WO2009139285A1

WO2009139285A1 - ディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置

Info

Publication number: WO2009139285A1
Application number: PCT/JP2009/058232
Authority: WO
Inventors: 井手和成; 岩崎聡
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2009-11-19
Also published as: EP2196655B1; BRPI0905092A2; KR101175966B1; EP2196655A1; KR20100057679A; US8479716B2; RU2445485C2; JP4859875B2; US20100282222A1; CN101970837A; BRPI0905092B1; JP2009275516A; CN101970837B; EP2196655A4; RU2010115106A

Abstract

ＥＧＲバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で関連付けて作動させるように構成した排ガス再循環制御装置において、吸気バルブおよびＥＧＲバルブ自体が有している不感帯域を補償することによって、加速応答性およびＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）の制御性を向上させることを目的とする。ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めて算出される推定空気過剰率の変化率が所定値より小さい場合にはＥＧＲバルブ２７または吸気スロットルバルブ２９の不感帯域内であると判断する不感帯判定手段６４と、過渡運転時であって不感帯域内であると判断したとき、ＥＧＲバルブ２７と吸気スロットルバルブ２９との関連動作に前記不感帯域が作用しないようにＥＧＲバルブ２７または吸気スロットルバルブ２９の開度指令値を補正する不感帯補償手段６６を備えることを特徴とする。

Description

明細書ディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置技術分野

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス再循環（EGR) 制御装置に関する。背景技術

従来からディーゼルエンジンの排ガスで問題となる窒素酸化物（NOx) を低減する技術として、排ガス再循環（EGR) 装置が知られている。

また、この EGR適用時には、新気量（吸入空気量）が低下するため、急加速 (急激なアクセル開度上昇）時においては、燃焼室の酸素不足が発生しやすいという問題がある。

特に、 EGR率を上げるために EG Rバルブと吸気スロットルバルブを併用した場合に、 EG Rバルブを全開としただけでは十分な EG R率が実現できない（十分な EGR量が得られない）場合に、吸気スロットルバルブを閉弁側に制御して空気流量を減らすことで EGR率（EGRガス流量）を増すことが行われているため、燃焼室の酸素不足が発生しやすくなる問題がある。

また、 EGRバルブと吸気スロットルバルブとを併用した場合には、 EGRバルブと吸気ス口ットルバルブとの設定を独立に行うことが知られており、例えば特許文献 1 (特開 2006— 90204号公報）に示される技術がある。この特許文献 1は EGRバルブと吸気スロットルバルブとの 2つのバルブを独立に、すなわちそれぞれのバルブを別々の制御指令信号で制御するものである。そのためバルブの設定の自由度が大きくなり最適設定を求めるためのキャリブレーション (適合）作業が増大する問題を有している。

そのため、 EGRバルブと吸気スロットルバルブとの動きを関連づけて連動させてそれぞれのバルブがあたかも一つのバルブのように扱うことが知られている _c このあたかも一つのバルブのように扱うとは、図 1 1、図 12に示すように、一つの制御指令信号に対してス口ットルバルブ開度指令と E GRバルブ開度指令との開度値が決定されることである。

図 12には、一例として、吸入空気量を目標空気量にフィードバックする時の制御信号が、この制御指令信号 0に相当する例を示す。すなわち、エンジン回転数と燃料噴射量から目標空気量算出手段 01で目標空気量を算出し、エアフローメータ 02で検出した実空気量との差を加減算器 03通して P I制御演算手段 0 4で演算をして制御指令信号 0を算出する。その一つの制御指令信号 0に対して、 EGRバルブ変換テーブル 05に基づいて EG Rバルブ開度指令値が出力され、スロットルバルブ開度変換テーブル 06に基づいてスロットルバルブ開度指令値が出力される。

しかしながら、図 11、図 12に示されるような EGRバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で連動させてそれぞれのバルブをあたかも一つのバルブのように扱う構成においては、次のような問題を有する。

バルブは、バルブ開度が一定値以上になるとガス（空気）流量が変化しない不感帯域 Q (図 1 1) を持っため、図 1 1に示す制御指令信号が θ_χの位置から、吸気ス口ットルバルブに開作動があったときには、制御指令信号が θ _χから右側に移動して吸気ス口ットルバルブ開度は Ρ ₂の位置から開方向に移動して全開位置に至るが、 E G Rバルブ開度は Ρ ,の位置から不感帯域 Qを通ってある程度まで閉弁しないと EGRガス流入量が絞られないためスロットルバルブ開度が全開しても燃焼室内には十分な空気量が迅速に流入されない。このため、応答性が悪化する問題がある。

また、 EGRバルブを開作動して EGRガス流量を增加させる場合には、図 1 1の制御指令信号が 0_Υから左側に移動して EG Rバルブ開度は Ρ₂'の位置から開方向に移動して全開位置に至るが、スロットルバルブ開度は Pi 'の位置から不感帯域 Qを通ってある程度まで閉弁しないと吸気量が絞られない。このため、 E GR率（EGRガス量）が変化せず応答遅れを生じる問題がある。

このように、吸気スロットルバルブおょぴ EGRバルブ自体が有している不感帯域によって、 EGRバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で連動させてそれぞれのバルブをあたかも一つのバルブのように扱う構成においては、加速応答性および EG R率（EGRガス量）の応答性に遅れを生じる問題がある。発明の開示

そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、 E G Rバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で関連付けて作動させるように構成した排ガス再循環制御装置において、吸気スロットルバルブおょぴ E G Rバルブ自体が有している不感帯域を補償することによって、加速応答性および E G R率（E G Rガス量）の応答性を向上させることを目的とする。

特に、 E G R率が大きい状態（E G Rバルブが全開かつ吸気スロットルバルブが閉弁側に制御され、大量の E G Rガスを導入している状態）力、ら、急なァクセル開操作が行われた時に、瞬時に E G Rを停止させることができる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、 E G R流量を制御する E G Rバルブと吸気流量を制御する吸気スロットルバルブとの動きを関連して作動させるように構成したディ一ゼルェンジンの排ガス再循環制御装置におレ、て、前記 E G Rバルブおよび前記吸気スロットルバルブは開度変化に対して流量変化を生じない不感帯域を一定のバルブ開度以上にそれぞれ有し、 E G Rガス中の未燃焼空気量を含めた推定空気過剰率を算出し、該算出される推定空気過剰率の変化率に基づいて、変化率が所定値より小さい場合には前記 E G Rバルブまたは前記吸気スロットルバルブの少なくともいずれか一方の前記不感帯域内であると判断する不感帯判定手段と、過渡運転時であつて前記不感帯判定手段によつて不感帯域内であると判断したとき、前記 E G Rバルブと吸気スロットルバルブとの関連動作に前記不感帯域が作用しないように前記 E G Rバルブまたは前記吸気スロットルバルブの開度指令値を補正する不感帯補償手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、排気系から吸気系に還流される E G Rガス中の未燃焼空気量を考慮して算出される推定空気過剰率の変化率を用いて不感帯域内にある力否かを判定しているため、単に E G Rガス流量でなく未燃焼空気量をも含めて判定しているため流量変化の検出精度が向上して不感帯域を精度よく判定できる。さらに、前記 E G Rバルブと吸気スロットルバルブとの関連動作に前記不感帯域が作用しないように前記 EG Rバルブまたは前記吸気スロットルパルプの開度指令値を補正する不感帯補償手段を設けているので、例えば、吸気スロットルバルブの開作動があった場合には、図 1 1の制御指令信号が 0_Xの位置から右側に移動してスロットルバルブ開度は P₂の位置から開方向に移動して全開位置に至るが、 E G Rバルブ開度は P！の位置から不感帯域 Qを通ってある程度まで閉弁しないと EGRガス流入量が絞られないため、スロットルバルブ開度が全開しても燃焼室内には十分な空気量が迅速に流入されないので、応答性を悪化する問題があったが、本発明では、この EG Rバルブ開度 P の位置から不感帯域 Qの作用を受けないように EG Rバルブの開度指令値を不感帯補償手段で補正するので、 E G Rバルブが早く閉じ側に作用して吸気ス口ットルバルブの開作動時の応答性が向上する。

また、例えば、 EGRバルブを開作動して EGRガス流量を增カ卩させる場合には、図 1 1の制御指令信号が θ_γから左側に移動して EGRバルブ開度は P₂ 'の位置から開方向に移動して全開位置に至る力スロットルバルブ開度は Pi 'の位置から不感帯域 Qを通ってある程度まで閉弁しないと吸気量が絞られないため、 EGR率（EGRガス量）が変化せず応答遅れを生じる問題があつたが、本発明では、このスロットルバルブ開度 Pi 'の位置から不感帯域 Qの作用を受けないように吸気スロットルバルブの開度指令値を不感帯補償手段で補正するので、吸気スロットルバルブが早く閉じ側に作用して EG Rガスの燃焼室への流入がスムーズに行われ、 EGR率（EGRガス流量）の応答性が向上する。

また、本発明において、好ましくは、同一の制御指令信号に対して前記 EG R バルブの開度指令値を設定した E G Rバルブ開度指令ラインと前記吸気スロットルバルブの開度指令値を設定したスロットルバルブ開度指令ラインとからなるバルブ開度設定手段を備え、前記スロットルバルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴って吸気スロットルバルブの開度が比例的に増カ卩し、前記 EGRパルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴って E G Rバルブの開度が比例的に減少し、前記スロットルバルブ開度指令ラインと前記 EGRバルブ開度指令ラインとは交差するように構成し、前記不感帯補償手段は前記 EG Rバルブ開度指令ラインまたは前記ス口ットルバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の増減方向に移動させるとよい。

力かる構成によれば、バルブ開度設定手段に同一の制御指令信号に対して前記

E G Rバルブの開度指令値を設定した E G Rバルブ開度指令ラインと前記吸気ス口ットルバルブの開度指令値を設定したス口ットルバルブ開度指令ラインとを交差するように設定しているため、不感帯補償手段による補正時には、前記 EGR パルプ開度指令ラインまたは前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御信号の増減方向に移動させることで、簡単に吸気スロットルバルブおょぴ EGRバルブの不感帯域を作用させないように補正が可能である。

また、本発明において、好ましくは、前記不感帯補償手段は前記スロットルバルブ開度指令ラインに沿って開弁制御時に、前記 EGRバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させるとよい。

さらに、前記不感帯域を狭められた EGRバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の増加に伴って全閉状態になった後に、前記 EG Rバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の增加に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させるとよレ、。

このように構成することによって、図 3に示す移動量 SEだけシフトされ、移動後の点線で示す補正後の E GRバルブ開度指令ラインは不感帯域 Qの作用の影響を受けることなく、 E GRバルブが早く閉じ側に作用して燃焼室内への吸気スロットバルブを介しての吸気の流入がスムーズに行われ、吸気スロットルバルブの開作動時の応答性が向上し、ェンジン加速性が向上する。

さらに、 EGRバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に EGRバルブ開度指令ラインを移動させ、その後該 EGRバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の増加に伴って EG Rバルブが全閉となった後には、図 4に示すように制御指令信号 0が増加していった場合に、 EGRバルブ開度指令ラインと離れる方向に移動するため、制御指令信号 Θが減少したときにすぐに、 EGRバルブが開作動できるように、制御指令信号 0が 0 _b以上の状態になった場合に、 EGR バルブ開度指令ラインを制御指令信号 6に合わせて移動させて、 Θ 6_d (図 4) に示すように順次移動するので、制御指令信号 0が減少したときにすぐに E G R バルブが開くことができ、 EGR率（EGRガス流量）の応答性が向上し排ガス性能が向上する。

また、本発明において、好ましくは、前記不感帯補償手段は前記 E G Rバルブ開度指令ラインに沿って E G R増量時に前記スロットルバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させるとよい。

さらに、前記不感帯域を狭められたスロットルバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の減少に伴って全閉状態になった後に、前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御信号の減少に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させるとよい。

このように構成することによって、図 5の移動量 S Tだけシフトされ、移動後の実線で示す補正後のス口ットルバルブ開度指令ラインは不感帯域 Qの作用の影響を受けることなく、吸気ス口ットルバルブが早く閉じ側に作用して E G Rガスの燃焼室への流入がスムーズに行われ、 E G R率（E G Rガス流量）の応答性が向上する。

さらに、スロットルバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向にスロットルバルブ開度指令ラインを移動させ、その後該スロットルバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の減少に伴って吸気スロットルバルブが全閉となった後には、図 6に示すように制御指令信号 Θが減少していった場合に、スロットルバルブ開度指令ラインと離れる方向に移動するため、制御指令信号 0が増加したときにすぐに、スロットルバルブが開作動できるように、制御指令信号 Θが 0 _b以下の状態になった場合に、スロットルバルブ開度指令ラインを制御指令信号 Θに合わせて移動させ、 0 _C、 0 _d (図 6 ) のように順次移動するので、制御指令信号 0 が増加したときにすぐに吸気スロットルバルブの開作動が行われるので、吸気スロットルバルブの応答性が向上し、エンジンの応答性が向上する。

また、本発明において、好ましくは前記不感帯判定手段が推定空気過剰率に代えて、 E G R通路が吸気通路に接続する位置よりも下流側の吸気通路内に設置された酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づいて判定されるとよレ、。

このように構成することによって、 E G R通路が合流する吸気通路の下流側の吸気マ二ホールド内に設置した酸素濃度センサによって、 E G Rガス中の未燃焼空気量を含めて燃焼室に流入する酸素量を検出して、その酸素濃度の変化率から不感帯領域にいる力否かを判定するため、すなわち、燃焼室内に流入するガス量から変動を検出するのでなく、その流入ガス内の酸素濃度の変動を検出して不感帯領域を捉えるので、精度よい判定が可能になる。

また、酸素濃度センサからの信号だけでよいため、前記推定空気過剰率を算出するために吸気圧力、吸気温度等を検出して、所定の算出式を用いて制御するよりも制御を簡単化できる。

本発明によれば、 EGRバルブと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で関連付けて作動させるように構成した排ガス再循環制御装置において、吸気スロットルバルブおよび EG Rバルブ自体が有している不感帯域を補償することによって、加速応答性および EGR率（EGRガス量）の応答性を向上させることができる。

特に、 EGR率が大きい状態（EGRバルブが全開かつ吸気スロットルバルブが閉弁側に制御され、大量の EGRガスを導入している状態）力ら、急なァクセル開操作が行われた時に、瞬時に E G Rを停止させることができる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置の全体構成図である。

第 2図は、スロットルバルブ開度指令ラインと EGRバルブ開度指令ラインとの基本ラインの関係を示す特性図である。

第 3図は、 EGRパルプ開度指令ラインのシフト状態を示す説明図。

第 4図は、 EGRバルブ開度指令ラインの復帰処理状態を示す説明図。

第 5図は、スロットルバルブ開度指令ラインのシフト状態を示す説明図。

第 6図は、スロットルバルブ開度指令ラインの復帰処理状態を示す説明図。第 7図は、シフト処理を示す主制御フローチャートである。

第 8図は、 EGRバルブ開度指令ラインの復帰処理の制御フローチヤ一トである。

第 9図は、スロットルバルブ開度指令ラインの復帰処理の制御フローチヤ一トである。

第 1 0図は、不感帯判定手段の他の実施形態を示す全体構成図である。

第 1 1図は、従来技術の説明図である。

第 1 2図は、従来技術の説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図 1は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置の構成を示す。図示のように、 4サイクルのディーゼルエンジン 1は、シリンダ 3内に往復摺動自在に嵌合されたピストン 5、該ピストン 5の往復動をコネクチングロッド 7を介して回転に変換する図示しないクランク軸を備えている。前記エンジン 1は、ビストン 5の上面とシリンダ 3の内面との間に区画形成される燃焼室 9を形成し、該燃焼室 9には吸気通路 1 3が接続され、吸気ポートを開閉する吸気弁 1 5を備えている。さらに燃焼室 9には排気通路 1 9が接続され、排気ポートを開閉する排気弁 2 1を備えている。

前記吸気通路 1 3には排気通路 1 9の途中から E G R (排気ガス再循環）通路 2 3が分岐して、 E G R通路 2 3を流れる E G Rガスを冷却する E G R冷却器 2 5、および E G Rガス流量を制御する E G Rバルブ 2 7を介して吸気通路 1 3の吸気スロットルバルブ 2 9の下流側に接続されている。

また、吸気通路 1 3には、気通路 1 9に設けられた排気過給機 1 2のコンプレッサによって加圧された吸気がインタークーラ 3 3によって冷却されて供給されるようになっている。

吸気ス口ットルバルブ 2 9の開度を制御することで燃焼室 9内に流入される吸気量が制御されるようになっている。ディーゼルエンジンの場合は、吸気スロットルバルブ 2 9は通常全開状態であり、 E G R制御時に閉方向に制御される。吸気スロットルバルブ 2 9の開度は、 E G Rバルブ 2 7の開度制御とともに、後述する排ガス再循環制御装置 4 0によって制御されている。

燃焼室 9には燃料噴射弁 4 2が取付けられ、図示しなレ、燃料噴射ポンプによつて高圧化された燃料を、燃料制御手段 4 4によって所定の噴射タイミングと噴射量とが制御されて燃焼室 9内に噴射されるようになっている。

また、排気過給機 1 2のコンプレッサの上流側には、吸気通路 1 3を通じて燃焼室 9に吸入する新気量を検出するためのエアフローメータ 5 0が設けられ、排ガス再循環制御装置 4 0に信号が入力される。また、 E G Rガスにおいても、 E G R通路 2 3から吸気通路 1 3に流入する E G Rガス量を検出するための E G R ガスフローメータ 5 2が、 E G Rバルブ 2 7の上流側に設けられている。

さらに、吸気マ二ホールド内の圧力、温度を検出する吸気マ二ホールド圧力センサ 5 4、吸気マ二ホールド温度センサ 5 6がそれぞれ設けられ、またエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサ 5 8が設けられて排ガス再循環制御装置 4 0に入力される。

次に、排ガス再循環制御装置 4 0について説明する。この排ガス再循環制御装置 4 0は主に、バルブ開度設定手段 6 0と、推定空気過剰率算出手段 6 2と、不感帯判定手段 6 4と、不感帯補償手段 6 6とを備えている。

バルブ開度設定手段 6 0では、 E G Rバルブ 2 7と吸気ス口ットルバルブ 2 9 とを関連づけて作動させるために一つの制御指令値 0に対して E G Rバルブ開度指令値、スロットルバルブ開度指令値を決定して指令するために開度指令ラインが設定されている。

この制御指令値 0は、図 1 2の従来技術で説明したものと同様に、エンジン回転数と燃料噴射量とから算出される目標空気量に実際の空気量をフィ一ドバック制御する際の制御指令信号等のように、エンジンの運転状態に応じて制御器から出力される指令値である。

さらに、バルブ開度設定手段 6 0の開度指令ラインとして、スロットルバルブ開度指令ライン L 1と E G Rバルブ開度指令ライン L 2とがそれぞれ設定され、図 2にその基本ラインの関係を示す。

横軸は制御指令信号 0であり、縦軸はバルブ開度を示し、 1で全開状態、 0で全閉状態を示す。スロットルバルブ開度指令ライン L 1は、図 2の実線で示すように θ。〜 0 iにかけて制御指令信号 0の増加に従って比例的に開度が増加して

0 iで全開し、 0 i以降は全開状態となる。一方、 EGRバルブ開度指令ライン L 2は、 0。〜 0 iは全開状態で、 Θ i以降は制御指令信号 0の増加に従って比例的に減少して 0₂で全閉し、 θ ₂以降は全閉状態となる。

また、 EGRバルブ 27と吸気スロットルバルブ 29はそれぞれ、開度変化に対して流量変化を生じない不感帯域を一定以上のバルブ開度にぉ、てそれぞれ有している。

この不感帯域を検出するために、不感帯判定手段 64では、 EGRガス中の未燃焼空気量を含めた推定空気過剰率を算出し、該算出される推定空気過剰率の変化率に基づいて、変化率が所定値より小さい場合には前記 EG Rバルブ 27または前記吸気スロットルバルブ 29の少なくともいずれか一方の不感帯域内にあると判断している。

この推定空気過剰率えの算出は、推定空気過剰率算出手段 62によって行われ、次の式（1)、（2) によって算出される。

_{A =} ^ + G^ _{( 1 )}

u_f -L_th ， 1)-G,

(2)

°^{esra =} G_{a +}G_{f +}G_egr

G_a ：吸入空気質量流量

^G e g r ： EGRガス質量流量

^ e g r a ' EGRガス中の空気質量流量

G_f ：燃料噴射量

L_th ：理論空燃比

(n— 1) ： 1ステップ前の演算結果

式（1) の吸入空気質量流量（G_a) は、エアフローメータ 50からの検出信号によって算出され、また EGRガス質量流量（G_egr) は EGRガスフローメータ 52から検出される EGRガス量、または、図示しない EGR冷却器 25の前後差圧を計測してその検出結果から演算処理して EGRガス量を算出する。

EGRガス中の空気質量流量（G_eera) は、式（2) を用いて 1ステップ前の演算処理によって算出された推定空気過剰率； L (n— 1) を用いて推定する。不感帯判定手段 64では、算出した推定空気過剰率えの制御指令信号 Θに対する変化率 d Zd 0が所定の値 αより小さい場合、すなわち EG Rバルブ 27または吸気スロットルバルブ 29の流量変化ほとんど無い場合には、これらバルブの少なくとも一方は不感帯域にあると判定する。

このようにお^気系から吸気系に還流される E G Rガス中の未燃焼空気量を考慮して算出される推定空気過剰率の変化率を用いて不感帯域内にある力否かを判定しているため、単に EG Rガス流量でなく未燃焼空気量をも含めて判定しているため流量変化の検出精度が向上して不感帯域を精度よく判定できる。

次に、不感帯補償手段 66について、図 7のフローチャートを参照して説明する。

ステップ S 1で処理を開始すると、ステップ S 2で制御指令信号 0 (t)、 Θ (t - 1) を読込む。 Θ (t) は、現在のバルブ制御指令信号、 Θ (t-1) は 1演算周期前のバルブ制御指令信号である。

ステップ S 3で推定空気過剰率算出手段 62によって推定空気過剰率を算出する。算出は前記式（1) に基づき算出し、ステップ S 4で前記したよう推定空気過剰率; Lの制御指令信号 0に対する変化率 d λ/ά 0が所定の値 αより小さいか否かを判定する。

ステップ S 4で YESの場合には、ステップ S 5に進んで、 Θ (t) が図 2の 0 iに対して、 Θ (t) が 0 i以下力否かを判定し、ステップ S 4で NOの場合には、ステップ S 10へ進む。

ステップ S 5で、 Θ (t) が 0 i以下と判定した場合には、ステップ S 6で E GRバルブ開度指令ライン L 2のシフト量 SEを Θ (t)) に設定し、ステツプ S 7で ERGバルブ開度指令ライン L 2のフラグ FEに 1を立てる。すなわち、図 2の Θ (t) において不感帯域と判定したため（この場合は、吸気ス口ットルバルブの全開方向への移動の途中、すなわち Θ ( t ) が增加方向）、スロットルバルブ開度が 100%となっていなくても EGRバルブ 27を閉じる方向に動作させ、 λが変化しない不感帯域の作用をなくすようにするために、 Ε GRバルブ開度指令ライン L 2を矢印方向にシフト量 SE= (θ ,-θ (t)) シフトさせる（図 3)。

この結果、図 3に示すように 0 (t) の増加に対して、 £01 バルプ27は0 iまで待たずに 0 ( t) の位置で閉じる方向に作動するので、 £01 バルブ27 の閉じタイミングが早まり、不感帯域が作用することなく、 £01 バルブ27が早く閉じ側に作用して燃焼室内への吸気ス口ットバルブ 29を介しての吸気の流入がスムーズに行われるため、制御指令信号 0 (t) の急上昇（急加速等）時の応答性が向上する。

一方、ステップ S 5で、 Θ (t) が 0 i以下でない、すなわち 0 を超えている場合には、ステップ S 8でスロットルバルブ開度指令ライン L 1のシフト量 ST を（0 (t) -Θ に設定し、ステップ S 9でスロットルバルブ開度指令ライン L 1のフラグ FTに 1を立てる。

すなわち、図 2の 0 (t) において不感帯域と判定したため（この場合は、 E GRバルブの全開方向への移動の途中、すなわち Θ ( t) が減少方向）、 EGRバルブ開度が 100%となっていなくても吸気スロットルバルブ 29を閉じる方向に動作させ、 λが変化しない不感帯域の作用をなくすようにするために、スロットルバルブ開度指令ライン L 1を矢印方向にシフト量 ST= (Θ (t) -θ ,) シフトさせる（図 5)。

この結果、図 5に示すように吸気ス口ットルバルブ 29は 0 iまで待たずに Θ (t) の位置で閉じる方向に作動するので、吸気スロットルバルブ 29の閉じタィミングが早まり、不感帯域が作用することなく、吸気ス口ットルバルブ 29が早く閉じ側に作用して EG Rガスの燃焼室への流入がスムーズに行われ、 EGR 率（EGRガス流量）の応答性が向上する。

次に、ステップ S 10に進み、シフト後の EGRバルブ開度指令ライン L 2' を基に制御指令信号 0に対する EG Rバルブ開度指令値を算出し、ステップ S 1 1でス口ットルバルブ開度指令ライン L 1 'を基に制御指令信号 Θに対するスロットルバルブ開度指令値を算出し、ステップ S 12で、それぞれのバルブ開度指令値を制御信号として書き込んで、ステップ S 13で終了する。

図 3に示すように、 Θ (t) の増加方向において EGRバルブ開度指令ライン L 2をシフトさせて EGRバルブ 27を先行的に動作させた場合に、 Θ (t) が 0₂に達するよりも早く EGRバルブ開度が 0 (全閉）に達する。この場合、 E GRバルブ 27が全閉となった時の 0 (t) を 0_bとすると、 Θ (t) が 0_b以上の領域にある場合、 £01 バルブは0 (t) が 0 _bとなるまで減少しないと開かなくなってしまうため、 Θ (t) が減少したときにすぐに EGRバルブ 27が開くようにするため、シフト後の EGRバルブ開度指令ライン L 2'を基準の EGR バルブ開度指令ライン L 2へ復帰させる復帰処理を行っている。

この復帰処理を処理 Aとして図 4、および図 8のフローチャートを参照して説明する。

図 8において、まずステップ S 21で開始すると、ステップ S 22で制御指令信号 Θ (t)、 Θ (t— 1) の読込み、ステップ S 23でシフト処理後の EGRバルブ開度指令ライン L 2'と 0 (t) とから EGRバルブ開度指令値を算出する。その後、ステップ S 24で EGRバルブ開度指令ラインのフラグ FEが 1かを判断し、 FE = 1の場合（図 7のステップ S 7でシフト処理が行われていた場合）には、次のステップ S 25に進み、ステップ S 25で EG Rバルブ開度指令値が 0 (全閉）かを判断し、 0 (全閉）の場合には次のステップ S 26に進み、ステップ S 26で (Θ (t) 一 Θ (t-1)) が 0を超えている力、すなわち制御指令信号 0 (t) が増加方向であるかを判断し、増加方向であればステップ S 27で EGRバルブ開度指令ラインのシフト量 SEを（0₂_0 ( t)) に設定し直す。そして、ステップ S 28でシフト量 S Ε= (θ ₂_ Θ ( t)) が 0以下か、すなわち、 Θ (t) が 0₂に達したかを判定し、 θ ₂に達していなければ、 0₂に達するまでステップ S 22に戻ってシフト量の設定が、演算周期ごと繰り返される。その後 0₂に達するとステップ S 29で EGRバルブ開度指令ラインのフラグ F Εを 0にして、ステップ S 30で終了する。

以上の処理 Αの状態を図 4に示す。

シフト量 SE= (θ ₂_ Θ (t)) が演算周期ごとに算出されて、 3£15から3 E c、 SEd、 …と順次移動して、シフト後の EGRバルブ開度指令ライン L 2' を基準の EGRバルブ開度指令ライン L 2まで戻る。 EGRバルブ開度が 0 (全閉）となる 0 _bが Θ (t) に合せて 0 _C、 0 _dと移動されるため、 Θ (t) が減少したときにすぐに EG Rバルブを開くことができ、 EGRバルブの応答性が維持され排ガス性能の向上が図れる。

また、前記処理 Aと同様の考えを吸気スロットルバルブ 29にも適用した処理 Bについて図 6、および図 9のフローチャートを参照して説明する。

図 6に示すように、スロットルバルブ開度指令ライン L 1をシフトさせて、 0 ( t ) の減少方向において吸気ス口ットルバルブ 29を先行的に動作させた場合に、 Θ ( t ) が 0。に達する前に早くスロットルバルブ開度が 0 (全閉）に達する。

この、吸気スロットルバルブ 29が全閉となった時の 0 ( t) を 6 _bとすると、 Θ (t) が 0 _b以下の領域にある場合、吸気スロットルバルブ 29は 0 ( が 0 _bとなるまで増加しないと開かなくなってしまうため、 Θ ( t) が増加したときにすぐに吸気スロットルバルブ 29が開くようにするため、シフト後のスロットルバルブ開度指令ライン L を基準のスロットルバルブ開度指令ライン L 1 へ復帰させる復帰処理を行っている。

図 9において、まずステップ S 41で開始すると、ステップ S42で制御指令信号 0 (t)、 Θ (t— 1) の読込み、ステップ S 43でシフト処理後のスロットルバルブ開度指令ライン L と 0 ( t ) とからスロットルバルブ開度指令値を算出する。

その後、ステップ S 44でスロットルバルブ開度指令ラインのフラグ FTが 1 かを判断し、 FT=1の場合（図 7のステップ S 9でシフト処理が行われていた場合）には次のステップ S 45に進み、ステップ S 45でスロットルバルブ開度指令値が 0 (全閉）かを判断し、 0 (全閉）の場合には次のステップ S 46に進み、ステップ S 46で（Θ (t) — Θ (t- 1)) が 0未満か、すなわち制御指令信号 0 (t) が減少方向であるかを判断し、減少方向であればステップ S 47でスロットルバルブ開度指令ラインのシフト量 STを（Θ (t) - Θ ₀) に設定し直す。

そして、ステップ S 48でシフト量 ST= (Θ (t) - θ o) が 0以下か、すなわち、 0 (t) が 0。に達したかを判定し、 0。に達していなければ、 0₀に達するまでステップ S 42に戻ってシフト量の設定が、演算周期ごと繰り返される。その後、 Θ。に達するとステップ S 49でスロットルバルブ開度指令ラインのフラグ F Tを 0にして、ステップ S 5 0で終了する。

以上の処理 Bの状態を図 6に示す。

シフト量 S T= ( Θ ( t ) 一 0 ₀) が演算周期ごとに算出されて、 S T bから S E c、 S E d、 …と順次移動して、スロットルバルブ開度指令ライン L を基準のス口ットルバルブ開度指令ライン L 1まで戻る。スロットルバルブ開度が 0 (全閉）となる Θ _bを Θ ( t ) に合せて、 0 _dと移動させるため、 Θ ( t ) が増加したときにすぐにスロットルバルブを開くことができ、スロットルバルブの応答性が維持され、エンジン加速応答性の向上が図れる。

次に不感帯判定手段 6 4の他の実施形態について説明する。

前記したように不感帯判定手段 6 4では、算出した推定空気過剰率えの制御指令信号 0に対する変化率 d λ/ά 0が所定の値 αより小さい場合、すなわち EG Rバルブ 2 7または吸気スロットルバルブ 2 9の流量変化ほとんど無い場合には、これらバルブの少なくとも一方は不感帯域にあると判定しているが、他の実施形態の不感帯判定手段 1 0 0は推定空気過剰率; Lを用いずに酸素濃度センサ 1 0 2 からの酸素濃度を用いて判定する。

図 1 0の構成図に示すように、 EGR通路 2 3が吸気通路 1 3に接続する位置よりも下流側の吸気通路である吸気マ二ホールド内に酸素濃度を検出する酸素濃度センサ 1 0 2を設置し、該酸素濃度センサ 1 0 2からの酸素濃度検出値に基づいて、排ガス循環制御装置 1 0 4の不感帯判定手段 1 0 0では、酸素濃度の変化率が所定の閾値以下となつたかを判定して、該閾値以下の時には不感帯域と判定して、不感帯補償手段 6 6によってバルブ開度設定手段 6 0で設定された EGR バルブ 2 7と吸気ス口ットルバルブ 2 9のそれぞれの開度指令ライン L 1、 L 2 を補正する。

このように EG R通路 2 3が合流する吸気通路 1 3の下流側の吸気マ二ホールド内に設置した酸素濃度センサ 1 0 2によって、 EGRガス中の未燃焼空気量を含めて燃焼室に流入する酸素量を検出して、その酸素濃度の変化率から不感帯領域にいる力否かを判定するため、すなわち、燃焼室内に流入するガス量の変動を検出するのでなく、その流入ガス内の酸素濃度の変動を検出して不感帯領域を捉えるので、精度よい判定が可能になる。また、酸素濃度センサ 102からの信号だけでよいため、前記推定空気過剰率を算出するために吸気圧力、吸気温度等を検出して、所定の算出式を用いて制御するよりも制御を簡単化できる。産業上の利用可能性

本発明によれば、 EGRパルプと吸気スロットルバルブとの動きを一つの制御指令信号で関連付けて作動させるように構成した排ガス再循環制御装置において、吸気バルブおよび E G Rバルブ自体が有している不感帯域を捕償することによつて、加速応答性および EGR率（EGRガス量）の制御性を向上させることができ、特に、 EGR率が大きい状態（EGRバルブが全開かつ吸気スロットルバルブが閉弁側に制御され、大量の EGRガスを導入している状態）力ら、急なァクセル開操作が行われた時に、瞬時に EG Rを停止させることができるので、ディ一ゼルェンジンの排ガス再循環制御装置への適用に適している。

Claims

請求の範囲

1 . E G R流量を制御する E G Rバルブと吸気流量を制御する吸気スロットルバルブとの動きを関連して作動させるように構成したディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置において、

前記 E G Rバルブおよび前記吸気スロットルバルブは開度変化に対して流量変化を生じない不感帯域を一定のバルブ開度以上にそれぞれ有し、

E G Rガス中の未燃焼空気量を含めた推定空気過剰率を算出し、該算出される推定空気過剰率の変化率に基づいて、変化率が所定値より小さい場合には前記 E G Rバルブまたは前記吸気スロットルバルブの少なくともいずれか一方の前記不感帯域内であると判断する不感帯判定手段と、

過渡運転時であつて前記不感帯判定手段によつて不感帯域内であると判断したとき、前記 E G Rバルブと吸気スロットルバルブとの関連動作に前記不感帯域が作用しないように前記 E G Rバルブまたは前記吸気スロットルバルブの開度指令値を補正する不感帯補償手段を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。

2 . 同一の制御指令信号に対して前記 E G Rバルブの開度指令値を設定した E G Rバルブ開度指令ラインと前記吸気スロットルバルブの開度指令値を設定したスロットルバルブ開度指令ラインとからなるバルブ開度設定手段を備え、前記ス口ットルバルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴って吸気ス口ットルバルブの開度が比例的に増加し、前記 E G Rバルブ開度指令ラインは制御指令信号の増加に伴って E G Rバルブの開度が比例的に減少し、前記スロットルバルブ開度指令ラインと前記 E G Rバルブ開度指令ラインとは交差するように構成し、

前記不感帯補償手段は前記 E G Rバルブ開度指令ラインまたは前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の増減方向に移動させることを特徴とする請求項 1記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。

3 . 前記不感帯補償手段は前記ス口ットルバルブ開度指令ラインに沿って開弁制御時に、前記 E G Rバルブ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させることを特徴とする請求項 2記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。

4 . 前記不感帯域を狭められた E G Rバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の増加に伴って全閉状態になった後に、前記 E G Rバルブ開度指令ラインを前記制御指令信号の増加に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させることを特徴とする請求項 3記載のディ一ゼルェンジンの排ガス再循環制御装置。

5 . 前記不感帯補償手段は前記 E G Rバルブ開度指令ラインに沿って E G R 増量時に前記スロットルパルプ開度指令ラインの不感帯域を狭める方向に移動させることを特徴とする請求項 2記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。

6 . 前記不感帯域を狭められたス口ットルバルブ開度指令ラインに沿って制御指令信号の減少に伴って全閉状態になった後に、前記スロットルバルブ開度指令ラインを前記制御信号の減少に合せて不感帯域を狭める前の元の位置に戻す方向に移動させることを特徴とする請求項 5記載のディ一ゼルェンジンの排ガス再循環制御装置。

7 . 前記不感帯判定手段が推定空気過剰率に代えて、 E G R通路が吸気通路に接続する位置よりも下流側の吸気通路内に設置された酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づいて判定されることを特徴とする請求項 1記載のディーゼルエンジンの排ガス再循環制御装置。