WO2005040592A1

WO2005040592A1 - 内燃機関の排気ガス還流装置

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Publication number: WO2005040592A1
Application number: PCT/JP2003/013529
Authority: WO
Inventors: Teruhiko Minegishi; Yasuyuki Nakano
Original assignee: Hitachi, Ltd.; Hitachi Car Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2005-05-06
Also published as: JPWO2005040592A1; US7290528B2; JP4197336B2; EP1681455A1; AU2003284393A1; CN1839255B; CN1839255A; US20070119434A1

Abstract

本発明の目的は、内燃機関の排気ガス還流流量制御の応答速度及び精度の向上した排気ガス還流装置を提供することにある。還流ガス制御弁(16)は、内燃機関(7)の排気ガス還流通路(13a,13b)の還流流量を制御する。吸気制御弁(5)は、内燃機関(7)の吸気通路(4)の流量制御する。吸気量検知器(2)は、吸気通路(4)の流量を検出する。還流量検知器(15)は、排気ガス還流通路(13)の排気ガス還流流量を検出する。排気ガス環流コントローラ20は、吸気流量検知器(2)と還流流量検知器(15)の出力に基いて求められた排気ガス還流率が目標の環流率となるように、吸気制御弁(5)及び/または還流ガス制御弁(16)をフィードバック制御する。

Description

明細書内燃機関の排気ガス還流装置技術分野

本発明は、内燃機関の排気ガス還流装置に関する。背景技術

ディーゼルエンジンのような内燃機関においては、排気ガス浄化，特に、窒素酸化物の排出削減のためには、該排気ガス還流制御が重要となる。従来の排気ガス環流装置としては、例えば、特開 2 0 0 3— 8 3 0 3 4号公報，特許第 3 3 2 9 7 1 1号公報，特表' 2 0 0 3— 5 1 6 4 9 6号公報に記載されているように、所定の排気ガス還流率となるように、排気ガス環流弁の開度を制御していた。発明の開示

しかしながら、排気ガス環流弁の開度を制御する従来の方式では、内燃機関の運転領域全て，特に、過渡的な運転条件変化に対して、排気ガス中の有害物質低減のため、排気ガス還流率 ¾急変する必要が生じた場合、適正な制御を行うことが困難であるという問題があつた。

本発明の目的は、内燃機関の排気ガス還流流量制御の応答速度及び精度の向上した排気ガス還流装置を提供することにある。

( 1 ) 上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気ガス還流通路の還流流量を制御する還流ガス制御弁と、内燃機関の吸気通路の流量制御する吸気制御弁とを備えた内燃機関の排気ガス還流装置であって、前記吸気通路の流量を検出する吸気量検知器と、前記排気ガス還流通路の排気ガス還流流量を検出する還流量検知器と、前記吸気流量検知器と前記還流流量検知器の出力に基いて求められた排気ガス環流率が目標の環流率となるように、前記吸気制御弁及び/または前記還流ガス制御弁をフィードバック制御する制御手段を備えるようにしたものである。かかる構成により、内燃機関の排気ガス還流流量制御の応答速度及び精度を向上し得るものとなる。

( 2 ) 上記（1 ) において、好ましくは、前記制御手段は、前記環流率の目標値が急激に変化した場合には、前記吸気制御弁及び前記還流ガス制御弁の内、応答性の早い方の弁をフィ一ドバック制御するようにしたものである。

( 3 ) 上記 ( 1 ) において、好ましくは、前記還流ガス制御弁開度と、前記吸気制御弁開度と、前記環流率との組合せ状態によつて定義される 3次元マップを複数個備え、前記制御手段は、内燃機関の運転状態に応じた前記 3次元マップを選択し、前記吸気流量検知器と前記還流流量検知器の出力に基いて求められた排気ガス環流率が目標の環流率となるように、前記吸気制御弁及び Zまたは前記還流ガス制御弁を 1御するようにしたものである。

( 4 ) 上記（2 ) において、好ましくは、前記制御手段は、前記環流率の目標値が急激に変化した場合には、前記吸気制御弁及び前記還流ガス制御弁の内、応答性の早い方の弁を制御するようにしたものである。

( 5 ) 上記（1 ) において、好ましくは、前記排気ガス還流量検知器は、前記排気ガス還流通路の少なくとも 2地点以上の圧力差を基に環流量を検出する検知器若しくは前記排気ガス還流通路の質量流量を検出する検知器であり、前記吸気量検知器は、前記吸気通路の少なくとも 2地点以上の圧力差を基に吸気量を検出する検知器若しくは前記吸気通路の質量流量を検出する検知器としたものである。

( 6 ) 上記（1 ) において、好ましくは、前記吸気制御弁が、電子制御方式のスロットルァクチユエ一夕としたものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置を用いたェンジンシステムの構成について説明する。

図 2は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の制御系のブロック図である。

図 3は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容を示すフローチャートである。図 4は、本発明の一実施开態による内燃機関の排気ガス還流装置において、ェンジンの吸気側の吸気流量讳御弁から排気側の夕一ポチヤージャーのタービンまでをモデル化した図である。

図 5は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる還流ガス流量検出器の第 1の構成を示す部分断面図である。

図 6は、本発明の一実施开態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる還流ガス流量検出器の第 2の構成を示す部分断面図である。

図 7は、本発明の一実施开態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる吸気流量制御弁の駆動方式の違による特性を示す図である。

図 8は、本発明の一実施开態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる吸気流量制御弁の駆動方式の違^による特性を示す図である。

図 9は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の制御系のブロック図である。

図 1 0は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いるマップの構成図である。

図 1 1は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容を示すフローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

以下、図 1〜図 8を用いて、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の構成及び動作につて説明する。

最初に、図 1を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置を用いたエンジンシステムの構成こついて説明する。ここでは、ディーゼルエンジンの構成を例として説明する。

図 1は、本発明の一実施幵態による内燃機関の排気ガス還流装置を用いたェンジンシステムの構成について説明する。

エンジンに吸入される空気は、エアクリーナ 1において吸気中の塵を除去される。そして、吸気流量検出器 2によって、吸気流量 G 1が検出される。検出された吸気流量 G 1の信号は、エンジンコント口一ルユニット（E C U) 2 1及び排気ガス環流コントローラ（E G RC0NT) 2 0に入力する。吸気は、夕一ポチヤージャーのコンプレッサ 3にて加圧され、吸気管 4を通過し、吸気流量制御弁 5で流量若しくは圧力が制御される。吸気は、さらに、吸気マ二ホールド 6に流入し、エンジン 7の各気筒に分配される。

吸気流量制御弁 5の開度は、排気ガス環流コントローラ 2 0から出力される吸気流量制御信号 CTHによって制御される。吸気流量制御弁 5は、例えば、バタフライ式の弁であり、ノタフライ弁の開度信号が検出され、開度信号として、排気ガス環流コントローラ 2 0に取り込まれる。

エンジン 7に設けられた燃料噴射弁 1 9からは、エンジン 7のシリンダに燃焼用燃料が供給される。燃料噴射弁 1 9への燃料供給は、燃料配管 1 8を介して燃料ポンプ 1 7が行われる。また、燃料噴射弁 1 9の噴射量は、 E C U 2 1によつて制御され、 E C U 2 1は、燃料噴射量信号 F INJを燃料噴射弁 1 9に供給する。エンジン 7で燃焼力 S終了した排気は、排気マ二ホールド 8により集合され、タ —ポチヤージャーの夕一ビン 9を通過した後、触媒 1 0 , 排気管 1 1を通って大気中に排気される。排気マ二ホールド 8には分岐部 1 2が設けられており、ェンジン 7からの排気ガスの一部が分岐される。分岐された排気ガスは、還流ガスとして、還流管 1 3 aで導かれる。環流管 1 3 aには、還流ガス冷却器 1 4が設けられている。還流ガス冷却器 1 4によって冷却された還流ガスは、還流管 1 3 b，還流ガス制御弁 1 6を通過し、吸気マ二ホールド 6に還流する。

還流ガス制御弁 1 6の開度は、排気ガス環流コントローラ 2 0から出力される環流ガス制御弁 1 6の開度制御信号 CEGによって制御される。環流ガス制御弁 1 6は、例えば、シートバルブ式の弁であり、シートバルブのストローク量が検出され、ストローク信号 S TEGとして、排気ガス環流コントローラ 2 0に取り込まれる。環流ガス制御弁 1 6として、例えば、バタフライ式の弁を用いる場合には、バタフライ弁の開度信号が、排気ガス環流コントローラ 2 0に取り込まれる。還流管 1 3 bには、還流ガス流量検出器 1 5が設けられており還流管内部を流れる還流ガス流量 G 2を測定する。測定された環流ガス流量 G 2は、排気ガス環流コント口一ラ 2 0に入力する。なお、還流ガス冷却器 1 4は、還流ガスの温度を下げるため設けられているが、省略することも可能である。 E C U 2 1には、エンジン 7の回転数信号 NEや、吸気流量検出器 2からの吸気流量信号 G 1等のほか図示されないエンジンや車両の状態を示す信号が入力する。 E C U 2 1は、これらの信号に基づいて演算等を行い、各種デバイスへ制御指令値として各種デバイスに送る。 E C U 2 1は、エンジン 7の回転数信号 NEや吸気流量信号 G 1等の信号に基づいてエンジン 7の運転状態を判定する。 E C U 2 1 は、この運転状態に応じて、還流ガス還流率指令値 RSETを排気ガス環流コント口ーラ 2 0に出力する。

排気ガス環流コントローラ 2 0は、吸気流量 G 1と環流ガス流量 G 2とからお気ガスの環流率 Rを求める。そして、排気ガス環流コントローラ 2 0は、求められた環流率 Rが還流ガス還流率指令値 R SETと一致するように、吸気流量制御弁 5 および Zまたは還流ガス制御弁 1 6の開度をフィードバック制御する。すなわち、本実施形態では、お気ガスの環流量が目標値となるように、還流ガス制御弁 1 6 だけなく、吸気流量制御弁 5をも制御する点に特徴がある。

次に、図 2及び図 3を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容について説明する。

図 2は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の制御系のブロック図である。図 3は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容を示すフローチャートである。なお、図 1と同一符号は、同一部分を示している。

図 2に示すように、排気ガス環流コント口一ラ 2 0には、 E C U 2 1が出力する還流ガス還流率指令値 RSET, 吸気流量検出器 2によって検出された吸気流量信号 G 1及び還流ガス流量検出器 1 5によって検出された還流ガス流量 G 2が入力する。排気ガス環流コントローラ 2 0は、排気ガスの環流率 Rが目標値 RSETとなるように、還流ガス制御弁 1 6に開度制御信号 CEGを出力し、吸気流量制御弁 5 に吸気流量制御信号 CTHを出力し、これらの弁 1 6， 5を制御する。なお、排気ガス環流コントローラ 2 0は、排気ガスの環流率 Rを、吸気流量信号 G 1及び還流ガス流量 G 2から、（G 2 Z (G 1 + G 2 ) ) として算出する。

なお、以下の説明において、吸気流量制御弁 5の応答性が、還流ガス制御弁 1 6の応答性よりも早いものとする。具体的には、吸気流量制御弁 5は、例えば、ポア径が 5 0 φのバタフライ弁とし、還流ガス制御弁 1 6が、例えば、シート径が 3 0 ψのシート弁とすると、このとき、吸気流量制御弁 5の応答性が、還流ガス制御弁 1 6の応答性よりも早いものとなる。

次に、図 3を用いて、排気ガス環流コントローラの制御内容について説明する。なお、以下の制御内容 W：、全て排気ガス環流コントローラ 2 0によって実行される。

図 3のステップ s 1 Ο 0において、排気ガス環流コントローラ 2 0は、吸気流量信号 G 1及び還流ガス流量 G 2から、排気ガスの環流率 Rを、（G 2 Z ( G 1 + G 2 ) ) として算出する。

次に、ステップ s 1 1 0において、 E C U 2 1から入力した排気ガスの環流率 Rの目標値 RSETの変化分△ R SETが、予め設定されている基準値 Δ R0よりも大きいか否かを判定する。変化分 A RSETが、基準値 A R Oよりも大きい場合には、ステツプ s 1 2 0に進み、そうでない場合にはステップ s 1 5 0に進む。すなわち、ステップ s 1 1 0では、排気ガスの環流率 Rの目標値 R SETが大きく変化したか否かを判定する。内燃機関の過渡的な運転条件変化があり、排気ガス中の有害物質低減のため、排気ガス還流率を急変する必要が生じたか否かを判定する。

変化分 A RSETが基準値 A R Oよりも大きい場合，すなわち、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、ステップ s 1 2 0において、ステップ s 1 1 0 で算出された排気ガスの環流率 Rが、排気ガスの環流率 Rの目標値 R SETと等しいか否かを判定する。

環流率 Rが目標値 RSETより大きい場合には、ステップ s 1 3 0において、吸気流量制御弁 5に出力する開度制御信号 C THを減少させ、吸気流量制御弁 5の開度が小さくなるように制御する。そして、ステップ s 1 2 0に戻り、環流率 Rが目標値 RSETに等しくなるまで繰り返される。

一方、環流率 Rが目標値 R SETより小さい場合には、ステップ s 1 4 0において、吸気流量制御弁 5に出力する開度制御信号 C THを増加させ、吸気流量制御弁 5の開度が大きくなるように制御する。そして、ステップ s 1 2 0に戻り、環流率 R が目標値 RSETに等しくなるまで繰り返される。

以上のように、ステップ s 1 2 0， s 1 3 0 , 1 4 0の処理を繰り返すことにより、環流率 Rが目標値 RSETに等しくなるまでフィードバック制御される。このとき、吸気流量制御弁 5の応答性が、還流ガス制御弁 1 6の応答性よりも早いものとしているので、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、速やかに排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。

一方、ステップ s 1 1 0の判定で、変化分 A RSETが基準値 A R0以下と判定された場合，すなわち、排気ガス還流率の変化がそれほど大きくない場合には、ステツプ s 1 5 0において、ステップ s 1 1 0で算出された排気ガスの環流率 Rが、排気ガスの環流率 Rの目標値 R SETと等しいか否かを判定する。

環流率 Rが目標値 RSETより大きい場合には、ステップ s 1 6 0において、還流ガス制御弁 1 6に出力する開度制御信号 CEGを減少させ、還流ガス制御弁 1 6の開度が/ J、さくなるように制御する。そして、ステップ s 1 5 0に戻り、環流率 R が目標値 R SETに等しくなるまで繰り返される。

一方、環流率 Rが目標値 RSETより小さい場合には、ステップ s 1 7 0において、還流ガス制御弁 1 6に出力する開度制御信号 CEGを増加させ、還流ガス制御弁 1 6の開度が大きくなるように制御する。そして、ステップ s 1 5 0に戻り、環流率 Rが目標値 RSETに等しくなるまで繰り返される。

以上のように、ステップ s 1 5 0， s 1 6 0 , 1 7 0の処理を繰り返すことにより、環流率 Rが目標値 RSETに等しくなるまでフィードバック制御される。このとき、還流ガス制御弁 1 6の応答性は、吸気流量制御弁 5の応答性よりも遅いものであるということは、より微妙な開度制御が可能であり、正確に、排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。

なお、以上の説明では、吸気流量制御弁 5の応答性が、還流ガス制御弁 1 6の応答性よりも早いものとしたが、逆に、還流ガス制御弁 1 6の応答性が、吸気流量制御弁 5の応答性よりも早い場合もある。具体的には、吸気流量制御弁 5は、例えば、ポア径が 3 0 φのバタフライ弁とし、還流ガス制御弁 1 6が、例えば、シート径が 5 0 φのシート弁とすると、このとき、還流ガス制御弁 1 6の応答性が、吸気流量制御弁 5の応答性よりも早いものとなる。このような場合には、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、応答性の早い還流ガス制御弁 1 6を制御し、急変が不要の場合には、応答性の遅い吸気流量制御弁 5を制御して制御精度が向上するようにする。

以上のようにして、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、応答性の早い方の制御弁を制御することにより、急激な変化にも対応でき、一方、急変が不要な場合には、応答性の遅い方の制御弁を制御することにより、制御精度を向上することができる。

次に、図 4を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラのフィ一ドバック制御方法について説明する。

図 4は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置において、ェンジン 7の吸気俱 ijの吸気流量制御弁 5から排気側の夕一ポチヤ一ジャーの夕一ビン 9までをモデノレ化した図である。なお、図 1と同一符号は、同一部分を示している。

図 4において、吸気流量制御弁 5を通過する流量と圧力をそれぞれ Gl， piとし、タ一ポチヤ一ジャーのタービン 9を通過する流量と圧力をそれぞれ G3, p3とし、還流ガス制御弁 1 6においてエンジン 7を基準にしてエンジン 7の排気側である還流管 13 aを通過する流量と圧力をそれぞれ G 2, p2とすると、この系の関係は、以下の式（1) ，式（2) ，式（3) の連立方程式で表わすことができる。

Gl+G2=G3=f3(ne, τ?ν,ρ2) … (1)

Gl-fl ( 1 , p 2 , ζ) … (2)

G2=f2 (ρ 2 , ρ 3 , ζ ' ) … （3) ここで、 ne ：エンジン回転数、 V ：エンジンの体積効率、 V ：エンジン排気量、 p 1 ：吸気圧力、 p 2 ：エンジンの背圧、 p 3 ：ターポチヤージャーのタービン背圧、 ζ ：吸気流量制御弁損失係数、 ζ ' ：還流ガス制御弁損失係数、 f 1 ：吸気流量制御弁流量特性、 f 2 ：還流ガス制御弁流量特性である。

一方、還流ガス還流率 Rは、上述したように、 R = G2Z (G1 +G2) で与えられる。つまり、吸気流量制御弁 5を通過する流量 G 1と還流ガス制御弁を通過する流量 G 2の値が求まれば一義的に確定する。

ここで、式（2) で示される通り、吸気流量制御弁 5を通過する流量 G1は、損失係数 ζ , つまり吸気流量制御弁 5弁の開度により制御可能である。同様に、式（3 ) で示される通り、還流ガス制御弁 1 6を通過する流量 G 2は、損失係数 ζ ' , つまり還流ガス制御弁 1 6の弁開度により制御可能である。つまり、流量 G l , G 2の値を基に、吸気流量制御弁 5の弁開度と還流ガス制御弁 1 6弁開度との指令系にフィードバック系を組むことにより、還流ガス還流率 Rを制御できることになる。

さらに、この場合予め吸気流量制御弁 5および還流ガス制御弁 1 4の流量特性を把握して置くことにより、制御速度の向上が可能となる。すなわち、例えば、吸気流量制御弁 5を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分と、還流ガス制御弁 1 4を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分とを予め把握する。そして、吸気流量制御弁 5を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分が、還流ガス制御弁 1 4 を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分よりも早い場合、すなわち、吸気流量制御弁 5の応答性が還流ガス制御弁 1 6の応答性よりも早い場合には、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、吸気流量制御弁 5を制御することにより、速やかに排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となり、制御速度が向上する。

次に、図 5及び図 6を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる還流ガス流量検出器 1 5の構成について説明する。

図 5は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる還流ガス流量検出器の第 1の構成を示す部分断面図である。図 6は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる還流ガス流量検出器の第 2の構成を示す咅 ^分断面図である。

図 5に示す還流ガス流量検出器 1 5は、環流管内部の圧力により、環流ガス流量を測定するものである。還流管 1 3 bの内壁面の一部には、絞り部 1 5 3が形成されている。低圧側圧力検知器 1 5 2は、絞り部 1 5 3に検知部が開口するように設けられている。高圧側圧力検知器 1 5 1は、絞り部 1 5 3が設けられていない場所の環流管 1 3 bに検知部が開口するように設けられている。低圧側圧力検知器 1 5 2と、高圧側圧力検知器 1 5 1とにより、還流管 1 3 bの内部の圧力を測定する。低圧側圧力検知器 1 5 2は、絞り部 1 5 3に設けられることにより、ベルヌーィの定理によるベンチユリ効果を利用することができる。排気ガス環流コントローラ 2 0は、 2個の圧力検知器 1 5 1， 1 5 2の圧力差から、還流管 1 3 bの内部の還流ガス流量 G 2を検知することができる。さらに、環流管 1 3 b の内部を流れる環流ガスの温度を検出する温度センサ 1 5 4を備えている。排気ガス環流コントローラ 2 0は、圧力検知器 1 5 1， 1 5 2の圧力差から求められた還流ガス流量 G 2を、温度センサ 1 5 4によって検出された環流ガス温度によつて補正する。なお、還流ガス流量検出器 1 5の内部に、圧力検知器 1 5 1 , 1 5 2の圧力差から還流ガス流量 G 2を求め、さらに、温度センサ 1 5 4によって検出された環流ガス温度によって補正するための回路素子を備え、還流ガス流量検出器 1 5が、環流ガス流量 G 2の検出信号を排気ガス環流コントローラ 2 0に出力するようにしてもよいものである。

図 6に示す還流ガス流量検出器 1 5 Aは、熱線式検知器により、環流ガス流量を測定するものである。還流ガス流量検出器 1 5 6は、還流管 1 3 bの壁面に設置されている。また、還流ガス流量検出器 1 5 6には、検知エレメント 1 5 7が設けられており、還流管 1 3 Bの内部の還流ガス流量を測定している。検知エレメント 1 5 7には電流が流され、一定温度となるように加熱されている。環流ガスの流量にじて、検知エレメント 1 5 7から奪われる熱量が変化する。このとき、検知エレメント 1 5 7の温度が一定となるように制御することにより、検知エレメント 1 5 7を流れる電流が環流ガス流量を示す信号となる。この方式では、熱線式検知器を用いるので、質量流量つまり G 2を直接測定することができる。以上は、還流ガス流量検出器 1 5の構成の説明であるが、吸気流量検出器 2としても、図 5に示した圧力を検知する方式のものや、図 6に示した熱線式のものを用いることができる。

次に、図 7及び図 8を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる吸気流量制御弁 5の特性について説明する。

図 7，図 8は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる吸気流量制御弁の駆動方式の違いによる特性を示す図である。図 7 , 図 8において、横軸は時間を示し、縦軸は吸気流量制御弁の弁開度を示している。縦軸の弁開度は、最大開度のときを 1 0 0 %として、百分率で示している。図 7において、実線 X Iは、吸気流量制御弁 5として、電子制御方式のスロットルァクチユエ一夕を用いた場合の弁開度の特性を示している。実線 X 2は、吸気流量制御弁 5として、負圧式のスロットルァクチユエ一夕を用いた場合の弁開度の特性を示している。

実線 X 2で示す負圧式ァクチユエ一夕では、弁開度 Aと全開点である Bのみの

2開度しか制御できず還流ガス還流率を前述のフィードバック制御するのが困難である。

一方、実線 X Iで示すように、電子制御方式のスロットルァクチユエ一夕を用いた場合、弁開度 0から全開点 Bまで無段階に制御可能であり、フィードバック制御を容易に実現できる。よって、本実施形態に用いる吸気流量制御弁 5としては、電子制御方式のスロットルァクチユエ一タを用いるのが好適である。

次に、図 8は、電子制御方式のスロットルァクチユエ一夕の駆動方式の違いによる特性の違いを説明している。実線 Y 1は、直流電動機によりスロットルバルブを駆動する方式のスロットルァクチユエ一夕における応答性を示している。実線 Y 1は、ステップモ一夕によりスロットルバルブを駆動する方式のスロットルァクチユエ一夕における応答性を示している。

ステツプモータは、駆動パルスに応じた回転をするためォープンル一プ制御が可能である;^、図中の実線 Y 2で示す特性のように、直流電動機方式に比べて応答速度が遅レものである。一般にステップモー夕は脱調を回避する等の制約から高速化が困難であり、高速化を求める場合ステップモータの大型化ひいてはコスト高を招くものである。

これに対して、直流電動機は、小型で高回転タイプの物が容易に入手でき、さらに、位置のフィードバック制御を行うことで、小型，高速で低コストの駆動原として好適である。

また、制御分解能の観点で見た場合、ステップモータでは駆動ステップが制御分解能となり、高速化と相反する。一方、直流電動機方式の場合、フィードバック制御に用いる位置検出センサの分解能により決まり、ポテンショメータ等の連続出力方式のものを使用すれば容易に高分解能なフィードバック系が成立する。したがって、電子制御方式のスロットルァクチユエ一夕の駆動源としては、直流電動機が好適である。なお、ブラシレスモータを採用した場合でも、直流電動機と同様な結果が得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、応答性の早い方の制御弁を制御することにより、急激な変化にも対応でき、一方、急変が不要な場合には、応答性の遅い方の制御弁を制御することにより、制御精度を向上することができる。

次に、図 9〜図 1 1を用いて、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置を用いたエンジンシステムの構成は、図 1に示したものと同様である。

図 9は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の制御系のブロック図である。なお、図 1と同一符号は、同一部分を示している。図 1 0は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いるマップの構成図である。図 1 1は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容を示すフローチヤ一トである。なお、図 3と同一符号は、同一部分を示している。

図 9に示すように、本実施形態では、排気ガス環流コントローラ 2 O Aは、その内き 15に 3次元マップ 2 0 Bを備えている。排気ガス環流コントローラ 2 O Aには、 E C U 2 1が出力する還流ガス還流率指令値 RSET, 吸気流量検出器 2によつて検出された吸気流量信号 G 1 , 還流ガス流量検出器 1 5によって検出された還流ガス流量 G 2 , 吸気流量制御弁 5からの開度信号 θ TH及び還流ガス制御弁 1 6 からのストローク信号 S TEGが入力する。

排気ガス環流コントローラ 2 O Aは、排気ガスの環流率 Rを、吸気流量信号 G 1及び還流ガス流量 G 2から、（G 2 Z (G 1 + G 2 ) ) として算出する。排気ガス環流コントローラ 2 O Aは、排気ガスの環流率 Rが目標値 RSETとなるように最初にマップ 2 0 Bを用いて、還流ガス制御弁 1 6に開度制御信号 CEGや、吸気流量制御弁 5に吸気流量制御信号 CTHを出力し、さらに、フィードバック制御により、還流ガス制御弁 1 6に開度制御信号 CEGを出力し、吸気流量制御弁 5に吸気流量制御信号 CTHを出力し、これらの弁 16, 5を制御する。

次に、図 10を用いて、 3次元マップ 20 Bの内容について説明する。マップ 20Bは、新気通路開度 0TH (%) と、環流通路開度 STEG (%) と、環流率 R ( ) との 3次元マップである。新気通路開度 0TH (%) は、吸気流量制御弁 5 がバタフライ式の弁の場合、最大開度を 100%として、開度信号 0THを百分率で示したものである。環流通路開度 STEG (%) は、環流ガス制御弁 16がシ一トバルブ式の弁の場合、シートバルブの最大ストローク量を 100 %として、ストローク信号 STEGを百分率で示したものである。

図 10は、あるエンジンの運転状態時において、上述した式（1) , 式（2) , 式（3) を解いた結果を示している。ここでは、図示の関係で、吸気流量制御弁 5の指示範囲は開度 5%から 25 %まで、同様に還流ガス制御弁 14の指示範囲は開度 0 %から 60 %までとなつている。 3次元のマップ上の格子点は、還流ガス還流率を満足する吸気流量制御弁 5弁および還流ガス制御弁の弁開度の関係を示している。 3次元マップ 20 Bは、エンジンの各運転状態に対応する複数の 3 次元マップを設けている。そして、エンジンの運転状態に応じたマップを使用して、そのマップ上の格子点を選ぶことにより、オープンループ制御によっても還流ガス還流率を制御することもできる。

ここで、図 10に示した吸気流量制御弁 5と還流ガス制御弁 16の弁開度変化に対するガス還流率の変化を見た場合、吸気流量制御弁 5の開度変化に対するガス還流率の変化割合の方が、吸気流量制御弁 5の開度変化に対するガス還流率の変化割合よりも大きくなつている。さらに、電子制御方式のスロットルァクチュエー夕では弁開度が 0 %から 100%まで動作するのに 100msec以下のものが実用化されており、図 10中の 5%から 25%の領域は 20 msec程度で動作可能である。従って、図 10に示した例では、吸気流量制御弁 5の応答性が、還流ガス制御弁 16の応答性よりも早く、還流ガス還流率指令値 RSETが、例えばパルス的に急変した場合でも、電子制御方式のスロットルァクチユエ一夕である吸気流量制御弁 5を主にして動作させれば、パルス的な指令値の変動にも対応できる。すなわち、過渡的なエンジン運転状態の変化にも対応できる。

次に、図 1 1を用いて、排気ガス環流コントローラ 20 Bの制御内容について説明する。なお、以下の制御内容は、全て排気ガス環流コントローラ 20 Bによつて実行される。また、図 3と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。本実施形態では、図 3の処理に対して、ステップ s 210〜s 240の処理が追加されている。

図 1 1のステップ s 100において、排気ガス環流コントローラ 20 Bは、吸気流量信号 G 1及び還流ガス流量 G 2から、排気ガスの環流率 Rを、（G2Z (G 1 +G2) ) として算出する。

次に、ステップ s 110において、 ECU 21から入力した排気ガスの環流率 Rの目標値 RSETの変化分 Δ RSETが、予め設定されている基準値 Δ R0よりも大きいか否かを判定する。変化分△ RSETが、基準値 AROよりも大きい場合には、ステツプ s 210に進み、そうでない場合にはステップ s 230に進む。すなわち、ステップ s 1 10では、排気ガスの環流率 Rの目標値 RSETが大きく変化したか否かを判定する。内燃機関の過渡的な運転条件変化があり、排気ガス中の有害物質低減のため、排気ガス還流率を急変する必要が生じたか否かを判定する。

変^^分 Δ RSETが基準値 AROよりも大きい場合，すなわち、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、ステップ s 210において、そのときのェンジンの運転状態に応じた 3次元マップ 20Bを用いて、還流ガス還流率指令値 RSE Tに対応する環流率尺と、環流通路開度 STEG ( ) とカら、目標とする新気通路開度 (%) を求める。

そして、ステップ s 220において、目標とする新気通路開度 0TH ( ) となるための開度制御信号 CTHを吸気流量制御弁 5に出力して、吸気流量制御弁 5の開度が目標とする新気通路開度 0TH (%) となるように、オープンループで制御する。このように、オープンループで新気通路開度 0TH (%) となるように、吸気流量制御弁 5の開度を制御することで速やかに目標とする新気通路開度 θ TH ( ) 付近に制御することができる。

次に、ステップ s 120において、ステップ s 110で算出された排気ガスの環流率 Rが、排気ガスの環流率 Rの目標値 RSETと等しいか否かを判定する。

環流率 Rが目標値 RSETより大きい場合には、ステップ s 130において、吸気流量 1御弁 5に出力する開度制御信号 CTHを減少させ、吸気流量制御弁 5の開度が小さくなるように制御する。そして、ステップ s 1 2 0に戻り、環流率 Rが目標値こ等しくなるまで繰り返される。

一方、環流率 Rが目標値 RSETより小さい場合には、ステップ s 1 4 0において、吸気流量^ ί御弁 5に出力する開度制御信号 CTHを増加させ、吸気流量制御弁 5の開度が大ぎくなるように制御する。そして、ステップ s 1 2 0に戻り、環流率 R が目標値 R SETに等しくなるまで繰り返される。

以上のように、ステップ s 1 2 0 , s 1 3 0 , 1 4 0の処理を繰り返すことにより、環流率 Rが目標値 RSETに等しくなるまでフィードバック制御される。以上のように、吸気流量制御弁 5の応答性が、還流ガス制御弁 1 6の応答性よりも早いので、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、速やかに排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。

一方、ステップ s 1 1 0の判定で、変化分 Δ RSETが基準値 A R0以下と判定された場合，すなわち、排気ガス還流率の変化がそれほど大きくない場合には、ステツプ s 2 3 0において、そのときのエンジンの運転状態に応じた 3次元マップ 2 0 Bを用いて、還流ガス還流率指令値 RSETに対応する環流率 Rと、新気通路開度 0 TH (% ) とから、目標とする環流通路開度 S TEG (%) を求める。

そして、ステップ s 2 4 0において、目標とする環流通路開度 S TEG (%) となるための開度制御信号 CEGを還流ガス制御弁 1 6に出力して、還流ガス制御弁 1 6の開度が目標とする環流通路開度 S TEG (%) となるように、オープンル一プで制御する。

次に、ステップ s 1 5 0において、ステップ s 1 1 0で算出された排気ガスの環流率 Rが、、排気ガスの環流率 Rの目標値 RSETと等しいか否かを判定する。

環流率 Rが目標値 RSETより大きい場合には、ステップ s 1 6 0において、還流ガス制御弁 1 6に出力する開度制御信号 CEGを減少させ、還流ガス制御弁 1 6の開度が小さくなるように制御する。そして、ステップ s 1 5 0に戻り、環流率 R が目標値 R SETに等しくなるまで繰り返される。

一方、蕖流率 Rが目標値 RSETより小さい場合には、ステップ s 1 7 0において、還流ガス糾御弁 1 6に出力する開度制御信号 CEGを増加させ、還流ガス制御弁 1 6の開度力 S大きくなるように制御する。そして、ステップ s 1 5 0に戻り、環流率 Rが目標値 RSETに等しくなるまで繰り返される。

以上のように、ステップ s 1 5 0 , s 1 6 0 , 1 7 0の処理を繰り返すことにより、環流率 Rが目標値 RSETに等しくなるまでフィードバック制御される。このとき、還流ガス制御弁 1 6の応答性は、吸気流量制御弁 5の応答性よりも遅いものであるということは、より微妙な開度制御が可能であり、正確に、排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。

なお、以上の説明では、吸気流量制御弁 5の応答性が、還流ガス制御弁 1 6の応答' I生よりも早いものとしたが、逆に、還流ガス制御弁 1 6の応答性が、吸気流量制御弁 5の応答性よりも早い場合もある。このような場合には、排気ガス還流率を急変する必要が生じた楊合には、応答性の早い還流ガス制御弁 1 6を最初にオープンループで制御し、次にフィードバック制御し、急変が不要の場合には、応答 '1生の遅い吸気流量制御弁 5を制御して制御精度が向上するようにする。

以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、応答性の早い方の制御弁を最初オープンループで制御することにより、速やかに目標開度付近に弁を移動し、次にフィードバック制御することにより、目標開度に収束させることにより、急激な変化にも対応でき、一方、急変が不要な場合には、応答性の遅い方の制御弁を制御することにより、制御精度を向上することができる。産業上の利用可能性

本発明によれば、内燃機関の排気ガス還流流量制御の応答速度及び精度を向上することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 内燃機関の排気ガス還流通路の還流流量を制御する還流ガス制御弁と、内燃機関の吸気通路の流量制御する吸気制御弁とを備えた内燃機関の排気ガス還流装置であって、

前記吸気通路の流量を検出する吸気量検知器と、

前記排気ガス還流通路の排気ガス還流流量を検出する還流量検知器と、前記吸気流量検知器と前記還流流量検知器の出力に基いて求められた排気ガス環流率が目標の環流率となるように、前記吸気制御弁及び Zまたは前記還流ガス制御弁をフィードバック制御する制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関のお気ガス還流装置。

2 . 請求項 1記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、

前記制御手段は、前記環流率の目標値が急激に変化した場合には、前記吸気制御弁及び前記還流ガス制御弁の内、応答性の早い方の弁をフィードパック制御することを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。

3 . 請求項 1記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、さらに、

前記還流ガス制御弁開度と、前記吸気制御弁開度と、前記環流率との組合せ状 ϋによつて定義される 3次元マップを複数個備え、

前記制御手段は、内燃機関の運転状態に応じた前記 3次元マップを選択し、前記吸気流量検知器と前記還流流量検知器の出力に基いて求められた排気ガス環流率が目標の環流率となるように、前記吸気制御弁及び Ζまたは前記還流ガス制御弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。

4 . 請求項 2記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、

前記制御手段は、前記環流率の目標値が急激に変化した場合には、前記吸気制御弁及び前記還流ガス制御弁の内、応答性の早い方の弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。

5 . 請求項 1記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、

前記排気ガス還流量検知器は、前記排気ガス還流通路の少なくとも 2地点以上の圧力差を基に環流量を検出する検知器若しくは前記排気ガス還流通路の質量流量を検出する検知器であり、

前記吸気量検知器は、前記吸気通路の少なくとも 2地点以上の圧力差を基に吸気量を検出する検知器若しくは前記吸気通路の質量流量を検出する検知器であることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。

6 . 請求項 1記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、 ' 前記吸気制御弁が、電子制御方式のスロットルァクチユエ一夕であることを特徴とする排気ガス還流装置。