JP2017072120A

JP2017072120A - 車両向けｅｇｒシステムの制御方法

Info

Publication number: JP2017072120A
Application number: JP2016002808A
Authority: JP
Inventors: ジュン、ド、グン; Do Geun Jung
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2017-04-13
Also published as: DE102016205395A1; CN106560612A; KR20170041319A; US20170096955A1

Abstract

【課題】触媒の破損有無を判断してＥＧＲバルブの開度量を制御し、エンジンの破損、停止を防止する。
【解決手段】触媒とＥＧＲシステムが適用された車両において、始動オンの状態でＥＧＲシステム作動区間であるか否かを判断する第１段階と、前記第１段階でＥＧＲシステム作動区間と判断された区間で触媒劣化診断ロジックによって触媒劣化指数を演算し、エンジンの失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）検知ロジックによって失火か否かを検知する第２段階と、前記第２段階で演算された触媒劣化指数が第１設定値以上であるか否かを判断して触媒劣化指数以上か否かを判断し、検知された失火の回数が基準期間内に設定された回数以上であるか否かを判断して失火回数以上か否かを判断する第３段階と、前記第３段階で判断された触媒劣化指数以上か否かと失火回数以上か否かに応じてＥＧＲバルブの開度量を制御する第４段階とを含んでなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両向けＥＧＲシステムの制御方法に係り、さらに詳しくは、触媒の破損有無を判断してＥＧＲバルブの開度量を制御する、車両向けＥＧＲシステムの制御方法に関する。

ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、エンジンの燃焼室内に排気される排気ガスの一部をエンジンの吸気ラインへ再循環させるシステムであって、高温の条件と高い酸素濃度の条件下で容易に発生する窒素酸化物を低減させる技術である。

図１は一般的な車両向けＥＧＲシステムの一例を示す構成図である。

図１に示すように、一般的な車両のＥＧＲシステムは、エンジン１０と、エンジン１０に燃焼用空気を吸入させる吸入マニホールド２０と、エンジンで燃焼した排気ガスが排気される排気マニホールド３０と、排気マニホールド３０上に設置され、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒４０と、触媒４０の後段に設置され、有害物質が浄化された排気ガスを吸入マニホールド２０へ再循環させるＥＧＲ配管５０と、ＥＧＲ配管５０に設置され、ＥＧＲ配管５０へ循環する排気ガスの流量を制御するＥＧＲバルブ６０とを含んでなる。よって、ＥＧＲバルブ６０をＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）７０を介して制御して排気ガスの流量を制御する。

このように触媒４０の後段にＥＧＲ配管５０を接続して排気ガスを吸入マニホールド２０へ再循環させる理由は、触媒４０を介して浄化された排気ガスを再循環させ、排気ガスに含まれている有害物質や異物を浄化させた排気ガスを再循環させて吸入マニホールド２０に注入するためのものであり、これによりエンジン１０の破損防止、吸気バルブ部の異物堆積防止、および異物による自己点火防止を達成することができるという利点があるためである。

このようなＥＧＲシステムの構成、すなわち触媒４０の後段部にＥＧＲ配管５０を接続する場合、前述した利点を得ることができるが、溶融（ｍｅｌｔｉｎｇ）や老化（ａｇｉｎｇ、劣化）による触媒４０内のセルが損傷したり排気ガスによって触媒４０内のセルが脱落したりして触媒４０の後方に流れ出てしまうという問題が発生することもある。

このような状態で、ＥＧＲバルブ６０を作動していると、異物はエンジン１０にそのまま流入する。この場合、ＥＧＲ配管５０、クーラー（図示せず）およびＥＧＲバルブ６０の詰まり、エンジン１０の吸気バルブの詰まりを誘発するおそれがあり、流量制御の不良により失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）およびノッキング（ｋｎｏｃｋｉｎｇ）が発生するおそれがあるため、エンジン１０が破損または停止する危険な状況が発生することがある。

大韓民国公開特許１０−２００５−００３００３０号公報

解決しようとする課題

本発明の目的は、エンジンにおける失火発生有無および触媒の劣化度合いを検知して触媒の破損かどうかを判断することでＥＧＲバルブの開度量を制御する、車両向けＥＧＲシステムの制御方法を提供する。

本発明の一実施形態に係る車両向けＥＧＲシステムの制御方法は、触媒とＥＧＲシステムが適用された車両においてＥＣＵを介して排気ガス循環流量を制御する方法であって、始動オンの状態でＥＧＲシステム作動区間であるか否かを判断する第１段階と、前記第１段階でＥＧＲシステム作動区間と判断された区間で触媒劣化診断ロジックによって触媒劣化指数を演算し、エンジンの失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）検知ロジックによって失火か否かを検知する第２段階と、前記第２段階で演算された触媒劣化指数が第１設定値以上であるか否かを判断して触媒劣化指数以上か否かを判断し、検知された失火の回数が基準期間内に設定された回数以上であるか否かを判断して失火回数以上か否かを判断する第３段階と、前記第３段階で判断された触媒劣化指数以上か否かと失火回数以上か否かに応じてＥＧＲバルブの開度量を制御する第４段階とを含んでなる。

前記第２段階で触媒劣化診断ロジックによって触媒劣化指数を演算する過程は、触媒の前段および後段の排気ガス中の酸素濃度を測定し、触媒の前段で測定された酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値と触媒の後段で測定された酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値とを比較して演算することを特徴とする。

前記第２段階での触媒劣化指数は次の［式１］によって演算されることを特徴とする。

ここで、「酸素濃度の振幅_ｒｅａｒ」は触媒の後段の排気ガスから測定される酸素濃度の振幅を意味し、「酸素濃度の振幅_{ｆｒｏｎｔ}」は触媒の前段の排気ガスから測定される酸素濃度の振幅を意味する。

前記第２段階でエンジンの失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）検知ロジックによって失火か否かを検知する過程は、エンジンのクランク角度の変化を検出してセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を演算し、演算されたセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）値でシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を演算することにより、演算されたシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）値が第２設定値以上であれば、失火と判断することを特徴とする。

前記第４段階は、触媒劣化指数以上と判断されると同時に失火回数以上と判断される場合に、ＥＧＲバルブを遮断することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、エンジンの失火を検知し、触媒の老化を検知して、これに基づいてＥＲＧバルブの開度量を制御することにより、触媒から放出された異物のエンジンへの流入を防止することができるという効果がある。

これにより、ＥＧＲ配管、クーラーおよびＥＧＲバルブの詰まりやエンジン吸気バルブの詰まりを防止することで、エンジンが破損または停止する危険な状況が発生することを防止することができる。

一般的な車両向けＥＧＲシステムの一例を示す構成図である。本発明の一実施形態に係る車両向けＥＧＲシステムの制御方法を示すフローチャートである。触媒の損傷か否かに応じて触媒の前段および後段で酸素センサーによってそれぞれ測定される酸素濃度の振幅を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。ところが、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態に実現できる。単に、本実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし且つ通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図面上において、同一の符号は同一の要素を指す。

まず、本発明の一実施形態に係る車両向けＥＧＲシステムの制御方法は、図１に示すように、触媒とＥＧＲシステムが適用された車両において排気ガス循環流量を制御する方法である。

先立って説明したように、触媒とＥＧＲシステムが適用された車両の構成を考察すると、図１に示すように、一般的な車両のＥＧＲシステムは、エンジン１０と、エンジン１０に燃焼用空気を吸入させる吸入マニホールド２０と、エンジン１０で燃焼した排気ガスが排気される排気マニホールド３０と、排気マニホールド３０上に設置され、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒４０と、触媒４０の後段に設置され、有害物質が浄化された排気ガスを吸入マニホールド２０へ再循環させるＥＧＲ配管５０と、ＥＧＲ配管５０に設置され、ＥＧＲ配管５０へ循環する排気ガスの流量を制御するＥＧＲバルブ６０とを含んでなる。よって、ＥＧＲバルブ６０をＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）７０を介して制御して排気ガスの流量を制御する。

付け加えると、燃焼用空気が吸入マニホールド２０を介してエンジン１０に吸入された後、燃焼し、燃焼した排気ガスは排気マニホールド３０を介して排気される。排気マニホールド３０から排気される排気ガスは、触媒４０を通過しながら有害物質が浄化される。このように有害物質が浄化された排気ガスの一部は、ＥＧＲ配管５０を介して吸入マニホールド２０へ再循環する。このとき、ＥＧＲ配管５０を介して吸入マニホールド２０へ再循環する排気ガスの流量は、ＥＧＲ配管５０上に設置されるＥＧＲバルブ６０の開度量をＥＣＵ７０で制御することにより制御される。

一方、触媒４０が損傷する場合、例えば、エンジン失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）による未燃焼ガスが触媒４０の前段で発火して触媒４０が溶融（ｍｅｌｔｉｎｇ）するか或いは触媒４０の内部部品の老化が発生する場合、排気ガスにより損傷した部分が触媒４０から脱落しながら触媒４０の後方へ放出される。

本発明に係るＥＧＲシステムの制御方法は、触媒４０の老化が検知され且つエンジン１０の失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）が検知される場合、ＥＧＲバルブ６０の制御を中断または制限して、触媒４０から放出された異物がエンジン１０に流入しないようにすると、触媒４０から放出された異物のエンジン１０への流入を防止することができるという事実に着目して提案された。

次に、前述したような構成に適用される本発明の一実施形態に係るＥＧＲシステムの制御方法について、図面を参照して説明する。

図２は本発明の一実施形態に係る車両向けＥＧＲシステムの制御方法を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、ＥＣＵ７０で車両の始動オン（ｏｎ）状態でＥＧＲシステムが作動する区間であるか否かを判断する（第１段階、Ｓ１００）。ここで、ＥＧＲシステムが作動するというのは、エンジン１０から排気される排気ガスを触媒４０で浄化した後、その一部をＥＧＲ配管５０を介して吸入マニホールド２０へ再循環させるモードが作動することを意味する。

よって、ＥＧＲシステムが作動する区間では、触媒劣化指数を演算し、エンジン失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）を検知する（第２段階、Ｓ２００）。

触媒劣化指数を演算することは、触媒劣化診断ロジックによって劣化の度合いを演算する過程であって、その過程は、触媒４０の前段および後段の排気ガス中の酸素濃度を測定し、触媒４０の前段で測定された酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値と触媒の後段で測定された酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値とを比較して演算する過程である。

たとえば、触媒劣化指数は次の［式１］によって演算される。

ここで、「酸素濃度の振幅_ｒｅａｒ」は触媒４０の後段の排気ガスから測定される酸素濃度の振幅を意味し、「酸素濃度の振幅_{ｆｒｏｎｔ}」は触媒４０の前段の排気ガスから測定される酸素濃度の振幅を意味する。

一方、エンジン失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）を検知することは、エンジン失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）検知ロジックによって失火か否かを検知する過程であって、その過程は、エンジン１０のクランク角度の変化を検出してセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を演算し、演算されたセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）値でシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を演算することで、演算されたシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）値が設定値（第２設定値）以上であれば失火と判断してその回数を検知する過程である。ここで、設定値はエンジンの型式や排気量などのエンジンの様々な種類に応じてそれぞれ、それに応じる設定値を設定して使用する。

このように触媒劣化指数が演算され、エンジン失火か否かが検知されてその回数を得たならば、演算された触媒劣化指数と取得したエンジン失火指数を用いて触媒劣化指数以上か否かおよび失火回数以上か否かを判断する（第３段階、Ｓ３００）。

触媒劣化指数以上か否かの判断は、第２段階で演算された触媒劣化指数が設定値（第１設定値）以上であるか否かの判断であって、演算された触媒劣化指数が設定値（第１設定値）以上であれば、触媒の劣化が進んで異常があると判断する。

失火回数以上か否かの判断は、第２段階で取得したエンジン失火回数が基準期間内に設定された回数以上であるか否かの判断であって、失火回数が設定された回数以上であれば、エンジンで発生する失火の回数があまり多くて異常があると判断する。

ここで、触媒劣化指数以上か否かおよび失火回数以上か否かを同時に判断する理由について説明すると、エンジン１０で発生する失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）は様々な原因によって発生しうるが、その原因の一つは、触媒４０の劣化（老化）によって発生した異物がＥＧＲシステムによって再循環してエンジンに流入して発生することである。そこで、本発明は、触媒４０の劣化（老化）により発生するエンジン失火に関するデータを取得し、これによりＥＧＲシステムで再循環する排気ガスの流量を制御するために触媒劣化指数以上か否かおよび失火回数以上か否かを同時に判断する。

このように、触媒劣化指数以上か否かおよび失火回数以上か否かを同時に判断してＥＧＲバルブ６０の開度量を制御することにより、エンジン１０へ再循環する排気ガスの流量を制御する（第４段階、Ｓ４００）。

第４段階でＥＧＲバルブ６０の開度量を制御することは、ＥＧＲバルブ６０を完全に遮断することで、再循環する排気ガスの流量が「０」となるようにすることができ、ＥＧＲバルブ６０の開度量を稼働時点に比べて減らすことにより、稼動時点で再循環する排気ガスの流量よりもその量を減らすこともできる。ＥＧＲバルブ６０の開度量を完全に遮断するか、それとも開度量の程度を減らすかは、触媒劣化指数以上か否かおよび失火回数以上か否かに応じて、既に構築されたＥＧＲ運用条件によって決定することができる。

しかし、触媒４０から発生した異物がエンジン１０に流入することにより発生する問題点を考慮するとき、触媒劣化指数以上と判断されると同時に失火回数以上と判断される場合、ＥＧＲバルブ６０を完全に遮断することで、エンジン１０へ再循環する排気ガスを完全に遮断することが好ましい。

以下、前述したような方法で制御される車両向けＥＧＲシステムの制御方法における、触媒劣化指数を演算する過程および失火か否かを検知する過程について説明する。

まず、触媒劣化指数の演算のために、触媒４０の前段および後段に、それぞれ排気ガス中の酸素濃度を測定することが可能な酸素センサーをそれぞれ設置する。このとき、前段に設置された酸素センサーで測定される酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値を「酸素濃度の振幅_{ｆｒｏｎｔ}」として使用し、後段に設置された酸素センサーで測定される酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値を「酸素濃度の振幅_ｒｅａｒ」として使用する。

図３は触媒の損傷か否かに応じて触媒の前段および後段で酸素センサーによってそれぞれ測定される酸素濃度の振幅を示すグラフである。このグラフによれば、触媒４０が損傷していない場合（上部グラフ）には、「酸素濃度の振幅_{ｆｒｏｎｔ}」値が相対的に大きいものの、「酸素濃度の振幅_ｒｅａｒ」値は相対的に小さくなる。したがって、触媒４０が損傷していない場合には、［式１］によって演算される触媒劣化指数は「０」に近い値となる。

一方、触媒４０が損傷している場合（下部グラフ）には、「酸素濃度の振幅_{ｆｒｏｎｔ}」値が触媒の損傷していない場合と同様に比較的大きいが、「酸素濃度の振幅_ｒｅａｒ」値も大きくなる。したがって、触媒４０が損傷している場合には、［式１］によって演算される触媒劣化指数は「１」に近い値となる。また、触媒４０の損傷度合いが大きくなるほど、［式１］によって演算される触媒劣化指数は益々「１」にさらに近い値となる。

よって、本実施形態では、第１設定値を０．３に設定して、［式１］によって演算される触媒劣化指数の値が０．３以上である場合、触媒劣化指数に異常があると判断する。

そして、エンジン１０の失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）検知ロジックによって失火か否かを検知するためには、エンジン１０の速度を知ることが可能なクランク角度センサーと、クランク角度センサーで測定されるクランク角度変化値を認識するエンジン制御器を介してセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を演算し、演算されたセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）値でシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を演算する。よって、演算されたシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）値が第２設定値以上であれば、失火と判断する。

失火と判断される回数が基準期間内、例えば、エンジン１０のクランクが１０００回回転する間に失火と判断される回数が全体の３％以上である場合には、エンジン１０で発生する失火の回数があまり多くて異常があると判断する。

本発明を添付図面および前述した好適な実施形態を参照して説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、後述する特許請求の範囲によって限定される。したがって、本技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において、本発明に多様な変形及び修正を加えることができる。

１０エンジン
２０吸入マニホールド
３０排気マニホールド
４０触媒
５０ＥＧＲ配管（ＥＧＲｐｉｐｅ）
６０ＥＧＲバルブ（ＥＧＲｖａｌｖｅ）
７０ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）

Claims

触媒とＥＧＲシステムが適用された車両においてＥＣＵを介して排気ガス循環流量を制御する方法であって、
始動オンの状態でＥＧＲシステム作動区間であるか否かを判断する第１段階と、
前記第１段階でＥＧＲシステム作動区間と判断された区間で触媒劣化診断ロジックによって触媒劣化指数を演算し、エンジンの失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）検知ロジックによって失火か否かを検知する第２段階と、
前記第２段階で演算された触媒劣化指数が第１設定値以上であるか否かを判断して触媒劣化指数以上か否かを判断し、検知された失火の回数が基準期間内に設定された回数以上であるか否かを判断して失火回数以上か否かを判断する第３段階と、
前記第３段階で判断された触媒劣化指数以上か否かと失火回数以上か否かに応じてＥＧＲバルブの開度量を制御する第４段階とを含んでなることを特徴とする、車両向けＥＧＲシステムの制御方法。
前記第２段階で触媒劣化診断ロジックによって触媒劣化指数を演算する過程は、触媒の前段および後段の排気ガス中の酸素濃度を測定して、触媒の前段で測定された酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値と触媒の後段で測定された酸素濃度のピーク・ツー・ピーク振幅（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋａｍｐｌｉｔｕｄｅ）値とを比較して演算することを特徴とする、請求項１に記載の車両向けＥＧＲシステムの制御方法。
前記第２段階での触媒劣化指数は次の［式１］によって演算されることを特徴とする、請求項２に記載の車両向けＥＧＲシステムの制御方法。

（式中、「酸素濃度の振幅_ｒｅａｒ」は触媒の後段の排気ガスから測定される酸素濃度の振幅を意味し、「酸素濃度の振幅_{ｆｒｏｎｔ}」は触媒の前段の排気ガスから測定される酸素濃度の振幅を意味する。）
前記第２段階でエンジンの失火（ｍｉｓｆｉｒｅ）検知ロジックによって失火か否かを検知する過程は、エンジンのクランク角度の変化を検出してセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を演算し、演算されたセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）別持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）値でシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を演算することにより、演算されたシリンダー別エンジンラフネス（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）値が第２設定値以上であれば、失火と判断することを特徴とする、請求項１に記載の車両向けＥＧＲシステムの制御方法。
前記第４段階は、触媒劣化指数以上と判断されると同時に失火回数以上と判断される場合に、ＥＧＲバルブを遮断することを特徴とする、請求項１に記載の車両向けＥＧＲシステムの制御方法。