JP3728930B2 - 内燃機関の排気還流制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気還流制御装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術と解決すべき課題】
内燃機関から排出される窒素酸化物(NOx)を低減する目的で排気の一部を吸気中に還流させて燃焼温度を下げるようにした排気還流(EGR)装置が知られている(公知文献としては例えば特開昭60−230555号公報参照)。この排気還流は窒素酸化物の低減に有効であるが、還流する排気量を運転状態に応じて適量に制御しないと燃焼が悪化して出力低下など運転性に悪影響が及ぶ。このため近年のEGR装置では、排気還流量を加減するためのEGR弁の目標開度を機関回転数や負荷状態を検出して決定し、この目標開度となるようにステップモータ等によりEGR弁を精密に駆動することにより最適制御を達成できるようにしている。
【0003】
ところで、制御そのものが正確であったとしても、EGR弁に排気中の燃焼生成物や油分が付着して実質的な開度が変化すると正確な排気還流量が得られない。この問題はディーゼルエンジンのように燃焼生成物が発生しやすい筒内燃料噴射式の内燃機関では特に顕著である。そこで、このような弁開度の変動を吸入空気量の変化としてとらえ、EGR弁の開度を吸入空気量に応じて補正するようにしたものが考えられる。具体的には、還流する排気量が減少するとその分だけ吸入される新気の量が増えるので、そのときにはEGR弁の開度を増大方向に補正することにより目標とする排気還流量が得られるようにするのである。一方、機関回転数や負荷状態が同一であっても、例えば始動・暖機時と暖機完了後とでは燃焼状態が異なるためEGR弁の開度もこれらの運転条件の相違を考慮して補正してやる必要がある。
【0004】
このように、排気還流制御に万全を期するためには、EGR弁の開度について空気量変化に基づく補正と温度条件による補正など複数の補正を施す必要がある。しかしながら、従来の排気還流制御では、これらの補正を個々に行うようにしていたため、補正に使用する運転状態検出量やデータ毎に計算が必要になり、それだけ演算処理が複雑化したり用意すべきデータ量が増大したりしてしまうという問題点があった。本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、吸入空気量をパラメータとするEGR率値に補正を施したうえでEGR弁の開度を決定することにより演算処理の簡略化を図ったものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1の発明では、図1に示したように、内燃機関の第1の運転状態として回転数 N と負荷状態 Tp を、第2の運転状態として冷却水温 Tw を、検出する運転状態検出手段101と、排気還流時の吸入空気量QACを検出する吸入空気量検出手段102と、第1の運転状態に応じて目標EGR率MEGRMを演算する目標EGR率演算手段103と、第2の運転状態に応じてEGR率の第1の補正量KEGR1を演算する第1補正量演算手段104と、第1の運転状態に応じて目標吸入空気量BQACを演算する目標吸入空気量演算手段105と、EGR率MEGRMとその補正量に基づいて目標吸入空気量BQACを補正する補正後目標吸入空気量演算手段106と、補正後目標吸入空気量BQACKと検出吸入空気量QACとの偏差に基づいてEGR率の第2の補正量KEGR2を演算する第2補正量演算手段107と、第1の補正量KEGR1と第2の補正量KEGR2とに基づいてEGR率MEGRMを補正するEGR率補正手段108とを設ける。
【0006】
(2)請求項2の発明は、上記請求項1の発明の目標EGR率演算手段103を、運転状態に応じて定めたEGR弁の目標開度と運転状態とからEGR率MEGRMを演算するように構成したものとする。
【0007】
(3)請求項3の発明は、上記請求項1の発明において、EGR率補正手段により補正したEGR率と運転状態とからEGR弁の開度指令値 SEGR を演算する開度指令値演算手段109を備えたものとする。
【0008】
(4)請求項4の発明は、請求項1の発明においてEGR弁をステップモータにより開閉駆動される構成を有し、開度指令値 SEGR は前記ステップモータのステップ数として演算するように構成したものとする。
【0009】
(5)請求項5の発明は、上記請求項1の発明の第2補正量演算手段107を、実吸入空気量と補正後目標吸入空気量との比 QAC / BQAC Kの増大に応じて増大する特性で第2補正量 KEGR2 を設定するように構成したものとする。
【0010】
(6)請求項6の発明は、上記請求項1の発明の開度指令値演算手段を、EGR率に基づいて吸気絞弁の開度をも演算するように構成したものとする。
【0012】
【作用・効果】
上記各発明によれば、運転状態に応じて決められたEGR率に冷却水温などの機関状態に応じた補正がなされ、その補正後のEGR率をEGR弁開度に変換したうえで指令値STEPQとしてEGR弁のアクチュエータに出力する。このような補正処理によれば、EGR弁開度で代表される排気還流量と吸入空気量とをパラメータとするEGR率に対して補正が行われるので、冷却水温などの機関状態に応じたEGR弁開度の補正と、吸入空気量に応じた補正とを共通の運転状態検出結果に基づいて一括的に行うことができ、検出した運転状態情報の処理や補正のために用意しておくべきデータ量が必要最小限で済み、したがってマッチング作業が容易になると共にマイクロコンピュータなどで構成される制御装置の構成の簡略化が図れる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図2は本発明が適用可能なEGR装置を備えたディーゼルエンジンの概略構成を示したものである。図においてエンジン11の吸気通路12と排気通路13とがEGR通路14を介して接続されており、その途中にEGR弁15が設けられている。EGR弁15はアクチュエータ16により全閉位置から全開位置までほぼ連続的に位置制御される。吸気通路12にはEGR通路14の出口部よりも上流側に絞り弁17が介装されると共に、この絞り弁17を開閉駆動するアクチュエータ18が設けられている。各アクチュエータ16,18は共に制御装置19によりその作動が制御され、比較的多量の排気還流が必要な運転条件では絞り弁17を閉じ加減にしてその下流側に負圧を発達させた状態でEGR弁15の開度を制御するようにしている。排気還流量が少ないときまたは排気還流を行わないときには絞り弁17は全開位置に制御される。
【0014】
上記アクチュエータ16,18の作動は各種運転状態の検出結果に基づき制御回路19が制御する。制御回路19は入出力回路および記憶回路を備えたマイクロコンピュータからなり、上記本発明の各演算手段の機能を有している。制御回路19には、燃料噴射量や噴射時期を決定するための基本的な運転状態パラメータとしてエンジンの回転数Nおよび負荷代表値としての目標燃料噴射量Tpが入力されるが、これらはEGR率の決定およびEGR弁開度の補正にも用いられる。また、EGR弁開度の補正のために、さらに冷却水温センサ20からの冷却水温Tpおよびエアフローメータ21からの吸入空気量QACが入力される。エアフローメータ21は上記吸気通路12の絞り弁17よりも上流側に位置して設けられており、エンジン11に吸入される新気の流量を検出する。
【0015】
図3および図4はこのようなEGR装置を備えたエンジンにおけるEGR弁開度の制御ルーチンの一例を示したものである。このルーチンは制御回路19内のマイクロコンピュータにより数ミリ秒ないし数十ミリ秒毎に周期的に繰り返される。
【0016】
基本的な制御として、図3に示したようにまずエンジン回転数N,燃料噴射量Tp,吸入空気量QAC,冷却水温Twが検出され、これらの検出結果に基づいて排気還流を行うべき運転域であるか否かが、例えば図5に示したようにあらかじめ設定されたテーブルとの照合により判定される(ステップ301,302)。これにより、例えば低負荷域、低回転域、始動時、暖機時などは絞り弁17を全開とすると共にEGR弁15を全閉として排気還流を停止する(ステップ303)。これに対して、排気還流を行う運転状態のときは、次に絞り弁17とEGR弁15の開度演算を行い、それぞれのアクチュエータ18,16に指令値を出力して所定の開度となるように位置制御が行われる(ステップ304〜306)。
【0017】
図4は上記ステップ305のEGR弁の開度制御ルーチンの内容を示しており、まずNとTpとから目標EGR率の基本値MEGRMが演算され、次のこのEGR率に対する第1補正量KEGR1が演算される(ステップ401,402)。第1補正量KEGR1はこの場合水温Twによる補正量であり、一般に低温条件ではNOxが発生しにくいところから、図6に例示したように低水温時ほど排気還流量が減少する特性の補正値が付与される。この第1補正量KEGR1としては他に、燃料噴射時期による補正、大気圧による補正などを算入するようにしてもよい。
【0018】
次に、実吸入空気量の変動に対する補正を行うために、EGR率目標値MEGRMと第1補正量KEGR1とから、絞り弁開度および目標吸入空気量に対する補正量Zが演算され、次いでN,Tpから算出した目標吸入空気量BQACに前記補正量Zを乗じて補正後目標吸入空気量BQACKが求められる(ステップ403〜405)。ここで、絞り弁開度は図7に示したような特性で設定される一方、吸入空気量補正量ZはEGR率の定義に応じて次のようにして算出される。
【0019】
▲1▼EGR率=排気還流ガス量/吸入空気量とするとき
Z=(1+MEGRM)/(KEGR1×MEGRM+1)
▲2▼EGR率=排気還流ガス量/(排気還流ガス量+吸入空気量)とするとき
Z=(1−KEGR1×MEGRM)/(1−MEGRM)
このようにして得られた補正後目標吸入空気量BQACKとエアフローメータ21出力による実吸入空気量QACとの偏差に基づいて次に第2補正量KEGR2が演算される(ステップ406)。この第2補正量KEGR2は、図8に例示したように吸入空気量の実際値と目標値との比QAC/BQACKに対して比例的に増大する特性に設定されている。これはEGR弁開度が一定の条件下で実吸入空気量が目標値よりも増大した場合にはEGR率としては低下方向となるからである。この補正は、EGR弁15への燃焼生成物の付着による有効開度の減少や、絞り弁17の開度変動による吸入吸気量変化に対して所要EGR率を維持するのに有効である。
【0020】
次いで、上述のようにして求めた2つの補正量KEGR1、KEGR2を目標EGR率の基本値MEGRMに乗じて最終的な目標EGR率MEGRを求め、これをNとTpとに基づいてEGR弁開度に変換することでアクチュエータ16に対する指令値が求められる(ステップ407、408)。前記指令値としては、例えばアクチュエータ16としてステップモータを用いたものではそのステップ数である。
【0021】
このようにして、このEGR制御によればEGR率に対して補正を施すことでEGR弁の開度や吸入空気量の変動に対して個々に補正量を決定する場合に比較して簡潔な処理で適切な排気還流制御が可能となる。なお、本発明は運転状態に応じてEGR率ではなくEGR弁開度を演算するようにした制御系にも適用可能であり、この場合は当初に決定した目標EGR弁開度をNとTpとからEGR率に変換したうえで上述したような補正処理を行うようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成概念図。
【図2】本発明が適用可能なディーゼルエンジンの実施形態の概略構成図。
【図3】本発明の一実施形態によるEGR制御ルーチンを示す流れ図。
【図4】同じくEGR弁開度に関する制御ルーチンを示す流れ図。
【図5】エンジン回転数N,燃料噴射量Tp,吸入空気量QAC,冷却水温Twに応じて排気還流の有無を決定するためのテーブルに相当する制御特性図。
【図6】冷却水温Twと第1補正量KEGR1との関係を示す特性線図。
【図7】目標EGR率と絞り弁開度の関係を示す特性線図。
【図8】第2補正量KEGR2を付与するテーブルの一例を示す特性線図。
【符号の説明】
11 ディーゼルエンジン
12 吸気通路
13 排気通路
14 EGR通路
15 EGR弁
16 アクチュエータ
17 絞り弁
18 アクチュエータ
19 制御回路
20 水温センサ
21 エアフローメータ
Claims (6)
- 内燃機関の第1の運転状態として回転数と負荷状態を、第2の運転状態として冷却水温を、検出する運転状態検出手段、
排気還流時の吸入空気量QACを検出する吸入空気量検出手段、
第1の運転状態に応じて目標EGR率MEGRMを演算する目標EGR率演算手段、
第2の運転状態に応じてEGR率の第1の補正量KEGR1を演算する第1補正量演算手段、
第1の運転状態に応じて目標吸入空気量BQACを演算する目標吸入空気量演算手段、
EGR率とその補正量KEGR1に基づいて目標吸入空気量BQACを補正する補正後目標吸入空気量演算手段、
補正後目標吸入空気量BQACKと検出吸入空気量QACとの偏差に基づいてEGR率の第2の補正量KEGR2を演算する第2補正量演算手段、
第1の補正量KEGR1と第2の補正量KEGR2とに基づいてEGR率MEGRMを補正するEGR率補正手段、
を備えた内燃機関の排気還流制御装置。 - 目標EGR率演算手段は、運転状態に応じて定めたEGR弁の目標開度と前記運転状態とからEGR率MEGRMを演算するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流装置。
- 前記EGR率補正手段により補正したEGR率と第1の運転状態とからEGR弁の開度指令値SEGRを演算する開度指令値演算手段を備える請求項1に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
- EGR弁はステップモータにより開閉駆動される構成を有し、開度指令値SEGRは前記ステップモータのステップ数として演算するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
- 第2補正量演算手段は、実吸入空気量と補正後目標吸入空気量との比QAC/BQACKの増大に応じて増大する特性で第2補正量KEGR2を設定するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
- 開度指令値演算手段は、EGR率に基づいて吸気絞弁の開度をも演算するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
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