JP5550714B2 - エンジンへの燃料噴射を一部再循環排気ガス流量に依存して制御する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、内燃エンジン内の燃焼に対する制御であり、更に具体的には、排気ガス再循環を行なう内燃エンジンへの燃料噴射に対する制御である。

汚染物質の排出に関する規制によって、燃焼に対する内燃エンジンの吸気通路に対する益々細かい制御を、特に一部再循環排気ガス通路（ＥＧＲ）及び内燃エンジンの上流及び下流に位置する種々のユニットを制御することにより行なう義務が課されるようになっている。汚染物質の排出は、内燃エンジンに吸入される空気及び燃料の相対量に直接結び付けられる。従ってこのパラメータを認識し制御することは、汚染物質の排出を低減するために重要である。

内燃エンジンに吸入される空気及び燃料の相対量は、リッチ度合いパラメータにより特徴付けられる。このパラメータは、吸入される燃料の質量と新気の質量との比に依存する。

燃料の消費及び汚染物質の排出を更に低減するために一部再循環排気ガス通路を使用し、この一部再循環排気ガス通路で吸入される燃料と新気との比を変更する。しかしながら、計算または測定により得られるパラメータの値には、吸気通路によって吸入される新気しか考慮に入れていない。従って、一部再循環排気ガス通路により循環せしめられる酸素及び未燃焼炭化水素は無視される。

特許文献１には、一部再循環排気ガス通路からの新気を考慮に入れる計算方法が記載されている。

しかしながら、一部再循環排気ガス通路により循環せしめられる未燃焼炭化水素を考慮に入れることができる測定装置及び方法が現時点では存在しない。このような方法によって一部再循環排気ガス通路により循環せしめられる炭化水素の量を測定し、それに応じて噴射燃料量を低減することが可能になる。

フランス特許出願第２８５１０１４号

本発明の目的は、噴射燃料量を排気ガスを一部再循環させることにより内燃エンジンに吸入される未燃焼燃料の量を考慮に入れることによって推定することにある。

本発明の別の目的は、排気ガス中の中性ガスの割合を推定して噴射燃料量及び吸入新気量を最適に調整することにある。

本発明の１つの態様によれば、自動車両に搭載される内燃エンジンへの燃料吸入を制御する装置が定義され、前記内燃エンジンは該エンジンの入口で新気吸気管に該エンジンの出口で排気ガス排出管に接続され、該排気ガス排出管が今度は触媒コンバータに接続され、一部再循環排気ガス通路が前記排出管を前記新気吸気管に接続する。前記装置は、排気ガス中の未燃焼燃料の量を導出する手段と前記内燃エンジンに吸入される新気の量を導出する手段と噴射すべき燃料の量を、未燃焼燃料の量を導出する前記手段及び吸入新気量を導出する前記手段から受信する信号に基づいて導出することができる電子制御手段とを備える。

排気ガス中の未燃焼燃料の量を導出する前記手段は、前記触媒コンバータの上流に位置する第１プローブと排気ガス中の未燃焼燃料の量を前記第１プローブから受信する信号に基づいて推定する手段とを含むことができる。

前記内燃エンジンに吸入される新気の量を導出する前記手段は、前記一部再循環排気ガス通路の分岐接続点の上流に前記新気吸気管の側に位置する第２プローブと吸入新気の質量を、前記第２プローブから受信する信号に基づいて推定する手段とを含むことができる。

前記電子制御手段は、排気ガス中の中性ガスの割合を吸入新気の質量を推定する前記手段から受信する信号に基づいて推定する手段と、噴射すべき燃料の量を排気ガス中の未燃焼燃料の量を推定する前記手段、吸入新気の質量を推定する前記手段及び中性ガスの割合を推定する前記手段から受信する信号に基づいて導出する手段を含むことができる。

前記制御装置は更に、吸気マニホールド、排気マニホールド、ターボチャージャを備えることができ、該ターボチャージャのコンプレッサは前記新気吸気管と前記吸気マニホールドとの間に配置され、前記ターボチャージャのタービンは前記排出管と前記排気マニホールドとの間に配置され、前記一部再循環排気ガス通路は一方において前記排気マニホールドと前記ターボチャージャとの間に、他方において前記吸気マニホールドと前記ターボチャージャとの間に接続される。

別の構成では前記制御装置は、吸気マニホールド、排気マニホールド、ターボチャージャとを備えることができ、該ターボチャージャのコンプレッサは前記新気吸気管と前記吸気マニホールドとの間に配置され、前記ターボチャージャのタービンは前記排出管と前記排気マニホールドとの間に配置され、前記一部再循環排気ガス通路は一方において前記触媒コンバータの出口に、他方において前記ターボチャージャの前記コンプレッサの上流に接続される。

本発明の別の態様によれば、自動車両に搭載される内燃エンジンへの燃料吸入を制御する方法が定義され、前記内燃エンジンが該エンジンの入口で新気吸気管に、該エンジンの出口で排気ガス排出管に接続され、該排気ガス排出管が今度は触媒コンバータに接続され、一部再循環排気ガス通路が前記排出管を前記新気吸気管に接続する。前記方法は複数ステップを含み、これらのステップでは：
前記触媒コンバータの上流の排気ガス中の未燃焼燃料の量を導出し、
前記内燃エンジンに前記新気吸気管を通って吸入される新気の量を導出し、
噴射すべき燃料の量を、排気ガス中の未燃焼燃料の量及び吸入新気の量に基づいて導出する。

前記制御方法は更に複数ステップを含むことができ、これらのステップでは：
排気ガス中の中性ガスの割合を吸入新気の質量に基づいて推定し、
噴射すべき燃料の量を排気ガス中の未燃焼燃料の量、吸入新気の質量、及び中性ガスの割合に基づいて導出する。

他の目的、特徴、及び利点は、非限定的な例としてのみ与えられ、かつ添付の図面を参照しながら与えられる以下の説明を一読することにより明確になる。
図１は、本発明による噴射制御装置の第１の一部再循環排気ガス通路、及び主構成要素を備える内燃エンジンを示している。 図２は、本発明による噴射制御装置の第２の一部再循環排気ガス通路、及び主構成要素を備える内燃エンジンを示している。 図３は、本発明による、噴射すべき燃料の量を制御する方法の主要ステップを示している。

図１は内燃エンジン１を示し、内燃エンジン１は吸気マニホールド２と排気マニホールド３を備え、これらのマニホールドは一連のシリンダ４に図示しないバルブを介して接続される。吸気マニホールド２及び排気マニホールド３はターボチャージャ９に接続される。更に詳細には、吸気マニホールド２はコンプレッサ９ａに接続され、排気マニホールド３はタービン９ｂに接続される。コンプレッサ９ａは上流で新気吸気管８に接続されるのに対し、タービン９ｂは当該タービン９ｂの出口で排気ガスを処理する触媒コンバータ１０を含む排気管５に接続される。

更に、一部再循環排気ガス通路６は一部再循環排気ガスバルブ７を含み、この排気ガスバルブ７を使用して一部再循環排気ガス通路及び一部再循環配管を通過するガスの流量を制御する。この一部再循環排気ガス管は、排気マニホールド３とタービン９ｂとの間に分岐接続され、当該排気ガス管の出口で吸気マニホールド２とコンプレッサ９ａとの間に接続される。図１に示す一部再循環排気ガス通路には更に、高圧一部再循環排気ガス通路の表記を付与することができるが、その理由は当該再循環排気ガス通路が圧力がコンプレッサ９ａの作用によって高くなっているドライブとレインの部分に位置しているからである。

電子制御ユニット１２は、触媒コンバータ１０の上流に、かつターボチャージャ９の下流に位置する第１プローブ１１に、接続１４を介して接続される。電子制御ユニット１２は更に、インジェクタ制御手段に接続１５を介して接続される。電子制御ユニットは更に、接続１７を介してターボチャージャ９と一部再循環排気ガス通路６との間に位置する第２プローブ１６に接続される。

一部再循環排気ガス通路により再循環せしめられる未燃焼炭化水素を考慮に入れるために、多数のリッチ度合いを差別化する必要がある。

最初に定義されるのはインジェクタリッチ度合い（Ｒ_ｉｎｊ）であり、このリッチ度合いは噴射燃料量と吸入新気量との比に対応する：

上式では：

は、噴射燃料の質量を表わし、
Ｍ_ａｉｒは、スロットルバルブから流入する新気の質量を表わし、
Ｋは、空気／ガソリンの化学量論比を表わす。

Ｒ_ｃｏｍｂは、排気管５に設置される、すなわち触媒コンバータ１０の上流に設置される第１プローブ１１により測定されるリッチ度合いを表わす。

上式では：

は、未燃焼炭化水素の再循環質量を表わす。

燃焼室に導入される燃料の質量収支は次の通りである：

上式では：

は、燃焼室に一部再循環排気ガス通路を通って導入される燃料の質量を表わし；
Ｍ_ｅｓｓは、燃焼室内の燃料の合計質量を表わす。

更に、次の結論を下すことができる：

上式では：

は、一部再循環排気ガス通路を介して再噴射される空気の合計質量を表わし、

は、一部再循環排気ガス通路を介して再噴射される中性ガスの質量を表わす。

方程式３及び４を組み合わせることにより、次の方程式が得られる：

吸入空気の合計質量Ｍ_{ａｄｍｉｓ}は、吸入新気の質量Ｍ_ａｉｒ、及び一部再循環排気ガス通路を介して再噴射されるガスの合計質量

の和として定義される。

次に、方程式５を吸入空気の質量収支に基づいて作成される吸入空気の合計質量Ｍ_{ａｄｍｉｓ}の表現式（方程式６）で除算する。

更に、中性ガスの割合τ_ＧＮを定義することができる：

方程式４，６，及び８を組み合わせることにより、中性ガスの割合τ_ＧＮを次のように書き直すことができる：

排気ガスの一部再循環流量τ_ＥＧＲを更に、次の数式により定義することができる：

方程式６及び１０を組み合わせることにより、排気ガスの一部再循環流量を次のように書き直すことができる：

従って、リッチ度合いＲ_ｉｎｊは、一部再循環排気ガス流量、及び中性ガスの割合の関数として表わすことができる。方程式１，２，及び４を組み合わせることにより、次の方程式が得られる：

同様に、空燃比のリッチ度合いＲ_ｃｏｍｂは、一部再循環排気ガス流量の関数として表わすことができる。方程式２，６，及び１０を組み合わせる場合、次の方程式が得られる：

方程式１３は次のように書き直すことができる：
Ｒ_ｉｎｊ＝（１−τ_ＥＧＲ）・Ｒ_ｃｏｍｂ＋τ_ＥＧＲ （方程式１４）

方程式１２及び１４を組み合わせる場合、次の２次方程式が得られる：
τ_ＥＧＲ ^２・（Ｒ_ｃｏｍｂ−１）＋τ_ＥＧＲ・（１＋Ｋ−Ｒ_ｃｏｍｂ）＋Ｋ・τ_ＧＮ＝０
（方程式１５）

方程式１５の正の単一解は、次の一部再循環排気ガス流量方程式である：

方程式１及び１４を組み合わせることにより、補正燃料流量を表わす適用すべき式が得られ、これにより一部再循環排気ガス通路の存在を考慮に入れる：

電子制御ユニットは方程式１７を、第１プローブ１１で測定される空燃比のリッチ度合いＲ_ｃｏｍｂの値に、第２プローブ１６で測定される吸気マニホールドへの吸入新気の質量Ｍ_ａｉｒの値に適用して、噴射すべき燃料の量

を導出する。

更に詳細には、電子制御ユニット１２は排気ガス中の未燃焼燃料の量を推定する手段２０、内燃エンジンに吸入される新気の量を推定する手段１８、排気ガス中の中性ガスの割合を推定する手段１９、再循環ガスの割合を推定する手段２１、噴射すべき燃料の量を導出する手段２２を備える。

新気の量を推定する手段１８は、当該手段１８の入口で第２プローブ１６に接続１７を介して接続され、当該手段１８の出口で中性ガスの割合を推定する手段１９に接続される。

未燃焼燃料の量を推定する手段２０は、当該手段２０の入口で第１プローブ１１に接続１４を介して接続され、当該手段２０の出口で再循環ガスの割合を推定する手段２１及び噴射すべき燃料の量を導出する手段２２に接続される。

排気ガス中の中性ガスの割合を推定する手段１９は、当該手段１９の出口で、再循環ガスの割合を推定する手段２１に接続され、この手段２１が今度は、噴射すべき燃料の量を導出する手段２２に接続される。噴射すべき燃料の量を導出する手段２２は当該手段２２の出口で、図１及び２には示していないインジェクタ制御手段に、接続１５を介して接続される。

図２に示す別の実施形態によれば、一部再循環排気ガス通路６は低圧再循環通路とすることができる。別の表現をすると、一部再循環排気ガス管は触媒コンバータ１０の出口で分岐接続され、かつコンプレッサ９ａの上流で新気吸気管８に接続される。従って、一部再循環排気ガス通路の全てが、ドライブとレインのうち、コンプレッサ９ａとタービン９ｂとの間で発生する圧力よりも低い圧力を有する部分に位置する。

電子制御ユニット１２は、噴射すべき燃料の量を第１の実施形態に関連して説明した導出と同様の方法で導出する。しかしながら、一部再循環排気ガス通路６を通って再循環する燃料の量の推定は、触媒フィルタが劣化して未燃焼炭化水素を増加させるという触媒フィルタによる影響を考慮に入れて変更される。このため、触媒コンバータに関して導出される酸素貯蔵容量（ＯＳＣ）、または炭化水素に対する触媒作用に関する触媒コンバータの有効性の記憶値のいずれかを使用する。従って、第１プローブ１１で測定される空燃比のリッチ度合いの値を変更して、触媒コンバータの出口における排気ガス中の炭化水素の量の減少、及び一部再循環排気ガス通路６の入口における排気ガス中の炭化水素の量の減少を考慮に入れる。

制御方法を図３に示す。当該方法は、吸入新気の質量Ｍ_ａｉｒを推定するステップ２３から始まる。この質量は、第２プローブ１６から受信する信号に基づいて導出される。

当該方法は、中性ガスの割合τ_ＧＮを推定するステップ２４に進む。方程式１６を使用してτ_ＧＮを既に導出している、または測定している変数に基づいて導出する。

ステップ２５では、空燃比のリッチ度合いＲ_ｃｏｍｂを導出する。空燃比のリッチ度合いは、第１プローブ１１から受信する信号に基づいて導出される。

次のステップ２６を使用して、一部再循環排気ガス流量τ_ＥＧＲを導出する。方程式１６を使用してτ_ＥＧＲを既に導出している、または測定している変数に基づいて導出する。

当該方法はステップ２７で終了し、このステップ２７では噴射すべき燃料の量を導出する。このためには、方程式１７を既に導出している、または測定している変数に基づいて解く。

これまで説明してきた噴射制御装置及び方法を使用して、内燃エンジンに噴射すべき燃料の必要量を厳密に導出することにより、エンジンに吸入され、かつ所望のリッチ度合いを有するガス混合物を得ることができる。このリッチ度合いはエンジンの作動フェーズによって変わり得るので、本発明は噴射パラメータをリアルタイムに導出して、これらの作動変化を瞬時に反映させ、最適な作動を保持することができる。制御装置は、一部再循環排気ガス通路の配置を考慮に入れることを可能にする当該方法の幾つかの機構を伴うのではあるが、低圧一部再循環排気ガス通路及び高圧一部再循環排気ガス通路に対して同様に、かつ良好に作用することに注目されたい。

制御装置及び方法はまた、排気ガスに含まれる中性ガスの量を導出して、吸入燃料量及び吸入新気量を最適に調整することができる。従って、吸入混合気のリッチ度合いに対する正確な制御が可能になる。

Claims (5)

1. 自動車両の内燃エンジン（１）への燃料噴射を制御する装置であって、前記内燃エンジン（１）が該エンジンの入口で新気吸気管（８）に該エンジンの出口で触媒コンバータ（１０）を含む排気ガス排出管（５）に接続され、一部再循環排気ガス通路（６）が前記触媒コンバータ（１０）の出口で分岐接続され、前記排出管（５）を前記新気吸気管（８）に接続し、前記装置は、
   前記触媒コンバータ（１０）の上流の排気ガス中の未燃焼燃料の量を導出する手段と、
   前記内燃エンジン（１）に吸入される新気の量を導出する手段と、
   噴射すべき燃料の量を前記触媒コンバータ（１０）の上流の未燃焼燃料の量を導出する前記手段、及び吸入新気の量を導出する前記手段から受信する信号に基づいて導出することができる電子制御手段（１２）を備え、
   前記内燃エンジン（１）に吸入される新気の量を導出する前記手段が、前記一部再循環排気ガス通路（６）の分岐接続点の上流に、かつ前記新気吸気管（８）の側に位置する第２プローブ（１６）と吸入新気の質量を前記第２プローブ（１６）から受信する信号に基づいて推定する手段（１８）とを含み、
   前記電子制御手段（１２）が、排気ガス中の中性ガスの割合を吸入新気の質量を推定する前記手段（１８）から受信する信号に基づいて推定する手段（１９）と
   噴射すべき燃料の量を排気ガス中の未燃焼燃料の量を推定する前記手段（２０）、吸入新気の質量を推定する前記手段（１８）、及び中性ガスの割合を推定する前記手段（１９）から受信する信号に基づいて導出する手段（２２）とを含む、
   制御装置。
2. 未燃焼燃料の量を導出する前記手段が、前記触媒コンバータ（１０）の上流に位置する第１プローブ（１１）と排気ガス中の未燃焼燃料の量を前記第１プローブ（１１）から受信する信号に基づいて推定する手段（２０）とを含む請求項１に記載の制御装置。
3. 吸気マニホールド（２）、排気マニホールド（３）、コンプレッサ（９ａ）及びタービン（９ｂ）を含むターボチャージャ（９）とを備え、前記コンプレッサ（９ａ）は前記新気吸気管（８）と前記吸気マニホールド（２）との間に配置され、前記タービン（９ｂ）は前記排出管（５）と前記排気マニホールド（３）との間に配置され
   前記一部再循環排気ガス通路（６）が被制御バルブ及び一部再循環配管を含み、該一部再循環配管は一方において前記排気マニホールド（３）と前記タービン（９ｂ）との間に、他方において前記吸気マニホールド（２）と前記コンプレッサ（９ａ）との間に接続される、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 吸気マニホールド（２）、排気マニホールド（３）、コンプレッサ（９ａ）及びタービン（９ｂ）を含むターボチャージャ（９）を備え、前記コンプレッサ（９ａ）は前記新気吸気管（８）と前記吸気マニホールド（２）との間に配置され、前記タービン（９ｂ）は前記排出管（５）と前記排気マニホールド（３）との間に配置され、
   前記一部再循環排気ガス通路（６）は、被制御バルブ及び一部再循環配管を含み該一部再循環配管は一方において前記触媒コンバータ（１０）の出口に、他方において前記コンプレッサ（９ａ）の上流に接続される請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 自動車両の内燃エンジン（１）への燃料噴射を制御する方法であって、前記内燃エンジン（１）が該エンジンの入口で新気吸気管（８）に、該エンジンの出口で排気ガス排出管（５）に接続され、該排気ガス排出管（５）が今度は触媒コンバータ（１０）に接続され、一部再循環排気ガス通路（６）が前記触媒コンバータ（１０）の出口で分岐接続され、前記排出管（５）を前記新気吸気管（８）に接続されて前記方法は複数ステップを含み、これらのステップでは：
   前記触媒コンバータ（１０）の上流の排気ガス中の未燃焼燃料の量を導出し、
   前記内燃エンジン（１）に前記新気吸気管（８）を通って吸入される新気の量を導出し、
   噴射すべき燃料の量を前記触媒コンバータ（１０）の上流の排気ガス中の未燃焼燃料の量及び吸入新気の量に基づいて導出し、
   更に複数ステップを含み、これらのステップでは：
   排気ガス中の中性ガスの割合を、吸入新気の質量に基づいて推定し、
   噴射すべき燃料の量を排気ガス中の未燃焼燃料の量、吸入新気の質量及び中性ガスの割合に基づいて導出する、制御方法。

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