JP3629876B2 - EGR control device for engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、EGR通路の両端に生じる圧力差に応じてEGR量(吸気系に還流される排気ガス量)を制御する装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用エンジン等にあっては、排気ガス中の有害成分であるNOxの発生を抑制するために、吸気通路に不活性の排気ガスを再循環させる、いわゆるEGR装置が設けられている。
【0003】
しかし、吸気通路に不活性の排気ガスを再循環させてNOxの発生を抑制すると、燃焼雰囲気が酸素不足となるため、排気微粒子やHC、CO等の排出量が増える傾向がある。
【0004】
このNOxと排気微粒子のトレードオフの関係は、エンジン高負荷時、あるいはEGR量が多くなり空気過剰率が低い運転条件で顕著になり、NOxと排気微粒子の排出量を同時に減らすためには、EGR量を運転条件に応じて精密に制御する必要がある。
【0005】
EGR量を制御する装置として、例えば特開昭57−148048号公報に開示されたものは、エンジンに吸入される空気量と新気量をそれぞれ検出し、両者の差をEGR量と見なし、EGR率(=EGR量/新気量)が目標EGR率と一致するように、EGR通路の開口面積がEGR弁を介して調節されるようになっている。これにより、EGR弁を流れる排気ガスの挙動を考慮しなくても、目標のEGR率に制御でき、EGR弁の詰まりを自己補正することができる。
【0006】
しかし、この従来装置は、目標EGR量に対して実測されるEGR量がずれた場合、EGR弁の開度をどのように制御させればよいかを適合させる必要があり、例えばPI制御ならば、P分I分を適合させなければならい。また、後述するように、回転数、負荷、EGR弁開度等の運転条件により、EGR弁の開度変化に対するEGR量の変化が一定でないため各種補正が必要であり、EGR量を運転条件に応じて精密に制御することが難しい。
【0007】
これに対処して、EGR弁を流れる排気ガス流量を制御する装置として、例えば特開平2−11858号公報に開示されたものは、EGR弁の前後差圧を計測し、目標EGR率が得られるEGR弁と吸気絞り弁の開度を調節するようになっている。これは、EGR弁を通過する排気ガスの流れを1次元非圧縮性流体として考え、EGR率の目標値と実測値の差分に応じて、EGR弁の開口面積の所要変化量を求めるため、EGR弁のアクチュエータそのものの制御定数のみを適合させればよい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のエンジンのEGR制御装置にあっては、以下の問題がある。
【0009】
まず、EGR弁を通過する排気ガスの流れを非圧縮性定常流とすると、EGR弁の前後差圧ΔPとEGR量QおよびEGR弁の開口面積Aの間には次のベルヌーイの式が成立する。
【0010】
Q=k×A(2×ρ×ΔP)1/2 …(1)
ただし、kは流量係数、ρは排気ガスの粘性である。
【0011】
また、EGR弁の流路モデルとして図12に示すように流路面積がA1からA2に拡がる管を考えると、流量係数kは次式で演算される。
【0012】
k=[1−(A2/A1)2]−1/2 …(2)
しかし、実際にEGR弁の前後差圧ΔPとEGR量を計測すると、式(1)より演算される要求開口面積は、図13に示すように、実際の開口面積に対して1.4〜4.0倍の補正が必要となる。
【0013】
これは、実際の排気ガスの流れが非定常であり、かつ圧縮性であるため、エンジン回転と負荷およびEGR弁の開口面積により、流量係数kが変化するものと考えられる。また、EGR弁の形状は拡がり管と異なり、EGR弁の表面粗さやEGR通路の曲がりによっても変化すると考えられる。
【0014】
エンジン回転と負荷により流量係数kが変化する要因としては、実際にEGR弁の前後の圧力変化を計測してみると、図14に示すように、エンジンの吸気行程と排気行程に応じた吸気・排気脈動が生じており、エンジン回転と負荷に応じてEGR弁を排気ガスが逆流することが考えられる。
【0015】
また、特開平2−11858号公報に開示された従来装置は、目標EGR率のかわりに目標とするEGR弁の前後差圧ΔPを目標値に近づけるようにフィードバック制御して、流量係数kの変化を吸収するようになっている。しかし、図13からも明らかなように、運転条件に応じてEGR弁の開度変化に対するEGR量の変化率が異なるため、実測差圧と目標差圧の差からEGR弁の所要開口面積変化量を演算することは難しい。例えば、EGR弁のリフトに対してEGR量の変化率が小さい運転条件でフィードバック制御のP分I分を適合させると、EGR弁のリフトに対してEGR量の変化率が大きい運転条件でフィードバック制御量が過剰となり、制御ハンチングを引き起こす可能性がある。逆の場合は、フィードバック制御量が不足し、制御の応答遅れが生じる可能性がある。
【0016】
すなわち、エンジン回転数、負荷、EGR弁開度等の運転条件により、EGR弁の流量係数kが大幅に増減するため、EGR量の制御誤差が大きく、NOxあるいは排気微粒子の排出量が増加するという問題点がある。
【0017】
また、EGR量あるいはEGR率を目標値に近づけるために、EGR弁の前後差圧の目標値を実験によりエンジン回転数、負荷に応じて設定する必要があり、例えば排気ガスの規制値に適合させるための実験工数が多くなるという問題点がある。
【0018】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、EGR通路に生じる圧力差に応じてEGR量を的確にフィードバック制御するEGR制御装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のエンジンのEGR制御装置は、エンジンの排気通路と吸気通路を結ぶEGR通路と、EGR通路の途中に介装されるEGR弁と、EGR通路の両端に生じる圧力差をEGR差圧Dlpとして検出するEGR差圧検出手段と、運転条件に応じて要求EGR量Tqeを設定する要求EGR量設定手段と、要求EGR量TqeとEGR差圧Dlpに応じて要求されるEGR弁の開口面積Aevsを演算する要求EGR弁開口面積演算手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて流量係数aを設定する流量係数設定手段と、前記EGR弁及び前記EGR通路の仕様に応じて定まる補正係数であって1を除く補正係数bを予め設定する補正係数設定手段と、要求EGR弁開口面積Aevsと流量係数aと補正係数bとに応じてEGR弁の目標開口面積AevをAev=a×Aevs b として演算する目標EGR弁開度演算手段とを備えるものとした。
【0021】
請求項2に記載のエンジンのEGR制御装置は、請求項1に記載の発明において、吸気通路の圧力Pmを検出する吸気圧力検出手段と、排気通路の圧力Pexhを検出する排気圧力検出手段とを備え、前記EGR差圧検出手段はEGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算するものとした。
【0022】
請求項3に記載のエンジンのEGR制御装置は、請求項1に記載の発明において、吸気量を検出する吸気量検出手段と、吸気量に応じて吸気圧Pmを演算する吸気圧演算手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン負荷に応じて排気圧Pexhを演算する排気圧演算手段とを備え、前記EGR差圧検出手段はEGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算するものとした。
【0023】
【発明の作用および効果】
請求項1に記載のエンジンのEGR制御装置において、要求EGR弁開口面積Aevsは、EGR弁を通過する排気ガスの流れを非圧縮性定常流として、ベルヌーイの式から導かれる。しかしながら、実際の排気ガスは圧縮性非定常流であり、エンジン回転数、エンジン負荷、EGR弁の開度等によって流量係数が変化するため、要求EGR弁開口面積Aevsによって調節されるEGR量が目標EGR量TQeと大幅に相違する可能性がある。
【0024】
これに対処して、流量係数設定手段はエンジン回転数とエンジン負荷に応じて流量係数aを演算し、補正係数設定手段は、EGR弁及びEGR通路の仕様に応じて定まる補正係数であって1を除く補正係数bを予め設定し、目標EGR弁開口面積演算手段は要求EGR弁開口面積Aevsと流量係数aと補正係数bとに応じてEGR弁の目標開口面積AevをAev=a×Aevs b として演算する。
【0025】
図5はエンジンの回転数Neと発生トルクをそれぞれ変えてEGR弁の要求開口面積(差圧、EGR量とからベルヌーイの式から求まる)と必要開口面積(幾何学的形状によって決まる)の関係を示している。これから両者の間にはy=a×xbの関係があり、係数aはエンジン回転数と負荷に応じて変化し、傾きbが一定であることがわかる。
【0026】
したがって、本発明は、係数aをエンジン回転数と負荷に応じて変化させ、目標EGR弁開口面積Aevを要求EGR弁開口面積Aevsと流量係数aに応じて演算する構成により、EGR量を精密に制御することができる。
【0028】
図6は、EGR弁の幾何学的形状とEGR通路の管形状およびエンジンの吸・排気系の管形状をそれぞれ変えてEGR弁の上記要求開口面積と必要開口面積の関係を示している。これから両者の間にはy=a×xbの関係があり、傾きbが流路の幾何学的形状に応じて変化することがわかる。
【0029】
したがって、本発明は、傾きbをEGR弁の開度(流路の幾何学的形状)に応じて変化させ、目標EGR弁開口面積AevをAev=a×Aevsbとして演算する構成により、EGR量を精密に制御することができる。
【0030】
請求項2に記載のエンジンのEGR制御装置において、吸気通路の圧力Pmと排気通路の圧力Pexhがそれぞれ検出され、EGR差圧Dlpは排気通路と吸気通路の圧力差Pexh−Pmとして演算される。これにより、EGR差圧DlpはEGR通路の前後差圧となり、EGR量が少ない運転時でもEGR差圧Dlpに応じて目標EGR量TQeに対する要求EGR弁開口面積Aevsを的確に算出することができる。
【0031】
請求項3に記載のエンジンのEGR制御装置において、吸気量に応じて吸気圧Pmを演算し、エンジン負荷に応じて排気圧Pexhを演算する。こうして求められる吸気圧Pmと排気圧Pexhに応じて、EGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算する。これにより、EGR差圧DlpはEGR通路の前後差圧となり、EGR量が多い運転時でもEGR差圧Dlpに応じて目標EGR量TQeに対する要求EGR弁開口面積Aevsを的確に算出することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0033】
図1に示すように、ディーゼルエンジンに備えられる分配型燃料噴射ポンプは、燃料がドライブシャフト52により駆動されるフィードポンプ53によって吸引され、フィードポンプ53からポンプ室55に供給された燃料は、吸入ポート56を通って高圧プランジャポンプ57に送られる。
【0034】
プランジャポンプ57のプランジャ58は、継手79を介してドライブシャフト52によりエンジン回転に同期して、エンジン回転数の1/2の速度で回転駆動される。
【0035】
プランジャ58に固定されたカムディスク59は、エンジンの気筒数と同数のフェイスカムをもち、回転しながらローラリング61に配設されたローラ62を乗り越えるたびに、スプリング69に抗してプランジャ58を所定のカムリフトだけ往復運動する。プランジャ58の回転往復運動により、吸入ポート56からプランジャ58に刻まれた吸入スリットを介してプランジャ高圧室54に吸引された燃料が分配ポート63よりデリバリーバルブ64を通って各気筒の図示しない噴射ノズル77へと圧送される。
【0036】
プランジャ58が図中右側に移動してプランジャ高圧室54から分配スリットを経て分配ポート63へと燃料を圧送する過程で、カットオフポートの開口部がコントロールスリーブ66の図中右側端部を越えると圧送されていた燃料が低圧ポンプ室5へと開放される。
【0037】
燃料噴射量は、プランジャ58に形成されたカットオフポートを開閉するコントロールスリーブ66の位置によって決められる。すなわち、コントロールスリーブ66を図中右側に変位させると、燃料噴射時期が遅くなって燃料噴射量が増加し、図中左側に変位させると燃料噴射時期が早まって燃料噴射量が減少するのである。
【0038】
コントロールスリーブ66の位置を自動的に調節する電子制御式ガバナとしてロータリソレノイド71が設けられる。ロータリソレノイド71はロータ72を回転運動させ、その先端に偏心して設けられたボールを介してコントロールスリーブ66を直線運動させる。
【0039】
燃料噴射時期は、タイマーピストン75によりローラリング61を介してフェイスカムをローラ62に対して相対回転させることによって調整される。タイマーヒストン75の両端部に作用する油圧差をデューティソレノイドバルブ76を介して調節することにより、タイマーピストン75を移動させてローラリング61を回転させ、フェイスカムがローラ62に乗り上げる時期を変化させるようになっている。
【0040】
ロータリソレノイド71とデューティソレノイドバルブ76の制御手段として備えられるコントロールユニット70は、ロータリソレノイド71の制御電圧を予めマップ情報として設定し、スタータスイッチ80からの信号、アクセル開度センサ81によって検出されるアクセル開度Acc、ポンプ回転数センサ82によって検出されるエンジン回転数Ne、水温センサ83によって検出されるエンジン水温Tw、ノズルリフトセンサ84によって検出される噴射ノズル77の開弁時期等を入力し、これら検出された運転条件に応じて適切な燃料噴射量と燃料噴射時期を演算し、演算された燃料噴射量をロータリソレノイド71の制御電圧に変換して出力するとともに、演算された燃料噴射時期をデューティソレノイドバルブ76のデューティ信号として出力する。なお、図中65は燃料温度センサである。
【0041】
図2はディーゼルエンジンに備えられるEGR装置の概略を示している。エンジンの排気通路2と吸気通路1のインテークマニホールド8を結ぶEGR通路3が設けられ、EGR通路3の途中にはEGR弁4が介装される。EGR弁4の開度が大きくなるほど、EGR通路3を介して吸気通路1に還流されるEGR量は増大する。EGR弁4はステップモータ5によって駆動される。ステップモータ5のステップ数がコントロールユニット30によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、EGR弁4の開度が調節される。
【0042】
吸気通路1にはEGR通路3の合流部より上流側にバタフライ式の吸気絞り弁9が介装される。吸気絞り弁9はダイヤフラム式アクチュエータ6を介して開閉作動する。吸気絞り弁9より下流側の吸気通路1には、吸気絞り弁9の開度が小さくなるのに伴って吸入負圧が発生し、EGR通路3を介して吸気通路1に還流されるEGR量が増大する。
【0043】
ダイヤフラム式アクチュエータ6は、バキュームポンプ(図示せず)から電磁弁21を介して導かれる負圧と、電磁弁22とオリフィス23を介して導かれる負圧に応じて作動する。電磁弁21と電磁弁22の開度がコントロールユニット30によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、吸気絞り弁9の開度が調節される。
【0044】
吸気通路1の絞り弁9より上流側に熱線式のエアフロメータ12が介装される。通電により加熱されるホットワイヤ(発熱抵抗体)はその抵抗値が吸入空気量に応じて変化するので、吸入新気量Qacに応じた信号を出力する。
【0045】
吸気通路1の絞り弁9より下流側のインテークマニホールド8に吸気圧センサ13が介装される。吸気圧センサ13はインテークマニホールド8の吸気圧力Pmに応じた信号を出力する。
【0046】
排気通路2に排気圧センサ14が介装される。排気圧センサ14は排気通路2の排気圧力Pexhに応じた信号を出力する。
【0047】
コントロールユニット30は、図3に示すように、エンジン運転条件に応じて目標EGR量を設定する目標EGR量設定手段31を備える。目標EGR量設定手段31は、エンジン運転条件を代表する信号として、例えばエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、燃料噴射時期、エンジン冷却水温、あるいはエンジン油温等を表す信号を入力し、これらに基づいて所定のEGR領域を判定する。このEGR領域で、エンジン回転数Ne、燃料噴射量Qfに応じて予め設定された目標EGR率Megrと吸入新気量Qacに応じて目標EGR量TQeを演算する。
【0048】
EGR差圧検出手段32は、吸気圧センサ13によって検出される吸気圧力Pmと、排気圧センサ14によって検出される排気圧力Pexhとに応じて、EGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算する。EGR差圧DlpはEGR通路3の前後差圧となるため、EGR差圧Dlpに応じて目標EGR量TQeに対する要求EGR弁開口面積Aevsを的確に算出することができる。
【0049】
図7に示すように、吸気圧と排気圧は実際に脈動しているが、EGR差圧Dlpは両者を平均化した圧力差として演算している。これにより、コントロールユニット30における負担を軽減するとともに制御安定性を確保できる。
【0050】
要求EGR弁開口面積演算手段33は、要求EGR量TQeとEGR差圧Dlpに応じて、要求EGR弁開口面積AevsをAevs=TQe/(2×ROU#×Dlp)−1/2として演算する。ただしROU#は、排気ガスの粘性である。
【0051】
この要求EGR弁開口面積Aevsは、EGR弁4を通過する排気ガスの流れを非圧縮性定常流として、ベルヌーイの式から導かれる。しかしながら、実際の排気ガスは圧縮性非定常流であり、エンジン回転数Ne、エンジン負荷、EGR弁4の開度等によって流量係数が変化するため、要求EGR弁開口面積Aevsによって調節されるEGR量が目標EGR量TQeと大幅に相違する可能性がある。
【0052】
これに対処して、流量係数設定手段36は、エンジン回転数検出手段34として設けられるポンプ回転数センサ82によって検出されるエンジン回転数Neと、エンジン負荷検出手段35からの負荷信号として燃料噴射量Qfを入力し、燃料噴射量Qfに応じて流量係数aを演算する。
【0053】
また、補正係数設定手段37は、EGR弁4の開度に応じて補正係数bを設定する。
【0054】
そして、目標EGR弁開口面積演算手段38は、目標EGR弁開口面積AevをAev=a×Aevsbとして演算する。
【0055】
続いて、EGR弁面積リフト量変換手段39は、目標EGR弁開口面積Aevに応じてEGR弁4のリフト量Tliftを演算する。
【0056】
続いて、EGR弁駆動手段40はリフト量Tliftに応じてステップモータ5に出力するステップ数を演算する。
【0057】
図5はエンジンの回転数Neと発生トルクをそれぞれ変えてEGR弁4の要求開口面積(差圧、EGR量とからベルヌーイの式から求まる)と必要開口面積(幾何学的形状によって決まる)の関係を示している。これから両者の間にはy=a×xbの関係があり、係数aはエンジン回転数と負荷に応じて変化し、傾きbが一定であることがわかる。
【0058】
図6は、EGR弁4の幾何学的形状とEGR通路3の管形状およびエンジンの吸・排気系の管形状をそれぞれ変えてEGR弁4の上記要求開口面積と必要開口面積の関係を示している。これから両者の間にはy=a×xbの関係があり、傾きbが変化することがわかる。
【0059】
したがって、本発明は、係数aをエンジン回転数と負荷に応じて変化させ、傾きbをEGR弁4の開度(流路の幾何学的形状)に応じて変化させ、目標EGR弁開口面積AevをAev=a×Aevsbとして演算する構成により、図8に示すように、EGR量を精密に制御することができる。
【0060】
図4のフローチャートはEGR弁4のリフト量を制御するルーチンを示しており、コントロールユニット30において一定周期毎に実行される。
【0061】
これについて説明すると、Step1にて吸気圧センサ13によって検出される吸気圧力Pmを読込む。
【0062】
続いてStep2に進んで、排気圧センサ14によって検出される排気圧力Pexhを読込む。
【0063】
続いてStep3に進んで、EGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算する。
【0064】
一方、Step4にて、エンジン運転条件を代表する信号として、エンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf等に応じて予め設定された目標EGR率Megrを検索する。
【0065】
続いてStep5に進んで、エアフロメータ12によって検出される吸入新気量Qacを読込む。
【0066】
続いてStep6に進んで、目標EGR量TQeを目標EGR率Megrと吸入新気量Qacに応じて、TQe=Megr×Qacとして演算する。
【0067】
続いてStep7に進んで、要求EGR弁開口面積Aevsを要求EGR量TQeとEGR差圧Dlpに応じて、Aevs=TQe/(2×ROU#×Dlp)−1/2として演算する。ただしROU#は、排気ガスの粘性である。
【0068】
一方、Step8にて、流量係数aをエンジン回転数Neと燃料噴射量Qfに応じて検索する。
【0069】
続いてStep9に進んで、流量係数aと要求EGR弁開口面積Aevsに応じて目標EGR弁開口面積AevをAev=a×Aevsbとして演算する。ただし、係数bはEGR弁4の開度に応じて予め設定された値である。
【0070】
続いてStep10に進んで、目標EGR弁開口面積Aevに対するEGR弁4のリフト量Tliftを検索する。
【0071】
続いてStep11に進んで、リフト量Tliftに応じたステップ数をステップモータ5に出力する。
【0072】
次に、図9に示す実施形態について説明する。なお、図2との対応部分には同一符号を付す。
【0073】
前記実施形態では排気圧センサ14と吸気圧センサ13の圧力検出精度は±10mmHg程度の誤差があるため、EGR量が増えて排気通路3と吸気通路1の圧力差Pexh−Pmが小さくなる運転領域ではEGR差圧Dlpを的確に検出することが難しい。
【0074】
排気圧センサ14と吸気圧センサ13は、排気ガスまたはEGRガスにさらされるため、熱劣化や検出部のつまり等を起こして検出精度が悪化する可能性がある。
【0075】
これに対処して、本実施形態では、吸入新気量と新気温度から吸気圧を演算し、吸入新気量と燃料噴射量およびエンジン回転数から排気圧を演算し、これら演算値によりEGR差圧Dlpを演算して、EGR量を的確に制御するものである。
【0076】
図10のフローチャートは吸気圧Pmを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット30において一定周期毎に実行される。
【0077】
これについて説明すると、Step1にてエアフロメータ12の出力電圧を読込み、単位時間当たりの吸気重量Qas0に変換する。
【0078】
続いてStep2に進んで、吸気重量Qas0とエンジン回転数Neに応じて単位サイクル当たりの吸気量Qacbを演算する。
【0079】
続いてStep3に進んで、吸気通路1の流路形状に対するエアフロメータ12の出力の補正を行うため、吸気量Qacbをエンジン回転数Neにに応じて補正した吸入新気量Qacに変換する。
【0080】
一方、Step4にて、エンジン回転数Neと吸入新気量Qsolに応じて補正係数KinHQを検索する。
【0081】
また、Step5にて、エンジン回転数Neと吸気量Qac(負荷)に応じて補正係数KinH2を検索する。
【0082】
続いてStep6に進んで、体積効率相当値KinをKin=KinHQ×KinH2として演算する。
【0083】
一方、Step7にて、吸気温度センサ18の出力電圧を吸気温度Ta0に変換する。
【0084】
続いてStep8に進んで、吸気圧に対する温度上昇を補正し、吸入新気温度Tintとして出力する。
【0085】
続いてStep9に進んで、吸気圧指数CpmをCpm=Qac×Tint÷Kinとして演算する。
【0086】
続いてStep10に進んで、吸気圧PmをPm=Kpm#×Cpm+Opm#として演算する。
【0087】
図11のフローチャートは排気圧Pexhを演算するルーチンを示しており、コントロールユニット30において一定周期毎に実行される。
【0088】
これについて説明すると、Step1にて燃料噴射量Qfに応じた基本排気温度を検索する。
【0089】
続いてStep2に進んで、スワール制御弁開度に応じて基本排気温度を補正し、補正基本排気温度Texhiに変換する。なお、図示しないスワール制御弁は吸気通路に介装され、運転条件に応じてシリンダに流入する吸気流速を変えて、シリンダにスワールを生起するようになっている。
【0090】
Step3にて、吸気温度補正係数Ktmpeを吸気温度Tne/TA#に応じて検索する。
【0091】
Step4にて、排気圧力補正係数Ktmppを排気圧力Pexh/PA#に応じて検索する。
【0092】
Step5にて、噴射時期補正係数Ktmpitを噴射時期ITTDC#等に応じてKtmpit=(ITTDC−Itistd)/ITTDC#×GIT−Texhi#+1演算する。
【0093】
続いてStep6に進んで、排気温度相当値TmpehをTmpeh=Ktexhi×Ktmpe×Ktmpp×Ktmpitとして演算する。
【0094】
一方、Step7にて、吸気量Qacに応じて、吸気行程と排気行程の差分だけサイクル処理し、作動排気ガス量Qexhとして出力する。
【0095】
続いてStep8に進んで、排気圧力指数Cpexhを算出し、Step9に進んで、排気圧PexhをPexh=Kpexh#×Cpexh+Opexh#として演算する。
【0096】
こうして求められる吸気圧Pmと排気圧Pexhに応じて、EGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算する。これにより、EGR差圧DlpはEGR通路の前後差圧となり、EGR量が多い運転時でもEGR差圧Dlpに応じて目標EGR量TQeに対する要求EGR弁開口面積Aevsを的確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す燃料噴射ポンプの断面図。
【図2】同じくEGR装置のシステム図。
【図3】同じく制御系の構成図。
【図4】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図5】同じくEGR弁の要求開口面積と必要開口面積の関係を示す特性図。
【図6】同じくEGR弁の要求開口面積と必要開口面積の関係を示す特性図。
【図7】同じく吸気圧と排気圧等の関係を示す特性図。
【図8】同じくEGR制御精度を示す特性図。
【図9】他の実施形態を示す制御内容を示すフローチャート。
【図10】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図11】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図12】従来例を示すEGR弁のモデル図。
【図13】同じくEGR弁補正係数と要求開口面積と必要開口面積の関係を示す特性図。
【図14】同じく吸気圧と排気圧等の関係を示す特性図。
【符号の説明】
1 吸気通路
2 排気通路
3 EGR通路
4 EGR弁
5 ステップモータ
6 アクチュエータ
9 吸気絞り弁
12 エアフロメータ
13 吸気圧センサ
14 排気圧センサ
18 吸気温度センサ
30 コントロールユニット
31 要求EGR量設定手段
32 EGR差圧検出手段
33 要求EGR弁開口面積演算手段
34 エンジン回転数検出手段
35 エンジン負荷検出手段
36 流量係数設定手段
37 EGR弁開度に対する補正係数設定手段
38 目標EGR弁開口面積演算手段
39 EGR弁面積リフト量変換手段
40 EGR弁駆動手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in an apparatus for controlling an EGR amount (an exhaust gas amount recirculated to an intake system) in accordance with a pressure difference generated at both ends of an EGR passage.
[0002]
[Prior art]
In an automobile engine or the like, a so-called EGR device that recirculates inert exhaust gas in an intake passage is provided in order to suppress generation of NOx that is a harmful component in exhaust gas.
[0003]
However, if the inert exhaust gas is recirculated in the intake passage to suppress the generation of NOx, the combustion atmosphere becomes oxygen deficient, and the amount of exhaust particulate, HC, CO, and the like tends to increase.
[0004]
This trade-off relationship between NOx and exhaust particulates becomes conspicuous at high engine loads or when the EGR amount increases and the excess air ratio is low, and in order to reduce NOx and exhaust particulate emissions at the same time, EGR The amount must be precisely controlled according to the operating conditions.
[0005]
As an apparatus for controlling the amount of EGR, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-148048 detects the amount of air sucked into the engine and the amount of fresh air, and regards the difference between the two as the amount of EGR. The opening area of the EGR passage is adjusted via the EGR valve so that the rate (= EGR amount / fresh air amount) matches the target EGR rate. Thereby, even if it does not consider the behavior of the exhaust gas which flows through an EGR valve, it can control to a target EGR rate, and can clog the EGR valve clogging.
[0006]
However, this conventional device needs to adapt how to control the opening degree of the EGR valve when the actually measured EGR amount deviates from the target EGR amount. , P minutes I minutes must be adapted. Further, as will be described later, various corrections are necessary because the change in the EGR amount with respect to the change in the EGR valve opening is not constant depending on the operating conditions such as the rotational speed, load, EGR valve opening, etc. It is difficult to control precisely.
[0007]
In response to this, as an apparatus for controlling the flow rate of exhaust gas flowing through the EGR valve, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-11858 measures the differential pressure across the EGR valve and obtains the target EGR rate. The opening degree of the EGR valve and the intake throttle valve is adjusted. This is because the flow of exhaust gas passing through the EGR valve is considered as a one-dimensional incompressible fluid, and the required change amount of the opening area of the EGR valve is obtained according to the difference between the target value of the EGR rate and the actual measurement value. Only the control constant of the valve actuator itself needs to be adapted.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional engine EGR control device has the following problems.
[0009]
First, assuming that the flow of exhaust gas passing through the EGR valve is an incompressible steady flow, the following Bernoulli equation is established between the differential pressure ΔP of the EGR valve, the EGR amount Q, and the opening area A of the EGR valve. .
[0010]
Q = k × A (2 × ρ × ΔP)1/2 ... (1)
However, k is a flow coefficient and ρ is the viscosity of the exhaust gas.
[0011]
Further, as a flow path model of the EGR valve, a flow coefficient k is calculated by the following equation when a pipe whose flow area is expanded from A1 to A2 as shown in FIG.
[0012]
k = [1- (A2 / A1)2]-1/2 ... (2)
However, when the front-rear differential pressure ΔP and the EGR amount of the EGR valve are actually measured, the required opening area calculated from the equation (1) is 1.4 to 4 with respect to the actual opening area as shown in FIG. 0.0 times correction is required.
[0013]
This is thought to be because the actual exhaust gas flow is unsteady and compressible, so that the flow coefficient k varies depending on the engine rotation and load and the opening area of the EGR valve. Further, unlike the expansion pipe, the shape of the EGR valve is considered to change depending on the surface roughness of the EGR valve and the bending of the EGR passage.
[0014]
As a factor for changing the flow coefficient k depending on the engine speed and load, when the pressure change before and after the EGR valve is actually measured, as shown in FIG. 14, the intake and exhaust strokes corresponding to the engine intake stroke and the exhaust stroke are shown. Exhaust pulsation has occurred, and it is conceivable that the exhaust gas flows backward through the EGR valve in accordance with engine rotation and load.
[0015]
Further, the conventional apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-11858 performs feedback control so that the target differential pressure ΔP of the EGR valve instead of the target EGR rate is close to the target value, and changes in the flow coefficient k. To absorb. However, as is apparent from FIG. 13, since the rate of change of the EGR amount with respect to the change in the opening degree of the EGR valve varies depending on the operating conditions, the required opening area change amount of the EGR valve from the difference between the measured differential pressure and the target differential pressure. It is difficult to calculate. For example, if the feedback control P component I is adapted under an operating condition in which the rate of change of the EGR amount is small with respect to the lift of the EGR valve, the feedback control is performed under an operating condition in which the rate of change of the EGR amount is large with respect to the lift of the EGR valve. The amount can be excessive and cause control hunting. In the opposite case, the feedback control amount is insufficient, and there is a possibility that a control response delay occurs.
[0016]
That is, the flow rate coefficient k of the EGR valve greatly increases / decreases depending on the operating conditions such as engine speed, load, EGR valve opening, etc., so that the control error of the EGR amount is large and the emission amount of NOx or exhaust particulates increases. There is a problem.
[0017]
Further, in order to bring the EGR amount or the EGR rate close to the target value, it is necessary to set the target value of the differential pressure across the EGR valve by experiment according to the engine speed and load, for example, to match the exhaust gas regulation value. Therefore, there is a problem that the number of experiment man-hours increases.
[0018]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an EGR control device that accurately feedback-controls an EGR amount in accordance with a pressure difference generated in an EGR passage.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The engine EGR control device according to
[0021]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an EGR control device for an engine according to the first aspect, wherein the intake pressure detecting means for detecting the pressure Pm of the intake passage and the pressure Pexh of the exhaust passage are detected.ExcretionThe EGR differential pressure detection means calculates the EGR differential pressure Dlp as Dlp = Pexh−Pm.
[0022]
Claim3The engine EGR control device according to claim 11In the described invention, the intake air amount detecting means for detecting the intake air amount, the intake pressure calculating means for calculating the intake air pressure Pm according to the intake air amount, the engine load detecting means for detecting the engine load, and the exhaust air pressure according to the engine load. The exhaust gas pressure calculating means for calculating the atmospheric pressure Pexh is provided, and the EGR differential pressure detecting means calculates the EGR differential pressure Dlp as Dlp = Pexh−Pm.
[0023]
Operation and effect of the invention
The engine EGR control apparatus according to
[0024]
In response to this, the flow coefficient setting means calculates the flow coefficient a according to the engine speed and the engine load,The correction coefficient setting means is a correction coefficient determined according to the specifications of the EGR valve and the EGR passage, and sets a correction coefficient b excluding 1 in advance,The target EGR valve opening area calculating means includes a required EGR valve opening area Aevs and a flow coefficient a.And correction factor bEGR valve target depending onOpening areaAevAev = a × Aevs b AsCalculate.
[0025]
FIG. 5 shows the relationship between the required opening area of the EGR valve (determined from Bernoulli's equation from the differential pressure and EGR amount) and the required opening area (determined by the geometric shape) by changing the engine speed Ne and the generated torque. Show. From now on, y = a × xbIt can be seen that the coefficient a changes according to the engine speed and load, and the slope b is constant.
[0026]
Therefore, in the present invention, the EGR amount is precisely adjusted by changing the coefficient a according to the engine speed and the load and calculating the target EGR valve opening area Aev according to the required EGR valve opening area Aevs and the flow coefficient a. Can be controlled.
[0028]
FIG. 6 shows the relationship between the required opening area and the required opening area of the EGR valve by changing the geometric shape of the EGR valve, the pipe shape of the EGR passage, and the pipe shape of the intake / exhaust system of the engine. From now on, y = a × xbIt can be seen that the inclination b changes according to the geometric shape of the flow path.
[0029]
Therefore, in the present invention, the inclination b is changed according to the opening degree (the geometric shape of the flow path) of the EGR valve, and the target EGR valve opening area Aev is set to Aev = a × Aevs.bAs a result of the calculation, the EGR amount can be precisely controlled.
[0030]
Claim2In the engine EGR control device described in 1), the pressure Pm of the intake passage and the pressure Pexh of the exhaust passage are respectively detected, and the EGR differential pressure Dlp is calculated as the pressure difference Pexh−Pm between the exhaust passage and the intake passage. As a result, the EGR differential pressure Dlp becomes the differential pressure across the EGR passage, and the required EGR valve opening area Aevs with respect to the target EGR amount TQe can be accurately calculated according to the EGR differential pressure Dlp even when the EGR amount is small.
[0031]
Claim3In the engine EGR control device described in 1), the intake pressure Pm is calculated according to the intake air amount, and the exhaust pressure Pexh is calculated according to the engine load. The EGR differential pressure Dlp is calculated as Dlp = Pexh−Pm according to the intake pressure Pm and the exhaust pressure Pexh thus obtained. As a result, the EGR differential pressure Dlp becomes the differential pressure across the EGR passage, and the required EGR valve opening area Aevs for the target EGR amount TQe can be accurately calculated according to the EGR differential pressure Dlp even during operation with a large EGR amount.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0033]
As shown in FIG. 1, in a distributed fuel injection pump provided in a diesel engine, fuel is sucked by a
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
When the
[0037]
The fuel injection amount is determined by the position of the
[0038]
A
[0039]
The fuel injection timing is adjusted by rotating the face cam relative to the
[0040]
A
[0041]
FIG. 2 shows an outline of the EGR device provided in the diesel engine. An
[0042]
In the
[0043]
The
[0044]
A hot-wire
[0045]
An
[0046]
An
[0047]
As shown in FIG. 3, the control unit 30 includes target EGR amount setting means 31 that sets a target EGR amount according to engine operating conditions. The target EGR amount setting means 31 inputs, for example, signals representing the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf, the fuel injection timing, the engine cooling water temperature, the engine oil temperature, etc. as signals representative of the engine operating conditions. Based on this, a predetermined EGR area is determined. In this EGR region, the target EGR amount TQe is calculated according to the target EGR rate Megr and the intake fresh air amount Qac set in advance according to the engine speed Ne and the fuel injection amount Qf.
[0048]
The EGR differential pressure detection means 32 calculates the EGR differential pressure Dlp as Dlp = Pexh−Pm according to the intake pressure Pm detected by the
[0049]
As shown in FIG. 7, the intake pressure and the exhaust pressure actually pulsate, but the EGR differential pressure Dlp is calculated as a pressure difference obtained by averaging the two. Thereby, the burden on the control unit 30 can be reduced and control stability can be ensured.
[0050]
The required EGR valve opening area calculating means 33 calculates the required EGR valve opening area Aevs according to the required EGR amount TQe and the EGR differential pressure Dlp as Aevs = TQe / (2 × ROU # × Dlp).-1/2Calculate as However, ROU # is the viscosity of the exhaust gas.
[0051]
This required EGR valve opening area Aevs is derived from Bernoulli's equation with the flow of exhaust gas passing through the
[0052]
In response to this, the flow coefficient setting means 36 includes an engine speed Ne detected by a
[0053]
Further, the correction coefficient setting means 37 sets the correction coefficient b according to the opening degree of the
[0054]
Then, the target EGR valve opening area calculating means 38 sets the target EGR valve opening area Aev to Aev = a × Aevs.bCalculate as
[0055]
Subsequently, the EGR valve area lift amount conversion means 39 calculates the lift amount Tlift of the
[0056]
Subsequently, the EGR valve drive means 40 calculates the number of steps to be output to the
[0057]
FIG. 5 shows the relationship between the required opening area of the EGR valve 4 (obtained from Bernoulli's equation from the differential pressure and EGR amount) and the required opening area (determined by the geometric shape) by changing the engine speed Ne and the generated torque. Is shown. From now on, y = a × xbIt can be seen that the coefficient a changes according to the engine speed and load, and the slope b is constant.
[0058]
FIG. 6 shows the relationship between the required opening area and the required opening area of the
[0059]
Therefore, the present invention changes the coefficient a according to the engine speed and the load, changes the slope b according to the opening of the EGR valve 4 (the geometric shape of the flow path), and sets the target EGR valve opening area Aev. Aev = a × AevsbAs shown in FIG. 8, the EGR amount can be precisely controlled.
[0060]
The flowchart of FIG. 4 shows a routine for controlling the lift amount of the
[0061]
Explaining this, the intake pressure Pm detected by the
[0062]
Subsequently, the process proceeds to
[0063]
Then, it progresses to Step3 and calculates EGR differential pressure | voltage Dlp as Dlp = Pexh-Pm.
[0064]
On the other hand, at
[0065]
Subsequently, the process proceeds to
[0066]
Subsequently, the process proceeds to
[0067]
Subsequently, the process proceeds to
[0068]
On the other hand, at
[0069]
Subsequently, the process proceeds to
[0070]
Subsequently, the process proceeds to Step 10, and the lift amount Tlift of the
[0071]
Then, the process proceeds to Step 11, and the number of steps corresponding to the lift amount Tlift is output to the
[0072]
Next, the embodiment shown in FIG. 9 will be described. The parts corresponding to those in FIG.
[0073]
In the above embodiment, since the pressure detection accuracy of the
[0074]
Since the
[0075]
In response to this, in the present embodiment, the intake pressure is calculated from the intake fresh air amount and the fresh air temperature, the exhaust pressure is calculated from the intake fresh air amount, the fuel injection amount, and the engine speed, and EGR is calculated based on these calculated values. The differential pressure Dlp is calculated to accurately control the EGR amount.
[0076]
The flowchart of FIG. 10 shows a routine for calculating the intake pressure Pm, and is executed in the control unit 30 at regular intervals.
[0077]
This will be described. At
[0078]
Subsequently, the process proceeds to
[0079]
Subsequently, the routine proceeds to Step 3 where the intake air amount Qacb is converted into the intake fresh air amount Qac corrected in accordance with the engine speed Ne in order to correct the output of the
[0080]
On the other hand, at
[0081]
In
[0082]
Subsequently, the process proceeds to
[0083]
On the other hand, at
[0084]
Subsequently, the process proceeds to
[0085]
Subsequently, the process proceeds to
[0086]
Subsequently, the process proceeds to Step 10, and the intake pressure Pm is calculated as Pm = Kpm # × Cpm + Opm #.
[0087]
The flowchart of FIG. 11 shows a routine for calculating the exhaust pressure Pexh, which is executed in the control unit 30 at regular intervals.
[0088]
This will be described. At
[0089]
Then, it progresses to Step2, correct | amends basic exhaust temperature according to a swirl control valve opening degree, and converts into correction | amendment basic exhaust temperature Texhi. Note that a swirl control valve (not shown) is interposed in the intake passage, and changes the intake air flow velocity flowing into the cylinder according to the operating conditions, thereby generating a swirl in the cylinder.
[0090]
In
[0091]
In
[0092]
In
[0093]
Subsequently, the process proceeds to
[0094]
On the other hand, in
[0095]
Subsequently, the process proceeds to
[0096]
The EGR differential pressure Dlp is calculated as Dlp = Pexh−Pm according to the intake pressure Pm and the exhaust pressure Pexh thus obtained. As a result, the EGR differential pressure Dlp becomes the differential pressure across the EGR passage, and the required EGR valve opening area Aevs for the target EGR amount TQe can be accurately calculated according to the EGR differential pressure Dlp even during operation with a large EGR amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel injection pump showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a system diagram of the EGR device.
FIG. 3 is a configuration diagram of the control system.
FIG. 4 is a flowchart showing the same control content.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the required opening area and the required opening area of the EGR valve.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the required opening area and the required opening area of the EGR valve.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between intake pressure and exhaust pressure, for example.
FIG. 8 is a characteristic diagram that similarly shows the EGR control accuracy.
FIG. 9 is a flowchart showing the contents of control according to another embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing the same control content.
FIG. 11 is a flowchart showing the same control content.
FIG. 12 is a model diagram of an EGR valve showing a conventional example.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship among the EGR valve correction coefficient, the required opening area, and the required opening area.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between intake pressure and exhaust pressure, for example.
[Explanation of symbols]
1 Intake passage
2 Exhaust passage
3 EGR passage
4 EGR valve
5 Step motor
6 Actuator
9 Intake throttle valve
12 Air flow meter
13 Intake pressure sensor
14 Exhaust pressure sensor
18 Intake air temperature sensor
30 Control unit
31 Required EGR amount setting means
32 EGR differential pressure detection means
33 Required EGR valve opening area calculation means
34 Engine speed detection means
35 Engine load detection means
36 Flow coefficient setting means
37 Correction coefficient setting means for EGR valve opening
38 Target EGR valve opening area calculation means
39 EGR valve area lift amount conversion means
40 EGR valve drive means
Claims (3)
EGR通路の途中に介装されるEGR弁と、
EGR通路の両端に生じる圧力差をEGR差圧Dlpとして検出するEGR差圧検出手段と、
運転条件に応じて要求EGR量Tqeを設定する要求EGR量設定手段と、
要求EGR量TqeとEGR差圧Dlpに応じて要求されるEGR弁の開口面積Aevsを演算する要求EGR弁開口面積演算手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
エンジン回転数とエンジン負荷に応じて流量係数aを設定する流量係数設定手段と、
前記EGR弁及び前記EGR通路の仕様に応じて定まる補正係数であって1を除く補正係数bを予め設定する補正係数設定手段と、
要求EGR弁開口面積Aevsと流量係数aと補正係数bとに応じてEGR弁の目標開口面積AevをAev=a×Aevsbとして演算する目標EGR弁開度演算手段と、
を備えることを特徴とするエンジンのEGR制御装置。An EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the engine;
An EGR valve interposed in the middle of the EGR passage;
EGR differential pressure detection means for detecting a pressure difference generated at both ends of the EGR passage as EGR differential pressure Dlp;
Requested EGR amount setting means for setting the requested EGR amount Tqe according to the operating conditions;
Requested EGR valve opening area calculating means for calculating an opening area Aevs of the EGR valve required according to the required EGR amount Tqe and the EGR differential pressure Dlp;
An engine speed detecting means for detecting the engine speed;
Engine load detecting means for detecting engine load;
A flow coefficient setting means for setting the flow coefficient a according to the engine speed and the engine load;
Correction coefficient setting means for preliminarily setting a correction coefficient b which is a correction coefficient determined according to the specifications of the EGR valve and the EGR passage and excluding 1;
A target EGR valve opening calculation means for calculating the target opening area Aev of the EGR valve as Aev = a × Aevs b according to the required EGR valve opening area Aevs, the flow coefficient a, and the correction coefficient b;
An engine EGR control device comprising:
排気通路の圧力Pexhを検出する排気圧力検出手段と
を備え、
前記EGR差圧検出手段はEGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算する
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGR制御装置。Intake pressure detecting means for detecting the pressure Pm of the intake passage;
And a exhaust pressure detecting means for detecting the pressure Pexh of exhaust passage,
2. The engine EGR control device according to claim 1, wherein the EGR differential pressure detection means calculates an EGR differential pressure Dlp as Dlp = Pexh−Pm. 3.
吸気量に応じて吸気圧Pmを演算する吸気圧演算手段と、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
エンジン負荷に応じて排気圧Pexhを演算する排気圧演算手段と
を備え、
前記EGR差圧検出手段はEGR差圧DlpをDlp=Pexh−Pmとして演算する
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGR制御装置。An intake air amount detecting means for detecting the intake air amount;
An intake pressure calculating means for calculating the intake pressure Pm according to the intake air amount;
Engine load detecting means for detecting engine load;
An exhaust pressure calculating means for calculating the exhaust pressure Pexh according to the engine load,
2. The engine EGR control device according to claim 1, wherein the EGR differential pressure detection means calculates an EGR differential pressure Dlp as Dlp = Pexh−Pm. 3.
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