JP2010096001A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関及びこれに付帯する排気ガス再循環装置を制御するにあたり、燃料カットの終了直後におけるＥＧＲ率またはＥＧＲ量の推測の誤りを低減し、以て制御入力の適正化を図る。
【解決手段】燃料カット中にＥＧＲバルブの強制開弁を伴うダイアグノーシス処理を実施するものにおいて、燃料カットの終了直後にはＥＧＲ率またはＥＧＲ量の値を０と見なして制御入力（要求燃料噴射量、点火タイミング、ＥＧＲバルブ開度等）を算出するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関及びこれに付帯する排気ガス再循環装置を制御する制御装置に関する。

自動車等の内燃機関では、吸気系と排気系とを排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路を介して連通し、このＥＧＲ通路を介して排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲを行っている。ＥＧＲ通路には、これを開閉するＥＧＲバルブが設けられており、内燃機関の運転状況に応じてＥＧＲバルブの開度を操作し、排気ガスの還流率（または、還流量）や還流時期を制御する。

ＥＧＲバルブの故障は、適確なＥＧＲ制御の妨げとなる。よって、通常、ＥＧＲバルブの故障の有無をオンラインで診断し、故障を検出した暁にはその事実を運転者に告知するとともに記憶装置に記録を残すダイアグノーシス機構を実装している。

ＥＧＲバルブのダイアグノーシスでは、燃料カット中にＥＧＲバルブを開閉操作し、全閉時における吸気管内圧力、所定開度時における吸気管内圧力をそれぞれ計測して、両者の差圧に基づいたＥＧＲバルブの故障判定を行う（例えば、下記特許文献を参照）。
特開平０２−００９９３７号公報

燃料カット中は燃料を燃焼させないので、ＥＧＲバルブのダイアグノーシスの際にＥＧＲ通路を経由して吸気系に還流する気体は燃焼ガスを含まない新気である。また、燃料カットの終了直後にＥＧＲバルブが開いている場合にも、ＥＧＲ通路を経由して吸気系に還流する気体は燃焼ガスを含まない新気である。

一方、内燃機関の燃料噴射、点火やＥＧＲ等の制御を司る電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、ＥＧＲバルブの開度を参照して現在のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を推測している。であるから、燃料カットの終了直後にＥＧＲバルブが開いている場合、ＥＣＵでは燃焼ガスが吸気系に還流しているものとして要求燃料噴射量等の制御入力を演算する。つまり、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量の見積もりが実態から乖離してしまうので、最適な制御入力を算定できず、燃料噴射量が不足したオーバーリーンとなって、一時的に排気ガスの悪化やエンジン出力の低下（加速の緩慢化）等を招くことがあった。

本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたもので、燃料カットの終了直後におけるＥＧＲ率またはＥＧＲ量の推測の誤りを低減し、以て制御入力の適正化を図ることを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関またはこれに付帯する排気ガス再循環装置を制御する制御装置であり、燃料カット中にＥＧＲバルブの強制開弁を伴うダイアグノーシス処理を実施するものにおいて、燃料カットの終了直後にはＥＧＲ率またはＥＧＲ量の値を０と見なして内燃機関または排気ガス再循環装置の制御を行うこととした。即ち、燃料カットの終了直後にはＥＧＲ率またはＥＧＲ量の値を０と見なして制御入力の演算を行うようにした。本発明によれば、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量の見積もりが実態から乖離してしまう問題を回避でき、排気ガスの悪化やエンジン出力の低下等の不具合を抑制することが可能になる。

加えて、燃料カットの終了直後には、たとえＥＧＲ率またはＥＧＲ量の目標値が０でなくＥＧＲバルブを開けておくべきであるとしても、敢えて一旦ＥＧＲバルブを全閉に操作することが好ましい。強制的にＥＧＲバルブを閉じた後、再びＥＧＲバルブを開いたときにＥＧＲ通路を還流する気体は燃焼ガスである見込みが高い。従って、上記のバルブ操作により、ＥＧＲバルブの開度に基づくＥＧＲ率またはＥＧＲ量の推測の正確性が増す。

また、燃料カット開始直後からＥＧＲバルブのダイアグノーシス処理を実施すると、ダイアグノーシスを始めてすぐに燃料カットが終了した場合にＥＧＲ通路を還流する気体には燃焼ガスが含まれる可能性がある。既に述べた通り、本発明に係る制御装置では、燃料カット終了直後におけるＥＧＲ率またはＥＧＲ量を０と見なすので、燃料カット終了直後に吸気系に還流する気体が新気と燃焼ガスとの混合であると都合が悪い。実際には燃焼ガスが還流しているにもかかわらず、新気のみがシリンダに流入するものとして制御入力を演算してしまえば、燃料噴射量が過剰なオーバーリッチとなり、やはり排気ガスの悪化等を招いてしまう。これに対し、燃焼カットの開始から所定時間が経過しかつ依然として燃料カット中であることを条件としてＥＧＲバルブのダイアグノーシス処理を開始するようにすれば、シリンダ及び排気マニホルド内から燃焼ガスが充分に抜けたと考えられる時期からＥＧＲバルブの開弁を実行することとなるので、ＥＧＲ通路を還流する気体はほぼ新気であることが保証される。

本発明によれば、燃料カットの終了直後におけるＥＧＲ率またはＥＧＲ量の推測の誤りを低減でき、制御入力の適正化を図り得る。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に１気筒の構成を概略的に示した内燃機関１００は、例えば自動車に搭載されるものである。内燃機関１００の吸気系１には、アクセルペダル（図示せず）の踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。シリンダ２上部に形成される燃焼室２１の天井部には点火プラグ８を、吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には燃料噴射弁３を、それぞれ設けている。

内燃機関１００の排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、その下流に三元触媒５２を装着している。そして、吸気系１と排気系５との間を、排気ガス再循環装置６を介して接続している。

排気ガス再循環装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通するＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素とする。ＥＧＲバルブ６２は、その開度操作を通じてＥＧＲ通路６１を還流する排気ガス（ＥＧＲガス）の流量を制御する。

内燃機関１００及び排気ガス再循環装置６の制御を司る制御装置は、ＥＣＵ４を主体とする。ＥＣＵ４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有する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４３には、吸気負圧を検出する圧力センサ７１から出力される吸気負圧信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、アイドルスイッチ７４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、冷却水温度を検出する水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、燃焼圧の変化によりノッキングの状態を検出するノッキングセンサ７５から出力されるノッキング信号ｅ等が入力される。出力インタフェース４４からは、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してバルブ開度信号ｏ等を出力する。

中央演算装置４１は、予め記憶装置４２に格納されているプログラムを解釈、実行し、以て内燃機関１００の運転を制御する。即ち、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを入力インタフェース４３を介して取得し、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲバルブ６２の開度等を算出して、制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏを出力インタフェース４４を介して印加する。

ＥＣＵ４は、圧力センサ７１から出力される吸気負圧信号ａ、回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、ＥＧＲバルブ６２の開度等を参照し、新気量及びＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を推測する。さらに、水温センサ７６から出力される水温信号ｆ等を参照して、要求される燃料噴射量いわばエンジン負荷を演算する。その上で、要求燃料噴射量に相当する燃料噴射時間（燃料噴射弁３に対する通電時間）だけ燃料噴射弁３に信号ｎを入力、吸気系１に燃料を噴射させる。

加えて、ＥＣＵ４は、内燃機関１００の運転状況に応じた目標ＥＧＲ率を達成するのに必要なＥＧＲバルブ６２の開度を演算し、開度信号ｏをＥＧＲバルブ６２に入力、ＥＧＲバルブ６２を操作する。

また、ＥＣＵ４は、ノッキングセンサ７５から出力されるノッキング信号ｅをも参照して、内燃機関１００の運転状況及びノッキング状態に応じた点火時期（遅角量または進角量）を演算し、その点火時期に点火プラグ８に信号ｍを入力、シリンダ２内の混合気への点火を行う。

しかして、本実施形態では、燃料噴射を行わない燃料カット中に、ＥＧＲバルブ６２のダイアグノーシス処理を実施するものとしている。燃料カットは、例えばエンジン回転数が一定以上あり、アイドルスイッチ７４がＯＮになったときに開始する。ＥＧＲダイアグノーシスでは、燃料カットの開始後にＥＧＲバルブ６２を開閉操作して、全閉時における吸気管内圧力、所定開度時における吸気管内圧力をそれぞれ計測し、両者の差圧に基づいたＥＧＲバルブ６２の故障判定を行う。

燃料カットは、エンジン回転数が所定の復帰回転数以下まで下がったとき、あるいはアイドルスイッチ７４がＯＦＦになったときに終了する。故に、ＥＧＲダイアグノーシスの最中に燃料カットの終了条件が成立してしまうこともあり得る。例えば、急ブレーキが踏まれた場合やマニュアルトランスミッション車においてクラッチが切られた場合にはエンジン回転数が急落し、ＥＧＲダイアグノーシスの完了以前に燃料カットが終了してしまう。無論、アクセルが踏まれた場合も同様である。

ＥＧＲダイアグノーシスの完了以前に燃料カットが終了した場合には、燃料カット終了直後の時点で既にＥＧＲバルブ６２が開弁している状態となる。ＥＧＲダイアグノーシスの完了以後に燃料カットが終了した場合でも、燃料カット終了直後の時点で目標ＥＧＲ率が０でなければ、燃料カット終了直後からＥＧＲバルブ６２が開弁することになる。その際に、ＥＧＲ通路６１を経由して吸気系１に還流する気体は、殆どまたは全く燃焼ガスを含まない新気である。

ところが、ＥＣＵ４はＥＧＲバルブ６２の開度を参照して現在のＥＧＲ率を推測し、要求燃料噴射量等の制御入力を演算している。であるから、実際には燃焼ガスは吸気系１に還流していないにもかかわらず、燃料ガスの還流を加味した燃料噴射量等を算出してしまいかねない。さすれば、燃料噴射量が不足したオーバーリーンとなってしまう。そこで、燃料カットの終了直後においては、ＥＧＲバルブ６２の開度によらずＥＧＲ率の値を０と見なして、制御入力を演算する。

また、ＥＧＲダイアグノーシスの完了以前に燃料カットが終了し、しかも燃料カット終了直後の時点で目標ＥＧＲ率が０でないような場合、理屈の上では（即ち、ＥＧＲのサーボ制御上は）燃料カット終了前後を跨いでＥＧＲバルブ６２を開け続けることになる。換言すれば、燃料カット終了直後にＥＧＲバルブ６２を全閉する必要はないのであるが、本実施形態では、燃料カット終了とともに敢えて一旦ＥＧＲバルブ６２を全閉し、しかる後に再度目標ＥＧＲ率を達成するべくＥＧＲバルブ６２の開度操作を行う。これもまた、ＥＧＲバルブ６２の開度に基づいたＥＧＲ率の推測値と実態との乖離を避ける趣旨である。

なお、ＥＧＲダイアグノーシスは、燃料カット開始条件が成立してもすぐには始めない。先の議論とは逆に、燃料カット開始から即座にＥＧＲダイアグノーシスを実施し、その後間もなくして燃料カットが終了した場合には、ＥＧＲ通路６１を還流する気体に燃焼ガスが含まれる可能性がある。本実施形態では、燃料カットの終了直後におけるＥＧＲ率の値を０と見なすので、燃料カット終了直後に吸気系１に還流する気体が新気と燃焼ガスとの混合であると都合が悪い。実際には燃焼ガスが還流しているにもかかわらず、新気のみがシリンダ２に流入するものとして燃料噴射量等を演算してしまえば、燃料噴射量が過剰なオーバーリッチとなってしまう。そのため、本実施形態では、燃焼カットの開始から所定時間が経過し、かつ依然として燃料カット中であることを条件として、ＥＧＲダイアグノーシスを開始する。

本実施形態の制御装置が実行する処理手順を、図２及び図３を参照して補足する。ＥＣＵ４は、燃料カット開始条件が成立した場合（ステップＳ１）、経過時間の計数を開始し（ステップＳ２）、その経過時間が所定値、例えば１秒に達したときに（ステップＳ３）ＥＧＲバルブ６２のダイアグノーシス処理を開始する（ステップＳ５）。但し、それ以前に燃料カット終了条件が成立した場合には（ステップＳ４）この限りではない。

そして、燃料カット中において、燃料カット終了条件が成立した場合には（ステップＳ６）、制御入力の演算に用いられるＥＧＲ率の推測値をＥＧＲバルブ６２の開度によらず０と見なす（ステップＳ７）。並びに、ＥＧＲバルブ６２を強制的に全閉操作する（ステップＳ８）。ＥＧＲバルブ６２の開度が全閉となったら（ステップＳ９）、平常通り目標ＥＧＲ率に従うＥＧＲバルブ６２の開度操作を再開する（ステップＳ１０）とともに、ＥＧＲバルブ６２の開度に基づくＥＧＲ率の推測を再開する（ステップＳ１１）。

本実施形態によれば、内燃機関１００またはこれに付帯する排気ガス再循環装置６を制御する制御装置４であり、燃料カット中にＥＧＲバルブ６２の強制開弁を伴うダイアグノーシス処理を実施するものにおいて、燃料カットの終了直後にはＥＧＲ率またはＥＧＲ量の値を０と見なして内燃機関１００または排気ガス再循環装置６の制御を行う、即ち要求燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲバルブ６２開度等の制御入力を算定することとしたため、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量の見積もりが実態から乖離してしまう問題を回避でき、排気ガスの悪化やエンジン出力の低下等の不具合を抑制することが可能になる。

加えて、燃料カットの終了直後には、たとえＥＧＲ率またはＥＧＲ量の目標値が０でなくＥＧＲバルブ６２を開けておくべきであるとしても、敢えて一旦ＥＧＲバルブ６２を全閉に操作する。これにより、ＥＧＲバルブ６２の開度に基づくＥＧＲ率またはＥＧＲ量の推測の正確性が増す。

また、燃焼カットの開始から所定時間が経過しかつ依然として燃料カット中であることを条件としてＥＧＲバルブ６２のダイアグノーシス処理を開始するようにしているため、シリンダ２及び排気マニホルド５１内から燃焼ガスが充分に抜けたと考えられる時期からＥＧＲバルブ６２の開弁を実行することとなるので、ＥＧＲ通路６１を還流する気体はほぼ新気であることが保証される。

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、上記実施形態における内燃機関は火花点火エンジンであったが、これがディーゼルエンジンであっても構わない。

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。

本発明の一実施形態における内燃機関、排気ガス再循環装置及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実行する処理手順を示すフロー図。 同実施形態の制御装置が実行する処理手順を示すフロー図。

符号の説明

０…内燃機関
４…ＥＣＵ（制御装置）
６…排気ガス再循環装置
６２…ＥＧＲバルブ

Claims (3)

1. 内燃機関またはこれに付帯する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を制御する制御装置であり、燃料カット中にＥＧＲバルブの強制開弁を伴うダイアグノーシス処理を実施するものにおいて、
   燃料カットの終了直後にはＥＧＲ率またはＥＧＲ量の値を０と見なして内燃機関または排気ガス再循環装置の制御を行うことを特徴とする制御装置。
2. 燃料カットの終了直後に一旦ＥＧＲバルブを全閉に操作する請求項１記載の制御装置。
3. 燃焼カットの開始から所定時間が経過しかつ依然として燃料カット中であることを条件としてダイアグノーシス処理を開始する請求項１または２記載の制御装置。

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