JP2010185424A - Ｅｇｒバルブの開度学習装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造の装置によって基準となる開度を精度良く学習することのできるＥＧＲバルブの開度学習装置を提供する。
【解決手段】吸気通路におけるＥＧＲ通路の連通部分より吸気流れ方向上流側の部分にエアフロメータが設けられ、バタフライバルブであるＥＧＲバルブの開度を検出する開度センサが設けられる。内燃機関が安定運転状態であるとの判定のもとに全閉開度を跨いで変化するようにＥＧＲバルブの開度が強制変更される（時刻ｔ１〜ｔ８）。その変更中においてエアフロメータにより検出される通路吸気量ＧＡが一定量ＢｇａになったときのＥＧＲバルブの開度であって、全閉開度より大きいとき（時刻ｔ２，ｔ４）の開度と同全閉開度より小さいとき（時刻ｔ５，ｔ７）の開度とがそれぞれ開度センサにより検出される。それら検出されたＥＧＲ開度ＶＲの平均値が全閉学習値ＧＫとして学習記憶される。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路および排気通路を連通するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブの開度を学習する開度学習装置に関するものである。

近年、内燃機関に、排気通路内の排気を吸気通路に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ）システムを設けることが多用されている（例えば特許文献１参照）。このＥＧＲシステムは、内燃機関の吸気通路および排気通路を連通するＥＧＲ通路と、同ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを備えている。ＥＧＲシステムでは通常、ＥＧＲバルブの開度が開度センサにより検出されるとともにその検出された開度が内燃機関の運転状態に見合う開度となるようにＥＧＲバルブの開度制御が実行される。これによりＥＧＲ通路を通じて吸気通路に再循環される排気の量（ＥＧＲ量）が調節される。

ここで、そうしたＥＧＲバルブの開度制御を正確に実行するためには、開度センサにより検出されるＥＧＲバルブの開度（検出開度）と実際の開度（実開度）とが常に正しく対応している必要がある。しかしながら、開度センサやＥＧＲバルブの個体差、経時変化、同ＥＧＲバルブの組み付け位置の誤差等々によって、検出開度と実開度とが正確に対応しなくなる場合がある。

そのため、ＥＧＲシステムに、ＥＧＲバルブの開度制御に際してその基準となる開度を学習するための学習装置を設けることが提案されて実用されている。この学習装置では、例えばＥＧＲバルブの操作可能範囲における限界開度（例えばＥＧＲ通路の通路断面積が最も小さくなる開度「全閉開度」）において同ＥＧＲバルブが突き当たるストッパ部材が設けられ、同ストッパ部材にＥＧＲバルブが当接しているときの検出開度が基準となる開度（上記限界開度に対応する開度）として学習記憶される。これにより、ＥＧＲバルブについての検出開度と実開度との対応関係が維持されるようになる。

特開２００２−４９５０号公報

ところで、上記学習装置において基準となる開度を精度良く学習するためには、ストッパ部材がＥＧＲバルブに突き当たる位置を厳密に定めて管理する必要がある。そのため、例えばＥＧＲバルブおよびストッパ部材それぞれについてその組み付け位置や製造公差などを厳密に管理するための工程（管理工程）が必要になったり、実際にストッパ部材がＥＧＲバルブに突き当たる位置を正しい位置に調節するための工程（調整工程）が必要になったりする。したがって上記学習装置は、そうした管理工程や調整工程が必要になる分だけ、その製造にかかる工程が煩雑になってその製造効率が低くなってしまう。また、管理工程や調整工程そのものがＥＧＲバルブの開度学習における学習精度の低下を招く一因となってしまうために好ましくない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構造の装置によって基準となる開度を精度良く学習することのできるＥＧＲバルブの開度学習装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路、および同ＥＧＲ通路の通路断面積を変更するＥＧＲバルブを有するＥＧＲシステムに適用されて、前記ＥＧＲバルブの全閉開度を学習する開度学習装置において、前記ＥＧＲバルブとしてバタフライバルブが設けられてなるとともに、前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の連通部分より吸気流れ方向上流側の部分を通過する空気の量を検出するエアフロメータと前記ＥＧＲバルブの開度を検出する開度センサとが設けられてなり、前記内燃機関が安定運転状態であるとの判定のもとに前記全閉開度を跨いで変化するように前記ＥＧＲバルブの開度を強制変更するとともに、その変更中において前記エアフロメータにより検出される空気の量が予め定められた一定量になったときの前記ＥＧＲバルブの開度を同開度が前記全閉開度より大きいとき及び該全閉開度より小さいときそれぞれにおいて前記開度センサにより検出し、それら検出した開度の平均値を前記全閉開度として学習記憶することをその要旨とする。

上記構成では、ＥＧＲバルブとしてバタフライバルブが設けられているために、その構造上、ＥＧＲバルブの実開度が全閉開度から離れるにしたがってＥＧＲ通路を通過する排気の量（ＥＧＲ量）が多くなる。また、ＥＧＲバルブの実開度の全閉開度からの変化量と上記ＥＧＲ量との関係は、実開度を全閉開度から一方向に変化させた場合と他方向に変化させた場合とで同一の関係になる。さらに、ＥＧＲ量が増加（または減少）すると、その分だけ吸気通路における上記ＥＧＲ通路の連通部分より吸気流れ方向下流側の部分に流入する空気の量が少なく（または多く）なるため、エアフロメータによって検出される空気の量が少なく（または多く）なる。こうしたことから、共にエアフロメータにより検出される空気の量が予め定められた一定量になったときのＥＧＲバルブの実開度であって上記全閉開度より大きいとき（詳しくは、上記一方向に変化させたとき）の実開度と同全閉開度より小さいとき（上記他方向に変化させたとき）の実開度とは、全閉開度からの操作方向が異なるとはいえ、同全閉開度からの操作量が同一の開度になると云える。

上記構成によれば、そうした全閉開度からの操作方向が異なるＥＧＲバルブの開度であって同全閉開度からの操作量が同一になる開度をそれぞれ開度センサによって精度良く検出することができ、それら開度の平均値、すなわち全閉開度に対応する開度を精度良く求めて学習することができる。しかも、ＥＧＲバルブの開度の変更中における開度センサの検出開度に基づいて全閉開度の学習が行われるために、ＥＧＲバルブが突き当たるストッパ部材を設ける必要がなく、簡素な構造の装置を用いて全閉開度を学習することができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかるＥＧＲバルブの開度学習装置が適用される内燃機関の概略構成を示す略図。 （ａ）および（ｂ）ＥＧＲバルブの配設部分およびその周辺におけるＥＧＲ通路の内部構造を概略的に示す断面図。 学習制御処理の具体的な実行手順を示すフローチャート。 学習制御処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 ＥＧＲバルブの実開度とＥＧＲ量との関係の一例を示すグラフ。

以下、本発明にかかるＥＧＲバルブの開度学習装置を具体化した一実施の形態について説明する。
ここでは先ず、本実施の形態にかかる開度学習装置が適用される内燃機関の概略構成について図１を参照して説明する。なお、本実施の形態の内燃機関としてはディーゼル機関が採用されている。

図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１１には、その吸気流れ方向上流側（以下、単に上流側）から順に、エアクリーナ１２、過給機２０のコンプレッサ２１、インタークーラ１３が設けられている。上記エアクリーナ１２は吸気通路１１内に流入する空気を濾過するためのものであり、上記コンプレッサ２１は吸気通路１１内の空気をその圧力を高めつつ吸気流れ方向下流側（以下、単に下流側）に送るためのものである。また、インタークーラ１３はその内部を通過する空気を外気との熱交換を通じて冷却するための熱交換器である。

また、内燃機関１０にはその燃焼室１４内に燃料を直接噴射供給するための燃料噴射バルブ１５が取り付けられている。さらに内燃機関１０の排気通路１６には、上記過給機２０のタービン２２が設けられている。

この内燃機関１０では、吸気通路１１を通じて燃焼室１４内に空気が吸入されるとともに同燃焼室１４内において燃料噴射バルブ１５から燃料が噴射されることにより、同燃料が燃焼する。そして、この燃焼に伴って発生したエネルギが内燃機関１０の出力軸１７に伝達されることによって同出力軸１７が回転駆動される。内燃機関１０の燃焼室１４内において燃焼した後のガスは、排気として内燃機関１０の排気通路１６に排出される。

上記過給機２０は、排気駆動式のものであり、そのコンプレッサ２１内に設けられたコンプレッサホイール２１ａとタービン２２内に設けられたタービンホイール２２ａとが一体回転するようになっている。そして内燃機関１０の運転時においては、その排気通路１６を流れる排気が吹き付けられることによってタービンホイール２２ａが回転駆動され、これと一体回転するコンプレッサホイール２１ａによって吸気通路１１内の空気が圧送される。

内燃機関１０には、排気通路１６内の排気を吸気通路１１に再循環させるための排気再循環（ＥＧＲ）システム３０が設けられている。このＥＧＲシステム３０は具体的には、ＥＧＲ通路３１とＥＧＲバルブ３２とＥＧＲクーラ３３とを備えている。ＥＧＲ通路３１は内燃機関１０の排気通路１６における上記タービン２２より排気流れ方向上流側の部分と吸気通路１１における上記インタークーラ１３より下流側の部分とを連通するものであり、同ＥＧＲ通路３１を通じて排気通路１６内の排気が吸気通路１１に導入される。ＥＧＲバルブ３２はＥＧＲ通路３１の通路断面積を変更するためのものであり、同ＥＧＲバルブ３２の開度を調節することによりＥＧＲ通路３１を通じて吸気通路１１に再循環される排気の量（ＥＧＲ量）が調量される。上記ＥＧＲクーラ３３はその内部を通過する排気を外気との熱交換を通じて冷却するための熱交換器である。

本実施の形態にかかる装置は、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサを備えている。それらセンサとしては、例えば内燃機関１０の出力軸１７の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するための回転速度センサ４１や、ＥＧＲバルブ３２の開度（ＥＧＲ開度ＶＲ）を検出するための開度センサ４２が設けられている。その他、アクセルペダル１８の踏み込み量ＡＣを検出するためのアクセルセンサ４３や、吸気通路１１における上記ＥＧＲ通路３１の接続部分より上流側の部分を通過する空気の量（通路吸気量ＧＡ）を検出するためのエアフロメータ４４なども設けられている。

また本実施の形態にかかる装置は、例えばマイクロコンピュータを中心に構成される電子制御ユニット４０を備えている。この電子制御ユニット４０は、各種センサの出力信号を取り込むとともにそれら出力信号をもとに各種の演算処理を実行し、その演算結果に基づいて燃料噴射バルブ１５の駆動制御やＥＧＲバルブ３２の開度制御などの各種制御を実行する。

ＥＧＲバルブ３２の開度制御は次のように実行される。すなわち、機関回転速度ＮＥおよび機関負荷ＫＬに基づいてＥＧＲバルブ３２の開度についての制御目標値（目標ＥＧＲ開度）が算出されるとともに、この目標ＥＧＲ開度と実際のＥＧＲ開度（具体的には、ＥＧＲ開度ＶＲ）とが一致するようにＥＧＲバルブ３２の開度が制御される。こうしたＥＧＲバルブ３２の開度制御を通じてＥＧＲ通路３１の通路断面積が変更されることにより、同ＥＧＲ通路３１を通過する排気の量（ＥＧＲ量）が内燃機関１０の運転状態に見合う量に調節される。

図２（ａ）および（ｂ）に、ＥＧＲ通路３１の上記ＥＧＲバルブ３２の配設部分およびその周辺における内部構造を概略的に示す。
同図２（ａ）および（ｂ）に示すように、上記ＥＧＲ通路３１は、ＥＧＲバルブ３２の配設部分において、断面略円形状であって且つ直線形状で延びるように形成されている。また、ＥＧＲバルブ３２の弁体３２ａは、その回転軸Ｌ１を対称軸として、ほぼ線対称となる形状に形成されている。そして、ＥＧＲバルブ３２の開度制御では、その通常制御時において、図２（ａ）中に実線で示す「全閉開度」から同図２（ａ）中に一点鎖線で示す「全開開度」までの操作範囲（同図中に矢印Ａで示す範囲）内においてＥＧＲバルブ３２の実開度が調節される。なお、上記「全閉開度」は吸気通路１１とＥＧＲバルブ３２との間隙が最も小さくなる同ＥＧＲバルブ３２の開度であり、上記「全開開度」は該間隙が最も大きくなるＥＧＲバルブ３２の開度である。

本実施の形態にかかる装置では、ＥＧＲバルブ３２の開度制御を精度良く実行するために、ＥＧＲバルブ３２の開度についての基準となる開度を学習する制御（学習制御）が実行される。なお上記基準となる開度としては上記全閉開度が採用される。

以下、上記学習制御について詳細に説明する。
図３は学習制御にかかる処理（学習制御処理）の具体的な実行手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、上記学習制御処理の実行手順を概念的に示したものであり、実際の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット４０により実行される。また図４は上記学習制御処理の実行態様の一例を示すタイミングチャートである。

この処理では先ず、内燃機関１０が安定運転状態であるか否かが判断される（図３のステップＳ１０１）。ここでは、以下の各条件が共に満たされていることをもって内燃機関１０が安定運転状態であると判断される。
・内燃機関１０がアイドル運転状態であること。詳しくは、アクセルペダル１８が踏み込まれていないこと。
・機関回転速度ＮＥが予め定められた所定速度範囲内である状態が所定時間（例えば数秒）以上継続されていること。
・後述する強制変更処理の実行開始前において通路吸気量ＧＡが予め定められた所定範囲内である状態が所定時間（例えば数秒）以上継続されていること。

内燃機関１０が安定運転状態でない場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、以下の処理を実行することなく、本処理は終了される。すなわち、この場合には基準となる開度（詳しくは、全閉学習値ＧＫ）の学習が実行されない。

一方、内燃機関１０が安定運転状態である場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ、図４の時刻ｔ１）、ＥＧＲバルブ３２の実開度が全閉開度を跨いで変化するように同実開度を強制変更する処理（強制変更処理）が実行される（図３のステップＳ１０２、図４の時刻ｔ１〜ｔ８）。この強制変更処理では、具体的には、次のような順序でＥＧＲ開度ＶＲが一定の速度で変化するように同ＥＧＲ開度ＶＲが変更される。すなわち先ず、ＥＧＲ開度ＶＲが全閉開度（詳しくは、全閉学習値ＧＫ）から同全閉学習値ＧＫより所定開度αだけ大きい開度（＝ＧＫ＋α）まで変更される（図４の時刻ｔ１〜ｔ３）。その後、ＥＧＲ開度ＶＲが全閉学習値ＧＫより所定開度αだけ小さい開度（＝ＧＫ−α）まで変更される（時刻ｔ３〜ｔ６）。更に、その後においてＥＧＲ開度ＶＲが全閉学習値ＧＫに戻される（時刻ｔ６〜ｔ８）。

そして、図３のステップＳ１０２の処理では、強制変更処理の実行中において通路吸気量ＧＡが予め定められた一定量ＢｇａになったときのＥＧＲ開度ＶＲであってＥＧＲバルブ３２の実開度が全閉開度より大きいとき（図４の時刻ｔ２，ｔ４）のＥＧＲ開度ＶＲと同全閉開度より小さいとき（時刻ｔ５，ｔ７）のＥＧＲ開度ＶＲとが検出される。さらに、それら検出されたＥＧＲ開度ＶＲの平均値ＶＲａｖｅが算出される。

以下、このようにしてＥＧＲ開度ＶＲを検出するとともにそれらの平均値ＶＲａｖｅを算出する理由について説明する。
図５に、ＥＧＲ通路３１におけるＥＧＲバルブ３２より吸気通路１１側の部分と排気通路１６側の部分との圧力差が一定の条件のもとでのＥＧＲバルブ３２の実開度とＥＧＲ量との関係の一例を示す。

本実施の形態にかかる装置では、ＥＧＲバルブ３２としてバタフライバルブが設けられているために、その構造上、図５に示すようにＥＧＲバルブ３２の実開度が全閉開度から離れるにしたがってＥＧＲ通路３１を通過する排気の量（上記ＥＧＲ量）が多くなる。また、ＥＧＲバルブの実開度の全閉開度からの変化量と上記ＥＧＲ量との関係は、実開度を全閉開度から一方向（通常制御時において変更される側［図２の範囲Ａ側］）に変化させた場合と他方向（学習制御時において変更される側［図２の矢印Ｂ方向］）に変化させた場合とでほぼ同一の関係になる。こうしたことから、共にＥＧＲ量が予め定められた一定量（例えば図５の「Ｃ」）になったときのＥＧＲバルブ３２の実開度であって上記全閉開度より小さいときの実開度（同「Ｄ１」）と同全閉開度より大きいときの実開度（同「Ｄ２」）とは、全閉開度からの操作方向が異なるとはいえ、同全閉開度からの操作量（同「Ｅ」）が同一の開度になると云える。

また、ＥＧＲ量が増加（または減少）すると、その分だけ吸気通路１１における上記ＥＧＲ通路３１の連通部分より下流側の部分に流入する空気の量が少なく（または多く）なるため、エアフロメータ４４によって検出される空気の量（通路吸気量ＧＡ）が少なく（または多く）なる。そのため、通路吸気量ＧＡが予め定められた一定量になったときにおいても、上述したＥＧＲ量が一定量になったときと同様に、ＥＧＲバルブ３２の実開度であって上記全閉開度より大きいときの実開度と同全閉開度より小さいときの実開度とが全閉開度からの操作方向が異なる開度であり且つ同全閉開度からの操作量が同一の開度になると云える。

さらに、図５から明らかなように、そうした全閉開度からの操作方向が異なるＥＧＲバルブの実開度であって且つ同全閉開度からの操作量が同一になる実開度の平均値は全閉開度になる。したがって、全閉開度を跨いて推移するようにＥＧＲバルブ３２の実開度を変化させるとともに、通路吸気量ＧＡが予め定められた一定量になったときのＥＧＲ開度ＶＲをそれぞれ検出し、それらＥＧＲ開度ＶＲの平均値を算出することによって全閉開度に対応する値を精度良く求めることが可能になると云える。

この点をふまえて本処理では、ステップＳ１０２の処理（図３）において、強制変更処理が実行されるとともにその実行中において通路吸気量ＧＡが一定量Ｂｇａになったとき（図４の時刻ｔ２，ｔ４，ｔ５，ｔ７）のＥＧＲ開度ＶＲ、すなわち全閉開度からの操作方向が異なる開度であり且つ同全閉開度からの操作量が同一になる開度が検出される。そして、それらＥＧＲ開度ＶＲの平均値ＶＲａｖｅが、全閉開度に対応する開度として算出される。なお、ＥＧＲバルブ３２の開度を高い速度で変化させると、ＥＧＲバルブ３２の開度が変更されてから若干の遅れ時間を経て通路吸気量ＧＡが変化するようになる。そうした遅れ時間は全閉開度の学習における誤差要因になるために、本処理では強制変更処理の実行に際して、そうした遅れ時間の影響をなくす（あるいはごく小さくする）ことのできる程度に低い速度でＥＧＲバルブ３２の開度が変更される。

このようにして平均値ＶＲａｖｅが算出された後、同平均値ＶＲａｖｅが予め定められた所定範囲内であるか否かが判断される（図３のステップＳ１０３）。なお所定範囲としては、平均値ＶＲａｖｅが全閉学習値ＧＫの学習精度を低下させる可能性の高い異常な値になっていることを適切に判断することの可能な範囲であり、実験やシミュレーションの結果に基づいて予め求められて電子制御ユニット４０に記憶されている。この所定範囲としては例えば、予め記憶されている上限値および下限値により定まる範囲を設定することや、予め記憶されている一定値βをこのとき記憶されている全閉学習値ＧＫから減算した値（＝ＧＫ−β）から一定値βを同全閉学習値ＧＫに加算した値（＝ＧＫ＋β）までの範囲を設定することなどが可能である。

上記平均値ＶＲａｖｅが所定範囲内である場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、平均値ＶＲａｖｅとして異常な値が算出された可能性が低いとして、同平均値ＶＲａｖｅが新たな全閉学習値ＧＫとして記憶された後（ステップＳ１０４）、本処理は終了される。

一方、上記平均値ＶＲａｖｅが所定範囲外である場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、平均値ＶＲａｖｅとして異常な値が算出された可能性が高いとして、同平均値ＶＲａｖｅを新たな全閉学習値ＧＫとして記憶させることなく（ステップＳ１０４の処理をジャンプして）、本処理は終了される。

こうした学習制御処理を実行することにより、全閉開度からの操作方向が異なるＥＧＲバルブ３２の実開度であって同全閉開度からの操作量が同一になる実開度をそれぞれ開度センサ４２によって精度良く検出することができる。そして、そうした開度センサ４２によって検出したＥＧＲ開度ＶＲの平均値ＶＲａｖｅ、すなわち全閉開度に対応する開度を精度良く求め、これを全閉学習値ＧＫとして学習することができる。また、本実施の形態では、ＥＧＲバルブ３２の実開度の変更中において開度センサ４２により検出されるＥＧＲ開度ＶＲに基づいて全閉開度の学習が行われる。そのため、全閉開度の学習のためにＥＧＲバルブ３２が突き当たるストッパ部材を設ける必要がなく、簡素な構造の装置を用いて全閉開度を学習することができる。

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…エアクリーナ、１３…インタークーラ、１４…燃焼室、１５…燃料噴射バルブ、１６…排気通路、１７…出力軸、１８…アクセルペダル、２０…過給機、２１…コンプレッサ、２１ａ…コンプレッサホイール、２２…タービン、２２ａ…タービンホイール、３０…排気再循環（ＥＧＲ）システム、３１…ＥＧＲ通路、３２…ＥＧＲバルブ、３３…ＥＧＲクーラ、４０…電子制御ユニット、４１…回転速度センサ、４２…開度センサ、４３…アクセルセンサ、４４…エアフロメータ。

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路、および同ＥＧＲ通路の通路断面積を変更するＥＧＲバルブを有するＥＧＲシステムに適用されて、前記ＥＧＲバルブの全閉開度を学習する開度学習装置において、
   前記ＥＧＲバルブとしてバタフライバルブが設けられてなるとともに、前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の連通部分より吸気流れ方向上流側の部分を通過する空気の量を検出するエアフロメータと前記ＥＧＲバルブの開度を検出する開度センサとが設けられてなり、
   前記内燃機関が安定運転状態であるとの判定のもとに前記全閉開度を跨いで変化するように前記ＥＧＲバルブの開度を強制変更するとともに、その変更中において前記エアフロメータにより検出される空気の量が予め定められた一定量になったときの前記ＥＧＲバルブの開度を同開度が前記全閉開度より大きいとき及び該全閉開度より小さいときそれぞれにおいて前記開度センサにより検出し、それら検出した開度の平均値を前記全閉開度として学習記憶する
   ことを特徴とするＥＧＲバルブの開度学習装置。

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