JP2016211487A - Ｖｇｔターボ搭載車のｅｇｒガス量制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡期においても的確なＥＧＲ制御ができるＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法及びその装置を提供する。【解決手段】エンジン１０の吸排気系にＶＧＴターボ２２が接続され、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標ブースト圧と目標ＥＧＲガス量となるようにＶＧベーン３５とＥＧＲバルブ３３を制御するＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法において、運転過渡期のＶＧベーン開度に対するＥＧＲバルブの開度を設定した過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ４５を設定し、過渡期に、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて設定されるＶＧベーン開度を基に過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ４５からＥＧＲ開度を制御するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、ＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法及びその装置に係り、特に過渡期でのＥＧＲガス量を的確に制御できるＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法及びその装置に関するものである。

ＥＧＲ（排ガス再循環；Exhaust Gas Recirculation）は、エンジンからの排ガスの一部をエンジンの吸入空気に混入させることで、ＮＯｘ排出量を低減させる技術であり、排気管と吸気管をＥＧＲ管でつなぎ、排気圧力と吸気圧力の差でＥＧＲガスを吸気管を介してエンジンに導入させるものである。ＥＧＲ量の調整は、ＥＧＲ管にＥＧＲバルブを接続し、ＥＧＲバルブの開度調整することで行う。

このＥＧＲは、時々刻々と変化するエンジンの運転状態に合わせてＥＧＲガス量を調整することは重要であり、ＥＧＲガス量が少ないとＮＯｘ排出量が多くなり、またＥＧＲ量を必要以上に多くすると、煤の発生や失火による運転不良が生じる。

従来においては、エンジンの運転状態に合わせて、すなわちエンジン回転数と燃料噴射量に基づいてＥＧＲバルブ開度を設定している。また、ＥＧＲガス量を多くすると吸入空気量の絶対量が不足するため、可変容量過給機（ＶＧＴターボ）のＶＧベーンの開度を絞りブースト圧（過給圧）を上げるようにしている。

この際、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて目標ブースト圧を設定し、その目標ブースト圧と実ブースト圧の偏差に基づいて、ＶＧベーンの開度を制御すると共に目標ブースト圧に対して設定したＥＧＲガス量となるようにＥＧＲバルブの開度を補正している。

特開２０１０−１４４６７５号公報 特開２０１０−２４９５０７号公報 特開２０１２−０６７６６２号公報 特開２０１４−２０６８０２号公報

しかしながら、従来では、目標ブースト圧と実ブースト圧の偏差から設定しているため、ＶＧベーンの開度を考慮されておらず、特に過渡期においては、過給応答遅れにより、ＥＧＲバルブを望ましい開度まで閉じることができていなかった。

ＥＧＲバルブの制御は、定常運転状態では、設定された開度値となる。しかし、定常状態から変化を伴う過渡状態（加速時など）では、目標ブースト圧が高くなるよう設定され、実ブースト圧を上げるべくＶＧベーンの開度が小さくなるよう制御するが、同時に排圧も上昇するため、ＥＧＲバルブの制御が追従せず、ＥＧＲ量も同時に多くなってしまい、最適なＥＧＲガス量とはならない問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、過渡期においても的確なＥＧＲ制御ができるＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの吸排気系にＶＧＴターボが接続され、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標ブースト圧と目標ＥＧＲガス量となるようにＶＧベーンとＥＧＲバルブを制御するＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法において、運転過渡期のＶＧベーン開度に対するＥＧＲバルブの開度を設定した過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップを設定し、過渡期に、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて設定されるＶＧベーン開度を基に前記過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップからＥＧＲ開度を制御することを特徴とするＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法である。

過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップは、ＶＧベーン開度とＥＧＲバルブ開度が比例するように作成され、過渡期に制御されるＶＧベーン開度を基に、過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップからＥＧＲバルブが制御されるのが好ましい。

また本発明は、エンジンの吸排気系にＶＧＴターボが接続され、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標ブースト圧と目標ＥＧＲガス量となるようにＶＧベーンとＥＧＲバルブを制御するＶＧＴターボ制御部とＥＧＲバルブ制御部を備えたＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御装置において、過渡期に、ＶＧＴターボ制御部とＥＧＲバルブ制御部とで制御するＶＧベーンとＥＧＲバルブの開度を設定した過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップを備えたことを特徴とするＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御装置である。

エンジン回転数に基づいて、目標ブースト圧を設定する目標ブースト圧マップと、目標ＥＧＲ開度を設定する目標ＥＧＲ開度マップとを備えると共に、エンジン回転数に対して目標ＶＧＴ開度を設定する目標ＶＧＴ開度マップとを備え、定常状態時に、ＶＧＴターボ制御部は、目標ブースト圧マップと目標ＶＧＴ開度マップを基にＶＧベーン開度を制御し、ＥＧＲバルブ制御部は、目標ＥＧＲ開度マップを基にＥＧＲバルブ開度を制御し、過渡期に、ＶＧＴターボ制御部とＥＧＲバルブ制御部は、過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップを基にＶＧベーンとＥＧＲバルブの開度を制御するのが好ましい。

本発明は、過渡期のＥＧＲ制御を、過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップに基づいて制御することで、的確なＥＧＲ制御が行えるという優れた効果を発揮する。

本発明におけるＶＧＴターボ搭載車の概略を示す図である。 本発明において、燃料噴射量に対するエンジン回転数と目標ブースト圧のマップを示す図である。 本発明において、燃料噴射量に対するエンジン回転数と目標ＶＧＴベーン開度のマップを示す図である。 本発明において、燃料噴射量に対するエンジン回転数と目標ＥＧＲ開度のマップを示す図である。 本発明において、過渡期におけるＶＧベーン開度に対するＥＧＲ開度のマップを示す図である。 本発明において、過渡期におけるＶＧベーン開度とＥＧＲ開度の経時変化を示す図である。 本発明と従来例における過渡期におけるＥＧＲ量の経時変化を示す図である。 従来での過渡期の制御を示し、（ａ）は、車速変化、（ｂ）は過給圧経時変化、（ｃ）はＥＧＲバルブ開度の経時変化、（ｄ）は、ＶＧベーン開度の経時変化、（ｅ）は、排圧の経時変化、（ｆ）はＥＧＲガス量の経時変化を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、ＶＧＴターボ搭載車の概略を示したもので、エンジン１０のシリンダブロック１１には、シリンダー１１ｃ毎に、クランク軸１２とコンロッド１３を介して上下動するピストン１４が設けられる。シリンダブロック１１上のシリンダヘッド１５には、シリンダー１１ｃ毎に燃料を噴射する燃料インジェクタ１６が設けられると共に吸気弁１７と排気弁１８とが設けられる。

エンジン１０への吸気は、ＶＧＴターボ２２のコンプレッサ２２ｃで昇圧され、吸気管２３からインタークーラ２４を通り、吸気スロットルバルブ２５で吸気量が調整され、吸気マニホールド２６から吸気弁１７を介してシリンダー１１ｃに吸気される。

各シリンダー１１ｃからの排気は、排気弁１８を介して排気マニホールド２７に排気された後、排気系としての排気管２８を通してＶＧＴターボ２２のターボ２２ｔを駆動し、ターボ２２ｔの下流の排気管２８に設けた排気ブレーキバルブ２９を通し、ＮＯｘ触媒と触媒コートＤＰＦ等からなる後処理装置３０にて排気中のＮＯｘとＰＭ（パティキュレートマター）が除去されて大気に排気される。

また排気マニホールド２７の排気の一部は、ＥＧＲ管３１、ＥＧＲクーラ３２、ＥＧＲバルブ３３を介して吸気マニホールド２６に再循環されるようになっている。

ＶＧＴターボ２２のターボ２２ｔには、翼角度可変のＶＧベーン３５が設けられ、そのＶＧベーン３５の開度を調整するベーン開度調整装置３６が設けられる。

このＶＧＴターボ搭載車において、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０には、吸気マニホールド２６の近くの吸気管２３に設けたブースト圧センサ１９からのブースト圧や、アクセル開度や、エンジン回転数などの運転情報２１が入力され、それらに基づいて、ＥＣＵ２０が、燃料インジェクタ１６を開閉制御して燃料噴射量を制御すると共に、ＶＧベーン３５の開度を制御してブースト圧を目標ブースト圧になるように制御し、またＥＧＲバルブ３３の開度を目標ＥＧＲガス量となるように制御するようになっている。

これを詳しく説明すると、ＥＣＵ２０には、ＥＧＲバルブ制御部４０、ＶＧＴターボ制御部４１が備えられると共に目標ブースト圧マップ４２、目標ＶＧＴ開度マップ４３、目標ＥＧＲ開度マップ４４が備えられる。

ＶＧＴターボ制御部４１は、燃料噴射量をパラメータとしたエンジン回転数に対する目標ブースト圧の関係を記憶した目標ブースト圧マップ４２から、現エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて目標ブースト圧を求めると共に、燃料噴射量をパラメータとしたエンジン回転数に対する目標ＶＧＴ開度の関係を記憶した目標ＶＧＴ開度マップ４３からＶＧベーン３５の開度を決定し、そのＶＧベーン３５を決定した開度に制御すると共に、ブースト圧センサ１９からの実ブースト圧と目標ブースト圧の偏差を基に、設定したＶＧベーン３５の開度を補正するようになっている。

ＥＧＲバルブ制御部４０は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて、目標ＥＧＲ開度マップ４４から目標ＥＧＲ開度を求めて、ＥＧＲバルブ３３の開度を制御する。

本発明においては、目標ブースト圧マップ４２、目標ＶＧＴ開度マップ４３、目標ＥＧＲ開度マップ４４の他に過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ４５を備えることで、加速・減速時の過渡期のＥＧＲ開度を的確に行えるようにしたものである。

以下に、本発明のＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法を説明する。

図２は、目標ブースト圧マップ４２の概略を示したもので、燃料噴射量とエンジン回転数を基にした目標ブースト圧の関係を示したものである。この図２では、燃料噴射量を一定とし、燃料噴射量が大、中、小のときのエンジン回転数に対する目標ブースト圧の関係をグラフで示しているが、目標ブースト圧マップ４２には、各燃料噴射量とエンジン回転数毎に目標ブースト圧が記憶されている。

図３は、目標ＶＧＴ開度マップ４３の概略を示したもので、燃料噴射量とエンジン回転数を基にした目標ＶＧＴ開度の関係を示したものである。この図３では、燃料噴射量を一定とし、燃料噴射量が大、中、小のときのエンジン回転数に対する目標ＶＧＴ開度の関係をグラフで示しているが、目標ＶＧＴ開度マップ４３には、各燃料噴射量とエンジン回転数毎に目標ＶＧＴ開度が記憶されている。

図４は、目標ＥＧＲ開度マップ４４の概略を示したもので、燃料噴射量とエンジン回転数を基にした目標ＥＧＲ開度の関係を示したものである。この図４では、燃料噴射量を一定とし、燃料噴射量が大、中、小のときのエンジン回転数に対する目標ＥＧＲ開度の関係をグラフで示しているが、目標ＥＧＲ開度マップ４４には、各燃料噴射量とエンジン回転数毎に目標ＥＧＲ開度が記憶されている。

図５は、過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ４５の概略を示したもので、実線ｐは本発明のＶＧベーンの開度に対するＥＧＲバルブの開度変化、点線ｎは、従来のＥＧＲバルブの開度変化を示したものである。

先ず、ＶＧＴターボ搭載車が定常状態で走行した場合について説明する。

ＶＧＴターボ搭載車の定常状態で走行しているとき、ＶＧＴターボ制御部４１は、定常状態でのエンジン回転数と燃料噴射量を基に、目標ブースト圧マップ４２から目標ブースト圧を求めると共に、目標ＶＧＴ開度マップ４３から目標ＶＧＴ開度を求め、その開度となるようにＶＧベーン３５の開度を制御する。

次に、ＥＧＲバルブ制御部４０は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて、目標ＥＧＲ開度マップ４４から目標ＥＧＲ開度を求めて、ＥＧＲバルブ３３の開度を制御する。

目標ＶＧＴ開度マップ４３によるＶＧベーン３５の開度制御は、過給圧・排圧一定としたときの開度であり、運転状態が変化するとブースト圧も変化するため、ＶＧＴターボ制御部４１は、ブースト圧センサ１９から入力される実ブースト圧と目標ブースト圧との偏差を求め、その偏差を基にＶＧベーン３５の開度を補正する。

このようにして、定常状態では、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて、適正なＶＧＴ開度とＥＧＲ開度に設定される。

しかし、加速や減速時の過渡期においては、応答遅れがあり、ＶＧベーン３５の開度とＥＧＲバルブ３３の開度が適正に制御できない。

図８は、目標ブースト圧マップ４２、目標ＶＧＴ開度マップ４３、目標ＥＧＲ開度マップ４４で、ＶＧＴ開度とＥＧＲ開度を制御したときのＶＧベーン３５の開度とＥＧＲバルブ３３の開度の変化を示したものである。

先ず、図８（ａ）に示すように加速で車速が急上昇したとき、燃料噴射量とエンジン回転数で求まる目標ブースト圧の変化は、図８（ｂ）の点線ｃに示すように上昇するが、実際の実ブースト圧変化は、実線ｄのように変化する。

この場合、初期には、目標ブースト圧と実ブースト圧の偏差が少なく、偏差δが大きくなると、その分ＥＧＲバルブの制御量も大となるため、ＥＧＲバルブ開度は、図８（ｃ）に点線ｅで示す定常時のＥＧＲ開度変化に対して、実線ｆに示すＥＧＲバルブ開度変化となる。

また、ＶＧベーン開度は、差δによるフィードバック制御で、図８（ｄ）に点線ｇで示す定常時のＶＧベーン開度変化に対して実線ｈの点線ｇで示すようになる。

このように、ＥＧＲバルブとＶＧベーンが制御されると、図８（ｅ）に点線ｉで示す定常時の排圧変化に対して、フィードバック制御されたＶＧベーン開度変化は実線ｊに示すように定常時の排圧に対して高いものとなる。

この結果、図８（ｆ）に、点線ｋで示す定常時のＥＧＲ量変化（目標ＥＧＲ）に対して、目標過給圧と偏差により修正されたＥＧＲバルブ開度に基づくＥＧＲガス量変化は、実線ｌとなるが、実際には、図８（ｅ）に実線ｊで示した排圧の上昇により、実線ｍで示すようにＥＧＲガス量が多くなってしまう。

そこで、本発明では、図５の過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ４５を用いてＥＧＲバルブを制御するようにしたものである。

この過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ４５は、実線ｐで示すように、ＶＧベーン開度とＥＧＲバルブ開度は、比例関係となるように設定する。

すなわち定常時のマップでＥＧＲバルブを制御すると、過渡期には点線ｎで示したようにＶＧベーン開度が変化してもＥＧＲ開度が変化せず、これが原因で排圧が上がり、ＥＧＲガス量が増大する原因となっている。

そこで、過渡期においては、ＶＧベーン開度とＥＧＲバルブ開度を比例関係を持たせて制御することで、ＥＧＲガス量を目標値に制御することが可能となる。

この本発明の過渡期の制御を図６、図７により説明する。

図６は過渡期におけるＶＧベーンとＥＧＲバルブ開度の経時変化を示し、図７は、ＥＧＲガス量の経時変化を示したものである。

図６において、ＥＧＲバルブ開度を、実線ｆ（図８（ｃ）で説明した実線ｆ）、ＶＧベーンの開度を実線ｈ（図８（ｄ）で説明した実線ｈ）のように制御すると、図７に示すようにＥＧＲバルブ開度に基づくＥＧＲガス量変化の点線ｌ（図８（ｆ）で説明した実線ｌ）に対して、実線ｍ（図８（ｅ）で説明した実線ｊ）で示したように排圧の上昇によりＥＧＲガス量が多くなってしまう。

これに対して、本発明は、図５に実線ｐで示すようにＶＧベーンの変化と比例させてＥＧＲバルブの開度を制御することで、図７の実線ｒに示すように定常時の目標ＥＧＲと同じＥＧＲとすることが可能となる。

これにより、加速時の過渡期においても適正なＥＧＲガス量とすることができる。

また、減速時の過渡期においても、図５の過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ４５を用いて制御することで、適正なＥＧＲガス量とすることができる。

１０ エンジン
２２ ＶＧＴターボ
３３ ＥＧＲバルブ
３５ ＶＧベーン
４５ 過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップ

Claims (4)

1. エンジンの吸排気系にＶＧＴターボが接続され、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標ブースト圧と目標ＥＧＲガス量となるようにＶＧベーンとＥＧＲバルブを制御するＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法において、運転過渡期のＶＧベーン開度に対するＥＧＲバルブの開度を設定した過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップを設定し、過渡期に、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて設定されるＶＧベーン開度を基に前記過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップからＥＧＲ開度を制御することを特徴とするＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法。
2. 過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップは、ＶＧベーン開度とＥＧＲバルブ開度が比例するように作成され、過渡期に制御されるＶＧベーン開度を基に、過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップからＥＧＲバルブが制御される請求項１記載のＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御方法。
3. エンジンの吸排気系にＶＧＴターボが接続され、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標ブースト圧と目標ＥＧＲガス量となるようにＶＧベーンとＥＧＲバルブを制御するＶＧＴターボ制御部とＥＧＲバルブ制御部を備えたＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御装置において、過渡期に、ＶＧＴターボ制御部とＥＧＲバルブ制御部とで制御するＶＧベーンとＥＧＲバルブの開度を設定した過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップを備えたことを特徴とするＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御装置。
4. エンジン回転数に基づいて、目標ブースト圧を設定する目標ブースト圧マップと、目標ＥＧＲ開度を設定する目標ＥＧＲ開度マップとを備えると共に、エンジン回転数に対して目標ＶＧＴ開度を設定する目標ＶＧＴ開度マップとを備え、定常状態時に、ＶＧＴターボ制御部は、目標ブースト圧マップと目標ＶＧＴ開度マップを基にＶＧベーン開度を制御し、ＥＧＲバルブ制御部は、目標ＥＧＲ開度マップを基にＥＧＲバルブ開度を制御し、過渡期に、ＶＧＴターボ制御部とＥＧＲバルブ制御部は、過渡期ＶＧＴ−ＥＧＲ開度マップを基にＶＧベーンとＥＧＲバルブの開度を制御する請求項３記載のＶＧＴターボ搭載車のＥＧＲガス量制御装置。

Images