JP2013181425A - 排気ガス再循環装置の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス再循環装置において、弁体の開度を検知する開度センサを設けることなく、排気ガスの流量を高精度に制御する。
【解決手段】排気ガス再循環装置の制御システム１０では、エンジン１２の回転数センサ３４、負圧センサ５２による検出結果に基づいて、ＥＣＵ５４の第１マップ６６から目標吸入空気量を算出すると共に、排気ガス再循環バルブ２０を作動させた後、エアフローメータ５０で実際に計測された実吸入空気量と前記目標吸入空気量との差分を算出する。そして、差分が零となるように排気ガス再循環バルブ２０のデューティを補正することで、排気ガス還流通路１８を流通する排気ガスの流量を高精度に制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関における吸気系と排気系とを接続する排気還流手段に設けられる排気ガス再循環装置を制御するための排気ガス再循環装置の制御システムに関する。

従来から、例えば、内燃機関から排出される有害成分を除去するために、排気ガス再循環装置が用いられている。この排気ガス再循環装置は、内燃機関から排出される排気ガスを吸気系に再循環させ、前記排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の有害成分を減少させるために、前記内燃機関の吸気系と排気系とを連通させる機能を有する。

このような排気ガス再循環装置では、例えば、特許文献１に開示されているように、エンジンに接続された排気管に排気還流通路が分岐するように設けられ、該排気還流通路に排気還流弁が設けられる。そして、排気還流弁の弁体が開閉することで、前記排気還流通路を通じて排気ガスをエンジンの吸気管側へと還流可能に形成され、また、前記弁体の開度を検知可能なリフトセンサが設けられ、該リフトセンサで検知された弁体の開度がＥＣＵへと出力されることで、該開度を検知すると共に、該開度に基づいた排気ガスの流量が検出される。

特公平２−４６７８７号公報

しかしながら、上述した排気ガス再循環装置に用いられているリフトセンサは、高価であり、コスト削減及び部品点数の観点から前記リフトセンサを廃止した上で、排気ガスの高精度な流量制御を行いたいという要請がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、弁体の開度を検知する開度センサを設けることなく、排気ガスの流量を高精度に制御することが可能な排気ガス再循環装置の制御システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の吸気系と排気系とを接続する排気還流通路と、該排気還流通路に設けられ前記吸気系と前記排気系とを連通させることにより、前記内燃機関から排出された排気ガスの一部を前記排気系から前記排気還流通路を通じて前記吸気系へと再循環させる排気ガス再循環バルブとを有する排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、
前記排気ガス再循環装置は、弁体を作動させることにより前記排気系と前記吸気系との連通状態を切り換える排気ガス再循環バルブを有し、
前記制御システムは、前記排気還流通路における前記吸気系への接続部位よりも上流側に設置され、前記吸気系から前記内燃機関へと吸入される吸入空気の吸入空気量を検出する吸気量検出手段と、
前記吸気量検出手段によって検出された前記吸入空気量に基づいて前記排気ガス再循環バルブにおける前記弁体の開度を推定する弁開度推定手段と、
前記吸入空気の目標吸入空気量を設定する目標空気量設定手段と、
前記目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量と、前記吸気量検出手段で検出された吸入空気量との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分が零となるように前記排気ガス再循環バルブに対してフィードバック制御を行うバルブ制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、排気還流通路における吸気系への接続部位よりも上流側に設けられ、前記吸気系から内燃機関へと実際に吸入される吸入空気の吸入空気量を検出する吸気量検出手段を備え、前記吸気量検出手段によって検出された前記吸入空気量に基づいて弁開度推定手段によって排気ガス再循環バルブにおける前記弁体の開度を推定することができる。

従って、従来技術に係る排気ガス再循環装置で用いられていた前記弁体の開度を検出可能な開度センサを設けることなく、前記開度及び排気ガス還流通路を流通する排気ガスの流量を高精度に推定することができる。また、目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量と前記吸入空気量との差分を差分算出手段で算出し、該差分が零となるようにバルブ制御手段で排気ガス再循環バルブへフィードバック制御を行うことで、前記排気ガス再循環バルブにおける弁体の開度をより一層高精度に制御し、排気ガスの流量制御を行うことが可能となる。

また、目標空気量設定手段は、内燃機関に設けられた回転数検出手段によって検出された前記内燃機関の回転数と、負圧検出手段によって検出された前記吸気系における前記吸入空気の負圧とから前記目標吸入空気量を設定するとよい。

さらに、バルブ制御手段は、差分に基づいたデューティ比を設定し、該デューティ比によって排気ガス再循環バルブの弁体を駆動制御するとよい。

さらにまた、差分が所定範囲内から外れている場合には、故障警告を出力するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、吸気系から内燃機関へと実際に吸入される吸入空気の吸入空気量を検出する吸気量検出手段を備え、前記吸気量検出手段によって検出された前記吸入空気量に基づいて弁開度推定手段によって排気ガス再循環バルブにおける前記弁体の開度を推定することができる。その結果、従来技術に係る排気ガス再循環装置で用いられていた前記弁体の開度を検出可能な開度センサを設けることなく、前記開度及び排気ガス還流通路を流通する排気ガスの流量を高精度に推定することができる。

本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環装置の制御システムを示す概略構成図である。 図１の制御システムにおいて、吸入空気量に基づいて排気ガス再循環バルブの弁開度を推定するためのフローチャートである。 図３Ａは、エンジンの運転状態が排気ガスを還流させる領域に達したか否かを推定するための推定処理に用いられる第１マップを示し、図３Ｂは、第１マップに基づいて目標吸入空気量を算出するために用いられる第２マップを示す。 吸入空気量の差分とデューティとの関係を示す特性線図である。

本発明に係る排気ガス再循環装置の制御システムについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る制御方法によって制御される排気ガス再循環装置の制御システムを示す。

この排気ガス再循環装置の制御システム１０は、図１に示されるように、エンジン（内燃機関）１２を構成する吸気装置（吸気系）１４と排気装置（排気系）１６とを備え、前記吸気装置１４と前記排気装置１６とを排気ガス還流通路１８で接続し、該排気ガス還流通路１８の途中に、排気ガス再循環装置として機能する排気ガス再循環バルブ２０が設けられる。そして、排気ガス再循環バルブ２０を制御することで排気ガス還流通路１８を介して吸気装置１４と排気装置１６とを連通させ、エンジン１２から排出される排気ガスの一部を前記吸気装置１４へと再循環させる。

なお、図１では、複数のシリンダ２２を有する多気筒のエンジン１２と、該エンジン１２に接続された吸気装置１４及び排気装置１６とを模式的に図示している。

エンジン１２は、例えば、自動車や自動二輪車等の車両に搭載され、エンジン本体２４の内部には複数のシリンダ室２６が形成されている。各シリンダ室２６には、コネクティングロッド２８、クランクシャフト３０に連結されたピストン３２が変位自在に設けられている。そして、エンジン本体２４には、クランクシャフト３０のクランク角に基づいて、エンジン回転数ＮＥを検出する回転数センサ（回転数検出手段）３４が設けられている。

また、シリンダ室２６の上方に形成される燃焼室には、吸気ポート３６及び排気ポート３８がそれぞれ開口し、各吸気ポート３６には、吸気装置１４を構成するインテークマニホールド４０の吸気分岐管４２がそれぞれ接続されている。インテークマニホールド４０は、下流側となるエンジン１２側で複数本に分岐するように枝状に形成された複数の吸気分岐管４２と、前記吸気分岐管４２を纏める単一の吸気集合管４４とから構成される。

吸気集合管４４には、図示しないアクセルペダルの操作に連動して開閉するスロットルバルブ４６が設けられ、前記スロットルバルブ４６の上流側にはエアクリーナ４８が設けられる。そして、エアクリーナ４８を通じて外気がインテークマニホールド４０に取り込まれる。

さらに、吸気集合管４４には、排気ガス還流通路１８における吸気装置１４への接続口４９よりも上流側において外部からエアクリーナ４８を通じて吸気集合管４４に取り込まれた吸入空気の量を検出するセンサとして機能するエアフローメータ（吸入空気量検出手段）５０が設けられている。なお、図２においては、エアフローメータをＡＦＭと表記している。

一方、吸気集合管４４において、スロットルバルブ４６の下流側には、エンジン１２の吸気行程において、吸気装置１４から燃焼室へと吸入される吸入空気の負圧ＰＢを検出する負圧センサ５２（負圧検出手段）が設けられている。そして、エアフローメータ５０や負圧センサ５２で検出された検出結果（を示す検出信号）は、エンジンコントロールユニット５４（以下、ＥＣＵ５４という）へとそれぞれ出力される。

一方、エンジン１２における各排気ポート３８には、排気装置１６を構成するエキゾーストマニホールド５６の排気分岐管５８がそれぞれ接続されている。このエキゾーストマニホールド５６における排気集合管６０の下流側が、排気ガス還流通路１８によってインテークマニホールド４０と接続されている。

そして、排気ガス還流通路１８の途中には、排気ガス再循環バルブ２０が設けられ、後述するＥＣＵ５４からの制御信号に基づいて、弁体６２が軸方向に沿って作動することで前記排気ガス還流通路１８の連通状態を切り換え、例えば、弁開状態では排気ガスの一部を排気集合管６０から排気ガス還流通路１８を通じて吸気分岐管４２へと再循環させることができる。

ＥＣＵ５４は、上述した回転数センサ３４、エアフローメータ５０、負圧センサ５２等の各センサの検出結果に基づいて、エンジン１２、排気ガス再循環バルブ２０、スロットルバルブ４６等を制御する。また、ＥＣＵ５４は、各種の情報を記憶するメモリ６４と、前記エンジン１２の運転状態が排気ガスを還流させる領域に達したか否かを推定するための推定処理に用いられる第１マップ６６と、実際にエンジン１２に吸入される目標吸入空気量を算出するために用いられる第２マップ６８とを有する。

本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環装置の制御システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に制御システムの動作について図２〜図４を参照しながら説明する。

先ず、図示しないドライバーが車両においてイグニッションスイッチをオンにすると、水温センサ（図示せず）によってエンジン１２内における冷却水の水温ＴＷを検出し、該水温ＴＷを示す検出信号をＥＣＵ５４へと出力し、排気ガスの吸気側への再循環を行う所定温度α℃に達しているか否かを判定する（ステップＳ１）。なお、排気ガスの再循環は、エンジン１２における水温ＴＷが所定温度α以上（ＴＷ≧α℃）となっている場合に行われ、例えば、前記エンジン１２の始動直後等の低温時には行われない。

次に、冷却水の水温ＴＷが所定温度α℃に達していた場合、ステップＳ２において、回転数センサ３４によって検出されたエンジン１２の回転数ＮＥと、負圧センサ５２によって検出されたインテークマニホールド４０内の負圧ＰＢをそれぞれＥＣＵ５４のメモリ６４へと記憶する。

そして、次のステップＳ３において、ＥＣＵ５４は、図３Ａに示される第１マップ６６を参照して、メモリ６４に記憶された現在のエンジン１２の回転数ＮＥ及び負圧ＰＢが排気ガスを再循環させる領域内であるか否かを判定する。なお、ここでは、エンジン１２回転数のＮＥが２５００ｒｐｍ、負圧ＰＢが４００ｍｍｈｇの場合（第１マップ６６におけるＡ欄）について説明する。

この領域内であると判定された場合には、ステップＳ４において、図３Ｂに示される第２マップ６８を参照し、前記メモリ６４に記憶された回転数ＮＥ（２５００ｒｐｍ）と負圧ＰＢ（４００ｍｍｈｇ）に対応した吸入空気量Ｑａｉｒの目標値となる目標吸入空気量ＴＱａｉｒを算出する。

次のステップＳ５において、第２マップ６８の該当するＢ欄に格納されているデューティＬｉｆｔ＿Ｄｕｔｙを設定し、該デューティＬｉｆｔ＿Ｄｕｔｙの制御信号が排気ガス再循環バルブ２０へと入力される。これにより、排気ガス再循環バルブ２０では、図示しないソレノイドが励磁され弁体６２が作動した弁開状態となることで、排気ガス還流通路１８の連通遮断状態が解除され、前記排気ガス還流通路１８を通じて排気ガスの一部が吸気装置１４側へと流通する。

次に、ステップＳ６において、エアフローメータ５０によって実際にインテークマニホールド４０の吸気集合管４４を流通してエンジン１２内へと実際に供給されている吸入空気の実吸入空気量ＲＱａｉｒが検出され、検出信号としてＥＣＵ５４へと出力された後にメモリ６４へ記憶される。

そして、ステップＳ７において、メモリ６４に記憶されている実吸入空気量ＲＱａｉｒと目標吸入空気量ＴＱａｉｒとの差分ΔＱａｉｒ（ＲＱａｉｒ−ＴＱａｉｒを算出し、ステップＳ８において、この差分ΔＱａｉｒが、予め設定された吸入空気量の範囲内（β１＜ΔＱａｉｒ＜β２）であるか否かがＥＣＵ５４で判定される。なお、上述した吸入空気量Ｑａｉｒ、目標吸入空気量ＴＱａｉｒ、実吸入空気量ＲＱａｉｒ、吸入空気量Ｑａｉｒの範囲β１、β２の単位は、例えば、単位時間当たりの流量であるＬ／ｍｉｎである。

この差分ΔＱａｉｒが、予め設定された所定範囲（β１＜ΔＱａｉｒ＜β２）内である場合には、ステップＳ９において、前記差分ΔＱａｉｒが零となるように補正を行う。この補正は、図４に示される差分ΔＱａｉｒとデューティ比との関係を示す特性線図に基づいて行われ、前記差分ΔＱａｉｒに基づいて得られたデューティを制御信号として排気ガス再循環バルブ２０へと入力する。詳細には、現在、排気ガス再循環バルブ２０に入力されている制御信号に対して、補正デューティの制御信号が併せて入力される。これにより、理想的には、排気ガス再循環バルブ２０の弁体６２が作動することで排気ガスの流通状態が変化して調整され、実吸入空気量ＲＱａｉｒと目標吸入空気量ＴＱａｉｒとが一致し、両者の差分ΔＱａｉｒが零となる。

これにより、ＥＣＵ５４では、エアフローメータ５０によって検出されたインテークマニホールド４０を流通する吸入空気の実吸入空気量ＲＱａｉｒに基づいて、排気ガス還流通路１８を流通する排気ガスの流量が推定される。換言すれば、前記排気ガスの流量に基づいて排気ガス再循環バルブ２０における弁体６２の開度が推定される。

一方、ステップＳ８において、実吸入空気量ＲＱａｉｒと目標吸入空気量ＴＱａｉｒとの差分ΔＱａｉｒが、予め設定されている所定範囲外であると判定された場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、排気ガス再循環バルブ２０に何らかの故障が発生したと判断され、該故障の発生を示す警告信号を警告手段として機能する故障警告灯（ＭＩＬ）へと出力する。ＭＩＬは、警告信号に基づいて、例えば、排気ガス再循環バルブ２０の故障が発生したことを外部（ドライバー）に報知する。

なお、前述したステップＳ１において、水温ＴＷが排気ガスを吸気側へと還流を行う所定温度α℃まで上昇していない場合（ＴＷ＜α℃）には（ステップＳ１：ＮＯ）、上記のステップＳ２〜Ｓ１０の処理は実行されず、同様に、前述したステップＳ３において、現在のエンジン１２回転数のＮＥ及び負圧ＰＢが排気ガスを再循環させる領域内でないと判定された場合には、上記のステップＳ４〜Ｓ１０の処理は実行されない。

以上のように、本実施の形態では、排気ガス再循環装置の制御システム１０において、回転数センサ３４によって検出されるエンジン１２の回転数ＮＥと負圧センサ５２によって検出される負圧ＰＢとから第１マップ６６に基づいて目標吸入空気量ＴＱａｉｒを算出し、該目標吸入空気量ＴＱａｉｒと、エアフローメータ５０によって実際に検出された実吸入空気量ＲＱａｉｒの差分ΔＱａｉｒに基づいて、前記排気ガス再循環バルブ２０における弁体６２の開度を補正することで、排気ガス再循環バルブ２０に弁体６２の開度を検出可能なリフトセンサ（開度センサ）を設けることなく、排気ガス還流通路１８を流通する排気ガスの流量及び前記弁体６２の開度を高精度に推定することができる。

その結果、従来の排気ガス再循環装置で用いられていたリフトセンサを不要とすることで排気ガス再循環バルブ２０の製造コスト及び部品点数の削減を図ることができ、しかも、排気ガスの流量を高精度に制御することが可能となる。

また、ＥＣＵ５４の第２マップ６８に基づいて設定された目標吸入空気量ＴＱａｉｒと実吸入空気量ＲＱａｉｒの差分ΔＱａｉｒに基づいて、前記排気ガス再循環バルブ２０における弁体６２の開度を補正するフィードバック制御を行うことで、より高精度な排気ガスの流量制御を行うことができる。

なお、本発明に係る排気ガス再循環装置の制御システムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…排気ガス再循環装置の制御システム
１２…エンジン １４…吸気装置
１６…排気装置 １８…排気ガス還流通路
２０…排気ガス再循環バルブ ３４…回転数センサ
３６…吸気ポート ３８…排気ポート
４０…インテークマニホールド ５０…エアフローメータ
５２…負圧センサ ５４…エンジンコントロールユニット
５６…エキゾーストマニホールド ５８…排気分岐管
６０…排気集合管 ６２…弁体
６４…メモリ ６６…第１マップ
６８…第２マップ

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気系と排気系とを接続する排気還流通路と、該排気還流通路に設けられ前記吸気系と前記排気系とを連通させることにより、前記内燃機関から排出された排気ガスの一部を前記排気系から前記排気還流通路を通じて前記吸気系へと再循環させる排気ガス再循環バルブとを有する排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、
   前記排気ガス再循環装置は、弁体を作動させることにより前記排気系と前記吸気系との連通状態を切り換える排気ガス再循環バルブを有し、
   前記制御システムは、前記排気還流通路における前記吸気系への接続部位よりも上流側に設置され、前記吸気系から前記内燃機関へと吸入される吸入空気の吸入空気量を検出する吸気量検出手段と、
   前記吸気量検出手段によって検出された前記吸入空気量に基づいて前記排気ガス再循環バルブにおける前記弁体の開度を推定する弁開度推定手段と、
   前記吸入空気の目標吸入空気量を設定する目標空気量設定手段と、
   前記目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量と、前記吸気量検出手段で検出された吸入空気量との差分を算出する差分算出手段と、
   前記差分が零となるように前記排気ガス再循環バルブに対してフィードバック制御を行うバルブ制御手段と、
   を備えることを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記目標空気量設定手段は、前記内燃機関に設けられた回転数検出手段によって検出された前記内燃機関の回転数と、負圧検出手段によって検出された前記吸気系における前記吸入空気の負圧とから前記目標吸入空気量を設定することを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。
3. 請求項１又は２記載のシステムにおいて、
   前記バルブ制御手段は、前記差分に基づいたデューティ比を設定し、該デューティ比によって前記排気ガス再循環バルブの弁体を駆動制御することを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記差分が所定範囲内から外れている場合には、故障警告を出力することを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。

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