JP4706440B2 - Egr制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの吸気側に還流される排気ガス(EGRガス)の流量を制御するEGR制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来から、排気ガスのエミッションを低減するため、排気ガスの一部をエンジンの吸気側に還流して新気と混合するとともに、還流される排気ガス(EGRガス)の流量を制御するEGR制御装置が公知となっている。
EGR制御装置は、エンジンの排気側と吸気側とを連通し、EGRガスを排気側から吸気側へ導くEGR流路、EGR流路に配置され、回動することでEGR流路の開度(EGR開度)を調節する弁体、弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータ、弁体を閉側に付勢するスプリング、EGR開度の目標値を算出するとともに、EGR開度の実値と目標値との偏差に応じて、アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段等により構成されている。
これにより、EGR制御装置は、EGR開度の実値を目標値に略一致させることでEGRガスの流量を制御し、エンジンの運転状態に応じて排気ガスのエミッションを低減している。
しかし、ディーゼルエンジン等の直噴型エンジンでは、加速等により燃料の要求量が増大した場合、燃料の供給量の増加に対し空気の供給量の増加は、慣性遅れの影響により遅れてしまう。このため、加速が急であるほど、燃料の供給量の増加に対する空気の供給量の増加の遅れが大きくなり、一時的に燃料の方が過剰になる状態が生じてしまう。このため、急加速時には、排気ガスのエミッションが悪化するという問題がある。
そこで、加速時には、EGR流路の開度を強制的にゼロにしたり(例えば、特許文献1参照)、EGR流量の減少速度を増加させたりして(特許文献2参照)、できるだけ新気のみにて燃料を燃焼することができるようにする技術が考えられている。
〔従来技術の不具合〕
しかし、特許文献1に記載の技術によれば、EGR流路の開度をできるだけ早期にゼロにするため、スプリングによる閉側への付勢力を強くする必要がある。このため、アクチュエータは、弁体を開側に回動させる際に、より強い駆動力を与えなければならなくなり、開側への応答速度が低下する虞がある。さらに、スプリングによる閉側への付勢力が強くなると、全閉時には、より高速で流路壁と弁体の周縁とが接触するため、弁体が破損する虞も高くなる。
また、特許文献2に記載の技術によれば、加速時には、一時的にスロットル弁を全開にし、新気の流量を急増させてEGRガスの流量を急減させる。しかし、EGRガスの吸気側への還流は完全に停止しないので、エミッションの悪化は、完全には回避されない。
特開平8−144867号公報 特開平9−310633号公報
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、EGR制御装置において、スプリングによる閉側への付勢力を強化することなく、加速時等に弁体の閉側への応答速度を向上させEGRガスの流量を早期にゼロにすることにある。
〔請求項1の手段〕
請求項1に記載のEGR制御装置は、エンジンの吸気側に還流されるEGRガスの流量(EGR流量)を制御するものである。このEGR制御装置は、EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することでEGR流路の開度(EGR開度)を調節するとともに、EGR流量が実質的にゼロになる開度範囲であって開度ゼロを含むゼロ流量範囲を、エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、エンジンの運転状態に応じてEGR開度の目標値を算出するとともに、EGR開度の実値と目標値との偏差に応じて、アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備える。
また、弁体は、アクチュエータから駆動力を付与される軸部と、軸部を中心軸とする対称的な円板状に形成された弁部とを有するバタフライ弁であり、アクチュエータから軸部に付与された駆動力により弁部が回動し、弁部の外周がEGR流路の流路壁に接触して弁部の上流側と下流側との間でEGRガスの通過を遮断することでゼロ流量範囲を形成する。そして、制御手段は、エンジンの運転中にEGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、目標値を、ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも閉側の開度範囲であるオーバーターン側ゼロ流量範囲に設定し、弁体を開度ゼロに相当する弁位置よりも閉側の弁位置に回動させることで、EGR開度の実値を、オーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させる。
EGR開度の実値を開度ゼロよりも閉側の開度範囲に移行させることで、EGR開度の実値を開度ゼロに移行させる場合よりも早期に、弁体に開度ゼロの状態を通過させることができる。このため、スプリングによる閉側への付勢力を強化しなくても、弁体の閉側への応答速度を上げることができる。また、移行先をオーバーターン側ゼロ流量範囲とすることで、移行後のEGR流量を確実にゼロにすることができる。以上により、スプリングによる閉側への付勢力を強化しなくても、加速時等における弁体の閉側への応答速度を向上させて、EGR流量を早期にゼロにすることができるとともに、EGR流量をゼロに維持することができる。
〔請求項2の手段〕
請求項2に記載のEGR制御装置によれば、制御手段は、EGR開度の実値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、EGR開度の実値を、ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも開側の開度範囲である実用域側ゼロ流量範囲に移行させる。
これにより、弁体は、EGR流量をゼロに維持したまま、次の開側への移行指令に対して、より早期に対応できる位置に移行される。このため、加速後、通常の制御に戻った際に、弁体の開側への応答時間を短縮できる。
〔請求項3および請求項4の手段〕
請求項3および請求項4に記載のEGR制御装置によれば、制御手段は、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、エンジンの運転状態に応じて、ゼロ流量範囲の閉側の境界値をゼロ流量範囲下限値として算出し、ゼロ流量範囲下限値から開度ゼロまでの開度範囲に含まれる値の中から選択したオーバーターン側選択値を、目標値として設定し、EGR開度の実値とオーバーターン側選択値との偏差に応じて、指令値を算出する。
この手段は、EGR開度の実値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させる手段の一形態を示すものである。通常、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合、EGR開度の目標値は開度ゼロに設定される。これに対し、この手段では、目標値をオーバーターン側選択値に設定することで、目標値を開度ゼロに設定する場合よりも早期にEGR流量をゼロにする。
〔請求項の手段〕
請求項に記載のEGR制御装置によれば、制御手段は、オーバーターン側選択値としてゼロ流量範囲下限値を選択する。
この手段は、オーバーターン側選択値の一形態を示すものである。オーバーターン側選択値をゼロ流量範囲下限値とすることで、EGR開度における実値と目標値との偏差を最大にすることができるので、最も早期にEGR流量をゼロにすることができる。
〔請求項の手段〕
請求項に記載のEGR制御装置によれば、制御手段は、エンジンの運転状態に応じて、ゼロ流量範囲の開側の境界値をゼロ流量範囲上限値として算出し、EGR開度の実値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、ゼロ流量範囲上限値を目標値として設定する。
この手段は、EGR開度の実値を、オーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、実用域側ゼロ流量範囲に移行させる手段の一形態を示すものである。ゼロ流量範囲上限値を目標値として設定し、EGR開度の実値をゼロ流量範囲上限値に移行させておけば、加速後、通常の制御に戻り開側の目標値が設定された場合に、実値と目標値との偏差は最小になる。このため、加速後、通常の制御に戻った場合に、EGR開度の実値を、最も行き過ぎが少なく、かつ最も早期に開側の目標値に到達させることができる。
〔請求項7および請求項8の手段〕
請求項7および請求項8に記載のEGR制御装置によれば、制御手段は、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、エンジンの運転状態に応じてゼロ流量範囲下限値およびゼロ流量範囲上限値を算出し、EGR開度の実値がゼロ流量範囲下限値とゼロ流量範囲上限値との間で推移する範囲で、指令値を算出する際に用いる演算パラメータを補正する。
この手段は、EGR開度の実値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させる手段の一形態を示すものである。これにより、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合には、演算パラメータ(例えば、偏差にPIDの演算を施すためのP値、I値、D値等)を、通常の値よりもオーバーアクションとなる数値に補正することができる。このため、通常の値をそのまま用いて指令値を算出する場合よりも、早期にEGR流量をゼロにすることができる。
〔請求項の手段〕
請求項に記載のEGR制御装置は、EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することでEGR開度を調節するとともに、EGR流量が実質的に最大になる開度範囲であって開度全開を含む最大流量範囲を、エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、エンジンの運転状態に応じてEGR開度の目標値を算出するとともに、EGR開度の実値と目標値との偏差に応じて、アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備える。そして、制御手段は、EGR流量を最大にする必要が生じた場合に、EGR開度の実値を、最大流量範囲に含まれる開度範囲であって開度全開よりも開側の開度範囲であるオーバーターン側最大流量範囲に移行させる。
EGR開度の実値を開度全開よりも開側の開度範囲に移行させることで、EGR開度の実値を開度全開に移行させる場合よりも早期に、弁体に開度全開の状態を通過させることができる。このため、弁体の開側への応答速度を上げることができる。また、移行先をオーバーターン側最大流量範囲とすることで、移行後のEGR流量を確実に最大にすることができる。以上により、EGR開度の実値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させれば、EGR開度の実値を開度全開に移行させる場合よりも早期にEGR流量を最大にすることができるとともに、EGR流量を最大に維持することができる。
〔請求項10の手段〕
請求項10に記載のEGR制御装置によれば、制御手段は、EGR開度の実値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させた後に、EGR開度の実値を、最大流量範囲に含まれる開度範囲であって開度全開よりも閉側の開度範囲である実用域側最大流量範囲に移行させる。
これにより、弁体は、EGR流量を最大に維持したまま、次の閉側への移行指令に対して、より早期に対応できる状態に移行される。このため、次の移行指令における目標値に到達する応答時間を短縮できる。
最良の形態1のEGR制御装置は、エンジンの吸気側に還流されるEGRガスの流量(EGR流量)を制御するものである。このEGR制御装置は、EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することでEGR流路の開度(EGR開度)を調節するとともに、EGR流量が実質的にゼロになる開度範囲であって開度ゼロを含むゼロ流量範囲を、エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、エンジンの運転状態に応じてEGR開度の目標値を算出するとともに、EGR開度の実値と目標値との偏差に応じて、アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備える。
そして、制御手段は、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、EGR開度の実値を、ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも閉側の開度範囲であるオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させる。
このとき、制御手段は、エンジンの運転状態に応じて、ゼロ流量範囲の閉側の境界値をゼロ流量範囲下限値として算出し、ゼロ流量範囲下限値から開度ゼロまでの開度範囲に含まれる値の中から選択したオーバーターン側選択値を、目標値として設定し、EGR開度の実値とオーバーターン側選択値との偏差に応じて、指令値を算出する。
なお、制御手段は、オーバーターン側選択値としてゼロ流量範囲下限値を選択する。
また、制御手段は、EGR開度の実値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、EGR開度の実値を、ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも開側の開度範囲である実用域側ゼロ流量範囲に移行させる。
このとき、制御手段は、エンジンの運転状態に応じて、ゼロ流量範囲の開側の境界値をゼロ流量範囲上限値として算出し、EGR開度の実値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、ゼロ流量範囲上限値を目標値として設定する。
最良の形態2のEGR制御装置によれば、制御手段は、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、エンジンの運転状態に応じてゼロ流量範囲下限値およびゼロ流量範囲上限値を算出し、EGR開度の実値がゼロ流量範囲下限値とゼロ流量範囲上限値との間で推移する範囲で、指令値を算出する際に用いる演算パラメータを補正する。
最良の形態3のEGR制御装置は、EGR流路に配置され、回動することでEGR開度を調節するとともに、EGR流量が実質的に最大になる開度範囲であって開度全開を含む最大流量範囲を、エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、エンジンの運転状態に応じてEGR開度の目標値を算出するとともに、EGR開度の実値と目標値との偏差に応じて、アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備える。
そして、制御手段は、EGR流量を最大にする必要が生じた場合に、EGR開度の実値を、最大流量範囲に含まれる開度範囲であって開度全開よりも開側の開度範囲であるオーバーターン側最大流量範囲に移行させる。
また、制御手段は、EGR開度の実値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させた後に、EGR開度の実値を、最大流量範囲に含まれる開度範囲であって開度全開よりも閉側の開度範囲である実用域側最大流量範囲に移行させる。
〔実施例1の構成〕
実施例1のEGR制御装置1の構成を、図1ないし図5を用いて説明する。
EGR制御装置1は、排気ガスのエミッションを低減するため、排気ガスの一部をエンジン2の吸気ライン3に還流して新気と混合するとともに、還流される排気ガス(EGRガス)の流量を制御するものである。
EGR制御装置1は、図1に示すように、エンジン2への排気ライン4と吸気ライン3とを連通し、EGRガスを排気ライン4から吸気ライン3へ導くEGR流路5、EGR流路5に配置され、回動することでEGR流路5の開度(EGR開度)を調節する弁体6(以下、EGR弁6と呼ぶ)、EGR弁6に駆動力を与えて回動させるアクチュエータ7、EGR弁6を閉側に付勢するスプリング(図示せず)、EGR開度の目標値を算出するとともに、EGR開度における検出値と目標値との偏差に応じて、アクチュエータ7に与える指令値を算出する制御手段8等により構成されている。
なお、エンジン2は、インジェクタ11により燃焼室12に燃料が直接噴射される直噴型エンジンである。また、燃焼室12に供給される空気は、エアクリーナ13、過給器14、インタークーラ15およびスロットル弁16を経由し吸気ライン3を通じて供給される新気と、EGR弁6を経由しEGR流路5から吸気ライン3に供給されるEGRガスとが混合されたものである。また、燃焼室12から排出される排気ガスは、過給器14および排気浄化装置17を経由し排気ライン4を通じて排気される。そして、排気ガスの一部が、EGR流路5を通じて吸気ライン3に供給されるEGRガスとなる。
EGR弁6は、図2に示すように、アクチュエータ7から図示しないリンク機構を介して駆動力を付与される軸部20と、軸部20を中心軸とする対称的な円板状に形成された弁部21と、弁部21の外周に装着され、開度ゼロ近傍のEGR開度範囲で流路壁に接触して排気ガスが吸気ライン3に漏出するのを防止するシールリング22とを有する。そして、EGR弁6は、アクチュエータ7から与えられる駆動力により回動して弁位置を変え、EGR開度を可変する。なお、開度ゼロとは、弁位置が全閉位置であるときのEGR開度である。
ここで、シールリング22は、EGR開度に応じて、流路壁に接触することで生じる当接力(つまり、シールリング22が流路壁を押圧する力)を可変する。そして、この当接力は、開度ゼロにおいて最大となり、EGR開度が開度ゼロから開側または閉側に向かうにつれて漸減し、シールリング22が流路壁に接触しなくなるとゼロになる。なお、この当接力は、後記するゼロ流量範囲の形成に大きく係わる。
また、EGR開度は、EGR弁6の所定の弁位置を基準とする角度として示されるものであり、上記のごとく、弁位置が全閉位置であるときのEGR開度が開度ゼロとされる。また、弁位置が全開位置、つまり、EGR流路5の開口面積が最大になっているときのEGR開度が、開度全開とされる。そして、開度ゼロと開度全開との間のEGR開度範囲が、EGR開度における検出値と目標値との偏差に応じて通常のEGR開度の操作が行われる実用域をなす(以下、「EGR開度範囲」を単に「開度範囲」と呼ぶ)。また、開度ゼロよりも閉側の開度範囲および開度全開よりも開側の開度範囲は、実用域を超えてEGR弁6が回動するオーバーターン域をなす。
また、EGR流量は、図3に示すように、例えば、EGR開度や、EGR弁6の上流側と下流側との差圧(以下、EGR弁前後差圧と呼ぶ)に応じて変動する。すなわち、EGR流量は、実用域においてEGR開度が開度ゼロから開度全開に向かうにつれて、ゼロから最大まで増加する。なお、EGR流量は、開度ゼロよりも閉側のオーバーターン域において、EGR開度が閉側に向かうにつれてゼロから増加し、開度全開よりも開側のオーバーターン域において、EGR開度が開側に向かうにつれて最大から減少する。また、EGR流量は、EGR弁前後差圧が大きいほど多くなる。
また、EGR弁6は、EGR流量が実質的にゼロになる開度範囲であって開度ゼロを含むゼロ流量範囲、および、EGR流量が実質的に最大になる開度範囲であって開度全開を含む最大流量範囲を、EGR弁前後差圧に応じて形成する。そして、ゼロ流量範囲および最大流量範囲は、EGR弁前後差圧が大きいほど狭くなる。なお、本実施例のゼロ流量範囲および最大流量範囲は、EGR弁前後差圧に応じて形成されているが、EGR弁前後差圧以外にも、他のエンジン2の運転状態を示すパラメータにより開度範囲を変えて形成される。
ゼロ流量範囲は、開度ゼロよりも閉側の開度範囲であるオーバーターン側ゼロ流量範囲と、開度ゼロよりも開側の開度範囲である実用域側ゼロ流量範囲とに区分される。ここで、ゼロ流量範囲の両端をなす2つの境界値について、閉側の境界値をゼロ流量範囲下限値と呼び、開側の境界値をゼロ流量範囲上限値と呼ぶ。そして、ゼロ流量範囲下限値とゼロ流量範囲上限値との中間値が、実質的に、開度ゼロに相当する。さらに厳密には、この開度ゼロの弁位置(すなわち、全閉位置)は、ゼロ流量範囲において最もEGR流量が小さくなるEGR開度である。
最大流量範囲は、開度全開よりも開側の開度範囲であるオーバーターン側最大流量範囲と、開度全開よりも閉側の開度範囲である実用域側最大流量範囲とに区分される。ここで、最大流量範囲の両端をなす2つの境界値について、開側の境界値を最大流量範囲上限値と呼び、閉側の境界値を最大流量範囲下限値と呼ぶ。そして、最大流量範囲下限値と最大流量範囲上限値との中間値が、実質的に、開度全開に相当する。さらに厳密には、この開度全開の弁位置(すなわち、全開位置)は、最大流量範囲において最もEGR流量が大きくなるEGR開度である。
アクチュエータ7は、例えば、通電を受けてトルクを発生することで、EGR弁6に駆動力を与える周知の電動モータである。なお、アクチュエータ7への通電は、制御手段8を介して実行される(以下、アクチュエータ7をEGRモータ7とする)。
制御手段8は、EGRモータ7等の各種のアクチュエータに与える指令値を算出するとともに、この指令値に基づき制御信号を合成するマイコン(図示せず)と、この制御信号の入力を受けて各種のアクチュエータへの通電を実行する各種の駆動回路(図示せず)等により構成されている。
マイコンは、制御処理および演算処理を行うCPU、各種のプログラムおよびデータを記憶するROM、RAM等の記憶回路、入力回路、出力回路等により構成される周知構造のコンピュータである。
そして、マイコンは、EGR開度を検出するEGR開度センサ24やその他の各種センサ(例えば、クランク角センサ25、カム角センサ26、冷却水温センサ27、吸気量センサ28、吸気温センサ29、吸気圧センサ30、排気酸素濃度センサ31、アクセル開度センサ32等)から検出信号の入力を受けて、EGR開度等の各種の検出値を求め、エンジン2の運転状態を把握する。そして、マイコンは、これらの検出値に基づきEGRモータ7等の各種のアクチュエータに与える指令値を算出する。
そして、マイコンは、EGR流量の制御に関し、排気酸素濃度における検出値と目標値との偏差に応じてEGR開度の目標値を算出し、EGR開度における検出値と目標値との偏差に応じてEGRモータ7に与える指令値を算出する。この指令値は、EGRモータ7への通電を実行する駆動回路(EGR駆動回路)に出力される制御信号のデューティ比の値(デューティ値)であり、EGRモータ7への通電量に相当するものである。そして、マイコンは、算出したデューティ値の制御信号を合成してEGR駆動回路に出力し、EGR駆動回路は、この制御信号の入力を受けてEGRモータ7への通電を実行する。これにより、EGR開度において検出値が目標値に略一致する。
以上のようにして、EGR制御装置1は、EGR流量を制御して、排気ガスのエミッションを低減している。
〔実施例1の特徴〕
EGR制御装置1は、EGR流量の制御に関し、以下に述べる特徴を有する。
まず、マイコンは、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、EGR開度の検出値を、オーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させる。このとき、マイコンは、エンジン2の運転状態に応じてゼロ流量範囲下限値を算出するとともに、ゼロ流量範囲下限値から開度ゼロまでの開度範囲に含まれる値の中から選択したオーバーターン側選択値を、EGR開度の目標値として設定し、EGR開度の検出値とオーバーターン側選択値との偏差に応じてデューティ値を算出する。なお、以下の説明では、マイコンが選択したオーバーターン側選択値は、ゼロ流量範囲下限値そのものとする。
また、マイコンは、EGR開度の検出値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、EGR開度の検出値を、実用域側ゼロ流量範囲に移行させる。このとき、マイコンは、予め、エンジン2の運転状態に応じてゼロ流量範囲上限値を算出しておき、EGR開度の検出値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、ゼロ流量範囲上限値をEGR開度の目標値として設定し、EGR開度の検出値とゼロ流量範囲上限値との偏差に応じてデューティ値を算出する。
〔実施例1の制御方法〕
実施例1のEGR制御装置1による制御方法を、図4に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS1で、EGR流量をゼロにする必要が生じたか否かが判定される。そして、EGR流量をゼロにする必要が生じていれば(YES)、ステップS2に進み、EGR流量をゼロにする必要が生じていなければ(NO)、このフローは終了する。
次に、ステップS2で、ゼロ流量範囲下限値およびゼロ流量範囲上限値を算出し、ステップS3で、EGR開度の目標値をゼロ流量範囲下限値に設定してEGRモータ7を駆動制御する。これにより、EGR開度の検出値は、閉側への移行を始め、開度ゼロを超えてオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行する。そして、ステップS4で、EGR開度の検出値が開度ゼロを閉側に超えたか否かが判定され、EGR開度の検出値が開度ゼロを超えていれば(YES)、ステップS5に進み、EGR開度の検出値が開度ゼロを超えていなければ(NO)、ステップS3に戻る。
次に、ステップS5で、EGR開度の目標値をゼロ流量範囲上限値に設定してEGRモータ7を駆動制御する。これにより、EGR開度の検出値は、開側への移行を始め、開度ゼロを超えて実用域側ゼロ流量範囲に移行するとともに、ゼロ流量範囲上限値に略一致する。そして、ステップS6で、EGR開度の検出値がゼロ流量範囲上限値に略一致しているか否かが判定され、EGR開度の検出値がゼロ流量範囲上限値に略一致していれば(YES)、このフローは終了し、EGR開度の検出値がゼロ流量範囲上限値に略一致していなければ(NO)、ステップS5に戻る。
〔実施例1の作用〕
実施例1のEGR制御装置1の作用を、図5に示すタイムチャートを用いて説明する。
まず、時間t0において、乗員がアクセルを踏み込んで急加速が行われると、排気ガスのエミッションの悪化を阻止するため、EGR流量をゼロにする必要が生じる。これにより、EGR開度の目標値は、ゼロ流量範囲下限値に設定され、EGR開度の検出値は、閉側への移行を始め、目標値を開度ゼロに設定する場合よりも早期に、時間t1において、開度ゼロを超えてオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行する。
この結果、時間t1において、EGR開度の目標値は、ゼロ流量範囲上限値に設定される。そして、EGR開度の検出値は、この設定に遅れて開側への移行を始め、開度ゼロを超えて実用域側ゼロ流量範囲に移行する。やがて、EGR開度の検出値は、ゼロ流量範囲上限値に略一致する。
その後、時間t2において、EGR流量をゼロにする必要がなくなると、EGR開度の目標値は、エンジン2の運転状態に応じて算出された値に設定される。そして、EGR開度の検出値は、この新たな目標値に向けて移行を始め、やがて、この目標値に略一致する。
〔実施例1の効果〕
実施例1のEGR制御装置1によれば、マイコンは、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、EGR開度の目標値をゼロ流量範囲下限値に設定してEGRモータ7の駆動制御を行い、EGR開度の検出値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させる。
EGRガスの流量をゼロにする必要が生じた場合に、EGR開度の目標値をゼロ流量範囲下限値とすることで、EGR開度における検出値と目標値との偏差を最大にすることができる。このため、従来のようにEGR開度の目標値を開度ゼロに設定する場合よりも、EGR弁6の閉側への応答速度を上げることができる。この結果、スプリングによる閉側への付勢力を強化しなくても、早期にEGR開度をゼロにすることができ、かつ、早期にEGR流量をゼロにすることができる(図5(b)、(c)参照)。また、EGR開度の移行先をオーバーターン側ゼロ流量範囲とすることで、移行後のEGR流量を確実にゼロにすることができる。
以上により、EGR制御装置1において、スプリングによる閉側への付勢力を強化しなくても、加速時等にEGR弁6の閉側への応答速度を向上させて、EGR流量を早期にゼロにすることができる。
また、マイコンは、EGR開度の検出値をオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、ゼロ流量範囲上限値をEGR開度の目標値として設定して、EGR開度の検出値を実用域側ゼロ流量範囲に移行させる。
ゼロ流量範囲上限値をEGR開度の目標値として設定し、EGR開度の検出値をゼロ流量範囲上限値に移行させておけば、加速後、通常の制御に戻り実用域の新たな目標値が設定された場合に、EGR開度における検出値と目標値との偏差は最小になる。このため、通常の制御に戻った場合に、EGR開度の検出値を、最も行き過ぎが少なく、かつ最も早期に新たな目標値に到達させることができる。
〔実施例2の特徴〕
実施例2のEGR制御装置1によれば、マイコンは、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、EGRモータ7に与える指令値を算出する際に用いる演算パラメータを補正する。ここで、補正される演算パラメータは、EGR開度における検出値と目標値との偏差にPID演算を施す際に用いられるP値およびI値である。そして、P値およびI値は、EGR開度の応答が通常の値の場合よりもオーバーアクションとなるように補正される。
また、この補正を行う際に、マイコンは、エンジン2の運転状態に応じてゼロ流量範囲下限値およびゼロ流量範囲上限値を予め算出しておく。そして、マイコンは、EGR開度の検出値がオーバーアクションし過ぎてゼロ流量範囲から外れないように、P値およびI値を補正する。つまり、マイコンは、EGR開度の検出値がゼロ流量範囲下限値とゼロ流量範囲上限値との間で推移する範囲で、P値およびI値を補正する。
〔実施例2の制御方法〕
実施例2のEGR制御装置1による制御方法を、図6に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS11で、EGR流量をゼロにする必要が生じたか否かが判定される。そして、EGR流量をゼロにする必要が生じていれば(YES)、ステップS12に進み、EGR流量をゼロにする必要が生じていなければ(NO)、このフローは終了する。
次に、ステップS12で、ゼロ流量範囲下限値およびゼロ流量範囲上限値を算出し、ステップS13で、P値およびI値を補正する。この補正は、ゼロ流量範囲下限値およびゼロ流量範囲上限値に応じて行われ、P値およびI値は、EGR開度の検出値がオーバーアクションによりゼロ流量範囲から外れないような値に補正される。そして、補正後のP値およびI値を用いて、EGRモータ7の駆動制御が行われる。
〔実施例2の作用〕
実施例2のEGR制御装置1の作用を、図7に示すタイムチャートを用いて説明する。
まず、時間t0において、乗員がアクセルを踏み込んで急加速が行われると、排気ガスのエミッションの悪化を阻止するため、EGR流量をゼロにする必要が生じる。これにより、EGR開度の目標値は開度ゼロに設定されるとともに、P値およびI値が、ゼロ流量範囲下限値およびゼロ流量範囲上限値に応じて補正される。
これにより、比例ゲインおよび積分ゲインは、P値およびI値が通常の値である場合と異なる挙動を示しながら推移する。ここで、比例ゲインとは、P値を用いて、EGR開度における検出値と目標値との偏差に比例演算を施すことで算出される数値であり、積分ゲインとは、I値を用いて、EGR開度における検出値と目標値との偏差に積分演算を施すことで算出される数値である。そして、特に、P値が補正され、比例ゲインの傾きが通常の値の場合よりも急激になることで、EGR開度の検出値におけるオーバーアクションが達成される。これにより、EGR開度の検出値は、通常の値の場合よりも早期に、時間t1’において、開度ゼロを超えてオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行する。
その後、時間t2’において、EGR流量をゼロにする必要がなくなりEGR開度の目標値が実用域側の値に設定されると、P値およびI値は通常の値に戻る。そして、EGR開度の検出値は、新たな目標値に向けて移行を始め、やがて、この目標値に略一致する。
〔実施例2の効果〕
実施例2のEGR制御装置1によれば、制御手段8は、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、P値およびI値を、EGR開度の応答が通常の値の場合よりもオーバーアクションとなるように補正する。
これにより、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、EGR開度の検出値は、P値およびI値が通常の値である場合よりも早期に、開度ゼロを超えてオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行する。このため、スプリングによる閉側への付勢力を強化しなくても、加速時等におけるEGR弁6の応答速度を向上させて、EGR流量を早期にゼロにすることができる。
〔実施例3の特徴〕
実施例3のEGR制御装置1によれば、マイコンは、EGR流量を最大にする必要が生じた場合に、EGR開度の検出値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させる。このとき、マイコンは、エンジン2の運転状態に応じて最大流量範囲上限値を算出するとともに、この最大流量範囲上限値をEGR開度の目標値として設定し、EGR開度の検出値と最大流量範囲上限値との偏差に応じてデューティ値を算出する。
また、マイコンは、EGR開度の検出値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させた後に、EGR開度の検出値を、実用域側最大流量範囲に移行させる。このとき、マイコンは、予め、エンジン2の運転状態に応じて最大流量範囲下限値を算出しておき、EGR開度の検出値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させた後に、最大流量範囲下限値をEGR開度の目標値として設定し、EGR開度の検出値と最大流量範囲下限値との偏差に応じてデューティ値を算出する。
〔実施例3の効果〕
実施例3のEGR制御装置1によれば、マイコンは、EGR流量を最大にする必要が生じた場合に、EGR開度の目標値を最大流量範囲上限値に設定してEGRモータ7の駆動制御を行い、EGR開度の検出値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させる。
これにより、EGR流量を最大にする必要が生じた場合に、EGR開度の目標値を開度全開に設定してEGRモータ7を駆動制御する場合よりも早期に、EGR弁6に開度全開の状態を通過させることができる。このため、EGR弁6の開側への応答速度を上げることができる。また、移行先をオーバーターン側最大流量範囲とすることで、移行後のEGR流量を確実に最大にすることができる。以上により、EGR制御装置1において、EGR弁6の開側への応答速度を向上させて、EGR流量を早期に最大にすることができる。
また、マイコンは、EGR開度の検出値をオーバーターン側最大流量範囲に移行させた後に、最大流量範囲下限値をEGR開度の目標値として設定して、EGR開度の検出値を実用域側最大流量範囲に移行させる。
最大流量範囲下限値を目標値として設定し、EGR開度の検出値を最大流量範囲下限値に移行させておけば、通常の制御に戻り実用域の新たな目標値が設定された場合に、EGR開度における検出値と目標値との偏差は最小になる。このため、通常の制御に戻った場合に、EGR開度の検出値を、最も行き過ぎが少なく、かつ最も早期に新たな目標値に到達させることができる。
〔変形例〕
実施例1のEGR制御装置1によれば、マイコンは、EGR流量をゼロにする必要が生じた場合に、EGR開度の目標値をゼロ流量範囲下限値に設定したが、EGR開度の目標値を他のオーバーターン側選択値に設定してもよい。また、マイコンは、EGR開度の検出値を、再度、実用域側ゼロ流量範囲に移行させるときに、ゼロ流量範囲上限値をEGR開度の目標値に設定したが、開度ゼロとゼロ流量範囲上限値との間のいずれかの値にEGR開度の目標値を設定してもよい。
また、実施例3のEGR制御装置1によれば、マイコンは、EGR流量を最大にする必要が生じた場合に、EGR開度の目標値を最大流量範囲上限値に設定したが、開度全開と最大流量範囲上限値との間のいずれかの値にEGR開度の目標値を設定してもよい。また、マイコンは、EGR開度の検出値を、再度、実用域側最大流量範囲に移行させるときに、最大流量範囲下限値をEGR開度の目標値に設定したが、開度全開と最大流量範囲下限値との間のいずれかの値にEGR開度の目標値を設定してもよい。
また、EGR弁6のゼロ流量範囲および最大流量範囲の開度範囲は、EGR弁6の周囲に付着するデポジットの堆積により影響を受ける。そこで、デポジットの堆積量やデポジットの温度等のデポジットの状態を示すパラメータに応じて、ゼロ流量範囲上限値、下限値および最大流量範囲上限値、下限値を算出してもよい。
EGR制御装置の構成を示す構成図である(実施例1)。 EGR弁の構成、ならびにゼロ流量範囲および最大流量範囲の形成を示す構成図である(実施例1)。 EGR開度とEGR流量との相関、ならびにゼロ流量範囲および最大流量範囲の形成を示す相関図である(実施例1)。 EGR制御装置による処理手順を示すフローチャートである(実施例1)。 (a)はアクセル開度の検出値の推移を示すタイムチャートであり、(b)はEGR開度の目標値の推移を示すタイムチャートであり、(c)はEGR開度の検出値の推移を示すタイムチャートである(実施例1)。 EGR制御装置による処理手順を示すフローチャートである(実施例2)。 (a)はアクセル開度の検出値の推移を示すタイムチャートであり、(b)はEGR開度の目標値の推移を示すタイムチャートであり、(c)は比例ゲインの算出値の推移を示すタイムチャートであり、(d)は積分ゲインの算出値の推移を示すタイムチャートであり、(e)はEGR開度の検出値の推移を示すタイムチャートである(実施例2)。
符号の説明
1 EGR制御装置
2 エンジン
5 EGR流路
6 EGR弁(弁体)
7 EGRモータ(アクチュエータ)
8 制御手段
20 軸部
21 弁部

Claims (10)

  1. エンジンの吸気側に還流されるEGRガスの流量を制御するEGR制御装置において、
    EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することで前記EGR流路の開度を調節するとともに、前記EGRガスの流量が実質的にゼロになる開度範囲であって開度ゼロを含むゼロ流量範囲を、前記エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、
    前記弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、
    前記エンジンの運転状態に応じて前記EGR流路の開度の目標値を算出するとともに、前記EGR流路の開度の実値と前記目標値との偏差に応じて、前記アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備え、
    前記弁体は、前記アクチュエータから駆動力を付与される軸部と、この軸部を中心軸とする対称的な円板状に形成された弁部とを有するバタフライ弁であり、前記アクチュエータから前記軸部に付与された駆動力により前記弁部が回動し、前記弁部の外周が前記EGR流路の流路壁に接触して前記弁部の上流側と下流側との間でEGRガスの通過を遮断することで前記ゼロ流量範囲を形成し、
    前記制御手段は、前記エンジンの運転中に前記EGRガスの流量をゼロにする必要が生じた場合に、前記目標値を、前記ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも閉側の開度範囲であるオーバーターン側ゼロ流量範囲に設定し、前記弁体を開度ゼロに相当する弁位置よりも閉側の弁位置に回動させることで、前記EGR流路の開度の実値を、前記オーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させることを特徴とするEGR制御装置。
  2. エンジンの吸気側に還流されるEGRガスの流量を制御するEGR制御装置において、
    EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することで前記EGR流路の開度を調節するとともに、前記EGRガスの流量が実質的にゼロになる開度範囲であって開度ゼロを含むゼロ流量範囲を、前記エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、
    前記弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、
    前記エンジンの運転状態に応じて前記EGR流路の開度の目標値を算出するとともに、前記EGR流路の開度の実値と前記目標値との偏差に応じて、前記アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記EGRガスの流量をゼロにする必要が生じた場合に、前記EGR流路の開度の実値を、前記ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも閉側の開度範囲であるオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させ、
    前記EGR流路の開度の実値を前記オーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、前記EGR流路の開度の実値を、前記ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも開側の開度範囲である実用域側ゼロ流量範囲に移行させることを特徴とするEGR制御装置。
  3. 求項2に記載のEGR制御装置において、
    前記制御手段は、
    前記EGRガスの流量をゼロにする必要が生じた場合に、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ゼロ流量範囲の閉側の境界値をゼロ流量範囲下限値として算出し、
    前記ゼロ流量範囲下限値から開度ゼロまでの開度範囲に含まれる値の中から選択したオーバーターン側選択値を、前記目標値として設定し、前記EGR流路の開度の実値と前記オーバーターン側選択値との偏差に応じて、前記指令値を算出することを特徴とするEGR制御装置。
  4. エンジンの吸気側に還流されるEGRガスの流量を制御するEGR制御装置において、
    EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することで前記EGR流路の開度を調節するとともに、前記EGRガスの流量が実質的にゼロになる開度範囲であって開度ゼロを含むゼロ流量範囲を、前記エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、
    前記弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、
    前記エンジンの運転状態に応じて前記EGR流路の開度の目標値を算出するとともに、前記EGR流路の開度の実値と前記目標値との偏差に応じて、前記アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記EGRガスの流量をゼロにする必要が生じた場合に、前記EGR流路の開度の実値を、前記ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも閉側の開度範囲であるオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させるとともに、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ゼロ流量範囲の閉側の境界値をゼロ流量範囲下限値として算出し、
    前記ゼロ流量範囲下限値から開度ゼロまでの開度範囲に含まれる値の中から選択したオーバーターン側選択値を、前記目標値として設定し、前記EGR流路の開度の実値と前記オーバーターン側選択値との偏差に応じて、前記指令値を算出することを特徴とするEGR制御装置。
  5. 請求項3または請求項4に記載のEGR制御装置において、
    前記制御手段は、前記オーバーターン側選択値として前記ゼロ流量範囲下限値を選択することを特徴とするEGR制御装置。
  6. 求項2に記載のEGR制御装置において、
    前記制御手段は、
    前記エンジンの運転状態に応じて、前記ゼロ流量範囲の開側の境界値をゼロ流量範囲上限値として算出し、
    前記EGR流路の開度の実値を前記オーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させた後に、前記ゼロ流量範囲上限値を前記目標値として設定することを特徴とするEGR制御装置。
  7. エンジンの吸気側に還流されるEGRガスの流量を制御するEGR制御装置において、
    EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することで前記EGR流路の開度を調節するとともに、前記EGRガスの流量が実質的にゼロになる開度範囲であって開度ゼロを含むゼロ流量範囲を、前記エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、
    前記弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、
    前記エンジンの運転状態に応じて前記EGR流路の開度の目標値を算出するとともに、前記EGR流路の開度の実値と前記目標値との偏差に応じて、前記アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記EGRガスの流量をゼロにする必要が生じた場合に、前記EGR流路の開度の実値を、前記ゼロ流量範囲に含まれる開度範囲であって開度ゼロよりも閉側の開度範囲であるオーバーターン側ゼロ流量範囲に移行させるとともに、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ゼロ流量範囲の閉側の境界値をゼロ流量範囲下限値として算出し、さらに、前記ゼロ流量範囲の開側の境界値をゼロ流量範囲上限値として算出し、
    前記EGR流路の開度の実値が、前記ゼロ流量範囲下限値と前記ゼロ流量範囲上限値との間で推移する範囲で、前記指令値を算出する際に用いる演算パラメータを補正することを特徴とするEGR制御装置。
  8. 請求項に記載のEGR制御装置において、
    前記制御手段は、
    前記EGRガスの流量をゼロにする必要が生じた場合に、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ゼロ流量範囲の閉側の境界値をゼロ流量範囲下限値として算出するとともに、前記ゼロ流量範囲の開側の境界値をゼロ流量範囲上限値として算出し、
    前記EGR流路の開度の実値が、前記ゼロ流量範囲下限値と前記ゼロ流量範囲上限値との間で推移する範囲で、前記指令値を算出する際に用いる演算パラメータを補正することを特徴とするEGR制御装置。
  9. エンジンの吸気側に還流されるEGRガスの流量を制御するEGR制御装置において、
    EGRガスが通過するEGR流路に配置され、回動することで前記EGR流路の開度を調節するとともに、前記EGRガスの流量が実質的に最大になる開度範囲であって開度全開を含む最大流量範囲を、前記エンジンの運転状態に応じて形成する弁体と、
    前記弁体に駆動力を与えて回動させるアクチュエータと、
    前記エンジンの運転状態に応じて前記EGR流路の開度の目標値を算出するとともに、前記EGR流路の開度の実値と前記目標値との偏差に応じて、前記アクチュエータに与える指令値を算出する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記EGRガスの流量を最大にする必要が生じた場合に、前記EGR流路の開度の実値を、前記最大流量範囲に含まれる開度範囲であって開度全開よりも開側の開度範囲であるオーバーターン側最大流量範囲に移行させることを特徴とするEGR制御装置。
  10. 請求項9に記載のEGR制御装置において、
    前記制御手段は、前記EGR流路の開度の実値を前記オーバーターン側最大流量範囲に移行させた後に、前記EGR流路の開度の実値を、前記最大流量範囲に含まれる開度範囲であって開度全開よりも閉側の開度範囲である実用域側最大流量範囲に移行させることを特徴とするEGR制御装置。
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