JP2016089785A - Ｅｇｒ弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの運転状態が過渡状態にあるときに煙の発生を抑えることが可能なＥＧＲ弁の制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ弁の制御装置５０は、目標過剰率ｔλに基づいて目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒを演算してＥＧＲ弁の開度を制御する。制御装置５０は、定常状態における空気過剰率の目標値である第１過剰率λ１と、過渡状態における目標値である第２過剰率λ２と、燃料噴射量Ｇｆの変化量に基づく係数ｋとを演算する。そして制御装置５０は、第１過剰率λ１、第２過剰率λ２、および、係数ｋに基づいて目標過剰率ｔλを演算する。目標過剰率ｔλは、変化量が第１の閾値以下の場合には第１過剰率λ１に設定され、変化量が第１の閾値よりも大きいときには変化量が大きいほど第２過剰率λ２の割合が大きく設定され、変化量が第２の閾値よりも大きい場合には第２過剰率λ２に設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ弁の制御装置に関する。

従来から、ディーゼルエンジンには、排気ガスに含まれるＮＯｘを低減させるべく、排気ガスの一部を吸気通路に導入する排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が搭載されている（例えば、特許文献１を参照）。ＥＧＲ装置は、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を備え、ＥＧＲ弁の開度を制御することによって吸気通路へのＥＧＲガスの導入量を調整する。

特開２００２−３３２８７９号公報

ところで、吸気通路に過剰なＥＧＲガスが導入されると混合気の燃焼時に空気が不足してしまい大量の煙が発生する。こうした煙の発生は、エンジンの運転状態が過渡状態、すなわち燃料噴射量が連続的に増加するときに生じやすい。

本発明は、エンジンの運転状態が過渡状態にあるときに煙の発生を抑えることが可能なＥＧＲ弁の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するＥＧＲ弁の制御装置は、目標ＥＧＲ量に基づきＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ弁の制御装置であって、エンジンが定常状態にあると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第１過剰率を演算する第１過剰率演算部と、前記エンジンが過渡状態にあると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第２過剰率を演算する第２過剰率演算部と、前記第１過剰率、前記第２過剰率、および、燃料噴射量の変化量に基づき目標過剰率を設定する目標過剰率設定部と、次回の燃料噴射時における最大噴射量の予測値を演算する噴射量予測部と、前記目標過剰率に前記予測値と量論混合比とを乗算することで目標空気量を演算する目標空気量演算部と、前記エンジンが吸入する作動ガス量から前記目標空気量を減算することで前記目標ＥＧＲ量を演算する目標ＥＧＲ量演算部とを備え、前記目標過剰率設定部は、前記変化量が第１の閾値以下の場合に、前記第１過剰率を前記目標過剰率に設定し、前記変化量が前記第１の閾値よりも大きく、かつ、第２の閾値以下の場合に、前記変化量が大きいほど、前記第１過剰率の割合が少なく、かつ、前記第２過剰率の割合が大きい値を前記目標過剰率に設定し、前記変化量が前記第２の閾値よりも大きい場合に、前記第２過剰率を前記目標過剰率に設定する。

上記構成によれば、エンジンの運転状態が定常状態から過渡状態に変化し、燃料噴射量の変化量が第１の閾値よりも小さい値から第２の閾値よりも大きい値へと変化する場合、目標過剰率は、第１過剰率から徐々に第２過剰率に近い値へと変化し、やがて第２過剰率に設定される。すなわち、目標過剰率は、定常状態に適した目標値から過渡状態に適した目標値へと徐々に変化する。これにより、ＥＧＲ弁の開度が定常状態に適した開度から過渡状態に適した開度へと連続的に制御され、吸気通路に対して過剰なＥＧＲガスが導入されにくくなる。その結果、過渡状態における煙の発生が抑えられる。

上記ＥＧＲ弁の制御装置は、エンジン回転数と前記燃料噴射量とに応じた前記第１過剰率の暫定値である定常過剰率を規定した定常過剰率マップを参照して前記定常過剰率を演算する定常過剰率演算部と、前記エンジン回転数と前記燃料噴射量とに応じた前記第２過剰率の暫定値である過渡過剰率を規定した過渡過剰率マップを参照して前記過渡過剰率を演算する過渡過剰率演算部と、前記エンジン回転数とＥＧＲ率とに応じた煙限界の空気過剰率である煙限界過剰率を規定した煙限界過剰率マップを参照して前記煙限界過剰率を演算する煙限界過剰率演算部とを備え、前記第１過剰率演算部は、前記定常過剰率と前記煙限界過剰率とのうちの大きい方を前記第１過剰率として演算し、前記第２過剰率演算部は、前記過渡過剰率と前記煙限界過剰率とのうちの大きい方を前記第２過剰率として演算することが好ましい。

上記構成によれば、第１過剰率および第２過剰率の双方が煙限界過剰率以上の値に設定されるため、目標過剰率を煙限界過剰率よりも高い値に維持することができる。その結果、過渡状態における煙の発生がより高い確率の下で抑えられる。

上記ＥＧＲ弁の制御装置において、前記過渡過剰率マップには、同じ前記燃料噴射量に対して、前記エンジン回転数が高いほど大きい前記過渡過剰率が対応付けられていることが好ましい。

エンジン回転数が高くなると、燃料を噴射可能な時間が短くなるばかりか混合気を生成する時間や混合気が燃焼する時間も短くなることで煙が発生しやすくなる。上記構成によれば、同じ燃料噴射量であってもエンジン回転数が高いときほどエンジンに導入される空気を多くすることができる。

上記ＥＧＲ弁の制御装置において、前記煙限界過剰率マップには、同じ前記ＥＧＲ率に対して、前記エンジン回転数が高いほど大きい前記煙限界過剰率が対応付けられていることが好ましい。
上記構成によれば、同じＥＧＲ率であってもエンジン回転数が高いときほどエンジンに導入される空気を多くすることができる。

上記ＥＧＲ弁の制御装置において、前記定常過剰率マップには、同じ前記エンジン回転数に対して、前記燃料噴射量が少ないほど大きい前記定常過剰率が対応付けられていることが好ましい。

上記構成によれば、エンジンが定常状態にあるとき、同じエンジン回転数であっても燃料噴射量が少ないほどエンジンに導入される空気が多くなる。その結果、燃料噴射量が少ない定常状態においてエンジンの出力を効率よく得ることができる。

一実施形態のＥＧＲ弁の制御装置を搭載したエンジンシステムの概略構成を示す概略構成図である。 制御装置の機能構成を示すブロック図である。 定常過剰率マップの一例を模式的に示すグラフである。 煙限界過剰率マップの一例を模式的に示すグラフである。 過渡過剰率マップの一例を模式的に示すグラフである。 係数テーブルの一例を模式的に示すグラフである。 エンジン回転数と最大噴射量との関係を模式的に示すグラフである。

図１〜図７を参照して、ＥＧＲ弁の制御装置を具体化した一実施形態について説明する。まず、ＥＧＲ弁の制御装置が搭載されるエンジンシステムの全体構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ４つのシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２には、インジェクター１３から燃料が噴射される。シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に吸入空気を供給するためのインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。

インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２０には、コンプレッサー１８に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。

エンジンシステムは、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路２５を備える。ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６が設けられ、ＥＧＲクーラー２６における吸気通路１６側には、ＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７が設けられている。ＥＧＲ弁２７が開状態にあるとき、吸気通路１６には、ＥＧＲ通路２５を通じて排気ガスの一部がＥＧＲガスとして導入される。シリンダー１２には、排気ガスと吸入空気との混合気体である作動ガスが供給される。

エンジンシステムは、吸入空気量センサー３０、吸気圧力センサー３１、吸気温度センサー３２、エンジン回転数センサー３４、ＥＧＲ圧力センサー３５、ＥＧＲ温度センサー３６、ならびに、冷却水温度センサー３７を備える。

吸入空気量センサー３０は、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流にて、吸気通路１６を流れる吸入空気の質量重量である吸入空気量Ｇａを検出する。吸気圧力センサー３１は、吸気通路１６とＥＧＲ通路２５との接続部分よりも下流側にて、作動ガスの圧力である作動ガス圧力Ｐｗｇを検出する。吸気温度センサー３２は、インテークマニホールド１４における作動ガスの温度である作動ガス温度Ｔｗｇを検出する。エンジン回転数センサー３４は、クランクシャフト１０ａの回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出する。ＥＧＲ圧力センサー３５およびＥＧＲ温度センサー３６は、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲクーラー２６とＥＧＲ弁２７との間に位置する。ＥＧＲ圧力センサー３５は、ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの圧力であるＥＧＲ圧力Ｐｅｇｒを検出する。ＥＧＲ温度センサー３６は、ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度Ｔｅｇｒを検出する。冷却水温度センサー３７は、エンジン１０を冷却する冷却水の温度である冷却水温度Ｔｗを検出する。上記各センサー３０〜３７は、検出した検出値を示す信号を、ＥＧＲ弁２７の開度を制御する制御装置５０に出力する。

また、制御装置５０には、燃料噴射を制御する燃料噴射制御部３８から燃料噴射量Ｇｆを示す信号が入力される。燃料噴射制御部３８は、今回の噴射タイミングにおける燃料噴射量Ｇｆを示す信号を噴射タイミングごとに制御装置５０に出力する。

燃料噴射制御部３８は、例えばエンジン回転数Ｎｅやアクセル開度ＡＣＣに基づくドライバーリクエストに応じて燃料噴射量Ｇｆを制御する。燃料噴射制御部３８は、エンジン回転数Ｎｅと今回の燃料噴射量Ｇｆとに基づいて次回の燃料噴射量Ｇｆの制限値である最大噴射量を設定し、その最大噴射量以下の範囲で燃料噴射量Ｇｆを制御する。これは、アクセル開度ＡＣＣが急激に大きくなったときにそのアクセル開度ＡＣＣに合わせて燃料噴射量Ｇｆを増量させると空気量の不足により大量の煙が発生してしまうことに基づく。燃料噴射制御部３８は、エンジン１０が過渡状態にあったとしても、燃料噴射量Ｇｆを最大噴射量以下に抑えた状態で徐々に燃料噴射量Ｇｆを増量する。

制御装置５０は、ＣＰＵ、各種制御プログラムや各種データが格納されたＲＯＭ、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるＲＡＭを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置５０は、各種センサー等からの信号に基づき、吸入空気量Ｇａ、作動ガス圧力Ｐｗｇ、作動ガス温度Ｔｗｇ、エンジン回転数Ｎｅ、ＥＧＲ圧力Ｐｅｇｒ、ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ、冷却水温度Ｔｗ、および、燃料噴射量Ｇｆをエンジン１０の運転状態に関する情報として取得する。制御装置５０は、その取得した各種情報と、ＲＯＭに格納された各種制御プログラムや各種データとに基づいて指示開度ＶＴｃｏｍを演算し、その指示開度ＶＴｃｏｍを示す信号をＥＧＲ弁２７に出力する。

図２に示すように、制御装置５０は、シリンダー１２に供給される作動ガスの質量流量である作動ガス量Ｇｗｇを演算する作動ガス量演算部５５を備える。作動ガス量演算部５５は、状態方程式Ｐ×Ｖ＝Ｇｗｇ×Ｒ×Ｔに対し、「Ｐ」に作動ガス圧力Ｐｗｇ、「Ｖ」にエンジン回転数Ｎｅとエンジン１０の排気量Ｄとの乗算値に基づく値、「Ｒ」に気体定数、「Ｔ」に作動ガス温度Ｔｗｇを代入することで作動ガス量Ｇｗｇを演算する。

制御装置５０は、シリンダー１２に供給される作動ガスのＥＧＲ率ηを演算するＥＧＲ率演算部５６を備える。ＥＧＲ率演算部５６は、作動ガス量演算部５５が演算した作動ガス量Ｇｗｇから吸入空気量センサー３０が検出した吸入空気量Ｇａを減算することによりＥＧＲガス量Ｇｅｇｒを演算する。そして、作動ガス量Ｇｗｇに対するＥＧＲガス量Ｇｅｇｒの比率であるＥＧＲ率η（＝Ｇｅｇｒ／Ｇｗｇ）を演算する。

制御装置５０は、エンジン１０が定常状態にあると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第１過剰率λ１の暫定値として定常過剰率λａを演算する定常過剰率演算部５７を備える。定常過剰率演算部５７は、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆを定常過剰率マップ５８に適用して得られる値を冷却水温度Ｔｗに基づいて補間することにより定常過剰率λａを演算する。

図３に示すように、定常過剰率マップ５８は、例えば３つの冷却水温度Ｔｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３ごとに規定されている。定常過剰率マップ５８の各々は、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとに応じた定常過剰率λａを規定したデータであり、制御装置５０のＲＯＭに格納されている。定常過剰率λａは、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて設定され、同じエンジン回転数Ｎｅであっても燃料噴射量Ｇｆが少ないほど値が大きくなる傾向を有する。これは、ＮＯｘの生成度合いに基づく。すなわち、燃料噴射量Ｇｆが少ない定常状態においては、燃焼温度および燃焼圧力が低いことでＮＯｘが生成されにくいため、より多くの空気をシリンダー１２に導入することで燃料を効率よく燃焼させる。これにより、エンジン１０の出力が効率よく得られるようになり、燃費の向上を図ることができる。一方、燃料噴射量Ｇｆが多い定常状態においては、燃焼温度および燃焼圧力が高くＮＯｘが生成されやすいため、シリンダー１２により多くのＥＧＲガスを導入する。これにより、ＮＯｘの生成を抑えることができる。

また、定常過剰率λａは、同じ燃料噴射量Ｇｆであってもエンジン回転数Ｎｅが高くなるほど値が小さくなる傾向を有する。これは、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、インジェクター１３の燃料噴射時間が短くなるとともに、シリンダー１２において作動ガスと燃料との混合時間、および、混合気の燃焼時間が短くなることに基づく。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが高い場合には、混合気が着火する前後において燃料と空気との混合時間が短いため、燃料が濃い領域がシリンダー１２内に形成されやすい。そのため、エンジン回転数Ｎｅが高いほど大きな値が定常過剰率λａに設定されることで、エンジン回転数Ｎｅが高いほどシリンダー１２に導入される空気が多くなる。これにより、燃料の濃い領域がシリンダー１２内に形成されにくくなる。

また、定常過剰率演算部５７は、冷却水温度Ｔｗに基づいて補間した値を定常過剰率λａとして演算する。例えば、定常過剰率演算部５７は、冷却水温度ＴｗがＴｗ１＜Ｔｗ＜Ｔｗ２である場合には、冷却水温度ＴｗがＴｗ１である定常過剰率マップ５８から得られる定常過剰率λａ１と、冷却水温度ＴｗがＴｗ２である場合の定常過剰率マップ５８から得られる定常過剰率λａ２とを演算する。そして、定常過剰率演算部５７は、冷却水温度Ｔｗ，Ｔｗ１，Ｔｗ２に基づいて定常過剰率λａ１，λａ２を補間することで定常過剰率λａを演算する。なお、冷却水温度Ｔｗ１に対応する定常過剰率λａ１は、冷却水温度Ｔｗ２に対応する定常過剰率λａ２よりも高い値である。これは、燃焼温度を高めることでシリンダーブロック１１やピストンを適正温度まですばやく上昇させるためである。

制御装置５０は、エンジン回転数センサー３４が検出したエンジン回転数ＮｅとＥＧＲ率演算部５６が演算したＥＧＲ率ηとに基づいて煙限界過剰率λｍｉｎを演算する煙限界過剰率演算部５９を備える。煙限界過剰率演算部５９は、ＥＧＲ率ηとエンジン回転数Ｎｅとを煙限界過剰率マップ６０に適用することで煙限界過剰率λｍｉｎを演算する。煙限界過剰率λｍｉｎは、エンジン回転数Ｎｅの下でＥＧＲ率ηの作動ガスがシリンダー１２に導入された場合に煙の発生が抑えられる、あるいは、煙の発生量が許容範囲に収まる煙限界を示す空気過剰率である。

図４に示すように、煙限界過剰率マップ６０は、ＥＧＲ率ηとエンジン回転数Ｎｅとに応じた煙限界過剰率λｍｉｎを規定したデータであり、制御装置５０のＲＯＭに格納されている。煙限界過剰率λｍｉｎは、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づき設定され、同じＥＧＲ率ηであってもエンジン回転数Ｎｅが高いほど大きくなる傾向を有する。これは、定常過剰率λａと同様、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、インジェクター１３での燃料噴射時間、シリンダー１２での混合時間および燃焼時間が短いことに基づく。

制御装置５０は、エンジン１０が過渡状態であると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第２過剰率λ２の暫定値として過渡過剰率λｂを演算する過渡過剰率演算部６１を備える。過渡過剰率演算部６１は、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとを過渡過剰率マップ６２に適用することで過渡過剰率λｂを演算する。

図５に示すように、過渡過剰率マップ６２は、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとに応じた過渡過剰率λｂを規定したデータであり、制御装置５０のＲＯＭに格納されている。過渡過剰率λｂは、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて設定され、同じ燃料噴射量Ｇｆであってもエンジン回転数Ｎｅが高くなるほど値が大きくなる傾向を有する。これは、定常過剰率λａと同様に、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、インジェクター１３における燃料噴射時間、シリンダー１２における混合時間および燃焼時間が短くなることに基づく。

また、過渡過剰率λｂは、同じエンジン回転数Ｎｅであっても燃料噴射量Ｇｆが多くなるほど値が大きくなる傾向を有する。これにより、同じエンジン回転数Ｎｅであっても燃料噴射量Ｇｆが多くなるほどシリンダー１２に導入される空気が多くなる。

制御装置５０は、エンジン１０の運転状態が定常状態であると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第１過剰率λ１を演算する第１過剰率演算部６３を備える。第１過剰率演算部６３は、定常過剰率演算部５７が演算した定常過剰率λａと煙限界過剰率演算部５９が演算した煙限界過剰率λｍｉｎとのうちの高い方を第１過剰率λ１として演算する。

制御装置５０は、エンジン１０の運転状態が過渡状態であると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第２過剰率λ２を演算する第２過剰率演算部６４を備える。第２過剰率演算部６４は、過渡過剰率演算部６１が演算した過渡過剰率λｂと煙限界過剰率演算部５９が演算した煙限界過剰率λｍｉｎとのうちの高い方を第２過剰率λ２として演算する。

制御装置５０は、最終的な空気過剰率の目標値である目標過剰率ｔλを演算する際に用いる係数ｋを演算する係数演算部６５を備える。この係数ｋは、目標過剰率ｔλに占める第１過剰率λ１の割合と第２過剰率λ２の割合とを示す値に設定される。係数演算部６５は、今回の燃料噴射量Ｇｆから前回の燃料噴射量Ｇｆを減算することにより燃料噴射量Ｇｆの変化量ΔＧｆを演算し、その変化量ΔＧｆを係数テーブル６６に適用することで係数ｋを演算する。燃料噴射量Ｇｆが増加しているとき、変化量ΔＧｆは正の値をとる。

図６に示すように、係数テーブル６６は、変化量ΔＧｆに対して一義的に係数ｋを規定したデータであり、制御装置５０のＲＯＭに格納されている。係数ｋは、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて設定される。係数テーブル６６には、第１の閾値ΔＧｆ１（＞０）以下の変化量ΔＧｆに係数ｋ＝０が対応付けられている。係数テーブル６６には、第１の閾値ΔＧｆ１よりも大きく、かつ、第２の閾値ΔＧｆ２（＞ΔＧｆ１）以下の変化量ΔＧｆ（ΔＧｆ１＜ΔＧｆ≦ΔＧｆ２）に、変化量ΔＧｆが大きいほど１に近づく係数ｋが対応付けられている。係数テーブル６６には、第２の閾値ΔＧｆ２よりも大きい変化量ΔＧｆに係数ｋ＝１が規定されている。

制御装置５０は、目標過剰率ｔλを設定する目標過剰率設定部６７を備える。目標過剰率設定部６７は、下記の関係式（１）に第１過剰率λ１、第２過剰率λ２、および、係数ｋを代入することにより得られる演算値を目標過剰率ｔλに設定する。
ｔλ＝（１−ｋ）×λ１＋ｋ×λ２ … （１）

制御装置５０は、次回の噴射タイミングにおける最大噴射量の予測値Ｇｆｍａｘを演算する噴射量予測部６８を備える。噴射量予測部６８は、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとに基づいて予測値Ｇｆｍａｘを演算する。

図７に示すように、噴射量予測部６８は、今回の燃料噴射量Ｇｆに対する燃料の単位増加量を示す角度θを規定するパラメーターとしてエンジン回転数Ｎｅを扱う。これは、エンジン回転数Ｎｅが高いほどシリンダー１２が吸入可能な空気量が多くなることから、燃料噴射量Ｇｆが同じであってもエンジン回転数Ｎｅによって次回の噴射タイミングにおける最大噴射量が異なることに基づく。噴射量予測部６８は、エンジン回転数Ｎｅに基づく単位増加量で今回の燃料噴射量Ｇｆを増量することにより予測値Ｇｆｍａｘを演算する。

制御装置５０は、次回の噴射タイミングにおける目標空気量ｔＧａを演算する目標空気量演算部６９を備える。目標空気量演算部６９は、目標過剰率設定部６７が設定した目標過剰率ｔλ、噴射量予測部６８が演算した予測値Ｇｆｍａｘ、および、量論混合比λｔｈを下記に示す関係式（２）に代入することにより目標空気量ｔＧａを演算する。
ｔＧａ＝ｔλ×Ｇｆｍａｘ×λｔｈ … （２）

制御装置５０は、次回の噴射タイミングにおけるＥＧＲガス量の目標値である目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒを演算する目標ＥＧＲ量演算部７０を備える。目標ＥＧＲ量演算部７０は、作動ガス量演算部５５が演算した作動ガス量Ｇｗｇから目標空気量演算部６９が演算した目標空気量ｔＧａを減算することで目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒを演算する。

制御装置５０は、ＥＧＲ弁２７の基本開度ＶＴｓｔを演算する基本開度演算部７１を備える。基本開度演算部７１は、目標ＥＧＲ量演算部７０が演算した目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒ、ＥＧＲ圧力センサー３５が検出したＥＧＲ圧力Ｐｅｇｒ、ＥＧＲ温度センサー３６が検出したＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ、吸気圧力センサー３１が検出した作動ガス圧力Ｐｗｇを下記の関係式（３）に代入することで、ＥＧＲ弁２７の基本開口面積Ａを演算する。関係式（３）において、「Ｒ」は気体定数であり、「κ」は排気ガスの比熱比である。基本開度演算部７１は、例えば開口面積に対する開度が一義的に規定された開度テーブルに基本開口面積Ａを適用することによって得られる開度を基本開度ＶＴｓｔとして演算する。

制御装置５０は、ＥＧＲ弁２７の開度をフィードバック制御するために基本開度ＶＴｓｔに加味するＦ／Ｂ開度ＶＴｆｂを演算するＦ／Ｂ開度演算部７２を備える。Ｆ／Ｂ開度演算部７２は、目標空気量演算部６９が演算した目標空気量ｔＧａと吸入空気量センサー３０の検出値である吸入空気量Ｇａとの偏差ΔＧａを演算する。Ｆ／Ｂ開度演算部７２は、偏差ΔＧａに比例ゲインを乗算した値と偏差ΔＧａの積算値に積分ゲインを乗算した値とを加算することによりＦ／Ｂ開度ＶＴｆｂを演算する。

制御装置５０は、ＥＧＲ弁２７に出力する指示開度ＶＴｃｏｍを演算する指示開度演算部７３を備える。指示開度演算部７３は、基本開度演算部７１が演算した基本開度ＶＴｓｔに対してＦ／Ｂ開度演算部７２が演算したＦ／Ｂ開度ＶＴｆｂを加味することにより指示開度ＶＴｃｏｍを演算する。

次に、上述した制御装置５０の動作の一例について、エンジン１０の運転状態が定常状態から急加速状態へと変化した場合を例にとって説明する。この際、変化量ΔＧｆは、第１の閾値ΔＧｆ１以下の値から第２の閾値ΔＧｆ２よりも大きい値へと変化する。

制御装置５０が取得した各種情報に基づいて、作動ガス量演算部５５は、作動ガス量Ｇｗｇを演算し、ＥＧＲ率演算部５６は、ＥＧＲ率ηを演算する。また、定常過剰率演算部５７は、定常状態における空気過剰率の目標値である第１過剰率λ１の暫定値として定常過剰率λａを演算する。煙限界過剰率演算部５９は、煙限界の空気過剰率である煙限界過剰率λｍｉｎを演算する。過渡過剰率演算部６１は、過渡状態における空気過剰率の目標値である第２過剰率λ２の暫定値として過渡過剰率λｂを演算する。そして、第１過剰率演算部６３は、定常過剰率λａと煙限界過剰率λｍｉｎとのうちの高い方を第１過剰率λ１として演算する。また、第２過剰率演算部６４は、過渡過剰率λｂと煙限界過剰率λｍｉｎとのうちの高い方を第２過剰率λ２として演算する。

エンジン１０が定常状態にあるとき、係数演算部６５は、係数ｋ＝０を演算し、目標過剰率設定部６７は、第１過剰率λ１を目標過剰率ｔλに設定する。エンジン１０の運転状態が定常状態から急加速状態に移行すると、変化量ΔＧｆが第１の閾値ΔＧｆ１を超えることで、係数演算部６５は、０よりも大きい係数ｋを演算する。これにより、目標過剰率設定部６７は、第１過剰率λ１の割合が少なく、かつ、第２過剰率λ２の割合が増加した演算値を目標過剰率ｔλに設定する。そして、変化量ΔＧｆが大きくなるにつれて、係数演算部６５は、１に近い係数ｋを演算し、目標過剰率設定部６７は、第２過剰率λ２の割合がさらに増加した演算値を目標過剰率ｔλに設定する。やがて変化量ΔＧｆが第２の閾値ΔＧｆ２を超えると、係数演算部６５は、係数ｋ＝１を演算し、目標過剰率設定部６７は、第２過剰率λ２を目標過剰率ｔλに設定する。

目標空気量演算部６９は、目標過剰率ｔλと最大噴射量の予測値Ｇｆｍａｘとに基づき目標空気量ｔＧａを演算する。この目標空気量ｔＧａは、次回の噴射タイミングにおいて最大噴射量の燃料が噴射されたとしても煙の発生が抑えられる空気量である。目標ＥＧＲ量演算部７０は、目標空気量ｔＧａを作動ガス量Ｇｗｇから減算することで目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒを演算する。そして、指示開度演算部７３は、目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒに基づく基本開度ＶＴｓｔと、目標空気量ｔＧａと吸入空気量Ｇａとの偏差ΔＧａに基づくＦ／Ｂ開度ＶＴｆｂとに基づいてＥＧＲ弁２７の指示開度ＶＴｃｏｍを演算する。

すなわち、定常状態から過渡状態へとエンジン１０の運転状態が移行した場合、目標過剰率ｔλは、定常状態に適した空気過剰率から過渡状態に適した空気過剰率へと徐々に変化していく。これにより、ＥＧＲ弁２７の開度は、定常状態に適した開度から過渡状態に適した開度へと連続的に制御される。

上記実施形態の制御装置５０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）エンジン１０の運転状態が定常状態から過渡状態へ変化すると、ＥＧＲ弁２７の開度は、定常状態に適した開度から過渡状態に適した開度へと連続的に制御される。そのため、吸気通路１６に対して過剰なＥＧＲガスが導入されにくくなり、過渡状態における煙の発生が抑えられる。

特に、ターボチャージャー１７を備えたエンジン１０では、運転状態が低速の定常状態から過渡状態に変化すると、エンジン回転数Ｎｅの上昇と過給圧の上昇との間に時間差が生じる場合がある。こうした場合、ターボチャージャー１７による過給が不十分な状態のままで、ＥＧＲ弁２７の開度が過渡状態に応じた開度に制御されると、吸気通路１６に過剰なＥＧＲガスが導入されてしまう。この点、上記制御装置５０は、ＥＧＲ弁２７の開度を過渡状態に適した開度へと徐々に制御することで、ターボチャージャー１７を備えたエンジン１０であっても過渡状態における煙の発生が抑えられる。

（２）次回の噴射タイミングにおける最大噴射量の予測値Ｇｆｍａｘに基づいて目標空気量ｔＧａが演算され、作動ガス量Ｇｗｇと目標空気量ｔＧａとの差分が目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒとして演算される。そのため、次回の噴射タイミングに最大噴射量の燃料が噴射されたとしても、燃焼時における空気の不足が抑えられる。

（３）第１過剰率演算部６３は、定常過剰率λａと煙限界過剰率λｍｉｎとの高い方を第１過剰率λ１として演算する。同様に、第２過剰率演算部６４は、過渡過剰率λｂと煙限界過剰率λｍｉｎとの高い方を第２過剰率λ２として演算する。そのため、第１過剰率λ１および第２過剰率λ２の双方が煙限界過剰率λｍｉｎ以上の値に設定される。その結果、目標過剰率ｔλを煙限界過剰率λｍｉｎ以上の値に維持することができる。

（４）定常過剰率λａは、同じエンジン回転数Ｎｅであっても燃料噴射量Ｇｆが少ないほど値が大きくなる傾向を有する。これにより、同じエンジン回転数Ｎｅであっても燃料噴射量Ｇｆが少ないほど、シリンダー１２に導入される空気が多くなる。その結果、燃料を効率よく燃焼させることができ、エンジン１０を効率よく運転させることができる。

（５）定常過剰率λａは、同じ燃料噴射量Ｇｆに対してエンジン回転数Ｎｅが高くなるほど値が小さくなる傾向を有する。これにより、混合気の混合時間および混合気の燃焼時間が短いほどシリンダー１２に導入される空気が多くなる。その結果、燃料の濃い領域がシリンダー１２内に形成されにくくなる。

（６）過渡過剰率λｂは、同じ燃料噴射量Ｇｆに対してエンジン回転数Ｎｅが高いほど値が大きくなる傾向を有する。これにより、上記（５）と同様に、燃料の濃い領域がシリンダー１２内に形成されにくくなる。

（７）煙限界過剰率λｍｉｎは、同じＥＧＲ率ηに対してエンジン回転数Ｎｅが高いほど大きくなる傾向を有する。その結果、上記（５）と同様に、燃料が濃い領域がシリンダー１２内に形成されにくくなる。

（８）第１の閾値ΔＧｆ１よりも変化量ΔＧｆが大きい場合、エンジン１０の運転状態は、単位時間あたりのアクセル開度ＡＣＣの増加量が所定値よりも大きい急加速状態であることが好ましい。こうした構成によれば、係数ｋ＝０の状態と係数ｋ＞０の状態との間で係数ｋが切り替わる頻度が抑えられる。その結果、ドライバーへ違和感を与えるほどの空気量の変化が抑えられる。

（９）制御装置５０は、基本開度ＶＴｓｔにＦ／Ｂ開度ＶＴｆｂを加味した開度を指示開度ＶＴｃｏｍとして演算する。これにより、現在の吸入空気量Ｇａと目標空気量ｔＧａとの偏差ΔＧａを加味した開度へとＥＧＲ弁２７が制御され、目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒと実際に吸気通路１６に導入されるＥＧＲ量との差を小さくすることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・制御装置５０は、予測値Ｇｆｍａｘに基づいて目標空気量ｔＧａを演算している。一方、定常状態においては、次回の噴射タイミングにおいて燃料噴射制御部３８がインジェクター１３に指示する燃料噴射量Ｇｆは、予測値Ｇｆｍａｘよりも小さい値である。そのため、過渡過剰率λｂは、同じエンジン回転数Ｎｅおよび同じ燃料噴射量Ｇｆに対応付けられている定常過剰率λａ以下の値に設定されていることが好ましい。こうした構成によれば、定常状態において、過渡状態よりも多くの空気がシリンダー１２に導入されることから、煙の発生を抑えつつ、エンジン１０を効率よく運転させることができる。

・制御装置５０において、Ｆ／Ｂ開度演算部７２は、目標空気量ｔＧａと吸入空気量Ｇａの偏差ΔＧａに基づくＦ／Ｂ開度ＶＴｆｂに限らず、例えば、目標ＥＧＲ量ｔＧｅｇｒと現在のＥＧＲ量との偏差に基づきＦ／Ｂ開度ＶＴｆｂを演算してもよい。現在のＥＧＲ量は、例えば、ＥＧＲ通路２５にＥＧＲガスの流量を検出するセンサーを設け、そのセンサーの検出値でもよい。また例えば、排気通路２０に排気ガスの流量を検出するセンサーを設け、作動ガス量Ｇｗｇからそのセンサーの検出値を減算した値でもよい。

・制御装置５０において、Ｆ／Ｂ開度演算部７２は割愛されてもよい。すなわち、制御装置５０は、基本開度ＶＴｓｔを指示開度としてＥＧＲ弁２７の開度を制御してもよい。
・第１の閾値ΔＧｆ１は、エンジン１０の運転状態が急加速状態よりも燃料噴射量Ｇｆの変化量ΔＧｆが緩やかな加速状態のときに変化量ΔＧｆが超える値であってもよい。

・定常過剰率λａは、同じエンジン回転数Ｎｅであっても燃料噴射量Ｇｆが少ないほど大きい傾向を有するものに限られない。定常過剰率λａは、定常状態における空気過剰率の目標値になり得る値であればよく、例えば、特定のエンジン回転数Ｎｅにおいては燃料噴射量Ｇｆに関わらず一定の値でもよい。また、定常過剰率λａの求め方は、定常過剰率マップ５８を用いた方法に限らず、制御装置５０に入力される各種情報を所定の関係式に対して選択的に代入する方法であってもよい。

・煙限界過剰率λｍｉｎは、同じＥＧＲ率であってもエンジン回転数Ｎｅが高いほど大きい傾向を有するものに限られない。煙限界過剰率λｍｉｎは、煙限界を満足する空気過剰率であればよく、例えば、エンジン回転数Ｎｅに関わらず、ＥＧＲ率ごとに一定の値であってもよい。また、煙限界過剰率λｍｉｎの求め方は、煙限界過剰率マップ６０を用いた方法に限らず、制御装置５０に入力される各種情報を所定の関係式に対して選択的に代入する方法であってもよい。

・過渡過剰率λｂは、同じ燃料噴射量であってもエンジン回転数Ｎｅが高いほど大きい傾向を有するものに限られない。過渡過剰率λｂは、過渡状態における空気過剰率の目標値になり得る値であればよく、例えば、特定のエンジン回転数Ｎｅにおいては燃料噴射量Ｇｆに関わらず一定の値でもよい。また、過渡過剰率λｂの求め方は、過渡過剰率マップ６２を用いた方法に限らず、制御装置５０に入力される各種情報を所定の関係式に対して選択的に代入する方法であってもよい。

・制御装置５０は、煙限界過剰率演算部５９を備えていなくともよい。この場合、定常過剰率演算部５７が第１過剰率演算部に設定され、過渡過剰率演算部６１が第２過剰率演算部に設定される。

・制御装置５０は、過渡過剰率演算部６１を備えていなくともよい。この場合、定常過剰率演算部５７が第１過剰率演算部に設定され、煙限界過剰率演算部５９が第２過剰率演算部に設定される。

・噴射量予測部６８は、アクセル開度ＡＣＣとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて最終的な目標燃料噴射量を演算し、その目標燃料噴射量と今回の燃料噴射量Ｇｆとの偏差に基づいて最大噴射量の予測値Ｇｆｍａｘを演算してもよい。

・定常過剰率演算部５７は、例えば、外気温Ｔａｔｍに基づいて補間した値を定常過剰率λａとして演算してもよいし、冷却水温度Ｔｗと外気温Ｔａｔｍとに基づいて補間した値を定常過剰率λａとして演算してもよい。

１０…ディーゼルエンジン、１０ａ…クランクシャフト、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…排気通路、２２…タービン、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、２７…ＥＧＲ弁、３０…吸入空気量センサー、３１…吸気圧力センサー、３２…吸気温度センサー、３４…エンジン回転数センサー、３５…ＥＧＲ圧力センサー、３６…ＥＧＲ温度センサー、３７…冷却水温センサー、３８…燃料噴射制御部、５０…制御装置、５５…作動ガス量演算部、５６…ＥＧＲ率演算部、５７…定常過剰率演算部、５８…定常過剰率マップ、５９…煙限界過剰率演算部、６０…煙限界過剰率マップ、６１…過渡過剰率演算部、６２…過渡過剰率マップ、６３…第１過剰率演算部、６４…第２過剰率演算部、６５…係数演算部、６６…係数テーブル、６７…目標過剰率設定部、６８…噴射量予測部、６９…目標空気量演算部、７０…目標ＥＧＲ量演算部、７１…基本開度演算部、７２…Ｆ／Ｂ開度演算部、７３…指示開度演算部。

Claims (5)

1. 目標ＥＧＲ量に基づきＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ弁の制御装置であって、
   エンジンが定常状態にあると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第１過剰率を演算する第１過剰率演算部と、
   前記エンジンが過渡状態にあると仮定した場合の空気過剰率の目標値である第２過剰率を演算する第２過剰率演算部と、
   前記第１過剰率、前記第２過剰率、および、燃料噴射量の変化量に基づき目標過剰率を設定する目標過剰率設定部と、
   次回の燃料噴射時における最大噴射量の予測値を演算する噴射量予測部と、
   前記目標過剰率に前記予測値と量論混合比とを乗算することで目標空気量を演算する目標空気量演算部と、
   前記エンジンが吸入する作動ガス量から前記目標空気量を減算することで前記目標ＥＧＲ量を演算する目標ＥＧＲ量演算部とを備え、
   前記目標過剰率設定部は、
   前記変化量が第１の閾値以下の場合に、前記第１過剰率を前記目標過剰率に設定し、
   前記変化量が前記第１の閾値よりも大きく、かつ、第２の閾値以下の場合に、前記変化量が大きいほど、前記第１過剰率の割合が少なく、かつ、前記第２過剰率の割合が大きい値を前記目標過剰率に設定し、
   前記変化量が前記第２の閾値よりも大きい場合に、前記第２過剰率を前記目標過剰率に設定するＥＧＲ弁の制御装置。
2. エンジン回転数と前記燃料噴射量とに応じた前記第１過剰率の暫定値である定常過剰率を規定した定常過剰率マップを参照して前記定常過剰率を演算する定常過剰率演算部と、
   前記エンジン回転数と前記燃料噴射量とに応じた前記第２過剰率の暫定値である過渡過剰率を規定した過渡過剰率マップを参照して前記過渡過剰率を演算する過渡過剰率演算部と、
   前記エンジン回転数とＥＧＲ率とに応じた煙限界の空気過剰率である煙限界過剰率を規定した煙限界過剰率マップを参照して前記煙限界過剰率を演算する煙限界過剰率演算部とを備え、
   前記第１過剰率演算部は、前記定常過剰率と前記煙限界過剰率とのうちの大きい方を前記第１過剰率として演算し、
   前記第２過剰率演算部は、前記過渡過剰率と前記煙限界過剰率とのうちの大きい方を前記第２過剰率として演算する
   請求項１に記載のＥＧＲ弁の制御装置。
3. 前記過渡過剰率マップには、同じ前記燃料噴射量に対して、前記エンジン回転数が高いほど大きい前記過渡過剰率が対応付けられている
   請求項２に記載のＥＧＲ弁の制御装置。
4. 前記煙限界過剰率マップには、同じ前記ＥＧＲ率に対して、前記エンジン回転数が高いほど大きい前記煙限界過剰率が対応付けられている
   請求項２または３に記載のＥＧＲ弁の制御装置。
5. 前記定常過剰率マップには、同じ前記エンジン回転数に対して、前記燃料噴射量が少ないほど大きい前記定常過剰率が対応付けられている
   請求項２〜４のいずれか一項に記載のＥＧＲ弁の制御装置。

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