JP3551717B2 - エンジンのｅｇｒ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲ量（吸気系に還流される排気ガス量）を制御するエンジンのＥＧＲ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジン等にあっては、排気ガス中の有害成分であるＮＯｘの発生を抑制するために、吸気通路に不活性の排気ガスを再循環させる、いわゆるＥＧＲ装置が設けられている。
【０００３】
しかし、吸気通路に不活性の排気ガスを再循環させてＮＯｘの発生を抑制すると、燃焼雰囲気が酸素不足となるため、排気微粒子やＨＣ、ＣＯ等の排出量が増える傾向がある。
【０００４】
このＮＯｘと排気微粒子のトレードオフの関係は、エンジン高負荷時、あるいはＥＧＲ量が多くなり空気過剰率が低い運転条件で顕著になり、ＮＯｘと排気微粒子の排出量を同時に減らすためには、ＥＧＲ量を運転条件に応じて精密に制御する必要がある。また、過渡運転時のノック音を低減するためにも、ＥＧＲ量の制御精度を高めることは有効である。
【０００５】
ＥＧＲ量を制御する装置として、例えば特開昭５７−１４８０４８号公報に開示されたものは、エンジンに吸入される空気量と新気量をそれぞれ検出し、両者の差をＥＧＲ量と見なし、ＥＧＲ率（＝ＥＧＲ量／新気量）が目標ＥＧＲ率と一致するように、ＥＧＲ通路の開口面積がＥＧＲ弁を介して調節されるようになっている。これにより、ＥＧＲ弁を流れる排気ガスの挙動を考慮しなくても、目標のＥＧＲ率に制御でき、ＥＧＲ弁の詰まりを自己補正することができる。
【０００６】
しかし、この従来装置は、目標ＥＧＲ量に対して実測されるＥＧＲ量がずれた場合、ＥＧＲ弁の開口面積をどのように制御させればよいかを適合させる必要があり、例えばＰＩ制御ならば、Ｐ分Ｉ分を適合させなければならい。また、回転数、負荷、ＥＧＲ弁開度等の運転条件により、ＥＧＲ弁の開度変化に対するＥＧＲ量の変化が一定でないため各種補正が必要であり、ＥＧＲ量を運転条件に応じて精密に制御することが難しい。
【０００７】
これに対処して、ＥＧＲ弁を流れる排気ガス流量を制御する装置として、例えば特開平２−１１８５８号公報に開示されたものは、ＥＧＲ弁の前後差圧を計測し、目標ＥＧＲ率が得られるＥＧＲ弁と吸気絞り弁の開度を調節するようになっている。これは、ＥＧＲ弁を通過する排気ガスの流れを１次元非圧縮性流体として考え、ＥＧＲ率の目標値と実測値の差分に応じて、ＥＧＲ弁の開度の所要変化量を求めるため、ＥＧＲ弁のアクチュエータそのものの制御定数のみを適合させればよい。
【０００８】
しかし、加速や減速といった過渡運転時のＥＧＲ量を精密に制御しようとする場合、センサやアクチュエータの作動遅れ、あるいは作動流体の遅れがあるため、これらを考慮した制御を行う必要がある。
【０００９】
これに対処して、特開平８−１２８３５９号公報に開示されたものは、センサやアクチュエータの作動遅れ、あるいは作動流体の遅れに応じてＥＧＲ弁の開度を進み補正することにより、過渡運転時のＥＧＲの制御精度を高めるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来装置にあっては、運転状態の変化をエンジン回転数および吸気管内の圧力センサによって検出すると、燃料噴射量が増量されてすでに空気過剰率が低下してからＥＧＲ弁の開度を補正することになり、車両の発進時や変速時に、ＰＭ、スス、ＮＯｘの増大や、発生トルクの低下を防ぐことができない。
【００１１】
さらに、排気ガスがＥＧＲ弁を通過してシリンダに流入するまでの無駄時間の設定も過去の推定値を選択して補正するため、運転条件の変化や環境の変化により無駄時間が変化した場合、補正が過大になったり不足して所期の効果が得られない。
【００１２】
例えば、エアフロメータや圧力センサで検出した吸気量を目標値としてＥＧＲ量を制御する場合、吸気量に対してＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するこになるが、過渡運転時の目標値の変化速度に対して、アクチュエータやセンサ、作動流体の応答が遅く、図２２に示すように、フィードバックゲインを大きくすると、吸気量の変動幅が大きくなる。
【００１３】
こうしたＥＧＲ量のフィードバック制御における、アクチュエータやセンサ、作動流体の応答遅れを予測し、センサ検出値に遅れ相当分を上乗せして出力したり、アクチュエータの目標値を進み補正する場合、フィードフォワード制御要素によるゲイン向上が見込める。
【００１４】
しかし、図２３に示すように、吸気圧や吸気量の増加に対してＥＧＲ量が減少する特性を持たせることになるが、ＥＧＲ弁の摩耗により開口面積が拡大した場合やターボチャージャ等の排気後処理装置の作動によって排圧が上昇した場合、図２３に示す特性がずれるため、ＥＧＲ量の制御値に誤差を持つ。
【００１５】
このような誤差は、ＥＧＲ弁の前後差圧を検知することで補正できると思われがちであるが、高温ガスの圧力を検出するセンサは、検出精度が低く、しかも図２４に示すようにＥＧＲ量が増えるのに伴って、ＥＧＲ弁の前後差圧に対するＥＧＲ量の誤差が小さくなるため、センサを設けることによってかえってＥＧＲ量の誤差が大きくなる可能性がある。
【００１６】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンのＥＧＲ制御装置において、過渡運転時におけるＥＧＲ量の制御応答性を改善することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、エンジンの排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に介装されるＥＧＲ弁とを備え、目標ＥＧＲ量が得られるようにＥＧＲ弁の開度を制御するエンジンのＥＧＲ制御装置において、吸気通路に流入する吸気量を実測吸気量として検出する吸気量検出手段と、運転条件に応じて予め設定された目標ＥＧＲ率を検索する目標ＥＧＲ率検索手段と、実測吸気量と目標ＥＧＲ率に応じて目標ＥＧＲ量を演算する目標ＥＧＲ量演算手段と、排気ガスがＥＧＲ弁を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量を進み処理する目標ＥＧＲ進み処理手段と、運転条件と目標ＥＧＲ率に応じて基準吸気量を演算する基準吸気量演算手段と、実測吸気量と基準吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正する目標ＥＧＲ量補正手段と、実測吸気量に応じて吸気圧Ｐｍを演算する吸気圧演算手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン負荷から排ガス量Ｑｅｘｈを推定する排ガス量推定手段と、排気温度Ｔｍｐｅｈを推定する手段と、排ガス量Ｑｅｘｈ及び排気温度Ｔｍｐｅｈに基づいて排気圧Ｐｅｘｈを演算する排気圧演算手段と、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算してＥＧＲ差圧を検出するＥＧＲ差圧検出手段と、目標ＥＧＲ量とＥＧＲ差圧に応じてＥＧＲ弁の開度を演算するＥＧＲ弁開度演算手段と、を備え、前記排気圧演算手段は以下の式から排気圧Ｐｅｘｈを演算する、
排気圧Ｐｅｘｈ＝定数×Ｑｅｘｈ 2 ×Ｔｍｐｅｈ
ただし、Ｐｅｘｈ：排気圧、
Ｑｅｘｈ：排気量、
Ｔｍｐｅｈ：排気温度、
であるものとした。
【００１８】
請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記基準吸気量を実測吸気量の時間的変化と一致させるように遅れ処理する遅れ処理手段を備えるものとした。
【００１９】
請求項３に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記目標ＥＧＲ率演算手段の演算周期に対して前記目標ＥＧＲ量補正手段の演算周期を長くする構成とした。
【００２１】
請求項４に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、前記排気通路に排気圧力を変化させる排気後処理装置を備えるものとした。
【００２２】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、センサで検出される実測吸気量に対して目標ＥＧＲ量をフィードバック制御することにより、定常的な運転ではセンサで検出される実測吸気量の変化分だけＥＧＲ量を調節するため、エンジンの運転環境の変化や、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ量を精密に制御できる。
【００２３】
実測吸気量とＥＧＲ差圧に応じてＥＧＲ量を制御することにより、ＥＧＲ弁のアクチュエータそのものの制御定数のみを適合させればよく、大量ＥＧＲ時におけるＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【００２４】
排気ガスがＥＧＲ弁を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量を進み処理することにより、過渡運転時におけるＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【００２５】
さらに、目標ＥＧＲ率と運転条件に応じて基準吸気量を演算し、基準吸気量と実測吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正することにより、排圧の変化に対してＥＧＲ量の制御応答性が高められる。
【００２６】
このようにして、過渡運転時のＥＧＲ制御応答性を確保することと、エンジンの運転環境が変化したり、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ制御精度を確保することを、特別なデバイスを追加することなく両立し、エンジンの出力性能、排気性能を改善し、ノック音の発生等を防止できる。また実測吸気量に応じて吸気圧Ｐｍを演算し、エンジン負荷から排ガス量Ｑｅｘｈを推定し、排ガス量Ｑｅｘｈと、運転状態に基づいて算出した排気温度相当値とに基づいて排気圧Ｐｅｘｈを、排気圧Ｐｅｘｈ＝定数×Ｑｅｘｈ 2 ×Ｔｍｐｅｈとして演算する。こうして求められる吸気圧Ｐｍと排気圧Ｐｅｘｈに応じて、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。これにより、ＥＧＲ差圧ＤｌｐはＥＧＲ通路の前後差圧となり、ＥＧＲ量が多い運転時でもＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて目標ＥＧＲ量に対する要求ＥＧＲ弁の開度を的確に算出することができる。
【００２７】
請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、基準吸気量を実測吸気量の時間的変化と一致させるように遅れ処理をすることにより、目標ＥＧＲ量を過渡運転時においても目標ＥＧＲ量を精度よく補正できる。
【００２８】
請求項３に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、運転条件に応じて前記目標ＥＧＲ率を演算する周期に対して前記実測吸気量と基準吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正する周期を長くしても、ＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【００３０】
請求項４に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、排気後処理装置の作動によって排気通路に排気圧力が変化しても、基準吸気量と実測吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正することにより、ＥＧＲ量の制御精度を確保できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジンに適用した実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジン等に適用することも可能である。
【００３２】
図１に示すように、ディーゼルエンジンに備えられる分配型燃料噴射ポンプ５０は、ドライブシャフト５２により駆動されるフィードポンプ５３によって燃料が吸引される。フィードポンプ５３からポンプ室５５に供給された燃料は、吸入ポート５６を通って高圧プランジャポンプ５７に送られる。
【００３３】
プランジャポンプ５７のプランジャ５８は、継手７９を介してドライブシャフト５２によりエンジン回転に同期して、エンジン回転数の１／２の速度で回転駆動される。
【００３４】
プランジャ５８に固定されたカムディスク５９は、エンジンの気筒数と同数のフェイスカムをもち、回転しながらローラリング６１に配設されたローラ６２を乗り越えるたびに、スプリング６９に抗してプランジャ５８を所定のカムリフトだけ往復運動する。プランジャ５８の回転往復運動により、吸入ポート５６からプランジャ５８に刻まれた吸入スリットを介してプランジャ高圧室５４に吸引された燃料が分配ポート６３よりデリバリーバルブ６４を通って各気筒の噴射ノズル７７へと圧送される。
【００３５】
プランジャ５８が図中右側に移動してプランジャ高圧室５４から分配スリットを経て分配ポート６３へと燃料を圧送する過程で、カットオフポートの開口部がコントロールスリーブ６６の図中右側端部を越えると圧送されていた燃料が低圧ポンプ室５５へと開放される。
【００３６】
燃料噴射量は、プランジャ５８に形成されたカットオフポートを開閉するコントロールスリーブ６６の位置によって決められる。すなわち、コントロールスリーブ６６を図中右側に変位させると、燃料噴射時期が遅くなって燃料噴射量が増加し、図中左側に変位させると燃料噴射時期が早まって燃料噴射量が減少するのである。
【００３７】
コントロールスリーブ６６の位置を自動的に調節する電子制御式ガバナとしてロータリソレノイド７１が設けられる。ロータリソレノイド７１はロータ７２を回転運動させ、その先端に偏心して設けられたボールを介してコントロールスリーブ６６を直線運動させる。
【００３８】
燃料噴射時期は、タイマーピストン７５によりローラリング６１を介してフェイスカムをローラ６２に対して相対回転させることによって調整される。
【００３９】
図２にも示すように、タイマーピストン７５の両端部には低圧室８５と高圧室８６が画成され、タイマーピストン７５の両端部に作用する油圧差をタイミングコントロールバルブ７６を介して調節することにより、タイマーピストン７５を移動させてローラリング６１を回転させ、フェイスカムがローラ６２に乗り上げる時期を変化させるようになっている。
【００４０】
ロータリソレノイド７１とタイミングコントロールバルブ７６の制御手段として備えられるコントロールユニット７０は、ロータリソレノイド７１の制御電圧を予めマップ情報として設定し、スタータスイッチ８０からの信号、アクセル開度センサ８１によって検出されるアクセル開度Ａｃｃ、ポンプ回転数センサ８２によって検出されるエンジン回転数Ｎｅ、水温センサ８３によって検出されるエンジン水温Ｔｗ、ノズルリフトセンサ８４によって検出される噴射ノズル７７の開弁時期等を入力し、これら検出された運転条件に応じて適切な燃料噴射量と燃料噴射時期を演算し、演算された燃料噴射量をロータリソレノイド７１の制御電圧に変換して出力するとともに、演算された燃料噴射時期をタイミングコントロールバルブ７６のデューティ信号として出力する。なお、図中６５は燃料温度センサである。
【００４１】
図３のフローチャートは燃料噴射量Ｑｓｏｌを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット７０にて一定周期毎に実行される。
【００４２】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射ポンプ５０のコントロールレバー開度ＣＬを読込む。
【００４３】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖが図４に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅとコントロールレバー開度ＣＬに応じて検索される。
【００４４】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖに対してエンジン水温等の各種補正が行われて、燃料噴射量Ｑｓｏｌが求められる。
【００４５】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、最大燃料噴射量Ｑｓｏｌ１ＭＡＸが図５に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと過給圧Ｐｍに応じて検索され、燃料噴射量Ｑｓｏｌが最大燃料噴射量Ｑｓｏｌ１ＭＡＸを超えないように制限される。
【００４６】
図６はディーゼルエンジンに備えられるＥＧＲ装置の概略を示している。エンジン２０の排気通路２と吸気通路１のインテークマニホールド８を結ぶＥＧＲ通路３が設けられ、ＥＧＲ通路３の途中にはＥＧＲ弁４が介装される。ＥＧＲ弁４の開度が大きくなるほど、ＥＧＲ通路３を介して吸気通路１に還流されるＥＧＲ量は増大する。ＥＧＲ弁４はステップモータ５によって駆動される。Ｓｔｅｐモータ５のステップ数がコントロールユニット３０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、ＥＧＲ弁４の開度が調節される。
【００４７】
吸気通路１にはＥＧＲ通路３の合流部より上流側にバタフライ式の吸気絞り弁９が介装される。吸気絞り弁９はダイヤフラム式アクチュエータ６を介して開閉作動する。吸気絞り弁９より下流側の吸気通路１には、吸気絞り弁９の開度が小さくなるのに伴って吸入負圧が発生し、ＥＧＲ通路３を介して吸気通路１に還流されるＥＧＲ量が増大する。
【００４８】
ダイヤフラム式アクチュエータ６は、バキュームポンプ（図示せず）から電磁弁２１を介して導かれる負圧と、電磁弁２２とオリフィス２３を介して導かれる負圧に応じて作動する。電磁弁２１と電磁弁２２の開度がコントロールユニット３０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、吸気絞り弁９の開度が調節される。
【００４９】
吸気通路１の絞り弁９より上流側に熱線式のエアフロメータ１２が設置される。通電により加熱されるホットワイヤ（発熱抵抗体）はその抵抗値が吸入空気量に応じて変化するので、吸入新気量Ｑａｃに応じた信号を出力する。
【００５０】
なお、インテークマニホールド８に吸気圧力Ｐｍに応じた信号を出力する吸気圧センサを介装してもよい。また、排気通路２に排気圧力Ｐｅｘｈに応じた信号を出力する排気圧センサを介装してもよい。
【００５１】
図７に示すように、排気通路２には排気浄化用の触媒コンバータ１５が設置され、排気中のＨＣ，ＣＯの酸化と、ＮＯｘの還元が同時に行われる。
【００５２】
排気通路２の触媒コンバータ１５より上流側にはターボチャージャ１６のタービンが介装される。ターボチャージャ１６は、排気ガスの圧力エネルギによりタービンを介してコンプレッサを駆動し、吸気を過給する。
【００５３】
吸気通路１のターボチャージャ１６のコンプレッサより下流側にはインタークーラ１９が介装される。インタークーラ１９によって吸気が冷却される。
【００５４】
吸気通路１の各吸気ポートより直上流側には、バタフライ式のスワールコントロールバルブ１７が設けられる。スワールコントロールバルブ１７の開度によってシリンダに流入する吸気の速度成分が変えられ、シリンダに生起される吸気旋回流の勢力を調節するようになっている。
【００５５】
図８に示すように、ＥＧＲ弁４の開度を制御するコントロールユニット３０は、エンジン回転数検出手段１０１、エンジン負荷検出手段１０２、吸気量検出手段１０３、吸気温検出手段１０４、ＥＧＲ弁４の開度検出手段１０５を備える。
【００５６】
ＥＧＲ通路３の一端が接続する吸気通路１の圧力Ｐｍを演算する手段１０８と、ＥＧＲ通路３の他端が接続する排気通路２の圧力Ｐｅｘｈを演算する手段１０９とを備える。ＥＧＲ量演算手段１０９は、ＥＧＲ差圧Ｄｌｐ（＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍ）と実測吸気量Ｑａｃおよび目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒに応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｃを演算する。ここでは、後述するように、ＥＧＲ弁４のステップモータ５の作動遅れやセンサの応答遅れ等を予測し、排気ガスがＥＧＲ弁４を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｃを進み処理する。
【００５７】
一方、目標ＥＧＲ量設定手段１０６はエンジン回転数とエンジン負荷等の運転条件に応じて目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを設定する。
【００５８】
基準吸気量設定手段１０７は、エンジン回転数とエンジン負荷等の運転条件と目標ＥＧＲ値Ｍｅｇｒに応じて基準吸気量を設定する。
【００５９】
補正係数演算手段１１１は、実測吸気量Ｑａｃと基準吸気量Ｑａｃｆの比Ｑａｃ／Ｑａｃｆに応じて補正係数Ｒｑａｃｆを演算する。
【００６０】
ＥＧＲ量補正手段１１２は、補正係数Ｒｑａｃｆに応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋを補正する。
【００６１】
ＥＧＲ弁開度演算手段１１３は、目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋに応じてＥＧＲ弁４の開度Ａｅｖｆを演算する。
【００６２】
図９のフローチャートは吸入新気量Ｑａｃを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して実行される（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００６３】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エアフロメータ（ＡＦＭ）１２から送られるスロットルバルブ９より上流の空気量に応じた出力電圧を読込む。
【００６４】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、出力電圧が予め設定されたマップに基づいてリニアライズ処理され、エアフロメータ１２を通過する吸気量を求める。Ｓｔｅｐ３では、吸気量の加重平均処理を行って加重平均値Ｑａｓ０を算出する。
【００６５】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、エンジン回転数Ｎｅを読み込む。Ｓｔｅｐ５では前記したＱａｓ０とＮｅ及び定数ＫＣＯＮ＃から、一シリンダ当たりの吸気量Ｑａｃ０を、Ｑａｃ０＝Ｑａｓ０／Ｎｅ×ＫＣＯＮ＃として演算する。Ｓｔｅｐ６ではインテークマニホールド８のコレクタ入口の新気量Ｑａｃｎを、Ｑａｓ０のｎ回演算分のディレイ処理を行うことにより算出する。
【００６６】
そして、Ｓｔｅｐ７ではシリンダ吸入新気量Ｑａｃを、Ｓｔｅｐ６で求めた新気量Ｑａｃｎを容積比Ｋｖｏｌと体積効率相当値Ｋｉｎを用いて次のようにして演算する。
【００６７】
Ｑａｃ＝Ｑａｃｎ−１×（１−Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎ）＋Ｑａｃｎ×Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎただし、Ｋｖｏｌ＝Ｖｃ／Ｖｍで、Ｖｃは１シリンダ容積、Ｖｍは吸気系容積を表す。
【００６８】
このようにして、シリンダ吸入新気量Ｑａｃを求め、処理を終了する。
【００６９】
図１０のフローチャートは吸入空気量のサイクル処理をするルーチンを示しており、コントロールユニット３０において１０ｍｓ毎に実行される。
【００７０】
吸入新気量Ｑａｃと燃料噴射量Ｑｓｏｌおよび吸気温度Ｔｎについては、サイクル処理をして、時間的なずれを一致させる。
【００７１】
Ｓｔｅｐ１では吸入新気量Ｑａｃと燃料噴射量Ｑｓｏｌおよび吸気温度Ｔｎを読み込む。Ｓｔｅｐ２でＱａｃとＱｓｏｌおよびＴｎにサイクル処理を施し、Ｑａｃはシリンダ数から１を引いた分、Ｑｓｏｌは同じく２を引いた分。Ｔｎは同じく１を引いた分のディレイ処理をする。すなわち、吸入空気量Ｑｅｘｈ＝Ｑａｃ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿１）、また、燃料噴射量Ｑｆ０＝Ｑｓｏｌ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿２）、吸気温度Ｔｎ０＝Ｔｎ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿１）として、処理を終了する。
【００７２】
図１１のフローチャートは吸気圧Ｐｍを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０において一定周期毎に実行される。
【００７３】
これについて説明すると、Ｓｔｅｐ１にてエアフロメータ１２の出力電圧を読込み、単位時間当たりの吸気重量Ｑａｓ０に変換する。
【００７４】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気重量Ｑａｓ０とエンジン回転数Ｎｅに応じて単位サイクル当たりの吸気量Ｑａｃｂを演算する。
【００７５】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸気通路１の流路形状に対するエアフロメータ１２の出力の補正を行うため、吸気量Ｑａｃｂをエンジン回転数Ｎｅに応じて補正した吸入新気量Ｑａｃに変換する。
【００７６】
一方、Ｓｔｅｐ４にて、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌに応じて補正係数ＫｉｎＨＱを検索する。
【００７７】
また、Ｓｔｅｐ５にて、エンジン回転数Ｎｅと吸気量Ｑａｃ（負荷）に応じて補正係数ＫｉｎＨ２を検索する。
【００７８】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、体積効率相当値ＫｉｎをＫｉｎ＝ＫｉｎＨＱ×ＫｉｎＨ２として演算する。
【００７９】
一方、Ｓｔｅｐ７にて、吸気温度センサ１８の出力電圧を吸気温度Ｔａ０に変換する。
【００８０】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、吸気圧に対する温度上昇を補正し、吸入新気温度Ｔｉｎｔとして出力する。
【００８１】
続いてＳｔｅｐ９に進んで、吸気圧指数ＣｐｍをＣｐｍ＝Ｑａｃ×Ｔｉｎｔ÷Ｋｉｎとして演算する。
【００８２】
続いてＳｔｅｐ１０に進んで、吸気圧ＰｍをＰｍ＝Ｋｐｍ＃×Ｃｐｍ＋Ｏｐｍ＃として演算する。
【００８３】
図１２のフローチャートは排気圧Ｐｅｘｈを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０において一定周期毎に実行される。
【００８４】
これについて説明すると、Ｓｔｅｐ１にて燃料噴射量Ｑｆに応じた基本排気温度を検索する。
【００８５】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、スワール制御弁開度に応じて基本排気温度を補正し、補正基本排気温度Ｔｅｘｈｉに変換する。なお、図示しないスワール制御弁は吸気通路に介装され、運転条件に応じてシリンダに流入する吸気流速を変えて、シリンダにスワールを生起するようになっている。
【００８６】
Ｓｔｅｐ３にて、吸気温度補正係数Ｋｔｍｐｅを吸気温度Ｔｎｅ／ＴＡ＃に応じて検索する。
【００８７】
Ｓｔｅｐ４にて、排気圧力補正係数Ｋｔｍｐｐを排気圧力Ｐｅｘｈ／ＰＡ＃に応じて検索する。
【００８８】
Ｓｔｅｐ５にて、噴射時期補正係数Ｋｔｍｐｉｔを噴射時期ＩＴＴＤＣ＃等に応じて
Ｋｔｍｐｉｔ＝（ＩＴＴＤＣ−Ｉｔｉｓｔｄ）／ＩＴＴＤＣ＃×ＧＩＴ−Ｔｅｘｈｉ＃＋１
として演算する。
【００８９】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、排気温度相当値ＴｍｐｅｈをＴｍｐｅｈ＝Ｋｔｅｘｈｉ×Ｋｔｍｐｅ×Ｋｔｍｐｐ×Ｋｔｍｐｉｔとして演算する。
【００９０】
一方、Ｓｔｅｐ７にて、吸気量Ｑａｃに応じて、吸気行程と排気行程の差分だけサイクル処理し、作動排気ガス量Ｑｅｘｈとして出力する。
【００９１】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、排気圧力指数Ｃｐｅｘｈを算出し、Ｓｔｅｐ９に進んで、排気圧ＰｅｘｈをＰｅｘｈ＝Ｋｐｅｘｈ＃×Ｃｐｅｘｈ＋Ｏｐｅｘｈ＃として演算する。
【００９２】
こうして求められる吸気圧Ｐｍと排気圧Ｐｅｘｈに応じて、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。これにより、ＥＧＲ差圧ＤｌｐはＥＧＲ弁４の前後差圧となり、ＥＧＲ量が多い運転時でもＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて目標ＥＧＲ量ＴＱｅに対する要求ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを的確に算出することができる。
【００９３】
図１４は、コントロールユニット３０によって行われるＥＧＲ弁４の制御内容を示すブロック図である。また、図１３のフローチャートはＥＧＲ弁４のリフト量を制御するルーチンを示しており、コントロールユニット３０において一定周期毎に実行される。
【００９４】
これについて説明すると、Ｓｔｅｐ１、２にて前述したように演算される吸気圧力Ｐｍと、排気圧力Ｐｅｘｈを読込む。
【００９５】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。
【００９６】
一方、Ｓｔｅｐ４にて、エンジン運転条件を代表する信号として、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ等に応じて予め設定された目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを検索する。このＳｔｅｐ４にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４１の処理内容に相当する。
【００９７】
続いてＳｔｅｐ５に進んで、エアフロメータ１２によって検出される吸入新気量Ｑａｃを読込む。
【００９８】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、目標ＥＧＲ量ＴＱｅを目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒと吸入新気量Ｑａｃに応じて、ＴＱｅ＝Ｍｅｇｒ×Ｑａｃとして演算する。このＳｔｅｐ６にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４２の処理内容に相当する。
【００９９】
続いてＳｔｅｐ７に進んで、要求ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを要求ＥＧＲ量ＴＱｅとＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて、
Ａｅｖｓ＝ＴＱｅ／（２×ＲＯＵ＃×Ｄｌｐ）−１／２として演算する。ただしＲＯＵ＃は、排気ガスの粘性である。
【０１００】
一方、Ｓｔｅｐ８にて、流量係数ａをエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆに応じて検索する。
【０１０１】
続いてＳｔｅｐ９に進んで、流量係数ａと要求ＥＧＲ弁開口面積ＡｅｖｓおよびＥＧＲ弁全開開口面積ＡＶＰＳに応じて要求ＥＧＲ弁開度ＡｅｖをＡｅｖ＝ａ×Ａｅｖｓ（１−Ａｅｖｓ２／ＡＶＰＳ ２）−１／２として演算する。このＳｔｅｐ７〜９にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４６の処理内容に相当する。
【０１０２】
続いてＳｔｅｐ１０に進んで、要求ＥＧＲ弁開度Ａｅｖに対するＥＧＲ弁４のリフト量Ｔｌｉｆｔを検索する。
【０１０３】
続いてＳｔｅｐ１１に進んで、リフト量Ｔｌｉｆｔに応じたステップ数をステップモータ５に出力する。このＳｔｅｐ１１にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４７の処理内容に相当する。
【０１０４】
図１５のフローチャートはエアフロメータ１２の出力に基づく吸入新気量Ｑａｃと基本新気量（基準吸気量）Ｑａｃｆｍに応じたＥＧＲ量補正係数Ｒｑａｃｆを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して１８０°ＣＡ毎に実行され、図１３に示すルーチンはより遅い周期で実行される。
【０１０５】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン冷却水温Ｔｗｎが所定値ＴＷ＿ＥＧＦＡＬＥ＿Ｊ＃より高い暖機後かどうかを判定する。暖機前と判定された場合、本ルーチンを終了する。
【０１０６】
暖機後と判定された場合、Ｓｔｅｐ２に進んで、計測される始動後の運転時間Ｃｔｒｆｐが所定値ＣＴＲＦＰＳ＃を超えたかどうかを判定する。所定値ＣＴＲＦＰＳ＃を超えない場合は、Ｓｔｅｐ３に進んでＣＴＲＦＰＳ＃をインクリメントして、本ルーチンを終了する。
【０１０７】
所定値ＣＴＲＦＰＳ＃を超えた場合は、Ｓｔｅｐ４に進んで基準吸気量Ｑａｃｆを演算し、ＥＧＲ補正係数Ｒｑａｃｆ（＝Ｑａｃ／Ｑａｃｆ）を演算する。
【０１０８】
続いてＳｔｅｐ５に進んで、補正ＥＧＲ量を演算して、本ルーチンを終了する。
【０１０９】
図１６のフローチャートは基準吸気量ＱａｃｆとＥＧＲ補正係数Ｒｑａｃｆ（＝Ｑａｃ／Ｑａｃｆ）を演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して１８０°ＣＡ毎に実行される。
【０１１０】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、基本吸気量Ｑａｃｆｍｂを図１７に示すマップに基づき目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ、エンジン回転数Ｎｒｐｍに応じて検索する。補正係数Ｋｑａｃｆを図１８に示すマップに基づき燃料噴射量Ｑｓｏｌ、エンジン回転数Ｎｒｐｍ（Ｎｅ）に応じて検索する。そして、基本吸気量ＱａｃｆｍをＱａｃｆｍ＝Ｑａｃｆｍｂ×Ｋｑａｃｆとして演算する。
【０１１１】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、エアフロメータ１２の検出値のなまし処理値と基準吸気量の位相が一致するように、エアフローメータ１２の検出値と同様のなまし処理を行う。基準吸気量基本値Ｑａｃｆｍと吸入新気量Ｑａｓ＿Ｎ＃等に応じてＱａｃｆｍ１を次式で算出する。
【０１１２】
Ｑａｃｆｍ１＝Ｑａｃｆｍ×１／２Ｑａｓ−Ｎ＋Ｑａｃｆｍ１ｎ−１（１−１／２Ｑａｓ−Ｎ）このＳｔｅｐ１，２にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３１の処理内容に相当する。
【０１１３】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸気系の遅れによる遅れ処理を行う。基準吸入空気量Ｑａｃｆを時定数相当値Ｋｋｉｎ、１次遅れ処理補正値ＫＫＩＮＨ＿ＦＡ＃に応じて次式で算出する。
【０１１４】
Ｑａｃｆ＝Ｑａｃｆｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ×ＫＫＩＮＨ＿ＦＡ＃）＋Ｑａｃｆｍ１×Ｋｋｉｎ×ＫＫＩＮＨ＿ＦＡ＃
このＳｔｅｐ３にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３２の処理内容に相当する。
【０１１５】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒが０かどうかを判定する。また、Ｓｔｅｐ５では、ＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトかどうかを判定する。目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒが０か、またはＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトの場合、Ｓｔｅｐ６に進んで、Ａ／Ａゲイン調整値Ｒｑａｃ０をクランプ処理して、誤演算を防止する。
【０１１６】
続いてＳｔｅｐ７に進んで、Ａ／Ａゲイン調整値Ｒｑａｃ０を吸入新気量Ｑａｃと基準吸入空気量基本値Ｑａｃｆｍの比として次式で算出する。
【０１１７】
Ｒｑａｃｆ０＝Ｑａｃ／Ｑａｃｆｍ
このＳｔｅｐ４〜７にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３３の処理内容に相当する。
【０１１８】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、Ａ／Ａゲイン調整値Ｒｑａｃ０のなまし処理を行う。すなわち、Ａ／Ａなまし処理値Ｒｑａｃ１をＡ／Ａなまし指数Ｋｑａｃｆ＿＃等に応じてＱａｃｆｍ１を次式で算出する。
【０１１９】
Ｒｑａｃ１＝Ｒｑａｃ１ｎ−１×（１−Ｋｑａｃｆ＿Ｎ＃）＋Ｒｑａｃｆ０×Ｋｑａｃｆ＿Ｎ＃
このＳｔｅｐ８にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３４の処理内容に相当する。
【０１２０】
続いてＳｔｅｐ９に進んで、図１９に示す不感帯を設定したマップに基づき、Ａ／Ａなまし処理値Ｒｑａｃ１に応じてＡ／Ａゲイン処理値Ｒｑａｃを検索する。この不感帯はエアフロメータ１２の生産バラツキに応じて設定される。
【０１２１】
このＳｔｅｐ９にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３５の処理内容に相当する。
【０１２２】
Ｓｔｅｐ１０では、ＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトかどうかを判定する。ＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトの場合、Ｓｔｅｐ１２に進んで、Ａ／Ａゲイン処理値Ｒｑａｃｆをクランプ処理して、誤演算を防止する。このＳｔｅｐ９，１０にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３５の処理内容に相当する。
【０１２３】
続いてＳｔｅｐ１１に進んで、演算されたＡ／Ａゲイン調整値ＲｑａｃｆをＡ／Ａ補正値積分指数ＧＫ＿ＡＦＭＦＢ＃に応じて次式で積分処理して、本ルーチンを終了する。
【０１２４】
Ｒｑａｃｆ＝ＧＫ＿ＡＦＭＦＢ＃×（１−Ｒｑａｃ）＋Ｒｑａｃｆｎ−１
このＳｔｅｐ１１にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３６の処理内容に相当する。
【０１２５】
図２０のフローチャートはＡ／Ａ補正値Ｒｑａｃｆと目標ＥＧＲ量Ｔｑｅ０を読込み、補正ＥＧＲ量ＴｑｅをＴｑｅ＝Ｔｑｅ０÷Ｒｑａｃｆとしてを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して１８０°ＣＡ毎に実行される。この処理内容が、図１４に示す演算部４３の処理内容に相当する。
【０１２６】
なお、目標ＥＧＲ量の補正演算はＡ／Ａ補正値Ｒｑａｃｆを用いて目標ＥＧＲ開口面積ＡｅｖｆあるいはＥＧＲ差圧演算Ｄｌｐを補正してもよい。
【０１２７】
そして、図１９に示す演算部４４において、ＥＧＲ弁４のステップモータ５の作動遅れやセンサの応答遅れ等を予測し、排気ガスがＥＧＲ弁４を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量を進み処理する。
【０１２８】
すなわち、最終ＥＧＲ量目標値Ｔｑｅｃは、ＥＧＲ量進み処理ゲインＧＫＱＥＣ、中間変数Ｔｑｅｃ０に応じて次式で算出する。
【０１２９】
Ｔｑｅｃ＝ＧＫＱＥＣ×Ｔｑｅｃ０＋Ｔｑｅｃｎ−１
そして、中間変数Ｔｑｅｃ０は、ＥＧＲ弁４の時定数相当値Ｔｃｅｇｒ、ＥＧＲ量進み処理前の目標値Ｔｑｅに応じて次式で算出する。
【０１３０】
Ｔｑｅｃ０＝（１−Ｔｃｅｇｒ）×Ｔｑｅｃ０ｎ−１＋Ｔｃｅｇｒ×Ｔｑｅ
以上のように構成され、本発明によるＥＧＲ制御は、従来の進み制御やフィードバック制御に比べて、図２５に示すように、排気性能、制御精度、排圧補償、ロバスト性、適合の容易さを全て満足することができる。
【０１３１】
すなわち、エアフロメータ１２で検出される実測吸気量Ｑａｃに対して目標ＥＧＲ量Ｔｑｅ０をフィードバック制御することにより、定常的な運転ではエアフロメータ１２で検出される実測吸気量Ｑａｃの変化分だけＥＧＲ量Ｔｑｅを調節するため、エンジンの運転環境の変化や、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ量を精密に制御できる。
【０１３２】
ＥＧＲ弁４の前後差圧Ｄｌｐを計測し、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒが得られるＥＧＲ弁４の開度を調節することにより、ＥＧＲ弁４を駆動するステップモータ５そのものの制御定数のみを適合させればよい。
【０１３３】
ＥＧＲ弁４のステップモータ５の作動遅れやセンサの応答遅れ等を予測し、排気ガスがＥＧＲ弁４を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｃを進み処理することにより、過渡運転時におけるＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【０１３４】
目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒと運転条件に応じて基準吸気量Ｑａｃｆを演算し、基準吸気量Ｑａｃｆと実測吸気量Ｑａｃの比Ｑａｃ／Ｑａｃｆに応じて、目標ＥＧＲ量Ｔｑｅ０を補正することにより、ターボチャージャ１６の作動による排圧の変化等に対応してＥＧＲ量の制御応答性が高められる。なお、排気通路２に設けられる排気後処理装置として、ターボチャージャ１６のほかに触媒コンバータや排気微粒子を捕集するフィルター等が設置される場合も、同様に排気後処理装置の作動による排圧の変化等に対応してＥＧＲ量の制御応答性が高められる。
【０１３５】
このようにして、過渡運転時のＥＧＲ制御応答性を確保することと、エンジンの運転環境が変化したり、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ制御精度を確保することを、特別なデバイスを追加することなく両立し、エンジンの出力性能、排気性能を改善し、ノック音が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す燃料噴射ポンプの断面図。
【図２】同じくタイミングコントロールバルブ等の断面図。
【図３】同じく燃料噴射量Ｑｓｏｌを演算するためのフローチャート。
【図４】同じく基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを設定したマップ。
【図５】同じく最大燃料噴射量Ｑｓｏｌ１ＭＡＸを設定したマップ。
【図６】同じくＥＧＲ装置のシステム図。
【図７】同じくＥＧＲ装置と吸・排気系の構成図。
【図８】同じくＥＧＲ量の制御内容を示す構成図。
【図９】同じく吸入新気量Ｑａｃを演算するためのフローチャート。
【図１０】同じく吸入空気量のサイクル処理をするためのフローチャート。
【図１１】同じく吸気圧Ｐｍを演算するためのフローチャート。
【図１２】同じく排気圧Ｐｅｘｈを演算するためのフローチャート。
【図１３】同じくＥＧＲ量を制御するためのフローチャート。
【図１４】同じく制御ブロック図。
【図１５】同じくＥＧＲ量補正係数Ｒｑａｃｆを演算するためのフローチャート。
【図１６】同じくＥＧＲ補正係数Ｒｑａｃｆを演算するためのフローチャート。
【図１７】同じく基本吸気量Ｑａｃｆｍｂを設定したマップ。
【図１８】同じく補正係数Ｋｑａｃｆを設定したマップ。
【図１９】同じくＡ／Ａゲイン処理値Ｒｑａｃを設定したテーブル。
【図２０】同じく補正ＥＧＲ量Ｔｑｅを演算するためのフローチャート。
【図２１】本発明の効果を示す図表。
【図２２】フィードバックゲインの大小による吸気量変動特性図。
【図２３】吸気圧や吸気量とＥＧＲ量の関係を示す特性図。
【図２４】同じくＥＧＲ弁の前後差圧とＥＧＲ量の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 吸気通路
２ 排気通路
３ ＥＧＲ通路
４ ＥＧＲ弁
１２ エアフロメータ
１３ 吸気圧センサ
１４ 排気圧センサ
１８ 吸気温センサ
２０ ディーゼルエンジン
３０ ＥＧＲ弁のコントロールユニット
５０ 燃料噴射ポンプ
７０ エンジンのコントロールユニット
１０１ 回転数検出手段
１０２ 負荷検出手段
１０３ 吸気量検出手段
１０４ 吸気温検出手段
１０５ ＥＧＲ弁開度検出手段
１０６ 目標ＥＧＲ量設定手段
１０７ 基準吸気量設定手段
１０８ 吸気系圧力演算手段
１０９ ＥＧＲ量演算手段
１１０ 排気系圧力演算手段
１１１ ＥＧＲ量補正係数演算手段
１１２ ＥＧＲ量補正演算手段
１１３ ＥＧＲ弁開度目標値演算手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲ量（吸気系に還流される排気ガス量）を制御するエンジンのＥＧＲ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジン等にあっては、排気ガス中の有害成分であるＮＯｘの発生を抑制するために、吸気通路に不活性の排気ガスを再循環させる、いわゆるＥＧＲ装置が設けられている。
【０００３】
しかし、吸気通路に不活性の排気ガスを再循環させてＮＯｘの発生を抑制すると、燃焼雰囲気が酸素不足となるため、排気微粒子やＨＣ、ＣＯ等の排出量が増える傾向がある。
【０００４】
このＮＯｘと排気微粒子のトレードオフの関係は、エンジン高負荷時、あるいはＥＧＲ量が多くなり空気過剰率が低い運転条件で顕著になり、ＮＯｘと排気微粒子の排出量を同時に減らすためには、ＥＧＲ量を運転条件に応じて精密に制御する必要がある。また、過渡運転時のノック音を低減するためにも、ＥＧＲ量の制御精度を高めることは有効である。
【０００５】
ＥＧＲ量を制御する装置として、例えば特開昭５７−１４８０４８号公報に開示されたものは、エンジンに吸入される空気量と新気量をそれぞれ検出し、両者の差をＥＧＲ量と見なし、ＥＧＲ率（＝ＥＧＲ量／新気量）が目標ＥＧＲ率と一致するように、ＥＧＲ通路の開口面積がＥＧＲ弁を介して調節されるようになっている。これにより、ＥＧＲ弁を流れる排気ガスの挙動を考慮しなくても、目標のＥＧＲ率に制御でき、ＥＧＲ弁の詰まりを自己補正することができる。
【０００６】
しかし、この従来装置は、目標ＥＧＲ量に対して実測されるＥＧＲ量がずれた場合、ＥＧＲ弁の開口面積をどのように制御させればよいかを適合させる必要があり、例えばＰＩ制御ならば、Ｐ分Ｉ分を適合させなければならい。また、回転数、負荷、ＥＧＲ弁開度等の運転条件により、ＥＧＲ弁の開度変化に対するＥＧＲ量の変化が一定でないため各種補正が必要であり、ＥＧＲ量を運転条件に応じて精密に制御することが難しい。
【０００７】
これに対処して、ＥＧＲ弁を流れる排気ガス流量を制御する装置として、例えば特開平２−１１８５８号公報に開示されたものは、ＥＧＲ弁の前後差圧を計測し、目標ＥＧＲ率が得られるＥＧＲ弁と吸気絞り弁の開度を調節するようになっている。これは、ＥＧＲ弁を通過する排気ガスの流れを１次元非圧縮性流体として考え、ＥＧＲ率の目標値と実測値の差分に応じて、ＥＧＲ弁の開度の所要変化量を求めるため、ＥＧＲ弁のアクチュエータそのものの制御定数のみを適合させればよい。
【０００８】
しかし、加速や減速といった過渡運転時のＥＧＲ量を精密に制御しようとする場合、センサやアクチュエータの作動遅れ、あるいは作動流体の遅れがあるため、これらを考慮した制御を行う必要がある。
【０００９】
これに対処して、特開平８−１２８３５９号公報に開示されたものは、センサやアクチュエータの作動遅れ、あるいは作動流体の遅れに応じてＥＧＲ弁の開度を進み補正することにより、過渡運転時のＥＧＲの制御精度を高めるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来装置にあっては、運転状態の変化をエンジン回転数および吸気管内の圧力センサによって検出すると、燃料噴射量が増量されてすでに空気過剰率が低下してからＥＧＲ弁の開度を補正することになり、車両の発進時や変速時に、ＰＭ、スス、ＮＯｘの増大や、発生トルクの低下を防ぐことができない。
【００１１】
さらに、排気ガスがＥＧＲ弁を通過してシリンダに流入するまでの無駄時間の設定も過去の推定値を選択して補正するため、運転条件の変化や環境の変化により無駄時間が変化した場合、補正が過大になったり不足して所期の効果が得られない。
【００１２】
例えば、エアフロメータや圧力センサで検出した吸気量を目標値としてＥＧＲ量を制御する場合、吸気量に対してＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するこになるが、過渡運転時の目標値の変化速度に対して、アクチュエータやセンサ、作動流体の応答が遅く、図２２に示すように、フィードバックゲインを大きくすると、吸気量の変動幅が大きくなる。
【００１３】
こうしたＥＧＲ量のフィードバック制御における、アクチュエータやセンサ、作動流体の応答遅れを予測し、センサ検出値に遅れ相当分を上乗せして出力したり、アクチュエータの目標値を進み補正する場合、フィードフォワード制御要素によるゲイン向上が見込める。
【００１４】
しかし、図２３に示すように、吸気圧や吸気量の増加に対してＥＧＲ量が減少する特性を持たせることになるが、ＥＧＲ弁の摩耗により開口面積が拡大した場合やターボチャージャ等の排気後処理装置の作動によって排圧が上昇した場合、図２３に示す特性がずれるため、ＥＧＲ量の制御値に誤差を持つ。
【００１５】
このような誤差は、ＥＧＲ弁の前後差圧を検知することで補正できると思われがちであるが、高温ガスの圧力を検出するセンサは、検出精度が低く、しかも図２４に示すようにＥＧＲ量が増えるのに伴って、ＥＧＲ弁の前後差圧に対するＥＧＲ量の誤差が小さくなるため、センサを設けることによってかえってＥＧＲ量の誤差が大きくなる可能性がある。
【００１６】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンのＥＧＲ制御装置において、過渡運転時におけるＥＧＲ量の制御応答性を改善することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、エンジンの排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に介装されるＥＧＲ弁とを備え、目標ＥＧＲ量が得られるようにＥＧＲ弁の開度を制御するエンジンのＥＧＲ制御装置において、吸気通路に流入する吸気量を実測吸気量として検出する吸気量検出手段と、運転条件に応じて予め設定された目標ＥＧＲ率を検索する目標ＥＧＲ率検索手段と、実測吸気量と目標ＥＧＲ率に応じて目標ＥＧＲ量を演算する目標ＥＧＲ量演算手段と、排気ガスがＥＧＲ弁を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量を進み処理する目標ＥＧＲ進み処理手段と、運転条件と目標ＥＧＲ率に応じて基準吸気量を演算する基準吸気量演算手段と、実測吸気量と基準吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正する目標ＥＧＲ量補正手段と、実測吸気量に応じて吸気圧Ｐｍを演算する吸気圧演算手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン負荷から排ガス量Ｑｅｘｈを推定する排ガス量推定手段と、排気温度Ｔｍｐｅｈを推定する手段と、排ガス量Ｑｅｘｈ及び排気温度Ｔｍｐｅｈに基づいて排気圧Ｐｅｘｈを演算する排気圧演算手段と、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算してＥＧＲ差圧を検出するＥＧＲ差圧検出手段と、目標ＥＧＲ量とＥＧＲ差圧に応じてＥＧＲ弁の開度を演算するＥＧＲ弁開度演算手段と、を備え、前記排気圧演算手段は以下の式から排気圧Ｐｅｘｈを演算する、
排気圧Ｐｅｘｈ＝定数×Ｑｅｘｈ 2 ×Ｔｍｐｅｈ
ただし、Ｐｅｘｈ：排気圧、
Ｑｅｘｈ：排気量、
Ｔｍｐｅｈ：排気温度、
であるものとした。
【００１８】
請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記基準吸気量を実測吸気量の時間的変化と一致させるように遅れ処理する遅れ処理手段を備えるものとした。
【００１９】
請求項３に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記目標ＥＧＲ率演算手段の演算周期に対して前記目標ＥＧＲ量補正手段の演算周期を長くする構成とした。
【００２１】
請求項４に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、前記排気通路に排気圧力を変化させる排気後処理装置を備えるものとした。
【００２２】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、センサで検出される実測吸気量に対して目標ＥＧＲ量をフィードバック制御することにより、定常的な運転ではセンサで検出される実測吸気量の変化分だけＥＧＲ量を調節するため、エンジンの運転環境の変化や、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ量を精密に制御できる。
【００２３】
実測吸気量とＥＧＲ差圧に応じてＥＧＲ量を制御することにより、ＥＧＲ弁のアクチュエータそのものの制御定数のみを適合させればよく、大量ＥＧＲ時におけるＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【００２４】
排気ガスがＥＧＲ弁を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量を進み処理することにより、過渡運転時におけるＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【００２５】
さらに、目標ＥＧＲ率と運転条件に応じて基準吸気量を演算し、基準吸気量と実測吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正することにより、排圧の変化に対してＥＧＲ量の制御応答性が高められる。
【００２６】
このようにして、過渡運転時のＥＧＲ制御応答性を確保することと、エンジンの運転環境が変化したり、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ制御精度を確保することを、特別なデバイスを追加することなく両立し、エンジンの出力性能、排気性能を改善し、ノック音の発生等を防止できる。また実測吸気量に応じて吸気圧Ｐｍを演算し、エンジン負荷から排ガス量Ｑｅｘｈを推定し、排ガス量Ｑｅｘｈと、運転状態に基づいて算出した排気温度相当値とに基づいて排気圧Ｐｅｘｈを、排気圧Ｐｅｘｈ＝定数×Ｑｅｘｈ 2 ×Ｔｍｐｅｈとして演算する。こうして求められる吸気圧Ｐｍと排気圧Ｐｅｘｈに応じて、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。これにより、ＥＧＲ差圧ＤｌｐはＥＧＲ通路の前後差圧となり、ＥＧＲ量が多い運転時でもＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて目標ＥＧＲ量に対する要求ＥＧＲ弁の開度を的確に算出することができる。
【００２７】
請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、基準吸気量を実測吸気量の時間的変化と一致させるように遅れ処理をすることにより、目標ＥＧＲ量を過渡運転時においても目標ＥＧＲ量を精度よく補正できる。
【００２８】
請求項３に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、運転条件に応じて前記目標ＥＧＲ率を演算する周期に対して前記実測吸気量と基準吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正する周期を長くしても、ＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【００３０】
請求項４に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置において、排気後処理装置の作動によって排気通路に排気圧力が変化しても、基準吸気量と実測吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正することにより、ＥＧＲ量の制御精度を確保できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジンに適用した実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジン等に適用することも可能である。
【００３２】
図１に示すように、ディーゼルエンジンに備えられる分配型燃料噴射ポンプ５０は、ドライブシャフト５２により駆動されるフィードポンプ５３によって燃料が吸引される。フィードポンプ５３からポンプ室５５に供給された燃料は、吸入ポート５６を通って高圧プランジャポンプ５７に送られる。
【００３３】
プランジャポンプ５７のプランジャ５８は、継手７９を介してドライブシャフト５２によりエンジン回転に同期して、エンジン回転数の１／２の速度で回転駆動される。
【００３４】
プランジャ５８に固定されたカムディスク５９は、エンジンの気筒数と同数のフェイスカムをもち、回転しながらローラリング６１に配設されたローラ６２を乗り越えるたびに、スプリング６９に抗してプランジャ５８を所定のカムリフトだけ往復運動する。プランジャ５８の回転往復運動により、吸入ポート５６からプランジャ５８に刻まれた吸入スリットを介してプランジャ高圧室５４に吸引された燃料が分配ポート６３よりデリバリーバルブ６４を通って各気筒の噴射ノズル７７へと圧送される。
【００３５】
プランジャ５８が図中右側に移動してプランジャ高圧室５４から分配スリットを経て分配ポート６３へと燃料を圧送する過程で、カットオフポートの開口部がコントロールスリーブ６６の図中右側端部を越えると圧送されていた燃料が低圧ポンプ室５５へと開放される。
【００３６】
燃料噴射量は、プランジャ５８に形成されたカットオフポートを開閉するコントロールスリーブ６６の位置によって決められる。すなわち、コントロールスリーブ６６を図中右側に変位させると、燃料噴射時期が遅くなって燃料噴射量が増加し、図中左側に変位させると燃料噴射時期が早まって燃料噴射量が減少するのである。
【００３７】
コントロールスリーブ６６の位置を自動的に調節する電子制御式ガバナとしてロータリソレノイド７１が設けられる。ロータリソレノイド７１はロータ７２を回転運動させ、その先端に偏心して設けられたボールを介してコントロールスリーブ６６を直線運動させる。
【００３８】
燃料噴射時期は、タイマーピストン７５によりローラリング６１を介してフェイスカムをローラ６２に対して相対回転させることによって調整される。
【００３９】
図２にも示すように、タイマーピストン７５の両端部には低圧室８５と高圧室８６が画成され、タイマーピストン７５の両端部に作用する油圧差をタイミングコントロールバルブ７６を介して調節することにより、タイマーピストン７５を移動させてローラリング６１を回転させ、フェイスカムがローラ６２に乗り上げる時期を変化させるようになっている。
【００４０】
ロータリソレノイド７１とタイミングコントロールバルブ７６の制御手段として備えられるコントロールユニット７０は、ロータリソレノイド７１の制御電圧を予めマップ情報として設定し、スタータスイッチ８０からの信号、アクセル開度センサ８１によって検出されるアクセル開度Ａｃｃ、ポンプ回転数センサ８２によって検出されるエンジン回転数Ｎｅ、水温センサ８３によって検出されるエンジン水温Ｔｗ、ノズルリフトセンサ８４によって検出される噴射ノズル７７の開弁時期等を入力し、これら検出された運転条件に応じて適切な燃料噴射量と燃料噴射時期を演算し、演算された燃料噴射量をロータリソレノイド７１の制御電圧に変換して出力するとともに、演算された燃料噴射時期をタイミングコントロールバルブ７６のデューティ信号として出力する。なお、図中６５は燃料温度センサである。
【００４１】
図３のフローチャートは燃料噴射量Ｑｓｏｌを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット７０にて一定周期毎に実行される。
【００４２】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射ポンプ５０のコントロールレバー開度ＣＬを読込む。
【００４３】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖが図４に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅとコントロールレバー開度ＣＬに応じて検索される。
【００４４】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖに対してエンジン水温等の各種補正が行われて、燃料噴射量Ｑｓｏｌが求められる。
【００４５】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、最大燃料噴射量Ｑｓｏｌ１ＭＡＸが図５に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと過給圧Ｐｍに応じて検索され、燃料噴射量Ｑｓｏｌが最大燃料噴射量Ｑｓｏｌ１ＭＡＸを超えないように制限される。
【００４６】
図６はディーゼルエンジンに備えられるＥＧＲ装置の概略を示している。エンジン２０の排気通路２と吸気通路１のインテークマニホールド８を結ぶＥＧＲ通路３が設けられ、ＥＧＲ通路３の途中にはＥＧＲ弁４が介装される。ＥＧＲ弁４の開度が大きくなるほど、ＥＧＲ通路３を介して吸気通路１に還流されるＥＧＲ量は増大する。ＥＧＲ弁４はステップモータ５によって駆動される。Ｓｔｅｐモータ５のステップ数がコントロールユニット３０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、ＥＧＲ弁４の開度が調節される。
【００４７】
吸気通路１にはＥＧＲ通路３の合流部より上流側にバタフライ式の吸気絞り弁９が介装される。吸気絞り弁９はダイヤフラム式アクチュエータ６を介して開閉作動する。吸気絞り弁９より下流側の吸気通路１には、吸気絞り弁９の開度が小さくなるのに伴って吸入負圧が発生し、ＥＧＲ通路３を介して吸気通路１に還流されるＥＧＲ量が増大する。
【００４８】
ダイヤフラム式アクチュエータ６は、バキュームポンプ（図示せず）から電磁弁２１を介して導かれる負圧と、電磁弁２２とオリフィス２３を介して導かれる負圧に応じて作動する。電磁弁２１と電磁弁２２の開度がコントロールユニット３０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、吸気絞り弁９の開度が調節される。
【００４９】
吸気通路１の絞り弁９より上流側に熱線式のエアフロメータ１２が設置される。通電により加熱されるホットワイヤ（発熱抵抗体）はその抵抗値が吸入空気量に応じて変化するので、吸入新気量Ｑａｃに応じた信号を出力する。
【００５０】
なお、インテークマニホールド８に吸気圧力Ｐｍに応じた信号を出力する吸気圧センサを介装してもよい。また、排気通路２に排気圧力Ｐｅｘｈに応じた信号を出力する排気圧センサを介装してもよい。
【００５１】
図７に示すように、排気通路２には排気浄化用の触媒コンバータ１５が設置され、排気中のＨＣ，ＣＯの酸化と、ＮＯｘの還元が同時に行われる。
【００５２】
排気通路２の触媒コンバータ１５より上流側にはターボチャージャ１６のタービンが介装される。ターボチャージャ１６は、排気ガスの圧力エネルギによりタービンを介してコンプレッサを駆動し、吸気を過給する。
【００５３】
吸気通路１のターボチャージャ１６のコンプレッサより下流側にはインタークーラ１９が介装される。インタークーラ１９によって吸気が冷却される。
【００５４】
吸気通路１の各吸気ポートより直上流側には、バタフライ式のスワールコントロールバルブ１７が設けられる。スワールコントロールバルブ１７の開度によってシリンダに流入する吸気の速度成分が変えられ、シリンダに生起される吸気旋回流の勢力を調節するようになっている。
【００５５】
図８に示すように、ＥＧＲ弁４の開度を制御するコントロールユニット３０は、エンジン回転数検出手段１０１、エンジン負荷検出手段１０２、吸気量検出手段１０３、吸気温検出手段１０４、ＥＧＲ弁４の開度検出手段１０５を備える。
【００５６】
ＥＧＲ通路３の一端が接続する吸気通路１の圧力Ｐｍを演算する手段１０８と、ＥＧＲ通路３の他端が接続する排気通路２の圧力Ｐｅｘｈを演算する手段１０９とを備える。ＥＧＲ量演算手段１０９は、ＥＧＲ差圧Ｄｌｐ（＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍ）と実測吸気量Ｑａｃおよび目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒに応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｃを演算する。ここでは、後述するように、ＥＧＲ弁４のステップモータ５の作動遅れやセンサの応答遅れ等を予測し、排気ガスがＥＧＲ弁４を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｃを進み処理する。
【００５７】
一方、目標ＥＧＲ量設定手段１０６はエンジン回転数とエンジン負荷等の運転条件に応じて目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを設定する。
【００５８】
基準吸気量設定手段１０７は、エンジン回転数とエンジン負荷等の運転条件と目標ＥＧＲ値Ｍｅｇｒに応じて基準吸気量を設定する。
【００５９】
補正係数演算手段１１１は、実測吸気量Ｑａｃと基準吸気量Ｑａｃｆの比Ｑａｃ／Ｑａｃｆに応じて補正係数Ｒｑａｃｆを演算する。
【００６０】
ＥＧＲ量補正手段１１２は、補正係数Ｒｑａｃｆに応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋを補正する。
【００６１】
ＥＧＲ弁開度演算手段１１３は、目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｋに応じてＥＧＲ弁４の開度Ａｅｖｆを演算する。
【００６２】
図９のフローチャートは吸入新気量Ｑａｃを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して実行される（Ｒｅｆ．Ｊｏｂ）。
【００６３】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エアフロメータ（ＡＦＭ）１２から送られるスロットルバルブ９より上流の空気量に応じた出力電圧を読込む。
【００６４】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、出力電圧が予め設定されたマップに基づいてリニアライズ処理され、エアフロメータ１２を通過する吸気量を求める。Ｓｔｅｐ３では、吸気量の加重平均処理を行って加重平均値Ｑａｓ０を算出する。
【００６５】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、エンジン回転数Ｎｅを読み込む。Ｓｔｅｐ５では前記したＱａｓ０とＮｅ及び定数ＫＣＯＮ＃から、一シリンダ当たりの吸気量Ｑａｃ０を、Ｑａｃ０＝Ｑａｓ０／Ｎｅ×ＫＣＯＮ＃として演算する。Ｓｔｅｐ６ではインテークマニホールド８のコレクタ入口の新気量Ｑａｃｎを、Ｑａｓ０のｎ回演算分のディレイ処理を行うことにより算出する。
【００６６】
そして、Ｓｔｅｐ７ではシリンダ吸入新気量Ｑａｃを、Ｓｔｅｐ６で求めた新気量Ｑａｃｎを容積比Ｋｖｏｌと体積効率相当値Ｋｉｎを用いて次のようにして演算する。
【００６７】
Ｑａｃ＝Ｑａｃｎ−１×（１−Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎ）＋Ｑａｃｎ×Ｋｖｏｌ×Ｋｉｎただし、Ｋｖｏｌ＝Ｖｃ／Ｖｍで、Ｖｃは１シリンダ容積、Ｖｍは吸気系容積を表す。
【００６８】
このようにして、シリンダ吸入新気量Ｑａｃを求め、処理を終了する。
【００６９】
図１０のフローチャートは吸入空気量のサイクル処理をするルーチンを示しており、コントロールユニット３０において１０ｍｓ毎に実行される。
【００７０】
吸入新気量Ｑａｃと燃料噴射量Ｑｓｏｌおよび吸気温度Ｔｎについては、サイクル処理をして、時間的なずれを一致させる。
【００７１】
Ｓｔｅｐ１では吸入新気量Ｑａｃと燃料噴射量Ｑｓｏｌおよび吸気温度Ｔｎを読み込む。Ｓｔｅｐ２でＱａｃとＱｓｏｌおよびＴｎにサイクル処理を施し、Ｑａｃはシリンダ数から１を引いた分、Ｑｓｏｌは同じく２を引いた分。Ｔｎは同じく１を引いた分のディレイ処理をする。すなわち、吸入空気量Ｑｅｘｈ＝Ｑａｃ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿１）、また、燃料噴射量Ｑｆ０＝Ｑｓｏｌ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿２）、吸気温度Ｔｎ０＝Ｔｎ・Ｚ＿（ＣＹＬＮ＃＿１）として、処理を終了する。
【００７２】
図１１のフローチャートは吸気圧Ｐｍを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０において一定周期毎に実行される。
【００７３】
これについて説明すると、Ｓｔｅｐ１にてエアフロメータ１２の出力電圧を読込み、単位時間当たりの吸気重量Ｑａｓ０に変換する。
【００７４】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気重量Ｑａｓ０とエンジン回転数Ｎｅに応じて単位サイクル当たりの吸気量Ｑａｃｂを演算する。
【００７５】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸気通路１の流路形状に対するエアフロメータ１２の出力の補正を行うため、吸気量Ｑａｃｂをエンジン回転数Ｎｅに応じて補正した吸入新気量Ｑａｃに変換する。
【００７６】
一方、Ｓｔｅｐ４にて、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｓｏｌに応じて補正係数ＫｉｎＨＱを検索する。
【００７７】
また、Ｓｔｅｐ５にて、エンジン回転数Ｎｅと吸気量Ｑａｃ（負荷）に応じて補正係数ＫｉｎＨ２を検索する。
【００７８】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、体積効率相当値ＫｉｎをＫｉｎ＝ＫｉｎＨＱ×ＫｉｎＨ２として演算する。
【００７９】
一方、Ｓｔｅｐ７にて、吸気温度センサ１８の出力電圧を吸気温度Ｔａ０に変換する。
【００８０】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、吸気圧に対する温度上昇を補正し、吸入新気温度Ｔｉｎｔとして出力する。
【００８１】
続いてＳｔｅｐ９に進んで、吸気圧指数ＣｐｍをＣｐｍ＝Ｑａｃ×Ｔｉｎｔ÷Ｋｉｎとして演算する。
【００８２】
続いてＳｔｅｐ１０に進んで、吸気圧ＰｍをＰｍ＝Ｋｐｍ＃×Ｃｐｍ＋Ｏｐｍ＃として演算する。
【００８３】
図１２のフローチャートは排気圧Ｐｅｘｈを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０において一定周期毎に実行される。
【００８４】
これについて説明すると、Ｓｔｅｐ１にて燃料噴射量Ｑｆに応じた基本排気温度を検索する。
【００８５】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、スワール制御弁開度に応じて基本排気温度を補正し、補正基本排気温度Ｔｅｘｈｉに変換する。なお、図示しないスワール制御弁は吸気通路に介装され、運転条件に応じてシリンダに流入する吸気流速を変えて、シリンダにスワールを生起するようになっている。
【００８６】
Ｓｔｅｐ３にて、吸気温度補正係数Ｋｔｍｐｅを吸気温度Ｔｎｅ／ＴＡ＃に応じて検索する。
【００８７】
Ｓｔｅｐ４にて、排気圧力補正係数Ｋｔｍｐｐを排気圧力Ｐｅｘｈ／ＰＡ＃に応じて検索する。
【００８８】
Ｓｔｅｐ５にて、噴射時期補正係数Ｋｔｍｐｉｔを噴射時期ＩＴＴＤＣ＃等に応じて
Ｋｔｍｐｉｔ＝（ＩＴＴＤＣ−Ｉｔｉｓｔｄ）／ＩＴＴＤＣ＃×ＧＩＴ−Ｔｅｘｈｉ＃＋１
として演算する。
【００８９】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、排気温度相当値ＴｍｐｅｈをＴｍｐｅｈ＝Ｋｔｅｘｈｉ×Ｋｔｍｐｅ×Ｋｔｍｐｐ×Ｋｔｍｐｉｔとして演算する。
【００９０】
一方、Ｓｔｅｐ７にて、吸気量Ｑａｃに応じて、吸気行程と排気行程の差分だけサイクル処理し、作動排気ガス量Ｑｅｘｈとして出力する。
【００９１】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、排気圧力指数Ｃｐｅｘｈを算出し、Ｓｔｅｐ９に進んで、排気圧ＰｅｘｈをＰｅｘｈ＝Ｋｐｅｘｈ＃×Ｃｐｅｘｈ＋Ｏｐｅｘｈ＃として演算する。
【００９２】
こうして求められる吸気圧Ｐｍと排気圧Ｐｅｘｈに応じて、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。これにより、ＥＧＲ差圧ＤｌｐはＥＧＲ弁４の前後差圧となり、ＥＧＲ量が多い運転時でもＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて目標ＥＧＲ量ＴＱｅに対する要求ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを的確に算出することができる。
【００９３】
図１４は、コントロールユニット３０によって行われるＥＧＲ弁４の制御内容を示すブロック図である。また、図１３のフローチャートはＥＧＲ弁４のリフト量を制御するルーチンを示しており、コントロールユニット３０において一定周期毎に実行される。
【００９４】
これについて説明すると、Ｓｔｅｐ１、２にて前述したように演算される吸気圧力Ｐｍと、排気圧力Ｐｅｘｈを読込む。
【００９５】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。
【００９６】
一方、Ｓｔｅｐ４にて、エンジン運転条件を代表する信号として、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ等に応じて予め設定された目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを検索する。このＳｔｅｐ４にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４１の処理内容に相当する。
【００９７】
続いてＳｔｅｐ５に進んで、エアフロメータ１２によって検出される吸入新気量Ｑａｃを読込む。
【００９８】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、目標ＥＧＲ量ＴＱｅを目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒと吸入新気量Ｑａｃに応じて、ＴＱｅ＝Ｍｅｇｒ×Ｑａｃとして演算する。このＳｔｅｐ６にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４２の処理内容に相当する。
【００９９】
続いてＳｔｅｐ７に進んで、要求ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを要求ＥＧＲ量ＴＱｅとＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて、
Ａｅｖｓ＝ＴＱｅ／（２×ＲＯＵ＃×Ｄｌｐ）−１／２として演算する。ただしＲＯＵ＃は、排気ガスの粘性である。
【０１００】
一方、Ｓｔｅｐ８にて、流量係数ａをエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆに応じて検索する。
【０１０１】
続いてＳｔｅｐ９に進んで、流量係数ａと要求ＥＧＲ弁開口面積ＡｅｖｓおよびＥＧＲ弁全開開口面積ＡＶＰＳに応じて要求ＥＧＲ弁開度ＡｅｖをＡｅｖ＝ａ×Ａｅｖｓ（１−Ａｅｖｓ２／ＡＶＰＳ ２）−１／２として演算する。このＳｔｅｐ７〜９にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４６の処理内容に相当する。
【０１０２】
続いてＳｔｅｐ１０に進んで、要求ＥＧＲ弁開度Ａｅｖに対するＥＧＲ弁４のリフト量Ｔｌｉｆｔを検索する。
【０１０３】
続いてＳｔｅｐ１１に進んで、リフト量Ｔｌｉｆｔに応じたステップ数をステップモータ５に出力する。このＳｔｅｐ１１にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部４７の処理内容に相当する。
【０１０４】
図１５のフローチャートはエアフロメータ１２の出力に基づく吸入新気量Ｑａｃと基本新気量（基準吸気量）Ｑａｃｆｍに応じたＥＧＲ量補正係数Ｒｑａｃｆを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して１８０°ＣＡ毎に実行され、図１３に示すルーチンはより遅い周期で実行される。
【０１０５】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン冷却水温Ｔｗｎが所定値ＴＷ＿ＥＧＦＡＬＥ＿Ｊ＃より高い暖機後かどうかを判定する。暖機前と判定された場合、本ルーチンを終了する。
【０１０６】
暖機後と判定された場合、Ｓｔｅｐ２に進んで、計測される始動後の運転時間Ｃｔｒｆｐが所定値ＣＴＲＦＰＳ＃を超えたかどうかを判定する。所定値ＣＴＲＦＰＳ＃を超えない場合は、Ｓｔｅｐ３に進んでＣＴＲＦＰＳ＃をインクリメントして、本ルーチンを終了する。
【０１０７】
所定値ＣＴＲＦＰＳ＃を超えた場合は、Ｓｔｅｐ４に進んで基準吸気量Ｑａｃｆを演算し、ＥＧＲ補正係数Ｒｑａｃｆ（＝Ｑａｃ／Ｑａｃｆ）を演算する。
【０１０８】
続いてＳｔｅｐ５に進んで、補正ＥＧＲ量を演算して、本ルーチンを終了する。
【０１０９】
図１６のフローチャートは基準吸気量ＱａｃｆとＥＧＲ補正係数Ｒｑａｃｆ（＝Ｑａｃ／Ｑａｃｆ）を演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して１８０°ＣＡ毎に実行される。
【０１１０】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、基本吸気量Ｑａｃｆｍｂを図１７に示すマップに基づき目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ、エンジン回転数Ｎｒｐｍに応じて検索する。補正係数Ｋｑａｃｆを図１８に示すマップに基づき燃料噴射量Ｑｓｏｌ、エンジン回転数Ｎｒｐｍ（Ｎｅ）に応じて検索する。そして、基本吸気量ＱａｃｆｍをＱａｃｆｍ＝Ｑａｃｆｍｂ×Ｋｑａｃｆとして演算する。
【０１１１】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、エアフロメータ１２の検出値のなまし処理値と基準吸気量の位相が一致するように、エアフローメータ１２の検出値と同様のなまし処理を行う。基準吸気量基本値Ｑａｃｆｍと吸入新気量Ｑａｓ＿Ｎ＃等に応じてＱａｃｆｍ１を次式で算出する。
【０１１２】
Ｑａｃｆｍ１＝Ｑａｃｆｍ×１／２Ｑａｓ−Ｎ＋Ｑａｃｆｍ１ｎ−１（１−１／２Ｑａｓ−Ｎ）このＳｔｅｐ１，２にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３１の処理内容に相当する。
【０１１３】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸気系の遅れによる遅れ処理を行う。基準吸入空気量Ｑａｃｆを時定数相当値Ｋｋｉｎ、１次遅れ処理補正値ＫＫＩＮＨ＿ＦＡ＃に応じて次式で算出する。
【０１１４】
Ｑａｃｆ＝Ｑａｃｆｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ×ＫＫＩＮＨ＿ＦＡ＃）＋Ｑａｃｆｍ１×Ｋｋｉｎ×ＫＫＩＮＨ＿ＦＡ＃
このＳｔｅｐ３にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３２の処理内容に相当する。
【０１１５】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒが０かどうかを判定する。また、Ｓｔｅｐ５では、ＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトかどうかを判定する。目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒが０か、またはＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトの場合、Ｓｔｅｐ６に進んで、Ａ／Ａゲイン調整値Ｒｑａｃ０をクランプ処理して、誤演算を防止する。
【０１１６】
続いてＳｔｅｐ７に進んで、Ａ／Ａゲイン調整値Ｒｑａｃ０を吸入新気量Ｑａｃと基準吸入空気量基本値Ｑａｃｆｍの比として次式で算出する。
【０１１７】
Ｒｑａｃｆ０＝Ｑａｃ／Ｑａｃｆｍ
このＳｔｅｐ４〜７にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３３の処理内容に相当する。
【０１１８】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、Ａ／Ａゲイン調整値Ｒｑａｃ０のなまし処理を行う。すなわち、Ａ／Ａなまし処理値Ｒｑａｃ１をＡ／Ａなまし指数Ｋｑａｃｆ＿＃等に応じてＱａｃｆｍ１を次式で算出する。
【０１１９】
Ｒｑａｃ１＝Ｒｑａｃ１ｎ−１×（１−Ｋｑａｃｆ＿Ｎ＃）＋Ｒｑａｃｆ０×Ｋｑａｃｆ＿Ｎ＃
このＳｔｅｐ８にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３４の処理内容に相当する。
【０１２０】
続いてＳｔｅｐ９に進んで、図１９に示す不感帯を設定したマップに基づき、Ａ／Ａなまし処理値Ｒｑａｃ１に応じてＡ／Ａゲイン処理値Ｒｑａｃを検索する。この不感帯はエアフロメータ１２の生産バラツキに応じて設定される。
【０１２１】
このＳｔｅｐ９にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３５の処理内容に相当する。
【０１２２】
Ｓｔｅｐ１０では、ＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトかどうかを判定する。ＥＧＲ弁４のリフト量ＬＩＥＦＴがフルリフトの場合、Ｓｔｅｐ１２に進んで、Ａ／Ａゲイン処理値Ｒｑａｃｆをクランプ処理して、誤演算を防止する。このＳｔｅｐ９，１０にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３５の処理内容に相当する。
【０１２３】
続いてＳｔｅｐ１１に進んで、演算されたＡ／Ａゲイン調整値ＲｑａｃｆをＡ／Ａ補正値積分指数ＧＫ＿ＡＦＭＦＢ＃に応じて次式で積分処理して、本ルーチンを終了する。
【０１２４】
Ｒｑａｃｆ＝ＧＫ＿ＡＦＭＦＢ＃×（１−Ｒｑａｃ）＋Ｒｑａｃｆｎ−１
このＳｔｅｐ１１にて行われる処理内容が、図１４に示す演算部３６の処理内容に相当する。
【０１２５】
図２０のフローチャートはＡ／Ａ補正値Ｒｑａｃｆと目標ＥＧＲ量Ｔｑｅ０を読込み、補正ＥＧＲ量ＴｑｅをＴｑｅ＝Ｔｑｅ０÷Ｒｑａｃｆとしてを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット３０においてエンジン回転に同期して１８０°ＣＡ毎に実行される。この処理内容が、図１４に示す演算部４３の処理内容に相当する。
【０１２６】
なお、目標ＥＧＲ量の補正演算はＡ／Ａ補正値Ｒｑａｃｆを用いて目標ＥＧＲ開口面積ＡｅｖｆあるいはＥＧＲ差圧演算Ｄｌｐを補正してもよい。
【０１２７】
そして、図１９に示す演算部４４において、ＥＧＲ弁４のステップモータ５の作動遅れやセンサの応答遅れ等を予測し、排気ガスがＥＧＲ弁４を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量を進み処理する。
【０１２８】
すなわち、最終ＥＧＲ量目標値Ｔｑｅｃは、ＥＧＲ量進み処理ゲインＧＫＱＥＣ、中間変数Ｔｑｅｃ０に応じて次式で算出する。
【０１２９】
Ｔｑｅｃ＝ＧＫＱＥＣ×Ｔｑｅｃ０＋Ｔｑｅｃｎ−１
そして、中間変数Ｔｑｅｃ０は、ＥＧＲ弁４の時定数相当値Ｔｃｅｇｒ、ＥＧＲ量進み処理前の目標値Ｔｑｅに応じて次式で算出する。
【０１３０】
Ｔｑｅｃ０＝（１−Ｔｃｅｇｒ）×Ｔｑｅｃ０ｎ−１＋Ｔｃｅｇｒ×Ｔｑｅ
以上のように構成され、本発明によるＥＧＲ制御は、従来の進み制御やフィードバック制御に比べて、図２５に示すように、排気性能、制御精度、排圧補償、ロバスト性、適合の容易さを全て満足することができる。
【０１３１】
すなわち、エアフロメータ１２で検出される実測吸気量Ｑａｃに対して目標ＥＧＲ量Ｔｑｅ０をフィードバック制御することにより、定常的な運転ではエアフロメータ１２で検出される実測吸気量Ｑａｃの変化分だけＥＧＲ量Ｔｑｅを調節するため、エンジンの運転環境の変化や、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ量を精密に制御できる。
【０１３２】
ＥＧＲ弁４の前後差圧Ｄｌｐを計測し、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒが得られるＥＧＲ弁４の開度を調節することにより、ＥＧＲ弁４を駆動するステップモータ５そのものの制御定数のみを適合させればよい。
【０１３３】
ＥＧＲ弁４のステップモータ５の作動遅れやセンサの応答遅れ等を予測し、排気ガスがＥＧＲ弁４を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量Ｔｑｅｃを進み処理することにより、過渡運転時におけるＥＧＲ量の制御応答性を確保できる。
【０１３４】
目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒと運転条件に応じて基準吸気量Ｑａｃｆを演算し、基準吸気量Ｑａｃｆと実測吸気量Ｑａｃの比Ｑａｃ／Ｑａｃｆに応じて、目標ＥＧＲ量Ｔｑｅ０を補正することにより、ターボチャージャ１６の作動による排圧の変化等に対応してＥＧＲ量の制御応答性が高められる。なお、排気通路２に設けられる排気後処理装置として、ターボチャージャ１６のほかに触媒コンバータや排気微粒子を捕集するフィルター等が設置される場合も、同様に排気後処理装置の作動による排圧の変化等に対応してＥＧＲ量の制御応答性が高められる。
【０１３５】
このようにして、過渡運転時のＥＧＲ制御応答性を確保することと、エンジンの運転環境が変化したり、エンジンの経時劣化等に対応してＥＧＲ制御精度を確保することを、特別なデバイスを追加することなく両立し、エンジンの出力性能、排気性能を改善し、ノック音が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す燃料噴射ポンプの断面図。
【図２】同じくタイミングコントロールバルブ等の断面図。
【図３】同じく燃料噴射量Ｑｓｏｌを演算するためのフローチャート。
【図４】同じく基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖを設定したマップ。
【図５】同じく最大燃料噴射量Ｑｓｏｌ１ＭＡＸを設定したマップ。
【図６】同じくＥＧＲ装置のシステム図。
【図７】同じくＥＧＲ装置と吸・排気系の構成図。
【図８】同じくＥＧＲ量の制御内容を示す構成図。
【図９】同じく吸入新気量Ｑａｃを演算するためのフローチャート。
【図１０】同じく吸入空気量のサイクル処理をするためのフローチャート。
【図１１】同じく吸気圧Ｐｍを演算するためのフローチャート。
【図１２】同じく排気圧Ｐｅｘｈを演算するためのフローチャート。
【図１３】同じくＥＧＲ量を制御するためのフローチャート。
【図１４】同じく制御ブロック図。
【図１５】同じくＥＧＲ量補正係数Ｒｑａｃｆを演算するためのフローチャート。
【図１６】同じくＥＧＲ補正係数Ｒｑａｃｆを演算するためのフローチャート。
【図１７】同じく基本吸気量Ｑａｃｆｍｂを設定したマップ。
【図１８】同じく補正係数Ｋｑａｃｆを設定したマップ。
【図１９】同じくＡ／Ａゲイン処理値Ｒｑａｃを設定したテーブル。
【図２０】同じく補正ＥＧＲ量Ｔｑｅを演算するためのフローチャート。
【図２１】本発明の効果を示す図表。
【図２２】フィードバックゲインの大小による吸気量変動特性図。
【図２３】吸気圧や吸気量とＥＧＲ量の関係を示す特性図。
【図２４】同じくＥＧＲ弁の前後差圧とＥＧＲ量の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 吸気通路
２ 排気通路
３ ＥＧＲ通路
４ ＥＧＲ弁
１２ エアフロメータ
１３ 吸気圧センサ
１４ 排気圧センサ
１８ 吸気温センサ
２０ ディーゼルエンジン
３０ ＥＧＲ弁のコントロールユニット
５０ 燃料噴射ポンプ
７０ エンジンのコントロールユニット
１０１ 回転数検出手段
１０２ 負荷検出手段
１０３ 吸気量検出手段
１０４ 吸気温検出手段
１０５ ＥＧＲ弁開度検出手段
１０６ 目標ＥＧＲ量設定手段
１０７ 基準吸気量設定手段
１０８ 吸気系圧力演算手段
１０９ ＥＧＲ量演算手段
１１０ 排気系圧力演算手段
１１１ ＥＧＲ量補正係数演算手段
１１２ ＥＧＲ量補正演算手段
１１３ ＥＧＲ弁開度目標値演算手段
Claims (4)
- エンジンの排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路と、
ＥＧＲ通路の途中に介装されるＥＧＲ弁とを備え、
目標ＥＧＲ量が得られるようにＥＧＲ弁の開度を制御するエンジンのＥＧＲ制御装置において、
吸気通路に流入する吸気量を実測吸気量として検出する吸気量検出手段と、
運転条件に応じて予め設定された目標ＥＧＲ率を検索する目標ＥＧＲ率検索手段と、
実測吸気量と目標ＥＧＲ率に応じて目標ＥＧＲ量を演算する目標ＥＧＲ量演算手段と、
排気ガスがＥＧＲ弁を介してシリンダに流入するまでにかかる無駄時間に応じて目標ＥＧＲ量を進み処理する目標ＥＧＲ進み処理手段と、
運転条件と目標ＥＧＲ率に応じて基準吸気量を演算する基準吸気量演算手段と、
実測吸気量と基準吸気量の比に応じて目標ＥＧＲ量を補正する目標ＥＧＲ量補正手段と、
実測吸気量に応じて吸気圧Ｐｍを演算する吸気圧演算手段と、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
エンジン負荷から排ガス量Ｑｅｘｈを推定する排ガス量推定手段と、
排気温度Ｔｍｐｅｈを推定する手段と、
排ガス量Ｑｅｘｈ及び排気温度Ｔｍｐｅｈに基づいて排気圧Ｐｅｘｈを演算する排気圧演算手段と、
ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算してＥＧＲ差圧を検出するＥＧＲ差圧検出手段と、
目標ＥＧＲ量とＥＧＲ差圧に応じてＥＧＲ弁の開度を演算するＥＧＲ弁開度演算手段と、
を備え、
前記排気圧演算手段は以下の式から排気圧Ｐｅｘｈを演算する、
排気圧Ｐｅｘｈ＝定数×Ｑｅｘｈ 2 ×Ｔｍｐｅｈ
ただし、Ｐｅｘｈ：排気圧、
Ｑｅｘｈ：排気量
Ｔｍｐｅｈ：排気温度、
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲ制御装置。 - 前記基準吸気量を実測吸気量の時間的変化と一致させるように遅れ処理する基準吸気量遅れ処理手段を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。 - 前記目標ＥＧＲ率演算手段の演算周期に対して前記目標ＥＧＲ量補正手段の演算周期を長くした
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。 - 前記排気通路に排気圧力を変化させる排気後処理装置を備えた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
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