(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流するＥＧＲ通路と、
このＥＧＲ通路が吸気通路に合流する位置よりも下流側の吸気通路に設けられ、酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、を有するエンジンのＥＧＲ率算出方法において、
上記酸素濃度センサの設置位置における吸気流速を推定し、
この吸気流速が所定のしきい値を超えている場合には、上記酸素濃度センサの検出値に基づく第１実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出し、
上記吸気流速が上記しきい値以下の場合には、エンジン運転状態に基づく第２実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出することを特徴とするエンジンのＥＧＲ率算出方法。
【請求項２】
上記しきい値は、予め設定される固定値であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ率算出方法。
【請求項３】
上記吸気流速が上記しきい値を跨いで変化する場合、上記しきい値を跨いだ後の実ＥＧＲ率が、上記しきい値を跨ぐ前の吸気流速で適用される実ＥＧＲ率算出方式によって算出される実ＥＧＲ率から、上記しきい値を跨いた後の吸気流速で適用される実ＥＧＲ率算出方式によって算出される実ＥＧＲ率に徐々に近づくように、上記しきい値を跨いだ後の実ＥＧＲ率を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのＥＧＲ率算出方法。
【請求項４】
排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流するＥＧＲ通路と、
このＥＧＲ通路が吸気通路に合流する位置よりも下流側の吸気通路に設けられ、酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、を有するエンジンのＥＧＲ装置において、
上記酸素濃度センサの設置位置における吸気流速を推定し、この吸気流速に応じて実ＥＧＲ率の算出方式を切換える切換部を有し、
この切換部は、上記吸気流速が所定のしきい値を超えている場合には、上記酸素濃度センサの検出値に基づく第１実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出し、上記吸気流速が所定のしきい値以下の場合には、エンジン運転状態に基づく第２実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出することを特徴とするエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項５】
上記酸素濃度センサは、センサ素子と、このセンサ素子の周囲を覆うプロテクタと、を有し、このプロテクタに形成された通流孔を通してプロテクタ内に吸気が通流するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のエンジンのＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気の一部を吸気に還流するＥＧＲ装置に関し、特に、実ＥＧＲ率を算出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、エンジンの排気の一部を吸気に還流する、いわゆるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置では、ＥＧＲガスの流量を適切に制御するために、排気通路に設けられた空燃比センサの検出値に基づいて、ＥＧＲガスの酸素濃度、つまりはＥＧＲガスの流量を推定している。ここで、筒内から排気ガスが排出されてから吸気通路内にＥＧＲガスが供給されるまでには、時間的な遅れ、いわゆる輸送遅れが生じることから、この輸送遅れ時間を推定するとともに、燃焼室から空燃比センサに排気が到達するまでの検出遅れ時間を推定し、これら輸送遅れ時間と、検出遅れ時間との比較結果に応じて、排気酸素濃度の推定方式を切換えている。つまり、検出遅れ時間が短ければ、空燃比センサの検出値を用いて排気酸素濃度を求める一方、検出遅れ時間が長い場合には、空燃比センサの検出値を用いても正確な結果が得られないことから、この検出値を用いることなくエンジン運転状態から排気酸素濃度を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７３５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＧＲガスの輸送遅れ時間は演算誤差が大きいため、輸送遅れ時間に基づいてＥＧＲ量やＥＧＲ率を推定すると、特に目標ＥＧＲ率が大きい場合に十分な推定精度が得られない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、実ＥＧＲ率を精度良く算出することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ＥＧＲ通路が吸気通路に合流する位置よりも下流側の吸気通路に、酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設ける。この酸素濃度センサの設置位置における吸気流速を推定し、この吸気流速が所定のしきい値を超えている場合には、酸素濃度センサの検出値に基づく第１実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出する。一方、吸気流速がしきい値以下の場合には、エンジン運転状態に基づく第２実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出する。
【０００７】
第１実ＥＧＲ率算出方式では、ＥＧＲ通路の合流位置よりも下流側の吸気通路、つまり実際にＥＧＲガスが導入されている吸気通路に設けられた酸素濃度センサの検出値を用いて実ＥＧＲ率を求めているために、基本的には精度良く実ＥＧＲ率を求めることができる。
【０００８】
但し、酸素濃度センサは、一般的に、センサ素子の周囲を保護用のプロテクタが覆い、このプロテクタの通流孔を通してセンサ素子に吸気が通流する構造となっている。このため、この酸素濃度センサの設置位置における吸気流速によってプロテクタ内部のガス交換速度が変わる。従って、吸気流速によって酸素濃度センサによる検出精度が変動し、特に、吸気流速が低くなると検出精度が極端に低下する傾向にある。
【０００９】
そこで本発明では、酸素濃度センサの設置位置における吸気流速に基づいて実ＥＧＲ率算出方式を切り換える構成とし、吸気流速がしきい値以下の場合には、酸素濃度センサの検出値を用いることなく、エンジン運転状態に基づく第２実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出するように構成している。従って、吸気流速の低下に伴う酸素濃度センサの検出誤差の増大による検出精度の低下を抑制し、幅広い運転条件において精度良く実ＥＧＲ率を算出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、酸素濃度センサの設置位置における吸気流速に基づいて実ＥＧＲ率算出方式を切り換えることで、幅広い運転条件において精度よく実ＥＧＲ率を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例に係るエンジンのＥＧＲ装置を示す構成図。
【図２】酸素濃度センサの要部を簡略的に示す構成図。
【図３】吸気流速と実ＥＧＲ率算出ばらつきとの関係を示す特性図。
【図４】本実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【図５】第１実施例に係る車両減速時における実ＥＧＲ率算出方式の切換の態様を示すタイミングチャート。
【図６】第２実施例に係る車両減速時における実ＥＧＲ率算出方式の切換の態様を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るエンジンのＥＧＲ装置を示している。
【００１３】
このエンジン１０はターボ過給機１１を備えている。ターボ過給機１１は、排気通路１２に設けられたタービン１４と、吸気通路１３に設けられたコンプレッサ１５と、が一つのシャフト１６に同軸上に設けられ、排気の流れによってタービン１４が回転駆動されるとコンプレッサ１５が回転して吸気を加圧・過給する。
【００１４】
また、このエンジン１０には、排気ガスの一部を吸気へ還流するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が設けられている。このＥＧＲ装置は、排気通路１２と吸気通路１３とを繋ぐＥＧＲ通路２１を有し、このＥＧＲ通路２１を通して排気通路１２から吸気通路１３へＥＧＲガスを還流する。このＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲガスの流量及びＥＧＲ率（吸入新気量に対するＥＧＲガス量の割合）を調整するＥＧＲ制御弁２２と、ＥＧＲ通路２１内を通流するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、が設けられている。
【００１５】
このＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路２１が吸気通路１３に合流する合流位置２７がコンプレッサ１５よりも上流側に位置する、いわゆるロープレッシャータイプのものであり、このＥＧＲ通路２１の合流位置２７よりも上流側の吸気通路１３には、吸入空気量を検出するエアーフローメータ２８が設けられている。
【００１６】
また吸気通路１３には、コンプレッサ１５よりも下流側に、吸気通路１３を開閉する電制のスロットル弁２５が設けられ、このスロットル弁２５により吸入空気量が調整される。また、コンプレッサ１５（及び合流位置２７）の下流側かつスロットル弁２５の上流側の吸気通路１３に、吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２６が設けられている。この酸素濃度センサ２６は、吸気中の酸素濃度に比例して出力信号がリニアに変化する、いわゆるリニア型の酸素濃度センサであり、後述するように、この酸素濃度センサ２６の検出値に基づいて、吸気ガス中の酸素濃度、ひいては吸気ガスに含まれるＥＧＲガスの割合である実ＥＧＲ率が求められる。
【００１７】
排気通路１２には、タービン１４よりも下流で、かつＥＧＲ通路２１が接続する位置よりも上流側に、三元触媒２４が設けられている。
【００１８】
制御部２９は、上記の酸素濃度センサ２６，エアーフローメータ２８等の各種センサから検出される信号等に基づいて、スロットル弁２５やＥＧＲ制御弁２２等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。
【００１９】
図２は、酸素濃度センサ２６の構造を簡略的に示す断面図である。この酸素濃度センサ２６は、センサ素子３１の周囲を、このセンサ素子３１を保護するためのプロテクタ３２が覆い、このプロテクタ３２には、吸気ガスが通流する複数の通流孔３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃが形成されている。従って、吸気通路１３内に設置された酸素濃度センサ２６に到達した吸気ガスは、プロテクタ３２に形成された複数の通流孔３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃを通り、図２の破線Ｈ１で示すようにプロテクタ３２の内部を迂回しつつセンサ素子３１へと到達する。このため、センサ素子３１に吸気ガスが到達して正確に検知されるまでには、ある程度の時間遅れが生じる。ここで、吸気ガスの流れ、つまり吸気流速が大きくなるほど、センサ後方に発生する負圧が大きくなり、この負圧によりプロテクタ３２の内部に流入する吸気ガスが吸引されることで、プロテクタ３２内部のガス交換が素早く行なわれるようになり、上記の時間遅れが小さくなり、その結果、検知誤差も小さくなる。一方、吸気流速が小さいと、センサ後方の負圧が発達せず、プロテクタ３２内部のガス交換速度が低下するために、上記の時間遅れが大きくなって、検知誤差が大きくなり、検出精度が低下する。
【００２０】
図３は、酸素濃度センサ２６に到達する吸気ガスの流速（吸気流速）と、実ＥＧＲ率の算出ばらつきと、の関係を示している。図中の一点鎖線Ｌ１は、酸素濃度センサ２６の検出値を用いて実ＥＧＲ率を算出する第１実ＥＧＲ率算出方式による実ＥＧＲ率の算出ばらつきを示している。同図に示すように、酸素濃度センサ２６の検出値を用いた第１実ＥＧＲ率算出方式では、ＥＧＲ通路２１の合流位置２７よりも下流側の吸気通路１３に設置され、酸素濃度センサ２６によりＥＧＲガスを含む吸気ガスの酸素濃度を直接的に検出した値を用いているため、基本的には実ＥＧＲ率の算出ばらつきは非常に小さい。しかしながら、上述したように、吸気流速によって算出ばらつきが大きく変動し、特に、吸気流速が低い領域で二次曲線的に算出ばらつきが大きくなる傾向にある。
【００２１】
図３の破線Ｌ２は、酸素濃度センサ２６の検出値を用いることなく、エンジン運転状態に応じて実ＥＧＲ率を推定する第２実ＥＧＲ率算出方式による実ＥＧＲ率の算出ばらつきを示している。具体的には、この第２実ＥＧＲ率算出方式においては、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて算出される目標吸入新気量と、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて算出される目標ＥＧＲ量と、酸素濃度センサ２６の設置位置における吸気通路１３の配管径と、に基づいて実ＥＧＲ率が求められる。このようにエンジン運転状態に基づく第２実ＥＧＲ率算出方式では、酸素濃度センサ２６の検出値を用いた第１実ＥＧＲ率算出方式に比して、基本的には実ＥＧＲ率の算出ばらつきは大きいものの、吸気流速による影響が少ないことから、吸気流速が低い領域では逆に第１実ＥＧＲ率算出方式よりもばらつきが小さくなる。
【００２２】
そこで本実施例におけるＥＧＲ率算出方法では、図３の実線Ｌ３に示すように、第１実ＥＧＲ率算出方式と第２実ＥＧＲ率算出方式とで実ＥＧＲ率算出ばらつきが逆転するしきい値Ｓ１を境として、実ＥＧＲ率算出方式を切り換える構成としている。しきい値Ｓ１は、実験等により予め設定される固定値である。つまり、吸気流速がしきい値Ｓ１を超えている場合には、酸素濃度センサ２６の検出値に基づく第１実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出する一方、吸気流速がしきい値Ｓ１以下の場合には、エンジン運転状態に基づく第２実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出している。従って、吸気流速の低下に伴う酸素濃度センサ２６の検出誤差の増大による検出精度の低下を抑制し、幅広い運転条件において精度良く実ＥＧＲ率を算出することができる。
【００２３】
図４は、このような本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１では、エンジン回転数や吸入空気量等のエンジン運転条件に基づいて、酸素濃度センサ２６の設置位置における吸気流速を演算する。
【００２４】
ステップＳ１２では、この吸気流速が所定のしきい値Ｓ１を超えているかを判定する。しきい値を超えている場合には、ステップＳ１３へ進み、酸素濃度センサ２６の検出値に基づく第１実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出する。一方、吸気流速がしきい値Ｓ１以下の場合には、エンジン運転状態に基づく第２実ＥＧＲ率算出方式によって実ＥＧＲ率を算出する。具体的には、上述したように、目標吸入新気量と目標ＥＧＲ量と酸素濃度センサ２６の設置位置における吸気通路１３の配管径とに基づいて実ＥＧＲ率を求める。このようにステップＳ１３もしくはステップＳ１４で得られた実ＥＧＲ率は、点火時期制御等のエンジン制御に用いられる。上記のステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が、吸気流速に応じて実ＥＧＲ率の算出方式を切換える切換部に相当する。
【００２５】
次に、図５を参照して、実ＥＧＲ率算出方式が切り換わる際の動作を説明する。第１実ＥＧＲ率算出方式Ｌ１と第２実ＥＧＲ率算出方式Ｌ２とで実ＥＧＲ率の値に差があると、図５（Ｃ）に示す比較例Ｌ４のように、吸気流速がしきい値Ｓ１を跨ぐことで第１実ＥＧＲ率算出方式Ｌ１から第２実ＥＧＲ率算出方式Ｌ２へ切り換わるときに、実ＥＧＲ率の値に段差Ｄ１を生じる。このように段差Ｄ１を生じた実ＥＧＲ率に基づいて各種のエンジン制御、例えば点火時期制御が行なわれると、点火時期が急に切り換わり、運転性や燃費に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００２６】
そこで本実施例では、図５（Ｄ）の二点鎖線Ｌ５で示すように、吸気流速がしきい値Ｓ１を跨いで変化した場合、しきい値Ｓ１を跨いでからの所定期間Ｔ１、実ＥＧＲ率が、しきい値Ｓ１を跨ぐ前の第１実ＥＧＲ率算出方式Ｌ１によって算出される実ＥＧＲ率からしきい値Ｓ１を跨いた後の第２実ＥＧＲ率算出方式によって算出される実ＥＧＲ率の値に徐々に近づくように、実ＥＧＲ率を学習・補正している。つまり、しきい値Ｓ１を跨いだ直後に、精度が悪い方の第１実ＥＧＲ率算出方式で求めた実ＥＧＲ率を、精度が良い方の第２実ＥＧＲ率算出方式で求めた実ＥＧＲ率に適用・学習し、その後、徐々に実ＥＧＲ率を第２実ＥＧＲ率算出方式で求めた実ＥＧＲ率へと近づけていく。これによって、図５（Ｄ）に示すように、吸気流速がしきい値Ｓ１を跨いだときに、実ＥＧＲ率の段差Ｄ１を生じることなく第１実ＥＧＲ率算出方式Ｌ１から第２実ＥＧＲ率算出方式Ｌ２に切り換わり、かつ、その後に精度の良い第２実ＥＧＲ率算出方式Ｌ２で求めた実ＥＧＲ率へと徐々に移行する形となり、段差を生じることなく円滑に実ＥＧＲ率算出方式の切換を行なうことができる。
【００２７】
なお、上記の例では、第１実ＥＧＲ率算出方式から第２実ＥＧＲ率算出方式へ切り換わる際の態様について説明しているが、第２実ＥＧＲ率算出方式から第１実ＥＧＲ率算出方式へ切り換わる際にも、同様に学習制御を実施することで、段差を生じることなく円滑に実ＥＧＲ率算出方式の切換を行なうことが可能である。
【００２８】
次に、図６を参照して第２実施例を説明する。この第２実施例においても、上記の第１実施例と同様、吸気流速がしきい値Ｓ１を跨いだ時点から、実ＥＧＲ率を、吸気流速がしきい値Ｓ１を跨ぐ前の第１実ＥＧＲ率算出方式で求められる実ＥＧＲ率から、吸気流速がしきい値Ｓ１を跨いだ後の第２実ＥＧＲ率算出方式で求められる第２実ＥＧＲ率へと徐々に変化させている。その手法として、上記の第１実施例では学習制御を適用していたが、この第２実施例では、単位時間当たりの変化量、つまり変化速度を一定として、変化速度がしきい値Ｓ１を跨いだ直後から、第１実ＥＧＲ率算出方式により求めた実ＥＧＲ率から第２実ＥＧＲ率算出方式で求めた実ＥＧＲ率へと徐々に移行させている。
【００２９】
このような第２実施例においても、学習処理を用いた第１実施例と同様、吸気流速がしきい値Ｓ１を跨ぐ際に、段差Ｄ１を生じることなく円滑に実ＥＧＲ率算出方式の切換を行なうことができる。
【００３０】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。
【００３１】
例えば、上記実施例では吸気流速のしきい値Ｓ１に基づいて実ＥＧＲ率算出方式を切り換えているが、車両の減速状態のように、吸入空気量が減速して吸気流速が小さくなり、その後にしきい値Ｓ１を跨ぐことが予測される運転状態においては、予め実ＥＧＲ率算出方式を第１実ＥＧＲ率算出方式から第２実ＥＧＲ率算出方式に切り換えるようにしても良い。
【００３２】
また、上述した第２実ＥＧＲ率算出方式では目標吸入新気量を用いて実ＥＧＲ率を求めているが、この目標吸入新気量に代えて、エアーフローメータ２８により検出される実際の吸入新気量を用いて実ＥＧＲ率を求める構成としても良い。
【００３３】
更に、上記実施例では酸素濃度センサの設置位置における吸気流速をエンジン回転数や吸入新気量等のエンジン運転状態から推定しているが、より精度良く吸気流速を推定するために、酸素濃度センサ付近の吸気通路に吸気流速を検出するセンサを設け、このセンサの検出値を用いて吸気流速を推定するようにしても良い。
【００３４】
また、酸素濃度センサの設置位置は上記実施例の位置に限らず、例えばコンプレッサよりも上流側に配置するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１０…エンジン
１２…排気通路
１３…吸気通路
２１…ＥＧＲ通路
２６…酸素濃度センサ
２９…制御部
３１…センサ素子
３２…プロテクタ
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…通流孔
【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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