JP6582533B2 - Vgターボ搭載車のegrガス量制御方法及びその装置 - Google Patents

Vgターボ搭載車のegrガス量制御方法及びその装置 Download PDF

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Description

本発明は、VGターボ搭載車のEGRガス量制御方法及びその装置に係り、特に過渡期でのEGRガス量を的確に制御できるVGターボ搭載車のEGRガス量制御方法及びその装置に関するものである。
EGR(排ガス再循環;Exhaust Gas Recirculation)は、エンジンからの排ガスの一部をエンジンの吸入空気に混入させることで、NOx排出量を低減させる技術であり、排気管と吸気管をEGR管でつなぎ、排気圧力と吸気圧力の差でEGRガスを吸気管を介してエンジンに導入させるものである。EGR量の調整は、EGR管にEGRバルブを接続し、EGRバルブの開度調整することで行う。
このEGRは、時々刻々と変化するエンジンの運転状態に合わせてEGRガス量を調整することは重要であり、EGRガス量が少ないとNOx排出量が多くなり、またEGR量を必要以上に多くすると、煤の発生や失火による運転不良が生じる。
従来においては、エンジンの運転状態に合わせて、すなわちエンジン回転数と燃料噴射量に基づいてEGRバルブ開度を設定している。また、EGRガス量を多くすると吸入空気量の絶対量が不足するため、可変容量過給機(VGターボ)のVGベーンの開度を絞りブースト圧(過給圧)を上げるようにしている。
この際、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて目標ブースト圧を設定し、その目標ブースト圧と実ブースト圧の偏差に基づいて、VGベーンの開度を制御すると共に目標ブースト圧に対して設定したEGRガス量となるようにEGRバルブの開度を補正している。
特開2003−328861号公報 特開2000−073822号公報 特開2011−069305号公報 特開2012−082720号公報
しかしながら、従来では、目標ブースト圧と実ブースト圧の偏差から設定しているため、偏差が小さい場合、特に過渡期においては、EGRバルブを望ましい開度まで閉じることができていなかった。
EGRバルブの制御は、定常運転状態では、設定された開度値となる。しかし、定常状態から変化を伴う過渡状態(加速時など)では、目標ブースト圧が高くなるよう設定され、実ブースト圧を上げるべくVGベーンの開度が小さくなるよう制御するが、同時に排圧も上昇するため、EGRバルブの制御が追従せず、EGR量も同時に多くなってしまい、最適なEGRガス量とはならない問題がある。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、過渡期においても的確なEGR制御ができるVGターボ搭載車のEGRガス量制御方法及びその装置を提供することにある。
燃料噴射量とエンジン回転数とを基にEGRバルブの開度目標EGR開度又は過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御するVGターボ搭載車のEGRガス量制御方法において、エンジン回転数、燃料噴射量、アクセル開度の変化を基に定常状態か過渡状態かを判断し、定常状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を目標EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御し、過渡状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御し、前記目標EGR開度は、前記目標EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記目標EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定され、前記過渡期EGR開度は、前記過渡期EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記過渡期EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定されると共に、燃料噴射量が大の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、燃料噴射量が大の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が大きくなったときに最大となるように、かつ、燃料噴射量が中の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、燃料噴射量が中の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が小さくなったときに最大となるように設定されるVGターボ搭載車のEGRガス量制御方法を提供する。
また、燃料噴射量とエンジン回転数とを基にEGRバルブの開度目標EGR開度又は過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御するVGターボ搭載車のEGRガス量制御装置において、燃料噴射量とエンジン回転数とで決まる目標EGR開度が記録された目標EGR開度マップと、燃料噴射量とエンジン回転数とで決まる過渡期EGR開度が記録された過渡期EGR開度マップと、エンジン回転数、燃料噴射量、アクセル開度の変化を基に定常状態か過渡状態かを判断し、定常状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を前記EGR開度マップの目標EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御し、過渡状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を前記過渡期EGR開度マップの過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御するEGRバルブ制御部と、を備え、前記EGR開度マップでは、前記目標EGR開度は、前記目標EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記目標EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定され、前記過渡期EGR開度マップでは、前記過渡期EGR開度は、前記過渡期EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記過渡期EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定されると共に、燃料噴射量が大の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、前記EGR開度マップにおける燃料噴射量が大の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が大きくなったときに最大となるように、かつ、燃料噴射量が中の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、燃料噴射量が中の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が小さくなったときに最大となるように設定されるVGターボ搭載車のEGRガス量制御装置を提供する。
本発明は、過渡期のEGR制御を、過渡期EGR開度マップに基づいて制御することで、的確なEGR制御が行えるという優れた効果を発揮する。
本発明におけるVGターボ搭載車の概略を示す図である。 本発明において、燃料噴射量に対するエンジン回転数と目標ブースト圧のマップを示す図である。 本発明において、燃料噴射量に対するエンジン回転数と目標VGT開度のマップを示す図である。 本発明において、燃料噴射量に対するエンジン回転数と目標EGR開度のマップを示す図である。 本発明において、過渡期EGR開度のマップを示す図である。 本発明と従来例において、定常から過渡期に移行したときの、車速、EGRバルブ開度、過給圧、EGRガス量の経時変化を示す図である。 従来での過渡期の制御を示し、(a)は、車速変化、(b)は過給圧経時変化、(c)はEGRバルブ開度の経時変化、(d)は、EGRガス量の経時変化を示す図である。
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1は、VGターボ搭載車の概略を示したもので、エンジン10のシリンダブロック11には、シリンダー11c毎に、クランク軸12とコンロッド13を介して上下動するピストン14が設けられる。シリンダブロック11上のシリンダヘッド15には、シリンダー11c毎に燃料を噴射する燃料インジェクタ16が設けられると共に吸気弁17と排気弁18とが設けられる。
エンジン10への吸気は、VGターボ22のコンプレッサ22cで昇圧され、吸気管23からインタークーラ24を通り、吸気スロットルバルブ25で吸気量が調整され、吸気マニホールド26から吸気弁17を介してシリンダー11cに吸気される。
各シリンダー11cからの排気は、排気弁18を介して排気マニホールド27に排気された後、排気系としての排気管28を通してVGターボ22のターボ22tを駆動し、ターボ22tの下流の排気管28に設けた排気ブレーキバルブ29を通し、NOX触媒と触媒コートDPF等からなる後処理装置30にて排気中のNOXとPM(パティキュレートマター)が除去されて大気に排気される。
また排気マニホールド27の排気の一部は、EGR管31、EGRクーラ32、EGRバルブ33を介して吸気マニホールド26に再循環されるようになっている。
Gターボ22のターボ22tには、翼角度可変のVGベーン35が設けられ、そのVGベーン35の開度を調整するベーン開度調整装置36が設けられる。
このVGターボ搭載車において、ECU(エンジンコントロールユニット)20には、吸気マニホールド26の近くの吸気管23に設けたブースト圧センサ19からのブースト圧や、アクセル開度や、エンジン回転数などの運転情報21が入力され、それらに基づいて、ECU20が、燃料インジェクタ16を開閉制御して燃料噴射量を制御すると共に、VGベーン35の開度を制御してブースト圧を目標ブースト圧になるように制御し、またEGRバルブ33の開度を目標EGRガス量となるように制御するようになっている。
これを詳しく説明すると、ECU20には、EGRバルブ制御部40、VGターボ制御部41が備えられると共に目標ブースト圧マップ42、目標VGT開度マップ43、目標EGR開度マップ44が備えられる。
Gターボ制御部41は、燃料噴射量をパラメータとしたエンジン回転数に対する目標ブースト圧の関係を記憶した目標ブースト圧マップ42から、現エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて目標ブースト圧を求めると共に、燃料噴射量をパラメータとしたエンジン回転数に対する目標VGT開度の関係を記憶した目標VGT開度マップ43からVGベーン35の開度を決定し、そのVGベーン35をその決定した開度に設定すると共に、ブースト圧センサ19からの実ブースト圧と目標ブースト圧の偏差を基に、設定したVGベーン35の開度を補正するようになっている。
EGRバルブ制御部40は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて、目標EGR開度マップ44から目標EGR開度を求めて、EGRバルブ33の開度を制御する。
本発明においては、目標ブースト圧マップ42、目標VGT開度マップ43、目標EGR開度マップ44の他に過渡期EGR開度マップ45を備えることで、加速・減速時の過渡期のEGR開度を的確に行えるようにしたものである。
以下に、本発明のVGターボ搭載車のEGRガス量制御方法を説明する。
図2は、目標ブースト圧マップ42の概略を示したもので、燃料噴射量とエンジン回転数を基にした目標ブースト圧の関係を示したものである。この図2では、燃料噴射量を一定とし、燃料噴射量が大、中、小のときのエンジン回転数に対する目標ブースト圧の関係をグラフで示しているが、目標ブースト圧マップ42には、各燃料噴射量とエンジン回転数毎に目標ブースト圧が記憶されている。
図3は、目標VGT開度マップ43の概略を示したもので、燃料噴射量とエンジン回転数を基にした目標VGT開度の関係を示したものである。この図3では、燃料噴射量を一定とし、燃料噴射量が大、中、小のときのエンジン回転数に対する目標VGT開度の関係をグラフで示しているが、目標VGT開度マップ43には、各燃料噴射量とエンジン回転数毎に目標VGT開度が記憶されている。
図4は、目標EGR開度マップ44の概略を示したもので、燃料噴射量とエンジン回転数を基にした目標EGR開度の関係を示したものである。この図4では、燃料噴射量を一定とし、燃料噴射量が大、中、小のときのエンジン回転数に対する目標EGR開度の関係をグラフで示しているが、目標EGR開度マップ44には、各燃料噴射量とエンジン回転数毎に目標EGR開度が記憶されている。
図5は、過渡期EGR開度マップ45の概略を示したもので、過渡期の燃料噴射量とエンジン回転数を基にした目標EGR開度の関係を、燃料噴射量を一定とし、燃料噴射量が大、中、小のときの過渡期のエンジン回転数に対する目標EGR開度の関係をグラフで示しているが、図4と同様に、各燃料噴射量とエンジン回転数毎に目標EGR開度が記憶されている。
次に、VGターボ搭載車が定常状態で走行した場合について説明する。
Gターボ搭載車の定常状態で走行しているとき、VGターボ制御部41は、定常状態でのエンジン回転数と燃料噴射量を基に、目標ブースト圧マップ42から目標ブースト圧を求めると共に、目標VGT開度マップ43から目標VGT開度を求め、その開度となるようにVGベーン35の開度を制御する。
次に、EGRバルブ制御部40は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて、目標EGR開度マップ44から目標EGR開度を求めて、EGRバルブ33の開度を制御する。
目標VGT開度マップ43によるVGベーン35の開度制御は、過給圧・排圧一定としたときの開度であり、運転状態が変化するとブースト圧も変化するため、VGターボ制御部41は、ブースト圧センサ19から入力される実ブースト圧と目標ブースト圧との偏差を求め、その偏差を基にVGベーン35の開度を補正する。
このようにして、定常状態では、燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて、適正なVGT開度とEGR開度に設定される。
しかし、加速や減速時の過渡期においては、応答遅れがあり、VGベーン35の開度とEGRバルブ33の開度が適正に制御できない。
図7は、目標ブースト圧マップ42、目標VGT開度マップ43、目標EGR開度マップ44で、VGT開度とEGR開度を制御したときのVGベーン35の開度とEGRバルブ33の開度の変化を示したものである。
先ず、図7(a)に示すように加速で車速が急上昇したとき、燃料噴射量とエンジン回転数で求まる目標ブースト圧の変化は、図7(b)の点線cに示すように上昇するが、実際の実ブースト圧変化は、実線dのように変化する。
すなわち、ブースト圧偏差は、初期には偏差が少なく、次第に偏差δが大きくなる。
よって、EGRバルブ開度は、図7(c)に点線eで示す定常時のEGR開度変化に対して、実線fに示すEGRバルブ開度変化となり、初期には、開度変化がなく、偏差が大となってからEGRバルブ開度が変化する。
このように、EGRバルブが制御されると、図7(d)に点線gで示す定常時の目標EGRガス量変化に対して、フィードバック制御されたEGRガス量変化は実線hに示すように、フィードバック制御しないEGRガス量変化(実線i)よりは少ないものの目標EGRガス量に対して高いものとなる。
そこで、本発明では、図5の過渡期EGR開度マップ45を用いてEGRバルブを制御するようにしたものである。
この過渡期EGR開度マップ45は、図4で説明した定常時の目標EGR開度マップ44と違って、目標ブースト圧に対して過渡期でのブースト圧(過給圧)の立ち上がりの遅れによりEGRガス量が増加することを考慮し、燃料噴射量をパラメータとしてエンジン回転数に対する過渡期のEGR開度を設定したものである。
すなわち定常時によるマップの制御では、図7で説明したように、EGRバルブの開度は初期には開度制御がなされず、偏差が大きくなってから開度制御量が大となるため、過渡期には、それまでのEGRバルブ開度よりも開度が小さくなるように予め設定する。
過渡期においては、特に加速時においては、燃料噴射量が増大してエンジン回転数が増加し、それに連れて図2に示したように目標ブースト圧も上昇するため、図5の過渡期EGR開度マップ45は、ブースト圧の上昇を考慮して設定する。
すなわち、燃料噴射量が小のときのブースト圧は小さく、燃料噴射量が中、大では、ブースト圧が大であるため、燃料噴射量が小で、エンジン回転数が低いときには、燃料噴射量が、中、大に比べてEGR開度がやや大きく、エンジン回転数が増加するに従ってEGR開度が大きくなるように、また燃料噴射量が中では、図4に示した定常時よりエンジン回転数が小さくなったときにEGR開度が最大となるように、かつ、燃料噴射量が大では、図4に示した定常時よりエンジン回転数が大きくなったときにEGR開度が最大となるように過渡期EGR開度マップが設定される。
この本発明の過渡期の制御を図6により説明する。
図6は定常から過渡期に移行したときの、本発明と従来制御での、車速変化と、EGRバルブ開度変化と、過給圧変化とEGRガス量変化を示したものである。
図6において、定常から過渡期に移行して車速が上昇して過給圧が上昇するが、初期には目標過給圧と実際の過給圧の偏差が小さいため、EGR開度は、従来制御では、定常時のEGRバルブ開度のままとなり、EGRガス量は点線で示すように目標のEGRガス量に対して急激に上昇してしまう。
これに対して、本発明では、目標過給圧と実際の過給圧の偏差にかかわらず、図5に示した過渡期EGR開度マップを基に、定常時のEGR開度を、瞬時に小さく制御することで、EGRガス量を目標のEGRガス量に的確に制御することが可能となる。
また、減速時の過渡期においても、図5の過渡期EGR開度マップ45を用いて制御することで、適正なEGRガス量とすることができる。
なお、車速(エンジン回転数)が一定になり、定常状態に戻ったときには、目標EGR開度マップ44を用いてEGR開度を制御する。
10 エンジン
22 VGターボ
33 EGRバルブ
35 VGベーン
45 過渡期EGR開度マップ

Claims (2)

  1. 燃料噴射量とエンジン回転数とを基にEGRバルブの開度目標EGR開度又は過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御するVGターボ搭載車のEGRガス量制御方法において、
    エンジン回転数、燃料噴射量、アクセル開度の変化を基に定常状態か過渡状態かを判断し、
    定常状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を目標EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御し、
    過渡状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御し、
    前記目標EGR開度は、前記目標EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記目標EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定され、
    前記過渡期EGR開度は、前記過渡期EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記過渡期EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定されると共に、燃料噴射量が大の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、燃料噴射量が大の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が大きくなったときに最大となるように、かつ、燃料噴射量が中の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、燃料噴射量が中の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が小さくなったときに最大となるように設定される
    ことを特徴とするVGターボ搭載車のEGRガス量制御方法。
  2. 燃料噴射量とエンジン回転数とを基にEGRバルブの開度目標EGR開度又は過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御するVGターボ搭載車のEGRガス量制御装置において、
    燃料噴射量とエンジン回転数とで決まる目標EGR開度が記録された目標EGR開度マップと、
    燃料噴射量とエンジン回転数とで決まる過渡期EGR開度が記録された過渡期EGR開度マップと、
    エンジン回転数、燃料噴射量、アクセル開度の変化を基に定常状態か過渡状態かを判断し、定常状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を前記EGR開度マップの目標EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御し、過渡状態と判断した場合は、前記EGRバルブの開度を前記過渡期EGR開度マップの過渡期EGR開度に制御して、EGRガス量を目標EGRガス量に制御するEGRバルブ制御部と、
    を備え、
    前記EGR開度マップでは、前記目標EGR開度は、前記目標EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記目標EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定され、
    前記過渡期EGR開度マップでは、前記過渡期EGR開度は、前記過渡期EGR開度の最大値を超えるまでは、エンジン回転数が高くなるに連れて大きくなり、前記過渡期EGR開度の最大値を超えてからは、エンジン回転数が高くなるに連れて小さくなるように設定されると共に、燃料噴射量が大の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、前記EGR開度マップにおける燃料噴射量が大の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が大きくなったときに最大となるように、かつ、燃料噴射量が中の場合の前記過渡期EGR開度の最大値が、燃料噴射量が中の場合の前記目標EGR開度よりも、エンジン回転数が小さくなったときに最大となるように設定される
    ことを特徴とするVGターボ搭載車のEGRガス量制御装置。
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