JP4221865B2 - Egr装置付き過給式エンジン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、EGR量を調整制御できるEGR装置と過給圧を可変に制御できる過給機を備えた過給機付ディーゼルエンジン等のエンジンにおいて、EGR制御と過給圧制御とを統合して行うEGR装置付き過給式エンジンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等のエンジンの排気ガス対策において、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)の排出量を低減するために、不活性ガスである排気ガスの一部を吸気系に再循環させることで、燃焼温度を低く抑えてNOxの生成を抑制するEGR装置(排気ガス再循環装置)が有効であることが知られ、広く実用化されている。
【0003】
特に、ディーゼルエンジンでは排気ガス中に多くのNOxを含むために、このEGR装置が重要視され、研究・開発・実用化が盛んに行われている。
【0004】
このEGR装置においては、図1に示すように、エンジンの排気通路2と吸気通路3とをEGR通路4で接続し、このEGR通路4に排気ガスの還流量を制御するためのEGRバルブ10を設けて、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-fin等によって決まる運転状態に基づいて、予めNOxとスモークがバランスして減少するように設定された目標EGR率になるように、EGRバルブ10の弁開度(バルブリフト)をコントローラ6で制御している。
【0005】
そして、このEGR制御は、図7や図8に示すように、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-finと予めコントローラ6に入力されたマップデータから算出される目標EGRバルブリフトになるように、EGRバルブ10のリフトセンサ11の検出値を使用してフィードバック制御するEGRリフト制御(EGRバルブリフトフィードバック制御)や、図9に示すように、このEGRリフト制御に加えて、EGR率に関しても、目標EGR率を算出して、エアフローセンサ(MAFサンサ)12、吸気圧センサ22、吸気温センサ13等から推定したEGR率を使用してフィードバック制御するEGR率フィードバック制御を行っている。
【0006】
一方、吸気圧を可変に調整制御できる過給式エンジン1では、エンジン運転状態が低速回転かつ高負荷の時には、吸気圧制御用のバルブ開弁リフト量(VNT)を絞り吸気圧力を上げる制御を行い、高速回転の時は、絞りを少なくし、吸気圧の上がり過ぎによるエンジン故障を防ぐ制御を行っている。また、吸入空気量が少なくてよい軽負荷時においても絞りを少なくして燃費向上を図る制御を行っている。
【0007】
この過給圧制御では、図7に示すように、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-fin等によって決まるエンジン運転状態に応じて、排気ガス、燃費、出力が最適になるように予め設定されている目標VNTリフトを計算し、この目標VNTリフトになるように、可変ベーン等の吸気圧調整バルブ(VNT)20のバルブリフトに関してリフトセンサ21の検出値を使用してフィードバック制御するVNTリフト制御を行っている。
【0008】
あるいは、図8や図9に示すように、VNTリフト制御に加えて、吸気圧力に関しても、エンジン運転状態により決まる目標吸気圧を目標値にして、吸気圧センサ22の検出値を使用してフィードバック制御する吸気圧フィードバック制御が行われている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの過給式エンジンでは、エンジンの運転状態が変化する過渡時においては、EGR率変化と吸気圧変化とが互いに影響を及ぼし合うために、従来の独立してEGR制御とVNT制御を行うエンジンでは、最適なEGRができず排気ガス対策が不十分な結果になってしまうという問題がある。
【0010】
つまり、過給式エンジンでは、エンジンの負荷が増減する時に、排気通路のタービンが作動してから吸気通路のコンプレッサーが作動して吸気量を増加するので過給遅れが生じる。そのため、この過給機及び吸排気系の応答遅れにより、吸・排気圧のバランスが定常時とは変化し、EGRバルブの前後の差圧が定常状態の時の差圧より増減するため、EGRバルブのバルブリフト(弁開度)が同じであっても、負荷増加時にはEGRガスが入り易く、負荷減少時にはEGRガスが入り難い状態となる。
【0011】
その結果、定常試験で設定した値を目標値にしてEGR制御しているだけでは、実際のEGR率が目標のEGR率に対して一時的に大きく、又は小さくなり、目標値から逸脱してしまうので、負荷増加時にはEGRガスが過剰になり酸素が不足してスモークが増加し、また、負荷減少時にはEGRガスが不足してNOxが増加してしまうという問題が生じる。
【0012】
そこで、EGRリフト制御に加えて、EGR率フィードバック制御を採用して、エアフローセンサ、吸気圧センサ、吸気温センサによりEGR率を算出し、目標EGR率に関するフィードバック制御を行い、EGR率偏差を小さくすることが行われているが、過渡時の目標EGR率への追従はまだ十分なものとは言えない。
【0013】
更に、エンジンの負荷変動が大きい場合には、EGRバルブの応答速度に限界があるため、EGRバルブの開閉操作が目標EGRバルブリフトに追従しきれず、実際のEGR率が目標EGR率の値より大きく逸脱し、適正なEGRが行われないため、EGR量が減少してNOxが増加したり、あるいは、EGR量が増加して空気量が減少し、スモークが増加するという問題がある。
【0014】
また、エンジンの負荷が増加する際には、過給機の排気タービンの圧力が上昇し、その後で、吸気圧力も上昇するが、この時には過給圧制御の特性として、VNTノズルの開口面積を減らす制御を行うので、排気圧力の増加が著しく大きくなり、その結果、更に、実際のEGR率が目標EGR率より大きく逸脱するという問題がある。
【0015】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、EGR制御と過給圧制御との間に関係を持たせて、EGR制御と過給圧制御を統合し、エンジンの運転状態の過渡時においても適切なEGRを行って排気ガス中のNOxやスモークを減少できるEGR装置付き過給式エンジンを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのEGR装置付き過給式エンジンは、以下のように構成される。
【0017】
1)ターボ過給機付きエンジンのEGR通路に設けたEGRバルブを調整制御してEGR率を調整するEGR制御手段と、ターボ過給機の過給圧を可変に調整制御する過給圧制御手段を備えたエンジンにおいて、
該エンジンの運転状態の過渡時において、前記過給圧制御手段で使用される第1の制御量を用いて、前記EGR制御手段で使用される第2の制御量を補正する第1補正手段を備えて構成される。
【0018】
2)上記のEGR装置付き過給式エンジンにおいて、前記第1の制御量を、目標VNTリフトと吸気圧偏差と目標吸気圧のいずれかとし、、前記第2の制御量を目標EGRバルブリフト又は目標EGR率として構成する。
【0019】
3)また、上記のEGR装置付き過給式エンジンにおいて、前記EGR制御手段で使用する第3の制御量の変化量が所定の制限値より大きくなる場合に、前記過給圧制御手段で使用する第4の制御量を補正する第2補正手段を備えて構成される。
【0020】
4)あるいは、ターボ過給機付きエンジンのEGR通路に設けたEGRバルブを調整制御してEGR率を調整するEGR制御手段と、ターボ過給機の過給圧を可変に調整制御する過給圧制御手段を備えたエンジンにおいて、
前記EGR制御手段で使用する第3の制御量の変化量が所定の制限値より大きくなる場合に、前記過給圧制御手段で使用する第4の制御量を補正する第2補正手段を備えて構成される。
【0021】
5)そして、第2補正手段を備えた上記のEGR装置付き過給式エンジンにおいて、前記第3の制御量をEGRバルブリフトとし、前記第4の制御量を目標VNTリフトとして構成する。
【0022】
つまり、EGR装置を備えた過給式エンジンにおいて、EGR制御手段及び過給圧制御手段とを備えると共に、両制御手段の間に第1補正手段や第2補正手段を設ける。
【0023】
この第1補正手段では、エンジンの運転の過渡時の過給圧制御手段に使用する第1の制御量に応じて、第1補正手段によりEGR制御手段で使用する第2の制限量を補正し、EGR制御に過給圧制御で変化する吸気圧の変化を取り入れたフィードフォワード制御を行う。
【0024】
また、第2補正手段ではEGR制御手段で使用する第3の制御量の変化が所定値より大きくなり、実際のEGRバルブリフトやEGR率が目標EGRバルブリフトや目標EGR率に追従できず逸脱量が大きくなりそうな場合には、吸気圧制御で使用する第4の制御量に制限を加えて、排気圧の急激な変化を緩和し、EGR制御が追従し易くなるように吸気圧制御を制限する。
【0025】
そして、この構成により、エンジンの運転状態の過渡時に、EGR制御と過給圧制御とを統合して行い、実際のEGR率と予め設定した目標EGR率との逸脱量が少なくなるようにEGRを行うので、排気ガス中のNOxやスモーク等の有害成分が減少する。
【0026】
なお、このターボ過給機の過給圧を可変に調整制御する機構としては、タービンのスロート面積を変化させるフラップベーンの可変ノズルを設けたものや、固定と可動のウイングを設けたものや、多数のベーン方式の可変ノズルを設けたものや、ウェストゲートバルブを使用したもの等がある。
【0027】
また、第2補正手段で使用する所定の制限値とは、EGRバルブの応答特性から決まる値で、予め、実験や計測や計算により定まり、第3の制御量に対応するように換算した値である。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【0029】
本発明に係るEGR装置付きのエンジンは、図1のシステム構成図に示すように、過給機のタービン7の上流側の排気通路2と過給機のコンプレッサ8の下流側の吸気通路3とを連通するEGR通路4にEGRバルブ10を設け、このEGRバルブ10をエンジンコントロールユニット(ECU)と呼ばれるコントローラ6で制御して、排気ガスの還流量(EGR量)を調整するように構成され、同時に過給圧の制御をVNT(可変容量ターボ過給機の可変ノズル)の弁開度を調整して行っている。
【0030】
また、コンプレッサ8の下流側の吸気通路3にエアフローセンサ(MAFセンサ)12と吸気圧センサ22と吸気温センサ13をそれぞれ設けて構成される。このエアフローセンサ12としては、熱線式センサや、可動ベーン式センサ、カルマン渦式センサ等を、また、吸気圧センサ22としては、半導体圧力センサ等を、そして、吸気温センサ13としては、巻線抵抗形、サーミスタ、熱電対等をそれぞれ使用することができる。
【0031】
そして、コントローラ6は、エアフローセンサ12、吸気圧センサ22、吸気温センサ13で検出された吸気量Min、吸気圧力Pin、吸気温Tinを入力すると共に、エンジン回転速度センサ14、アクセル開度センサ15で検出されるエンジン回転速度Neやアクセル開度(負荷)Qも入力するように構成される。
【0032】
このコントローラ6では、これらのセンサからのデータを入力して、EGR率を制御するためにEGRバルブ10のバルブリフト(弁開度)を制御するEGR制御手段31,32と過給圧を制御するための過給圧制御手段41,42を備えて構成される。
【0033】
そして、このEGR制御手段31,32には、EGRバルブリフトをフィードバック制御するEGRリフト制御手段31と、EGR率をフィードバック制御するEGR率フィードバック制御手段32とがあり、過給圧制御手段41,42には、VNTリフトをフィードバック制御するVNTリフト制御手段41,と吸気圧をフィードバック制御する吸気圧フィードバック制御手段42とがある。
【0034】
そして、本発明に係わる実施の形態のEGR装置付き過給式エンジンは、これらのEGR制御手段31,32と過給圧制御手段41,42との組み合わせと、これらの両制御手段を統合制御するための第1補正手段51a,51b,51cや第2補正手段61を備えて構成される。以下の3つの実施の形態を例にして示す。
【0035】
第1の実施の形態は、EGRリフト制御手段31とVNTリフト制御手段41の組合わせであり、第2の実施の形態は、EGRリフト制御手段31と吸気圧フィードバック制御手段42の組合わせであり、第3の実施の形態は、EGR率フィードバック制御手段32と吸気圧フィードバック制御手段42の組合わせである。
【0036】
〔第1の実施の形態〕
図2にブロック線図を示す第1の実施の形態は、EGRリフト制御手段31とVNTリフト制御手段41の組合わせであり、このEGRリフト制御手段31は、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-finを入力し、予めコントローラ6に入力されているマップデータ(table1)により、目標EGRバルブリフトEGRV-reft (=table1(Q-fin,Ne))を算出し、EGRバルブ10に対して、この目標EGRVリフトEGRV-reft を第1補正手段51aで補正した値EGRV-refで、リフトセンサ11のEGRバルブリフト検出値EGRV-lift を使用して比例積分制御(PI制御)を含むフィードバック制御を行う。
【0037】
また、VNTリフト制御手段41は、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-finを入力し、予めコントローラ6に入力されているマップデータ(table2)により、目標VNTリフトVNT-reft (=table2(Q-fin,Ne))を算出し、VNT20に対して、この目標VNTリフトVNT-reft を第2補正手段61で補正した値VNT-refで、リフトセンサ21のVNTリフト検出値VNT-lift を使用して、比例積分制御(PI制御)を含むフィードバック制御を行う。なお、このVNTリフトVNT-lift が大きい程、ノズル開口面積が小さくなり吸気圧力Pinが上昇する。
【0038】
〔第1補正手段(A)〕
本発明のこの第1の実施の形態においては、このEGRリフト制御手段31とVNTリフト制御手段41の間に第1補正手段51aと第2補正手段61を設け、統合制御する。
【0039】
先ず、第1補正手段51aにおいては、補正方法Aを用いて、VNTリフト制御に使用する目標VNTリフト(第1の制御量)VNT-refを使用してEGR制御の目標EGRバルブリフト(第2の制御量)EGRV-reft を補正する。
【0040】
この補正方法Aでは、目標VNTリフトVNT-refが減少する場合には、EGRバルブ10の上流側の圧力が減少し、EGR率が減少する方向になるので、目標EGR率EGR-refに対して推定した実際のEGR率EGR-rt が不足する時には、目標EGRバルブリフトEGRV-reft を増量補正する。
【0041】
また、目標VNTリフトVNT-refが増加する場合には、EGRバルブ10の上流側の圧力が増加し、EGR率が増加する方向になるので、目標EGR率EGR-refに対して実際のEGR率EGR-rt が過剰になる時は、目標EGRバルブリフトEGRV-reft を減量補正する。
【0042】
即ち、サンプリングの順序を「(k-1) 、(k) 」で示すと、「VNT-ref(k) <VNT-ref(k-1) 、かつ、EGR-ref>EGR-rt の時」、又は、「VNT-ref(k) >VNT-ref(k-1) 、かつ、EGR-ref<EGR-rt ) の時」に、Kaを補正ゲインとして、EGRV-ref(k) =EGRV-reft (k) −Ka*(VNT-ref(k) −VNT-ref(k-1) )とする。
【0043】
〔第2補正手段〕
また、第2補正手段61では、補正方法Dで、更に、EGR制御に使用するEGRバルブリフト検出値(第3の制御量)EGRV-lift を使用して、VNTリフト制御に使用する目標VNTリフト(第4の制御量)VNT-reft の補正を行うが、この補正方法Dでは、EGRバルブ10の応答性を考慮した補正であり、次のようにして行う。
【0044】
エンジン1の運転状態の過渡時において、EGR率を急激に減らすためにEGRバルブ10が急速度(閉じ側の所定のしきい値以上の速度)で閉じ方向に動いている場合に、目標VNTリフトVNT-reft が増加すると、EGRバルブ10の上流側の圧力が増加し、EGR率を増加する方向になるので、目標VNTリフトVNT-reft の値をホールドして増加を止め、EGR率の減少を妨げないようにする。
【0045】
また、EGR率を急激に増加するためにEGRバルブ10が急速度(開き側の所定のしきい値以上の速度)で開方向に動いている場合に、目標VNTリフトVNT-reft が減少すると、EGRバルブ10の上流側の圧力が減少し、EGR率を減少する方向になるので、目標VNTリフトVNT-reft の値をホールドして減少を止め、EGR率の増加を妨げないようにする。
【0046】
つまり、「EGRV-lift(k)−EGRV-lift(k-1)<閉じ側しきい値、かつ、VNT-reft(k)>VNT-reft(k-1)の時」、又は、「EGRV-lift(k)−EGRV-lift(k-1)>開き側しきい値、かつ、VNT-reft(k)<VNT-reft(k-1)の時」には、VNT-reft(k)=VNT-reft(k-1)、VNT-ref(k) =VNT-reft(k)とする。
【0047】
〔第2の実施の形態〕
図3に示す第2の実施の形態は、EGRリフト制御手段31と吸気圧フィードバック制御手段42の組合わせであり、このEGRリフト制御手段31は、図2の第1の実施の形態と同じである。
【0048】
そして、吸気圧フィードバック制御手段42は、エンジン回転速度Neと燃料の噴射量Q-finを入力し、予めコントローラに入力されているマップデータ(table3)により、目標吸気圧Pin-reft (=table3(Q-fin,Ne))を算出し、吸気圧センサ22で検出した実吸気圧力Pint との吸気圧偏差ΔPinによりPI制御を含むフィードバック制御を行う。
【0049】
この吸気圧偏差ΔPinによるフィードバック制御においては、更に、このフィードバック用の制御値VNT-fbkに、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-finと予めコントローラに入力されているマップデータ(table4)とから算出される基本VNTリフトVNT-base (=table4(Q-fin,Ne))を加えて目標VNTリフトVNT-reft とし、この目標VNTリフトVNT-refを第2補正手段61により補正した値VNT-refに従ってVNTリフト制御を行う。つまり、VNT-reft(K)= VNT-base(K)+VNT-fbk(k) となる。
【0050】
〔第1補正手段(B)〕
そして、この第2の実施の形態において、第1補正手段51bにより、補正方法Bを用いて吸気圧フィードバック制御手段42で使用する吸気圧偏差(第1の制御量)ΔPinを使用してEGRリフト制御の目標EGRバルブリフト(第2の制御量)EGRV-reft を補正する。
【0051】
このEGRバルブリフトEGRV-reft の補正は、図2の第1の実施の形態の補正と略同じであるが、第1の実施の形態では、目標VNTリフトVNT-refの増減を基に補正していたが、この第2の実施の形態では、補正方法Bにより、目標吸気圧Pin-reft と吸気センサ22で検出した値Pint との吸気圧偏差ΔPinの増減を基に補正する点が異なる。
【0052】
この補正方法Bでは、吸気圧偏差ΔPinが正の場合(目標値>現在値)には、VNTリフトVNT-lift が減少してEGRバルブ10の上流側の圧力が増加し、EGR率が増加する方向に影響が出るので、目標EGR率EGR-reft に対してEGR率が過剰になる時は、目標EGRバルブリフトEGRV-reft を減量補正する。
【0053】
また、吸気圧偏差ΔPinが負の場合(目標値<現在値)には、VNTリフトVNT-lift が増加してEGRバルブ10の上流側の圧力が減少し、EGR率が減少する方向に影響が出るので、目標EGR率EGR-reft に対してEGR率が不足する時は、目標EGRバルブリフトEGRV-reft を増量補正する。
【0054】
つまり、「Pin-reft(k) )>Pint(k)、かつ、EGR-reft >EGR-rt の時」、又は、「Pin-reft(k)<Pin-reft(k-1)、かつ、EGR-reft <EGR-rt の時」は、Kbを補正ゲインとして、EGRV-reft(k)=EGRV-base(k)−Kb*(Pin-reft(k)−Pint(k))とする。
【0055】
〔第2補正手段〕
更に、第1の実施の形態と同じように、第2補正手段61により、EGR制御で使用するEGRバルブリフト検出値(第3の制御量)EGRV-lift を使用して、吸気圧フィードバック制御手段で使用する目標VNTリフト(第4の制御量)VNT-reft の補正を行う。
【0056】
〔第3の実施の形態〕
図4に示す第3の実施の形態は、EGR率フィードバック制御手段32と吸気圧フィードバック制御手段42の組合わせであり、吸気圧フィードバック制御手段42は、図3の第2の実施の形態と同じである。
【0057】
そして、EGR率フィードバック制御手段32は、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-finを入力し、予めコントローラに入力されているマップデータ(table5)により、目標EGR率EGR-reft (=table5(Q-fin,Ne))を求める。
【0058】
一方、吸気量センサ(MAFセンサ:マスエアフローセンサ)12から吸入空気量の計算を行い、吸気圧センサ22及び吸気温センサ13で検出した吸気圧及び吸気温とエンジン回転速度Neから吸入ガス量の計算を行い、この吸入空気量と吸入ガス量とからEGR率EGR-rt を計算し、この推定EGR率EGR-rt と目標EGR率EGR-reft とのEGR率偏差ΔEGRからPI制御を含むフィードバック制御を行う。
【0059】
このEGR率偏差ΔEGRによるフィードバック制御においては、更に、このフィードバック用の制御値EGRV-fbkに、エンジン回転速度Neと燃料の基本噴射量Q-finと予めコントローラに入力されているマップデータ(table6)により算出される基本EGRバルブリフトEGRV-base (=table6(Q-fin,Ne))を加えて目標EGRバルブリフトEGRV-reft (=EGRV-base +EGRV-fbk)とし、この目標EGRバルブリフトEGRV-reft に更に第1補正手段51cによる補正を加えた値EGRV-refになるようにEGRリフト制御して、EGR率フィードバック制御を行う。
【0060】
〔第1補正手段(C)〕
そして、この第3の実施の形態において、第1補正手段51cにより、補正方法Cを用いて吸気圧フィードバック制御手段42で使用する目標吸気圧(第1の制御量)Pin-reft を使用してEGRリフト制御の目標EGRバルブリフト(第2の制御量)EGRV-reft を補正する。
【0061】
この補正方法Cでは、第2の実施の形態の吸気圧偏差ΔPinの正負が、目標吸気圧Pin-reft の増減に代わっただけであり、その他は同じである。
【0062】
つまり、「Pin-reft(k)>Pin-reft(k-1)、かつ、EGR-ref>EGR-rt の時」、又は、「Pin-reft(k)<Pin-reft(k-1)、かつ、EGR-ref<EGR-rt の時」に、Kcを補正ゲインとして、EGRV-ref(k) =EGRV-fbk(k) +EGRV-base(k)−Kc*(Pin-reft(k)−Pin-reft(k-1))とする。
【0063】
〔第2補正手段〕
更に、第1及び第2の実施の形態と同じように、第2補正手段61により、EGR制御で使用するEGRバルブリフト検出値(第3の制御量)EGRV-lift を使用して、吸気圧フィードバック制御手段で使用する目標VNTリフト(第4の制御量)VNT-reft の補正を行う。
【0064】
〔タイミングチャート〕
以上の構成のEGR装置付き過給式エンジンにおけるタイミングチャートの例を図4と図5に示す。
【0065】
図4は負荷減少時を示しているが、補正方法Aでは、目標VNTリフトVNT-reft の変化α1を、補正方法Bでは、過給圧偏差ΔPinであるβ1の変化を、また、補正方法Cでは目標吸気圧Pin-reft の変化γ1のいずれかを検知して、目標EGRVリフトEGRV-reft を増量補正し、また、EGRバルブリフトEGRV-lift の変化δ1を検知して、目標VNTリフトVNT-reft を点線から実線に補正しているので、EGR率EGR-rt が点線から実線に変更され、NOxの増加が防止されていることが分かる。
【0066】
また、図5は負荷増加時を示しているが、補正方法Aでは、目標VNTリフトVNT-reft の変化α2を、補正方法Bでは、過給圧偏差ΔPinであるβ2の変化を、また、補正方法Cでは目標吸気圧Pin-reft の変化γ2の何れかを検知して、目標EGRVリフトEGRV-reft を減量補正し、また、EGRバルブリフトEGRV-lift の変化δ2を検知して、目標VNTリフトVNT-reft を点線から実線に補正しているので、EGR率EGR-rt が点線から実線に変更され、スモークの増加が防止されていることが分かる。
【0067】
〔効果〕
以上の構成のEGR装置付き過給式エンジンによれば、次のような効果を奏することができる。
【0068】
過給圧制御手段41,42で使用する目標VNTリフトVNT-reft や吸気圧力偏差ΔPinや目標吸気圧Pin-reft 等の第1の制御量の変化に応じて、EGR制御手段31,32で使用する第2の制御量である目標EGRバルブリフトEGRV-reft や目標EGR率EGR-reft を補正することができる。
【0069】
つまり、これらの補正方法A,B,Cにより、EGRバルブ10の上流側の圧力が増加し、EGR率が増加する傾向にあり、目標ERG率EGR-reft に対してEGR率が過剰になる時は、目標EGRバルブリフトEGRV-reft を減量し、EGRバルブ10の上流側の圧力が減少し、EGR率が減少する傾向にあり、目標ERG率EGR-reft に対してEGR率が不足する時は、目標EGRバルブリフトEGRV-reft を増加することができる。
【0070】
また、エンジンの運転状態の過渡時において、EGR制御手段31,32側の第3の制御量であるEGR率の変化が激しく、EGRバルブ10を開閉する操作速度が、EGRバルブ10の応答速度範囲より大きくなる時において、過給圧制御手段41,42 側の目標VNTリフトVNT-reft に制限を加えることができるので、目標EGR率EGR-reft に対する実際のEGR率EGR-rt の逸脱量を減少させることができる。
【0071】
従って、EGRバルブ10の上流側の圧力の増減及びEGRバルブの応答速度を考慮に入れたEGR制御が可能となり、目標EGR率EGR-reft に対して実際のEGR率を近づけることができるので、適切なEGR率でEGRを行うことができ、排気ガス中のNOx及びスモークをバランスよく減少させることができる。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るEGR装置付き過給式エンジンによれば、次のような効果を奏することができる。
【0073】
第1補正手段を備えたことにより、過給圧制御手段で使用する目標VNTリフトや吸気圧力偏差や目標吸気圧等の第1の制御量の変化に応じて、EGR制御手段で使用する目標EGRバルブリフトや目標EGR率等の第2の制御量を補正することができるので、過給機の運転状態の変化に伴うEGRバルブの上流側の圧力の増減を考慮したEGR制御が可能となり、目標EGR率に実際のEGR率を近づけることができ、適切なEGR率でEGRを行うことができる。
【0074】
また、第2補正手段を備えたことにより、EGR制御手段で使用するEGRバルブリフト等の第3の制御量の変化量が所定の制限値より大きくなる場合に、過給圧制御手段で使用する目標VNTリフト等の第4の制御量に制限を加える補正を行うことができるので、エンジンの運転状態の過渡時において、EGR率の変化が激しく、EGRバルブの開閉操作速度が、EGRバルブの応答速度範囲より大きくなる時に、過給圧制御手段側の目標VNTリフトに制限を加えて、目標EGR率に対する実際のEGR率の逸脱量を減少させることができる。
【0075】
従って、第1及び第2補正手段を備えることにより、エンジンの運転状態の過渡時にEGR制御と過給圧制御を統合して行うことができ、エンジンの運転状態に対して予め設定した最適なEGR率に、実際のEGR率を近づかせて、より一層排気ガス中のNOxやスモークを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のEGR装置付き過給式エンジンのシステム構成図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るEGRリフト制御手段とVNTリフト制御手段との組合わせのブロック図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係るEGRリフト制御手段と吸気圧フィードバック制御手段との組合わせのブロック図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係るEGR率フィードバック制御手段と吸気圧フィードバック制御手段との組合わせのブロック図である。
【図5】本発明に係る負荷減少時の制御タイミングチャートである。
【図6】本発明に係る負荷増加時の制御タイミングチャートである。
【図7】従来技術のEGRリフト制御とVNTリフト制御のブロック図である。
【図8】従来技術のEGRリフト制御と吸気圧フィードバック制御のブロック図である。
【図9】従来技術のEGR率フィードバック制御と吸気圧フィードバック制御のブロック図である。
【符号の説明】
1 ターボ過給機付きエンジン
2 排気通路
3 吸気通路
4 EGR通路
10 EGRバルブ
31 EGRリフト制御手段(EGR制御手段)
32 EGR率フィードバック制御手段(EGR制御手段)
41 VNTリフト制御手段(過給圧制御手段)
42 吸気圧フィードバック制御手段(過給圧制御手段)
51a 第1補正手段(補正方法A)
51b 第1補正手段(補正方法B)
51c 第1補正手段(補正方法C)
61 第2補正手段(補正方法D)
EGR-reft 目標EGR率
EGRV-reft 目標EGRバルブリフト
EGRV-lift EGRバルブリフト
Pin-reft 目標吸気圧
VNT-reft 目標VNTリフト
ΔPin 吸気圧偏差
Claims (4)
- ターボ過給機付きエンジンのEGR通路に設けたEGRバルブを調整制御してEGR率を調整するEGR制御手段と、ターボ過給機の過給圧を可変に調整制御する過給圧制御手段を備え、エンジン回転数と燃料の基本噴射量と予めコントローラに入力されているマップデータにより算出された目標EGRバルブリフトと目標VNTリフトを用いて、EGR制御と過給圧制御を行うエンジンにおいて、
前記目標VNTリフトが減少する場合に、前記EGR制御手段で使用される目標EGRバルブリフトを増量補正し、前記目標VNTリフトが増加する場合に、前記目標EGRバルブリフトを減量補正する第1補正手段を備えると共に、
該エンジンの運転状態の過渡時において、前記EGR制御手段で使用する前記EGRバルブを開閉する操作速度が前記EGRバルブの応答特性から決まる応答速度範囲より大きくなり、実際のEGRバルブリフトが前記目標EGRバルブリフトに追従できず逸脱量が大きくなる場合に、排気圧の急激な変化を緩和するように、前記EGRバルブが閉じ方向に動いているときには、前記過給圧制御手段で使用する前記目標VNTリフトの値をホールドして増加を止め、前記EGRバルブが開方向に動いているときには、前記目標VNTリフトの値をホールドして減少を止めるように補正する第2補正手段を備え、
該エンジンの運転状態が過渡期でない場合と、過渡期で、前記EGR制御手段で使用するEGRバルブリフトの開閉する操作速度がEGRバルブの応答特性から決まる応答速度範囲内で実際のEGRバルブリフトが目標EGRバルブリフトに追従できる場合には、前記第1補正手段と前記第2補正手段の両方の補正をせずに、前記マップデータにより算出された目標EGRバルブリフトと目標VNTリフトを用いて、前記第1補正手段と前記第2補正手段の両方を含めないEGR制御を行うことを特徴とするEGR装置付き過給式エンジン。 - ターボ過給機付きエンジンのEGR通路に設けたEGRバルブを調整制御してEGR率を調整するEGR制御手段と、ターボ過給機の過給圧を可変に調整制御する過給圧制御手段を備え、エンジン回転数と燃料の基本噴射量と予めコントローラに入力されているマップデータにより算出された目標EGRバルブリフトと吸気圧偏差を用いて、EGR制御と過給圧制御を行うエンジンにおいて、
前記吸気圧偏差が正の場合に、前記EGR制御手段で使用される目標EGRバルブリフトを減量補正し、前記吸気圧偏差が負の場合に、前記目標EGRバルブリフトを増量補正する第1補正手段を備えると共に、
該エンジンの運転状態の過渡時において、前記EGR制御手段で使用する前記EGRバルブを開閉する操作速度が前記EGRバルブの応答特性から決まる応答速度範囲より大きくなり、実際のEGRバルブリフトが前記目標EGRバルブリフトに追従できず逸脱量が大きくなる場合に、排気圧の急激な変化を緩和するように、前記EGRバルブが閉じ方向に動いているときには、前記過給圧制御手段で使用する前記目標VNTリフトの値をホールドして増加を止め、前記EGRバルブが開方向に動いているときには、前記目標VNTリフトの値をホールドして減少を止めるように補正する第2補正手段を備え、
該エンジンの運転状態が過渡期でない場合と、過渡期で、前記EGR制御手段で使用するEGRバルブリフトの開閉する操作速度がEGRバルブの応答特性から決まる応答速度範囲内で実際のEGRバルブリフトが目標EGRバルブリフトに追従できる場合には前記第1補正手段と前記第2補正手段の両方の補正をせずに、前記マップデータにより算出された目標EGRバルブリフトと吸気圧偏差を用いて、前記第1補正手段と前記第2補正手段の両方を含めないEGR制御を行うことを特徴とするEGR装置付き過給式エンジン。 - ターボ過給機付きエンジンのEGR通路に設けたEGRバルブを調整制御してEGR率を調整するEGR制御手段と、ターボ過給機の過給圧を可変に調整制御する過給圧制御手段を備え、エンジン回転数と燃料の基本噴射量と予めコントローラに入力されているマップデータにより算出された目標EGRバルブリフトと目標吸気圧を用いて、EGR制御と過給圧制御を行うエンジンにおいて、
前記目標吸気圧が増加の場合に、前記EGR制御手段で使用される目標EGRバルブリフトを減量補正し、前記目標吸気圧が減少の場合に、前記目標EGRバルブリフトを増量補正する第1補正手段を備えると共に、
該エンジンの運転状態の過渡時において、前記EGR制御手段で使用する前記EGRバルブを開閉する操作速度が前記EGRバルブの応答特性から決まる応答速度範囲より大きくなり、実際のEGRバルブリフトが前記目標EGRバルブリフトに追従できず逸脱量が大きくなる場合に、排気圧の急激な変化を緩和するように、前記EGRバルブが閉じ方向に動いているときには、前記過給圧制御手段で使用する前記目標VNTリフトの値をホールドして増加を止め、前記EGRバルブが開方向に動いているときには、前記目標VNTリフトの値をホールドして減少を止めるように補正する第2補正手段を備え、
該エンジンの運転状態が過渡期でない場合と、過渡期で、前記EGR制御手段で使用するEGRバルブリフトの開閉する操作速度がEGRバルブの応答特性から決まる応答速度範囲内で実際のEGRバルブリフトが目標EGRバルブリフトに追従できる場合には前記第1補正手段と前記第2補正手段の両方の補正をせずに、前記マップデータにより算出された目標EGRバルブリフトと目標吸気圧を用いて、前記第1補正手段と前記第2補正手段の両方を含めないEGR制御を行うことを特徴とするEGR装置付き過給式エンジン。 - 前記第1補正手段が、前記EGRバルブリフトの代わりに、目標EGR率を補正することを特徴とする請求項1、2、又は3記載のEGR装置付き過給式エンジン。
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