JP4396581B2

JP4396581B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置

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Publication number: JP4396581B2
Application number: JP2005162860A
Authority: JP
Inventors: 秀梅王
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: US20060272625A1; KR20060125573A; JP2006336557A; CN1873205A; EP1729004B1; DE602006012579D1; EP1729004A1; KR100829649B1; US7370644B2; CN100412344C

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御装置に係わり、特に、ＥＧＲ通路の内壁面に付着した異物を除去するためにＥＧＲバルブを駆動するための技術に関する。

従来、ディーゼル機関では、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する目的等から、排気ガスの一部を吸気に戻すＥＧＲが実施されている。ところが、ディーゼル機関の排気ガスには、ＮＯｘ等のガス状物質だけでなく、未燃焼の燃料やエンジンオイル、あるいは黒煙（スス）等が含まれている。これらの成分がＥＧＲ通路の内壁面に付着して固化すると、ＥＧＲバルブの円滑な開閉動作を妨げることになる。

そこで、例えば、特許文献１には、ディーゼル機関の運転を停止する際に、ＥＧＲバルブを作動させて、ＥＧＲ通路の内壁面に付着した異物を除去する技術が開示されている。
特開２００３−３１４３７７号公報

しかし、上記の特許文献１に記載された公知技術では、異物の付着程度（付着量あるいは付着強度）に関係なく、一定の回数および強度でＥＧＲバルブを作動させているため、効率良く異物を除去することが困難である。例えば、異物の付着量が少ない時あるいは付着強度が小さい時には、ＥＧＲバルブの作動回数および強度が必要以上に与えられるため、無駄なエネルギ消費が多くなる。逆に、異物の付着量が多い時あるいは付着強度が大きい時には、ＥＧＲバルブの作動回数および強度が不足して、十分に異物を除去することができず、異物が残ることがある。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、異物の付着強度または付着量に応じて、ＥＧＲバルブの作動を制御することにより、異物の除去を効率良く行うことができる内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられ、このＥＧＲ通路を流れる排気ガス（ＥＧＲガスと呼ぶ）流量を調節するＥＧＲバルブを有し、ＥＧＲ通路の内壁面に付着した異物を除去するためにＥＧＲバルブを駆動する異物除去モードが設定された内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、前回の異物除去モードが実施された後、ＥＧＲガス流量またはＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定して、その推定値から異物累積指標値を求め、さらに、ＥＧＲガスの凝縮温度を第１閾値として設定し、且つ、第１閾値より所定温度高い第２閾値を設定して、ＥＧＲガスの温度が、少なくとも第２閾値まで上昇した後、第１閾値以下まで低下した回数に応じて異物累積指標値を補正し、この補正された異物累積指標値を基に、ＥＧＲ通路の内壁面に付着した異物の付着強度または付着量を検出する異物付着検出手段と、内燃機関の運転を停止するイグニッションスイッチのオフ操作後、あるいは内燃機関が所定の運転状態の時に、異物付着検出手段の検出結果に応じて、ＥＧＲバルブの動作を制御して異物除去モードを実施する異物除去手段とを備え、異物付着検出手段は、ＥＧＲガスの温度が、少なくとも第２閾値まで上昇した後、第１閾値以下まで低下した回数が多い程、異物累積指標値を大きく補正することを特徴とする。

ＥＧＲガス流量が多くなる程、そのＥＧＲガスに含まれる異物の量も多くなると考えられるため、ＥＧＲガス流量の推定値から異物累積指標値を求め、その異物累積指標値を基に、異物の付着強度または付着量を検出することができる。同様に、ＥＧＲガス中の異物成分濃度が高くなると、ＥＧＲガス流量が多くなるに従って、異物の量も多くなるため、ＥＧＲガス中の異物成分濃度の推定値から異物累積指標値を求め、その異物累積指標値を基に、異物の付着強度または付着量を検出することができる。
また、ＥＧＲガスが凝縮する回数が多くなる程、ＥＧＲ通路の内壁面に付着する異物量も多くなると考えられるため、ＥＧＲガスの凝縮回数、即ち、ＥＧＲガスの温度が、少なくとも第２閾値まで上昇した後、第１閾値以下まで低下した回数が多い程、異物累積指標値を大きく補正することで、より精度良く異物の付着強度または付着量を検出できる。
本発明では、上記の補正された異物累積指標値を基に異物の付着強度または付着量を検出し、その検出結果に応じてＥＧＲバルブの動作を制御するので、効率良く異物の除去を実施できる。例えば、異物の付着強度が大きい時または付着量が多い時には、ＥＧＲバルブの作動回数を多く、且つ作動強度を大きくすることで、異物を確実に除去することが可能である。また、異物の付着強度が小さい時または付着量が少ない時には、ＥＧＲバルブの作動回数を少なく、且つ作動強度を小さくすることで、無駄なエネルギ消費を無くすことができると共に、ＥＧＲバルブの作動に伴う騒音の発生を低減できる効果もある。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関のＥＧＲ制御装置において、異物付着検出手段は、ＥＧＲバルブの開弁位置信号を基に、ＥＧＲガス流量を推定することを特徴とする。
ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブの開度に応じて調節されるため、ＥＧＲバルブの開弁位置信号を基に、ＥＧＲガス流量を推定することができる。

ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブの開度に応じて調節されるため、ＥＧＲバルブの開弁位置信号を基に、ＥＧＲガス流量を推定することができる。

（請求項３の発明）
請求項１に記載した内燃機関のＥＧＲ制御装置において、異物付着検出手段は、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ、あるいは排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサの出力信号を基に、ＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定することを特徴とする。

空燃比が燃料リッチになる程、排気ガスに含まれる異物の量が多くなると推定できるため、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサの出力信号を基に、ＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定することができる。また、排気ガス中の酸素濃度は、空燃比に相関する。つまり、空燃比が小さくなる（燃料リッチ）と、排気ガス中の酸素濃度が低くなり、空燃比が大きくなる（燃料リーン）と、排気ガス中の酸素濃度が高くなるため、Ｏ₂センサの出力信号を基に、ＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定することができる。

（請求項４の発明）
請求項１に記載した内燃機関のＥＧＲ制御装置において、異物付着検出手段は、内燃機関より排出される排気ガスの温度を検出する排気温度センサの出力信号を基に、ＥＧＲガスの温度を推定することを特徴とする。

ＥＧＲガスは、内燃機関より排出された排気ガスの一部が排気通路からＥＧＲ通路を通って吸気通路へ還流するため、排気ガスの温度を検出することで、ＥＧＲガスの温度を推定できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はディーゼル機関１の制御システムを示す全体図である。

本実施例のディーゼル機関１は、以下に説明する蓄圧式燃料噴射システム、ＥＧＲ装置、およびターボ過給機等を搭載する。

蓄圧式燃料噴射システムは、噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール２と、図示しない燃料タンクより汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に圧送する燃料供給ポンプ３と、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料をディーゼル機関１の気筒内に噴射するインジェクタ４等を有し、燃料供給ポンプ３及びインジェクタ４の動作が電子制御装置（以下ＥＣＵ５と呼ぶ）により制御される。

ＥＧＲ装置は、ディーゼル機関１より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気側へ還流させるシステムであり、ディーゼル機関１の吸気通路６と排気通路７とを連通するＥＧＲ通路８と、このＥＧＲ通路８に設けられるＥＧＲバルブ９と、このＥＧＲバルブ９を駆動するアクチュエータ１０等より構成され、ディーゼル機関１の運転状態に応じて設定される所定のＥＧＲ率が得られるように、上記のＥＣＵ５によりアクチュエータ１０を介してＥＧＲバルブ９の開度が電子制御される。なお、ＥＧＲバルブ９には、例えば、ピストンバルブやバタフライバルブ等を採用できる。

ＥＧＲ通路８には、例えば、機関冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラ１１が設けられている。

ターボ過給機は、排気通路７に設けられる排気タービン１２と、吸気通路６に設けられるコンプレッサ１３とで構成され、ディーゼル機関１の排気エネルギを受けて排気タービン１２が回転することにより、その排気タービン１２と同軸に連結されたコンプレッサ１３が回転して、吸入空気を加圧する。また、排気タービン１２の周囲には、多数のノズルベーン（図示せず）が配置され、そのノズルベーンの開度に応じてタービン効率を可変し、その結果、コンプレッサ１３による過給状態が変化する。

吸気通路６の上流端には、吸入空気を濾過するエアクリーナ１４が設けられ、このエアクリーナ１４の下流側に吸入空気量を計測するエアフロメータ１５が設けられている。また、コンプレッサ１３の下流には、コンプレッサ１３によって加圧された空気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられ、さらに、インタークーラ１６の下流には、吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１７が配設されている。この吸気絞り弁１７は、ＥＣＵ５により制御されるアクチュエータ１８を介して弁開度が調整される。

ＥＣＵ５は、図１に示す各種センサ（ＮＥセンサ１９、アクセル開度センサ２０、水温センサ２１、吸気圧センサ２２、圧力センサ２３等）で検出されるセンサ情報を入力し、これらのセンサ情報を基に、燃料供給ポンプ３より吐出される燃料圧送量、インジェクタ４の噴射時期と噴射量、ＥＧＲ率、および過給圧等を制御する。

ＮＥセンサ１９は、ディーゼル機関１のクランク軸１ａが１回転する間に複数のパルス信号を出力する。ＥＣＵ５では、ＮＥセンサ１９より出力されたパルス信号の時間間隔を計測することで、機関回転速度を検出する。

アクセル開度センサ２０は、アクセルペダル２４の踏込み量よりアクセル開度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

水温センサ２１は、例えばサーミスタにより構成され、ディーゼル機関１のウォータジャケット１ｂを流れる冷却水の温度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

吸気圧センサ２２は、吸気絞り弁１７より下流側の吸気通路６に取り付けられ、吸気圧（過給圧）を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

圧力センサ２３は、コモンレール２に取り付けられ、コモンレール２に蓄圧された燃料圧力を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

また、ＥＣＵ５には、ＥＧＲ通路８の内壁面に付着した異物を除去するクリーニング動作を実施するための異物除去モードがプログラムされている。この異物除去モードは、例えば、ディーゼル機関１の運転を停止するイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）のオフ操作後に実施される。なお、ＥＣＵ５は、異物除去モードを実施するための異物除去手段、およびＥＧＲ通路８の内壁面に付着した異物の付着強度または付着量を検出する異物付着検出手段の機能を備えている。

次に、異物除去モードを実行するＥＣＵ５の処理手順を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップ１０…ＩＧスイッチがオフ操作されたか否かを判定する。この判定結果がＮＯの場合、つまりＩＧスイッチがオフ操作されていない時は、本処理を終了し、判定結果がＹＥＳの場合は、次のステップ２０へ進む。なお、ＥＣＵ５は、ＩＧスイッチがオフ操作された後、ＥＣＵ５の電源ラインに設けられるメインリレー（図示せず）をオフ制御するタイミングを遅延させることができる。

ステップ２０…ＥＧＲガス流量をモニタする。ＥＧＲ通路８を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ９の開度に応じて調節されるため、ＥＧＲバルブ９の開弁位置信号を基に、ＥＧＲガス流量を推定することができる。

ステップ３０…ステップ２０でモニタされたＥＧＲガス流量（推定値）を基に異物累積指標値を算出する。この異物累積指標値は、ＥＧＲ通路８の内壁面に付着する異物の付着強度あるいは付着量を判断するための指標値であり、前回の異物除去モードが実施されてから今回の異物除去モードが実施されるまでの間にモニタリングされるＥＧＲガスの総流量から決定される。なお、ＥＣＵ５に内蔵されるメモリには、ＥＧＲガスの総流量から異物累積指標値を決定するための特性図（図３参照）が格納されている。

ステップ４０…ステップ３０で算出された異物累積指標値を基に、クリーニング動作の強度および回数を設定する。このクリーニング動作は、ＥＧＲバルブ９を駆動して行うものであり、クリーニング動作の強度および回数は、ＥＧＲバルブ９を駆動するアクチュエータ１０の駆動力およびＥＧＲバルブ９の作動回数として設定される。例えば、ＥＧＲガスの総流量が多くなると、その分、ＥＧＲガスに含まれる異物の量も多くなると判断できるため、図４に示す様に、異物累積指標値が大きくなる程、ＥＧＲバルブ９の作動強度が大きく、且つＥＧＲバルブ９の作動回数も多く設定される。

ステップ５０…ＥＧＲバルブ９を駆動してクリーニングを実施する。具体的には、ステップ４０で設定した作動強度および作動回数を基に、アクチュエータ１０に制御信号を出力してＥＧＲバルブ９を駆動する。

（実施例１の効果）
上記の異物除去モードでは、異物累積指標値を基にＥＧＲバルブ９の作動強度および作動回数を設定するので、異物の付着強度または付着量に応じて、効率良く異物の除去を実施できる。例えば、異物累積指標値が大きい時、つまり異物の付着強度が大きい時または付着量が多い時には、ＥＧＲバルブ９の作動強度を大きく、且つ作動回数を多くすることで、異物の除去を確実に実施できる。

また、異物累積指標値が小さい時、つまり異物の付着強度が小さい時または付着量が少ない時には、ＥＧＲバルブ９の作動強度を小さく、且つ作動回数を少なくすることで、無駄なエネルギ消費を無くすことができると共に、ＥＧＲバルブ９の作動に伴う騒音の発生を低減できる効果もある。

図５はＥＧＲガス中の異物成分濃度と異物の付着強度との関係を示す特性図、図６はＥＧＲガス中の異物成分濃度と空燃比との関係を示す特性図である。

実施例１では、ＥＧＲガス流量（推定値）を基に異物累積指標値を算出する例を説明したが、この実施例２では、ＥＧＲガス流量の代わりに、ＥＧＲガス中の異物成分濃度を使用する。つまり、ＥＧＲガス中の異物成分濃度が高くなると、ＥＧＲガス流量が多くなるに従って、異物の量も多くなるため、図５に示す様に、ＥＧＲ通路８の内壁面に付着する異物の付着強度が大きく、または付着量が多くなると判断できる。そこで、ＥＧＲガス中の異物成分濃度を基に異物累積指標値を求め、その異物累積指標値を基に、異物の付着強度または付着量を検出することができる。

ＥＧＲガス中の異物成分濃度は、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ（図示せず）の出力信号を基に推定できる。つまり、図６に示す様に、空燃比が燃料リッチになる程、排気ガスに含まれる異物の量が多くなる（ＥＧＲガス中の異物成分濃度が高くなる）と判断できるため、Ａ／Ｆセンサの出力信号を基に、ＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定できる。また、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ（図示せず）を使用することも可能である。つまり、空燃比が小さくなる（燃料リッチ）と、排気ガス中の酸素濃度が低くなり、空燃比が大きくなる（燃料リーン）と、排気ガス中の酸素濃度が高くなり、空燃比と排気ガス中の酸素濃度とが相関するため、Ｏ₂センサの出力信号を用いてＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定することもできる。

なお、実施例１に記載した方法、つまりＥＧＲガス流量（推定値）を基に異物累積指標値を算出する場合に、ＥＧＲガス中の異物成分濃度によって異物累積指標値を補正することもできる。この場合、ＥＧＲガス流量だけでなく、ＥＧＲガス中の異物成分濃度を考慮して異物累積指標値を算出できるので、より精度良く異物の付着強度または付着量を検出できる。

図７はＥＧＲガス温度の変化を示すグラフである。

この実施例３では、実施例１または実施例２に記載した方法で算出される異物累積指標値をＥＧＲガスの温度によって補正する一例である。

ＥＧＲガスに含まれる異物は、ＥＧＲガスが凝縮する際にＥＧＲ通路８の内壁面に付着するので、ＥＧＲガスの温度（ＥＧＲガス温度と呼ぶ）に応じて異物累積指標値を補正することで、より精度良く異物の付着強度または付着量を検出できる。

なお、ＥＧＲガス温度は、ディーゼル機関１より排出される排気ガスの温度を検出する排気温度センサ（図示せず）の出力信号を基に推定できる。つまり、ＥＧＲガスは、ディーゼル機関１より排出された排気ガスの一部が排気通路７からＥＧＲ通路８を通って吸気通路６へ還流するため、排気ガスの温度を検出することで、ＥＧＲガス温度を推定できる。

本実施例の具体的な一例を以下に説明する。

ＥＣＵ５は、図７に示す様に、ＥＧＲガスの凝縮温度を第１閾値Ｔ１として設定し、且つ、第１閾値Ｔ１より所定温度高い第２閾値Ｔ２を設定して、ＥＧＲガス温度が、少なくとも第２閾値Ｔ２まで上昇した後、第１閾値Ｔ１以下まで低下した回数をカウントし、そのカウント値に応じて異物累積指標値を補正する。

ＥＧＲガスが凝縮する回数が多くなる程、ＥＧＲ通路８の内壁面に付着する異物量も多くなると判断できるため、ＥＧＲガスの凝縮回数、即ち、ＥＧＲガス温度が、少なくとも第２閾値Ｔ２まで上昇した後、第１閾値Ｔ１以下まで低下した回数に応じて、異物累積指標値を補正する。具体的には、ＥＧＲガス温度が、少なくとも第２閾値Ｔ２まで上昇した後、第１閾値Ｔ１以下まで低下した回数が多い程、異物累積指標値を大きく補正することで、より精度良く異物の付着強度または付着量を検出できる。

（その他の実施例）
実施例１では、ＩＧスイッチがオフ操作された後に異物除去モードを実施しているが、例えば、減速フューエルカット時の様に、ディーゼル機関１の運転状態に対してＥＧＲバルブ９の開度変動の影響が極めて小さい運転領域、あるいは走行状態に影響を生じないアイドリング時等に実施することも可能である。

また、実施例１では、本発明をディーゼル機関１に適用した一例を記載したが、ＥＧＲ装置を搭載するガソリン機関にも適用できる。

ディーゼル機関の制御システムを示す全体図である。異物除去モードの処理手順を示すフローチャートである（実施例１）。ＥＧＲガスの総流量と異物累積指標値との関係を示す特性図である（実施例１）。異物累積指標値とＥＧＲバルブの作動強度および回数との関係を示す特性図である（実施例１）。ＥＧＲガス中の異物成分濃度と異物の付着強度との関係を示す特性図である（実施例２）。ＥＧＲガス中の異物成分濃度と空燃比との関係を示す特性図である（実施例２）。ＥＧＲガス温度の変化を示すグラフである（実施例３）。

符号の説明

１ディーゼル機関（内燃機関）
５ＥＣＵ（ＥＧＲ制御装置、異物除去手段、異物付着検出手段）
６吸気通路
７排気通路
８ＥＧＲ通路
９ＥＧＲバルブ

Claims

内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられ、このＥＧＲ通路を流れる排気ガス（ＥＧＲガスと呼ぶ）流量を調節するＥＧＲバルブを有し、
前記ＥＧＲ通路の内壁面に付着した異物を除去するために前記ＥＧＲバルブを駆動する異物除去モードが設定された内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
前回の異物除去モードが実施された後、ＥＧＲガス流量またはＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定して、その推定値から異物累積指標値を求め、さらに、前記ＥＧＲガスの凝縮温度を第１閾値として設定し、且つ、前記第１閾値より所定温度高い第２閾値を設定して、前記ＥＧＲガスの温度が、少なくとも前記第２閾値まで上昇した後、前記第１閾値以下まで低下した回数に応じて前記異物累積指標値を補正し、この補正された異物累積指標値を基に、前記ＥＧＲ通路の内壁面に付着した異物の付着強度または付着量を検出する異物付着検出手段と、
前記内燃機関の運転を停止するイグニッションスイッチのオフ操作後、あるいは前記内燃機関が所定の運転状態の時に、前記異物付着検出手段の検出結果に応じて、前記ＥＧＲバルブの動作を制御して前記異物除去モードを実施する異物除去手段とを備え、
前記異物付着検出手段は、前記ＥＧＲガスの温度が、少なくとも前記第２閾値まで上昇した後、前記第１閾値以下まで低下した回数が多い程、前記異物累積指標値を大きく補正することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
請求項１に記載した内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
前記異物付着検出手段は、前記ＥＧＲバルブの開弁位置信号を基に、前記ＥＧＲガス流量を推定することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
請求項１に記載した内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
前記異物付着検出手段は、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ、あるいは排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサの出力信号を基に、前記ＥＧＲガス中の異物成分濃度を推定することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
請求項１に記載した内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
前記異物付着検出手段は、前記内燃機関より排出される排気ガスの温度を検出する排気温度センサの出力信号を基に、前記ＥＧＲガスの温度を推定することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。