(57)【要約】本発明の目的は、内燃機関のＥＧＲ制御において、ＥＧＲ還流量を精度よく算定する制御装置を提供すること。エンジンの吸入空気量と内燃機関の状態に基づいた目標ＥＧＲ率より得た目標ＥＧＲ還流量と実ＥＧＲ還流量の差分に基づいて還流量補正量を求める手段と、基本ＥＧＲバルブの開度と前記還流量補正量からＥＧＲバルブの開度を求める手段とを備えて、前記目標ＥＧＲ還流量と実ＥＧＲ還流量の差分によりＥＧＲバルブ開度を帰還制御することを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
2008153198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の状態に基づいて目標ＥＧＲ率を求める手段と、
エンジンの吸入空気量を得る手段と、
前記吸入空気量と前記目標ＥＧＲ率より目標ＥＧＲ還流量を得る手段と、
前記目標ＥＧＲ還流量に基づいて基本ＥＧＲバルブの開度を求める手段と、
ＥＧＲバルブの開度から臨界圧時の還流量を求める手段と、
排圧と吸気管圧力の差圧を演算する手段と、
前記ＥＧＲのバルブ開度と還流量の関係から前記差圧下の実ＥＧＲ還流量を求める手段と、
前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分に基づいて還流量補正量を求める手段と、
前記基本ＥＧＲバルブの開度と前記還流量補正量から前記ＥＧＲバルブの開度を求める手段とを備えて、
前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分によりＥＧＲバルブ開度を帰還制御することを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された制御装置において、前記目標ＥＧＲを求める手段は、外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲの係る要因を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載された制御装置において、前記差圧に対してＥＧＲのバルブ開度と還流量の関係を求める手段は、バルブ開度と還流量のテーブルを少なくとも１つ以上の差圧に対して備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載された制御装置において、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分に基づいて前記還流量補正量を求める前記手段は、補正感度に係る要因を定める手段と、前記補正感度に係る要因をＥＧＲ基本開度に積算する手段を備えて、前記積算されたＥＧＲ基本開度に基づいて更に新たなる実ＥＧＲ還流量を求めて、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分が０もしくは所定の値以下となるまで前記積算していくことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載された制御装置において、前記補正感度に係る要因は、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分が０の近傍において、不感帯を設定したテーブルであることを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載された制御装置において、前設補正感度に係る要因は、ＥＧＲバルブが閉方向への補正量が開方向への補正量より大きく設定したテーブルであることを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載された制御装置において、前記ＥＧＲバルブ開度の帰還制御は、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の前記差分にゲインを乗じたものを一回加算することを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載された制御装置において、前記ＥＧＲバルブ開度の帰還制御は、前記ＥＧＲバルブが最大開度に達した時には帰還を停止することを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ還流量の制御、特に、エンジンの状態に応じた目標ＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ還流量を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のＥＧＲ制御装置として、例えば下記の特許文献１に記載されているとおり、内燃機関の運転状態である機関回転数と機関負荷とによって予め設定した設定値に調整するように、ＥＧＲバルブ開度を前記設定値に対応するステップ値やデューティ値などの制御量により制御するものが知られている。
【特許文献１】特開２０００−１９９４５４号公報
【発明の開示】
【０００３】
しかし、上記の従来の方法は、ＥＧＲバルブ開度を運転条件のマップによって管理しており、各運転領域でＥＧＲバルブ開度−燃焼状態（エンジン回転数変動など）−ＮＯｘ排出量の相関を見る必要があり、ＥＧＲ率をその後で確認することになるため、ＥＧＲ率の管理を含めた適合に多大なステップ数を要するという課題があった。
上記の課題を解決するために、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、内燃機関の状態に基づいて目標ＥＧＲ率を求める手段と、エンジンの吸入空気量を得る手段と、前記吸入空気量と前記目標ＥＧＲ率より目標ＥＧＲ還流量を得る手段と、前記目標ＥＧＲ還流量に基づいて基本ＥＧＲバルブの開度を求める手段と、ＥＧＲバルブの開度から臨界圧時の還流量を求める手段と、排圧と吸気管圧力の差圧を演算する手段と、前記ＥＧＲのバルブ開度と還流量の関係から前記差圧下の実ＥＧＲ還流量を求める手段と、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分に基づいて還流量補正量を求める手段と、前記基本ＥＧＲバルブの開度と前記還流量補正量から前記ＥＧＲバルブの開度を求める手段とを備えて、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分によりＥＧＲバルブ開度を帰還制御することを特徴とする。
また、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、上記の特徴に加えて、前記目標ＥＧＲを求める手段は、外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲの係る要因を含むことを特徴とする。
また、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、上記の特徴に加えて、前記差圧下の実ＥＧＲ還流量の関係を求める手段は、バルブ開度と還流量のテーブルを少なくとも１つ以上の差圧に対して備えていることを特徴とする。
また、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、上記の特徴に加えて、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分に基づいて前記還流量補正量を求める前記手段は、補正感度に係る要因を定める手段と、前記補正感度に係る要因をＥＧＲ基本開度に積算する手段を備えて、前記積算されたＥＧＲ基本開度に基づいて更に新たなる実ＥＧＲ還流量を求めて、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分が０もしくは所定の値以下となるまで前記積算していくことを特徴とする。
また、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、上記の特徴に加えて、前記補正感度に係る要因は、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分が０の近傍において、不感帯を設定したテーブルであることを特徴とする。
また、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、上記の特徴に加えて、前設補正感度に係る要因は、ＥＧＲバルブが閉方向への補正量が開方向への補正量より大きく設定したテーブルであることを特徴とする。
また、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、上記の特徴に加えて、前記ＥＧＲバルブ開度の帰還制御は、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の前記差分にゲインを乗じたものを一回加算することを特徴とする。
また、本発明のＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置は、上記の特徴に加えて、前記ＥＧＲバルブ開度の帰還制御は、前記ＥＧＲバルブが最大開度に達した時には帰還を停止することを特徴とする。
本発明は、ＥＧＲ量をＥＧＲ率で管理することにより、ＥＧＲ率による点火進角マップの補正や、吸気管圧力で実ＥＧＲ率を計算し、ＥＧＲ率フィードバックなどを可能とする。また、ＥＧＲバルブ前後の圧力差が臨界圧に達した後も吸気管圧力と排圧の差圧に応じた補正により、目標とするＥＧＲ還流量に実際のＥＧＲ還流量を近づけるようフィードバック制御し、ＥＧＲバルブ開度を精度良く制御することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の一例のブロック図である。
図２は、本発明に係るＥＧＲ制御手段の概要を示すブロック図である。
図３は、本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置が搭載されたエンジンの制御に係る主要部である。
図４は、本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置の内部構成の一例である。
図５は、図２のブロック２０１〜２１０のブロックを詳細に表した一例である。
図６は、図２のブロック２１１〜２１３のブロックを詳細に表した一例である。
図７は、図２のブロック２１４のブロックを詳細に表した一例である。
図８は、図７のブロック７０２の設定を表した一例である。
図９は、図７のブロック７０２の設定を表した一例である。
図１０は、図７のブロック７０２の設定を表した一例である。
図１１は、図２のブロック２１４のブロックを詳細に表した一例である。
図１２は、図２のブロック２１５のブロックを詳細に表した一例である。
図１３は、本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置のオペレーション時における各変数挙動を表した一例である。
図１４は、本発明の図１の制御ブロック図の燃料計算関係の詳細なフローチャートの一例である。
図１５は、本発明の図１の制御ブロック図の点火時期計算関係の詳細なフローチャートの一例である。
図１６は、本発明の図２のブロック２０１〜２１０の詳細なフローチャートの一例である。
図１７は、本発明の図２のブロック２１１〜２１３の詳細なフローチャートの一例である。
図１８は、本発明の図７のブロックの詳細なフローチャートの一例である。
図１９は、本発明の図１１のブロックの詳細なフローチャートの一例である。
【符号の説明】
【０００５】
１０９  ＥＧＲ制御手段
２０５  目標ＥＧＲ還流量ベース値演算部
２０６    排ガス残留量演算部
２１０    基本ＥＧＲ開度演算部
２１３    実ＥＧＲ還流量演算部
２１４      臨界圧外還流量補正演算部
２１５      ＥＧＲ開度ＣＰＵ指令値演算部
３０５      吸気管圧力センサ
３０６      インジェクタ
３１０    酸素濃度センサ
３１２    エンジン制御装置
３１３    ＥＧＲバルブ
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の実施例を、以下、図を参照して説明する。
図１は、本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置の一例を示すブロック図である。ブロック１０１は、エンジン回転数計算手段であり、エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサからの電気的信号であるパルス信号の単位時間当たりの入力数をカウントする演算処理により、エンジンの単位時間当りの回転数を計算する。
ブロック１０２は、ブロック１０１で演算されたエンジンの回転数とエンジン負荷からエンジンの要求する基本燃料を計算する。エンジン負荷としては、吸気管に設置された吸気管圧力センサの出力を演算処理して吸気管圧力に変換したものを用いるか、または、熱式空気流量計等で計測されたエンジンの吸入空気量で代表させてもよい。
ブロック１０３は、ブロック１０１で演算されたエンジンの回転数と前記のエンジン負荷により、ブロック１０２で計算された基本燃料に対するエンジンの各運転領域における補正係数をマップにより得て計算する。ブロック１０４は、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷により、エンジンの各領域における最適の基本点火時期をマップにより得て計算する。
ブロック１０５は、吸気管に設定された弁であって、エンジンの吸入空気量を調節するスロットル絞り弁の開度を検出し、運転者が望むエンジンの状態を判定する。判定される状態は、アイドル状態であるか否か、加減速状態であるか否かである。ブロック１０６は、ブロック１０４で検索された最適の基本点火時期を、ブロック１０５で判定されたエンジンの状態に応じて補正する。
ブロック１０７は、前記のエンジン回転数と前記のエンジン負荷によりエンジンの各領域における最適の目標空燃比をマップ検索等で決定する。ブロック１０８は、ブロック１０７で決定された目標空燃比となるように、排気管に設定された酸素濃度センサの出力により、ＰＩＤ制御による帰還制御係数（空燃比フィードバック係数）を計算する。
ブロック１０９は、前記のエンジン回転数、前記のエンジン負荷、スロットル絞り弁の開度、吸気温度、始動時エンジン冷却水温等により、最適のＥＧＲ開度を計算する。ブロック１１０は、ブロック１０２で計算された基本燃料に対し、前記の基本燃料補正係数、前記のエンジン冷却水温、前記の空燃比フィードバック係数により補正を施す。
ブロック１１１〜１１４は、前記のブロック１１０で補正された燃料量をエンジンに供給する燃料噴射手段である。ブロック１１５〜１１８は、前記のブロック１０６で補正されたエンジンの要求点火時期に応じてシリンダに流入した燃料混合気を点火する点火手段である。
図２は、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ制御手段の概要を示すブロック図である。ブロック２０１は、検出されたエンジン回転数、エンジン負荷（スロットル開度）により、マップから目標ＥＧＲ率を検索する。ブロック２０２では、検出されたエンジン回転数とエンジン負荷により、マップから内部ＥＧＲ率を検索する。ブロック２０３は、検出された吸気管圧力とエンジン回転数からエンジンに吸入する空気流量を計算する。この吸入空気量から、後述する実ＥＧＲ還流量を加算器２０４で減算し、実吸入空気量を計算する。熱式空気流量計で吸入空気量を計測する場合は、ブロック２０３と加算器２０４は必要とされない。
ブロック２０５では、前記の目標ＥＧＲ率と実吸入空気量から、目標ＥＧＲ還流量ベース値を演算する。ブロック２０６では、前記の内部ＥＧＲ率、実吸入空気量から、排ガス残留量を演算する。ブロック２０７及び、ブロック２０８では、前記目標ＥＧＲ還流量ベース値、排ガス残留量にそれぞれ加重平均を施し、加算器２０９で差分を取り、目標ＥＧＲ還流量を計算する。ブロック２１０では、前記の目標ＥＧＲ還流量から基本ＥＧＲ開度を演算する。ブロック２１５では、前記の基本ＥＧＲ開度と、後述する臨界圧外還流量補正値から、ＥＧＲ開度ＣＰＵ指令値を演算する。
ブロック２１１は、前記のエンジン回転数と前記のエンジン負荷により、マップにより排圧を検索する。前記の排圧から前記の吸気管圧力を加算器２１２で減算し、排圧と吸気管圧力の差圧を計算する。ブロック２１３では、前記の差圧に応じて、前記ＥＧＲ開度ＣＰＵ指令値から実ＥＧＲ還流量を演算する。ブロック２１４では、前記の目標ＥＧＲ率に応じて、前記の目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量から、前記の臨界圧外還流量補正値を演算する。
図３は、本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置が搭載されたエンジンの制御に係る主要部を示している。
図３には、エンジン本体３０１の外、エンジンの吸入する空気量を計測する熱式空気流量計３０１ａ、吸入する空気量をスロットル絞り弁３０２をバイパスして吸気管３０４へ接続された流路の流路面積を制御することによりエンジンのアイドル時の回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ３０３、吸気管３０４内の圧力を検出する吸気管圧力センサ３０５、エンジンの要求する燃料を供給する燃料噴射弁３０６、エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサ３０７、エンジンのシリンダ内に供給された燃料の混合気に点火する点火栓に、エンジン制御装置３１２からの点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火モジュール３０８、エンジンのシリンダブロックに設定されエンジンの冷却水温を検出する水温センサ３０９、エンジンの排気管に設定され排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１０、エンジンの運転・停止のメインスイッチであるイグニッションキースイッチ３１１、排気ガスの一部を吸気管３０４内へ戻すＥＧＲバルブ３１３、エンジンの各補器類を制御するエンジン制御装置３１２が示されている。なお、吸気管圧力センサ３０５は、吸気の温度を計測する吸気温センサが一体化されている。
酸素濃度センサ３１０は、本実施例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを用いているが、理論空燃比に対して排気ガスがリッチ側／リーン側の２つの信号を出力するものでもよい。なお、本実施例では内燃機関の燃料制御のパラメータとして、吸気管圧力を検出して用いているが、熱式空気流量計で吸入空気量を検出して用いることもできる。
図４は、本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置の内部構成の一例を示す。ＣＰＵ４０１の内部には、エンジンに設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換するインターフェイスとして機能するＩ／Ｏ部４０２が設定されており、本実施例のＩ／Ｏ部４０２には、水温センサ４０４、クランク角センサ４０５、酸素濃度センサ４０６、吸気管圧力センサ４０７、スロットル開度センサ４０８、イグニッションＳＷ４０９から信号が入力される。なお、熱式空気流量計等で吸入空気量を計測するシステムにおいては、熱線式空気流量計４０３が設けられる。
ＣＰＵ４０１からの出力信号は、ドライバ４１０を介して、燃料噴射弁４１１〜４１４、点火コイル４１５〜４１８、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）バルブへのＩＳＣ開度指令値４１９、ＥＧＲバルブへのＥＧＲ開度指令値４２０へ送られる。
図５は、図２のブロック２０１〜２１０のブロックを詳細に表したものである。ブロック５０１は、予め設定した目標ＥＧＲ率マップによりエンジン回転数とエンジン負荷、またはエンジン回転数とスロットル開度から目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲを検索する。ブロック５０２では、吸気管圧力とエンジン回転数と定数を乗じて、吸入空気量ＱＡＲを演算する。
ＥＧＲバルブが開いてＥＧＲ還流が始まると、吸気管圧力も上昇するため、演算した吸入空気量ＱＡＲから後述する実ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥＲを加算器５０３で減算し、実吸入空気量ＱＥＲを計算する。なお、本実施例では、吸気管圧力から吸入空気量ＱＡＲを計算しているが、熱式空気流量計等で吸入空気量を計測するシステムでは、ブロック５０２、５０３は不要であり、計測した吸入空気量ＱＡＲを実吸入空気量ＱＥＲとして直接使用するが、他のブロックで使用されるエンジン負荷としての吸気管圧力は、ブロック５０４で吸入空気量ＱＡＲをエンジン回転数Ｎｅで除したエンジン負荷Ｔｐを用いることとなる。
本実施例では、前記の実吸入空気量ＱＥＲは、ブロック５０５のＤジェトロ／Ｌジェトロ判定ソフトＳＷに“１”または“０”を設定してブロック５０６のスイッチブロックで切替える。ブロック５０７の目標ＥＧＲ還流量ベース値演算部は、前記の目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲと前記の実吸入空気量ＱＥＲから目標ＥＧＲ還流量ベース値ＥＧＲＧＥＢを演算する。
数１は、ＥＧＲ率の基本式を表している。
【数１】
2008153198.tif 000003
数１をＥＧＲ還流量Ｇｅの式に変形し、Ｇｅを目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲとし、吸入空気量Ｑａを実吸入空気量ＱＥＲとすると、図５のブロック５０７内に示した式が得られ、この式により、目標ＥＧＲ還流量ベース値を演算する。
ブロック５０８は、予め設定した内部ＥＧＲ率マップによりエンジン回転数とエンジン負荷、またはエンジン回転数とスロットル開度から内部ＥＧＲ率ＥＧＲＩＮＲを検索する。
なお、本実施例では、内部ＥＧＲを考慮しているが、外部のＥＧＲだけを管理したい場合は、ブロック５０８マップのデータを０設定することで対応できる。
前記の数１をＥＧＲ還流量Ｇｅの式に変形し、Ｇｅを内部ＥＧＲ率ＥＧＲＩＮＲとし、吸入空気量Ｑａを実吸入空気量ＱＥＲとすると、図５のブロック５０９内に示した式が得られ、この式により、排ガス残留量ＥＧＲＩＮＭを演算する。
加算器５１０では、前記した目標ＥＧＲ還流量ベース値ＥＧＲＧＥＢに対し、加重平均重みＫＥＧＲＧＥを用いて加重平均を施した値から、前記した排ガス残留量ＥＧＲＩＮＭに対し、加重平均重みＫＥＧＲＩＮを用いて加重平均を施した値を減算し、目標ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥを計算する。ブロック５１３は基本ＥＧＲ開度演算部であり、ここでは、前記の目標ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥからテーブルにより基本ＥＧＲ開度ＥＧＲＳＴＤＢを検索する。なお、前記テーブルは、後述の排圧と吸気管圧力の差圧ＤＰ１ＰＭが臨界圧状態であるとして予め定める。
図６は、図２のブロック２１１〜２１４のブロックを詳細に表したものである。ブロック６０１は、予め設定した排圧マップによりエンジン回転数とエンジン負荷、またはエンジン回転数とスロットル開度から排圧ＰＭＥＸＴを検索する。検索した排圧ＰＭＥＸＴから吸気管圧力を加算器６０２で減算し、前記の排圧と吸気管圧力の差圧ＤＰ１ＰＭを計算する。ブロック６０３は、実ＥＧＲ還流量演算部であり、ＥＧＲのバルブ開度と還流量の流量特性テーブルを前記の差圧ＤＰ１ＰＭに応じて少なくとも２つ以上備えておき、ＥＧＲ開度ＣＰＵ指令値ＥＧＲＳＴＤにから、実ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥＲをテーブル検索する。
数２は、ＥＧＲ還流量の基本式を表している。
【数２】
2008153198.tif 000004
上記（１）式は、排圧と吸気管圧力の差圧とＥＧＲ還流量の関係式であり、上記（２）式は、上記（１）式を変形して、ＥＧＲ還流量を演算する式にしたものである。
上記（２）式は、ＥＧＲ開口面積、係数、排圧と吸気管圧力の差圧からＥＧＲ還流量を求めることができることを表しており、上記（３）式の非線形な特性を取り込む形で前記の実ＥＧＲ還流量演算部６０３の複数の流量特性テーブルで実現されている。
本実施例では、前記の実ＥＧＲ還流量演算部６０３において、差圧ＤＰ１ＰＭに応じて複数の流量特性テーブルを備える構成としているが、この複数のテーブルをマップに置き換えるよう構成しても良いし、実験値からの近似式に置き換えるよう構成してもよい。
上記（３）式は、排圧と吸気管圧力の差分（差圧）が臨界圧より小さいときのＥＧＲ還流量の演算を表している。排圧に対して吸気管圧力を低くしていくと、排気管と吸気管を結ぶＥＧＲ管内のＥＧＲ還流量の流速が音速に達し、このときの圧力を臨界圧という。流速が音速を超えることはないので、吸気管圧力を更に低くしてもＥＧＲ還流量の流速は変わらない。この場合には、ＥＧＲ還流量はＥＧＲ開口面積により決定される。
図７は、図２のブロック２１４の臨界圧外還流量補正演算部の一例を詳細に表したものである。加算器７０１では、前記の目標ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥから前記の実ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥＲを減算し、臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒを計算する。ブロック７０２では、前記の臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒで、ＥＧＲ臨界圧外補正テーブルから、ｃｒｉｉを検索する。加算器７０３では、臨界圧外還流量補正量ＥＧＲＣＲＩの前回値と、前記ｃｒｉｉを加算して臨界圧外還流量補正量ＥＧＲＣＲＩを計算する。ただし、前記の目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲが０の場合は、スイッチ７０５で、前記の臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒを０にし、スイッチ７０４で臨界圧外還流量補正量ＥＧＲＣＲＩを０にして、即座に臨界圧外の補正を０（無効）とする。
図８〜図１０は、図７のＥＧＲ臨界圧外補正テーブルの設定例である。それぞれ縦軸が前記ｃｒｉｉ、横軸が前記の臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒであり、図の右半分はｄｅｆｇｅｒが正の領域であり、ＥＧＲバルブの開く側を表し、図の左半分はｄｅｆｇｅｒが負の領域であり、ＥＧＲバルブの閉じ側を表す。また、ｄｅｆｇｅｒが小さい領域（目標ＥＧＲ還流量と実ＥＧＲ還流量の差分が小さい領域）では、ｃｒｉｉを０として不感帯を設定し、目標近くでのチャタリングを防止する。
図８は、前記の臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒに対して、ｃｒｉｉがｄｅｆｅｒのプラス側とマイナス側で点対称となるようにＥＧＲ臨界圧外補正テーブルを設定した例であるが、このように設定すると、ＥＧＲ還流量が多くなる程、減速時等で失火を生じる危険がある。
図９は、図８と比較してｃｒｉｉの傾きをｄｅｆｅｒのマイナス側でより急にしてテーブルを設定した例であり、このようにすることで、ＥＧＲバルブの閉じ側のｃｒｉｉを大きくして、臨界圧外におけるＥＧＲバルブの閉じ側の動作を速くすることで、失火を防止している。
図１０は、ｃｒｉｉがステップ的に変化するように、ＥＧＲ臨界圧外補正テーブルを設定した例である。このように不感帯を段階的に設定することもできる。
図１１は、図２のブロック２１４の臨界圧外還流量補正演算部の他の例を詳細に表したものである。加算器１１０１では、前記の目標ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥから前記の実ＥＧＲ還流量ＥＧＲＧＥＲを減算し、臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒを演算する。ブロック１１０２は、前記の臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒからゲイン基準値ＧＡＩＮＳＴＤをテーブル検索する。スイッチ１１０３は、ブロック１１０４の開側ゲインＯＰＧＡＩＮと、ブロック１１０５の閉側ゲインＣＬＧＡＩＮを、前記の臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒの正負により切替え、ゲイン補正ＧＡＩＮＨＯＳを出力する。なお、開側ゲインと閉側ゲインは、ＲＯＭ定数などによって設定される値とし、失火を防ぐために閉側ゲインを大きく設定する。
乗算器１１０６は、前記のゲイン基準値ＧＡＩＮＳＴＤに前記のゲイン補正ＧＡＩＮＨＯＳを乗じ、更に乗算器１１０７で、前記の臨界圧流量差分ｄｅｆｇｅｒを乗じて臨界圧外還流量補正量ＥＧＲＣＲＩを演算する。
ただし、前記の目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲが０のときは、スイッチ１１０８で臨界圧外還流量補正量ＥＧＲＣＲＩを０として、補正を無効とする。
図１２は、図２のＥＧＲ開度ＣＰＵ指令値演算部２１５の一例を詳細に表したものである。加算器１２０１は、前記の基本ＥＧＲ開度ＥＧＲＳＴＤＢと前記の臨界圧外還流量補正量ＥＧＲＣＲＩを加算する。ブロック１２０２は、前記の加算値に定数等で定める上下限値の制限を施し、ＥＧＲ開度ＣＰＵ指令値ＥＧＲＳＴＤを出力する。
図１３は、本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置のオペレーション時における各変数挙動を表した一例である。チャート１３０１はスロットル開度、チャート１３０２はエンジン回転数、チャート１３０５は吸入空気量、チャート１３０６は吸気管圧力、チャート１３０８はＥＧＲ開度指令値、チャート１３１１はＥＧＲ弁開度の挙動を示す。
区間１３０３はスロットル開度の過渡区間であり、チャート１３０８は本発明の手法で補正されたＥＧＲ開度指令値を示す。１３０７は吸気管圧力が臨界圧に達する点であり、この点を境として、チャート１３０８に示すように、本発明の制御がある場合には、ない場合と比較して、ＥＧＲ開度の指令値を大きくできるので、チャート１３１１に示すように、本発明の制御がある場合には、ない場合と比較して、ＥＧＲ弁の開度を大きくすることができる。
図１４は、図１に示した本発明に係るＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関の制御装置における燃料計算のフローチャートの一例を示す。
ステップ１４０１は、クランク角度センサからの信号に基づいてエンジン回転数を計算する。ステップ１４０２はエンジン負荷を読み込む。本実施例では、吸気管負圧または吸入空気量をエンジン回転数で除したものをエンジン負荷としている。ステップ１４０３は基本燃料量を計算する。ステップ１４０４では、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷により基本燃料量の補正係数を検索する。ステップ１４０５は、要求される目標空燃比を検索する。ステップ１４０６は酸素濃度センサの出力を読込み、ステップ１４０７は、空燃比が前記目標空燃比となるように、前記酸素濃度センサ出力に基づき空燃比フィードバックを行い、空燃比フィードバック係数を計算する。ステップ１４０８は、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷等からＥＧＲ開度指令値を計算する。ステップ１４０９で前記空燃比フィードバック係数を前記基本燃料量に施す。ステップ１４１０では、前記補正を施された基本燃料量を燃料噴射手段にセットする。
図１５は、図１の制御ブロック図の点火時期計算関係の詳細なフローチャートの一例である。ステップ１５０１でエンジン回転数、エンジン負荷を読み込む。ステップ１５０２で前記エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて基本点火時期を検索する。ステップ１５０３でスロットル開度を読込み、ステップ１５０４で加減速及びアイドル判定のエンジンの状態判定を行う。ステップ１５０５で前記判定された状態に基づく点火補正量を計算し、基本点火時期への反映を行い、ステップ１５０６で点火手段へセットする。なお、図１４及び図１５で燃料計算と点火時期計算が異なる割り込み周期で計算される例としたが、同じタイミングでも良い。また一定時間割り込みとしているが、エンジンの回転角度に同期したタイミングで実施してもよい。
図１６は、図２のブロック２０１〜２１０の詳細なフローチャートの一例である。ステップ１６０１でエンジン回転数、スロットル開度、吸気管圧力を読み込む。ステップ１６０２でエンジン回転数と吸気管圧力から吸入空気量を計算する。また、熱式空気流量計で測定された吸入空気量をそのまま用いても良い。ステップ１６０３で吸入空気量をエンジン回転数で除したエンジン負荷を計算する。ステップ１６０４でエンジン回転数とエンジン負荷または、エンジン回転数とスロットル開度で目標ＥＧＲ率を検索する。ステップ１６０５でエンジン回転数とエンジン負荷で内部ＥＧＲ率を検索する。ステップ１６０６で実ＥＧＲ還流量を読み込み、ステップ１６０７で、前記吸入空気量と、実ＥＧＲ還流量を減算し、実吸入空気量を演算する。なお、前述したが、熱式空気流量計等で吸入空気量を計測するシステムでは、本ステップ１６０２、１６０６〜１６０７は必要ない。ステップ１６０８で前記目標ＥＧＲ率と、実吸入空気量で目標ＥＧＲ還流量ベース値を演算する。ステップ１６０９で前記内部ＥＧＲ率と、実吸入空気量で排ガス残留量を演算する。ステップ１６１０で前記目標ＥＧＲ還流量ベース値に加重平均を施した値から、前記排ガス残留量に加重平均を施した値を減算し、目標ＥＧＲ還流量を計算する。ステップ１６１１で前記目標ＥＧＲ還流量に基づいて基本ＥＧＲ開度を演算する。
図１７は、図２のブロック２１１〜２１３の詳細なフローチャートの一例である。ステップ１７０１でエンジン回転数、エンジン負荷、吸気管圧力を読み込む。ステップ１７０２でエンジン回転数とエンジン負荷で排圧を検索する。ステップ１７０３で前述の排圧から吸気管圧力を減算して差圧を計算する。ステップ１７０４で前記差圧とＥＧＲ開度ＣＰＵ指令値から実ＥＧＲ還流量を演算する。
図１８は、図７の、臨界圧外還流量補正演算部の詳細なフローチャートの一例である。ステップ１８０１で、目標ＥＧＲ率≠０か否かを判断し、もし目標ＥＧＲ率≠０でなければ、ステップ１８０２で臨界圧外流量差分を０として出力する。もし目標ＥＧＲ率≠０であればステップ１８０３で前述の目標ＥＧＲ還流量を読み込み、ステップ１８０４で前述の実ＥＧＲ還流量を読み込み、ステップ１８０５で前記目標ＥＧＲ還流量から前記実ＥＧＲ還流量を減算して臨界圧外流量差分を計算する。ステップ１８０６で前記臨界圧外流量差分に基づき臨界圧外補正量をテーブル検索する。ステップ１８０７で、再度、目標ＥＧＲ率≠０か否かを判断し、もし目標ＥＧＲ率≠０でなければ、ステップ１８０８で臨界圧外補正量を０として出力する。もし目標ＥＧＲ率≠０であればステップ１８０９で、前回の臨界圧外補正量と前述のゲインで臨界圧外補正量をフィードバックして演算する。
図１９は、図１１の臨界圧外還流量補正演算部の詳細なフローチャートの一例である。ステップ１９０１で前述の目標ＥＧＲ還流量を読込み、ステップ１９０２で前述の実ＥＧＲ還流量を読込み、ステップ１９０３で前記目標ＥＧＲ還流量から実ＥＧＲ還流量を減算し、臨界圧外流量差分を計算する。ステップ１９０４で前記臨界圧外流量差分に基づきゲイン基準値を検索する。ステップ１９０５で前記臨界圧外流量差分が０以上か否かを判断し、０以上でなければステップ１９０６でゲイン補正値は閉側ゲインを選択し、０以上であればステップ１９０７で開側ゲインを選択する。なお、閉側ゲイン、開側ゲインは共にＲＯＭ定数などで設定されるものとし、失火を防ぐために閉側ゲインを大きく設定する。ステップ１９０８で目標ＥＧＲ率≠０か否かを判断し、もし目標ＥＧＲ率≠０でなければ、ステップ１９０９で臨界圧外補正量を０とする。もし目標ＥＧＲ率≠０であればステップ１９１０で前記の臨界圧外流量差分、ゲイン基準値、ゲイン補正値をそれぞれ乗じて臨界圧外補正量を演算する。
本発明は、ＥＧＲ量をＥＧＲ率で管理することにより、ＥＧＲ率による点火進角マップの補正や、吸気管圧力で実ＥＧＲ率を計算し、ＥＧＲ率フィードバックなどが可能となることが期待できる。また、ＥＧＲバルブ前後の圧力差が臨界圧に達した後も吸気管圧力と排圧の差圧に応じた補正により、目標とするＥＧＲ還流量に実際のＥＧＲ還流量を近づけるようフィードバック制御し、ＥＧＲバルブ開度を精度良く制御することが可能となる。また、ＥＧＲバルブを変更した場合、バルブ特性データのみの変更で対応可能であり、制御ロジックを変更する必要が無いため、本発明の制御ロジックの汎用性が高いと言える。
以上、本発明の一実施形態について、詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月17日(2008.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の状態に基づいて目標ＥＧＲ率を求める手段と、
エンジンの吸入空気量を得る手段と、
前記吸入空気量と前記目標ＥＧＲ率より目標ＥＧＲ還流量を得る手段と、
前記目標ＥＧＲ還流量に基づいて基本ＥＧＲバルブの開度を求める手段と、
ＥＧＲバルブの開度から臨界圧時の還流量を求める手段と、
排圧と吸気管圧力の差圧を演算する手段と、
前記ＥＧＲのバルブ開度と還流量の関係から前記差圧下の実ＥＧＲ還流量を求める手段と、
前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分に基づいて還流量補正量を求める手段と、
前記基本ＥＧＲバルブの開度と前記還流量補正量から前記ＥＧＲバルブの開度を求める手段とを備えて、
前記目標ＥＧＲ率となるように、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分によりＥＧＲバルブ開度を帰還制御することを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された制御装置において、前記目標ＥＧＲを求める手段は、外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲの係る要因を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載された制御装置において、前記差圧に対してＥＧＲのバルブ開度と還流量の関係を求める手段は、バルブ開度と還流量のテーブルを少なくとも１つ以上の差圧に対して備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載された制御装置において、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分に基づいて前記還流量補正量を求める前記手段は、前記差分を補正するゲインと前記補正された差分とで補正されたＥＧＲ基本開度に積算する手段を備えて、前記積算されたＥＧＲ基本開度に基づいて更に新たなる実ＥＧＲ還流量を求めて、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分が０もしくは所定の値以下となるまで前記積算していくことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載された制御装置において、前記差分を補正するゲインは、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の差分が０の近傍において、不感帯を設定したテーブルであることを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載された制御装置において、前設補正感度に係る要因は、ＥＧＲバルブが閉方向への補正量が開方向への補正量より大きく設定したテーブルであることを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載された制御装置において、前記ＥＧＲバルブ開度の帰還制御は、前記目標ＥＧＲ還流量と前記実ＥＧＲ還流量の前記差分にゲインを乗じたものを一回加算することを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載された制御装置において、前記ＥＧＲバルブ開度の帰還制御は、前記ＥＧＲバルブが最大開度に達した時には帰還を停止することを特徴とするＥＧＲ制御を有した内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
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