(57)【要約】【課題】排ガスへの影響を最小限に抑えつつＥＧＲ弁の開弁時の気流音を低減することができるエンジンのＥＧＲ弁制御装置を提供する。【解決手段】エンジン運転条件が気流音低減要求領域にある場合に、ＥＧＲ弁（２６）が全閉状態から開き始める際に，ＥＧＲ弁（２６）を所定の開弁速度にて所定の時間緩やかに開弁するランプ制御を行い、上記ランプ制御終了後は速やかに目標開度までＥＧＲ弁を開弁する２段動作の制御装置を備えたものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路を流通する排ガスの一部を吸気通路側にＥＧＲ弁を介して還流する排気ガス再循環装置において、上記ＥＧＲ弁が全閉状態から開き始める際、上記ＥＧＲ弁を所定の開弁速度にて、緩やかに開弁させるランプ制御を行わせ、上記ランプ制御終了後は速やかに目標開度まで上記ＥＧＲ弁を開弁させる制御を行わせたことを特徴とするエンジンのＥＧＲ弁制御装置。
【請求項２】
上記ランプ制御は、エンジンの低速回転時に実施させ、高速回転時に実施させないことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ弁制御装置。
【請求項３】
上記ランプ制御は、エンジンの低負荷時に実施させ、高負荷時に実施させないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ弁制御装置。
【請求項４】
上記開弁速度と全閉状態からランプ制御終了までの所定時間とから予め実験値により求められた気流音低減効果領域を設定した相関マップを設け、運転状態に応じて上記相関マップから上記開弁速度と上記所定時間を設定し上記ＥＧＲ弁制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ弁制御装置。
【請求項５】
ＥＧＲ弁の全開時の開度を１００％とした場合、上記所定の開弁速度は４０〜６０％／ｓｅｃ、上記所定時間は９００〜１３００ｍｓｅｃとしたことを特徴とする請求項1に記載のエンジンのＥＧＲ弁制御装置。
【請求項６】
上記ランプ制御は、急加速時等の過渡運転状態時に実施させるようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のエンジンのＥＧＲ弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス再循環システムに関し、特にそのＥＧＲ弁を開弁する際に、排ガスの悪化、騒音（気流音）の発生を抑制するようにしたエンジンのＥＧＲ弁制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用エンジン等のＥＧＲ装置では、排ガスの一部がＥＧＲ用の通路（ＥＧＲ通路）を介して吸気通路に戻されて燃焼室に供給される。そして、この排ガスの再循環量（ＥＧＲ量）を制御することにより、良好な燃焼状態の確保及び排ガス浄化の促進が図られている。また、ＥＧＲ過還流によるスモーク排出防止のため、ＥＧＲ弁が全閉状態から目標開度へ開弁するＥＧＲ弁制御の例がある。この例として、特許文献１では、エキブレ解除時に排気還流領域条件にあると、排気還流が開始される時に、ＥＧＲ弁の開度は、まず所定の開度までステップ的に開いた後、時間経過に伴って徐々に開き、排圧が十分に低下した頃に目標開度に達成させている。
【特許文献１】特開２０００−３３７１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のような技術では、上記ＥＧＲ弁が全閉状態から開き始める際，開度変化が大きいとＥＧＲ弁の前後圧力差によりＥＧＲガスが急激に流れ，耳障りな騒音として気流音が発生する場合があり、特に、所定の開度までＥＧＲ弁が一気にステップ的に開いた場合には、ＥＧＲ弁開き始めにＥＧＲガスが一気に流れて気流音が発生しやすくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ＮＯｘの増加を極力抑制しつつＥＧＲ弁の開弁時の気流音を低減することができるエンジンのＥＧＲ弁制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成すべく、請求項１記載のエンジンのＥＧＲ弁制御装置は、エンジンの排気通路を流通する排ガスの一部を吸気通路側にＥＧＲ弁を介して還流する排気ガス再循環装置において、上記ＥＧＲ弁が全閉状態から開き始める際、上記ＥＧＲ弁を所定の開弁速度にて、緩やかに開弁させるランプ制御を行わせ、上記ランプ制御終了後は速やかに目標開度まで上記ＥＧＲ弁を開弁させる制御を行わせたことを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、上記ランプ制御は、エンジンの低速回転時に実施させ、高速回転時に実施させないことを特徴としている。          
【０００７】
更に、請求項３記載の発明では、上記ランプ制御は、エンジンの低負荷時に実施させ、高負荷時に実施させないことを特徴としている。
【０００８】
更に、請求項４記載の発明では、上記開弁速度と全閉状態からランプ制御終了までの所定時間とから予め実験値により求められた気流音低減効果領域を設定した相関マップを設け、運転状態に応じて上記相関マップから上記開弁速度と上記所定時間を設定し上記ＥＧＲ弁制御することを特徴としている。
【０００９】
更に、請求項５記載の発明では、ＥＧＲ弁の全開時の開度を１００％とした場合、上記所定の開弁速度は４０〜６０％／ｓｅｃ、上記所定時間は９００〜１３００ｍｓｅｃとしたことを特徴としている。
【００１０】
更に、請求項６記載の発明では、上記ランプ制御は、急加速時等の過渡運転状態時に実施させるようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
従って、請求項１記載の本発明のエンジンのＥＧＲ弁制御装置によれば、ＥＧＲ弁が全閉状態から開き始める際にランプ制御されることにより，ＥＧＲガスが急激に流れることが防止され、その結果、発生する気流音が低減される。また同時にＥＧＲ弁開き始めの急激な空気過剰率低下が無いため、スモークの排出も抑制される。更に上記ランプ制御終了後は速やかに目標開度までＥＧＲ弁を開弁制御するため、ＥＧＲを効かすことができ、ランプ制御実施によるＮＯｘの増加を抑制できる。
【００１２】
また、請求項２および請求項３記載の発明によれば、エンジン回転速度とエンジン負荷条件で気流音低減を重視する領域（低速時と低負荷時）と、気流音低減が不要でＮＯｘ低減を重視する領域（高速高負荷時）に分けることにより、ランプ制御の実施可否を判断できる。真に必要なエンジン運転条件に限定しランプ制御を実施し、気流音の低減およびＮＯｘ増加の抑制ができる。
更に、請求項４の発明では、気流音低減効果とＮＯｘ増加の抑制効果を考慮して、エンジン運転条件（エンジン回転速度とエンジン負荷）をパラメータとした上記開弁速度と上記所定時間との相関マップを設ける。上記相関マップを用いることで、所定のエンジン運転条件（エンジン回転速度とエンジン負荷）における良好な上記開弁速度と上記所定時間を設定することが可能となる。
【００１３】
更に、請求項５記載の発明では、上記開弁速度と上記所定時間（以下では継続時間と称す）を最適化することにより、ＥＧＲ弁開弁時の気流音を大幅に低減しつつＮＯｘの増加を極力抑制することが可能となる。
【００１４】
更に、請求項６記載の発明では、最も気流音が発生しやすい運転条件である急加速時等の過渡運転状態時にＥＧＲ弁ランプ制御で対応するため、より効果を引出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
【００１６】
図１はディーゼルエンジン用に具体化されたＥＧＲ制御装置である。同図に示されるように、エンジン２の吸気通路４には過給機６が設けられている。図示しないエアクリーナから取り入れられた吸入空気は、コンプレッサ８により過給された後にインタークーラ１０を経て燃焼室１６に導入される。
【００１７】
また、吸気通路４の適宜位置には吸気絞り弁１２が配設されている。この吸気絞り弁１２は、モータで駆動されるバタフライ弁体１４を備え、このバタフライ弁体１４の開閉動作によって新気量を制御し、更に、排ガスの再循環量（ＥＧＲ量）も制御する。
【００１８】
エンジン２の排気通路２０にはコンプレッサ８と同軸上に結合されたタービン２２が設けられ、タービン２２は燃焼後の排ガスによって回転駆動される。
【００１９】
また、吸気通路４と排気通路２０とはＥＧＲ通路２４により連結され、このＥＧＲ通路２４の適宜位置にはＥＧＲ弁２６が配設されている。このＥＧＲ弁２６はモータで駆動されるポペット弁体２８を備え、このポペット弁体２８の開閉動作によってＥＧＲ量を制御する。ＥＣＵ４０（電子コントロールユニット）は、吸気絞り弁１２やＥＧＲ弁２６の開度の連続制御を含めたエンジン２の総合的な制御を行う。
【００２０】
ＥＣＵ４０の入力側には、エアフローセンサ３０、吸気圧センサ３２、吸気温センサ３４、回転速度センサ３６、及びアクセルセンサ３８等の各種センサ類が接続されている。このエアフローセンサ３０ではエンジン２の新気量に応じた電圧を出力し、吸気圧センサ３２では吸気圧を検出し、吸気温センサ３４では吸気温を検出する。また、回転速度センサ３６ではエンジン２の回転速度を検出し、アクセルセンサ３８では運転者によるアクセル開度を検出する。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の吸気絞り弁１２やＥＧＲ弁２６の他、燃料噴射弁１８等の各種デバイス類が接続されている。
【００２１】
ここで、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁１８の開閉を制御する噴射制御部４２と、吸気絞り弁１２やＥＧＲ弁２６の開閉を制御するＥＧＲ制御部４４とを備えている。そして、ＥＣＵ４０では、目標の空気過剰率λとなるように吸気絞り弁１２のバタフライ弁体１４の開度やＥＧＲ弁２６の弁体ポペット２８の開度を連続制御して目標の空気過剰率λのフィードバック制御（λＦ／Ｂ制御）を実施している。
【００２２】
具体的には、噴射制御部４２では、例えば回転速度センサ３６からの回転速度やアクセルセンサ３８からのアクセル開度から燃料噴射量等を設定し、これらの設定値に基づいて燃料噴射弁１８を駆動制御してエンジン２を運転する。
【００２３】
また、ＥＧＲ制御部４４では、上記回転速度及び燃料噴射量に基づいて目標の空気過剰率λを算出する。一方、このＥＧＲ制御部４４では、エアフローセンサ３０からの新気量等に基づいて実際のＥＧＲ量及び目標の空気過剰率λを算出する。次いで、上記算出された目標の空気過剰率λと実際の空気過剰率λとの偏差をフィードバックする。そして、ＰＩＤ制御部４８にて設定された制御ゲインから指示値を得て、この指示値により吸気絞り弁１２のバタフライ弁体１４の回動量やＥＧＲ弁２６のポペット弁体２８のリフト量を連続制御する。この結果、要求したＥＧＲ量が得られ、目標の空気過剰率λに近づくことになる。
【００２４】
これに対し、ＥＧＲ制御部４４では、例えばパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設けた場合の強制再生時、車両の急加速時やアイドル運転時等には、オープンループ制御を実施している。詳しくは、吸気絞り弁１２の開度を全開位置から上記各運転状態に応じて適宜調整するためのバタフライ弁体１４の回動量や、ＥＧＲ弁２６の開度を全閉位置にしてＥＧＲを実施させないためのポペット弁体２８のリフト量がＰＩＤ制御部４８からそれぞれ出力される。このように、吸気絞り弁１２やＥＧＲ弁２６の開度をそれぞれオープン制御し、フィードバック信号を用いて補正しないことから、所望の空気過剰率が速やかに得られることになる。
【００２５】
実施形態のＥＧＲ弁制御について図２のフローチャートにより説明する。まず、ステップＳ２０１では、回転速度センサ３６からのエンジン回転速度やアクセルセンサ３８からのアクセル開度の入力信号により、車両の急加速等過渡運転時かどうかの判断をし、ＹＥＳの時はステップＳ２０２に進む。
【００２６】
ステップＳ２０２では一度ＥＧＲ弁を全閉（急速閉弁制御）にしてステップＳ２０３に進む。ＥＧＲ弁を全閉にするのは急激な空気過剰率の低下によるスモークの発生を抑制するためである。
更に、ステップＳ２０３では、図４で後に詳述するエンジン運転条件（エンジン回転速度とエンジン負荷）によりＥＧＲ弁開き始めのランプ制御可否の判断をする。ＮＯでＳ２０７に進み、全閉から目標開度まで一気にステップ的に開弁するステップ制御を実施する。ＹＥＳでＳ２０４に進み、後に詳述する図５のマップを使って判断し最適な開弁速度と継続時間とでランプ制御を実施する。
【００２７】
ステップＳ２０４の後にステップＳ２０５に進み、ランプ制御が終了したかを継続時間で判断し、ＮＯでステップＳ２０４に戻りランプ制御を継続実施し、ＹＥＳでステップＳ２０６に進む。Ｓ２０６でランプ制御終了時の開弁位置から一気に目標開度まで開弁するステップ制御を実施する。
【００２８】
図３はＥＧＲ弁が全閉状態からある目標開度に開く状態変化のタイムヒストリを示す。実線はランプ制御有りの本実施形態を示しており、破線はランプ制御の無い従来技術の例を示す。本実施形態の場合は、ＥＧＲ弁が全閉状態から開き始める際に、ＥＧＲ弁を開弁速度ΔL、継続時間ｔにて、緩やかに開弁するランプ制御を行わせ、上記ランプ制御終了後は速やかに目標開度までＥＧＲ弁を開弁制御する。
【００２９】
従って、従来のランプ制御無しでは全閉状態からある目標開度にステップ的に開くため、ＥＧＲ弁の前後圧力差、つまり吸気と排気の圧力差によりＥＧＲガスが一気に吸気側に流れて気流音が発生するのに対して、本実施形態ではＥＧＲ弁がゆっくり開くため、ＥＧＲガスが一気に吸気側に流れるのが防止され、気流音が低減する。
【００３０】
図４はＥＧＲ弁制御でランプ有りおよび無しのエンジン運転条件領域マップを示す。本実施形態では、低速時と低負荷時にランプ制御を行わせ、高速高負荷時にランプ制御を行わせないようにしたものである。これは、低速時と低負荷時の場合、気流音の影響が他の騒音より大きい領域のため、ランプ制御を行うことにより、上述したようにＥＧＲガスが一気に流れるのが防止されるためである。高速高負荷の場合、気流音の影響が他の騒音より小さく、かつ排ガスを規制値以内とするためにＮＯｘの低減が必要な領域のため、ランプ制御を行うことなく、ＮＯｘの悪化を防止したものである。
【００３１】
また、同図に示す曲線はＥＧＲ弁をランプ制御有りから無しへ制御する際、ＥＧＲ弁の開閉作動を滑らかに移行させるための調整曲線を示すものであり、上記相関マップからエンジン回転速度とエンジン負荷に応じた開弁速度と継続時間で制御してもよく、あるいは、開弁速度は一定で継続時間を徐々に短くしたり、さらには開弁速度を速めかつ継続時間を短くするなどして調整してもよい。なお、ＥＧＲ弁をランプ制御無しから有りへ制御する際は、ランプ制御有りから無しの制御と逆の制御を行うものである。
【００３２】
図５はＥＧＲランプ制御の最適な開弁速度と継続時間との関係を示す相関マップの例を示している。この図にて気流音の低減効果大の領域Ａ１は、運転者にとって気流音が全く気にならない聴感レベルで、気流音の低減効果中の領域Ａ２は、気流音は聞こえるが許容できるレベルで、気流音の低減効果小Ａ３は、気流音がやや気になるレベルで、それ以外の領域では気流音の低減効果が確認できない領域である。
【００３３】
また、Ａ１の領域は、ＥＧＲ弁の全開時の開度を１００％とした場合、開弁速度ΔＬ=４５〜５５％／ｓｅｃ、継続時間ｔ=１１００〜１２５０ｍｓｅｃの領域であり、Ａ２の領域は、開弁速度ΔＬ=４０〜６０％／ｓｅｃ、継続時間ｔ=９００〜１３００ｍｓｅｃ（Ａ１の領域を除く）の領域である。Ａ３の領域は、開弁速度ΔＬ=３５〜６５％／ｓｅｃ、継続時間ｔ=８５０〜１３５０ｍｓｅｃ（Ａ１とＡ２の領域を除く）の領域である。実験結果によれば、開弁速度ΔＬ=４０〜６０％ ／ｓｅｃ、継続時間ｔ=９００〜１３００ｍｓｅｃによる必要最低限のランプ制御を実施することにより、ＥＧＲ弁の開弁時の気流音を低減しつつ、ＮＯｘの増加を極力抑制することが可能となったものであり、さらに好ましくは、開弁速度ΔＬ=４５〜５５％／ｓｅｃ、継続時間ｔ=１１００〜１２５０ｍｓｅｃの制御を行うことにより、気流音を大幅に低減できるものである。
【００３４】
なお、図５に示すＡ４の領域は、ＥＧＲ弁のランプ制御が早すぎて消音効果が得られない領域であり、Ａ５の領域は、ＥＧＲ弁のランプ制御の継続時間が短いので、消音効果が得られない領域であり、Ａ６とＡ７の領域は、開弁速度が低く、ＥＧＲ弁が十分開く前にランプ制御が終了するため、消音効果が得られずＮＯｘも悪化する領域であり、Ａ８の領域は、ＥＧＲ弁のランプ制御の継続時間が長いので、ＮＯｘが悪化する領域であり、Ａ９の領域は、ランプ制御だけでほぼ全開開度となるため、消音効果が得られず、ＮＯｘも悪化する領域である。
【００３５】
以上で本発明の一実施形態について説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。例えば、車両の急加速等過渡運転時の場合に、ＥＧＲ弁をランプ制御とステップ制御する方法を説明したが、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設けた場合の強制再生時やアイドル運転時等の場合に同様の制御を行ってもよい。また、この実施形態では、ランプ制御終了後に一気に目標開度まで開弁するステップ制御で説明したが、一気に目標開度まで開弁することなく、ＥＧＲを効かして、ＮＯｘが悪化しないような、時間に対して急峻させた傾きを持つ弁制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の制御装置によるＥＧＲ弁制御に関するフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態で、ランプ制御を実施した際のＥＧＲ弁の開閉状態を示したタイムヒストリである。
【図４】ＥＧＲ弁ランプ制御の有りおよび無しのエンジン運転条件領域マップである。
【図５】ＥＧＲ弁ランプ制御の最適な開弁速度と継続時間との関係を示す相関マップである。
【符号の説明】
【００３７】
２  エンジン
４  吸気通路
１２  吸気絞り弁
２０  排気通路
２４  ＥＧＲ通路
２６  ＥＧＲ弁
４０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４４  ＥＧＲ制御部
【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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