(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管とスロットルバルブ下流の吸気管とを接続する通路に介装したＥＧＲバルブの開度を制御して排気ガスの一部を吸気側に還流させる際のＥＧＲ率を推定するエンジンのＥＧＲ率推定装置であって、
上記スロットルバルブの開度と上記ＥＧＲバルブの開度とに基づいて、低負荷運転領域におけるＥＧＲ率特性を近似して作成したマップにより基本ＥＧＲ率を設定する手段と、  エンジン回転数と吸気管圧力とに基づいて、上記基本ＥＧＲ率を排気管圧力の変化に応じて補正する補正係数を設定する手段と、
上記基本ＥＧＲ率を上記補正係数で補正し、運転領域毎の実際のＥＧＲ率を推定する手段とを備えたことを特徴とするエンジンのＥＧＲ率推定装置。
【請求項２】
上記ＥＧＲバルブの開度を上記ＥＧＲバルブのバルブリフト量とし、このバルブリフト量をエンジン回転数と上記スロットルバルブの開度とに基づいて求めることを特徴とする請求項１記載のエンジンのＥＧＲ率推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの一部を吸気側に還流させる際のＥＧＲ率を推定するエンジンのＥＧＲ率推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、エンジンの燃焼過程においては、混合気中の不活性成分を多くすると、単位発熱量当たりのガス量の増加により燃焼温度が下がり、排気ガス中のＮＯx の発生が少なくなる。このため、従来より、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気ガス還流（ＥＧＲ）が広く採用されており、このＥＧＲにより、排気ガス中のＮＯx の低減と燃費低減とを図ることができる。
【０００３】
この場合、吸気管圧力とエンジン回転数とに基づいて１サイクル当たりの吸入空気量を推定し、この１サイクル当たりの吸入空気量に対応する基本燃料噴射量を決定する、いわゆるスピードデンシティ（Ｄジェトロニック）方式を採用するエンジンでは、ＥＧＲ実施時に吸気管圧力から推定する吸入空気量に誤差が生じ、燃料噴射量が不適切となって空燃比ずれが生じる虞がある。
【０００４】
従って、ＥＧＲ実施時には、正確なＥＧＲ率を求めて燃料噴射量を補正する必要があり、例えば、特開平２−３０８９６０号公報には、標準大気圧下で吸気管圧力とエンジン回転速度とによって定められたＥＧＲ率をマップ化しておき、このマップを大気圧で補正した補正吸気管圧力とエンジン回転速度とに基づいて検索し、得られたＥＧＲ率に、大気圧に基づいて算出された補正係数を乗算して補正ＥＧＲ率を求める技術が開示されている。
【０００５】
また、特開平７−２７９７７４号公報には、定常時のＥＧＲ率を予め実験によって作成したマップから求め、この定常時のＥＧＲ率を、（排気還流弁の実リフトと弁前後の圧力比すなわち吸気圧力と大気圧との比より求まるガス量）／（リフト指令値と弁前後の圧力比すなわち吸気圧力と大気圧との比より求まるガス量）によって補正して正味のＥＧＲ率を推定する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の先行技術にも開示されているように、従来、ＥＧＲ率を求める際には、大気圧の変化に対する補正を行うために、大気圧を検出しなければならず、大気圧を検出するための専用のセンサによる直接計測、あるいは、吸気管圧力を検出するセンサを兼用し、運転条件に応じて大気圧を計測する等の措置が必要であった。
【０００７】
この場合、特開平２−３０８９６０号公報に開示されているように、スロットル弁下流の吸気管に取り付けた圧力センサを用い、スロットルバルブを所定開度以上且つ一定時間経過した場合に、圧力センサ出力値を大気圧とする技術では、長い下り坂を下るとき等のスロットル踏み混み量が少ない運転状態では、大気圧を計測できずにＥＧＲ率補正が演算されない場合があり、一方、特開平７−２７９７７４号公報に開示されているように、大気圧を検出するために専用のセンサを使用する技術では、コスト増加を招くという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、大気圧変化に伴うＥＧＲ率のズレを、大気圧を計測すること無しに補正することができ、いかなる環境変化に対しても実際のＥＧＲ率を的確に推定することのできるエンジンのＥＧＲ率推定装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、エンジンの排気管とスロットルバルブ下流の吸気管とを接続する通路に介装したＥＧＲバルブの開度を制御して排気ガスの一部を吸気側に還流させる際のＥＧＲ率を推定するエンジンのＥＧＲ率推定装置であって、上記スロットルバルブの開度と上記ＥＧＲバルブの開度とに基づいて、低負荷運転領域におけるＥＧＲ率特性を近似して作成したマップにより基本ＥＧＲ率を設定する手段と、エンジン回転数と吸気管圧力とに基づいて、上記基本ＥＧＲ率を排気管圧力の変化に応じて補正する補正係数を設定する手段と、上記基本ＥＧＲ率を上記補正係数で補正し、運転領域毎の実際のＥＧＲ率を推定する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記ＥＧＲバルブの開度を上記ＥＧＲバルブのバルブリフト量とし、このバルブリフト量をエンジン回転数と上記スロットルバルブの開度とに基づいて求めることを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明によるエンジンのＥＧＲ率推定装置では、スロットルバルブの開度とＥＧＲバルブの開度とに基づいて、低負荷運転領域におけるＥＧＲ率特性を近似して作成したマップにより基本ＥＧＲ率を設定し、この基本ＥＧＲ率を、エンジン回転数と吸気管圧力とに基づいて設定した補正係数を用いて排気管圧力の変化に応じて補正し、運転領域毎の実際のＥＧＲ率を推定する。
【００１３】
この場合、ＥＧＲバルブの開度は、請求項２に記載したように、ＥＧＲバルブのバルブリフト量としてエンジン回転数とスロットルバルブの開度とに基づいて求めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係わり、図１はＥＧＲ率推定・燃料補正係数設定ルーチンのフローチャート、図２はエンジン制御系の要部構成図、図３はＥＧＲバルブリフト指示値マップの説明図、図４は基本ＥＧＲ率マップの説明図、図５は排気圧力補正係数マップの説明図である。
【００１５】
図２において、符号１はエンジンであり、このエンジン１の吸気ポートに連通する吸気通路２の中途にサージタンク３が設けられ、このサージタンク３上流側にスロットルバルブ４が介装されている。上記吸気通路２の吸気ポート直前には、吸気ポート内に燃料を噴射するためのインジェクタ５が介装され、上記サージタンク３には、吸気管圧力を計測する絶対圧センサ６が設置されている。また、上記スロットルバルブ４には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ７が連設されている。
【００１６】
一方、上記エンジン１の排気ポートに連通する排気通路８の中途には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 センサ９が臨まされ、このＯ2 センサ９の下流側に、触媒コンバータ１０が介装されている。上記排気通路８は、ＥＧＲ通路１１を介して上記サージタンク３と連通されており、ＥＧＲ実施時、上記ＥＧＲ通路１１の中途に介装されたＥＧＲバルブ１２のバルブ開度に応じて排ガスの一部が吸気系へ還流され、新気と排気ガスと燃料との混合ガスがエンジン１の燃焼室に吸入されて再燃される。尚、本形態では、上記ＥＧＲバルブ１２は、バルブリフト量によってバルブ開度が決定される形式のものである。
【００１７】
以上の構成によるエンジン１は、マイクロコンピュータ等からなる電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０によって電子制御される。このＥＣＵ２０には、上記絶対圧センサ６、上記スロットル開度センサ７、上記Ｏ2 センサ９、その他、冷却水温を計測する水温センサ１３、クランク角を検出するクランク角センサ１４等の各種センサ類が接続されるとともに、上記インジェクタ５、上記ＥＧＲバルブ１２等の各種アクチュエータ類が接続されている。
【００１８】
上記ＥＣＵ２０では、各種センサ類によるエンジン運転状態を表すパラメータを用いて燃料噴射量や点火時期等の各種制御量を演算し、エンジン１の空燃比が常に適正な空燃比となるよう制御しているが、本エンジン１では、スピードデンシティ（Ｄジェトロニック）方式を採用し、絶対圧センサ６で検出したスロットルバルブ４下流の吸気管圧力とエンジン回転数とに基づいて基本燃料噴射量を決定しているため、ＥＧＲ実施時には、燃料噴射量を補正して空燃比のずれを防止する必要がある。
【００１９】
このため、上記ＥＣＵ２０では、ＥＧＲ率ＥＧＲＣＡＬを推定し、このＥＧＲ率ＥＧＲＣＡＬを１から減算した値を燃料補正係数ＦＥＧＲとして設定し、上記インジェクタ５から噴射される燃料噴射量を決定する際の補正項として加えることで、ＥＧＲ実施時にも適正な空燃比を保つようにしている。
【００２０】
すなわち、上記インジェクタ５から噴射される燃料噴射量を定める最終的な燃料噴射パルス幅Ｔｉは、基本燃料噴射量を定める基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを、以下の(1) 式に示すように、水温センサ１３で検出した冷却水温等に基づいて設定した各種補正項ＣＯＥＦ、Ｏ2 センサ９によって検出された空燃比に基づいて設定した空燃比フィードバック補正係数ＲＡＭＢＤＡ、上記燃料補正係数ＦＥＧＲ、及び、バッテリ電圧に基づいて設定したインジェクタ５の無効噴射時間を補間する電圧補正係数ＴＳにより補正して決定される。
【００２１】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＦＥＧＲ×ＲＡＭＢＤＡ＋ＴＳ  …(1)
但し、ＦＥＧＲ＝１−ＥＧＲＣＡＬであり、ＥＧＲを実施しないときには、ＥＧＲＣＡＬ＝０すなわちＦＥＧＲ＝１となり、燃料補正は無い。
【００２２】
ここで、ＥＧＲ率ＥＧＲＣＡＬは、吸入空気量ＱとＥＧＲガス量ＱＥＧＲとを加算した吸気管内の総ガス量に対するＥＧＲガス量ＱＥＧＲの比として定義され、以下の(2) 式に示すように変形することができる。
【００２３】
ＥＧＲＣＡＬ＝ＱＥＧＲ／（ＱＥＧＲ＋Ｑ）
＝１／（１＋Ｑ／ＱＥＧＲ）    …(2)
また、吸入空気量Ｑはスロットルバルブ４の開口面積とスロットルバルブ４上下流の圧力差によって決定され、スロットルバルブ４の開口面積は、スロットル開度ＴＨＲの関数Ｆ１(THR) で表せることから、吸入空気量Ｑは、以下の(3) 式に示すように、スロットル開度ＴＨＲの関数Ｆ１(THR) とスロットルバルブ４上下流の差圧ΔＰＡの関数Ｇ１(ΔPA) とによって表すことができる。
【００２４】
Ｑ＝Ｆ１(THR) ×Ｇ１(ΔPA)   …(3)
同様に、ＥＧＲガス量ＱＥＧＲは、ＥＧＲバルブ１２の開口面積とＥＧＲバルブ１２上下流の圧力差によって決定され、ＥＧＲバルブ１２の開口面積は、ＥＧＲバルブ１２のバルブ開度を表すバルブリフト量ＬＦＴの関数Ｆ２(LFT) で表せることから、ＥＧＲガス量ＱＥＧＲは、以下の(4) 式に示すように、ＥＧＲバルブ１２のバルブリフト量ＬＦＴの関数Ｆ２(LFT) とＥＧＲバルブ１２上下流の差圧ΔＰＥの関数Ｇ２(ΔPE) とによって表すことができる。尚、例えばロータリソレノイド等によって弁開閉を行う形式のＥＧＲバルブを採用する場合には、回転角等の関数によって開口面積を表す。
【００２５】
ＱＥＧＲ＝Ｆ２(LFT) ×Ｇ２(ΔPE)   …(4)
上記(3),(4)式における差圧の関数Ｇ１(ΔPA)，Ｇ２(ΔPE)について考えると、スロットルバルブ４上下流の差圧ΔＰＡとは、大気圧と吸気管圧力との差圧であり、ＥＧＲバルブ１２上下流の差圧ΔＰＥとは、排気管圧力と吸気管圧力との差圧である。従って、排気管圧力が大気圧と同等とみなせる場合、すなわち、排気管圧力が大気圧に極近い低負荷運転領域にある場合には、スロットルバルブ４における差圧の関数Ｇ１(ΔPA）とＥＧＲバルブ１２における差圧の関数Ｇ２(ΔPE) とが同一であるとみなすことができ、上記(2) 式におけるＱ／ＱＥＧＲの項を、スロットル開度ＴＨＲの関数Ｆ１(THR）とＥＧＲバルブ１２のバルブリフト量ＬＦＴの関数Ｆ２(LFT) との比で置き換えてＥＧＲ率ＥＧＲＣＡＬを以下の(5) 式のように表現することができる。
【００２６】
ＥＧＲＣＡＬ＝１／（１＋Ｆ１(THR）／Ｆ２(LFT) ）  …(5)
上記(5)式により、低負荷運転領域では、スロットル開度ＴＨＲと運転領域毎に決定されるＥＧＲバルブ１２のバルブリフト量ＬＦＴとの２つのパラメータを用いてＥＧＲ率を推定することができ、この２つのパラメータを用いて推定したＥＧＲ率を全運転領域に対する基本ＥＧＲ率ＳＴＥＧＲとする。
【００２７】
一方、排気管圧力と大気圧とが等しくない場合には、上述の２つのパラメータだけではＥＧＲ率を推定することはできない。排気管圧力は、エンジンから排出される排気ガス量によって生じる圧力であり、高負荷運転領域になる程、排気管圧力が高くなり、また、高地等で大気圧が変化した場合にも排気管圧力が変化する。
【００２８】
排気ガス量は、運転領域で変化し、エンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭとの関数で表すことができることから、基本ＥＧＲ率ＳＴＥＧＲをエンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭとをパラメータとして補正することにより、大気圧を計測すること無く、低負荷運転領域の他の運転領域におけるＥＧＲ率を推定することができる。
【００２９】
すなわち、基本ＥＧＲ率ＳＴＥＧＲに対する補正量を排気圧力補正係数ＫＥＧＲＨとして、最終的に、ＥＧＲ率ＥＧＲＣＡＬは、以下の(6) 式で求めることができ、これにより、いかなる環境変化に対しても、実際に吸入されたであろう排気ガス量と新気吸入空気量との割合を的確に推定できる。
【００３０】
ＥＧＲＣＡＬ＝ＳＴＥＧＲ×ＫＥＧＲＨ  …(6)
以下、上記ＥＣＵ２０によるＥＧＲ率推定に係わる処理について、図１のフローチャートに従って説明する。
【００３１】
図１は、所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に割込み実行されるＥＧＲ率推定・燃料補正係数設定ルーチンであり、このルーチンでは、まず、ステップS101でクランク角センサ１４からの信号に基づくエンジン回転数ＮＥ、スロットル開度センサ７からの信号に基づくスロットル開度ＴＨＲ、絶対圧センサ６からの信号に基づく吸気管圧力ＰＭを読み込み、ステップS102で、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨＲとをパラメータとしてＥＧＲバルブリフト指示値マップＭＬＦＴを参照し、現在の運転領域におけるＥＧＲバルブ１２のバルブリフト量ＬＦＴを検索する。
【００３２】
上記ＥＧＲバルブリフト指示値マップＭＬＦＴは、予め実機でＥＧＲ限界等を考慮して各運転領域で最適なＥＧＲガス量となるバルブリフト量を求めて作成されるものであり、図３（ａ）に示すように、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨＲとによって決定される運転領域毎に、ＥＧＲバルブ開度指示値としてのバルブリフト量ＬＦＴがストアされており、例えば、図３（ｂ）に示すように、エンジン回転数が２０００〜４０００ｒｐｍでスロットル開度が中開度の常用域においてバルブリフト量を大とし、ＥＧＲ量を増大させるような特性となっている。
【００３３】
次に、ステップS103へ進み、上記ステップS102で検索したバルブリフト量ＬＦＴが０か否か、すなわち、ＥＧＲバルブ開度指示値が全閉か否かを調べることにより、現在の運転領域がＥＧＲ実施領域か否かを判定する。そして、ＬＦＴ＝０でＥＧＲバルブ開度指示値が全閉であり、ＥＧＲ実施領域でないときにはルーチンを抜け、ＬＦＴ≠０のとき、ステップS104へ進む。
【００３４】
ステップS104では、スロットル開度ＴＨＲとバルブリフト量ＬＦＴとをパラメータとして、図４（ａ）に示すような基本ＥＧＲ率マップＭＳＴＥＧＲを参照し、基本ＥＧＲ率ＳＴＥＧＲを検索する。この基本ＥＧＲ率マップＭＳＴＥＧＲは、実機で求めた低負荷運転領域のＥＧＲ率特性からスロットル開度ＴＨＲとバルブリフト量ＬＦＴとをパラメータとするＥＧＲ率の近似式を求め、この近似式によって求めたＥＧＲ率を、図４（ｂ）に示すような特性の基本ＥＧＲ率ＳＴＥＧＲとしてストアしたマップであり、エンジンの排気管圧力が大気圧と同等であるという前提下での全運転領域に対するＥＧＲ率のマップである。
【００３５】
続くステップS105では、エンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭとをパラメータとして、図５（ａ）に示すような排気圧力補正係数マップＭＫＥＧＲＨを参照し、排気圧力補正係数ＫＥＧＲＨを検索する。この排気圧力補正係数マップＭＫＥＧＲＨは、エンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭとによって決定される運転領域毎に、実機で測定したＥＧＲ率を基本ＥＧＲ率ＳＴＥＧＲと比較し、その比を係数としてストアしたマップである。実際のＥＧＲ特性は、エンジンによっても異なるが、高負荷・高回転になる程、排気管圧力が高まり、その結果、ＥＧＲがかかりにくくなることから、例えば、図５（ｂ）に示すように、高負荷・高回転になるほど、ＥＧＲ率が下がるように補正する特性となっている。
【００３６】
その後、ステップS106へ進み、基本ＥＧＲ率ＳＴＥＧＲに排気圧力補正係数ＫＥＧＲＨを乗算してＥＧＲ率ＥＧＲＣＡＬを演算すると（ＥＧＲＣＡＬ＝ＳＴＥＧＲ×ＫＥＧＲＨ）、ステップS107で、ＥＧＲ実施による燃料噴射量のずれ分を補正するための燃料補正係数ＦＥＧＲを設定し（ＦＥＧＲ＝１−ＥＧＲＣＡＬ）、ルーチンを抜ける。
【００３７】
上記燃料補正係数ＦＥＧＲは、燃料噴射量設定の際に参照され、前述の(1)式に従って最終的な燃料噴射パルス幅Ｔｉが演算される。これにより、ＥＧＲ実施時の空燃比ズレを防止し、常に適正な空燃比を維持することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、スロットルバルブの開度とＥＧＲバルブの開度とに基づいて、低負荷運転領域におけるＥＧＲ率特性を近似して作成したマップにより基本ＥＧＲ率を設定し、この基本ＥＧＲ率を、エンジン回転数と吸気管圧力とに基づいて設定した補正係数を用いて排気管圧力の変化に応じて補正し、運転領域毎の実際のＥＧＲ率を推定するため、大気圧変化に伴うＥＧＲ率のズレを大気圧を計測すること無しに補正することができ、いかなる環境変化に対しても実際のＥＧＲ率を的確に推定することができる。これにより、ＥＧＲ実施時の空燃比ズレを防止して排気ガス及び燃費の悪化を防止することができる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＧＲ率推定・燃料補正係数設定ルーチンのフローチャート
【図２】エンジン制御系の要部構成図
【図３】ＥＧＲバルブリフト指示値マップの説明図
【図４】基本ＥＧＲ率マップの説明図
【図５】排気圧力補正係数マップの説明図
【符号の説明】
１  …エンジン
４  …スロットルバルブ
１２…ＥＧＲバルブ
２０…ＥＣＵ
ＴＨＲ…スロットル開度
ＬＦＴ…バルブリフト量
ＮＥ…エンジン回転数
ＰＭ…吸気管圧力
ＳＴＥＧＲ…基本ＥＧＲ率
ＫＥＧＲＨ…排気圧力補正係数
ＥＧＲＣＡＬ…ＥＧＲ率
【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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