JP2010242630A - Control apparatus and control method of multiple cylinder engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気の一部を吸気系に還流する、いわゆる排気再循環(以下、EGR)を行なうようにされた多気筒エンジンの制御装置に係り、特に、高負荷過給運転時にEGR行なう場合でも、燃焼安定化とノック(異常燃焼)抑制とを両立させ得る多気筒エンジンの制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device for a multi-cylinder engine that performs so-called exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) for recirculating a part of exhaust gas to an intake system, and in particular, when performing EGR during high-load supercharging operation. However, the present invention relates to a control device and a control method for a multi-cylinder engine that can achieve both combustion stabilization and knock (abnormal combustion) suppression.
ガソリンエンジンなどの火花点火エンジンや一部のディーゼルエンジンにおいて、高負荷運転時において、EGRを行なって筒内のガス温度を低下させる技術が知られている。特に、過給機を備えた火花点火エンジンにおいては、過給状態、すなわち、吸気管内(吸気通路におけるスロットル下流部分)が大気圧以上に加圧された状態においても、吸気量(筒内に供給される空気量=給気量)とEGR率を独立に制御することが可能なため、EGRを行なわない場合に比べて給気量を大幅に増大させ得、高トルク(高出力)化を実現することができる。 In a spark ignition engine such as a gasoline engine and some diesel engines, a technique is known in which EGR is performed to reduce the gas temperature in a cylinder during high load operation. In particular, in a spark ignition engine equipped with a supercharger, the intake air amount (supplied into the cylinder) even in a supercharged state, that is, in a state where the inside of the intake pipe (the downstream portion of the throttle in the intake passage) is pressurized to atmospheric pressure or higher. Air amount = air supply amount) and the EGR rate can be controlled independently, so the air supply amount can be greatly increased compared to the case where EGR is not performed, and high torque (high output) can be achieved. can do.
また、高負荷運転時にEGRを行なうと、排気温度が低下するので、排気系に配備された触媒や過給機のタービンの保護のために設定されている排気温度の上限値に対し、過給余裕度(給気増量)を確保できることになり、高トルク化に寄与する。すなわち、上記のようにEGRを行なうことによってノック抑制と排気温度低減の両立が可能となるため、この二つの効果によって、エンジンの高トルク化が実現できる、ということがこの技術の利点である(例えば、下記非特許文献1には、上記技術の実験結果や効果が記載されている)。
In addition, if EGR is performed during high-load operation, the exhaust temperature will decrease. Therefore, the supercharging will exceed the upper limit of the exhaust temperature set for protection of the catalyst installed in the exhaust system and the turbine of the turbocharger. A margin (increased air supply) can be secured, contributing to higher torque. That is, by performing EGR as described above, it is possible to achieve both knock suppression and exhaust gas temperature reduction, and it is an advantage of this technology that high torque of the engine can be realized by these two effects ( For example, the following
しかし、上記文献1をはじめとするこれまでの技術では、以下のような問題があった。
すなわち、例えば、高負荷運転時にEGRを行なうと、特に多気筒エンジンにおいては、各気筒へのEGRガス分配量にばらつきが発生する。言い換えれば、各気筒のEGR率が相違するものとなる。さらに、このばらつき(度合い)は、エンジンの運転条件や経年劣化によって変化してしまう。各気筒においてEGR率が相違すると、EGR率が高い気筒では燃焼不安定となり、EGR率の低い気筒ではノック発生の恐れがあり、EGR効果を充分に得ることはできず、かえってエンジンの運転性や排気性能(エミッション特性)などを悪化させてしまう原因となる。
However, the conventional techniques including the
That is, for example, when EGR is performed during high-load operation, the EGR gas distribution amount to each cylinder varies particularly in a multi-cylinder engine. In other words, the EGR rate of each cylinder is different. Furthermore, this variation (degree) changes depending on engine operating conditions and aging deterioration. If the EGR rate is different in each cylinder, combustion becomes unstable in a cylinder with a high EGR rate, and knocking may occur in a cylinder with a low EGR rate, so that the EGR effect cannot be sufficiently obtained. Exhaust performance (emission characteristics) may be deteriorated.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に高負荷運転時にEGRを行なって高出力化を図るようにしたもとでも、エンジンの運転性や排気性能の悪化を回避することのできる多気筒エンジンの制御装置及び制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to improve engine operability and exhaust gas even when EGR is performed to increase the output particularly during high load operation. It is an object of the present invention to provide a control device and a control method for a multi-cylinder engine that can avoid deterioration in performance.
上記目的を達成すべく、本発明に係る多気筒エンジンの制御装置は、基本的には、筒内に供給される空気量を調節するための給気量調節手段と、排気の一部を吸気系に還流するためのEGR通路と、該EGR通路を通じて吸気系に環流されるEGRガス流量を調節するためのEGRガス流量調節手段と、混合気の燃焼状態を検出ないし推定する燃焼状態推定手段と、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記給気量調節手段及びEGRガス流量調節手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にEGRを行なうとともに、前記燃焼状態推定手段の推定結果及び前記空燃比検出手段の検出結果のうちの少なくとも一方に基づいて、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該ばらつき度合いに基づいてEGR率を制御することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a control device for a multi-cylinder engine according to the present invention basically includes an air supply amount adjusting means for adjusting the amount of air supplied into the cylinder, and a part of the exhaust air. An EGR passage for returning to the system, an EGR gas flow rate adjusting means for adjusting an EGR gas flow rate circulating to the intake system through the EGR passage, and a combustion state estimating means for detecting or estimating the combustion state of the air-fuel mixture And an air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust, and a control means for controlling the air supply amount adjusting means and the EGR gas flow rate adjusting means, wherein the control means is a high engine load higher than a predetermined value. EGR is performed during load operation, and the degree of variation in combustion state between cylinders and / or based on at least one of the estimation result of the combustion state estimation unit and the detection result of the air-fuel ratio detection unit. Is characterized in that the degree of variation in air-fuel ratio between cylinders is obtained and the EGR rate is controlled based on the degree of variation.
好ましい態様では、前記制御手段は、前記気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上であるときには、筒内に供給される空気量及びEGR率を共に減じる制御を行なうようにされる。 In a preferred aspect, the control means sets both the amount of air supplied to the cylinder and the EGR rate when at least one of the degree of variation in the combustion state between the cylinders and the degree of variation in the air-fuel ratio is equal to or greater than a predetermined value. Control is performed to reduce.
より好ましい態様では、前記制御手段は、前記気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上であるときには、先に筒内に供給される空気量を減じ、その後にEGR率を減じる制御を行なうようにされる。 In a more preferred aspect, the control means reduces the amount of air supplied to the cylinder first when at least one of the degree of variation in the combustion state and the degree of variation in the air-fuel ratio between the cylinders is equal to or greater than a predetermined value. Thereafter, control is performed to reduce the EGR rate.
他の好ましい態様では、前記制御手段は、エンジンに対する要求トルクが実トルクよりも大きいときには、筒内に供給される空気量及びEGR率を共に増大する制御を行なうようにされる。 In another preferred aspect, the control means performs control to increase both the amount of air supplied into the cylinder and the EGR rate when the required torque for the engine is larger than the actual torque.
この場合、より好ましい態様では、前記制御手段は、エンジンに対する要求トルクが実トルクよりも大きいときには、先に筒内に供給される空気量を増大し、その後にEGR率を増大する制御を行なうようにされる。 In this case, in a more preferable aspect, when the required torque for the engine is larger than the actual torque, the control means performs control to increase the amount of air supplied into the cylinder first and then increase the EGR rate. To be.
他の好ましい態様では、前記制御手段は、再始動後の高負荷運転時におけるEGR率の少なくとも初期値として、再始動前に設定された前回の同じ条件下での高負荷運転ときのEGR率を用いるようにされる。 In another preferred aspect, the control means uses, as at least an initial value of the EGR rate at the time of high load operation after restart, an EGR rate at the time of high load operation under the same previous conditions set before restart. To be used.
他の好ましい態様では、前記制御手段は、前記高負荷運転時に設定された前記給気量調節手段に対する制御量及び/又は前記EGR流量調節手段に対する制御量を、再始動後における同じ条件下での高負荷運転ときの制御量の少なくとも初期値として用いるようにされる。 In another preferred aspect, the control means is configured to set the control amount for the air supply amount adjusting means and / or the control amount for the EGR flow rate adjusting means set during the high load operation under the same conditions after restart. It is used as at least an initial value of the control amount during high load operation.
他の好ましい態様では、前記制御手段は、EGR率に加えて点火時期も制御するようにされる。 In another preferred embodiment, the control means controls the ignition timing in addition to the EGR rate.
他の好ましい態様では、前記EGR通路を通じて吸気系に環流されるEGRガスの流量を検出ないし推定するEGRガス流量推定手段を備える。 In another preferred aspect, an EGR gas flow rate estimating means for detecting or estimating a flow rate of EGR gas recirculated to the intake system through the EGR passage is provided.
他の好ましい態様では、前記EGRガス流量推定手段は、前記EGR通路に配置された流量センサ又は前記EGR通路もしくは吸気通路のいずれかに配置された温度センサを有し、該センサから得られる信号に基づいてEGRガス流量を検出ないし推定するようにされる。 In another preferred aspect, the EGR gas flow rate estimation means includes a flow rate sensor disposed in the EGR passage or a temperature sensor disposed in either the EGR passage or the intake passage, and a signal obtained from the sensor is provided. Based on this, the EGR gas flow rate is detected or estimated.
この場合、前記制御手段は、前記EGRガス流量推定手段の検出ないし推定結果に基づいて、EGR率を変化させるようにされる。 In this case, the control means changes the EGR rate based on the detection or estimation result of the EGR gas flow rate estimation means.
他の好ましい態様では、前記制御手段は、前記EGRガス流量推定手段の検出ないし推定結果に基づき、EGRガス温度もしくは吸気通路のガス温度が所定値以上のときには、前記高負荷運転時におけるEGRを行なわないようにされる。 In another preferred aspect, the control means performs EGR during the high load operation when the EGR gas temperature or the gas temperature in the intake passage is equal to or higher than a predetermined value based on the detection or estimation result of the EGR gas flow rate estimating means. Not to be.
一方、本発明に係る多気筒エンジンの制御方法は、エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にEGRを行なう際、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び空燃比のばらつき度合いのうちの少なくとも一方が所定値以上のときには、まず筒内に供給される空気量を減じ、その後にEGR率を減じる制御を行なうようにされる。 On the other hand, according to the control method for a multi-cylinder engine according to the present invention, when performing EGR during a high load operation in which the engine load is a predetermined value or more, the degree of variation in the combustion state between cylinders and / or the variation in air-fuel ratio between cylinders. Control that obtains the degree, and when at least one of the degree of variation in the combustion state and the degree of variation in the air-fuel ratio among the cylinders is equal to or greater than a predetermined value, the amount of air supplied into the cylinder is first reduced, and then the EGR rate is reduced To be done.
本発明に係るエンジンの制御装置及び方法の好ましい態様では、高負荷運転時にEGRを行なう際、気筒間における燃焼状態のばらつき度合いや気筒間における空燃比のばらつき度合いをリアルタイムで求め、該ばらつき度合が所定値以上のときには、まず筒内に供給される空気量を減じ、その後にEGR率を減じる制御を行なうようにされるので、燃焼安定化とノック抑制を両立することが可能となり、エンジンの経年劣化や運転条件によらず、エンジンの運転性や排気悪化を回避しつつ、できる限り高出力でエンジン運転することが可能となる。 In a preferred aspect of the engine control apparatus and method according to the present invention, when performing EGR during high load operation, the degree of variation in combustion state between cylinders and the degree of variation in air-fuel ratio between cylinders are obtained in real time, and the degree of variation is determined. When the value exceeds a predetermined value, the amount of air supplied into the cylinder is first reduced, and then the EGR rate is controlled to be reduced, so that both combustion stabilization and knock suppression can be achieved. Regardless of deterioration and operating conditions, it is possible to operate the engine with as high output as possible while avoiding engine operability and exhaust deterioration.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る制御装置の第1実施例を、それが適用された多気筒エンジンと共に示す概略構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a control device according to the present invention together with a multi-cylinder engine to which the control device is applied.
図において、車載用の過給機付き多気筒エンジン30の吸気通路32には、その上流からエアクリーナ17、エアフローセンサ2、過給機(ターボチャージャ)6のインペラ(コンプレッサ)6b、インタークーラ16、吸入空気量を調整するスロットル13、吸気ポート20、燃料噴射弁(以下、インジェクタ)5が配置されている。本実施例における給気量調節手段は、気筒19内に供給される空気量を調節可能な、前記過給機6、インタークーラ16、スロットル13であり、吸入空気量検出手段はエアフローセンサ2である。
In the figure, an
エンジンコントロールユニット(以下、ECU)8は、アクセル開度αやブレーキ状態などのユーザ要求、車速などの車両状態、エンジン冷却水温や排気温度などのエンジン運転条件に応じて、エンジン30の燃焼モードや制御量などを決定するものである。インジェクタ5は吸気ポート20に燃料噴射するタイプのものであり、アクセル開度センサ1の開度信号などから演算される目標エンジントルクに応じて、所定の燃料量が所定の燃料噴射時期に噴射される。但し、この燃料噴射は特に吸気ポート20への噴射に限定するものではなく、燃焼室18に直接燃料噴射する配置をとっていてもかまわない。噴射パラメータは、スロットル13の開度信号θtp、EGRバルブ11の開度信号θegr、過給機6による過給圧Ptin、空燃比センサ3の出力値などに応じて、適宜補正する。
The engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 8 determines the combustion mode of the
なお、空燃比センサ3は、エンジンアウトの空燃比を計測するセンサであるが、酸素センサやCO2センサなど、排気の空燃比や酸素濃度を推定できるセンサであれば、それを用いても構わない。スロットル13は電子制御スロットルであることが好ましく、電気式アクチュエータによってスロットルバルブを駆動するものである。吸気ポート20には吸気圧センサ14、吸気温度センサ12が配されており、吸気ポート20内のガス状態を検出する手段として用いている。吸気温度センサ12は、EGR通路9に配置することでEGRガス温度を検出し、その結果より吸気温度を演算する形としても問題はない。排気通路40には、排気温度センサ21、吸気ポート20へ排気の一部を環流させるEGR通路9、EGRクーラ10、EGRバルブ11が設置されている。この場合、過給機のタービン6b手前の圧力状態を把握するために、圧力センサ(図示しない)を配してもかまわない。
The air-
次に、図2〜4を用いて、エンジンの高負荷運転時にEGRを行なう場合の排気温度、エンジントルク、燃焼状態等のエンジン運転特性について説明する。 Next, engine operating characteristics such as exhaust temperature, engine torque, and combustion state when EGR is performed during high-load operation of the engine will be described with reference to FIGS.
まず、図2(A)は、がエンジンのある回転数、吸気ポート内圧力(以下、吸気管圧力)、空燃比状態における、各点火時期ごとの排気温度とエンジントルクの関係を示す。吸気管圧は大気圧以上(過給状態)であり、空燃比は理論空燃比以下に設定している。このとき、EGR率を5%、10%と増加していくと、吸気管圧力が一定のため、エンジンの空気量は減少し、空燃比一定としているため、燃料量も減少する。しかし、前述のEGR効果によって、トレースノック点(微弱なノックが開始する点火時期)が早まる。この効果により点火時期がMBT点(最もトルクを発生する時期)に近づくため、空気量/燃料量が減少するにもかかわらず、トレースノック点でのエンジントルクは各EGR条件でほぼ一定となる。 First, FIG. 2A shows the relationship between the exhaust temperature and the engine torque at each ignition timing in a certain engine speed, intake port pressure (hereinafter referred to as intake pipe pressure), and air-fuel ratio. The intake pipe pressure is equal to or higher than atmospheric pressure (supercharging state), and the air-fuel ratio is set to be equal to or lower than the theoretical air-fuel ratio. At this time, when the EGR rate is increased to 5% and 10%, the intake pipe pressure is constant, the engine air amount is reduced, and the air-fuel ratio is constant, so the fuel amount is also reduced. However, the trace knock point (ignition timing at which a weak knock starts) is advanced by the aforementioned EGR effect. Due to this effect, the ignition timing approaches the MBT point (the time when torque is generated most), so that the engine torque at the trace knock point becomes substantially constant under each EGR condition even though the air amount / fuel amount decreases.
また、さらに燃焼室内のガス温度が低下することに起因して、排気温度も低下する。図中の排気温度の上限値は、過給機6のタービン6bや触媒7の保護のために設定された値であり、通常はこの値とトレースノック発生によって、エンジン出力向上は制限される。しかし、図2(A)の通り、EGRの導入により排気温度が下がるために、さらに吸気管圧力(過給圧)を高く設定して、高出力化を実現できる可能性を示している。
Further, the exhaust gas temperature also decreases due to a decrease in the gas temperature in the combustion chamber. The upper limit value of the exhaust gas temperature in the figure is a value set for protection of the
図2(B)は、図2(A)の条件から排気温度が設定上限値となるまで吸気管圧力を上昇させたときのエンジントルク特性を示している。点火時期については、トレースノックが発生しない点で最大限進角している。この図2(B)からわかるように、高負荷運転時にEGRを行なうことで、排気温度の低減とノック回避が可能となるため、結果として高トルク(高出力)を得られる。 FIG. 2B shows engine torque characteristics when the intake pipe pressure is increased from the condition of FIG. 2A until the exhaust gas temperature reaches the set upper limit value. The ignition timing is advanced as much as possible so that no trace knock occurs. As can be seen from FIG. 2B, exhaust gas temperature can be reduced and knocking can be avoided by performing EGR during high-load operation, so that high torque (high output) can be obtained as a result.
図3は、エンジンのある運転条件における吸気管圧力と目標EGR率の関係について示している。吸気管圧力を増大、すなわち空気を過給していくと、筒内の温度圧力が増大するためノックが発生しやすくなる。したがって、これを回避するため、本発明の多気筒エンジンの制御装置においては、吸気管圧力を増大するにしたがい、目標EGR率を高くしている。しかし、EGR率を増大していくとEGRガス中の不活性ガス(CO2など)に起因して、燃焼が不安定になりやすい。従って、この多気筒エンジンの制御装置では、エンジン出荷前適合過程などで得られた燃焼安定限界のEGR率を予め設定し、この範囲内において、吸気管圧力に応じて線L01のようにエンジンのEGR率を制御する。 FIG. 3 shows the relationship between the intake pipe pressure and the target EGR rate under certain operating conditions of the engine. If the intake pipe pressure is increased, that is, the air is supercharged, the temperature pressure in the cylinder increases, so that knocking is likely to occur. Therefore, in order to avoid this, in the control device for a multi-cylinder engine of the present invention, the target EGR rate is increased as the intake pipe pressure is increased. However, when the EGR rate is increased, combustion tends to become unstable due to an inert gas (CO 2 or the like) in the EGR gas. Therefore, in this multi-cylinder engine control device, the EGR rate of the combustion stability limit obtained in the pre-engine shipment conforming process or the like is set in advance, and within this range, the engine Control the EGR rate.
図4は、図3の燃焼安定限界設定値付近の目標EGR率における、エンジン30の各気筒の熱発生率チャートである。本実施例においては、4気筒エンジンの例について示している。EGR率は、EGRバルブ11や過給機6、スロットル13などを用いて目標EGR率になるように制御するが、吸気ポート20の形状などに起因して、気筒毎にばらつきが生じる。特に燃焼安定限界付近では、このばらつき度合いが各気筒内の燃焼に与える影響は大きく、この図4では#4気筒のEGR率が目標EGR率より高くなっており、その結果、この気筒の燃焼速度が遅延化して、エンジンの燃焼(運転)状態が悪化している。すなわち高負荷運転時にEGRを行なうエンジンにおいては、この燃焼悪化とノック回避を両立するように、EGR率を制御する必要がある。
FIG. 4 is a heat release rate chart of each cylinder of the
以下に、上記した燃焼悪化とノック回避を両立するようにEGR率を制御する本実施形態のECUが実行する処理内容をフローチャート等を参照しながら順次説明する。 Hereinafter, the processing contents executed by the ECU of the present embodiment that controls the EGR rate so as to achieve both the above-described combustion deterioration and knock avoidance will be sequentially described with reference to a flowchart and the like.
図5は本発明の第1実施例における、EGR率、過給圧及び点火時期の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。特に、図5については、エンジン30がスロットル全開ないしその近傍にある高負荷状態、すなわち吸気ポート20内の圧力が大気圧付近もしくはそれ以上となる条件で運転中にEGRを行なう場合に、燃焼不安定を検出したときの制御フローチャートを示している。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of an EGR rate, supercharging pressure, and ignition timing control routine in the first embodiment of the present invention. In particular, in FIG. 5, when the EGR is performed during operation under a high load condition where the
まず、ステップ(以下、Sと略す)1001において、エンジン30の運転状態やそのエンジン30を搭載した車両などの運転状態、さらにその車両やエンジン30のユーザが持つユーザ意図をアクセル開度センサ1の出力値やブレーキ状態(図示していない)などを読み込むことで推定する。エンジンはスロットル全開に近い高負荷状態のため、S1002において目標EGR率、目標過給圧(空気量)、目標空燃比、目標点火時期などをECU8内にて読み出しもしくは演算し、それらの値になるように、EGRバルブ11、スロットル13、過給機6、インジェクタ5からの燃料噴射量/噴射時期、点火プラグ15による点火時期などを制御する(S1003)。
First, in step (hereinafter abbreviated as “S”) 1001, the
次に現在の燃焼状態を推定するために、空燃比センサ3の出力値を読み込み(S1004)、さらに気筒別燃焼状態推定用センサ、ここではノックセンサ22の出力値を読み込む(S1005)。S1004の空燃比センサ3出力値の読み込みは、全気筒トータルの空燃比状態だけでなく、排気ポート40に設置された少なくとも1個の空燃比センサ3の出力値を演算処理することによって気筒別の空燃比状態も推定できるため、この値から気筒間のEGR分配状態を推定して、図4に示される如くの燃焼不安定状態にあるかどうかを間接的に推定することができる。またS1005で読み込んだノックセンサ22の出力値を演算することで、気筒間での筒内圧のばらつき度合いに基づく燃焼安定度(もしくは不安定度)を算出することができる。これらS1004やS1005で読み込んだ値から、気筒間での空燃比ばらつき度合いが所定値以上、もしくは、燃焼不安定度が所定値以上の場合は、EGRを行なうことによって燃焼状態が不安定になったと判断して、S1007〜S1009に進む。
Next, in order to estimate the current combustion state, the output value of the air-
まず、燃焼状態が不安定になるのを回避するには、EGR率を下げる必要があるが、この場合、単純にEGRバルブ11を制御してEGR率を下げると、図2に示される特性から、排気温度の過度の上昇や、ノックの発生が危惧されるため、まず、S1007において過給圧(筒内に供給される空気量)を減少させるため、スロットル13、過給機6(a)(b)を制御する。これが所定圧力になったかどうかを吸気圧センサ14の値などで判断し(S1008)、所定値以下であると判断されるとS1009に進んでEGRバルブ11を制御してEGR率を減じる制御を実施する。これらS1004からS1009の制御フローを通して燃焼状態を安定化させることができれば、S1010に進んでノックセンサ22などの出力からノック発生有無を検出し、ノックがあると判断されると、点火リタード制御を実施してノックを回避する(S1011)。またこの後、排気温度センサを過給機のタービン6(a)の手前もしくは直後に備えている場合(図示していない)に、その温度を検出して、上述の設定上限値以下であるかどうかを判断する(S1012)。上限値(所定値)以上である場合には、過給機6や触媒7の損傷や劣化を回避するため、S1013に進んで過給圧(空気量)を減じる制御を行う。かかる制御により、エンジンの高負荷運転を実現するためにEGRを行なうシステムにおいて、燃焼不安定による運転状態悪化や排気悪化を防止し、好適な高トルク(高出力)運転を実現することができるものである。
First, in order to avoid instability of the combustion state, it is necessary to lower the EGR rate. In this case, if the EGR rate is lowered simply by controlling the
次に、図6に示されるフローチャートは、第1実施例における、EGR率、過給圧及び点火時期の制御ルーチンの一例として、エンジン30が全開運転に近い高負荷状態、すなわち吸気ポート20内の圧力が大気圧付近もしくはそれ以上の条件運転中に、燃焼不安定になる直前までEGRを導入していくときの処理内容を示している。この制御ルーチンは、例えば以下のような状況で適用する。上記図5のような制御ルーチンを実行した結果、高負荷運転時に比較的低いEGR率(0%を含む)を設定したままエンジンを停止すると、再始動後に同じ高負荷条件でエンジンを運転する場合には、燃焼不安定を回避するために、再始動前に設定したEGR率もしくは各制御パラメータを適用する。この場合エンジントルクとしては当初の設定値より低い状態にあるので、燃焼不安定が発生する値までEGR率を引き上げることで高トルク(高出力)と燃焼安定を両立することができるものである。
Next, the flowchart shown in FIG. 6 is a high load state in which the
以下、具体的な制御ルーチンを説明する。まず、S2001から2003までは図5のS1001からS1003の場合と同様なので、ここでは説明を割愛する。次に現在運転中のエンジンの実トルク(現在推定トルク)より、エンジン30やそれを搭載した車両のユーザ要求トルクが大きい場合、例えばアクセル開度センサ1の出力値が所定値以上にある場合には、さらにトルクを上昇させるために、S2005からS2007のステップを実行し、図3に示した限界過給圧及び燃焼安定限界の範囲内でEGR率を引き上げる制御を行なう。このとき、はじめに過給圧(空気量)を上昇させると排気温度の過度の上昇やノックの発生が危惧されるため、まずS2005においてEGRバルブ11を制御してEGR率を上げる。引き上げるEGR率は予めその引き上げ度合いをECU8に書き込んでおく形が好ましい。
Hereinafter, a specific control routine will be described. First, steps S2001 to 2003 are the same as those in steps S1001 to S1003 of FIG. Next, when the user-requested torque of the
その後、図2で示した特性に基づいて点火時期の進角制御(S2006)、過給圧(空気量)の増加制御を行い(S2007)、目標トルクを実現する。これらの制御によってエンジンのトルク(出力)は向上するものの、EGR率の増加によって燃焼が不安定になることが危惧されるため、S2008からS2017までのステップを実行し、燃焼不安定を回避しながらできるだけ高トルクを維持する。このS2008からS2017までのステップは図5のS1004からS1013と同様のため、ここでは説明を割愛する。以上、図6のフローチャートを用いて説明した制御により、エンジンの高負荷運転時にEGRを行なうシステムにおいて、当初のEGR率が低く設定されている状態においても、燃焼不安定による運転状態悪化や排気悪化を防止しながら、好適な高トルク(高出力)運転を実現することができるものである。 Thereafter, based on the characteristics shown in FIG. 2, the ignition timing advance control (S2006) and the boost pressure (air amount) increase control are performed (S2007) to achieve the target torque. Although the torque (output) of the engine is improved by these controls, there is a concern that the combustion may become unstable due to an increase in the EGR rate. Therefore, the steps from S2008 to S2017 are executed to avoid the combustion instability as much as possible. Maintain high torque. Since the steps from S2008 to S2017 are the same as S1004 to S1013 in FIG. 5, the description is omitted here. As described above, in the system that performs EGR during engine high-load operation by the control described with reference to the flowchart of FIG. 6, even when the initial EGR rate is set low, the operating state deteriorates or the exhaust gas deteriorates due to unstable combustion. Thus, a suitable high torque (high output) operation can be realized.
図7から図10には、本発明の第2実施例として、第1実施例に対しEGRガス状態を検出もしくは推定するフローチャートならびに構成を加えたものの一例を示している。 FIGS. 7 to 10 show an example of the second embodiment of the present invention in which a flowchart and a configuration for detecting or estimating the EGR gas state are added to the first embodiment.
図7は、本実施例の図5や図6の制御ルーチンにEGRガス検出及び推定のステップを加えたフローチャートを示している。EGRを導入してノックを回避しトルク(出力)を向上する本発明のシステムの場合、ノック発生や燃焼不安定有無などは、実際に流れているEGRガスの流量や温度に影響を受ける。そのため、設定された目標EGR率にあるかどうか、またそのEGRガス温度が所定範囲内にあるかどうかなどを検出もしくは推定し、これに応じた制御量を選定することにより、さらに好適な制御を実施可能となる。図7のフローチャートは、図5のS1001とS1002の間、及び図6のS2001とS2002の間に、EGRがス状態推定のS3002を設けたものである。このEGRガス状態の推定には、例えばEGR通路9に温度センサを設けるか、もしくは吸気ポート20に設置された吸気温度センサ12の出力からEGRガス温度を推定することで実現できる。
FIG. 7 shows a flowchart in which EGR gas detection and estimation steps are added to the control routine of FIGS. 5 and 6 of the present embodiment. In the case of the system of the present invention in which EGR is introduced to avoid knocking and torque (output) is improved, the occurrence of knocking, the presence or absence of combustion instability, etc. are affected by the flow rate and temperature of the actually flowing EGR gas. Therefore, by detecting or estimating whether or not the set EGR rate is within the predetermined range and whether or not the EGR gas temperature is within a predetermined range, a more suitable control can be performed by selecting a control amount corresponding to this. Can be implemented. The flowchart of FIG. 7 is obtained by providing S3002 of EGR estimation between S1001 and S1002 of FIG. 5 and between S2001 and S2002 of FIG. The estimation of the EGR gas state can be realized, for example, by providing a temperature sensor in the
図8には、本発明の第2実施例における、吸気(EGRガス)温度と目標EGR率との関係を示している。吸気(EGRガス)温度が高い場合にはEGRによりかえって筒内温度を上げてしまい、ノックしやすい状態となるため、目標EGR率を下げる必要がある。よって本第2実施例の構成においては、線L02に示すような特性、すなわちEGRガス状態(温度)に応じた目標EGR率を予めECU8が設定されており、これに基づいてEGR率や過給圧(空気量)を制御する。
FIG. 8 shows the relationship between the intake (EGR gas) temperature and the target EGR rate in the second embodiment of the present invention. If the intake air (EGR gas) temperature is high, the in-cylinder temperature is raised by EGR, and it becomes easy to knock, so it is necessary to lower the target EGR rate. Therefore, in the configuration of the second embodiment, the
図9には本発明の第2実施例の構成として、EGR通路9にEGR流量センサ23を設置した場合の構成図を、図10に、このEGRガス流量センサ23を用いた場合のEGR流量制御フローチャートの一例を示している。
FIG. 9 shows a configuration of the second embodiment of the present invention when the
EGRガス流量センサ23は、EGR通路9に流れるEGRガスの質量流量を直接的に検出できるセンサである。この効果として、例えばEGRガス量を目標EGR率に相当する量に設定する場合、図10のS4001からS4003に示されるようなフローチャートによってEGRガス流量を検出、制御することによって、エンジン30の劣化状態や過給機6の制御応答性等によらず、適切かつスムーズなEGR率制御を実現することができる。このEGR流量の検出原理については、本発明の範囲内において限定するものではないが、EGRガスによる汚損を回避する構造として、熱線式や熱板式の測定エレメントを有するセンサであることが好ましい。またこのような直接EGR流量を検出しない、例えば吸気圧センサ14、吸気温度センサ12、エアフローセンサ2の出力値など用いた充填効率推定によるEGR流量推定方式を用いてもかまわない。
The EGR gas
図11は、本発明の第3実施例における多気筒エンジンの制御装置の構成例を示している。この実施例はこれまで実施例のエンジン構成と異なり、EGR通路9は排気通路40における排気触媒7の後と、過給機6のインペラ6bを繋ぐ通路として配されている。また吸入空気量を調整するスロットル13は、エアクリーナ17のすぐ下流かつEGR通路9の吸気側連通口の上流に配されている。この構成では、排気触媒7を通過した後のEGRガスを上流から投入できるため、汚損の少ないEGRガスを大量にエンジン内に戻すことが可能となる。この構成の場合、エンジン燃焼室18から見たエアフローセンサ2までの距離と、EGRセンサ12までの距離がほぼ同じとなるため、過渡運転ときのEGR率の制御精度を向上する効果は少なくなるが、汚損によるEGR流量センサ12の劣化が抑えられるため、エアフローセンサ2と協調して、高精度なEGR率ならびに筒内酸素濃度推定が可能となる。本構成の場合、大量のEGRガス導入が可能になるため、これを主体にガス流量をセンシングすると、エアフローセンサ2をシステムから外して低コスト化を図れる可能性もある。しかしこの内容は本発明の意図する課題ではないため、詳細は割愛する。
FIG. 11 shows a configuration example of a control device for a multi-cylinder engine in the third embodiment of the present invention. This embodiment differs from the engine configuration of the embodiment so far in that the
なお、本発明の第2及び第3実施例に示されているEGR流量センサ23の配置は、EGRバルブ11の下流やEGRクーラ10の上流にあっても、本実施例と同等の効果を奏することができるため、これらは実施例の図に記載した設置場所に限らず、EGR通路9中であればどこでもよい、ということも付け加えておく。
The arrangement of the
1…アクセル開度センサ、2…エアフローセンサ、3…空燃比センサ、5…インジェクタ、6…過給機、6a…インペラ、6b…タービン、7…触媒、8…ECU、9…EGR通路、10…EGRクーラ、11…EGRバルブ、12…吸気温度センサ、13…スロットル、14…吸気圧センサ、15…点火プラグ、16…インタークーラ、17…エアクリーナ、18…燃焼室、19…気筒、20…吸気ポート、21 …圧力センサ、22 …ノックセンサ、23…EGRガス流量センサ、24…EGRバルブ、25…EGR配管、26…EGRクーラ 30…多気筒エンジン、32…吸気通路、40…排気通路
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記制御手段は、エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にEGRを行なうとともに、前記燃焼状態推定手段の推定結果及び前記空燃比検出手段の検出結果のうちの少なくとも一方に基づいて、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該ばらつき度合いに基づいてEGR率を制御することを特徴とする多気筒エンジンの制御装置。 An air supply amount adjusting means for adjusting the amount of air supplied into the cylinder, an EGR passage for returning a part of the exhaust gas to the intake system, and an EGR gas flow rate recirculated to the intake system through the EGR passage EGR gas flow rate adjusting means for adjusting, combustion state estimating means for detecting or estimating the combustion state of the air-fuel mixture, air / fuel ratio detecting means for detecting the air / fuel ratio of the exhaust, said air supply amount adjusting means and EGR gas flow rate Control means for controlling the adjusting means,
The control means performs EGR during high load operation when the engine load becomes a predetermined value or more, and based on at least one of the estimation result of the combustion state estimation means and the detection result of the air-fuel ratio detection means A control device for a multi-cylinder engine, which obtains a degree of variation in combustion state between the cylinders and / or a degree of variation in air-fuel ratio between cylinders and controls the EGR rate based on the degree of variation.
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