(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流させるＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管内のＥＧＲ流量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブ前後の差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出した差圧から
ＥＧＲ流量に変換するＥＧＲ流量算出手段と、前記差圧検出手段により検出した差圧の波形または前記ＥＧＲ流量算出手段により算出したＥＧＲ流量の波形の変動を抑える変動抑制手段と、前記エンジンの運転条件としてエンジン負荷及びエンジン回転数を検出する運転条件検出手段とを備えたＥＧＲ流量検出装置であって、
前記エンジン負荷及びエンジン回転数によって前記変動抑制手段の特性を変えることを特徴としたＥＧＲ流量検出装置。
【請求項２】
前記エンジン負荷とエンジン回転数とを軸とするマップを有し、
該マップに基づいて前記変動抑制手段の特性を変えることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ流量検出装置。
【請求項３】
前記エンジン負荷が高い程、前記変動抑制手段の時定数を大きくし、
前記エンジン回転数が低い程、前記変動抑制手段の時定数を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲ流量検出装置。
【請求項４】
前記差圧検出手段とは、前記ＥＧＲバルブ前後の絶対圧から差圧を検出することを特徴とした請求項１または２に記載のＥＧＲ流量検出装置。
【請求項５】
前記運転条件にはさらにＥＧＲバルブ開度が含まれ、前記ＥＧＲバルブ開度が所定値以上変化した場合、前記変動抑制手段の時定数を小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲ流量検出装置。
【請求項６】
前記運転条件にはさらにスロットルバルブ開度が含まれ、前記スロットルバルブ開度が所定値よりも大きい場合、前記変動抑制手段の時定数を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲ流量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲバルブ前後の差圧検出手段を備えたエンジンのＥＧＲ流量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃費や排気の規制は今後ますます強化されていく傾向にあり、特に燃費性能に関してはガソリン価格の高騰や地球温暖化問題などにより関心が高まっている。こうした状況の中、世界各国で燃費向上技術の開発が行われており、その技術の一つにＥＧＲシステムがある。ＥＧＲシステムとは、一度燃焼させた排気ガスを再度吸気通路へ還流させるシステムのことである。ＥＧＲガス（排気ガス）を吸気通路へ還流させても新気量が減少しないようにするためにはスロットルバルブを開く必要があるため、ポンピングロス（吸気抵抗）が減少し、燃費が向上する。また、排気においても、燃焼室内にＥＧＲガスを導入することで燃焼温度が低下し、高温時に発生するＮＯｘを抑制できる効果がある。
【０００３】
ＥＧＲシステムにおけるＥＧＲガスの還流先は、負圧の発生するスロットルバルブの下流であるものが一般的である。過給機を搭載したエンジンにおいては、過給領域ではスロットル下流は正圧となりＥＧＲガスが入っていきにくいが、過給領域までＥＧＲをかけることはなかった。しかし最近は、更なる燃費向上のため、過給領域においてもＥＧＲをかける必要があり、ＥＧＲガスをコンプレッサの上流に戻すシステムも考えられている。
【０００４】
ＥＧＲガスは燃費向上やＮＯｘ低減に有効である反面、ＥＧＲをかけすぎると燃焼が不安定になり、逆に燃費性能や排気性能を悪化させてしまう可能性もあるため、ＥＧＲの還流先を問わず、ＥＧＲをかける場合はＥＧＲ流量を正確に検出できる必要がある。
【０００５】
ＥＧＲ流量を検出する技術として、「特許文献１」がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８８８０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、吸気行程時にＥＧＲバルブ前後の差圧とＥＧＲバルブ開度とをサンプリングし、それらの平均値からＥＧＲ流量を求めるものである。しかしながら、吸気行程の時間はエンジン回転数に依存するため、低回転時はサンプリング数が多く得られるが、高回転時はサンプリング数が不足し、正確なＥＧＲ流量を求めることが難しい。また、吸気通路内および排気通路内を流れる流体は脈動しており、エンジン回転数に依存した脈動周波数成分を含んでいるため、低回転になるほど脈動周波数成分を除去しにくい。脈動周波数成分を除去するために平均化処理の時定数をあらかじめ大きく設定しておくことが考えられるが、そうすると過渡運転時の応答が遅れるため、ＥＧＲ率に大きな誤差が生じて燃焼悪化を引き起こしてしまう可能性がある。
【０００８】
また、同一回転数においてもエンジン負荷が高い場合、排圧が高くなるため、脈動が大きくなってしまう。
【０００９】
さらに、スロットル開度が大きい場合、エンジンの吸気脈動が伝わりやすくなるため、脈動が大きくなってしまう。
【００１０】
このように、時定数の設定は一つではなく、エンジンの運転条件によって最適な時定数に切り替えた方が効果的であるが、特許文献１には、ＥＧＲバルブ前後の差圧とＥＧＲバルブ開度とをサンプリングし、それらを平均化するとの記述はあるが、平均化の手法を運転条件によって切り替えることまでは言及していない。
【００１１】
本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＥＧＲ配管内を流れるＥＧＲ流量を、運転条件に拘わらず正確に検出するＥＧＲ流量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明によるＥＧＲ流量検出装置は、エンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガス（排気ガス）を還流させるＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管内のＥＧＲ流量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブ前後の差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出した差圧からＥＧＲ流量に変換するＥＧＲ流量算出手段と、前記差圧検出手段により検出した差圧の波形または前記ＥＧＲ流量算出手段により算出したＥＧＲ流量の波形の変動を抑える変動抑制手段と、前記エンジンの運転条件を検出する運転条件検出手段とを備え、前記エンジンの運転条件によって前記変動抑制手段の特性を変える。
【００１３】
本発明によるＥＧＲ流量検出装置は、好ましくは、前記ＥＧＲバルブ前後の絶対圧から差圧を検出する。
【００１４】
本発明によるＥＧＲ流量検出装置は、好ましくは、前記運転条件とはエンジン回転数であり、前記エンジン回転数が低いほど、前記変動抑制手段の時定数を大きくする。
【００１５】
本発明によるＥＧＲ流量検出装置は、好ましくは、前記運転条件とはエンジン負荷であり、前記エンジン負荷が高いほど、前記変動抑制手段の時定数を大きくする。
【００１６】
本発明によるＥＧＲ流量検出装置は、好ましくは、前記運転条件とはＥＧＲバルブ開度であり、前記ＥＧＲバルブ開度が所定値以上変化した場合、前記変動抑制手段の時定数を小さくする。
【００１７】
本発明によるＥＧＲ流量検出装置は、好ましくは、前記運転条件とはスロットルバルブ開度であり、前記スロットルバルブ開度が所定値よりも大きい場合、前記変動抑制手段の時定数を大きくする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるＥＧＲ流量検出装置によれば、ＥＧＲ配管内を流れるＥＧＲ流量を、運転条件に拘わらず正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＥＧＲ流量装置の一実施例を、それが適用された車載用エンジンと共に示す概略構成図。
【図２】差圧センサの説明に供される図。
【図３】ＥＧＲ流量算出の説明に供されるブロック図。
【図４】大脈動時のサンプリング誤差の説明に供される図。
【図５】小脈動時のサンプリング誤差の説明に供される図。
【図６】変動抑制手段の時定数を設定する際に実行する処理手順の一例を示すフローチャート。
【図７】回転数毎の脈動周波数成分の説明に供される図。
【図８】変動抑制手段の時定数違いによる周波数特性の説明に供される図。
【図９】変動抑制手段の時定数違いによる応答性比較の説明に供される図。
【図１０】定常運転用時定数演算の説明に供されるブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るＥＧＲ流量検出装置の一実施例を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。
【００２２】
図１において、本実施例のＥＧＲ流量検出装置が適用されたエンジン１０は、例えば４つの気筒（＃１，＃２，＃３，＃４）を有する火花点火式の多気筒エンジンであって、シリンダヘッド１１ａ及びシリンダブロック１１ｂからなるシリンダ１１と、このシリンダ１１の各気筒内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、ピストン１５はコンロッド１４を介してクランク軸（図示せず）に連結されている。ピストン１５上方には、所定形状の天井部を持つ燃焼室１７が画成され、各気筒の燃焼室１７には、点火コイル３４から高電圧化された点火信号が供給される点火プラグ３５が臨設されている。
【００２３】
燃料の燃焼に必要な空気は、エアクリーナ１９から、コンプレッサ４１，スロットルバルブ２５，インタークーラ１８，コレクタ２７，吸気マニホールド２８，吸気ポート２９等からなる吸気通路２０を通り、下流端である吸気ポート２９端部に配在された、吸気カム軸２３により開閉駆動される吸気弁２１を介して各気筒の燃焼室１７に吸入される。そして、吸気通路２０の下流部分である吸気マニホールド２８には、各気筒毎に、吸気ポート２９に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３０が臨設されている。
【００２４】
エアクリーナ１９の下流にあるエアフローセンサ５０は、測定対象である空気流の中に配置されたホットワイヤ（発熱抵抗体）に流れる電流値が吸入空気量（質量流量）が多いほど増え、逆に吸入空気量が少ないほど減るようにブリッジ回路が構成されており、流れる発熱抵抗電流より電圧信号として取り出され、後述するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１００へ入力される。
【００２５】
燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火コイル３４に接続された点火プラグ３５による火花点火により燃焼せしめられ、その排気ガスは、燃焼室１７から、排気カム軸２４により開閉駆動される排気弁２２を介して排気ポート，排気マニホールド，排気管等からなる排気通路４０を通って外部の大気中に排出される。
【００２６】
排気通路４０には、タービン４２が配備され、タービン４２は同一の軸でコンプレッサ４１と接続されており、エンジンから排出されるガスの圧力が所定以上になると過給し始め、圧縮した空気を燃焼室１７内へ送り込む。圧縮された高温の空気はインタークーラ１８により冷却させられる。過給圧が所定以上になると、それ以上過給しないようにするため、ウェイストゲートバルブ４４やリサーキュレーションバルブ４３が開くように制御されている。
【００２７】
更に、排気通路４０には排気浄化用の三元触媒６０が配備され、三元触媒６０より上流側には、触媒前空燃比に対して線形の出力特性を持つリニア空燃比センサ５１が配在され、三元触媒６０より下流側には、触媒後空燃比がストイキ（理論空燃比）よりリッチ側かリーン側かを識別するためのスイッチング信号を出力するＯ2センサ５２が配在されている。
【００２８】
また、各気筒毎に配備された燃料噴射弁３０には、燃料タンク７５内の燃料が燃料ポンプ７６や燃圧レギュレータ７７等を備えた燃料供給機構により所定燃圧に調圧されて供給され、燃料噴射弁３０は、ＥＣＵ１００から供給される、そのときの運転状態に応じたデューティ（＝パルス幅＝開弁時間に相当する）を持つ燃料噴射パルス信号により開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート２９に向けて噴射するようになっている。
【００２９】
一方、前記エンジン１０の種々の制御、つまり、前記燃料噴射弁３０による燃料噴射制御（空燃比制御）、前記点火プラグ３５による点火時期制御等を行うべく、マイクロコンピュータを内蔵するＥＣＵ１００が備えられている。
【００３０】
排気通路４０の三元触媒６０下流にはＥＧＲ配管６１が接続されており、排気通路４０からＥＧＲ配管６１内へ流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ６２で冷却された後、ＥＧＲバルブ６４を通過してＥＧＲ合流部６６で空気と混ざり合う。ＥＧＲバルブ６４の上流には、ＥＧＲガス温度を計測するＥＧＲ温度センサ６３が配備されている。また、ＥＧＲバルブ６４前後には、上流圧力通路６７と下流圧力通路６８とが差圧センサ６５に接続されている。ここでは差圧センサ６５の一例として、図２に示す絶対圧センサ７３及び７４，ＡＤ変換部７０，差圧演算部７１，ＤＡ変換部７２および温度センサ６９を有した物について説明する。差圧センサ６５への入力信号は、ＥＧＲバルブ６４上流圧力Ｐuと、ＥＧＲバルブ６４下流圧力Ｐdであり、それぞれの入力信号を絶対圧センサ７３及び７４で電圧に変換し、その電圧値をＡＤ変換部７０でＡＤ変換した後、差圧演算部７１で差圧を計算する。その際、圧力は温度によって変化するため、差圧センサ６５内に温度センサ６９を搭載し、温度センサ６９の情報に基づいてＰu，Ｐdをそれぞれ温度補正するとより正確な差圧が求められる。差圧演算後はＤＡ変換部７２にてＤＡ変換した後、ＥＣＵ１００へ出力される。
【００３１】
図３に示すブロック図によりＥＧＲ流量の算出方法について説明する。ＥＣＵ１００では、差圧センサ６５から出力された差圧、ＥＧＲバルブ６４から出力されたＥＧＲバルブ開度、ＥＧＲ温度センサ６３から出力されたＥＧＲガス温度をそれぞれサンプリングする。その後、ブロック１５１では、差圧センサ６５の出力特性に従って差圧を求め、ブロック１５２で差圧からＥＧＲバルブ６４を通過するＥＧＲガスの流速に変換する。ＥＧＲバルブ６４前後の圧力と流速には式（Ａ）の関係がある。ここでＰuはＥＧＲバルブ上流圧力、ＰdはＥＧＲバルブ下流圧力、ρはＥＧＲガス密度、ｖはＥＧＲガス流速である。この式（Ａ）を変換すると式（Ｂ）となり、ＥＧＲガス流速ｖが求まる。ここで、Ｐdifは差圧で、Ｐdif＝Ｐu−Ｐdである。
【００３２】
【数１】
0005608614.tif 000002
【００３３】
【数２】
0005608614.tif 000003
【００３４】
ブロック１５３では、ＥＧＲバルブ開度からＥＧＲバルブ開口面積を算出している。ブロック１５４では、ＥＧＲ温度センサ６３から得られたＥＧＲガス温度に基づいてＥＧＲガス密度を算出している。ブロック１５５では、ブロック１５２から１５４で算出したＥＧＲガス流速，ＥＧＲバルブ開口面積，ＥＧＲガス密度より、下記の式（Ｃ）によりＥＧＲ流量を算出する。ここで、ＱegrはＥＧＲガス流量、ＡはＥＧＲバルブ開口面積、ｖはＥＧＲガス流速、ρはＥＧＲガス密度である。
【００３５】
【数３】
0005608614.tif 000004
【００３６】
ここで、変動抑制手段であるＬＰＦ（Low Pass Filter）は、図３のブロック１５１後の差圧、もしくはブロック１５５後のＥＧＲ流量のいずれか一方または両方に対して掛ける。
【００３７】
通常、エンジンの吸気圧力や排気圧力は脈動している。大脈動時にサンプリングした場合に起こり得る不具合について図４に示す。サンプリングはあらかじめ決まった周期間隔で行われるため、図４のようにサンプリングした場合、真の平均値はＶaveであるのに対して、サンプリング後の平均値はＶsamとなり、サンプリング誤差（＝Ｖave−Ｖsam）が大きく発生してしまう。この脈動波形を変動抑制手段により効果的に減衰させた後にサンプリングした場合を図５に示す。脈動が減衰している場合、先ほどの図４と同様のサンプリングをしたとしてもサンプリング誤差は小さくなる。そのため、ＥＧＲバルブ前後の差圧、もしくは算出したＥＧＲ流量に対して変動抑制手段により脈動を低減することはサンプリング誤差を低減するために必要不可欠であることが分かる。
【００３８】
脈動を低減するためには変動抑制手段の時定数を大きくすればよいが、そうすると過渡時の応答が遅れてしまい、ＥＧＲ率が急変して燃焼が不安定になることが考えられる。
【００３９】
そこで本発明では脈動を低減するための変動抑制手段の特性を定常時と過渡時とで切り替え、更に定常時においてもエンジン回転数やエンジン負荷，スロットルバルブ開度といったエンジン条件に応じて変化させることを特徴としている。
【００４０】
以下に、本発明の変動抑制手段の時定数の設定方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００４１】
図６はエンジン１０がＥＧＲ運転領域内にあるときの変動抑制手段の時定数の設定に関するフローチャートである。
【００４２】
ステップ１１１では、ＥＧＲバルブ６４より入力されたＥＧＲバルブ開度を演算する。ステップ１１２はエンジンの運転状態が定常運転中であるのか、過渡運転中であるのかを判定する。ステップ１１１のＥＧＲバルブ開度の値の変化量が所定の値以上変化した場合、エンジンは過渡運転中であると判定し、ステップ１１７へ移る。
【００４３】
ステップ１１７では過渡運転であるので応答性を優先させるために変動抑制手段の時定数が小さな過渡運転用時定数τkを設定する。ステップ１１２で定常運転中と判定された場合はステップ１１３へ移る。
【００４４】
ステップ１１３では、エンジン回転数を演算する。エンジンの吸気圧力，排気圧力の波形には、エンジン回転数に依存した脈動周波数成分が含まれているため、常に変動している。図７に回転数毎の脈動周波数成分を図示している。図７では一例として、４気筒エンジンにおいて回転数が１０００ｒ／minから４０００ｒ／minまで１０００ｒ／min毎の圧力波形内に含まれる脈動周波数成分を示している。図７を見て分かるように、エンジン回転数が低いほど多くの脈動周波数成分が含まれる傾向にある。また、図８に変動抑制手段の時定数違いによる周波数応答の一例を示している。横軸は周波数で、縦軸はＧain［abs］となっており、このＧainは小さいほど脈動周波数成分を低減する効果が大きいことを意味する。時定数が小さい場合、ほとんどの周波数領域において脈動周波数成分の低減効果が小さく、逆に時定数が大きい場合、ほぼ全ての周波数領域において高い低減効果があることが分かる。即ち、変動抑制手段の時定数は大きい方が脈動低減効果は高いと言える。ただし、時定数を大きくしすぎると、応答時間が遅くなってしまう欠点がある。図９では、時間ｔ＝ｔ０のときに信号がステップ的に変化した場合、時定数の大きさにより応答時間に差が生じる様子を図示したものである。時定数とは、信号がステップ的に変化した際、その信号の６３.２％応答するまでの時間のことを指す。時定数が小さい場合の応答時間は（ｔ１−ｔ０）となり最も速く、時定数が大きい場合の応答時間は（ｔ３−ｔ０）となり、最も遅くなる。
【００４５】
このように、回転数によって波形に含まれる脈動周波数成分は異なるため、回転数によって変動抑制手段の時定数を変えることが望ましい。具体的には、低回転では時定数が大きく、高回転では時定数が小さくなるように設定することで脈動周波数成分を効果的に低減することができる。
【００４６】
ステップ１１４では、エンジン負荷を演算する。同一回転数であっても、エンジン負荷が高いほど排圧が高くなるため、脈動は大きくなる。そのため、エンジン負荷が高いほど時定数が大きく、エンジン負荷が低いほど時定数が小さくなるように設定することで脈動周波数成分を効果的に低減することができる。
【００４７】
ステップ１１５ではスロットルバルブ開度を演算する。スロットルバルブ開度が開いている場合、エンジンの脈動が伝わりやすくなるため、脈動が大きくなる。特に、スロットルバルブ２５が全開もしくは全開に近い条件では、エンジン１０の大脈動の影響により圧力波形が大きく変動してしまう。そのため、スロットルバルブ２５が所定の開度以上開いている条件では、変動抑制手段の時定数を大きく設定することで脈動周波数成分を効果的に低減することができる。
【００４８】
ステップ１１６では、ステップ１１３から１１５までの結果に基づいて定常運転用時定数τtを設定する。図１０に定常運転用時定数τt演算ブロックを示す。
【００４９】
ブロック１５６では、エンジン回転数とエンジン負荷から構成される３次元マップにより、τt演算の基本となる基本時定数τ0を決定する。３次元マップは、横軸がエンジン回転数であり、高回転ほど変動抑制手段の時定数が小さく、低回転ほど変動抑制手段の時定数が大きくなるように設定する。縦軸はエンジン負荷であり、低負荷ほど変動抑制手段の時定数が小さく、高負荷ほど変動抑制手段の時定数が大きくなるように設定する。
【００５０】
ブロック１５７では、スロットルバルブ開度の大きさによってτ0に掛ける補正係数であるＣthの値を変更する。具体的には、スロットルバルブ２５が所定の開度（θ0）よりも開いている場合エンジン１０の脈動が大きくなるため、Ｃth＞１として時定数が大きくなるように補正係数を変更する。逆にスロットルバルブ２５がθ0より小さい場合はＣth＝１とする。
【００５１】
ブロック１５８ではτtを算出する。τtはブロック１５６で算出したτ0に、ブロック１５７で算出したＣthを乗じて求める。
【００５２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では、ＥＧＲガスの還流先をコンプレッサ上流とする例を挙げて説明したが、ＥＧＲガスの還流先はコンプレッサ下流でも良く、また過給機を搭載していないエンジンでも筒内直接噴射型エンジンでも同様の効果を得ることができ、さらにハイブリッド車両に搭載されるエンジンにも適用できるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  エンジン
１１ａ  シリンダヘッド
１１ｂ  シリンダブロック
１４  コンロッド
１５  ピストン
１７  燃焼室
１８  インタークーラ
１９  エアクリーナ
２０  吸気通路
２１  吸気弁
２２  排気弁
２３  吸気カム軸
２４  排気カム軸
２５  スロットルバルブ
２７  コレクタ
２８  吸気マニホールド
２９  吸気ポート
３４  点火コイル
３５  点火プラグ
４０  排気通路
４１  コンプレッサ
４２  タービン
４３  リサーキュレーションバルブ
４４  ウェイストゲートバルブ
５１  リニア空燃比センサ
５２  Ｏ2センサ
６０  三元触媒
６１  ＥＧＲ配管
６２  ＥＧＲクーラ
６３  ＥＧＲ温度センサ
６４  ＥＧＲバルブ
６５  差圧センサ
６６  ＥＧＲ合流部
６７  上流圧力通路
６８  下流圧力通路
６９  温度センサ
７０  ＡＤ変換部
７１  差圧演算部
７２  ＤＡ変換部
７３  絶対圧センサ（ＥＧＲバルブ上流）
７４  絶対圧センサ（ＥＧＲバルブ下流）
７５  燃料タンク
７６  燃料ポンプ
７７  燃圧レギュレータ
１００  ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
【図１】
0005608614.tif 000005
【図２】
0005608614.tif 000006
【図３】
0005608614.tif 000007
【図４】
0005608614.tif 000008
【図５】
0005608614.tif 000009
【図６】
0005608614.tif 000010
【図７】
0005608614.tif 000011
【図８】
0005608614.tif 000012
【図９】
0005608614.tif 000013
【図１０】
0005608614.tif 000014