内燃机控制装置及控制方法

技术领域

本公开涉及内燃机控制装置及控制方法。

背景技术

在日本特开2014-240631号公报中公开了一种对内燃机的EGR装置进行控制的控制装置。EGR装置具备EGR通路和设置于EGR通路的电子控制式的EGR阀。EGR通路的第一端与排气通路中的比增压器的涡轮机靠上游的部分连接，另一方面，EGR通路的第二端与进气通路中的比节气门靠下游的部分连接。

在使EGR阀关闭时流入进气通路的EGR气体的量即EGR气体泄漏量为规定量以上的情况下，控制装置在内燃机的运转停止时反复执行多次EGR阀的开闭动作。

一般而言，EGR阀具备：金属制的阀壳，在内部形成有EGR通路；阀座，设置于阀壳；及阀芯。阀芯以能够向离开阀座的离开方向和作为离开方向的相反方向且接近阀座的方向的接近方向移动的状态支承于阀壳。这样的EGR阀在打开时通过使阀芯从阀座离开而允许EGR气体的通过。另一方面，EGR阀在关闭时通过将阀芯压贴于阀座而限制EGR气体的通过。

这样的EGR阀被组装成阀座的中心轴与阀芯的中心轴实质上一致。但是，在内燃机运转时，高温的EGR气体流过EGR通路。即，EGR阀会暴露于高温的EGR气体。其结果是，存在对阀芯进行支承的阀壳发生热变形，阀芯的中心轴从阀座的中心轴相对地偏移的情况。在如上述这样阀芯的中心轴从阀座的中心轴相对地偏移时将EGR阀打开的情况下，在阀芯的中心轴从阀座的中心轴相对地偏移的状态下阀芯被压贴于阀座。在该情况下，即使将EGR阀关闭，也会在阀座与阀芯之间形成相对较大的间隙。即使在该状态下阀壳被冷却而消除了该阀壳的热变形，也由于在阀座与阀芯之间产生摩擦力，因此阀芯的中心轴从阀座的中心轴相对地偏移的状态被保持。即，保持在阀座与阀芯之间形成有相对较大的间隙的状态。其结果是，尽管使EGR阀关闭，但经由该EGR阀向进气通路漏出的EGR气体的量仍变得比较多。

发明内容

为了解决上述课题，根据本发明的第一方式，提供一种内燃机的内燃机控制装置。所述内燃机具备：进气通路；排气通路；及EGR装置，使流过所述排气通路的排气的一部分作为EGR气体回流到所述进气通路。所述EGR装置具有：EGR通路，具有与所述排气通路连接的第一端和与所述进气通路连接的第二端；及EGR阀，设置于所述EGR通路。所述EGR阀具有：金属制的阀壳，形成有所述EGR通路；阀座，设置于所述阀壳；阀芯，以能够向离开所述阀座的离开方向和作为所述离开方向的相反方向且接近所述阀座的方向的接近方向移动的状态，支承于所述阀壳；及致动器，为了使所述阀芯向所述离开方向和所述接近方向移动而工作。所述EGR阀构成为，在关闭时，通过将所述阀芯压贴于所述阀座而限制所述EGR通路中的所述EGR气体的流通，另一方面，在打开时，通过使所述阀芯从所述阀座离开而允许所述EGR通路中的所述EGR气体的流通。所述内燃机控制装置具备执行装置，该执行装置构成为通过使所述致动器工作来控制所述EGR阀。所述执行装置构成为执行如下处理：判定处理，判定所述内燃机的温度是否与外部空气温度为相同程度；及轴偏移消除处理，在所述内燃机的运转停止期间，在所述判定处理中判定为所述内燃机的温度与外部空气温度为相同程度的情况下，使所述EGR阀进行开闭动作。

为了解决上述课题，根据本发明的第二方式，提供一种内燃机控制方法。所述内燃机具备：进气通路；排气通路；及EGR装置，使流过所述排气通路的排气的一部分作为EGR气体回流到所述进气通路。所述EGR装置具有：EGR通路，具有与所述排气通路连接的第一端和与所述进气通路连接的第二端；及EGR阀，设置于所述EGR通路。所述EGR阀具有：金属制的阀壳，形成有所述EGR通路；阀座，设置于所述阀壳；阀芯，以能够向离开所述阀座的离开方向和作为所述离开方向的相反方向且接近所述阀座的方向的接近方向移动的状态，支承于所述阀壳；及致动器，为了使所述阀芯向所述离开方向和所述接近方向移动而工作。所述EGR阀构成为，在关闭时，通过将所述阀芯压贴于所述阀座而限制所述EGR通路中的所述EGR气体的流通，另一方面，在打开时，通过使所述阀芯从所述阀座离开而允许所述EGR通路中的所述EGR气体的流通。所述内燃机控制方法包括如下步骤：判定所述内燃机的温度是否与外部空气温度为相同程度；及在所述内燃机的运转停止期间，在所述判定处理中判定为所述内燃机的温度与外部空气温度为相同程度的情况下，使所述EGR阀进行开闭动作。

附图说明

图1是表示具备内燃机控制装置的车辆的概略的结构图。

图2是表示该内燃机所具备的EGR装置中的EGR阀的剖视图。

图3是示意性地表示在该EGR阀中，阀芯的中心轴从阀座的中心轴相对地偏移的状态的剖视图。

图4是表示该内燃机控制装置的CPU执行的处理例程的流程图。

图5是表示经由该EGR阀向进气通路泄漏的EGR气体的泄漏量与EGR阀的动作次数之间的关系的实验结果的一例的图表。

图6是表示经由该EGR阀向进气通路泄漏的EGR气体的泄漏量的推移的实验结果的一例的图表。

具体实施方式

以下，根据图1～图6说明内燃机控制装置的一个实施方式。

图1所示的车辆10具备内燃机20、检测系统70、对内燃机20的运转进行控制的控制装置80。控制装置80对应于“内燃机控制装置”。

<内燃机>

内燃机20具备多个气缸21和曲轴22。在图1中，仅图示了多个气缸21中的一个。内燃机20具备供对多个气缸21进行冷却的冷却水流动的水套23。在气缸21内设置有在气缸21内往复运动的活塞24。活塞24经由连杆25与曲轴22连结。通过活塞24在多个气缸21内往复运动，曲轴22旋转。

内燃机20具备进气通路26、进气门27和电子控制式的节气门28。进气通路26是供向多个气缸21内导入的空气流动的通路。在进气门27打开的情况下，流过进气通路26的空气被导入到气缸21内。节气门28对流过进气通路26的空气的量即进气量进行调整。

内燃机20具备燃料喷射阀29、点火装置30、排气通路31和排气门32。燃料喷射阀29喷射向气缸21内供给的燃料。在气缸21内，包含从进气通路26导入的空气和从燃料喷射阀29喷射的燃料的混合气通过点火装置30的点火而燃烧。活塞24利用通过混合气的燃烧而得到的动力在气缸21内往复运动。另外，在气缸21内由于混合气的燃烧而生成排气。这样的排气在排气门32打开的情况下从气缸21内排出到排气通路31。

内燃机20具备排气驱动式的增压器35。增压器35具有涡轮机36和压缩机37。涡轮机36设置于排气通路31。压缩机37设置于进气通路26中的位于比节气门28靠上游的部分。涡轮机36由流过排气通路31的排气的流动力驱动。压缩机37与涡轮机36的驱动同步地进行驱动。通过涡轮机36进行驱动，流过进气通路26的空气被加压而被导入到气缸21内。

内燃机20具备EGR装置40。EGR装置40是使流过排气通路31的排气的一部分作为EGR气体回流到进气通路26的装置。EGR装置40具有EGR通路41和设置于EGR通路41的电子控制式的EGR阀42。EGR通路41的第一端连接到排气通路31，另一方面，EGR通路41的第二端设置于进气通路26。具体而言，EGR通路41的第一端与排气通路31中的位于比涡轮机36靠上游的部分连接。EGR通路41的第二端与进气通路26中的位于比节气门28靠下游的部分连接。

参照图2和图3，对EGR阀42进行详细叙述。

EGR阀42具有金属制的阀壳51、阀座52、阀芯53和致动器56。

阀壳51例如由铝或铝合金构成。EGR通路41贯通阀壳51。即，在阀壳51形成有EGR通路41。将EGR通路41中的形成于阀壳51内的部分称为“壳内通路41a”。在EGR阀42打开的情况下，EGR气体沿图2中箭头所示的方向流过壳内通路41a。

壳内通路41a具有上游端部411、中间部412和下游端部413。中间部412在壳内通路41a中的EGR气体的流动方向上，位于上游端部411与下游端部413之间。即，中间部412与上游端部411和下游端部413均连接。上游端部411的直径比中间部412的直径大，因此在上游端部411与中间部412的边界形成有台阶414。

阀座52配置于台阶414。阀座52呈环状。例如，阀座52通过激光熔敷加工而设置于阀壳51。在EGR阀42打开的情况下，EGR气体通过比阀座52靠内侧。

阀芯53具有轴54和固定于轴54的阀主体55。轴54相对于阀壳51以能够进退移动的状态被支承。阀主体55构成为能够与阀座52的整周接触。在本实施方式中，将EGR阀42设计成阀座52的中心轴52z与阀芯53的轴54的中心轴53z实质上一致。所谓两个中心轴52z、53z实质上一致，不仅包括如图2所示那样两个中心轴52z、52z完全重合的情况，还包括在制造上的误差的范围内两个中心轴52z、52z稍微偏移的情况。另外，以下，将阀芯53的轴54的中心轴53z简称为“阀芯53的中心轴53z”。

阀芯53能够向离开方向X1和作为离开方向X1的相反方向的接近方向X2移动。当阀芯53向离开方向X1移动时，阀主体55从阀座52离开，因此EGR阀42打开。在如上述这样EGR阀42打开的情况下，EGR阀42允许EGR气体朝向进气通路26流过EGR通路41。另一方面，当阀芯53向接近方向X2移动时，阀主体55被压贴于阀座52，因此EGR阀42关闭。在如上述这样EGR阀42关闭的情况下，EGR阀42限制EGR气体朝向进气通路26流过EGR通路41。

致动器56根据来自控制装置80的指令而工作。当致动器56工作时，致动器56的输出被传递到阀芯53，由此阀芯53向离开方向X1移动。因此，EGR阀42打开。另一方面，当致动器56的工作停止时，致动器56的输出不再传递到阀芯53。因此，阀芯53向接近方向X2移动，从而阀芯53被压贴于阀座52。其结果是，EGR阀42关闭。

在内燃机20正在运转的状况下EGR阀42打开的情况下，高温的EGR气体流过EGR通路41。即，阀壳51暴露于高温的EGR气体。因此，由于阀壳51受热，所以阀壳51发生热变形。由于阀芯53的轴54支承于阀壳51，因此当阀壳51发生热变形时，如图3所示，阀芯53的中心轴53z有可能从阀座52的中心轴52z相对地偏移。在保持阀芯53的中心轴53z与阀座52的中心轴52z相对地偏移的状态关闭了EGR阀42的情况下，有可能在阀座52与阀主体55之间形成相对较大的间隙。

<检测系统>

如图1所示，检测系统70具备多种传感器。多种传感器将与检测结果相应的信号输出到控制装置80。检测系统70具备水温传感器71、外部空气温度传感器72和里程表73作为传感器。水温传感器71对作为在内燃机20内循环的冷却水即在水套23中流动的冷却水的温度的水温进行检测。外部空气温度传感器72对车辆10的外部空气温度进行检测。里程表73对车辆10的行驶距离的累积值即累积行驶距离进行检测。在以下的记载中，将水温传感器71检测出的水温称为“水温TPw”，将外部空气温度传感器72检测出的外部空气温度称为“外部空气温度TPo”，将里程表73检测出的累积行驶距离称为“累积行驶距离La”。

<控制装置>

控制装置80基于多种传感器71～73的检测值，对节气门28的开度、燃料喷射阀29的燃料喷射量和点火装置30的点火正时进行调整。另外，控制装置80通过使EGR阀42的致动器56工作来控制EGR阀42的开闭。

控制装置80具备CPU81和存储器82。在存储器82存储有由CPU81执行的各种控制程序。在本实施方式中，CPU81对应于“执行装置”。

CPU81执行判定处理和轴偏移消除处理。

判定处理是判定内燃机20的温度是否与外部空气温度为相同程度的处理。例如，在判定处理中，CPU81基于水温TPw，判定内燃机20的温度是否与外部空气温度为相同程度。此时，在水温TPw为判定温度TPwth以下的情况下，CPU81判定为内燃机20的温度与外部空气温度为相同程度。另一方面，在水温TPw高于判定温度TPwth的情况下，CPU81判定为内燃机20的温度与外部空气温度不为相同程度。判定温度TPwth被设定为水温TPw是否与外部空气温度相等的判断基准。

轴偏移消除处理是在内燃机20的运转停止期间，在判定处理中判定为内燃机20的温度与外部空气温度为相同程度的情况下执行的处理。在轴偏移消除处理中，CPU81使EGR阀42进行开闭动作。在本实施方式中，CPU81在轴偏移消除处理中仅使EGR阀42进行一次开闭动作。另外，与轴偏移消除处理的执行相伴的EGR阀42的开闭动作的次数也可以是两次以上。

参照图4，对为了消除EGR阀42中的阀座52的中心轴52z与阀芯53的中心轴53z之间的相对偏移而由CPU81执行的处理例程进行说明。通过由CPU81反复执行存储在存储器82中的控制程序，本处理例程在每个规定的控制循环被执行。

在本处理例程中，在步骤S11中，CPU81判定执行完毕标志FLG是否被设定为关闭。对于执行完毕标志FLG，在轴偏移消除处理已执行完毕的情况下被设定为开启，另一方面，在轴偏移消除处理尚未执行的情况下被设定为开启。当内燃机20的运转开始时，执行完毕标志FLG被设定为关闭。在执行完毕标志FLG被设定为关闭的情况下(S11：是)，CPU81将处理转移到步骤S13。另一方面，在执行完毕标志FLG被设定为开启的情况下(S11：否)，CPU81暂时结束本处理例程。

在步骤S13中，CPU81判定轴偏移消除处理的禁止条件是否成立。例如，CPU81在累积行驶距离La为判定距离Lath以上的情况下判定为禁止条件成立，另一方面，在累积行驶距离La小于判定距离Lath的情况下判定为禁止条件不成立。

在此，参照图5，对设置禁止条件的理由进行说明。图5是表示EGR阀42的动作次数与EGR泄漏量之间的关系的实验结果的图表。这里所说的动作次数是EGR阀42的开闭动作的次数。这里所说的EGR泄漏量是在内燃机20的运转停止期间经由EGR阀42向进气通路26泄漏的EGR气体的量。在动作次数少的情况下，随着动作次数增加，EGR泄漏量变多。随着EGR阀42多次进行开闭动作，阀座52和阀芯53的阀主体55的磨损一点一点地加剧，因此推测为EGR泄漏量增加。但是，在动作次数超过判定次数Cntth以后，随着动作次数增加，EGR泄漏量变少。推测这是因为，由于阀座52和阀主体55的磨损加剧，阀座52成为与阀主体55的形状对应的形状，其结果是，在EGR阀42关闭时，即使保持阀芯53的中心轴53z从阀座52的中心轴52z相对地偏移的状态，也不易在阀座52与阀主体55之间形成间隙。

因此，在本实施方式中，将与判定次数Cntth相当的车辆10的行驶距离的累积值设定为判定距离Lath。因此，在累积行驶距离La为判定距离Lath以上的情况下，视为通过执行轴偏移消除处理而产生的EGR泄漏量的减少效果有可能不高。即，在累积行驶距离La为判定距离Lath以上的情况下，执行轴偏移消除处理的优点小，因此判定为轴偏移消除处理的禁止条件成立。

返回到图4的步骤S13，在判定为禁止条件成立的情况下(S13：是)，CPU81暂时结束本处理例程。另一方面，在判定为禁止条件不成立的情况下(S13：否)，CPU81将处理转移到步骤S15。

在步骤S15中，CPU81判定内燃机20的运转是否处于停止期间。在内燃机20的运转处于停止期间的情况下(S15：是)，CPU81将处理转移到步骤S17。另一方面，在内燃机20处于运转期间的情况下(S15：否)，CPU81暂时结束本处理例程。

在步骤S17中，CPU81判定内燃机20的温度是否与外部空气温度为相同程度。即，步骤S17对应于“判定处理”。在判定为内燃机20的温度与外部空气温度为相同程度的情况下(S17：是)，CPU81将处理转移到步骤S19。另一方面，在判定为内燃机20的温度与外部空气温度不为相同程度的情况下(S17：否)，CPU81暂时结束本处理例程。

在步骤S19中，CPU81执行轴偏移消除处理。即，CPU81在内燃机20的运转停止期间，判定为内燃机20的温度与外部空气温度为相同程度的情况下，执行轴偏移消除处理。当与轴偏移消除处理的执行相伴的EGR阀42的开闭动作完成时，CPU81将处理转移到步骤S21。

在步骤S21中，CPU81将执行完毕标志FLG设定为开启。之后，CPU81暂时结束本处理例程。

<本实施方式的作用和效果>

图6是表示EGR泄漏量的推移的实验结果的图表。这里所说的EGR泄漏量是在内燃机20的运转停止期间经由EGR阀42向进气通路26泄漏的EGR气体的量。图6中的实线表示在内燃机20的温度与常温为相同程度时使EGR阀42关闭之际的EGR泄漏量的推移。图6的虚线表示在内燃机20的温度高于常温时使EGR阀42关闭之际的EGR泄漏量的推移。

如图6所示，在内燃机20的温度为高温的状况下使EGR阀42关闭的情况下，阀芯53的中心轴53z从阀座52的中心轴52z相对地偏移，因此阀座52与阀主体55之间的间隙相对较宽。另一方面，在内燃机20的温度与常温为相同程度的状况下使EGR阀42关闭的情况下，阀芯53的中心轴53z没怎么从阀座52的中心轴52z偏移，因此阀座52与阀主体55之间的间隙相对较窄。因此，在内燃机20的温度为高温的状况下使EGR阀42关闭的情况下，与在内燃机20的温度与常温为相同程度的状况下使EGR阀42关闭的情况相比，EGR泄漏量更多。

在此，在内燃机20的运转刚停止之后，EGR阀42的阀壳51的温度也高，阀壳51的热变形的程度也相对较大。因此，即使在内燃机20的运转刚停止之后使EGR阀42进行开闭动作，也无法消除阀座52的中心轴52z与阀芯53的中心轴53z的相对偏移。但是，随着从内燃机20的运转的停止时间点经过时间，内燃机20的温度逐渐降低，因此阀壳51的温度也渐渐降低。当阀壳51的温度降低时，阀壳51的热变形的程度也变小。即，阀壳51的形状渐渐恢复为原来的形状。

因此，在本实施方式中，在内燃机20的运转停止后，判定为内燃机20的温度降低至与外部空气温度为相同程度时，执行轴偏移消除处理。即，在阀壳51的温度充分降低而阀壳51的热变形的程度充分变小后执行轴偏移消除处理。当在阀壳51的形状复原后使EGR阀42进行开闭动作时，在阀主体55从阀座52离开的期间，阀座52的中心轴52z与阀芯53的中心轴53z的偏移被消除。由于在该状态下阀主体55被压贴于阀座52，因此能够减小阀座52与阀主体55之间的间隙。由此，能够减少经由EGR阀42向进气通路26漏出的EGR气体的量。即，在执行轴偏移消除处理之后，能够使图6所示的EGR泄漏量与使EGR阀42在内燃机20的温度与常温为相同程度的状况下关闭的情况下的EGR泄漏量为相同程度。

在本实施方式中，能够得到以下所示的效果。

(1)当在阀壳51的热变形的程度大的状态下使EGR阀42关闭时，如上所述，阀芯53的中心轴53z从阀座52的中心轴52z相对地偏移。在即使在阀壳51的温度充分降低而消除了阀壳51的热变形之后阀芯53的中心轴53z仍从阀座52的中心轴52z偏移的情况下，外力作用于支承于阀壳51的轴54。因此，若阀芯53的中心轴53z从阀座52的中心轴52z偏移的状态长期持续，则轴54有可能变形。关于这一点，在本实施方式中，当阀壳51的温度变得足够低而阀壳51的热变形的程度充分变小时，通过轴偏移消除处理的执行而消除阀座52的中心轴52z与阀芯53的中心轴53z的相对偏移。由此，能够减小作用于轴54的上述外力，因此能够抑制在EGR阀42关闭的期间轴54发生变形的情况。

(2)在本实施方式中，使用在内燃机20内循环的冷却水的温度即水温TPw，判定内燃机20的温度是否与外部空气温度成为相同程度。即，可以不在内燃机20新设置对阀壳51的温度进行检测或对阀壳51的变形程度进行检测的检测系统。

(3)在本实施方式中，在累积行驶距离La成为判定距离Lath以上的情况下，能够判断为执行轴偏移消除处理的优点变小，因此禁止轴偏移消除处理的执行。由此，能够减少在内燃机20的运转停止期间由内燃机20消耗的电力量。

(变更例)

上述实施方式可以以如下方式变更而实施。上述实施方式和以下的变更例可以在技术上不矛盾的范围内相互组合来实施。

·在图4所示的处理例程的步骤S13中，也可以使用EGR阀42的动作次数的累积值来判定禁止条件是否成立。在该情况下，在EGR阀42的动作次数的累积值为判定次数Cntth以上的情况下判定为禁止条件成立，另一方面，在动作次数的累积值小于判定次数Cntth的情况下判定为禁止条件不成立即可。由此，在EGR阀42的动作次数的累积值为判定次数Cntth以上的情况下，能够禁止轴偏移消除处理的执行。即使在该情况下，也能够得到与上述实施方式的效果(3)同等的效果。

·在图4所示的处理例程中，也可以省略步骤S13的处理。

·可以将判定温度TPwth固定为规定温度，也可以根据此时的外部空气温度使判定温度TPwth可变。在该情况下，将外部空气温度TPo越高则越高的温度设定为判定温度TPwth即可。

·在上述实施方式中，使用在内燃机20内循环的冷却水的温度即水温TPw，判定内燃机20的温度是否与外部空气温度成为相同程度，但并不限于此。例如，也可以使用内燃机20的运转停止的状态的持续时间，判定内燃机20的温度是否与外部空气温度成为相同程度。在该情况下，可以在该持续时间为规定的判定持续时间以上的情况下，判定为内燃机20的温度与外部空气温度成为相同程度。

·控制装置80并不限于具有构成为具备CPU和ROM并执行软件处理的处理电路的方式。即，控制装置80只要是以下(a)～(c)中的任一结构即可。

(a)控制装置80具备按照计算机程序执行各种处理的一个以上的处理器。处理器包括CPU、及RAM和ROM等存储器。存储器存放有构成为使CPU执行处理的程序代码或指令。存储器、即计算机可读介质包括能够由通用或专用计算机访问的任何能够利用的介质。

(b)控制装置80具备执行各种处理的一个以上的专用硬件电路。作为专用硬件电路，例如，可举出专用集成电路，即ASIC或FPGA。另外，ASIC是“Application SpecificIntegrated Circuit(专用集成电路)”的简称，FPGA是“Field Programmable Gate Array(现场可编程门阵列)”的简称。

(c)控制装置80具备：处理器，按照计算机程序执行各种处理的一部分；及专用的硬件电路，执行各种处理中的剩余的处理。

·车辆只要具备内燃机20和控制装置80，则也可以是还具备电动发电机作为动力源的混合动力车辆。