特許 7708030 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-07-07

(45)【発行日】2025-07-15

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 21/08 20060101AFI20250708BHJP

   F02M 26/51 20160101ALI20250708BHJP

【ＦＩ】

F02D21/08 L

F02M26/51

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022128691

(22)【出願日】2022-08-12

(65)【公開番号】P2024025323

(43)【公開日】2024-02-26

【審査請求日】2024-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】保崎 一司

【審査官】村山 美保

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０７０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－７７２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１９４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９８１２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ２１／０８

Ｆ０２Ｍ ２６／５１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の吸気通路に、気化燃料を導入するためのパージ通路、ブローバイガスを導入するためのＰＣＶ通路、および、前記吸気通路にＥＧＲガスを導入するためのＥＧＲ通路を有する内燃機関の制御装置であって、
前記吸気通路における負圧を取得する負圧取得部と、
前記内燃機関の負荷率である第１負荷率を取得する第１負荷率取得部と、
前記内燃機関の負荷率である第２負荷率を取得する第２負荷率取得部と、
前記内燃機関の負荷率である第３負荷率を取得する第３負荷率取得部と、
前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて、前記内燃機関の負荷率である第４負荷率を取得する第４負荷率取得部と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブを制御することで、前記ＥＧＲガスの流量を制御する制御部と、を具備し、
前記負圧取得部は、前記内燃機関の燃費に基づいて定められる第１負圧、前記気化燃料を前記吸気通路に導入するために要求される第２負圧、前記ブローバイガスを前記吸気通路に導入するために要求される第３負圧を取得し、
前記第１負荷率取得部は、前記第１負圧、前記第２負圧および前記第３負圧のうち最小の負圧に対応して前記第１負荷率を取得し、
前記第２負荷率取得部は、前記吸気通路から導入される新気の量を、前記吸気通路に設けられたスロットルバルブを全開にしたときの空気量で割ることによって前記第２負荷率を取得し、
前記第３負荷率取得部は、前記スロットルバルブを全開にしたときの負荷率から、前記第１負荷率および前記第２負荷率を引くことで、前記第３負荷率を取得し、
前記制御部は、前記ＥＧＲバルブの開度を、前記第３負荷率および前記第４負荷率のうち小さい方に応じた開度に制御して、前記ＥＧＲガスの流量を制御する内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置、および気化した燃料をパージさせる装置を有する内燃機関が知られている（例えば特許文献１など）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１１９４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＥＧＲガスを導入することで、燃焼ガスの温度を低下させ、ノッキングの発生を抑制する。これにより効率がよい時期での燃焼が可能となる。吸気通路内の負圧を低下させることでポンピングロスも低減される。このため燃費を向上することができる。しかし、ＥＧＲガスを増量することで、吸気通路内の負圧が低下する。負圧を利用した、蒸発燃料のパージおよびブローバイガスの導入が難しくなる。そこで、ＥＧＲガスの流量を制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的は、内燃機関の吸気通路に、気化燃料を導入するためのパージ通路、ブローバイガスを導入するためのＰＣＶ通路、および、前記吸気通路にＥＧＲガスを導入するためのＥＧＲ通路を有する内燃機関の制御装置であって、前記吸気通路における負圧を取得する負圧取得部と、前記内燃機関の負荷率である第１負荷率を取得する第１負荷率取得部と、前記内燃機関の負荷率である第２負荷率を取得する第２負荷率取得部と、前記内燃機関の負荷率である第３負荷率を取得する第３負荷率取得部と、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて、前記内燃機関の負荷率である第４負荷率を取得する第４負荷率取得部と、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブを制御することで、前記ＥＧＲガスの流量を制御する制御部と、を具備し、前記負圧取得部は、前記内燃機関の燃費に基づいて定められる第１負圧、前記気化燃料を前記吸気通路に導入するために要求される第２負圧、前記ブローバイガスを前記吸気通路に導入するために要求される第３負圧を取得し、前記第１負荷率取得部は、前記第１負圧、前記第２負圧および前記第３負圧のうち最小の負圧に対応して前記第１負荷率を取得し、前記第２負荷率取得部は、前記吸気通路から導入される新気の量を、前記吸気通路に設けられたスロットルバルブを全開にしたときの空気量で割ることによって前記第２負荷率を取得し、前記第３負荷率取得部は、前記スロットルバルブを全開にしたときの負荷率から、前記第１負荷率および前記第２負荷率を引くことで、前記第３負荷率を取得し、前記制御部は、前記ＥＧＲバルブの開度を、前記第３負荷率および前記第４負荷率のうち小さい方に応じた開度に制御して、前記ＥＧＲガスの流量を制御する内燃機関の制御装置によって達成することができる。

【発明の効果】

【0006】

ＥＧＲガスの流量を制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１はエンジンシステムを例示する模式図である。

【図2】図２はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は実施形態に係るエンジンシステム１００を例示する模式図である。エンジンシステム１００は、内燃機関１０、パージシステム２０、ＥＧＲ装置３０、ＰＣＶ（Positive crankcase ventilation）システム４０、およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。

【0009】

内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。吸気通路１２にはスロットルバルブ１６が設けられている。排気通路１４には触媒１８が設けられている。空気は吸気通路１２を通り、内燃機関１０に導入される。スロットルバルブ１６の開度が大きくなると、吸気通路１２内の空気の流量が増加する。内燃機関１０は例えばガソリンエンジンであり、空気と燃料との混合気を燃焼させる。内燃機関１０で発生する排気は、排気通路１４に排出される。触媒１８は排気を浄化する。

【0010】

パージシステム２０は、キャニスタ２２、パージ通路２４およびパージバルブ２６を有する。キャニスタ２２は、燃料タンク１９に接続されており、蒸発した燃料（ベーパ）を吸着する。パージ通路２４は、キャニスタ２２と吸気通路１２とに接続されている。パージバルブ２６はパージ通路２４に設けられている。パージバルブ２６が開くことで、キャニスタ２２に捕集された燃料が、パージ通路２４を通り、吸気通路１２に導入される。

【0011】

ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３２、ＥＧＲクーラ３４、およびＥＧＲバルブ３６を有する。ＥＧＲ通路３２は、排気通路１４と吸気通路１２とに接続されている。ＥＧＲクーラ３４およびＥＧＲバルブ３６は、ＥＧＲ通路３２に設けられ、排気通路１４に近い方からこの順番に並ぶ。ＥＧＲバルブ３６が開弁することで、排気の一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ通路３２を通り、吸気通路１２に導入される。ＥＧＲクーラ３４はＥＧＲガスを冷却する。

【0012】

ＰＣＶシステム４０はＰＣＶ通路４２およびＰＣＶバルブ４４を有する。ＰＣＶ通路４２は例えば内燃機関１０と吸気通路１２とに接続されている。ＰＣＶバルブ４４はＰＣＶ通路４２に設けられている。内燃機関１０においてブローバイガスが発生する。ＰＣＶバルブ４４を開弁することで、ブローバイガスはＰＣＶ通路４２を通り、吸気通路１２に導入される。

【0013】

ベーパ、ＥＧＲガスおよびブローバイガスは、空気とともに内燃機関１０に供給され、燃焼される。

【0014】

ＥＧＲガスを内燃機関１０に供給することで、燃焼温度が低下し、燃費の改善などが可能である。しかし、ＥＧＲガスを吸気通路１２に導入することで、ＥＧＲガスを導入しない場合に比べて吸気通路１２の負圧が低下する。つまり圧力が増加する。負圧の低下によって、ベーパのパージおよびブローバイガスの導入がしにくくなる。ＥＧＲガスの流量を適切な大きさに制御することで、パージおよびブローバイガスの導入も可能になる。

【0015】

ＥＣＵ５０は内燃機関１０の制御装置である。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備える。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１６、パージバルブ２６、ＥＧＲバルブ３６およびＰＣＶバルブ４４の開度を制御する。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の負荷率の要求量を取得する取得部、およびＥＧＲガスの流量を制御する制御部として機能する。

【0016】

図２から図３（ｂ）はＥＣＵ５０が実行する処理を例示するフローチャートである。図２に示すように、ＥＣＵ５０は、例えば燃費に基づいて、燃費要求負圧を取得する（ステップＳ１０）。

【0017】

ＥＣＵ５０はパージ要求負圧を取得する（ステップＳ１２）。このときＥＣＵ５０は図３（ａ）の処理を行う。ＥＣＵ５０は気化燃料（ベーパ）の濃度を反映した補正係数を取得する（ステップＳ３０）。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転条件（負荷、回転数など）に基づいて、ベーパ濃度が最大時における吸気通路１２の負圧を取得する（ステップＳ３２）。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転条件（負荷、回転数など）に基づいて、吸気通路１２の基本負圧を取得する（ステップＳ３４）。ＥＣＵ５０は、補正係数のマップ、運転条件と濃度最大時の負圧とを対応させたマップ、および運転条件と基本負圧とを対応させたマップを記憶してもよい。ＥＣＵ５０は、例えば次の（１）式を用いて、パージ要求負圧を取得する（ステップＳ３６）。
パージ要求負圧＝基本負圧－（基本負圧－ベーパ濃度が最大時の負圧）×補正係数 （１）

【0018】

図２に示すように、ＥＣＵ５０はＰＣＶ要求負圧を取得する（ステップＳ１４）。このときＥＣＵ５０は図３（ｂ）の処理を行う。ＥＣＵ５０はＰＣＶ通路４２内の圧力を反映した負圧の補正量を取得する（ステップＳ４０）。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転条件（負荷、回転数など）に基づいて、吸気通路１２の基本負圧を取得する（ステップＳ４２）。ＥＣＵ５０は、補正量のマップ、運転条件と基本ＥＧＲ開度とを対応させたマップを記憶してもよい。ＥＣＵ５０は、例えば次の（２）式を用いて、ＰＣＶ要求負圧を取得する（ステップＳ４４）。
ＰＣＶ要求負圧＝基本負圧－補正量 （２）

【0019】

ＥＣＵ５０は、燃費要求負圧、パージ要求負圧、およびＰＣＶ要求負圧のうち最小の負圧を選択し、負圧の要求量とする（ステップＳ１６）。つまり３つのうち大気圧から最も遠い負圧が選択される。ＥＣＵ５０は選択した負圧に対応する内燃機関１０の負荷率（負荷率の要求量）を取得する（ステップＳ１７）。負圧が大きいほど負荷率も高い。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０に要求されるトルクなどに基づいて、新気負荷率を取得する（ステップＳ１８）。新気負荷率は以下の（３）式で算出される。
新気負荷率＝新気の量／スロットルバルブ１６を全開にしたときの空気量 （３）

【0020】

ＥＣＵ５０は、次の（４）式によって限界ＥＧＲ負荷率を取得する（ステップＳ１９）。限界ＥＧＲ負荷率は、内燃機関１０の燃焼限界に対応するＥＧＲ負荷率である。スロットル全開負荷率は、スロットルバルブ１６を全開にしたときの負荷率である。
限界ＥＧＲ負荷率＝スロットル全開負荷率－新気負荷率－負荷率の要求量－圧損 （４）

【0021】

ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転条件に基づいて基本ＥＧＲ負荷率も取得する。基本ＥＧＲ負荷率は、ＥＧＲバルブ３６の基本開度（基本ＥＧＲ開度）に対応する負荷率である。ＥＣＵ５０は、運転条件と基本ＥＧＲ開度とを対応させたマップを記憶してもよい。ＥＣＵ５０は、限界ＥＧＲ負圧率および基本ＥＧＲ負荷率のうち小さい方をＥＧＲ負荷率として選択する（ステップＳ２０）。ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ負荷率に基づいてＥＧＲバルブ３６を制御する（ステップＳ２２）。ＥＧＲバルブ３６の開度がＥＧＲ負荷率に応じた大きさとなる。ＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲバルブ３６の開度に応じた量に調整される。

【0022】

本実施形態によれば、ＥＣＵ５０は負荷率の要求量を取得し（ステップＳ１７）、要求量とスロットル全開負荷率とに基づいてＥＧＲ負荷率を取得する（ステップＳ２０、（４）式）。ＥＣＵ５０はＥＧＲ負荷率に応じてＥＧＲバルブ３６を制御することで、ＥＧＲガスの流量を制御する。ＥＧＲガスの流量が制御されることで、ＥＧＲガスの導入とともに、蒸発燃料のパージおよびブローバイガスの導入も可能である。蒸発燃料によるエミッションの悪化が抑制される。ブローバイガスによるエンジンオイルの劣化が抑制される。

【0023】

ＥＣＵ５０は、限界ＥＧＲ負荷率および基本ＥＧＲ負荷率のうち小さい方をＥＧＲ負荷率とする（ステップＳ２０）。ＥＧＲ負荷率が小さくなることで、吸気通路１２の負圧の低下が抑制される。吸気通路１２の負圧が得られることで、ベーパのパージおよびブローバイガスの導入が効果的に行われる。

【0024】

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0025】

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ スロットルバルブ
１８ 触媒
１９ 燃料タンク
２０ パージシステム
２２ キャニスタ
２４ パージ通路
２６ パージバルブ
３０ ＥＧＲ装置
３２ ＥＧＲ通路
３４ ＥＧＲクーラ
３６ ＥＧＲバルブ
４０ ＰＣＶシステム
４２ ＰＣＶ通路
４４ ＰＣＶバルブ
５０ ＥＣＵ
１００ エンジンシステム

【図1】

【図2】

【図3】