(57)【要約】【課題】スロットル弁故障時にも吸入空気量制御を継続して行う。【解決手段】スロットル弁７下流の吸気枝管２と排気管１１とをＥＧＲ通路１６により互いに接続し、ＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁１７をＥＧＲ通路１６内に配置する。粒子状物質を酸化除去するためにＥＧＲ通路１６内にオゾンを供給するオゾン供給装置２０を設ける。オゾン供給装置２０はＥＧＲ制御弁１７下流のＥＧＲ通路１６をスロットル弁７上流の吸気ダクト４に接続する空気通路２１と、空気通路２１内を流通する空気量を制御する空気制御弁２３と、空気通路２１内の空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器２２とを具備し、したがって空気制御弁２３が開弁されると空気通路２１及びＥＧＲ通路１６を介して空気が吸気枝管２内に流入するようになっている。スロットル弁７の故障時には空気制御弁２３の開度を制御することにより吸入空気量を制御する。【選択図】図１
2009209773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁下流の吸気通路と排気通路とを互いに接続する排気再循環通路と、該排気再循環通路内に配置されて該排気再循環通路内を流通する排気再循環ガス量を制御する排気再循環制御弁と、粒子状物質を酸化除去するために排気再循環通路内にオゾンを供給するオゾン供給手段と、を具備した内燃機関において、前記オゾン供給手段が、前記排気再循環制御弁下流の前記排気再循環通路を空気源に接続する空気通路と、該空気通路内に配置されて該空気通路内を流通する空気量を制御する空気制御弁と、該空気通路内に配置されて該空気通路内の空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器とを具備し、該空気制御弁が開弁されると該空気通路及び前記排気再循環通路を介して空気が吸気通路内に流入するようになっており、スロットル弁の故障時には空気制御弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御するようにした制御装置。
【請求項２】
スロットル弁の故障時にはアクセルペダルの踏み込み量又は目標スロットル開度に基づいて前記空気制御弁の開度を制御するようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
スロットル弁の故障時にはスロットル開度をあらかじめ定められた設定開度に保持しつつ前記空気制御弁の開度を制御するようにした請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記設定開度を、前記空気制御弁を閉弁にした状態で機関回転数をほぼアイドリング回転数に維持するスロットル開度に設定した請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
スロットル弁の故障時に吸入空気量が少なくとも車両退避走行に必要な量になるように前記空気通路及び前記排気再循環通路を構成した請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
スロットル弁の故障時に排気再循環ガスの供給を停止するようにした請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
スロットル弁の故障時に前記オゾン生成器によるオゾン生成を停止するようにした請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記空気源をスロットル弁上流の吸気通路から構成した請求項１から７までのいずれか一項に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】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スロットル弁下流の吸気通路と排気通路とを排気再循環通路により互いに接続し、吸気通路内に排気再循環ガスを供給するようにした内燃機関が知られている。
【０００３】
ところが、この排気再循環ガス中には例えば固体炭素からなる粒子状物質が含まれており、この粒子状物質が排気再循環通路及び吸気通路の内壁面や吸気弁に付着し堆積し、その結果排気再循環ガス又は新気の量が正規の量から逸脱するおそれがある。
【０００４】
そこで、排気再循環通路内にオゾンを供給するオゾン供給装置を具備し、このオゾン供給装置から供給されるオゾンでもって粒子状物質を酸化除去するようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関のオゾン供給装置は、排気再循環制御弁上流の排気再循環通路に接続された空気通路と、空気通路内に空気を供給する空気ポンプと、空気通路内の空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器とを具備しており、空気ポンプを作動させつつオゾン生成器を作動させることによりオゾンを含む空気が排気再循環通路内に供給される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スロットル弁が故障すると、すなわち例えばスロットル弁を駆動するステップモータやリンク機構といった駆動装置に不具合が生じてスロットル弁が制御不能になると、吸入空気量の制御を行うことができなくなる。特に、スロットル弁が閉弁状態に保持されるという故障が生じた場合には、機関に空気が供給されず、機関運転を継続できなくなる。
【０００７】
しかしながら、上述の内燃機関では、オゾン供給装置を作動させるすなわち空気制御弁を開弁することにより、空気ないしオゾンを含む空気を空気通路及び排気再循環通路を介して吸気通路に供給することができ、更に、空気制御弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御することができる。すなわち、スロットル弁が故障してもオゾン供給装置により吸入空気量制御を継続することができるのである。上述の特許文献１はこのことについてなんら言及していない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために本発明によれば、スロットル弁下流の吸気通路と排気通路とを互いに接続する排気再循環通路と、該排気再循環通路内に配置されて該排気再循環通路内を流通する排気再循環ガス量を制御する排気再循環制御弁と、粒子状物質を酸化除去するために排気再循環通路内にオゾンを供給するオゾン供給手段と、を具備した内燃機関において、前記オゾン供給手段が、前記排気再循環制御弁下流の前記排気再循環通路を空気源に接続する空気通路と、該空気通路内に配置されて該空気通路内を流通する空気量を制御する空気制御弁と、該空気通路内に配置されて該空気通路内の空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器とを具備し、該空気制御弁が開弁されると該空気通路及び前記排気再循環通路を介して空気が吸気通路内に流入するようになっており、スロットル弁の故障時には空気制御弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御するようにした制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
スロットル弁故障時にも吸入空気量制御を継続して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、火花着火式内燃機関に本発明を適用することもできる。
【００１１】
図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒１ａを具備する。各気筒１ａは対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に連結される。吸気ダクト４内には、吸入空気量に比例した出力電圧を発生するエアフローメータ６と、ステップモータのような駆動装置（図示しない）により駆動されるスロットル弁７とが配置される。
【００１２】
本発明による実施例では、スロットル弁７に開度保持装置７ａが設けられている。この開度保持装置７ａはスロットル弁７の故障時にスロットル開度θｔをあらかじめ定められた設定開度θｔｉｄに保持するためのものであり、スロットル弁７の故障時にスロットル弁７を閉弁方向に付勢するバネと、バネにより付勢されたスロットル弁７に当接してスロットル弁７を設定開度θｔｉｄに保持するピンとから構成することができる。また、スロットル弁７にはスロットル開度θｔを検出するためのスロットル開度センサ７ｂが取り付けられる。
【００１３】
各気筒１ａはまた、排気マニホルド８及び排気管９を介して酸化機能を有する補助触媒１０に連結され、補助触媒１０は排気管１１を介して主触媒１２に連結され、主触媒１２は排気管１３に連結される。補助触媒１０は小容量であって機関本体１に隣接配置され、主触媒１２は大容量であって車両床下に配置される。
【００１４】
機関本体１の例えばクランクケース内にはブローバイガス換気通路１４が接続されており、このブローバイガス換気通路１４の流出端１４ｅは４つに分岐されてそれぞれ対応する吸気枝管２に接続される。ブローバイガス換気通路１４内には、ブローバイガスが機関本体１から吸気枝管２に向けてのみ流通可能な逆止弁１５が配置される。
【００１５】
また、排気再循環（以下、ＥＧＲとも言う。）通路１６が設けられ、このＥＧＲ通路１６の流入端１６ｉは排気管１１に接続され、流出端１６ｅは４つに分岐されてそれぞれ対応する吸気枝管２に接続される。この場合、ＥＧＲ通路１６の流出端１６ｅはブローバイガス換気通路１４の流出端１４ｅ上流の吸気枝管２に接続される。ＥＧＲ通路１６内には電磁駆動式のＥＧＲ制御弁１７が配置され、ＥＧＲ制御弁１７下流のＥＧＲ通路１６内には酸化機能を有するＥＧＲ触媒１８が配置される。更に、ＥＧＲ触媒１８下流のＥＧＲ通路１６内にはＥＧＲ触媒１８から流出するＥＧＲガスの温度を検出するための温度センサ１９が配置される。ＥＧＲ触媒１８から流出するＥＧＲガスの温度はＥＧＲ触媒１８の温度を表している。
【００１６】
本発明による実施例では更に、オゾンを供給するためのオゾン供給装置２０が設けられる。オゾン供給装置２０は空気源に接続された空気通路２１を具備し、空気通路２１内には放電式のオゾン生成器２２及び電磁駆動式の空気制御弁２３が配置される。空気通路２１の流入端２１ｉはエアフローメータ６とスロットル弁７間の吸気ダクト４に接続され、したがって図１に示される例では空気源がスロットル弁７上流の吸気ダクト４から構成される。一方、空気通路２１ないしオゾン供給装置２０の供給端２１ｅはＥＧＲ制御弁１７とＥＧＲ触媒１８間のＥＧＲ通路１６に接続される。オゾン生成器２２は空気通路２１内の空気中で放電することによりこの空気中の酸素からオゾンを生成する。また、空気制御弁２３は空気通路２１内を流通する空気の量を制御する。なお、オゾン生成器２２を流出端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６内に配置し、空気通路２１から空気をＥＧＲ通路１６内に供給しつつオゾン生成器２２でオゾンを発生するようにしてもよい。しかしながら、ＥＧＲ通路１６内は空気だけでなくＥＧＲガスも流通するのに対し空気通路２１内は空気のみが流通するので、ガス中の酸素濃度が高くなっている。したがって、オゾン生成器２２を空気通路２１内に配置することによってオゾンを容易に発生することができる。
【００１７】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。機関本体１には機関温度を表す機関冷却水温ＴＨＷに比例した出力電圧を発生する水温センサ２９が取り付けられる。エアフローメータ６、スロットル開度センサ７ｂ、温度センサ１９、及び水温センサ２９の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介してスロットル弁７の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１７、オゾン生成器２２及び空気制御弁２３に接続される。
【００１８】
本発明による実施例では、ＥＧＲガス供給作用が機関運転状態例えば機関負荷率及び機関回転数に基づいて制御される。すなわち、機関負荷率及び機関回転数に基づいてＥＧＲ制御弁１７の開度θｅが制御される。なお、機関負荷率ＫＬは全負荷に対する機関負荷の割合をいう。
【００１９】
ＥＧＲガス供給作用が実行されると、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１６を介し吸気枝管２内に流入し、次いで新気と共に気筒１ａ内に送り込まれる。この場合、ＥＧＲガス中に含まれている粒子状物質は未燃ＨＣ，ＣＯと共にＥＧＲ触媒１８において酸化除去される。
【００２０】
ところが、例えばＥＧＲ触媒１８の温度が低いときにはＥＧＲ触媒１８において粒子状物質を酸化除去することが困難となる。
【００２１】
そこで本発明による実施例では、ＥＧＲガス供給作用時にオゾン供給装置２０からＥＧＲ通路１６内にオゾンを供給し、このオゾンでもって粒子状物質を酸化除去するようにしている。すなわち、ＥＧＲ通路１６内に供給されたオゾンはＥＧＲガス流れによってＥＧＲ通路１６内に広く運ばれ、このとき粒子状物質をＥＧＲガス中又はＥＧＲ触媒１８内において酸化除去する。あるいは、オゾンはＥＧＲ通路１６の流出端１６ｅを介し吸気枝管２内に流入し、吸気枝管２内においても粒子状物質を酸化除去する。
【００２２】
しかしながら、ＥＧＲ触媒温度がオゾン存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度（１００から２００℃程度）よりも低いときには、ＥＧＲ触媒１８において粒子状物質を十分に酸化除去できないので、このときオゾン供給作用を行ってもオゾンを粒子状物質の酸化除去のために有効利用することができない。また、ＥＧＲ触媒温度がオゾン不存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度（２５０から３００℃程度）よりも高いときには、オゾン供給作用を行わなくてもＥＧＲ触媒１８において粒子状物質を良好に酸化除去することができる。
【００２３】
そこで本発明による実施例では、オゾン存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度を下限閾値としオゾン不存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度を上限閾値とした設定温度範囲をあらかじめ設定しておき、ＥＧＲガス供給作用時であってかつＥＧＲ触媒温度がこの設定温度範囲内にあるときにオゾン供給作用を実行し、ＥＧＲガス供給作用の停止時又はＥＧＲ触媒温度が設定温度範囲外にあるときにオゾン供給作用を停止するようにしている。このようにすると、オゾンを粒子状物質の酸化除去のために有効利用しつつ粒子状物質を確実に酸化除去することができる。
【００２４】
なお、設定温度範囲ＴＲの上限閾値ＴＲＵをオゾンの熱分解温度（２５０から３００℃程度）に設定することもできる。このようにすると、ＥＧＲ触媒温度ＴＥＣがオゾンの熱分解温度よりも高いときにオゾン供給作用が停止され、したがってオゾンを粒子状物質の酸化除去のために有効利用することができる。
【００２５】
ここで、オゾン供給作用を行うべきときには、空気制御弁２３が開弁されつつオゾン生成器２２が作動される。その結果、ＥＧＲ通路１６内に作用する吸気負圧によって空気通路２１内を空気が流通し、このとき空気通路２１内を流通する空気中の酸素からオゾン生成器２２によってオゾンが生成され、斯くしてオゾン又はオゾンを含む空気が空気通路２１からＥＧＲ通路１６内に供給される。このようにすると、オゾンをＥＧＲ通路１６内に送り込むためにポンプ等を必要としない。一方、オゾン供給作用を停止すべきときには空気制御弁２３が閉弁される。
【００２６】
さて、冒頭で述べたように、スロットル弁７が故障すると、すなわち例えばステップモータが断線してスロットル弁７が制御不能になると、スロットル弁７による吸入空気量制御ができなくなる。しかしながら、オゾン供給装置２０の空気制御弁２３の開度を制御することにより、空気通路２１及びＥＧＲ通路１６を介して吸気ダクト４内に流入する空気の量を制御することができ、したがって吸入空気量を制御することができる。
【００２７】
そこで本発明による実施例では、スロットル弁７の故障時には空気制御弁２３の開度を制御することにより吸入空気量を制御するようにしている。
【００２８】
すなわち、図２にＸで示されるようにスロットル弁７の故障が検出されると、上述した開度保持装置７ａによってスロットル開度θｔが設定開度θｔｉｄに保持される。このとき、機関にできるだけ多くの新気を供給するためにＥＧＲ制御弁開度θｅがゼロにされ、すなわちＥＧＲガス供給作用が停止される。また、ＥＧＲガス供給作用が停止されるのでオゾン生成器２２が停止され、オゾン供給作用が停止される。その上で、空気制御弁開度θａが制御され、したがって吸入空気量が制御される。すなわち、スロットル弁７の故障時にはスロットル弁７を通過した空気と空気制御弁２３を通過した空気とから吸入空気が構成されることになる。この場合、例えばこれら空気量の合計が要求空気量になるように空気制御弁開度θａが制御される。
【００２９】
本発明による実施例では、スロットル弁７の故障時にはアクセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰに基づいて空気制御弁開度θａが制御される。すなわち、スロットル弁７の故障時の空気制御弁開度θａは図３に示されるようにアクセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰが大きくなるにつれて大きくなり、アクセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰが一定値以上になると全開ＦＬに保持される。この空気制御弁開度θａは図３に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、スロットル弁７の故障時に空気制御弁開度θａを目標スロットル開度に基づいて制御することもできる。この目標スロットル開度はスロットル弁７の非故障時に機関出力を要求出力にするためのスロットル開度であって例えば機関運転状態に基づきあらかじめ定められている。
【００３０】
設定開度θｔｉｄをどのような開度に設定してもよいが、本発明による実施例では、空気制御弁２３を閉弁にした状態で機関回転数をほぼアイドリング回転数に維持するスロットル開度に設定している。このようにすると、図２に示されるようにアイドリング運転時（ＤＥＰ＝０）に空気制御弁２３を閉弁状態に保持しつつ（θａ＝０）、機関回転数の上昇やエンジンストールを防止することができる。なお、アイドリング運転時に機関回転数をより正確にアイドリング回転数に維持するために空気制御弁開度θａを制御するようにしてもよい。
【００３１】
したがって、本願発明による実施例では、スロットル弁の故障時にはスロットル開度θｔを設定開度θｔｉｄに保持しつつ空気制御弁開度θａを制御しているということになる。
【００３２】
さらに、本発明による実施例では、スロットル弁７の故障時に吸入空気量が少なくとも車両退避走行に必要な量になるように、空気通路２１及びＥＧＲ通路１６の寸法、流路抵抗等が構成される。したがって、スロットル弁７の故障時に車両退避走行を行うことができる。
【００３３】
図４は本発明による実施例の故障時制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００３４】
図４を参照すると、まずステップ１００ではスロットル弁７が故障しているか否かが判別される。本発明による実施例では、スロットル開度センサ７ｂにより検出された実際のスロットル開度とスロットル開度の制御目標値との差が許容値を越えたときにスロットル弁７が故障していると判断され、それ以外はスロットル弁７が故障していないと判断される。スロットル弁７が故障していると判断されたときには次いでステップ１０１に進み、ＥＧＲ制御弁開度θｅがゼロにされる。すなわち、ＥＧＲガス供給作用が停止される。続くステップ１０２ではオゾン生成器２２が停止される。すなわち、オゾン供給作用が停止される。続くステップ１０３では図３のマップから空気制御弁開度θａが算出される。続くステップ１０４では空気制御弁開度がθａに一致するように空気制御弁２３が駆動される。一方、スロットル弁７が故障してないと判断されたときにはステップ１００からステップ１０５に進み、通常制御が行われる。すなわち、スロットル開度、ＥＧＲガス供給作用及びオゾン供給作用が例えば機関運転状態に基づいてそれぞれ制御される。
【００３５】
図５は本発明による別の実施例を示している。
【００３６】
本発明による別の実施例では、ＥＧＲ制御弁１７したがってオゾン供給装置２０のオゾン供給端２１ｅ上流のＥＧＲ通路１６内にＥＧＲクーラ２５が配置される。ＥＧＲクーラ２５内には例えば機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によってＥＧＲ通路１６内を流通するＥＧＲガスが冷却される。なお、図５に示される例では、ＥＧＲ触媒１８及び温度センサ１９が設けられていない。
【００３７】
ＥＧＲクーラ２５を設けると、ＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６内の温度は上述した設定温度範囲ＴＲの上限閾値ＴＲＵを越えることがない。また、例えば機関暖気運転中のように排気ガスないしＥＧＲガスの温度が極めて低い場合は別として、ＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６内の温度が設定温度範囲ＴＲの下限閾値ＴＲＬを下回ることもない。すなわち、ＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６内の温度は設定温度範囲ＴＲ内に維持されるのである。このことは、オゾンが供給されるＥＧＲ通路１６内の温度を監視する必要がないことを意味しており、したがって温度センサ１９を設ける必要がなくなる。
【００３８】
そこで本発明による別の実施例では、ＥＧＲガス供給作用時にオゾン供給作用を行い、ＥＧＲガス供給作用の停止時にオゾン供給作用を停止するようにしている。
【００３９】
ここで、図１に示される例のＥＧＲ触媒１８及び図５に示されるＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６はオゾン供給装置２０からのオゾン供給先と考えることができる。したがって、一般化して言うと、スロットル弁７が故障していない場合、ＥＧＲガス供給作用時であってかつオゾン供給装置２０のオゾン供給先の温度があらかじめ定められた設定温度範囲ＴＲ内にあるときにオゾン供給作用を行い、ＥＧＲガス供給作用停止時又はオゾン供給装置２０のオゾン供給先の温度が設定温度範囲ＴＲ外にあるときにオゾン供給作用を停止しているということになる。
【００４０】
なお、図１の例においてＥＧＲクーラ２５を設けてもよいし、図５の例においてＥＧＲ触媒１８を設けてもよい。
【００４１】
本発明による別の実施例でも、スロットル弁７の故障時には、スロットル開度θｔが設定開度θｔｉｄに保持され、ＥＧＲガス供給作用が停止され、オゾン供給作用が停止され、空気制御弁開度θａが制御される。
【００４２】
これまで述べてきた本発明による各実施例ではオゾン供給装置２０のオゾン供給端２１ｅをＥＧＲ制御弁１７下流のＥＧＲ通路１６に接続し、吸気負圧でもってオゾンがＥＧＲ通路１６内に供給されるようにしている。しかしながら、オゾン供給端２１ｅをＥＧＲ制御弁１７上流のＥＧＲ通路１６に接続してもよいし、ポンプ等によってオゾンをＥＧＲ通路１６内に供給するようにしてもよい。また、オゾンをあらかじめ貯蔵しておき、このオゾンをＥＧＲ通路１６内に供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】本発明による実施例を説明するためにタイムチャートである。
【図３】スロットル弁の故障時における空気制御弁開度θａを示すマップである。
【図４】本発明による実施例の故障時制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明による別の実施例を示す内燃機関の全体図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    機関本体
２    吸気枝管
７    スロットル弁
７ａ    開度保持装置
１１    排気管
１６    ＥＧＲ通路
１７    ＥＧＲ制御弁
２０    オゾン供給装置
２１    空気通路
２２    オゾン生成器
２３    空気制御弁
【図１】
2009209773.tif 000003
【図２】
2009209773.tif 000004
【図３】
2009209773.tif 000005
【図４】
2009209773.tif 000006
【図５】
2009209773.tif 000007