JP2020105949A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管に取り付けられた触媒による排気の浄化性能を向上させる。【解決手段】第１，第２バンク、第１，第２バンクに接続される吸気管、第１，第２バンクにそれぞれ接続される第１，第２排気管、第１，第２排気管にそれぞれ配置される第１，第２触媒を有するエンジンと、第２排気管における第２触媒よりも上流側と吸気管とを連絡する連絡管６２、連絡管に配置される排気再循環バルブ６４を有する排気再循環装置６０と、を備えるエンジン装置において、排気再循環装置６０による排気の再循環が行なわれているときに、第１バンクと第２バンクとで燃料噴射制御における空燃比フィードバック制御に用いるリーン判定値、リッチ判定値、ゲインのうちの少なくとも１つを変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、エンジンとＥＧＲ装置とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、エンジンは、第１，第２バンク、第１，第２バンクに接続される吸気管、第１，第２バンクにそれぞれ接続される第１，第２排気管、第１，第２排気管にそれぞれ配置される第１，第２触媒を有する。ＥＧＲ装置は、第２排気管における第２触媒よりも上流側と吸気管とを連絡するＥＧＲ通路、ＥＧＲ通路に配置されるＥＧＲ弁バルブを有する。

特開２００９−１３７５３１号公報

上述のエンジン装置では、ＥＧＲ弁を開成しているときには、第２バンクから第２排気管に排出される排気の一部が吸気管に還流するから、第１触媒に流れる排気量と第２触媒に流れる排気量とは異なる。このため、第１バンクの気筒と第２バンクの気筒とで同一の燃料噴射制御を行なうと、触媒により排気を十分に浄化できていない可能性がある。

本発明のエンジン装置は、排気管に取り付けられた触媒による排気の浄化性能を向上させることを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
第１，第２バンク、前記第１，第２バンクに接続される吸気管、前記第１，第２バンクにそれぞれ接続される第１，第２排気管、前記第１，第２排気管にそれぞれ配置される第１，第２触媒を有するエンジンと、
前記第２排気管における前記第２触媒よりも上流側と前記吸気管とを連絡する連絡管、前記連絡管に配置される排気再循環バルブを有する排気再循環装置と、
前記エンジンと前記排気再循環装置とを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記排気再循環装置による排気の再循環が行なわれているときに、前記第１バンクと前記第２バンクとで燃料噴射制御における空燃比フィードバック制御に用いるリーン判定値、リッチ判定値、ゲインのうちの少なくとも１つを変更する、
ことを要旨とする。

この本発明のエンジン装置では、排気再循環装置による排気の再循環が行なわれているときに、第１バンクと第２バンクとで空燃比フィードバック制御に用いるリーン判定値、リッチ判定値、ゲインのうちの少なくとも１つを変更する。これにより、第１バンクの気筒および第２バンクの気筒についてそれぞれ適切な燃料噴射制御を行なうことができるから、第１，第２触媒による排気の浄化性能を向上させることができる。

こうした本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記第１バンクの気筒についての前記リーン判定値として、前記第２バンクの気筒についての前記リーン判定値よりも理論空燃比に近い値を用いるものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記第１バンクの気筒についての前記リッチ判定値として、前記第２バンクの気筒についての前記リッチ判定値よりも理論空燃比に近い値を用いるものとしてもよい。さらに、前記制御装置は、前記第１バンクの気筒についての前記ゲインとして、前記第２バンクの気筒についての前記ゲインよりも小さい値を用いるものとしてもよい。これらのようにすれば、第１バンクの気筒および第２バンクの気筒についてそれぞれより適切な燃料噴射制御を行なうことができる。

本発明の一実施例としてのエンジン装置２０の構成の概略を示す構成図である。 各気筒についての空燃比フィードバック制御におけるゲインＧａｆを設定する際の様子について説明する説明図である。 ＥＣＵ７０により実行される制御用値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置２０は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車などに搭載され、図示するように、エンジン２２と電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて各気筒の吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の各行程により動力を出力する第１，第２バンク３２Ａ，３２Ｂ（それぞれ２気筒や３気筒など）を有する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エアクリーナ２４Ａ，２４Ｂにより清浄された空気を吸気管２６Ａ，２６Ｂを介して吸気管２６Ｃで合流させてスロットルバルブ２８およびインテークマニホールド３０を介して吸入すると共に各燃料噴射弁から燃料を噴射して空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を各吸気バルブを介してエンジン本体３２の各燃焼室に吸入し、各点火プラグによる電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられる各ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。エンジン本体３２の第１バンク３２Ａの各燃焼室から各排気バルブおよびエキゾーストマニホールド３４Ａを介して排気管３６Ａに排出される排気は、触媒３８Ａ，４０Ａを介して外気に排出される。また、エンジン本体３２の第２バンク３２Ｂの各燃焼室から各排気バルブおよびエキゾーストマニホールド３４Ｂを介して排気管３６Ｂに排出される排気は、触媒３８Ｂ，４０Ｂを介して外気に排出される。触媒３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂは、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する。

このエンジン２２は、排気のエネルギを用いて過給する過給機５０Ａ，５０Ｂも備える。過給機５０Ａ，５０Ｂは、吸気管２６Ａ，２６Ｂに配置されるコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂと、排気管３６Ａ，３６Ｂにおける触媒３８Ａ，３８Ｂよりも上流側に配置されると共に連結軸５３Ａ，５３Ｂを介してコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂに接続されるタービン５４Ａ，５４Ｂと、排気管３６Ａ，３６Ｂにおけるタービン５４Ａ，５４Ｂの上流側と下流側（タービン５４Ａ，５４Ｂと触媒３８Ａ，３８Ｂとの間）とを連絡（バイパス）するバイパス管３７Ａ，３７Ｂに配置されるウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂとを有する。この過給機５０Ａ，５０Ｂは、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂの開度を調整することにより、バイパス管３７Ａ，３７Ｂを流れる排気の流量とタービン５４Ａ，５４Ｂを流れる排気の流量との分配比を調整し、タービン５４Ａ，５４Ｂの回転駆動力を調整し、コンプレッサ５２Ａ，５２Ｂによる圧縮空気量を調整し、吸気管２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおけるコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂとスロットルバルブ２８との間の圧力（以下、「スロットル前吸気圧」という）を調整する。なお、エンジン２２は、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂが全開のときには、過給機５０Ａ，５０Ｂが取り付けられていない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作可能になっている。

エンジン２２には、排気を吸気に還流する排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」という）６０が取り付けられている。ＥＧＲ装置６０は、排気管３６Ｂにおけるタービン５４Ｂよりも上流側と吸気管２６Ｃにおけるスロットルバルブ２８よりも下流側とを連絡するＥＧＲ管６２と、ＥＧＲ管６２に配置されるＥＧＲバルブ６４とを有する。このＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲバルブ６４の開度を調節することにより、排気管３６Ｂの不燃焼ガスとしての排気の還流量を調節して吸気管２６Ｃに還流する。以下、この還流を「ＥＧＲ」といい、還流量を「ＥＧＲ量」という。ＥＧＲを行なっているときには、エンジン本体３２の各燃焼室には、空気と排気と燃料との混合気が吸入される。

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。ＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。ＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、エンジン２２のクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサからのクランク角θｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。また、吸気管２６Ａ，２６Ｂにおけるエアクリーナ２４Ａ，２４Ｂとコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂとの間に取り付けられたエアフローメータ７１Ａ，７１Ｂからの吸入空気量Ｑａ１，Ｑａ２や、吸気管２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおけるコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂとスロットルバルブ２８との間に取り付けられた圧力センサ７２からの圧力（上述のスロットル前吸気圧）Ｐｉｎ１、吸気管２６Ｃにおけるスロットルバルブ２８よりも下流側（詳細には、ＥＧＲ管６２との接続位置よりも下流側）に取り付けられた圧力センサ７４からの圧力（以下、「スロットル後吸気圧」という）Ｐｉｎ２、スロットルバルブ２８の開度を検出する開度センサからの開度ＴＨも挙げることができる。さらに、排気管３６Ａにおける触媒３８Ａの上流側および下流側に取り付けられた空燃比センサ７６Ａ，７８Ａからの空燃比ＡＦｆ１，ＡＦｒ１や、排気管３６Ｂにおける触媒３８Ｂの上流側および下流側に取り付けられた空燃比センサ７６Ｂ，７８Ｂからの空燃比ＡＦｆ２，ＡＦｒ２も挙げることができる。加えて、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂの開度を検出する開度センサからの開度Ｏｗｓｔや、ＥＧＲバルブ６４の開度を検出する開度センサからの開度Ｏｅｇｒも挙げることができる。

ＥＣＵ７０からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力される。ＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２８への制御信号や、燃料噴射弁への制御信号、点火プラグへの制御信号、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂへの制御信号、ＥＧＲバルブ６４への制御信号を挙げることができる。

ＥＣＵ７０は、クランク角センサからのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算する。また、ＥＣＵ７０は、エアフローメータ７１Ａ，７１Ｂからの吸入空気量Ｑａ１，Ｑａ２の和とエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率（エンジン２２の各気筒の燃焼室の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際の吸入される空気の容積の割合）ＫＬを演算する。

こうして構成された実施例のエンジン装置２０では、ＥＣＵ７０は、エンジン２２が目標負荷率ＫＬ＊で運転されるように、スロットルバルブ２８の開度を制御する吸入空気量制御や、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御，点火プラグの点火時期を制御する点火制御，ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂの開度を制御する過給制御、ＥＧＲバルブ６４の開度を制御するＥＧＲ制御などを行なう。点火制御や過給制御、ＥＧＲ制御については説明を省略する。

吸入空気量制御では、目標負荷率ＫＬ＊に基づいて目標吸入空気量Ｑａ＊を設定し、吸入空気量Ｑａ１，Ｑａ２の和が目標吸入空気量Ｑａ＊となるようにスロットルバルブ２８の目標開度ＴＨ＊を設定し、スロットルバルブ２８の開度ＴＨが目標開度ＴＨ＊となるようにスロットルバルブ２８を制御する。

燃料噴射制御では、第１，第２バンク３２Ａ，３２Ｂの各気筒について、負荷率ＫＬと空燃比フィードバック制御におけるゲインＧａｆとを用いて式（１）により目標燃料噴射量Ｑｆ＊を設定し、設定した目標燃料噴射量Ｑｆ＊の燃料噴射が行なわれるように各燃料噴射弁を制御する。式（１）中、「Ｑｆｂａｓ」は、負荷率ＫＬが１００％のときの目標燃料噴射量である。

Qf*=Qfbas×KL×(1＋Gaf) (1)

図２は、各気筒についての空燃比フィードバック制御におけるゲインＧａｆを設定する際の様子について説明する説明図である。図中、「空燃比ＡＦ」としては、第１バンク３２Ａの各気筒については空燃比センサ７８Ａにより検出される空燃比ＡＦｒ１が用いられ、第２バンク３２Ｂの各気筒については空燃比センサ７８Ｂにより検出される空燃比ＡＦｒ２が用いられる。また、「ＡＦｓｔ」は、理論空燃比（例えば１４．６）であり、「ＡＦｌｅ」はリーン判定値であり、「ＡＦｒｉ」は、リッチ判定値である。図示するように、ゲインＧａｆが値Ｇｓのときに空燃比ＡＦがリッチ判定値ＡＦｒｉ以下に至ると、空燃比ＡＦがリッチになったと判断し、ゲインＧａｆを値Ｇｓから値（−Ｇｓ）に切り替える。これにより、目標燃料噴射量Ｑｆ＊を少なくし、空燃比ＡＦがリーン側になるようにする。また、ゲインＧａｆが値（−Ｇｓ）のときに空燃比ＡＦがリーン判定値ＡＦｌｅ以上に至ると、空燃比ＡＦがリーンになったと判断し、フィードバックゲインＧａｆを値（−Ｇｓ）から値Ｇｓに切り替える。これにより、目標燃料噴射量Ｑｆ＊を多くし、空燃比ＡＦがリッチ側になるようにする。このようして空燃比ＡＦをリッチ側やリーン側にすることにより、触媒３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂの酸素吸蔵機能を活用し、リーン側のときには、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）の浄化性能を高くし、リッチ側のときには、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化性能を高くすることができる。

次に、こうして構成された実施例のエンジン装置２０の動作、特に、ＥＧＲ装置６０によりＥＧＲを行なっているときの、エンジン２２の各気筒の燃料噴射制御における目標燃料噴射量Ｑｆ＊の設定に用いる制御用値（値Ｇｓ、リーン判定値ＡＦｌｅ、リッチ判定値ＡＦｒｉ）を設定する際の処理について説明する。図３は、ＥＣＵ７０により実行される制御用値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ＥＧＲ装置６０によりＥＧＲを行なっているときに繰り返し実行される。

図３の制御用値設定ルーチンが実行されると、ＥＣＵ７０は、最初に、次回に燃料噴射を行なう次回噴射気筒が第１，第２バンク３２Ａ，３２Ｂのうちの何れのバンクの気筒であるかを判定する（ステップＳ１００，Ｓ１０２）。ここで、第２バンク３２Ｂの各気筒は、排気管３６Ｂ（ＥＧＲ装置６０のＥＧＲ管６２が取り付けられた排気管）に対応する気筒（以下、「ＥＧＲ取出気筒」という）であり、第１バンク３２Ａの各気筒は、排気管３６Ａに対応する気筒（以下、「ＥＧＲ非取出気筒」という）であるから、ステップＳ１００の処理は、次回噴射気筒がＥＧＲ非取出気筒であるかＥＧＲ取出気筒であるかを判定する処理となる。

次回噴射気筒が第２バンク３２Ｂの気筒であると判定したときには、次回噴射気筒はＥＧＲ取出気筒である判断し、値Ｇｓに所定値Ｇｓ１を設定し（ステップＳ１１０）、リーン判定値ＡＦｌｅに所定値ＡＦｌｅ１を設定し（ステップＳ１２０）、リッチ判定値ＡＦｒｉに所定値ＡＦｒｉ１を設定して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。ここで、所定値Ｇｓ１としては、例えば、０．０６や０．０７、０．０８などが用いられ、所定値ＡＦｌｅ１としては、例えば、理論空燃比ＡＦｓｔよりも０．０９や０．１０、０．１１など大きい値が用いられ、所定値ＡＦｒｉ１としては、例えば、理論空燃比ＡＦｓｔよりも０．０９や０．１０、０．１１など小さい値が用いられる。

次回噴射気筒が第１バンク３２Ａの気筒であると判定したときには、次回噴射気筒はＥＧＲ非取出気筒である判断し、値Ｇｓに所定値Ｇｓ１よりも小さい所定値Ｇｓ２を設定し（ステップＳ１４０）、リーン判定値ＡＦｌｅに所定値ＡＦｌｅ１よりも小さい所定値ＡＦｌｅ２を設定し（ステップＳ１５０）、リッチ判定値ＡＦｒｉに所定値ＡＦｒｉ１よりも大きい所定値ＡＦｒｉ２を設定して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。ここで、所定値Ｇｓ２としては、例えば、０．０２や０．０３、０．０４などが用いられ、所定値ＡＦｌｅ２としては、例えば、理論空燃比ＡＦｓｔよりも０．０４や０．０５、０．０６など大きい値が用いられ、所定値ＡＦｒｉ２としては、例えば、理論空燃比ＡＦｓｔよりも０．０４や０．０５、０．０６など小さい値が用いられる。

ＥＧＲ装置６０によりＥＧＲを行なっているときには、ＥＧＲ取出気筒から排気管３６Ｂに排出される排気の一部がＥＧＲ装置６０を介して吸気管２６Ｃに還流する。このため、触媒３８Ａ，４０Ａに流れる排気量が触媒３８Ｂ，４０Ｂに流れる排気量に比して多いから、触媒３８Ａ，３８Ｂや触媒４０Ａ，４０Ｂの浄化性能を考慮すると、第１バンク３２Ａの気筒についての空燃比フィードバック制御では、第２バンク３２Ｂの気筒についての空燃比フィードバック制御に比して、フィードバックゲインＧａｆの振れ幅（値ｋｓと値（−ｋｓ）との差分）を小さくし、且つ、リーン判定値ＡＦｌｅやリッチ判定値ＡＦｒｉを理論空燃比に近づけるのが好ましい。このように、各気筒について、値Ｇｓやリーン判定値ＡＦｌｅ、リッチ判定値ＡＦｒｉを設定し、これらを用いた空燃比フィードバック制御を用いて燃料噴射制御を行なうことにより、触媒３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂにより十分に浄化性能を発揮させることができる。この結果、触媒３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂによる排気の浄化性能を向上させることができる。

以上説明した実施例のエンジン装置２０では、ＥＧＲ装置６０によりＥＧＲを行なっているときには、ＥＧＲ取出気筒についての燃料噴射制御とＥＧＲ非取出気筒についての燃料噴射制御とで、燃料噴射制御における空燃比フィードバック制御に用いるリーン判定値ＡＦｌｅやリッチ判定値ＡＦｒｉ、ゲインＧを変更する。これにより、触媒３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂによる排気の浄化性能を向上させることができる。

実施例のエンジン装置２０では、次回噴射気筒がＥＧＲ取出気筒（第２バンク３２Ｂの気筒）であるかＥＧＲ非取出気筒（第１バンク３２Ａの気筒）であるかに応じて、値Ｇｓ、リーン判定値ＡＦｌｅ、リッチ判定値ＡＦｒｉを変更するものとしたが、値Ｇｓ、リーン判定値ＡＦｌｅ、リッチ判定値ＡＦｒｉのうちの一部だけを変更するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置２０では、過給機５０Ａ，５０Ｂを備えるものとしたが、こうした過給機５０Ａ，５０Ｂを備えないものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、ＥＧＲ装置６０が「排気再循環装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

２０ エンジン装置、２２ エンジン、２４Ａ，２４Ｂ エアクリーナ、２６ 吸気管
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 吸気管、２８ スロットルバルブ、３０ インテークマニホールド、３２ エンジン本体、３２Ａ 第１バンク、３２Ｂ 第２バンク、３４Ａ，３４Ｂ エキゾーストマニホールド、３６Ａ，３６Ｂ 排気管、３７Ａ バイパス管、３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ 触媒、５０Ａ，５０Ｂ 過給機、５２Ａ，５２Ｂ コンプレッサ、５３Ａ，５３Ｂ 連結軸、５４Ａ，５４Ｂ タービン、５６Ａ，５６Ｂ ウェイストゲートバルブ、６０ ＥＧＲ装置、６２ ＥＧＲ管、６４ ＥＧＲバルブ、７０ ＥＣＵ、７２，７４ 圧力センサ、７６Ａ，７６Ｂ，７８Ａ，７８Ｂ 空燃比センサ。

Claims (1)

1. 第１，第２バンク、前記第１，第２バンクに接続される吸気管、前記第１，第２バンクにそれぞれ接続される第１，第２排気管、前記第１，第２排気管にそれぞれ配置される第１，第２触媒を有するエンジンと、
   前記第２排気管における前記第２触媒よりも上流側と前記吸気管とを連絡する連絡管、前記連絡管に配置される排気再循環バルブを有する排気再循環装置と、
   前記エンジンと前記排気再循環装置とを制御する制御装置と、
   を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記排気再循環装置による排気の再循環が行なわれているときに、前記第１バンクと前記第２バンクとで燃料噴射制御における空燃比フィードバック制御に用いるリーン判定値、リッチ判定値、ゲインのうちの少なくとも１つを変更する、
   エンジン装置。

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