(57)【要約】【解決手段】内燃機関（１２）によって生成された排ガスを処理するためのシステム及び方法が提供される。内燃機関（１２）は、エンジン排ガスをエンジン排気マニホルド（５８）からエンジン吸気マニホルド（６９）に向ける排気再循環回路を有する。更に、エンジン吸気マニホルド（６９）に向けてエンジン排ガスの量を制御するために、排気再循環弁（６６）も提供される。更に、精密に調整可能で制御可能な量のエンジン排ガスをエンジン吸気マニホルド（６９）に導入するために充分な差圧を生成するために、小型メータポンプ（６７）が提供される。【選択図】図１
2004528503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気マニホルドとエンジン吸気マニホルドを有する内燃機関に使用されるエンジン排ガス処理のための排ガス処理システムであって、
前記エンジン排気マニホルド及びエンジン吸気マニホルドに連絡し、エンジン排ガスを前記エンジン吸気マニホルドに向かわせるための排気再循環弁と、
前記エンジン吸気マニホルドと排気再循環弁との間に配置され、前記排ガスが前記エンジン排気マニホルドから前記エンジン吸気マニホルドへ流れるように差圧を作り出すためのポンプと、
を有する排ガス処理システム。
【請求項２】
更に、前記ポンプと排気再循環弁との間に配置され、前記排ガスが前記エンジン吸気マニホルドに達する前に前記エンジン排ガスを冷却するための冷却器を有する請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項３】
更に、給気を前記エンジン吸気マニホルドに供給するガスタービン回路を有する請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項４】
更に、前記ガスタービン回路がタービンを有する請求項３記載の排ガス処理システム。
【請求項５】
前記タービンは、可変形状タービンである請求項４記載の排ガス処理システム。
【請求項６】
前記ポンプは、小型メーターポンプである請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項７】
前記ＥＧＲ弁は、開閉弁である請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項８】
前記ＥＧＲ弁は、調節弁である請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項９】
前記ポンプは、前記冷却器と前記エンジン吸気との間に配置されている請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項１０】
前記ポンプは排気再循環流量のリアルタイム計測が可能である請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項１１】
前記ポンプは、０乃至０．２バールの圧力範囲を有する請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項１２】
エンジン排ガスをエンジン排気マニホルドからエンジン吸気マニホルドに向ける排気再循環回路を有する内燃機関で生成されたエンジン排ガスを処理する方法であって、
排気再循環弁を用いて前記エンジン排ガスを前記吸気マニホルドに向けるステップと、
前記エンジン吸気マニホルドと前記排気再循環弁との間に配置されたポンプを使用して前記エンジン排ガスが前記エンジン排気マニホルドから前記エンジン吸気マニホルドに流れるようにするための差圧を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項１３】
更に、前記ポンプと排気再循環弁との間に配置された冷却器を用いて前記排ガスが前記ポンプに到達する前に前記エンジン排ガスを冷却するステップを有する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
更に、ガスタービンを備えたガスタービン回路を用いてエンジン吸気マニホルドに供給されるエンジン給気を供給するステップを有する請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記ガスタービンは、可変形状ガスタービンである請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
更に、前記ガスタービン回路は、前記エンジン吸気マニホルドに供給される給気を加圧するために機械的に且つ回転可能に前記ガスタービンに結合された圧縮機を有する請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記ポンプは、小型メータポンプである請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
前記排気再循環弁は、開閉弁である請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
前記排気再循環弁は、調節弁である請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記ポンプは、排気再循環流量のリアルタイム計測が可能である請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
前記ポンプは、０乃至０．２バールの圧力範囲を有する請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、内燃機関によって生成された有害排気ガス放出を排気再循環回路を用いて制御するシステム及び方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
自動車及びトラックエンジンで、有害排気ガスを減らすための主要な手段として、排気再循環（ＥＧＲ）を駆動し制御するために、代替給気処理及びターボ給気の概念を使用することは、今日、広く採用されている。比較的好まれている方法の一つは、所望のＥＧＲ流量比及び外気／燃料の比を達成するためにＥＧＲ回路との組合せで単一ステージ可変形状ターボチャージャ（ＶＧＴ）を用いるものである。典型的には、ＥＧＲ回路は、少なくとも、ＥＧＲ弁と、冷却器と、エンジンの排気側をエンジンの給気側に接続する配管と、を含んでいる。ＥＧＲ弁は例えば、開閉弁か、ＥＧＲ流れを調節するための調節弁であって、タービンか排気マニホルドか、ＥＧＲ冷却器の下流冷却側に取り付けられる。他の例としては、ＥＧＲ回路は、ＥＧＲガスが吸気に入る入口の点における混合装置、及び／又は、ＥＧＲ流れをエンジンの排気側から吸気側に駆動するために必要なエンジンを挟む負の差圧を助成するためのベンチュリ装置を含んでもよい。
【０００３】
多くのディーゼルエンジンで、特に低速且つ中負荷乃至高負荷運転を行なう大型エンジンで、ターボチャージャの適合は比較的効率的である。従って、広い範囲の定常運転又は準定常運転条件のもとで、吸気側圧力レベルは、通常、排気側圧力を超え、正の差圧が存在する。しかし、エンジンの排気側から吸気側にＥＧＲを駆動するために、全て又は一部のエンジンサイクルについて負の差圧を生成しなければならない。一部の排ガス処理システムでは、ＶＧＴが、エンジンの差圧逆転の主要な役割を担う。しかし、４行程サイクルの給排気の部分の間、エンジンポンピングパラサイティック（ｐｕｍｐｉｎｇ ｐａｒａｓｉｔｉｃｓ）及び正味燃料消費率（ＢＳＦＣ）が増大する。タービン翼が閉ポジションに向かって動くにつれてターボチャージャ圧縮機軸速度は増し、全体のブーストレベルも上がる。ガス流量とブーストに対するタービンと圧縮機の効率マップに基づいて、ホイール速度とブーストが増すにつれて、タービンと圧縮機の効率は、結局は低下し始める。最終的にタービン入口圧力（エンジン排気圧力）は圧縮機出口圧力（エンジン吸気圧力）を超え、それによって、必要なエンジンの全体の負の差圧が生成される。エンジンのサイクル平均差圧が僅かに正であっても、マニホルドガスの流動とそれに関連する圧力脈動によって、ＥＧＲの幾らかの量が流れ始める。中位乃至大きめのＥＧＲ流量パーセンテージが必要な場合は、サイクル平均差圧は負になる。
【０００４】
製造に適したディーゼルエンジンＥＧＲシステムへの一つの挑戦は、全ての通常及び規制運転モードのもとで、且つエンジンの寿命全体にわたっての、ＥＧＲと外気／燃料比の繰返し制御である。与えられたエンジン／ＥＧＲシステムのターボチャージャエンジン適合及びガスダイナミック特性により、ＥＧＲ流量は、ＶＧＴ／ＥＧＲ回路の形状に極めて敏感でありうる。特に高負荷低速度運転時に、局所的タービンガス速度が増すに連れてＥＧＲ流量やＢＳＦＣが、ＶＧＴ翼の形状及びポジションに対して敏感に増大するというのは珍しくない。エンジンが新しいときであっても、ＶＧＴやＥＧＲ回路ハードウェアの許容故障（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｓｔａｃｋｕｐｓ）が、エンジンからエンジンへの等しいＥＧＲ流量（ｒａｔｅ）を達成することは、印象的な（ｉｍｐｏｓｉｎｇ）チャレンジとなりうる。部品が磨耗して、通常の燃え残りレベルが蓄積し（ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ ｎｏｒｍａｌ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕｅ）始めると、ＥＧＲ回路の特性が影響を受ける。ＥＧＲ流れとエンジンの外気流れの適当な比を、ＶＧＴ回路とＥＧＲ弁を制御する制御ロジックを通じて管理する能力は、ますます困難になる。
従って、ＥＧＲ回路流れとエンジンの外気流れの適当な比を管理するための新たな改良されたシステムの需要がある。その新たな改良されたシステムは、ＶＧＴ及びＥＧＲ回路ハードウェアの許容故障（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｓｔａｃｋｕｐｓ）を補償するものでなければならない。
【０００５】
【発明の開示】
本発明の一つの態様によれば、排ガス処理のために内燃機関で使用される排ガス処理システムが提供される。ここで、内燃機関は、排気マニホルドとエンジン吸気マニホルドとを有する。この排ガス処理システムは、エンジン排気マニホルド及びエンジン吸気マニホルドと連絡する排気再循環弁を有する。この弁は、エンジン排ガスをエンジン吸気マニホルドに向かわせる。更に、排ガスがエンジン排気マニホルドからエンジン吸気マニホルドへ流れるようにするための差圧を作り出すために、エンジン吸気マニホルドと排気再循環弁の間にポンプが配置される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、排ガスがエンジン吸気マニホルドに到達する前にエンジン排ガスを冷却するために、ポンプと排気再循環弁との間に冷却器が配置される。
本発明の更に他の態様によれば、エンジン吸気マニホルドへ給気を供給するために、ガスタービン回路が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、ガスタービン回路は更にガスタービンと圧縮機を有する。
本発明の更に他の態様によれば、ガスタービンは可変形状タービンである。
本発明の更に他の態様によれば、ポンプは小型メータタービンである。
本発明の更に他の態様によれば、ＥＧＲ弁は開閉弁である。
本発明の更に他の態様によれば、ＥＧＲ弁は調節弁である。
本発明の更に他の態様によれば、ポンプは冷却器とエンジン吸気マニホルドとの間に配置される。
【０００７】
本発明の更に他の態様によれば、ポンプは排気再循環流量のリアルタイム計測が可能である。
本発明の更に他の態様によれば、ポンプは０乃至０．２バールの圧力範囲を有する。
本発明の更に他の態様によれば、内燃機関で生成されたエンジン排ガスを処理する方法が提供される。内燃機関は、エンジン排ガスをエンジン排気マニホルドからエンジン吸気マニホルドへ向ける排気再循環回路を有する。この方法は、排気再循環弁を利用してエンジン排ガスをエンジン吸気マニホルドへ向けるステップと、エンジン吸気マニホルドと排気再循環弁との間に配置されたポンプを利用して、エンジン排ガスがエンジン排気マニホルドからエンジン吸気マニホルドへ流れるように差圧を作り出すステップとを有する。
【０００８】
本発明の、上記の特徴や利点及びその他の特徴や利点は、本発明を実施する上で、添付図面を参照して以下のベストモードの詳細な説明から明らかである。
【０００９】
【最も好ましい発明の実施形態】
図１において、内燃機関とこれに関連する制御システム及びサブシステムが全体で符号１０で示されている。システム１０はエンジン１２を含み、エンジン１２は複数のシリンダを有し、各シリンダは燃料噴射器からの供給を受ける。好ましい実施形態では、エンジン１２は、高負荷ディーゼル燃料エンジン等の圧縮点火内燃機関である。噴射器は、既知の方法で燃料供給から圧縮燃料を受け入れる。
【００１０】
種々のセンサが、入力ポート２４を通じて制御器２２と電気的につながっている。好ましくは、制御器２２は、データ・制御バス３０を通じて種々のコンピュータ読取り可能記憶媒体２８につながったマイクロプロセッサ２６を含む。コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、読取り専用メモリ３２、ランダムアクセスメモリ３４、不揮発性ランダムアクセスメモリ３６としての機能を持つ多数の既知のデバイスのうちのどれを含んでいてもよい。
【００１１】
コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、排気再循環（ＥＧＲ）弁６６及び可変形状ターボチャージャ５２を含む内燃機関を制御する方法を実施するために制御器２２によって実行されうる命令を記憶している。プログラム命令は、制御器２２に、車両の種々のシステムやサブシステムの制御をさせるべく指令を出す。その指令は、マイクロプロセッサ２６によって実行され、選択的に、ロジックユニット５０によって実行されてもよい。入力ポート２４は、種々のセンサから信号を受信し、制御器２２は出力ポート３８に信号を生成し、その信号は種々の車両コンポーネントへ向けられる。
【００１２】
データ、診断及びプログラミングインタフェース４４は、プラグ４６を介して制御器２２に選択的に接続されてそれらの間の情報交換に供されてもよい。インタフェース４４は、コンフィギュレーション設定、校正変数、ＥＧＲやＶＧＴ制御等のための指令等の、コンピュータ読取り可能記憶媒体２８内の値を変更するのに使用できる。
【００１３】
動作において、制御器２２は、種々の車両センサから信号を受信して、エンジンを制御するために、ハードウェア及び／又はソフトウェアに埋め込まれた制御ロジックを実行する。好ましい実施形態では、制御器２２は、米国ミシガン州デトロイト市のデトロイトディーゼル社（Ｄｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から購入可能なＤＤＥＣ制御器である。この制御器のその他の種々の特徴は、デトロイトディーゼル社に譲渡された多数の異なる米国特許に詳細に述べれている。
【００１４】
当業者には理解できるであろうが、制御ロジックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せの何れでも実行可能である。更に、制御ロジックは、制御器２２のほか、制御器２２と連動する車両の種々のシステム及びサブシステムによっても実行可能である。更に、好ましい実施形態では、制御器２２はマイクロプロセッサ２６を有するが、本発明に沿ってエンジンを制御するために、多数の既知のプログラミング及び処理の技術又はストラテジのいずれをも利用できる。
【００１５】
更に、エンジン制御器は、種々の方法で情報を受け入れうるということを理解すべきである。例えば、エンジンシステム情報は、データリンクを通じて、デジタル入力で、又はエンジンのセンサ入力で取り込みうる。
【００１６】
引き続き図１において、制御器２２は、排気再循環弁６６、可変形状ターボチャージャ５２及び小型メータポンプ（ｍｅｔｅｒ−ｐｕｍｐ）６７を制御することによってエンジン性能を高める。可変形状ターボチャージャ５２はタービン５４と圧縮機５６を有する。エンジン排ガスの圧力によってタービンが回される。タービンは、通常、同じシャフト５７に取り付けられた圧縮機を駆動する。回転する圧縮機がターボブースト圧力を生成し、この圧力が、燃焼中のパワーを増大させる。
【００１７】
可変形状ターボチャージャは、ロータグループに加えて複数の可動要素を有する。これらの可動要素は、排ガスがエンジンから流出するタービンステージの一つ又は複数の面積を変えることによって、及び／又は排ガスがタービンに入る又はタービンから出ていくときの角度を変えることによって、ターボチャージャ形状を変化させることができる。ターボチャージャ形状に応じて、ターボチャージャがエンジンへ供給するターボブースト圧力の量が変化する。可変形状ターボチャージャは、種々の動作条件に基づいて、ターボブースト圧力の量を変えるように電子的に制御されるようにもできる。
【００１８】
可変形状ターボチャージャ内で、タービンハウジングはエンジンに対して大きめにできていて、空気流が所望のレベルにまで絞り込まれる。可変形状ターボチャージャには数種類のデザインがある。一つのデザインでは、可変入口ノズルが複数の可変翼のカスケードを有し、その可変翼が回動可能であって、それによって、空気流れがタービンホイールに入る所での面積と角度を変えることができる。他のデザインでは、ターボチャージャは、タービンハウジングの実効断面積を変える可動側壁を有する。本発明の実施形態は、可変形状ターボチャージャとしていかなる特定の構造にも限定されないことがわかる。即ち、ここで使用されるＶＧＴという言葉は、上述の例を含み、又、調節ウェーストゲート弁（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｓｔｅ ｇａｔｅ ｖａｌｖｅ）を含むあらゆる制御可能な空気加圧装置を意味する。
【００１９】
排気再循環システムは、排ガスのうちの計量された一部（ｍｅｔｅｒｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）を吸気マニホルド６９に導く。再循環される排ガスの量は、ＥＧＲ弁６６及びＶＧＴ５２によって制御される。
【００２０】
本発明の実施形態によれば、ＥＧＲ弁は、制御器２２によって電子的に制御される可変流量弁である。可変形状ターボチャージャの形状も、制御器２２によって電子的に制御される。制御可能なＥＧＲ弁の構造としては多数種類のものが可能であるが、本発明の実施形態は、いかなる特定のＥＧＲ弁の構造にも限定されないことが理解できる。更に、ＥＧＲ弁における種々のセンサが温度及び差圧を検出し、それによって、エンジン制御が、弁を通る質量流量を決定できるようにすることができるということが理解できる。更に、排気流路の種々の部分で種々のセンサ構造を採用することによって、制御器２２が、排気システムを通じた種々の流れの質量流量を決定できることがわかる。これらの流れには、ＥＧＲシステムを通る流れ、圧縮機を通る流れ、及びその他の流れが含まれる。
【００２１】
本発明の他の実施形態では、ＥＧＲ弁は、調整機能を持たない単純な開閉弁である。この実施形態では、ポンプ６７が、制御器２２によって命令された所望のＥＧＲ流量を導くだけで十分である。
【００２２】
実施形態によっては、圧縮機５６から来る給気を冷却するために冷却器６２を提供するのが望ましいかもしれない。同様に、実施形態によっては、エンジン１２への再導入の前にＥＧＲシステムを通る流れを冷却するために、冷却器６８を提供するのが望ましいかもしれない。
【００２３】
本発明の実施形態は、種々のエンジン状態を表す種々の入力を処理し、そしてＥＧＲ指令信号及びＶＧＴ指令信号を提供する制御ロジックを含む。ＥＧＲ指令信号は、通路６４を通るガス流を制御するために可変流量ＥＧＲ弁６６のポジションを指令し、ＶＧＴ指令信号は、通路６０を通るガス流を制御するためにＶＧＴ５２の形状を指令する。本発明の好ましい実施形態では、図２に最もよく示されるように、ＥＧＲ及びＶＧＴの指令信号を決定するために種々の技術が利用される。
【００２４】
本発明の一つの好ましい実施形態で、小型メータポンプ６７が、冷却器６８と、エンジン１２の吸気マニホルド６９との間に配置される。ポンプ６７は、調整された量の排ガスをエンジン排気マニホルド５８から吸気マニホルド６９に駆動するための、容積式ポンプである。ポンプ６７は、エンジン１２を挟む負の差圧を徐々に増やす手段を提供する。更に、所望の量の排ガスはポンプ６７によって正確に計量でき、ＶＧＴ５２を高精度制御から解放する。更に、ポンプ６７によって、オンボードアルゴリズミック（ｏｎ−ｂｏａｒｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃ）計算との組合せで、ＥＧＲ流量のリアルタイム計測が可能になる。このようにして、本発明によれば、従来のＥＧＲ回路で現在使用されている追加のＥＧＲ計測器が不要になる。
【００２５】
動作において、ポンプ６７は、ＶＧＴ翼が適当な位置にあって安定しているとき、与えられたエンジン動作条件で、即ち、ＥＧＲ流れの始りが差し迫っていて（平均エンジン差圧がゼロに近づいていて）、且つ、外気／燃料の比のバランスが充分であるその動作条件で、ＶＧＴからのＥＧＲ流量の主要な制御を行なう。好ましくは、ポンプ６７の圧力範囲は、０〜０．２バールに限定される。ポンプ６７の全流量容量は、一般に、全エンジン流（質量基準で）の２５％以下程度である。しかし、エンジン１２の殆どの定常的又は準定常的動作条件においては、一般に、ポンプ６７の必要な制御流量範囲は、全エンジン質量流量の約１０％である。ポンプ６７は、圧力が２〜４バールで温度が３００℃にもなる磨耗性で（ａｂｒａｓｉｖｅ）酸性のエンジン排気環境に耐えるように構成されている。
【００２６】
図２において、ブロック図は、高められたエンジン特性及び改善された放出制御を提供するために制御器２２によって実行される指令を含む制御ロジックの機能を示す。本発明の実施形態は、高負荷ディーゼルエンジンの放出を改善するために特に有用である。本発明によれば、排ガスの一部を給気に混ぜるＥＧＲ技術の使用が、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出量を減少させる。その一方で、燃料経済への影響を最小にし、耐久性を改善する。ターボチャージを伴うディーゼルエンジンでは、ＥＧＲ流れを排気から吸気マニホルドへ駆動するために必要な背圧は、可変形状ターボチャージャとポンプ６７によって達成する。ＥＧＲ流量の制御は、ＶＧＴの形状の変化（例えば、翼ポジションの変化）により達成される。好ましい実施形態では、採用された制御方法の結果、ＥＧＲとＶＧＴのシステムの間の相互作用が既存のシステムの能力を超える。
【００２７】
本発明には、個別に又は合わせて利用できる種々の面がある。好ましい実施形態では、ＥＧＲ弁、ポンプ及びＶＧＴは、同時に且つ連続的に制御される。即ち、好ましい実施形態は、一つのＥＧＲ／ポンプ／ＶＧＴ制御器を連続的に調整する技術を提供する。本発明の好ましい実施形態は、制御器の設定ポイントとして、化学種（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｅｓ）（Ｏ２、Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）の、吸気マニホルドの望ましい組成を利用する。これらの化学種の実際の量は、好ましくは、単純化した燃焼モデルから計算される。
【００２８】
引き続いて図２において、ここに示す実施形態では、運転者のアクセルポジションセンサ入力及びエンジン速度（ｒｐｍ）入力は、ブロック８２で受け入れられる。ブロック８２は、エンジントルク要求を決定するためにルックアップテーブルを使用する。エンジントルク要求は、一つの燃料量を示し、その燃料量は、ここで具体的に説明しないエンジン制御の他の面（例えばシリンダバランス）に対して調整されうる。更に、図２は一つの好ましい実施形態を示しているが、ここに示した制御ストラテジの種々の態様が具体的に必要なわけではない。ブロック８４で、一方向２次フィルタが、トルク要求に対して幾らかの遅延を加える。遅延は、エンジン制御の比較的遅い空気流れの態様が、エンジン制御の比較的速い応答の燃料配送の態様に追いつくために、追加される。ブロック８６で、エンジン速度とトルク要求が受信され、他のエンジン条件と共に処理され、目標燃料噴射のタイミング、量、レール圧力が出力される。これらのファクタは、符号８８に示すように燃料配送を制御する。
【００２９】
ブロック９０で、エンジン吸気に必要な化学組成が決定される。必要な組成は、化学種（Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）で規定される。噴射制御ブロック８６からブロック９０に、サイクル当たりの燃料が提供され、ブロック９０はブロック８６に、サイクル当たり燃料制限を提供する（例えば、空気流量が小さい条件では、燃料が制限されるかもしれない）。ブロック９２で、ＥＧＲシステム及びターボチャージングシステムのための実際の流れの値、酸素対燃料の比、及び吸気ガスの化学組成が計算される。計算は、単純化された燃焼モデルとエンジンセンサ入力とに基づいている。ブロック９０における必要な又は設定されたポイント値は、ルックアップテーブルの５対以内に含まれる値の内挿に基づいている。第１のテーブル（９４，９８）は安定化されたターボチャージャブースト圧力に対応し、第２のテーブル（９６，１００）は最小許容ターボチャージャブースト圧力に対応する。即ち、第１のテーブルは燃料当たり（サイクル当たり）最大酸素量に対応する一方、第２のテーブルは、与えられたトルク要求に対する、燃料当たり最小許容酸素量に対応する。種々の計測から決定された現在の燃料当たり酸素量に基づいて、目標値は、具体的な値について二つのテーブルの間を内挿で求められる。
【００３０】
例えば、目標とされる二酸化炭素と空気の値は、テーブル９４及び９６の間の内挿を用いて決定される。（ブロック９４及びブロック９６は、それぞれ二つのルックアップテーブルを表し、一つのテーブルはＣＯ２について、一つのテーブルは酸素量／サイクルについてのものであって、全体で４個のテーブルを表す。）同様に、タイミングパラメータ、量及びレール圧力についての目標値が、テーブル９８と１００の間の内挿によって決定される。（ブロック９８とブロック１００はそれぞれ、３個のテーブルを表す。）本発明の好ましい実施形態によれば、ブロック９０における目標値をそれぞれの最小値／最大値テーブル（それぞれ、９６、１００及び９４、９８）以内に達成するために、制御器２２は、ＶＧＴ、ＥＧＲ弁及びポンプ流量（ｐｕｍｐ ｒａｔｅ）を調節する。
【００３１】
更に、ブロック９０で目標二酸化炭素量１１０が決定される。ブロック９２から、実際の二酸化炭素量が推定される。これらの量は、サイクル当たりの質量で表されるのが望ましいことが理解できる。加算器１１４は、目標二酸化炭素量１１０を実際の二酸化炭素量１１２と比較して、二酸化炭素誤差信号を決定する。ＥＧＲ弁１２２及びポンプ６７は、この誤差信号に基づいて、ＥＧＲポンプ指令信号により制御される。好ましくは、目標ＥＧＲ流量及び目標二酸化炭素量を達成するために、比例／積分／微分制御器１１６（又は好ましくは、例えばスミス補間（Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）等の非線型補償タームを伴って）等の制御器が、ＥＧＲ弁ポジション及びポンプ流量を調整する。更に、好ましい実施形態では、トルク要求の急な変化の影響を減らすことによって、過渡応答を改善するために、ブロック１２０内にＥＧＲループゲイン正規化が含まれている。
【００３２】
ループゲイン正規化の後に、その結果のＥＧＲポンプ指令信号が、制御器２２（図１）によって、ＥＧＲ弁１２２及びポンプ６７に供給される。好ましくは、後述のように、ＥＧＲポンプ指令信号はＶＧＴ制御にも渡される。
【００３３】
ＶＧＴ１７４の制御において、ブロック１６０で、トルク要求及びエンジン速度に基づいて、ベース形状（好ましい実施形態における翼ポジション）が決定される。指令されたベースポジションは、ブロック１６０からブロック１６１に渡される。ブロック１６２で、エンジンがエンジンブレーキとして動作しているとき、エンジンブレーキ制御ロジックが、通常のＶＧＴロジックによって、指令されたベースポジションをオーバライドすることが、ブレーキインタフェースによって許容される。通常の車両ブレーキが比較的短時間に比較的大きなエネルギを散逸させるのに対して、エンジンブレーキは、比較的少量のエネルギを比較的長時間にわたって散逸させるために、エンジンを圧縮機として使用する。
【００３４】
ベース形状ブロック１６０は、ＶＧＴ制御が過渡応答を改善するために、又、後述のように要求があるときに開ループ制御を可能とするために、フィードフォワード機能を有する。
【００３５】
ＥＧＲポンプ指令信号は、リード補償信号ロジック１４０によって受信され、ＥＧＲポンプ指令信号に基づいてリード補償信号が決定される。本発明の実施形態では、制御ループのこの部分が、ＥＧＲ弁、ポンプ及びＶＧＴ形状の同時制御を同期させる。特に、ＥＧＲ弁及びポンプの制御が、目標ＥＧＲ流量を達成するためには充分でないとき、目標ＥＧＲ流量が達成されるまで、タービンを通る空気流量が増加するようにＶＧＴ形状が修正される。更に、必要なＥＧＲ流量を達成するためにはＥＧＲ弁制御やＶＧＴ形状制御では不充分な場合は、ＥＧＲ回路背圧を増すようにポンプ６７のメータリング（ｍｅｔｅｒｉｎｇ）を修正する。リードターム（ｌｅａｄ ｔｅｒｍ）１４０は、ターボブースト遅延を補償するために過渡応答を改善する。即ち、必要なエンジン吸気内の二酸化炭素を達成するために、ＥＧＲ弁制御とＶＧＴ形状制御とポンプ制御では不充分である場合は、タービンを通る流れを増すことにより、全体の空気流量が増える。しかし、タービン効率が低くなり、再循環流路を通る二酸化炭素含有の排ガスを駆動する背圧が増す。その結果、吸気におけるサイクル当たりの二酸化炭素質量が増す。
【００３６】
ブロック１４２では、ＥＧＲ弁ポジション及びポンプメータリングレートに基づく追加補償タームがリード補償出力を修正する。図示のように、加算器１４４は、サイクル当たりの必要空気量信号及びサイクル当たりの実際の空気量信号を受信して空気誤差を決定する。リード補償器１４０及び追加の補償器１４２は、ＥＧＲ弁が開きつつあると予想される（ｅｘｐｅｃｔｅｄ）ときに、空気誤差を予測して（ａｎｔｉｃｉｐａｔｅ）それを誇張する。ブロック１４４で決定された空気誤差及び／又はブロック１６０で決定されたベース形状（例えば翼ポジション）は、ＶＧＴ指令信号を決定するために使用される。
【００３７】
好ましくは、ブロック１４８で、ブロック１４８内の正規化値がＰＩＤ制御器１５０のループゲインを線形化し、開ループ制御と閉ループ制御の間の可変スイッチとして機能する。即ち、空気流量が小さい条件（エンジン速度が小さく、トルク要求も低い条件）で、正規化ファクタは、空気誤差が、ＶＧＴ１７４を制御する上で実質的に重要でなくなるように、空気誤差をゼロ又は充分に小さい値に減らす。即ち、空気流量が小さい条件では、正規化が、実質的に空気誤差信号を無くし、その結果、ベース形状（フィードフォワードターム）が、あたかも開ループのようにＶＧＴを制御するようになる。他方、空気流量が充分なレベルに達すると、ＶＧＴ１７４を制御してＰＩＤ制御器１５０を線形化するように、ゲイン正規化ファクタが、ゼロから充分に大きな値にジャンプする。空気流量が続けて増していくときは、正規化ファクタは減少する。より大きな空気流量では、ＰＩＤ制御器１５０がより効率がよいからである。空気流量は、好ましくは、トルク要求とエンジン速度の関数として決定される。相当の空気流量が存在すると、ゲイン正規化タームが相当に増大して、フィードフォワードタームを伴うＶＧＴの実質的に純粋な開ループ制御から、ＶＧＴの閉ループ制御（フィードフォワードタームを伴う）に変化する。空気流量が引き続き増える場合は、ゲイン正規化タームが減らされる。
【００３８】
加算器１５２で示すように、ブロック１６０からのベース翼ポジション（又は、実施形態により、他の適当な形状インジケータ）は、ＶＧＴ指令信号の一般的制御を提供する。一方、空気誤差から導かれた信号は、微調整を提供する（但し、空気誤差部分が実質的に無視され、開ループ制御が使用される小空気流量条件を除く）。制限器１７０は、加算器１５２の出力について、ターボのオーバスピードを防ぐための必要性から、ＶＧＴ指令信号を制限する。例えば、高地では、より多くの酸素が連続して要求される結果、ターボオーバスピードになるかもしれない。このような状況は、ブロック１７２で、ターボスピード制限によって防がれる。必要ならば、制限の後に、ＶＧＴ指令信号がＶＧＴ１７４に与えられる。上述のように、空気誤差信号の調整をしてＶＧＴ指令信号の微調整をするために、ＥＧＲ指令信号が（リード補償と共に）利用される。従って、ＥＧＲ及びＶＧＴの両方のシステムの連続的な同時制御によって、制御ストラテジの最中に、これらのシステムの相互の影響を考慮することが可能になる。リードターム１４０は、過渡応答を改善する。従って、もしも目標ブースト（又は空気／燃料比）が達成できない場合に、ＥＧＲ弁ポジションとＶＧＴとポンプメータリングレートを調整して、制御ループを逆向きに作用することもできる。即ち、テーブル９４、９６で、燃料当たりの酸素量が少ない場合に、最小ＣＯ２テーブル内の値が、目標二酸化炭素量をゼロと指令する。上の方のＣＯ２テーブルは、燃料当たり酸素の比が高い場合の目標ＣＯ２量を指令する。下の方のＣＯ２テーブルは、目標ＣＯ２がゼロであるような燃料当たり酸素の比が低い場合を定義する。即ち、エンジンが既に燃料リッチに運転しているときは、テーブル９４と９６は、目標二酸化炭素量がゼロになるように内挿される。従って、二つの二酸化炭素テーブルの間を内挿するために使用される関数は、二つの空気量テーブルの間を内挿するために使用される関数とは著しく異なっているかもしれない。更に、二つのテーブルの間の内挿は、直線的な内挿に限らず、他の形式であってもよいということが理解できる。
【００３９】
発明の実施形態を図示し説明したが、これらの実施形態は、本発明のすべての可能な形態を図示し説明することを意図していない。この明細書で使用される言葉は限定するためでなくて説明するためのものである。又、本発明の概念や範囲から逸脱することなしに種々の変更が可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による内燃機関及びエンジン制御システムの模式図である。
【図２ａ】
本発明によるＥＧＲ及びＶＧＴ回路を制御する制御ロジックを示すブロック図である。
【図２ｂ】
本発明によるＥＧＲ及びＶＧＴ回路を制御する制御ロジックを示すブロック図である。
【図１】
2004528503.tif 000003
【図２ａ】
2004528503.tif 000004
【図２ｂ】
2004528503.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004528503.tif 000006
2004528503.tif 000007
2004528503.tif 000008
2004528503.tif 000009
2004528503.tif 000010
2004528503.tif 000011
2004528503.tif 000012
2004528503.tif 000013
2004528503.tif 000014
2004528503.tif 000015
2004528503.tif 000016
2004528503.tif 000017
2004528503.tif 000018
2004528503.tif 000019
2004528503.tif 000020
2004528503.tif 000021
2004528503.tif 000022
2004528503.tif 000023
2004528503.tif 000024
2004528503.tif 000025
2004528503.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月26日(2002.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気マニホルドとエンジン吸気マニホルドを有する内燃機関に使用されるエンジン排ガス処理のための排ガス処理システムであって、
前記エンジン排気マニホルド及びエンジン吸気マニホルドに連絡し、エンジン排ガスを前記エンジン吸気マニホルドに向かわせるための排気再循環弁と、
前記エンジン吸気マニホルドと排気再循環弁との間に配置され、前記排ガスが前記エンジン排気マニホルドから前記エンジン吸気マニホルドへ流れることを促進する０乃至０．２バールの圧力範囲の差圧を作り出す小型メーターポンプであって、この小型メーターポンプが排気再循環流れを計量する前記小型メーターポンプと、
前記ポンプと排気再循環弁との間に配置され、前記排ガスが前記エンジン吸気マニホルドに達する前に前記エンジン排ガスを冷却するための冷却器と、
排気により駆動されるタービンと吸気を加圧する圧縮機を備えた可変形状ターボチャージャと、
前記排気再循環弁、小型メーターポンプ、可変形状ターボチャージャとに連絡し、目標ＥＧＲ流れを決定し、実際のＥＧＲ流れが目標ＥＧＲ流れに近づくように排気再循環弁、小型メーターポンプ、可変形状ターボチャージャを制御するエンジン制御器と、
を有する排ガス処理システム。
【請求項２】
前記ＥＧＲ弁は、開閉弁である請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項３】
前記ＥＧＲ弁は、調節弁である請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項４】
前記小型メーターポンプは、前記冷却器と前記エンジン吸気との間に配置されている請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項５】
前記ポンプは排気再循環流量のリアルタイム計測が可能である請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項６】
前記小型メーターポンプは、質量基準で全エンジン流の約２５％以下の全流量容量を有する請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項７】
前記エンジン制御器が、目標吸気の所定の化学種の組成に基づいて目標ＥＧＲ流れを決定する請求項１記載の排ガス処理システム。
【請求項８】
前記化学種は、酸素、窒素、二酸化炭素及び水である請求項７記載の排ガス処理システム。
【請求項９】
前記目標ＥＧＲ流量及び実際のＥＧＲ流量は、質量流量に対応している請求項１記載の排ガス処理システム。
【国際調査報告】
2004528503.tif 000027
2004528503.tif 000028