JP7264125B2

JP7264125B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP7264125B2
Application number: JP2020122196A
Authority: JP
Inventors: 敦岡崎
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2040-07-16
Also published as: JP2022018822A; CN115917132A; WO2022014405A1

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関においては、内燃機関本体に流れる吸気の過給圧を、吸気通路に設けられた弁の開度を制御することで、調整している。
また、内燃機関には、排気ガスを浄化する後処理装置（例えば触媒）が設けられており、当該触媒を活性化させるために、触媒を昇温させる昇温制御モードが実行される。

特開２００９－７９５５７号公報

ところで、通常、弁が閉じる遷移時間と、弁が開く遷移時間は、予め同じ時間に設定されていた。このため、昇温制御モード実行中のフィードバック制御の開始時に弁の閉じる時間が短いと、吸気量が不足して内燃機関本体が失火するおそれがある。一方で、フィードバック制御の停止時に弁が開く時間が短いと、加速不良となるおそれがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、昇温制御モード時の弁の開閉に伴う不具合の発生を抑止することを目的とする。

本発明の一の態様においては、内燃機関本体へ流れる空気の過給圧を制御するために、吸気通路に開閉可能に設けられた弁の開度を制御する弁制御部と、前記内燃機関本体から発生する排気ガスを浄化する後処理装置を昇温させる昇温制御モードを実行中に、前記弁による前記過給圧のフィードバック制御の開始タイミング又は停止タイミングを特定するタイミング特定部と、前記タイミング特定部が特定した前記開始タイミング又は前記停止タイミングに、前記弁が開方向に開動作するか、又は閉方向に閉動作するかを判定する動作方向判定部と、前記動作方向判定部が判定した前記弁の動作方向に応じて、前記弁の前記動作方向における目標開度までの遷移時間を設定する遷移時間設定部と、を備える、内燃機関の制御装置を提供する。

前記遷移時間設定部は、前記弁が閉方向の目標開度まで閉動作する閉遷移時間が、前記弁が開方向の目標開度まで開動作する開遷移時間よりも長くなるように、前記閉遷移時間と前記開遷移時間を設定することとしてもよい。

また、前記動作方向判定部は、遷移前の前記弁の開度と遷移後の前記弁の開度との差に基づいて、前記弁の動作方向を判定することとしてもよい。

また、前記動作方向判定部は、前記停止タイミングに、前記差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記弁が前記開方向に開動作すると判定し、前記差が前記閾値以下である場合には、前記弁が前記閉方向に閉動作すると判定することとしてもよい。

また、前記動作方向判定部は、前記開始タイミングに、前記差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記弁が前記閉方向に閉動作すると判定し、前記差が前記閾値以下である場合には、前記弁が前記開方向に開動作すると判定することとしてもよい。

本発明によれば、昇温制御モード時の弁の開閉に伴う不具合の発生を抑止できるという効果を奏する。

一の実施形態に係る内燃機関１の構成を説明するための模式図である。吸気絞り弁２８の開閉時の遷移時間を説明するための模式図である。制御装置１００の詳細構成を説明するための模式図である。吸気絞り弁２８の動作方向の判定を説明するための模式図である。

＜内燃機関の構成＞
本発明の一の実施形態に係る内燃機関の構成について、図１を参照しながら説明する。

図１は、一の実施形態に係る内燃機関１の構成を説明するための模式図である。内燃機関１は、例えば、トラック等の車両に搭載された多気筒エンジンである。内燃機関１は、ディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、例えばガソリンエンジンであってもよい。内燃機関１は、図１に示すように、エンジン本体１０と、燃料噴射装置１５と、吸気通路２０と、排気通路３０と、ターボチャージャ４０と、ＥＧＲ装置５０と、制御装置１００とを有する。

エンジン本体１０は、ここでは４つのシリンダ１２を有するが、これに限定されない。各シリンダ１２内には、ピストン、クランクシャフト等の可動部品が設けられている。

燃料噴射装置１５は、エンジン本体１０内の燃焼室に燃料を噴射する噴射装置である。燃料噴射装置１５は、ここではコモンレール式燃料噴射装置であり、インジェクタ１６とコモンレール１７を有する。インジェクタ１６は、各シリンダ１２内の燃焼室に燃料を噴射する。コモンレール１７は、インジェクタ１６から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

吸気通路２０は、エンジン本体１０に吸入する吸気が流れる通路である。吸気通路２０は、エンジン本体１０に接続された吸気マニホールド２２と、吸気マニホールド２２の上流端に接続された吸気管２３とを有する。吸気マニホールド２２は、吸気管２３から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管２３には、エアクリーナ２４、エアフローメータ２５、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４２Ｃ、インタークーラ２７、吸気絞り弁２８が設けられている。エアフローメータ２５は、内燃機関１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出する。吸気絞り弁２８は、例えば回転することで開度を調整可能となっている。

排気通路３０は、エンジン本体１０から発生する排気ガスが流れる通路である。排気通路３０は、エンジン本体１０に接続された排気マニホールド３２と、排気マニホールド３２の下流端に接続された排気管３３とを有する。排気マニホールド３２は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合する。排気管３３には、ターボチャージャ４０のタービン４２Ｔ、後処理装置３５が設けられている。後処理装置３５は、排気ガスを浄化するための装置であり、例えば、酸化触媒、ＤＰＦ、ＳＣＲ、アンモニア酸化触媒を含む。

ところで、内燃機関１の冷間始動後から暖機完了までの間、後処理装置３５（具体的には、触媒）を早期に昇温させるための制御モード（以下、昇温制御モードと呼ぶ）を実行可能となっている。昇温制御モード時は、新気の吸入を少なくさせる一方で、ＥＧＲ装置５０による排気ガスの還流量を増やす。このため、昇温制御モード時の吸排気の特性は、昇温制御モード以外の通常制御モード時の吸排気の特性と異なる。

ターボチャージャ４０は、排気通路３０を流れる排気ガスの流れを利用して、吸気通路２０を流れる吸気を圧縮する過給機である。ターボチャージャ４０は、排気通路３０に設けられたタービン４２Ｔと、吸気通路２０に設けられたコンプレッサ４２Ｃとを有する。タービン４２Ｔは、開度を制御可能な弁を有する。コンプレッサ４２Ｃは、タービン４２Ｔの回転に連動して回転して、吸気を圧縮する。

ＥＧＲ装置５０は、排気ガスの一部をエンジン本体１０へ還流させる。具体的には、ＥＧＲ装置５０は、排気通路３０内（ここでは、排気マニホールド３２内）の排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと呼ぶ）を、吸気通路２０内（ここでは、吸気マニホールド２２内）に還流させる。ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ通路５２と、ＥＧＲクーラ５３と、ＥＧＲ弁５４と、温度センサ５５とを有する。

ＥＧＲ通路５２は、ＥＧＲガスが流れる流路である。ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲ通路５２に設けられ、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁５４は、開閉可能な弁であり、ＥＧＲガスの流量を調整する。温度センサ５５は、ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスの温度を検出する。

制御装置１００は、内燃機関１全体の動作を制御する。制御装置１００は、ターボチャージャ４０と吸気絞り弁２８の開度を制御して、エンジン本体１０へ流れる空気の過給圧を制御する過給制御を行う。例えば、制御装置１００は、過給制御として、ターボチャージャ４０によるフィードフォワード制御やフィードバック制御をおこなったり、吸気絞り弁２８によるフィードバック制御を行ったりする。

また、制御装置１００は、上述した昇温制御モード時に、吸気絞り弁２８によるフィードバック制御を行う。フィードバック制御を開始すると、吸気絞り弁２８は、新気の吸入量を減らすように目標開度まで閉じる閉動作を行う。一方で、フィードバック制御を停止させると、吸気絞り弁２８は、新気の吸入量を増やすように目標開度まで開く開動作を行う。

本実施形態では、制御装置１００は、詳細は後述するが、昇温制御モード時に、吸気絞り弁２８が開動作を行う際の遷移時間（開遷移時間）と、吸気絞り弁２８が閉動作を行う際の遷移時間（閉遷移時間）とを、それぞれ別々に設定可能である。そして、制御装置１００は、設定した開遷移時間と閉遷移時間に合わせて、吸気絞り弁２８の動作速度を制御する。これにより、フィードバック制御の開始時と停止時に、それぞれの状況に適した遷移時間で吸気絞り弁２８の開閉動作を行えるので、昇温制御モード時の吸気絞り弁２８の開閉に伴う不具合の発生を抑制できる。

図２は、吸気絞り弁２８の開閉時の遷移時間を説明するための模式図である。図２（ａ）には比較例に係る遷移時間が示され、図２（ｂ）には本実施形態に係る遷移時間が示されている。図２（ａ）及び図２（ｂ）においては、吸気絞り弁２８の閉遷移時間Ｔ１及び開遷移時間Ｔ２が示されている。図２（ａ）に示す比較例では、閉遷移時間Ｔ１と開遷移時間Ｔ２は同じ時間であり、吸気絞り弁２８が閉動作を行う速度と、吸気絞り弁２８が開動作を行う速度が同じである。
これに対して、図２（ｂ）に示す本実施形態では、開遷移時間Ｔ２が閉遷移時間Ｔ１よりも短い時間となっており、吸気絞り弁２８が開動作を行う速度は、吸気絞り弁２８が閉動作を行う速度よりも速い。これにより、昇温制御モードのフィードバック制御の開始時に、吸気絞り弁２８がゆっくり閉じることになり、急に閉じることに起因した新気不足によるエンジン本体１０の失火（より具体的には、昇温制御モード時に、新気不足を補うためにエンジン本体１０に流入するＥＧＲガスが遅れるため、エンジン本体１０内の酸素量が不足し失火する）を抑制できる。また、昇温制御モードのフィードバック制御の停止時に、吸気絞り弁２８が急に開くことになり、ゆっくり開くことに起因したエンジン本体１０の加速不良を抑制できる。

＜制御装置の詳細構成＞
制御装置１００の詳細構成について、図３を参照しながら説明する。

図３は、制御装置１００の詳細構成を説明するための模式図である。制御装置１００は、記憶部１１０と、制御部１２０とを有する。

記憶部１１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１１０は、制御部１２０が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。

制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することにより、内燃機関１の動作を制御する。本実施形態では、制御部１２０は、タイミング特定部１２２、動作方向判定部１２３、遷移時間設定部１２４及び弁制御部１２５として機能する。

タイミング特定部１２２は、後処理装置３５（具体的には触媒）を昇温させる昇温制御モードを実行中に、吸気絞り弁２８による過給圧のフィードバック制御の開始タイミング又は停止タイミングを特定する。タイミング特定部１２２は、フィードバック制御がオンになったタイミングを開始タイミングと特定し、フィードバック制御がオフになったタイミングを停止タイミングと特定する。

タイミング特定部１２２は、検出センサ群７０の検出結果に基づいて、フィードバック制御のオン、オフを特定しうる。例えば、フィードバック制御がオンになるタイミングは、昇温制御モードが実行され、運転領域（例えば、燃料噴射量と、エンジン本体１０の回転数で定まる）が吸気絞り弁２８のフィードバック制御領域である条件を満たす場合である。一方で、フィードバック制御がオフになるタイミングは、上記の条件を満たさない場合である。

動作方向判定部１２３は、昇温制御モードのフィードバック制御の開始時と停止時に、吸気絞り弁２８の開閉方向を判定する。すなわち、動作方向判定部１２３は、タイミング特定部１２２が特定した開始タイミング又は停止タイミングに、吸気絞り弁２８が開方向に開動作するか、又は閉方向に閉動作するかを判定する。例えば、動作方向判定部１２３は、遷移前の吸気絞り弁２８の開度と遷移後の弁の開度との差（以下、開度差とも呼ぶ）に基づいて、吸気絞り弁２８の動作方向を判定する。ここで、遷移開始前の開度及び遷移開始後の開度は、検出センサ群７０が検出したエンジン本体１０の回転数、燃料噴射量、大気圧、エンジン冷却水の温度、吸気の温度等によって設定されうる。

図４は、吸気絞り弁２８の動作方向の判定を説明するための模式図である。図４（ａ）では、開始タイミングでの吸気絞り弁２８の開度がＡ１であり、吸気絞り弁２８の遷移後の目標開度がＡ２であるものとする。動作方向判定部１２３は、開度Ａ２と開度Ａ１の開度差が所定の閾値よりも大きい場合には、吸気絞り弁２８が閉方向に閉動作すると判定する。一方で、動作方向判定部１２３は、開度Ａ２と開度Ａ１の開度差が閾値以下である場合には、吸気絞り弁２８が開方向に開動作すると判定する。

図４（ｂ）では、停止タイミングでの吸気絞り弁２８の開度がＡ３であり、吸気絞り弁２８の遷移後の目標開度がＡ４であるものとする。動作方向判定部１２３は、開度Ａ４と開度Ａ３の開度差が所定の閾値よりも大きい場合には、吸気絞り弁２８が開方向に開動作すると判定する。一方で、動作方向判定部１２３は、開度Ａ４と開度Ａ３の開度差が閾値以下である場合には、吸気絞り弁２８が閉方向に閉動作すると判定する。このように、開度差を求めることで、フィードバック制御の開始タイミング又は停止タイミングの際に、吸気絞り弁２８の動作方向を容易に検出できる。

遷移時間設定部１２４は、動作方向判定部１２３が判定した吸気絞り弁２８の動作方向に応じて、吸気絞り弁２８の動作方向における目標開度までの遷移時間を設定する。すなわち、遷移時間設定部１２４は、動作方向判定部１２３によって吸気絞り弁２８が閉方向へ動作すると判定された場合には、吸気絞り弁２８が遷移前の開度から目標開度まで閉動作する閉遷移時間を設定する。遷移時間設定部１２４は、動作方向判定部１２３によって吸気絞り弁２８が開方向へ動作すると判定された場合には、吸気絞り弁２８が遷移前の開度から目標開度まで開動作する開遷移時間を設定する。

本実施形態では、遷移時間設定部１２４は、吸気絞り弁２８の閉遷移時間と開遷移時間を異なるように設定する。具体的には、遷移時間設定部１２４は、閉遷移時間が開遷移時間よりも長くなるように、閉遷移時間と開遷移時間を設定する。これにより、吸気絞り弁２８が閉動作する時間が長くなり、吸気絞り弁２８が開動作する時間が短くなる。

弁制御部１２５は、エンジン本体１０へ流れる空気の過給圧を制御するために、吸気絞り弁２８の開度を制御する。弁制御部１２５は、昇温制御モード時に、吸気絞り弁２８の開動作や閉動作を制御する。弁制御部１２５は、昇温制御モード時に、遷移時間設定部１２４が設定した遷移時間に応じて、吸気絞り弁２８の動作速度を変更させる。

例えば、弁制御部１２５は、遷移時間設定部１２４が設定した閉遷移時間に合わせて吸気絞り弁２８の閉動作の速度を設定し、開遷移時間に合わせて吸気絞り弁２８の開動作の速度を設定する。閉遷移時間が開遷移時間よりも長く設定されるので、フィードバック制御の開始時に吸気絞り弁２８が閉動作する際の速度は、フィードバック制御の停止時に吸気絞り弁２８が開動作する際の速度よりも遅い。このため、フィードバック制御の開始時に、吸気絞り弁２８がゆっくり閉じることになり、その際にエンジン本体１０にＥＧＲガスの酸素が十分にいきわたるので、エンジン本体１０の失火を抑制できる。また、フィードバック制御の停止時に、吸気絞り弁２８が急に開くことになり、エンジン本体１０内に吸入される新気が増えるので、エンジン本体１０の加速不良を抑制できる。

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の内燃機関１の制御装置１００は、昇温制御モードのフィードバック制御の開始タイミング又は停止タイミングに、吸気絞り弁２８が開方向に開動作するか、又は閉方向に閉動作するかを判定する。そして、制御装置１００は、判定した吸気絞り弁２８の動作方向に応じて、吸気絞り弁２８の動作方向における目標開度までの遷移時間を設定する。すなわち、制御装置１００は、吸気絞り弁２８の閉遷移時間と開遷移時間を別々に設定する。
これにより、昇温制御モード時のフィードバック制御の開始後と停止後に、それぞれの状況に適した遷移時間で吸気絞り弁２８が開閉動作を行えるので、昇温制御モード時の吸気絞り弁２８の開閉に伴う不具合（例えば、エンジン本体１０の失火や加速不良）の発生を抑止できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１内燃機関
１０エンジン本体
２０吸気通路
２８吸気絞り弁
３５後処理装置
１００制御装置
１２２タイミング特定部
１２３動作方向判定部
１２４遷移時間設定部
１２５弁制御部

Claims

内燃機関本体へ流れる空気の過給圧を制御するために、吸気通路に開閉可能に設けられた弁の開度を制御する弁制御部と、
前記内燃機関本体から発生する排気ガスを浄化する後処理装置を昇温させる昇温制御モードを実行中に、前記弁による前記過給圧のフィードバック制御の開始タイミング又は停止タイミングを特定するタイミング特定部と、
前記タイミング特定部が特定した前記開始タイミング又は前記停止タイミングに、前記弁が開方向に開動作するか、又は閉方向に閉動作するかを判定する動作方向判定部と、
前記動作方向判定部が判定した前記弁の動作方向に応じて、前記弁の前記動作方向における目標開度までの遷移時間を設定する遷移時間設定部と、
を備え、
前記遷移時間設定部は、前記内燃機関本体の失火を抑制するように前記弁の閉動作をゆっくりさせる閉遷移時間と、前記内燃機関本体の加速不良を抑制するように前記弁の開動作を急にさせる開遷移時間とを設定する、内燃機関の制御装置。
前記動作方向判定部は、遷移前の前記弁の開度と遷移後の前記弁の開度との差に基づいて、前記弁の動作方向を判定する、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記動作方向判定部は、前記停止タイミングに、前記差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記弁が前記開方向に開動作すると判定し、前記差が前記閾値以下である場合には、前記弁が前記閉方向に閉動作すると判定する、
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記動作方向判定部は、前記開始タイミングに、前記差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記弁が前記閉方向に閉動作すると判定し、前記差が前記閾値以下である場合には、前記弁が前記開方向に開動作すると判定する、
請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。