JP3995239B2 - エンジンのｅｇｒシステムの制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのＥＧＲシステムにおいて、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲ率を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンのＥＧＲシステムのＥＧＲ制御では、例えば機関回転速度と、燃料噴射量、アクセル開度等のエンジン負荷とからなる運転状態ごとに目標ＥＧＲ率を設定し、この目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにしたものがあった。しかしながら、このような制御では例えば高地での運転時には空気密度の変化に対応できず、ＥＧＲ量が多すぎてスモーク、排気微粒子（ＰＭ）が増加したり、ＥＧＲ量が少なすぎて十分なＮＯｘ低減効果が得られない場合があった。また、急加速時等で燃料噴射量が急増するときにＥＧＲが行われると空気過剰率が大きく低下し、スモークやＰＭが増大するという問題がある。そのため、従来、急加速時等ではＥＧＲを低減するようにしている。しかしながら、この方法では必要以上にＥＧＲを低減したり、逆にオーバーシュートしてＥＧＲ量が多すぎたりして環境条件の違いに対応できなかったり、過渡運転時の状況に対応できず、十分な効果が得られないという問題があった。それらの問題の解決策として、例えば特許文献１には、内燃機関の排気還流制御装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１によれば、エンジンの運転状態を検出して目標ＥＧＲ率を設定し、次に吸入空気流量を検出し、目標ＥＧＲ率に基づいてシリンダに吸入される目標ＥＧＲ量を設定する。この目標ＥＧＲ量に基づいてＥＧＲ制御弁の弁開度を制御するようにしている。これにより、環境が変化して吸入新気量が変化しても最適なＥＧＲ率に制御できるとしている。又、設定された目標ＥＧＲ量に対して所定の進み処理を行って指令ＥＧＲ量を設定し、これに基づいてＥＧＲ制御弁開度を制御することにより、過渡運転時にも応答遅れの影響を抑制し、良好なＥＧＲ率に制御できるとしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−５３５１９号公報（第３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法によれば、吸入空気量を検出し、これに基づいてＥＧＲ弁開度を制御している。そのため、急加速時や急激な負荷変動に対して遅れが発生し、良好なＥＧＲ制御が行われない恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、環境の変化に対応できると共に、急加速時のＥＧＲ制御を効果的に行うことができる、エンジンのＥＧＲシステムの制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、エンジンの給気回路と排気回路とを接続するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブを介して排気の一部を前記給気回路に還流する、ＥＧＲシステムの制御方法において、ａ）所定の時間間隔で、そのときの運転状態のエンジンに吸入される空気流量を求め、ｂ）前記運転状態のエンジン回転速度と、燃料流量と、ＥＧＲバルブの前後の差圧とを検出し、ｃ）エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標ＥＧＲバルブ開度の関係から、前記運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度を求め、ｄ）前記ＥＧＲバルブの前後の差圧と、前記運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度とから仮想ＥＧＲガス流量を求め、ｅ）前記空気流量と、前記燃料流量と、前記仮想ＥＧＲガス流量とから仮想ＥＧＲ率を求め、ｆ）エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標ＥＧＲ率の関係から、前記運転状態の目標ＥＧＲ率を求め、ｇ）前記仮想ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率との差または比に対応して、予め定められたＥＧＲバルブ開度補正係数の関係から前記運転状態におけるＥＧＲバルブ開度補正係数を求め、ｈ）前記運転状態におけるＥＧＲバルブ開度補正係数と、前記運転状態における目標ＥＧＲバルブ開度とから、実際の制御に用いる指令ＥＧＲバルブ開度を求め、ｉ）前記指令ＥＧＲバルブ開度になるように、前記ＥＧＲバルブを駆動するアクチュエータを操作する方法としている。
【０００８】
第１発明によると、所定の運転状態の吸入空気流量を検出し、仮想ＥＧＲ率を演算し、目標ＥＧＲ率との差または比を求め、その差または比からＥＧＲバルブ開度補正係数を求めて指令ＥＧＲバルブ開度を求め、ＥＧＲバルブを駆動している。したがって、環境条件に応じて目標とする量のＥＧＲガスを供給することができ、スモークを低減すると共に、十分なＮＯｘ低減効果が得られる。また、急加速開始時にはＥＧＲバルブを適切な時期に開いて、必要なＥＧＲガスを供給することによってスモークの低減ができると共に、ＥＧＲバルブ開度を補正してオーバーシュートを防止し、かつ、ＥＧＲ率を目標範囲内にすることができ、有効なＥＧＲ制御が可能である。
【０００９】
第２発明は、第１発明において、前記エンジンは、給気圧力と排気圧力とを均等化するために給気回路と排気回路とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられたバイパスバルブとを有し、ａ）前記仮想ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率との差または比に対応して、予め定められたバイパスバルブ開度補正係数の関係から、前記運転状態におけるバイパスバルブ開度補正係数を求め、ｂ）前記エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標バイパスバルブ開度の関係から、前記運転状態における目標バイパスバルブ開度を求め、ｃ）前記運転状態におけるバイパスバルブ開度補正係数と、前記運転状態における目標バイパスバルブ開度とから、実際の制御に用いる指令バイパスバルブ開度を求め、ｄ）前記指令バイパスバルブ開度になるように、前記バイパスバルブを駆動するアクチュエータを操作する方法としている。
【００１０】
第２発明によると、給気回路と排気回路とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられたバイパスバルブとを設け、仮想ＥＧＲ率と、目標ＥＧＲ率との差または比を求め、その差または比からバイパスバルブ開度補正係数を求めて指令バイパスバルブ開度を求めてバイパスバルブを駆動している。そのため、必要な時期に必要な量だけバイパスバルブを開くことができ、給気回路の圧力が排気回路の圧力より高い場合には圧力の均一化を図り、所定量のＥＧＲガスの供給が可能となって良好なＥＧＲ制御が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るエンジンの、ＥＧＲシステムの制御方法の実施形態について、図面を参照して詳述する。
【００１２】
図１は過給機付エンジン１のＥＧＲ制御システムの一例を示す構成図である。図１において、過給機２のコンプレッサ２ａは空気を吸い込み、アフタクーラ３を経て給気管４により吸気マニホールド５に圧送する。圧送された空気はエンジン本体６内で、燃料噴射ポンプ７により噴射された燃料と共に燃焼し、排気ガスは排気マニホールド８から排気管９を経て過給機２のタービン２ｂに送られ、タービン２ｂを駆動した後、外部に放出される。給気管４にはベンチュリ１０が設けられ、ベンチュリ１０のスロート部と排気管９とはＥＧＲ通路１１により接続されている。ＥＧＲ通路１１にはクーラ１２と、ＥＧＲ通路１１の開口面積を調整するＥＧＲバルブ１３とが設けられている。ＥＧＲバルブ１３はＥＧＲバルブアクチュエータ１４により駆動される。給気管４のベンチュリ１０の上流部と、排気管８とはバイパス回路１５により接続され、バイパス回路１５には回路開口面積を調整するバイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６はバイパスバルブアクチュエータ１７により駆動される。アフタクーラ３の出口部にはアフタクーラ出口圧力センサ２０が設けられ、ベンチュリ１０にはスロート圧センサ２１が設けられ、エンジン本体６にはエンジン回転数センサ２２が設けられている。燃料噴射ポンプ７には燃料流量センサ２３が設けられ、ＥＧＲ通路１１にはＥＢＲバルブ１３の前後の差圧を検出するＥＧＲバルブ差圧センサ２４が設けられている。コントローラ２５は、アフタクーラ出口圧力センサ２０、スロート圧センサ２１、エンジン回転速度センサ２２、燃料流量センサ２３、ＥＧＲバルブ差圧センサ２４と接続して検出値を入力して所定の演算を行い、ＥＧＲアクチュエータ１４、バイパスバルブアクチュエータ１７と接続して制御信号を出力する。
【００１３】
以下にＥＧＲシステムの制御方法について詳述する。図２は、通常運転時の環境変化や負荷変動等に対応する制御方法の一例を示すフローチャートである。本制御は、エンジン運転中は連続的に、所定時間間隔（例えば０．０１秒）毎に演算を行い、ＥＧＲバルブ１３およびバイパスバルブ１６の開度を制御するものである。図１、図２において、
運転開始後、ステップ１０１でコントローラ２５は、所定時間間隔毎に、そのときの運転状態の過給機付エンジン１に吸入される空気流量（Ｑt）を求め、
ステップ１０２でコントローラ２５は、その運転状態のエンジン回転速度センサ２２と、燃料流量センサ２３と、ＥＧＲバルブ差圧センサ２４とから、それぞれエンジン回転速度（Ｎe）、燃料流量（Ｑf）、ＥＧＲバルブ前後差圧（ΔＰe）の検出値を入力し、
ステップ１０３でコントローラ２５は、図３に示す、予め、エンジン回転速度（Ｎe）と燃料流量（Ｑf）とに対応して定められた目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）の関係を示すマップから、その運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）を演算し、（バルブ開度は例えばバルブリフト量でも可）
ステップ１０４でコントローラ２５は、ステップ１０２で入力したＥＧＲバルブ前後差圧（ΔＰe）と、その運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）とから、その運転状態の仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）を演算し、
ステップ１０５でコントローラ２５は、ステップ１０１で求めたその運転状態の空気流量（Ｑt）と、ステップ１０４で求めたその運転状態の仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）と、ステップ１０２で求めたその運転状態の燃料流量（Ｑf）とから、式（１）を用いて、その運転状態の仮想ＥＧＲ率（Φc）を演算し、
Φc＝Ｑe／（Ｑt＋Ｑf）・・・・（１）
ステップ１０６でコントローラ２５は、図４に示す、予め、エンジン回転速度（Ｎe）と燃料流量（Ｑf）とに対応して定められた目標ＥＧＲ率（Φt）の関係を示すマップから、その運転状態の目標ＥＧＲ率（Φt）を演算し、
ステップ１０７でコントローラ２５は、仮想ＥＧＲ率（Φc）と目標ＥＧＲ率（Φt）との差（Φc−Φt）または比Φc／Φtを演算し、
ステップ１０８でコントローラ２５は、図５に示す、予め定められた（Φc−Φt）またはΦc／ΦtとＥＧＲバルブ開度補正係数（Ｊe）との関係を示すマップから、ステップ１０７で求めた（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値に基づき、その運転状態のＥＧＲバルブ開度補正係数（Ｊe）を演算する。図５において、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値より小さい場合、Ｊeの値は１．０であり、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値以上になるとＪeの値は１．０以下の値Ｊe１（例えば０．５）になる。すなわち、仮想ＥＧＲ率（Φc）と目標ＥＧＲ率（Φt）とがほぼ一致する定常運転時にはＪeの値は１．０である。
ステップ１０９でコントローラ２５は、ステップ１０３で求めた、その運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）と、ステップ１０８で求めた、その運転状態のＥＧＲバルブ開度補正係数（Ｊe）とからその運転状態の指令ＥＧＲバルブ開度（Ｌec）を式（２）に基づいて演算し、
Ｌec＝Ｊe×Ｌe ・・・・（２）
１０）ステップ１１０でコントローラ２５は、ステップ１０９で求めた、その運転状態の指令ＥＧＲバルブ開度（Ｌec）に基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ１４に制御信号を出力して駆動し、ＥＧＲバルブ１３を所定開度にする。
【００１４】
次にバイパスバルブ１６の制御方法について説明する。前述のように、給気圧力が排気圧力より高いとＥＧＲガスが給気側にうまく供給できない場合がある。そのため、給気圧力と排気圧力とを均等化するために、給気回路と排気回路とを接続するバイパス回路１５が設けられ、このバイパス回路の開閉を行うバイパスバルブ１６が設けられている。しかしながら、バイパスバルブ１６を、排気圧力が給気圧力より高い場合に開くと、排気が給気内に流れ込み、エンジン性能を低下させる恐れが有る。そのため、排気圧力が給気圧力より高い場合にはコントローラ２５はバイパスバルブアクチュエータ１７に指令信号を出力してバイパスバルブ１６を閉じる。したがって、バイパスバルブ１６の制御は、給気圧力が排気圧力より高い場合にのみ行われる。
【００１５】
図２において、ステップ１０７で（Φc−Φt）またはΦc／Φtを演算した後、ステップ１１１でコントローラ２５は、図６に示す、予め定められた（Φc−Φt）またはΦc／Φtとバイパスバルブ開度補正係数（Ｊb）との関係を示すマップから、ステップ１０７で求めた（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値に基づき、その運転状態のバイパスバルブ開度補正係数（Ｊb）を演算する。図６において、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値より小さい場合、Ｊbの値は１．０であり、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値以上になるとＪbの値は１．０以下の値Ｊb１（例えば０．５）になる。すなわち、仮想ＥＧＲ率（Φc）と目標ＥＧＲ率（Φt）とがほぼ一致する定常運転時にはＪbの値は１．０である。
テップ１１２でコントローラ２５は、図７に示す、予め、エンジン回転速度（Ｎe）と燃料流量（Ｑf）とに対応して定められた目標バイパスバルブ開度（Ｌb）の関係を示すマップから、その運転状態の目標バイパスバルブ開度（Ｌb）を演算し、
ステップ１１３でコントローラ２５は、ステップ１０３で求めた、その運転状態の目標バイパスバルブ開度（Ｌb）と、ステップ１１１で求めた、その運転状態のバイパスバルブ開度補正係数（Ｊb）とからその運転状態の指令バイパスバルブ開度（Ｌbc）を式（３）に基づいて演算し、
Ｌbc＝Ｊb×Ｌb ・・・・（３）
４）ステップ１１４でコントローラ２５は、ステップ１１３で求めた、その運転状態の指令バイパスバルブ開度（Ｌbc）に基づいてバイパスバルブアクチュエータ１７に制御信号を出力して駆動し、バイパスバルブ１６を所定開度にする。
【００１６】
以下に上記ステップ１０１及びステップ１０４の演算の詳細について説明する。図８は図２の制御フローの、ステップ１０１の運転状態のエンジンに吸入される空気流量（Ｑt）を求める演算フローである。図８において、
ステップＳ−１でコントローラ２５は、アフタクーラ出口圧力センサ２０からアフタクーラ出口圧力（Ｐa）の検出値を入力し、
ステップＳ−２でコントローラ２５は、スロート圧センサ２１からスロート圧（Ｐt）の検出値を入力し、
ステップＳ−３でコントローラ２５は、式（４）に基づいて空気流量（Ｑt）を求める。
Ｋt: スロート流量係数
【００１７】
図９は図２の制御フローの、ステップ１０４の運転状態の仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）を求める演算フローである。図９において、
ステップＳ−１０でコントローラ２５は、図２のステップ１０３で求めたその運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）を用い、式（５）に基づいてＥＧＲバルブ流量係数（Ｋe）を演算し、
Ｋe＝ｆ(Ｌe) ・・・・（５）
ステップＳ−１１でコントローラ２５は、ＥＧＲバルブ差圧センサ２４からＥＧＲバルブ１３の前後の差圧（ΔＰe）の検出値を入力し、
ステップＳ−１２でコントローラ２５は、式（６）に基づいて 仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）を演算する。
【００１８】
次に、エンジン急加速時のＥＧＲシステムの制御について説明する。図１０は例えばエンジン始動後に急加速し、所定の時点でＥＧＲバルブを開いた場合の、時間Ｈに対する、アクセルペダルの踏み込み量Ａ、エンジン回転速度Ｎｅ、排気マニホールドガス圧Ｐｅ、定常時ブースト圧Ｐｔ、加速時ブースト圧Ｐｓ、ＥＧＲバルブ開度Ｌe、ＥＧＲ率Φの、それぞれの変化の関係を示すグラフである。横軸は時間Ｈ、縦軸は上からアクセルペダルの踏み込み量Ａ、エンジン回転速度Ｎe、ガス圧Ｐ、ＥＧＲバルブ開度Ｌe、ＥＧＲ率Φである。図１０において、エンジン始動後、時間Ｈ１でアクセルペダルを０％から１００％まで踏み込む。エンジン回転Ｎeは、時間Ｈ１のアイドリング回転速度から、定格回転速度まで変化する。加速時ブースト圧Ｐｓは、空気流れの遅れから加速中は定常時ブースト圧Ｐｔより低くなり、排気マニホールドガス圧Ｐeとの差は大きくなる。エンジン回転速度Ｎｅが定格回転速度近傍に達するとＰtとＰsとは等しくなる。したがって加速中には仮想ＥＧＲ率Φｃは定常時目標ＥＧＲ率Φｔより大きくなり、エンジン回転数Ｎｅが定格回転数に近づくにつれてその差は小さくなる。始動直後はエンジン吸入空気流量Ｑtに比して燃料流量Ｑfが多く、空気過剰率が低いため、コントローラ２５は所定の時間Ｈ２でＥＧＲバルブ１３を開き始める指令信号を出力する。以降のＥＧＲバルブ１３の開度は、図２に示すフローチャートの工程に従って制御される。すなわち、コントローラ２５は、ステップ１０９で求めた、その運転状態の指令ＥＧＲバルブ開度（Ｌec）に基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ１４に制御信号を出力して駆動し、ＥＧＲバルブ１３を所定開度にする。その結果、ＥＧＲバルブ開度Ｌeは実線で示す補正後の形状となり、ＥＧＲ率Φは実線で示す補正後の形状となる。ＥＧＲバルブ開度Ｌeを２点鎖線に示す補正なしのように開くと、ＥＧＲ率Φは２点鎖線に示す補正なしのようにオーバーシュートし、所定のＥＧＲ率ターゲット域を越えて過大なＥＧＲガスが供給される。しかしながら、本制御方法によれば、ＥＧＲ率Φはオーバーシュートすることなく、かつ短時間でＥＧＲ率ターゲット域内に収めることができる。
【００１９】
なお、エンジン低出力でＥＧＲバルブ開度が小さい状態で急加速したり、大きな負荷変動があって出力を急激に増大したような場合、上記の始動後急加速した場合と同様な制御が行われる。
【００２０】
本発明の、エンジンのＥＧＲシステムの制御方法は上記のように、ＥＧＲバルブの前後の差圧（ΔＰe）を検出し、仮想ＥＧＲ率を求めてＥＧＲバルブ及びバイパスバルブを制御するようにした。ΔＰeはＥＧＲガスが流れていなくても発生するものであり、したがって、早い段階でＥＧＲバルブ及びバイパスバルブの制御が可能になり、実際のＥＧＲ率は遅滞無く目標値になるように制御される。したがって、通常運転時の環境変化や負荷変動等に対応して排気ガスのスモークを低減すると共に、十分なＮＯｘ低減効果が得られる。また、急加速時には所定の時期にＥＧＲバルブを開き始め、かつ短時間の内に適切な補正を行ってＥＧＲバルブを開くことができるため、スモークやＰＭが増加することなく、かつＮＯｘ低減効果が得られる。
【００２１】
本実施形態では、エンジン流入空気流量Ｑtはアフタクーラ出口圧Ｐaとスロート圧Ｐtとから演算で求めているが、エアフローメータ等により直接計測しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、エンジンのＥＧＲ制御システムの構成図である。
【図２】本発明の、エンジンのＥＧＲシステムの、制御方法のフローチャートである。
【図３】同上の演算に用いる、目標ＥＧＲバルブ開度のマップである。
【図４】同上の演算に用いる、目標ＥＧＲ率のマップである。
【図５】同上の演算に用いる、ＥＧＲバルブ開度補正係数のマップである。
【図６】同上の演算に用いる、バイパスバルブ開度補正係数のマップである。
【図７】同上の演算に用いる、目標バイパスバルブ開度のマップである。
【図８】同上の、運転状態のエンジン吸入空気流量演算のフローチャートである。
【図９】同上の、運転状態の仮想ＥＧＲガス流量演算のフローチャートである。
【図１０】エンジン急加速時の、時間と、アクセルペダルの踏み込み量、エンジン回転速度、ブースト圧、ＥＧＲバルブ開度、ＥＧＲ率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…過給機付エンジン、２…過給機、２ａ…コンプレッサ、２ｂ…タービン、３…アフタクーラ、４…給気管、７…燃料噴射ポンプ、９…排気管、１０…ベンチュリ、１１…ＥＧＲ通路、１３…ＥＧＲバルブ、１４…ＥＧＲバルブアクチュエータ、１５…バイパス回路、１６…バイパスバルブ、１７…バイパスバルブアクチュエータ、２０…アフタクーラ出口圧力センサ、２１…スロート圧センサ、２２…エンジン回転速度センサ、２３…燃料流量センサ、２４…ＥＧＲバルブ差圧センサ、２５…コントローラ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのＥＧＲシステムにおいて、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲ率を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンのＥＧＲシステムのＥＧＲ制御では、例えば機関回転速度と、燃料噴射量、アクセル開度等のエンジン負荷とからなる運転状態ごとに目標ＥＧＲ率を設定し、この目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにしたものがあった。しかしながら、このような制御では例えば高地での運転時には空気密度の変化に対応できず、ＥＧＲ量が多すぎてスモーク、排気微粒子（ＰＭ）が増加したり、ＥＧＲ量が少なすぎて十分なＮＯｘ低減効果が得られない場合があった。また、急加速時等で燃料噴射量が急増するときにＥＧＲが行われると空気過剰率が大きく低下し、スモークやＰＭが増大するという問題がある。そのため、従来、急加速時等ではＥＧＲを低減するようにしている。しかしながら、この方法では必要以上にＥＧＲを低減したり、逆にオーバーシュートしてＥＧＲ量が多すぎたりして環境条件の違いに対応できなかったり、過渡運転時の状況に対応できず、十分な効果が得られないという問題があった。それらの問題の解決策として、例えば特許文献１には、内燃機関の排気還流制御装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１によれば、エンジンの運転状態を検出して目標ＥＧＲ率を設定し、次に吸入空気流量を検出し、目標ＥＧＲ率に基づいてシリンダに吸入される目標ＥＧＲ量を設定する。この目標ＥＧＲ量に基づいてＥＧＲ制御弁の弁開度を制御するようにしている。これにより、環境が変化して吸入新気量が変化しても最適なＥＧＲ率に制御できるとしている。又、設定された目標ＥＧＲ量に対して所定の進み処理を行って指令ＥＧＲ量を設定し、これに基づいてＥＧＲ制御弁開度を制御することにより、過渡運転時にも応答遅れの影響を抑制し、良好なＥＧＲ率に制御できるとしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−５３５１９号公報（第３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法によれば、吸入空気量を検出し、これに基づいてＥＧＲ弁開度を制御している。そのため、急加速時や急激な負荷変動に対して遅れが発生し、良好なＥＧＲ制御が行われない恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、環境の変化に対応できると共に、急加速時のＥＧＲ制御を効果的に行うことができる、エンジンのＥＧＲシステムの制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、エンジンの給気回路と排気回路とを接続するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブを介して排気の一部を前記給気回路に還流する、ＥＧＲシステムの制御方法において、ａ）所定の時間間隔で、そのときの運転状態のエンジンに吸入される空気流量を求め、ｂ）前記運転状態のエンジン回転速度と、燃料流量と、ＥＧＲバルブの前後の差圧とを検出し、ｃ）エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標ＥＧＲバルブ開度の関係から、前記運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度を求め、ｄ）前記ＥＧＲバルブの前後の差圧と、前記運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度とから仮想ＥＧＲガス流量を求め、ｅ）前記空気流量と、前記燃料流量と、前記仮想ＥＧＲガス流量とから仮想ＥＧＲ率を求め、ｆ）エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標ＥＧＲ率の関係から、前記運転状態の目標ＥＧＲ率を求め、ｇ）前記仮想ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率との差または比に対応して、予め定められたＥＧＲバルブ開度補正係数の関係から前記運転状態におけるＥＧＲバルブ開度補正係数を求め、ｈ）前記運転状態におけるＥＧＲバルブ開度補正係数と、前記運転状態における目標ＥＧＲバルブ開度とから、実際の制御に用いる指令ＥＧＲバルブ開度を求め、ｉ）前記指令ＥＧＲバルブ開度になるように、前記ＥＧＲバルブを駆動するアクチュエータを操作する方法としている。
【０００８】
第１発明によると、所定の運転状態の吸入空気流量を検出し、仮想ＥＧＲ率を演算し、目標ＥＧＲ率との差または比を求め、その差または比からＥＧＲバルブ開度補正係数を求めて指令ＥＧＲバルブ開度を求め、ＥＧＲバルブを駆動している。したがって、環境条件に応じて目標とする量のＥＧＲガスを供給することができ、スモークを低減すると共に、十分なＮＯｘ低減効果が得られる。また、急加速開始時にはＥＧＲバルブを適切な時期に開いて、必要なＥＧＲガスを供給することによってスモークの低減ができると共に、ＥＧＲバルブ開度を補正してオーバーシュートを防止し、かつ、ＥＧＲ率を目標範囲内にすることができ、有効なＥＧＲ制御が可能である。
【０００９】
第２発明は、第１発明において、前記エンジンは、給気圧力と排気圧力とを均等化するために給気回路と排気回路とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられたバイパスバルブとを有し、ａ）前記仮想ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率との差または比に対応して、予め定められたバイパスバルブ開度補正係数の関係から、前記運転状態におけるバイパスバルブ開度補正係数を求め、ｂ）前記エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標バイパスバルブ開度の関係から、前記運転状態における目標バイパスバルブ開度を求め、ｃ）前記運転状態におけるバイパスバルブ開度補正係数と、前記運転状態における目標バイパスバルブ開度とから、実際の制御に用いる指令バイパスバルブ開度を求め、ｄ）前記指令バイパスバルブ開度になるように、前記バイパスバルブを駆動するアクチュエータを操作する方法としている。
【００１０】
第２発明によると、給気回路と排気回路とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられたバイパスバルブとを設け、仮想ＥＧＲ率と、目標ＥＧＲ率との差または比を求め、その差または比からバイパスバルブ開度補正係数を求めて指令バイパスバルブ開度を求めてバイパスバルブを駆動している。そのため、必要な時期に必要な量だけバイパスバルブを開くことができ、給気回路の圧力が排気回路の圧力より高い場合には圧力の均一化を図り、所定量のＥＧＲガスの供給が可能となって良好なＥＧＲ制御が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るエンジンの、ＥＧＲシステムの制御方法の実施形態について、図面を参照して詳述する。
【００１２】
図１は過給機付エンジン１のＥＧＲ制御システムの一例を示す構成図である。図１において、過給機２のコンプレッサ２ａは空気を吸い込み、アフタクーラ３を経て給気管４により吸気マニホールド５に圧送する。圧送された空気はエンジン本体６内で、燃料噴射ポンプ７により噴射された燃料と共に燃焼し、排気ガスは排気マニホールド８から排気管９を経て過給機２のタービン２ｂに送られ、タービン２ｂを駆動した後、外部に放出される。給気管４にはベンチュリ１０が設けられ、ベンチュリ１０のスロート部と排気管９とはＥＧＲ通路１１により接続されている。ＥＧＲ通路１１にはクーラ１２と、ＥＧＲ通路１１の開口面積を調整するＥＧＲバルブ１３とが設けられている。ＥＧＲバルブ１３はＥＧＲバルブアクチュエータ１４により駆動される。給気管４のベンチュリ１０の上流部と、排気管８とはバイパス回路１５により接続され、バイパス回路１５には回路開口面積を調整するバイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６はバイパスバルブアクチュエータ１７により駆動される。アフタクーラ３の出口部にはアフタクーラ出口圧力センサ２０が設けられ、ベンチュリ１０にはスロート圧センサ２１が設けられ、エンジン本体６にはエンジン回転数センサ２２が設けられている。燃料噴射ポンプ７には燃料流量センサ２３が設けられ、ＥＧＲ通路１１にはＥＢＲバルブ１３の前後の差圧を検出するＥＧＲバルブ差圧センサ２４が設けられている。コントローラ２５は、アフタクーラ出口圧力センサ２０、スロート圧センサ２１、エンジン回転速度センサ２２、燃料流量センサ２３、ＥＧＲバルブ差圧センサ２４と接続して検出値を入力して所定の演算を行い、ＥＧＲアクチュエータ１４、バイパスバルブアクチュエータ１７と接続して制御信号を出力する。
【００１３】
以下にＥＧＲシステムの制御方法について詳述する。図２は、通常運転時の環境変化や負荷変動等に対応する制御方法の一例を示すフローチャートである。本制御は、エンジン運転中は連続的に、所定時間間隔（例えば０．０１秒）毎に演算を行い、ＥＧＲバルブ１３およびバイパスバルブ１６の開度を制御するものである。図１、図２において、
運転開始後、ステップ１０１でコントローラ２５は、所定時間間隔毎に、そのときの運転状態の過給機付エンジン１に吸入される空気流量（Ｑt）を求め、
ステップ１０２でコントローラ２５は、その運転状態のエンジン回転速度センサ２２と、燃料流量センサ２３と、ＥＧＲバルブ差圧センサ２４とから、それぞれエンジン回転速度（Ｎe）、燃料流量（Ｑf）、ＥＧＲバルブ前後差圧（ΔＰe）の検出値を入力し、
ステップ１０３でコントローラ２５は、図３に示す、予め、エンジン回転速度（Ｎe）と燃料流量（Ｑf）とに対応して定められた目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）の関係を示すマップから、その運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）を演算し、（バルブ開度は例えばバルブリフト量でも可）
ステップ１０４でコントローラ２５は、ステップ１０２で入力したＥＧＲバルブ前後差圧（ΔＰe）と、その運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）とから、その運転状態の仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）を演算し、
ステップ１０５でコントローラ２５は、ステップ１０１で求めたその運転状態の空気流量（Ｑt）と、ステップ１０４で求めたその運転状態の仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）と、ステップ１０２で求めたその運転状態の燃料流量（Ｑf）とから、式（１）を用いて、その運転状態の仮想ＥＧＲ率（Φc）を演算し、
Φc＝Ｑe／（Ｑt＋Ｑf）・・・・（１）
ステップ１０６でコントローラ２５は、図４に示す、予め、エンジン回転速度（Ｎe）と燃料流量（Ｑf）とに対応して定められた目標ＥＧＲ率（Φt）の関係を示すマップから、その運転状態の目標ＥＧＲ率（Φt）を演算し、
ステップ１０７でコントローラ２５は、仮想ＥＧＲ率（Φc）と目標ＥＧＲ率（Φt）との差（Φc−Φt）または比Φc／Φtを演算し、
ステップ１０８でコントローラ２５は、図５に示す、予め定められた（Φc−Φt）またはΦc／ΦtとＥＧＲバルブ開度補正係数（Ｊe）との関係を示すマップから、ステップ１０７で求めた（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値に基づき、その運転状態のＥＧＲバルブ開度補正係数（Ｊe）を演算する。図５において、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値より小さい場合、Ｊeの値は１．０であり、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値以上になるとＪeの値は１．０以下の値Ｊe１（例えば０．５）になる。すなわち、仮想ＥＧＲ率（Φc）と目標ＥＧＲ率（Φt）とがほぼ一致する定常運転時にはＪeの値は１．０である。
ステップ１０９でコントローラ２５は、ステップ１０３で求めた、その運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）と、ステップ１０８で求めた、その運転状態のＥＧＲバルブ開度補正係数（Ｊe）とからその運転状態の指令ＥＧＲバルブ開度（Ｌec）を式（２）に基づいて演算し、
Ｌec＝Ｊe×Ｌe ・・・・（２）
１０）ステップ１１０でコントローラ２５は、ステップ１０９で求めた、その運転状態の指令ＥＧＲバルブ開度（Ｌec）に基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ１４に制御信号を出力して駆動し、ＥＧＲバルブ１３を所定開度にする。
【００１４】
次にバイパスバルブ１６の制御方法について説明する。前述のように、給気圧力が排気圧力より高いとＥＧＲガスが給気側にうまく供給できない場合がある。そのため、給気圧力と排気圧力とを均等化するために、給気回路と排気回路とを接続するバイパス回路１５が設けられ、このバイパス回路の開閉を行うバイパスバルブ１６が設けられている。しかしながら、バイパスバルブ１６を、排気圧力が給気圧力より高い場合に開くと、排気が給気内に流れ込み、エンジン性能を低下させる恐れが有る。そのため、排気圧力が給気圧力より高い場合にはコントローラ２５はバイパスバルブアクチュエータ１７に指令信号を出力してバイパスバルブ１６を閉じる。したがって、バイパスバルブ１６の制御は、給気圧力が排気圧力より高い場合にのみ行われる。
【００１５】
図２において、ステップ１０７で（Φc−Φt）またはΦc／Φtを演算した後、ステップ１１１でコントローラ２５は、図６に示す、予め定められた（Φc−Φt）またはΦc／Φtとバイパスバルブ開度補正係数（Ｊb）との関係を示すマップから、ステップ１０７で求めた（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値に基づき、その運転状態のバイパスバルブ開度補正係数（Ｊb）を演算する。図６において、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値より小さい場合、Ｊbの値は１．０であり、（Φc−Φt）またはΦc／Φtの値が所定値以上になるとＪbの値は１．０以下の値Ｊb１（例えば０．５）になる。すなわち、仮想ＥＧＲ率（Φc）と目標ＥＧＲ率（Φt）とがほぼ一致する定常運転時にはＪbの値は１．０である。
テップ１１２でコントローラ２５は、図７に示す、予め、エンジン回転速度（Ｎe）と燃料流量（Ｑf）とに対応して定められた目標バイパスバルブ開度（Ｌb）の関係を示すマップから、その運転状態の目標バイパスバルブ開度（Ｌb）を演算し、
ステップ１１３でコントローラ２５は、ステップ１０３で求めた、その運転状態の目標バイパスバルブ開度（Ｌb）と、ステップ１１１で求めた、その運転状態のバイパスバルブ開度補正係数（Ｊb）とからその運転状態の指令バイパスバルブ開度（Ｌbc）を式（３）に基づいて演算し、
Ｌbc＝Ｊb×Ｌb ・・・・（３）
４）ステップ１１４でコントローラ２５は、ステップ１１３で求めた、その運転状態の指令バイパスバルブ開度（Ｌbc）に基づいてバイパスバルブアクチュエータ１７に制御信号を出力して駆動し、バイパスバルブ１６を所定開度にする。
【００１６】
以下に上記ステップ１０１及びステップ１０４の演算の詳細について説明する。図８は図２の制御フローの、ステップ１０１の運転状態のエンジンに吸入される空気流量（Ｑt）を求める演算フローである。図８において、
ステップＳ−１でコントローラ２５は、アフタクーラ出口圧力センサ２０からアフタクーラ出口圧力（Ｐa）の検出値を入力し、
ステップＳ−２でコントローラ２５は、スロート圧センサ２１からスロート圧（Ｐt）の検出値を入力し、
ステップＳ−３でコントローラ２５は、式（４）に基づいて空気流量（Ｑt）を求める。
【００１７】
図９は図２の制御フローの、ステップ１０４の運転状態の仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）を求める演算フローである。図９において、
ステップＳ−１０でコントローラ２５は、図２のステップ１０３で求めたその運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度（Ｌe）を用い、式（５）に基づいてＥＧＲバルブ流量係数（Ｋe）を演算し、
Ｋe＝ｆ(Ｌe) ・・・・（５）
ステップＳ−１１でコントローラ２５は、ＥＧＲバルブ差圧センサ２４からＥＧＲバルブ１３の前後の差圧（ΔＰe）の検出値を入力し、
ステップＳ−１２でコントローラ２５は、式（６）に基づいて 仮想ＥＧＲガス流量（Ｑe）を演算する。
次に、エンジン急加速時のＥＧＲシステムの制御について説明する。図１０は例えばエンジン始動後に急加速し、所定の時点でＥＧＲバルブを開いた場合の、時間Ｈに対する、アクセルペダルの踏み込み量Ａ、エンジン回転速度Ｎｅ、排気マニホールドガス圧Ｐｅ、定常時ブースト圧Ｐｔ、加速時ブースト圧Ｐｓ、ＥＧＲバルブ開度Ｌe、ＥＧＲ率Φの、それぞれの変化の関係を示すグラフである。横軸は時間Ｈ、縦軸は上からアクセルペダルの踏み込み量Ａ、エンジン回転速度Ｎe、ガス圧Ｐ、ＥＧＲバルブ開度Ｌe、ＥＧＲ率Φである。図１０において、エンジン始動後、時間Ｈ１でアクセルペダルを０％から１００％まで踏み込む。エンジン回転Ｎeは、時間Ｈ１のアイドリング回転速度から、定格回転速度まで変化する。加速時ブースト圧Ｐｓは、空気流れの遅れから加速中は定常時ブースト圧Ｐｔより低くなり、排気マニホールドガス圧Ｐeとの差は大きくなる。エンジン回転速度Ｎｅが定格回転速度近傍に達するとＰtとＰsとは等しくなる。したがって加速中には仮想ＥＧＲ率Φｃは定常時目標ＥＧＲ率Φｔより大きくなり、エンジン回転数Ｎｅが定格回転数に近づくにつれてその差は小さくなる。始動直後はエンジン吸入空気流量Ｑtに比して燃料流量Ｑfが多く、空気過剰率が低いため、コントローラ２５は所定の時間Ｈ２でＥＧＲバルブ１３を開き始める指令信号を出力する。以降のＥＧＲバルブ１３の開度は、図２に示すフローチャートの工程に従って制御される。すなわち、コントローラ２５は、ステップ１０９で求めた、その運転状態の指令ＥＧＲバルブ開度（Ｌec）に基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ１４に制御信号を出力して駆動し、ＥＧＲバルブ１３を所定開度にする。その結果、ＥＧＲバルブ開度Ｌeは実線で示す補正後の形状となり、ＥＧＲ率Φは実線で示す補正後の形状となる。ＥＧＲバルブ開度Ｌeを２点鎖線に示す補正なしのように開くと、ＥＧＲ率Φは２点鎖線に示す補正なしのようにオーバーシュートし、所定のＥＧＲ率ターゲット域を越えて過大なＥＧＲガスが供給される。しかしながら、本制御方法によれば、ＥＧＲ率Φはオーバーシュートすることなく、かつ短時間でＥＧＲ率ターゲット域内に収めることができる。
【００１９】
なお、エンジン低出力でＥＧＲバルブ開度が小さい状態で急加速したり、大きな負荷変動があって出力を急激に増大したような場合、上記の始動後急加速した場合と同様な制御が行われる。
【００２０】
本発明の、エンジンのＥＧＲシステムの制御方法は上記のように、ＥＧＲバルブの前後の差圧（ΔＰe）を検出し、仮想ＥＧＲ率を求めてＥＧＲバルブ及びバイパスバルブを制御するようにした。ΔＰeはＥＧＲガスが流れていなくても発生するものであり、したがって、早い段階でＥＧＲバルブ及びバイパスバルブの制御が可能になり、実際のＥＧＲ率は遅滞無く目標値になるように制御される。したがって、通常運転時の環境変化や負荷変動等に対応して排気ガスのスモークを低減すると共に、十分なＮＯｘ低減効果が得られる。また、急加速時には所定の時期にＥＧＲバルブを開き始め、かつ短時間の内に適切な補正を行ってＥＧＲバルブを開くことができるため、スモークやＰＭが増加することなく、かつＮＯｘ低減効果が得られる。
【００２１】
本実施形態では、エンジン流入空気流量Ｑtはアフタクーラ出口圧Ｐaとスロート圧Ｐtとから演算で求めているが、エアフローメータ等により直接計測しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、エンジンのＥＧＲ制御システムの構成図である。
【図２】本発明の、エンジンのＥＧＲシステムの、制御方法のフローチャートである。
【図３】同上の演算に用いる、目標ＥＧＲバルブ開度のマップである。
【図４】同上の演算に用いる、目標ＥＧＲ率のマップである。
【図５】同上の演算に用いる、ＥＧＲバルブ開度補正係数のマップである。
【図６】同上の演算に用いる、バイパスバルブ開度補正係数のマップである。
【図７】同上の演算に用いる、目標バイパスバルブ開度のマップである。
【図８】同上の、運転状態のエンジン吸入空気流量演算のフローチャートである。
【図９】同上の、運転状態の仮想ＥＧＲガス流量演算のフローチャートである。
【図１０】エンジン急加速時の、時間と、アクセルペダルの踏み込み量、エンジン回転速度、ブースト圧、ＥＧＲバルブ開度、ＥＧＲ率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…過給機付エンジン、２…過給機、２ａ…コンプレッサ、２ｂ…タービン、３…アフタクーラ、４…給気管、７…燃料噴射ポンプ、９…排気管、１０…ベンチュリ、１１…ＥＧＲ通路、１３…ＥＧＲバルブ、１４…ＥＧＲバルブアクチュエータ、１５…バイパス回路、１６…バイパスバルブ、１７…バイパスバルブアクチュエータ、２０…アフタクーラ出口圧力センサ、２１…スロート圧センサ、２２…エンジン回転速度センサ、２３…燃料流量センサ、２４…ＥＧＲバルブ差圧センサ、２５…コントローラ。
Claims (2)
- エンジンの給気回路(4)と排気回路(9)とを接続するＥＧＲ通路(11)に設けられたＥＧＲバルブ(13)を介して排気の一部を前記給気回路(4)に還流する、ＥＧＲシステムの制御方法において、
ａ）所定の時間間隔で、そのときの運転状態のエンジンに吸入される空気流量を求め、
ｂ）前記運転状態のエンジン回転速度と、燃料流量と、ＥＧＲバルブ(13)の前後の差圧とを検出し、
ｃ）エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標ＥＧＲバルブ開度の関係から、前記運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度を求め、
ｄ）前記ＥＧＲバルブ(13)の前後の差圧と、前記運転状態の目標ＥＧＲバルブ開度とから仮想ＥＧＲガス流量を求め、
ｅ）前記空気流量と、前記燃料流量と、前記仮想ＥＧＲガス流量とから仮想ＥＧＲ率を求め、
ｆ）エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標ＥＧＲ率の関係から、前記運転状態の目標ＥＧＲ率を求め、
ｇ）前記仮想ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率との差または比に対応して、予め定められたＥＧＲバルブ開度補正係数の関係から、前記運転状態におけるＥＧＲバルブ開度補正係数を求め、
ｈ）前記運転状態におけるＥＧＲバルブ開度補正係数と、前記運転状態における目標ＥＧＲバルブ開度とから、実際の制御に用いる指令ＥＧＲバルブ開度を求め、
ｉ）前記指令ＥＧＲバルブ開度になるように、前記ＥＧＲバルブ(13)を駆動するアクチュエータを操作する
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲシステムの制御方法。 - 請求項１記載の、エンジンのＥＧＲシステムの制御方法において、
前記エンジンは、給気圧力と排気圧力とを均等化するために給気回路(4)と排気回路(9)とを接続するバイパス回路(15)と、前記バイパス回路(15)に設けられたバイパスバルブ(16)とを有し、
ａ）前記仮想ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率との差または比に対応して、予め定められたバイパスバルブ開度補正係数の関係から、前記運転状態におけるバイパスバルブ開度補正係数を求め、
ｂ）前記エンジン回転速度と燃料流量とに対応して、予め定められた目標バイパスバルブ開度の関係から、前記運転状態における目標バイパスバルブ開度を求め、
ｃ）前記運転状態におけるバイパスバルブ開度補正係数と、前記運転状態における目標バイパスバルブ開度とから、実際の制御に用いる指令バイパスバルブ開度を求め、
ｄ）前記指令バイパスバルブ開度になるように、前記バイパスバルブ(16)を駆動するアクチュエータを操作する
ことを特徴とするエンジンのＥＧＲシステムの制御方法。
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