JP2013083261A - 燃焼エンジンのｅｇｒ回路に一体化されているｅｇｒ弁を制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力差検出器を備えているエンジンの吸気部分で気体の組成の実時間での制御を可能にする代替の方法を提供する
【解決手段】 少なくとも１つのシリンダ２と吸気マニフォールド３とを有している燃焼エンジン１を制御する方法であって、エンジンにはＥＧＲ弁６を有する燃焼気体再循環回路が備わっており、ＥＧＲ弁の位置で圧力差ΔＰを計測するステップと、ｂ）吸気マニフォールド３内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐを選択するステップと、ｃ）ＥＧＲ弁６の位置で適用されるバレー−サン・ヴナンの関係などの正確な圧力低下の関係からＥＧＲ弁の開口度設定値Ｏ^ｓｐを計算するステップであって、正確な圧力低下によりＥＧＲ弁の開口度をＥＧＲ弁の位置の圧力差ΔＰと吸気マニフォールド３内の気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐとに関係付けるステップと、ｄ）ＥＧＲ弁６をＥＧＲ弁６の開口度設定値Ｏ^ｓｐの関数として制御するステップとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン制御の分野に関し、特にＥＧＲ回路が備わっているガソリンエンジンの燃焼気体再循環率の制御に関する。

小型化したガソリンエンジンは、ガソリンの消費を減少させる好ましい選択対象として現在出現している。実際、この技術によってエンジンの動作点をより効率の高い区間にシフトし、したがって内燃エンジンの動作に固有のポンピングロスを限定することができる。それから、この種類のエンジンでは排気ラインに配置されているタービンによって駆動される圧縮器の存在が必要である。そのような装置は、シリンダの空気の充填を改善し、従来の排気量のエンジンのトルクと同等のトルクを実現するために使用される。したがって、消費を大幅に減少させながら同じ性能を有することができる。

しかし、そのような技術の使用は、エンジンノックの出現の危険性を大幅に増加させる。エンジンが全負荷状態で動作している時に、燃焼室内の熱動力学条件は、混合気の安定性に対して有害な可能性があって、混合気の自己着火を発生させることもある。この現象は、結局は燃焼室を大幅に劣化させる可能性がある。

この問題を解決するために、点火進角を通常遅らせる。この選択肢によって、燃焼サイクルの最後で、したがって排気ライン全体で気体温度が上昇する。それゆえ、この現象に対応するために、吸気の位置で混合気がリッチにされる。

そのような方法には２つの欠点がある。まず、この方法はエンジン消費を増加させ、さらに、排気マニフォールドの下流に配置されており、混合気が理論空燃比にあるときに燃焼に起因する汚染物質の最適な変換をもたらす触媒の効率を悪化させる。

この状態において、排気部分から吸気部分への燃焼気体再循環（ＥＧＲ）は有望な選択肢である。実際に、燃焼中に反応していない燃焼気体をエンジンのシリンダに供給することによって、全体の燃焼温度を低下させ、エンジンノックの発生を限定することができる。そのため、効率と消費に関して小型化の利点が維持される。さらに、燃焼気体の導入によって、排気気体の温度を低下させ、そのため、触媒やタービンに対するその影響を限定することもできる。

仏国特許出願公開第２，９４７，００７号明細書 欧州特許出願公開第２，０９８，７１０号明細書 欧州特許出願公開第０，４８５，０８９号明細書

しかし、そのような方法は、エンジンの動作条件全体に大きな影響がある。たとえば、シリンダ内にとらわれている空気質量はＥＧＲ構成ではより少なくなる。それは燃焼気体がシリンダ内の新鮮な空気に置き換わるからである。理論空燃比状態で動作させるには、燃料ループを空気ループに対して調整し、したがって、シリンダ内の燃焼気体の量を正確に制御することが必要である。それ以外に、高性能制御方法が、トルク遷移管理、特に燃焼気体の割合が高すぎると燃焼が消えてしまう可能性のある低負荷でのトルク遷移管理に対して不可欠である。

燃焼気体の量を制御するために、現在の装置（たとえば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３に記載されている）は空気流検出器を使用しており、それは不正確であるという欠点がある。この検出器の不正確さによって、吸気マニフォールド内の気体の組成の最適な制御ができず、したがって、理論空燃比条件下での動作ができず、それによってエンジン制御としての不正確さが発生し、エンジンの全体の動作に影響する。

吸気部分での混合気の組成の制御は、過給ガソリンエンジンの燃焼制御の不可欠の構成要素である。本発明の目的は、圧力差検出器を備えているエンジンの吸気部分で気体の組成の実時間での制御を可能にする代替の方法を提供することである。

本発明の方法は、少なくとも１つのシリンダと吸気マニフォールドとＥＧＲ弁を一体化している燃焼気体再循環回路とを有している燃焼エンジンを制御する方法に関する。

本発明によれば、制御方法は、
ａ）ＥＧＲ弁の位置で圧力差ΔＰを計測するステップと、
ｂ）吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐを選択するステップと、
ｃ）ＥＧＲ弁の位置で適用されるバレー−サン・ヴナンの関係などの正確な圧力低下の関係からＥＧＲ弁の開口度設定値Ｏ^ｓｐを計算するステップであって、正確な圧力低下によりＥＧＲ弁の開口度をＥＧＲ弁の位置の圧力差ΔＰと吸気マニフォールド内の気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐとに関係付けるステップと、
ｄ）ＥＧＲ弁をＥＧＲ弁の開口度設定値の関数として制御するステップと、を有する。

一実施態様において、正確な圧力低下の関係を、空気吸気回路とＥＧＲ燃焼気体循環回路の動的なモデルである空気ループモデルによってエンジンに適合させている。この場合、空気ループのモデルは、燃焼気体動力学のモデルと吸気マニフォールドの動的モデルに組み込まれている静的シリンダ充填モデルとからなる。

空気ループモデルは、以下のステップを実行することによって構成できることが有利である。

ｉ）複数のエンジンパラメータからシリンダ充填質量流量Ｄ_ａｓｐを計算するように、静的なシリンダ充填モデルを適用するステップ、
ｉｉ）シリンダ充填質量流量Ｄ_ａｓｐと複数のエンジンパラメータからから圧縮器の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒを計算するように、吸気マニフォールドの動的モデルを適用するステップ、
ｉｉｉ）吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐからＥＧＲ弁の下流の容積中の燃焼気体分率設定値（式Ａ）を求めるように、動的気体搬送モデルを適用するステップ、および
ｉｖ）複数のエンジンパラメータとＥＧＲ弁の下流の容積中の燃焼気体分率設定値（式Ａ）と圧縮器の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒとからＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量設定値（式Ｂ）を求めるように、動的な新鮮な気体と燃焼気体との混合モデルを適用するステップであり、正確な圧力低下の関係はこの設定値の関数であるステップ。

ＥＧＲ弁の位置での圧力差ΔＰと吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定点ＢＧＲ^ｓｐとの関数としてＥＧＲ弁の有効表面積設定点Ｓ^ｓｐ（ΔＰ）を定める正確な圧力低下の関係を適用し、それから有効表面積設定点Ｓ^ｓｐ（ΔＰ）をＥＧＲ弁のマップからＥＧＲ弁の開口設定点Ｏ^ｓｐとして表現することが好ましい。

一実施態様において、新鮮な気体と燃焼気体の混合動的モデルは以下の公式によって定義される。

ここで、ＢＧＲ_ｂｐ：ＥＧＲ弁の下流の容積中の燃焼気体分率、
ｒ：理想気体定数、
Ｔ_ａｔｍ：大気温度、
Ｐ_ａｔｍ：大気圧、
Ｖ_ｂｐ：新鮮な空気と燃焼気体との混合体積、
Ｄ_ｇｂ：ＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量、および
Ｄ_ａｉｒ：吸気ライン入口の新鮮な空気の質量流量である。

そのうえ、動的気体搬送モデルは、エンジンのＥＧＲ弁と吸気マニフォールドとの間の空間距離を表すことが可能で、距離は純粋な遅延に相当している。

さらに、正確な圧力低下の関係は、バレー−サン・ヴナンの関係に基づいて、不等式ΔＰ＜１０％Ｐ_ａｔｍを満たすＥＧＲ弁の位置での圧力差の値ΔＰに対して線形化されている。

ＥＧＲ弁の位置での圧力差は、ＥＧＲ弁の上流と下流のうちの少なくとも一方の、少なくとも１つの圧力検出器によって計測されることが有利である。

吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐの選択は、静的な較正から得られるエンジンマップによって決定されることが好ましい。

さらに、本発明は、燃焼エンジンであって、少なくとも１つのシリンダと、吸気マニフォールドと、圧力差検出器を自身の位置に備えているＥＧＲ弁を有している燃焼気体再循環回路と、エンジンを制御する手段とを有しており、制御手段は本発明の制御方法を適用するようになっているエンジンに関する。

本発明の圧力差検出器は、複数の計測値の精度を増加させ、そのため、エンジン制御の精度を向上させる利点がある。そのような検出器の使用には、正確な圧力低下の関係の適用が必要である。したがって、ＥＧＲ弁が燃焼気体分率設定値を遵守するように制御される。

低圧ＥＧＲ回路（ＥＧＲ−ＢＰ）を有している過給ガソリンエンジンの図である。 本発明の方法のフローチャートである。 有効表面積とＥＧＲ弁の開口度との間の関係を示しているＥＧＲ弁のマップの図である。

本発明の方法のその他の特徴と利点とは、添付の図面を参照して、非限定的な実施形態の以降の説明を読むことで明らかになろう。

図１は、ＥＧＲ燃焼気体再循環回路が備わっているガソリンエンジン１を示している。本実施形態については、ＥＧＲ（燃焼気体再循環）回路は低圧ＥＧＲ回路である。燃焼エンジン１の少なくとも１つのシリンダ２には、吸気マニフォールド３から空気と燃焼気体とが供給される。吸気回路にはクーラー４とターボチャージャー７の圧縮器とが備わっている。排気ラインは、排気マニフォールド、ターボチャージャー７のタービン、燃焼気体の一部を吸気回路に噴射するバイパスラインからなる。回路のこの部分には、クーラー４’と、ＥＧＲ（燃焼気体再循環）弁６と呼ばれ、吸気回路に噴射される燃焼気体の量を制御する制御弁とが特に設けられている。このエンジン１には、ＥＧＲ弁６の上流と下流との間に、圧力差検出器５が特に備わっている。図１に示しているようなエンジン１には、直噴装置と可変弁タイミング装置も備わっており、これらの要素は小型化されたエンジン（減少しているエンジン排気量）に通常存在しているが、その存在を本発明の方法においては考慮しない。

対象となる燃焼気体再循環回路は、ターボチャージャー７のタービンの下流の触媒１１の出口のエンジン排気部分の位置で燃焼気体を引き込み、ターボチャージャー７の圧縮器の上流のシリンダ２の吸気部分に再噴射する。吸気ラインに再噴射される燃焼気体の量は、ＥＧＲ燃焼気体再循環回路の下流に配置されており制御されているＥＧＲ弁６によって制御される。

ガソリンエンジンは、空気／ガソリン混合気の割合が、空気が過剰ではなく、燃料を完全に燃焼させることができるときに最適な条件で動作するので、排気気体は燃焼気体だけからなると概ね考えられる。したがって、ＥＧＲ燃焼気体再循環回路は燃焼気体だけで占められている。

本発明の方法によって、排気気体再循環回路のＥＧＲ弁６を正確に制御することができる。本方法は、ＥＧＲ弁の位置での圧力差検出器５の使用と、ＥＧＲ弁の位置での圧力低下の関係の適用とに基づいている。

本発明の方法は以下のステップを有している。

ａ）ＥＧＲ弁の位置で圧力差ΔＰを計測するステップ、
ｂ）吸気マニフォールド３内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐを選択するステップ、
ｃ）ＥＧＲ弁の位置で適用されるバレー−サン・ヴナンの関係式などの正確な圧力低下の関係からＥＧＲ弁６の開口度設定値Ｏ^ｓｐを計算するステップであって、正確な圧力低下によりＥＧＲ弁の開口度をＥＧＲ弁の位置の圧力差ΔＰと吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐとに関係付けるステップ、および
ｄ）ＥＧＲ弁６をＥＧＲ弁６の開口度設定値Ｏ^ｓｐの関数として制御するステップである。

［表記］
説明において、上流と下流という用語は空気ループ１０内の流れの方向に対して定められている。さらに以下の表記が使用される。

エンジンパラメータ
−Ｐ_ａｄｍ、Ｔ_ａｄｍ：吸気マニフォールド内の圧力と温度。従来、吸気温度は一定であると見なされる。実際、マニフォールドの上流に配置されている交換器はそのような調整を行うように寸法が設定されている。
−Ｐ_ａｔｍ、Ｔ_ａｔｍ：大気の圧力と温度。それらは一定と見なすことができる。
−Ｔ_ａｍ：ＥＧＲ弁の入口の位置での上流の温度。この温度は、燃焼気体再循環回路内に配置されている交換器（クーラー）４’を通過することによってもたらされる。
−Ｖ_ｂｐ：新鮮な空気と燃焼気体との混合空間であり、ＥＧＲ弁の下流。新鮮な空気の送達ラインと燃焼気体の送達ラインとの交差部分のラインによって占められる容積であって、この空間はターボチャージャー７の圧縮器まで延びている。この空間は、図１のハッチングされた区間１２に該当している。排気気体再循環回路の実施形態では、マニフォールドをＥＧＲ弁と圧縮器との間に一体化することが可能で、この場合Ｖ_ｂｐはこのマニフォールドの体積を表している。
−Φ_ａｄｍ、Φ_ｅｃｈ：吸気弁８と排気弁９の弁アクチュエータの位置。これらの変数は基準位置に対する位相差を定量化している。
−Ｎ_ｅ：エンジンの回転数。

空気ループモデルの変数
−ＢＧＲ：吸気マニフォールド内の燃焼気体質量分率。吸気弁が閉じたときにシリンダ内に存在している燃焼気体の質量を条件付ける。
−ＢＧＲ_ｂｐ：ＥＧＲ弁から下流の容積中の燃焼気体質量分率。
−Ｄ_ｔｈｒ：空気クーラー４を通過する質量流量。
−Ｄ_ｇb：ＥＧＲ弁６を通して供給される燃焼気体の質量流量。
−Ｄ_ａｉｒ：吸気ライン入口の新鮮な空気の質量流量。
−Ｄ_ａｓｐ：シリンダを充填する質量流量。
−Ｓ：ＥＧＲ弁の有効表面積。この量は弁を通して流れることができる流体の量を特徴付けており、対象のＥＧＲ弁の特徴マップを介して弁の開口に関連している。
−τ：新鮮な空気と燃焼気体との混合の時間と吸気マニフォールド３内への送達との間の気体搬送遅延。
−Ｐ_ａｍ：ＥＧＲ弁入口の位置での上流の圧力。
−Ｐ_ａｖ：ＥＧＲ弁出口の位置での下流の圧力。
−ΔＰ：ＥＧＲ弁の上流と下流との間の圧力差：ΔＰ＝Ｐ_ａｍ−Ｐ_ａｖ。この量は、ＥＧＲ弁の計装を使用して計測できる。
−Ｏ：弁の開口。この量は弁の開口度を特徴付ける。

空気ループモデルの定数
−ｒ：本明細書に関連するすべての気体については同じ値で２８８Ｊ／ｋｇ／Ｋである比気体定数（排気気体と空気）。
−γ：気体の比熱比。気体は理想的だと仮定され、この比は、関連する全ての気体について同一の定数であって値が１．４である。

これらの表記に添え字^ｓｐが付いていれば、考慮している量に関連付けられている設定点の値を表している。

ステップａ）−ＥＧＲ弁の位置での圧力差の計測
ＥＧＲ弁６を正確に制御するために、本発明ではＥＧＲ弁６の位置の圧力差ΔＰに依存するＥＧＲ弁制御方法を使用する。実施形態において、この値はＥＧＲ弁６の位置の圧力差検出器５を使用して知ることができる。その代わりに、弁入口での圧力Ｐ_ａｖと弁出口での圧力Ｐ_ａｍとをそれぞれ計測する２つの別個の検出器を使用することができる。複数の圧力検出器を空気ループ１０の他の複数の点に配置して、複数の計測値からΔＰの値を推定することもできる。
ステップｂ）−マニフォールド内の燃焼気体分率設定値の選択
最適なエンジン制御のために、吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐを選択する。この設定値ＢＧＲ^ｓｐを選択するには、静的な較正または燃焼エンジンの燃焼気体制御方法から得られるエンジンマップを使用することができる。本方法の進行中に時間を節約するには、このステップをＥＧＲ弁６の位置で圧力差を計測するステップと同時に実施することが好ましい。
ステップｃ）−ＥＧＲ弁開口度設定値の計算
ＥＧＲ弁開口度設定値を計算するには、ＥＧＲ弁の位置での正確な圧力低下の関係を使用する。この関係によって、弁開口度設定値Ｏ^ｓｐをＥＧＲ弁６の位置の圧力差ΔＰと吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐの関数として求めることができる。正確な圧力低下の関係は、ＥＧＲ弁に適用されるバレー−サン・ヴナンの関係に基づいていることが好ましく、この関係はΔＰの小さい値（たとえば、ΔＰ＜１０％Ｐ_ａｔｍ）について線形化できる。

一実施形態において、燃焼気体分率設定点ＢＧＲ^ｓｐからの値のための、吸気マニフォールド内の有効表面積設定値Ｓ^ｓｐ（ΔＰ）を求めるために、ＥＧＲ弁６の位置の圧力差ΔＰに依存している正確な圧力低下の関係が適用され、それから弁の有効表面積設定値Ｓ^ｓｐ（ΔＰ）は弁マップから弁開口度設定値Ｏ^ｓｐとして表される。そのような弁マップの例を図３に示している。

正確な圧力低下の関係を、空気吸気回路とＥＧＲ燃焼気体再循環回路の動的なモデルである空気ループ１０のモデルによってエンジンに適合させていることが有利である。空気ループ１０は、全体が吸気回路と気体再循環回路とから構成されている。空気ループモデルの入力データは、複数のエンジンパラメータ、燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐ、ＥＧＲ弁の位置での圧力差ΔＰである。エンジンの実際の振る舞いを制御し、空気ループモデルをできるだけ正確に構成するためには、エンジンのいくつかのパラメータ、つまりエンジン１を特徴付けるデータとエンジンの動作に関連するデータを知ることが重要である。これらのパラメータについては、計測する、シミュレーションする、および製造者のデータからの取得する、の少なくとも１つを行うことができる。計測されたまたはシミュレーションされたパラメータは、吸気マニフォールド内の圧力Ｐ_ａｄｍ、吸気マニフォールド内の温度Ｔ_ａｄｍ、大気圧Ｐ_ａｔｍ、大気温度Ｔ_ａｔｍ、ＥＧＲ弁出口の温度Ｔ_ａｍ、吸気弁アクチュエータと排気弁アクチュエータの位置φ_ａｄｍとφ_ｅｃｈ、およびエンジン回転数Ｎ_ｅとすることができる。

一実施形態において、大気圧Ｐ_ａｔｍと大気温度Ｔ_ａｔｍとは、モデルを単純化するために一定であると考えられる。そのうえ、吸気温度Ｔ_ａｄｍは一定であると考えられ、実際、マニフォールドの上流に配置されている交換器はそのような調整を行うように寸法が設定されている。

空気ループモデルは、燃焼気体動力学と吸気マニフォールドの動的モデルに結合されている静的シリンダ充填モデルとからなることができる。

有利な実施形態において、空気ループモデルは、以下のステップを実行することによって構築される。
ｉ）のエンジンパラメータからシリンダ充填質量流量Ｄ_ａｓｐを計算するように静的なシリンダ充填モデルを適用する。
ｉｉ）シリンダ充填質量流量Ｄ_ａｓｐとのエンジンパラメータからから圧縮器の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒを計算するように、吸気マニフォールドの動的モデルを適用する。
ｉｉｉ）吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐからＥＧＲ弁の下流の容積中の燃焼気体分率設定点（式Ａ）を求めるように、動的気体搬送モデルを適用する。

および、
ｉｖ）エンジンパラメータと、ＥＧＲ弁の下流の容積中の燃焼気体分率設定値（式Ａ）と、圧縮器の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒと、からＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量設定値（式Ｂ）を求めるように、動的な新鮮な気体と燃焼気体との混合モデルを適用する。

本方法の本実施形態は、図２のフローチャートにその全体を記述している。ステップａ）からｄ）は時間的に順序付けられている複数のブロックで表されており、ステップｉ）からｉｖ）はステップｃ）に統合されている。

空気ループモデルの構成後、ＥＧＲ弁６の位置における、ＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量設定値（式Ｂ）の関数である正確な圧力低下の関係を適用する。

ステップｉ）−静的なシリンダ充填モデル
このモデルによって、シリンダ充填質量流量を計算することができる。そのようなモデルの例は、Ｔ．ＬＥＲＯＹとＪ．ＣＨＡＵＶＩＮによってフランスのＩＦＰ Ｅｎｅｒｇｉｅｓ ｎｏｕｖｅｌｌｅｓにおいて開発され、特許文献１に開示されている。

したがって、インタークーラーを通過する全流量を予測する。そのような予測は、動的な吸気マニフォールドモデルに結合されている静的なシリンダ充填モデルによって実施される。

エンジン回転数、吸気温度と圧力、および複数のアクチュエータの位置の関数としてシリンダ内の燃焼気体質量を予測する静的な充填モデルを考える。

方程式（１）は次式である。

ここで、次式はシリンダ内の燃焼気体の質量であり

次式はシリンダの排気部分での燃焼気体の質量であり、

−α_１、α_２、α_３：既知のマップであり、Ｐ_ａｄｍとＮ_ｅの関数（テストベンチで実験的に求められる）。
-Ｖ_ｉｖｃ：ｉｖｃ（吸気弁が閉じる）時のシリンダの容積であり、吸気弁アクチュエータの位置Φ_ａｄｍとエンジン寸法の関数。
−Ｖ_ｅｖｃ：ｅｖｃ（排気弁が閉じる）時のシリンダの容積であり、排気弁アクチュエータの位置Φ_ｅｃｈとエンジン寸法の関数。
−ＯＦ：オーバーラップ因子。これは、吸気と排気の弁アクチュエータの位置Φ_ａｄｍとΦ_ｅｃｈの関数である。

この方程式の系から、シリンダ内の燃焼気体の質量を、エンジンパラメータＰ_ａｄｍ、Ｎ_ｅ、Φ_ａｄｍ、およびΦ_ｅｃｈとオーバーラップ因子ＯＦによって表すことができる。

オーバーラップ因子ＯＦは以下の関係によって求められる。

ここで、
−Ａ_ａｄｍおよびＡ_ｅｃｈ：吸気と排気の弁の両開口面積、エンジンパラメータ。
−θ：クランク角度。
−θ_ｉｖｏ：ｉｖｃ（吸気弁が閉じる）時のクランク角度、吸気弁アクチュエータの位置Φ_ａｄｍの関数。
−θ_ｅｖｃ：ｅｖｃ（排気弁が閉じる）時のクランク角度、排気弁アクチュエータΦ_ｅｖｃの位置の関数。
−θ_ｉｖ＝θ_ｅｖ：両方の弁が同じ開口面積を有しているときのクランク角度。

方程式の系（１）を組み合わせることによって、燃焼気体の質量の関数ｇを３つのパラメータＰ_ａｄｍ、Φ_ａｄｍ、およびΦ_ｅｃｈの関数である以下の方程式（２）として定めることができる。

それから以下の関係式（３）によって空気で充填されるシリンダ２の質量流量を求めることができる。

それから方程式（２）と（３）を組み合わせるが、明確さのために、エンジン回転数と吸気温度を式では考慮しない。したがって、シリンダを充填する質量流量と３つのパラメータＰ_ａｄｍ、Φ_ａｄｍ、およびΦ_ｅｃｈとの間の関数ｆを以下の方程式（４）と定義することができる。

ステップｉｉ）−動的吸気マニフォールドモデル
吸気マニフォールドを通過する流れをモデル化することによって、シリンダ充填質量流量Ｄ_ａｓｐといくつかのエンジンパラメータからバタフライバルブの下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒを計算することができる。たとえば、方程式を以下のように書くことができる。

ここで、Ｖ_ａｄｍは吸気マニフォールド３の容積である。

それから、バタフライ１３の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒと変数Ｄ_ａｓｐおよび式Ｃとの間の関数ｈ（方程式（５））を以下のように求めることができる。

したがって、方程式（４）と（５）を組み合わせることによって、バタフライ１３の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒと変数とＰ_ａｄｍ、Φ_ａｄｍ、Φ_ｅｃｈおよび式Ｃとの間の関数Ｈ（方程式（６））を以下のように書くことができる。

ステップｉｉｉ）−動的気体搬送モデル
本方法のこのステップは、吸気マニフォールド内の燃焼気体分率設定値を求めることにある。搬送動力学は、アクチュエータと吸気マニフォールドとの間の空間的な距離を表しており、時間の経過による純粋な遅延変数τに相当している。そのため、この遅延の位置でのモデル化は以下のように書くことができる。

この関係を設定値に適用することによって、等式（７）は以下のようになる。

したがって、吸気マニフォールド３内の燃焼気体の組成を制御するためには、ＥＧＲ弁の下流の容積内の組成を直接制御する。このステップは、計算時間を節約するためにステップｉ）とｉｉ）と同時に実施したり、これらのステップの前に実施したりすることができる。

ステップｉｖ）−動的気体混合モデル
ＥＧＲ弁６から供給される燃焼気体の質量流量設定点（式Ｂ）を求めるために、新鮮な気体と燃焼気体の動力学をモデル化しなければならない。

そのため、以下の方程式（８）のようなモデル化を使用することができる。

定常条件下では、複数の流量について以下の方程式（９）を得ることができる。

したがって、方程式（６）から（９）を組み合わせることによって、ＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量設定値と様々な変数との間の関係式（１０）を以下のように書くことができる。

それから、ＥＧＲ弁の位置での正確な圧力低下の関係、たとえばバレー−サン・ヴナンの関係を適用し、ＥＧＲ弁を通して供給される燃焼気体の質量流量Ｄ_ｇｂ、弁の有効表面積Ｓ、弁の上流の温度Ｔ_ａｍ、および弁の位置での圧力差の間の関係を書くことができる（以下の方程式（１１））。

この関係は、バレー−サン・ヴナンの関係を点１（上流）から点ｘ（下流）に流れる流体に適用して得られ、それによって点ｘでの流体の速度Ｖを求めることができる。

それから、速度は以下の式によって質量流量に関連付けられる。

それから以下のような公式が方程式１１を得るために適用される。

このモデルを簡略化するように、弁の下流の圧力を大気圧と同じと見なし、そのため以下の関係を量ΔＰ＝Ｐ_ａｍ−Ｐ_ａｖとＰ_ａｔｍだけによって表現することができる。本発明の有利な実施形態において、このモデルはΔＰの小さい値（たとえば、ΔＰ＜１０％Ｐ_ａｔｍ）について線形化することができる。それから、弁の有効表面積Ｓと弁を通して供給された燃焼気体の質量流量Ｄ_ｇｂと、弁の上流の温度Ｔ_ａｍと、弁の位置での圧力差ΔＰとの間の関数ｊを求めるためにこの関係を反転させる。設定値に関してこの関係を書くことによって、以下の等式１２が得られる。

したがって、弁の有効表面積の設定値は、既知のエンジンパラメータ、吸気マニフォールド内の選択された燃焼気体分率設定値、および変数ΔＰのみの関数として書くことが可能である。

最後に、弁開口度Ｏが対象の弁について特徴的なマップ（図３参照）によって有効表面積Ｓに関連付けられる。ＥＧＲ弁のこのマップは、製造者のデータから知ることができるし、実験によって求めることもできる。したがって弁開口度設定値は、その有効表面積設定値から求めることができる。

ステップｄ）−ＥＧＲ弁制御
それから、弁開口度設定値Ｏ^ｓｐが弁に適用される。手動、油圧、空気圧、電気、電子、または機械制御をＥＧＲ弁に対して選択することができる。

したがって、本発明の制御方法は以下のようになる。
−ＥＧＲ装置とＥＧＲ弁の上流と下流との間に圧力差検出器とが備わっているガソリンエンジンの吸気マニフォールド内の気体の組成を制御し、
−よりよい運転性能を得るために燃焼気体分率の過渡応答を改善し、
−比較的広い運転範囲にわたってＥＧＲ装置を使用し、したがって、乗り物の性能を向上させ、そして
−エンジン消費を増加させる必要なしに、排気ガス排出を減少させる。

さらに、本発明は、少なくとも１つのシリンダと吸気マニフォールドとを有している燃焼エンジンにも関し、燃焼エンジンは、圧力差検出器を自身の位置に備えているＥＧＲ弁を有している燃焼気体再循環回路を備えており、ＥＧＲ弁は、前述の方法によって、たとえば電子的に制御される。

１ 燃焼エンジン
２ シリンダ
３ 吸気マニフォールド
５ 圧力差検出器
６ ＥＧＲ弁
１０ 空気ループ

Claims (11)

1. 少なくとも１つのシリンダ（２）と、吸気マニフォールド（３）と、ＥＧＲ弁（６）を一体化している燃焼気体再循環回路とが備わっている燃焼エンジン（１）を制御する方法であって、
   ａ）前記ＥＧＲ弁（６）の位置で圧力差ΔＰを計測するステップと、
   ｂ）前記吸気マニフォールド（３）内の燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐを選択するステップと、
   ｃ）前記ＥＧＲ弁（６）の位置で適用されるバレー−サン・ヴナンの関係などの正確な圧力低下の関係から前記ＥＧＲ弁（６）の開口度設定値Ｏ^ｓｐを計算するステップであって、前記正確な圧力低下により、前記ＥＧＲ弁（６）の開口度を前記ＥＧＲ弁（６）の位置の前記圧力差ΔＰと前記吸気マニフォールド（３）内の前記気体分率設定点ＢＧＲ^ｓｐとに関係付けるステップと、
   ｄ）前記ＥＧＲ弁（６）を前記ＥＧＲ弁（６）の開口度設定値Ｏ^ｓｐの関数として制御するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記正確な圧力低下の関係を、前記空気吸気回路と前記燃焼気体再循環回路の動的なモデルである空気ループ（１０）のモデルによって前記エンジン（１）に適合させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記空気ループ（１０）の前記モデルは、燃焼気体動力学のモデルと前記吸気マニフォールド（３）の動的モデルに組み込まれている静的シリンダ充填モデルとからなる、請求項２に記載の方法。
4. 前記空気ループの前記モデルは、
   ｉ）複数のエンジンパラメータからシリンダ充填質量流量Ｄ_ａｓｐを計算するように、静的なシリンダ充填モデルを適用するステップと、
   ｉｉ）前記シリンダ充填質量流量Ｄ_ａｓｐと複数のエンジンパラメータから圧縮器の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒを計算するように、前記吸気マニフォールド（３）の動的モデルを適用するステップと、
   ｉｉｉ）前記吸気マニフォールド（３）内の前記燃焼気体分率設値ＢＧＲ^ｓｐから前記ＥＧＲ弁（６）の下流の容積中の燃焼気体分率設定値（式Ａ）を求めるように、動的気体搬送モデルを適用するステップと、
   ｉｖ）複数の前記エンジンパラメータと前記ＥＧＲ弁（６）の下流の前記容積中の前記燃焼気体分率設定値（式Ａ）と前記圧縮器の下流の質量流量Ｄ_ｔｈｒとから前記ＥＧＲ弁（６）を通して供給される前記燃焼気体の質量流量設定値（式Ｂ）であって、正確な圧力低下の関係はこの設定点の関数である、質量流量設定値を求めるように、動的な新鮮な気体と燃焼気体との混合モデルを適用するステップと、
   を実行することによって構成される、請求項２または３に記載の方法。
   

   

   
5. 前記新鮮な気体と燃焼気体の混合動的モデルは以下の公式によって定義される、請求項３または４に記載の方法。
   

   

   ここで、ＢＧＲ_ｂｐ：ＥＧＲ弁（６）の下流の体積中の燃焼気体分率、
   ｒ：理想気体定数、
   Ｔ_ａｔｍ：大気温度、
   Ｐ_ａｔｍ：大気圧力、
   Ｖ_ｂｐ：新鮮な空気と燃焼気体との混合体積、
   Ｄ_ｇb：ＥＧＲ弁（６）を通して供給される燃焼気体の質量流量、および
   Ｄ_ａｉｒ：吸気ライン入口の新鮮な空気の質量流量である。
6. 前記動的気体搬送モデルは、前記エンジン（１）の前記ＥＧＲ弁（６）と前記吸気マニフォールド（３）との間の空間距離を表しており、前記距離は純粋な遅延に相当している、請求項３から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ＥＧＲ弁（６）の位置での前記圧力差ΔＰと前記吸気マニフォールド（３）内の前記燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐとの関数として前記ＥＧＲ弁（６）の有効表面積設定値Ｓ^ｓｐ（ΔＰ）を定める正確な圧力低下の関係が適用され、それから前記有効表面積設定値Ｓ^ｓｐ（ΔＰ）が前記ＥＧＲ弁（６）のマップから前記ＥＧＲ弁（６）の開口度設定値Ｏ^ｓｐとして表現される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記正確な圧力低下の関係は、バレー−サン・ヴナンの関係に基づいて、不等式ΔＰ＜１０％Ｐ_ａｔｍを満たす前記ＥＧＲ弁（６）の位置での前記圧力差の値ΔＰに対して線形化されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記ＥＧＲ弁（６）の位置での前記圧力差は、前記ＥＧＲ弁（６）の上流と下流のうちの少なくとも一方の、少なくとも１つの圧力検出器によって計測される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記吸気マニフォールド（３）内の前記燃焼気体分率設定値ＢＧＲ^ｓｐの前記選択は、静的な較正から得られるエンジンマップによって決定される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 少なくとも１つのシリンダ（２）と、吸気マニフォールド（３）と、圧力差検出器（５）を自身の位置に備えているＥＧＲ弁（６）を有している燃焼気体再循環回路と、を備えている燃焼エンジン（１）であって、
    前記エンジン（１）の制御手段を有しており、前記制御手段は請求項１から１０のいずれか１項に記載の制御方法を適用するようになっていることを特徴とする、燃焼エンジン。

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