件であると判定してＳ７０７へ進み通常スロットル制御を実施し、その後Ｓ７０８へ進み通常ＥＧＲ弁制御を実施した後、一連の制御を終了する。
【００３１】
ステップＳ７１２まで進んだ場合は、現在の加速条件が、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生する条件であると判定されているため、ここで加速用スロットル制御を実施した後、ステップＳ７１３にて加速用ＥＧＲ制御を実施し、一連の制御を終了する。
【００３２】
図８は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートを示している。図中上から、アクセル開度、スロットル開度、スロットル下流部の吸気管圧力、新気（空気）流量、ＥＧＲ弁開度、ＥＧＲ流量、シリンダ部のＥＧＲ率、の時間変化を示している。また、参考として加速用制御を実施しない場合の結果も点線にて併記している。この例では、始めに所定値以上のＥＧＲ率で運転している状態を想定している。時刻ｔ1においてドライバがアクセルを踏み込み加速が開始する。この例では、ドライバの加速要求の度合いが高いため、加速用制御が実施される。アクセル開度の増加に伴い、スロットル開度およびＥＧＲ弁開度が上昇する。ここで、加速用制御なしの場合と比較してスロットル開度の上昇は緩やかとなるため、スロットルに流れる吸気量の急峻な増加が抑制され、新気（空気）流量の急峻な増加が抑制される。また、ＥＧＲ弁開度の増加によって、加速用制御なしの場合と比較して、ＥＧＲ流量が増加する。アクセル開度がさらに増加すると、図６（b）の関係に従いＥＧＲ弁開度は低下し元の開度に戻る。時刻ｔ1から時刻ｔ2の期間では、一時的にＥＧＲ弁開度が増大し、極大値は時刻ｔ1から時刻ｔ2の期間に収まる。時刻ｔ2になると、吸気管の圧力Pmが大気圧Patmに達する。それに伴い加速用制御から通常制御に移行し、スロットル開度が加速用制御なしの水準まで増加する。時刻ｔ3になると、加速が終了し、定常運転状態となる。上述のスロットル弁およびＥＧＲ弁の制御により、時刻ｔ1からｔ3までの加速状態の中においても、新気流量とＥＧＲ流量を適切に制御し、ＥＧＲ率を一定に保持することができる。
【００３３】
本実施例に記載した加速制御方法によって、低圧ＥＧＲ流路および過給機を備えたエンジンにおいて、現在のＥＧＲ率、吸気管圧力、ドライバ加速要求度合いに基づいて、スロットル弁およびＥＧＲ弁の制御方法を選択することによって、加速時のＥＧＲ率を適正に保ち、排気や運転性の悪化を抑制することが可能となる。
【００３４】
本実施例では、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であるか否かをＥＧＲ率やアクセル開度の時間変化量とそれぞれに対する所定の閾値との比較で判定し、その判定結果に基づきスロットル弁の加速用制御の有無を決定する制御を説明したが、これに限られない。例えば、ＥＧＲ率が大きい程、運転者の加速要求が大きいほど、スロットル開度の上昇度合いを抑制する度合いを大きくするように連続的に可変させてもよい。また、複数の閾値との比較で段階的にスロットル開度の上昇度合いを選択してもよい。
【００３５】
また、ドライバからの加速要求の開始から所定の期間、スロットル弁の加速用制御を実施しない場合と比較して点火時期を遅角するように制御してもよい。
【００３６】
また、スロットル弁の加速用制御に代えて、シリンダ１５毎に設けられた吸気弁、ウェイストゲート弁１１を制御して、加速時のＥＧＲ率を適正に保ってもよい。但し、ウェイストゲート弁１１による加速用制御の場合は、過給を行う運転領域でのみ実施可能である。
【００３７】
また、車両駆動用の動力源として車両駆動用モータをさらに備える、いわゆるハイブリッド自動車の場合には、スロットル弁の加速用制御を実施する場合に、ドライバからの加速要求の開始から所定の期間、車両駆動用モータの出力を増加させてもよい。これにより、スロットル弁の加速用制御中の加速性能の悪化を低減することができる。
【００３８】
以下、図９〜図１３を用いて、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の構成及び動作について説明する。
【００３９】
図９は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置を低圧ＥＧＲ流路およびインタークーラバイパスを備えた自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。
【００４０】
エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気を過給するための過給機のコンプレッサ４ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ７と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル２と、吸気マニホールド６内の圧力を計測する吸気圧力センサ１４が吸気管の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン１００には、各気筒のシリンダ１５の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタ）１３と、点火エネルギーを供給する点火プラグ１７が気筒ごとに備えられている。また、筒内に流入、または筒内から排出するガスを調整する可変バルブ５が、シリンダヘッドに備えられている。可変バルブ５を調整することにより、１番から４番まで全気筒の吸気量および内部ＥＧＲ量を調整する。また、図示していないが燃料噴射装置１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によって燃料噴射装置１３と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。
【００４１】
さらに、排気エネルギーによって過給機のコンプレッサ４ａに回転力を与えるためのタービン４ｂと、タービンに流れる排気流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁１１と、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、が排気管１６の各々の適宜位置に備えられる。また、図示していないがクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサが備えられている。
【００４２】
さらに、排気管の触媒１０の下流から、吸気管のコンプレッサ４ａの上流に排気を還流させるためのＥＧＲ管４０を備えている。また、ＥＧＲを冷却するためのＥＧＲクーラ４２、ＥＧＲ流量を制御するためのＥＧＲ弁４１、ＥＧＲ弁前後の差圧を検出する差圧センサ４３、ＥＧＲ温度を検出するＥＧＲ温度センサ４４が、ＥＧＲ管４０の各々の適宜位置に、取りつけられている。
【００４３】
さらに、コンプレッサ４ａの下流部から、スロットル２の上流部をつなぐインタークーラバイパス流路４７を備え、インタークーラバイパス流路４７中を流れるガス量を調整するためインタークーラバイパス弁Ａ４５およびインタークーラバイパス弁Ｂ４６が、図示した位置に供えられている。
【００４４】
エアフローセンサ１と空燃比センサ９と吸気圧センサ１４と差圧センサ４３とＥＧＲ温度センサ４４から得られる信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１２から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
【００４５】
ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火プラグ１７に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ５へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたウェイストゲート弁開度は、ウェイストゲート弁駆動信号として、ウェイストゲート弁１１へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたＥＧＲ弁開度は、ＥＧＲ弁駆動信号として、ＥＧＲ弁４１へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたインタークーラバイパス弁開度は、インタークーラバイパス弁駆動信号として、インタークーラバイパス弁Ａ４５およびインタークーラバイパス弁Ａ４６へ送られる。
【００４６】
吸気管から吸気バルブを経てシリンダ１５内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ１７から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管１６を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。
【００４７】
本発明の第２の実施形態によるエンジンの動作制御装置のＥＧＲ制御領域は、図２と同様である。
【００４８】
図１０は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。エアフローセンサ１、空燃比センサ９、アクセル開度センサ１２、吸気圧力センサ１４、差圧センサ４３、ＥＧＲ温度センサ４４の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。
【００４９】
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、ウェイストゲート弁駆動回路２０ｈ、インタークーラバイパス弁駆動回路２０ｊがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２、インジェクタ１３、ウェイストゲート弁１１、インタークーラバイパス弁Ａ４５およびインタークーラバイパス弁Ｂ４６を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。
【００５０】
ＥＣＵ２０は、入力信号に基づいてＥＧＲ率を推定し、大量ＥＧＲ状態において加速要求が生じた際に、スロットル弁２およびインタークーラバイパス弁Ａ４５、インタークーラバイパス弁Ｂ４６を制御する。
【００５１】
図１１は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ２０内で実施される加速制御ロジックの概要を示す図である。ＥＧＲ率推定部、加速判定部、加速制御部から構成される。エアフローセンサ１の信号、差圧センサ信号４３、ＥＧＲ温度センサ信号４４はＥＧＲ率推定部に入力され、ＥＧＲ率の演算が実行される。アクセル開度信号１２は加速判定部に入力され、現在加速状態か否かの判定がなされる。ＥＧＲ率推定部により演算されたＥＧＲ率と、加速判定部から出力された加速判定フラグと、吸気圧力信号１４は、加速制御部に入力され、加速用制御が必要である場合に、加速用のスロットルおよびインタークーラバイパス弁制御が実施される。
【００５２】
本発明の第２の実施形態による加速制御部のアクセル開度に対するスロットル制御方法は図６(a)と同様である。
【００５３】
図１２は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置における加速制御内容を示すフローチャートである。図１２に示す制御内容は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
【００５４】
ステップＳ１２０１において、ＥＣＵ２０は、アクセル開度信号１２を読み込む。次に、ステップＳ１２０２において、エアフローセンサ１の信号を読み込む。ステップＳ１２０３において、ＥＣＵ２０は、差圧センサ信号４３を読み込む。次に、ステップＳ１２０４において、ＥＧＲ温度センサ信号４４を読み込む。次に、ステップＳ１２０５において、読み込んだエアフローセンサ１の信号と差圧センサ４３の信号とＥＧＲ温度センサ４４の信号から、以下の式を用いて、吸気中のＥＧＲ率γEGRを演算する。ＥＧＲ率γEGRは前述の式（１）および（２）で求められる。
【００５５】
次に、ステップＳ１２０６において、演算したＥＧＲ率γEGRと予め定められたＥＧＲ率しきい値γEGR_SLとの大小関係を比較して、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であるか否かを判定する。
2016050485.tif 000010
であれば、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であると判定してステップＳ１２０８に進む。
2016050485.tif 000011
であれば、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得ない条件であると判定してＳ１２０７へ進み通常スロットル制御を実施し、一連の制御を終了する。
【００５６】
ステップＳ１２０８では、ドライバによる加速要求の度合い(ここではアクセル開度Apの時間変化量Ap/dtを用いる)を演算し、予め定められたしきい値(Ap/dt)SLとの大小関係を比較して、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であるか否かを判定する。
2016050485.tif 000012
である場合には、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であると判定してステップＳ１２０９に進む。
2016050485.tif 000013
であれば、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得ない条件であると判定してＳ１２０７へ進み通常スロットル制御を実施し、一連の制御を終了する。
【００５７】
ステップＳ１２０９では、吸気管圧力センサ１４の信号を読み込む。次にステップＳ１２１０に進み、読み込んだ吸気圧力Ｐmと大気圧Ｐatmとの大小関係を比較して、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であるか否かを判定する。
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である場合には、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得る条件であると判定してステップＳ１２１１に進む。
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である場合には、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生し得ない条件であると判定してＳ１２０７へ進み通常スロットル制御を実施し、一連の制御を終了する。
【００５８】
ステップＳ１２１１まで進んだ場合は、現在の加速条件が、過渡的なＥＧＲ減少（スパイク）が発生する条件であると判定されているため、ここで加速用スロットル制御を実施した後、ステップＳ１２１２にてインタークーラバイパス弁制御を実施する。具体的には、インタークーラバイパス弁Ａ４５を開け、インタークーラバイパス弁Ｂ４６を閉じることにより、ＥＧＲ混合部からシリンダまでの距離を短くして、混合部においてＥＧＲ率が減少した混合気を可能な限り早くシリンダまで到達させる。その後、一連の制御を終了する。
【００５９】
図１３は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置による、加速制御のタイムチャートを示している。図中上から、アクセル開度、スロットル開度、スロットル下流部の吸気管圧力、新気（空気）流量、ＥＧＲ弁開度、ＥＧＲ流量、インタークーラバイパス弁Ａ開度、インタークーラバイパス弁Ｂ開度、シリンダ部のＥＧＲ率、の時間変化を示している。また、参考として加速用制御を実施しない場合の結果も点線にて併記している。この例では、始めに所定値以上のＥＧＲ率で運転している状態を想定している。時刻ｔ1においてドライバがアクセルを踏み込み加速が開始する。この例では、ドライバの加速要求の度合いが高いため、加速用制御が実施される。アクセル開度の増加に伴い、スロットル開度が上昇する。ここで、加速用制御なしの場合と比較してスロットル開度の上昇は緩やかとなるため、スロットルに流れる吸気量の急峻な増加が抑制され、新気（空気）流量の急峻な増加が抑制される。同時に、インタークーラバイパス弁Ａが開かれ、インタークーラバイパス弁Ｂが閉じられることで、新気とＥＧＲとの混合部からシリンダまでの流路が短くなる。時刻ｔ2になると、吸気管の圧力Pmが大気圧Patmに達する。それに伴い加速用制御から通常制御に移行し、スロットル開度が加速用制御なしの水準まで増加する。また、ここでインタークーラバイパス弁Ａが閉じられ、インタークーラバイパス弁Ｂが開かれる。時刻ｔ3になると、加速が終了し、定常運転状態となる。上述のスロットル弁制御により、時刻ｔ1からｔ3までの加速状態の中においても、新気流量の急激な増加を抑制し、ＥＧＲ率の減少を抑制をすることができる。また、加速直後にインタークーラバイパス弁Ａを開き、ＥＧＲ率が減少した混合気を早期にシリンダに導入するようにしている。これにより、燃焼室内温度が比較的低い加速初期の段階で、ＥＧＲ率が減少した混合気がシリンダ内に導入されるため、ＥＧＲ不足に起因したノッキングを抑制することが可能となる。
【００６０】
本実施例に記載した加速制御方法によって、低圧ＥＧＲ流路、インタークーラバイパス流路および過給機を備えたエンジンにおいて、現在のＥＧＲ率、吸気管圧、ドライバ加速要求度合いに基づいて、スロットル弁およびインタークーラバイパス弁の制御方法を選択することによって、加速時のＥＧＲ率の減少を抑えると同時に早期に新気とＥＧＲとの混合気をシリンダに導入し、排気悪化やノッキングによる運転性悪化を抑制することが可能となる。
【００６１】
以上説明した通り本発明のエンジン制御装置は、過給機と、前記過給機のタービン下流の排気管と前記過給機のコンプレッサ上流の吸気管とを連結する低圧ＥＧＲ流路と、シリンダへの流入ガス量を制御するためのスロットル弁と、前記ＥＧＲ流路中にＥＧＲ流量を制御するためのＥＧＲバルブを備えた内燃機関の制御装置であって、所定値以上のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時に、所定値以下のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時と比較して、アクセル開度に対する前記スロットル弁の開度の制御量を小さくする「加速用スロットル制御」を実施すること、特徴としている。
【００６２】
かかる構成により、加速時のスロットル弁の上流から下流に流れる吸気の速度を抑制し、新気の増加量を低下させて、ＥＧＲ率を適正に保つことが可能となる。
【００６３】
また、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、ドライバからの加速要求の度合いを判定する加速要求度判定手段をさらに備え、所定値以上のＥＧＲ率で運転している状態において加速要求が入った時に、前記判定手段により加速要求度が所定値以上であると判断された場合に、前記加速用スロットル制御を実施すること、特徴としている。
【００６４】
かかる構成により、急峻な加速時にのみ前記加速用スロットル制御を実施するため、それ以外の運転条件における加速性能の悪化を防止することが可能となる。
【００６５】
更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、前記過給機のコンプレッサより下流の吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力検出手段をさらに備え、前記加速要求時に、前記吸気管圧力が大気圧力よりも低い期間に、前記加速用スロットル制御を実施することを特徴としている。
【００６６】
かかる構成により、ＥＧＲ率の一時的な減少が発生し得る期間（≒前記吸気管圧力が大気圧力よりも低い期間）にのみ前記加速用スロットル制御を実施するため、加速性能の悪化を最小限に抑えることが可能となる。
【００６７】
更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、前記加速用スロットル制御を実施する場合に、スロットルが動作を開始する時刻と、スロットルが動作を終了する時刻の間に、一時的にＥＧＲ弁の開度を増加させること、を特徴とする請求項１から４に記載の内燃機関の制御装置。
【００６８】
かかる構成により、加速時の新気の増加量を低下させるとともに、ＥＧＲを増加させることにより、より確実にＥＧＲ率の一時的な減少を回避することが可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
１…エアフローセンサ
２…スロットル弁
４…過給機
４ａ…コンプレッサ
４ｂ…タービン
５…可変バルブ
６…吸気マニホールド
７…インタークーラ
９…空燃比センサ
１０…三元触媒
１１…ウェイストゲート弁
１２…アクセル開度センサ
１３…筒内直接噴射用インジェクタ
１４…吸気圧力センサ
１５…シリンダ
１６…排気管
１７…点火プラグ
２０…ＥＣＵ
２０ａ…入力回路
２０ｂ…入出力ポート
２０ｃ…ＲＡＭ
２０ｄ…ＲＯＭ
２０ｅ…ＣＰＵ
２０ｆ…スロットル弁駆動回路
２０ｇ…インジェクタ駆動回路
２０ｈ…ウェイストゲート弁駆動回路
２０ｍ…ＥＧＲ弁駆動回路
２０ｊ…インタークーラバイパス弁駆動回路
４０…ＥＧＲ管
４１…ＥＧＲ弁
４２…ＥＧＲクーラ
４３…差圧センサ
４４…ＥＧＲ温度センサ
４５…インタークーラパイパス弁Ａ
４６…インタークーラパイパス弁Ｂ
４７…インタークーラパイパス流路
１００…エンジン
【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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【図６】
2016050485.tif 000021
【図７】
2016050485.tif 000022
【図８】
2016050485.tif 000023
【図９】
2016050485.tif 000024
【図１０】
2016050485.tif 000025
【図１１】
2016050485.tif 000026
【図１２】
2016050485.tif 000027
【図１３】
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