(57)【要約】【課題】排気流量センサを用いることなく、ＥＧＲ率を精度良く推定することができるＥＧＲ制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通し排気の一部を吸気通路内に還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に設けられ排気の還流量を調節するＥＧＲ弁と、を備えたＥＧＲ装置を制御するためのＥＧＲ制御装置において、内燃機関に供給される吸気中の酸素濃度である吸気酸素濃度を検出する吸気酸素濃度検出部と、排気中の酸素濃度である排気酸素濃度を検出する排気酸素濃度検出部と、吸気酸素濃度、排気酸素濃度、及び吸気通路に新たに取り入れる吸入空気中の酸素濃度である新気酸素濃度に基づいて、吸気中の排気の比率であるＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率演算部と、を備える。【選択図】図２
2010203281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通し排気の一部を前記吸気通路内に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ前記排気の還流量を調節するＥＧＲ弁と、を備えたＥＧＲ装置を制御するためのＥＧＲ制御装置において、
前記内燃機関に供給される吸気中の酸素濃度である吸気酸素濃度を検出する吸気酸素濃度検出部と、
前記排気中の酸素濃度である排気酸素濃度を検出する排気酸素濃度検出部と、
前記吸気酸素濃度、前記排気酸素濃度、及び前記吸気通路に新たに取り入れる吸入空気中の酸素濃度である新気酸素濃度に基づいて、前記吸気中の前記排気の比率であるＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率演算部と、
を備えることを特徴とするＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ率演算部は、前記新気酸素濃度と前記排気酸素濃度との差に対する、前記新気酸素濃度と前記吸気酸素濃度との差の比を演算することにより、前記ＥＧＲ率を算出することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項３】
前記吸気通路に前記吸入空気の流量を測定する流量測定手段が備えられ、
前記ＥＧＲ率演算部によって算出された前記ＥＧＲ率と前記吸入空気の流量とに基づき、前記排気の還流量であるＥＧＲ流量を算出するＥＧＲ流量演算部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ率演算部は、前記内燃機関の回転数が所定の閾値以上のときに、前記吸気酸素濃度、前記排気酸素濃度、及び前記新気酸素濃度に基づいて前記ＥＧＲ率を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排気の還流量を制御するＥＧＲ制御装置に関し、特に、排気流量センサを用いることなくＥＧＲ率を算出するＥＧＲ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）を低減させるために、排気通路を流れる排気ガスの一部を、吸入空気が流れる吸気通路内に還流させる排気再循環（ＥＧＲ:Exhaust Gas Recirculation）制御が行われている。このＥＧＲ制御は、内燃機関の吸気通路と排気通路との間にこれらを連通するＥＧＲ通路を設けるとともに、このＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を設け、還流される排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する。）の流量であるＥＧＲ流量や、内燃機関に流入する吸気に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が目標値になるように、ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御することで行われる。そのため、ＥＧＲ制御においては、ＥＧＲ流量やＥＧＲ率を精度良く算出できることが望まれる。
【０００３】
これらのＥＧＲ流量やＥＧＲ率を算出するにあたり、例えば、吸気通路及びＥＧＲ通路それぞれにエアマスセンサや排気流量センサを設け、これらのセンサの測定値からＥＧＲ流量やＥＧＲ率を求めることが考えられる。しかしながら、ＥＧＲガスには多量のすす等が含まれており、排気流量センサにこのすす等が付着すると排気流量センサが劣化しやすいため、算出されるＥＧＲ流量やＥＧＲ率の精度が低くなるおそれがある。
【０００４】
そこで、ＥＧＲ流量やＥＧＲ率を演算によって推定する技術が提案されている。例えば、ＥＧＲ弁の前後差圧とＥＧＲ弁の開度とに基づいて、ＥＧＲ流量を推定するＥＧＲ装置が開示されている（特許文献１参照）。また、ＥＧＲガスが混入した吸気の酸素濃度を酸素センサにより検出し、検出された酸素濃度に基づいてＥＧＲ率を算出するＥＧＲ装置が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８０２０２号（全文、全図）
【特許文献２】特開平５−１８３２４号（全文、全図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のＥＧＲ装置では、ＥＧＲ弁の開度が全開に近いときにはＥＧＲ弁の前後差圧が生じない一方、ＥＧＲ弁の開度が極めて小さいときには検出されるＥＧＲ弁の前後差圧が不正確になるおそれが高く、精度良くＥＧＲ流量を算出することができないおそれがある。
【０００７】
また、特許文献２に記載のＥＧＲ装置は、吸気中の酸素濃度のみに基づいてＥＧＲ率を求めるものであり、吸気中の酸素濃度がＥＧＲ流量のみに依存して変動する前提の下に成り立っている。この特許文献２に記載のＥＧＲ装置は、内燃機関での燃料と酸素との比である空燃比が理論空燃比で燃焼するガソリンエンジンであれば適用範囲が広い一方、空燃比が変動するディーゼルエンジン等においては、ＥＧＲガス中の酸素濃度が変動し得るために、ＥＧＲ率を精度良く求めることが困難である。
【０００８】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、ＥＧＲ制御装置が、ＥＧＲ率の演算に、吸気中の酸素濃度と、排気中の酸素濃度と、吸入空気中の酸素濃度とを用いることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、排気流量センサを用いることなく、ＥＧＲ率を精度良く推定することができるＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通し排気の一部を吸気通路内に還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に設けられ排気の還流量を調節するＥＧＲ弁と、を備えたＥＧＲ装置を制御するためのＥＧＲ制御装置において、内燃機関に供給される吸気中の酸素濃度である吸気酸素濃度を検出する吸気酸素濃度検出部と、排気中の酸素濃度である排気酸素濃度を検出する排気酸素濃度検出部と、吸気酸素濃度、排気酸素濃度、及び吸気通路に新たに取り入れる吸入空気中の酸素濃度である新気酸素濃度に基づいて、吸気中の排気の比率であるＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率演算部と、を備えることを特徴とするＥＧＲ制御装置が提供され、上述した問題が解決される。
【００１０】
また、本発明のＥＧＲ制御装置を構成するにあたり、ＥＧＲ率演算部は、新気酸素濃度と排気酸素濃度との差に対する、新気酸素濃度と吸気酸素濃度との差の比を演算することにより、ＥＧＲ率を算出することが好ましい。
【００１１】
また、本発明のＥＧＲ制御装置を構成するにあたり、吸気通路に吸入空気の流量を測定する流量測定手段が備えられ、ＥＧＲ率演算部によって算出されたＥＧＲ率と吸入空気の流量とに基づき、排気の還流量であるＥＧＲ流量を算出するＥＧＲ流量演算部を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のＥＧＲ制御装置を構成するにあたり、ＥＧＲ率演算部は、内燃機関の回転数が所定の閾値以上のときに、吸気酸素濃度、排気酸素濃度、及び新気酸素濃度に基づいてＥＧＲ率を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＥＧＲ制御装置によれば、ＥＧＲ率演算部が、吸気酸素濃度と、排気酸素濃度と、新気酸素濃度とに基づいてＥＧＲ率を算出するように構成されているため、排気流量センサを用いることなく、酸素濃度の値によってＥＧＲ率が精度良く求められる。また、酸素濃度の値によってＥＧＲ率が算出されることから、内燃機関での空燃比が変動する状態においても、ＥＧＲ率が精度良く検出される。したがって、ＥＧＲ率又はＥＧＲ流量が目標値となるようにＥＧＲ弁の正確なフィードバック制御が可能になる
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態にかかるＥＧＲ制御装置を備えたＥＧＲ装置の構成例を示す全体図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるＥＧＲ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明のＥＧＲ制御装置にかかる実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【００１６】
１．ＥＧＲ制御装置
まず、ＥＧＲ制御装置によって制御が行われるＥＧＲ装置の構成例を説明する。
図１は、本実施形態のＥＧＲ制御装置６０が備えられたＥＧＲ装置１０の構成の一例を示している。このＥＧＲ装置１０は、内燃機関５から排出される排気を吸気通路１２内に還流させて内燃機関５の吸気中の酸素濃度を低減させることで、燃料の燃焼温度を下げて燃料消費量を抑制したり排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減したりする装置である。
【００１７】
このＥＧＲ装置１０が備えられる内燃機関５は、４つの気筒を有するディーゼルエンジンが用いられ、内燃機関５のインテーク・マニホールド１１に接続された吸気通路１２と、内燃機関５のエキゾースト・マニホールド１３に接続された排気通路１４と、吸気通路１２及び排気通路１４を連通するＥＧＲ通路１５と、ＥＧＲ通路１５に設けられるＥＧＲ弁１６と、ＥＧＲ弁１６の開度を調節してＥＧＲ流量を制御するＥＧＲ制御装置６０と、を主たる要素として備えている。
【００１８】
吸気通路１２におけるＥＧＲ通路１５の接続部分よりも上流側には、吸入空気に所定の圧力をかけるコンプレッサ２０が設けられ、このコンプレッサ２０とＥＧＲ通路１５の接続部分との間に、吸入空気の流量を調整するスロットル弁１７と、吸入空気の流量を測定するエアマスセンサ１８とが設けられている。
【００１９】
スロットル弁１７やコンプレッサ２０はＥＧＲ制御装置６０に電気的に接続されている。ＥＧＲ制御装置６０からの駆動信号によってコンプレッサ２０が回転することで吸入空気が圧縮される。そして、ＥＧＲ制御装置６０からの信号によりスロットル弁１７の開度が調節されて、インテーク・マニホールド１１に送られる吸入空気の流量や圧力が調整される。
【００２０】
ＥＧＲ通路１５は吸気通路１２と排気通路１４とを連通し、このＥＧＲ通路１５には、ＥＧＲ流量を調節するＥＧＲ弁１６が設けられている。このＥＧＲ弁１６もＥＧＲ制御装置６０に電気的に接続されており、ＥＧＲ制御装置６０において求められる実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるように、ＥＧＲ弁１６の開度が制御される。
【００２１】
吸気通路１２のうち、ＥＧＲ通路１５の接続部分よりも下流側の部分には、吸気酸素濃度センサ２５が設けられている。この吸気酸素濃度センサ２５のセンサ値はＥＧＲ制御装置６０に送信され、このセンサ値に基づいて、吸気酸素濃度rO2inが検出される。
また、排気通路１４のうち、ＥＧＲ通路１５の接続部分よりも下流側には排気酸素濃度センサ２６が設けられている。この排気酸素濃度センサ２６のセンサ値もＥＧＲ制御装置６０に送信され、このセンサ値に基づいて、排気酸素濃度rO2exが検出される。この排気酸素濃度センサ２６に基づいて検出される酸素濃度は、ＥＧＲガスの酸素濃度を示す。
【００２２】
これらの吸気酸素濃度センサ２５及び排気酸素濃度センサ２６は、公知の酸素濃度センサが用いられる。このような酸素濃度センサは、酸素濃度に比例して電極間に印加される電圧値を測定することで酸素濃度を検出するものであり、気体の通路に流量検出部分をさらして物理的に流量を測定するエアマスセンサと比較して、排気中のすす等による劣化や検出精度の低下が生じるおそれが極めて少ないものである。
【００２３】
排気酸素濃度センサ２６の配置位置は図１の例に制限されるものではなく、例えば、排気酸素濃度センサ２６は、内燃機関５からＥＧＲ通路１５との接続部分までの間の排気通路１４に備えられてもよく、また、従来から排気通路１４に備えられている排気酸素濃度センサ２６をそのまま用いてもよい。ただし、排気酸素濃度センサ２６が排気通路１４とＥＧＲ通路１５との接続部分に近い位置に設けられれば、排気酸素濃度センサ２６に基づいて検出される排気酸素濃度rO2exとＥＧＲガスの酸素濃度との誤差が生じにくくなる。
【００２４】
ただし、ＥＧＲ制御装置６０が、排気酸素濃度rO2exを、内燃機関５の運転状態等から推定する機能を有しているのであれば、排気酸素濃度センサ２６は省略可能である。さらに、ＥＧＲ制御装置６０が、吸気酸素濃度rO2inを推定する機能を有しているのであれば、吸気酸素濃度センサ２５を省略することも可能である。
【００２５】
このように構成されたＥＧＲ装置１０は、ＥＧＲ弁１６が閉じられた状態では吸入空気がそのまま内燃機関５に流入するとともに、排気の全量が吸気通路１２に還流されることなく排気下流側に進行する。一方、ＥＧＲ弁１６が開かれると、排気の一部がＥＧＲ通路１５を介して吸気通路１２に還流する。このとき、ＥＧＲ弁１６の開度を小さくすればＥＧＲガスの流量が減少し、ＥＧＲ流量やＥＧＲ率が低下する一方、ＥＧＲ弁１６の開度を大きくすればＥＧＲガスの流量が増加し、ＥＧＲ流量やＥＧＲ率が増大する。
【００２６】
２．ＥＧＲ制御装置
図２は、ＥＧＲ制御装置６０を機能的なブロックで表した構成例を示している。
この制御装置６０は、公知のマイクロコンピュータにより構成されるものであり、吸気酸素濃度検出部６１と、排気酸素濃度検出部６２と、算出方法選択部６３と、第１の実ＥＧＲ率演算部６４と、第２の実ＥＧＲ率演算部６５と、目標ＥＧＲ率演算部６６と、ＥＧＲ弁制御部６７とを備えている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される。
【００２７】
このうち、吸気酸素濃度検出部６１は、吸気酸素濃度センサ２５のセンサ値S1を読み込み、このセンサ値S1に基づいて吸気酸素濃度rO2inを検出する。また、排気酸素濃度検出部６２は、排気酸素濃度センサ２６のセンサ値S2を読み込み、このセンサ値S2に基づいて排気酸素濃度rO2exを検出する。吸気酸素濃度検出部６１及び排気酸素濃度検出部６２で検出された吸気酸素濃度rO2in及び排気酸素濃度rO2exは、第１の実ＥＧＲ率演算部６４に伝達される。
なお、吸気酸素濃度検出部６１又は排気酸素濃度検出部６２は、酸素濃度センサを用いないで、各酸素濃度を推定するように構成されていてもよい。
【００２８】
算出方法選択部６３は、実ＥＧＲ率Reactの演算を第１の実ＥＧＲ率演算部６４で行うか、第２の実ＥＧＲ率演算部６５で行うかの判断を行う。本実施形態のＥＧＲ制御装置６０の第１の実ＥＧＲ率演算部６４で実ＥＧＲ率の演算に用いられる演算式は、排気酸素濃度rO2exと新気酸素濃度rO2airとが近似している場合に、実ＥＧＲ率を正確に算出できないおそれがあるため、算出方法選択部６３は、排気酸素濃度rO2exと新気酸素濃度rO2airとが近似する場合には第２の実ＥＧＲ率演算部６５で実ＥＧＲ率の演算を行うよう指示を出力する。
【００２９】
例えば、内燃機関５での酸素消費量が極めて少ない場合には、吸気酸素濃度rO2inと排気酸素濃度rO2exとが近似し、ひいては、排気酸素濃度rO2exと新気酸素濃度rO2airとが近似するものと評価される。そのため、算出方法選択部６３は、内燃機関５での燃料噴射量Qを読み込み、燃料噴射量Qが所定の閾値Q0以上であれば、第１の実ＥＧＲ率演算部６４で実ＥＧＲ率を算出するよう指示を出力する一方、燃料噴射量Qが所定の閾値Q0未満のときには、第２の実ＥＧＲ率演算部６５で実ＥＧＲ率を算出するよう指示を出力する。実際には、大部分の運転領域で、第１の実ＥＧＲ率演算部６４が選択される。
【００３０】
第１の実ＥＧＲ率演算部６４は、内燃機関５での酸素消費量が所定量以上であり、排気酸素濃度rO2exと新気酸素濃度rO2airとが近似しないと評価される場合に、吸気酸素濃度検出部６１で検出された吸気酸素濃度rO2in及び排気酸素濃度検出部６２によって検出された排気酸素濃度rO2ex、さらに、吸気通路１２に新たに取り入れられる吸入空気中の酸素濃度rO2airに基づいて、実ＥＧＲ率Reactを算出する。
本実施形態のＥＧＲ制御装置６０の第１の実ＥＧＲ率演算部６４には、新たに取り入れられる吸入空気の新気酸素濃度rO2airとして、大気の酸素濃度の値が予め記憶されている。この新気酸素濃度rO2airは、ＥＧＲ通路１５の接続部分よりも上流側の吸気通路１２に酸素濃度センサを設けて検出してもよい。
【００３１】
具体的には、第１の実ＥＧＲ率演算部６４では、下記の演算式に基づいて実ＥＧＲ率Reactが算出される。
React（％）＝（（rO2in−rO2air）／（rO2ex−rO2air））×１００
排気酸素濃度rO2ex、吸気酸素濃度rO2in、新気酸素濃度rO2airは、通常、rO2air≧rO2in≧rO2exの関係が成り立つ。
【００３２】
排気酸素濃度rO2exと新気酸素濃度rO2airとの差は、ＥＧＲガスの酸素濃度である排気酸素濃度rO2exに依存して変動する。この差の絶対値が大きければ大きいほど、ある量のＥＧＲガスが吸入空気中に混合された場合における、新気酸素濃度rO2airが希釈される度合が大きいことを意味し、ＥＧＲガスによる酸素濃度の希釈可能性を表している。
また、吸気酸素濃度rO2inと新気酸素濃度rO2airとの差は、吸気酸素濃度rO2inに依存して変動し、吸入空気にＥＧＲガスが混合されたことによる、酸素濃度の実際の希釈度合を表している。
【００３３】
この演算式は、吸気が吸入空気と排気とからなることから、吸入空気の新気酸素濃度rO2airがＥＧＲガスによって希釈される可能性に対する、実際に新気酸素濃度rO2airが希釈された度合いに基づいて、吸入空気に対してＥＧＲガスがどれだけ混合されたかを明らかにし、ＥＧＲ率を求めようとするものである。
【００３４】
上記演算式によるＥＧＲ率の算出方法であれば、排気中のすす等によって検出精度が低下しやすい排気流量センサを用いることなくＥＧＲ率が精度良く算出される。また、吸気酸素濃度rO2in、排気酸素濃度rO2ex、新気酸素濃度rO2airからＥＧＲ率が求められるため、内燃機関５での空燃比にかかわらずＥＧＲ率が求められ、空燃比が変動するような運転状態であってもＥＧＲ率が精度良く算出される。この第１の実ＥＧＲ率演算部６４によって演算された実ＥＧＲ率Reactは、ＥＧＲ弁制御部６７に出力される。
【００３５】
第２の実ＥＧＲ率演算部６５は、排気酸素濃度rO2exと新気酸素濃度rO2airとが近似すると評価される場合にのみ、従来公知の演算方法等により実ＥＧＲ率Reactを算出する。排気酸素濃度rO2exと新気酸素濃度rO2airとが近似すると、上記演算式の分母となるrO2ex−rO2airがゼロに近づき、演算式が発散するからである。ただし、この第２の実ＥＧＲ率演算部６５で実ＥＧＲ率を算出する頻度は極めて少ないため、このような場合にのみ従来の実ＥＧＲ率の演算方法を用いるようにしても、運転条件に大きな影響を与えるおそれがない。第２の実ＥＧＲ率演算部６５で行われる実ＥＧＲ率の演算方法については、特に限定されない。
【００３６】
目標ＥＧＲ率演算部６６は、内燃機関５の回転数Neや燃料供給量Q等を読み込み、ＮＯx排出量が規制値を満たすことが可能な目標ＥＧＲ率Retgtを算出する。この目標ＥＧＲ率演算部６６によって演算された目標ＥＧＲ率Retgtは、ＥＧＲ弁制御部６７に伝達される。
【００３７】
ＥＧＲ弁制御部６７は、目標ＥＧＲ率演算部６６から伝達される目標ＥＧＲ率Retgtと実ＥＧＲ率演算部から伝達される実ＥＧＲ率Reactとに基づいてＥＧＲ弁１６の開度を調節し、ＥＧＲ弁１６のアクチュエータに対して指示を出力する。本実施形態のＥＧＲ弁制御部６７では、算出される実ＥＧＲ率Reactが目標ＥＧＲ率Reactに一致するようにＥＧＲ弁１６の開度がフィードバック制御される。
【００３８】
なお、本実施形態のＥＧＲ制御装置６０は、基本的にＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ弁１６の開度を調節するものであるが、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ流量）を算出してＥＧＲ弁１６の開度を調節する構成のＥＧＲ制御装置に本発明を適用することも可能である。この場合、実ＥＧＲ率Reactは、吸入空気の流量VairとＥＧＲ流量Veactとの総和に対するＥＧＲ流量Veactの割合であることから、上述の第１の実ＥＧＲ率演算部６４又は第２の実ＥＧＲ率演算部６５で求められた実ＥＧＲ率Reactと、吸気通路１２に設けられたエアマスセンサ１８で検出される吸入空気の流量Vairとに基づいて、下記演算式により実ＥＧＲ流量Veactが求められる。
Veact＝（React／（１００−React））×Vair
【００３９】
上記演算式で求められる実ＥＧＲ流量Veactは、精度良く算出される実ＥＧＲ率Reactに基づいて算出されるため、誤差が少なく、正確に実ＥＧＲ流量Veactが求められる。
【符号の説明】
【００４０】
１０：ＥＧＲ装置、５：内燃機関、１１：インテーク・マニホールド、１２：吸気通路、１３：エキゾースト・マニホールド、１４：排気通路、１５：ＥＧＲ通路、１６：ＥＧＲ弁、１７：スロットル弁、１８：エアマスセンサ、２０：コンプレッサ、２５：吸気酸素濃度センサ、２６：排気酸素濃度センサ、６０：ＥＧＲ制御装置、６１：吸気酸素濃度検出部、６２：排気酸素濃度検出部、６３：算出方法選択部、６４：第１の実ＥＧＲ率演算部、６５：第２の実ＥＧＲ率演算部、６６：目標ＥＧＲ率演算部、６７：ＥＧＲ弁制御部
【図１】
2010203281.tif 000003
【図２】
2010203281.tif 000004