JP2010185395A

JP2010185395A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2010185395A
Application number: JP2009030808A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 隆志松本; Yasuyuki Irisawa; 泰之入澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JP5365235B2

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ弁を閉じようとしても閉じない場合であっても、気筒内のＥＧＲ率の上昇を抑制する。
【解決手段】内燃機関１の排気通路４と吸気通路３とを接続するＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１の通路断面積を変更するＥＧＲ弁７２と、ＥＧＲ通路７１が接続される箇所よりも上流側の排気通路４に空気を供給する空気供給装置６と、を備え、ＥＧＲ弁７２の開度が目標値よりも開き側となる場合に、空気供給装置６により空気を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

ＥＧＲ弁に粒子状物質等が付着することにより、該ＥＧＲ弁が閉じなくなった場合に、吸入空気量を増加させると共に内燃機関を減筒運転させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、減筒運転を行うことにより、トルク変動が生じる虞がある。これにより、内燃機関の振動が大きくなる虞がある。

特開２００５−２０７２８５号公報特開平９−２５８５２号公報特開平１１−２２５６１号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ弁を閉じようとしても閉じない場合であっても、気筒内のＥＧＲ率の上昇を抑制する技術の提供を目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の通路断面積を変更するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路が接続される箇所よりも上流側の排気通路に空気を供給する空気供給装置と、
を備え、
前記ＥＧＲ弁の開度が目標値よりも開き側となる場合に、前記空気供給装置により空気を供給することを特徴とする。

ここで、ＥＧＲ弁の開度が目標値よりも開き側となる場合には、気筒内のＥＧＲガス量が過多となる。つまり、ＥＧＲ率が必要以上に上昇してしまう。これに対しＥＧＲ通路が接続される箇所よりも上流側の排気通路へ空気を供給すれば、ＥＧＲ通路に空気が取り込まれる。つまり、ＥＧＲ通路から吸気通路へ流れ込むガス中の既燃ガスの割合が減少する。これにより、気筒内のＥＧＲ率を減少させることができる。

なお、ＥＧＲ弁の開度が目標値よりも開き側となる場合とは、ＥＧＲ弁を全閉にしようとしても所定の開度のまま維持される開固着時の場合とすることができる。

本発明においては、前記空気供給装置により供給する空気量を、前記ＥＧＲ通路を介して気筒内に供給される実際のＥＧＲガス量と該ＥＧＲガス量の目標値との差に応じて決定することができる。

つまり、ＥＧＲガス量の実際の値と目標値との差が大きいほど、ＥＧＲ率の上昇度合いが大きくなるため、より多くの空気を供給する。ＥＧＲ弁の目標開度が全閉のときに該ＥＧＲ弁が開いている場合には、そのときのＥＧＲガス量に応じて空気量を決定しても良い。

なお、ＥＧＲ弁の実際の開度と該開度の目標値との差が大きいほど、ＥＧＲ率の上昇度合いが大きくなるため、より多くの空気を供給しても良い。ＥＧＲ弁の目標開度が全閉のときに該ＥＧＲ弁が開いている場合には、そのときの開度に応じて空気量を決定しても良い。

また、本発明においては、複数の気筒と、気筒毎の排気通路と、を有し、前記ＥＧＲ通路は、何れかの気筒に対応する排気通路に接続されていても良い。

気筒毎の排気通路とは、例えば、排気マニホールドの集合部よりも上流側、または排気ポートである。つまり、他の気筒からの排気がほとんど流れない箇所である。このような箇所にＥＧＲ通路が接続されている場合には、全気筒からの排気が流れる箇所よりもＥＧＲ率を低下させるために必要となる空気量が少なくて済む。そのため、空気供給装置により供給する空気量を少なくすることができる。そうすると、ＥＧＲ通路に導入されずに下流へ流れる空気量も少なくできるので、触媒に流れ込む空気量を少なくすることができる。これにより、触媒における空燃比の上昇を抑制できるため、排気浄化率の低下を抑制できる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲ弁を閉じようとしても閉じない場合であっても、気筒内のＥＧＲ率の上昇を抑制できる。

実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。実施例に係る空気供給装置の制御フローを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態に係る内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。なお、気筒２は、図１の左側から順に、１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒とする。

内燃機関１には、各気筒２に対して夫々吸気枝管３１が接続されている。各吸気枝管３１は、内燃機関１に形成されている吸気ポート１１を介して気筒２に通じている。そして、各吸気枝管３１はサージタンク３２に接続され、さらにサージタンク３２は吸気管３３に接続されている。なお、本実施例では、吸気ポート１１、吸気枝管３１、サージタンク３２、吸気管３３を合わせて吸気通路３と称する。

一方、内燃機関１には、各気筒２に対して夫々排気枝管４１が接続されている。各排気枝管４１は、内燃機関１に形成されている排気ポート１２を介して気筒２に通じている。そして、各排気枝管４１は集合部４２に接続され、さらに集合部４２は排気管４３に接続されている。排気管４３の途中には、触媒５が設けられている。なお、本実施例では、排気ポート１２、排気枝管４１、集合部４２、排気管４３を合わせて排気通路４と称する。

そして、１番気筒に接続される排気枝管４１には、排気中に空気を供給する空気供給装置６、及び排気枝管４１内を流通する排気の一部を吸気管３３へ再循環させるＥＧＲ装置７が備えられている。

空気供給装置６は、空気供給通路６１及びポンプ６２を備えて構成されている。空気供給通路６１の一端は、１番気筒に接続される排気枝管４１に接続されている。また、空気供給通路６１の他端は、ポンプ６２に接続されている。ポンプ６２が作動すると空気を吐出する。また、ポンプ６２は、回転数の調節により空気の吐出量を変更可能とする。ポンプ６２の回転数を一定としつつ、吐出した空気の一部を逃がすことで空気の供給量を変更しても良い。

ＥＧＲ装置７は、ＥＧＲ通路７１及びＥＧＲ弁７２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路７１は、１番気筒に接続される排気枝管４１であって空気供給通路６１が接続される箇所よりも下流側の排気枝管４１と、吸気管３３と、を接続している。また、ＥＧＲ弁７２は、ＥＧＲ通路７１の通路断面積を調節することにより、該ＥＧＲ通路７１を流れるガスの量を調節する。ＥＧＲ弁７２には、該ＥＧＲ弁７２の開度を測定する開度センサ７３が取り付けられている。

また、吸気管３３には、該吸気管３３を流れる空気の量を測定するエアフローメータ８が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。

ＥＣＵ９には、上記センサが電気配線を介して接続されている。また、ＥＣＵ９には、ポンプ６２及びＥＧＲ弁７２等が電気配線を介して接続され、これらの機器がＥＣＵ９により制御される。

そして本実施例では、ＥＧＲ弁７２の開度が目標値よりも開き側となっている場合において、空気供給装置６により排気中へ空気を供給する。例えばＥＧＲ弁７２を全閉する必要があるにもかかわらず全閉とならない場合に空気を供給する。

ＥＧＲ弁７２の開度が目標値よりも開き側となっている場合には、気筒２内の全ガス量中の既燃ガスの比率であるＥＧＲ率が目標値よりも高くなる。これにより、燃焼状態が不安定となる虞がある。これに対し空気供給装置６により排気中へ空気を供給すると、ＥＧＲ通路７１内に既燃ガスと空気とが流れ込む。これにより、気筒２内に供給される既燃ガス量が少なくなり、空気量が多くなるので、ＥＧＲ率を低下させることができる。

なお、本実施例ではＥＧＲ弁７２を全閉とする必要があるにもかかわらず全閉とならない場合について説明する。

ここで、空気供給装置６により供給する空気量は、気筒２内に供給される既燃ガス量（すなわちＥＧＲガス量）に応じて決定する。なお、空気量をＥＧＲ弁７２の開度に基づいて決定しても良い。空気を供給する前のＥＧＲガス量は、例えば、内燃機関１の運転状態及びエアフローメータ８により測定される吸入空気量に基づいて得ることができる。例えば、ＥＧＲガスを供給していないときの内燃機関１の運転状態と吸入空気量との関係を予め求めておき、この値とエアフローメータ８により測定される吸入空気量との差を求める。この差がＥＧＲガス量に相当する。また、ＥＧＲ通路７１にガスの流量を測定するセン
サを取り付けても良い。

ＥＧＲガス量と空気供給装置６により供給する空気量との関係は予め実験等により最適値を求めておく。この場合、ＥＧＲガス量が多くなるほど、空気供給装置６により供給する空気量は多くなる。所定のＥＧＲ率となるように空気量を決定しても良い。

また、空気供給装置６により空気を供給すると、気筒２内の空気量が増加する。つまり、エアフローメータ８により測定される吸入空気量は変化しないにもかかわらず、気筒２内の新気の比率が高くなる。そうすると、燃焼状態や排気の状態が変化する。これに対し、燃料噴射量を補正しても良い。例えば、空気供給装置６により供給される空気量に応じて燃料噴射量を補正しても良い。

なお、本実施例では、１番気筒に接続される排気枝管４１に空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１が接続されているが、これらを集合部４２又は排気管４３に接続しても良い。ただし、排気枝管４１に空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１を接続することで、空気供給装置６により供給する空気量をより少なくすることができる。

つまり、ＥＧＲ通路７１から吸気管３３へ流入するガス中の空気の比率を目標値に合わせる場合に、空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１を排気枝管４１に接続するほうが、集合部４２又は排気管４３に接続するよりも、少ない空気量で済む。１つの排気枝管４１を流通する既燃ガス量に対し、集合部４２又は排気管４３に流通する既燃ガス量はおよそ４倍になる。つまり、必要となる空気量も４倍となる。そうすると、集合部４２又は排気管４３に空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１を接続すると、ポンプ６２の大型化が必要となったり、ポンプ６２の消費電力が大きくなったりする。

また、空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１を接続する位置により、触媒５へ流入する排気中の空気量が変わる。つまり、空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１を排気枝管４１に接続するほうが、集合部４２又は排気管４３に接続するよりも触媒５へ流入する排気中の空気量は少ない。触媒５に多量に空気が供給されると、触媒５の劣化が進行したり、排気の浄化能力が低下したりする虞がある。つまり、空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１を排気枝管４１に接続すれば、触媒５に劣化の進行を抑制したり、排気の浄化能力の低下を抑制したりすることができる。なお、空気供給通路６１又はＥＧＲ通路７１を接続する位置は、排気ポート１２であっても良い。

図２は、本実施例に係る空気供給装置６の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＧＲ弁７２の開固着が検知されたか否か判定される。例えば、ＥＧＲ弁７２を全閉とするためにＥＣＵ９が該ＥＧＲ弁７２を操作したのにもかかわらず、開度センサ７３によりＥＧＲ弁７２が開いていると検知された場合にＥＧＲ弁７２が開固着していると検知される。なお、ＥＧＲ弁７２の開度が目標値よりも開き側となっているか否か判定しても良い。ＥＧＲ弁７２の開度の目標値は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数及び機関負荷）に応じて決定される。内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁７２の開度の目標値との関係は予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ９に記憶させておく。ＥＧＲ弁７２の実際の開度は、開度センサ７３により得る。

ステップ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ進み、否定判定がなされた場合には排気中に空気を供給する必要はないため本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０２では、空気供給装置６により空気が供給される。本ステップでは、Ｅ
ＧＲガス量に応じて決定される量の空気が供給される。

以上説明したように本実施例によれば、ＥＧＲ弁７２の開度が目標値よりも開き側となっている場合であっても、空気を供給することにより、気筒２内のＥＧＲ率の上昇を抑制できる。また、ＥＧＲガス量（ＥＧＲ率としても良い）の増加に応じて空気を供給することで、ＥＧＲ率を適正化することができる。さらに、排気枝管４１に空気供給通路６１及びＥＧＲ通路７１を接続することで、空気の供給量を抑えることができるため、触媒の劣化等を抑制できる。また、空気供給装置６は触媒５よりも上流側に空気を供給するため、該触媒５をリーン雰囲気とすることができる。

１内燃機関
２気筒
３吸気通路
４排気通路
５触媒
６空気供給装置
７ＥＧＲ装置
８エアフローメータ
９ＥＣＵ
１１吸気ポート
１２排気ポート
３１吸気枝管
３２サージタンク
３３吸気管
４１排気枝管
４２集合部
４３排気管
６１空気供給通路
６２ポンプ
７１ＥＧＲ通路
７２ＥＧＲ弁
７３開度センサ

Claims

内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の通路断面積を変更するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路が接続される箇所よりも上流側の排気通路に空気を供給する空気供給装置と、
を備え、
前記ＥＧＲ弁の開度が目標値よりも開き側となる場合に、前記空気供給装置により空気を供給することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記空気供給装置により供給する空気量を、前記ＥＧＲ通路を介して気筒内に供給される実際のＥＧＲガス量と該ＥＧＲガス量の目標値との差に応じて決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
複数の気筒と、気筒毎の排気通路と、を有し、前記ＥＧＲ通路は、何れかの気筒に対応する排気通路に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。