JP2002106422A - 内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化を補正する方法 - Google Patents

内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化を補正する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガス帰還管路を通るガス流量の変化を診
断して、補償することができる方法を提供すること。 【解決手段】 内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス
流量の変化を診断して補正する必要がある。そのため
に、第１の方法により排気ガス帰還路を通る第１の流量
を弁位置及び排気ガス帰還弁の流量特性曲線とに依存し
て導出し、第２の方法により第２の流量を吸入管内の新
鮮空気流量及び吸入管圧とから導出する。それから、両
方法により求められた両流量間の偏差が検出され、偏差
から、弁位置及び流量特性曲線とに依存して導出された
第１の流量の１つ又は複数の補正量が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化を補正する
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】排気ガス帰還の際、内燃機関の空気−燃
料混合気に排気ガスが付加混合される。所定の程度ま
で、空気−燃料混合気内の上昇した残留ガス成分が、エ
ネルギ変換、従って、燃費にも積極的に作用する。残留
ガス成分の上昇によって、エンジンが加速される(entdr
osselt)ことがある。そうすることによって、負荷交換
損失が低下し、効率が上昇することがある。更に、残留
成分の上昇により、燃焼過程のピーク温度が下がり、そ
の結果、排気ガス中に酸化窒素が形成されるのが低減さ
れる。排気ガス中に放出される酸化窒素が上昇すると、
ガソリンを直接噴射するオットーエンジンの場合、空燃
比λ＞１での層状になった（ｇｅｓｃｈｉｃｈｔｅｔｅ
ｎ）エンジン駆動状態となる。それを防ぐために、ガソ
リン直接噴射エンジンで、排気ガス帰還は行えない。こ
こで、排気ガス帰還について説明すると、排気ガス帰還
というのは、エンジンの排気ガスラインから取り出され
て、排気ガス帰還管路内の排気ガス帰還弁を介してエン
ジンに再度調量されて供給される排気ガス帰還のことで
ある。
【０００３】排気ガス帰還時に、排気ガスから固体が蓄
積されることにより、時間が経過するうちに、排気ガス
帰還弁及び帰還管路が塞がれてしまうことがあり、その
ために、内燃機関の運転時間が増大するにつれて、帰還
される排気ガス量が低減することを回避することができ
ない。この理由から、内燃機関の排気ガス帰還系の機能
を監視して、そのような誤りのある、排気ガス管路を通
るガス流量の変化を補償する手段を用いる必要がある。
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７１９２７８号公報か
らは、排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変
化を検出することができる方法が公知である。その際、
λ制御係数が、スイッチングオンオフされた排気ガス帰
還時に形成されて、両制御係数間の差が所定限界値と正
及び負の偏差に関して比較される。λ制御係数の差によ
って限界値が超過された際、排気ガス帰還の誤りがシグ
ナリングされる。この従来技術によると、スイッチング
オンオフされた排気ガス帰還時のλ制御係数間の偏差
を、例えば、燃料噴射時間用の補正量として使用するよ
うにして、排気ガス帰還の誤りを防止するようにされ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、排気
ガス帰還管路を通るガス流量の変化を診断して、補償す
ることができる方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によると、第１の
方法により排気ガス帰還路を通る第１の流量を弁位置及
び排気ガス帰還弁の流量特性曲線とに依存して導出し、
第２の方法により排気ガス帰還路を通る第２の流量を排
気ガス管路内の新鮮空気流量及び吸入管圧とから導出
し、両方法により求められた両流量間の偏差を検出し、
両流量間の偏差から、弁位置及び流量特性曲線とに依存
して導出された第１の流量の１つ又は複数の補正量を形
成するにより解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】有利な実施例は、従属請求項に記
載されている。
【０００７】流量の補正量として、例えば、流量特性曲
線用のオフセット、又は、流量特性曲線の勾配を変える
係数が関係する。それ以外の有利な補正量は、排気ガス
帰還弁の前で測定された、小さな値の排気ガス圧であ
り、この値は、第１の方法により求められた流量の２乗
と、両流量間の偏差との積である。前述の補正量の選択
は、流量の大きさに依存しており、その際、流量が比較
的少ない場合のオフセットは、勾配の変化として補正の
ために使用され、流量が比較的多い場合の排気ガス圧の
低減は、勾配の変化として使用される。
【０００８】両方式により検出された流量間の偏差が所
定限界値を超過した場合に、排気ガス帰還の誤りがシグ
ナリングされるようにすると目的に適っている。
【０００９】本発明の手段により、排気ガス帰還の誤り
時に、排気ガス帰還弁の制御に直接作用する補正量が形
成される。それに対して、従来技術（ドイツ連邦共和国
特許公開第１９７１９２７８号公報）では、排気ガス帰
還系の誤りが検出された場合に、エンジンの他の作動
量、即ち、負荷信号及び点火が補正され、つまり、排気
ガス帰還系、本来の誤り源に直接関わってはいない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明について図示の実施例を用いて
詳細に説明する。
【００１１】図１には、排気ガスチャネル２と吸入管３
を有する内燃機関１が図示されている。排気ガスチャネ
ル２から、排気ガス帰還管４が分岐しており、この排気
ガス帰還管は、吸入管３に結合されている。排気ガス帰
還管４内には、弁５が設けられている。この排気ガス帰
還弁５を介して、帰還された排気ガス量を制御すること
ができる。排気ガス帰還管４の結合部の後ろ側で、吸入
管３内に、圧力センサ６が設けられており、この圧力セ
ンサは、吸入管圧ｐｓを測定する。排気ガス帰還管４の
結合部の前に、スロットル弁７が設けられており、スロ
ットル弁７の前に、吸入管３内に、空気流量センサ８が
設けられており、この空気流量センサは、吸い込まれる
新鮮な空気流量ｍｓを測定する。排気ガス帰還管４内
に、排気ガス帰還弁５の前に、圧力センサ９と温度セン
サ１０とが設けられており、この圧力センサ９は、排気
ガス帰還弁５の前の排気ガス圧ｐｖａｇｒを測定し、温
度センサ１０は、排ガスの温度Ｔａｇｒを検出する。吸
入管内の新鮮な空気流量ｍｓ及び吸入管圧ｐｓは、モデ
ル計算によってもエンジンの他の作動量から導出するこ
とができる。
【００１２】制御装置１１には、上述のセンシングされ
た量の全てが供給される。それには、吸入管圧ｐｓ、新
鮮な空気流量ｍｓ、排気ガス温度Ｔａｇｒ、排気ガス帰
還弁５の前の排気ガス圧ｐｖａｇｒ及び排気ガス帰還弁
５の位置ｈａｇｒが属する。制御装置１１が、前述の各
量から、排気ガス帰還管４を通って流れるガス流量の誤
りのある変化を検出して補償するやり方について、以下
図２に示した機能図を用いて説明する。
【００１３】例えば、弁５内及び管４内の排気ガスから
の固体物質の堆積によって、又は、製造偏差又は弁のエ
ージングによる流量の変化によって生じる、排気ガス帰
還管４を通って流れるガス流量の誤りのある変化を検出
して補償するために、種々異なる２つの方法により、排
気ガス帰還管４を通って流れる空気流量が求められる。
【００１４】第１の方法により、排気ガス帰還管４を通
って流れる流量ｍｓａｇｒが、以下の式（１）によって
算出される： ｍａｓｇｒ＝（ＭＳＮＡＧＲ−ｏｆｍｓａｇｒ）＊ｆｔａｇｒ＊ｐｖａｇｒ／１ ０１３ ｈＰａ＊ｆｋｍｓａｇｒ＊＊ＫＬＡＦ （１） 式（１）による流量ｍｓａｇｒの算出は、図２の機能図
から分かる。先ず、排気ガス帰還弁５の弁特性曲線ＶＫ
Ｌから導出された規定流量ＭＳＮＡＧＲが、各々の弁位
置ｈａｇｒに依存して求められる。この規定流量ＭＳＮ
ＡＧＲから、結合点Ｖ１で、オフセットｏｆｍｓａｇｒ
が減算される。規定流量ＭＳＮＡＧＲとオフセットｏｆ
ｍｓａｇｒとの差が、結合点Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４及びＶ５
で、複数の係数と乗算される。結合点Ｖ２での第１の係
数は、温度値ｆｔａｇｒであり、以下の式が成立する：
【００１５】
【数１】
【００１６】この温度値は、つまり、式（２）から分か
るように、実際のガス温度Ｔａｇｒに対する２７３Ｋの
規定温度の温度比である。
【００１７】結合点Ｖ３での係数は、結合点Ｖ７で形成
された、排気ガス帰還弁５の前で測定された排気ガス圧
ｐｖａｇｒと規定排気ガス圧１０１３ｈＰａとの比であ
る。１０１３ｈＰａの規定排気ガス圧では、規定流量Ｍ
ＳＮＡＧＲが形成され、この規定流量は、正確に、排気
ガス帰還弁５の流量特性曲線に相応し、この排気ガス帰
還弁の流量特性曲線は、通常のように、弁製造業者によ
って利用されていて、機能ブロックＶＫＬ内に記憶され
ている。この流量特性曲線は、当然、排気ガス帰還弁５
の機能だけを考慮し、製造偏差又はエージングによって
のみ生じるが、その他の、排気ガス帰還弁５を介して流
れる流量の変化によっては生じない。各規定条件の偏差
を示していて、式（１）により算出された流量ｍｓａｇ
ｒでの、その種の誤りのある変化を考慮するために、一
方では、オフセット値ｏｆｍｓａｇｒが、他方では、結
合点４に印加された補正項ｆｋｍｓａｇｒが設けられ
る。補正係数ｆｋｍｓａｇｒは、流量特性曲線の勾配に
作用する。
【００１８】最後に、結合点５に更に特性曲線ＫＬから
取り出された値ＫＬＡＦが印加される。この値ＫＬＡＦ
は、排気ガス帰還弁５を介して流れる流速を、スイッチ
ング速度と関連付けて示してある。除算器ＤＶによっ
て、吸入管圧ｐｓと排気ガス圧帰還弁５の前の排気ガス
圧ｐｖａｇｒとの比が形成され、この比に依存して、特
性曲線ＫＬから係数ＫＬＡＦが取り出される。吸入管圧
ｐｓと、排気ガス圧ｐｖａｇｒとの比が０．５２よりも
小さい場合、音速が調整され、０．５２よりも大きい比
の場合、流速は音速以下に低下する。結合部Ｖ５の出力
側からは、結局、流量ｍｓａｇｒが取り出される。
【００１９】第２の方法によると、流量ｍｓａｇｒｍ
は、新鮮な空気流量ｍｓと吸入管圧ｐｓとから導出され
る。新鮮な空気流量ｍｓは、例えば、ホットフィルム式
エアマスセンサーを用いて測定することができる。新鮮
な空気流量ｍｓを、エンジン回転数ｎｍｏｔ及び定数Ｋ
ＵＭＳＲＬで除算することによって、これは、式（３）
により、燃焼室内の空気充填量ｒｌに換算される。
【００２０】 ｒｌ＝ｍｓ／（ｎｍｏｔ＊ＫＵＭＳＲＬ） （３） 入り口弁が閉じられる時点では、燃焼室と吸入管とで圧
力が同一である。入り口弁が閉じられている場合に温度
全体を考慮する係数ｆｕｐｓｒｌを介して、燃焼室圧ｐ
ｓは、式（４）により、相対的な全充填度ｒｆに換算さ
れる。
【００２１】 ｒｆ＝ｐｓ＊ｆｕｐｓｒｌ （４） 相対的な全充填度ｒｆは、式（５）により、燃焼室内の
相対空気充填度ｒｌ、アプリケーションが検出している
間燃焼室内に残存している残留充填度ｒｆｒｉｎｔ及び
排気ガス帰還系を介して供給される外部残留ガス充填度
ｒｆｒｅｘｔから合成される。
【００２２】 ｒｆ＝ｒｌ＋ｒｆｒｉｎｔ＋ｒｆｒｅｘ （５） 排気ガス帰還によって形成される外部残留ガス充填度ｒ
ｆｒｅｘは、式（５）から得られる： ｒｆｒｅｘ＝ｒｆ−ｒｌ−ｒｆｒｉｎｔ （６） 式（７）によると、外部残留ガス充填度ｒｆｒｅｘと回
転数ｎｍｏｔと定数ＫＵＭＳＲＬとの乗算による流量ｍ
ｓａｇｒｍが得られる。
【００２３】 ｍｓａｇｒｍ＝ｒｆｒｅｘ＊ｎｍｏｔ＊ＫＵＭＳＲＬ （７） 流量ｍｓａｇｒｍは、他のやり方でも前述のようにして
求めることができる。
【００２４】結合点Ｖ６では、予め算出された両流量ｍ
ｓａｇｒとｍｓａｇｒｍとの偏差ｄｍｓが求められる。
両流量ｍｓａｇｒとｍｓａｇｒｍとの偏差ｄｍｓから、
１つ又は複数の補正量ｏｆｍｓａｇｒ、ｆｋｍｓａｇ
ｒ、ｄｐｂが、弁位置ｈａｇｒと流量特性曲線ＶＫＬと
に依存して導出された流量ｍｓａｇｒに対して形成され
る。両流量ｍｓａｇｒとｍｓａｇｒｍとの偏差ｄｍｓに
依存して各補正量のどれが変えられるかは、流量ａｂの
大きさに依存する。そのために、スイッチＳＷが設けら
れており、このスイッチは、前述の補正量の各々に対し
て切り換え位置１，２，３を有している。スイッチＳＷ
での切り換え位置は、流量ｍｓａｇｒｍの大きさにより
制御される。流量ｍｓａｇｒｍが僅かしか生じていない
場合、スイッチＳＷは、切り換え位置１にされ、算出さ
れた両流量ｍａｓｇｒとｍａｓｇｒｍとの偏差ｄｍｓ
は、第１の積分器Ｉ１を介して流量特性曲線ＶＫＬのオ
フセットに作用する補正量ｏｆｍｓａｇｒに変換され
る。流量ｍｓａｇｒｍが比較的高い値に達すると、スイ
ッチＳＷは、切り換え位置２にされ、その結果、両流量
ｍｓａｇｒとｍｓａｇｒｍとの偏差ｄｍｓは、第２の積
分器Ｉ２を介して補正量ｆｋｍｓａｇｒに変換され、こ
の補正量は、流量特性曲線の勾配を変える。
【００２５】先行する前述の両補正量ｏｆｍｓｇｒ及び
ｆｋｍｓａｇｒを用いて、ガス流量の誤りのある変化を
補償できない程度に大きな流量ｍｓａｇｒｍの場合、ス
イッチＳＷは、その切り換え位置３にされる。この場
合、算出された両流量ｍｓａｇｒ及びｍｓａｇｒｍとの
偏差は、第３の積分器Ｉ３に供給され、この第３の積分
器は、偏差ｄｍｓから係数Ｋを形成する。この係数Ｋ
は、結合点Ｖ８で、２乗器ＱＵによって形成された、算
出された流量ｍｓａｇｒの２乗ｍａｓｇｒ２と乗算され
る。係数Ｋと、流量ｍｓａｇｒの２乗との積の結果は、
補正量ｄｐｂであり、この補正量は、結合点Ｖ９で、測
定された排気ガス圧ｐｖａｇｒから減算される。補正量
ｄｐｂを用いて、弁５又は管路４の汚れに基づく流量特
性曲線の非常に強い変形を補償することができ、これ
は、オフセット補正ｏｆｍｓａｇｒ及び勾配補正ｆｋｍ
ｓａｇｒによっては最早可能でない。そのような汚れ
は、排気ガス帰還弁５の前の付加的な絞りを用いること
によってシミュレートすることができる。このフィクテ
ィブな絞りに基づいて、排気ガス帰還弁５の前の排気ガ
ス圧ｐｖａｇｒは、既述の値ｄｐｂだけ低下する。この
量ｄｐｂの係数Ｋは、排気ガス帰還管路４内のフィクテ
ィブな絞りの直径の尺度である。補正値ｄｐｂだけ低減
した排気ガス圧ｐｖａｇｒは、係数として結合部Ｖ３に
供給され、係数ＫＬＡＦの形成の際にも考慮される。
【００２６】補正量ｄｐｂの形成のために、測定された
流量ｍｓａｇｒ及びｍｓａｇｒｍとの偏差ｄｍｓから導
出された係数Ｋにより、限界値判定ＳＥが行なわれる。
この係数Ｋが所定の限界を超過すると（つまり、弁５乃
至排気ガス帰還管４の汚れが大き過ぎるのと同じ意味で
ある）、誤り信号ｆｅが送出され、排気ガス帰還系の誤
りがシグナリングされ、この誤りは、上述のやり方では
最早補償することができない。
【００２７】内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス流
量の変化を診断して補正する必要がある。そのために、
第１の方法により排気ガス帰還路（４）を通る第１の流
量（ｍｓａｇｒ）を弁位置（ｈｇｒ）及び排気ガス帰還
弁（５）の流量特性曲線とに依存して導出し、第２の方
法により第２の流量（ｍｓａｇｒｍ）を吸入管内の新鮮
空気流量（ｍｓ）及び吸入管圧（ｐｓ）とから導出す
る。それから、両方法により求められた両流量（ｍｓａ
ｇｒ，ｍｓａｇｒｍ）間の偏差（ｄｍｓ）が検出され、
偏差（ｄｍｓ）から、弁位置（ｈａｇｒ）及び流量特性
曲線とに依存して導出された第１の流量（ｍｓａｇｒ）
の１つ又は複数の補正量（ｏｆｍｓａｇｒ，ｆｋｍｓａ
ｇｒ，ｄｐｂ）が形成される。
【００２８】
【発明の効果】本発明の方法によると、法規通りに設定
された排気ガス限界値を保持することができない極めて
小さな排気ガス帰還レートを確実に検出することができ
る。更に、検出されたガス流量の変化を、排気ガス帰還
管路を介して流れる流量を算出する際に補正して考慮す
ることができる手段が提供される。この補正された流量
により、エンジン制御を、排気ガス限界値を超過しない
ように行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス帰還を行う内燃機関の略図
【図２】排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある
変化の補償のための機能図
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 排気ガスチャネル ３ 吸入管 ４ 排気ガス帰還管 ５ 弁 ６ 圧力センサ ７ スロットル弁 ８ 空気流量センサ ９ 圧力センサ １０ 温度センサ １１ 制御装置
フロントページの続き (72)発明者 オリヴァー シュレジガー ドイツ連邦共和国 アースペルク ヴィル ヘルムシュトラーセ 25 (72)発明者 ルッツ ロイシェンバッハ ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ハ ッポルトシュトラーセ 67 Ｆターム(参考） 3G062 BA02 BA04 BA06 ED10 FA09 FA13 GA01 GA02 GA21 GA32 3G084 BA20 DA04 DA07 DA10 DA19 DA27 EB11 EB12 EB22 FA07 FA11 FA27 FA37

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス
    流量の誤りのある変化を補正する方法において、 −第１の方法により排気ガス帰還路を通る第１の流量
    （ｍｓａｇｒ）を弁位置（ｈａｇｒ）及び排気ガス帰還
    弁（５）の流量特性曲線とに依存して導出し、−第２の
    方法により前記排気ガス帰還路（４）を通る第２の流量
    （ｍｓａｇｒｍ）を排気ガス管路（３）内の新鮮空気流
    量（ｍｓ）及び吸入管圧（ｐｓ）とから導出し、 −前記両方法により求められた前記両流量（ｍｓａｇ
    ｒ，ｍｓａｇｒｍ）間の偏差（ｄｍｓ）を検出し、 −前記両流量（ｍｓａｇｒ，ｍｓａｇｒｍ）間の前記偏
    差（ｄｍｓ）から、前記弁位置（ｈａｇｒ）及び前記流
    量特性曲線とに依存して導出された前記第１の流量（ｍ
    ｓａｇｒ）の１つ又は複数の補正量（ｏｆｍｓａｇｒ，
    ｆｋｍｓａｇｒ，ｄｐｂ）を形成することを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】 補正量（ｏｆｍｓａｇｒ）として、流量
    特性曲線用のオフセットを形成する請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 補正量（ｆｋｍｓａｇｒ）として、流量
    特性曲線の勾配を変えるファクタを形成する請求項１記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 補正量（ｄｐｂ）として、排気ガス帰還
    弁（５）の前側で測定された、値が低減された排気ガス
    圧（ｐｖａｇｒ）を形成し、前記値を、第１の方法によ
    り求められた流量（ｍｓａｇｒ）の２乗と、両流量（ｍ
    ｓａｇｒ，ｍｓａｇｒｍ）間の偏差（ｄｍｓ）との積に
    する請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 単数乃至複数の補正量（ｏｆｍｓａｇ
    ｒ，ｆｋｍｓａｇｒ，ｄｐｂ）の形成のために、両流量
    （ｍｓａｇｒ，ｍｓａｇｒｍ）間の偏差を積分する請求
    項１から４迄の何れか１記載の方法。
  6. 【請求項６】 両流量（ｍｓａｇｒ，ｍｓａｇｒｍ）間
    の偏差（ｄｍｓ）が所定閾値を超過した場合、排気ガス
    帰還の誤り（ｆｅ）をシグナリングする請求項１又は４
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 補正量（ｏｆｍｓａｇｒ，ｆｋｍｓａｇ
    ｒ，ｄｐｂ）の選択を、流量（ｍｓａｇｒｍ）の大きさ
    に依存し、勾配の変化量（ｆｋｍｓａｇｒ）よりも小さ
    な流量の場合のオフセット補正量（ｏｆｍｓａｇｒ）を
    補正のために使用し、前記勾配の変化量（ｆｋｍｓａｇ
    ｒ）よりも大きい流量の場合、排気ガス圧（ｐｖａｇ
    ｒ）の低減した補正量（ｄｐｂ）を使用する請求項１か
    ら４迄の何れか１記載の方法。
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