(57)【要約】【課題】従来よりも精度良くＮＯx濃度を制御することが可能なＥＧＲ装置を提供する。【解決手段】エンジン１から排出される排気ガス８中に含まれるＮＯxの濃度を検出するＮＯxセンサ１７を備え、エンジン１の燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲内に維持されている場合に限り、エアフロセンサ１４の検出値に基づく制御からＮＯxセンサ１７の検出値に基づく制御に切り替え、運転状態に応じ目標ＮＯx濃度を決定してＮＯxセンサ１７による実測のＮＯx濃度を目標ＮＯx濃度とするべくＥＧＲバルブ１２を制御するように制御装置１８を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環するＥＧＲパイプと、該ＥＧＲパイプの途中に装備されて排気ガスの再循環量を調整するＥＧＲバルブと、エンジンに取り込まれる空気量を検出するエアフロセンサと、運転状態に応じ目標空気量を決定して前記エアフロセンサによる実測の空気量を前記目標空気量とするべく前記ＥＧＲバルブを制御する制御装置とを備えたＥＧＲ装置であって、
エンジンから排出される排気ガス中に含まれるＮＯxの濃度を検出するＮＯxセンサを備え、エンジンの燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲内に維持されている場合に限り、前記エアフロセンサの検出値に基づく制御から前記ＮＯxセンサの検出値に基づく制御に切り替え、運転状態に応じ目標ＮＯx濃度を決定して前記ＮＯxセンサによる実測のＮＯx濃度を前記目標ＮＯx濃度とするべく前記ＥＧＲバルブを制御するように前記制御装置を構成したことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき現在の運転状態で黒煙を発生させずに最も効果的にＮＯx濃度を抑制することが可能な空気量を読み出し得る目標空気量マップと、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき現在の運転状態で黒煙を発生させずに実現可能な最も低いＮＯx濃度を読み出し得る目標ＮＯx濃度マップとを有し、これら目標空気量マップ及び目標ＮＯx濃度マップを用いて目標空気量及び目標ＮＯx濃度を決定するように制御装置を構成したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】
エンジンに取り込まれる吸気の温度を検出する吸気温度センサと、大気圧を検出する大気圧センサとを装備し、これら吸気温度センサ及び大気圧センサの検出値に基づき目標空気量及び目標ＮＯx濃度に対し温度及び大気圧の補正を行うように制御装置を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの一部を吸気側に再循環することによりＮＯxの低減化を図るＥＧＲ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。
【０００３】
一般的に、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気管に亘る排気通路の適宜位置と、吸気管から吸気マニホールドに亘る吸気通路の適宜位置との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。
【０００４】
また、エンジンに再循環する排気ガスをＥＧＲパイプの途中で冷却すると、排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができるため、エンジンに排気ガスを再循環するＥＧＲパイプの途中に水冷式のＥＧＲクーラを装備したものもある。
【０００５】
ただし、排気ガスの再循環によりＮＯxの低減化を図ることは、気筒内での燃焼不良により黒煙を発生してしまうこととトレードオフの関係にあるので、単純に排気ガスの再循環量を無制限に増やせば良いというものではなく、黒煙の発生を抑制する観点からすれば、前記ＥＧＲパイプに備えたＥＧＲバルブを適切に制御して排気ガスの再循環量に制限をかける必要がある。
【０００６】
これまでのＥＧＲバルブの制御は、目標空気量マップを備えた制御装置により行われるようになっており、負荷変動に対する応答性の良いエアフロセンサで検出される空気量（エンジンに取り込まれる吸気流量）が、その検出時点における燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき目標空気量マップから読み出される目標空気量になるように制御が行われていた。
【０００７】
尚、この種のＥＧＲ装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−９７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、一般的に、既存のエアフロセンサでは、吸気の流れに晒されたワイヤの温度が一定になるように電流を流し、その電流値を読み取ることで空気量を検出するようにしたホットワイヤ形式（空気量が多いほどワイアは冷やされるから一定温度を保つために必要な電流は多くなる）が採用されているが、このようなホットワイヤ形式のエアフロセンサによる空気量の検出では、吸気管の配管レイアウト等に対するロバスト性が小さいためにバラツキが大きく、エアフロセンサの検出値に基づきＥＧＲバルブを制御しても、ＮＯx濃度を狙い通りに抑制することが難しいという問題があった。
【００１０】
即ち、制御装置の目標空気量マップは、エンジンのチューニング段階でＮＯxの測定を行いながら黒煙を発生しない範囲内で最も効果的にＮＯx濃度を抑制することが可能な空気量を燃料噴射量とエンジン回転数の関係において調査して作成されるものであるが、例えば、吸気管の組み付け精度等によりマップ作成時のエンジンと異なる吸気の流れが形成されていた場合、各運転条件でのワイヤに当たる流速が変わってしまうので、いくら目標空気量マップ通りの目標空気量となるようにＥＧＲバルブを制御しても、ＮＯx濃度を狙い通りに抑制できない虞れがあった。
【００１１】
しかも、エアフロセンサの検出値に基づく制御では、エアフロセンサによる実測の空気量を目標空気量となるようにＥＧＲバルブを制御すれば最も効果的にＮＯx濃度が抑制されているはずである、という見込みで行われているにすぎず、実際にＮＯx濃度が抑制されているか否かが制御に反映されていない点でも精度の高い制御が難しいという側面があった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来よりも精度良くＮＯx濃度を制御することが可能なＥＧＲ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】
【００１３】
本発明は、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環するＥＧＲパイプと、該ＥＧＲパイプの途中に装備されて排気ガスの再循環量を調整するＥＧＲバルブと、エンジンに取り込まれる空気量を検出するエアフロセンサと、運転状態に応じ目標空気量を決定して前記エアフロセンサによる実測の空気量を前記目標空気量とするべく前記ＥＧＲバルブを制御する制御装置とを備えたＥＧＲ装置であって、
エンジンから排出される排気ガス中に含まれるＮＯxの濃度を検出するＮＯxセンサを備え、エンジンの燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲内に維持されている場合に限り、前記エアフロセンサの検出値に基づく制御から前記ＮＯxセンサの検出値に基づく制御に切り替え、運転状態に応じ目標ＮＯx濃度を決定して前記ＮＯxセンサによる実測のＮＯx濃度を前記目標ＮＯx濃度とするべく前記ＥＧＲバルブを制御するように前記制御装置を構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
而して、このようにすれば、高速道路での定速走行時等において、エンジンの燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲内に維持されると、負荷が一定に近い状態で推移するような安定した負荷条件となっていることが制御装置にて検知され、該制御装置におけるＥＧＲバルブの制御が、エアフロセンサの検出値に基づく制御からＮＯxセンサの検出値に基づく制御に切り替わり、運転状態に応じ目標ＮＯx濃度が決定されて前記ＮＯxセンサによる実測のＮＯx濃度を前記目標ＮＯx濃度とするべく前記ＥＧＲバルブが制御され、排気ガス中のＮＯx濃度そのものを監視しながらＥＧＲバルブをフィードバック制御することが可能となる。
【００１５】
ただし、ＮＯxセンサは、排気ガス中のＮＯx濃度そのものを監視できる利点がある反面、最も下流側でアクセル操作（負荷変動）の結果としてＮＯx濃度を検出するようにしているので、アクセル操作（負荷変動）に対する応答性が悪いという欠点があり、エンジンの負荷が激しく増減するような不安定な負荷条件でのＥＧＲバルブの制御には適さないが、このような不安定な負荷条件にあっては、エンジンの燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲から外れ、ＮＯxセンサの検出値に基づく制御からエアフロセンサの検出値に基づく制御に復帰するので、最も上流側でアクセル操作（負荷変動）に即応して変動する空気量がエアフロセンサにより応答性良く検出され、負荷の変動に追従したＥＧＲバルブの制御が実施されることになる。
【００１６】
また、本発明においては、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき現在の運転状態で黒煙を発生させずに最も効果的にＮＯx濃度を抑制することが可能な空気量を読み出し得る目標空気量マップと、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき現在の運転状態で黒煙を発生させずに実現可能な最も低いＮＯx濃度を読み出し得る目標ＮＯx濃度マップとを有し、これら目標空気量マップ及び目標ＮＯx濃度マップを用いて目標空気量及び目標ＮＯx濃度を決定するように制御装置を構成することが可能である。
【００１７】
更に、本発明においては、エンジンに取り込まれる吸気の温度を検出する吸気温度センサと、大気圧を検出する大気圧センサとを装備し、これら吸気温度センサ及び大気圧センサの検出値に基づき目標空気量及び目標ＮＯx濃度に対し温度及び大気圧の補正を行うように制御装置を構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明のＥＧＲ装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１９】
（Ｉ）本発明の請求項１，２に記載の発明によれば、高速道路での定速走行時等のような安定した負荷条件となった時に、制御装置によるＥＧＲバルブの制御を、エアフロセンサの検出値に基づく制御からＮＯxセンサの検出値に基づく制御に切り替え、排気ガス中のＮＯx濃度そのものを監視しながらＥＧＲバルブをフィードバック制御することができるので、従来の如き全ての負荷条件でエアフロセンサの検出値に基づく制御を行う場合よりも精度良くＮＯx濃度を制御することができる。
【００２０】
（ＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、制御装置で目標空気量及び目標ＮＯx濃度を決定するにあたり、エンジンに取り込まれる吸気の温度と大気圧とを考慮して最適な目標空気量及び目標ＮＯx濃度に補正することができ、より一層精度の高いＥＧＲバルブの制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御装置による制御の切り替え例について説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１は、ターボチャージャ２を備えており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３を吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３をインタクーラ５へと送って冷却し、該インタクーラ５から更に吸気マニホールド６へと吸気３を導いてエンジン１の各気筒７に分配するようにしてある。
【００２４】
また、このエンジン１の各気筒７から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管１０を介し車外へ排出するようにしてある。
【００２５】
そして、排気マニホールド９における各気筒７の並び方向の一端部と、吸気マニホールド６に接続されている吸気管４の一端部との間がＥＧＲパイプ１１により接続されており、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気管４へ再循環し得るようにしてある。
【００２６】
ここで、前記ＥＧＲパイプ１１の途中には、排気ガス８の再循環量を調整するＥＧＲバルブ１２と、再循環される排気ガス８を冷却するためのＥＧＲクーラ１３とが装備されており、該ＥＧＲクーラ１３では、図示しない冷却水と排気ガス８とを熱交換させることにより排気ガス８の温度を低下し得るようになっている。
【００２７】
また、吸気管４のコンプレッサ２ａより上流に、エンジン１に取り込まれる空気量（エンジン１に取り込まれる吸気３の流量）を検出するエアフロセンサ１４と、エンジン１に取り込まれる吸気３の温度を検出する吸気温度センサ１５とが装備されていると共に、走行風の影響の少ない適宜な場所に、大気圧を検出する大気圧センサ１６が装備され、排気管１０のタービン２ｂより下流には、排気ガス８中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ１７が装備されており、これらエアフロセンサ１４，吸気温度センサ１５，大気圧センサ１６，ＮＯxセンサ１７からの検出信号１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１８に入力されるようになっている。
【００２８】
ただし、ここでは説明の便宜上からエアフロセンサ１４と吸気温度センサ１５とを分けて記載しているが、実際には、吸気３（新気）の流量を求める際に該吸気３の温度を用いて検出流量に温度補正をかけるようになっているため、吸気温度センサ１５がエアフロセンサ１４に内蔵されているのが通常である。
【００２９】
また、ＮＯxセンサ１７は、ＥＧＲバルブ１２の制御のために新設しても良いが、排気管１０の下流側に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒（図示せず）と、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加するための還元剤添加装置とが装備されている場合には、前記還元剤の添加量を決定するためのＮＯxセンサ１７が既に装備されているので、このＮＯxセンサ１７の検出信号１７ａをＥＧＲバルブ１２の制御のために流用するようにしても良い。
【００３０】
そして、前記制御装置１８においては、運転状態に応じ目標空気量を決定して前記エアフロセンサ１４による実測の空気量を前記目標空気量とするべく前記ＥＧＲバルブ１２を制御信号１２ａにより制御するようにしているが、エンジン１の燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲内に維持されている場合に限っては、前記エアフロセンサ１４の検出値に基づく制御から前記ＮＯxセンサ１７の検出値に基づく制御に切り替え、運転状態に応じ目標ＮＯx濃度を決定して前記ＮＯxセンサ１７による実測のＮＯx濃度を前記目標ＮＯx濃度とするべく前記ＥＧＲバルブ１２を制御するようになっている。
【００３１】
また、前記制御装置１８にて目標空気量及び目標ＮＯx濃度を決定するにあたり、前記制御装置１８には、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき現在の運転状態で黒煙を発生させずに最も効果的にＮＯx濃度を抑制することが可能な空気量を読み出し得る目標空気量マップと、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき現在の運転状態で黒煙を発生させずに実現可能な最も低いＮＯx濃度を読み出し得る目標ＮＯx濃度マップとが備えられており、これら目標空気量マップ及び目標ＮＯx濃度マップを用いて目標空気量及び目標ＮＯx濃度が決定されるようになっている。
【００３２】
ここで、目標空気量マップは、エンジン１のチューニング段階でＮＯxの測定を行いながら黒煙を発生しない範囲内で最も効果的にＮＯx濃度を抑制することが可能な空気量を燃料噴射量とエンジン回転数の関係において調査して作成したものであり、目標ＮＯx濃度マップは、エンジン１のチューニング段階でＮＯxの測定を行いながら黒煙を発生しない範囲内で実現可能な最も低いＮＯx濃度を燃料噴射量とエンジン回転数の関係において調査して作成したものである。
【００３３】
尚、前記制御装置１８は、エンジン１の燃料噴射制御も担うようになっていて、図示しないアクセルの開度やエンジン回転数の情報が信号入力され、これらの情報により燃料噴射量の指示値が決定されるようになっているので、前記制御装置１８内で燃料噴射量とエンジン回転数の情報が時々刻々更新されて把握されており、この燃料噴射量とエンジン回転数の情報に基づいて目標空気量マップ及び目標ＮＯx濃度マップから目標空気量及び目標ＮＯx濃度が読み出されることになる。
【００３４】
この際、目標空気量マップ及び目標ＮＯx濃度マップから読み出された目標空気量及び目標ＮＯx濃度には、前記吸気温度センサ１５及び大気圧センサ１６により検出された吸気３の温度と大気圧に基づき補正がかけられるようになっており、より具体的には、実測の温度と大気圧に基づき補正係数を決定してマップ値に乗算するようになっている。
【００３５】
而して、このようにすれば、高速道路での定速走行時等において、エンジン１の燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲内に維持されると、負荷が一定に近い状態で推移するような安定した負荷条件となっていることが制御装置１８にて検知され、該制御装置１８におけるＥＧＲバルブ１２の制御が、エアフロセンサ１４の検出値に基づく制御からＮＯxセンサ１７の検出値に基づく制御に切り替わり、運転状態に応じ目標ＮＯx濃度が決定されて前記ＮＯxセンサ１７による実測のＮＯx濃度を前記目標ＮＯx濃度とするべく前記ＥＧＲバルブ１２が制御され、排気ガス８中のＮＯx濃度そのものを監視しながらＥＧＲバルブ１２をフィードバック制御することが可能となる。
【００３６】
ただし、ＮＯxセンサ１７は、排気ガス８中のＮＯx濃度そのものを監視できる利点がある反面、最も下流側でアクセル操作（負荷変動）の結果としてＮＯx濃度を検出するようにしているので、アクセル操作（負荷変動）に対する応答性が悪いという欠点があり、エンジン１の負荷が激しく増減するような不安定な負荷条件でのＥＧＲバルブ１２の制御には適さないが、このような不安定な負荷条件にあっては、エンジン１の燃料噴射量の単位時間当たりの変化量が許容範囲から外れ、ＮＯxセンサ１７の検出値に基づく制御からエアフロセンサ１４の検出値に基づく制御に復帰するので、最も上流側でアクセル操作（負荷変動）に即応して変動する空気量がエアフロセンサ１４により応答性良く検出され、負荷の変動に追従したＥＧＲバルブ１２の制御が実施されることになる。
【００３７】
例えば、図２に前記制御装置１８による制御の切り替え例を示すと、エンジン１の燃料噴射量の単位時間Δｔ当たりの変化量ΔＱが許容範囲から外れてしまうような不安定な負荷条件の時間帯Ａ，Ｃにあっては、エアフロセンサ１４の検出値に基づく制御が実施され、エンジン１の燃料噴射量の単位時間Δｔ当たりの変化量ΔＱが許容範囲内に維持されるような安定した負荷条件の時間帯Ｂにあっては、ＮＯxセンサ１７の検出値に基づく制御が実施される。
【００３８】
従って、上記形態例によれば、高速道路での定速走行時等のような安定した負荷条件となった時に、制御装置１８によるＥＧＲバルブ１２の制御を、エアフロセンサ１４の検出値に基づく制御からＮＯxセンサ１７の検出値に基づく制御に切り替え、排気ガス８中のＮＯx濃度そのものを監視しながらＥＧＲバルブ１２をフィードバック制御することができるので、従来の如き全ての負荷条件でエアフロセンサ１４の検出値に基づく制御を行う場合よりも精度良くＮＯx濃度を制御することができる。
【００３９】
また、本形態例においては、制御装置１８で目標空気量及び目標ＮＯx濃度を決定するにあたり、エンジン１に取り込まれる吸気３の温度と大気圧とを考慮して最適な目標空気量及び目標ＮＯx濃度に補正することができ、より一層精度の高いＥＧＲバルブ１２の制御を実現することができる。
【００４０】
尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１  エンジン
３  吸気
８  排気ガス
１１  ＥＧＲパイプ
１２  ＥＧＲバルブ
１２ａ  制御信号
１４  エアフロセンサ
１４ａ  検出信号
１５  吸気温度センサ
１５ａ  検出信号
１６  大気圧センサ
１６ａ  検出信号
１７  ＮＯxセンサ
１７ａ  検出信号
１８  制御装置
【図１】
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【図２】
2014015871.tif 000004