JP2017048755A - Ｅｇｒ制御方法及びｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態のときに学習を実施してＥＧＲ率０％時の状態を誤学習してしまい、自車の周囲の大気成分が偏っていない通常の環境に戻った時に誤ったＥＧＲ率を推定してしまうのを防止する。
【解決手段】自車の排気再循環のために大気成分を学習するとき又は学習する前に自車の周囲の状況を検知し、検知した自車の周囲の状況に基づき、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態であると判断した場合には、大気成分の学習を中止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＥＧＲ制御方法及びＥＧＲ制御装置に関する。

主として排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）低減や燃費向上を目的として、自動車用の小型内燃機関において燃焼後の排気ガスの一部を再度吸気させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）という技術が知られている。このＥＧＲに関連する技術として、特許文献１に、ＥＧＲの作動中においても大気圧を学習すると共に大気圧の学習の精度を向上させる大気圧学習装置が開示されている。

特開２００９−２９９５９９号公報

ＥＧＲにおいて、吸気酸素センサを用いて吸気ガスの中に占めるＥＧＲガス（再循環した排気ガス）の割合を示すＥＧＲ率の推定の精度を向上させる方法として、大気から空気を取り入れたばかりのＥＧＲ率０％時（新気）の状態を学習する方法が知られている。しかし、渋滞路を走行中に自車の前方の車両の排気ガスを吸気した状態や、トンネル走行時等の特殊環境下において周囲に充満した排気ガスを吸気した状態のように、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態で学習を実施してしまうと、ＥＧＲ率０％時の状態を誤学習してしまい、自車の周囲の大気成分が偏っていない通常の環境に戻った時に誤ったＥＧＲ率を推定してしまう可能性がある。

本発明の目的は、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態の場合には大気成分の学習を中止するＥＧＲ制御方法及びＥＧＲ制御装置を提供することである。

本発明の一態様に係るＥＧＲ制御方法及びＥＧＲ制御装置では、自車の排気再循環のために大気成分を学習するとき又は学習する前に、自車の周囲の状況を検知し、検知した自車の周囲の状況に基づき、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態であると判断した場合には、大気成分の学習を中止する。

本発明の一態様によれば、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態の場合には大気成分の学習を中止することで、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態のときに学習を実施してＥＧＲ率０％時の状態を誤学習してしまい、自車の周囲の大気成分が偏っていない通常の環境に戻った時に誤ったＥＧＲ率を推定してしまうのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置と連携するＥＧＲ制御装置の構成例を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置の構成例を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置の中核となる電子制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態におけるＥＧＲ率の変動について説明するための図である。 乾燥空気と湿潤空気とのそれぞれのガス組成について説明するための図である。

次に、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成部品については以下の説明を参酌して判断すべきものである。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下の詳細な説明では、本発明の一実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。

＜実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置について説明する。
（ＥＧＲ制御装置）
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、排気還流システム１００を制御する。この排気還流システム１００では、例えば４ストロークサイクルの火花点火式ガソリン機関からなる内燃機関１の下流側には、排気ガスを通過させるための排気通路２が配置されている。この排気通路２には、タービンを動力とする過給機３と、排気ガスの一部を分流させることにより過給機３の排気タービン３ａへの排気ガスの流入量を調節するバルブ機構であるウェイストゲートバルブ４とが配置されている。ここでは、排気通路２は二股に分岐し、一方に過給機３が配置され、他方にウェイストゲートバルブ４が配置されている。この過給機３及びウェイストゲートバルブ４の下流側には、排気マニホールドの集合部における排気浄化装置としてマニ触媒５が配置されている。マニ触媒５の下流側には、車両床下部における排気浄化装置として床下触媒６が配置されている。この床下触媒６の下流側には、排気消音器７が配置されている。この排気消音器７を介して排気通路２は外部へ開放され、排気通路２を通過してきた排気ガスは外部へ放出される。

また、内燃機関１の上流側には、吸気ガスを通過させるための吸気通路８が配置されている。この吸気通路８は、吸気口であるエアインテーク９を介して外部へ開放され、このエアインテーク９から吸気ガスとして外部の空気を取り入れる。このエアインテーク９の下流側には、吸気ガスの温度及び吸入量を検出する温度センサ付エアフロメータ１０が配置されている。

ここで、排気通路２と吸気通路８との間には、マニ触媒５の下流かつ床下触媒６の上流において排気通路２から分岐し、温度センサ付エアフロメータ１０の下流において吸気通路８と合流する循環通路１１が配置されている。この循環通路１１は、排気通路２から吸気通路８へ排気ガスの一部をＥＧＲガスとして通過させる。この循環通路１１には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１２が配置されている。このＥＧＲクーラー１２の下流側には、排気側から吸気側へのＥＧＲガスの流入量を調節するＥＧＲバルブ１３と、このＥＧＲバルブ１３の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ１４とが配置されている。このＥＧＲバルブ１３及び差圧センサ１４の下流側において、循環通路１１は吸気通路８と合流する。吸気通路８を通過する吸気ガスは、循環通路１１を通過してきたＥＧＲガスと混合することにより、混合ガスとなる。

吸気通路８において、循環通路１１との合流地点の下流側には、吸気通路８から分岐したバイパス通路１５が配置されている。このバイパス通路１５は、吸気通路８と並列に設けられ、吸気通路８を通過する混合ガスを二手に分流し、吸気通路８と共に過給機３のコンプレッサ３ｂへ混合ガスを送り込む。この過給機３のコンプレッサ３ｂは、上記の排気タービン３ａが排気ガスを利用して高速回転した際の回転力により駆動し、吸気通路８とバイパス通路１５との両方から流入した混合ガスを圧縮して下流側に送り出す。この過給機３のコンプレッサ３ｂの下流側には、コンプレッサ３ｂでの圧縮により温度が上がった混合ガスを冷却するための冷却装置であるインタークーラー１６が配置されている。このインタークーラー１６の下流側には、混合ガスの中に占めるＥＧＲガスの割合を示すＥＧＲ率を計測するための吸気酸素センサ１７が配置されている。吸気酸素センサ１７の下流側には、吸入空気量を制御する電子制御式のスロットルバルブ１８が配置されている。このスロットルバルブ１８の下流側には、内燃機関１に流入する混合ガスを蓄えるためのスロットルチャンバ―１９が配置されている。

なお、図示しないが、内燃機関１は、例えば直噴型の構成であり、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射バルブを気筒毎に備えている。吸気通路８は、内燃機関１の前段において、吸気マニホールドとして内燃機関１の気筒毎に分岐している。上記燃料噴射バルブにおける燃料噴射量は、吸気酸素センサ１７の検出信号に基づき、電子制御装置２０によってフィードバック制御されている。

吸気通路８に吸入された空気量を示す吸入空気量は、吸気通路８のコンプレッサ３ｂの上流側に配置された温度センサ付エアフロメータ１０によって検出され、この検出信号は、電子制御装置２０に入力されている。電子制御装置２０は、電子制御によりスロットルバルブ１８を開閉してスロットルチャンバ―１９への混合ガスの流入量を調節する。スロットルチャンバ―１９は、内燃機関１に混合ガスを送り出す際に、内燃機関１の各気筒への吸気配分を均一にする。また、内燃機関１には、クランクケースの圧力を逃がすための通気口となるＰＣＶバルブ１ａが配置されている。

更に、図２に示すように、本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、撮像装置２１と、測距装置２２と、自車位置取得装置２３と、地図情報取得装置２４とを備える。

撮像装置２１は、車両Ａ（以下、自車）に取り付けられ、自車の周囲の車両を撮像し、その車両の画像を電子制御装置２０に出力する。例えば、撮像装置２１は、広角レンズ又は魚眼レンズを搭載したフロントカメラである。第１実施形態では、撮像装置２１は、自車の前部に取り付けられ、自車の前方の車両（以下、先行車）を画像として撮像し、その画像を電子制御装置２０に出力する。

測距装置２２は、自車に取り付けられ、自車の周囲の車両に電磁波を照射し、その反射波を検出し、その反射波に基づく情報を電子制御装置２０に出力する。例えば、測距装置２２は、レーザーレンジファインダー（ＬＲＦ）、レーザレーダ等である。第１実施形態では、測距装置２２は、先行車にレーザー光を照射し、照射したレーザー光に対する反射光を受光し、受光した反射光から、先行車の距離及び方位と、反射光の強度を示す反射強度とを、反射光データとして取得し、その反射光データを電子制御装置２０に出力する。

自車位置取得装置２３は、自車の位置（座標、相対位置等）を取得する。例えば、自車位置取得装置２３は、カーナビゲーションシステム用のＧＰＳ受信機等である。また、自車位置取得装置２３は、無線通信（路車間通信又は車車間通信でも可）等の通信システムを介して自車の位置を取得しても良い。また、自車位置取得装置２３は、撮像装置２１や測距装置２２、若しくは自車の各種センサ類等を用いて、自車の位置を検出しても良い。

地図情報取得装置２４は、地図情報を取得する。例えば、地図情報取得装置２４は、カーナビゲーションシステム用の地図データベース等である。なお、地図情報取得装置２４は、無線通信（路車間通信又は車車間通信でも可）等の通信システムを介して外部から地図情報を取得しても良い。この場合、地図情報取得装置２４は、定期的に最新の地図情報を入手して、保有する地図情報を更新しても良い。また、地図情報取得装置２４は、自車が実際に走行した走路を地図情報として蓄積しても良い。第１実施形態では、地図情報取得装置２４は、地図情報として、少なくとも、地図上の走路境界線を示す走路境界線情報と、地図上の走路端を示す走路端情報とを取得する。

電子制御装置２０は、上記の排気還流システム１００に設けられた各種センサ類、撮像装置２１、測距装置２２、自車位置取得装置２３、及び地図情報取得装置２４の各々と連携し、これらの装置からの情報を取得して大気成分の学習を行い、その学習結果に基づき、上記の排気還流システム１００の各部を制御する。電子制御装置２０の詳細については後述する。

（電子制御装置の詳細）
図３に示すように、電子制御装置２０は、大気学習部２０ａと、周囲状況検知部２０ｂと、学習中止部２０ｃと、学習再開部２０ｄとを備える。

大気学習部２０ａは、上記の排気還流システム１００に設けられた各種センサ類からの情報に基づき、自車の排気再循環のために大気成分を学習し、上記の排気還流システム１００の各部を制御する。
例えば、図４（ａ）に示すように、大気学習部２０ａは、ＥＧＲ率０％時（新気）の吸気酸素センサ１７の出力結果を基準として、その値とＥＧＲ時の吸気酸素センサ１７の出力結果との相対比較をすることで、部品個体差と劣化による感度低下の影響とを相殺する。ここで、図４（ｂ）に示すように、大気学習部２０ａは、新気でのキャリブレーション時に、新気内の湿度を計測し、その計測結果を用いてＥＧＲ率換算テーブルの値を変更する。なお、湿度は、大気中に含まれる水蒸気量を数値で表したものである。例えば、図５に示すように、新気内の湿度が高いと、水蒸気を含有している分だけ、全体のガス組成に対しての相対酸素濃度が低下する。

ＥＧＲ率の算出式は、以下のように表記される。
ＥＧＲ率＝（Ｏ_２_ａｉｒ−Ｏ_２_ｍｉｘ）÷（Ｏ_２_ａｉｒ−Ｏ_２_ｅｘｈ）
Ｏ_２_ａｉｒ：大気中の酸素濃度
Ｏ_２_ｍｉｘ：大気から取り入れた空気とＥＧＲガスとの混合ガス中の酸素濃度
Ｏ_２_ｅｘｈ：排気ガス中の酸素濃度

ここで、理論空燃比（ストイキ）での燃焼の場合、排気ガス中の酸素濃度は０となるため、この場合のＥＧＲ率の算出式は、以下のように表記される。
ＥＧＲ率＝（Ｏ_２_ａｉｒ−Ｏ_２_ｍｉｘ）÷Ｏ_２_ａｉｒ
したがって、この場合には、大気中の酸素濃度（Ｏ_２_ａｉｒ）と、混合ガス中の酸素濃度（Ｏ_２_ｍｉｘ）とを測定すれば、ＥＧＲ率を算出できる。

周囲状況検知部２０ｂは、自車の周囲の状況を検知する。
例えば、周囲状況検知部２０ｂは、自車の前方に存在する先行車を検知する。ここでは、周囲状況検知部２０ｂは、撮像装置２１で撮像された画像、及び測距装置２２で得られた反射光データのうち少なくとも一方に基づき、先行車を検知する。
若しくは、周囲状況検知部２０ｂは、カーナビゲーションシステムからの情報に基づき地図上での自車の現在走行中の場所を検知する。ここでは、周囲状況検知部２０ｂは、自車位置取得装置２３で取得された自車の位置と、地図情報取得装置２４で取得された地図情報とに基づいて、自車の現在位置に対応する地図上の所在位置を特定する。

学習中止部２０ｃは、周囲状況検知部２０ｂで検知した自車の周囲の状況に基づき、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態であると判断した場合には、大気学習部２０ａでの大気成分の学習を中止する。このとき、学習中止部２０ｃは、大気学習部２０ａでの大気成分の学習を中止した旨を、学習再開部２０ｄに通知するようにしても良い。

例えば、学習中止部２０ｃは、周囲状況検知部２０ｂで検知した先行車との距離に基づき、自車の周囲の大気成分が先行車の排気ガス成分の影響を受けるほど先行車との距離が近いと判断した場合には、上記の偏った状態であると判断する。

若しくは、学習中止部２０ｃは、周囲状況検知部２０ｂで検知した地図上での自車の現在走行中の場所に基づき、自車の周囲の大気成分が局所的に偏っていると推測される場所を自車が現在走行中であると判断した場合には、上記の偏った状態であると判断する。
例えば、学習中止部２０ｃは、自車がトンネル内、都市部及び工業地帯のいずれかを現在走行中であると判断した場合には、自車の周囲の大気成分が局所的に偏っていると推測される場所を自車が現在走行中であると判断する。
このとき、学習中止部２０ｃは、地図上での自車の現在走行中の場所が、地図上の主要都市や中核都市、又は複数の建物や道路の密集地帯等である場合に、自車が都市部を現在走行中であると判断しても良い。また、学習中止部２０ｃは、地図上での自車の現在走行中の場所の周囲に工場を示す地図記号等がある場合に、自車が工業地帯を現在走行中であると判断しても良い。

学習再開部２０ｄは、大気学習部２０ａでの大気成分の学習を中止した後、周囲状況検知部２０ｂで検知した自車の周囲の状況に基づき、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態から通常の状態に戻ったと判断した場合には、大気学習部２０ａでの大気成分の学習を再開する。このとき、学習再開部２０ｄは、大気学習部２０ａでの大気成分の学習を再開した旨を、学習中止部２０ｃに通知するようにしても良い。

（変形例）
上記の説明では、周囲状況検知部２０ｂは、撮像装置２１や測距装置２２を用いて、自車の前方に存在する先行車を検知している。但し、実際には、周囲状況検知部２０ｂは、撮像装置２１や測距装置２２に限らず、路車間通信や車車間通信等により、自車の前方に存在する先行車を検知するようにしても良い。

また、本実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、自車が渋滞に巻き込まれている場合にも、大気成分の学習を中止するようにしても良い。
例えば、周囲状況検知部２０ｂは、無線通信又は路車間通信等により交通情報や渋滞情報等を取得し、取得した交通情報や渋滞情報等に基づき、自車が走行中の道路が渋滞中であることを検知する。若しくは、周囲状況検知部２０ｂは、自車の走行速度が一定時間継続して所定の閾値を下回っている場合に、自車が走行中の道路が渋滞中であることを検知する。
学習中止部２０ｃは、周囲状況検知部２０ｂで自車が走行中の道路が渋滞中であることを検知し、自車の周囲の大気成分が先行車の排気ガス成分の影響を受けて偏った状態であると判断した場合には、大気学習部２０ａでの大気成分の学習を中止する。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）本実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、自車の排気再循環のために大気成分を学習するとき又は学習する前に自車の周囲の状況を検知し、検知した自車の周囲の状況に基づき、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態であると判断した場合には、大気成分の学習を中止する。
これにより、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態のときに学習を実施してＥＧＲ率０％時の状態を誤学習してしまい、自車の周囲の大気成分が偏っていない通常の環境に戻った時に誤ったＥＧＲ率を推定してしまうのを防止する。

（２）本実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、自車の前方に存在する先行車を検知し、検知した先行車との距離に基づき、自車の周囲の大気成分が先行車の排気ガス成分の影響を受けるほど先行車との距離が近いと判断した場合には、上記の偏った状態であると判断する。
これにより、先行車の排出する排気ガス成分を含んだ状態で大気成分を学習してしまい、その状態から偏っていない通常の環境に戻った時に誤ったＥＧＲ率を推定してしまうのを防止することができる。

（３）本実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、カーナビゲーションシステムからの情報に基づき地図上での自車の現在走行中の場所を検知し、検知した地図上での自車の現在走行中の場所に基づき、自車の周囲の大気成分が局所的に偏っていると推測される場所を自車が現在走行中であると判断した場合には、上記の偏った状態であると判断する。
これにより、局所的に大気成分が偏った場所で大気成分を学習してしまい、その状態から大気成分が偏っていない通常の環境に戻った時に誤ったＥＧＲ率を推定してしまうのを防止することができる。

（４）本実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、自車がトンネル内、都市部及び工業地帯のいずれかを現在走行中であると判断した場合には、自車の周囲の大気成分が局所的に偏っていると推測される場所を自車が現在走行中であると判断する。
これにより、自車が、局所的に大気成分が偏った場所と推測されるトンネル内、都市部及び工業地帯のいずれかを現在走行中である場合に大気成分を学習してしまい、通常の環境に戻った時に誤ったＥＧＲ率を推定してしまうのを防止することができる。

以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。

１００ 排気還流システム
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 過給機
３ａ 排気タービン
３ｂ コンプレッサ
４ ウェイストゲートバルブ
５ マニ触媒
６ 床下触媒
７ 排気消音器
８ 吸気通路
９ エアインテーク
１０ 温度センサ付エアフロメータ
１１ 循環通路
１２ ＥＧＲクーラー
１３ ＥＧＲバルブ
１４ 差圧センサ
１５ バイパス通路
１６ インタークーラー
１７ 吸気酸素センサ
１８ スロットルバルブ
１９ スロットルチャンバ―
２０ 電子制御装置
２０ａ 大気学習部
２０ｂ 周囲状況検知部
２０ｃ 学習中止部
２０ｄ 学習再開部
２１ 撮像装置
２２ 測距装置
２３ 自車位置取得装置
２４ 地図情報取得装置

Claims (5)

1. 自車の排気再循環のために大気成分を学習するとき又は学習する前に自車の周囲の状況を検知し、
   検知した自車の周囲の状況に基づき、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態であると判断した場合には、大気成分の学習を中止することを特徴とするＥＧＲ制御方法。
2. 自車の前方に存在する先行車を検知し、
   検知した前記先行車との距離に基づき、自車の周囲の大気成分が前記先行車の排気ガス成分の影響を受けるほど前記先行車との距離が近いと判断した場合には、前記偏った状態であると判断する請求項１に記載のＥＧＲ制御方法。
3. カーナビゲーションシステムからの情報に基づき地図上での自車の現在走行中の場所を検知し、
   検知した地図上での自車の現在走行中の場所に基づき、自車の周囲の大気成分が局所的に偏っていると推測される場所を自車が現在走行中であると判断した場合には、前記偏った状態であると判断する請求項１又は２に記載のＥＧＲ制御方法。
4. 自車がトンネル内、都市部及び工業地帯のいずれかを現在走行中であると判断した場合には、自車の周囲の大気成分が局所的に偏っていると推測される場所を自車が現在走行中であると判断する請求項３に記載のＥＧＲ制御方法。
5. 自車の排気再循環のために大気成分を学習する大気学習部と、
   自車の周囲の状況を検知する周囲状況検知部と、
   検知した自車の周囲の状況に基づき、自車の周囲の大気成分が通常の環境と異なる偏った状態であると判断した場合には、大気成分の学習を中止する学習中止部と、
   を備えることを特徴とするＥＧＲ制御装置。

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