JP5206355B2

JP5206355B2 - 内燃機関の出力トルク制御装置及び制御方法

Info

Publication number: JP5206355B2
Application number: JP2008296676A
Authority: JP
Inventors: 真大竹
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: JP2010121554A

Description

この発明は、内燃機関の排気還流（ＥＧＲ）通路に備えたＥＧＲクーラとバイパス通路とを切り換える際の出力トルクの変動防止に関する。

特許文献１の従来技術は、排気還流（ＥＧＲ）通路にＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、これらを切り換えるバイパス制御弁とを備えたディーゼルエンジンにおいて、バイパス制御弁の切り換えによる還流排気温度の制御を通じて、内燃機関が排出する窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制することを提案している。
特開平１１−１１７８１５号公報

詳細には、従来技術は内燃機関の運転条件に応じて、ＮＯｘの排出量が少なくなる筒内吸入ガス温度を求め，求めた筒内吸入ガス温度が得られるように、還流排気温度をバイパス制御弁の切り換えにより制御している。特許文献１によれば、この制御により、ＮＯｘのみならずパティキュレート（ＰＭ）の排出量も低減可能である。

ところで、バイパス制御弁により還流排気温度が変化すると、排気組成だけでなく、内燃機関の出力トルクも変動し、いわゆるトルクショックを発生させることがある。しかしながら、排気組成に基づきバイパス制御弁の切り換えを制御する従来技術においては、バイパス制御弁の切り換えに伴うトルク変動に対処することができない。

この発明は以上の問題を解決すべくなされたもので、バイパス制御弁の切り換えに伴うトルクショックを防止することを目的とする。

以上の目的を達成するために、この発明は排気還流通路と、排気還流通路の排気を冷却する排気還流クーラと、排気還流クーラをバイパスするバイパス通路と、排気還流クーラとバイパス通路とを切り換えるバイパス制御弁とを備える内燃機関の出力トルク制御装置において、バイパス制御弁の切り換えを決定する決定手段と、バイパス制御弁の切り換え前後の前記内燃機関の出力トルク段差に影響するパラメータの検出手段と。バイパス制御弁が切り換えを開始してから終了するまでの切り換え時間を前記パラメータに応じて設定する設定手段と。設定した切り換え時間に基づきバイパス制御弁を切り換える切り換え手段と、を備えている。

この発明はまた、前記内燃機関において、バイパス制御弁の切り換えを決定し、バイパス制御弁の切り換え前後の前記内燃機関の出力トルク段差に影響するパラメータを検出し。バイパス制御弁が切り換えを開始してから終了するまでの切り換え時間を前記パラメータに応じて設定し、設定した切り換え時間に基づきバイパス制御弁を切り換えている。

この発明によれば、バイパス制御弁の切り換え前後の前記内燃機関の出力トルク段差に影響するパラメータに基づきバイパス制御弁の切り換え時間を設定し、設定された切り換え時間に基づきバイパス制御弁を切り換えるので、バイパス制御弁の切り換えに伴うトルクショックの発生を防止できる。

以下に図面を参照してこの発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１はこの発明の第１の実施形態による出力トルク制御装置の概略構成図である。図２はこの発明の第１の実施形態によるコントローラが実行する出力トルク制御ルーチンを説明するフローチャートである。図３はこの発明の第１の実施形態によるコントローラが格納するバイパス制御弁の切り換え時間のマップの特徴を示すダイアグラムである。

図１を参照すると、車両用の４気筒圧縮着火式の内燃機関１は、吸気通路１０から吸気弁４を介して各気筒に吸入した空気に、燃料噴射弁４０が燃料を噴射することで気筒内に混合気を生成する。混合気は気筒内に収装されたピストン２の往復運動によって圧縮され、圧縮に伴う温度上昇により着火して燃焼する。燃焼により発生する燃焼ガスは排気弁５から排気通路２０を通って排出される。内燃機関１は各気筒において吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を順番に繰り返す、４ーストロークサイクルエンジンで構成される。

吸気通路１０には吸気を過給するターボ過給器５０のコンプレッサと、吸気流量を調整する吸気スロットル３２が設けられる。吸気通路１０は吸気コレクタ１１を介して各気筒に接続される。

排気通路２０にはターボ過給器５０の排気タービンと、排気中のパティキュレートをトラップするディーゼルパテキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２１とが設けられる。また、排気タービンの上流から、排気の一部を吸気コレクタ１１に還流する排気還流（ＥＧＲ）通路３０が排気通路２０に接続される。

ＥＧＲ通路３０には還流排気を冷却する水冷クーラ３４と、排気還流（ＥＧＲ）流量を調整する排気還流（ＥＧＲ）弁３１が設けられる。さらに水冷クーラ３４をバイパスするバイパス通路３７と、バイパス通路３７と水冷クーラ３４との間でＥＧＲ通路３０の流れを切り換えるバイパス制御弁３８とが設けられる。バイパス制御弁３８によるバイパス通路３７と水冷クーラ３４の切り換えは、コントローラ７０が出力する切り換え信号に応じて行なわれる。

燃料噴射弁４０へ燃料を供給するために、内燃機関１のクランク軸により駆動される高圧燃料ポンプ４３と、高圧燃料ポンプ４３が吐出した高圧燃料を一時的に貯留するコモンレール４１が設けられる。高圧燃料ポンプ４３とコモンレール４１は燃料配管４２で接続される。燃料噴射弁４０はコモンレール４１に接続され、コントローラ７０から入力されるパルス幅変調信号に応じて開くことでコモンレール４１に貯留された燃料を気筒内に噴射する。

ところで、燃料噴射弁４０の燃料噴射量が一定の場合でも、バイパス制御弁３８の切り換えにより、ＥＧＲ弁３１を介して吸気に還流する還流排気の温度が変化すると、内燃機関１の出力トルクが変化する。バイパス制御弁３８の切り換えが瞬時に行なわれると、この出力トルクの変化はトルクショックをもたらす。

こうしたトルクショックを防止するために、コントローラ７０はバイパス制御弁３８の切り換えが必要になった場合には、バイパス制御弁３８の切り換え前後に生じる内燃機関１の出力トルク段差に影響を与えるパラメータに基づき、バイパス制御弁３８の切り換え時間を設定し，設定した切り換え時間のもとでバイパス制御弁３８を切り換える。ここでは、バイパス制御弁３８の切り換え前後に生じる内燃機関１の出力トルク段差、に影響を与えるパラメータとして内燃機関１の負荷を用いる。

コントローラ７０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたプログラム可能なマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

バイパス制御弁３８の切り換え制御のために、コントローラ７０には車両が備えるアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃを検出するアクセルペダル踏み込み量センサ６１、内燃機関１の回転速度とクランク角を検出するクランク角センサ６０、ＥＧＲ通路３０の流量を検出する流量センサ６２、内燃機関１の吸入空気流量を検出するエアフローメータ６３、車両が備える変速機の変速段を検出するインヒビタスイッチ６４が、それぞれ信号回路で接続される。

図２を参照して、これらの入力信号に基づき、コントローラ７０が実行する出力トルク制御ルーチンを説明する。

コントローラ７０はこのルーチンを内燃機関１の運転中に一定時間間隔で繰り返し実行する。

ステップＳ１でコントローラ７０はバイパス制御弁３８の切り換えが必要かどうかを判定する。この判定は前記特許文献１に記載の方法を適用することかできる。すなわち、内燃機関１の回転速度と負荷に基づきＥＧＲガスの冷却が必要かどうかを判定する。判定の結果、ＥＧＲガスの冷却が必要な場合には、バイパス制御弁３８を開き、ＥＧＲガスの冷却が不要な場合にはバイパス制御弁３８を閉じる旨を決定する。そして、決定結果がバイパス制御弁３８の現在の切り換え状態と等しければ、バイパス制御弁３８の切り換えは不要であると判断し、そのままルーチンを終了する。

一方、決定結果がバイパス制御弁３８の現在の切り換え状態と異なっていれば、バイパス制御弁３８の切り換えが必要と判断する。この場合には、コントローラ７０はステップＳ２の処理を行なう。
ステップＳ２でコントローラ７０は現在の内燃機関１の負荷を演算する。内燃機関１の負荷はアクセルペダル踏み込み量センサ６１が検出するアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃ、エアフローメータ６３が検出する内燃機関１の吸入空気流量、燃料噴射弁４０が噴射する燃料噴射量、などに代表される。したがって、これらのいずれかを用いて内燃機関１の出力ントルクを演算する。なお、燃料噴射弁４０はコントローラ７０が出力するパルス幅変調信号に対応した燃料を噴射するので、燃料噴射弁４０の燃料噴射量はコントローラ７０には既知の値である。

ステップＳ２で内燃機関１の負荷を演算した後、コントローラ７０はあらかじめＲＯＭに格納された図３に示す特徴のマップを参照して、トルクショックを起さないバイパス制御弁３８の切り換え時間を出力トルクに基づき算出する。マップは、出力トルクが大きいほど、バイパス制御弁３８の切り換えがトルクショックをもたらしやすいという前提に基づき設定される。内燃機関１の負荷が大きいほど出力トルクは大きいので、マップにおいては内燃機関１の負荷が大きいほど、バイパス制御弁３８の切り換え時間が長くなるような、つまり、バイパス制御弁３８の切り換えがゆっくりと行なわれるような、設定がなされる。

バイパス制御弁３８の切り換え時間をこのようにして設定した後、コントローラ７０はステップＳ４において、設定した切り換え時間をかけてバイパス制御弁３８を切り換える。ステップＳ４の処理の後、コントローラ７０はルーチンを終了する。

以上のルーチン実行により、バイパス制御弁３８の切り換えが必要と判断された場合には、内燃機関１の負荷が大きいほど長い時間をかけてバイパス制御弁３８の切り換えが行なわれる。内燃機関１の出力トルクが大きい場合には、バイパス制御弁３８の切り換えによるトルクショックが起きやすいが、このように、内燃機関１の負荷の増大に応じてバイパス制御弁３８の切り換え時間が長くなるように設定することで、還流排気の温度が徐々に変化し、内燃機関１の出力トルクが大きい場合においても、バイパス制御弁３８の切り換えに伴うトルクショックの発生を防止することかできる。

図４と図５を参照して、この発明の第２の実施形態を説明する。

図４はこの発明の第２の実施形態によるコントローラが実行する出力トルク制御ルーチンを説明するフローチャートである。図５はこの発明の第２の実施形態によるコントローラが格納するバイパス制御弁の切り換え時間のマップの特徴を示すダイアグラムである。

図４のルーチンは図２のルーチンに類似するが、バイパス制御弁３８の切り換え前後に生じる内燃機関１の出力トルク段差に影響を与えるパラメータとして内燃機関１のＥＧＲ率を用いる。そのために、ステップＳ２に代えてステップＳ１２を、ステップＳ３に代えてステップＳ１３を設けている。

ステップＳ１２でコントローラ７０はＥＧＲ率を計算する。ＥＧＲ率は、内燃機関１のシリンダ吸気量に占めるＥＧＲ量の比率を言う。ＥＧＲ率はエアフローメータ６３が検出する吸入空気流量と流量センサ６２が検出するＥＧＲ通路３０のＥＧＲ流量とから計算により求められる。

ステップＳ１３でコントローラ７０は、ＥＧＲ率からあらかじめＲＯＭに格納された図５に示す特徴のマップを参照し、バイパス制御弁３８の切り換え時間をＥＧＲ率から演算する。ＥＧＲ率が高いほど、還流排気を含む吸気の温度の変化に対して内燃機関１の出力トルクは大きく変化する。そこで、マップはＥＧＲ率が大きいほどバイパス制御弁３８の切り換え時間を長くするように設定される。

ステップＳ４の処理は第１の実施形態と同一である。

この実施形態によれば、バイパス制御弁３８の切り換えによるトルクショックが起きやすい、ＥＧＲ率が高い状態においても、バイパス制御弁３８の切り換えに伴うトルクショックを防止することかできる。

図６と図７を参照して、この発明の第３の実施形態を説明する。

図６はこの発明の第３の実施形態によるコントローラが実行する出力トルク制御ルーチンを説明するフローチャートである。図７はこの発明の第２の実施形態によるコントローラが格納するバイパス制御弁の切り換え時間のマップの特徴を示すダイアグラムである。

この実施例において、内燃機関１の回転は変速機を介してドライブシャフトに出力される。

図４のルーチンは図２のルーチンに類似するが、バイパス制御弁３８の切り換え前後に生じる内燃機関１の出力トルク段差に影響を与えるパラメータとして、ドライブシャフトトルクを用いている。より具体的には、ドライブシャフトトルクを代表する値として変速機の変速段をパラメータとしている。そのために、ステップＳ２に代えてステップＳ２２を、ステップＳ３に代えてステップＳ２３を設けている。

ステップＳ２２でコントローラ７０は車両の変速段を検出する。具体的にはインヒビタスイッチ６４からの入力信号に基づき、現在の変速機の変速段を検出する。ステップＳ２３でコントローラ７０は、変速機の変速段からあらかじめＲＯＭに格納された図７に示す特徴のマップを参照し、バイパス制御弁３８の切り換え時間を変速機の変速段から演算する。

ドライブシャフトトルクは変速段が低いほど大きく、またドライブシャフトトルクが大きいほど、吸気温度変化に対して内燃機関１の出力トルクは大きく変化する。そこで、マップは変速段が低いほどバイパス制御弁３８の切り換え時間を長くするように設定される。

ステップＳ４の処理は第１の実施形態と同一である。

この実施形態によれば、バイパス制御弁３８の切り換えによるトルクショックが起きやすい、ドライブシャフトトルクが大きな状態、すなわち変速機が低速段を適用している状態、においては、バイパス制御弁３８は切り換え時間が長く設定される。これによりにバイパス制御弁３８の切り換えによるトルクショックを防止することかできる。

バイパス制御弁３８の切り換え前後に生じる内燃機関１の出力トルク段差に影響を与えるパラメータは、内燃機関１の燃焼室における吸気温度そのものであっても良い。燃焼室内の吸気温度が高いほど、吸気温度の変化が出力トルクに大きな段差をもたらすからである。

例えば、燃焼室内の吸気温度を公知の温度センサで検出し，燃焼室内の吸気温度が高くなるにつれて、バイパス制御弁３８の切り換え時間を長くする。このように燃焼室内の吸気温度それ自体をパラメータとして、バイパス制御弁３８の切り換え時間を設定しても良く、この場合も、バイパス制御弁の切り換えに伴うトルクショックの発生防止という、この発明の好ましい効果を得ることができる。

以上のようにこの発明によれば、バイパス制御弁の切り換えに伴うトルクショックを防止することができる。したがって、車両用内燃機関への適用により、車両の好ましい乗り心地を創出することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

この発明の第１の実施形態による出力トルク制御装置の概略構成図である。この発明の第１の実施形態によるコントローラが実行する出力トルク制御ルーチンを説明するフローチャートである。この発明の第１の実施形態によるコントローラが格納するバイパス制御弁の切り換え時間のマップの特徴を示すダイアグラムである。この発明の第２の実施形態によるコントローラが実行する出力トルク制御ルーチンを説明するフローチャートである。この発明の第２の実施形態によるコントローラが格納するバイパス制御弁の切り換え時間のマップの特徴を示すダイアグラムである。この発明の第３の実施形態によるコントローラが実行する出力トルク制御ルーチンを説明するフローチャートである。この発明の第２の実施形態によるコントローラが格納するバイパス制御弁の切り換え時間のマップの特徴を示すダイアグラムである。

符号の説明

１内燃機関
１０吸気通路
１１吸気コレクタ
２０排気通路
３０ＥＧＲ通路
３１ＥＧＲ弁
３４ＥＧＲクーラ
３７バイパス通路
３８バイパス制御弁
６０クランク角センサ
６１アクセルペダル踏み込み量センサ
６２流量センサ
６３エアフローメータ
６４インヒビタスイッチ
７０コントローラ

Claims

排気還流通路と、排気還流通路の排気を冷却する排気還流クーラと、排気還流クーラをバイパスするバイパス通路と、排気還流クーラとバイパス通路とを切り換えるバイパス制御弁とを備える内燃機関の出力トルク制御装置において、
バイパス制御弁の切り換えを決定する決定手段と、バイパス制御弁の切り換え前後の前記内燃機関の出力トルク段差に影響するパラメータの検出手段と、バイパス制御弁が切り換えを開始してから終了するまでの切り換え時間を前記パラメータに応じて設定する設定手段と、設定した切り換え時間に基づきバイパス制御弁を切り換える切り換え手段と、を備え、
前記設定手段は前記内燃機関の出力トルクが増大する方向に前記パラメータが変化する場合に、前記切り換え時間を増大させるように、構成されることを特徴とする内燃機関の出力トルク制御装置。
前記パラメータは内燃機関の負荷である、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の出力トルク制御装置。
前記パラメータは内燃機関の排気還流率である、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の出力トルク制御装置。
内燃機関は変速機を介してドライブシャフトに接続され、前記パラメータは変速機の変速段である、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の出力トルク制御装置。
前記パラメータは内燃機関の燃焼室における吸気の温度である、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の出力トルク制御装置。
前記決定手段は内燃機関の運転条件に基づきバイパス制御弁の切り換えを決定するように構成される、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の内燃機関の出力トルク制御装置。
前記運転条件は内燃機関の回転速度と負荷を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の出力トルク制御装置。
排気還流通路と、排気還流通路の排気を冷却する排気還流クーラと、排気還流クーラをバイパスするバイパス通路と、排気還流クーラとバイパス通路とを切り換えるバイパス制御弁とを備える内燃機関の出力トルク制御方法において、
バイパス制御弁の切り換えを決定し、バイパス制御弁の切り換え前後の前記内燃機関の出力トルク段差に影響するパラメータを検出し、バイパス制御弁が切り換えを開始してから終了するまでの切り換え時間を前記パラメータに応じて設定し、設定した切り換え時間に基づきバイパス制御弁を切り換えるとともに、
前記内燃機関の出力トルクが増大する方向に前記パラメータが変化する場合に、前記切り換え時間を増大させることを特徴とする内燃機関の出力トルク制御方法。