JP2005054588A

JP2005054588A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2005054588A
Application number: JP2003205706A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Harunari; 利晃春成; Koichiro Yomogida; 宏一郎蓬田; Futoshi Nakano; 太中野; Nobutaka Ishii; 信貴石井; Kazuya Tomikawa; 一也富川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-03-03
Also published as: US7066144B2; EP1505282A2; US20050028785A1; CN1580532A; EP1505282A3

Abstract

【課題】吸入空気量およびＥＧＲ量を適切に制御できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】吸気通路１７と排気通路１８とを連通するＥＧＲ通路２２と、該ＥＧＲ通路２２に設けられたＥＧＲ弁２４と、上記ＥＧＲ通路２２との接続部よりも上流側で上記吸気通路１７に設けられた吸気絞り弁１９とを備えた内燃機関の制御装置であって、内燃機関１０の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記運転状態検出手段が通常の運転状態を検出したときに、上記吸気絞り弁１９及び上記ＥＧＲ弁２４を開閉制御して吸入空気量を調節する第一の制御手段と、上記運転状態検出手段が所定の運転状態を検出したときに、上記吸気絞り弁１９を所定の開度に固定制御し、上記ＥＧＲ弁２４のみを開閉制御して吸入空気量を調節する第二の制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲ装置と、吸気絞り弁とを備えた内燃機関の制御装置に係り、特に吸入空気量およびＥＧＲ量を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減させる装置として、ＥＧＲ装置（排気再循環装置）が一般的に知られている。このＥＧＲ装置は、吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路と、そのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁とを備えている。
【０００３】
ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ弁を開いて排気通路内の排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路へと流し、吸気に混合させて燃焼室に導くことで、吸気中の酸素濃度を低下させ、燃焼温度を下げてＮＯｘの排出量を減少させる装置である。
【０００４】
一方、ディーゼルエンジンでは、速やかなエンジン停止、又は所定の運転状態における吸気騒音の低減のために、吸気通路に吸気絞り弁を設けることが知られている。
【０００５】
近年では、これらのＥＧＲ装置と吸気絞り弁の両方を供えたディーゼルエンジンも提供されている。その場合、吸気絞り弁は、ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側で吸気通路に設けられる。
【０００６】
このような、ＥＧＲ装置と吸気絞り弁とを備えた内燃機関は、特許文献１などにも記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３１０６３３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、ＥＧＲ装置と吸気絞り弁とを供えたディーゼルエンジンでは、吸入空気量の調節には、吸気絞り弁を制御し、ＥＧＲ量（又は、ＥＧＲ率）の調節には、ＥＧＲ弁を制御するのが一般的であった。
【０００９】
しかしながら、吸気絞り弁の開度、およびＥＧＲ弁の開度は、吸入空気量およびＥＧＲ量の両方に影響を与えるため、吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれ別々に制御する従来の制御装置では、良好な制御が実行できない虞があった。
【００１０】
具体的に説明すると、吸気絞り弁の開度は、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路の負圧状態を変化させるので、ＥＧＲ量にも影響を与える。また、ＥＧＲ弁の開度は、吸気通路に還流されるＥＧＲガス量を変化させるので、ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側の吸気通路からの新気吸入空気量にも影響を与える。
【００１１】
つまり、吸気絞り弁の開度とＥＧＲ弁の開度、および吸入空気量とＥＧＲ量は、互いに密接に関連しており、それらを別々に制御する従来の制御装置には限界がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、吸入空気量およびＥＧＲ量を適切に制御できる、内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、上記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側で上記吸気通路に設けられた吸気絞り弁とを備えた内燃機関の制御装置であって、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記運転状態検出手段が通常の運転状態を検出したときに、上記吸気絞り弁及び上記ＥＧＲ弁を開閉制御して吸入空気量を調節する第一の制御手段と、上記運転状態検出手段が所定の運転状態を検出したときに、上記吸気絞り弁を所定の開度に固定制御し、上記ＥＧＲ弁のみを開閉制御して吸入空気量を調節する第二の制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【００１４】
請求項２の発明は、上記吸気絞り弁よりも上流側の実吸入空気量を検出する実吸入空気量検出手段と、上記運転状態検出手段により検出した運転状態に基づいて目標吸入空気量を演算する目標吸入空気量演算手段とを備え、上記第一の制御手段は、上記目標吸入空気量と上記実吸入空気量との偏差に基づいて、上記吸気絞り弁及び上記ＥＧＲ弁の開度を制御するものであり、上記第二の制御手段は、上記吸気絞り弁の開度を所定の開度に固定する一方で、上記目標吸入空気量と上記実吸入空気量との偏差に基づいて、上記ＥＧＲ弁の開度を制御するものである請求項１記載の内燃機関の制御装置である。
【００１５】
請求項３の発明は、上記所定の運転状態が、アイドル運転状態及び／又は減速運転状態である請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態の内燃機関（ディーゼルエンジン）１０は、車両に備えられるものであり、各気筒の燃焼室１２が設けられたエンジン本体１１を備えている。燃焼室１２には、燃料噴射弁２６が備えられていると共に、吸気口１４および排気口１３が設けられている。
【００１８】
吸気口１４には、吸気通路１７が接続されており、吸気弁１５により開閉される。排気口１３には、排気通路１８が接続されており、排気弁１６により開閉される。
【００１９】
吸気通路１７と排気通路１８との間には、ＥＧＲ装置２１が接続されている。
ＥＧＲ装置２１は、吸気通路１７と排気通路１８との間を連通するＥＧＲ通路２２を備えている。ＥＧＲ通路２２における吸気通路１７との接続部付近には、ＥＧＲ通路２２の開口面積を調節するためのＥＧＲ弁２４が備えられている。ＥＧＲ通路２２の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２３が備えられている。
【００２０】
ＥＧＲ通路２２の接続部より上流側の吸気通路１７には、吸気絞り弁１９が備えられている。吸気絞り弁１９より上流側の吸気通路１７には、吸気絞り弁１９よりも上流側の実吸入空気量を検出する、吸入空気量センサ（実吸入空気量検出手段）２０が備えられている。
【００２１】
排気通路１８内の排気の一部は、ＥＧＲ通路２２へと流れ、ＥＧＲクーラ２３に至る。排気は、ＥＧＲクーラ２３において冷却された後、吸気通路１７へと還流される。排気は、吸気通路１７において新気と混合され、燃焼室１２へと流れる。
【００２２】
ここで、吸気絞り弁１９の開度を固定して、ＥＧＲ弁２４の開度を大きくしていくと、吸気通路１７に還流される排気の量、即ちＥＧＲ量が増える。また、ＥＧＲ弁２４の開度を大きくしていくと、ＥＧＲガスによる吸気抵抗が大きくなるため、ＥＧＲ通路２２との接続部よりも上流側の吸気通路１７からの新気吸入空気量が減る。
【００２３】
一方、ＥＧＲ弁２４の開度を固定して、吸気絞り弁１９の開度を大きくしていくと、新気吸入空気量が増える。また、吸気絞り弁１９の開度を大きくしていくと、吸気通路１７と排気通路１８との圧力差が小さくなり、ＥＧＲ量が減る。
【００２４】
つまり、吸気絞り弁１９およびＥＧＲ弁２４の開度は、新気吸入空気量とＥＧＲ量の両方に影響する。
【００２５】
この内燃機関１０を制御する本実施の形態の制御装置は、ＥＣＵ（エンジン制御装置）２５と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２７（運転状態検出手段）と、エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ２８（運転状態検出手段）等を備えている。
【００２６】
ＥＣＵ２５は、吸入空気量センサ２０と、アクセル開度センサ２７と、エンジン回転速度センサ２８等の各種センサに接続されており、これらの各センサから信号（検出値）がＥＣＵ２５に送信される。ＥＣＵ２５は、燃料噴射弁２６と、ＥＧＲ弁２４と、吸気絞り弁１９等に接続されており、これらの各弁に制御信号を出力して、駆動制御する。
【００２７】
次に、本実施の形態の内燃機関１０の制御装置による吸入空気量およびＥＧＲ量の制御方法を説明する。
【００２８】
ＥＣＵ２５は、アクセル開度センサ２７が検出したアクセル開度、およびエンジン回転速度センサ２８が検出したエンジン回転速度などの運転状態に基づいて、目標吸入空気量を決定（演算）すると共に、吸入空気量センサ２０の検出値に基づいて、実吸入空気量を決定する。
【００２９】
目標吸入空気量とは、各運転状態（燃料噴射量、アクセル開度、エンジン回転速度等）において、スモークが発生しないような新気吸入空気量と、各運転状態において、ＮＯｘを低減すべく適切な量のＥＧＲを行ったときの吸入空気量とを考慮して決定されるものであり、予めマップ又は演算式としてＥＣＵ２５に入力される。
【００３０】
ＥＣＵ２５は、内燃機関１０の運転状態が、後述する所定の運転状態を除く通常の運転状態であるときには、マップ又は演算式から決定した目標吸入空気量と実吸入空気量との偏差に基づいて、吸気絞り弁１９およびＥＧＲ弁２４を開閉制御して実吸入空気量を目標吸入空気量と一致するように調節する。つまり、実吸入空気量をフィードバック制御する。上述したように、目標吸入空気量は、ＥＧＲ量も考慮して決定されるので、結果として、ＥＧＲ量も各運転状態に適した量に調節されることとなる。
【００３１】
ところで、内燃機関１０がアイドル運転状態であるときや、車両が減速しているとき（減速運転状態）などに、吸気絞り弁１９を開き過ぎると吸気騒音が発生する虞がある。そこで、ＥＣＵ２５は、内燃機関１０が所定の運転状態であるとき（つまり、アイドル運転状態や減速運転状態）には、吸気絞り弁１９の開度を吸気騒音が発生しない開度に固定制御して、ＥＧＲ弁２４のみを上記偏差に基づいて開閉制御する。
【００３２】
このように、本実施の形態では、ＥＣＵ２５が、「特許請求の範囲」における「第一の制御手段」および「第二の制御手段」としての機能を有している。
【００３３】
図２のフローチャートを用いて、ＥＣＵ２５により実行される吸入空気量の制御方法を説明する。
【００３４】
まず、ＥＣＵ２５は、ステップ１において、アクセル開度センサ２７およびエンジン回転速度センサ２８等から内燃機関１０の運転状態を読み込む。次に、ＥＣＵ２５は、ステップ２において、目標吸入空気量を演算（決定）する。そして、ＥＣＵ２５は、ステップ３において、そのときの制御モードが、通常制御モード、および吸気絞り弁固定モードのどちらであるかを判定する。
【００３５】
吸気絞り弁固定モードとは、内燃機関１０の運転状態が、所定の運転状態（アイドル運転状態や減速運転状態）のときに実行される制御モードであって、吸気絞り弁１９を所定の開度に固定し、ＥＧＲ弁２４のみを開閉制御する制御モードである。一方、通常制御モードとは、内燃機関１０の運転状態が、所定の運転状態を除く、通常の運転状態のときに実行される制御モードであって、吸気絞り弁１９およびＥＧＲ弁２４双方を開閉制御する制御モードである。これらの制御モードは、内燃機関１０の運転状態に基づいて、他の制御ロジックにより切り換えられる。
【００３６】
ＥＣＵ２５は、そのときの制御モードが、吸気絞り弁固定モードでない、つまり通常制御モードであると判定したときには、ステップ４に進み、目標吸入空気量と、吸入空気量センサ２０により検出された実吸入空気量との偏差に基づいて、吸気絞り弁１９およびＥＧＲ弁２４のフィードバック補正値を演算（決定）する。次に、ＥＣＵ２５は、ステップ５において、フィードバック補正値に基づいて、吸気絞り弁１９およびＥＧＲ弁２４双方に開度信号を出力する。
【００３７】
他方、ＥＣＵ２５は、ステップ３で、そのときの制御モードが、吸気絞り弁固定モードであると判定したときには、ステップ６に進み、吸気絞り弁１９に予め定められた固定制御用の開度信号を出力する。上述したように、この吸気絞り弁１９の開度は、吸気騒音が発生しないような開度である。次に、ＥＣＵ２５は、ステップ７において、目標吸入空気量と実吸入空気量との偏差に基づいて、ＥＧＲ弁２４のフィードバック補正値を演算する。そして、ＥＣＵ２５は、ステップ８において、フィードバック補正値に基づいて、ＥＧＲ弁２４に開度信号を出力する。
【００３８】
図３は、目標吸入空気量、ＥＧＲ弁２４の開度、および吸気絞り弁１９の開度の推移の一例を示す。時刻ｔ１は、通常制御モードから吸気絞り弁固定モードへ切り換えた時刻であり、時刻ｔ２は、吸気絞り弁固定モードから通常制御モードへ切り換えた時刻である。
【００３９】
まず、ターム１において、ＥＧＲ弁２４および吸気絞り弁１９の開度は、ｎｅ１およびｎｉ１にそれぞれ制御されていると共に、ターム１における実吸入空気量は、目標吸入空気量と一致しているとする。続くターム２の目標吸入空気量は、ｄ１だけ上昇しているので、ＥＣＵ２５は、実吸入空気量をｄ１だけ上昇させるべく、ＥＧＲ弁２４の開度をｎｅ２に制御する（閉方向に制御する）と共に、吸気絞り弁１９の開度をｎｉ２に制御する（開方向に制御する）。この制御により、実吸入吸気量は、ターム２の目標吸入空気量まで上昇する。
【００４０】
続くターム３では、目標吸入空気量がｄ２だけ減少しているので、ＥＣＵ２５は、ＥＧＲ弁２４の開度をｎｅ３まで開方向に制御すると共に、吸気絞り弁１９の開度をｎｉ３まで閉方向に制御する。
【００４１】
ターム３の途中の時刻ｔ１において、ＥＣＵ２５は、通常固定モードから吸気絞り弁固定モードに制御モードを切り換えたことを判定する。そこで、ＥＣＵ２５は、吸気絞り弁１９の開度を予め定められた固定制御用の開度（ここでは、ｎｉ４）に制御する。一方、吸気絞り弁１９の開度の変更による吸入空気量の変化を補うため、ＥＣＵ２５は、ＥＧＲ弁２４の開度をｎｅ４まで閉方向に制御する。
【００４２】
続くターム４では、目標吸入空気量は、ｄ３だけ上昇しているので、ＥＣＵ２５は、ＥＧＲ弁２４の開度をｎｅ５まで閉方向に制御する。このときの制御モードが、吸気絞り弁固定モードであるため、ＥＣＵ２５は、吸気絞り弁１９の開度の開度をｎｉ４に固定したままである。
【００４３】
ターム４の途中の時刻ｔ２において、ＥＣＵ２５は、吸気絞り弁固定モードから通常固定モードに制御モードを切り換えたことを判定する。そこで、ＥＣＵ２５は、吸気絞り弁１９の固定を解除する。これより以降は、上述のターム１，２と同様にＥＧＲ弁２４および吸気絞り弁１９双方を制御する。
【００４４】
なお、吸気絞り弁１９の開度がｎｉ４になるまで、時刻ｔ１から時間ｔだけタイムラグがある。この時間ｔは、ＥＣＵ２５が、制御信号を出力してから吸気絞り弁１９の開度がｎｉ４になるまでに要した作動遅れ時間である。
【００４５】
このように、本実施の形態では、吸気絞り弁１９とＥＧＲ弁２４とで一つの制御対象（吸入空気量）を制御するようにしているので、良好な制御が実行できる。また、目標吸入空気量がＥＧＲ量も考慮して決定されるので、結果としてＥＧＲ量も適切に制御できる。
【００４６】
また、内燃機関がアイドル運転状態であるとき、および車両が減速しているときに、吸気絞り弁１９の開度を絞って固定し、ＥＧＲ弁２４のみを開閉制御するので、吸気騒音を低減することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、吸入空気量およびＥＧＲ量を適切に制御できるという、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態を示す内燃機関の制御装置の概略図である。
【図２】ＥＣＵにより実行される吸入空気量の制御のフローチャートである。
【図３】目標吸入空気量、ＥＧＲ弁の開度、および吸気絞り弁の開度の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１９吸気絞り弁
２０吸入空気量センサ
２２ＥＧＲ通路
２４ＥＧＲ弁
２５ＥＣＵ
２７アクセル開度センサ
２８エンジン回転速度センサ

Claims

吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、上記ＥＧＲ通路との接続部よりも上流側で上記吸気通路に設けられた吸気絞り弁とを備えた内燃機関の制御装置であって、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記運転状態検出手段が通常の運転状態を検出したときに、上記吸気絞り弁及び上記ＥＧＲ弁を開閉制御して吸入空気量を調節する第一の制御手段と、上記運転状態検出手段が所定の運転状態を検出したときに、上記吸気絞り弁を所定の開度に固定制御し、上記ＥＧＲ弁のみを開閉制御して吸入空気量を調節する第二の制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
上記吸気絞り弁よりも上流側の実吸入空気量を検出する実吸入空気量検出手段と、上記運転状態検出手段により検出した運転状態に基づいて目標吸入空気量を演算する目標吸入空気量演算手段とを備え、上記第一の制御手段は、上記目標吸入空気量と上記実吸入空気量との偏差に基づいて、上記吸気絞り弁及び上記ＥＧＲ弁の開度を制御するものであり、上記第二の制御手段は、上記吸気絞り弁の開度を所定の開度に固定する一方で、上記目標吸入空気量と上記実吸入空気量との偏差に基づいて、上記ＥＧＲ弁の開度を制御するものである請求項１記載の内燃機関の制御装置。
上記所定の運転状態が、アイドル運転状態及び／又は減速運転状態である請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。