JP4859875B2 - ディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス再循環（ＥＧＲ）制御装置に関する。

従来からディーゼルエンジンの排ガスで問題となる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術として、排ガス再循環（ＥＧＲ）装置が知られている。
また、このＥＧＲ適用時には、新気量（吸入空気量）が低下するため、急加速（急激なアクセル開度上昇）時においては、燃焼室の酸素不足が発生しやすいという問題がある。
特に、ＥＧＲ率を上げるためにＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブを併用した場合に、ＥＧＲバルブを全開としただけでは十分なＥＧＲ率が実現できない（十分なＥＧＲ量が得られない）場合に、吸気スロットルバルブを閉弁側に制御して空気流量を減らすことでＥＧＲ率（ＥＧＲガス流量）を増すことが行われているため、燃焼室の酸素不足が発生しやすくなる問題がある。

また、ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとを併用した場合には、ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの設定を独立に行うことが知られており、例えば特許文献１（特開２００６−９０２０４号公報）に示される技術がある。この特許文献１はＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの２つのバルブを独立に、すなわちそれぞれのバルブを別々の制御指令信号で制御するものである。そのためバルブの設定の自由度が大きくなり最適設定を求めるためのキャリブレーション（適合）作業が増大する問題を有している。

そのため、ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの動きを関連づけて連動させてそれぞれのバルブがあたかも一つのバルブのように扱うことが知られている。このあたかも一つのバルブのように扱うとは、図１１、図１２に示すように、一つの制御指令信号に対してスロットルバルブ開度指令とＥＧＲバルブ開度指令との開度値が決定されることである。

図１２には、一例として、吸入空気量を目標空気量にフィードバックする時の制御信号が、この制御指令信号θに相当する例を示す。すなわち、エンジン回転数と燃料噴射量から目標空気量算出手段０１で目標空気量を算出し、エアフローメータ０２で検出した実空気量との差を加減算器０３通してＰＩ制御演算手段０４で演算をして制御指令信号θを算出する。その一つの制御指令信号θに対して、ＥＧＲバルブ変換テーブル０５に基づいてＥＧＲバルブ開度指令値が出力され、スロットルバルブ開度変換テーブル０６に基づいてスロットルバルブ開度指令値が出力される。

特開２００６−０９０２０４号公報

しかしながら、図１１、図１２に示されるようなＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で連動させてそれぞれのバルブをあたかも一つのバルブのように扱う構成においては、次のような問題を有する。
バルブは、バルブ開度が一定値以上になるとガス（空気）流量が変化しない不感帯域Ｑ（図１１）を持つため、図１１に示す制御指令信号がθ_Ｘの位置から、吸気スロットルバルブに開作動があったときには、制御指令信号がθ_Ｘから右側に移動して吸気スロットルバルブ開度はＰ_２の位置から開方向に移動して全開位置に至るが、ＥＧＲバルブ開度はＰ_１の位置から不感帯域Ｑを通ってある程度まで閉弁しないとＥＧＲガス流入量が絞られないためスロットルバルブ開度が全開しても燃焼室内には十分な空気量が迅速に流入されない。このため、応答性が悪化する問題がある。

また、ＥＧＲバルブを開作動してＥＧＲガス流量を増加させる場合には、図１１の制御指令信号がθ_Ｙから左側に移動してＥＧＲバルブ開度はＰ_２'の位置から開方向に移動して全開位置に至るが、スロットルバルブ開度はＰ_１'の位置から不感帯域Ｑを通ってある程度まで閉弁しないと吸気量が絞られない。このため、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）が変化せず応答遅れを生じる問題がある。

このように、吸気スロットルバルブおよびＥＧＲバルブ自体が有している不感帯域によって、ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で連動させてそれぞれのバルブをあたかも一つのバルブのように扱う構成においては、加速応答性およびＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）の応答性に遅れを生じる問題がある。

そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で関連付けて作動させるように構成した排ガス再循環制御装置において、吸気スロットルバルブおよびＥＧＲバルブ自体が有している不感帯域を補償することによって、加速応答性およびＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）の応答性を向上させることを目的とする。
特に、ＥＧＲ率が大きい状態（ＥＧＲバルブが全開かつ吸気スロットルバルブが閉弁側に制御され、大量のＥＧＲガスを導入している状態）から、急なアクセル開操作が行われた時に、瞬時にＥＧＲを停止させることができる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、ＥＧＲ流量を制御するＥＧＲバルブと吸気流量を制御する吸気スロットルバルブとの動きを関連して作動させるように構成したディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置において、前記ＥＧＲバルブおよび前記吸気スロットルバルブは開度変化に対して流量変化を生じない不感帯域を一定のバルブ開度以上にそれぞれ有し、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めた推定空気過剰率を算出し、該算出される推定空気過剰率の変化率に基づいて、変化率が所定値より小さい場合には前記ＥＧＲバルブまたは前記吸気スロットルバルブの少なくともいずれか一方の前記不感帯域内であると判断する不感帯判定手段と、過渡運転時であって前記不感帯判定手段によって不感帯域内であると判断したとき、前記ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの関連動作に前記不感帯域が作用しないように前記ＥＧＲバルブまたは前記吸気スロットルバルブの開度指令値を補正する不感帯補償手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、排気系から吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量を考慮して算出される推定空気過剰率の変化率を用いて不感帯域内にあるか否かを判定しているため、単にＥＧＲガス流量でなく未燃焼空気量をも含めて判定しているため流量変化の検出精度が向上して不感帯域を精度よく判定できる。

さらに、前記ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの関連動作に前記不感帯域が作用しないように前記ＥＧＲバルブまたは前記吸気スロットルバルブの開度指令値を補正する不感帯補償手段を設けているので、例えば、吸気スロットルバルブの開作動があった場合には、図１１の制御指令信号がθ_Ｘの位置から右側に移動してスロットルバルブ開度はＰ_２の位置から開方向に移動して全開位置に至るが、ＥＧＲバルブ開度はＰ_１の位置から不感帯域Ｑを通ってある程度まで閉弁しないとＥＧＲガス流入量が絞られないため、スロットルバルブ開度が全開しても燃焼室内には十分な空気量が迅速に流入されないので、応答性を悪化する問題があったが、本発明では、このＥＧＲバルブ開度Ｐ_１の位置から不感帯域Ｑの作用を受けないようにＥＧＲバルブの開度指令値を不感帯補償手段で補正するので、ＥＧＲバルブが早く閉じ側に作用して吸気スロットルバルブの開作動時の応答性が向上する。

また、例えば、ＥＧＲバルブを開作動してＥＧＲガス流量を増加させる場合には、図１１の制御指令信号がθ_Ｙから左側に移動してＥＧＲバルブ開度はＰ_２'の位置から開方向に移動して全開位置に至るが、スロットルバルブ開度はＰ_１'の位置から不感帯域Ｑを通ってある程度まで閉弁しないと吸気量が絞られないため、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）が変化せず応答遅れを生じる問題があったが、本発明では、このスロットルバルブ開度Ｐ_１'の位置から不感帯域Ｑの作用を受けないように吸気スロットルバルブの開度指令値を不感帯補償手段で補正するので、吸気スロットルバルブが早く閉じ側に作用してＥＧＲガスの燃焼室への流入がスムーズに行われ、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス流量）の応答性が向上する。

また、本発明において、好ましくは、同一の制御指令信号に対して前記ＥＧＲバルブの開度指令値を設定したＥＧＲバルブ開度指令ラインと前記吸気スロットルバルブの開度指令値を設定したスロットルバルブ開度指令ラインとからなるバルブ開度設定手段を備え、前記スロットルバルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴って吸気スロットルバルブの開度が比例的に増加し、前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴ってＥＧＲバルブの開度が比例的に減少し、前記スロットルバルブ開度指令ラインと前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインとは交差するように構成し、前記不感帯補償手段は前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインまたは前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の増減方向に移動させるとよい。

かかる構成によれば、バルブ開度設定手段に同一の制御指令信号に対して前記ＥＧＲバルブの開度指令値を設定したＥＧＲバルブ開度指令ラインと前記吸気スロットルバルブの開度指令値を設定したスロットルバルブ開度指令ラインとを交差するように設定しているため、不感帯補償手段による補正時には、前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインまたは前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御信号の増減方向に移動させることで、簡単に吸気スロットルバルブおよびＥＧＲバルブの不感帯域を作用させないように補正が可能である。

また、本発明において、好ましくは、前記不感帯補償手段は前記スロットルバルブ開度指令ラインに沿って開弁制御時に、前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させるとよい。
さらに、前記不感帯域を狭められたＥＧＲバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の増加に伴って全閉状態になった後に、前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の増加に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させるとよい。

このように構成することによって、図３に示す移動量ＳＥだけシフトされ、移動後の点線で示す補正後のＥＧＲバルブ開度指令ラインは不感帯域Ｑの作用の影響を受けることなく、ＥＧＲバルブが早く閉じ側に作用して燃焼室内への吸気スロットバルブを介しての吸気の流入がスムーズに行われ、吸気スロットルバルブの開作動時の応答性が向上し、エンジン加速性が向上する。

さらに、ＥＧＲバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向にＥＧＲバルブ開度指令ラインを移動させ、その後該ＥＧＲバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の増加に伴ってＥＧＲバルブが全閉となった後には、図４に示すように制御指令信号θが増加していった場合に、ＥＧＲバルブ開度指令ラインと離れる方向に移動するため、制御指令信号θが減少したときにすぐに、ＥＧＲバルブが開作動できるように、制御指令信号θがθ_ｂ以上の状態になった場合に、ＥＧＲバルブ開度指令ラインを制御指令信号θに合わせて移動させて、θ_ｃ、θ_ｄ（図４）に示すように順次移動するので、制御指令信号θが減少したときにすぐにＥＧＲバルブが開くことができ、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス流量）の応答性が向上し排ガス性能が向上する。

また、本発明において、好ましくは、前記不感帯補償手段は前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインに沿ってＥＧＲ増量時に前記スロットルバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させるとよい。
さらに、前記不感帯域を狭められたスロットルバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の減少に伴って全閉状態になった後に、前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御信号の減少に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させるとよい。

このように構成することによって、図５の移動量ＳＴだけシフトされ、移動後の実線で示す補正後のスロットルバルブ開度指令ラインは不感帯域Ｑの作用の影響を受けることなく、吸気スロットルバルブが早く閉じ側に作用してＥＧＲガスの燃焼室への流入がスムーズに行われ、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス流量）の応答性が向上する。

さらに、スロットルバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向にスロットルバルブ開度指令ラインを移動させ、その後該スロットルバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の減少に伴って吸気スロットルバルブが全閉となった後には、図６に示すように制御指令信号θが減少していった場合に、スロットルバルブ開度指令ラインと離れる方向に移動するため、制御指令信号θが増加したときにすぐに、スロットルバルブが開作動できるように、制御指令信号θがθ_ｂ以下の状態になった場合に、スロットルバルブ開度指令ラインを制御指令信号θに合わせて移動させ、θ_ｃ、θ_ｄ（図６）のように順次移動するので、制御指令信号θが増加したときにすぐに吸気スロットルバルブの開作動が行われるので、吸気スロットルバルブの応答性が向上し、エンジンの応答性が向上する。

また、本発明において、好ましくは前記不感帯判定手段が推定空気過剰率に代えて、ＥＧＲ通路が吸気通路に接続する位置よりも下流側の吸気通路内に設置された酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づいて判定されるとよい。

このように構成することによって、ＥＧＲ通路が合流する吸気通路の下流側の吸気マニホールド内に設置した酸素濃度センサによって、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めて燃焼室に流入する酸素量を検出して、その酸素濃度の変化率から不感帯領域にいるか否かを判定するため、すなわち、燃焼室内に流入するガス量から変動を検出するのでなく、その流入ガス内の酸素濃度の変動を検出して不感帯領域を捉えるので、精度よい判定が可能になる。
また、酸素濃度センサからの信号だけでよいため、前記推定空気過剰率を算出するために吸気圧力、吸気温度等を検出して、所定の算出式を用いて制御するよりも制御を簡単化できる。

本発明によれば、ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で関連付けて作動させるように構成した排ガス再循環制御装置において、吸気スロットルバルブおよびＥＧＲバルブ自体が有している不感帯域を補償することによって、加速応答性およびＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）の応答性を向上させることができる。
特に、ＥＧＲ率が大きい状態（ＥＧＲバルブが全開かつ吸気スロットルバルブが閉弁側に制御され、大量のＥＧＲガスを導入している状態）から、急なアクセル開操作が行われた時に、瞬時にＥＧＲを停止させることができる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置の構成を示す。図示のように、４サイクルのディーゼルエンジン１は、シリンダ３内に往復摺動自在に嵌合されたピストン５、該ピストン５の往復動をコネクチングロッド７を介して回転に変換する図示しないクランク軸を備えている。
前記エンジン１は、ピストン５の上面とシリンダ３の内面との間に区画形成される燃焼室９を形成し、該燃焼室９には吸気通路１３が接続され、吸気ポートを開閉する吸気弁１５を備えている。さらに燃焼室９には排気通路１９が接続され、排気ポートを開閉する排気弁２１を備えている。

前記吸気通路１３には排気通路１９の途中からＥＧＲ（排気ガス再循環）通路２３が分岐して、ＥＧＲ通路２３を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却器２５、およびＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲバルブ２７を介して吸気通路１３の吸気スロットルバルブ２９の下流側に接続されている。
また、吸気通路１３には、排気通路１９に設けられた排気過給機１２のコンプレッサによって加圧された吸気がインタークーラ３３によって冷却されて供給されるようになっている。
吸気スロットルバルブ２９の開度を制御することで燃焼室９内に流入される吸気量が制御されるようになっている。ディーゼルエンジンの場合は、吸気スロットルバルブ２９は通常全開状態であり、ＥＧＲ制御時に閉方向に制御される。吸気スロットルバルブ２９の開度は、ＥＧＲバルブ２７の開度制御とともに、後述する排ガス再循環制御装置４０によって制御されている。

燃焼室９には燃料噴射弁４２が取付けられ、図示しない燃料噴射ポンプによって高圧化された燃料を、燃料制御手段４４によって所定の噴射タイミングと噴射量とが制御されて燃焼室９内に噴射されるようになっている。

また、排気過給機１２のコンプレッサの上流側には、吸気通路１３を通じて燃焼室９に吸入する新気量を検出するためのエアフローメータ５０が設けられ、排ガス再循環制御装置４０に信号が入力される。また、ＥＧＲガスにおいても、ＥＧＲ通路２３から吸気通路１３に流入するＥＧＲガス量を検出するためのＥＧＲガスフローメータ５２が、ＥＧＲバルブ２７の上流側に設けられている。
さらに、吸気マニホールド内の圧力、温度を検出する吸気マニホールド圧力センサ５４、吸気マニホールド温度センサ５６がそれぞれ設けられ、またエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサ５８が設けられて排ガス再循環制御装置４０に入力される。

次に、排ガス再循環制御装置４０について説明する。この排ガス再循環制御装置４０は主に、バルブ開度設定手段６０と、推定空気過剰率算出手段６２と、不感帯判定手段６４と、不感帯補償手段６６とを備えている。

バルブ開度設定手段６０では、ＥＧＲバルブ２７と吸気スロットルバルブ２９とを関連づけて作動させるために一つの制御指令値θに対してＥＧＲバルブ開度指令値、スロットルバルブ開度指令値を決定して指令するために開度指令ラインが設定されている。

この制御指令値θは、図１２の従来技術で説明したものと同様に、エンジン回転数と燃料噴射量とから算出される目標空気量に実際の空気量をフィードバック制御する際の制御指令信号等のように、エンジンの運転状態に応じて制御器から出力される指令値である。

さらに、バルブ開度設定手段６０の開度指令ラインとして、スロットルバルブ開度指令ラインＬ１とＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２とがそれぞれ設定され、図２にその基本ラインの関係を示す。
横軸は制御指令信号θであり、縦軸はバルブ開度を示し、１で全開状態、０で全閉状態を示す。スロットルバルブ開度指令ラインＬ１は、図２の実線で示すようにθ_０〜θ_１にかけて制御指令信号θの増加に従って比例的に開度が増加してθ_１で全開し、θ_１以降は全開状態となる。一方、ＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２は、θ_０〜θ_１は全開状態で、θ_１以降は制御指令信号θの増加に従って比例的に減少してθ_２で全閉し、θ_２以降は全閉状態となる。

また、ＥＧＲバルブ２７と吸気スロットルバルブ２９はそれぞれ、開度変化に対して流量変化を生じない不感帯域を一定以上のバルブ開度においてそれぞれ有している。
この不感帯域を検出するために、不感帯判定手段６４では、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めた推定空気過剰率を算出し、該算出される推定空気過剰率の変化率に基づいて、変化率が所定値より小さい場合には前記ＥＧＲバルブ２７または前記吸気スロットルバルブ２９の少なくともいずれか一方の不感帯域内にあると判断している。

この推定空気過剰率λの算出は、推定空気過剰率算出手段６２によって行われ、次の式（１）、（２）によって算出される。

Ｇ_ａ ： 吸入空気質量流量
Ｇ_ｅｇｒ ： ＥＧＲガス質量流量
Ｇ_ｅｇｒａ ： ＥＧＲガス中の空気質量流量
Ｇ_ｆ ： 燃料噴射量
Ｌ_ｔｈ ： 理論空燃比
（ｎ−１）： １ステップ前の演算結果

式（１）の吸入空気質量流量（Ｇ_ａ）は、エアフローメータ５０からの検出信号によって算出され、またＥＧＲガス質量流量（Ｇ_ｅｇｒ）はＥＧＲガスフローメータ５２から検出されるＥＧＲガス量、または、図示しないＥＧＲ冷却器２５の前後差圧を計測してその検出結果から演算処理してＥＧＲガス量を算出する。
ＥＧＲガス中の空気質量流量（Ｇ_ｅｇｒａ）は、式（２）を用いて１ステップ前の演算処理によって算出された推定空気過剰率λ（ｎ−１）を用いて推定する。

不感帯判定手段６４では、算出した推定空気過剰率λの制御指令信号θに対する変化率ｄλ／ｄθが所定の値αより小さい場合、すなわちＥＧＲバルブ２７または吸気スロットルバルブ２９の流量変化ほとんど無い場合には、これらバルブの少なくとも一方は不感帯域にあると判定する。
このように排気系から吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量を考慮して算出される推定空気過剰率の変化率を用いて不感帯域内にあるか否かを判定しているため、単にＥＧＲガス流量でなく未燃焼空気量をも含めて判定しているため流量変化の検出精度が向上して不感帯域を精度よく判定できる。

次に、不感帯補償手段６６について、図７のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１で処理を開始すると、ステップＳ２で制御指令信号θ（ｔ）、θ（ｔ−１）を読込む。θ（ｔ）は、現在のバルブ制御指令信号、θ（ｔ−１）は１演算周期前のバルブ制御指令信号である。
ステップＳ３で推定空気過剰率算出手段６２によって推定空気過剰率を算出する。算出は前記式（１）に基づき算出し、ステップＳ４で前記したよう推定空気過剰率λの制御指令信号θに対する変化率ｄλ／ｄθが所定の値αより小さいか否かを判定する。

ステップＳ４でＹＥＳの場合には、ステップＳ５に進んで、θ（ｔ）が図２のθ_１に対して、θ（ｔ）がθ_１以下か否かを判定し、ステップＳ４でＮＯの場合には、ステップＳ１０へ進む。
ステップＳ５で、θ（ｔ）がθ_１以下と判定した場合には、ステップＳ６でＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２のシフト量ＳＥを（θ_１−θ（ｔ））に設定し、ステップＳ７でＥＲＧバルブ開度指令ラインＬ２のフラグＦＥに１を立てる。

すなわち、図２のθ（ｔ）において不感帯域と判定したため（この場合は、吸気スロットルバルブの全開方向への移動の途中、すなわちθ（ｔ）が増加方向）、スロットルバルブ開度が１００％となっていなくてもＥＧＲバルブ２７を閉じる方向に動作させ、λが変化しない不感帯域の作用をなくすようにするために、ＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２を矢印方向にシフト量ＳＥ＝（θ_１−θ（ｔ））シフトさせる（図３）。

この結果、図３に示すようにθ（ｔ）の増加に対して、ＥＧＲバルブ２７はθ_１まで待たずにθ（ｔ）の位置で閉じる方向に作動するので、ＥＧＲバルブ２７の閉じタイミングが早まり、不感帯域が作用することなく、ＥＧＲバルブ２７が早く閉じ側に作用して燃焼室内への吸気スロットバルブ２９を介しての吸気の流入がスムーズに行われるため、制御指令信号θ（ｔ）の急上昇（急加速等）時の応答性が向上する。

一方、ステップＳ５で、θ（ｔ）がθ_１以下でない、すなわちθ_１を超えている場合には、ステップＳ８でスロットルバルブ開度指令ラインＬ１のシフト量ＳＴを（θ（ｔ）−θ_１）に設定し、ステップＳ９でスロットルバルブ開度指令ラインＬ１のフラグＦＴに１を立てる。

すなわち、図２のθ（ｔ）において不感帯域と判定したため（この場合は、ＥＧＲバルブの全開方向への移動の途中、すなわちθ（ｔ）が減少方向）、ＥＧＲバルブ開度が１００％となっていなくても吸気スロットルバルブ２９を閉じる方向に動作させ、λが変化しない不感帯域の作用をなくすようにするために、スロットルバルブ開度指令ラインＬ１を矢印方向にシフト量ＳＴ＝（θ（ｔ）−θ_１）シフトさせる（図５）。

この結果、図５に示すように吸気スロットルバルブ２９はθ_１まで待たずにθ（ｔ）の位置で閉じる方向に作動するので、吸気スロットルバルブ２９の閉じタイミングが早まり、不感帯域が作用することなく、吸気スロットルバルブ２９が早く閉じ側に作用してＥＧＲガスの燃焼室への流入がスムーズに行われ、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス流量）の応答性が向上する。

次に、ステップＳ１０に進み、シフト後のＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２'を基に制御指令信号θに対するＥＧＲバルブ開度指令値を算出し、ステップＳ１１でスロットルバルブ開度指令ラインＬ１'を基に制御指令信号θに対するスロットルバルブ開度指令値を算出し、ステップＳ１２で、それぞれのバルブ開度指令値を制御信号として書き込んで、ステップＳ１３で終了する。

図３に示すように、θ（ｔ）の増加方向においてＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２をシフトさせてＥＧＲバルブ２７を先行的に動作させた場合に、θ（ｔ）がθ_２に達するよりも早くＥＧＲバルブ開度が０（全閉）に達する。この場合、ＥＧＲバルブ２７が全閉となった時のθ（ｔ）をθ_ｂとすると、θ（ｔ）がθ_ｂ以上の領域にある場合、ＥＧＲバルブはθ（ｔ）がθ_ｂとなるまで減少しないと開かなくなってしまうため、θ（ｔ）が減少したときにすぐにＥＧＲバルブ２７が開くようにするため、シフト後のＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２'を基準のＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２へ復帰させる復帰処理を行っている。

この復帰処理を処理Ａとして図４、および図８のフローチャートを参照して説明する。
図８において、まずステップＳ２１で開始すると、ステップＳ２２で制御指令信号θ（ｔ）、θ（ｔ−１）の読込み、ステップＳ２３でシフト処理後のＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２'とθ（ｔ）とからＥＧＲバルブ開度指令値を算出する。

その後、ステップＳ２４でＥＧＲバルブ開度指令ラインのフラグＦＥが１かを判断し、ＦＥ＝１の場合（図７のステップＳ７でシフト処理が行われていた場合）には、次のステップＳ２５に進み、ステップＳ２５でＥＧＲバルブ開度指令値が０（全閉）かを判断し、０（全閉）の場合には次のステップＳ２６に進み、ステップＳ２６で（θ（ｔ）−θ（ｔ−１））が０を超えているか、すなわち制御指令信号θ（ｔ）が増加方向であるかを判断し、増加方向であればステップＳ２７でＥＧＲバルブ開度指令ラインのシフト量ＳＥを（θ_２−θ（ｔ））に設定し直す。

そして、ステップＳ２８でシフト量ＳＥ＝（θ_２−θ（ｔ））が０以下か、すなわち、θ（ｔ）がθ_２に達したかを判定し、θ_２に達していなければ、θ_２に達するまでステップＳ２２に戻ってシフト量の設定が、演算周期ごと繰り返される。その後θ_２に達するとステップＳ２９でＥＧＲバルブ開度指令ラインのフラグＦＥを０にして、ステップＳ３０で終了する。

以上の処理Ａの状態を図４に示す。
シフト量ＳＥ＝（θ_２−θ（ｔ））が演算周期ごとに算出されて、ＳＥｂからＳＥｃ、ＳＥｄ、…と順次移動して、シフト後のＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２'を基準のＥＧＲバルブ開度指令ラインＬ２まで戻る。ＥＧＲバルブ開度が０（全閉）となるθ_ｂがθ（ｔ）に合せてθ_ｃ、θ_ｄと移動されるため、θ（ｔ）が減少したときにすぐにＥＧＲバルブを開くことができ、ＥＧＲバルブの応答性が維持され排ガス性能の向上が図れる。

また、前記処理Ａと同様の考えを吸気スロットルバルブ２９にも適用した処理Ｂについて図６、および図９のフローチャートを参照して説明する。
図６に示すように、スロットルバルブ開度指令ラインＬ１をシフトさせて、θ（ｔ）の減少方向において吸気スロットルバルブ２９を先行的に動作させた場合に、θ（ｔ）がθ_０に達する前に早くスロットルバルブ開度が０（全閉）に達する。
この、吸気スロットルバルブ２９が全閉となった時のθ（ｔ）をθ_ｂとすると、θ（ｔ）がθ_ｂ以下の領域にある場合、吸気スロットルバルブ２９はθ（ｔ）がθ_ｂとなるまで増加しないと開かなくなってしまうため、θ（ｔ）が増加したときにすぐに吸気スロットルバルブ２９が開くようにするため、シフト後のスロットルバルブ開度指令ラインＬ１'を基準のスロットルバルブ開度指令ラインＬ１へ復帰させる復帰処理を行っている。

図９において、まずステップＳ４１で開始すると、ステップＳ４２で制御指令信号θ（ｔ）、θ（ｔ−１）の読込み、ステップＳ４３でシフト処理後のスロットルバルブ開度指令ラインＬ１'とθ（ｔ）とからスロットルバルブ開度指令値を算出する。

その後、ステップＳ４４でスロットルバルブ開度指令ラインのフラグＦＴが１かを判断し、ＦＴ＝１の場合（図７のステップＳ９でシフト処理が行われていた場合）には次のステップＳ４５に進み、ステップＳ４５でスロットルバルブ開度指令値が０（全閉）かを判断し、０（全閉）の場合には次のステップＳ４６に進み、ステップＳ４６で（θ（ｔ）−θ（ｔ−１））が０未満か、すなわち制御指令信号θ（ｔ）が減少方向であるかを判断し、減少方向であればステップＳ４７でスロットルバルブ開度指令ラインのシフト量ＳＴを（θ（ｔ）−θ_０）に設定し直す。

そして、ステップＳ４８でシフト量ＳＴ＝（θ（ｔ）−θ_０）が０以下か、すなわち、θ（ｔ）がθ_０に達したかを判定し、θ_０に達していなければ、θ_０に達するまでステップＳ４２に戻ってシフト量の設定が、演算周期ごと繰り返される。その後、θ_０に達するとステップＳ４９でスロットルバルブ開度指令ラインのフラグＦＴを０にして、ステップＳ５０で終了する。

以上の処理Ｂの状態を図６に示す。
シフト量ＳＴ＝（θ（ｔ）−θ_０）が演算周期ごとに算出されて、ＳＴｂからＳＥｃ、ＳＥｄ、…と順次移動して、スロットルバルブ開度指令ラインＬ１'を基準のスロットルバルブ開度指令ラインＬ１まで戻る。スロットルバルブ開度が０（全閉）となるθ_ｂをθ（ｔ）に合せてθ_ｃ、θ_ｄと移動させるため、θ（ｔ）が増加したときにすぐにスロットルバルブを開くことができ、スロットルバルブの応答性が維持され、エンジン加速応答性の向上が図れる。

次に不感帯判定手段６４の他の実施形態について説明する。
前記したように不感帯判定手段６４では、算出した推定空気過剰率λの制御指令信号θに対する変化率ｄλ／ｄθが所定の値αより小さい場合、すなわちＥＧＲバルブ２７または吸気スロットルバルブ２９の流量変化ほとんど無い場合には、これらバルブの少なくとも一方は不感帯域にあると判定しているが、他の実施形態の不感帯判定手段１００は推定空気過剰率λを用いずに酸素濃度センサ１０２からの酸素濃度を用いて判定する。

図１０の構成図に示すように、ＥＧＲ通路２３が吸気通路１３に接続する位置よりも下流側の吸気通路である吸気マニホールド内に酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１０２を設置し、該酸素濃度センサ１０２からの酸素濃度検出値に基づいて、排ガス循環制御装置１０４の不感帯判定手段１００では、酸素濃度の変化率が所定の閾値以下となったかを判定して、該閾値以下の時には不感帯域と判定して、不感帯補償手段６６によってバルブ開度設定手段６０で設定されたＥＧＲバルブ２７と吸気スロットルバルブ２９のそれぞれの開度指令ラインＬ１、Ｌ２を補正する。

このようにＥＧＲ通路２３が合流する吸気通路１３の下流側の吸気マニホールド内に設置した酸素濃度センサ１０２によって、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めて燃焼室に流入する酸素量を検出して、その酸素濃度の変化率から不感帯領域にいるか否かを判定するため、すなわち、燃焼室内に流入するガス量の変動を検出するのでなく、その流入ガス内の酸素濃度の変動を検出して不感帯領域を捉えるので、精度よい判定が可能になる。
また、酸素濃度センサ１０２からの信号だけでよいため、前記推定空気過剰率を算出するために吸気圧力、吸気温度等を検出して、所定の算出式を用いて制御するよりも制御を簡単化できる。

本発明によれば、ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で関連付けて作動させるように構成した排ガス再循環制御装置において、吸気バルブおよびＥＧＲバルブ自体が有している不感帯域を補償することによって、加速応答性およびＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）の制御性を向上させることができ、特に、ＥＧＲ率が大きい状態（ＥＧＲバルブが全開かつ吸気スロットルバルブが閉弁側に制御され、大量のＥＧＲガスを導入している状態）から、急なアクセル開操作が行われた時に、瞬時にＥＧＲを停止させることができるので、ディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置への適用に適している。

本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置の全体構成図である。 スロットルバルブ開度指令ラインとＥＧＲバルブ開度指令ラインとの基本ラインの関係を示す特性図である。 ＥＧＲバルブ開度指令ラインのシフト状態を示す説明図。 ＥＧＲバルブ開度指令ラインの復帰処理状態を示す説明図。 スロットルバルブ開度指令ラインのシフト状態を示す説明図。 スロットルバルブ開度指令ラインの復帰処理状態を示す説明図。 シフト処理を示す主制御フローチャートである。 ＥＧＲバルブ開度指令ラインの復帰処理の制御フローチャートである。 スロットルバルブ開度指令ラインの復帰処理の制御フローチャートである。 不感帯判定手段の他の実施形態を示す全体構成図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
９ 燃焼室
１３ 吸気通路
１９ 排気通路
２３ ＥＧＲ通路
２７ ＥＧＲバルブ
２９ 吸気スロットルバルブ
４０、１０４ 排ガス再循環制御装置
４２ 燃料噴射弁
５０ エアフローメータ
５２ ＥＧＲガスフローメータ
６０ バルブ開度設定手段
６２ 推定空気過剰率算出手段
６４、１００ 不感帯判定手段
１０２ 酸素濃度センサ
Ｌ１ スロットルバルブ開度指令ライン
Ｌ２ ＥＧＲバルブ開度指令ライン
Ｑ 不感帯域
ＳＥ ＥＧＲバルブ開度指令ラインのシフト量
ＳＴ スロットルバルブ開度指令ラインのシフト量

Claims (7)

1. ＥＧＲ流量を制御するＥＧＲバルブと吸気流量を制御する吸気スロットルバルブとの動きを関連して作動させるように構成したディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置において、
   前記ＥＧＲバルブおよび前記吸気スロットルバルブは開度変化に対して流量変化を生じない不感帯域を一定のバルブ開度以上にそれぞれ有し、
   ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めた推定空気過剰率を算出し、該算出される推定空気過剰率の変化率に基づいて、変化率が所定値より小さい場合には前記ＥＧＲバルブまたは前記吸気スロットルバルブの少なくともいずれか一方の前記不感帯域内であると判断する不感帯判定手段と、
   過渡運転時であって前記不感帯判定手段によって不感帯域内であると判断したとき、前記ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの関連動作に前記不感帯域が作用しないように前記ＥＧＲバルブまたは前記吸気スロットルバルブの開度指令値を補正する不感帯補償手段を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。
2. 同一の制御指令信号に対して前記ＥＧＲバルブの開度指令値を設定したＥＧＲバルブ開度指令ラインと前記吸気スロットルバルブの開度指令値を設定したスロットルバルブ開度指令ラインとからなるバルブ開度設定手段を備え、
   前記スロットルバルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴って吸気スロットルバルブの開度が比例的に増加し、前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴ってＥＧＲバルブの開度が比例的に減少し、前記スロットルバルブ開度指令ラインと前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインとは交差するように構成し、
   前記不感帯補償手段は前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインまたは前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の増減方向に移動させることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。
3. 前記不感帯補償手段は前記スロットルバルブ開度指令ラインに沿って開弁制御時に、前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させることを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。
4. 前記不感帯域を狭められたＥＧＲバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の増加に伴って全閉状態になった後に、前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の増加に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させることを特徴とする請求項３記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。
5. 前記不感帯補償手段は前記ＥＧＲバルブ開度指令ラインに沿ってＥＧＲ増量時に前記スロットルバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させることを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。
6. 前記不感帯域を狭められたスロットルバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の減少に伴って全閉状態になった後に、前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御信号の減少に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させることを特徴とする請求項５記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。
7. 前記不感帯判定手段が推定空気過剰率に代えて、ＥＧＲ通路が吸気通路に接続する位置よりも下流側の吸気通路内に設置された酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づいて判定されることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。

Images