説明

内燃機関の制御装置

【課題】内燃機関が加速する過渡期におけるEGR量の不足を改善する。
【解決手段】排気ターボ過給機及び外部EGR装置を備える内燃機関にあって、平時にウェイストゲート弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期にEGR弁を開弁するとともに、ウェイストゲート弁の開度を絞る操作を行うことで背圧を高め、EGRガスの還流を促進するようにした。これにより、加速時のポンピングロスを軽減することができ、燃費の向上に寄与する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排気ターボ過給機及び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】
気筒内の燃焼温度を低下させて有害物質であるNOxの排出量を削減するとともにポンピングロスの低減を図る排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)装置が知られている(例えば、下記特許文献を参照)。EGR装置は、排気通路を流通する燃焼ガスの一部をEGR通路を通じて吸気通路に還流させ、吸気に混入するものである。
【0003】
運転者がアクセルペダルを強く踏み込む加速要求を行ったときには、吸気量とともに吸気に混入するEGRガス量を速やかに増加させる必要がある。しかしながら、EGR弁の開度は現在のエンジン回転数及び負荷に応じて決定されることから、加速運転時に目標EGR量に対して実際のEGRガス還流量が不足することとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−211767号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、内燃機関が加速する過渡期におけるEGR量の不足を改善す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】
【0006】
本発明では、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁と、前記排気通路と前記吸気通路とを接続するEGR通路にEGR弁が設けられてなる排気ガス再循環装置とを備えた内燃機関を制御するものであって、平時に前記バイパス弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に前記EGR弁を開弁するとともにバイパス弁の開度を絞る操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。
【0007】
つまり、加速過渡期において排気通路内圧力即ち背圧を高めることで、吸気通路に向けたEGRガスの還流を促進するようにしたのである。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、内燃機関が加速する過渡期におけるEGR量の不足を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施形態における内燃機関及び排気ガス再循環装置の構成を示す図。
【図2】同実施形態における制御装置が実行する処理の手順例を示すフローチャート。
【図3】同実施形態におけるスロットル開度、EGR開度及びウェイストゲート開度の関係を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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0の概要を示す。本実施形態の内燃機関0は、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通路2とを備えている。
【0011】
本実施形態における内燃機関0は、二気筒の4サイクルエンジンであり、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。
【0012】
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、電子スロットル弁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。
【0013】
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弁たるウェイストゲート弁44を設けてある。ウェイストゲート弁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弁であり、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。
【0014】
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。
【0015】
外部EGR通路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2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2の出口は、吸気通路3におけるスロットル弁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2上にも、EGRクーラ21及びEGR弁22を設けてある。
【0016】
内燃機関0の運転制御を司るECU(電子制御装置)6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。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、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号b、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度要求信号c、吸気通路3(特に、サージタンク34)内の吸気圧(過給圧)及び吸気温を検出する圧力・温度センサから出力される吸気圧及び吸気温信号d、排気通路4内の排気圧を検出する背圧センサから出力される背圧信号e、吸気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号f、排気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号g等が入力される。尤も、背圧センサは必須ではない。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弁22に対して開度操作信号j、スロットル弁33に対して開度操作信号k、ウェイストゲート弁44に対して開度操作信号l等を出力する。アクセルペダルの踏込量は、運転者が指令する要求負荷(エンジン出力)と捉えることができる。
【0017】
ECU6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、実行して、内燃機関0の運転を制御する。ECU6は、内燃機関0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、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求EGR量等を演算する。そして、演算結果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。
【0018】
本実施形態におけるウェイストゲート弁44は、内燃機関0の高負荷運転時の過過給を防止する役割を担うだけではなく、内燃機関0の加速時に背圧を上昇させてEGR通路2経由でのEGRガスの還流量の増大を促す役割をも担う。加速する過渡期以外の平時において、ウェイストゲート弁44は敢えて閉止せず、ある程度以上開いておくか、または全開しておく。
【0019】
アクセルペダルの踏込量の増大を検知したとき、制御装置たるECU6は、その踏込量に応じて吸気量を増加させるべくスロットル弁33の開度を拡大するとともに、吸気に混入するEGRガス量を増加させるべく高圧ループEGR装置のEGR弁21の開度を拡大する操作を行う。EGR弁21の開度(EGRステップ数)は、現在のエンジン回転数及び負荷に応じて決定する。ECU6のメモリには予め、エンジン回転数及び負荷とEGR弁21の開度との関係を規定するマップデータが格納されている。ECU6は、現在のエンジン回転数及び負荷をキーとしてマップを検索し、あるべきEGR弁21の開度を知得して、その開度にEGR弁21を操作する。
【0020】
だが、EGR弁21の開弁操作から、EGR通路2を経由したEGRガスの還流量の増大までの間にはタイムラグが存在する。それ故、加速運転中、目標EGR量に対して実際のEGR量が不足し、燃費を悪化させる要因となっていた。そこで、平時に開いていたウェイストゲート弁44の開度を加速する過渡期に絞ることで背圧を上げ、排気通路4から吸気通路3に向けたEGRガスの還流を促進する。
【0021】
図2に、加速過渡期にECU6が実行する処理の手順を示す。また、図3に、加速過渡期における、スロットル弁33の開度(または、アクセルペダルの踏込量)、EGR弁21の開度及びウェイストゲート弁44の開度の関係を示す。ECU6は、内燃機関0の加速が開始され(ステップS1)、かつEGRを行う運転領域にあるとき(ステップS2。高負荷運転領域では、多量の燃料を燃焼させる都合上EGRを行わない)に、EGR弁21を開く(ステップS3)とともに上述したウェイストゲート弁44の閉じ操作を行う(ステップS4)。図3に示しているように、スロットル弁33の開度が拡大する期間、EGR弁21の開度も徐々に拡大する。
【0022】
また、加速時には過給機5による吸気の過給も求められるので、排気ガスがタービン52を迂回することを抑止するためにも、ウェイストゲート弁44の閉弁が必要となる。ステップS4にて、目標EGR量を実現するためのウェイストゲート弁44の閉じ量よりも、加速要求に対応した過給圧を実現するためのウェイストゲート弁44の閉じ量の方が大きい場合には、後者を採用してウェイストゲート弁44の開度を閉じ操作する。ステップS4にて、ウェイストゲート弁44を全閉することもあり得る。
【0023】
ウェイストゲート弁44の閉弁操作後、スロットル弁33の開度が所定時間以上に亘って略一定となり(ステップS5)、さらにその後EGR弁21の開度が所定時間以上に亘って略一定となった(ステップS6)ならば、定常状態に移行したものと判断し、図3に示しているように、ステップS4で閉じたウェイストゲート弁44を再度開く操作を行う(ステップS7)。ステップS7にて、ウェイストゲート弁44を全開してもよい。
【0024】
本実施形態では、排気通路4に設けられたタービン52と、吸気通路3に設けられ前記タービン52により駆動されるコンプレッサ51と、前記排気通路4における前記タービン52の上流側と下流側とを接続するバイパス通路43と、前記バイパス通路43に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁44と、前記排気通路4における前記タービン51の上流側と前記吸気通路3における前記コンプレッサ51の下流側とを接続するEGR通路2にEGR弁22が設けられてなる高圧ループ式のEGR装置とを備えた内燃機関0を制御するものであって、平時に前記バイパス弁44を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に前記EGR弁21を開弁するとともにバイパス弁44の開度を絞る操作を行う制御装置6を構成した。
【0025】
本実施形態によれば、加速過渡期において背圧を高め、排気通路4から吸気通路3に向けたEGRガスの還流を促進することで、EGRの遅れを緩和ないし解消してEGR量の不足を改善することができる。その上、加速運転領域(過給領域)におけるポンピングロスを低減でき、燃費の向上にも寄与し得る。
【0026】
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。例えば、加速過渡期(ステップS4)において、吸気圧(過給圧)と背圧との圧力差に応じてウェイストゲート弁44の開度を決定してもよい。即ち、圧力差が小さいほど、ウェイストゲート弁44の開度をより小さく絞るのである。
【0027】
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】
【0028】
本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【0029】
0…内燃機関
2…EGR通路
21…EGR弁
3…吸気通路
4…排気通路
43…バイパス通路
44…バイパス弁(ウェイストゲート弁)
5…排気ターボ過給機
51…コンプレッサ
52…タービン
6…制御装置(ECU)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
排気通路に設けられたタービンと、
吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、
前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁と、
前記排気通路と前記吸気通路とを接続するEGR通路にEGR弁が設けられてなる排気ガス再循環装置とを備えた内燃機関を制御する制御装置であって、
平時に前記バイパス弁を全閉せずに開いておき、加速する過渡期に前記EGR弁を開弁するとともにバイパス弁の開度を絞る操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−225315(P2012−225315A)
【公開日】平成24年11月15日(2012.11.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−95599(P2011−95599)
【出願日】平成23年4月22日(2011.4.22)
【出願人】(000002967)ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Fターム(参考)】