JP2005030319A - ディーゼル・エンジンの制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気の一部をＶＧＴ (可変容量過給機) 弁、およびＥＧＲ（排気ガス還流) 弁を介して、吸気に還流するディーゼル・エンジン制御をさらに改良する。とくにエンジンの急加速を合理的かつ数量的に判定し、これを制御に利用することができるように改善する。
【解決手段】ＶＧＴ弁およびＥＧＲ弁の制御について、通常制御に加えてエンジン急加速時の判定論理を設ける。過給圧の実測値から目標過給圧に対して不足する過給圧の割合を求め急加速制御の度合い（γ）を演算する。これにより急加速であることを判定するとともに、これを制御に利用する。これにより急加速に伴う制御応答の遅れや黒煙発生などの矛盾を改善することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気の一部を吸気側に還流させることにより、排気に含まれる窒素酸化物および未燃焼物質の量を低減するエンジンの制御方法および装置の改良に関する。本発明は、ＶＧＴ (可変容量過給機) 弁、およびＥＧＲ（排気ガス還流) 弁を介して、排気の一部を吸気に還流するディーゼル・エンジン制御に利用する。さらに詳しくは、エンジンを急加速させるときに発生する黒煙を低減するための改良に関する。

ディーゼル・エンジンにＥＧＲ（排気ガス還流） 弁およびＶＧＴ (可変容量過給機) 弁を設け、排気の一部を吸気側に還流させ、排気の成分を制御する装置が知られている。このような装置は、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるように制御することができる優れた装置であり、自動車用ディーゼル・エンジンに広く利用されるようになった。

この装置は、エンジンが軽負荷の運転状態から負荷がかかる状態になり、回転を加速させるために燃料供給量を増大させると、その過渡時に排気に黒煙が発生する現象のあることが知られている。これはエンジン回転が急上昇すると、排気管の内圧が上昇するが、吸気管の内圧の上昇が遅れるため、排気管からＥＧＲ弁を介して吸気側に排気が大量に還流するからであると考えられている。

本願出願人による特許文献１には、この黒煙が発生する現象を改善するための発明が開示されている。これは、アクセルペダルの開度または燃料噴射系の開度が増大する方向に大きく変化したときに、その変化量を電気信号として検出し、その変化量に応じてＥＧＲ弁の開度を小さく制御するものである。すなわち、アクセルペダルが踏み込まれたときに、黒煙発生の前に、これを抑圧する方向にＥＧＲ弁の開度をフィード・フォワード制御するものである。これにより還流する排気の量を相応に制御して排気に含まれる黒煙を低減することができる。

非特許文献１には、排気を吸気側に還流することによりディーゼル・エンジンの排気を浄化する一般的な技術が詳しく解説されている。その２８頁には、参考文献のリストが記載されている。

特開２００２−２５６９１５号公報 三輪恵「ＰＭ低減のためのエンジン技術」 雑誌「エンジンテクノロジー」Vol.2No.5 25 〜28頁、2002年９月発行

本願発明者は特許文献１に開示した技術について試験を行った。たしかにＥＧＲ弁の開度をフィード・フォワード制御し上記のように黒煙発生を低減することができるものの、なおいくつかの課題があることがわかった。とくに次のようなドライバビリティが悪くなる課題がある。

その一つは、この従来技術に依存するとエンジンの加速応答が鈍くなることがある。すなわち、上記従来例技術では、アクセル・ペダルを踏み込む運転操作により急加速を入力すると、エンジンが急加速の状態に応答する前にフィード・フォワード制御が開始されることになる。これにより、アクセル・ペダルの操作に即応するエンジン回転速度の上昇が制限され、運転者にとっては加速応答が鈍いエンジンであるとの感触を受ける。

さらに別の課題として、フィード・フォワード制御が実行されると、この制御が終了するときに反応が階段状になる場合がある。すなわち、フィード・フォワード制御は回転速度の立ち上がり時に実行される補正制御である。この補正制御は、エンジン回転速度が所望の値に達した時点で終了させなければならない。ところがフィード・フォワード制御が終了すると、エンジン回転速度が急に低下することがあり、運転者はこれに違和感を抱くことになる。

本発明はこのような背景に行われたものであって、ＥＧＲ弁およびＶＧＴ弁を制御することにより、排気に含まれる黒煙または未燃焼粒子を低減する装置をさらに改良することを目的とする。とくにエンジンの急加速を合理的かつ数量的に判定し、これを制御に利用することができるように改善することを目的とする。本発明は、排気を吸気側に還流させる量を制御することにより、排気の成分を制御する方法および装置について、加速時のエンジン回転速度の変化その他に適応的に追従する合理的な制御方法および装置を提供することを目的とする。本発明は、アクセル・ペダルの操作に対応するエンジンの応答特性が良い、すなわちドライバビリティの良い制御方法および装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、エンジンの加速が終了した段階で円滑に通常制御の状態に移行することができる制御方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の最大の特徴は、エンジン回転の急加速の判定方法にある。すなわち本発明は、急加速をアクセル・ペダルの開度変化で判定するのではなく、エンジンの吸気通路に生じるターボ過給圧を観測し、過給圧の不足する割合を演算し、これを利用して急加速を判定することを最大の特徴とする。

急加速制御が行われると吸気通路の過給圧が不足する状態になる。その過給圧の不足の程度に応じて急加速制御の度合いを量的に判定することができる。これにより、排気の吸気側への還流を過不足なく制御することが可能になり、急加速に伴う黒煙発生を適正に抑制することができる。

また吸気通路の吸い込み側に生じる負圧が生じて過給圧が不足したことは、急加速の制御入力に対してエンジンが応答し、その回転が立ち上がりつつあることを示すものである。これはアクセル・ペダルの操作入力に対して、フィード・フォワード制御を行い、エンジンの回転立ち上がりを実質的に遅らせることになる制御に比べると、制御の応答遅れを発生させる原因をなくすることになり、より合理的である。これによりドライバビリティを改善することができる。また、このように吸気通路に生じる負圧が大きくなったことにより急加速の制御入力を判定すると、アクセル・ペダルの操作速度の広い範囲にわたり、エンジンの応答特性を含めて急加速に伴う排気の還流量を適正に制御することになる。

さらにこれをフィード・フォワード制御を行う場合に比べると、エンジン回転の立ち上がり後に制御を転換する必要がなくなる。したがって制御転換に伴う制御量の急変がなくなり、制御を円滑に行うことができるようになる。これもドライバビリティを改善することになる。

すなわち本発明の第一の観点は制御方法の発明であって、ＥＧＲ（排気ガス還流）弁、ＶＧＴ
(可変容量過給機) 弁、および吸気絞り弁が設けられ、前記ＥＧＲ弁を介してエンジン排気の一部を吸気側に還流させるとともに、前記ＶＧＴ弁から供給される過給気を前記吸気絞り弁を介してシリンダに吸気として供給するディーゼル・エンジンの制御方法において、吸気通路に生じるターボ過給圧からその時点のエンジン回転速度および燃料噴射指示量に対してその吸気通路に生じるターボ過給圧の不足分をターボ過給の負圧として求め、その負圧の大きさに応じて前記複数の弁の一以上を制御することを特徴とする。これには、前記負圧の大きさに応じて急加速制御の度合い（γ）を演算し、その急加速制御の度合い（γ）にしたがって前記ＥＧＲ弁を制御する構成とすることが望ましい。

本発明の第二はディーゼル・エンジンの制御装置であり、運転操作入力（アクセル開度）およびエンジンの回転情報にしたがって、ＥＧＲ（排気ガス還流) 弁、ＶＧＴ (可変容量過給機) 弁、および吸気絞り弁の開度を制御する制御手段を備えたディーゼル・エンジンの制御装置において、前記制御手段は、吸気通路に生じるターボ過給圧（ｐ₁
）を検出する手段と、その時点のエンジン回転速度および燃料噴射指示量から吸気通路に生じるターボ過給圧の目標値（ｐ₀ ）を求める手段と、その差分
ｐ＝ｐ₀ −ｐ₁

をターボ過給の負圧として演算する手段と、演算されたターボ過給圧から不足する過給圧の割合
（ｐ₀ −ｐ₁
）／ｐ₀
を演算してその不足する過給圧の割合にしたがって急加速制御の度合い（γ）を判定する手段と、その急加速制御の度合い（γ）にしたがって前記各弁の開度を制御する手段とを備えたことを特徴とする。

前記制御手段は、前記急加速制御の度合い（γ）が所定値を越えることにより急加速制御が行われていると判定されたときには、前記ＥＧＲ弁の開度を下限値に制御する手段を含む構成とすることが望ましい。

前記急加速制御の度合い（γ）が急加速であると判定され、前記ＥＧＲ弁の開度が下限値に制御されたときに、前記ＶＧＴ弁の下限開度をマップ制御する手段を含む構成とすることが望ましい。この下限開度を最大値とすることにより、ＶＧＴ弁開度最大に制御することができる。

前記制御手段は、エンジン回転速度および燃料噴射指示量から燃費悪化を判定するマップを備え、そのマップにより燃費悪化が判定されている期間にわたり前記急加速制御の度合い（γ）を一時的に零とすることにより燃費悪化を防止する手段を含む構成とすることができる。

本発明により、エンジンの急加速を合理的かつ数量的に判定し、これをエンジン制御に利用し、制御を合理的に改善することができる。本発明により、エンジンの急加速に対応して適正な弁制御を実行することができる制御方法および装置が得られる。本発明によりアクセル・ペダルの操作に対してエンジンの応答特性およびドライバビリティが改善される。さらに本発明によりエンジンの加速が終了した時点で円滑に制御を復帰させることができる制御方法および装置が得られる。

図面を参照して本発明実施例装置をさらに詳しく説明する。図１は本発明実施例装置のブロック構成図である。図の左上から取込まれた空気はエアクリーナ１を経由してエンジンに流入する。この流入速度はエアフローセンサ２により検出され制御に利用される。この吸気はインタークーラ３を介してエンジンに供給される。この流入量は吸気絞り弁９により微調節が可能である。エンジンの排気はＶＧＴ弁５を介してマフラー８から大気中に送出される。このときターボが駆動され吸気を加圧する。排気の一部はＥＧＲクーラ６およびＥＧＲ弁７を経由して吸気側に還流される。

制御回路１２は、エアフローセンサ２、過給圧センサ４、排気温度センサ１０の検出出力を取込み、ＶＧＴ弁５、ＥＧＲ弁７、および吸気絞り弁９の各弁開度を制御する装置である。この制御回路１２には、運転席で発生するトリガ信号も入力する。

ここで本発明の特徴は、エンジン吸気通路の過給圧を観測し、これを制御回路１２に取込み、これを制御情報として利用するところにある。すなわちその時点のエンジン回転速度および燃料噴射指示量から目標過給圧を演算するとともに、過給圧センサ４で実測される過給圧との差分を演算し、この差分の目標過給圧に対する割合を演算する。この割合を急加速制御の度合い（γ）として制御に利用する。

図２は本発明実施例装置の制御論理を説明する系統図である。図２の左上の論理ブロック２１は通常制御の制御論理である。すなわちアクセル・ペダルの踏み込み量に対応する燃料噴射指示量、エンジン回転情報その他にしたがって、ＶＧＴ弁５およびＥＧＲ弁７の開度を演算し、これを制御出力としてエンジン・ハードウエアに供給する。本発明実施例装置の制御は、この通常制御の制御論理に以下に説明する急加速の制御論理を付加するものである。

図２の左端の実過給圧は過給圧センサ４の検出出力であり、この検出出力とともに、エンジン回転情報およびアクセル・ペダルの踏み込み量に対応する燃料噴射指示量を入力情報とする。エンジン回転情報および燃料噴射指示量の情報から、論理ブロック２２でその時点の目標過給圧を演算する。この論理ブロック２２は二次元入力に対して一つの演算結果を出力するマップ演算であり、このための演算マップはあらかじめ用意されている。このマップ演算の出力は目標過給圧である。この目標過給圧と上記実過給圧との差分が不足する過給圧である。論理ブロック２３では、この不足する過給圧の目標過給圧に対する割合を演算する。

論理ブロック２４では、この不足する過給圧の目標過給圧に対する割合が、設定された値以上であるときにこれを急加速であると判定する。この設定された値としては、例えば目標過給圧の５％〜２０％の範囲内の数値が採用される。不足する過給圧がこの設定された値を越えて急加速であると判定されると、論理ブロック２４で、その割合を急加制御速の度合いγ（０＜γ＜１）として演算する。急加速でないとの判定であるときには急加速制御の度合いγは零が出力される。急加速制御の度合いγの最大値は１である。すなわち論理ブロック２４では、不足する過給圧の目標過給圧に対する割合を通常制御値に対する急加速制御の度合い（γ）として出力する。

どの範囲にあるときに急加速とするか、それを０から１００までにどのような関数で割り当てるかは、エンジンおよびエンジンまわりのハードウエアの特性にしたがって適宜設定することができる。このように急加速制御の度合いγを０〜１の値として設定し、この度合いγの値を小さいステップで変更することにより制御を円滑にすることができる。すなわち、時間の経過にしたがって階段状に制御状態が変更されることがなくなる。

さらに図２に示す論理ブロック２５において、エンジン回転情報および燃料噴射指示量の情報は、燃費悪化防止マップによる判定が実行される。これはその時点のエンジン回転速度に対して燃料を過大に供給して、燃費がいちじるしく悪化することを防止するためのロジックである。この判定出力は１から０の間である。「０」は燃費がいちじるしく悪化するとの判定である。すなわち、この判定出力が「０」であれば、この判定出力「０」と上記急加速制御の度合いγが乗算回路２６で乗算（×）されて無効にされる。

さらに図２に示す論理ブロック２７おいて、エンジンの回転情報および燃料噴射指示量の情報にしたがって、急加速時の制御値が発生される。これはＥＧＲ弁を全閉としたときのＶＧＴ弁下限開度を演算出力するものである。ＥＧＲ弁の全閉はＥＧＲガスが入らない状態を表し、実用的には開度２％とする。ＶＧＴ弁下限開度は、これも入力二次元情報に対して、あらかじめ用意されたマップを参照してその制御出力を送出する。

上記の各論理演算により、エンジンが急加速の状態であり、燃費がいちじるしく悪化することがない状態にあるときに、急加速制御の度合いγが有効値になる。これにより、通常制御の制御出力であるＶＧＴ弁およびＥＧＲ弁の開度に、乗算回路２８で（１−γ）が乗算される。また乗算回路２９においてＶＧＴ弁の下限開度に急加速制御の度合いγが乗算され、この二つの乗算された結果が、それぞれ図２右端の加算回路３０により加算されて制御出力として送出される。

エンジンが急加速の状態でないときには、上述のように急加速制御の度合いγは零であり、図２最下段のブロック２７の急加速時の制御出力は、乗算回路２９で急加速制御の度合いγ（γ＝０）と乗算されて零になる。これにより、図２上段のブロック２１からの通常制御の制御出力の値が、乗算回路２８および加算回路３０を経由して制御出力として送出される。

さらに論理ブロック２５について説明すると、γ＝１の場合、ＥＧＲ弁７は全閉（０〜２％）となるが、一般にエンジン特性の上から、このＥＧＲ弁７の全閉（０％）では燃費がいちじるしく悪化する領域が存在する。これを図３により説明する。

図３は論理ブロック２５に示す燃費悪化防止マップについての説明図である。横軸はエンジン回転速度であり、右方が高速回転である。縦軸は出力トルクの大きさであり、上方がトルク大となる。丸印の大きさは急加速制御に伴う燃費増減の大きさを示す。白丸により表示する領域は通常制御のＥＧＲ弁７による還流がある状態から急加速制御が行われてＥＧＲ弁７の開度が０％に変化したときに、急加速制御の度合い（γ）を零に固定すべき領域を示す。このときは、トルクが減少し燃料噴射量を増やす必要がある。ところが、燃料消費量が大きくなると燃費に不利になるから、論理ブロック２５から、この状態では継続的に「０」を送出して、急加速制御の度合い（γ）を零に一時的に固定するように制御する。

本発明実施例装置の全体制御系を説明するブロック構成図。 本発明実施例装置の制御論理を説明するブロック構成図。 燃費悪化防止マップの説明図。

符号の説明

１ エアクリーナ
２ エアフローセンサ
３ インタークーラ
４ 過給圧センサ
５ ＶＧＴ（可変容量過給機）弁
６ ＥＧＲクーラ
７ ＥＧＲ弁
８ マフラー
９ 吸気絞り弁
１０ 排気温度センサ
１２ 制御回路

Claims (6)

1. ＥＧＲ弁、ＶＧＴ（可変容量過給機）弁、および吸気絞り弁が設けられ、前記ＥＧＲ弁を介してエンジン排気の一部を吸気側に還流させるとともに、前記ＶＧＴ弁から供給される過給気を前記吸気絞り弁を介してシリンダに吸気として供給するディーゼル・エンジンの制御方法において、
   吸気通路に生じるターボ過給圧からその時点のエンジン回転速度および燃料噴射指示量に対してその吸気通路に生じるターボ過給圧の不足分をターボ過給の負圧として求め、その負圧の大きさに応じて前記複数の弁の一以上を制御することを特徴とするディーゼル・エンジンの制御方法。
2. 前記負圧の大きさに応じて急加速制御の度合い（γ）を演算し、その急加速制御の度合い（γ）にしたがって前記ＥＧＲ弁を制御する請求項１記載のディーゼル・エンジンの制御方法。
3. 運転操作入力およびエンジンの回転情報にしたがって、ＥＧＲ弁、ＶＧＴ弁、および吸気絞り弁の開度を制御する制御手段を備えたディーゼル・エンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、吸気通路に生じるターボ過給圧（ｐ₁ ）を検出する手段と、その時点のエンジン回転速度および燃料噴射指示量から吸気通路に生じるターボ過給圧の目標値（ｐ₀
   ）を求める手段と、その差分（ｐ＝ｐ₀ −ｐ₁ ）をターボ過給の負圧として演算する手段と、演算されたターボ過給圧から不足する過給圧の割合（（ｐ₀
   −ｐ₁ ）／ｐ₀ ）を演算してその不足する過給圧の割合にしたがって急加速制御の度合い（γ）を判定する手段と、その急加速制御の度合い（γ）にしたがって前記各弁の開度を制御する手段とを備えたことを特徴とするディーゼル・エンジンの制御装置。
4. 前記制御手段は、前記急加速制御の度合い（γ）から急加速制御が行われたと判定されたときには、前記ＥＧＲ弁の開度を下限値に制御する手段を含む請求項３記載のディーゼル・エンジンの制御装置。
5. 前記急加速制御の度合い（γ）から急加速であると判定され前記ＥＧＲ弁の開度が下限値に制御されたときに前記ＶＧＴ弁の下限開度をマップ制御する手段を含む請求項４記載のディーゼル・エンジンの制御装置。
6. 前記制御手段は、エンジン回転速度および燃料噴射指示量から燃費悪化を判定するマップを備え、そのマップにより燃費悪化が判定されている期間にわたり前記加速の度合い（γ）を一時的に零とする手段を含む請求項５記載のディーゼル・エンジンの制御装置。

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