JP6488113B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
ここで、WH2O、Wairはそれぞれ水、空気のモル質量[kg/mol]である。
新気中の水分流量
又は
筒内へ導入される水分量
又は
ここで、Neはエンジン回転数[rpm]である。以下に示すように間接的に水分の検出も可能であるが、推定誤差を多く含み得る。このため、湿度センサから水分量の絶対値を検出することで、間接的に水分量を検出する場合に比べて、高精度に水分量の算出が可能になり、精密に各種アクチュエータの制御信号を設定できるようになる。
ここで、質量分率YH2O,air、体積分率αは以下の通り推定できる。
加えて燃料質量MFuelは、Mair,R又はmairに基づき次のとおり算出する。
ここでCは予め決定した定数であり、両論混合比での燃焼を実施する場合にはおよそ1/15に設定する。
ただし、左辺は燃焼前の筒内の状態を示しており、右辺は燃焼後の筒内の状態を示す。ここでCnHmは燃料分子、O2は酸素分子、N2は窒素分子、CO2は二酸化炭素分子、H2Oは水分子、mは燃料を構成する炭化水素分子中の平均炭素数、nは燃料を構成する炭化水素分子中の平均炭水素数である。本関係に基づけば、還流されてくる排気ガス中の水分量は、以下のように算出する。
ここで、WH2O、WCO2、WN2はそれぞれ水、二酸化炭素、窒素のモル質量[kg/mol]である。
ここでMairは空気量であり、
又は
で求めることができる。
ここで排気ガスの還流量MEGRとし、式6で定義されるβを用いて式9を整理すると式10の通り書ける。
ここで、MlimitをMmax,mapで置き換えると、式11の右辺はすべて既知であり、目標排気ガス量を決めることが出来る。
なお、γは予めエンジン試験や、数値シミュレーションによる模擬試験により決定する。γは、1〜2の間をとることが多いが、これに限られない。
このように目標排気ガス量を設定することで、安定燃焼を維持しつつ、湿度変化に応じてEGR量を最大化し、大きな燃費低減を実現できる。
MH2O,air,100%とすると、燃焼安定限界質量Mmax,mapについては、式12の関係が成り立つ。
ここから、燃焼安定限界質量Mmax,mapのマップ図3は、式12の右辺で計算される値を持つことが適切である。
ここでΔMRadが活性化学種の影響を考慮するための補正項である。低圧EGRシステムの場合、ΔMRadは触媒の活性度に応じて変化する。触媒の活性化していない状態では、燃焼で生じたCOやNOが変換されずに残るため、ΔMRadは大きな値を持つ。触媒が活性化すると、ΔMRadは0となる。水温、エンジン始動からの時間により検出した触媒の活性度に基づきΔMRadを変化させることで、目標排気ガス量を適切に変化可能である。触媒の活性度に対するΔMRadの変化は、事前にエンジン試験で調査し、ECU内にデータを保存しておく。図10に示した制御を実施した場合のアクチュエータの動きを図11にて説明する。冷却水温度及びエンジン始動からの時間に基づき推定した触媒温度が変化したときを取り上げた。要求トルクは一定であるとする。検出した触媒温度が時間t1から増加を始め、時間t2に触媒が活性化する温度まで上昇する変化を考える。この場合、図10のステップS1003で計算する安定燃焼限界質量のマップ値は時間的に変化しない。ただし、図10ステップS1005にて計算される目標排気ガス量は時間t1から時間t2にかけて減少する。これは、検出した触媒活性化状態(触媒温度)に基づき式16で目標排気ガス量を補正するためである。このため、時間t1から時間t2に掛けて、触媒の温度上昇に応じて、目標排気ガス量が減少するように値が設定される。この結果、EGRバルブ開度の設定値も時間t1から時間t2にかけて、徐々に開度が小さくなるように設定される。要求トルクは変化していないが目標排気ガス量が減少するため、ステップS1005で目標排気ガス量の減少に応じてスロットルバルブ開度を時間t1に比べて小さくするように設定される。この結果、スロットルバルブ開度が減少し、筒内へ導入される空気量が一定値になるように制御される。本制御を実施した結果、導入される排気ガス量は、触媒温度の増加に伴い、減少するように変化する。以上によって、触媒の活性状態に応じて変化する活性化学種の量を反映して目標排気ガス量を設定することが可能になり、低圧EGRシステムを備えるエンジンにおいて触媒が活性化状態にない条件において、より大きな低燃費化を実現することができる。
ここで、ΔMTは排気ガス温度を考慮するための補正項である。
ここで、ΔMhighが高圧EGRシステムを用いる際の補正項である。高圧EGRシステムの場合、排気ガスは触媒を通過することなく吸気側に戻るため、一酸化炭素や窒素酸化物等の活性化学種を多く含む。一方、低圧EGRシステムの場合、排気ガスは触媒を通過した後、吸気側に戻るため、活性化学種は殆ど無く、安定化学種で構成される。活性化学種は、燃焼速度を加速する効果があるため、活性化学種が多い場合は、安定化学種を想定して決めた場合に比べて、安定燃焼限界質量が大きくなる。このため、より多くの排気ガスを還流できる可能性がある。ΔMhighは、事前にエンジン試験で調査し決める必要がある。本実施例では、低圧EGRシステムを用いた際の暖機定常で安定燃焼質量限界Mmax,mapを決定し、次にΔMhighを決めたとする。この場合、ΔMhighは正の値を持つ。つまり、高圧EGRシステムを用いる場合は、低圧EGRシステムを用いる場合に比べて、より大きな目標排気ガス量を設定できる。ここで、低圧EGRシステムと高圧EGRシステムのそれぞれを用いた場合に還流できるEGR量の差ΔMhighは、事前にエンジン試験で調査し、ECU内にデータを保存しておく。
Claims (6)
- 気筒と、前記気筒から排出される排気ガスを前記気筒の吸入側に戻すEGR機構とを備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記気筒に供給される外気の湿度を直接的又は間接的に検出する演算部を備え、
前記演算部は、
検出した外気の湿度に基づいて算出されるEGRガス中の水分量と、EGRガス量と、に基づいて安定燃焼限界気筒質量を算出し、
検出した外気の湿度に基づいて算出される前記気筒に供給される空気中の水分量と前記安定燃焼限界気筒質量とに基づいて目標EGR量を設定し、
前記目標EGR量に基づいて前記EGR機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記演算部は、前記気筒に供給される外気の湿度を湿度センサにより直接的に検出することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記気筒に供給される空気の相対湿度を100%であるものとして前記気筒に供給される空気の水分量を算出し、算出した空気の水分量に基づいて前記安定燃焼限界気筒質量を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は、前記気筒を冷却する冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、過給機と、前記過給機のタービン下流側に配置される触媒とを備え、
前記EGR機構は、前記触媒の下流の取り出し孔から前記過給機の圧縮機上流側の取り込み孔に排気ガスを戻す機構であり、
前記演算部は、前記冷却水温度検出手段で検出した冷却水温度に基づき、前記触媒が活性状態ではないと判断した場合に、前記気筒の吸入側に戻すEGRガス量を増加させるように前記EGR機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は、前記気筒を冷却する冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、過給機とを備え、
前記EGR機構は、前記過給機のタービン上流側の取り出し孔から前記過給機の圧縮機下流側の取り込み孔に排気ガスを戻す機構であり、
前記演算部は、前記冷却水温度検出手段で検出した冷却水温度の上昇に伴い目標EGR量が大きくなるように設定し、設定した目標EGR量に基づき、前記EGR機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は、過給機と、前記過給機のタービン下流側に配置される触媒とを備え、
前記EGR機構は、前記過給機のタービン上流側の取り出し孔から前記過給機の圧縮機下流側の取り込み孔に排気ガスを戻す高圧EGR機構と、前記触媒の下流側の取り出し孔から前記過給機の圧縮機上流側の取り込み孔に排気ガスを戻す低圧EGR機構とを備えて構成され、
前記演算部は、前記低圧EGR機構を用いて排気ガスを還流する場合に比べ、前記高圧EGR機構を用いて前記気筒の吸入側に排気ガスを戻す場合に、目標EGR量が大きくなるように設定し、設定した目標EGR量に基づき、前記EGR機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
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