JP5062904B2 - 排気ガスの再循環ループを備えたエンジンの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両、特に自動車のエンジンの制御方法に関するものである。具体的には、本発明は、排気ガスの再循環システムを備えた、特に低圧タイプの再循環ループを備えた、エンジンに適用される方法に関するものである。このタイプのエンジンは、すでに知られている。このタイプのエンジンは、通常、排気および吸気マニホルドを備えたエンジンブロックを有する。

排気ガスの進路に従って、排気マニホルドはターボコンプレッサのタービンと連結している。ガスはエネルギーを有し、タービンおよびそれと一体に連結されているコンプレッサを回転させることができる。タービンを通るガスは排気されて粒子フィルタに向かい、知られた処理がなされる。そのフィルタの出口で処理されたガスの少なくとも一部は、上述のループにより再循環され、その他のガスは排気ダクト内を通って、排気フラップ（exhaust shutter）およびマフラに向かう。

低圧再循環ループ内では冷却器により、再循環されたガスの温度を下げることが好ましい。さらに、冷却器の下流に配置された再循環バルブにより、そのガスの流量を制御することが可能となる。ここで、このガスの流量は吸気フラップによっても制御されることに留意すべきである。実際、吸気フラップはバルブの境界におけるガス圧の差を変更することができ、その結果、ガスの流量を変えることができる。

次に、再循環されたガスは、空気取入口および空気フィルタからの空気が循環するダクト内に導かれる。次いで、このようにして混合されたガス混合物は、コンプレッサ、および場合によっては冷却コンプレッサを通ることによって、エンジンの吸気マニホルドに導かれる。

高圧再循環システムを備えたエンジンに比べて、特に上述したエンジンでは、ヨーロッパの規格によって課される、汚染防止上の制約条件を遵守できる性能を提供できることが知られている。特に、このタイプのエンジンにより、窒素酸化物（Ｎｏｘ）および煤粒子のような汚染粒子の有害な放出をさらに低減することが可能となる。ただし、それらのエンジンを使用することになったのは最近なので、このタイプのエンジンに真に適合した制御方法は知られていない。特に、再循環バルブおよび排気フラップの動作状態に応じて、空気流量および／または再循環率の調節を最適化することのできる制御方法は知られていない。したがって、本発明の目的は、それらの難点を解消することにある。

このために、低圧タイプの排気ガスの再循環ループを備えたエンジンの制御方法であって、ループ内に配置された排気ガス再循環バルブの、「所定の変位の測定値」が「所定の基準」を満たしている場合にはそのバルブの位置を制御することによって、また、前記測定値が前記「所定の基準」を満たしていない場合にはそのループ外に配置された排気フラップの位置を制御することによって、「エンジンの所定の動作パラメータ」を調節する段階を含むことを特徴とする方法を提案する。

この方法の非限定的な好ましい態様は、以下の通りである。
−「エンジンの所定の動作パラメータ」とは、排気ガスの再循環率である。
−「所定のパラメータ」とは、再循環されたガスと混合されるべき空気の流量である。
−「所定の変位の測定値」とは、バルブの位置であり、「所定の基準」を満たすとは、そのバルブの位置が予測された閾値よりも小さいか否かを判定することである。
−「所定の基準」に関連する結果に応じて、１つの調節器により、増幅ゲイン（Ｋｐ、Ｋｉ）が自動的に選択され、フラップおよびバルブの位置が決定される。
−エンジン速度および燃料流量のマッピングから閾値が予測される。

さらに、本発明によって、低圧タイプの排気ガス再循環ループと、「エンジンの動作パラメータ」の「調節手段」と、排気ガス再循環バルブの位置を制御するループ外に配置された手段と、バルブの所定の変位を測定する手段とを備えるエンジンであって、「調節手段」が、バルブの位置に関する変位の測定値が所定の基準を満たしている場合にはバルブ位置の制御手段に対して、また、前記測定値が前記基準を満たしていない場合にはフラップ位置の制御手段に対して、働きかけるように適合されていることを特徴とするエンジンを提案する。

このエンジンの非限定的な好ましい態様は以下の通りである。
−「エンジンの動作パラメータ」とは、排気ガスの再循環率である。
−「所定のパラメータ」とは、再循環されたガスと混合されるべき空気の流量である。
−「調節手段」とは、基準に関連する結果に応じて、増幅ゲインが自動的に選択される１つの調節器である。本発明のその他の態様、目的、利点は、添付の図面を参照した以下の説明を読めば、より明らかになるであろう。

図１には、本発明に係るエンジンが図示されている。エンジンは、エンジンブロック１、吸気マニホルド２、排気マニホルド３、およびタービン４１、コンプレッサ４２で構成されるターボコンプレッサ４とを備える。タービン４１を通過した排気ガス６は、粒子フィルタ７に導かれ、このフィルタから分岐ダクト８によって、それらのガスの少なくとも一部は、コンプレッサ４２に向かって再循環される。このダクト８において、冷却器９および再循環バルブ１０は、それぞれガスを冷却し、またガスの流量を制御することができる。

さらに、このダクト８は別のダクト１１に通じており、このダクト１１内で空気の吸気フラップ１４により上流で制御される流量に従って空気１３を循環させることができる。この空気は、通常は空気取入口１６に設けられた空気フィルタ１５を経由して吸入されることに留意されたい。ダクト８と、粒子フィルタ７と、ターボコンプレッサおよびダクト１１とで構成されるアセンブリが低圧再循環ループ１７を構成する。粒子フィルタ７の出口では、再循環されない排気ガスが排気ダクト１８内に導かれ、この排気ダクト中には排気フラップ１９とマフラ２０が設けられている。バルブ１０と協働する排気フラップ１９によって、特に、再循環されたガスの流量を制御することが可能になる。

ここでこのエンジンの構造から、ガス流量の自動的な調節は、一般にＥＧＲ率と呼ばれる排気ガスの再循環率を調節することに帰されることに留意されたい。実際、これら２つの変数は、直接的に互いに関連している。最後に、図１に非限定的な例として示されたエンジンは、通常コンプレッサ４２と吸気マニホルド２の間に配置された空気冷却器２１を備える。

図２に、空気流量を調節する機構の概略図が示されている。この機構は、上流での空気流量の設定値ｓｅｔ＿ａｉｒと、公知のセンサを用いて測定される空気流量の測定値ｍｅａｓ＿ａｉｒとの差を入力することのできる調節器３０を備えている。この調節器は、所定の基準に従って、ＥＧＲバルブ１０および／または排気フラップ１９を制御する制御信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌを送出することができる。

本発明の一態様によれば、上述の制御信号は、ＥＧＲバルブ１０およびフラップ１９の開閉位置を制御することを可能にする。そして、所定の基準はＥＧＲバルブ１０の動作状態に関するものである。特にこの態様によれば、所定の基準はバルブ１０の位置が、十分流量制御可能な位置であるかどうかを判定することに係る。

非限定的な例として、ＥＧＲバルブ１０の６０％を超える開度は、空気の流量を調整するのに適していないとみなすことができる。その場合にはもはや、ＥＧＲバルブ１０によってではなく排気フラップ１９によって流量調節が確保されるように、調節器３０に働きかける手段５０を備えている。このように手段５０は、所定の基準が満たされているか否かに応じて調節器３０を適合させることができる。

図２にさらに示されているように、手段５０は制御信号分離器４０に働きかける。この信号分離器４０は、調節器３０の制御信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌを２つの制御信号、４１および４２に変換する。信号４１はＥＧＲバルブ１０の位置を制御するための信号であり、信号４２は排気フラップ１９の位置を制御するための信号である。

次に、調節器３０および分離器４０についてさらに詳しく説明する。図３は調節器３０の一実施形態を概略的に示している。この場合、比例−積分調節器が対象となるが、当然のことながら他の実施形態も可能であることが当業者にはわかるであろう。従来の方式では、このような調節器は、ゲインＫｐの増幅段３１と積分段３２と、積分段３２に関連するゲインＫｉの第２の増幅段とを有する。

本発明によれば、ゲインＫｐおよびＫｉは、前記所定の基準が満たされているかどうかに従って、たとえばＥＧＲバルブ１０が６０％を超える開度位置を有することに応じて選択される異なる値を有することができる。この実施形態では、この基準に従って調節器３０の構成を変更するのではなく、その調節器中で使用される１つまたは複数のゲインの値を変更する。特に、所定の基準を満たしているどうかに応じて、ＥＧＲバルブ１０または排気フラップ１９に適合するゲインＫｐおよびＫｉが選択される。

図４は、制御信号分離器４０の一実施形態を示す概略図である。この実施形態では、ＥＧＲバルブ１０およびフラップ１９が空気流量を正しく調節しうる範囲をそれぞれ定義する、２つのブロック４５および４６を有する。たとえば、ブロック４５においてはその範囲は、バルブ１０の２つの飽和平坦域ＭＩＮとＭＡＸの間であると定義される。

より詳細には、図４において分離器４０は、調節器３０から送出された信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌから、手段５０によって供給された値を差し引く減算ブロック４７を備える。この値は、上述の範囲のうち少なくとも１つの範囲、すなわち、図４のブロック４５の少なくとも１つの上限を定義する。次いで、減算ブロック４７の出力側で得られた差の値が、ブロック４６に入力される。このような実施形態により、制御信号の値ｒｅｇ＿ｃｔｒｌに従って、上述の範囲に応じて信号４１または４２を送出することができる。

非限定的な例として、手段５０によって供給される値が１００であると仮定してみる。さらに、信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌの値が８０、すなわちＭＡＸより小さいと仮定する。その場合、この信号の値はブロック４５の範囲内にある。さらに、ブロック４７によって値１００からこの値８０を差し引くと−２０になる。したがって、この値８０はブロック４６の範囲内に含まれるが、マイナスであるため、排気フラップの位置に対して影響を及ぼさないとみなされる。

ここで、信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌの値が１１０であると仮定する。その場合、信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌの値は、もはやブロック４５の範囲内に含まれず、その結果、信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌはもはや信号４１に該当しない。さらに、ブロック４７の出力部で、値１０が得られ、その値は今度はプラスであり、ブロック４６の範囲内にある。したがって、信号ｒｅｇ＿ｃｔｒｌに該当するのは信号４２である。

こうして空気流量の調節は、ＥＧＲバルブ１０ではなく排気フラップ１９によって行われる。特に、空気流量を増大させ続けるために調節器は信号４２を送出し、その結果、排気フラップをもう少し閉じる。同時に、ＥＧＲバルブ１０は、ブロック４５の範囲が外れる位置を保ち続ける。言い換えれば、バルブは飽和しているとみなされる状態に留まる。

図５には、本発明による非限定的な例である調節機構の構成が示されている。特に図５には、調節器３０とブロック４５、４６、４７が示されている。また、ブロック４５の範囲の上限を定義するのに役立つ値をどのように定めるか、本図から見ることができる。

本発明の好ましい態様に従って、ＥＧＲバルブ１０の位置におけるエンジン速度６１および燃料流量６２のマッピング６０が使用される。このマッピング６０はさらに、適切なゲインＫｐおよびＫｉを間接的に選択するのに役立つ。より詳細には、マッピング６０の出力が、ＥＧＲバルブ１０の位置の測定値ｍｅｓ＿ｐｏｓ＿ＥＧＲと比較される。たとえば、２つの定数Ｃ１およびＣ２と、マッピング６０の出力から正規化されたヒステリシスダイアグラム６５を作成することができ、測定値ｍｅｓ＿ｐｏｓ＿ＥＧＲがこれらと比較される。

この比較により、適切な１組の値がゲインＫｉおよびＫｐに割り振られる。このような選択はブロック６６で実施される。ブロック６６はその入力部で前記結果、ならびにバルブ１０およびフラップ１９のゲインＫｉおよびＫｐのための少なくとも１組の値、シャッターのゲイン(Gains volet)、バルブのゲイン(Gains vanne)を受け取る。ブロック６６はさらに、調節器３０に出力する信号を送り出す。

たとえばこの信号は、段３１および段３３においてゲインＫｐおよびＫｉの値の更新を行う。上述の例において、バルブ１０の開放がマッピング６０によって供給される値の６０％より小さいことを測定値ｍｅｓ＿ｐｏｓ＿ＥＧＲが示すときには、ブロック６５はブロック６６に、バルブ１０の制御に適した１組のパラメータを選択させる信号を送る。逆に、バルブ１０の開放が６０％より大きいことを測定値ｍｅｓ＿ｐｏｓ＿ＥＧＲが示すときには、ブロック６５はブロック６６に、もはやバルブ１０でなくフラップ１９の制御に適した１組のパラメータを選択させる信号を送る。

図５に示されているように、この調整機構に入力され、空気流量の測定値と比較される空気流量の設定値は、エンジン速度６１および燃料流量６２の値のマッピング７０により導き出される。さらに、ブロック７１、７２、７３により、定数Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５が定義され、これらの定数はそれぞれ、ブロック４５および４６の下限値ならびにブロック４６の上限値を定義する。

ここで、図５において白地のブロックは、たとえばローラ付き試験台でのエンジンの較正時に定義される。当然のことながら、本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものでない。特に、調節されたエンジンの所定のパラメータは、排気ガスの再循環率に対応することができる。この際、この調節機構には、もはや空気流量の測定値と設定値ではなく、再循環率の推定値と設定値が入力される。この推定値を得るために、様々な解決策が考えられる。

第一の解決策は、低圧ループから来る再循環されたガスにまだ混合されていない新鮮な空気に、温度センサを使用することである。さらに、混合直前の、再循環される気体の温度センサと、低圧再循環ループの後の混合されたガスの温度センサを使用する。

第二の解決策は、エンジンのプレナムチャンバー内の混合ガスの温度センサを、その混合ガスの圧力センサと共に使用する。さらに、選択肢として、空気流量のセンサによる測定値または推定値を使用することもできる。

本発明の他の変形形態も存在することが当業者にはわかるであろう。特に、フラップに対して所定の基準がもはや満たされない場合には、まず排気フラップ１９によって、次いでＥＧＲバルブ１０によって空気流量および／または再循環率の調節が実施されることができる。

本発明の方法を実施することができるエンジンを、非限定的な例として示す図である。 本発明による空気の流量の調節機構の簡略図である。 図２の機構中で使用される調節器の詳細図である。 図２の機構中で使用される制御信号分離器の詳細図である。 本発明による調節機構の非限定的な例の概略図である。

Claims (8)

1. 低圧タイプの排気ガス（６）の再循環ループ（８）を備えたエンジンの制御方法であって、ループ（８）内に配置された排気ガス再循環バルブ（１０）の開度の測定値が、予測された閾値より小さい場合にはその再循環バルブ（１０）の開度を制御することによって、また、前記測定値が予測された閾値より大きい場合にはそのループ（８）の外に配置された排気フラップ（１９）の開度を制御することによって、エンジンの所定の動作パラメータを調節する段階を含み、
   前記閾値が、再循環バルブ（１０）の開度に対応する、エンジン速度および燃料流量のマッピング（６０）から得られる閾値で予測されることを特徴とする制御方法。
2. エンジンの前記所定の動作パラメータが、排気ガスの再循環率であることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 前記所定の動作パラメータが、再循環されるガスに混合されるべき空気の流量であることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
4. 前記閾値に関連する結果に応じて、増幅ゲイン（Ｋｐ、Ｋｉ）が自動的に選択される、１つの調節器（３０）を用いて、バルブ（１０）およびフラップ（１９）の開度を決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の制御方法。
5. 低圧タイプの排気ガス（６）の再循環ループ（８）と、エンジンの所定の動作パラメータを調節する手段と、ループ（８）内に配置された排気ガス再循環バルブ（１０）の開度およびループ（８）の外に配置された排気フラップ（１９）の開度を制御する手段と、バルブ（１０）の開度を測定する手段とを備えるエンジンであって、
   調節手段が、前記バルブの開度の測定値が予測された閾値より小さい場合には当該バルブ開度の制御手段に対して、また、前記測定値が予測された閾値より大きい場合には前記フラップ開度の制御手段に対して働きかけ、
   前記閾値が、再循環バルブ（１０）の開度に対応する、エンジン速度および燃料流量のマッピング（６０）から得られる閾値で予測されることを特徴とするエンジン。
6. エンジンの前記所定の動作パラメータが、排気ガスの再循環率であることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
7. 前記所定の動作パラメータが、再循環されたガスに混合されるべき空気の流量であることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
8. 前記調節手段が、前記基準に関連する結果に応じて、増幅ゲイン（Ｋｐ、Ｋｉ）が自動的に選択される、１つの調節器（３０）を有することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のエンジン。

Images