(57)【要約】内燃機関（１０１）の排気ガス再循環弁（１１７）の弁作動部の位置が判断される。弁の位置は、エンジン過渡速度状態に関して調節され（３１３）、及び／又は、エンジン過渡負荷状態に関して調節される（３０９）。高過渡状態の間に、ＥＧＲ弁がより多く閉じられて、より多くの空気がエンジンのシリンダに到達できるようになり、それによりエンジン性能が改善される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス再循環弁のベース位置を求め、
前記内燃機関の現在の過渡速度状態及び現在の過渡負荷状態の少なくとも１つに基づいて前記ベース位置を調節して、弁作動部位置信号を生成し、
前記弁作動部位置信号を前記排気ガス再循環弁に送る、
ステップを含む方法。
【請求項２】
前記内燃機関の現在の過渡速度状態及び現在の過渡負荷状態に基づいて前記ベース位置を調節して、前記弁作動部位置信号を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記現在の過渡速度状態が高いときに、前記ベース位置がより多く閉じられ、前記現在の過渡負荷状態が大きいときに、前記ベース位置がより多く閉じられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記調節するステップが、（ａ）現在のエンジン速度及び過渡エンジン負荷に基づく過渡負荷乗数と、（ｂ）現在のエンジン速度及び過渡エンジン速度に基づく過渡速度乗数との少なくとも１つを求めることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記過渡負荷乗数が０と１の間の値を有し、前記過渡速度乗数が０と１の間の値を有し、前記弁作動部位置信号が０と１の間の値の範囲を有し、弁作動部位置に関して、０は閉位置を表し、１は開位置を表すことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ベース位置は、前記内燃機関の負荷及びエンジン速度に基づくものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記内燃機関の吸気部の圧力のために、弁作動部位置信号を調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
内燃機関の負荷及びエンジン速度を求め、
前記内燃機関の現在の過渡負荷状態に基づく過渡負荷乗数と、前記内燃機関の現在の過渡速度状態に基づく過渡速度乗数との少なくとも１つを求め、
前記負荷、前記エンジン速度、並びに、前記過渡負荷乗数と前記過渡速度乗数との少なくとも１つに基づいて、前記内燃機関の排気ガス再循環弁の弁作動部位置を判断する、
ステップを含む方法。
【請求項９】
前記過渡速度乗数は、前記現在の過渡速度状態が高いときに前記弁作動部をより多く閉じさせ、前記過渡負荷乗数は、前記現在の過渡負荷状態が大きいときに前記弁作動部をより多く閉じさせることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記過渡負荷乗数が０と１の間の値を有し、前記過渡速度乗数が０と１の間の値を有し、前記弁作動部位置が０と１の間の値の範囲を有し、弁作動部位置に関して、０は閉位置を表わし、１は開位置を表すことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記内燃機関の吸気部の圧力のために、弁作動部位置を調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
作動部を有し、弁作動部位置信号を受信して、前記作動部を前記弁作動部位置信号において伝えられた位置に調節するように配置され及び構成された、排気ガス再循環弁と、
エンジン速度値及びエンジン負荷値を受け取り、作動部ベース位置を生成するように配置され及び構成された、作動部ベース位置判断部と、
前記エンジン速度値及びエンジン過渡負荷値を受け取り、過渡負荷乗数を生成するように配置され及び構成された、過渡負荷乗数判断部と、
前記エンジン速度値及びエンジン過渡速度値を受け取り、過渡負荷乗数を生成するように配置され及び構成された、過渡速度乗数判断部と、
前記排気ガス再循環弁、前記作動部ベース位置判断部、前記過渡負荷乗数判断部及び前記過渡速度乗数判断部に作動的に連結され、前記作動部ベース位置、前記過渡負荷乗数、及び前記過渡負荷乗数を結合して、所望の作動部位置信号を生成するように配置され及び構成された結合部と、
を含み、前記弁作動部位置信号が、前記所望の作動部位置信号に基づいていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記弁作動部位置信号は、前記所望の作動部位置信号に等しいことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記所望の作動部位置信号を処理して、少なくとも現在の排気ガス再循環弁作動部位置に基づく前記弁作動部位置信号にするように配置され及び構成されたプロセッサをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記作動部ベース位置判断部が０と１の間の値を生成し、前記過渡負荷判断部が０と１の間の値を生成し、前記過渡速度判断部が０と１の間の値を生成することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記エンジン過渡負荷値が大きいときに前記過渡負荷乗数が０に近く、前記エンジン過渡負荷値が小さいときに前記過渡負荷乗数が１に近く、前記エンジン過渡速度値が大きいときに前記過渡速度乗数が０に近く、前記エンジン過渡速度値が小さいときに前記過渡速度乗数が１に近いことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
０に等しい弁作動部位置信号は、前記排気ガス再循環弁の閉じた作動部に対応し、１に等しい弁作動部位置信号は、前記排気ガス再循環弁の開いた作動部に対応することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
吸気マニホルドにおける空気圧に基づいて、前記所望の作動部位置信号を調節するように配置され及び構成されたブースト・アジャスタをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記結合部が乗算部であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
請求項１２に記載の装置を含む内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムの制御を含む意味での内燃機関に関するが、これに限られるものではない。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出を減少させるために排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含むことが知られている。空気が、空気を加圧する圧縮機を介してターボチャージャーを通ってエンジンに入る。加圧された空気が、吸気マニホルドに流れて、エンジンのシリンダに入る。圧縮機は、シリンダからの排気ガスによって駆動されるタービンに連結される。シリンダからの排気ガスは、排気マニホルドに入り、タービンに流れる。排気ガスは、タービンを出て大気中に排気される。僅かな排気ガスがタービンへの流入からそれて、吸気マニホルドに戻っていく。結果として、シリンダに充満する空気は、新鮮な空気と燃焼された排気ガスとの両方を含む。
所望の排気ガスがＥＧＲシステムを通り及び吸気マニホルドに流れるようにするために、排気マニホルド内の圧力は、吸気マニホルド内の（ブースト）圧力より高くなければならない。さらに、ＥＧＲシステムの効果的使用は、比較的クリーンで煙を出さない燃焼が起こるようにするための最小の空気対燃料比を与える。ＥＧＲを使用するための空気対燃料比が好ましい状態においては、ＮＯｘの排出を減少させるためにＥＧＲの流れを最大にすることが望ましい。ＥＧＲシステムの不適切な使用によって、不適切な空気−燃料比、空気流の不安定性、エンジン速度の変動、エンジンの障害、白煙及び黒煙、及び／又はノイズを含む、乏しいエンジン性能がもたらされる。
したがって、エンジン性能の低下を減少させるために、効果的な空気対燃料比を与えるＥＧＲシステムが必要とされる。
【発明の開示】
【０００３】
排気ガス再循環弁のための弁作動部位置を判断する方法は、内燃機関の排気ガス再循環弁のベース位置を求めることを含む。ベース位置が、内燃機関の現在の過渡速度状態及び現在の過渡負荷状態の少なくとも１つに基づいて調節され、弁作動部位置信号が生成される。弁作動部位置信号は、排気ガス再循環弁に送られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
以下に、内燃機関のための排気ガス再循環弁の弁作動部位置を判断する装置及び方法を説明する。弁の位置は、エンジン過渡速度状態及び／又はエンジン過渡負荷状態に関して調節される。高い過渡状態の間に、ＥＧＲ弁がより多く閉じられ、より多くの空気がエンジンのシリンダに到達できるようになって、エンジン性能が改善される。
【０００５】
ＥＧＲシステムを用いる内燃機関１０１のブロック図が図１に示されている。空気が、タービン１０５を含むターボチャージャーの圧縮機１０３に入る。圧縮空気が圧縮機１０３を出て、中間冷却器１０７によって冷却される。中間冷却器１０７を出た冷却空気は、シリンダ１１１に入る前に吸気マニホルド１０９に入る。シリンダ１１１からの排気ガスが排気マニホルド１１３に入り、該排気マニホルドは排気ガスの一部をＥＧＲシステムに送り、排気ガスの残りはタービン１０５に入って、そこでシステムを出て行く。
排気ガスは、ＥＧＲシステムに入り、ＥＧＲ冷却器１１５を通って流れる。冷却された排気ガスは、ディスク（バタフライとしても知られる）、ボール、スライド、軸方向部材上に配置された１つ又はそれ以上のシートなどといった作動部を有するＥＧＲ弁１１７を通って流れ、該ＥＧＲ弁は、弁の開口を調節することによって、どれくらいの量の流れがＥＧＲ弁１１７を通るかを決める。弁作動部がどれくらい開かれ又は閉じられているかに応じて、冷却された排気ガスが弁を通ってＥＧＲ出口１１９に入る。エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１２１は、ＥＧＲ弁の位置（作動部がどれくらい開かれ又は閉じられているか）を制御する。冷却された排気ガスと圧縮された空気が吸気マニホルド１０９内で組み合わされ、結果としてその流れがシリンダ１１１に与えられる。
【０００６】
ＥＧＲ弁の位置を判断するＥＣＭの一部のブロック図が図２に示されている。ＥＧＲ弁の位置は、ＥＧＲ弁の作動部の位置と同じである。作動部は、作動部の位置に基づいて、全ての流れが入るのを許す、幾らかの流れが入るのを許す、又は流れを防止するように動く弁の一部である。
ＥＣＭ１２１は、弁作動部位置信号をＥＧＲ弁１１７に送ることによって、ＥＧＲ弁の作動部の位置を制御する。ＥＧＲ弁１１７は、ＥＣＭ１２１からの弁作動部位置信号を受信し、作動部を、弁作動部位置信号における位置に対応する位置に調節する。例えば、ＥＧＲ弁１１７を完全に閉じるために値０の位置信号を用いることができ、一方、ＥＧＲ弁１１７を十分に開くために値１の位置信号を用いることができる。開位置と閉位置との間の中間位置、例えば、ＥＧＲ弁１１７の半開放に関する０．５を用いることもできる。
ＥＣＭ１２１は、ここで説明された実施形態におけるＥＧＲ弁１１７の位置を判断するものであるが、この機能を与えるために他の装置又はプロセッサを用いることもできる。ＥＣＭ１２１はまた、内燃機関１０１のための、ＥＧＲ弁１１７の位置を判断すること以外の他の機能を与えることができる。
【０００７】
作動部ベース位置判断部２０１が、エンジン速度及びエンジン負荷を入力として受信し、ＥＧＲ弁のための作動部ベース位置を生成する。作動部ベース位置判断部２０１は、例えば、ＥＣＭ１２１がアクセスするためのメモリに格納されたルックアップテーブルによって実装することができる。作動部ベース位置は、例えば、０と１の間の値とすることができ、ここで、０は閉じた弁を表し、１は開いた弁を表す。小数の値は、弁がどれくらい開いて（閉じて）いるかを表す。表１は、種々のエンジン速度及び負荷のときの例示的な作動部ベース位置データを示す。エンジン速度は、毎分回転数（ＲＰＭ）で表される。表１のエンジン負荷は、燃料要求量又は燃料要請である。負荷又は燃料要求は、アクセルペダルの踏み込みを介して所望のエンジン速度／負荷を維持するために、燃料要求量の関数としてＥＣＭ１２１によって判断され、（ｍｇ／ｓｔｋ）／ｓで表すことができる。表１に示されたＥＧＲ弁の位置は、０が完全に閉じた状態、１００が十分に開いた状態と解釈され、０と１００との間の値は、例えば、１０％開放、３０％開放、５０％開放などのように、弁がどれくらい開いているかを（パーセンテージで）表す。
【０００８】
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【０００９】
過渡負荷判断部２０３は、エンジン速度及び過渡又はエンジン負荷の差（Δ負荷）を入力として受信し、過渡負荷乗数を生成する。過渡負荷乗数判断部２０３は、例えば、ＥＣＭ１２１がアクセスするためのメモリに格納されたルックアップテーブルによって実装することができる。表２は、種々のエンジン速度及び過渡負荷のときの例示的な過渡負荷乗数データを示す。過渡負荷乗数の値は、例えば、０と１の間とすることができ、ここで、現在の過渡負荷状態が大きいときには、過渡負荷乗数は０に近く、現在の過渡負荷状態が小さいときには、過渡負荷乗数は１に近い。表２におけるエンジン速度はＲＰＭで表される。エンジン負荷の変化又は過渡は、一定のエンジン速度状態で又は変化するエンジン速度状態で起こる。過渡負荷は、実際の燃料要求量又は異なる時刻における燃料要請を比較することによって判断することができる。時刻は、例えば０．５秒だけ隔てられる。所与の時間内でのエンジン負荷／燃料の迅速な増加が存在する。これらのエンジン状態の間に、空気対燃料比が低くなり、ＥＧＲの流れが望ましくなくなる。したがって、表２のデータは、種々の過渡負荷レベルと、ＥＧＲ弁１１７の位置がどれくらい強く影響するか又は影響しないかを反映するものである。
【００１０】
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【００１１】
過渡速度判断部２０５は、エンジン速度及び過渡又はエンジン速度の差（ΔＮ）を入力として受信し、過渡速度乗数を生成する。過渡速度乗数判断部２０３は、例えば、ＥＣＭ１２１がアクセスするためのメモリに格納されたルックアップテーブルによって実装することができる。表３は、種々のエンジン速度及び過渡速度のときの例示的な過渡速度乗数データを示す。過渡負荷乗数の値は、例えば、０と１の間とすることができ、ここで、現在の過渡速度状態が高いときには、過渡速度乗数は０に近く、現在の過渡速度状態が低いときには、過渡速度乗数は１に近い。表３におけるエンジン速度及び過渡速度はＲＰＭで与えられる。過渡速度は、異なる時刻におけるエンジン速度を比較することによって判断することができる。時刻は、例えば０．５秒だけ隔てられる。所与の時間内でのエンジン速度の迅速な増加が存在する。これらのエンジン状態の間に、空気対燃料比が低くなり、ＥＧＲの流れが望ましくなくなる。したがって、表２のデータは、種々の過渡負荷レベルと、ＥＧＲ弁１１７の位置がどれくらい強く影響するか又は影響しないかを反映するものである。
【００１２】
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【００１３】
表１、表２及び表３においては、所望の正確度及び／又は変数の値の範囲に応じて、付加的な又はより少ないデータ点を用いることができる。他の値を挿入することもできる。エンジン速度、エンジン負荷、過渡速度、過渡負荷、速度範囲、負荷範囲、及び過渡範囲は、エンジンに応じて変化する。エンジン過渡負荷及びエンジン過渡速度のために提供される本発明は、独立して適合させることができる。こうした種々の過渡レベルの組み合わせも考慮に入れられる。
【００１４】
結合部２０７は、作動部ベース位置、過渡負荷乗数、及び過渡速度乗数を入力として受信し、これらの値を組み合わせて、所望の作動部位置信号をもたらす。過渡負荷乗数が０と１の間の値を有する例においては、過渡速度乗数は、０と１の間の値を有し、結合部２０７は、作動部ベース位置、過渡負荷乗数、及び過渡速度乗数を掛けて所望の作動部位置信号を得るための乗算部とすることができる。
【００１５】
弁作動部位置信号は、所望の作動部位置信号と同一のものとすることができる。随意的に、所望の作動部位置信号は、ＥＧＲ弁１１７に送られる弁作動部位置信号をもたらすように処理することができる。こうした処理は、図２に示されるようなプロセッサ２０９において行うことができる。一般に、プロセッサは、吸気マニホルド１０９内の空気圧に関する所望の作動部位置信号を調節し、ＥＧＲ弁１１７の制御を確認する。例示的なプロセッサは、所望の作動部位置信号及び現在のブーストデータを入力として受信し、ブースト調節された弁位置を生成して、現在のブーストデータ、すなわち吸気マニホルド１０９における空気圧に適合させる、ブースト・アジャスタ２１１を含む。例えば、高い圧力レベルがＥＧＲ弁１１７にかなりの力をかけるときには、ＥＧＲ弁１１７は、より多く開かれる。現在のＥＧＲ弁位置を表す信号が、加算器２１３により所望の作動部位置信号から引かれ、その結果が、ＥＧＲ位置比例整数誘導部（ＰＩＤ）２１５に出力され、該ＰＩＤは、ＥＧＲ弁の位置の制御におけるエラーを補償する機能を果たし、弁制御におけるあらゆるオフセット又はエラーについての所望の作動部位置信号を調節する修正された弁位置をもたらす。修正された弁位置は、加算器２１７によってブースト調節された弁位置に加えられ、弁作動部位置信号が出力されて、それがＥＧＲ弁１１７に与えられる。
【００１６】
ＥＧＲ弁位置を判断する方法を示すフローチャートが図３に示されている。フローチャートのステップは、図１及び図２に示された実施形態においては、ＥＣＭ１２１によって実行される。ステップ３０１において、内燃機関の現在のエンジン速度が判断される。ステップ３０３において、内燃機関の現在のエンジン負荷が判断される。ステップ３０５において、ＥＧＲ弁１１７のベース位置が判断される。ステップ３０７において過渡負荷が存在する場合には、ＥＧＲ弁１１７のベース位置は、例えば、ＥＧＲ弁１１７のベース位置に、１より小さい過渡負荷乗数を掛けることによって調節され、それによりＥＧＲ弁１１７が、過渡負荷乗数によって作用される程度まで閉じられる。過渡負荷乗数は、現在の過渡負荷状態が大きいときに弁作動部をより多く閉じさせ、過渡負荷乗数は、現在の過渡負荷状態が小さいか又は存在しないときには、弁作動部の位置に影響しない。非常に大きい過渡負荷の結果として、ＥＧＲ弁１１７を効果的に閉じる０の過渡負荷乗数が与えられる。エンジンにおいて大きい過渡負荷状態が存在するときには、ＥＧＲ弁１１７が開かれたときにエンジンのために十分な空気が存在せず、ＥＧＲ弁１１７が閉じられて、より多くの空気がエンジンに到達できるようになり、それにより過渡負荷状態の間のエンジン性能が改善される。ステップ３０７において過渡負荷状態が存在しない場合には、１に等しい過渡負荷乗数が用いられるときのように、ＥＧＲ弁１１７のベース位置に調節は行われない。
【００１７】
プロセスは、ステップ３１１を続け、そこで、エンジンに過渡速度が存在するかどうかが判断される。ステップ３１１において、過渡速度が存在する場合には、例えば、ＥＧＲ弁１１７の位置に、１より小さい過渡速度乗数を掛けることによって、ＥＧＲ弁１１７の位置が調節され、それによりＥＧＲ弁１１７が、過渡速度乗数によって作用される程度まで閉じられる。過渡速度乗数は、現在の過渡速度状態が大きいときに弁作動部をより多く閉じさせ、過渡速度乗数は、現在の過渡速度状態が小さいか又は存在しないときには、弁作動部に影響しない。非常に大きい過渡速度の結果として、ＥＧＲ弁１１７を効果的に閉じる０の過渡速度乗数が与えられる。エンジンにおいて大きい過渡速度状態が存在するときには、ＥＧＲ弁１１７が開かれたときにエンジンのために十分な空気が存在せず、ＥＧＲ弁１１７が閉じられて、より多くの空気がエンジンに到達できるようになり、それにより過渡速度状態の間のエンジン性能が改善される。ステップ３１１において過渡速度状態が存在しない場合には、１に等しい過渡速度乗数が用いられるときのように、ＥＧＲ弁１１７の位置に調節は行われない。
ステップ３１５において、プロセッサ２０９によって与えられた処理のような随意的な付加的な処理を、位置信号に対して行うことができる。ステップ３１７において、弁作動部位置信号がＥＧＲ弁１１７に送られ、プロセスがステップ３０１を続ける。
【００１８】
本発明は、６シリンダエンジンの例によって示されるが、本発明は、６より少ない又は６より多いシリンダを含む１つ又はそれ以上のシリンダを有するエンジン、Ｉ−４、Ｉ−６、Ｖ−６、Ｖ−８などのような種々の形式のエンジン、異なるシリンダ点火順序を有するエンジン、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、又は他の形式のエンジン、ターボチャージャー付きの及びターボチャージャーなしのエンジン、及びあらゆるサイズのエンジンに適用可能である。
【００１９】
本発明は、ＥＧＲ弁位置を、エンジン過渡速度及び／又はエンジン過渡負荷に関して独立して調節する利点を与える。高い過渡エンジン状態においては、乏しい空気流が存在する可能性があるときには、ＥＧＲ弁が閉じられ、より良好な空気がエンジンに流れるようになる。同様に、エンジン過渡状態が僅かに存在するか又は存在しないときには、良好な空気流が存在する可能性があり、ＥＧＲ弁は、その通常の方法で挙動できるようになる。したがって、空気対燃料比が低いといったエンジン状態が存在するときには、ＥＧＲの流れが減少され又は無くされる。結果として、良好な空気−燃料比、減少された空気流不安定性、減少されたエンジン障害、減少された白煙及び黒煙、及び／又は減少されたノイズを含む、良好なエンジン性能がもたらされる。結果として、ＮＯｘ、炭化水素、煙及び／又は粒子状排出物質がより少なくなる。エンジン過渡状態の間に全体的なエンジン性能が改善される。ＥＧＲ弁位置制御は、本発明の排気背圧とは無関係であり、したがって、ＥＧＲ弁位置制御と、例えば、可変幾何学的形状ターボチャージャー又は電子制御式のウェイストゲート・ターボといった排気背圧に依存する他の空気システム制御との間の潜在的な不安定性をなくす。
【００２０】
本発明は、その精神又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態において具体化することができる。説明された実施形態は、あらゆる点で、単なる例示的なものであって、制限するものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、上記の説明によってではなく添付の請求項によって示される。請求項の均等物の意味及び範囲内に入る全ての変化は、請求項の範囲内に包含されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るＥＧＲシステムを用いる内燃機関のブロック図である。
【図２】本発明に係るＥＧＲ弁の位置を判断するエンジン制御モジュールの一部のブロック図である。
【図３】本発明に係るＥＧＲ弁の位置を判断する方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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