JP2009299590A - 内燃機関のegr制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 内燃機関のEGR制御装置において、特別のセンサを設けることなく、ベンチュリ装置のバイパス通路に設けたバイパスバルブの制御を的確に行えるようにする。
【解決手段】 吸入空気量センサScで吸気通路12を流れる吸入空気量を検出し、要求EGR量算出手段M2で要求EGR量を算出し、吸入空気量が所定値以下で要求EGR量が所定値以上であってベンチュリ装置19によるEGR量の確保が難いときに、ベンチュリ装置19をバイパスするバイパス通路24に設けたバイパスバルブ25を閉弁して該ベンチュリ装置19の負圧を増加させるので、排気通路14からベンチュリ装置19にEGR通路21を介して還流するEGR量を内燃機関Eの運転状態に関わらずに的確に制御することができる。このバイパスバルブ25の制御に使用するパラメータは吸入空気量および要求EGR量だけなので、排気圧やベンチュリ圧を検出するセンサが不要になり、部品点数の削減およびコストダウンに寄与することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 吸入空気量センサScで吸気通路12を流れる吸入空気量を検出し、要求EGR量算出手段M2で要求EGR量を算出し、吸入空気量が所定値以下で要求EGR量が所定値以上であってベンチュリ装置19によるEGR量の確保が難いときに、ベンチュリ装置19をバイパスするバイパス通路24に設けたバイパスバルブ25を閉弁して該ベンチュリ装置19の負圧を増加させるので、排気通路14からベンチュリ装置19にEGR通路21を介して還流するEGR量を内燃機関Eの運転状態に関わらずに的確に制御することができる。このバイパスバルブ25の制御に使用するパラメータは吸入空気量および要求EGR量だけなので、排気圧やベンチュリ圧を検出するセンサが不要になり、部品点数の削減およびコストダウンに寄与することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられたベンチュリ装置と、前記内燃機関の排気通路から前記ベンチュリにEGRガスを還流するEGR通路と、前記吸気通路のベンチュリ装置の上流側および下流側を接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えた内燃機関のEGR制御装置に関する。
ターボチャージャを備えた内燃機関において、タービン11bの上流の排気回路16からコンプレッサ11aの下流の吸気回路12にEGRガスを還流させる排気再循環回路15を、吸気回路12に設けたベンチュリ12bに接続し、ベンチュリ12bの上流および下流を接続する吸気バイパス回路12cに吸気バイパス弁12dを設け、排気圧Pexとベンチュリ圧Pvrとの差圧(Pex−Pvr)が、(Pex−Pvr)>0となるように、つまりEGRガスが排気側から吸気側に還流する圧力差が発生するように前記吸気バイパス弁12dの開度を制御するものが、下記特許文献1により公知である。
特開2001−165000号公報
ところで、上記従来のものは、吸気バイパス回路12cの吸気バイパス弁12dの開度を制御するために排気圧Pexとベンチュリ圧Pvrとを検出する必要があり、それらを検出するための特別のセンサを設ける分だけコストが増加する問題があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関のEGR制御装置において、特別のセンサを設けることなく、ベンチュリ装置のバイパス通路に設けたバイパスバルブの制御を的確に行えるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、内燃機関の吸気通路に設けられたベンチュリ装置と、前記内燃機関の排気通路から前記ベンチュリ装置にEGRガスを還流するEGR通路と、前記吸気通路の前記ベンチュリ装置の上流側および下流側を接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、前記吸気通路を流れる吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、前記EGR通路から供給する要求EGR量を算出する要求EGR量算出手段と、前記吸入空気量が所定値以下で前記要求EGR量が所定値以上のときに、前記バイパスバルブを閉弁するバイパスバルブ制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関のEGR制御装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、内燃機関の吸気通路に設けられたベンチュリ装置と、前記内燃機関の排気通路から前記ベンチュリ装置にEGRガスを還流するEGR通路と、前記吸気通路のベンチュリ装置の上流側および下流側を接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、変速機の変速段を検出する変速段センサと、前記アクセル開度から要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、前記要求トルクおよび前記変速段から推定内燃機関回転数を算出する推定内燃機関回転数算出手段と、前記要求トルクおよび前記推定内燃機関回転数から推定吸入空気量を算出する推定吸入空気量算出手段と、前記要求トルクおよび前記推定内燃機関回転数から推定EGR量を算出する推定EGR量算出手段と、前記推定吸入空気量が所定値以下で前記推定EGR量が所定値以上のときに、前記バイパスバルブを閉弁するバイパスバルブ制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関のEGR制御装置が提案される。
請求項1の構成によれば、吸入空気量センサで吸気通路を流れる吸入空気量を検出し、要求EGR量算出手段で要求EGR量を算出し、吸入空気量が所定値以下で要求EGR量が所定値以上であって吸気通路に設けたベンチュリ装置によるEGR量の確保が難いときに、ベンチュリ装置をバイパスするバイパス通路に設けたバイパスバルブを閉弁して該ベンチュリ装置の負圧を増加させるので、排気通路からベンチュリ装置にEGR通路を介して還流するEGR量を内燃機関の運転状態に関わらずに的確に制御することができる。このバイパスバルブの制御に使用するパラメータは吸入空気量および要求EGR量だけなので、排気圧やベンチュリ圧を検出するセンサが不要になり、部品点数の削減およびコストダウンに寄与することができる。
また請求項2の構成によれば、アクセル開度と変速段とに基づいて、推定内燃機関回転数算出手段で推定内燃機関回転数を算出し、推定吸入空気量算出手段で推定吸入空気量を算出し、推定EGR量算出手段で推定EGR量を算出し、推定吸入空気量が所定値以下で推定EGR量が所定値以上であって吸気通路に設けたベンチュリ装置によるEGR量の確保が難いときに、ベンチュリ装置をバイパスするバイパス通路に設けたバイパスバルブを閉弁して該ベンチュリ装置の負圧を増加させるので、排気通路からベンチュリ装置にEGR通路を介して還流するEGR量を内燃機関の運転状態に関わらずに的確に制御することができる。このバイパスバルブの制御に使用するパラメータは推定吸入空気量および推定EGR量だけなので、排気圧やベンチュリ圧を検出するセンサが不要になり、部品点数の削減およびコストダウンに寄与することができる。
しかもアクセル開度と変速段とに基づいて推定内燃機関回転数および推定吸入空気量を算出するので、アクセル開度に対する内燃機関回転数および吸入空気量の応答遅れを補償し、ベンチュリ装置の負圧が不足するのを未然に回避してEGR量の制御を一層精度よく行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
図1〜図5は本発明の第1の実施の形態を示すもので、図1は内燃機関のEGR制御装置の全体構成図、図2は電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図、図3は作用を説明するフローチャート、図4は要求トルクおよび内燃機関回転数から要求EGR量を検索するマップ、図5はバイパスバルブの開弁領域および閉弁領域を示す図である。
図1に示すように、水素を燃料とする内燃機関Eは吸気ポート11…に連なる吸気通路12と、排気ポート13…に連なる排気通路14とを備える。ターボチャージャ15は排気通路14に臨むタービン16と吸気通路12に臨むコンプレッサ17とを同軸に結合したものであり、排気通路14を流れる排気で駆動されるタービン16の回転をコンプレッサ17に伝達し、回転するコンプレッサ17で吸気を圧縮して過給を行うようになっている。
ターボチャージャ15のコンプレッサ17と内燃機関Eの吸気ポート11…とを接続する吸気通路12には、コンプレッサ17で圧縮されて温度上昇した吸気を冷却するインタークーラ18が設けられる。コンプレッサ17の上流の吸気通路12にベンチュリ装置19が設けられており、またタービン16とその下流の排気ガス浄化触媒20との間の排気通路14が、EGR通路21を介してベンチュリ装置19に接続される。EGR通路21には、その上流側にEGRガスを冷却するEGRクーラ22が配置され、その下流側にEGRガスの流量を制御するEGR制御バルブ23が配置される。ベンチュリ装置19の上流側と下流側とがバイパス通路24で接続されており、そのバイパス通路24にバイパスバルブ25が設けられる。
ベンチュリ装置19は、上流側の吸気通路12から供給される吸気を絞るべく先細に形成されたノズル26と、ノズル26の下流端から末広がりに形成されたディフューザ27とを備えており、ノズル26およびディフューザ27の隙間にEGR通路21の下流端が開口する。
内燃機関回転数センサSaで検出した内燃機関回転数NEと、アクセル開度センサSbで検出したアクセル開度APと、吸入空気量センサScで検出した吸入空気量GAIRとが入力された電子制御ユニットUは、EGR制御バルブ23およびバイパスバルブ25の開度を制御する。
図2に示すように、EGR量を制御する電子制御ユニットUは、要求トルク算出手段M1と、要求EGR量算出手段M2と、EGR量制御手段(バイパスバルブ制御手段)M3とを備える。
要求トルク算出手段M1は、アクセル開度センサSbで検出したアクセル開度APに基づいて内燃機関Eの要求トルクBMEPを算出する。要求EGR量算出手段M2は、前記要求トルクBMEPと、内燃機関回転数センサSaで検出した内燃機関回転数NEとに基づいて要求EGR量GEGRを算出する。EGR量制御手段(バイパスバルブ制御手段)M3は、前記要求EGR量GEGRと、吸入空気量センサScで検出した吸入空気量GAIRとに基づいてEGR制御バルブ23およびバイパスバルブ25の開度を制御する。
次に、上記構成を備えた本発明の第1の実施の形態の作用を説明する。
内燃機関Eはスロットルバルブを備えていないタイプであり、吸気系への燃料噴射量を制御することで出力の制御が行なわれる。
内燃機関Eの排気ポート13…から排気通路14に排出された排気はターボチャージャ15のタービン16を駆動した後、排気ガス浄化触媒20を通過して浄化された状態で排出される。ターボチャージャ15のタービン16で駆動されるコンプレッサ17により圧縮された吸気は、インタークーラ18で冷却された後に吸気ポート11…から内燃機関Eに吸入されて燃料の燃焼に供される。
ターボチャージャ15のタービン16の下流の排気通路14から分岐するEGR通路21に導入されたEGRガスは、EGRクーラ22で冷却された後にEGR制御バルブ23で流量を制御され、ベンチュリ装置19に発生する負圧で吸気通路12に還流することで排気中のNOxの低減に寄与する。このとき、EGR制御バルブ23を全開にしてもEGR量が不足する場合には、バイパスバルブ25を閉弁制御することで、ベンチュリ装置19に発生する負圧を増加させ、必要な量のEGRガスを吸気通路12に還流させるようになっている。
上記作用を、図3のフローチャートに基づいて更に詳細に説明する。
先ずステップS1で内燃機関回転数センサSaで内燃機関回転数NEを検出し、アクセル開度センサSbでアクセル開度APを検出し、吸入空気量センサScで吸入空気量GAIRを検出する。続くステップS2でアクセル開度APから要求トルクBMEPを算出し、ステップS3で要求トルクBMEPと内燃機関回転数NEとから要求EGR量GEGRを算出する。
尚、実施の形態の内燃機関Eはスロットルバルブを備えていないため、要求トルクBMEPから内燃機関Eの燃料噴射量を算出することができる。
ステップS4で吸入空気量GAIRが所定値A以下であり、かつステップS5で要求EGR量GEGRが所定値B以上であれば、ステップS6でバイパスバルブ25を閉弁し、前記ステップS5で吸入空気量GAIRが所定値A以下でないか、前記ステップS5で要求EGR量GEGRが所定値B以上でなければ、ステップS7でバイパスバルブ25を開弁するとともに、要求EGR量GEGRが得られるようにEGR制御バルブ23の開度を制御する。
図4は、前記ステップS3で要求トルクBMEPと内燃機関回転数NEとから要求EGR量GEGRを検索するためのマップを示している。要求トルクBMEPが低い領域では燃料噴射量が少なくなり、空燃比が低いリーン運転が行われるためにNOxが発生し難く、従ってEGR率は0%にすることができる。要求トルクBMEPの増加に伴って燃料噴射量が増加することでリーン運転が不能になると、NOxの排出を抑制するために、EGR率=50%(吸入空気量GAIR=要求EGR量GEGR)となり、そこから要求トルクBMEPの増加に伴って全負荷運転状態(ストイキ)に達する間に、EGR率は50%から0%に漸減する。
図5は、吸入空気量GAIRおよび要求EGR量GEGRをパラメータとしてバイパスバルブ25の開弁領域および閉弁領域を検索するためのマップを示している。図4で説明したように、要求EGR量GEGR>吸入空気量GAIRの領域(EGR率>50%の領域)では、リーン運転が可能であるためにEGRガスの導入は行われず、EGR制御バルブ23は閉弁状態に維持される。一方、要求EGR量GEGR≦吸入空気量GAIRの領域(EGR率≦50%の領域)ではEGRガスの導入が行われるが、要求EGR量GEGRを吸気通路12に還流できない場合には、バイパス通路24に設けたバイパスバルブ25を閉弁することでベンチュリ装置19における吸気の流量を増加させ、ベンチュリ装置19に発生する負圧を増加させることで要求EGR量GEGRを吸気通路12に還流させる。
必要なEGR量を確保できない第1の場合は、内燃機関Eが低負荷領域にあって吸入空気量GAIRが所定値A以下であり(図3フローチャートのステップS4参照)、ベンチュリ装置19に充分な負圧が発生しない場合である。必要なEGR量を確保できない第2の場合は、要求EGR量GEGRが所定値B以上であり(図3のフローチャートのステップS5参照)、ベンチュリ装置19が発生する負圧では不足する場合である。
上記二つの条件が重なった場合には、バイパス通路24に設けたバイパスバルブ25を閉弁して吸気の全量がベンチュリ装置19を通過するようにし、そこに充分な負圧を発生させて要求EGR量GEGRを吸気通路12に還流させ、適正なEGR率を確保することができる。それ以外の場合には、前記バイパス通路24に設けたバイパスバルブ25を開弁してベンチュリ装置19を通過する吸気の量を最小限に抑え、吸気抵抗を減少させて内燃機関Eの出力向上を図ることができる。
このように、内燃機関Eが一般的に備えている内燃機関回転数センサSa、アクセル開度センサSbおよび吸入空気量センサScを用いてバイパスバルブ25の開閉制御を行うことができるので、上記特許文献1に記載された発明で必要としていた排気圧センサやベンチュリ圧センサが不要になり、部品点数の削減およびコストの削減に寄与することができる。
図6および図7は本発明の第2の実施の形態を示すもので、図6は電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図、図7は作用を説明するフローチャートである。
上述した第1の実施の形態では、吸入空気量GAIRを吸入空気量センサScで直接検出し、かつ要求EGR量GEGRを、要求トルク算出手段M1で算出した要求トルクBMEPと内燃機関回転数センサSaで直接検出した内燃機関回転数NEとから算出しているが、第2の実施の形態では、内燃機関回転数NEを推定し(推定内燃機関回転数NE* )、この推定内燃機関回転数NE* に基づいて吸入空気量GAIRを推定し(推定吸入空気量GAIR* )、この推定吸入空気量GAIR* に基づいて推定EGR量GEGR* を算出する。
図6に示すように、EGR量を制御する電子制御ユニットUは、要求トルク算出手段M1と、推定内燃機関回転数算出手段M4と、推定吸入空気量算出手段M5と、推定EGR量算出手段M6と、EGR量制御手段(バイパスバルブ制御手段)M3とを備える。
要求トルク算出手段M1は、アクセル開度センサSbで検出したアクセル開度APに基づいて内燃機関Eの要求トルクBMEPを算出する。推定内燃機関回転数算出手段M4は、前記要求トルクBMEPと、変速段センサSdで検出した変速機の変速段SPとに基づいて推定内燃機関回転数NE* を算出する。推定吸入空気量算出手段M5は、前記要求トルクBMEPと、前記推定内燃機関回転数NE* とに基づいて推定吸入空気量GAIR* を算出する。推定EGR量算出手段M6は、前記要求トルクBMEPと、前記推定内燃機関回転数NE* とに基づいて推定EGR量GEGR* を算出する。EGR量制御手段(バイパスバルブ制御手段)M3は、前記推定EGR量GEGR* と、前記推定吸入空気量GAIR* とに基づいてEGR制御バルブ23およびバイパスバルブ25の開度を制御する。
上記作用を、図7のフローチャートに基づいて更に詳細に説明する。
先ずステップS11でアクセル開度センサSbでアクセル開度APを検出するとともに、変速段センサSdで変速機の変速段SPを検出する。続くステップS12でアクセル開度APから要求トルクBMEPを算出する。続くステップS13で要求トルクBMEPと変速段SPとから推定内燃機関回転数NE* を算出し、更にステップS14で要求トルクBMEPと推定内燃機関回転数NE* とから推定吸入空気量GAIR* を算出する。そしてステップS15で要求トルクBMEPと推定内燃機関回転数NE* とから推定EGR量GEGR* を算出する。
尚、ステップS15では第1の実施の形態のステップS3と同様に図4のマップを用いており、内燃機関回転数が推定内燃機関回転数NE* に到達した際に要求される要求EGR量を推定EGR量GEGR* として推定している。
本実施の形態の内燃機関Eはスロットルバルブを備えておらず、燃料噴射量で出力制御を行うものであるため、前記ステップS14で推定内燃機関回転数NE* が分かれば、そのときの推定吸入空気量GAIR* を算出することができる。
ステップS16で推定吸入空気量GAIR* が所定値A以下であり、かつステップS17で推定EGR量GEGR* が所定値B以上であれば、ステップS18でバイパスバルブ25を閉弁し、前記ステップS16で推定吸入空気量GAIR* が所定値A以下でないか、前記ステップS17で推定EGR量GEGR* が所定値B以上でなければ、前記ステップS19でバイパスバルブ25を開弁するとともに、推定EGR量GEGR* が得られるようにEGR制御バルブ23の開度を制御する。
以上のように、第2の実施の形態によれば、アクセル開度APから算出された要求トルクBMEPから到達する推定内燃機関回転数NE* を算出し、その推定内燃機関回転数NE* から算出した推定吸入空気量GAIR* および推定EGR量GEGR* からベンチュリ装置19の負圧が不足することが予測される場合には、予めバイパスバルブ25を閉弁しておくことで、アクセルペダルの操作に対する内燃機関回転数NEおよび吸入空気量GAIRの応答遅れを補償し、ベンチュリ装置19の負圧が不足するのを未然の回避してEGR量の制御を一層精度よく行うことができる。
第2の実施の形態の上記以外の作用効果は、上述した第1の実施の形態の作用効果と同一である。
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態では水素を燃料とする内燃機関Eを例示したが、本発明はガソリンや軽油を燃料とする内燃機関Eに対しても、またターボチャージャ15を持たない内燃機関Eに対しても、また燃料噴射がポート噴射あるいは直噴の何れであっても、スロットルバルブを持たない内燃機関Eであれば適用することができる。
また図7のフローチャートのステップS13で要求トルクBMEPおよび変速段SPから推定内燃機関回転数NE* を算出する際に、路面の傾斜や車両の積載量に応じて変化する車両負荷を考慮すれば、推定内燃機関回転数NE* をより高精度に算出することができる。
12 吸気通路
14 排気通路
19 ベンチュリ装置
21 EGR通路
24 バイパス通路
25 バイパスバルブ
AP アクセル開度
BMEP 要求トルク
E 内燃機関
GAIR 吸入空気量
GAIR* 推定吸入空気量
GEGR 要求EGR量
GEGR* 推定EGR量
M1 要求トルク算出手段
M2 要求EGR量算出手段
M3 バイパスバルブ制御手段
M4 推定内燃機関回転数算出手段
M5 推定吸入空気量算出手段
M6 推定EGR量算出手段
NE* 推定内燃機関回転数
SP 変速段
Sb アクセル開度センサ
Sc 吸入空気量センサ
Sd 変速段センサ
14 排気通路
19 ベンチュリ装置
21 EGR通路
24 バイパス通路
25 バイパスバルブ
AP アクセル開度
BMEP 要求トルク
E 内燃機関
GAIR 吸入空気量
GAIR* 推定吸入空気量
GEGR 要求EGR量
GEGR* 推定EGR量
M1 要求トルク算出手段
M2 要求EGR量算出手段
M3 バイパスバルブ制御手段
M4 推定内燃機関回転数算出手段
M5 推定吸入空気量算出手段
M6 推定EGR量算出手段
NE* 推定内燃機関回転数
SP 変速段
Sb アクセル開度センサ
Sc 吸入空気量センサ
Sd 変速段センサ
Claims (2)
- 内燃機関(E)の吸気通路(12)に設けられたベンチュリ装置(19)と、
前記内燃機関(E)の排気通路(14)から前記ベンチュリ装置(19)にEGRガスを還流するEGR通路(21)と、
前記吸気通路(12)の前記ベンチュリ装置(19)の上流側および下流側を接続するバイパス通路(24)と、
前記バイパス通路(24)を開閉するバイパスバルブ(25)と、
前記吸気通路(12)を流れる吸入空気量(GAIR)を検出する吸入空気量センサ(Sc)と、
前記EGR通路(21)から供給する要求EGR量(GEGR)を算出する要求EGR量算出手段(M2)と、
前記吸入空気量(GAIR)が所定値以下で前記要求EGR量(GEGR)が所定値以上のときに、前記バイパスバルブ(25)を閉弁するバイパスバルブ制御手段(M3)と、
を備えることを特徴とする内燃機関のEGR制御装置。 - 内燃機関(E)の吸気通路(12)に設けられたベンチュリ装置(19)と、
前記内燃機関(E)の排気通路(14)から前記ベンチュリ装置(19)にEGRガスを還流するEGR通路(21)と、
前記吸気通路(12)のベンチュリ装置(19)の上流側および下流側を接続するバイパス通路(24)と、
前記バイパス通路(24)を開閉するバイパスバルブ(25)と、
アクセル開度(AP)を検出するアクセル開度センサ(Sb)と、
変速機の変速段(SP)を検出する変速段センサ(Sd)と、
前記アクセル開度(AP)から要求トルク(BMEP)を算出する要求トルク算出手段(M1)と、
前記要求トルク(BMEP)および前記変速段(SP)から推定内燃機関回転数(NE* )を算出する推定内燃機関回転数算出手段(M4)と、
前記要求トルク(BMEP)および前記推定内燃機関回転数(NE* )から推定吸入空気量(GAIR* )を算出する推定吸入空気量算出手段(M5)と、
前記要求トルク(BMEP)および前記推定内燃機関回転数(NE* )から推定EGR量(GEGR* )を算出する推定EGR量算出手段(M6)と、
前記推定吸入空気量(GAIR* )が所定値以下で前記推定EGR量(GEGR* )が所定値以上のときに、前記バイパスバルブ(25)を閉弁するバイパスバルブ制御手段(M3)と、
を備えることを特徴とする内燃機関のEGR制御装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
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