JP6000761B2

JP6000761B2 - Ｅｇｒ制御装置

Info

Publication number: JP6000761B2
Application number: JP2012191423A
Authority: JP
Inventors: 平中野
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: JP2014047718A

Description

本開示の技術は、ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御装置に関する。

従来から、エンジンの排気側から吸気側へ排気ガスの一部を還流させる排気再循環（ＥＧＲ：ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている。ＥＧＲ装置では、その時々の運転状態に応じたＥＧＲガスの目標量が演算され、その目標量の分だけ吸気通路にＥＧＲガスが導入されるようにＥＧＲ弁の開度が制御される。

例えば特許文献１では、ＥＧＲ弁の下流側におけるＥＧＲガスの圧力及び温度と、吸気通路における圧力とに基づいてＥＧＲ通路を流通しているＥＧＲガスの量である流通量が演算される。そして、上記流通量に基づくＥＧＲ率と上記目標量に基づくＥＧＲ率との偏差を求め、その求めた偏差に基づいてこれらのＥＧＲ率が一致するようにＥＧＲ弁の開度が制御されている。

特開平７−１７４０４８号公報

一方、例えば加速時や減速時といった運転状態の過渡期では、エンジンの回転速度や吸入空気量、燃料噴射量等の変化が大きいため、ＥＧＲ弁の開度にも大きな変化が必要とされる。そのため、特許文献１のように、流通量に基づくＥＧＲ率と目標量に基づくＥＧＲ率との偏差に基づいてＥＧＲ弁の開度が制御されたとしても、目標量と流通量との乖離度が大きくなりやすい。これにより、例えば吸気通路に多量のＥＧＲガスが導入されてしまうことで燃焼不良が生じる虞があった。

本開示の技術は、吸気通路に導入されるＥＧＲガス量の精度を高めることが可能なＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。

本開示におけるＥＧＲ制御装置の一態様は、エンジンの運転状態に関する情報を取得する取得部と、前記取得部の取得した情報に基づいてＥＧＲ弁の開度を制御する制御部と、を備え、前記取得部が、前記ＥＧＲ弁の上流側におけるＥＧＲ通路内の圧力を検出するＥＧＲ圧力センサーと、前記エンジンの吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部分よりも下流側における吸気通路内の圧力を検出する吸気圧力センサーと、前記ＥＧＲ弁の上流側におけるＥＧＲ通路内の温度を検出するＥＧＲ温度センサーと、を含み、前記制御部が、前記取得部が取得した情報に基づいてＥＧＲガスの目標量を演算する目標量演算部と、前記取得部が取得した情報に基づいてＥＧＲガスの流通量を演算する流通量演算部と、前記ＥＧＲ弁の開度毎に当該ＥＧＲ弁の有効開口面積が規定された開度データと、前記目標量と前記流通量との差分毎に開度の補正量が規定された補正データとが記憶された記憶部と、前記ＥＧＲ圧力センサーの検出値、前記吸気圧力センサーの検出値、前記ＥＧＲ温度センサーの検出値、及び前記目標量に基づいて、前記ＥＧＲ弁の必要開口面積を演算する面積演算部と、前記目標量と前記流通量とに応じた補正量を前記補正データに基づいて演算する補正量演算部と、前記必要開口面積と前記開度データとに基づいて演算した前記ＥＧＲ弁の基本開度を前記補正量の分だけ補正することにより前記ＥＧＲ弁の指示開度を演算する開度演算部と、を含み、前記開度データは、前記開度の増加に対する前記有効開口面積の増加率が小さい第１領域と、前記開度の増加に対する前記有効開口面積の増加率が大きい第２領域とを有し、前記第１領域は、前記開度の最小値寄りの領域と前記開度の最大値寄りの領域とに設定され、前記第２領域は、前記開度の最小値寄りの領域と前記開度の最大値寄りの領域との間の領域に設定され、前記補正データには、前記目標量よりも前記流通量が小さい領域では前記指示開度を前記基本開度よりも大きくする補正量が規定され、前記目標量よりも前記流通量が大きい領域では前記指示開度を前記基本開度よりも小さくする補正量が規定されている。

ここでいう有効開口面積は、予め行なった実験やシミュレーションの結果により得られる開口面積である。この有効開口面積は、例えば、ＥＧＲ弁が配設されたＥＧＲ通路に対して所定流量の排気ガスを供給し、そのときのＥＧＲ弁の上流側における圧力と温度、及びＥＧＲ弁の下流側の圧力に基づいて逆算されるＥＧＲ弁の開口面積である。

本開示におけるＥＧＲ制御装置の一態様によれば、ＥＧＲガスの目標量、ＥＧＲ弁の上流側におけるＥＧＲガスの圧力と温度、及びＥＧＲガスと吸入空気との混合気体の圧力に基づいて、上記目標量の分だけ吸入通路にＥＧＲガスを導入するために必要な開口面積であるＥＧＲバルブの必要開口面積が演算される。そして、その演算された必要開口面積と有効開口面積とが等しくなるようにＥＧＲ弁の開度が制御される。すなわち、ＥＧＲ弁の開度がフィードフォワード制御のように制御される。その結果、たとえ運転状態の過渡期であったとしても、ＥＧＲガスの目標量とＥＧＲ弁の開度変更後における流通量との乖離度が小さくなることから、吸入通路に導入されるＥＧＲ量の精度が高められる。

本開示におけるＥＧＲ制御装置の他の態様によれば、ＥＧＲガスの目標量と流通量との差分に基づいてＥＧＲ弁の開度が補正されることから、例えば、ＥＧＲ弁やＥＧＲ通路の製造誤差、煤の堆積によるＥＧＲ弁の開口面積やＥＧＲ通路の流路断面積の変化、これらが流通量に与える影響が抑えられる。その結果、ＥＧＲ弁の開度が補正されない場合に比べて、ＥＧＲガスの目標量とＥＧＲ弁の開度変更後における流通量との乖離度が小さくなることから、吸入通路に導入されるＥＧＲ量の精度がさらに高められる。

本開示におけるＥＧＲ制御装置の他の態様では、前記取得部が、前記エンジンのインテークマニホールド内の温度である吸気温度を検出する吸気温度センサーと、前記エンジンの回転速度を検出する回転速度センサーと、前記エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量センサーと、を含み、ＥＧＲガスの流通量を演算する流通量演算部は、前記吸気圧力センサーの検出値、前記吸気温度センサーの検出値、前記回転速度センサーの検出値、及び前記エンジンの排気量に基づいて作動ガス量を演算し、前記作動ガス量と前記吸入空気量センサーの検出値との差分を前記流通量として演算する。

本開示におけるＥＧＲ制御装置の他の態様によれば、インテークマニホールド内の圧力及び温度、エンジンの回転速度と排気量とから演算される単位時間あたりの体積、これらを状態方程式に代入することで作動ガス量が演算される。そして、この作動ガス量と吸入空気量との差分がＥＧＲガスの流通量として演算される。

本開示におけるＥＧＲ制御装置の他の態様では、前記ＥＧＲ圧力センサー及び前記ＥＧＲ温度センサーは、前記ＥＧＲ弁と当該ＥＧＲ弁の上流側に配設されたＥＧＲクーラーとの間に配設される。

本開示におけるＥＧＲ制御装置の他の態様によれば、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラーが配設されていた場合に、ＥＧＲクーラーを通過してＥＧＲ弁に流入する直前におけるＥＧＲガスの圧力と温度とが検出される。その結果、ＥＧＲ圧力センサー及びＥＧＲ温度センサーによってＥＧＲクーラーに流入する前のＥＧＲガスの圧力及び温度が検出される場合に比べて、面積演算部で演算される必要開口面積の精度が高められる。

本開示の技術におけるＥＧＲ制御装置の一実施形態が搭載されるエンジンの概略構成を示す概略構成図。ＥＧＲ制御装置の構成を機能的に示した機能ブロック図。ＥＧＲ弁の開度と有効開口面積との関係を模式的に示すグラフ。目標量に対する流通量の差分と補正量との関係を模式的に示すグラフ。ＥＧＲ制御装置が実行する処理の流れを示すフローチャート。

以下、本開示におけるＥＧＲ制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。まず、ＥＧＲ制御装置が搭載されるディーゼルエンジンの全体構成について、図１を参照して説明する。

図１に示されるように、ディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という。）のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ４つのシリンダー１２が形成され、各シリンダー１２に作動ガスを供給するためのインテークマニホールド１３と、各シリンダー１２から排気ガスが排出されるエキゾーストマニホールド１４とが接続されている。

インテークマニホールド１３に取り付けられる吸気通路１５の上流端には、図示されないエアクリーナーが取り付けられている。吸気通路１５には、ターボチャージャー１６のコンプレッサー１７が取り付けられている。吸気通路１５には、コンプレッサー１７の下流側に、該コンプレッサー１７によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラー１８が取り付けられている。

一方、エキゾーストマニホールド１４には、排気通路１９が接続されている。排気通路１９には、上述したコンプレッサー１７に連結されるタービン２０が取り付けられている。また、エキゾーストマニホールド１４には、吸気通路１５に接続されて排気ガスの一部を吸気通路１５に導入するＥＧＲ通路２１が接続されている。

ＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲ通路２１を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー２２が取り付けられている。ＥＧＲクーラー２２の下流側には、ステッピングモーターを備え、ＥＧＲ通路２１の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２３が取り付けられている。吸気通路１５には、ＥＧＲ弁２３が開状態にあるときにＥＧＲ通路２１を通じて排気ガスの一部が導入される。ＥＧＲ弁２３の開度は、ＥＧＲ制御装置３０によって制御される。そして、シリンダー１２には、排気ガスと吸入空気との混合気体である作動ガスが供給される。なお、以下では、ＥＧＲ通路２１を流れる排気ガスをＥＧＲガスという。

ＥＧＲ制御装置３０は、エンジン１０の運転状態に関する情報を検出する取得部としての各種センサーを備えている。ＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲクーラー２２の下流側且つＥＧＲ弁２３の上流側にＥＧＲ圧力センサー３１とＥＧＲ温度センサー３４とが取り付けられている。ＥＧＲ圧力センサー３１は、ＥＧＲ弁２３に流入する直前のＥＧＲガスの圧力であるＥＧＲ圧力Ｐｅｇを所定の制御周期で検出する。ＥＧＲ温度センサー３４は、ＥＧＲ弁２３に流入する直前のＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度Ｔｅｇを所定の制御周期で検出する。

また、吸気通路１５におけるコンプレッサー１７の上流側には、吸入空気量センサー３６が取り付けられている。吸入空気量センサー３６は、吸気通路１５を流れる吸入空気の質量流量である吸入空気量Ｇａを所定の制御周期で検出する。吸気通路１５には、当該吸気通路１５とＥＧＲ通路２１との接続部分よりも下流側に吸気圧力センサー３２が取り付けられている。吸気圧力センサー３２は、吸気通路１５内を流れる作動ガスの圧力である吸気圧力Ｐｗｇを所定の制御周期で検出する。

また、インテークマニホールド１３には、吸気温度センサー３５が取り付けられている。吸気温度センサー３５は、シリンダー１２に流入する直前の作動ガスの温度である吸気温度Ｔｉｎを所定の制御周期で検出する。

次に、ＥＧＲ制御装置３０の構成について図２〜図５を参照しながら説明する。
図２に示されるように、ＥＧＲ制御装置３０の制御部４５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されており、各種演算を行なう演算部４６と、各種制御プログラムや各種データが格納される記憶部４７と、ＥＧＲ弁２３を駆動する弁駆動部４８とを備えている。制御部４５は、記憶部４７に格納された各種制御プログラムや各種データに基づいて各種処理を実行する。

制御部４５には、ＥＧＲ圧力センサー３１からＥＧＲ圧力Ｐｅｇを示す検出信号、吸気圧力センサー３２から吸気圧力Ｐｗｇを示す検出信号が所定の制御周期で入力される。制御部４５には、ＥＧＲ温度センサー３４からＥＧＲ温度Ｔｅｇを示す検出信号、吸気温度センサー３５から吸気温度Ｔｉｎを示す検出信号が所定の制御周期で入力される。制御部４５には、吸入空気量センサー３６から吸入空気量Ｇａを示す検出信号が所定の制御周期で入力される。

また、制御部４５には、エンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサー３７からエンジン１０の回転速度ＮＥを示す検出信号が所定の制御周期で入力される。制御部４５には、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサー３８からアクセル開度ＡＣＣを示す検出信号が所定の制御周期で入力される。制御部４５には、燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部３９が出力した燃料噴射量Ｑｆを示す信号が所定の制御周期で入力される。制御部４５には、ＥＧＲ弁２３の開度を検出するＥＧＲ弁開度センサー４０からＥＧＲ弁２３の開度ＶＴａを示す検出信号が所定の制御周期で入力される。

演算部４６の目標量演算部５１は、吸気通路１５に供給すべきＥＧＲガスの質量流量である目標量Ｇｅｇｔを演算する。目標量演算部５１は、回転速度センサー３７の検出値である回転速度ＮＥ、アクセル開度センサー３８の検出値であるアクセル開度ＡＣＣ、燃料噴射制御部３９が出力した燃料噴射量Ｑｆ、これらに基づいてＥＧＲガスの目標量Ｇｅｇｔを演算する。

演算部４６の圧力比演算部５２は、ＥＧＲ圧力センサー３１の検出値であるＥＧＲ圧力Ｐｅｇ、吸気圧力センサー３２の検出値である吸気圧力Ｐｗｇに基づいて、ＥＧＲ圧力Ｐｅｇに対する吸気圧力Ｐｗｇの比である圧力比Ｐ２／Ｐ１（＝Ｐｗｇ／Ｐｅｇ）を演算する。

演算部４６の面積演算部５３は、目標量Ｇｅｇｔの分だけＥＧＲガスを吸気通路１５に導入するために必要なＥＧＲ弁２３の開口面積である必要開口面積Ａｎｅを演算する。面積演算部５３は、ベルヌーイの定理に基づく式（１）に下記に示す値を代入することにより必要開口面積Ａｎｅを演算する。

Ｇ：目標量演算部５１の演算結果である目標量Ｇｅｇｔ
Ｐ１：ＥＧＲ圧力センサー３１の検出値であるＥＧＲ圧力Ｐｅｇ
Ｔ１：ＥＧＲ温度センサー３４の検出値であるＥＧＲ温度Ｔｅｇ
Ｐ２／Ｐ１：圧力比演算部５２の演算結果である圧力比Ｐ２／Ｐ１
κ ：排気ガスの比熱比
Ａ：必要開口面積Ａｎｅ
Ｒ：気体定数

演算部４６の基本開度演算部５４は、記憶部４７に格納されている開度データ５５に基づいて、必要開口面積Ａｎｅに応じたＥＧＲ弁２３の基本開度ＶＴｓｔｄを演算する。図３に示されるように、開度データ５５は、ＥＧＲ弁２３の開度ＶＴ毎にＥＧＲ弁２３の有効開口面積Ａｅｆが規定されたデータである。有効開口面積Ａｅｆは、予め行なった実験やシミュレーションの結果により得られるＥＧＲ弁２３の開口面積である。本実施形態では、ＥＧＲ弁２３が所定の開度ＶＴｅｘｐに維持されたＥＧＲ通路２１に対して所定の流量Ｇｅｘｐの排気ガスを供給し、そのときのＥＧＲ弁２３の上流側における圧力Ｐｅｘｐ１と温度Ｔｅｘｐ、及びＥＧＲ弁２３の下流側における圧力Ｐｅｘｐ２を計測した。そして、上記式（１）に対して、Ｇに所定流量Ｇｅｘｐ、Ｐ１に圧力Ｐｅｘｐ１、Ｐ２に圧力Ｐｅｘｐ２、Ｔ１に温度Ｔｅｘｐを代入して開口面積Ａを逆算した。そして、開度ＶＴｅｘｐを維持したまま流量Ｇｅｘｐを増減させることで得られた開口面積Ａの平均値を開度ＶＴｅｘｐにおける有効開口面積Ａｅｆとした。基本開度演算部５４は、開度データ５５から必要開口面積Ａｎｅに応じた開度ＶＴを読み出して、その読み出した開度を基本開度ＶＴｓｔｄとして演算する。

演算部４６の流通量演算部５６は、ＥＧＲ通路２１を流通しているＥＧＲガスの質量流量であるＥＧＲ流通量Ｇｅｇａを演算する。ＥＧＲ流通量Ｇｅｇａの演算にあたり、流通量演算部５６は、まず、状態方程式を用いて、シリンダー１２に供給される作動ガスの質量流量である作動ガス量Ｇｗｇを演算する。流通量演算部５６は、状態方程式Ｐ×Ｖ＝Ｇｗｇ×Ｒ×Ｔに対して以下に示す値を代入することで作動ガス量Ｇｗｇを逆算する。

Ｐ：吸気圧力センサー３２の検出値である吸気圧力Ｐｗｇ
Ｖ：エンジン１０の回転速度ＮＥとエンジン１０の排気量Ｄとの乗算値
Ｔ：吸気温度センサー３５の検出値である吸気温度Ｔｉｎ
Ｒ：気体定数
そして、流通量演算部５６は、上記作動ガス量Ｇｗｇから吸入空気量センサー３６の検出値である吸入空気量Ｇａを減算することによりＥＧＲ流通量Ｇｅｇａを演算する。

演算部４６の補正量演算部５７は、記憶部４７に格納されている補正データ５８に基づいて、ＥＧＲ弁２３の基本開度ＶＴｓｔｄに対する補正量ＶＴｒｅｖを演算する。補正データ５８は、ＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの差分ΔＧｅｇに応じたＥＧＲ弁２３の補正量が規定されたデータである。補正量ＶＴｒｅｖは、予め行なった実験やシミュレーションの結果により規定される。

図４に示されるように、補正データ５８には、目標量ＧｅｇｔよりもＥＧＲ流通量Ｇｅｇａが小さい領域ではＥＧＲ弁２３の開度を基本開度ＶＴｓｔｄよりも大きくする補正量ＶＴｒｅｖが規定されている。また、補正データ５８には、目標量ＧｅｇｔよりもＥＧＲ流通量Ｇｅｇａが大きい領域ではＥＧＲ弁２３の開度を基本開度ＶＴｓｔｄよりも小さくする補正量ＶＴｒｅｖが規定されている。補正量演算部５７は、ＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの差分ΔＧｅｇに応じた補正量を補正データ５８から読み出すことで補正量ＶＴｒｅｖを演算する。

演算部４６の指示開度演算部５９は、基本開度演算部５４にて演算された基本開度ＶＴｓｔｄに対して、補正量演算部５７にて演算された補正量ＶＴｒｅｖを加算することによりＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＴｔａｒを演算する。そして、指示開度演算部５９は、ＥＧＲ弁２３の開度を開度ＶＴａから目標開度ＶＴｔａｒに変更するために必要な開度である指示開度ＶＴｃｏｍを演算し、その演算した指示開度ＶＴｃｏｍを弁駆動部４８に出力する。

弁駆動部４８は、ＥＧＲ弁２３の開度が目標開度ＶＴｔａｒになるように、指示開度演算部５９から入力された指示開度ＶＴｃｏｍの分だけＥＧＲ弁２３の開度を変更するための駆動電力を生成し、その生成した駆動電力をＥＧＲ弁２３に出力する。

次に、ＥＧＲ制御装置３０がＥＧＲ弁２３の開度を制御する際に実行する処理の流れについて図５を参照して説明する。なお、この処理は、所定の制御周期ごとに実行される。

図５に示されるように、ステップＳ１１において、制御部４５は、各種センサーからの検出信号により各種情報を取得する。制御部４５は、ＥＧＲ圧力Ｐｅｇ、吸気圧力Ｐｗｇ、ＥＧＲ温度Ｔｅｇ、吸気温度Ｔｉｎ、吸入空気量Ｇａ、回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣ、燃料噴射量Ｑｆ、開度ＶＴａを取得する。

次のステップＳ１２において、制御部４５は、回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣ、燃料噴射量Ｑｆに基づいて、ＥＧＲガスの目標量Ｇｅｇｔを演算する。また、制御部４５は、ＥＧＲ圧力Ｐｅｇ及び吸気通路圧力Ｐｗｇに基づいて、圧力比Ｐ２／Ｐ１を演算する。また、制御部４５は、吸気圧力Ｐｉｎ、回転速度ＮＥと排気量Ｄ、吸気温度Ｔｉｎに基づいて、シリンダー１２に対する作動ガス量Ｇｗｇを演算する。また、制御部４５は、作動ガス量Ｇｗｇ、吸入空気量Ｇａに基づいて、ＥＧＲ流通量Ｇｅｇａを演算する。

次のステップＳ１３において、制御部４５は、目標量Ｇｅｇｔ、圧力比Ｐ２／Ｐ１、ＥＧＲ圧力Ｐｅｇ、ＥＧＲ温度Ｔｅｇを上記式（１）に代入することで演算される開口面積Ａを必要開口面積Ａｎｅとして演算する。

次のステップＳ１４において、制御部４５は、開度データ５５に基づいて、必要開口面積Ａｎｅに応じたＥＧＲ弁２３の開度である基本開度ＶＴｓｔｄを演算する。また、制御部４５は、補正データ５８に基づいてＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの差分ΔＧｅｇに応じた補正量を補正データ５８から読み出すことで補正量ＶＴｒｅｖを演算する。

次のステップＳ１５において、制御部４５は、上記基本開度ＶＴｓｔｄに上記補正量ＶＴｒｅｖを加算することによってＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＴｔａｒを演算する。そして、制御部４５は、ＥＧＲ弁開度センサー４０の検出値である開度ＶＴａから目標開度ＶＴｔａｒへＥＧＲ弁２３の開度を変更するために必要な開度である指示開度ＶＴｃｏｍを演算する。

次のステップＳ１６において、制御部４５は、ＥＧＲ弁２３の開度を指示開度ＶＴｃｏｍの分だけ変更するための駆動電力を生成し、その生成した駆動電力をＥＧＲ弁２３に供給することでＥＧＲ弁２３を駆動する。こうしてＥＧＲ弁２３は、目標開度ＶＴｔａｒに制御される。

次に、上述した構成のＥＧＲ制御装置３０の作用について説明する。
ＥＧＲ制御装置３０では、ＥＧＲガスを目標量Ｇｅｇｔだけ吸気通路１５に導入するために必要なＥＧＲ弁２３の開口面積である必要開口面積Ａｎｅが演算される。そして、ＥＧＲ制御装置３０では、上記必要開口面積Ａｎｅと開度ＶＴ毎に有効開口面積Ａｅｆが規定された開度データ５５とに基づいて、ＥＧＲ弁２３の基本開度ＶＴｓｔｄが演算される。ＥＧＲ制御装置３０は、上記基本開度ＶＴｓｔｄに基づいてＥＧＲ弁２３の開度を制御する。

ここで、例えば、ＥＧＲ弁２３が開状態にあるとき、その開口部分の開口縁にはＥＧＲガスと開口縁との摩擦によって流速の著しく遅い境界層が形成される。そのため、この境界層を考慮せずにＥＧＲ弁の開度が制御されるとなれば、該境界層の分だけ開口面積が少なくなることでＥＧＲ弁の開度に対するＥＧＲガスの流通量が少なくなってしまう。

この点、上述した開度データ５５では、予め行なった実験の結果に基づいて上記式（１）から逆算される開口面積Ａを有効開口面積Ａｅｆとしている。また、開度データ５５には、ＥＧＲ弁２３の開度ＶＴ毎に有効開口面積Ａｅｆが規定されている。すなわち、開度データ５５には、上記境界層が考慮された開口面積が有効開口面積Ａｅｆとして開度毎に規定されている。そして、ＥＧＲ弁２３の開度がフィードフォワード制御のように制御されることから、たとえ運転状態の過渡期であったとしても、ＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ弁２３の開度変更後におけるＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの乖離度が小さくなる。その結果、吸気通路１５に導入されるＥＧＲガス量の精度が高められる。

また、ＥＧＲ弁２３は、ＥＧＲガスの流通経路において、ＥＧＲ圧力センサー３１と吸気圧力センサー３２との間に配設されている。すなわち、ＥＧＲ弁２３が可変オリフィスとしての役割を果たすため、ＥＧＲ流通量Ｇｅｇａを演算するためのオリフィスを別途ＥＧＲ通路２１に配設する必要がない。そのため、ＥＧＲ通路２１に別途オリフィスが配設される場合に比べて、ＥＧＲ通路２１におけるＥＧＲガスの圧力損失が低減される。その結果、吸気通路１５に対して導入可能なＥＧＲガスも増量される。

また、ＥＧＲ通路２１そのものの流路断面積に基づいてＥＧＲ流通量Ｇｅｇａが演算される場合に比べて、ＥＧＲ圧力センサー３１の検出値であるＥＧＲ圧力Ｐｅｇと吸気圧力センサー３２の検出値である吸気圧力Ｐｗｇとの圧力差が大きくなる。そのため、上記式（１）に基づいて演算される必要開口面積Ａｎｅの精度も高められる。その結果、ＥＧＲガスを目標量Ｇｅｇｔに制御するためのＥＧＲ弁２３の基本開度ＶＴｓｔｄに関する精度も高められる。

一方、ＥＧＲ通路２１やＥＧＲ弁２３には、流路断面積や開口面積に製造誤差が存在する。また、例えば煤の堆積といった経年劣化によってＥＧＲ通路２１の流路断面積やＥＧＲ弁２３の開口面積に変化が生じる。そのため、こうした製造誤差や経年劣化を考慮した場合と考慮しない場合とでは、同一条件下においてＥＧＲ弁２３が同じ開度に制御されたとしても、ＥＧＲガスの流通量が互いに異なることになる。

この点、ＥＧＲ制御装置３０では、ＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＴｔａｒは、ＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの差分ΔＧｅｇに基づいて補正データ５８から選択される補正量ＶＴｒｅｖが基本開度ＶＴｓｔｄに加算された開度である。そのため、例えば、ＥＧＲ通路２１及びＥＧＲ弁２３の製造誤差や経年劣化によってＥＧＲ通路２１におけるＥＧＲガスの圧力損失が大きくなったとしても、ＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＴｔａｒが基本開度ＶＴｓｔｄよりも大きくなるように補正される。その結果、ＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＴｔａｒが基本開度ＶＴｓｔｄから補正されない場合に比べて、ＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ弁の開度変更後におけるＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの乖離度がさらに小さくなる。すなわち、吸気通路１５に導入されるＥＧＲガス量の精度がさらに高められる。

また、ＥＧＲ圧力センサー３１及びＥＧＲ温度センサー３４は、ＥＧＲ弁２３とＥＧＲクーラー２２との間に配設されており、ＥＧＲクーラー２２による冷却後のＥＧＲガスであって、ＥＧＲ弁２３に流入する直前のＥＧＲガスの圧力及び温度を計測している。その結果、ＥＧＲクーラー２２に流入するＥＧＲガスの圧力及び温度が検出される場合に比べて、ＥＧＲ圧力Ｐｅｇ及びＥＧＲ温度Ｔｅｇの精度が高められることから、面積演算部５３の演算結果である必要開口面積Ａｎｅの精度も高められる。

また、流通量演算部５６では、吸気圧力センサー３２の検出値である吸気圧力Ｐｗｇ、吸気温度センサー３５の検出値である吸気温度Ｔｉｎ、回転速度センサー３７の検出値である回転速度ＮＥ、及びエンジン１０の排気量Ｄに基づいて作動ガス量Ｇｗｇが演算される。そして、流通量演算部５６では、作動ガス量Ｇｗｇと吸入空気量センサー３６の検出値である吸入空気量Ｇａとに差分がＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとして演算される。このようにＥＧＲ流通量Ｇｅｇａが演算され、そのＥＧＲ流通量Ｇｅｇａがフィードバックされることで、吸気通路１５に導入されるＥＧＲガス量の精度が高められる。

以上説明したように、上記実施形態のＥＧＲ制御装置３０によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）ＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ弁２３の開度変更後におけるＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの乖離度が小さくなる。その結果、吸気通路１５に導入されるＥＧＲガス量の精度が高められる。

（２）ＥＧＲ弁２３が可変オリフィスとしての役割を果たすため、ＥＧＲ通路２１に別途オリフィスが配設される場合に比べて、ＥＧＲ通路２１におけるＥＧＲガスの圧力損失が低減される。その結果、吸気通路１５に対して導入可能なＥＧＲガスも増量される。

（３）ＥＧＲ通路２１そのものの流路断面積に基づいてＥＧＲ流通量Ｇｅｇａが演算される場合に比べて、圧力差が大きくなることで必要開口面積Ａｎｅの精度も高められる。その結果、ＥＧＲ弁２３の基本開度ＶＴｓｔｄに関する精度も高められる。

（４）ＥＧＲ弁２３の指示開度ＶＴｃｏｍが基本開度ＶＴｓｔｄから補正されない場合に比べて、ＥＧＲガスの目標量ＧｅｇｔとＥＧＲ弁の開度変更後におけるＥＧＲ流通量Ｇｅｇａとの乖離度がさらに小さくなる。その結果、吸気通路１５に導入されるＥＧＲガス量の精度がさらに高められる。

（５）ＥＧＲ圧力センサー３１及びＥＧＲ温度センサー３４が、ＥＧＲ弁２３とＥＧＲクーラー２２との間に配設されている。そのため、ＥＧＲクーラー２２に流入するＥＧＲガスの圧力及び温度が検出される場合に比べて、必要開口面積Ａｎｅの精度が高められる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・ＥＧＲ流通量Ｇｅｇａの演算方法は、作動ガス量Ｇｗｇから吸入空気量Ｇａを減算することに限られるものではない。例えば、排気通路１９を流れる排気ガスの質量流量を計測あるいは演算により求めて、作動ガス量Ｇｗｇから当該排気ガスの質量流量を減算することにより演算されてもよい。

・ＥＧＲ圧力センサー３１は、ＥＧＲクーラー２２の上流側に配設されていてもよい。このとき、上記式（１）に代入されるＰ１は、必要開口面積Ａｎｅの精度を高めるうえで、ＥＧＲクーラー２２におけるＥＧＲガスの圧力損失が考慮されることが好ましい。

・ＥＧＲ温度センサー３４は、ＥＧＲクーラー２２の上流側に配設されていてもよい。このとき、上記式（１）に代入されるＴ１は、必要開口面積Ａｎｅの精度を高めるうえで、ＥＧＲクーラー２２におけるＥＧＲガスの温度変化が考慮されることが好ましい。

・ＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲクーラー２２が配設されていなくてもよい。
・制御部４５は、流通量演算部５６、補正量演算部５７、記憶部４７に格納された補正データ５８、これらが割愛された構成であってもよい。すなわち、制御部４５は、基本開度演算部５４によって演算された基本開度ＶＴｓｔｄを目標開度ＶＴｔａｒとして指示開度ＶＴｃｏｍを演算してもよい。

・ＥＧＲガスの目標量Ｇｅｇｔは、エンジン１０の運転状態に関する情報に基づいて演算されればよく、上記実施形態のように回転速度ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣ、燃料噴射量Ｑｆに基づいて演算されるものに限られない。目標量Ｇｅｇｔは、例えば、回転速度ＮＥと燃料噴射量Ｑｆとに基づいて演算されてもよい。

・ＥＧＲ制御装置３０は、１つの電子制御ユニットであってもよいし、複数の電子制御ユニットで構成されていてもよい。
・ＥＧＲ制御装置３０が適用されるエンジンは、ガソリンエンジンであってもよい。

１０…ディーゼルエンジン、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インテークマニホールド、１４…エキゾーストマニホールド、１５…吸気通路、１６…ターボチャージャー、１７…コンプレッサー、１８…インタークーラー、１９…排気通路、２０…タービン、２１…ＥＧＲ通路、２２…ＥＧＲクーラー、２３…ＥＧＲ弁、３０…ＥＧＲ制御装置、３１…ＥＧＲ圧力センサー、３２…吸気圧力センサー、３４…ＥＧＲ温度センサー、３５…吸気温度センサー、３６…吸入空気量センサー、３７…回転速度センサー、３８…アクセル開度センサー、３９…燃料噴射制御部、４０…ＥＧＲ弁開度センサー、４５…制御部、４６…演算部、４７…記憶部、４８…弁駆動部、５１…目標量演算部、５２…圧力比演算部、５３…面積演算部、５４…基本開度演算部、５５…開度データ、５６…流通量演算部、５７…補正量演算部、５８…補正データ、５９…指示開度演算部。

Claims

エンジンの運転状態に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部の取得した情報に基づいてＥＧＲ弁の開度を制御する制御部と、を備え、
前記取得部が、
前記ＥＧＲ弁の上流側におけるＥＧＲ通路内の圧力を検出するＥＧＲ圧力センサーと、
前記エンジンの吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部分よりも下流側における吸気通路内の圧力を検出する吸気圧力センサーと、
前記ＥＧＲ弁の上流側におけるＥＧＲ通路内の温度を検出するＥＧＲ温度センサーと、を含み、
前記制御部が、
前記取得部が取得した情報に基づいてＥＧＲガスの目標量を演算する目標量演算部と、
前記取得部が取得した情報に基づいてＥＧＲガスの流通量を演算する流通量演算部と、
前記ＥＧＲ弁の開度毎に当該ＥＧＲ弁の有効開口面積が規定された開度データと、前記目標量と前記流通量との差分毎に開度の補正量が規定された補正データとが記憶された記憶部と、
前記ＥＧＲ圧力センサーの検出値、前記吸気圧力センサーの検出値、前記ＥＧＲ温度センサーの検出値、及び前記目標量に基づいて、前記ＥＧＲ弁の必要開口面積を演算する面積演算部と、
前記目標量と前記流通量とに応じた補正量を前記補正データに基づいて演算する補正量演算部と、
前記必要開口面積と前記開度データとに基づいて演算した前記ＥＧＲ弁の基本開度を前記補正量の分だけ補正することにより前記ＥＧＲ弁の指示開度を演算する開度演算部と、を含み、
前記開度データは、前記開度の増加に対する前記有効開口面積の増加率が小さい第１領域と、前記開度の増加に対する前記有効開口面積の増加率が大きい第２領域とを有し、
前記第１領域は、前記開度の最小値寄りの領域と前記開度の最大値寄りの領域とに設定され、
前記第２領域は、前記開度の最小値寄りの領域と前記開度の最大値寄りの領域との間の領域に設定され、
前記補正データには、前記目標量よりも前記流通量が小さい領域では前記指示開度を前
記基本開度よりも大きくする補正量が規定され、前記目標量よりも前記流通量が大きい領域では前記指示開度を前記基本開度よりも小さくする補正量が規定されている
ことを特徴とするＥＧＲ制御装置。
前記取得部が、
前記エンジンのインテークマニホールド内の温度である吸気温度を検出する吸気温度センサーと、
前記エンジンの回転速度を検出する回転速度センサーと、
前記エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量センサーと、を含み、
ＥＧＲガスの流通量を演算する流通量演算部は、
前記吸気圧力センサーの検出値、前記吸気温度センサーの検出値、前記回転速度センサーの検出値、及び前記エンジンの排気量に基づいて作動ガス量を演算し、前記作動ガス量と前記吸入空気量センサーの検出値との差分を前記流通量として演算する
請求項１に記載のＥＧＲ制御装置。
前記ＥＧＲ圧力センサー及び前記ＥＧＲ温度センサーは、
前記ＥＧＲ弁と当該ＥＧＲ弁の上流側に配設されたＥＧＲクーラーとの間に配設される
請求項１または２に記載のＥＧＲ制御装置。