JP5519767B2

JP5519767B2 - 外部ｅｇｒ混合のノック応答調整

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Publication number: JP5519767B2
Application number: JP2012500835A
Authority: JP
Inventors: デイヴィッド・ビー・ロス
Original assignee: ボーグワーナーインコーポレーテッド
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: DE112010001184T5; KR101652340B1; JP2012520972A; WO2010107636A2; CN102341581B; US8950182B2; CN102341581A; KR20120003450A; US20120060497A1; WO2010107636A3

Description

関連出願の相互参照

本願は、２００９年３月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／１６１，２２７号の利益を主張するものである。

本開示が全体として関係する分野は、ターボ過給される火花点火式エンジンシステム内部における排気ガス再循環の制御を包含する。

ターボ過給されるエンジンシステムは、機械的動力に転換するために燃料および酸化剤を燃焼する燃焼室を有するエンジンであって、さらに、燃焼室に吸気ガスを輸送する吸気サブシステムを有するエンジンを含む。このようなエンジンシステムは、また、燃焼室から排気ガスを排出し、エンジンの排気ノイズを消音し、かつ、排気ガスの粒子状物質および窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するための排気サブシステムをも有する。窒素酸化物（ＮＯｘ）は、エンジンの燃焼温度の上昇と共に増大する傾向がある。排気ガスは、多くの場合、新鮮空気と混合してエンジンに戻すために、排気ガスサブシステムから吸気サブシステムに再循環される。排気ガス再循環は、不活性ガスの量を増大し、それに付随して吸気ガス中の酸素量を低減し、それによってエンジン燃焼温度を低下させ、従ってＮＯｘ形成を低減する。

エンジンのノックは、音と、酸化剤／燃料混合物の非均等燃焼に伴う他の影響とを包含する可能性がある。例えば、火花点火式エンジンにおいては、点火プラグが酸化剤／燃料混合物の最初の部分に点火し、それによって火炎前端部が形成され、その火炎前端部は、最初の部分を燃焼しかつ点火プラグから混合物の未燃焼部分に向かって伝播する。火炎前端部背後の高温の燃焼ガスは、火炎前端部前方の混合物の未燃焼部分を急速に圧縮し、それによって、未燃焼部分の温度が、混合物の自己点火温度を超える温度に急上昇する。火炎前端部の伝播が、未燃焼部分が自己点火する前に未燃焼部分を焼尽してしまう程に十分に急速であれば、ノックのない正常な燃焼が行われる。そうでなければ、未燃焼部分がほとんど瞬間的に燃焼し、それによって、燃焼室内に強い衝撃波が発生して、特徴的な鋭い金属音またはノッキング音が発生する。

典型的な一実施形態は、火花点火式ターボ過給エンジンにおけるエンジンのノックを監視するステップと、エンジンへの未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの流量を制御するステップとを含む外部排気ガス再循環（ｅｘｈａｕｓｔｇａｓｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）の方法を包含する。流量制御は、冷却低圧ＥＧＲに対する未冷却高圧ＥＧＲの次のような調整、すなわち、エンジンノックが発生していないことに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを冷却低圧ＥＧＲに対して増大させ、エンジンノックが発生していることに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを、エンジンノックが停止するまで、冷却低圧ＥＧＲに対して低減するような調整を含む。

別の典型的な実施形態は、火花点火式ターボ過給エンジンにおける外部排気ガス再循環（ＥＧＲ）の方法であって、エンジンの速度を検出するステップと、エンジンの負荷を決定するステップと、エンジンにおけるエンジンノックを監視するステップとを含む方法を包含する。この方法も、エンジンの速度および負荷に基づく排気ガス再循環モデルであって未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの混合領域を含む排気ガス再循環モデルに従って、エンジンへの未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの流量を制御するステップを含む。流量制御は、エンジンがＥＧＲ混合領域に対応する速度および負荷で作動している時には、冷却低圧ＥＧＲに対する未冷却高圧ＥＧＲの次のような調整、すなわち、エンジンノックが発生していないことに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを冷却低圧ＥＧＲに対して増大させ、エンジンノックが発生していることに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを、エンジンノックが停止するまで、冷却低圧ＥＧＲに対して低減するような調整を含む。

さらに別の典型的な実施形態は、ターボ過給される火花点火式エンジンに関する製品を含む。この製品は、タービンを含むターボ過給機と、ターボ過給機タービンの上流側の未冷却高圧ＥＧＲ径路と、ターボ過給機タービンの下流側の冷却低圧ＥＧＲ径路と、そのＥＧＲ径路の少なくともいずれかと連絡する少なくとも１つのＥＧＲ流量制御装置とを包含する。この製品は、また、エンジンへの未冷却高圧ＥＧＲの流量とエンジンへの冷却低圧ＥＧＲの流量とを制御するための、少なくとも１つのＥＧＲ流量制御装置と連絡する制御器を含む。この制御器は、冷却低圧ＥＧＲに対する未冷却高圧ＥＧＲを、次のように調整するために、すなわち、エンジンノックが発生していない場合には、未冷却高圧ＥＧＲを冷却低圧ＥＧＲに対して増大させ、エンジンノックが発生している場合には、未冷却高圧ＥＧＲを、エンジンノックが停止するまで、冷却低圧ＥＧＲに対して低減するように調整するために、少なくとも１つのＥＧＲ流量制御装置を制御する。

他の典型的な実施形態は、以下に述べる詳細説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、典型的な実施形態を開示しているが、例示的表現のみを目的とするように意図されており、特許請求の範囲を制限するようには意図されていないことが理解されるべきである。

典型的な実施形態は、以下の詳細説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。

未冷却高圧排気ガス再循環（ＥＧＲ）径路および冷却低圧ＥＧＲ径路を含むターボ過給される火花点火式エンジンの典型的な実施形態の概略図である。外部ＥＧＲ混合のノック応答調整の典型的な実施形態による未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの図解モデルとしての、正味平均有効圧力（ＢｒａｋｅＭｅａｎＥｆｆｅｃｔｉｖｅＰｒｅｓｓｕｒｅ：ＢＭＥＰ）対エンジン速度のグラフ的な区分図である。

以下の典型的な実施形態に関する説明は本質的に単なる事例としてのものであり、特許請求の範囲、その適用または使用を制限する意図のものでは全くない。

典型的な運転環境が図１に図解されており、これを、外部排気ガス再循環（ＥＧＲ）混合のノック応答調整を含むＥＧＲ制御の方法を実行するために用いることができる。この方法は、任意の適切なシステムを用いて実施することができるが、システム１０のようなエンジンシステムと組み合わせて実施することが望ましい。システムに関する以下の記述は、単に、１つの典型的なエンジンシステムを簡略に要約しているだけであるが、本明細書に示されていないシステムおよび構成要素もこの方法をサポートすることができる。

一般的に、システム１０は、燃料および吸気ガスの混合物の内部燃焼から機械的動力を発生させる内燃機関１２を含むことができる。このエンジンに使用するのに適した燃料としては、ガソリンおよびディーゼル燃料を挙げることができるがそれに限定されない。このシステムは、また、全体として吸気ガスをエンジン１２に供給する吸気サブシステム１４と、エンジン１２からの燃焼ガスを排出する排気サブシステム１６とを含むことができる。本明細書において用いる吸気ガスという用語は、新鮮空気および再循環される排気ガスおよび／または他の任意の適切な酸化剤を含むことができる。システム１０は、また、排気および吸気サブシステム１４、１６と交差して連絡するターボ過給機１８を含むことができる。ターボ過給機１８は、流入空気および／または再循環される排気ガスを圧縮して燃焼を改善し、それによってエンジン出力を高めるためのものである。システム１０は、さらに、排気および吸気サブシステム１４、１６と交差する外部排気ガス再循環（ＥＧＲ）サブシステム２０を含むことができる。このサブシステム２０は、エンジンシステム１０の排出性能を改善するように、排気ガスを新鮮空気との混合用として再循環するためのものである。システム１０は、さらにまた、エンジンシステム１０の運転を制御する制御サブシステム２２を含むことができる。当業者は、吸気ガスによるエンジン内部での燃焼用として任意の適切な液体および／または気体燃料をエンジン１２に供給するために、燃料サブシステム（図示されていない）を用いることができることを認めるであろう。

エンジン１２は、ガソリンまたは他の燃焼可能な燃料を燃焼するように構成されかつ配置される火花点火タイプのエンジンを含むことができる。エンジン１２は、シリンダおよびピストン（別個には図示されていない）をその中に有するブロック２４を含むことができるが、このシリンダおよびピストンが、シリンダヘッド（これも別個には図示されていない）と共に、燃料および吸気ガスの混合物を内部燃焼するための燃焼室（図示されていない）を画定する。エンジン１２は任意個数のシリンダを含むことができ、また任意のサイズとすることができ、任意の適切な速度および負荷に従って運転することができる。典型的なアイドル速度は約５００〜約８００ＲＰＭの程度とすることができ、代表的な最大エンジン速度は約５５００〜６５００ＲＰＭの程度とすることができるが、その範囲を超えてもよい。本明細書で用いる低速度および低負荷という用語は、最大エンジン速度および負荷の約０％〜３３％を含むことができ、中間速度および中間負荷は最大エンジン速度および負荷の約２５％〜７５％を含むことができ、高速度および高負荷は最大エンジン速度および負荷の約６６％〜１００％を含むことができる。本明細書で用いる低〜中間速度および負荷という表現は、最大エンジン速度および負荷の約０％〜５０％を含むことができ、中間〜高速度および負荷は最大エンジン速度および負荷の約５０％〜１００％を含むことができる。

吸気サブシステム１４は、適切な導管および接続具の他に、流入空気をろ過するための空気フィルタ（図示されていない）を有することができる流入端２６と、流入空気を圧縮するための流入端２６の下流側のターボ過給機コンプレッサ２８とを含むことができる。吸気サブシステム１４は、また、ターボ過給機コンプレッサ２８の下流側の圧縮空気冷却用の装入空気冷却器３０と、装入空気冷却器３０の下流側の、エンジン１２への冷却空気流量調節用の吸気絞り弁３２とを含むことができる。別の実施形態においては、吸気サブシステム１４は、絞り弁３２を含まなくてもよく、その代わりに、負荷の制御を、エンジン１２の、可変開弁持続型動弁機構（図示されていない）を用いて行うことができる。吸気サブシステム１４は、さらに、調節された空気を受け入れ、それをエンジンの燃焼室に配分するための、絞り弁３２の下流側でエンジン１２の上流側の吸気マニホルド３４を含むことができる。

排気サブシステム１６は、適切な導管および接続具の他に、エンジン１２の燃焼室から排気ガスを集めて、それを、下流側に向けて排気サブシステム１６の残りの部分に輸送するための排気マニホルド３６を含むことができる。排気サブシステム１６は、また、排気マニホルド３６と下流側において連絡するターボ過給機のタービン３８を含むことができる。ターボ過給機１８は、可変タービンジオメトリ（ｖａｒｉａｂｌｅｔｕｒｂｉｎｅｇｅｏｍｅｔｒｙ：ＶＴＧ）タイプのターボ過給機、二段ターボ過給機、あるいは、ウェイストゲートまたはバイパス装置を備えたターボ過給機、その他とすることできる。いずれの場合においても、ターボ過給機１８および／または任意のターボ過給機付属装置は、適切なアクチュエータを含むことができ、１つ以上の排気ガス再循環の流れを変えるように調整することができる。排気サブシステム１６は、さらに、任意の適切な位置に、任意の適切な排出物質装置４０、例えば触媒コンバータなどを含むことができる。排気サブシステム１６は、さらにまた、排気流出口４４の上流側に配備される排気絞り弁４２を含むことができる。

ＥＧＲサブシステム２０は、排気ガスの一部を、エンジン１２における燃焼用として、排気サブシステム１６から吸気サブシステム１４に再循環するハイブリッドまたは二径路の外部ＥＧＲサブシステムとするのが望ましい。従って、ＥＧＲサブシステム２０は２つの径路を含むことができる。すなわち、高圧（ＨＰ）ＥＧＲ径路４６および低圧（ＬＰ）ＥＧＲ径路４８である。ＨＰＥＧＲ径路４６は、好ましくは、ターボ過給機タービン３８の上流側で排気サブシステム１６に接続することができるが、吸気サブシステム１２には、ターボ過給機コンプレッサ２８の下流側で接続することができる。また、ＬＰＥＧＲ径路４８は、好ましくは、ターボ過給機タービン３８の下流側で排気サブシステム１６に接続することができるが、吸気サブシステム１４には、ターボ過給機コンプレッサ２８の上流側で接続することができる。

ＨＰＥＧＲ径路４６は、適切な導管および接続具の他に、排気サブシステム１６から吸気サブシステム１４への排気ガスの再循環を制御するＨＰＥＧＲ流量制御装置５０を含むことができる。この装置５０はＨＰＥＧＲ弁５０とすることができ、この弁５０は、排気導管および吸気導管の間の径路４６に、あるいは、径路４６と排気導管または吸気導管との接合部に配置することができ、ターボ過給機タービン３８の上流側で操作可能とすることができる。ＨＰＥＧＲ弁５０は、それ自体のアクチュエータを有する独立装置とするか、あるいは、吸気絞り弁３２と共に共通アクチュエータを有する組合せ装置に一体化することができる。ＨＰＥＧＲ径路４６は、ＨＰＥＧＲガスと、調節された空気および他の吸気ガス（空気はＬＰＥＧＲガスを含む場合がある）とを混合するように、ターボ過給機タービン３８の上流側および絞り弁３２の下流側に接続することができる。いかなる場合も、ＨＰＥＧＲ径路４６は、エンジン１２への供給用として、未冷却のＨＰＥＧＲを供給することができる。図示していないが、ＨＰＥＧＲ径路４６は、冷却および／または未冷却ＨＰＥＧＲを供給するために、バイパス弁を備えた冷却器と、その冷却器の迂回分岐管とを含むこともできる。

ＬＰＥＧＲ径路４８は、適切な導管および接続具の他に、排気サブシステム１６から吸気サブシステム１４への排気ガスの再循環を制御するＬＰＥＧＲ流量制御装置５２を含むことができる。この装置５２はＬＰＥＧＲ弁５２とすることができ、この弁５２は、排気導管および吸気導管の間の径路４８に、あるいは、図示のように径路４８と排気導管との接合部に配置することができる。ＬＰＥＧＲ弁５２は、それ自体のアクチュエータを有する独立装置とするか、あるいは、排気絞り弁４２と共に、図１に示すように共通アクチュエータを有する組合せ装置に一体化することができる。さらに、ＬＰＥＧＲ径路４８は、ＬＰＥＧＲガスを冷却するためのＬＰＥＧＲ冷却器５４を、ＬＰＥＧＲ弁５２の下流側、あるいは場合によってはその上流側に含むことができる。ＬＰＥＧＲ径路４８は、ＬＰＥＧＲガスと、ろ過された流入空気とを混合するように、ターボ過給機タービン３８の下流側およびターボ過給機コンプレッサ２８の上流側に接続することができる。いかなる場合も、ＬＰＥＧＲ径路４８は、エンジン１２への供給用として、冷却されたＬＰＥＧＲを供給することができる。図示していないが、ＬＰＥＧＲ径路４８は、冷却および／または未冷却ＬＰＥＧＲを供給するために、バイパス弁と、冷却器５４の迂回分岐管とを含むこともできる。

制御サブシステム２２は、本明細書に開示する方法の少なくともいくらかの部分を実行する任意の適切なハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアを含むことができる。例えば、制御サブシステム２２は、出力装置、例えば、上記のエンジンシステムのアクチュエータのいくつかまたはすべてを含むことができる。他の例においては、制御サブシステム２２は、入力装置、例えば、任意個数および任意のタイプのエンジンシステムのセンサー５６、５８を含むことができる。

エンジンシステムのセンサー５６、５８は、エンジンシステムのパラメータを監視する任意の適切な装置を含むことができる。いくつかの例においては、ノックセンサーがエンジンのノッキングを測定し、エンジンの速度センサーがエンジンのクランクシャフト、カムシャフトなど（図示されていない）の回転速度を測定し、吸気および排気マニホルド圧力センサーが、エンジンのシリンダに流入するガスおよびそれから流出するガスの圧力を測定することができる。さらに別の例においては、流入空気質量流量センサーが、吸気サブシステム１４への流入空気流量を測定し、マニホルド質量流量センサーがエンジン１２への吸気ガスの流量を測定し、排気システム流量センサーが、ＥＧＲ径路４６、４８のいずれかまたは両者、あるいは他の任意の排気システムの部分を通る流量を測定することができる。

上記のタイプのセンサーの他に、本システムおよび方法は、他の任意の適切なセンサーおよびそれに関連するパラメータを包含することができる。例えば、センサー５６、５８は、エンジンシリンダ圧力センサー、他の圧力センサー、温度センサー、他の速度センサー、位置センサー、圧力センサー、化学物質センサー、加速度センサー、フィルタセンサー、他の流量センサー、振動センサーなどをも含むことができ、あるいはこれらを代替センサーとして含むことができる。換言すれば、電気的、機械的および化学的パラメータを含む任意の適切な物理的パラメータを検出するための任意のセンサーを用いることができる。本明細書で用いるセンサーという用語は、エンジンシステムの任意のパラメータおよび／またはこれらのパラメータの種々の組合せを検出するのに用いられる任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。

制御サブシステム２２は、さらに、センサーからの入力を受け入れて処理し、アクチュエータ出力信号を伝送するための、アクチュエータおよびセンサー５６、５８と連絡する１つ以上の制御器（図示されていない）を含むことができる。一般的に、この制御器は、種々のセンサー５６，５８からの入力を受け取って、保存されている命令および／またはデータに照らして処理し、出力信号を、種々のシステム装置、例えば弁３２、４２、５０、５２およびタービン３８に伝送することができる。図示されていないが、制御器および他の電力供給されるシステム装置には、電力供給源、例えば１つ以上のバッテリ、燃料電池などから電気を供給することができる。制御器は、例えば、電気回路、電子回路またはチップ、および／または計算装置を含むことができる。

計算装置の実施形態において、制御器は、一般的に、プロセッサと、プロセッサに連結することができるメモリと、制御器を１つ以上の他のシステム装置に連結する１つ以上のインターフェースとを含むことができる。プロセッサは、エンジンシステム１０に対して少なくともいくつかの機能性を付与する命令を実行することができる。本明細書で用いる命令という用語は、例えば、制御ロジック、コンピュータソフトウェアおよび／またはファームウェア、プログラム可能命令、または他の適切な命令を含むことができる。プロセッサは、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、アプリケーション特化の集積回路、および／または、他の任意の適切なタイプの処理デバイスを含むことができる。また、メモリは、エンジンシステム１０が受け取るまたはそれにロードされるデータの保存、および／またはプロセッサ実行可能命令の保存を可能にするように構成することができる。データおよび／または命令は、例えば、ルックアップテーブル、公式、アルゴリズム、マップ、モデル、および／または他の任意の適切なフォーマットとして保存することができる。メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、および／または他の任意の適切なタイプの保存装置を含むことができる。最後に、インターフェースは、例えば、アナログ／デジタルまたはデジタル／アナログ変換器、信号調整装置、増幅器、フィルタ、他の電子装置またはソフトウェアモジュール、および／または、他の任意の適切なインターフェースを含むことができる。インターフェースは、例えば、ＲＳ−２３２、パラレルＳＣＳＩ、ＵＳＢ、ＣＡＮ、ＭＯＳＴ、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、および／または他の任意の適切なプロトコルに従うことができる。インターフェースは、制御器が他のシステム装置と連絡するのを補助または可能にするための、回路、ソフトウェアまたは他の任意の適切な装置を含むことができる。

この方法は、少なくとも部分的には、コンピュータプログラムとして遂行することができ、種々のエンジンシステムデータはルックアップテーブルなどとしてメモリに保存することができる。コンピュータプログラムは、活動および非活動両者の多様な形態で存在することができる。例えば、コンピュータプログラムは、原始コード、目的コード、実行可能コードまたは他のフォーマットのプログラム命令からなるソフトウェアプログラムとして、またはファームウェアとして、またはハードウェア記述言語（ｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｌａｎｇｕａｇｅ：ＨＤＬ）として存在することが可能である。上記のいずれもコンピュータ利用可能媒体上で具現化できるが、それには、圧縮または非圧縮形態の１つ以上の保存デバイスおよび／または信号が含まれる。代表的なコンピュータ利用可能保存デバイスとしては、従来型のコンピュータシステムＲＡＭ（ｒａｎｄａｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能ＲＯＭ：ｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能ＲＯＭ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、および、磁気的または光学的ディスクまたはテープが含まれる。従って、この方法は、本明細書に開示する機能を実行し得る任意の電子デバイスによって、少なくとも部分的に遂行してもよいことが理解されるべきである。

制御サブシステム２２は、１つ以上のエンジンシステムパラメータセンサー５６、５８からの入力信号を受け取りかつ処理して、合計ＥＧＲ分率を適切な方法で直接測定しかつ計算すること、あるいは、例えば国際公開第２００７／０７６０３８号パンフレットに開示されているように、合計ＥＧＲ分率を推算することができる。さらに、合計ＥＧＲ分率を構成するＨＰおよびＬＰＥＧＲの個々の量は、一般的に、同じく国際公開第２００７／０７６０３８号パンフレットに開示されているように、例えば、ＨＰ対ＬＰＥＧＲの比、ＬＰＥＧＲに対するＨＰＥＧＲの百分率、その他として制御することができる。しかし、ＨＰＥＧＲの量は、以下に述べる方法に従って、さらに具体的に制御することができる。

一実施形態は、外部排気ガス再循環の制御方法であって、上記のシステム１０の運転環境の範囲内で１つ以上のコンピュータプログラムとして少なくとも部分的に実行することができる制御方法を含むことができる。当業者は、また、任意個数の実施形態による方法を、他の運転環境の範囲内で他のエンジンシステムを用いて実行することができることを認めるであろう。方法に関する説明の進行と共に、図１の典型的なシステムを参照することになるであろう。

この方法の典型的な遂行形態によれば、火花点火式ターボ過給エンジンの速度が検出される。例えば、センサー５６、５８の１つを、制御サブシステム２２の制御器と連絡するクランクシャフトセンサーとすることができる。

また、エンジンの負荷も測定される。例えば、エンジン負荷は、センサー５６、５８の１つ以上を用いて、任意の適切なパラメータ、例えば、エンジン負荷に相関する圧力、その他を検出することによって決定することができる。一実施形態においては、エンジン負荷を絞り弁３２によって制御することができる。別の実施形態においては、エンジン負荷を、エンジン１２の可変弁リフトおよび持続時間動弁機構（図示されていない）によって制御することができる。未冷却のＨＰＬの制御は、絞り調整されていないエンジンにおいて、未冷却のＨＰＬの流量を送り出すために少なくとも幾分かの圧力低下または圧力差が存在するような速度を超える速度で、適用可能になるであろう。一例においては、このような速度を、約２５００ＲＰＭの程度とすることができる。従って、この方法は、絞り調整されるエンジンおよび絞り調整されないエンジンについて用いることができる。

さらに、エンジンはエンジンノックに関して監視される。例えば、センサー５６、５８の１つ以上が、制御サブシステム２２の制御器と連絡する１つ以上のエンジンノックセンサーを含むことができる。別の例においては、エンジンノックを、センサー５６、５８によって検出し得る１つ以上の他の検出パラメータに基づいて決定することができる。

さらに、エンジンへの未冷却ＨＰＥＧＲおよび冷却ＬＰＥＧＲの流量を、未冷却高圧ＥＧＲ部分および冷却低圧ＥＧＲ部分を含むＥＧＲモデルに従って制御することができる。例えば、未冷却ＨＰおよび冷却ＬＰＥＧＲ径路を通る排気ガスの流量を、センサー５６、５８の１つ以上が検出するエンジンノックに応答して調整することができる。さらに具体的には、制御サブシステム２２は、１つ以上のエンジンノックセンサーを監視し、それからの入力を処理し、前記の１つ以上のアクチュエータに対する出力信号を作り出して、弁３２、４２、５０、５２の１つ以上および／またはターボ過給機タービン３８を制御することができる。この制御は、エンジンノックを避ける未冷却ＨＰおよび冷却ＬＰＥＧＲの外部ＥＧＲ混合をもたらすように、ＥＧＲ径路４６、４８を通過する流量を変化させるためのものである。当業者は、エンジンノックが存在するかしないかを、センサーを用いて直接的に、あるいは、他のセンサーおよび適切なモデルからの推測によって間接的に決定し得ることを認めるであろう。

ＥＧＲモデルは、例えば図２に示すような典型的なＥＧＲマップを含むことができる。図２においては、エンジンの正味平均有効圧力（ＢＭＥＰ）が、エンジン速度に対して区分表示されている。このマップは、上記のパラメータに基づく２次元のものであるが、当業者は、他のＥＧＲモデル、例えば、１つ以上のルックアップテーブル、あるいは、任意の適切な付加パラメータおよび同じ上記のパラメータまたはその他のパラメータを用いる３次元マップを使用することが可能であることを認めるであろう。

図２のモデル例においては、相対的な低速度〜中間速度（例えばアイドル〜約２７５０ＲＰＭ）における相対的な低負荷〜中間負荷（例えば約７．５バール未満）の第１運転領域７０において、専ら、未冷却のＨＰＥＧＲのみが用いられる。未冷却ＨＰＥＧＲは、また、未冷却ＨＰＥＧＲの限界線７４より下の速度および負荷を含む第２運転領域７２においても専用的に用いられる。これに対して、冷却ＬＰＥＧＲは、相対的な低速度〜中間速度（例えばアイドル〜約２７５０ＲＰＭ）における相対的な中間負荷〜高エンジン負荷（例えば約７．５バールを超える）を含む第３運転領域８０において、専用的に用いられる。冷却ＬＰＥＧＲは、また、冷却ＬＰＥＧＲの限界線８４と第３運転領域８０との間の速度および負荷を含む第４運転領域８２においても専用的に用いられる。限界線９０が、第１および第３運転領域７０、８０を分割する。未冷却ＨＰＥＧＲおよび冷却ＬＰＥＧＲの限界線７４、８４の間の第５運転領域９２においては、未冷却ＨＰＥＧＲおよび冷却ＬＰＥＧＲ両者の混合方式が用いられる。

典型的な一遂行形態によれば、エンジンノックを避けるために、未冷却ＨＰＥＧＲの量を、冷却ＬＰＥＧＲの量に対して調整することができる。この調整は、未冷却ＨＰＥＧＲが速度および負荷の両者において可能であり（例えば、システムの当該部分を跨ぐ圧力差が適切であるために）、かつ、未冷却ＨＰＥＧＲが冷却ＬＰＥＧＲよりも好ましい（例えば上記の理由から）ようなすべての速度および負荷に対して実施することができる。このようなすべての速度および負荷に対しては、エンジンノックが発生していなければ、冷却ＬＰＥＧＲに対する未冷却ＨＰＥＧＲの量を増大するが、エンジンノックが発生している場合は、未冷却ＨＰＥＧＲの量を、エンジンノックが停止するまで低減する。例えば、図２を参照して、点９４で示される３５００ＲＰＭおよび１０バールにおいてエンジンノックが発生していなければ、未冷却ＨＰＥＧＲを増大することになるであろう。しかし、例えば、点９６で示される５０００ＲＰＭおよび１５バールにおいてエンジンノックが発生していれば、未冷却ＨＰＥＧＲはエンジンノックが停止するまで低減されるであろう。

最後に、冷却ＬＰＥＧＲは、ＮＯｘを低減するために、相対的な低エンジン負荷において用いることができるが、未冷却のＨＰＥＧＲも、ＮＯｘを低減するために、低エンジン負荷においてある程度まで使用することができる。また、中間負荷〜相対的な高エンジン負荷においては、ＨＰＥＧＲに関わるエンジンのポンプ作用の損失がＬＰＥＧＲに比べて低いので、エンジンのより効率的な運転のために、未冷却ＨＰＥＧＲを、ＬＰＥＧＲよりも大きい程度に用いることができる。しかし、未冷却ＨＰＥＧＲに関わる高温の吸気ガスは、エンジンノックを低減しようとする場合には逆方向に作用する傾向があるので、高温を伴う相対的な高エンジン負荷における定常運転状態の下では、未冷却ＨＰＥＧＲをＬＰＥＧＲよりも小さい程度に用いるのがよい。

それにも拘らず、相対的な高エンジン負荷における遷移運転においては、未冷却ＨＰＥＧＲを用いることができる。これは、未冷却ＨＰＥＧＲ径路が、径路開放後に、径路が熱飽和の状態になる時に高温の排気ガスが径路の導管、弁、マニホルドなどの熱慣性に打ち勝つまで、短いが十分な時間、相対的に低温のガスを供給すると見られるからである。従って、そのような高速高負荷の遷移状態の間において、未冷却ＨＰＥＧＲ径路を、少なくともいくばくかの時間、少なくとも部分的に開状態とするかまたは開くことができる。そして、ＨＰＥＧＲ径路が熱で飽和された状態になるにつれて、未冷却ＨＰＥＧＲ径路を、例えば径路中のＥＧＲ弁を徐々に閉じることによって、徐々に閉止することができる。

以上述べた実施形態は、本質的に単なる事例としてのものであり、従って、それらの変形態様は、請求項の本質および範囲から逸脱したものと見做されるべきではない。

Claims

外部排気ガス再循環（ＥＧＲ）の方法であって、
火花点火式ターボ過給エンジンにおけるエンジンノックを監視するステップと、
エンジンへの未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの流量を制御するステップであり、冷却低圧ＥＧＲに対する未冷却高圧ＥＧＲの次のような調整、すなわち、エンジンノックが発生していないことに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを冷却低圧ＥＧＲに対して増大させ、エンジンノックが発生していることに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを、エンジンノックが停止するまで、冷却低圧ＥＧＲに対して低減するような調整を含む制御ステップと、
を含む方法。
エンジンの速度を検出するステップと、
エンジンの負荷を決定するステップと、
をさらに含み、
前記流量の制御を、エンジンの速度および負荷に基づく排気ガス再循環モデルで、未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの混合領域を含む排気ガス再循環モデルに従って実施し、さらにまた、前記調整を、エンジンが前記ＥＧＲの混合領域に対応する速度および負荷において作動している時に実施する、
請求項１に記載の方法。
前記調整を、ＥＧＲ流量制御装置を調節することによって実施する、請求項１に記載の方法。
前記ＥＧＲ流量制御装置が、未冷却ＨＰＥＧＲ径路におけるＨＰＥＧＲ弁である、請求項３に記載の方法。
前記調整が、遷移運転の間における少なくともいくばくかの時間、相対的に高いエンジンの速度および負荷において未冷却ＨＰＥＧＲの流れを可能にすることを含む、請求項１に記載の方法。
前記調整が、ＨＰＥＧＲ径路が熱飽和の状態になるにつれて、ＨＰＥＧＲ流量を徐々に低下させることを含む、請求項５に記載の方法。
少なくとも１つのエンジンノックセンサーによってエンジンノックを検出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記調整を、未冷却ＨＰＥＧＲ径路におけるＨＰＥＧＲ弁を調節することによって実施し、かつ、前記調整が、遷移運転の間における少なくともいくばくかの時間、相対的に高いエンジンの速度および負荷において未冷却ＨＰＥＧＲの流れを可能にすることを含む、請求項１に記載の方法。
火花点火式ターボ過給エンジンにおける外部排気ガス再循環（ＥＧＲ）の方法であって、
エンジンの速度を検出するステップと、
エンジンの負荷を決定するステップと、
エンジンにおけるエンジンノックを監視するステップと、
エンジンへの未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの流量を、エンジンの速度および負荷に基づく排気ガス再循環モデルで、未冷却高圧ＥＧＲおよび冷却低圧ＥＧＲの混合領域を含む排気ガス再循環モデルに従って制御するステップであって、エンジンが前記ＥＧＲ混合領域に対応する速度および負荷で作動している時には、冷却低圧ＥＧＲに対する未冷却高圧ＥＧＲの次のような調整、すなわち、エンジンノックが発生していないことに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを冷却低圧ＥＧＲに対して増大させ、エンジンノックが発生していることに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを、エンジンノックが停止するまで、冷却低圧ＥＧＲに対して低減するような調整を含む制御ステップと、
を含む方法。
前記調整を、ＥＧＲ流量制御装置を調節することによって実施する、請求項９に記載の方法。
前記ＥＧＲ流量制御装置が、未冷却ＨＰＥＧＲ径路におけるＨＰＥＧＲ弁である、請求項１０に記載の方法。
前記調整が、遷移運転の間における少なくともいくばくかの時間、相対的に高いエンジンの速度および負荷において未冷却ＨＰＥＧＲの流れを可能にすることを含む、請求項９に記載の方法。
前記調整が、ＨＰＥＧＲ径路が熱飽和の状態になるにつれて、ＨＰＥＧＲ流量を徐々に低下させることを含む、請求項９に記載の方法。
少なくとも１つのエンジンノックセンサーによってエンジンノックを検出することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
ターボ過給される火花点火式エンジンに関する製品であって、
タービンを含むターボ過給機と、
ターボ過給機タービンの上流側の未冷却高圧ＥＧＲ径路と、
ターボ過給機タービンの下流側の冷却低圧ＥＧＲ径路と、
前記ＥＧＲ径路の少なくともいずれかと連絡する少なくとも１つのＥＧＲ流量制御装置と、
前記少なくとも１つのＥＧＲ流量制御装置と連絡する制御器であり、エンジンへの未冷却高圧ＥＧＲおよびエンジンへの冷却低圧ＥＧＲの流量を制御するための制御器であって、冷却低圧ＥＧＲに対する未冷却高圧ＥＧＲを次のように調整するために、すなわち、エンジンノックが発生していないことに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを冷却低圧ＥＧＲに対して増大させ、エンジンノックが発生していることに応答して、未冷却高圧ＥＧＲを、エンジンノックが停止するまで、冷却低圧ＥＧＲに対して低減するように調整するために、前記少なくとも１つのＥＧＲ流量制御装置を制御する制御器と、
を含む製品。
前記冷却ＬＰＥＧＲの径路には冷却器をさらに含み、前記ＨＰＥＧＲの径路には冷却器を含まない、請求項１５に記載の製品。
前記少なくとも１つのＥＧＲ流量制御装置が、前記ＨＰＥＧＲ径路におけるＨＰＥＧＲ弁と、前記ＬＰＥＧＲ径路におけるＬＰＥＧＲ弁とを含む、請求項１５に記載の製品。