JP6597001B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、この内燃機関の気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムに関する。

一般的に、車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関には、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を一定濃度以下に制御するために、ＥＧＲシステムが備えられる。このＥＧＲシステムは、図１に示すように、内燃機関１０の排気通路１３と吸気通路１２を接続するＥＧＲ通路１４と、このＥＧＲ通路１４に設けられるＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６等により構成されるシステム１である。このＥＧＲシステム１により、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部（ＥＧＲガス）Ｇｅを、ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させて、新気Ａと共に気筒１１ｃ内に供給することで、気筒１１ｃ内での燃焼温度を低下させ、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度を制御している。一般的に、気筒１１ｃ内での燃焼温度が低下するにつれて、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度が低減することが知られている。

これに関連して、内燃機関の負荷にかかわらず低圧ＥＧＲの流量を一定となるようにフィードフォワード制御するとともに、排気中の酸素濃度が一定となるように、高圧ＥＧＲの流量をその目標値にフィードバック制御する内燃機関の排気還流制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、発明者らは、図３に示すようなＥＧＲ制御システム４０Ｘで、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジン運転状態に基づいて算出される第１ＮＯｘ濃度目標値（基本ＮＯｘ濃度目標値）Ｎｔ１に、実際の排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度がなるように、気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御することを考えてきた。

すなわち、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度の計算値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。

より詳細に説明すると、吸気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３などの吸気系センサ群Ｓｇ１からの検出値を基に、第１制御部４１Ｘで、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃが算出される。それと共に、ＮＯｘ濃度検出値Ｎｄを基本としてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃによる算出値を補正する値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、ＮＯｘ補正部４６で、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄが入力され、このＮＯｘ濃度検出値ＮｄとＮＯｘ濃度算出値ＮｃとからＮＯｘ補正係数（補正比率）ＮＣｆ＝Ｎｄ／Ｎｃが算出される。

一方、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第１ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ１が算出され、この第１ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ１に対して、第２制御部４２で、スモークリミットを考慮して第２ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ２が算出され、更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆを乗じて、第３ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３（＝Ｎｔ２×ＮＣｆ＝Ｎｔ２×Ｎｄ／Ｎｃ）（ＮＯｘ濃度目標値）が算出される。また、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、補正比率を１として、第３ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３が算出される（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×１＝Ｎｔ２）。

この第３ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３に対して、第３制御部４３で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔが算出され、第４制御部４４でフィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａが算出される。それと共に、第５制御部４５で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１Ｘで算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂが算出される。加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとが加算されてバルブ制御量Ｃが算出される。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度が調整制御される。

そして、このＥＧＲ制御においては、このＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる第２ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ２に対する補正を、内燃機関の運転状態が定常状態の時にのみ行っている。すなわち、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行って、第３ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３を算出している（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×ＮＣｆ）。なお、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆを１として、第３ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３を算出している（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×１＝Ｎｔ２）。

上記のＥＧＲ制御によるＮＯｘ制御においては、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに対応するＮＯｘに関係するパラメータをＮＯｘ濃度（第１ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ１、第２ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ２、第３ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３）としている。

この制御と同様に、一般的には、ＮＯｘ制御では、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を基に制御しているが、実際に外気に排出されるＮＯｘとして問題にされるべきは、ＮＯｘの濃度よりもＮＯｘの排出量であるＮＯｘ質量と考えられる。このＮＯｘ質量は、ＮＯｘ濃度に排気ガス流量を乗じて得られるが、排気ガス流量は、吸気量と燃料量に関係する。この吸気量（質量）は、言い換えれば、吸気通路に設けられるターボ式過給機等の過給機による過給量に相当し、大気圧、大気温度、過給圧、過給温度等に関係する。

そのため、例えば、エンジンの過渡状態において、過給量が増加しているにもかかわらず、ＮＯｘ濃度一定で制御した場合には、ＮＯｘ濃度と排気ガス流量の掛算の結果であるＮＯｘ質量は過給量の増加に伴って増加してしまい、逆に、過給量が減少しているにもかかわらず、ＮＯｘ濃度一定で制御した場合には、ＮＯｘ質量は過給量の減少に伴って減少することになる。

そして、ＮＯｘ濃度の目標値に合わせて過給量の増減時におけるＥＧＲ弁を制御する場合には、過給量が増加した場合には排出されるＮＯｘ質量は多くなり、過給量が減少した場合には排出されるＮＯｘ質量は少なくなるので、ＮＯｘ濃度を目標にした場合には、必ずしも、全体で考えた時に、内燃機関から排出されるＮＯｘ質量を効率よく減少できているか否かの把握が難しいという問題がある。

さらに、内燃機関の過渡状態において排気ガス流量が変化しているときにＮＯｘ濃度でＥＧＲ制御すると、排気ガス流量の変化に応じて排気通路へ排出されるＮＯｘ質量が変化し、排気ガス浄化処理装置における還元剤の供給量の制御などへの影響が大きいという問題がある。特に、トラックやバスの市街地運転などにおいては、内燃機関の運転状態で過渡状態が多くなるため、この問題はＮＯｘ浄化の向上の面では重要となる。

特開２０１２−２３７２９０号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、この内燃機関の気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、特に、ＮＯｘ濃度でなくＮＯｘ質量を気筒内酸素濃度の目標値の算出に用いて、ＮＯｘ制御の制御精度を向上させることができ、また、排気ガス浄化処理装置におけるＮＯｘ処理を容易にすることができる内燃機関のＥＧＲ制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システムは、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、前記内燃機関の排気通路にＮＯｘ濃度検出装置を設けるとともに、前記内燃機関の吸気通路に吸気流量センサと吸気圧力センサと吸気温度センサを設け、前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、排気ガス中に排出されるＮＯｘ量の制御の目標値であるＮＯｘ質量目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するとともに、前記吸気流量センサの検出値、前記吸気圧力センサの検出値または前記吸気温度センサの検出値を基にＮＯｘ濃度算出値と吸気ガス流量を算出し、前記吸気ガス流量と前記内燃機関の燃料噴射装置の燃料噴射量を足し合わせて排気ガス流量を算出し、前記排気ガス流量を前記ＮＯｘ濃度算出値に乗じてＮＯｘ質量算出値を算出し、かつ、前記ＮＯｘ濃度検出装置の検出値であるＮＯｘ濃度実測値から質量換算器を介してＮＯｘ質量実測値を算出した後、前記ＮＯｘ質量算出値と前記ＮＯｘ質量実測値とからＮＯｘ補正係数を算出し、さらに、エンジン運転状態に基づいて基本ＮＯｘ質量目標値を算出し、該基本ＮＯｘ質量目標値と前記ＮＯｘ補正係数とから、前記ＮＯｘ質量目標値を算出するように構成される。

すなわち、本発明では、ＥＧＲバルブの開度の制御量（ＮＯｘ制御の制御量）を算出するための気筒内酸素濃度の目標値を算出するためのＮＯｘに関するパラメータを、先行技術のＮＯｘ濃度ではなく、ＮＯｘ質量とする。このＮＯｘ質量は、ＮＯｘ濃度に排気ガス流量（質量）等を乗じて得られるが、この排気ガス流量は、内燃機関の運転状態が過渡状態であると大きく変動する。また、過給機の製品別のバラツキや経年変化により過給圧が変化するので、この影響も受ける。

そのため、先行技術においては、ＮＯｘ濃度目標値にＥＧＲ制御を追従させているため、特に、過渡状態においては、ＮＯｘ濃度が一定でもＮＯｘ質量は増減してしまうという問題があったが、本発明では、ＮＯｘ濃度目標値ではなくＮＯｘ質量目標値にＥＧＲ制御を追従させているので、内燃機関の運転状態が過渡状態で排気ガス流量が変動しても、ＮＯｘ質量の増減を回避できる。

したがって、この構成によれば、ＥＧＲバルブの開度の制御量、即ち、ＮＯｘ制御の制御量を算出するための気筒内酸素濃度の目標値に対応するＮＯｘに関するパラメータを、従来技術のＮＯｘ濃度ではなく、ＮＯｘ質量とするので、特に、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときにおける、排出されるＮＯｘ質量を把握でき、全体として排出されるＮＯｘ質量をより精度よく把握できるようになり、気筒から排気通路へ流出するＮＯｘ排出量に対する対策を効率よく行うことができ、排出されるＮＯｘ質量の全体量を減少し易くなる。

さらに、気筒から排気通路中に排出されるＮＯｘ排出量に関して、濃度ベースから質量ベースにすることにより、排気ガス処理における還元剤の供給量などの演算で排気ガス流量の変動に対する考慮や排気ガス流量の補正を考慮する必要が無くなるので、これらの演算が簡略化されると共に、排気ガス浄化のための制御も容易となる。

また、この構成によれば、基本ＮＯｘ質量目標値の補正に用いるＮＯｘ補正係数を、ＮＯｘ濃度でなくＮＯｘ質量に換算してから算出しているので、過給量の影響及び過給量に相当する吸気量に影響する大気圧や大気温度等の影響を入れた形で、ＮＯｘ補正係数を算出できるので、基本ＮＯｘ質量目標値の補正をより精度よく行うことができる。

あるいは、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システムは、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、前記内燃機関の排気通路にＮＯｘ濃度検出装置を設けるとともに、前記内燃機関の吸気通路に吸気流量センサと吸気圧力センサと吸気温度センサを設け、前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、排気ガス中に排出されるＮＯｘ量の制御の目標値であるＮＯｘ質量目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するとともに、前記吸気流量センサの検出値、前記吸気圧力センサの検出値または前記吸気温度センサの検出値を基にＮＯｘ濃度算出値を算出し、かつ、前記ＮＯｘ濃度検出装置の検出値であるＮＯｘ濃度実測値を検出した後、前記ＮＯｘ濃度算出値と前記ＮＯｘ濃度実測値とからＮＯｘ補正係数を算出し、さらに、エンジン運転状態に基づいて基本ＮＯｘ質量目標値を算出し、該基本ＮＯｘ質量目標値と前記ＮＯｘ補正係数とから、前記ＮＯｘ質量目標値を算出するように構成される。

この構成によれば、センサから求めた実際の計測値から算出したＮＯｘ濃度算出値とＮＯｘ濃度センサから検出したＮＯｘ濃度実測値との違いをＮＯｘ質量目標値に反映できるので、気筒内酸素濃度目標値による制御精度をより向上することができ、特に、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときにおける、ＮＯｘ制御の制御精度を向上させることができる。

本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システムによれば、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、この内燃機関の気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、ＮＯｘ濃度でなくＮＯｘ質量を気筒内酸素濃度の目標値の算出に用いて、特に、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときにおける、ＮＯｘ制御の制御精度を向上させることができ、また、排気ガス浄化処理装置におけるＮＯｘ処理を容易にすることができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関におけるＥＧＲシステムの構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を模式的に示す図である。 先行技術における内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、内燃機関は、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０を備えて構成され、後述する内燃機関のＥＧＲ制御システム４０が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

図１に示すように、内燃機関（以下エンジン）１０は、ＥＧＲシステム１を備えて構成され、エンジン本体１１と吸気通路１２と排気通路１３とＥＧＲ通路１４を備えている。このＥＧＲ通路１４は、排気通路１３と吸気通路１２とを接続して設けられ、上流側より順に、エンジン冷却水を冷却媒体とするＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６が設けられている。

そして、大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、ＥＧＲ通路１４から吸気マニホールド１１ａに流入するＥＧＲガスＧｅを伴って、気筒（シリンダ）１１ｃ内の燃焼室に送られ、燃焼室にて燃料噴射装置（図示しない）より噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン１０に動力を発生させる。そして、エンジン１０で燃焼により発生した排気ガスＧが、排気マニホールド１１ｂから排気通路１３に流出するが、その一部はＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、排気浄化処理装置（図示しない）により浄化処理された後、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。

また、吸気通路１２には、吸気系センサ群Ｓｇ１を構成する、吸気流量を検出する吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）２１、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ２２及び吸気温度を検出する吸気温度センサ２３が設けられるとともに、排気通路１３には、排気系センサ群Ｓｇ２を構成する、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ２０と、排気の空気過剰率を検出する排気ラムダセンサ２４が設けられる。これらのセンサ２０〜２４の信号は、予め設定された制御時間毎に、後述する制御装置３０に送信される。

また、本発明の内燃機関のＥＧＲシステム１を制御するＥＧＲ制御システム４０のための制御装置３０が備えられる。この制御装置３０は、吸気系センサ群Ｓｇ１のセンサ２１〜２３と排気系センサ群Ｓｇ２のセンサ２０、２４より送信された信号に基づいて、予め設定された制御時間毎に、センサ２０〜２４の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータを記憶する。この制御装置３０は、通常は、エンジン１０の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれるが、独立して設けてもよい。

ここで、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。

そして、本発明では、ＥＧＲシステム１を制御する制御装置３０を、排気ガスＧ中に排出されるＮＯｘ量の制御の目標値であるＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御するように構成する。

つまり、ＥＧＲバルブ１６の開度の制御量（ＮＯｘ制御の制御量）Ｃを算出するための気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出するためのＮＯｘに関するパラメータを、先行技術のＮＯｘ濃度ではなく、ＮＯｘ質量とする。このＮＯｘ質量は、ＮＯｘ濃度に排気ガス流量（質量）等を乗じて得られるが、この排気ガス流量は、エンジン運転状態が過渡状態であると大きく変動する。また、過給機の製品別のバラツキや経年変化により過給圧が変化するので、この影響も受ける。

そのため、先行技術においては、ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３にＥＧＲ制御を追従させているため、特に、過渡状態においては、ＮＯｘ濃度が一定でもＮＯｘ質量は増減してしまうという問題があったが、本発明では、ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３ではなくＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇにＥＧＲ制御を追従させることにより、エンジン運転状態が過渡状態で排気ガス流量が変動する状況下にあっても、ＮＯｘ質量の増減を回避できる。

また、制御装置３０を、エンジン運転状態が過渡状態にあるときに、ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを予め設定されるマップデータを参照する等して、この参照されたＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出して、この気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御すると、エンジン運転状態が過渡状態であっても、排気ガスＧ中のＮＯｘ処理を安定して行うことができる。

より詳細に説明すると、第１制御部４１では、吸気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３などの吸気系センサ群Ｓｇ１からの検出値を基に、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃと気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを算出する。

この気筒内酸素濃度算出値Ｄｃの算出に際しても内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係するのは、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃであるので、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを、吸気量と酸素濃度、外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度だけで算出せずに、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度を考慮に入れて、気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを算出することが好ましい。

そして、この気筒内酸素濃度算出値Ｄｃと燃焼温度の推定値などから気筒内で発生するＮＯｘ量及び気筒内から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を算出し、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃとする。さらに、吸気に関係する吸気系センサ群Ｓｇ１の検出値から吸気ガス流量（質量）を算出し、この吸気ガス流量と燃料噴射量を足し合わせた排気ガス流量をＮＯｘ濃度算出値Ｎｃに乗じてＮＯｘ質量算出値Ｎｃｇを算出する。

それと共に、ＮＯｘ濃度センサ２０で検出される検出値を基本として算出される補正値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度実測値Ｎｄから質量換算器４８を介してＮＯｘ質量実測値Ｎｄｇを算出し、ＮＯｘ補正部４６で、ＮＯｘ質量算出値ＮｃｇとＮＯｘ質量実測値ＮｄｇとからＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇを算出する。

一方、第２制御部４２では、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第１ＮＯｘ質量目標値（基本ＮＯｘ質量目標値）Ｎｔ１ｇが算出され、この第１ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇが入力される第２制御部４２では、排気ラムダセンサ２４の検出値を入力して、この第１ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇではスモークが発生することが、予め設定してある計算式やマップデータ等から予測される場合には、スモークが発生しないようなＮＯｘ濃度を第２ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ２ｇとする。所謂スモークリミットを行う。なお、スモークが発生する可能性が無い場合は、そのまま、第１ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇを第２ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ２ｇとする。これにより第２ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ２ｇを算出する。

更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇを乗じて、第３ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇ（＝Ｎｔ２ｇ×ＮＣｆｇ＝Ｎｔ２ｇ×Ｎｄｇ／Ｎｃｇ）を算出する。一方、過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇによる補正を行わず、補正比率を１として、第３ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを算出する（Ｎｔ３ｇ＝Ｎｔ２ｇ×１＝Ｎｔ２ｇ）。つまり、この基本ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇとＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇとから、ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを算出する。

この構成によれば、第２ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ２ｇの補正に用いるＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇを、ＮＯｘ濃度でなくＮＯｘ質量に換算してから算出しているので、過給量の影響及び過給量に相当する吸気量に影響する大気圧や大気温度等の影響を入れた形で、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇを算出できるので、第２ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ２ｇの補正をより精度よく行うことができる。

また、第２制御部４２では、図３に示す先行技術と同様に、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出し、かつ、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度実測値Ｎｄを検出した後、ＮＯｘ濃度算出値ＮｃとＮＯｘ濃度実測値ＮｄとからＮＯｘ補正係数ＮＣｆ＝Ｎｄ／Ｎｃを算出し、このＮＯｘ補正係数ＮＣｆと第１ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇとから、ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを算出するように構成してもよい。この場合は、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆは、ＮＯｘ質量ベースではなくＮＯｘ濃度ベースで算出されることになる。なお、厳密には、第２ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ２ｇにＮＯｘ補正係数ＮＣｆを乗じてＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを算出する。

このＮＯｘ補正係数ＮＣｆを用いる場合は、センサから求めた実際の計測値から算出したＮＯｘ濃度算出値ＮｃとＮＯｘ濃度センサ２０から検出したＮＯｘ濃度実測値Ｎｄとの違いを第３ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに反映できるので、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔによる制御精度をより向上することができ、特に、エンジン運転状態が過渡状態であるときにおける、ＮＯｘ制御の制御精度を向上させることができる。

そして、第３制御部４３では、吸気圧力センサ２２及び吸気温度センサ２３の検出値を入力して、この第３ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに対して、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出する。第４制御部４４で、この算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに対して、フィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａを算出する。この基本制御量Ｃａの算出に際しても、内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。

なお、この第４制御部４４では、ＥＧＲバルブ１６の前後に設けた差圧センサ（図示しない）で検出したＥＧＲバルブ１６の前後圧力、ＥＧＲバルブ１６の下流のＥＧＲ通路１４に設けた温度センサ（図示しない）で検出したＥＧＲガスＧｅの温度等を用いて、より正確なＥＧＲガスＧｅの流量とＥＧＲバルブ１６の開度の関係を求めておくことが好ましい。

つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係する気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを、気筒内の排気ガス量と酸素濃度が、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と、外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と決まることを利用して、気筒内の酸素濃度の目標値である気筒内酸素濃度目標値Ｄｔから、外部ＥＧＲの酸素濃度目標値Ｄｔｏを算出し、外部ＥＧＲにおけるＥＧＲガス量Ｇｅを算出して、このＥＧＲガス量Ｇｅを供給できるＥＧＲバルブ１６の開度をプリ制御量Ｃａとする。

また、それと並行して、第５制御部４５で、第３制御部４３で第３ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに対して算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１で算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂを算出する。そして、加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとを加算してバルブ制御量Ｃを算出する。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度を調整制御する。

より理解を深めるために、図３に示す先行技術のＥＧＲ制御システム４０Ｘと比較すると、図２に示す本発明に係る実施の形態のＥＧＲ制御システム４０は、３つの相違点がある。

１点目は、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジン運転状態に基づいて算出される第１ＮＯｘ濃度目標値（基本ＮＯｘ濃度目標値）Ｎｔ１を第１ＮＯｘ質量目標値（基本ＮＯｘ質量目標値）Ｎｔ１ｇに換算することである。

２点目は、第１制御部４１内に、ＮＯｘ濃度からＮＯｘ質量への質量換算機能（図２におけるｄ／ｇ）を設け、この質量換算機能により、ＮＯｘ濃度算出値ＮｃをＮＯｘ質量算出値Ｎｃｇに換算することである。

３点目は、ＮＯｘ濃度からＮＯｘ質量への換算を行う質量換算器４８を設けて、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度実測値Ｎｄからこの質量換算器４８を介してＮＯｘ質量実測値Ｎｄｇを算出した後、ＮＯｘ質量算出値ＮｃｇとＮＯｘ質量実測値ＮｄｇとからＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇを算出する点である。

以上より、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０は、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム１を備えたエンジン１０で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システム４０において、ＥＧＲシステム１を制御する制御装置３０が、排気ガスＧ中に排出されるＮＯｘ量の制御の目標値であるＮＯｘ質量目標値Ｎｔｇ３に対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御するように構成される。

また、制御装置３０が、エンジン運転状態が過渡状態にあるときに、ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを予め設定されるマップデータを参照する等して、この参照されたＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出して、この気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御するように構成される。

また、排気通路１３にＮＯｘ濃度センサ２０を設けるとともに、エンジン１０の吸気通路１２に吸気流量センサ２１と吸気圧力センサ２２と吸気温度センサ２３を設け、制御装置３０が、吸気流量センサ２１の検出値、吸気圧力センサ２２の検出値または吸気温度センサ２３の検出値を基にＮＯｘ濃度算出値Ｎｃと吸気ガス流量を算出し、吸気ガス流量と燃料噴射装置の燃料噴射量を足し合わせて排気ガス流量を算出し、排気ガス流量をＮＯｘ濃度算出値Ｎｃに乗じてＮＯｘ質量算出値Ｎｃｇを算出し、かつ、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度実測値Ｎｄから質量換算器４８を介してＮＯｘ質量実測値Ｎｄｇを算出した後、ＮＯｘ質量算出値ＮｃｇとＮＯｘ質量実測値ＮｄｇとからＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇ（＝Ｎｄｇ／Ｎｃｇ）を算出し、さらに、エンジン運転状態に基づいて基本ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇを算出し、この基本ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇとＮＯｘ補正係数ＮＣｆｇとからＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを算出するように構成される。

あるいは、排気通路１３にＮＯｘ濃度センサ２０を設けるとともに、エンジン１０の吸気通路１２に吸気流量センサ２１と吸気圧力センサ２２と吸気温度センサ２３を設け、制御装置３０が、吸気流量センサ２１の検出値、吸気圧力センサ２２の検出値または吸気温度センサ２３の検出値を基にＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出し、かつ、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度実測値Ｎｄを検出した後、ＮＯｘ濃度算出値ＮｃとＮＯｘ濃度実測値ＮｄとからＮＯｘ補正係数ＮＣｆ（＝Ｎｄ／Ｎｃ）を算出し、さらに、エンジン運転状態に基づいて基本ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇを算出し、この基本ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ１ｇとＮＯｘ補正係数ＮＣｆとから、ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを算出するように構成される。

次に、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０における、内燃機関のＥＧＲ制御方法について説明する。この方法は、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム１を備えたエンジン１０で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御方法であり、この方法において、排気ガスＧ中に排出されるＮＯｘ量の制御の目標値であるＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御することを特徴とする。

また、エンジン運転状態が過渡状態にあるときに、ＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇを予め設定されるマップデータを参照する等して、この参照されたＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇに対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出して、この気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する。

上記の構成の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０によれば、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム１を備えたエンジン１０で、このエンジン１０の気筒内酸素濃度Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、ＮＯｘ濃度でなくＮＯｘ質量を気筒内酸素濃度の目標値Ｄｔの算出に用いて、特に、エンジン運転状態が過渡状態であるときにおける、ＮＯｘ制御の制御精度を向上させることができ、また、排気ガス浄化処理装置におけるＮＯｘ処理を容易にすることができる。

すなわち、本発明では、ＥＧＲバルブ１６の開度の制御量（ＮＯｘ制御の制御量）を算出するための気筒内酸素濃度の目標値Ｄｔを算出するためのＮＯｘに関するパラメータを、先行技術のＮＯｘ濃度ではなく、ＮＯｘ質量とする。

そのため、先行技術においては、ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３にＥＧＲ制御を追従させているため、特に、過渡状態においては、ＮＯｘ濃度が一定でもＮＯｘ質量は増減してしまうという問題があったが、本発明では、ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ３ではなくＮＯｘ質量目標値Ｎｔ３ｇにＥＧＲ制御を追従させているので、エンジン運転状態が過渡状態で排気ガス流量が変動しても、ＮＯｘ質量の増減を回避できる。

したがって、ＥＧＲバルブ１６の開度の制御量、即ち、ＮＯｘ制御の制御量を算出するための気筒内酸素濃度の目標値Ｄｔに対応するＮＯｘに関するパラメータを、従来技術のＮＯｘ濃度ではなく、ＮＯｘ質量とするので、特に、エンジン運転状態が過渡状態であるときにおける、排出されるＮＯｘ質量を把握でき、全体として排出されるＮＯｘ質量をより精度よく把握できるようになり、気筒１１ｃから排気通路１４へ流出するＮＯｘ排出量に対する対策を効率よく行うことができ、排出されるＮＯｘ質量の全体量を減少し易くなる。

さらに、気筒１１ｃから排気通路１４中に排出されるＮＯｘ排出量に関して、濃度ベースから質量ベースにすることにより、排気ガス処理における還元剤の供給量などの演算で排気ガス流量の変動に対する考慮や排気ガス流量の補正を考慮する必要が無くなるので、これらの演算が簡略化されると共に、排気ガス浄化のための制御も容易となる。

１ 内燃機関のＥＧＲシステム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド
１１ｂ 排気マニホールド
１１ｃ 気筒
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ＥＧＲ通路
１５ ＥＧＲクーラー
１６ ＥＧＲバルブ
２０ ＮＯｘ濃度センサ（ＮＯｘ濃度検出装置）
２１ 吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）
２２ 吸気圧力センサ
２３ 吸気温度センサ
２４ 排気ラムダセンサ
３０ 制御装置
４０、４０Ｘ 内燃機関のＥＧＲ制御システム
４１、４１Ｘ 第１制御部
４２ 第２制御部
４３ 第３制御部
４４ 第４制御部
４５ 第５制御部
４６ ＮＯｘ補正部
４７ 加算部
４８ 質量換算器
Ａ 新気
Ｃ ＥＧＲバルブの開度の制御量
Ｃａ ＥＧＲバルブの開度の基本制御量
Ｃｂ ＥＧＲバルブの開度の補正制御量
Ｄｔ 気筒内酸素濃度目標値
Ｄｃ 気筒内酸素濃度算出値
Ｎｔ１ 第１ＮＯｘ濃度目標値（基本ＮＯｘ濃度目標値）
Ｎｔ２ 第２ＮＯｘ濃度目標値
Ｎｔ３ 第３ＮＯｘ濃度目標値（ＮＯｘ濃度目標値）
Ｎｔ１ｇ 第１ＮＯｘ質量目標値（基本ＮＯｘ質量目標値）
Ｎｔ２ｇ 第２ＮＯｘ質量目標値
Ｎｔ３ｇ 第３ＮＯｘ質量目標値（ＮＯｘ質量目標値）
Ｎｃ ＮＯｘ濃度算出値
Ｎｃｇ ＮＯｘ質量算出値
Ｎｄ ＮＯｘ濃度検出値（ＮＯｘ濃度実測値）
Ｎｄｇ ＮＯｘ質量実測値
Ｇ、Ｇａ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
ＮＣｆ、ＮＣｆｇ ＮＯｘ補正係数
Ｓｇ１ 吸気系センサ群

Claims (2)

1. ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、
   前記内燃機関の排気通路にＮＯｘ濃度検出装置を設けるとともに、前記内燃機関の吸気通路に吸気流量センサと吸気圧力センサと吸気温度センサを設け、
   前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、
   排気ガス中に排出されるＮＯｘ量の制御の目標値であるＮＯｘ質量目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するとともに、
   前記吸気流量センサの検出値、前記吸気圧力センサの検出値または前記吸気温度センサの検出値を基にＮＯｘ濃度算出値と吸気ガス流量を算出し、前記吸気ガス流量と前記内燃機関の燃料噴射装置の燃料噴射量を足し合わせて排気ガス流量を算出し、前記排気ガス流量を前記ＮＯｘ濃度算出値に乗じてＮＯｘ質量算出値を算出し、かつ、前記ＮＯｘ濃度検出装置の検出値であるＮＯｘ濃度実測値から質量換算器を介してＮＯｘ質量実測値を算出した後、前記ＮＯｘ質量算出値と前記ＮＯｘ質量実測値とからＮＯｘ補正係数を算出し、
   さらに、エンジン運転状態に基づいて基本ＮＯｘ質量目標値を算出し、該基本ＮＯｘ質量目標値と前記ＮＯｘ補正係数とから、前記ＮＯｘ質量目標値を算出するように構成されたことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
2. ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、
   前記内燃機関の排気通路にＮＯｘ濃度検出装置を設けるとともに、前記内燃機関の吸気通路に吸気流量センサと吸気圧力センサと吸気温度センサを設け、
   前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、
   排気ガス中に排出されるＮＯｘ量の制御の目標値であるＮＯｘ質量目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するとともに、
   前記吸気流量センサの検出値、前記吸気圧力センサの検出値または前記吸気温度センサの検出値を基にＮＯｘ濃度算出値を算出し、かつ、前記ＮＯｘ濃度検出装置の検出値であるＮＯｘ濃度実測値を検出した後、前記ＮＯｘ濃度算出値と前記ＮＯｘ濃度実測値とからＮＯｘ補正係数を算出し、
   さらに、エンジン運転状態に基づいて基本ＮＯｘ質量目標値を算出し、該基本ＮＯｘ質量目標値と前記ＮＯｘ補正係数とから、前記ＮＯｘ質量目標値を算出するように構成されたことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。

Images