JP2009150379A - エンジンの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
EGRを適用するエンジンにおいて、特に過渡時にはリアルタイムのEGR率推定精度が悪くなり、トルク変動や排気悪化を招いていた。
【解決手段】
EGR流路中にEGR流量を直接検出するセンサを配し、この出力値からEGR率および筒内酸素濃度を演算する。またこのEGR率の演算方法を、負荷や回転変動の少ない定常運転時と、加減速などの過渡時とで切り換えて用いることにより、広いエンジンの運転条件において、正確にEGR率ならびに筒内酸素濃度を推定することができ、トルク変動や排気悪化を防止することができる。
【選択図】図1
Description
線式流量センサをベースにすることが好ましい。
用いられている。
Xegr=Qegr/(Qa+Qegr) …式(1)
にて求められる。このように、EGR流量センサ12を用いる場合、正確かつ簡便にEGR率Xegrを演算することができる。
Ne:エンジン回転数[rpm],Vd:押しのけ容積,ηv:体積効率,
R:ガス定数,Tm:吸気管内のガス温度
Vdおよびηvはエンジンパラメータの適合試験により決定することができるが、Vdについては簡便のため行程容積を用いてもよい。Tmは吸気温度センサ23の出力値を用いるが、吸気温度を知るもしくは推定する手段であれば、この限りではない。この式(2)によって、応答性の良い吸気圧センサを用いて、過渡状態の燃焼室18内の総ガス質量Qcylを演算することができたので、これとEGR流量センサの出力値から求めたEGR質量流量Qegrを用いて、推定EGR率Xegr′は以下の式(3)で求めることができる。
すなわち、本発明のEGR率演算において、EGR流量センサ12の出力値を用いつつ、過渡状態と定常状態でその演算方法を切り換えて用いることで、いかなる場合でも正確かつ高応答なEGR率演算が可能になる。この時、定常状態においてもブロック1005s〜ブロック1006sのようなスピードデンシティ方式のEGR率演算を用いても良いが、こと定常状態においては、ブロック1003s〜1004sの演算方式の方が演算精度面で優れることがわかっており、本発明の方式を用いることがエンジンの燃焼制御の上で優位である。
Megr=(Qegr・60・2)/(Ne・(気筒数)) …式(5)
但しエンジンが過渡運転時には、エアフローセンサ2の出力を用いず、式(4)中のQaをQcyl・(1−Xegr′)に置き換えて用いることが好ましい。ここで求めたMaおよびMegrを用いて、次のブロック1013sにて新気空気の酸素濃度O2aを読み込み、EGRガスの酸素濃度O2egrを演算する。O2aは標準空気の酸素濃度を予めECU8に記憶させておくことが好ましい。O2egrは、定常運転状態であれば、λセンサ3の出力値から求めた排気O2濃度O2exhを用いる。過渡の場合は、燃料噴射量変化に伴い、排気中の酸素濃度が変化するため、排気管およびEGR流路9を構成する配管の遅れ分を考慮して、以下の演算式(6)で求めるのが好ましい。
…式(6)
適合定数Aは、エンジンパラメータの適合試験によりそれぞれの重み付けを実施する。この時の初期(i=1)のO2egrは、定常時と同様にλセンサ3の出力値から求めた排気O2濃度O2exhを用いるか、i=1における燃料噴射量から演算した排気O2濃度を適用しても良い。
すなわち、EGR流量センサ12を用い、これら図4,図5で説明した上述のフローを経ることによって、エンジン19の運転状態によらず、エンジンのEGR率および筒内酸素濃度をECU8内において高速かつ高精度に演算することが可能となる。
合には、ブロック1024sにおいて読み出したEGR流量推定値を選択し(ブロック1033s)、この値を用いて推定EGR率Xegr′を求め、エンジン19の制御に適用する。ブロック1027sにおいて、EGR流量センサ12の故障でないと判断された場合には、EGR推定流量と実際のEGR流量Qegrがずれている原因が他にあると判断し、ブロック1028sに移って、EGR制御バルブ11の故障判定を実施する。この故障判定は、EGR制御バルブ11のポジションセンサ信号や動作特性解析を実施することによって診断することが好ましいが、EGR制御バルブ11の故障を判定する動作であれば、この方式の限りではなく、他の方式を選択してもかまわない。このブロック1028sにおいてEGR制御バルブ11が故障していると判定された場合には、以降のEGR制御に支障をきたすことから、この旨をユーザに警告する(ブロック1031s)。さらに少なくとも排気が大幅に悪化させず、かつ最低限の車両走行は可能な状態となるような最適化(フェールセーフ)制御を実施する(ブロック1032s)。ブロック1028sにおいてEGR制御バルブ11の故障はないと判定された場合には、EGR流量センサ12が汚損等によって一時的に出力不良を起こしている可能性が高いと判断し、ブロック1029sに進んで、EGR流量センサ12の汚損再生制御を実施する。この再生制御方法は、熱線式の場合、その測定部表面を好ましくは650℃以上に設定して、熱線表面に付着したすすやSOFなどの汚損物質を焼き切る、もしく退避させる。またさらにブロック1024sで推定したEGR流量等によって、EGR流量センサ12の出力演算ロジックを補正/学習させて(ブロック1030s)、以後のEGR率検出に適用できるようにする。以
上述べてきたようなEGR流量センサ12の故障判定ロジックを用いることで、エンジンの燃焼(排気,燃費,出力など)を大幅に悪化させることなく、エンジン運転を継続することができる。
2 エアフローセンサ
3 λセンサ
5 インジェクタ
6(a) タービン
6(b) コンプレッサ
7 触媒
8 ECU
9 EGR流路
10 EGRクーラ
11 EGR制御バルブ
12 EGR流量センサ
13 スロットル
14 吸気圧センサ
15 燃料タンク
16 インタークーラ
17 エアクリーナ
18 燃焼室
19 エンジン
20 吸気ポート
21(a) 触媒診断用センサ_上流側
21(b) 触媒診断用センサ_下流側
22 燃料配管
Claims (16)
- エンジンに吸入する空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
前記エンジンに吸入する空気量を検出する吸入空気流量センサと、
前記エンジンの排気通路と吸気通路との間に連結された排気の一部を還流するためのEGR流路と、
前記EGR流路を通るEGRガスの流量を検出するEGR流量センサと、
前記EGR流路を通るEGRガスの流量を制御するEGR流量制御手段と、
前記エンジンの吸気管内の圧力を検出する吸気管内圧力センサと、
前記エンジンに吸入する空気量を制御する吸入空気流量制御手段と、
前記エンジンに燃料を供給する燃料供給装置とを備えたエンジンの制御装置において、
前記吸入空気流量センサの出力結果と前記EGR流量センサの出力結果に基づいて、前記エンジンのEGR率を推定する第一のEGR率推定手段と、
前記EGR流量センサの検出結果と前記吸気管内圧力センサの検出結果に基づいて、
前記エンジンのEGR率を推定する第二のEGR率推定手段を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。 - エンジンの運転状態を判定するエンジン運転状態判定手段を備え、
前記エンジン運転状態判定手段の判定結果に応じて、前記第一のEGR率推定手段と前記第二のEGR率推定手段とを切り換えて、EGR率の推定を行うことを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの制御装置。 - 前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が定常状態と判定した場合には、前記第一のEGR率推定手段の推定結果に基づいて、前記EGR流量制御手段,前記吸入空気流量制御手段,前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が過渡状態と判定した場合には、前記第二のEGR率推定手段の推定結果に基づいて、
前記EGR流量制御手段,前記吸入空気流量制御手段,前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの制御装置。 - 前記エンジンの制御パラメータを記憶するエンジンパラメータ記憶装置を備え、前記エンジンパラメータ記憶装置内に、前記エンジンの運転条件毎に予め目標EGR率が設定されており、前記第一のEGR率推定手段もしくは前記第二のEGR率推定手段によって推定されるEGR率が前記目標EGR率と等しくなるように、前記EGR流量制御手段,前記吸入空気流量制御手段,前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 前記EGR流量センサは、前記EGR流路に設置された熱線式流量センサであることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 前記エンジンパラメータ記憶装置内に、前記エンジンの運転条件毎に予め記憶されている各エンジンパラメータ設定値と前記吸入空気流量センサの出力結果に基づいて、現在のEGR流量を推定するEGR流量推定手段を有し、
前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が定常状態と判定した場合には、前記EGR流量推定手段の推定結果に基づいて、前記EGR流量センサの劣化状態を判定することを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの制御装置。 - 前記エンジン運転状態判定手段の判定結果によって、前記エンジンの運転状態が定常状態と判定した場合には、前記EGR流量推定手段の推定結果に基づいて、前記EGR流量センサの出力値から演算されるEGR流量を補正することを特徴とする請求項7に記載のエンジンの制御装置。
- 前記EGR流量推定手段の推定結果と、前記EGR流量センサの検出結果に基づくEGR流量の差が所定値以上の場合は、前記第一のEGR率推定手段および前記第二のEGR率推定手段に基づいたEGR率推定を禁止し、前記EGR流量推定手段の推定結果に基づいて、前記EGR流量制御手段,前記吸入空気流量制御手段,前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 前記EGR流量推定手段の推定結果と、前記EGR流量センサの検出結果に基づくEGR流量の差が所定値以上の場合は、前記第一のEGR率推定手段および前記第二のEGR率推定手段に基づいたEGR率推定を禁止し、前記EGR流量センサの再生制御を実施することを特徴とする、請求項6に記載のエンジンの制御装置。
- 前記第一のEGR率推定手段および前記第二のEGR率推定手段によって推定されるEGR率、もしくは前記EGR流量推定手段の推定結果に基づいて、前記エンジンの筒内酸素濃度を推定する筒内酸素推定手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 前記エンジンパラメータ記憶装置内に、前記エンジンの運転条件毎に予め目標筒内酸素濃度が設定されており、前記筒内酸素推定手段の推定結果が前記目標筒内酸素濃度と等しくなるように、前記EGR流量制御手段,前記吸入空気流量制御手段,前記燃料供給装置を制御することを特徴とする、請求項11に記載のエンジンの制御装置。
- 前記エンジンは、各気筒への燃料噴射終了後に燃焼を開始する予混合燃焼モードと、燃料噴射中に燃焼を開始する拡散燃焼モードを備えており、
前記第二のEGR率推定手段の推定結果に基づいて、前記予混合燃焼モードと前記拡散燃焼モードを切り換えることを特徴とする、請求項4に記載のエンジンの制御装置。 - 前記第二のEGR率推定手段の推定結果に基づいて、予混合燃焼モードの燃料噴射時期と拡散燃焼モードの燃料噴射時期とを切り換えることを特徴とする、請求項13に記載のエンジンの制御装置。
- 前記第二のEGR率推定手段によって推定されたEGR率が所定値以下になった時に、前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードに切り換えることを特徴とする、請求項13および14に記載のエンジンの制御装置。
- 前記第二のEGR率推定手段によって推定されたEGR率が所定値以上になった時に、前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードに切り換えることを特徴とする、請求項13〜15のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
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