JP2010116853A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ量を増量するＥＧＲ過渡期における大流量の排気還流を抑制することができる排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。
【解決手段】排気ガス再循環装置１は、吸気ポート２２に開口する第１の出口１０ａと、サージタンク５の上流に開口する第２の出口１０ｂとを備えた排気ガス再循環通路１０と備える。また、この排気ガス再循環通路１０の排気ガス再循環量を制御するＥＧＲ制御弁１１、第１の出口１０ａと第２の出口１０ｂとを切り換える出口切替弁１３を備える。さらに、吸気圧センサ９と、排気圧センサ８と、これらの吸気圧センサ９により取得された吸気圧と排気圧センサ８により取得された排気圧とに基づいて、出口切替弁１３を制御するＣＤＵ１４を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス再循環装置に関する。

従来、排気ガスを各気筒の吸排気系の２箇所に独立に還流する機構を有し、エンジンの運転状態により２系統の排気還流路を切り替え、ＥＧＲバルブを制御することで気筒間のバラツキを解消する排気還流制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平１１−３６９４９号公報

ところで、特許文献１に開示された排気還流制御装置をはじめ、外部排気再循環（外部ＥＧＲ）によって大量の排気ガスを還流させるシステムにおいて、高速で開閉可能なＥＧＲ弁を有する場合、燃焼限界を超越するような過度の排気ガス還流が起こることが懸念される。このような過度の排気ガス還流が発生すると失火が誘発される。

大量の排気還流が起こるメカニズムは以下の如くである。
ＥＧＲ流量は、吸排気管内圧力比、及び、ＥＧＲ弁の絞り度合い、すなわち、流量係数によって決定される。このような状況下、近年、排気ガス再循環量を制御する弁、すなわち、ＥＧＲ制御弁の動作速度が向上している。ＥＧＲ制御弁の動作速度が速い場合、吸排気管圧力比が高く、かつ、ＥＧＲ制御弁の流量係数が高い、すなわち、絞り度合いが低い状態が出現し得る。このような状態が出現すると、ＥＧＲ量を増量する過渡状態において瞬間的に非常に大流量の排気還流が起こる。
このようなメカニズムにより大流量の排気還流が起こると、ＥＧＲ量を増量するＥＧＲ過渡時に燃焼の不安定化や失火によるドラビリ悪化、エミッション悪化が引き起こされるおそれがある。

そこで、本発明は、ＥＧＲ量を増量するＥＧＲ過渡期における大流量の排気還流を抑制することができる排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために、本明細書開示の排気ガス再循環装置は、吸気ポートに開口する第１の出口と、サージタンクの上流に開口する第２の出口とを備えた排気ガス再循環通路と、当該排気ガス再循環通路の排気ガス再循環量を制御する制御弁と、前記第１の出口と前記第２の出口とを切り換える出口切替弁と、吸気圧センサと、排気圧センサと、前記吸気圧センサにより取得された吸気圧と前記排気圧センサにより取得された排気圧とに基づいて、前記出口切替弁を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

このように吸気圧と排気圧との差に基づいて排気ガスの再循環制御を行うことにより、大流量の排気還流が発生することを抑制することができる。

本明細書開示の排気ガス再循環装置によれば、ＥＧＲ過渡期における大流量の排気還流を抑制することができる

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、実施例の排気ガス再循環装置１を備えたエンジン１００の吸排気系周辺を示した説明図である。
エンジン１００は、シリンダヘッド２は、排気ポート２１、吸気ポート２２を有しており、排気バルブ２３、吸気バルブ２４が組み込まれている。エンジン１００の排気ポート２１には排気管３が接続されている。排気管３には排気圧センサ８が設けられている。また、エンジン１００の吸気ポート２２には吸気管４が接続されている。吸気管４にはサージタンク５が設けられている。サージタンク５には吸気圧センサ９が設けられている。エンジン１００は、吸気ポート２２に混合気を供給できるようにインジェクター２５を備えている。吸気管４のサージタンク５の上流側にはスロットル６及びスロットル開度センサ７が装着されている。

排気管３と吸気管４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置が設けられている。すなわち、排気管３と吸気管４とは、排気ガス再循環通路（以下、ＥＧＲ通路という）１０によって接続されている。このＥＧＲ通路１０には、本発明における制御弁に相当するＥＧＲ制御弁１１が設けられている。
ＥＧＲ通路１０は、途中で二股に分岐している。その一方は、吸気バルブ２４の直前の吸気ポート２２に開口する第１の出口１０ａを有し、他方は、サージタンク５の上流に開口する第２の出口１０ｂを有している。またＥＧＲ通路１０の分岐点には、出口切替弁１３が設けられている。第１の出口１０ａが選択された場合にＥＧＲの流路は長管となり、第２の出口１０ｂが選択されたときにＥＧＲの流路は短管となる。

制御装置１は、制御部に相当するＥＣＵ（Electronic control unit）１４を備えている。ＥＣＵ１４は、エンジン１００の各部の制御を行うものであり、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中央演算装置（ＣＰＵ）、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）、アナログデジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）等を双方向バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。

このＥＣＵ１４には、スロットル開度センサ７、排気圧センサ８、吸気圧センサ９が電気的に接続されている。また、エンジン回転数センサ１５、エンジン吸気流量センサ１６、吸排気バルブタイミングセンサ１７、水温センサ２７、イグニション２８が電気的に接続されている。さらに、バルブオーバーラップ調節機構１８、ＥＧＲ制御弁１１、出口切替弁１３、インジェクター２５が接続されている。なお、ＥＣＵ１４には、エンジン１００を制御するための各種センサ類が接続されている。

以上のような排気ガス再循環装置１を備えたエンジン１００の動作につき、図２に示すフロー図を参照しつつ説明する。排気ガス再循環装置１における各種盛業はＥＣＵ１４によって行われる。

ＥＣＵ１４は、まず、ステップＳ１において、イグニション２８がｏｎ状態となっているか否かの判断をする。このステップＳ１においてｙｅｓと判断したときは、ステップＳ２へ進む。一方、ステップＳ１でｎｏと判断したときは、ステップＳ１の処理を繰り返す。

ステップＳ２では、エンジン１００の暖機が完了したか否かの判断を行う。暖機が完了したか否かは水温センサ２７により取得された水温データに基づき判断する。水温データが予め定めたエンジン暖機に関する閾値を越えていればエンジン１００の暖機は完了していると判断する。エンジン１００の暖機が完了しており、ステップＳ２でｙｅｓと判断したときは、ステップＳ３へ進む。一方、ステップＳ２でｎｏと判断したときは、ステップＳ１からの処理を繰り返す。

ステップＳ３では、ＥＣＵ１４は、エンジン回転数センサ１５より、エンジン回転数：Ｎｅを取得する。また、ステップＳ３に引き続いて行うステップＳ４において、エンジン吸気流量センサ１６より、吸入空気量：ＧＡを取得する。なお、ステップＳ３の処理と、ステップＳ４の処理は、順番を入れ換えて行ってもよいし、同時に行うようにしてもよい。

ステップＳ３、ステップＳ４の処理を終えた後は、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、ＥＧＲ目標値：ＥＧＲｔを算出する。ここで、ＥＧＲｔは、図３にその一例を示すマップを参照することによって算出する。マップは、ＥＣＵ１４内に格納されている。マップは、横軸にエンジン回転数Ｎｅが設定され、エンジン回転数Ｎｅに応じたＥＧＲｔが求められるようになっている。

ステップＳ５に引き続き行うステップＳ６では、吸気圧センサ９により吸気管圧力：Ｐｍを取得する。また、ステップＳ７では、排気圧センサ８により排気管圧力：Ｐｅｘを取得する。なお、ステップＳ６の処理と、ステップＳ７の処理は、順番を入れ換えて行ってもよいし、同時に行うようにしてもよい。

ステップＳ６、Ｓ７の処理を終えた後、ステップＳ８において、ＥＧＲ制御弁１１の開度目標値：θｔを算出する。開度目標値：θｔは、以下の工程を経て算出する。
まず、式１より、定常目標ＥＧＲ流量：ＭＥＧＲｓｔを算出する
式１
ＭＥＧＲｓｔ＝ＧＡ×ＥＧＲｔ

そして、ＥＧＲ制御弁１１の制御弁開口面積：ＡＥ_１を下記式２により算出する。ここで、式２は、ＥＧＲの流れを可逆断熱圧縮・膨張過程にあると仮定し、１次元渦無し流れの式として構築されている。
式２

ρ０：常温常圧時排気ガス密度
ａ０：モデル定数
γ：新気、排気ガス平均比熱比（＝１．３）

次に、式２により算出した制御弁開口面積：ＡＥ_１に基づいて開度目標値：θｔを算出する。具体的には、図４に示すマップを参照することによって算出する。図４に示すマップは、横軸に制御弁開口面積：ＡＥ_１がとられ、縦軸に開度目標値：θｔがとられており、このマップを参照することにより開度目標値：θｔが算出される。

ステップＳ８の処理を終えた後は、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、ＥＧＲ制御弁開度現在値：θｐを取得する。ＥＣＵ１４は、ＥＧＲ制御弁１１に開閉指令を行うが、このときの指令値がＥＧＲ制御弁開度現在値：θｐとして利用される。

ステップＳ１０では、ＥＧＲが過渡状態にあるか否かを判断する。すなわち、非定常判定を行う。ここで、定常状態とは、ＥＧＲ量が増加している状態であり、非定常状態とは、ＥＧＲ量が一定であるか又は減少している状態を指す。
非定常判定は、ステップＳ８で算出したＥＧＲ制御弁目標値：θｔと、ステップＳ９で算出したＥＧＲ制御弁開度現在値：θｐを用いて行う。
具体的には、
θｔ−θｐ＞Ｃ１ 非定常判定 →ｙｅｓ
θｔ−θｐ≦Ｃ１ 定常判定 →ｎｏ
との判定を行う。
ここで、Ｃ１は予め設定された閾値である。

ステップＳ１０でｙｅｓと判断したときはステップＳ１１へ進む。一方、ステップＳ１０でｎｏと判断したときは、ステップＳ１からの処理を繰り返す。ステップＳ１１では、吸排気管圧力比の判定を行う。吸排気管圧力比判定を行うことにより、ＥＧＲのオーバーシュートが発生するか否かの判定を行う。
吸排気管圧力比判定は、ステップＳ６で取得した吸気管圧力：Ｐｍと、ステップＳ７で取得した排気管圧力：Ｐｅｘを用いて行う。
具体的には、
Ｐｅｘ／Ｐｍ＞Ｃ２ オーバーシュート発生 →ｙｅｓ
Ｐｅｘ／Ｐｍ≦Ｃ２ オーバーシュート回避 →ｎｏ
との判定を行う。
ここで、Ｃ２は予め設定された閾値である。

ステップＳ１１でｎｏと判断したときは、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、第２の出口１０ｂが開口するように出口切替弁１３を切り換える。そしてステップＳ１３へ進み、ＥＧＲ制御弁開度：θＥＧＲをステップＳ８で算出したθｔに設定する。ステップＳ１３の処理が終了した後は、制御はリターンとなる。

一方、ステップＳ１１でｙｅｓと判断したときはステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、ステップＳ１４では、第１の出口１０ａが開口するように出口切替弁１３を切り換える。ステップＳ１４の処理を終えるとステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、バルブオーバーラップ縮小量：ΔＯＬを算出する。また、ステップＳ１６では、吸排気バルブタイミングセンサ１７により、現在のバルブオーバーラップ量であるバルブオーバーラップ現在量ＯＬｐを取得する。そして、ステップＳ１７において、ＯＬｐ＞ΔＯＬの条件を満たすか否かの判断を行う。

このステップＳ１７においてｙｅｓと判断したときは、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、バルブオーバーラップ調節機構１８により調節される新たなバルブオーバーラップ量：ＯＬとしてＯＬｐ−ΔＯＬを設定する。ステップＳ１８の処理を終えるとステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、上述したようにＥＧＲ制御弁開度：θＥＧＲをステップＳ８で算出したθｔに設定する。ステップＳ１３の処理が終了した後は、制御はリターンとなる。

一方、ステップＳ１７においてｎｏと判断したときは、ステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９では、バルブオーバーラップ調節機構１８により調節される新たなバルブオーバーラップ量：ＯＬを０に設定する。そして、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、空燃比リッチ補正を行う。ステップＳ２０の処理を終えるとステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、上述したようにＥＧＲ制御弁開度：θＥＧＲをステップＳ８で算出したθｔに設定する。ステップＳ１３の処理が終了した後は、制御はリターンとなる。

排気ガス再循環装置１による以上のような制御が行われることにより、過度の、すなわち、燃焼限界を越えるほどの排気ガス還流による失火を抑制することができる。また、これとともに素早いＥＧＲ応答を得ることができ、ドライバビリティ、エミッション、燃費性能を高次元でバランスさせることができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

図１は実施例の排気ガス再循環装置を備えたエンジン１００の吸排気系周辺を示した説明図である。 図２は排気ガス再循環制御の一例を説明する制御フロー図である。 図３はＥＧＲ目標値：ＥＧＲｔ算出マップの一例を示す図である。 図４はＥＧＲ制御弁開度目標値：θｔ算出マップの一例を示す図である。

符号の説明

１…排気ガス再循環装置 ２…シリンダヘッド
３…排気管 ４…吸気管
５…サージタンク ６…スロットル
７…スロットル開度センサ ８…排気圧センサ
９…吸気圧センサ １０…ＥＧＲ通路
１０ａ…第１の出口 １０ｂ…第２の出口
１１…ＥＧＲ制御弁 １３…出口切替弁
１４…ＥＣＵ １５エンジン回転数センサ
１６…エンジン吸気流量センサ １７…吸排気バルブタイミングセンサ
１８…バルブオーバーラップ調節機構 ２１…排気ポート
２２…吸気ポート ２３…排気バルブ
２４…吸気バルブ ２５…インジェクター
２７…水温センサ ２８…イグニション
１００…エンジン

Claims (1)

1. 吸気ポートに開口する第１の出口と、サージタンクの上流に開口する第２の出口とを備えた排気ガス再循環通路と、
   当該排気ガス再循環通路の排気ガス再循環量を制御する制御弁と、
   前記第１の出口と前記第２の出口とを切り換える出口切替弁と、
   吸気圧センサと、
   排気圧センサと、
   前記吸気圧センサにより取得された吸気圧と前記排気圧センサにより取得された排気圧とに基づいて、前記出口切替弁を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする排気ガス再循環装置。

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