KR20180039143A - 배기 재순환 제어 방법 및 배기 재순환 제어 장치 - Google Patents

Abstract

터보 과급기와, 배기 통로와 흡기 통로의 터보 과급기의 압축기보다 상류를 연통하는 배기 재순환 통로와, 배기 재순환 통로에 배치된 배기 재순환량 제어 밸브와, 흡기 통로의 신기 가스와 배기 가스의 합류부보다도 상류에 배치된 차압 생성 밸브와, 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 차압 생성 밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 구비하는 내연 기관의 배기 재순환 제어 방법에 있어서, 제어부는, 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 차압 생성 밸브의 개방도를 협조 제어하여, 내연 기관의 이상 연소를 억제하는 변화율로 배기 재순환율을 목표 배기 재순환율까지 변화시킨다.

Description

배기 재순환 제어 방법 및 배기 재순환 제어 장치

본 발명은 터보 과급기와 배기 재순환 시스템을 구비하는 내연 엔진의 배기 재순환 제어에 관한 것이다.

노킹 방지나, 펌핑 로스의 저감에 의한 연비 향상 등의 효과를 얻기 위하여, 배기 가스의 일부를 흡기 통로에 재순환시키는 배기 재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation) 장치가 알려져 있다. 그리고, JP2012-7547A에는, 터보 과급기 부착 내연 기관에 적용하는 EGR 장치로서, 터보 과급기의 압축기보다도 상류측의 흡기 통로에 배기 가스의 일부(이하, EGR 가스라고도 함)를 재순환시키는 저압 루프 EGR 장치가 개시되어 있다.

이 저압 루프 EGR 장치는, 흡기량이 적은 운전 영역에서도 흡기 통로와 배기 통로의 차압을 확보하기 위한 차압 생성 밸브를 구비한다. 그리고, 흡기량이 적은 운전 영역에서는, 차압 생성 밸브를 폐쇄측으로 제어한 상태에서, EGR 가스양을 조정하는 EGR 밸브를 개폐하는 제어가 행해진다. 즉, 차압 생성 밸브에서 차압을 생성하고, EGR 가스양은 EGR 밸브에 의해 조정하고 있다. 또한, 상기 문헌에서는, EGR율을 소정 변화량 이상으로 변화시키는 경우에는, 차압 생성 밸브 및 EGR 밸브의 작동 순서를 정하여 제어하고 있다.

그런데, EGR율이 변화하는 경우에는, 점화 타이밍도 EGR율에 따라 변경된다. 이 때 점화 타이밍은, EGR율이 현재의 EGR율로부터 새로운 목표 EGR율까지 일정한 변화율로 변화하는 것을 상정하여, 일정한 변화율로 변경되는 것이 일반적이다.

그러나, 상기 문헌과 같이 차압 생성 밸브와 EGR 밸브를 개별로 개폐 조작 하면, EGR율의 급준한 변화를 피할 수 없다. 예를 들어, EGR율을 저하시키는 경우에, 상기 문헌에서는 차압 생성 밸브를 완전 개방으로 하고 나서 EGR 밸브를 폐쇄 방향으로 제어하고 있다. 이것에 의하면, EGR율은 차압 생성 밸브를 완전 개방으로 했을 때에 급준하게 저하된다. 한편, EGR율을 상승시키는 경우에는, 상기 문헌에서는 EGR 밸브를 목표 EGR율에 따른 개방도로 제어하고 나서 차압 생성 밸브를 폐쇄 방향으로 제어하고 있다. 이에 따르면, EGR율은 차압 생성 밸브를 폐쇄 방향으로 제어했을 때에 급준하게 상승한다.

상기한 바와 같이 점화 타이밍이 일정한 변화율로 변화하는 데 반해, EGR율이 급준하게 변화하면, 실제의 EGR율에 대해 적정한 점화 타이밍으로 되지는 않고, 연소 안정성이 악화될 우려가 있다.

그래서 본 발명에서는, 연소 안정성을 악화시키지 않고 EGR율을 변화시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 터보 과급기와, 배기 통로와 흡기 통로의 터보 과급기의 압축기보다 상류를 연통하는 배기 재순환 통로와, 배기 재순환 통로에 배치된 배기 재순환량 제어 밸브와, 흡기 통로의 신기 가스와 배기 가스의 합류부보다도 상류에 배치된 차압 생성 밸브와, 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 차압 생성 밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 구비하는 내연 기관의 배기 재순환 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 배기 재순환 제어 방법에서는, 제어부는, 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 차압 생성 밸브의 개방도를 협조 제어하여, 내연 기관의 이상 연소를 억제하는 변화율로 배기 재순환율을 목표 배기 재순환율까지 변화시킨다.

도 1은 내연 기관 시스템의 개략 구성도.
도 2는 운전 영역 마다의 EGR율을 나타내는 EGR맵.
도 3은 EGR율 변화의 이력을 설명하기 위한 도면.
도 4는 제1 실시 형태의 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도.
도 5는 제1 실시 형태에서 EGR율을 저하시키는 경우의 타임차트.
도 6은 제1 실시 형태에서 EGR율을 상승시키는 경우의 타임차트.
도 7은 제2 실시 형태의 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도.
도 8은 제2 실시 형태에서 EGR율을 저하시키는 경우의 타임차트.
도 9는 제2 실시 형태에서 EGR율을 상승시키는 경우의 타임차트.
도 10은 제3 실시 형태의 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도.
도 11은 제3 실시 형태에서의 EGR 밸브의 개구 면적의 산출 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 제4 실시 형태의 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도.
도 13은 제4 실시 형태에서의 차압 생성 밸브의 개구 면적의 산출 방법을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부의 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 본 실시 형태를 적용하는 시스템의 개략 구성도이다.

내연 기관(1)의 흡기 통로(2)에는, 흡기 흐름의 상류 측으로부터 순서대로 차압 생성 밸브(12)와, 터보 과급기(4)의 압축기(4A)와, 엔진 부하를 조정하기 위한 스로틀 밸브(5)가 배치되어 있다. 차압 생성 밸브(12) 및 스로틀 밸브(5)는, 전동 모터에 의해 개폐 구동되는 밸브이며, 후술하는 컨트롤러(100)에 의해 제어된다. 도 1은, 차압 생성 밸브(12) 및 스로틀 밸브(5)로서 버터플라이 밸브를 나타내고 있지만, 다른 방식의 밸브여도 상관없다.

내연 기관(1)의 배기 통로(3)에는, 배기 흐름의 상류 측으로부터 순서대로 터보 과급기(4)의 터빈(4B)과, 배기 정화 촉매(6)가 배치되어 있다. 배기 정화 촉매(6)는, 예를 들어 3원 촉매로 한다.

내연 기관(1)은, 배기 통로(3)의 터빈(4B)보다 상류와 하류를 연통하는 바이패스 통로(7)를 구비한다. 바이패스 통로(7)에는, 바이패스 통로(7)를 개폐하는 웨이스트 게이트 밸브(8)가 배치되어 있다. 웨이스트 게이트 밸브(8)는 전동 모터에 의해 개폐 구동되는 밸브이며, 후술하는 컨트롤러(100)에 의해 제어된다. 웨이스트 게이트 밸브(8)가 밸브 개방하면, 배기의 일부가 터빈(4B)을 우회하여 흐른다. 따라서, 웨이스트 게이트 밸브(8)의 개방도를 제어함으로써, 과급압을 조정할 수 있다. 즉, 과급압이 대기압을 초과하여 스로틀 밸브(5)에서는 흡기량을 제어할 수 없는 운전 영역에서는, 웨이스트 게이트 밸브(8)로 엔진 부하를 제어하게 된다.

또한, 도 1은, 웨이스트 게이트 밸브(8)로서 스윙 밸브를 나타내고 있지만, 다른 방식의 밸브여도 상관없다.

또한, 당해 시스템은, 배기 가스의 일부를 흡기 통로(2)에 재순환시키기 위한 EGR 장치를 구비한다. 이하, 재순환시키는 배기 가스를 EGR 가스라고 한다.

EGR 장치는, 배기 정화 촉매(6)보다 하류의 배기 통로(3A)와, 압축기(4A)보다 상류의 흡기 통로(2)를 연통하는 EGR 통로(9)와, EGR 통로(9)를 개폐하는 EGR 밸브(10)와, EGR 통로(9)를 통과하는 배기 가스를 냉각하는 EGR 쿨러(11)를 포함하여 구성된다. 즉, 소위 저압 루프 EGR 장치이다. EGR 밸브(10)는 전동 모터에 의해 개폐 구동되는 밸브이며, 후술하는 컨트롤러(100)에 의해 제어된다. 도 1은, EGR 밸브(10)가 버터플라이 밸브의 경우를 나타내고 있지만, 다른 방식의 밸브여도 상관없다. EGR 쿨러(11)는 공랭식 또는 액랭식의 어느 것이어도 상관없다.

내연 기관(1)은, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍을 변경하기 위한 가변동 밸브 기구(13)를 구비한다. 가변동 밸브 기구(13)로서는, 공지된 기구를 적용하면 되며, 예를 들어 흡기 캠 샤프트의 크랭크 샤프트에 대한 회전 위상을 변경하는 기구를 사용한다.

컨트롤러(100)는, 도시되지 않은 크랭크각 센서, 액셀러레이터 개방도 센서, 흡기압 센서, 에어플로우 미터 등의 검출값에 기초하여, 연료 분사량, 연료 분사 타이밍, 점화 타이밍, EGR율 등을 설정한다. 그리고, 이들에 기초하여 컨트롤러(100)는, 차압 생성 밸브(12), 스로틀 밸브(5), EGR 밸브(10), 웨이스트 게이트 밸브(8)를 개폐 제어하거나, 가변동 밸브 기구(13)를 시켜 밸브 타이밍을 제어하거나 한다.

다음에, 배기 재순환 제어(이하, EGR 제어라고도 함)에 대해 설명한다.

도 2는, EGR 제어를 실행하는 운전 영역 및 EGR율을 나타내는 EGR맵이다. 도 2의 횡축은 엔진 회전 속도, 종축은 엔진 부하이다. EGR율은, 신기 가스에 대한 EGR 가스의 비율이다.

도면 중의 EGR 영역이 EGR 제어를 실행하는 영역이다. EGR 영역은 EGR율에 따라 E1, E2 및 E3의 3개의 영역으로 분할되어 있다. EGR율은, 저회전 속도 저부하가 될수록 높게 설정되어 있다. 예를 들어, 영역 E1이 10％, 영역 E2가 15％, 영역 E3이 20％로 한다.

영역 E3의 실선 A1-A3은, 차압 생성 밸브(12)의 등개방도선이다. 실선 A1의 개방도를 SA1, 실선 A2의 개방도를 SA2, 실선 A3의 개방도를 SA3으로 한다. 개방도의 크기는, SA1>SA2>SA3이다. 저압 루프 EGR 장치에서는, 흡기 통로(2)의 EGR 가스를 도입하는 부분이 거의 대기압이므로, EGR 밸브(10)의 흡기측과 배기측의 차압(이하, 전후 차압이라고도 함)이, 스로틀 밸브(5)보다 하류의 부압 부분에 EGR 가스를 도입하는 종래의 EGR 장치(고압 루프 EGR 장치)에 비하여 작다. 특히, 저회전 속도 저부하 영역에서는 배기 유량이 적기 때문에 배기 통로의 압력이 높아지지 않으므로, EGR 밸브(10)의 전후 차압이 작아진다. 그래서, 흡기량이 적어질수록 차압 생성 밸브(12)를 폐쇄 방향으로 크게 제어함으로써, 차압 생성 밸브(12)보다 하류의 압력을 저하시키고, EGR 밸브(10)의 전후 차압을 확보한다.

또한, 실선 A3은, 차압 생성 밸브(3)를 폐쇄측으로 제어해도 영향을 받지 않는 상한의 신기량의 등신기량선과 일치한다. 저회전 속도 저부하 영역과 같이 흡기량이 적은 영역에서는, 차압 생성 밸브(12)를 폐쇄측으로 제어해도 신기량에는 영향이 없지만, 흡기량이 많아지면 차압 생성 밸브(12)에 있어서 펌핑 로스가 발생하여, 신기량이 저감되어 버린다. 그래서, 차압 생성 밸브(12)를 폐쇄측으로 제어해도 영향이 없는 상한의 신기량을 초과하는 영역 E2, E1에서는 차압 생성 밸브(12)를 완전 개방으로 한다.

영역 E1, E2에서는, 차압 생성 밸브(12)는 완전 개방의 상태로 제어된다. 이것은, 배기 통로의 압력이 높아지고, 차압 생성 밸브(12)가 완전 개방해도 EGR 밸브(10)의 전후 차압이 충분히 발달하기 때문이다.

컨트롤러(100)는, 운전 상태로서의 엔진 회전 속도와 엔진 부하를 판독하고, 도 2의 맵을 참조함으로써 목표 EGR율 및 차압 생성 밸브(12)의 목표 개방도를 설정한다. 그리고 컨트롤러(100)는, 목표 EGR율에 기초하여 EGR 밸브(10)의 목표 개구 면적을 설정하여, 그 개구 면적이 되도록 제어한다. 엔진 회전 속도는 도시되지 않은 크랭크각 센서의 검출값으로부터 산출한다. 엔진 부하는 도시되지 않은 에어플로우 미터의 검출값으로부터 산출해도 되고, 도시되지 않은 액셀러레이터 개방도 센서의 검출값으로부터 산출해도 된다.

또한, 후술하는 EGR율이 변화하는 과도 상태를 제외하고, EGR율은 EGR 밸브(10)의 개방도에 의해 제어된다. 차압 생성 밸브(12)는, EGR율이 EGR 밸브(10)의 개방도에 따라 변화하는 환경을 만들어 내고 있는 것으로, EGR율을 직접적으로 제어하는 것은 아니다.

도 3은, 운전점이 영역 E3인 실선 A1 상으로부터 영역 E2로 변화하는 경우의 EGR율 변화의 상태를 설명하는 도면이다. 도 3의 횡축은 EGR 밸브(EGR/V)(10)의 개구 면적, 종축은 EGR율을 나타내고 있다. 또한, 도 3의 점선은, 각각 차압 생성 밸브(ADM/V)(12)의 개방도를 나타내고 있다.

운전점이 영역 E3으로부터 영역 E2로 변화하면, EGR율은 Regr3으로부터 Regr2로 변화하고, EGR/V 개구 면적은 Segr3으로부터 Segr2로 변화하여, 차압 생성 밸브(12)의 개방도는 SA1에서 완전 개방으로 변화한다.

이 때, 차압 생성 밸브(12)를 완전 개방으로 하고 나서 EGR 밸브(10)를 작동시키면, EGR율 변화의 이력은 도면 중의 L2와 같이 된다. 한편, EGR/V 개구 면적을 Segr2로 하고 나서 차압 생성 밸브(12)를 작동시키면, EGR율 변화의 이력은 도면 중의 L3과 같이 된다.

어느 이력에도, EGR율이 급준하게 저하되는 부분이 포함된다. 운전 상태가 변화한 경우에는 점화 타이밍도 변경되지만, 변화의 과도에 있어서의 점화 타이밍은, 일반적으로는 도 3 중의 점 E3으로부터 점 E2까지 일정한 변화율로 변화하는 것(도 3의 이력 L1)을 상정하여 설정된다. 따라서, 이력 L2나 이력 L3과 같이 EGR율이 급준하게 변화하는 부분이 포함되는 이력으로 변화하면, 연소 안정성이 악화될 우려가 있다. 예를 들어 이력 L2에서는 차압 생성 밸브(12)를 완전 개방으로 했을 때에 EGR율이 이력 L1보다도 급준하게 저하하여, 실제의 EGR율이 상정하고 있는 EGR율보다 낮은 상황이 생긴다. 이 상황에서, 이력 L1에 기초하여, 즉 보다 많은 EGR 가스가 도입되고 있다는 전제로 설정된 점화 타이밍에 점화하면, 노킹이 발생될 우려가 있다. 또한, 이력 L3에서는, 차압 생성 밸브(12)를 완전 개방으로 할 때까지는 이력 L1에 비하여 EGR율이 높은 상황이 생긴다. 이 상황에서 이력 L1에 기초하여 설정된 점화 타이밍에 점화하면, 상정하고 있는 EGR 가스양 보다 많은 EGR 가스가 도입되고 있기 때문에, 실화될 우려가 있다.

상기한 바와 같이 EGR율이 이력 L2, L3으로 변화하면, 연소 안정이 악화될 우려가 있다. 운전점이 영역 E2로부터 영역 E3으로 변화하는 경우도, 이것과 동일하다. 또한, 차압 생성 밸브(12)와 EGR 밸브(10)를 독립적으로 동시에 작동 개시하는 경우도, 마찬가지로 EGR율의 급준한 변화가 생긴다.

그래서 본 실시 형태에서는, 하기의 제어에 의해 EGR율을 이력 L1과 같이 변화시킨다.

도 4는, 목표 EGR율이 변화한 경우에 컨트롤러(100)가 실행하는 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이 제어 루틴은, 예를 들어 10밀리초 정도의 짧은 간격으로 반복 실행된다.

본 제어 루틴은, EGR율 변화의 이력이 상술한 L1이 되도록 차압 생성 밸브(12)와 EGR 밸브(10)를 협조 제어하는 것이다. 이하, 흐름도의 스텝에 따라 설명한다.

스텝 S100에서, 컨트롤러(100)는 EGR율 변화의 이력을 설정한다. 여기에서는, 도 3의 이력 L1과 같이, EGR율이 급준하게 변화하는 부분이 없는 이력을 설정한다.

스텝 S110에서, 컨트롤러(100)는 엔진 회전 속도 및 엔진 부하를 사용하여 도 2에 나타내는 맵을 검색함으로써, 차압 생성 밸브(12)의 목표 개방도(목표 ADM/V 개방도)를 설정한다. 이 목표 ADM/V 개방도는, 이동 후의 운전점에 있어서의 목표 개방도이다.

스텝 S120에서, 컨트롤러(100)는, 현재의 ADM/V 개방도로부터 목표 ADM/V 개방도까지의 개방도 변화율의 목표값(ADM/V 개방도 목표 변화율)을 설정한다. ADM/V 개방도 목표 변화율은, 임의로 설정하여도 상관없다. 차압 생성 밸브(12)는 펌핑 로스의 발생을 방지하기 위하여, 폐쇄측으로 크게 작동시키는 일은 없으므로, 즉시 목표값이 되는 변화율을 설정해도 상관없다.

스텝 S130에서, 컨트롤러(100)는 ADM/V 개방도 목표 변화율에 기초하여 차압 생성 밸브(12)의 작동을 개시시킨다.

스텝 S140에서, 컨트롤러(100)는, EGR 밸브(10)의 개구 면적을 설정한다. 여기에서는, 도시된 바와 같이 EGR율과 EGR 밸브(10)의 개구 면적의 관계를 설정한 테이블을, 차압 생성 밸브(12)의 개방도마다 미리 제작하여 컨트롤러(100)에 저장해 두고, EGR율 이력으로부터 정해지는 EGR율 및 차압 생성 밸브(12)의 개방도에서 테이블 참조함으로써 EGR 밸브(10)의 개방도를 설정한다. 즉, 본 스텝에서는, EGR율 이력에 따른 EGR율로 하기 위한 EGR 밸브(10)의 개구 면적을 설정한다.

스텝 S150에서, 컨트롤러(100)는, 스텝 S140에서 설정한 EGR 밸브(10)의 개구 면적을 사용하여 나타내는 테이블을 검색함으로써, EGR 밸브(10)의 개방도를 설정한다. 여기에서 사용하는 테이블은, EGR 밸브(10)의 개구 면적과 EGR 밸브(10)의 개방도의 관계를 미리 조사해서 제작하여, 컨트롤러(100)에 저장해 둔 것이다.

스텝 S160에서, 컨트롤러(100)는 스텝 S150에서 설정한 EGR 밸브(10)의 개방도에 기초하여 EGR 밸브(10)를 작동시킨다.

도 5는, 도 3과 마찬가지로 영역 E3으로부터 영역 E2로 운전점이 이동하는 과도 상태에 있어서 도 4의 제어 루틴을 실행한 경우의 타이밍 차트이다. 도면 중의 실선은 본 실시 형태의 제어 루틴을 실행한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도면 중에는, 비교예로서 차압 생성 밸브(12)와 EGR 밸브(10)를 서로 독립적으로 동시에 작동 개시시킨 경우에 대해 점선으로 나타내고 있다. 또한, 실제로는 차압 생성 밸브(12)가 작동 개시하고 나서 EGR 밸브(10)가 작동 개시되지만, 그 시간차는 극히 미미하므로, 도면 중에서는 동시에 작동 개시하는 것처럼 나타내고 있다.

타이밍 T1에서 목표로 하는 운전점이 영역 E2로 전환되면, 도시된 바와 같이 일정한 변화율로 변화하는 EGR율 이력이 설정되어, 목표 ADM/V 개방도는 완전 개방으로 설정된다(S100, S110). 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(100)는 차압 생성 밸브(12)가 타이밍 T1에서 스텝적으로 완전 개방이 되는 ADM/V 개방도 목표 변화율을 설정하고(S120), 차압 생성 밸브(12)를 작동 개시시킨다(S130).

EGR 밸브(10)의 개방도는, EGR 밸브(10)의 작동 개시 직후에 증대하고, 그 후 B2를 향하여 점차 감소한다(S140-S160). EGR 밸브(10)의 작동 개시 직후는 차압 생성 밸브(12)가 완전 개방이 됨으로써 EGR 가스가 도입되기 어려워지고 있으므로, EGR 밸브(10)를 작동 개시와 함께 B2를 향하여 작동시키면, 비교예와 같이 EGR율이 급준하게 저하되어 버린다. 이에 반해 본 실시 형태에서는, EGR 밸브(10)의 개방도를 작동 개시 직후에 증대시킴으로써 차압 생성 밸브(12)가 완전 개방이 되는 것에 의한 영향을 상쇄하므로, EGR율을 일정한 변화율로 변화시킬 수 있다.

도 6은, 도 5와는 반대로 영역 E2로부터 영역 E3으로 운전점이 이동하는 과도 상태에 있어서 도 4의 제어 루틴을 실행한 경우의 타이밍 차트이다. 도 5와 마찬가지로 실선이 본 실시 형태를 실행한 경우, 점선이 비교예를 나타내고 있다.

타이밍 T1에서 목표로 하는 운전점이 영역 E3으로 전환되면, 도시된 바와 같이 일정한 변화율로 변화하는 EGR율 이력이 설정되고, 목표 ADM/V 개방도는 SA1로 설정된다(S100, S110). 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(100)는 차압 생성 밸브(12)가 타이밍 T1에서 스텝적으로 SA1이 되는 ADM/V 개방도 목표 변화율을 설정하고(S120), 차압 생성 밸브(12)를 작동 개시시킨다(S130).

EGR 밸브(10)의 개방도는, EGR 밸브(10)의 작동 개시 직후에 감소하고, 그 후 점차 증대한다(S140-S160). EGR 밸브(10)의 작동 개시 직후는 차압 생성 밸브(12)의 개방도가 SA1이 됨으로써 EGR 가스가 도입되기 쉬워지므로, EGR 밸브(10)를 작동 개시와 함께 B1을 향하여 작동시키면, 비교예와 같이 EGR율이 급준하게 상승되어 버린다. 이에 비해 본 실시 형태에서는, EGR 밸브(10)의 개방도를 작동 개시 직후에 감소시킴으로써 차압 생성 밸브(12)의 개방도가 작아짐에 따른 영향을 상쇄하므로, EGR율을 일정한 변화율로 변화시킬 수 있다.

또한, 상술한 EGR 제어에서는, EGR율이 일정한 변화율로 변화하는 EGR율 이력을 설정했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 노킹이나 실화와 같은 내연 기관(1)의 이상 연소가 발생하지 않는 범위의 변화율이면, 도중에 변화율이 변화해도 상관없다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(제어부)(100)는, EGR 밸브(10)(배기 재순환량 제어 밸브)의 개방도와 차압 생성 밸브(12)의 개방도를 협조 제어하여, 내연 기관(1)의 이상 연소를 억제하는 변화율로 EGR율(배기 재순환율)을 목표 배기 재순환율까지 변화시킨다. 이에 의해, EGR율의 급준한 변화를 억제할 수 있으므로, 연소 안정성을 악화시키지 않고 EGR율을 변경할 수 있다.

본 실시 형태에서는, EGR율을 저하시키는 경우에, 컨트롤러(100)는 차압 생성 밸브(12)를 선행하여 개방 방향으로 구동 개시하고, EGR 밸브(10)를 구동 중인 차압 생성 밸브(12)의 개방도에 따라 폐쇄 방향으로 구동한다. 한편, EGR율을 상승시키는 경우에는, 컨트롤러(100)는, 차압 생성 밸브(12)를 선행하여 폐쇄 방향으로 구동 개시하고, EGR 밸브(10)를 구동 중인 차압 생성 밸브(12)의 개방도에 따라 개방 방향으로 구동한다. 상기한 바와 같이 차압 생성 밸브(12)를 선행하여 구동 개시하고, EGR 밸브(10)를 차압 생성 밸브(12)의 개방도에 따라 구동시키는 협조 제어를 실행함으로써, EGR율의 급준한 변화를 억제할 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태는, EGR율을 변경하는 과도 상태에 있어서, 차압 생성 밸브(12)와 EGR 밸브(10)를 협조 제어함으로써 EGR율의 급준한 변화를 억제하는 점에서는 제1 실시 형태와 동일하다. 단, 차압 생성 밸브(12)와 EGR 밸브(10)를 작동시키는 순서가 제1 실시 형태와는 상이하다. 이하, 제1 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명한다.

도 7은, 목표 EGR율이 변화한 경우에 본 실시 형태의 컨트롤러(100)가 실행하는 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이 제어 루틴은, 예를 들어 10밀리초 정도의 짧은 간격으로 반복 실행된다.

스텝 S200에서, 컨트롤러(100)는 EGR율 이력을 설정한다. 이 스텝은 도 4의 스텝 S100과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

스텝 S210에서, 컨트롤러(100)는 엔진 회전 속도 및 엔진 부하를 사용하여 도 2에 나타내는 맵을 검색함으로써, EGR 밸브(10)의 목표 개방도(목표 EGR/V 개방도)를 설정한다. 이 목표 EGR/V 개방도는, 이동 후의 운전점에서의 목표 개방도이다.

스텝 S220에서, 컨트롤러(100)는 현재의 EGR/V 개방도로부터 목표 EGR/V 개방도까지의 개방도 변화율의 목표값(EGR/V 개방도 목표 변화율)을 설정한다. EGR/V 개방도 목표 변화율은, 임의로 설정해도 상관없다.

스텝 S230에서, 컨트롤러(100)는 EGR/V 개방도 목표 변화율에 기초하여 EGR 밸브(10)의 작동을 개시시킨다.

스텝 S240에서, 컨트롤러(100)는 차압 생성 밸브(12)의 개구 면적을 설정한다. 여기에서는, 도시된 바와 같이 EGR율과 차압 생성 밸브(12)의 개구 면적(ADM/V 개구 면적)의 관계를 설정한 테이블을, EGR 밸브(10)의 개방도마다 미리 제작하여 컨트롤러(100)에 저장해 두고, EGR율 이력으로부터 정해지는 EGR율 및 EGR 밸브(10)의 개방도로 테이블 참조함으로써 차압 생성 밸브(12)의 개방도를 설정한다. 즉, 본 스텝에서는, EGR율 이력에 따른 EGR율로 하기 위한 차압 생성 밸브(12)의 개구 면적을 설정한다.

스텝 S250에서, 컨트롤러(100)는, 스텝 S240에서 설정한 차압 생성 밸브(12)의 개구 면적을 사용하여 나타내는 테이블을 검색함으로써, 차압 생성 밸브(12)의 개방도를 설정한다. 여기에서 사용하는 테이블은, 차압 생성 밸브(12)의 개구 면적과 차압 생성 밸브(12)의 개방도의 관계를 미리 조사해서 제작하여 컨트롤러(100)에 저장해 둔 것이다.

스텝 S260에서, 컨트롤러(100)는 스텝 S250에서 설정한 차압 생성 밸브(12)의 개방도에 기초하여 차압 생성 밸브(12)를 작동시킨다.

도 8은, 도 3과 동일하게 영역 E3으로부터 영역 E2에 운전점이 이동하는 과도 상태에 있어서 도 7의 제어 루틴을 실행한 경우의 타이밍 차트이다. 도면 중의 실선은 본 실시 형태의 제어 루틴을 실행한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도면 중에는, 비교예로서 차압 생성 밸브(12)와 EGR 밸브(10)를 서로 독립적으로 동시에 작동 개시시킨 경우에 대해 점선으로 나타내고 있다. 또한, 실제로는 EGR 밸브(10)가 작동 개시하고 나서 차압 생성 밸브(12)가 작동 개시하지만, 그 시간차는 극히 미미하므로, 도면 중에서는 동시에 작동 개시하는 것처럼 나타내고 있다.

타이밍 T1에서 목표로 하는 운전점이 영역 E2로 전환되면, 도시된 바와 같이 일정한 변화율로 변화하는 EGR율 이력이 설정되고, 목표 EGR/V 개방도는 B1로 설정된다(S200, S210). 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(100)는 도시된 바와 같이 EGR 밸브(10)의 개방도가 일정한 변화율로 감소하는 EGR/V 개방도 목표 변화율을 설정하고(S220), EGR 밸브(10)를 작동 개시시킨다(S230).

차압 생성 밸브(12)의 개방도는, 차압 생성 밸브(12)의 작동 개시 직후부터 완전 개방을 향하여 점차 증대한다(S240-S260). 차압 생성 밸브(12)를 작동 개시와 함께 스텝적으로 완전 개방으로 하면, 비교예와 같이 EGR율이 급준하게 저하되어 버린다. 이에 비해 본 실시 형태에서는, 차압 생성 밸브(12)의 개방도를 점차 증대시키므로 EGR율의 급준한 변화를 억제할 수 있다.

도 9는, 도 8과는 반대로 영역 E2로부터 영역 E3에 운전점이 이동하는 과도 상태에 있어서 도 7의 제어 루틴을 실행한 경우의 타이밍 차트이다. 도 8과 마찬가지로 실선이 본 실시 형태를 실행한 경우를, 그리고 점선이 비교예를 나타내고 있다.

타이밍 T1에서 목표로 하는 운전점이 영역 E3으로 전환되면, 도시된 바와 같이 일정한 변화율로 변화하는 EGR율 이력이 설정되고, 목표 EGR/V 개방도는 B2로 설정된다(S200, S210). 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(100)는 도시된 바와 같이 EGR 밸브(10)의 개방도가 일정한 변화율로 증대한 EGR/V 개방도 목표 변화율을 설정하고(S220), EGR 밸브(10)를 작동 개시시킨다(S230).

차압 생성 밸브(12)의 개방도는, 차압 생성 밸브(12)의 작동 개시 직후부터SA1을 향하여 점차 감소한다(S240-S260). 차압 생성 밸브(12)를 작동 개시와 함께 스텝적으로 SA1로 하면, 비교예와 같이 EGR율이 급준하게 상승되어 버린다. 이에 비해 본 실시 형태에서는, 차압 생성 밸브(12)의 개방도를 점차 감소시키므로 EGR율의 급준한 변화를 억제할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, EGR율을 저하시키는 경우에, 컨트롤러(100)는, EGR 밸브(10)를 선행하여 폐쇄 방향으로 구동 개시하고, 차압 생성 밸브(12)를 구동 중인 EGR 밸브(10)의 개방도에 따라 개방 방향으로 구동한다. 한편, EGR율을 상승시키는 경우에는, 컨트롤러(100)는 EGR 밸브(10)를 선행하여 개방 방향으로 구동 개시하고, 차압 생성 밸브(12)를 구동 중인 EGR 밸브(10)의 개방도를 따라 폐쇄 방향으로 구동한다. 상기한 바와 같이 EGR 밸브(10)를 선행하여 구동 개시하고, 차압 생성 밸브(12)를 EGR 밸브(10)의 개방도에 따라 구동시키는 협조 제어를 실행함으로써, EGR율의 급준한 변화를 억제할 수 있다.

(제3 실시 형태)

본 실시 형태는, 기본적으로는 제1 실시 형태와 동일하지만, EGR 제어 루틴의 일부가 상이하다. 이하, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명한다.

도 10은, 목표 EGR율이 변화한 경우에 본 실시 형태의 컨트롤러(100)가 실행하는 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이 제어 루틴은, 예를 들어 10밀리초 정도의 짧은 간격으로 반복 실행된다.

스텝 S300 내지 S330, S350 내지 S360은 도 4의 스텝 S100 내지 S130, S150 내지 S160과 동일하므로 설명을 생략한다.

스텝 S340에서, 컨트롤러(100)는 EGR 밸브(10)의 개구 면적(EGR/V 개구 면적)을 식(1)에 의해 산출하여, 설정한다.

EGR/V 개구 면적=기본 EGR/V 개구 면적×f(ADM/V 개구 면적)... (1)

식(1)의 기본 EGR/V 개구 면적은, 차압 생성 밸브(12)를 임의의 소정 개방도로 가정한 경우의 EGR/V 개구 면적과 EGR율의 관계로부터 구해지는 EGR/V 개구 면적이다. 식(1)의 f(ADM/V 개구 면적)는, 기본 EGR/V 개구 면적을 차압 생성 밸브(12)의 개방도에 따라 보정하기 위한 보정항이다. 본 스텝의 처리에 대해 도 11을 참조하여 설명한다.

도 11은, 도 3과 마찬가지로 운전점이 영역 E3의 실선 A1 상에서 영역 E2로 변화하는 경우의 EGR율의 변화의 모습을 설명하는 도면이다. 여기에서는, 차압 생성 밸브(12)의 소정 개방도를 완전 개방으로 가정한 경우의 EGR/V 개구 면적을 기본 EGR/V 개구 면적으로 한다. 즉, EGR/V 개구 면적과 EGR율의 관계는, 도면 중에 실선으로 나타낸 차압 생성 밸브(12)가 완전 개방일 때의 직선 A1이다.

예를 들어, EGR율 변화의 이력 L1과 차압 생성 밸브(12)의 개방도 SA4로부터 구해지는 EGR율이 Regr4인 경우에는, 기본 EGR/V 개구 면적은 Segr4'가 된다. 이 때, 실제의 차압 생성 밸브(12)의 개방도는 SA4이므로, EGR율과 EGR/V 개구 면적의 관계는 실선 A2가 되어야 한다. 그래서, 상술한 보정항에서 기본 EGR/V 개구 면적을 실선 A1과 실선 A2의 기울기의 차이에 따라 보정하여, EGR/V 개구 면적 Segr4를 얻는다.

또한, 기본 EGR/V 개구 면적을 설정할 때의 차압 생성 밸브(12)의 소정 개방도는, 완전 개방이 아니어도 된다.

상기한 바와 같이 EGR/V 개구 면적을 산출해도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

(제4 실시 형태)

본 실시 형태는, 기본적으로는 제2 실시 형태와 동일하지만, EGR 제어 루틴의 일부가 상이하다. 이하, 제2 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명한다.

도 12는, 목표 EGR율이 변화한 경우에 본 실시 형태의 컨트롤러(100)가 실행하는 EGR 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이 제어 루틴은, 예를 들어 10밀리초 정도의 짧은 간격으로 반복 실행된다.

스텝 S400 내지 S430, S450 내지 S460은 도 7의 스텝 S200 내지 S230, S250 내지 S260과 동일하므로 설명을 생략한다.

스텝 S440에서, 컨트롤러(100)는 차압 생성 밸브(12)의 개구 면적(ADM/V 개구 면적)을 식(2)에 의해 산출하여, 설정한다.

ADM/V 개구 면적=기본 ADM/V 개구 면적×f(EGR/V 개구 면적)... (2)

식(2)의 기본 ADM/V 개구 면적은, EGR 밸브(10)를 임의의 소정 개방도로 가정한 경우의 ADM/V 개구 면적과 EGR율의 관계로부터 구해지는 ADM/V 개구 면적이다. 식(2)의 f(EGR/V 개구 면적)는, 기본 ADM/V 개구 면적을 EGR 밸브(10)의 개방도에 따라 보정하기 위한 보정항이다. 본 스텝의 처리에 대해 도 13을 참조하여 설명한다.

도 13은, 도 3과 동일하게 운전점이 영역 E3의 실선 A1 상에서 영역 E2로 변화하는 경우의 EGR율의 변화의 모습을 설명하는 도면이다. 여기에서는, EGR 밸브(10)의 소정 개방도를 Segr1로 가정한 경우의 ADM/V 개구 면적을 기본 ADM/V 개구 면적으로 한다. 즉, ADM/V 개구 면적과 EGR율의 관계는, 도면 중에 실선으로 나타낸 EGR 밸브(10)의 개방도가 Segr1인 때의 직선 B1이다.

예를 들어, EGR율 변화의 이력 L1과 EGR 밸브(10)의 개방도 Segr4로부터 구해지는 EGR율이 Regr4인 경우에는, 기본 ADM/V 개구 면적은 Sadm4'가 된다. 이 때, 실제의 EGR 밸브(10)의 개방도는 Segr4이므로, EGR율과 ADM/V 개구 면적의 관계는 실선 B2가 되어야 한다. 그래서, 상술한 보정항에서 기본 ADM/V 개구 면적을 실선 B1과 실선 B2의 기울기의 차이에 따라 보정하여, ADM/V 개구 면적 Segr4를 얻는다. 또한, 기본 ADM/V 개구 면적을 설정할 때의 EGR 밸브(10)의 소정 개방도는 임의로 설정해도 된다.

상기한 바와 같이 ADM/V 개구 면적을 산출해도, 제2 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 컨트롤러(100)가 스로틀 밸브(5)와 웨이스트 게이트 밸브(8)를 사용하여 엔진 부하를 조정하는 구성으로 되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가변동 밸브 기구(13)가 밸브 리프트양과 밸브 타이밍을 가변하도록 제어할 수 있는 구성이면, 가변동 밸브 기구(13)를 사용하여 엔진 부하를 조정해도 된다. 밸브 리프트양과 밸브 타이밍을 가변 제어할 수 있는 구성에 대해서는 공지이므로 설명을 생략한다.

스로틀 밸브(5), 웨이스트 게이트 밸브(8) 또는 가변동 밸브 기구(13)로 엔진 부하를 조정하므로, 차압 생성 밸브(12) 및 EGR 밸브(10)의 개방도를 변경해도 엔진 부하에 대한 영향은 없다. 따라서, 상술한 각 실시 형태의 EGR 제어 루틴의 실시에 의해 가속 성능 등이 저하되지는 않는다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않으며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적인 구성에 한정하는 취지는 아니다.

Claims (10)

1. 터보 과급기와,
   배기 통로와 흡기 통로의 상기 터보 과급기의 압축기보다 상류를 연통하는 배기 재순환 통로와,
   상기 배기 재순환 통로에 배치된 배기 재순환량 제어 밸브와,
   상기 흡기 통로의 신기 가스와 배기 가스의 합류부보다도 상류에 배치된 차압 생성 밸브와,
   상기 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 상기 차압 생성 밸브의 개방도를 제어하는 제어부
   를 구비하는 내연 기관의 배기 재순환 제어 방법에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 상기 차압 생성 밸브의 개방도를 협조 제어하여, 상기 내연 기관의 이상 연소를 억제하는 변화율로 배기 재순환율을 목표 배기 재순환율까지 변화시키는 배기 재순환 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 협조 제어로서,
   상기 목표 배기 재순환율에 기초하여 상기 배기 재순환량 제어 밸브 또는 상기 차압 생성 밸브 중 어느 한쪽의 밸브를 선행하여 구동 개시하고,
   다른 쪽 밸브를 구동 중인 상기 한쪽 밸브의 개방도에 따라 구동하는 배기 재순환 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   배기 재순환율을 저하시키는 경우에, 상기 제어부는,
   상기 차압 생성 밸브를 선행하여 개방 방향으로 구동 개시하고,
   상기 배기 재순환량 제어 밸브를 구동 중인 상기 차압 생성 밸브의 개방도에 따라 폐쇄 방향으로 구동하는 배기 재순환 제어 방법.
4. 제2항에 있어서,
   배기 재순환율을 저하시키는 경우에, 상기 제어부는,
   상기 배기 재순환량 제어 밸브를 선행하여 폐쇄 방향으로 구동 개시하고,
   상기 차압 생성 밸브를 구동 중인 상기 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도에 따라 개방 방향으로 구동하는 배기 재순환 제어 방법.
5. 제2항에 있어서,
   배기 재순환율을 상승시키는 경우에, 상기 제어부는,
   상기 차압 생성 밸브를 선행하여 폐쇄 방향으로 구동 개시하고,
   상기 배기 재순환량 제어 밸브를 구동 중인 상기 차압 생성 밸브의 개방도에 따라 개방 방향으로 구동하는 배기 재순환 제어 방법.
6. 제2항에 있어서,
   배기 재순환율을 상승시키는 경우에, 상기 제어부는,
   상기 배기 재순환량 제어 밸브를 선행하여 개방 방향으로 구동 개시하고,
   상기 차압 생성 밸브를 구동 중인 상기 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도에 따라 폐쇄 방향으로 구동하는 배기 재순환 제어 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내연 기관은, 상기 흡기 통로의 상기 차압 생성 밸브보다 하류에 배치한 스로틀 밸브를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 스로틀 밸브의 개방도를 제어함으로써, 상기 내연 기관의 부하를 조정하는 배기 재순환 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 내연 기관은, 상기 터보 과급기의 터빈을 우회하는 바이패스 통로를 개폐하는 웨이스트 게이트 밸브를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 제어함으로써 상기 내연 기관의 부하를 조정하는 배기 재순환 제어 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 내연 기관은, 밸브 타이밍을 변경하는 가변동 밸브 기구를 구비하고,
   상기 제어부는, 가변동 밸브 기구를 제어함으로써 상기 내연 기관의 부하를 조정하는 배기 재순환 제어 방법.
10. 터보 과급기와,
    배기 통로와 흡기 통로의 상기 터보 과급기의 압축기보다 상류를 연통하는 배기 재순환 통로와,
    상기 배기 재순환 통로에 배치된 배기 재순환량 제어 밸브와,
    상기 흡기 통로의 신기 가스와 배기 가스의 합류부보다도 상류에 배치된 차압 생성 밸브와,
    상기 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 상기 차압 생성 밸브의 개방도를 제어하는 제어부
    를 구비하는 내연 기관의 배기 재순환 제어 장치에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배기 재순환량 제어 밸브의 개방도와 상기 차압 생성 밸브의 개방도를 협조 제어하여, 상기 내연 기관의 이상 연소를 억제하는 변화율로 배기 재순환율을 목표 배기 재순환율까지 변화시키는 배기 재순환 제어 장치.

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