JP3617240B2 - Exhaust gas recirculation control device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関から排出されるNOx濃度を検出しながら排気還流量を制御する排気還流制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関から排出されるNOxを低減するために、排気の一部を吸気中に還流し、燃焼の最高温度、圧力を下げる排気還流(EGR)装置が知られている。
【0003】
ディーゼルエンジンにおいて、NOx低減のためにEGRをすると、燃焼雰囲気が酸素不足となるため、一般に排気微粒子(パティキュレート:PM)や他の排気成分が悪化する傾向がある。とくに、このNOxとPMのトレードオフの関係はEGR量が多い、あるいは空気過剰率が低い場合ほど顕著となる。したがってNOxとPMの排出量をバランスよく減らすには、運転条件に応じてEGRを精密に制御する必要がある。
【0004】
そこで従来、例えば特開昭61−27967号公報によれば、エンジン回転数、負荷、吸入空気圧を因数としてEG率を決定し、これに応じてEGR弁の開度を制御し、NOx排出量が所定値以下となるように制御している。また、大気圧によってエンジン吸気充填効率が変化すると、スモークやPMを悪化させずにNOxを低減するための要求EGR率も変化する変化するので、特開昭63−239353号公報によって、大気圧をモニターして、高地走行時などEGRを減少補正するものがある。
【0005】
しかし、このようにEGR制御を行っても、オープン制御が多いために、実際のEGR量は常に目標値に一致するとは限らず、エンジン毎のNOx排出量にバラツキがあったりしていた。
【0006】
また、仮にEGR量をフィードバック制御するにしても、例えば空気中の水分などによってエンジンの燃焼条件が変動したりすると、同一のEGR量であってもNOxやPMの実際の排出量が変化することもある。
【0007】
また、EGR弁の開度をステップモータにより制御する場合、目標値に対応したステップ数を決めるので、EGR弁の開度も対応して決まり、目標どおりのEGR弁開度に制御できる。ただし、ステップモータの脱調などによるEGR弁の異常や故障も無いわけではないので、これらの対策として、特開平6−249077号公報、特開平6−229323号公報にあるように、吸気と排気の差圧を検出してEGR弁の故障を判定したり、特開平7−42622号公報のようにEGR温度を検出して故障診断を行う、あるいは特開平6−137219号公報にあるように測定したEGR量を予測EGR量と比較することで、故障を診断するものがある。
【0008】
しかし、このようにEGR弁の故障診断のために新たなセンサや診断ロジックを設けることは、制御の複雑化やコストアップを招き、好ましくない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、従来のEGR装置にあっては、EGR量のフィードバック制御などにより、EGR量の制御精度は上がっても、実際にNOxの排出状態を検出しているわけではないので、目標通りにEGR制御が行われても、エンジンによってはNOxの排出量が規定の水準に達していなこともあり、エンジンの劣化等を含めて、長期間にわたり安定してNOxを低減できるとは限らない。
【0010】
ところで、近年、排気中のNOx濃度を測定するNOxセンサの開発が進んでおり、例えばSAE960344にあるような固体電解質タイプのNOxセンサや、特開平7−325059号公報で提案されているような単結晶様構造をもつ物質をNOx感応体としてNOx濃度を検出するものが知られている。
【0011】
そこで、この発明は、排気中のNOx濃度に基づいて実際のNOx排出量を算出し、このNOx排出量が運転条件に応じての目標値と一致するようにフィードバック制御することにより、NOx排出量をバラツキなく低減することを目的とする。
【0012】
また、本発明は、NOx濃度センサの検出特性からNOx排出量の応答遅れや検出誤差に起因しての制御の不安定化を回避することをも目的とする。
【0013】
また、本発明は、EGR弁の異常についても、特別なセンサを追加することなく、確実に診断できるようにすることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
第1または第2の発明は、エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、これらに基づいてエンジンに供給する燃料供給量を演算する手段と、排気の一部を吸気中に還流する排気還流通路と、この排気還流量を調整する排気還流制御弁と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置において、排気通路を流れる排気中のNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段と、エンジン回転数、負荷に応じて目標とするNOx排出量を設定する手段と、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期または吸気スワール比率の目標制御値と実測制御値との差異に基づいて目標NOx排出量を補正する補正手段と、前記エンジン回転数と吸入空気量とNOx濃度センサの応答遅れを補正して求めたNOx濃度とに基づいて実際のNOx排出量を演算する手段と、実測NOx排出量が前記補正された目標NOx排出量と一致するように排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備える。
【0018】
第3の発明は、前記排気還流制御弁のフィードバック制御手段が、少なくとも減速運転中など排気中の酸素濃度が高いときにフィードバック制御を中止し、機関回転数と負荷に応じた排気還流制御弁の開度にオープン制御する。
【0019】
第4の発明は、前記目標NOx排出量と実測NOx排出量との差異が予め設定した値以上のときに排気還流制御弁が故障であると判定し、警告する手段を備える。
【0020】
第5の発明は、前記故障判定警告手段が、過渡運転時には故障判定を中止するようになっている。
【0021】
【発明の作用・効果】
第1または第2の発明において、エンジンの運転状態に応じて目標とするNOx排出量が設定されると、排気還流制御弁の開度が調整され、排気の一部が排気還流通路から吸気中に還流され、これにより機関の燃焼最高温度、圧力を下げ、燃焼時に発生するNOxを低減する。一方、排気中のNOx濃度が検出され、このNOx濃度と、このときのエンジン回転数、吸入空気量とに基づいて、NOxの排出量が演算される。そして、この演算されたNOxの排出量が目標とするNOx排出量よりも多ければ、排気還流制御弁の開度を増大し、吸気中に還流される排気還流量を多くすることによりNOxの発生量を低減する。逆に、NOxの排出量が目標排出量よりも少ないときは、排気還流制御弁の開度を小さくして、排気還流量を減少させる。
【0022】
このようにして、常に目標とするNOx排出量となるように排気還流量を制御することで、過剰な排気還流による運転性や他の排気成分の悪化を防ぎ、また、吸気中の湿度や大気圧の影響によるNOx排出量の変動を防止し、NOxの排出量を目標とする基準状態に精度よく低減できる。
【0023】
また、NOx濃度センサの応答遅れ分を考慮してNOx排出量を演算するので、実際のNOx排出量を正確に把握することができ、制御精度の向上が図れる。
【0025】
さらに、例えば燃料噴射時期が目標噴射時期よりも早くなると、NOxは相対的に増加し、また、吸気スワール比率が高まると、同じくNOxは増加する。このときには、目標NOx排出量をそのままにしておくと、フィードバック制御により排気還流量が大きくなり、パティキュレートやスモークが増大してしまうので、目標NOx排出量を減少側に補正することで、これらの増大を抑制できる。
【0026】
第3の発明では、減速運転による燃料カット時など、排気中の酸素濃度の高いときは、NOx濃度センサが正常には働かず、NOx濃度を過剰に検出する誤差を生じる。このため、減速後の燃料供給再開直後などに排気還流が過大となり、運転性やパティキュレートなどが悪化する。そこで減速運転中は排気還流量のフィードバック制御を中止し、エンジン回転数と負荷によりオープン制御することで、減速後の燃料供給再開時に排気還流制御弁の開度が必要以上に大きくなり過ぎるのを防ぎ、良好な運転性などを確保する。
【0027】
第4の発明において、排気還流量のフィードバック制御により、目標NOx排出量と実測NOx排出量とは一致しなければならないにもかかわらず、この差が大きいときは、排気還流制御弁を含む制御系に故障などの異常が発生したものと見なすことができる。故障のままでは、NOx排出量を目標値に制御することは不能となる。したがって、このようなときは故障を判定し、警告をすることにより、修理などを促す。
【0028】
第5の発明において、過渡運転中は、フィードバック制御の応答性を含めて、目標NOx排出量に対して実測値は誤差を生じやすい。このときにもこれらの差から故障判定を行えば正確な判定はできない。そこで、このような場合には故障判定を中止することで、故障判定の信頼性を高められる。
【0029】
【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場合の実施形態を説明する。
【0030】
まず、図1にディーゼルエンジンの燃料噴射システムを示す。
【0031】
図1において、エンジン回転に同期して回転駆動される燃料噴射ポンプ1の入力軸6aには、燃料を予圧するフィードポンプ6が取付けられ、さらに同軸上には入力軸6aと同一的に回転すると共に、軸方向に往復運動するように連結されたプランジャ2が配置される。
【0032】
フィードポンプ6はポンプ室7に加圧した燃料を送り出し、かつ余剰燃料は図示しない燃料タンクへと還流され、ポンプ室7の圧力を一定に維持する。
【0033】
プランジャ2には気筒数に対応したカム山をもつフェイスカム2aが同軸に設けられ、フェイスカム2aがローラ8aに乗り上げる毎にプランジャ2が軸方向に往復運動する。例えば6気筒エンジンならば、入力軸6aが1回転すると、この間にフェイスカム2aが6回だけローラ8aに乗り上げ、プランジャ2が6回往復運動する。プランジャ2が往復運動すると、その都度、プランジャ室2bに燃料を吸込み、加圧する。なお、2kはフェイスカム2aに対抗してプランジャ2を押し戻すリタンースプリングである。
【0034】
プランジャ2の伸び出し行程において、プランジャ室2bには、前記ポンプ室7からの燃料が、燃料停止弁10及びプランジャ2に設けたスリット2jを経由して吸入される。
【0035】
これに対して、プランジャ2の圧縮行程でプランジャ室2bの加圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル11に圧送するため、プランジャ2の軸心に沿って、プランジャ室2bと連通する連通路2cが形成され、この連通路2cは途中において半径方向に分岐する高圧通路2dをもち、またその先端部において同じく半径方向に貫通する放出通路2eが形成される。
【0036】
プランジャ2の回転位置に応じて高圧通路2dと選択的に接続するように、プランジャ2の周囲のシリンダ2fの内周には、エンジン気筒数に対応した数のポート2gが均等に配置され、各ポート2gにはそれぞれデリバリバルブ2h(1つだけしか図示していない)が接続し、このデリバリバルブ2hから燃料噴射ノズル11へと燃料が圧送される。
【0037】
プランジャ2は1回転する度に6回往復し、その都度吸入した燃料を加圧するが、加圧燃料が連通路2cから高圧通路2dに押し込まれ、このときプランジャ2の回転位置により連通するポート2gに加圧燃料が送り込まれ、対応するデリバリバルブ2hを介して燃料噴射ノズル11に燃料が圧送される。
【0038】
一方、プランジャ2の外周にはコントロールスリーブ3が摺動自在に嵌合し、通常は前記放出通路2eを被覆して閉じているが、プランジャ2の圧縮方向への移動により、やがて放出通路2eを解放する。これにより、プランジャ室2bの圧力が解放され、デリバリバルブ2hから燃料噴射ノズル11への燃料の圧送が終了する。
【0039】
したがって、燃料噴射ノズル11に送り込まれる燃料量は、コントロールスリーブ3の位置により変化し、プランジャ2の圧縮方向への移動時に、早期に放出通路2eを解放すれば、燃料噴射量は少なく、逆に放出通路2eの解放時期が遅くなると、燃料噴射量は多くなる。
【0040】
この燃料噴射量を制御するため、コントロールスリーブ3の位置を自由に変化させるロータリソレノイド4が設けられ、このロータリソレノイド4には燃料噴射量コントロールユニット18からの燃料の噴射信号が供給され、これに応じてコントロールスリーブ3の位置を変える。なお、コントロールスリーブ3の位置は位置センサ5によって検出され、コントロールユニット18にフィードバックされる。
【0041】
次に、前記したフェイスカム2aが乗り上げるローラ8aは、タイマピストン8によって、そのフェイスカム2aの円周方向の位置が制御される。なお、図示したタイマピストン8は、説明の便宜上、実際の位置から90度だけ回転させてある。タイマピストン8の両側には、低圧室8bと高圧室8cとが設けられ、高圧室8cの圧力は、コントロールバルブ9によって高圧燃料の一部を低圧室8bに逃がす量を制御することにより調整され、これによってタイマピストン8の位置が変化する。
【0042】
タイマピストン8の位置が変化し、フェイスカム2aの回転方向にローラ8aの位置を進めると、フェイスカム2aがローラ8aに乗り上げる位置が相対的に遅れ、プランジャ2による燃料の加圧開始時期、つまり燃料の噴射時期が遅くなり、逆にフェイスカム2aの回転と反対方向にローラ8aの位置を遅らせると、プランジャ2による加圧開始時期が早まり、燃料噴射時期が早くなる。
【0043】
前記したコントロールユニット18からの信号により、運転状態に応じてコントロールバルブ9の作動が制御され、タイマピストン8の位置が調整され、燃料噴射時期が進角、遅角制御される。
【0044】
なお、このコントロールユニット18には、燃料噴射ノズル11の開弁時期を検出するノズルリフトセンサ12と、燃料噴射ポンプ1に供給される燃料温度を検出する燃料温度センサ15と、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ13と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ16と、ポンプ回転数を検出する回転数センサ14などからの信号が入力し、これらに基づいて、上記した燃料噴射量、噴射時期の制御信号を演算し、出力する。
【0045】
このようにして、運転状態に応じてエンジンに対する燃料の噴射量、噴射時期が制御されるのであり、またこれに対応して制御される排気還流量の制御システムについて、図2によって説明する。
【0046】
図2は排気還流システムを示すものであって、51はディーゼルエンジン、52は吸気通路、53は排気通路、54は排気通路53の排気の一部を吸気通路52に還流するための排気還流通路である。
【0047】
吸気通路52は吸入空気量を測定するためのエアフローメータ55が設置され、その下流に吸入空気を2段階に絞り込む吸気絞弁56が設けられる。この吸気絞弁56の下流側に前記した排気還流通路54が接続され、また排気還流通路54の途中には排気還流量をコントロールするための排気還流制御弁(EGR弁)57が介装される。
【0048】
したがって、排気通路53から吸気通路52に流れる排気の還流量は、吸気絞弁56の開度に応じて発生する吸入負圧と、排気通路53との排圧との差圧に応じると共に、そのときのEGR弁57の開度に対応して決定される。
【0049】
前記吸気絞弁56は負圧アクチュエータ56aにより開度が2段階に制御され、負圧アクチュエータ56aには第1の電磁弁61を介して図示しないバキュームポンプからの負圧を導く第1負圧通路62と、第2の電磁弁63を介して同じく負圧を導く第2負圧通路64とが接続され、これら電磁弁61,63によって調圧された負圧により、吸気絞弁56の開度を2段階に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロールするようになっている。
【0050】
たとえば、第1の電磁弁61が負圧導入を止め、大気圧を導入し、第2の電磁弁63が負圧を導入しているときは、負圧アクチュエータ56aの負圧は弱く、吸気絞弁56の開度は比較的大きくなり、これに対して、第1の電磁弁61も負圧を導入しているときは負圧が強く、吸気絞弁56の開度は小さくなる。また、第1、第2の電磁弁61,63が共に大気圧を導入しているときは、吸気絞弁56はリターンスプリングにより、全開位置に保持される。
【0051】
前記EGR弁57はステップモータ57aの回転によってリフト量が変化し、その開度が調整され、この開度に応じて排気還流通路54を通って吸気中に流入する排気還流量が増減する。
【0052】
70はコントローラであって、このコントローラ70が前記した第1、第2電磁弁61,63と、ステップモータ57aの作動を制御し、排気還流量を制御するが、この発明では、排気通路53に排気中のNOx濃度を検出するNOx濃度センサ59が設けられていて、このNOx濃度センサ59の出力に基づいて後述するように、排気中に含まれるNOx排出量を演算し、このNOx排出量が、予め運転状態に対応して設定したNOx排出量と一致するように、排気還流量がフィードバック制御される。
【0053】
このため、コントローラ70には、エアフローメータ55と、図示しないエンジン回転数センサ、エンジン負荷を検出するアクセル開度センサ(これらは図1を参照)からの信号が入力し、また同時に排気通路53に設けたNOx濃度センサ59からの信号も入力し、これらにより、運転状態に応じて目標とするNOx排出量が設定されると共に、排気流量とNOx濃度とから排気中に含まれるNOx排出量を演算し、これら目標NOx排出量と実測NOx排出量とが一致するように、EGR弁57の開度をフィードバック制御するのである。
【0054】
コントローラ70で制御される内容は、図3のブロック図として表すことができる。
【0055】
すなわち、回転数検出手段と負荷検出手段からの出力に基づいて、目標NOx排出量検索手段において、運転状態に応じての目標とするNOx排出量が検索される。さらにこの目標値を動的に補償する手段が設けられる。吸気量検出手段とNOx濃度検出手段からの各出力は、それぞれ応答遅れ補償手段で補償され、実測NOx排出量演算手段において、これら吸気量とNOx濃度とから排気中に含まれるNOx排出量が算出される。そして、比較手段において、これら目標NOx排出量と実測NOx排出量とが比較され、これらの差異がなくなるように、目標とするEGR弁のリフト量が演算される。つまり、目標NOx排出量よりも実際のNOx排出量が多いときには、EGR弁のリフト量(弁開度)は大きくなり、逆に少ないときはEGR弁のリフト量は小さくなる。この結果はEGR弁駆動手段に出力され、これに基づいてEGR弁のリフト量がフィードバック制御される。
【0056】
コントローラ70におけるこれらの制御内容について、以下のフローチャートにより、さらに詳しく説明する。
【0057】
図4〜図18には第1の実施形態を示す。
【0058】
まず、図4はシリンダ吸入新気量をQacを演算するフローであり、これはエンジン回転に同期して実行される(Ref.Job)。
【0059】
ステップ1ではエアフローメータAMFの出力を読み込み、ステップ2でその出力電圧からテーブル変換で吸気量を演算する。ステップ3ではこの吸気量の荷重平均処理を行って荷重平均値Qas0を算出する。
【0060】
ステップ4でエンジン回転数Neを読み込み、ステップ5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。ステップ6では吸気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。
【0061】
そして、ステップ7ではシリンダ吸入新気量Qacを、ステップ6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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
図5は燃料噴射量Qsolを演算するフローである(Ref.Job)。
【0065】
まず、ステップ1でエンジン回転数Neとコントロールレバー開度(アクセル開度)CLを読み込む。ステップ2では、これらNeとCLとから、図6に示すような、燃料噴射特性マップを検索して、基本燃料噴射量Mqdrvを算出する。
【0066】
ステップ3でこの基本燃料噴射量を水温等による補正を行い、Qsol1を求める。さらに、ステップ4では図7に示すような最大燃料噴射量マップにしたがって、最大燃料噴射量の制限を行い、補正されたQsol1が最大噴射量QsolMAXを越えることのないように制限し、最終的な燃料噴射量Qsolとし、処理を終了する。
【0067】
次に図8は運転状態によって決まる目標とするNOx排出量を演算するためのフローである(Ref.Job)。
【0068】
ステップ1ではエンジン回転数Neと燃料噴射量Qsolを読み込み、ステップ2で目標とするNOx排出量であるNOx_t0を、図9のような目標NOx排出量マップから、NeとQsolに基づいて検索し、処理を終了する。
【0069】
図10は、前記目標NOx排出量を過渡運転時に補正するため、エンジンの過渡運転を判別するフローである(Ref.Job)。
【0070】
ステップ1で燃料噴射量Qsol、アクセル開度TVO、エンジン回転数Neを読み込み、ステップ2では、予め設定された所定の計算サイクル前の燃料噴射量Qsolzk、アクセル開度TVOzm、エンジン回転数Neznをそれぞれ読み込む。
【0071】
そして、ステップ3では、これら各燃料噴射両Qsol、アクセル開度TVO、エンジン回転数Neの所定のサイクル前の各値との、差分dQsol、dTVO、dNeを次のように演算する。
【0072】
dQsol=Qsol−Qsl−Qsolzk、dTVO=TVO−TVOzm、dNe=Ne−Nezn
運転状態が過渡状態にあるかどうかを判別するため、ステップ4では図11に示すような判定テーブルによって、それぞれdQsol、dTVO、dNeについて定常領域にあるか加速(過渡)領域にあるかを判断し、これらの結果のアンドをとって、例えば、これらのうち2つ以上が過渡であるときに過渡と判定し、過渡判定フラグF_trをたてる。
【0073】
次いで、図12は目標とするNOx排出量を演算するフローである(Ref.Job)。
【0074】
ステップ1で過渡フラグF_trを読み込み、ステップ2で過渡運転であるかどうか判定し、もし、過渡運転ならばステップ3に以降に進み、目標NOx排出量の進み補正を行い、過渡運転でなければステップ5に進む。
【0075】
ステップ3では、検索された目標NOx排出量NOx_tについてのEGR制御系の一次遅れ相当値R_NOx_tを次式のようにして算出する。
【0076】
R_NOx_t=R_NOx_tn−1×(1−K_NOxt#)+NOx_t0×K_NOxt#
ただし、K_NOxt#はEGR制御系時定数相当値である。そして、ステップ4ではEGR制御系の遅れに対する補正ゲイン分だけ、目標NOx排出量を進み補正し、これをEGR制御系の遅れ補正後の目標NOx排出量であるNOx_tとする。NOx_tは次のようにして求められる。
【0077】
NOx_t=GK_NOx#×NOx_t0−(GK_NOx#−1)×R_NOx_tn−1
なお、GK_NOx#は進み補正ゲインである。このようにして、過渡運転時にはEGR制御系の遅れ分に相当して、目標NOx排出量を進み側に補正し、応答遅れを補償する。
【0078】
なお、ステップ5に進んだ場合(定常時)は、そのままNOx_t=NOx_t0として、処理を終了する。
【0079】
図13は燃料噴射量、吸入空気量のサイクル処理のフローである。なお、この演算動作は10ms毎に実行される。
【0080】
排気中のNOx濃度に基づいて排気中に含まれるNOx排出量を演算するために、吸入新気量と燃料噴射量については、サイクル処理をして、時間的なずれを一致させる。
【0081】
ステップ1では吸入新気量Qacと、燃料噴射量Qsolを読み込む。ステップ2でQacとQsolにサイクル処理を施し、Qacはシリンダ数が1を引いた分、Qsolは同じく2を引いた分のディレイ処理をする。すなわち、吸入空気量Qace=Qac・Z_(CYLN#_1)、また、燃料噴射量Qf0=Qsol・Z_(CYLN#_2)として、処理を終了する。
【0082】
図14は、これらサイクル処理をした結果に基づいて、NOx濃度、吸入空気量、回転数から実際に排出されるNOx排出量を演算するフローである(Ref.Job)。
【0083】
ステップ1では、図13で求めた、吸入空気量Qaceと燃料噴射量Qf0を読み込み、ステップ2では、吸入空気量重量を吸気乾燥モル流量M_Qacとして、次式にしたがって換算する。
【0084】
M_Qac=(Qace/MolAir#)−Qf0/1000×HF/(CF+HF)×AH/4
ただし、HFはHの質量比1.85、CFはCの質量比12.00、AHはHの原子量1.0079である。また、MolAir#は見かけ上の分子量を意味する。
【0085】
次にステップ3ではエンジン回転数Neを読み込み、ステップ4でNOx濃度センサの出力NOx_i1を読み込む。ステップ5では、センサ出力電圧NOx_i1とNOx濃度の関係を与えたテーブルから、NOx濃度C_NOxを電圧変換により求める。
【0086】
そしてステップ6において、NOx排出重量NOx_i0を、吸気乾燥モル流量M_Qacと、エンジン回転数Ne、NOx濃度C_NOxとに基づいて、次式のようにして演算する。
【0087】
NOx_i0=M_Qac×C_NOx×(AN+2×A0)×Ne×Nz/3600/2
なお、ANはNの分子量、AOはOの分子量、Nzは気筒数を表す。
【0088】
排気中のNOx濃度が分かれば、これと排気流量との関係から、NOx排出量が算出でき、排気流量は吸入空気量とエンジン回転数等から演算できる。
【0089】
ステップ7ではNOx濃度センサの出力の応答遅れを一次遅れと見なし、時定数相当分だけ、次式のようにして、進み処理を施し、実測NOx排出量NOx_iを求める。
【0090】
NOx_i=[NOx_i0−NOx_in−1(1−K_NOxi#)]/K_NOxi#
次に、図15は、上記のようにして求めた目標NOx排出量と実測NOx排出量とに基づいて、排気還流制御弁(EGR弁)のリフト量を演算するフローである(Ref.Job)。
【0091】
まず、ステップ1では前述のようにして求めた目標NOx排出量NOx_tと、実測NOx排出量NOx_iとを読み込み、ステップ2で目標値と実測値との差異dNOxを求める。dNOx=NOx_t−NOx_iとなる。
【0092】
そして、ステップ3では、目標値と実測値との差異dNOxに基づいて、図16(A)に示すようなテーブルから、EGR弁の開度をフィードバック制御するための制御項として、比例項(P分)、積分項(I分)、微分項(D分)を検索し、さらに実測NOx排出量NOx_iに基づいて、図16(B)のテーブルにしたがって、それぞれのP分、I分、D分の補正値、Phos、Ihos、Dhosを求め、そしてこれらから、(P分×P分補正値)+(I分×I分補正値)+(D分×D分補正値)としてPID処理する。これらに基づいて、前記した差異dNOxが0となるように、ステップ4においてEGR弁の制御目標値Liftが演算される。
【0093】
このようにして、目標NOx排出量と実測NOx排出量とが一致するように、EGR弁の開度(リフト量)がフィードバック制御される。
【0094】
次に全体の作用を説明する。
【0095】
エンジンの運転状態に応じて目標とするNOxの排出量が設定されると、これに応じてEGR弁57の開度(リフト量)が調整される。これにより、排気通路53から吸気通路52へと排気の一部が還流される。
【0096】
なお、排気通路53の圧力と吸気通路52との差圧に応じて排気が還流されるが、一般にディーゼルエンジンでは吸入負圧が小さく、EGR弁57の開度を大きくしても、排気還流量が要求どおりに増加しないこともある。そこで、要求排気還流量の大きい運転状態では、吸気絞弁56の開度を全開から絞り込み、その下流に発生する負圧を調節する。
【0097】
排気の一部が吸気中に還流されることで、燃焼の最高温度、圧力が下がり、NOxの発生量が抑制される。一方で、排気還流量が多くなると、パティキュレート(PM)やその他の排気成分も悪化する。
【0098】
NOxの排出量を所定の状態に抑制できるならば、それ以上に排気還流量を増やすことは、PMの悪化を招くだけとなる。
【0099】
そこで、排気中に含まれるNOx排出量が、NOx濃度センサ59の出力と、排気流量に基づいて演算され、このNOx排出量が、目標とするNOx排出量と一致するように、EGR弁57の開度がフィードバック制御される。
【0100】
このため、実際のNOx排出量が目標値よりも多いときは、EGR弁57の開度を大きくして排気還流量を増やし、これによりNOx排出量を目標値まで減らし、また逆に実際のNOx排出量が目標値よりも少ないときは、過剰に排気還流が行われていることを意味し、EGR弁57の開度が減らされ、NOx排出量が目標値と一致するように制御される。
【0101】
このようにして、常に目標とするNOx排出量となるように、排気還流制御が行われるが、この場合、NOx濃度センサ59、EGR弁57並びに作動流体(吸入空気、排気)の動的挙動を考慮した物理モデルを用いてNOx排出量を計測(算出)することで、定常運転時だけでなく過渡運転時にも、所定の目標NOx排出量に対して位相遅れを生じることなく、精度よくフィードバック制御することができる。このため、従来の排気還流制御装置に比較して、構成部品の精度的バラツキや経時劣化に起因してのNOx排出量のバラツキを大幅に抑制することができる。
【0102】
また、直接的にNOx排出量を計測してフィードバック制御するので、図17や図18に示すような、大気圧や湿度などの環境変化に対する補正の必要がなくなる。つまり、一般的には大気圧が低くなれば酸素濃度が低下し、同一EGR量に対してNOxの排出量が低下する反面、PMの排出量は増大する傾向があるが、常に目標NOx排出量となるようにEGRすることで、大気圧が変化しても、PMの排出量の変動を防ぐことができる。同じように、吸入空気中の湿度が高くなると燃焼温度が相対的に下がり、同一EGR量に対しては、NOxの排出量が減少する反面、PMが増加するが、目標NOx排出量となるようにEGRを制御することで、湿度が変動しても、PMの排出量の変動を防止できる。
【0103】
この結果、大気圧、湿度にもとづくEGRの補正が不要となり、そのための大気圧、湿度センサ等も必要なく、一方でPMやスモークの悪化も回避できる。
【0104】
次に他の実施の形態について説明する。
【0105】
ディーゼルエンジンの場合、NOx排出量に最も影響の大きい制御パラメータとしては、EGR率があるが、この他にも燃料噴射時期、あるいは吸気スワールの強さなどの影響を受ける。いま、燃料噴射時期に起因してNOx排出量が変動すれば、これは当然のことながらNOx濃度センサ59の出力にも反映され、例えば噴射時期が設定値よりも進角しているためにNOx排出量が増えたとすると、その分だけEGR量を増やしてNOxを低減するように修正がかかるが、これに伴いスモークやPMも悪化し、とくに定常時に比較して加速時などにこの傾向が強まる。
【0106】
そこで、本実施の形態では、EGR以外のNOx排出量に影響を及ぼす制御パラメータが、目標値と実測値が一致しているかどうか判断し、この差に応じて目標NOx排出量を補正することにより、スモークやPMの悪化を防止するようにした。
【0107】
図19〜図21は、制御パラメータとして燃料噴射時期を例にして、目標NOx排出量を制御するものである。
【0108】
まず、図19は目標NOx排出量を演算するフローである(Ref.Job)。
【0109】
ステップ1ではエンジン回転数Neと燃料噴射量Qsolとを読み込み、これらに基づいて、前記した図9のようなマップを検索し、目標NOx排出量NOx_tMを読み込む。そして、ステップ3では、後述する図21にしたがって求めた目標NOx補正値NOx_hosを読み込む。そして、ステップ4で目標NOx排出量の補正を次のようにして行う。
【0110】
NOx_t0=NOx_tM×NOx_hos
このようにして目標NOx排出量を補正し、NOx_t0として演算を終了する。
【0111】
図20は、目標NOxの補正値NOx_hosを演算するフローである(Ref.Job)。
【0112】
ステップ1で運転状態に応じて設定された目標とする燃料噴射時期ITsと、ノズルリフトセンサの出力から求めた実際の燃料噴射時期ITiを読み込み、ステップ2で目標燃料噴射時期と実測燃料噴射時期との差Ditを、Dit=ITs−ITiとして求める。
【0113】
ステップ3ではこのDitに基づいて、図21に示すような特性で設定した目標NOx補正値NOx_hosを、テーブルから求め、演算を終了する。
【0114】
なお、NOx_hosは、目標燃料噴射時期と実測燃料噴射時期との差がゼロのときに1.0をとり、進角側、遅角側へのいずれの方向についても、ずれ量が大きくなるほど大きくなり、したがってこの補正値に基づいて調整される目標NOx排出量は、進角、遅角側へのずれが大きくなるほど増大する。なお、この特性はエンジンの燃焼コンセプトによって変わる。
【0115】
その他の制御動作については、前記した第1の実施形態と同じである。
【0116】
このようにして、燃料噴射時期が目標噴射時期からずれると、これに応じて目標NOx排出量を増大側に補正することで、例えば燃料噴射時期のずれに起因してのNOx発生量が増えても、EGR量を増加させることはなく、このためEGR量の増加によってスモークやPMが増えるのを回避できる。とくに、加速時などスモークの発生しやすい燃料噴射量の大きい領域で、燃料噴射時期の誤差からNOx排出量が増えたときなど、EGR量を増加することで、スモークやPMが極端に悪化するような問題を防止できる。
【0117】
なお、目標NOx排出量を補正したことにより、NOx排出量が増加するが、この分を見越して、EGRを増大してもスモークがあまり増大しない定常時などに、目標NOx排出量を相対的に小さく設定すれば、トータルとしてのNOx排出量の増加は抑制できる。
【0118】
この例では、NOx排出量に影響を及ぼす制御パラメータとして燃料噴射時期を取り上げて説明したが、吸気スワール比などの制御についても、同じようにして行うことができる。
【0119】
図22から図24によって、第3の実施形態を説明する。
【0120】
NOx濃度センサ59が固体電解質型で酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプでは、減速時にエンジンに供給される燃料がカットされ、排気中の酸素濃度が大気と同じにようになると、酸素ポンプが正常に働かなくなり、センサ出力が上限値にシフトしてしまうという特性をもつ。このため、減速時には結果的にNOx排出量が過多であると誤認識し、EGR弁を最大限にリフトさせ、弁開度を大きくする。
【0121】
減速時に燃料カットしているときは、エンジンからのNOxの排出が無く、また燃料カットしなくてもNOxの排出量は相対的に減少するはずなので、EGR弁をこのように開く必要はなく、これに対してフューエルリカバー時には、EGR弁が最大リフト状態から急激に閉じるにしても、応答遅れの間にEGRが過大に行われ、大量EGRにより燃焼が悪化し、失火や白煙を生じたり、減速再加速時にスモークが多く発生したりする。
【0122】
そこで、この実施の形態では、減速運転を検出したらNOx濃度センサによるEGR弁のフィードバック制御を中止し、エンジン回転と負荷により、EGR弁開度をオープン制御することで、減速燃料カット状態からのフューエルリカバー時に生じるこれらの問題を解消する。
【0123】
まず、図22は減速運転を判別するフローである(Ref.Job)
ステップ1で燃料噴射量Qsol、アクセル開度TVO、エンジン回転数Neをそれぞれ読み込み、また、ステップ2では設定された計算サイクル前の燃料噴射量Qsolzk、アクセル開度TVOzm、エンジン回転数Neznを読み込む。ステップ3でこれら各値の設定サイクル前との差分dQsol、dTVO、dNeを、それぞれdQsol=Qsol−Qsolzk、dTVO=TVO−TVOzm、dNe=Ne−Nednとして演算する。
【0124】
そして、ステップ4では、これらdQsol、dTVO、dNeを所定値と比較し、減速運転かどうか判定し、減速運転のときはフラグF_daを立てる。減速運転に移行すると、燃料噴射量、アクセル開度、エンジン回転数は所定サイクル前よりも減り、したがって前記した各差分が大きくなるので、これらから判定することができる。
【0125】
図23は減速時のEGR弁の制御フローである(Ref.Job)。
【0126】
図22で減速運転判定フラグF_daが立っているときに、この図23のフローに進むのであり、ステップ1ではエンジン回転数Neと燃料噴射量Qsolを読み込む。そして、ステップ2でこれらNeとQsolとから、図24に示すようなEGR弁のリフトマップから目標EGR弁のリフト量を検索する。
【0127】
減速時のEGR弁のリフト量は、燃料噴射量、回転数が大きいほど小さくなり(弁開度小)、アイドル回転に近い状態でのリフト量は大きくなる。
【0128】
目標EGR弁のリフト量が決まったら、これに基づいてEGR弁のリフト量をオープン制御する。なお、この減速時にはNOx排出量を目標値と一致させるためのEGR弁のフィードバック制御は中止される。
【0129】
このようにして、減速時にはNOx濃度センサによるEGR弁のフィードバック制御を中止し、エンジン回転と負荷により、EGR弁開度をオープンループ制御することで、減速燃料カット状態からのフューエルリカバー時などに、NOx濃度センサの誤差によりEGR弁が最大開度まで開くのを防ぎ、EGR弁の開き過ぎによる燃焼状態の悪化を防止する。
【0130】
次に図25、図26により、EGR弁の故障判別を行う実施の形態について説明する。
【0131】
NOx排出量についてはフィードバック制御しているわけであるから、実測NOx排出量は目標値と一致するはずである。しかし、EGR弁の故障状態では実測NOx排出量は目標値から大きくずれてくる。
【0132】
そこでこの実施形態では、目標NOx排出量と実測NOx排出量との差からEGR弁の故障を判定するようにした。
【0133】
まず図25は過渡運転状態にあるかどうかを判定するフロー(Ref.Job)であり、ステップ1では、燃料噴射量Qsol、アクセル開度TVO、エンジン回転数Neをそれぞれ読み込み、また、ステップ2では設定された計算サイクル前の燃料噴射量Qsolzk、アクセル開度TVOzm、エンジン回転数Neznを読み込む。ステップ3でこれら各値の設定サイクル前との差分dQsol、dTVO、dNeを、それぞれdQsol=Qsol−Qsolzk、dTVO=TVO−TVOzm、dNe=Ne−Nednとして演算する。そして、ステップ4では、これらdQsol、dTVO、dNeを所定値と比較し、差分が所定値以上のときは前述した図10と同じようにして、過渡運転と判定し、過渡運転フラグF_trlを立てる。
【0134】
図26はEGR弁の故障判別フローであり(Ref.Job)、まずステップ1において、図25のフラグの結果から、過渡運転中かどうかを判定する。
【0135】
過渡運転中ならば、EGR弁の作動が正常であっても、目標NOx排出量と実測NOx排出量とは大きくずれることもあるため、故障判定は中止する。
【0136】
過渡運転中でないとき、ステップ2に進み、前回または所定サイクル前の目標NOx排出量NOx_tと、実測NOx排出量NOx_iとの差分dNOxを読み込む。そして、ステップ3において、この差分dNOxと実測NOx_iとの比率、つまりdNOx/NOx_iを、予め設定された故障判定敷居値DIAG_EGRと比較する。
【0137】
実測NOx排出量に対する差分dNOxの比率が所定値以下のときは、ステップ5に進み、目標NOx排出量と実測NOx排出量との差が小さく、EGR制御は正常に行われている、つまりEGR弁の作動は正常と判断する。
【0138】
しかし、実測NOx排出量に対するdNOxの比率が所定値以上のときは、ステップ6に移行し、フィードバック制御しているにもかかわらず目標NOx排出量と実測NOx排出量には大きな差があり、EGR制御が正常でないものと判断し、ステップ7において警告灯を点灯するなどして異常状態を知らせる。なお、必要に応じては、このときに燃料噴射量を制限し、故障に対する修理を促すフェールモードとしてもよい。
【0139】
このようにして、簡単な構成によってEGR弁の故障などの異常を判定することができる。
【0140】
なお、以上については、ディーゼルエンジンに適用した場合を説明したが、本発明はガソリンエンジンについても、同じようにして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の燃料供給系を示す概略構成図。
【図2】同じく排気還流制御系を示す概略構成図。
【図3】本発明の制御系のブロック図。
【図4】第1の実施形態の制御内容を示すもので、シリンダ吸入空気量を演算するためのフローチャート。
【図5】同じく燃料噴射量を演算するためのフローチャート。
【図6】同じく燃料噴射特性を示す特性図。
【図7】同じく最大噴射量特性を示す特性図。
【図8】同じく目標NOx排出量を演算するためのフローチャート。
【図9】同じく目標NOx排出量特性を示す特性図。
【図10】同じく過渡運転を判定するためのフローチャート。
【図11】同じく過渡運転判定フラグの特性図。
【図12】同じく目標NOx排出量の進み処理を演算するためのフローチャート。
【図13】同じくサイクル処理をするためのフローチャート。
【図14】同じくNOx排出量を演算するためのフローチャート。
【図15】同じくEGR弁のリフト量を演算するためのフローチャート。
【図16】同じくP.I.D定数の特性を示すもので、(A)はP.I.D分、(B)はP.I.D分の補正値を示す。
【図17】同じく大気圧とNOx排出特性の関係を示す説明図。
【図18】同じく湿度とNOx排出特性の関係を示す説明図。
【図19】第2の実施形態の制御内容を示すもので、目標NOx排出量を演算するためのフローチャート。
【図20】同じく目標NOx排出量の補正値を演算するためのフローチャート。
【図21】同じく補正値の特性を示す特性図。
【図22】第3の実施形態の制御内容を示すもので、減速運転状態を判定するためのフローチャート。
【図23】同じく減速状態でのも目標EGR弁リフト量を演算するためのフローチャート。
【図24】同じく目標EGR弁のリフト特性を設定した特性図。
【図25】第4の実施形態の制御内容を示すもので、過渡運転状態を判定するためのフローチャート。
【図26】同じくEGR弁の故障を判定するためのフローチャート。
【符号の説明】
51 ディーゼルエンジン
52 吸気通路
53 排気通路
54 排気還流通路
55 エアフローメータ
57 排気還流制御弁
57a ステップモータ
59 排気濃度センサ
70 コントローラ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas recirculation control device that controls the exhaust gas recirculation amount while detecting the concentration of NOx discharged from an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In order to reduce NOx emitted from internal combustion engines such as diesel engines and gasoline engines, exhaust gas recirculation (EGR) devices that recirculate part of the exhaust gas into the intake air and reduce the maximum combustion temperature and pressure are known. .
[0003]
In a diesel engine, when EGR is performed to reduce NOx, the combustion atmosphere becomes oxygen-deficient, and thus exhaust particulates (particulates: PM) and other exhaust components generally tend to deteriorate. In particular, the trade-off relationship between NOx and PM becomes more prominent as the amount of EGR is larger or the excess air ratio is lower. Therefore, to reduce the NOx and PM emissions in a well-balanced manner, it is necessary to precisely control the EGR according to the operating conditions.
[0004]
Therefore, conventionally, for example, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-27967, the EG rate is determined based on the engine speed, the load, and the intake air pressure, and the opening degree of the EGR valve is controlled accordingly. Control is performed so as to be a predetermined value or less. Further, if the engine intake charging efficiency changes due to atmospheric pressure, the required EGR rate for reducing NOx without changing smoke and PM also changes, so that the atmospheric pressure is reduced according to Japanese Patent Laid-Open No. 63-239353. Some monitors monitor and correct EGR when driving at high altitudes.
[0005]
However, even if EGR control is performed in this way, since there are many open controls, the actual EGR amount does not always match the target value, and the NOx emission amount varies from engine to engine.
[0006]
Even if the EGR amount is feedback controlled, for example, if the combustion conditions of the engine fluctuate due to moisture in the air, the actual emission amount of NOx and PM changes even if the EGR amount is the same. There is also.
[0007]
Further, when the opening degree of the EGR valve is controlled by the step motor, the number of steps corresponding to the target value is determined, so that the opening degree of the EGR valve is also determined correspondingly and can be controlled to the EGR valve opening degree as the target. However, since the EGR valve does not have an abnormality or failure due to step-out of the step motor or the like, as countermeasures against these problems, as disclosed in JP-A-6-249077 and JP-A-6-229323, intake and exhaust The EGR valve failure is determined by detecting the differential pressure of the EGR, or the failure diagnosis is performed by detecting the EGR temperature as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-42622, or measured as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-137219. Some have diagnosed a failure by comparing the EGR amount with the predicted EGR amount.
[0008]
However, providing a new sensor or diagnostic logic for diagnosing a failure of the EGR valve in this way is not preferable because it complicates the control and increases the cost.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In any case, the conventional EGR device does not actually detect the NOx emission state even if the control accuracy of the EGR amount is improved by feedback control of the EGR amount. Even if EGR control is performed, NOx emissions may not reach the specified level depending on the engine, and it may not always be possible to stably reduce NOx over a long period of time, including engine deterioration. .
[0010]
By the way, in recent years, NOx sensors for measuring NOx concentration in exhaust gas have been developed. For example, a solid electrolyte type NOx sensor such as that disclosed in SAE960344, or a simple one as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-325059. A substance that detects a NOx concentration using a substance having a crystal-like structure as a NOx sensitive body is known.
[0011]
Therefore, the present invention calculates the actual NOx emission amount based on the NOx concentration in the exhaust gas, and performs feedback control so that the NOx emission amount matches the target value according to the operating conditions, thereby reducing the NOx emission amount. The purpose is to reduce the variation without variation.
[0012]
Another object of the present invention is to avoid instability of control due to a delay in response of NOx emission amount or detection error from the detection characteristics of the NOx concentration sensor.
[0013]
Another object of the present invention is to make it possible to reliably diagnose an EGR valve abnormality without adding a special sensor.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
FirstOr secondThe invention includes means for detecting the engine speed, means for detecting the engine load, means for detecting the intake air amount of the engine, means for calculating the amount of fuel supplied to the engine based on these, In an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine that includes an exhaust gas recirculation passage that partially recirculates into intake air and an exhaust gas recirculation control valve that adjusts the exhaust gas recirculation amount, the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage is detected. NOx concentration detection means, engine speed, negativeTo loadA means for setting a target NOx emission amount accordingly;Correction means for correcting the target NOx emission based on the difference between the target control value of the fuel injection timing of the diesel engine or the intake swirl ratio and the actually measured control value;Means for calculating an actual NOx emission amount based on the engine speed, the intake air amount, and the NOx concentration obtained by correcting the response delay of the NOx concentration sensor;The correctedMeans for feedback-controlling the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve so as to coincide with the target NOx emission amount.
[0018]
ThirdAccording to the invention, the feedback control means of the exhaust gas recirculation control valve stops the feedback control when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, such as at least during deceleration operation, and the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve according to the engine speed and load Open control to.
[0019]
4thThe present invention further comprises means for determining and warning that the exhaust gas recirculation control valve is in failure when the difference between the target NOx emission amount and the measured NOx emission amount is equal to or greater than a preset value.
[0020]
5thIn this invention, the failure determination warning means stops the failure determination during transient operation.
[0021]
[Operation and effect of the invention]
FirstOr secondIn the invention, when the target NOx emission amount is set according to the operating state of the engine, the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve is adjusted, and a part of the exhaust gas is recirculated into the intake air from the exhaust gas recirculation passage. Reduce the maximum combustion temperature and pressure of the engine to reduce NOx generated during combustion. On the other hand, the NOx concentration in the exhaust gas is detected, and the NOx emission amount is calculated based on the NOx concentration, the engine speed at this time, and the intake air amount. If the calculated NOx emission amount is larger than the target NOx emission amount, the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve is increased, and the exhaust gas recirculation amount recirculated into the intake air is increased to generate NOx. Reduce the amount. On the contrary, when the NOx emission amount is smaller than the target emission amount, the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve is decreased to decrease the exhaust gas recirculation amount.
[0022]
In this way, by controlling the exhaust gas recirculation amount so as to always achieve the target NOx emission amount, the drivability due to excessive exhaust gas recirculation and other exhaust components are prevented from being deteriorated. The fluctuation of the NOx emission amount due to the influence of the atmospheric pressure can be prevented, and the NOx emission amount can be accurately reduced to the target state.
[0023]
Also,Since the NOx emission amount is calculated in consideration of the response delay of the NOx concentration sensor, the actual NOx emission amount can be accurately grasped, and the control accuracy can be improved.
[0025]
further,For example, when the fuel injection timing is earlier than the target injection timing, NOx increases relatively, and when the intake swirl ratio increases, NOx also increases. At this time, if the target NOx emission amount is left as it is, the exhaust gas recirculation amount increases due to feedback control, and particulates and smoke increase. Therefore, by correcting the target NOx emission amount to the decreasing side, these The increase can be suppressed.
[0026]
ThirdIn this invention, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, such as when the fuel is cut by deceleration operation, the NOx concentration sensor does not work normally, and an error in detecting the NOx concentration excessively occurs. For this reason, exhaust gas recirculation becomes excessive immediately after resumption of fuel supply after deceleration, and the drivability and particulates deteriorate. Therefore, the feedback control of the exhaust gas recirculation amount is stopped during the deceleration operation, and the open control is performed by the engine speed and the load, so that the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve becomes excessively large when resuming the fuel supply after the deceleration. Prevent and ensure good drivability.
[0027]
4thIn this invention, when the difference between the target NOx emission amount and the actually measured NOx emission amount is large due to the feedback control of the exhaust gas recirculation amount, the control system including the exhaust gas recirculation control valve fails. It can be considered that an abnormality such as has occurred. If the failure remains, it is impossible to control the NOx emission amount to the target value. Therefore, in such a case, a failure is determined and a warning is given to prompt repair or the like.
[0028]
5thIn the present invention, during the transient operation, the measured value is likely to cause an error with respect to the target NOx emission amount including the response of the feedback control. Even at this time, if a failure is determined from these differences, an accurate determination cannot be made. Therefore, in such a case, the reliability of the failure determination can be improved by stopping the failure determination.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment when the present invention is applied to a diesel engine will be described.
[0030]
First, FIG. 1 shows a diesel engine fuel injection system.
[0031]
In FIG. 1, a feed pump 6 that preloads fuel is attached to an input shaft 6a of a fuel injection pump 1 that is driven to rotate in synchronization with engine rotation, and further rotates coaxially with the input shaft 6a. At the same time, a plunger 2 connected so as to reciprocate in the axial direction is arranged.
[0032]
The feed pump 6 feeds pressurized fuel to the pump chamber 7, and surplus fuel is returned to a fuel tank (not shown) to maintain the pressure in the pump chamber 7 constant.
[0033]
The plunger 2 is coaxially provided with a face cam 2a having a cam crest corresponding to the number of cylinders, and the plunger 2 reciprocates in the axial direction every time the face cam 2a rides on the roller 8a. For example, in the case of a six-cylinder engine, when the input shaft 6a rotates once, the face cam 2a rides on the roller 8a only six times during this time, and the plunger 2 reciprocates six times. Each time the plunger 2 reciprocates, fuel is sucked into the plunger chamber 2b and pressurized. Reference numeral 2k denotes a return spring that pushes back the plunger 2 against the face cam 2a.
[0034]
In the extension stroke of the plunger 2, the fuel from the pump chamber 7 is sucked into the plunger chamber 2 b via the fuel stop valve 10 and the slit 2 j provided in the plunger 2.
[0035]
On the other hand, in order to pressurize the pressurized fuel in the plunger chamber 2b to the fuel injection nozzle 11 of each cylinder in the compression stroke of the plunger 2, the communication passage 2c communicating with the plunger chamber 2b along the axis of the plunger 2 is provided. The communication passage 2c is formed with a high-pressure passage 2d branched in the radial direction in the middle, and a discharge passage 2e penetrating in the radial direction is formed at the tip.
[0036]
A number of ports 2g corresponding to the number of engine cylinders are equally arranged on the inner periphery of the cylinder 2f around the plunger 2 so as to be selectively connected to the high-pressure passage 2d according to the rotational position of the plunger 2. Each port 2g is connected to a delivery valve 2h (only one is shown), and fuel is pumped from the delivery valve 2h to the fuel injection nozzle 11.
[0037]
The plunger 2 reciprocates six times for each rotation, and pressurizes the fuel sucked each time. The pressurized fuel is pushed into the high-pressure passage 2d from the communication passage 2c, and at this time, the port 2g communicates with the rotation position of the plunger 2. Pressurized fuel is fed to the fuel injection nozzle 11 via the corresponding delivery valve 2h.
[0038]
On the other hand, the control sleeve 3 is slidably fitted on the outer periphery of the plunger 2 and normally closes by covering the discharge passage 2e. However, due to the movement of the plunger 2 in the compression direction, the discharge passage 2e is eventually opened. release. As a result, the pressure in the plunger chamber 2b is released, and the pumping of fuel from the delivery valve 2h to the fuel injection nozzle 11 is completed.
[0039]
Accordingly, the amount of fuel fed into the fuel injection nozzle 11 varies depending on the position of the control sleeve 3, and if the release passage 2e is released early when the plunger 2 moves in the compression direction, the fuel injection amount is small and conversely When the release timing of the discharge passage 2e is delayed, the fuel injection amount increases.
[0040]
In order to control the fuel injection amount, a rotary solenoid 4 for freely changing the position of the control sleeve 3 is provided, and a fuel injection signal from a fuel injection amount control unit 18 is supplied to the rotary solenoid 4. The position of the control sleeve 3 is changed accordingly. The position of the control sleeve 3 is detected by the position sensor 5 and fed back to the control unit 18.
[0041]
Next, the roller 8a on which the face cam 2a rides is controlled by the timer piston 8 in the circumferential direction of the face cam 2a. The illustrated timer piston 8 is rotated by 90 degrees from the actual position for convenience of explanation. A low-pressure chamber 8b and a high-pressure chamber 8c are provided on both sides of the timer piston 8, and the pressure in the high-pressure chamber 8c is adjusted by controlling the amount by which a part of the high-pressure fuel is released to the low-pressure chamber 8b by the control valve 9. As a result, the position of the timer piston 8 changes.
[0042]
When the position of the timer piston 8 changes and the position of the roller 8a is advanced in the rotational direction of the face cam 2a, the position at which the face cam 2a rides on the roller 8a is relatively delayed, and the fuel pressurization start timing by the plunger 2, that is, If the fuel injection timing is delayed and the position of the roller 8a is delayed in the direction opposite to the rotation of the face cam 2a, the pressurization start timing by the plunger 2 is advanced, and the fuel injection timing is advanced.
[0043]
The operation of the control valve 9 is controlled according to the operating state by the signal from the control unit 18 described above, the position of the timer piston 8 is adjusted, and the fuel injection timing is advanced and retarded.
[0044]
The control unit 18 includes a nozzle lift sensor 12 that detects the valve opening timing of the fuel injection nozzle 11, a fuel temperature sensor 15 that detects the temperature of the fuel supplied to the fuel injection pump 1, and an engine coolant temperature. Signals from the coolant temperature sensor 13 that performs the operation, the accelerator opening sensor 16 that detects the accelerator opening, the rotational speed sensor 14 that detects the pump rotational speed, and the like are input. Based on these signals, the fuel injection amount and the injection described above are input. Calculate and output the timing control signal.
[0045]
In this way, the fuel injection amount and injection timing for the engine are controlled in accordance with the operating state, and an exhaust gas recirculation amount control system controlled corresponding to this will be described with reference to FIG.
[0046]
FIG. 2 shows an exhaust gas recirculation system, in which 51 is a diesel engine, 52 is an intake air passage, 53 is an exhaust air passage, and 54 is an exhaust gas recirculation passage for returning a part of the exhaust gas in the exhaust air passage 53 to the intake air passage 52. It is.
[0047]
The intake passage 52 is provided with an air flow meter 55 for measuring the amount of intake air, and an intake throttle valve 56 for restricting intake air in two stages is provided downstream thereof. The exhaust gas recirculation passage 54 is connected to the downstream side of the intake throttle valve 56, and an exhaust gas recirculation control valve (EGR valve) 57 for controlling the exhaust gas recirculation amount is interposed in the exhaust gas recirculation passage 54. .
[0048]
Therefore, the recirculation amount of the exhaust gas flowing from the exhaust passage 53 to the intake passage 52 depends on the differential pressure between the suction negative pressure generated according to the opening of the intake throttle valve 56 and the exhaust pressure of the exhaust passage 53, and Is determined in accordance with the opening degree of the EGR valve 57 at the time.
[0049]
The opening of the intake throttle valve 56 is controlled in two stages by a negative pressure actuator 56a, and a first negative pressure passage for leading negative pressure from a vacuum pump (not shown) to the negative pressure actuator 56a via a first electromagnetic valve 61. 62 and a second negative pressure passage 64 that guides negative pressure through the second electromagnetic valve 63 are connected to each other, and the opening degree of the intake throttle valve 56 is controlled by the negative pressure adjusted by the electromagnetic valves 61 and 63. Is controlled in two stages, and the suction negative pressure generated downstream thereof is controlled.
[0050]
For example, when the first electromagnetic valve 61 stops introducing negative pressure, introduces atmospheric pressure, and the second electromagnetic valve 63 introduces negative pressure, the negative pressure of the negative pressure actuator 56a is weak and the intake throttle is reduced. On the other hand, the opening degree of the valve 56 is relatively large. On the other hand, when the first electromagnetic valve 61 also introduces a negative pressure, the negative pressure is strong and the opening degree of the intake throttle valve 56 is small. When both the first and second electromagnetic valves 61 and 63 are introducing atmospheric pressure, the intake throttle valve 56 is held in the fully open position by the return spring.
[0051]
The lift amount of the EGR valve 57 is changed by the rotation of the step motor 57a, the opening degree thereof is adjusted, and the exhaust gas recirculation amount flowing into the intake air through the exhaust gas recirculation passage 54 is increased or decreased according to the opening degree.
[0052]
Reference numeral 70 denotes a controller which controls the operation of the first and second electromagnetic valves 61 and 63 and the step motor 57a to control the exhaust gas recirculation amount. A NOx concentration sensor 59 for detecting the NOx concentration in the exhaust gas is provided, and the NOx emission amount contained in the exhaust gas is calculated based on the output of the NOx concentration sensor 59, as will be described later. The exhaust gas recirculation amount is feedback-controlled so as to coincide with the NOx emission amount set in advance corresponding to the operating state.
[0053]
For this reason, the controller 70 receives signals from an air flow meter 55, an engine speed sensor (not shown), and an accelerator opening sensor (refer to FIG. 1) for detecting the engine load. A signal from the provided NOx concentration sensor 59 is also input, thereby setting the target NOx emission amount according to the operating state and calculating the NOx emission amount contained in the exhaust gas from the exhaust gas flow rate and the NOx concentration. Then, the opening degree of the EGR valve 57 is feedback-controlled so that the target NOx emission amount and the measured NOx emission amount coincide with each other.
[0054]
The contents controlled by the controller 70 can be expressed as a block diagram of FIG.
[0055]
That is, based on outputs from the rotation speed detection means and the load detection means, the target NOx emission amount search means searches for the target NOx emission amount according to the operating state. Furthermore, means for dynamically compensating for this target value is provided. The outputs from the intake air amount detecting means and the NOx concentration detecting means are compensated by the response delay compensating means, respectively, and the measured NOx exhaust amount calculating means calculates the NOx exhaust amount contained in the exhaust gas from the intake air amount and the NOx concentration. Is done. Then, in the comparison means, the target NOx emission amount is compared with the actually measured NOx emission amount, and the target lift amount of the EGR valve is calculated so that the difference therebetween is eliminated. That is, when the actual NOx emission amount is larger than the target NOx emission amount, the lift amount (valve opening degree) of the EGR valve is increased, and conversely, when the actual NOx emission amount is smaller, the EGR valve lift amount is reduced. This result is output to the EGR valve driving means, and based on this, the lift amount of the EGR valve is feedback-controlled.
[0056]
These control contents in the controller 70 will be described in more detail with reference to the following flowchart.
[0057]
4 to 18 show a first embodiment.
[0058]
First, FIG. 4 is a flow for calculating the cylinder intake fresh air amount Qac, which is executed in synchronization with the engine rotation (Ref. Job).
[0059]
In step 1, the output of the air flow meter AMF is read, and in step 2, the intake air amount is calculated from the output voltage by table conversion. In step 3, the load average value Qas0 is calculated by performing the load average process of the intake air amount.
[0060]
In step 4, the engine speed Ne is read. In step 5, the intake air amount Qac0 per cylinder is calculated as Qac0 = Qas0 / Ne × KCON # from Qas0, Ne and the constant KCON #. In step 6, the fresh air amount Qacn at the intake collector inlet is calculated by performing a delay process for n times of Qas0.
[0061]
In step 7, the cylinder intake fresh air amount Qac and the fresh air amount Qacn obtained in step 6 are calculated as follows using the volume ratio Kvol and the volume efficiency equivalent value Kin.
[0062]
Qac = Qacn-1× (1-Kvol × Kin) + Qacn × Kvol × Kin
However, Kvol = Vc / Vm, Vc represents 1 cylinder volume, and Vm represents the intake system volume.
[0063]
In this way, the cylinder intake fresh air amount Qac is obtained, and the process ends.
[0064]
FIG. 5 is a flow for calculating the fuel injection amount Qsol (Ref. Job).
[0065]
First, in step 1, the engine speed Ne and the control lever opening (accelerator opening) CL are read. In step 2, a fuel injection characteristic map as shown in FIG. 6 is searched from these Ne and CL to calculate a basic fuel injection amount Mqdrv.
[0066]
In step 3, the basic fuel injection amount is corrected by the water temperature or the like to obtain Qsol1. Further, in step 4, the maximum fuel injection amount is limited according to the maximum fuel injection amount map as shown in FIG. 7, and the corrected Qsol1 is limited so as not to exceed the maximum injection amount QsolMAX. The fuel injection amount Qsol is set, and the process is terminated.
[0067]
Next, FIG. 8 is a flow for calculating the target NOx emission amount determined by the operating state (Ref. Job).
[0068]
In Step 1, the engine speed Ne and the fuel injection amount Qsol are read. In Step 2, the target NOx emission amount NOx_t0 is searched from the target NOx emission amount map as shown in FIG. 9 based on Ne and Qsol. The process ends.
[0069]
FIG. 10 is a flow for determining the transient operation of the engine in order to correct the target NOx emission amount during the transient operation (Ref. Job).
[0070]
In step 1, the fuel injection amount Qsol, accelerator opening TVO, and engine speed Ne are read. In step 2, the fuel injection amount Qsolzk, accelerator opening TVOzm, and engine speed Nezn before a predetermined calculation cycle are set. Read.
[0071]
In step 3, the differences dQsol, dTVO, and dNe are calculated as follows from the fuel injection Qsol, the accelerator opening TVO, and the engine rotation speed Ne before the predetermined cycle.
[0072]
dQsol = Qsol-Qsl-Qsolzk, dTVO = TVO-TVOzm, dNe = Ne-Nezn
In order to determine whether or not the driving state is in a transient state, in step 4, it is determined whether each of dQsol, dTVO, and dNe is in a steady region or an acceleration (transient) region by using a determination table as shown in FIG. Then, the AND of these results is taken, for example, when two or more of these are transient, it is determined as transient and a transient determination flag F_tr is set.
[0073]
Next, FIG. 12 is a flow for calculating a target NOx emission amount (Ref. Job).
[0074]
In Step 1, the transient flag F_tr is read, and in Step 2, it is determined whether or not the operation is transient. If the operation is transient, the process proceeds to Step 3 and the advance of the target NOx emission is corrected. Proceed to step 5.
[0075]
In step 3, the first-order delay equivalent value R_NOx_t of the EGR control system for the searched target NOx emission amount NOx_t is calculated as follows.
[0076]
R_NOx_t = R_NOx_tn-1× (1-K_NOxt #) + NOx_t0 × K_NOxt #
However, K_NOxt # is an EGR control system time constant equivalent value. In step 4, the target NOx emission amount is advanced and corrected by the correction gain corresponding to the delay of the EGR control system, and this is set as NOx_t which is the target NOx emission amount after the delay correction of the EGR control system. NOx_t is obtained as follows.
[0077]
NOx_t = GK_NOx # × NOx_t0− (GK_NOx # −1) × R_NOx_tn-1
GK_NOx # is a lead correction gain. In this way, during transient operation, the target NOx emission amount is corrected to the advance side corresponding to the delay of the EGR control system, and the response delay is compensated.
[0078]
In addition, when it progresses to step 5 (at the time of steady state), it sets NOx_t = NOx_t0 as it is, and complete | finishes a process.
[0079]
FIG. 13 shows a flow of the cycle processing of the fuel injection amount and the intake air amount. This calculation operation is executed every 10 ms.
[0080]
In order to calculate the NOx emission amount contained in the exhaust gas based on the NOx concentration in the exhaust gas, the intake fresh air amount and the fuel injection amount are subjected to cycle processing so as to match the time lag.
[0081]
In step 1, the intake fresh air amount Qac and the fuel injection amount Qsol are read. In step 2, cycle processing is performed on Qac and Qsol, and Qac performs delay processing by subtracting 1 from the number of cylinders and Qsol by subtracting 2 from the same. That is, the process ends with the intake air amount Qace = Qac · Z_ (CYLN # _1) and the fuel injection amount Qf0 = Qsol · Z_ (CYLN # _2).
[0082]
FIG. 14 is a flow for calculating the NOx discharge amount actually discharged from the NOx concentration, the intake air amount, and the rotational speed based on the results of these cycle processes (Ref. Job).
[0083]
In step 1, the intake air amount Qace and the fuel injection amount Qf0 obtained in FIG. 13 are read, and in step 2, the intake air amount weight is converted as the intake dry molar flow rate M_Qac according to the following equation.
[0084]
M_Qac = (Qace / MolAir #) − Qf0 / 1000 × HF / (CF + HF) × AH / 4
However, HF has a mass ratio of 1.85, CF has a mass ratio of C of 12.00, and AH has an atomic weight of 1.0079. MolAir # means an apparent molecular weight.
[0085]
Next, at step 3, the engine speed Ne is read, and at step 4, the output NOx_i1 of the NOx concentration sensor is read. In step 5, the NOx concentration C_NOx is obtained by voltage conversion from a table giving the relationship between the sensor output voltage NOx_i1 and the NOx concentration.
[0086]
In step 6, the NOx emission weight NOx_i0 is calculated as follows based on the intake dry molar flow rate M_Qac, the engine speed Ne, and the NOx concentration C_NOx.
[0087]
NOx_i0 = M_Qac × C_NOx × (AN + 2 × A0) × Ne × Nz / 3600/2
AN represents the molecular weight of N, AO represents the molecular weight of O, and Nz represents the number of cylinders.
[0088]
If the NOx concentration in the exhaust gas is known, the NOx emission amount can be calculated from the relationship between this and the exhaust gas flow rate, and the exhaust gas flow rate can be calculated from the intake air amount, the engine speed, and the like.
[0089]
In step 7, the response delay of the output of the NOx concentration sensor is regarded as a first-order delay, and advance processing is performed by the amount corresponding to the time constant as shown in the following equation to obtain the measured NOx emission amount NOx_i.
[0090]
NOx_i = [NOx_i0−NOx_in-1(1-K_NOxi #)] / K_NOxi #
Next, FIG. 15 is a flow for calculating the lift amount of the exhaust gas recirculation control valve (EGR valve) based on the target NOx emission amount and the measured NOx emission amount obtained as described above (Ref. Job). .
[0091]
First, in step 1, the target NOx emission amount NOx_t and the measured NOx emission amount NOx_i obtained as described above are read, and in step 2, the difference dNOx between the target value and the actual measurement value is obtained. dNOx = NOx_t−NOx_i.
[0092]
In step 3, based on the difference dNOx between the target value and the actual measurement value, a proportional term (P) is used as a control term for feedback control of the opening degree of the EGR valve from a table as shown in FIG. Min), integral term (I min), and differential term (D min), and based on the measured NOx emission amount NOx_i, according to the table of FIG. 16B, the respective P min, I min, D min Correction values, Phos, Ihos, Dhos are obtained, and from these, PID processing is performed as (P minutes × P minutes correction value) + (I minutes × I minutes correction value) + (D minutes × D minutes correction value). Based on these, the control target value Lift of the EGR valve is calculated in step 4 so that the difference dNOx described above becomes zero.
[0093]
In this way, the opening degree (lift amount) of the EGR valve is feedback-controlled so that the target NOx emission amount and the measured NOx emission amount coincide.
[0094]
Next, the overall operation will be described.
[0095]
When the target NOx emission amount is set according to the operating state of the engine, the opening degree (lift amount) of the EGR valve 57 is adjusted accordingly. As a result, part of the exhaust gas is recirculated from the exhaust passage 53 to the intake passage 52.
[0096]
Exhaust gas is recirculated according to the pressure difference between the exhaust passage 53 and the intake passage 52. However, in general, a diesel engine has a low intake negative pressure, and even if the opening of the EGR valve 57 is increased, the exhaust gas recirculation amount is reduced. May not increase as required. Therefore, in an operating state where the required exhaust gas recirculation amount is large, the opening degree of the intake throttle valve 56 is throttled from the fully open position, and the negative pressure generated downstream thereof is adjusted.
[0097]
When a part of the exhaust gas is recirculated into the intake air, the maximum temperature and pressure of combustion are lowered, and the amount of NOx generated is suppressed. On the other hand, when the exhaust gas recirculation amount increases, particulates (PM) and other exhaust components also deteriorate.
[0098]
If the NOx emission amount can be suppressed to a predetermined state, further increasing the exhaust gas recirculation amount will only cause deterioration of PM.
[0099]
Therefore, the NOx emission amount contained in the exhaust gas is calculated based on the output of the NOx concentration sensor 59 and the exhaust gas flow rate, and the EGR valve 57 is set so that the NOx emission amount matches the target NOx emission amount. The opening is feedback controlled.
[0100]
For this reason, when the actual NOx emission amount is larger than the target value, the opening degree of the EGR valve 57 is increased to increase the exhaust gas recirculation amount, thereby reducing the NOx emission amount to the target value, and conversely the actual NOx amount. When the discharge amount is smaller than the target value, it means that the exhaust gas recirculation is excessively performed, and the opening degree of the EGR valve 57 is reduced, and the NOx discharge amount is controlled to coincide with the target value.
[0101]
In this way, the exhaust gas recirculation control is performed so that the target NOx emission amount is always achieved. In this case, the dynamic behavior of the NOx concentration sensor 59, the EGR valve 57, and the working fluid (intake air, exhaust gas) is controlled. By measuring (calculating) the amount of NOx emissions using a physical model that takes into account, accurate feedback control is performed without causing a phase delay with respect to a predetermined target NOx emission amount, not only during steady operation but also during transient operation. can do. For this reason, compared with the conventional exhaust gas recirculation control device, it is possible to significantly suppress the variation in the accuracy of the component parts and the variation in the NOx emission amount due to the deterioration with time.
[0102]
Further, since the NOx emission amount is directly measured and feedback controlled, there is no need to correct for environmental changes such as atmospheric pressure and humidity as shown in FIGS. That is, in general, as the atmospheric pressure decreases, the oxygen concentration decreases, and the NOx emission amount decreases with respect to the same EGR amount, but the PM emission amount tends to increase, but the target NOx emission amount is always constant. By performing EGR so as to become, even if the atmospheric pressure changes, fluctuations in PM emission can be prevented. Similarly, as the humidity in the intake air increases, the combustion temperature relatively decreases, and for the same EGR amount, the NOx emission amount decreases, while PM increases, but the target NOx emission amount is reached. By controlling the EGR, it is possible to prevent the PM emission amount from changing even if the humidity changes.
[0103]
As a result, EGR correction based on atmospheric pressure and humidity is not required, and an atmospheric pressure and humidity sensor for that purpose are not required, while deterioration of PM and smoke can be avoided.
[0104]
Next, another embodiment will be described.
[0105]
In the case of a diesel engine, the control parameter having the greatest influence on the NOx emission amount is the EGR rate, but it is also affected by the fuel injection timing or the strength of the intake swirl. Now, if the NOx emission amount fluctuates due to the fuel injection timing, this is naturally reflected in the output of the NOx concentration sensor 59. For example, since the injection timing is advanced from the set value, NOx If the amount of emissions increases, the EGR amount will be increased by that amount to reduce NOx, but smoke and PM will worsen accordingly, especially when accelerating compared to the steady state. .
[0106]
Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not the control parameter that affects the NOx emission amount other than EGR matches the target value and the actual measurement value, and the target NOx emission amount is corrected according to this difference. To prevent smoke and PM deterioration.
[0107]
19 to 21 are for controlling the target NOx emission amount by taking the fuel injection timing as an example of the control parameter.
[0108]
First, FIG. 19 is a flow for calculating the target NOx emission amount (Ref. Job).
[0109]
In step 1, the engine speed Ne and the fuel injection amount Qsol are read, and based on these, the map as shown in FIG. 9 is searched to read the target NOx emission amount NOx_tM. In step 3, a target NOx correction value NOx_hos obtained in accordance with FIG. In step 4, the target NOx emission amount is corrected as follows.
[0110]
NOx_t0 = NOx_tM × NOx_hos
In this way, the target NOx emission amount is corrected, and the calculation ends as NOx_t0.
[0111]
FIG. 20 is a flow for calculating the correction value NOx_hos for the target NOx (Ref. Job).
[0112]
The target fuel injection timing ITs set in accordance with the operating state in step 1 and the actual fuel injection timing ITi obtained from the output of the nozzle lift sensor are read. In step 2, the target fuel injection timing and the actual fuel injection timing are measured. Is obtained as Dit = ITs−ITi.
[0113]
In step 3, based on this Dit, the target NOx correction value NOx_hos set with the characteristics shown in FIG. 21 is obtained from the table, and the calculation is terminated.
[0114]
Note that NOx_hos takes 1.0 when the difference between the target fuel injection timing and the actually measured fuel injection timing is zero, and increases as the deviation amount increases in both the advance side and the retard side. Therefore, the target NOx emission amount adjusted based on this correction value increases as the shift to the advance side or the retard side increases. This characteristic varies depending on the combustion concept of the engine.
[0115]
Other control operations are the same as those in the first embodiment.
[0116]
In this way, when the fuel injection timing deviates from the target injection timing, the target NOx emission amount is corrected to the increase side accordingly, and for example, the amount of NOx generated due to the deviation of the fuel injection timing increases. However, the amount of EGR is not increased, and therefore it is possible to avoid an increase in smoke and PM due to an increase in the amount of EGR. In particular, smoke and PM are extremely deteriorated by increasing the amount of EGR, such as when the amount of NOx emission increases due to an error in the fuel injection timing, in areas where the amount of fuel injection is likely to occur, such as during acceleration. Can prevent problems.
[0117]
In addition, although the NOx emission amount increases due to the correction of the target NOx emission amount, the target NOx emission amount is relatively increased in anticipation of this amount, such as in the steady state where the smoke does not increase much even if the EGR is increased. If set to a small value, an increase in the total NOx emission can be suppressed.
[0118]
In this example, the fuel injection timing has been described as a control parameter that affects the NOx emission amount, but control of the intake swirl ratio and the like can be performed in the same manner.
[0119]
The third embodiment will be described with reference to FIGS.
[0120]
In the type in which the NOx concentration sensor 59 is a solid electrolyte type and detects the NOx concentration from the oxygen passage amount, when the fuel supplied to the engine at the time of deceleration is cut and the oxygen concentration in the exhaust becomes the same as the atmosphere, the oxygen pump It has a characteristic that it does not work properly and the sensor output shifts to the upper limit value. For this reason, at the time of deceleration, the NOx emission amount is erroneously recognized as a result, the EGR valve is lifted to the maximum, and the valve opening is increased.
[0121]
When the fuel is cut at the time of deceleration, there is no NOx emission from the engine, and even if the fuel is not cut, the NOx emission should be reduced relatively, so there is no need to open the EGR valve in this way, On the other hand, at the time of fuel recovery, even if the EGR valve closes suddenly from the maximum lift state, the EGR is excessively performed during the response delay, the combustion deteriorates due to a large amount of EGR, and misfires and white smoke occur. Much smoke is generated during deceleration and re-acceleration.
[0122]
Therefore, in this embodiment, when the deceleration operation is detected, the feedback control of the EGR valve by the NOx concentration sensor is stopped, and the EGR valve opening degree is controlled by the engine rotation and the load so that the fuel from the deceleration fuel cut state can be obtained. Eliminate these problems that occur during recovery.
[0123]
First, FIG. 22 is a flow for determining a deceleration operation (Ref. Job).
In step 1, the fuel injection amount Qsol, accelerator opening TVO, and engine speed Ne are read. In step 2, the fuel injection amount Qsolzk, accelerator opening TVOzm, and engine speed Nezn before the set calculation cycle are read. In step 3, the differences dQsol, dTVO, and dNe of these values before the setting cycle are calculated as dQsol = Qsol−Qsolzk, dTVO = TVO−TVOzm, and dNe = Ne−Nedn, respectively.
[0124]
In step 4, these dQsol, dTVO, and dNe are compared with predetermined values to determine whether or not the vehicle is decelerating. When the vehicle is decelerating, the flag F_da is set. When shifting to the deceleration operation, the fuel injection amount, the accelerator opening degree, and the engine speed are reduced from those before the predetermined cycle, and therefore the above-described differences are increased.
[0125]
FIG. 23 is a control flow of the EGR valve during deceleration (Ref. Job).
[0126]
When the deceleration operation determination flag F_da is set in FIG. 22, the process proceeds to the flow of FIG. 23. In step 1, the engine speed Ne and the fuel injection amount Qsol are read. Then, in step 2, the lift amount of the target EGR valve is retrieved from the Ne and Qsol from the lift map of the EGR valve as shown in FIG.
[0127]
The lift amount of the EGR valve at the time of deceleration decreases as the fuel injection amount and the rotational speed increase (the valve opening decreases), and the lift amount in a state close to idle rotation increases.
[0128]
When the lift amount of the target EGR valve is determined, the lift amount of the EGR valve is open-controlled based on this. During this deceleration, feedback control of the EGR valve for making the NOx emission amount coincide with the target value is stopped.
[0129]
In this way, the feedback control of the EGR valve by the NOx concentration sensor is stopped at the time of deceleration, and the EGR valve opening is controlled by the open loop by the engine rotation and the load, so that at the time of fuel recovery from the deceleration fuel cut state, etc. The error of the NOx concentration sensor prevents the EGR valve from opening up to the maximum opening, and prevents the combustion state from deteriorating due to excessive opening of the EGR valve.
[0130]
Next, an embodiment for performing failure determination of the EGR valve will be described with reference to FIGS.
[0131]
Since the NOx emission amount is feedback-controlled, the measured NOx emission amount should match the target value. However, the measured NOx emission amount greatly deviates from the target value in the EGR valve failure state.
[0132]
Therefore, in this embodiment, the failure of the EGR valve is determined from the difference between the target NOx emission amount and the measured NOx emission amount.
[0133]
First, FIG. 25 is a flow (Ref. Job) for determining whether or not the vehicle is in a transient operation state. In step 1, the fuel injection amount Qsol, the accelerator opening TVO, and the engine speed Ne are read. In step 2, The set fuel injection amount Qsolzk, accelerator opening TVOzm, and engine speed Nezn before the calculation cycle are read. In step 3, the differences dQsol, dTVO, and dNe of these values before the setting cycle are calculated as dQsol = Qsol−Qsolzk, dTVO = TVO−TVOzm, and dNe = Ne−Nedn, respectively. In step 4, these dQsol, dTVO, and dNe are compared with predetermined values, and when the difference is equal to or larger than the predetermined value, it is determined as transient operation in the same manner as in FIG. 10 described above, and a transient operation flag F_trl is set.
[0134]
FIG. 26 is a flowchart for determining an EGR valve failure (Ref. Job). First, in step 1, it is determined from the result of the flag in FIG.
[0135]
During transient operation, even if the operation of the EGR valve is normal, the target NOx emission amount and the actually measured NOx emission amount may greatly deviate, so the failure determination is stopped.
[0136]
When the transient operation is not being performed, the process proceeds to Step 2 to read the difference dNOx between the target NOx emission amount NOx_t of the previous time or a predetermined cycle and the measured NOx emission amount NOx_i. In step 3, the ratio between the difference dNOx and the measured NOx_i, that is, dNOx / NOx_i is compared with a preset failure determination threshold value DIAG_EGR.
[0137]
When the ratio of the difference dNOx to the measured NOx emission amount is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to Step 5 where the difference between the target NOx emission amount and the measured NOx emission amount is small and the EGR control is normally performed, that is, the EGR valve. It is judged that the operation is normal.
[0138]
However, when the ratio of dNOx to the measured NOx emission amount is equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to step 6 and there is a large difference between the target NOx emission amount and the actually measured NOx emission amount even though feedback control is being performed. It is determined that the control is not normal, and an abnormal state is notified by turning on a warning lamp in step 7. If necessary, the fuel injection amount may be limited at this time, and a fail mode may be set to urge repair for failure.
[0139]
In this way, an abnormality such as a failure of the EGR valve can be determined with a simple configuration.
[0140]
In addition, about the above, although the case where it applied to a diesel engine was demonstrated, this invention is applicable similarly to a gasoline engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel supply system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an exhaust gas recirculation control system.
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for calculating a cylinder intake air amount, showing the control content of the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart for calculating a fuel injection amount.
FIG. 6 is a characteristic diagram that similarly shows fuel injection characteristics;
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the maximum injection amount characteristic.
FIG. 8 is a flowchart for calculating a target NOx emission amount.
FIG. 9 is a characteristic diagram that similarly shows the target NOx emission amount characteristic;
FIG. 10 is a flowchart for determining a transient operation in the same manner.
FIG. 11 is also a characteristic diagram of a transient operation determination flag.
FIG. 12 is a flowchart for calculating a target NOx emission advance process.
FIG. 13 is a flowchart for performing cycle processing in the same manner.
FIG. 14 is a flowchart for calculating a NOx emission amount.
FIG. 15 is a flowchart for calculating the lift amount of the EGR valve.
FIG. I. This shows the characteristics of the D constant. I. D minutes, (B) I. The correction value for D is shown.
FIG. 17 is an explanatory view showing the relationship between atmospheric pressure and NOx emission characteristics.
FIG. 18 is an explanatory view showing the relationship between humidity and NOx emission characteristics.
FIG. 19 is a flowchart for calculating a target NOx emission amount, showing the control content of the second embodiment.
FIG. 20 is a flowchart for calculating a correction value for the target NOx emission amount.
FIG. 21 is a characteristic diagram showing characteristics of correction values in the same manner.
FIG. 22 is a flowchart for determining the deceleration operation state, showing the control content of the third embodiment.
FIG. 23 is a flowchart for calculating a target EGR valve lift amount in the same deceleration state.
FIG. 24 is a characteristic diagram in which lift characteristics of the target EGR valve are set similarly.
FIG. 25 is a flowchart for determining the transient operation state, showing the control content of the fourth embodiment.
FIG. 26 is a flowchart for determining a failure of the EGR valve.
[Explanation of symbols]
51 diesel engine
52 Air intake passage
53 Exhaust passage
54 Exhaust gas recirculation passage
55 Air Flow Meter
57 Exhaust gas recirculation control valve
57a Step motor
59 Exhaust concentration sensor
70 controller

Claims (5)

エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、これらに基づいてエンジンに供給する燃料供給量を演算する手段と、排気の一部を吸気中に還流する排気還流通路と、この排気還流量を調整する排気還流制御弁と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置において、排気通路を流れる排気中のNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段と、エンジン回転数、負荷に応じて目標とするNOx排出量を設定する手段と、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期の目標制御値と実測制御値との差異に基づいて目標NOx排出量を補正する補正手段と、前記エンジン回転数と吸入空気量とNOx濃度センサの応答遅れを補正して求めたNOx濃度とに基づいて実際のNOx排出量を演算する手段と、実測NOx排出量が前記補正された目標NOx排出量と一致するように排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。Means for detecting the engine speed, means for detecting the engine load, means for detecting the intake air amount of the engine, means for calculating the amount of fuel supplied to the engine based on these, and a part of the exhaust In an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine having an exhaust gas recirculation passage that recirculates into intake air and an exhaust gas recirculation control valve that adjusts the exhaust gas recirculation amount, NOx concentration detection that detects the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage The target NOx emission amount is corrected based on the difference between the means, the means for setting the target NOx emission amount according to the engine speed and the load, and the target control value of the fuel injection timing of the diesel engine and the actually measured control value. correction means and, the engine speed and the intake air amount and the NOx concentration means for calculating the actual NOx emission amount based on the NOx concentration determined by correcting the response delay of the sensor , Exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine actual NOx emissions, characterized in that it comprises a means for feedback controlling the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve so as to coincide with the corrected target NOx emissions. エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、これらに基づいてエンジンに供給する燃料供給量を演算する手段と、排気の一部を吸気中に還流する排気還流通路と、この排気還流量を調整する排気還流制御弁と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置において、排気通路を流れる排気中のNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段と、エンジン回転数、負荷に応じて目標とするNOx排出量を設定する手段と、ディーゼルエンジンの吸気スワール比率の目標制御値と実測制御値との差異に基づいて目標NOx排出量を補正する補正手段と、前記エンジン回転数と吸入空気量とNOx濃度センサの応答遅れを補正して求めたNOx濃度とに基づいて実際のNOx排出量を演算する手段と、実測NOx排出量が前記補正された目標NOx排出量と一致するように排気還流制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。Means for detecting the engine speed, means for detecting the engine load, means for detecting the intake air amount of the engine, means for calculating the amount of fuel supplied to the engine based on these, and a part of the exhaust In an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine having an exhaust gas recirculation passage that recirculates into intake air and an exhaust gas recirculation control valve that adjusts the exhaust gas recirculation amount, NOx concentration detection that detects the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage correcting means, engine speed, and means for setting the NOx emissions target in accordance with the load, the target NOx emissions based on the difference of the target control value of the intake swirl ratio of the diesel engine and the measured control value calculating a correction unit, the actual NOx emission amount based on the NOx concentration determined by correcting the response delay of the engine speed and the intake air amount and the NOx concentration sensor for Stage and, exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine actual NOx emissions, characterized in that it comprises a means for feedback controlling the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve so as to coincide with the corrected target NOx emissions. 前記排気還流制御弁のフィードバック制御手段が、少なくとも減速運転中など排気中の酸素濃度が高いときにフィードバック制御を中止し、機関回転数と負荷に応じた排気還流制御弁の開度にオープン制御する請求項1または2に記載の内燃機関の排気還流制御装置。It said feedback control means of the exhaust gas recirculation control valve, stops the feedback control when the oxygen concentration in the exhaust gas such as at least decelerated while driving high, open control the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve in response to engine speed and load The exhaust gas recirculation control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 . 前記補正された目標NOx排出量と実測NOx排出量との差異が予め設定した値以上のときに排気還流制御弁が故障であると判定し、警告する手段を備えた請求項1〜3のいずれか一つに記載の内燃機関の排気還流制御装置。4. The apparatus according to claim 1 , further comprising a means for determining and warning that the exhaust gas recirculation control valve is faulty when a difference between the corrected target NOx emission amount and the measured NOx emission amount is equal to or greater than a preset value. exhaust gas recirculation control apparatus for an internal combustion engine according to one or. 前記故障判定警告手段は、過渡運転時には故障判定を中止する請求項4に記載の内燃機関の排気還流制御装置。The exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine according to claim 4 , wherein the failure determination warning means stops the failure determination during transient operation.
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