JP7485026B2 - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、排気還流率を燃焼安定度に基づいて補正する内燃機関の制御方法および制御装置に関する。

内燃機関の排気系から吸気系に排気の一部を還流する排気還流装置においては、排気還流率を高くするほど燃費の向上等の上で有利であるが、その反面、燃焼安定度が低下する。つまり、排気還流率は、燃焼安定度によって制限される。

特許文献１には、図示平均有効圧のばらつきに相関するトルク変動を検出し、所定サイクル毎具体的には１６サイクル毎にトルク変動を閾値と比較して、トルク変動が閾値以下であれば所定量だけ排気還流率を高くし、トルク変動が閾値を超えていれば所定量だけ排気還流率を低くする技術が開示されている。

しかしながら、このような従来の制御方法では、燃焼が不安定となったときに、所定のサイクル数が経過するまでの間、燃焼が不安定な状態が継続することとなり、好ましくない。

特開昭６０－１０４７５４号公報

この発明は、内燃機関の燃焼安定度を示す指標を求め、この燃焼安定度に基づいて排気還流率を補正する。上記指標に基づき燃焼安定度が安定状態に相当する所定レベルを満たしているかどうかを判定し、燃焼安定度が所定レベルを満たしていると判定した場合は、所定サイクル数経過毎に排気還流率を所定量ずつ増加補正し、燃焼安定度が所定レベルを満たしていないと判定したときは直ちに排気還流率を所定量減少補正する。そして、内燃機関が一定の運転点に留まっている間、燃焼安定度に基づく排気還流率の減少補正が行われた場合は、当該運転点におけるその後の燃焼安定度に基づく排気還流率の増加補正を禁止する。

このように、排気還流率を増加補正するに際しては、所定サイクル数経過する毎に所定量ずつ増加補正することで、排気還流率の増加から遅れて出現する燃焼の急激な悪化を回避しつつ排気還流率を限界まで高めることが可能となる。これにより、燃費の改善が図れる。

一方、燃焼悪化が検出されたときには、所定サイクル数の経過を待たずに直ちに排気還流率を低く補正するので、悪化した状態の燃焼の継続が最小限に抑制される。

この発明の一実施例が適用される内燃機関の構成説明図。 一実施例の排気還流率の補正制御を示すフローチャート。 一実施例の動作を示すタイムチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施例が適用される車両用の内燃機関１の構成説明図である。内燃機関１は、例えばガソリンを燃料とする火花点火式内燃機関であって、過給機としてターボチャージャ２を備えている。すなわち、内燃機関１の排気通路３にターボチャージャ２のタービン２Ａが設けられており、内燃機関１の吸気通路４には、このタービン２Ａによって駆動される同軸上のコンプレッサ２Ｂが設けられている。タービン２Ａは、排気通路３において触媒コンバータ５の上流側に位置している。また吸気通路４のコンプレッサ２Ｂよりも下流側に、電子制御型のスロットル弁６が位置している。吸気通路４の入り口側には、図示せぬエアクリーナが設けられており、かつ、このエアクリーナよりも下流に、吸入空気量を検出するエアフロメータ７が設けられている。

また、排気の一部を吸気系へ還流する排気還流装置として、排気通路３から吸気通路４へ至る排気還流通路８と、この排気還流通路８に設けられた排気還流制御弁９と、を備えている。一実施例では、排気還流通路８は、触媒コンバータ５の下流側において排気通路３から分岐する。また、排気還流通路８の先端は、吸気通路４のエアフロメータ７よりも下流でかつコンプレッサ２Ｂよりも上流側の位置において吸気通路４に合流している。すなわち図示例の排気還流装置は、内燃機関１の過給域においても比較的低圧であるコンプレッサ２Ｂの上流側にタービン２Ａ下流側から排気を還流するいわゆるロープレッシャーＥＧＲ形式に構成されている。排気還流通路８の排気還流制御弁９上流側には、排気を冷却するＥＧＲガスクーラ１２が設けられている。

排気還流制御弁９の開度は、エンジンコントローラ１０によって制御される。なお、排気還流制御弁９は、いかなる形式のものであってもよい。エアフロメータ７が検出する吸入空気量等に応じて、目標のＥＧＲ率を実現するように排気還流制御弁９の開度が制御される。

エンジンコントローラ１０には、内燃機関２の制御のために一般的に必要な種々のセンサ類が接続されており、また、車両内の図示しない他のコントローラとの間で信号の授受を行っている。エンジンコントローラ１０は、これらの入力信号に基づき、スロットル弁６の開度制御、図示しない燃料噴射弁による燃料噴射量や燃料噴射時期の制御、図示しない点火プラグによる点火時期の制御、排気還流制御弁９を介した排気還流制御、等を行っている。

ここで、図示例の内燃機関１は、クランクシャフトの回転に伴い単位クランク角毎にパルス信号を出力するクランク角センサ１１を備えており、エンジンコントローラ１０は、このクランク角センサ１１の出力信号を処理して得られる角速度変化に基づき、内燃機関１の燃焼安定度を示す指標として図示平均有効圧変動率ｃＰｉを演算する。そして、後述するように、この図示平均有効圧変動率ｃＰｉに基づき目標のＥＧＲ率を補正する。なお、図示平均有効圧変動率ｃＰｉは、特開平９－１４０２８号公報や特開２０１４－１７７９１１号公報等によって公知の指標であり、値が大きいほど燃焼が不安定であることを表す。この図示平均有効圧変動率ｃＰｉは、適当なサイクル数（例えば１００サイクル）のデータを用いた移動平均（加重平均であってもよい）としてサイクル毎に求められる。なお、燃焼安定度を求める手法として筒内圧センサを用いる方法も知られており、本発明においては、筒内圧センサを用いて燃焼安定度を示す指標を得るようにしてもよい。

一実施例においては、内燃機関１はシリーズハイブリッド車に用いられる。特に図示しないが、シリーズハイブリッド車は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータと、この発電用モータジェネレータを電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関１と、主にモータとして動作して駆動輪を駆動する走行用モータジェネレータと、発電した電力を一時的に蓄えるバッテリと、バッテリと各々のモータジェネレータとの間で電力変換を行うインバータ装置と、を主体として構成されている。内燃機関１が発電用モータジェネレータを駆動することによって得られた電力は、インバータ装置を介してバッテリに蓄えられる。走行用モータジェネレータは、バッテリの電力を用いてインバータ装置を介して駆動制御される。走行用モータジェネレータの回生時の電力は、やはりインバータ装置を介してバッテリに蓄えられる。

このようなシリーズハイブリッド車においては、発電用モータジェネレータを駆動する内燃機関１は、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）等を含む電力要求に応じて間欠的に運転される。つまり、車両のアクセルペダル開度や車速およびＳＯＣ等に応じて車両側コントローラからエンジンコントローラ１０が電力要求を受けると、その電力要求に応じて内燃機関１が始動され、発電が行われる。ＳＯＣが所定のレベルに達すると、内燃機関１は停止する。従って、内燃機関１は、車両の運転中、始動・停止を繰り返す形となる。内燃機関１は、通常は、最良燃費点付近の特定の運転領域内で運転がなされるように、内燃機関１の負荷および回転速度が制御される。つまり、内燃機関の出力で機械的に車両を駆動する場合に比較して、シリーズハイブリッド車用の内燃機関１では、運転点（回転速度および負荷）の変化の頻度が相対的に少ない。

なお、本発明においては、必ずしもシリーズハイブリッド車用の内燃機関に限定されるものではなく、機械的に車両を駆動する内燃機関などに広く適用が可能である。

図２は、一実施例の排気還流率制御の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示すルーチンは、エンジンコントローラ１０において、内燃機関１の燃焼サイクル毎に繰り返し実行される。換言すれば、仮に内燃機関１が３気筒機関であれば、２４０°ＣＡ毎に図２のルーチンが実行される。

最初のステップ１においては、内燃機関１の回転速度および負荷の各々の変化量が閾値未満であるか否かを判定する。換言すれば、内燃機関１の運転点が変化したか、あるいは定常運転であるか、を判別する。運転点が変化した場合は、ステップ２へ進み、目標ＥＧＲ率低下経験フラグをクリアする（０とする）。目標ＥＧＲ率低下経験フラグは、後述するように、燃焼安定度の悪化に基づく目標ＥＧＲ率の減少補正を経験したかどうかを示すフラグであり、運転点が変化した直後は０である。

ステップ１でＹＥＳであればステップ３へ進み、目標ＥＧＲ率の変化が閾値未満であるか否かを判定する。つまり閾値よりも大きな目標ＥＧＲ率の変化が生じた直後であるかどうか判別する。ここでの目標ＥＧＲ率の変化は増加・減少の双方を含む。ステップ３でＮＯつまり目標ＥＧＲ率の変化があれば、そのまま今回のルーチンを終了する。なお、ステップ３は、目標ＥＧＲ率が変化した直後の過渡状態を燃焼安定度判定の対象から排除するための処理であり、従って、後述するタイムチャートに示すように、目標ＥＧＲ率がステップ的に変化した後、しばらくの間（適宜なサイクル数もしくは時間）は、ＮＯとの判定がなされる。

ステップ３でＹＥＳであればステップ４へ進み、燃焼安定度を示す指標である図示平均有効圧変動率ｃＰｉの値と、サイクル数を示すカウンタｎの値と、を読み出す。図示平均有効圧変動率ｃＰｉは、別のルーチンによってサイクル毎に移動平均として算出される。

次にステップ５において、図示平均有効圧変動率ｃＰｉを所定の閾値と比較し、閾値未満であるか否かを判定する。図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値未満であれば、燃焼安定度が所定レベルを満たしていることを意味する。この場合は、ステップ６へ進み、目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１であるか否かを判定する。目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１であれば、今回のルーチンを終了する。

目標ＥＧＲ率低下経験フラグは、運転点が変化した直後は０であり、この場合は、ステップ６からステップ７へ進み、サイクル数を示すカウンタ値ｎが所定サイクル数（例えば１００サイクル）に達したかどうかを判定する。ＮＯであれば、ステップ８へ進み、カウンタ値ｎをインクリメントしてルーチンを終了する。また、カウンタ値ｎが所定サイクル数に達していたら、ステップ９でカウンタ値ｎをリセットするとともに、ステップ１０へ進み、目標ＥＧＲ率を比較的小さな所定量だけ増加補正する。なお、基準の目標ＥＧＲ率は、各運転点毎に予め設定されており、ステップ１０では、基準の目標ＥＧＲ率に対する補正量が所定量増加することとなる。

このように、図示平均有効圧変動率ｃＰｉが所定の閾値未満の状態が続き、ステップ５，６，７と進む燃焼サイクルの回数が所定サイクル数に到達すれば、その時点で目標ＥＧＲ率が所定量増加補正される。そして、所定サイクル数に達したときにカウンタ値ｎがリセットされるので、図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値未満の状態が長く続いたときは、所定サイクル数経過の毎に所定量ずつ増加補正がなされることとなる。

一方、ステップ５において図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上であれば、燃焼安定度が所定レベルよりも悪いことを意味し、ステップ５からステップ１１へ進んで、目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１であるか否を判定する。目標ＥＧＲ率低下経験フラグは、運転点が変化した直後は０であり、この場合は、ステップ１１からステップ１２へ進み、カウンタ値ｎをリセットするとともに、ステップ１３へ進み、目標ＥＧＲ率低下経験フラグを１にセットする。そして、ステップ１３からステップ１７へ進んで目標ＥＧＲ率を所定量だけ減少補正する。つまり、ある燃焼サイクルで図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上であった場合には、所定サイクル数の経過を待たずに、直ちに目標ＥＧＲ率を減少補正する。

ステップ１３を経て目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１となると、次回のルーチンにおいてステップ５で図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上であると判定された場合に、ステップ１１の目標ＥＧＲ率低下経験フラグの判定がＹＥＳとなる。そのため、ステップ１１からステップ１４へ進み、サイクル数を示すカウンタ値ｎが所定サイクル数（例えば１００サイクル）に達したかどうかを判定する。ＮＯであれば、ステップ１５へ進み、カウンタ値ｎをインクリメントしてルーチンを終了する。また、カウンタ値ｎが所定サイクル数に達していたら、ステップ１６でカウンタ値ｎをリセットするとともに、ステップ１７へ進み、目標ＥＧＲ率を比較的小さな所定量だけ減少補正する。

つまり、最初に図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上となってステップ１７により目標ＥＧＲ率の減少補正が行われると、ステップ１３により目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１にセットされるため、それ以降は、仮にある燃焼サイクルで図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上となっても目標ＥＧＲ率の減少補正はなされず、その図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上である状態が所定サイクル数継続したときに再度の目標ＥＧＲ率の減少補正がなされることとなる。また仮に図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上である状態が長く継続した場合には、所定サイクル数が経過する毎に目標ＥＧＲ率の減少補正がなされる。

図３は、上記の目標ＥＧＲ率の補正制御の動作を説明するタイムチャートである。この図には、上から順に、（ａ）定常判定状態、（ｂ）図示平均有効圧変動率ｃＰｉ、（ｃ）ＥＧＲ率補正量、（ｄ）目標ＥＧＲ率低下経験フラグ、を示している。（ａ）定常判定状態のパルス波形は、上述したステップ１の判定とステップ２の判定とを併せて、機関回転速度、負荷および目標ＥＧＲ率が定常状態であるかどうかを示したものである。この（ａ）の波形の立ち上がりのタイミングが、図２のフローチャートにおいてステップ３からステップ４以降へ進むタイミングとなる。

この例では、時間ｔ５までの期間は、図示平均有効圧変動率ｃＰｉは所定の閾値未満であり、時間ｔ５からしばらくの間閾値以上となった後、再び閾値未満となっている。

従って、この例では、時間ｔ１から図２のステップ５，６，７，８の処理を繰り返し実行することとなり、その状態が所定サイクル数継続した時間ｔ２において、（ｃ）に示すように、目標ＥＧＲ率が所定量だけ増加補正される。この増加補正に伴い、図２のステップ３の判定がＮＯとなる。僅かな遅れの後、時間ｔ３において再び図２のステップ５，６，７，８の処理を繰り返し実行することとなり、その状態が所定サイクル数継続した時間ｔ４において、（ｃ）に示すように、目標ＥＧＲ率がさらに所定量だけ増加補正される。つまり、図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値未満である状態が継続すれば、所定サイクル数の経過の毎に目標ＥＧＲ率が僅かずつステップ的に増加していく。目標ＥＧＲ率の変化が図示平均有効圧変動率ｃＰｉに反映するまでには遅れがあるので、所定サイクル数の経過を待って次の増加補正を行うことで、急激なＥＧＲ率の増加による燃焼悪化を回避しつつＥＧＲ率を限界付近まで近づけることができる。特に、図示平均有効圧変動率ｃＰｉを移動平均として求めると、少し前のサイクル（まだＥＧＲ率が低かったサイクル）の燃焼状態の影響が残るので、増加補正したＥＧＲ率の下での燃焼安定度を正しく得ることができない。所定サイクル数の経過を待って次の増加補正を行うことで、急激な燃焼悪化を回避することができる。

このようなＥＧＲ率の増加は、燃焼安定度の低下を招来するので、やがて図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上となる。図の例では、時間ｔ５において図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上となる。このときには、前述した図２のステップ５，１１，１２，１３，１７の処理の流れにより、目標ＥＧＲ率が直ちに減少補正される。同時に、ステップ１３の処理により目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１となる。換言すれば、目標ＥＧＲ率低下経験フラグが０であるときに、図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上となると、サイクル数の経過を待たずに直ちに目標ＥＧＲ率が低下する。これにより、燃焼悪化状態が長く続くことが抑制される。

時間ｔ５で目標ＥＧＲ率の減少補正を行うと、過渡状態と判定される僅かな遅れの後、時間ｔ６において、図２のステップ３からステップ４以降へ処理が進むこととなる。この時間ｔ６においては図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上であるが、このときには目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１であることから、ステップ１１からステップ１４以降へ処理が進むこととなる。従って、この時間ｔ６の時点では目標ＥＧＲ率は減少補正されない。図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値以上の状態が所定サイクル数継続すると、時間ｔ７において、目標ＥＧＲ率が再度減少補正される。このように２回目以降の減少補正は所定サイクル数の経過を待って行うことで、目標ＥＧＲ率の低下が最小限となる。換言すれば、時間ｔ５以前のまだＥＧＲ率が高かったサイクルの影響を排除できる。

図示例では、目標ＥＧＲ率の２回の減少補正によって燃焼安定度が向上し、例えば時間ｔ８においては図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値未満であり、かつ時間ｔ９において、図示平均有効圧変動率ｃＰｉが閾値未満である状態が所定サイクル数経過する。しかし、このときには目標ＥＧＲ率低下経験フラグが１であるため、目標ＥＧＲ率の増加補正が禁止される。つまり、図２のステップ６を経てルーチンが終了することで、目標ＥＧＲ率の補正がなされない。これは、同一の運転点（機関回転速度および負荷）においてＥＧＲ率を高めたことによる燃焼悪化が実際に生じたので、再度のＥＧＲ率増加による燃焼悪化の発生を未然に防ぐためである。

前述したように目標ＥＧＲ率低下経験フラグは運転点が変化すれば０となる。従って、同一の運転点に留まる限りは、無用なＥＧＲ率の増加による燃焼悪化が回避される。

なお、図示例では、図の単純化のためにＥＧＲ率の増加補正の際の補正量と減少補正の際の補正量とが等しく示されているが、各々の補正量が異なる大きさであってもよい。また、初回の減少補正の際の補正量を２回目以降の減少補正の際の補正量と異なる大きさとしてもよく、例えば初回の減少補正を大きく与えるなども可能である。

また、目標ＥＧＲの増加補正の際の所定サイクル数と減少補正の際の所定サイクル数とは必ずしも同一のサイクル数でなくてもよい。同様に、これらのサイクル数と図示平均有効圧変動率ｃＰｉの移動平均の算出に用いるサイクル数とが異なる値であってもよい。一実施例においては、増加補正の際の所定サイクル数と減少補正の際のサイクル数とは互いに等しく、またこれは、図示平均有効圧変動率ｃＰｉの移動平均の算出に用いるサイクル数と実質的に等しい。

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼安定度を示す指標を求め、この燃焼安定度に基づいて排気還流率を補正する内燃機関の制御方法において、
   上記指標に基づき燃焼安定度が安定状態に相当する所定レベルを満たしているかどうかを判定し、
   燃焼安定度が所定レベルを満たしていると判定した場合は、所定サイクル数経過毎に排気還流率を所定量ずつ増加補正し、
   燃焼安定度が所定レベルを満たしていないと判定したときは直ちに排気還流率を所定量減少補正し、
   内燃機関が一定の運転点に留まっている間、燃焼安定度に基づく排気還流率の減少補正が行われた場合は、当該運転点におけるその後の燃焼安定度に基づく排気還流率の増加補正を禁止する、内燃機関の制御方法。
2. 排気還流率を所定量減少補正した後、燃焼安定度が所定レベルを満たしていない状態が所定サイクル数継続したら、排気還流率をさらに所定量減少補正する、請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. サイクル毎に燃焼安定度が所定レベルを満たしているかどうかを判定し、
   燃焼安定度が所定レベルを満たしているサイクルが所定サイクル数継続したら排気還流率を所定量増加補正し、
   あるサイクルで燃焼安定度が所定レベルを満たしていない場合は直ちに排気還流率を所定量減少補正し、
   この減少補正後、燃焼安定度が所定レベルを満たしていないサイクルが所定サイクル数継続したら排気還流率をさらに所定量減少補正する、
   請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
4. 排気還流制御弁を有する排気還流装置と、内燃機関の燃焼安定度に関連する回転変動もしくは筒内圧を検出する少なくとも１つのセンサと、燃焼安定度に基づいて排気還流装置の排気還流率を補正するコントローラと、を備え、
   上記コントローラは、
   回転変動もしくは筒内圧に基づき燃焼安定度が安定状態に相当する所定レベルを満たしているかどうかを判定し、
   燃焼安定度が所定レベルを満たしていると判定した場合は、所定サイクル数経過毎に排気還流率を所定量ずつ増加補正し、
   燃焼安定度が所定レベルを満たしていないと判定したときは直ちに排気還流率を所定量減少補正し、
   内燃機関が一定の運転点に留まっている間、燃焼安定度に基づく排気還流率の減少補正が行われた場合は、当該運転点におけるその後の燃焼安定度に基づく排気還流率の増加補正を禁止する、内燃機関の制御装置。

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