(57)【要約】  排気ガス再循環を有するエンジンの排気ガスの中の望ましくない排出物質の気筒対気筒変動を制御するための方法およびシステム。排気の組成に基づき、時間および適用可能なエンジン条件の関数として次の気筒の点火のために吸気組成を予測するためにエンジンモデルが用いられる。気筒対気筒変動を最小限に抑えるために予測された吸気組成を補正するために、少なくとも１つのエンジンパラメータが調整される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス再循環を有するエンジンのためのエンジン排出物質を制御するための方法であって、
前記エンジンの排気ガスの中の粒子状物質の濃度および前記エンジンの排気ガスの中の窒素の酸化物の濃度のうちの少なくとも１つを監視するステップと、
粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つからなる気筒対気筒排出物質の中の変動を最小限に抑えるために少なくとも１つのエンジンパラメータを調整することによって前記エンジンの次の気筒の点火のために予測された吸気組成を補正するステップとを含む方法。
【請求項２】
エンジンモデルおよび１組の変数に基づいて前記次の気筒の点火のために前記吸気組成を予測するステップをさらに含み、前記１組の変数が、前記少なくとも１つの監視される濃度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
気筒の点火のための吸気組成が前記気筒の点火のための前記予測された吸気組成と一致したかどうかを検出するステップと、
前記吸気組成が前記予測された吸気組成と一致しなかった場合に前記エンジンモデルを調整するステップとをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エンジンモデルが、前記エンジンの固定の特性に少なくとも部分的に依存する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記固定のエンジン特性が、前記エンジンのマニホルドおよび前記エンジンの排気ガス再循環流路のうちの少なくとも１つの幾何学的配置を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エンジンモデルが、時間、エンジン速度およびエンジン負荷の関数として前記エンジンの各気筒の吸気組成に対する前記エンジンの単一の気筒からの排気ガスの影響を予測する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記１組の変数が、温度、排気ガス温度、圧力、吸気マニホルド圧力、流れ示度、燃料流れ示度、エンジンタイミング示度、排気ガス再循環百分率、排気ガス再循環レート、バルブ位置、エンジン速度およびエンジン負荷からなる群のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのエンジンパラメータが、噴射燃料混合物、噴射タイミングおよび排気ガス再循環レートからなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記監視するステップの時間分解能が、エンジン運転条件、遅いドリフトおよび暗騒音の変化による変動から気筒対気筒変動を識別するのに十分高い、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
排気ガス再循環を有するエンジンのためのエンジン排出物質を制御するためのシステムであって、
前記エンジンの排気ガスの中の粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つを検出するための少なくとも１つの感知器と、
時間、エンジン速度およびエンジン負荷の関数として前記エンジンの各気筒の吸気組成に対する前記エンジンの単一の気筒からの排気ガスの影響を予測するためのエンジンモデルとを備えるシステム。
【請求項１１】
粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つからなる気筒対気筒排出物質の中の変動を最小限に抑えるために少なくとも１つのエンジンパラメータを調整するためのエンジン制御ユニットをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
エンジン制御ユニットをさらに備え、
前記エンジン制御ユニットが、前記少なくとも１つの感知器からの信号を処理するようになされ、
前記エンジン制御ユニットが、前記エンジンの次の気筒の点火のための吸気組成を予測するために前記エンジンモデルにエンジンデータを適用するようになされ、前記エンジンデータが、前記少なくとも１つの感知器から得られたデータを含み、
前記エンジン制御ユニットが、粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つからなる気筒対気筒排出物質の中の変動を最小限に抑えるために前記予測された吸気組成を補正するために少なくとも１つのエンジンパラメータを調整するようになされている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記エンジンデータが、温度、排気ガス温度、圧力、吸気マニホルド圧力、流れ示度、燃料流れ示度、エンジンタイミング示度、排気ガス再循環百分率、排気ガス再循環レート、バルブ位置、エンジン速度およびエンジン負荷からなる群のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのエンジンパラメータが、噴射燃料混合物、噴射タイミングおよび排気ガス再循環レートからなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
エンジン制御ユニットと、
前記エンジンの吸気システムの中の粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つを検出するための少なくとも１つの感知器とをさらに備え、
前記エンジン制御ユニットが、前記エンジンの次の気筒の点火のために吸気組成を予測するために前記エンジンモデルにエンジンデータを適用するようになされ、前記エンジンデータが、前記少なくとも１つの排気ガス感知器から得られたデータを含み、
前記エンジン制御ユニットが、気筒の点火のための吸気組成が前記気筒の点火のための前記予測された吸気組成と一致したかどうかを検出するようになされ、前記吸気組成が、前記少なくとも１つの吸気システム感知器から得られたデータを用いて決定され、
前記エンジン制御ユニットが、前記吸気組成が前記予測された吸気組成と一致しなかった場合に前記エンジンモデルを調整するようになされている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記エンジンモデルが、前記エンジンの固定の特性に少なくとも部分的に依存する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記固定したエンジン特性が、前記エンジンのマニホルドおよび前記エンジンの排気ガス再循環流路のうちの少なくとも１つの幾何学的配置を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの感知器の時間分解能が、エンジン運転条件の変化、遅いドリフトおよび暗騒音による変動から気筒対気筒変動を識別するのに十分高い、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
排気ガス再循環を有するエンジンのためにエンジン排出物質を制御するためのシステムであって、
前記エンジンの排気ガスの中の粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つを検出するための手段と、
前記エンジンの次の気筒の点火のために吸気組成を予測するための手段と、
粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つからなる気筒対気筒排出物質の中の変動を最小限に抑えるために前記予測された吸気組成を補正するために少なくとも１つのエンジンパラメータを調整するための手段とを備えるシステム。
【請求項２０】
気筒の点火のための吸気組成が前記気筒の点火のための前記予測された吸気組成と一致したかどうかを検出するための手段と、
前記吸気組成が前記予測された吸気組成と一致しなかった場合に前記吸気組成を予測する手段を調整するための手段とをさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子式エンジン制御に関する。いくつかの実施形態は、排気ガス再循環を有するターボディーゼルエンジンの排気ガスの中の粒子状物質および窒素の酸化物からなる排出物質の気筒対気筒変動を制御することに関する。他の実施形態は、ガソリンエンジンなど他のエンジンに関する。制御は、サイクル平均モデルに基づく代わりに（または加えて）周期的モデルに基づく。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、参照により本明細書に組み込まれている、２００５年１２月２１日に出願された米国特許仮出願第６０／７５３１９７号の出願日の利益を主張するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エンジン排出物質における気筒対気筒変動の原因の１つが、気筒間の燃焼プロセスの非対称性である。それはまた、窒素の酸化物からなる排出物質を削減するために開いているべき吸気および排出マニホルドに連結する排気ガス再循環流路に共通である。この場合、気筒対気筒変動は、吸気マニホルドに及ぶ。マニホルドの具体的な幾何学的配置、排気ガス再循環経路およびエンジン運転条件に応じて、これはこれら気筒対気筒変動の増幅をもたらす場合がある。この結果は個々の気筒において高度に非対称性の燃焼条件となる。図１は、かかる気筒対気筒変動の例である。これは、試験用エンジンからの実際のデータを示しており、エンジン排気内の粒子状物質を表す信号と時間とを対比してプロットしている。ピーク値間の時間は、エンジン条件に応じて変動し、必ずしもサイクルに一致しないが、予測可能と思われる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
気筒対気筒変動を低減させると、粒子状物質および窒素の酸化物の平均出力が削減され、また燃料節約に関する要件と、粒子状物質および窒素の酸化物からなる排出物質に関する要件との矛盾に対して、よりよく折り合いをつけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明は様々な形の実施形態が可能であるが、本開示は、本発明の一例であると考えられるべきであり、例示されまたは説明される具体的な実施形態に本発明を限定することを意図するものではないとの理解を得ながら、いくつかの実施形態を図面に示し、以下で説明する。
【０００６】
エンジン排出物質における気筒対気筒変動の原因の１つが、気筒間の燃焼プロセスの非対称性である。それはまた、窒素の酸化物からなる排出物質を削減するために開いているべき吸気および排出マニホルドに連結する排気ガス再循環流路に共通である。この場合、気筒対気筒変動は、吸気マニホルドに及ぶ。マニホルドの具体的な幾何学的配置、排気ガス再循環経路およびエンジン運転条件に応じて、これはこれら気筒対気筒変動の増幅をもたらす場合がある。この結果は個々の気筒において高度に非対称性の燃焼条件となる。図１は、かかる気筒対気筒変動の例である。これは、試験用エンジンからの実際のデータを示しており、エンジン排気内の粒子状物質を表す信号と時間とを対比してプロットしている。ピーク値間の時間は、エンジン条件に応じて変動し、必ずしもサイクルに一致しないが、予測可能と思われる。
【０００７】
図２は、エンジン排気マニホルド２１と、熱交換器２２と、タービン２３および圧縮機２４を有するターボチャージャと、排気ガス再循環バルブ２５とを有するエンジン排気ガス再循環システムの概略図の一例である。これは、単に低圧排気ガス再循環システムの一例である。本発明は、高圧排気ガス再循環システム、ターボチャージャなしのシステムなど他のシステムを有するエンジンに等しく適用可能である。
【０００８】
図３は、相異なった気筒が任意の所与の時間でサイクルの相異なった段階にある図を示し、１つの気筒からの再循環された排気が相異なった気筒の入力条件に作用することができることを示す。例えば、特定のエンジンの幾何学的配置ならびに特定の速度および負荷では、気筒１からの再循環されたガスは、気筒３の吸気に選択的に作用することができるが、相異なった速度および負荷などで気筒２、３の吸気に選択的に作用することができる。次いで、選択的に作用された気筒の排気は、特定の気筒の吸気などに選択的に作用する。
【０００９】
本発明では、吸気および排気システムで好ましくは約１０キロヘルツのサンプリング周波数を有する１組の感知器を用いる。例えば、粒子状物質は監視電荷によって測定されることができる。例えば、電気式電荷感知器は、自動車の点火プラグの上に組み付けられることができる。参照により本明細書に組み込まれている米国特許第６９７１２５８号を参照されたい。これらは粒子状物質を検出するための手段の例である。窒素の酸化物を測定するための感知器は当技術分野で知られている。かかる感知器はまた、エンジンの中での設置のために点火プラグの上に組み付けられる。これらは窒素の酸化物を検出するための手段の例である。
【００１０】
これら感知器の出力信号は、単一の気筒に対して高い分解能の実時間監視を実現することができ、気筒対気筒変動は、エンジンの運転条件の変化から、遅いドリフトからおよび暗騒音から生じるこれら変動から識別されることができる。気筒対気筒変動はさらなる処理のために抽出されることができる。
【００１１】
１つのエンジンサイクル（４ストロークエンジンに対する２回転）での粒子状物質および窒素の酸化物に対するプロフィルが、可能な変動を十分に表す１組の変数によって特徴付けられることができる、例えば、これら変数は、組成（粒子状物質および窒素の酸化物の濃度を含む）、温度、圧力、および流れを含むことができ、それは、エンジンタイミング、百分率排気ガス再循環、バルブ位置、および他のエンジンの情報を含むことができる。
【００１２】
制御アルゴリズムが、１サイクルの中での粒子状物質および窒素の酸化物のプロフィルを可能な限り均一に実現するために排気ガス再循環バルブ、噴射した燃料混合物および噴射タイミングを用いて排気ガス再循環を適合したフィードフォワード制御することによって気筒対気筒変動を最小限に抑えることができる。これは個々の変数の独立した制御の代わりおよび連続したフィードバック制御の代わりであり、制御アルゴリズムは再循環排気ガスの予測された影響に基づいて気筒の入力条件を調整すべきである。特定の速度および負荷に対しては、動的エンジンモデルが、所与の気筒の排気によって引き起こされる各気筒の吸気の影響を予測する。例えば、これらは、入力ストロークの間の空気入力の量に対するマニホルドの容積によって作用されることができる。さらに、再循環排気ガスの影響のタイミングおよびこのタイミングでの再循環排気ガスが完全に撹拌される程度は、エンジンの幾何学的配置およびエンジン条件に応じて変動することができる。感知器は、気筒毎およびサイクル毎のベースで粒子状物質および窒素の酸化物の濃度を示す。エンジンモデルは、再循環排気ガスによって作用される気筒の吸気を同時発生的に予測するべきものであり、調整が気筒対気筒変動を最小限に抑えるために行われる。吸気システムの中では、感知器が気筒の点火のための実際の入力条件を測定するためのデータをもたらすことができる。エンジンモデルは、気筒ベースで排気ガス再循環の影響を正確に予測しない場合、調整されることができる。
【００１３】
排出物質制御システムが、例えば、感知器、エンジンモデル、および感知器からの処理信号を処理し、エンジンモデルにエンジンデータを適用し、エンジンパラメータを調整し、気筒吸気組成がその予測された吸気組成と一致するかどうかを検出し、気筒吸気組成がその予測された吸気組成と一致しない場合、エンジンモデルを調整するようになされたエンジン制御ユニットを有することができる。これらは、次の気筒の点火のための吸気組成を予測するための手段、粒子状物質および窒素の酸化物からなる気筒対気筒排出物質の変動を最小限に抑えるために予測された吸気組成を補正するよう少なくとも１つのエンジンパラメータを調整するための手段、実際の吸気組成が予測された吸気組成と一致していたかどうかを検出するための手段、および吸気組成を予測する手段を調整するための手段の例である。
【００１４】
気筒対気筒変動を最小限に抑える問題は、周期的多数入力多数出力最小分散制御問題として解決に取りかかってよい。この制御アルゴリズムは、数学的モデル化と実験の組合せによって得られるプロセスの半経験的モデルを用いる。具体的な特徴は、例えば、マニホルドおよび排気ガス再循環流路の幾何学的配置など特定のエンジンに依存することができる。サイクルプロフィルの中で可能な変動を捕獲するのに十分な分解能が必要である。操作された以外の入力および変数パラメータがあってよく、それらは測定外乱（吸気マニホルド、圧力、排気温度など）として処理される。これは、次の気筒の点火のための吸気組成を予測するための手段の例である。
【００１５】
図４は、診断流れ図の一例である。この例では、感知器が、粒子状物質および窒素の酸化物を監視する（４１）。感知器から得られたデータは、エンジン速度、エンジン負荷、および排気ガス再循環レートと相互に関連付けられる（４２）。この変数の実際の状態は、次の気筒の点火のために時間の関数として吸気組成を予測するためにエンジンモデルと比較される（４３）。必要に応じて、燃料混合物、噴射タイミング、および／または排気ガス再循環レートなどのパラメータが、次の気筒の点火のための吸気組成を補正するために調整される（４４）。図２の例では、次いで、識別された気筒に対する入力条件が、エンジンモデルが予測したことと一致したかどうかを検出するために質問する（４５）。それらが一致していない場合、エンジンモデルは調整される（４６）。
【００１６】
いくつかの実施形態では、窒素の酸化物を制御すること、具体的には、粒子状物質からなる気筒対気筒排出物質の中の変動を犠牲にして窒素の酸化物からなる気筒対気筒排出物質の中の変動を制御することに焦点を合わせることができる。例えば、フィルタなどの後処理が、気筒対気筒排出物質の中の変動にかかわらず粒子状物質を制御するために用いられることができる。制御粒子状物質を制御するための後処理フィルタの使用は北米では通例の構成である。いくつかの他の実施形態では、粒子状物質を制御すること、具体的には、窒素の酸化物からなる気筒対気筒排出物質の中の変動を犠牲にして粒子状物質からなる気筒対気筒排出物質の中の変動を制御することに焦点を合わせることができる。例えば、選択的触媒還元トラップなど窒素の酸化物トラップが、気筒対気筒排出物質の中の変動にかかわらず窒素の酸化物を制御するために下流で用いられてよい。下流の窒素の酸化物トラップの使用は欧州で通例の構成である。さらに別の実施形態では、粒子状物質および窒素の酸化物の両方からなる気筒対気筒排出物質の中の変動を制御することに焦点を合わせることができる。
【００１７】
この気筒対気筒変動制御は平均値排出物質制御に加えて用いられる。平均値排出物質制御は、より遅い変動を最小限に抑え（いくつかのサイクルにわたり）、極めて簡単なサイクル平均モデルを用いる。
【００１８】
上述から、多数の修正形態および変更形態が本発明の新規な概念の真の精神および範囲から逸脱することなくもたらされることが可能であることが見てとれるであろう。示され説明された具体的な実施形態に対する限定が意図されず、推論されるべきではないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】試験用エンジンからの実際のデータを示すグラフである。
【図２】エンジン排気ガス再循環システムを示す概略図の一例である。
【図３】１つの気筒からの排気が相異なった気筒の入力条件にどのように作用し得るかを示す図である。
【図４】診断流れ図の一例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月22日(2008.8.22)
【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】
排気ガス再循環を有するエンジンのためのエンジン排出物質を制御するための方法であって、
前記エンジンの排気ガスの中の粒子状物質の濃度および前記エンジンの排気ガスの中の窒素の酸化物の濃度のうちの少なくとも１つを監視するステップと、
粒子状物質および窒素の酸化物のうちの少なくとも１つからなる気筒対気筒排出物質の中の変動を最小限に抑えるために少なくとも１つのエンジンパラメータを調整することによって前記エンジンの次の気筒の点火のために予測された吸気組成を補正するステップとを含む方法。
【請求項２】
エンジンモデルおよび１組の変数に基づいて前記次の気筒の点火のために前記吸気組成を予測するステップをさらに含み、前記１組の変数が、前記少なくとも１つの監視される濃度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
気筒の点火のための吸気組成が前記気筒の点火のための前記予測された吸気組成と一致したかどうかを検出するステップと、
前記吸気組成が前記予測された吸気組成と一致しなかった場合に前記エンジンモデルを調整するステップとをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エンジンモデルが、前記エンジンの固定の特性に少なくとも部分的に依存する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記固定のエンジン特性が、前記エンジンのマニホルドおよび前記エンジンの排気ガス再循環流路のうちの少なくとも１つの幾何学的配置を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エンジンモデルが、時間、エンジン速度およびエンジン負荷の関数として前記エンジンの各気筒の吸気組成に対する前記エンジンの単一の気筒からの排気ガスの影響を予測する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記１組の変数が、温度、排気ガス温度、圧力、吸気マニホルド圧力、流れ示度、燃料流れ示度、エンジンタイミング示度、排気ガス再循環百分率、排気ガス再循環レート、バルブ位置、エンジン速度およびエンジン負荷からなる群のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのエンジンパラメータが、噴射燃料混合物、噴射タイミングおよび排気ガス再循環レートからなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記監視するステップの時間分解能が、エンジン運転条件、遅いドリフトおよび暗騒音の変化による変動から気筒対気筒変動を識別するのに十分高い、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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