ターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステムにおける排気ガス再循環制御方法
【課題】排出ガス規制に適合し、エンジン燃費及び性能を最適化する排気ガス再循環制御を提供する。
【解決手段】エンジン（１２）、エンジンと上流で連通する吸気サブシステム（１４）、エンジンと下流で連通する排気サブシステム（１６）、ターボチャージャタービン（３８）の上流及びターボチャージャコンプレッサ（２８）の下流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路（４６）、及びターボチャージャタービンの下流及びターボチャージャコンプレッサ（２８）の上流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路（４８）を備えるターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステム（１０）における排気ガス再循環（ＥＧＲ）の制御方法。排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率が決定された後、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が決定され、決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準が最適化される。
【解決手段】エンジン（１２）、エンジンと上流で連通する吸気サブシステム（１４）、エンジンと下流で連通する排気サブシステム（１６）、ターボチャージャタービン（３８）の上流及びターボチャージャコンプレッサ（２８）の下流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路（４６）、及びターボチャージャタービンの下流及びターボチャージャコンプレッサ（２８）の上流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路（４８）を備えるターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステム（１０）における排気ガス再循環（ＥＧＲ）の制御方法。排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率が決定された後、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が決定され、決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準が最適化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００５年１２月２０日付けで出願された米国仮特許出願第６０／７５２，４１５号明細書の利益を主張する。
概して本開示の関わる分野は、ターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステム内での排気ガス再循環制御を含む。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャ付きエンジンシステムは、燃焼室で空気及び燃料を燃焼させて機械的動力に変換するエンジン、吸気ガスを燃焼室に搬送するための空気吸気サブシステム、及びエンジン排気サブシステムを備える。排気サブシステムは典型的には、エンジン燃焼室から排気ガスを運び出し、エンジン排気騒音を消音し、及びエンジン燃焼温度の上昇に伴い増加する排気ガス微粒子及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する。排気ガスは多くの場合、排気ガスサブシステムから再循環され吸気サブシステムに至り、新気と混合されたうえエンジンに戻される。排気ガス再循環による不活性ガス量の増加に伴い吸気ガス中の酸素が低減されるため、エンジン燃焼温度が低下し、ひいてはＮＯｘ形成が低減される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
方法の一例示的実施形態は、エンジン、エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、エンジンと下流で連通する排気サブシステム、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路、及びターボチャージャタービンの下流及びターボチャージャコンプレッサの上流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備えるターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステムにおける排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御するステップを含む。初めに、排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率が決定される。次に、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が決定され、決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準が最適化される。
【０００４】
本方法の例示的実施形態の好ましい当該態様に従えば、総ＥＧＲ率は１つ又は複数のエンジンシステムモデルに対する入力としての代替パラメータに応じて推定され得るもので、ＨＰ若しくはＬＰ ＥＧＲ流量センサ又は総ＥＧＲ流量センサにより直接計測されることはない。また、目標総ＥＧＲ率はＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率に対する閉ループ調整により閉ループ制御もされ得る。
【０００５】
本発明の他の例示的実施形態は、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。これらの詳細な説明及び特定の例は本発明の例示的実施形態を示すが、意図される目的は例示に過ぎず、本発明の範囲を制限することは意図されないものと理解されたい。
【０００６】
本発明の例示的実施形態は、詳細な説明及び添付の図面からより十全に理解されることとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的制御サブシステムを備えるエンジンシステムの例示的実施形態の概略図である。
【図２】図１のエンジンシステムの例示的制御サブシステムのブロック図である。
【図３】図１のエンジンシステムで使用され得るＥＧＲ制御の例示的方法のフローチャートである。
【図４】図３の方法の好ましい制御フロー部分を示すとともに総ＥＧＲ推定ブロック並びに高圧及び低圧ＥＧＲ開ループ制御ブロックを含むブロック図である。
【図５Ａ】図４の推定ブロックの例示的実施形態を示す。
【図５Ｂ】図４の推定ブロックの例示的実施形態を示す。
【図５Ｃ】図４の推定ブロックの例示的実施形態を示す。
【図６Ａ】図４の高圧及び低圧ＥＧＲ開ループ制御ブロックの例示的実施形態を示す。
【図６Ｂ】図４の高圧及び低圧ＥＧＲ開ループ制御ブロックの例示的実施形態を示す。
【図７】目標総ＥＧＲ率に対する弁位置の例示的プロットを示すグラフである。
【図８】図３の方法の第２の制御フロー部分を示すブロック図である。
【図９】図３の方法の第３の制御フロー部分を示すブロック図である。
【図１０】図３の方法の第４の制御フロー部分を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態の以下の説明は本質的に例示に過ぎず、一切、本発明、その適用又は使用の制限を意図するものではない。
【０００９】
方法の例示的実施形態に従えば、排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、高圧（ＨＰ）及び低圧（ＬＰ）ＥＧＲ通路を有するターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステムにおいて制御される。好ましくは、総ＥＧＲ率が１つ又は複数のエンジンシステムモデルに対する入力としての代替パラメータに応じて推定され、これはＨＰ若しくはＬＰ ＥＧＲ流量センサ又は総ＥＧＲ流量センサにより直接計測されることはない。目標総ＥＧＲ率は排気ガス基準に適合するよう決定される。次に、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が他の基準、例えば燃費目標値、エンジンシステム性能の照準、又はエンジンシステムの保護又は保守規格の少なくとも１つなどを、決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で最適化するよう決定される。また好ましくは、目標総ＥＧＲ率はＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率に対する閉ループ調整により閉ループ制御もされる。以下の説明では、本方法を実行するための例示的システムが記載されるとともに、例示的方法及び例示的制御フローもまた記載される。
【００１０】
例示的システム
例示的動作環境が図１に示され、これを使用して本開示のＥＧＲ制御方法が実現され得る。本方法は任意の好適なシステムを使用して実行され得るとともに、好ましくは、システム１０などのエンジンシステムと連動して実行される。以下のシステム説明は単に一例示的エンジンシステムの概要を提供するものであるが、本明細書に示されない他のシステム及び構成要素もまた本開示の方法を支援し得るであろう。
【００１１】
一般的にシステム１０は、燃料と吸気ガスとの混合物の内燃から機械的動力を発生させるための内燃エンジン１２、概してエンジン１２に吸気ガスを供給するための吸気サブシステム１４、及び概してエンジン１２から燃焼ガスを搬出するための排気サブシステム１６を備える。本明細書で使用されるとき、吸気ガスという語句には、新気と再循環された排気ガスとが含まれ得る。またシステム１０は一般的に、排気サブシステム１６及び吸気サブシステム１４と交差して連通するターボチャージャ１８も備えることで吸気を圧縮でき、それにより燃焼が改善されるとともに従ってエンジン出力が増加する。さらにシステム１０は一般的に、排気サブシステム１６及び吸気サブシステム１４と交差して排気ガス再循環サブシステム２０を備えることで排気ガスを再循環させて新気と混合でき、それによりエンジンシステム１０のエミッション性能が向上する。さらにシステム１０は一般的に、制御サブシステム２２を備えることによりエンジンシステム１０の動作を制御できる。当業者は認識するであろうことだが、任意の好適な液体及び／又は気体燃料をエンジン１２に供給してエンジン内で吸気ガスと共に燃焼させるために燃料サブシステム（図示せず）が使用される。
【００１２】
内燃エンジン１２は、自己着火又はディーゼルエンジンのような圧縮着火エンジンなどの任意の好適な種類のエンジンであり得る。エンジン１２はブロック２４を備えて中にシリンダ及びピストン（個別には図示せず）を有することができ、これらはシリンダヘッド（同様に個別には図示せず）と共に、燃料と吸気ガスとの混合物を内燃させるための燃焼室（図示せず）を画成する。
【００１３】
吸気サブシステム１４は、好適な導管及びコネクタに加え、空気フィルタ（図示せず）を有して入ってくる空気をろ過し得る入口端２６、及び入口端２６の下流に吸気を圧縮するためのターボチャージャコンプレッサ２８を備え得る。吸気サブシステム１４はまた、ターボチャージャコンプレッサ２８の下流に圧縮空気を冷却するための給気冷却器３０、及び給気冷却器３０の下流に冷却された空気のエンジン１２への流れを絞るための吸気絞り弁３２も備え得る。吸気サブシステム１４はまた、絞り弁３２の下流及びエンジン１２の上流に吸気マニホルド３４も備えることにより、絞られた空気を受け入れ得るとともにそれをエンジン燃焼室に送り込み得る。
【００１４】
排気サブシステム１６は、好適な導管及びコネクタに加え排気マニホルド３６を備えることにより、エンジン１２の燃焼室からの排気ガスを捕集し得るとともにそれを下流の排気サブシステム１６の残り部分へと搬送し得る。排気サブシステム１６はまた、排気マニホルド３６と下流で連通するターボチャージャタービン３８も備え得る。ターボチャージャ１８は、可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）型のターボチャージャ、二段式ターボチャージャ、又はウェイストゲート若しくはバイパス装置を伴うターボチャージャなどであり得る。いずれの場合にも、ターボチャージャ１８及び／又は任意のターボチャージャ付属装置を調整して次のパラメータ、すなわちターボチャージャ給気圧、空気質量流量、及び／又はＥＧＲ流量の任意の１つ又は複数を変更し得る。排気サブシステム１６はまた、任意の好適なエミッション装置４０、例えば密結合ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）装置のような触媒コンバータ、窒素酸化物（ＮＯｘ）吸着ユニット、微粒子フィルタなども備え得る。排気サブシステム１６はまた、排気出口４４の上流に配置される排気絞り弁４２も備え得る。
【００１５】
ＥＧＲサブシステム２０は好ましくはハイブリッド又は二系統型ＥＧＲサブシステムであり、排気サブシステム１６からの排気ガスの一部を吸気サブシステム１４に再循環させてエンジン１２で燃焼させる。従って、ＥＧＲサブシステム２０は２つの通路、すなわち高圧（ＨＰ）ＥＧＲ通路４６及び低圧（ＬＰ）ＥＧＲ通路４８を備え得る。好ましくは、ＨＰ ＥＧＲ通路４６はターボチャージャタービン３８の上流で排気サブシステム１６に接続されるが、吸気サブシステム１２にはターボチャージャコンプレッサ２８の下流で接続される。また好ましくは、ＬＰ ＥＧＲ通路４８はターボチャージャタービン３８の下流で排気サブシステム１６に接続されるが、吸気サブシステム１４にはターボチャージャコンプレッサ２８の上流で接続される。内部エンジン可変バルブタイミング及びリフトを利用して内部ＨＰ ＥＧＲを誘導するなど他の形態のＨＰ ＥＧＲを含め、排気サブシステム１６と吸気サブシステム１４との間の任意の他の好適な接続もまた企図される。
【００１６】
ＨＰ ＥＧＲ通路４６は、好適な導管及びコネクタに加えＨＰ ＥＧＲ弁５０を備えることにより、排気サブシステム１６から吸気サブシステム１４への排気ガスの再循環を制御し得る。ＨＰ ＥＧＲ弁５０は専有のアクチュエータを有するスタンドアロン装置であってもよく、又は吸気絞り弁３２と共に共通のアクチュエータを有する複合装置に統合されてもよい。ＨＰ ＥＧＲ通路４６はまた、ＨＰ ＥＧＲ弁５０の上流、又は場合により下流にＨＰ ＥＧＲ冷却器５２も備えてＨＰ ＥＧＲガスを冷却し得る。ＨＰ ＥＧＲ通路４６は好ましくは、ターボチャージャタービン３８の上流及び絞り弁３２の下流に接続され、ＨＰ ＥＧＲガスを絞られた空気及び他の吸気ガスと混合する（空気はＬＰ ＥＧＲを有し得る）。
【００１７】
ＬＰ ＥＧＲ通路４８は、好適な導管及びコネクタに加えＬＰ ＥＧＲ弁５４を備えることにより、排気サブシステム１６から吸気サブシステム１４への排気ガスの再循環を制御し得る。ＬＰ ＥＧＲ弁５４は専有のアクチュエータを有するスタンドアロン装置であってもよく、又は排気絞り弁４２と共に共通のアクチュエータを有する複合装置に統合されてもよい。ＬＰ ＥＧＲ通路４８はまた、ＬＰ ＥＧＲ弁５４の下流、又は場合により上流にＬＰ ＥＧＲ冷却器５６も備えてＬＰ ＥＧＲガスを冷却し得る。ＬＰ ＥＧＲ通路４８は好ましくは、ターボチャージャタービン３８の下流及びターボチャージャコンプレッサ２８の上流に接続され、ＬＰ ＥＧＲガスをろ過された吸気と混合する。
【００１８】
ここで図２を参照すると、制御サブシステム２２は任意の好適なハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアを備えることにより、本明細書に開示される方法の少なくとも一部分を実行し得る。例えば、制御サブシステム２２は、上記で考察されるエンジンシステムアクチュエータ５８の一部又は全部、並びに様々なエンジンセンサ６０を備え得る。エンジンシステムセンサ６０は図面上では個別に示されないが、エンジンシステムパラメータを監視するための任意の好適な装置を含み得る。
【００１９】
例えば、エンジン速度センサはエンジンクランク軸（図示せず）の回転速度を計測し、エンジン燃焼室と連通する圧力センサはエンジンシリンダ圧を計測し、吸気及び排気マニホルド圧力センサはエンジンシリンダに流れ込む、及びそこから流れ出すガスの圧力を計測し、吸気質量流量センサは吸気サブシステム１４に入ってくる空気流量を計測し、及びマニホルド質量流量センサはエンジン１２への吸気ガスの流量を計測する。別の例において、エンジンシステム１０は、エンジンシリンダへと流れる吸気ガスの温度を計測するための温度センサ、及び空気フィルタの下流及びターボチャージャコンプレッサ２８の上流に温度センサを備え得る。さらなる例において、エンジンシステム１０は、ターボチャージャコンプレッサ２８に好適に連結される速度センサを備えてその回転速度を計測し得る。集積角度位置センサなどのスロットル位置センサが絞り弁３２の位置を計測する。位置センサがターボチャージャ１８の近傍に配置され、可変容量タービン３８の位置を計測する。排気管温度センサが排気管出口のすぐ上流に設置され、排気サブシステム１６から排出される排気ガスの温度を計測し得る。また、エミッション装置４０の上流及び下流にも温度センサが設置され、その入口及び出口における排気ガスの温度を計測する。同様に、１つ又は複数の圧力センサがエミッション装置４０と交差して設置され、それを通じた圧力降下を計測する。酸素（Ｏ2）センサが排気サブシステム１６及び／又は吸気サブシステム１４に設置され、排気ガス及び／又は吸気ガス中の酸素を計測する。最後に、位置センサがＨＰ ＥＧＲ弁５０、ＬＰ ＥＧＲ弁５４及び排気絞り弁４２の位置を計測する。
【００２０】
本明細書で考察されるセンサ６０に加え、任意の他の好適なセンサ及びそれらに関連するパラメータが、本開示のシステム及び方法により包含され得る。例えば、センサ６０としてはまた、加速度センサ、車両速度センサ、パワートレイン速度センサ、フィルタセンサ、他の流量センサ、振動センサ、ノックセンサ、吸気圧及び排気圧センサなども挙げられるであろう。換言すれば、任意のセンサを使用して、電気的、機械的、及び化学的パラメータを含む任意の好適な物理的パラメータを検知し得る。本明細書で使用されるとき、センサという用語には、任意のエンジンシステムパラメータ及び／又はかかるパラメータの様々な組み合わせを感知するために使用される任意の好適なハードウェア及び／又はソフトウェアが含まれる。
【００２１】
制御サブシステム２２はさらに、アクチュエータ５８及びセンサ６０と連通する１つ又は複数のコントローラ（図示せず）を備えることにより、センサ入力を受信及び処理し得るとともにアクチュエータ出力信号を送信し得る。コントローラは１つ又は複数の好適なプロセッサ及びメモリデバイス（図示せず）を備え得る。メモリは、エンジンシステム１０の機能の少なくとも一部を提供するとともにプロセッサにより実行され得るデータ及び命令の記憶域を提供するよう構成され得る。本方法の少なくとも一部分は、１つ又は複数のコンピュータプログラム及びメモリ内にルックアップテーブル、マップ、モデルなどとして格納される様々なエンジンシステムデータ又は命令により可能となり得る。いずれの場合にも制御サブシステム２２は、センサ６０から入力信号を受信し、センサ入力信号を踏まえて命令又はアルゴリズムを実行し、及び好適な出力信号を様々なアクチュエータ５８に送信することにより、エンジンシステムパラメータを制御する。
【００２２】
制御サブシステム２２は、コントローラにいくつかのモジュールを備え得る。例えば、トップレベルエンジン制御モジュール６２が任意の好適なエンジンシステム入力信号を受信及び処理するとともに出力信号を吸気制御モジュール６４、燃料制御モジュール６６、及び任意の他の好適な制御モジュール６８に伝達する。以下でより詳細に考察されるであろうとおり、トップレベルエンジン制御モジュール６２はエンジンシステムパラメータセンサ６０の１つ又は複数からの入力信号を受信及び処理して任意の好適な方法で総ＥＧＲ率を推定する。
【００２３】
ＥＧＲ率を推定する様々な方法が当業者に知られている。本明細書で使用されるとき、語句「総ＥＧＲ率」はその構成パラメータの１つ又は複数を含むとともに、次の方程式により表すことができ、
【数１】
式中、
ＭＡＦは吸気サブシステムへの新気質量流量であり、
ＭEGRは吸気サブシステムへのＥＧＲ質量流量であり、
ＭENGはエンジンへの吸気ガス質量流量であり、及び
ｒEGRはエンジンに流入する吸気ガスのうち再循環された排気ガスに由来する部分を含む。
【００２４】
上記の方程式から、総ＥＧＲ率は、新気質量流量センサ及びセンサ又はその推定値からの吸気ガス質量流量を使用して、又は総ＥＧＲ率それ自体の推定値及び吸気ガス質量流量を使用して計算され得る。いずれの場合にも、トップレベルエンジン制御モジュール６２は好適なデータ入力を備えて１つ又は複数の質量流量センサ計測値又は１つ又は複数のエンジンシステムモデルに対する入力としての推定値から総ＥＧＲ率を直接推定し得る。
【００２５】
本明細書で使用されるとき、用語「モデル」には、ルックアップテーブル、マップ、アルゴリズムなどの変数を使用するものを表す任意の構築が含まれる。モデルは、任意の所定のエンジンシステムの正確な設計及び性能仕様に特有且つ特定のアプリケーションである。一例において、エンジンシステムモデルはまた、エンジン速度及び吸気マニホルドの圧力及び温度に基づき得る。エンジンシステムモデルはエンジンパラメータが変化するごとに更新されるとともに、エンジン速度、並びに吸気圧、温度、及び一般ガス定数により決定され得るエンジン吸気密度を含む入力を使用する多次元ルックアップテーブルであり得る。
【００２６】
総ＥＧＲ率は、直接的に、又はその構成要素を介して間接的に、推定又は感知される空気質量流量、Ｏ2、又はエンジンシステム温度などの１つ又は複数のエンジンシステムパラメータと相関し得る。かかるパラメータは、総ＥＧＲ率との相関について任意の好適な方式で分析され得る。例えば、総ＥＧＲ率は数式上、他のエンジンシステムパラメータと関連し得る。別の例において、エンジンキャリブレーション又はモデリングから、総ＥＧＲ率は経験的及び統計的に、他のエンジンシステムパラメータと関連し得る。いずれの場合にも、総ＥＧＲ率が任意の他のエンジンシステムパラメータと確実に相関していることが認められる場合、当該相関は数式的に、経験的に、音響的に等、モデル化され得る。例えば、経験的モデルは好適な試験から開発され得るとともに、総ＥＧＲ率値を他のエンジンシステムパラメータ値と相互参照し得るルックアップテーブル及びマップなどを挙げることができる。
【００２７】
従って、総ＥＧＲ率及び／又は個別のＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ流量の直接的なセンサ計測値の代わりとしてエンジンシステムパラメータが使用され得る。従って、総ＥＧＲ、ＨＰ ＥＧＲ、及びＬＰ ＥＧＲ流量センサが不要となるため、エンジンシステムの費用及び重量を節減し得る。かかるセンサが不要であることにより、他のセンサ関連ハードウェア、ソフトウェア、並びに配線、コネクタピン、コンピュータ処理電源及びメモリなどの費用もまた不要となる。
【００２８】
また、トップレベルエンジン制御６２モジュールが好ましくは、ターボチャージャ給気圧設定値及び目標総ＥＧＲ設定値を計算するとともに、それらの設定値を吸気制御モジュール６４に送信する。同様に、トップレベルエンジン制御モジュール６２は好適なタイミング及び燃料注入設定値を計算するとともにそれらを燃料制御モジュール６６に送信し、及び他の設定値を計算するとともにそれらを他の制御モジュール６８に送信する。燃料制御モジュール６６及び他の制御モジュール６８がかかる入力を受信及び処理するとともに、燃料インジェクタ、燃料ポンプ、又は他の装置などの任意の好適なエンジンシステム装置に対する好適なコマンド信号を生成する。
【００２９】
あるいは、トップレベルエンジン制御モジュール６２は、目標総ＥＧＲ設定値ではなく、給気圧設定値及び総吸気質量流量設定値（破線で示されるとおり）を計算及び送信してもよい。この代替例においては、続いて総ＥＧＲ設定値が空気質量流量設定値から決定され、これは実際の総ＥＧＲ率が実際の質量流量センサの読み取り値から推定される場合とほぼ同様の方法による。第２の代替例においては、全制御方法を通じて空気質量流量が総ＥＧＲ率に代わる。これにより使用されるデータのタイプ並びにＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ流量目標値の設定方法が変わるものの、コントローラの基本構成及び制御方法のフローは同じである。
【００３０】
吸気制御モジュール６４は、トップレベルエンジン制御モジュール６２から受信する設定値に加え、任意の好適なエンジンシステムパラメータ値を受信する。例えば、吸気制御モジュール６４は、ターボチャージャ給気圧などの吸気及び／又は排気サブシステムパラメータ値、及び質量流量を受信する。吸気制御モジュール６４は、受信したパラメータ値を処理するトップレベル吸気制御サブモジュール７０を備え得るとともに、ＬＰ及びＨＰ ＥＧＲ設定値などの任意の好適な出力、及びターボチャージャ設定値を、それぞれＬＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７２、ＨＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７４、及びターボチャージャ制御サブモジュール７６に送信する。ＬＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７２、ＨＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７４、及びターボチャージャ制御サブモジュール７６は、かかる吸気制御サブモジュール出力を処理するとともに、ＬＰ ＥＧＲ弁５４及び排気絞り弁４２、ＨＰ ＥＧＲ弁５０及び吸気絞り弁３２、及び１つ又は複数のターボチャージャアクチュエータ１９などの様々なエンジンシステム装置に対する好適なコマンド信号を生成する。様々なモジュール及び／又はサブモジュールは図示されるとおり別個であってもよく、又は１つ又は複数の複合モジュール及び／又はサブモジュールとして統合されてもよい。
【００３１】
例示的方法
ここではＬＰ及びＨＰ ＥＧＲの制御方法が提供され、これは上記のエンジンシステム１０の動作環境内で１つ又は複数のコンピュータプログラムとして実行され得る。当業者は、本方法が他の動作環境内の他のエンジンシステムを使用して実行されてもよいこともまた認識するであろう。ここで図３を参照すると、例示的方法３００がフローチャートの形式で示されている。
【００３２】
ステップ３０５に示されるとおり、方法３００は任意の好適な様式で開始され得る。例えば、方法３００は図１のエンジンシステム１０のエンジン１２の始動から開始されてもよい。
【００３３】
ステップ３１０において、新気がエンジンシステムの吸気サブシステムに引き込まれるとともに、吸気ガスが吸気サブシステムを通じてエンジンシステムのエンジンに導入される。例えば、新気は吸気システム１４の入口２６に引き込まれ得るとともに、吸気ガスは吸気マニホルド３４を通じてエンジン１２に導入され得る。
【００３４】
ステップ３１５において、排気ガスがエンジンシステムの排気サブシステムを通じてエンジンから排出される。例えば、排気ガスは排気マニホルド３６を通じてエンジン１２から排出され得る。
【００３５】
ステップ３２０において、排気ガスが排気サブシステムから高圧又は低圧ＥＧＲ通路の一方又は双方を通じてエンジンシステムの吸気サブシステムへと再循環される。例えば、ＨＰ及びＬＰ排気ガスは、排気サブシステム１６から、ＨＰ ＥＧＲ通路４６及びＬＰ ＥＧＲ通路４８を通じて吸気サブシステム１４へと再循環されてもよい。
【００３６】
ステップ３２５において、総ＥＧＲ率の指標となる１つ又は複数の代替パラメータが感知され得る。例えば、代替パラメータとしては、空気質量流量、Ｏ2、及び／又はエンジンシステム温度を挙げることができ、これらはエンジンシステム１０のそれぞれのセンサ６０により計測され得る。
【００３７】
ステップ３３０において、目標総ＥＧＲ率は排気ガス基準に適合するよう決定される。例えば、トップレベルエンジン制御モジュール６２は、任意の好適なエンジンシステムモデルを使用して現在のエンジン動作パラメータを所望の総ＥＧＲ率値と相互参照することにより、所定の排出基準に適合し得る。本明細書で使用されるとき、用語「目標」には、単一の値、複数の値、及び／又は任意の値の範囲が含まれる。また、本明細書で使用されるとき、用語「基準」には単数形及び複数形が含まれる。然るべきＥＧＲ率を決定するために使用される基準の例としては、速度及び負荷に基づく較正表、シリンダ温度目標値を決定するとともにＥＧＲ率に変換するモデルに基づく手法及び過渡動作又は定常状態動作などの動作条件が挙げられる。米国環境保護庁（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ：ＥＰＡ）などの環境当局により絶対排出基準が規定され得る。
【００３８】
ステップ３３５において、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が決定され、１つ又は複数の他のエンジンシステム基準、例えば燃費目標値、エンジンシステム性能の照準、又はエンジンシステムの保護又は保守規格などが、ステップ３３０において決定される目標総ＥＧＲ率による制約に応じて最適化される。
【００３９】
ステップ３４０において、ステップ３３５において決定される目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従い、個別のＨＰ ＥＧＲ及び／又はＬＰ ＥＧＲ設定値が生成され得る。
【００４０】
ステップ３４５において、ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ開度が決定され得る。例えば、開ループコントローラがモデルを使用してＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値及び他のエンジンシステムパラメータを処理することにより、開度が生成され得る。
【００４１】
ステップ３５０において、先に上記で考察されたとおり任意の好適なエンジンシステムモデルに対する入力として使用される代替パラメータに応じて、総ＥＧＲ率が推定され得る。例えば、総ＥＧＲ率推定には、数式的又は経験的に代替パラメータを総ＥＧＲ率と相関付けるエンジンシステムモデルが含まれ得る。モデルが含むルックアップテーブル、マップなどは、ＥＧＲ率値を代替パラメータ値と相互参照し得るものであるとともに、エンジン速度及び吸気マニホルドの圧力及び温度に基づき得る。いずれの場合にも、実際に個別のＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ流量センサ又は複合型総ＥＧＲ流量センサを使用して総ＥＧＲ率が直接計測されることはない。
【００４２】
ステップ３５５において、個別のＨＰ ＥＧＲ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率の一方又は双方が、推定された総ＥＧＲ率を伴う閉ループ制御を使用して調整され得る。ＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率は、それぞれＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ設定値又は弁及び／又はスロットル開度のいずれか又は双方の閉ループ制御を介して調整されてもよい。例えば、及び以下でより詳細に考察されるであろうとおり、閉ループコントローラが推定された総ＥＧＲ率をプロセス変数入力として、及び総ＥＧＲ率設定値を設定値入力として処理し、それによりＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ設定値出力トリムコマンドが生成され得る。従って、目標総ＥＧＲ率は好ましくはＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率に対する閉ループ調整により閉ループ制御される。かかる調整により実際のＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が変化し得る。
【００４３】
ステップ３６０において、ステップ３５０からのＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ開度が、１つ又は複数のＨＰ ＥＧＲ弁、ＬＰ ＥＧＲ弁、吸気絞り弁、又は排気絞り弁にそれぞれ適用され得る。ＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ開度は開ループ制御ブロックの下流で直接的に、又は開ループ制御ブロックの上流で設定値調整を介して間接的に調整される。
【００４４】
例示的制御フロー
ここで図４の制御ダイアグラムを参照すると、図３の制御方法３００の一部がＥＧＲ制御フロー４００としてブロック図の形式で示されている。制御フロー４００は、例えば図２の例示的制御サブシステム内で、及びより詳細には、その吸気制御モジュール６４内で実行され得る。従って図４は、ＨＰ ＥＧＲ制御サブモジュール又はブロック７４、ＬＰ ＥＧＲ制御サブモジュール又はブロック７２及びターボチャージャブースト制御サブモジュール又はブロック７６を示す。同様に、最適化ブロック４０２、ＥＧＲ率推定部ブロック４０４、及びＥＧＲ率閉ループ制御ブロック４０６もまた、吸気制御モジュール６４内、及びより詳細には、図２のトップレベル吸気制御サブモジュール７０内で実行され得る。
【００４５】
第一に、及び図５Ａ〜５Ｃも参照すると、実総ＥＧＲ率推定部ブロック４０４は好ましくは、エンジン負荷、エンジン速度、ターボチャージャ給気圧、及びエンジンシステム温度などの他の標準的なエンジンシステムパラメータに加え、実際の総ＥＧＲ率の代替パラメータを使用して実行される。例えば、図５Ａは好ましい代替パラメータが空気質量流量４１４ａであることを示し、これは任意の好適な空気質量流量推定値又は吸気質量流量センサなどからの読み取り値から得ることができる。別の例において、図５Ｂは代替パラメータが、吸気サブシステム１４に配置されるＯ2センサのようなＯ2センサなどからの酸素パーセンテージ４１４ｂであり得ることを示す。例えば、Ｏ2センサは全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）であってもよく、これは吸気マニホルド３４に位置し得る。さらなる例において、図５Ｃは代替パラメータが、温度センサから得られる吸気サブシステム及び排気サブシステム温度４１４ｃであり得ることを示す。例えば、空気入口温度センサなどからの吸気温度、排気温度センサなどからの排気温度、及び吸気マニホルド温度センサなどからのマニホルド温度が使用され得る。上記のいずれの手法においても、実総ＥＧＲ率４１６は１つ又は複数の代替パラメータタイプから推定され得る。
【００４６】
第二に、及び再び図４を参照すると、最適化ブロック４０２が様々なエンジンシステム入力を受信及び処理して最適なＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を特定するとともに当該比に従いＨＰ ＥＧＲ設定値を生成する。例えば、最適化ブロック４０２は、エンジンシステム１０の対応するセンサなどからエンジン負荷信号４０７及びエンジン速度信号４０８を受信し得る。エンジン負荷信号４０７としては、マニホルド圧力、燃料注入流量等の任意のパラメータを挙げることができる。最適化ブロック４０２はまた、トップレベルエンジン制御モジュール６２などから総ＥＧＲ率設定値４１８も受信し得る。
【００４７】
最適化ブロック４０２は、最適なＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を特定するとともに対応するＨＰ ＥＧＲ設定値を生成するうえで燃費基準を優先させ得る。燃費最適化により、最適化ブロック４０２は任意の好適な正味ターボチャージャ効率モデルを含んでもよく、これはポンプ損失、並びにタービン及びコンプレッサ効率などの様々なパラメータを包含する。
効率モデルは、エンジン吸気サブシステム１４の原理に基づく数学的表現、一組のエンジンシステム較正表などを含み得る。燃費基準を満たすよう所望のＥＧＲ比を決定するために使用される基準の例としては、燃費に負の影響を及ぼす傾向のある吸気又は排気スロットルの閉鎖の必要なしに総ＥＧＲ率の達成が可能な比の設定を挙げることができ、又はこの比が最高燃費に最適な吸気空気温度を達成するよう調整され得る。
【００４８】
最適化ブロック４０２はまた、燃費基準より、任意の好適な目的上の他のエンジンシステム基準の最適化を優先し得る。例えば、燃費基準よりＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の提供が優先されてもよく、この比により運転者の車両加速要求に応えるトルク出力の増加など、エンジンシステム性能の向上が提供される。この場合、コントローラについてはＬＰ ＥＧＲの割合がより高いほどターボチャージャの高速化が可能となり、ターボラグが低減されるため有利であり得る。別の例において、異なるＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の提供が優先されることにより、ターボチャージャの過速条件又はコンプレッサ先端の過剰温度の回避、又はターボチャージャの凝縮液形成の低減など、エンジンシステム１０が保護され得る。さらなる例において、別のＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の提供が優先されることにより、吸気又は排気サブシステム温度に作用するなどしてエンジンシステム１０が保守され得る。例えば、排気サブシステム温度を上昇させてディーゼル微粒子フィルタを再生し得るとともに、吸気温度を低下させてエンジン１２を冷却し得る。さらなる例として、吸気空気温度を制御することにより入口吸気通路において形成する可能性のある凝縮水を低減し得る。
【００４９】
いずれの場合にも、最適化ブロック４０２はそのモデルに従い入力を処理して目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定するとともに、次にＨＰ ＥＧＲ設定値４２０を生成し、これが下流のＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４及び演算ノード４２２に供給され、演算ノード４２２はトップレベルエンジン制御モジュール６２から総ＥＧＲ率設定値４１８もまた受信することでＬＰ ＥＧＲ設定値４２４がもたらされる。
【００５０】
第三に、及びなお図４を参照すると、総ＥＧＲ率閉ループ制御ブロック４０６は、ＰＩＤコントローラブロックなどの総ＥＧＲ率を制御するための任意の好適な閉ループ制御手段であり得る。閉ループ制御ブロック４０６は設定値入力４０６ａを含んでトップレベルエンジン制御モジュール６２から目標総ＥＧＲ率設定値を受信するとともに、さらにプロセス変数入力４０６ｂを含んで推定部ブロック４０４から実総ＥＧＲ率推定値を受信する。総ＥＧＲ率制御ブロック４０６はこれらの入力を処理してフィードバック制御信号又はトリムコマンド４０６ｃを生成し、これは別の演算ノード４２６でＬＰ ＥＧＲ設定値４２４と合計され下流でＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２において入力される。かかるトリム調整は同様に、又は代替的に、ＬＰ ＥＧＲ弁及び／又は排気絞り弁パーセンテージ開放コマンドに対する調整として計算され得るとともにＬＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７２の後に加算され得る。従って、制御ブロック４０６及び関連ノードは、開ループ制御ブロック７２とその下流側で通信することによっても弁及びスロットル開度に好適な設定値を調整し得るであろう。
【００５１】
ＨＰ ＥＧＲ流量は開ループ制御されるのみであることから、目標総ＥＧＲ率を達成するためＬＰ ＥＧＲ流量又はＬＰ ＥＧＲ率が閉ループ制御ブロック４０６により調整される。より具体的には、排気エミッション及びエンジン燃費は双方とも総ＥＧＲ率に大きく依存し、且つそれほどではないにせよＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比にもある程度依存するため、最大限に制御するべく総ＥＧＲ率が閉ループ制御される一方、最大限の費用効果及び効率のためＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率及び／又はＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が少なくとも部分的に開ループ制御される。これらの開ループ制御ブロック７２、７４は、良好な応答時間を提供し、コントローラの相互依存性を低減し、且つセンサ信号の過渡性及び外乱の影響を低減する。これは一例示的手法であるが、以下では図８〜１０を参照して他の手法が考察される。
【００５２】
第四に、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は、ターボチャージャ給気圧４０９並びにエンジン負荷入力４０７及びエンジン速度入力４０８に加え、それらの各ＬＰ及びＨＰ ＥＧＲ設定値を受信する。ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４はかかる入力を受信してそれらの各ＬＰ及びＨＰ ＥＧＲアクチュエータを開ループ又はフィードフォワード制御する。例えば、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は、ＬＰ ＥＧＲ弁コマンド４３０及び／又は排気スロットルコマンド４３２、及びＨＰ ＥＧＲ弁コマンド４３８及び／又は吸気スロットルコマンド４４０を出力する。ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は、１つ又は複数のモデルを使用してＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ流量を好適なＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁及び／又はスロットル位置と相関付ける。
【００５３】
図６Ａ及び６Ｂに示されるとおり、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は様々な開ループ制御モデルを含み得る。例えば、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２は任意の好適なモデル４２６を含むことでＬＰ ＥＧＲ設定値４２４をＬＰ ＥＧＲ弁位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。また、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２は任意の好適なモデル４２８を含むことでＬＰ ＥＧＲ設定値４２４を排気スロットル位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。モデル４２６、４２８は、エンジン負荷４０７、エンジン速度４０８、及びターボチャージャ給気圧４０９などの任意の好適な入力を受信し得る。モデル４２６、４２８は、実行されるとそれぞれＬＰ ＥＧＲ弁コマンド４３０及び／又は排気スロットルコマンド４３２を生成し、これらはそれぞれのアクチュエータにより使用される。アクチュエータは開ループモードで動作してもよく、又はアクチュエータ位置を計測するための任意の好適なセンサと動作上連結されるとともにコマンドを調整して目標パーセンテージを達成してもよいことに留意されたい。
【００５４】
同様に、ＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は任意の好適なモデル４３４を含むことでＨＰ ＥＧＲ設定値４２０をＨＰ ＥＧＲ弁位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。また、ＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は任意の好適なモデル４３６も含むことでＨＰ ＥＧＲ設定値４２０を吸気スロットル位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。さらに、モデル４３４、４３６は、エンジン負荷４０７、エンジン速度４０８、及びターボチャージャ給気圧４０９などの任意の好適な入力を受信し得る。モデル４３４、４３６は、実行されるとそれぞれＨＰ ＥＧＲ弁コマンド４３８及び／又は吸気スロットルコマンド４４０を生成し、これらはそれぞれのアクチュエータにより使用される。
【００５５】
図７は、目標総ＥＧＲ率に対する例示的ＬＰ ＥＧＲ弁及び排気スロットル開度のグラフを示す。示されるとおり、絞り弁４２は約０％ＥＧＲにおいて実質的に閉鎖されているとともに徐々に開放され約２０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放位置となり、一方ＬＰ ＥＧＲ弁５４は約０％ＥＧＲから約２０％ＥＧＲまで実質的に閉鎖されたままである。
その後、排気スロットル４２は総ＥＧＲが約７０％に達するまで１００％開放されたままであり、及びＬＰ ＥＧＲ弁５４は徐々に開放され約７０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放となる。その後、ＬＰ ＥＧＲ弁５４は実質的に１００％開放されたまま保たれる一方、排気絞り弁４２は徐々に閉鎖され１００％ＥＧＲで実質的に閉鎖される。単一の組み合わされたＬＰ ＥＧＲ及び排気絞り弁が今しがた記載したような弁開放を実質的に達成し得る限り、２つの別個の弁ではなく、かかる一体の弁装置が使用され得るであろう。
【００５６】
再び図４を参照すると、ターボチャージャブースト制御ブロック７６は、好適なＰＩＤ制御ブロックなどの、ターボチャージャアクチュエータを調整して安全なターボ動作範囲内で目標給気圧を達成するための任意の好適な閉ループ制御手段である。制御ブロック７６は設定値入力７６ａを含むことでトップレベルエンジン制御モジュール６２からブースト設定値を、及びターボチャージャブーストセンサから実給気圧入力７６ｂを受信し得る。制御ブロック７６はこれらの入力を処理するとともに可変タービンジオメトリコマンド４４４などの任意の好適なターボチャージャコマンド出力を生成してターボチャージャ１８の可変ベーンを調整する。
【００５７】
ここで図８を参照すると、好ましい制御フロー４００の代わりに代替的制御フロー８００が使用され得る。この実施形態は図４の実施形態と多くの点で類似しているとともに、実施形態間で同じ数字は、図面のいくつかの図を通じて同様の、又は対応する要素をほぼ示す。加えて、前の実施形態の記載が参照により援用されるとともに、ここでは基本的に共通の主題は繰り返されないものとする。
【００５８】
代替的制御フロー８００はＬＰ ＥＧＲではなくＨＰ ＥＧＲの閉ループ調整を含む。
換言すれば、ＬＰ ＥＧＲ設定値４２４’ではなくＨＰ ＥＧＲ設定値４２０’が調整されることにより総ＥＧＲ率が制御され得る。従って、閉ループ制御ブロック４０６は制御信号を生成してＨＰ ＥＧＲ率を−ＬＰ ＥＧＲ率ではなく−調整し得る。制御戦略のこの変更に適合させるため、最適化ブロック４０２’が提供され、ＨＰ ＥＧＲ設定値４２０ではなくＬＰ ＥＧＲ設定値４２４’が出力され得る。かかるトリム調整は同様に、又は代替的に、ＨＰ ＥＧＲ弁及び／又は吸気絞り弁パーセンテージ開放コマンドに対する調整として計算され得るとともにＨＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７４の後に加算され得る。従って、制御ブロック４０６及び関連ノードは開ループ制御ブロック７４とその下流側で通信することによっても弁及びスロットル開度について好適な設定値を調整し得るであろう。それ以外は、フロー８００はフロー４００と実質的に同様である。
【００５９】
ここで図９を参照すると、好ましい制御フロー４００の代わりに第２の制御フロー９００が使用され得る。この実施形態は図４の実施形態と多くの点で類似しているとともに、実施形態間で同じ数字は、図面のいくつかの図を通じて同様の、又は対応する要素をほぼ示す。加えて、前の実施形態の記載が参照により援用されるとともに、ここでは基本的に共通の主題は繰り返されないものとする。
【００６０】
第２の制御フロー９００において、閉ループ制御がＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値と同じ比率でＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ率に割り当てられ得る。換言すれば、ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ率は双方ともそれらの各ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に応じて閉ループ調整される。
【００６１】
制御戦略のこの変更を促進するため、閉ループ制御ブロック４０６はそのトリムコマンド４０６ｃを、フロー４００のように上流演算ノード４２６を介してＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２のみに出力することはない。むしろ、トリムコマンドはＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４の双方に出力される。この変更をさらに促進するため、比例演算ブロック９５０、９５２がそれぞれＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値及び総ＥＧＲ設定値４１８を受信する。演算ブロック９５０、９５２からの比例出力は乗算演算ブロック９５４、９５６で受信され、それらに対し閉ループトリムコマンド４０６ｃが比例割当てされる。乗算出力は下流演算ノード４２６、９２６でＬＰ及びＨＰ ＥＧＲ設定値と合計され、下流でＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４において入力される。好適なチェックが演算ブロック内で実施され、総ＥＧＲ率設定値が０のときに０で除算されることが回避され得るであろう。それ以外の点では、フロー９００はフロー４００及び／又は８００と実質的に同様である。
【００６２】
ここで図１０を参照すると、好ましい制御フロー４００に代わり第３の例示的制御フロー１０００が使用され得る。この実施形態は図４の実施形態と多くの点で類似しているとともに、実施形態間で同じ数字は、図面のいくつかの図を通じて同様の、又は対応する要素をほぼ示す。加えて、前の実施形態の記載が参照により援用されるとともに、ここでは基本的に共通の主題は繰り返されないものとする。
【００６３】
第３の制御フロー１０００において、閉ループ制御はＬＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７２とＨＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７４との間を任意の所定の瞬間のエンジン動作条件に応じて交互に切り換えられ得る。換言すれば、ＨＰ又はＬＰ ＥＧＲ設定値のいずれも閉ループ制御により調整され得る。例えば、ＨＰ ＥＧＲが閉ループ制御されることにより、エンジンシステム温度が比較的高いとき、又は総ＥＧＲ率の急速な変更が必要とされるとき、又はターボチャージャ性能がそれほど重要ではないか、若しくは必要とされないときの、ターボチャージャでの凝縮が回避される。
【００６４】
制御戦略の変更を達成するため、閉ループ制御ブロック１００６は、フロー４００のように上流演算ノード４２６を介してＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２のみに出力を提供することはない。むしろ、制御ブロック１００６は出力をＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４の双方に提供する。閉ループ制御ブロック１００６は設定値入力１００６ａを含むことでトップレベルエンジン制御モジュール６２から目標総ＥＧＲ率設定値４１８を受信し得るとともに、さらにプロセス変数入力１００６ｂを含むことで推定部ブロック４０４から実総ＥＧＲ率推定値を受信し得る。総ＥＧＲ率制御ブロック１００６はこれらの入力を処理し、次の代替的トリムコマンド、すなわち演算ノード４２６においてＬＰ ＥＧＲ設定値４２４と合計して下流でＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２において入力するためのＬＰ ＥＧＲトリムコマンド１００６ｃ、及び別の演算ノード１０２６においてＨＰ ＥＧＲ設定値４２０と合計して下流でＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４において入力するためのＨＰ ＥＧＲトリムコマンド１００６ｄを生成する。制御ブロック１００６が２つの出力１０００ｃと１０００ｄとの間を切り換えられることによって、ＬＰ ＥＧＲ率又はＨＰ ＥＧＲ率が閉ループ制御ブロック１００６により調整され、目標総ＥＧＲ率が達成され得る。それ以外の点では、フロー１０００はフロー４００及び／又は８００と実質的に同様である。
【００６５】
上記の様々な例示的実施形態の１つ又は複数が次の利点の１つ又は複数を含み得る。第一に、何よりまず排出ガス規制に適合し、及び次にエンジン燃費及び性能を最適化するとともにエンジンシステムを保護及び保守するような方法で、総目標ＥＧＲ率がＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ通路に割り当てられ得る。第二に、費用がかかり、エンジンシステムを複雑にし、故障モードを招く、個別の総ＥＧＲ、ＨＰ ＥＧＲ、又はＬＰ ＥＧＲ流量センサの使用が必要ない。第三に、１つの標準的閉ループ制御手段を使用して目標総ＥＧＲ率並びに個別のＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ流量を制御し得るため、現行のエンジン制御アーキテクチャにおける実用的且つ費用効果の高い実現が可能となる。第四に、単一の共通アクチュエータにより制御される複合型ＬＰ ＥＧＲ弁及び排気絞り弁が使用され得るとともに、同様に、単一の共通アクチュエータにより制御される複合型ＨＰ ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁もまた使用され得る。
【００６６】
上述される本発明の実施形態は本質的に単なる例示であり、従ってそれらの変形例は、本発明の精神及び範囲からの逸脱とは見なされないものとする。
【００６７】
本発明は、以下のような態様であっても良い。
（１）エンジン、前記エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、前記エンジンと下流で連通する排気サブシステムを備え、且つ排気絞り弁、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路を備え、且つＨＰ ＥＧＲ弁、及び前記ターボチャージャタービンの下流及び前記ターボチャージャコンプレッサの上流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備え、且つＬＰ ＥＧＲ弁を備えるターボチャージャ付きエンジンシステムにおいて排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御する方法であって、新気を前記吸気サブシステムに引き込むステップ、前記吸気サブシステムを通じて吸気ガスを前記エンジンに導入するステップ、前記排気サブシステムを通じて排気ガスを前記エンジンから排出するステップ、前記排気サブシステムから前記高圧又は低圧ＥＧＲ通路の少なくとも１つを通じて前記吸気サブシステムへと排気ガスを再循環させるステップ、総ＥＧＲ率の指標となる１つ又は複数の代替パラメータを感知するステップ、少なくとも１つのエンジンシステムモデルに対する入力としての前記感知された代替パラメータに応じて、且つＥＧＲ流量センサを使用せず、総ＥＧＲ率を推定するステップ、排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率を決定するステップ、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定して前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で燃費基準を最適化するステップ、前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ設定値及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成するステップ、前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁並びに排気絞り弁開度を決定するステップ、前記推定された総ＥＧＲ率をプロセス変数入力として、及び前記目標総ＥＧＲ率を設定値入力として処理することにより前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整するステップ、及び前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁並びに排気絞り弁開度を前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁並びに排気絞り弁に適用するステップ、を含む方法。
（２）前記代替パラメータが、空気質量流量、Ｏ2、又はエンジンシステム温度の少なくとも１つを含む、（１）に記載の方法。
（３）前記総ＥＧＲ率を推定するステップが、前記エンジンシステムモデルを使用して数式的又は経験的に前記代替パラメータを前記総ＥＧＲ率と相関付けるステップを含み得る、（１）に記載の方法。
（４）前記エンジンシステムモデルが、ＥＧＲ率値を代替パラメータ値と相互参照するルックアップテーブル又はマップの少なくとも１つを含む、（３）に記載の方法。
（５）前記エンジンシステムモデルがエンジン速度及び吸気マニホルドの圧力及び温度に基づく、（４）に記載の方法。
（６）前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定するステップが、前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で、前記燃費基準より他のエンジンシステム基準の方を選んで優先するステップを含む、（１）に記載の方法。
（７）前記他のエンジンシステム基準がエンジンシステム性能を含む、（６）に記載の方法。
（８）前記他のエンジンシステム基準がエンジンシステム保護規格又は保守規格の少なくとも１つをさらに含む、（７）に記載の方法。
（９）前記ターボチャージャを閉ループ制御するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１０）前記ＬＰ ＥＧＲ弁が吸気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、（１）に記載の方法。
（１１）前記ＨＰ ＥＧＲ弁が排気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、（１）に記載の方法。
（１２）目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する前記ステップが、ターボチャージャ効率モデルを使用するステップを含む、（１）に記載の方法。
（１３）前記ＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１４）目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ開度を決定する前記ステップが、エンジン負荷、エンジン速度、及びターボチャージャ給気圧を入力として伴う開ループモデルを使用するステップを含む、（１）に記載の方法。
（１５）前記排気絞り弁が約０％ＥＧＲで実質的に閉鎖されているとともに徐々に開放されて約２０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放位置となる一方、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が約０％ＥＧＲから約２０％ＥＧＲまで実質的に閉鎖されたままであり、その後、前記排気絞り弁は総ＥＧＲが約７０％に達するまで実質的に１００％開放されたままであるとともに、前記ＬＰ ＥＧＲ弁は徐々に開放され約７０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放となり、その後、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が実質的に１００％開放されたまま保たれる一方、前記排気絞り弁が徐々に閉鎖され約１００％ＥＧＲで実質的に閉鎖されるように前記開度が適用される、（１４）に記載の方法。
（１６）前記ＨＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１７）前記ＨＰ及びＬＰ設定値の比率に従い前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１８）任意の所定の瞬間のエンジン動作条件に応じて前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値の一方又は他方を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００５年１２月２０日付けで出願された米国仮特許出願第６０／７５２，４１５号明細書の利益を主張する。
概して本開示の関わる分野は、ターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステム内での排気ガス再循環制御を含む。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャ付きエンジンシステムは、燃焼室で空気及び燃料を燃焼させて機械的動力に変換するエンジン、吸気ガスを燃焼室に搬送するための空気吸気サブシステム、及びエンジン排気サブシステムを備える。排気サブシステムは典型的には、エンジン燃焼室から排気ガスを運び出し、エンジン排気騒音を消音し、及びエンジン燃焼温度の上昇に伴い増加する排気ガス微粒子及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する。排気ガスは多くの場合、排気ガスサブシステムから再循環され吸気サブシステムに至り、新気と混合されたうえエンジンに戻される。排気ガス再循環による不活性ガス量の増加に伴い吸気ガス中の酸素が低減されるため、エンジン燃焼温度が低下し、ひいてはＮＯｘ形成が低減される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
方法の一例示的実施形態は、エンジン、エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、エンジンと下流で連通する排気サブシステム、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路、及びターボチャージャタービンの下流及びターボチャージャコンプレッサの上流の排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備えるターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステムにおける排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御するステップを含む。初めに、排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率が決定される。次に、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が決定され、決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準が最適化される。
【０００４】
本方法の例示的実施形態の好ましい当該態様に従えば、総ＥＧＲ率は１つ又は複数のエンジンシステムモデルに対する入力としての代替パラメータに応じて推定され得るもので、ＨＰ若しくはＬＰ ＥＧＲ流量センサ又は総ＥＧＲ流量センサにより直接計測されることはない。また、目標総ＥＧＲ率はＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率に対する閉ループ調整により閉ループ制御もされ得る。
【０００５】
本発明の他の例示的実施形態は、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。これらの詳細な説明及び特定の例は本発明の例示的実施形態を示すが、意図される目的は例示に過ぎず、本発明の範囲を制限することは意図されないものと理解されたい。
【０００６】
本発明の例示的実施形態は、詳細な説明及び添付の図面からより十全に理解されることとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的制御サブシステムを備えるエンジンシステムの例示的実施形態の概略図である。
【図２】図１のエンジンシステムの例示的制御サブシステムのブロック図である。
【図３】図１のエンジンシステムで使用され得るＥＧＲ制御の例示的方法のフローチャートである。
【図４】図３の方法の好ましい制御フロー部分を示すとともに総ＥＧＲ推定ブロック並びに高圧及び低圧ＥＧＲ開ループ制御ブロックを含むブロック図である。
【図５Ａ】図４の推定ブロックの例示的実施形態を示す。
【図５Ｂ】図４の推定ブロックの例示的実施形態を示す。
【図５Ｃ】図４の推定ブロックの例示的実施形態を示す。
【図６Ａ】図４の高圧及び低圧ＥＧＲ開ループ制御ブロックの例示的実施形態を示す。
【図６Ｂ】図４の高圧及び低圧ＥＧＲ開ループ制御ブロックの例示的実施形態を示す。
【図７】目標総ＥＧＲ率に対する弁位置の例示的プロットを示すグラフである。
【図８】図３の方法の第２の制御フロー部分を示すブロック図である。
【図９】図３の方法の第３の制御フロー部分を示すブロック図である。
【図１０】図３の方法の第４の制御フロー部分を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態の以下の説明は本質的に例示に過ぎず、一切、本発明、その適用又は使用の制限を意図するものではない。
【０００９】
方法の例示的実施形態に従えば、排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、高圧（ＨＰ）及び低圧（ＬＰ）ＥＧＲ通路を有するターボチャージャ付き圧縮着火エンジンシステムにおいて制御される。好ましくは、総ＥＧＲ率が１つ又は複数のエンジンシステムモデルに対する入力としての代替パラメータに応じて推定され、これはＨＰ若しくはＬＰ ＥＧＲ流量センサ又は総ＥＧＲ流量センサにより直接計測されることはない。目標総ＥＧＲ率は排気ガス基準に適合するよう決定される。次に、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が他の基準、例えば燃費目標値、エンジンシステム性能の照準、又はエンジンシステムの保護又は保守規格の少なくとも１つなどを、決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で最適化するよう決定される。また好ましくは、目標総ＥＧＲ率はＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率に対する閉ループ調整により閉ループ制御もされる。以下の説明では、本方法を実行するための例示的システムが記載されるとともに、例示的方法及び例示的制御フローもまた記載される。
【００１０】
例示的システム
例示的動作環境が図１に示され、これを使用して本開示のＥＧＲ制御方法が実現され得る。本方法は任意の好適なシステムを使用して実行され得るとともに、好ましくは、システム１０などのエンジンシステムと連動して実行される。以下のシステム説明は単に一例示的エンジンシステムの概要を提供するものであるが、本明細書に示されない他のシステム及び構成要素もまた本開示の方法を支援し得るであろう。
【００１１】
一般的にシステム１０は、燃料と吸気ガスとの混合物の内燃から機械的動力を発生させるための内燃エンジン１２、概してエンジン１２に吸気ガスを供給するための吸気サブシステム１４、及び概してエンジン１２から燃焼ガスを搬出するための排気サブシステム１６を備える。本明細書で使用されるとき、吸気ガスという語句には、新気と再循環された排気ガスとが含まれ得る。またシステム１０は一般的に、排気サブシステム１６及び吸気サブシステム１４と交差して連通するターボチャージャ１８も備えることで吸気を圧縮でき、それにより燃焼が改善されるとともに従ってエンジン出力が増加する。さらにシステム１０は一般的に、排気サブシステム１６及び吸気サブシステム１４と交差して排気ガス再循環サブシステム２０を備えることで排気ガスを再循環させて新気と混合でき、それによりエンジンシステム１０のエミッション性能が向上する。さらにシステム１０は一般的に、制御サブシステム２２を備えることによりエンジンシステム１０の動作を制御できる。当業者は認識するであろうことだが、任意の好適な液体及び／又は気体燃料をエンジン１２に供給してエンジン内で吸気ガスと共に燃焼させるために燃料サブシステム（図示せず）が使用される。
【００１２】
内燃エンジン１２は、自己着火又はディーゼルエンジンのような圧縮着火エンジンなどの任意の好適な種類のエンジンであり得る。エンジン１２はブロック２４を備えて中にシリンダ及びピストン（個別には図示せず）を有することができ、これらはシリンダヘッド（同様に個別には図示せず）と共に、燃料と吸気ガスとの混合物を内燃させるための燃焼室（図示せず）を画成する。
【００１３】
吸気サブシステム１４は、好適な導管及びコネクタに加え、空気フィルタ（図示せず）を有して入ってくる空気をろ過し得る入口端２６、及び入口端２６の下流に吸気を圧縮するためのターボチャージャコンプレッサ２８を備え得る。吸気サブシステム１４はまた、ターボチャージャコンプレッサ２８の下流に圧縮空気を冷却するための給気冷却器３０、及び給気冷却器３０の下流に冷却された空気のエンジン１２への流れを絞るための吸気絞り弁３２も備え得る。吸気サブシステム１４はまた、絞り弁３２の下流及びエンジン１２の上流に吸気マニホルド３４も備えることにより、絞られた空気を受け入れ得るとともにそれをエンジン燃焼室に送り込み得る。
【００１４】
排気サブシステム１６は、好適な導管及びコネクタに加え排気マニホルド３６を備えることにより、エンジン１２の燃焼室からの排気ガスを捕集し得るとともにそれを下流の排気サブシステム１６の残り部分へと搬送し得る。排気サブシステム１６はまた、排気マニホルド３６と下流で連通するターボチャージャタービン３８も備え得る。ターボチャージャ１８は、可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）型のターボチャージャ、二段式ターボチャージャ、又はウェイストゲート若しくはバイパス装置を伴うターボチャージャなどであり得る。いずれの場合にも、ターボチャージャ１８及び／又は任意のターボチャージャ付属装置を調整して次のパラメータ、すなわちターボチャージャ給気圧、空気質量流量、及び／又はＥＧＲ流量の任意の１つ又は複数を変更し得る。排気サブシステム１６はまた、任意の好適なエミッション装置４０、例えば密結合ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）装置のような触媒コンバータ、窒素酸化物（ＮＯｘ）吸着ユニット、微粒子フィルタなども備え得る。排気サブシステム１６はまた、排気出口４４の上流に配置される排気絞り弁４２も備え得る。
【００１５】
ＥＧＲサブシステム２０は好ましくはハイブリッド又は二系統型ＥＧＲサブシステムであり、排気サブシステム１６からの排気ガスの一部を吸気サブシステム１４に再循環させてエンジン１２で燃焼させる。従って、ＥＧＲサブシステム２０は２つの通路、すなわち高圧（ＨＰ）ＥＧＲ通路４６及び低圧（ＬＰ）ＥＧＲ通路４８を備え得る。好ましくは、ＨＰ ＥＧＲ通路４６はターボチャージャタービン３８の上流で排気サブシステム１６に接続されるが、吸気サブシステム１２にはターボチャージャコンプレッサ２８の下流で接続される。また好ましくは、ＬＰ ＥＧＲ通路４８はターボチャージャタービン３８の下流で排気サブシステム１６に接続されるが、吸気サブシステム１４にはターボチャージャコンプレッサ２８の上流で接続される。内部エンジン可変バルブタイミング及びリフトを利用して内部ＨＰ ＥＧＲを誘導するなど他の形態のＨＰ ＥＧＲを含め、排気サブシステム１６と吸気サブシステム１４との間の任意の他の好適な接続もまた企図される。
【００１６】
ＨＰ ＥＧＲ通路４６は、好適な導管及びコネクタに加えＨＰ ＥＧＲ弁５０を備えることにより、排気サブシステム１６から吸気サブシステム１４への排気ガスの再循環を制御し得る。ＨＰ ＥＧＲ弁５０は専有のアクチュエータを有するスタンドアロン装置であってもよく、又は吸気絞り弁３２と共に共通のアクチュエータを有する複合装置に統合されてもよい。ＨＰ ＥＧＲ通路４６はまた、ＨＰ ＥＧＲ弁５０の上流、又は場合により下流にＨＰ ＥＧＲ冷却器５２も備えてＨＰ ＥＧＲガスを冷却し得る。ＨＰ ＥＧＲ通路４６は好ましくは、ターボチャージャタービン３８の上流及び絞り弁３２の下流に接続され、ＨＰ ＥＧＲガスを絞られた空気及び他の吸気ガスと混合する（空気はＬＰ ＥＧＲを有し得る）。
【００１７】
ＬＰ ＥＧＲ通路４８は、好適な導管及びコネクタに加えＬＰ ＥＧＲ弁５４を備えることにより、排気サブシステム１６から吸気サブシステム１４への排気ガスの再循環を制御し得る。ＬＰ ＥＧＲ弁５４は専有のアクチュエータを有するスタンドアロン装置であってもよく、又は排気絞り弁４２と共に共通のアクチュエータを有する複合装置に統合されてもよい。ＬＰ ＥＧＲ通路４８はまた、ＬＰ ＥＧＲ弁５４の下流、又は場合により上流にＬＰ ＥＧＲ冷却器５６も備えてＬＰ ＥＧＲガスを冷却し得る。ＬＰ ＥＧＲ通路４８は好ましくは、ターボチャージャタービン３８の下流及びターボチャージャコンプレッサ２８の上流に接続され、ＬＰ ＥＧＲガスをろ過された吸気と混合する。
【００１８】
ここで図２を参照すると、制御サブシステム２２は任意の好適なハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアを備えることにより、本明細書に開示される方法の少なくとも一部分を実行し得る。例えば、制御サブシステム２２は、上記で考察されるエンジンシステムアクチュエータ５８の一部又は全部、並びに様々なエンジンセンサ６０を備え得る。エンジンシステムセンサ６０は図面上では個別に示されないが、エンジンシステムパラメータを監視するための任意の好適な装置を含み得る。
【００１９】
例えば、エンジン速度センサはエンジンクランク軸（図示せず）の回転速度を計測し、エンジン燃焼室と連通する圧力センサはエンジンシリンダ圧を計測し、吸気及び排気マニホルド圧力センサはエンジンシリンダに流れ込む、及びそこから流れ出すガスの圧力を計測し、吸気質量流量センサは吸気サブシステム１４に入ってくる空気流量を計測し、及びマニホルド質量流量センサはエンジン１２への吸気ガスの流量を計測する。別の例において、エンジンシステム１０は、エンジンシリンダへと流れる吸気ガスの温度を計測するための温度センサ、及び空気フィルタの下流及びターボチャージャコンプレッサ２８の上流に温度センサを備え得る。さらなる例において、エンジンシステム１０は、ターボチャージャコンプレッサ２８に好適に連結される速度センサを備えてその回転速度を計測し得る。集積角度位置センサなどのスロットル位置センサが絞り弁３２の位置を計測する。位置センサがターボチャージャ１８の近傍に配置され、可変容量タービン３８の位置を計測する。排気管温度センサが排気管出口のすぐ上流に設置され、排気サブシステム１６から排出される排気ガスの温度を計測し得る。また、エミッション装置４０の上流及び下流にも温度センサが設置され、その入口及び出口における排気ガスの温度を計測する。同様に、１つ又は複数の圧力センサがエミッション装置４０と交差して設置され、それを通じた圧力降下を計測する。酸素（Ｏ2）センサが排気サブシステム１６及び／又は吸気サブシステム１４に設置され、排気ガス及び／又は吸気ガス中の酸素を計測する。最後に、位置センサがＨＰ ＥＧＲ弁５０、ＬＰ ＥＧＲ弁５４及び排気絞り弁４２の位置を計測する。
【００２０】
本明細書で考察されるセンサ６０に加え、任意の他の好適なセンサ及びそれらに関連するパラメータが、本開示のシステム及び方法により包含され得る。例えば、センサ６０としてはまた、加速度センサ、車両速度センサ、パワートレイン速度センサ、フィルタセンサ、他の流量センサ、振動センサ、ノックセンサ、吸気圧及び排気圧センサなども挙げられるであろう。換言すれば、任意のセンサを使用して、電気的、機械的、及び化学的パラメータを含む任意の好適な物理的パラメータを検知し得る。本明細書で使用されるとき、センサという用語には、任意のエンジンシステムパラメータ及び／又はかかるパラメータの様々な組み合わせを感知するために使用される任意の好適なハードウェア及び／又はソフトウェアが含まれる。
【００２１】
制御サブシステム２２はさらに、アクチュエータ５８及びセンサ６０と連通する１つ又は複数のコントローラ（図示せず）を備えることにより、センサ入力を受信及び処理し得るとともにアクチュエータ出力信号を送信し得る。コントローラは１つ又は複数の好適なプロセッサ及びメモリデバイス（図示せず）を備え得る。メモリは、エンジンシステム１０の機能の少なくとも一部を提供するとともにプロセッサにより実行され得るデータ及び命令の記憶域を提供するよう構成され得る。本方法の少なくとも一部分は、１つ又は複数のコンピュータプログラム及びメモリ内にルックアップテーブル、マップ、モデルなどとして格納される様々なエンジンシステムデータ又は命令により可能となり得る。いずれの場合にも制御サブシステム２２は、センサ６０から入力信号を受信し、センサ入力信号を踏まえて命令又はアルゴリズムを実行し、及び好適な出力信号を様々なアクチュエータ５８に送信することにより、エンジンシステムパラメータを制御する。
【００２２】
制御サブシステム２２は、コントローラにいくつかのモジュールを備え得る。例えば、トップレベルエンジン制御モジュール６２が任意の好適なエンジンシステム入力信号を受信及び処理するとともに出力信号を吸気制御モジュール６４、燃料制御モジュール６６、及び任意の他の好適な制御モジュール６８に伝達する。以下でより詳細に考察されるであろうとおり、トップレベルエンジン制御モジュール６２はエンジンシステムパラメータセンサ６０の１つ又は複数からの入力信号を受信及び処理して任意の好適な方法で総ＥＧＲ率を推定する。
【００２３】
ＥＧＲ率を推定する様々な方法が当業者に知られている。本明細書で使用されるとき、語句「総ＥＧＲ率」はその構成パラメータの１つ又は複数を含むとともに、次の方程式により表すことができ、
【数１】
式中、
ＭＡＦは吸気サブシステムへの新気質量流量であり、
ＭEGRは吸気サブシステムへのＥＧＲ質量流量であり、
ＭENGはエンジンへの吸気ガス質量流量であり、及び
ｒEGRはエンジンに流入する吸気ガスのうち再循環された排気ガスに由来する部分を含む。
【００２４】
上記の方程式から、総ＥＧＲ率は、新気質量流量センサ及びセンサ又はその推定値からの吸気ガス質量流量を使用して、又は総ＥＧＲ率それ自体の推定値及び吸気ガス質量流量を使用して計算され得る。いずれの場合にも、トップレベルエンジン制御モジュール６２は好適なデータ入力を備えて１つ又は複数の質量流量センサ計測値又は１つ又は複数のエンジンシステムモデルに対する入力としての推定値から総ＥＧＲ率を直接推定し得る。
【００２５】
本明細書で使用されるとき、用語「モデル」には、ルックアップテーブル、マップ、アルゴリズムなどの変数を使用するものを表す任意の構築が含まれる。モデルは、任意の所定のエンジンシステムの正確な設計及び性能仕様に特有且つ特定のアプリケーションである。一例において、エンジンシステムモデルはまた、エンジン速度及び吸気マニホルドの圧力及び温度に基づき得る。エンジンシステムモデルはエンジンパラメータが変化するごとに更新されるとともに、エンジン速度、並びに吸気圧、温度、及び一般ガス定数により決定され得るエンジン吸気密度を含む入力を使用する多次元ルックアップテーブルであり得る。
【００２６】
総ＥＧＲ率は、直接的に、又はその構成要素を介して間接的に、推定又は感知される空気質量流量、Ｏ2、又はエンジンシステム温度などの１つ又は複数のエンジンシステムパラメータと相関し得る。かかるパラメータは、総ＥＧＲ率との相関について任意の好適な方式で分析され得る。例えば、総ＥＧＲ率は数式上、他のエンジンシステムパラメータと関連し得る。別の例において、エンジンキャリブレーション又はモデリングから、総ＥＧＲ率は経験的及び統計的に、他のエンジンシステムパラメータと関連し得る。いずれの場合にも、総ＥＧＲ率が任意の他のエンジンシステムパラメータと確実に相関していることが認められる場合、当該相関は数式的に、経験的に、音響的に等、モデル化され得る。例えば、経験的モデルは好適な試験から開発され得るとともに、総ＥＧＲ率値を他のエンジンシステムパラメータ値と相互参照し得るルックアップテーブル及びマップなどを挙げることができる。
【００２７】
従って、総ＥＧＲ率及び／又は個別のＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ流量の直接的なセンサ計測値の代わりとしてエンジンシステムパラメータが使用され得る。従って、総ＥＧＲ、ＨＰ ＥＧＲ、及びＬＰ ＥＧＲ流量センサが不要となるため、エンジンシステムの費用及び重量を節減し得る。かかるセンサが不要であることにより、他のセンサ関連ハードウェア、ソフトウェア、並びに配線、コネクタピン、コンピュータ処理電源及びメモリなどの費用もまた不要となる。
【００２８】
また、トップレベルエンジン制御６２モジュールが好ましくは、ターボチャージャ給気圧設定値及び目標総ＥＧＲ設定値を計算するとともに、それらの設定値を吸気制御モジュール６４に送信する。同様に、トップレベルエンジン制御モジュール６２は好適なタイミング及び燃料注入設定値を計算するとともにそれらを燃料制御モジュール６６に送信し、及び他の設定値を計算するとともにそれらを他の制御モジュール６８に送信する。燃料制御モジュール６６及び他の制御モジュール６８がかかる入力を受信及び処理するとともに、燃料インジェクタ、燃料ポンプ、又は他の装置などの任意の好適なエンジンシステム装置に対する好適なコマンド信号を生成する。
【００２９】
あるいは、トップレベルエンジン制御モジュール６２は、目標総ＥＧＲ設定値ではなく、給気圧設定値及び総吸気質量流量設定値（破線で示されるとおり）を計算及び送信してもよい。この代替例においては、続いて総ＥＧＲ設定値が空気質量流量設定値から決定され、これは実際の総ＥＧＲ率が実際の質量流量センサの読み取り値から推定される場合とほぼ同様の方法による。第２の代替例においては、全制御方法を通じて空気質量流量が総ＥＧＲ率に代わる。これにより使用されるデータのタイプ並びにＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ流量目標値の設定方法が変わるものの、コントローラの基本構成及び制御方法のフローは同じである。
【００３０】
吸気制御モジュール６４は、トップレベルエンジン制御モジュール６２から受信する設定値に加え、任意の好適なエンジンシステムパラメータ値を受信する。例えば、吸気制御モジュール６４は、ターボチャージャ給気圧などの吸気及び／又は排気サブシステムパラメータ値、及び質量流量を受信する。吸気制御モジュール６４は、受信したパラメータ値を処理するトップレベル吸気制御サブモジュール７０を備え得るとともに、ＬＰ及びＨＰ ＥＧＲ設定値などの任意の好適な出力、及びターボチャージャ設定値を、それぞれＬＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７２、ＨＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７４、及びターボチャージャ制御サブモジュール７６に送信する。ＬＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７２、ＨＰ ＥＧＲ制御サブモジュール７４、及びターボチャージャ制御サブモジュール７６は、かかる吸気制御サブモジュール出力を処理するとともに、ＬＰ ＥＧＲ弁５４及び排気絞り弁４２、ＨＰ ＥＧＲ弁５０及び吸気絞り弁３２、及び１つ又は複数のターボチャージャアクチュエータ１９などの様々なエンジンシステム装置に対する好適なコマンド信号を生成する。様々なモジュール及び／又はサブモジュールは図示されるとおり別個であってもよく、又は１つ又は複数の複合モジュール及び／又はサブモジュールとして統合されてもよい。
【００３１】
例示的方法
ここではＬＰ及びＨＰ ＥＧＲの制御方法が提供され、これは上記のエンジンシステム１０の動作環境内で１つ又は複数のコンピュータプログラムとして実行され得る。当業者は、本方法が他の動作環境内の他のエンジンシステムを使用して実行されてもよいこともまた認識するであろう。ここで図３を参照すると、例示的方法３００がフローチャートの形式で示されている。
【００３２】
ステップ３０５に示されるとおり、方法３００は任意の好適な様式で開始され得る。例えば、方法３００は図１のエンジンシステム１０のエンジン１２の始動から開始されてもよい。
【００３３】
ステップ３１０において、新気がエンジンシステムの吸気サブシステムに引き込まれるとともに、吸気ガスが吸気サブシステムを通じてエンジンシステムのエンジンに導入される。例えば、新気は吸気システム１４の入口２６に引き込まれ得るとともに、吸気ガスは吸気マニホルド３４を通じてエンジン１２に導入され得る。
【００３４】
ステップ３１５において、排気ガスがエンジンシステムの排気サブシステムを通じてエンジンから排出される。例えば、排気ガスは排気マニホルド３６を通じてエンジン１２から排出され得る。
【００３５】
ステップ３２０において、排気ガスが排気サブシステムから高圧又は低圧ＥＧＲ通路の一方又は双方を通じてエンジンシステムの吸気サブシステムへと再循環される。例えば、ＨＰ及びＬＰ排気ガスは、排気サブシステム１６から、ＨＰ ＥＧＲ通路４６及びＬＰ ＥＧＲ通路４８を通じて吸気サブシステム１４へと再循環されてもよい。
【００３６】
ステップ３２５において、総ＥＧＲ率の指標となる１つ又は複数の代替パラメータが感知され得る。例えば、代替パラメータとしては、空気質量流量、Ｏ2、及び／又はエンジンシステム温度を挙げることができ、これらはエンジンシステム１０のそれぞれのセンサ６０により計測され得る。
【００３７】
ステップ３３０において、目標総ＥＧＲ率は排気ガス基準に適合するよう決定される。例えば、トップレベルエンジン制御モジュール６２は、任意の好適なエンジンシステムモデルを使用して現在のエンジン動作パラメータを所望の総ＥＧＲ率値と相互参照することにより、所定の排出基準に適合し得る。本明細書で使用されるとき、用語「目標」には、単一の値、複数の値、及び／又は任意の値の範囲が含まれる。また、本明細書で使用されるとき、用語「基準」には単数形及び複数形が含まれる。然るべきＥＧＲ率を決定するために使用される基準の例としては、速度及び負荷に基づく較正表、シリンダ温度目標値を決定するとともにＥＧＲ率に変換するモデルに基づく手法及び過渡動作又は定常状態動作などの動作条件が挙げられる。米国環境保護庁（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ：ＥＰＡ）などの環境当局により絶対排出基準が規定され得る。
【００３８】
ステップ３３５において、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が決定され、１つ又は複数の他のエンジンシステム基準、例えば燃費目標値、エンジンシステム性能の照準、又はエンジンシステムの保護又は保守規格などが、ステップ３３０において決定される目標総ＥＧＲ率による制約に応じて最適化される。
【００３９】
ステップ３４０において、ステップ３３５において決定される目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従い、個別のＨＰ ＥＧＲ及び／又はＬＰ ＥＧＲ設定値が生成され得る。
【００４０】
ステップ３４５において、ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ開度が決定され得る。例えば、開ループコントローラがモデルを使用してＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値及び他のエンジンシステムパラメータを処理することにより、開度が生成され得る。
【００４１】
ステップ３５０において、先に上記で考察されたとおり任意の好適なエンジンシステムモデルに対する入力として使用される代替パラメータに応じて、総ＥＧＲ率が推定され得る。例えば、総ＥＧＲ率推定には、数式的又は経験的に代替パラメータを総ＥＧＲ率と相関付けるエンジンシステムモデルが含まれ得る。モデルが含むルックアップテーブル、マップなどは、ＥＧＲ率値を代替パラメータ値と相互参照し得るものであるとともに、エンジン速度及び吸気マニホルドの圧力及び温度に基づき得る。いずれの場合にも、実際に個別のＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ流量センサ又は複合型総ＥＧＲ流量センサを使用して総ＥＧＲ率が直接計測されることはない。
【００４２】
ステップ３５５において、個別のＨＰ ＥＧＲ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率の一方又は双方が、推定された総ＥＧＲ率を伴う閉ループ制御を使用して調整され得る。ＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率は、それぞれＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ設定値又は弁及び／又はスロットル開度のいずれか又は双方の閉ループ制御を介して調整されてもよい。例えば、及び以下でより詳細に考察されるであろうとおり、閉ループコントローラが推定された総ＥＧＲ率をプロセス変数入力として、及び総ＥＧＲ率設定値を設定値入力として処理し、それによりＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ設定値出力トリムコマンドが生成され得る。従って、目標総ＥＧＲ率は好ましくはＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率に対する閉ループ調整により閉ループ制御される。かかる調整により実際のＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が変化し得る。
【００４３】
ステップ３６０において、ステップ３５０からのＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ開度が、１つ又は複数のＨＰ ＥＧＲ弁、ＬＰ ＥＧＲ弁、吸気絞り弁、又は排気絞り弁にそれぞれ適用され得る。ＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ開度は開ループ制御ブロックの下流で直接的に、又は開ループ制御ブロックの上流で設定値調整を介して間接的に調整される。
【００４４】
例示的制御フロー
ここで図４の制御ダイアグラムを参照すると、図３の制御方法３００の一部がＥＧＲ制御フロー４００としてブロック図の形式で示されている。制御フロー４００は、例えば図２の例示的制御サブシステム内で、及びより詳細には、その吸気制御モジュール６４内で実行され得る。従って図４は、ＨＰ ＥＧＲ制御サブモジュール又はブロック７４、ＬＰ ＥＧＲ制御サブモジュール又はブロック７２及びターボチャージャブースト制御サブモジュール又はブロック７６を示す。同様に、最適化ブロック４０２、ＥＧＲ率推定部ブロック４０４、及びＥＧＲ率閉ループ制御ブロック４０６もまた、吸気制御モジュール６４内、及びより詳細には、図２のトップレベル吸気制御サブモジュール７０内で実行され得る。
【００４５】
第一に、及び図５Ａ〜５Ｃも参照すると、実総ＥＧＲ率推定部ブロック４０４は好ましくは、エンジン負荷、エンジン速度、ターボチャージャ給気圧、及びエンジンシステム温度などの他の標準的なエンジンシステムパラメータに加え、実際の総ＥＧＲ率の代替パラメータを使用して実行される。例えば、図５Ａは好ましい代替パラメータが空気質量流量４１４ａであることを示し、これは任意の好適な空気質量流量推定値又は吸気質量流量センサなどからの読み取り値から得ることができる。別の例において、図５Ｂは代替パラメータが、吸気サブシステム１４に配置されるＯ2センサのようなＯ2センサなどからの酸素パーセンテージ４１４ｂであり得ることを示す。例えば、Ｏ2センサは全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）であってもよく、これは吸気マニホルド３４に位置し得る。さらなる例において、図５Ｃは代替パラメータが、温度センサから得られる吸気サブシステム及び排気サブシステム温度４１４ｃであり得ることを示す。例えば、空気入口温度センサなどからの吸気温度、排気温度センサなどからの排気温度、及び吸気マニホルド温度センサなどからのマニホルド温度が使用され得る。上記のいずれの手法においても、実総ＥＧＲ率４１６は１つ又は複数の代替パラメータタイプから推定され得る。
【００４６】
第二に、及び再び図４を参照すると、最適化ブロック４０２が様々なエンジンシステム入力を受信及び処理して最適なＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を特定するとともに当該比に従いＨＰ ＥＧＲ設定値を生成する。例えば、最適化ブロック４０２は、エンジンシステム１０の対応するセンサなどからエンジン負荷信号４０７及びエンジン速度信号４０８を受信し得る。エンジン負荷信号４０７としては、マニホルド圧力、燃料注入流量等の任意のパラメータを挙げることができる。最適化ブロック４０２はまた、トップレベルエンジン制御モジュール６２などから総ＥＧＲ率設定値４１８も受信し得る。
【００４７】
最適化ブロック４０２は、最適なＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を特定するとともに対応するＨＰ ＥＧＲ設定値を生成するうえで燃費基準を優先させ得る。燃費最適化により、最適化ブロック４０２は任意の好適な正味ターボチャージャ効率モデルを含んでもよく、これはポンプ損失、並びにタービン及びコンプレッサ効率などの様々なパラメータを包含する。
効率モデルは、エンジン吸気サブシステム１４の原理に基づく数学的表現、一組のエンジンシステム較正表などを含み得る。燃費基準を満たすよう所望のＥＧＲ比を決定するために使用される基準の例としては、燃費に負の影響を及ぼす傾向のある吸気又は排気スロットルの閉鎖の必要なしに総ＥＧＲ率の達成が可能な比の設定を挙げることができ、又はこの比が最高燃費に最適な吸気空気温度を達成するよう調整され得る。
【００４８】
最適化ブロック４０２はまた、燃費基準より、任意の好適な目的上の他のエンジンシステム基準の最適化を優先し得る。例えば、燃費基準よりＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の提供が優先されてもよく、この比により運転者の車両加速要求に応えるトルク出力の増加など、エンジンシステム性能の向上が提供される。この場合、コントローラについてはＬＰ ＥＧＲの割合がより高いほどターボチャージャの高速化が可能となり、ターボラグが低減されるため有利であり得る。別の例において、異なるＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の提供が優先されることにより、ターボチャージャの過速条件又はコンプレッサ先端の過剰温度の回避、又はターボチャージャの凝縮液形成の低減など、エンジンシステム１０が保護され得る。さらなる例において、別のＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の提供が優先されることにより、吸気又は排気サブシステム温度に作用するなどしてエンジンシステム１０が保守され得る。例えば、排気サブシステム温度を上昇させてディーゼル微粒子フィルタを再生し得るとともに、吸気温度を低下させてエンジン１２を冷却し得る。さらなる例として、吸気空気温度を制御することにより入口吸気通路において形成する可能性のある凝縮水を低減し得る。
【００４９】
いずれの場合にも、最適化ブロック４０２はそのモデルに従い入力を処理して目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定するとともに、次にＨＰ ＥＧＲ設定値４２０を生成し、これが下流のＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４及び演算ノード４２２に供給され、演算ノード４２２はトップレベルエンジン制御モジュール６２から総ＥＧＲ率設定値４１８もまた受信することでＬＰ ＥＧＲ設定値４２４がもたらされる。
【００５０】
第三に、及びなお図４を参照すると、総ＥＧＲ率閉ループ制御ブロック４０６は、ＰＩＤコントローラブロックなどの総ＥＧＲ率を制御するための任意の好適な閉ループ制御手段であり得る。閉ループ制御ブロック４０６は設定値入力４０６ａを含んでトップレベルエンジン制御モジュール６２から目標総ＥＧＲ率設定値を受信するとともに、さらにプロセス変数入力４０６ｂを含んで推定部ブロック４０４から実総ＥＧＲ率推定値を受信する。総ＥＧＲ率制御ブロック４０６はこれらの入力を処理してフィードバック制御信号又はトリムコマンド４０６ｃを生成し、これは別の演算ノード４２６でＬＰ ＥＧＲ設定値４２４と合計され下流でＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２において入力される。かかるトリム調整は同様に、又は代替的に、ＬＰ ＥＧＲ弁及び／又は排気絞り弁パーセンテージ開放コマンドに対する調整として計算され得るとともにＬＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７２の後に加算され得る。従って、制御ブロック４０６及び関連ノードは、開ループ制御ブロック７２とその下流側で通信することによっても弁及びスロットル開度に好適な設定値を調整し得るであろう。
【００５１】
ＨＰ ＥＧＲ流量は開ループ制御されるのみであることから、目標総ＥＧＲ率を達成するためＬＰ ＥＧＲ流量又はＬＰ ＥＧＲ率が閉ループ制御ブロック４０６により調整される。より具体的には、排気エミッション及びエンジン燃費は双方とも総ＥＧＲ率に大きく依存し、且つそれほどではないにせよＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比にもある程度依存するため、最大限に制御するべく総ＥＧＲ率が閉ループ制御される一方、最大限の費用効果及び効率のためＨＰ及び／又はＬＰ ＥＧＲ率及び／又はＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比が少なくとも部分的に開ループ制御される。これらの開ループ制御ブロック７２、７４は、良好な応答時間を提供し、コントローラの相互依存性を低減し、且つセンサ信号の過渡性及び外乱の影響を低減する。これは一例示的手法であるが、以下では図８〜１０を参照して他の手法が考察される。
【００５２】
第四に、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は、ターボチャージャ給気圧４０９並びにエンジン負荷入力４０７及びエンジン速度入力４０８に加え、それらの各ＬＰ及びＨＰ ＥＧＲ設定値を受信する。ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４はかかる入力を受信してそれらの各ＬＰ及びＨＰ ＥＧＲアクチュエータを開ループ又はフィードフォワード制御する。例えば、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は、ＬＰ ＥＧＲ弁コマンド４３０及び／又は排気スロットルコマンド４３２、及びＨＰ ＥＧＲ弁コマンド４３８及び／又は吸気スロットルコマンド４４０を出力する。ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は、１つ又は複数のモデルを使用してＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ流量を好適なＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁及び／又はスロットル位置と相関付ける。
【００５３】
図６Ａ及び６Ｂに示されるとおり、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は様々な開ループ制御モデルを含み得る。例えば、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２は任意の好適なモデル４２６を含むことでＬＰ ＥＧＲ設定値４２４をＬＰ ＥＧＲ弁位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。また、ＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２は任意の好適なモデル４２８を含むことでＬＰ ＥＧＲ設定値４２４を排気スロットル位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。モデル４２６、４２８は、エンジン負荷４０７、エンジン速度４０８、及びターボチャージャ給気圧４０９などの任意の好適な入力を受信し得る。モデル４２６、４２８は、実行されるとそれぞれＬＰ ＥＧＲ弁コマンド４３０及び／又は排気スロットルコマンド４３２を生成し、これらはそれぞれのアクチュエータにより使用される。アクチュエータは開ループモードで動作してもよく、又はアクチュエータ位置を計測するための任意の好適なセンサと動作上連結されるとともにコマンドを調整して目標パーセンテージを達成してもよいことに留意されたい。
【００５４】
同様に、ＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は任意の好適なモデル４３４を含むことでＨＰ ＥＧＲ設定値４２０をＨＰ ＥＧＲ弁位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。また、ＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４は任意の好適なモデル４３６も含むことでＨＰ ＥＧＲ設定値４２０を吸気スロットル位置と相関付け、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比の達成を支援し得る。さらに、モデル４３４、４３６は、エンジン負荷４０７、エンジン速度４０８、及びターボチャージャ給気圧４０９などの任意の好適な入力を受信し得る。モデル４３４、４３６は、実行されるとそれぞれＨＰ ＥＧＲ弁コマンド４３８及び／又は吸気スロットルコマンド４４０を生成し、これらはそれぞれのアクチュエータにより使用される。
【００５５】
図７は、目標総ＥＧＲ率に対する例示的ＬＰ ＥＧＲ弁及び排気スロットル開度のグラフを示す。示されるとおり、絞り弁４２は約０％ＥＧＲにおいて実質的に閉鎖されているとともに徐々に開放され約２０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放位置となり、一方ＬＰ ＥＧＲ弁５４は約０％ＥＧＲから約２０％ＥＧＲまで実質的に閉鎖されたままである。
その後、排気スロットル４２は総ＥＧＲが約７０％に達するまで１００％開放されたままであり、及びＬＰ ＥＧＲ弁５４は徐々に開放され約７０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放となる。その後、ＬＰ ＥＧＲ弁５４は実質的に１００％開放されたまま保たれる一方、排気絞り弁４２は徐々に閉鎖され１００％ＥＧＲで実質的に閉鎖される。単一の組み合わされたＬＰ ＥＧＲ及び排気絞り弁が今しがた記載したような弁開放を実質的に達成し得る限り、２つの別個の弁ではなく、かかる一体の弁装置が使用され得るであろう。
【００５６】
再び図４を参照すると、ターボチャージャブースト制御ブロック７６は、好適なＰＩＤ制御ブロックなどの、ターボチャージャアクチュエータを調整して安全なターボ動作範囲内で目標給気圧を達成するための任意の好適な閉ループ制御手段である。制御ブロック７６は設定値入力７６ａを含むことでトップレベルエンジン制御モジュール６２からブースト設定値を、及びターボチャージャブーストセンサから実給気圧入力７６ｂを受信し得る。制御ブロック７６はこれらの入力を処理するとともに可変タービンジオメトリコマンド４４４などの任意の好適なターボチャージャコマンド出力を生成してターボチャージャ１８の可変ベーンを調整する。
【００５７】
ここで図８を参照すると、好ましい制御フロー４００の代わりに代替的制御フロー８００が使用され得る。この実施形態は図４の実施形態と多くの点で類似しているとともに、実施形態間で同じ数字は、図面のいくつかの図を通じて同様の、又は対応する要素をほぼ示す。加えて、前の実施形態の記載が参照により援用されるとともに、ここでは基本的に共通の主題は繰り返されないものとする。
【００５８】
代替的制御フロー８００はＬＰ ＥＧＲではなくＨＰ ＥＧＲの閉ループ調整を含む。
換言すれば、ＬＰ ＥＧＲ設定値４２４’ではなくＨＰ ＥＧＲ設定値４２０’が調整されることにより総ＥＧＲ率が制御され得る。従って、閉ループ制御ブロック４０６は制御信号を生成してＨＰ ＥＧＲ率を−ＬＰ ＥＧＲ率ではなく−調整し得る。制御戦略のこの変更に適合させるため、最適化ブロック４０２’が提供され、ＨＰ ＥＧＲ設定値４２０ではなくＬＰ ＥＧＲ設定値４２４’が出力され得る。かかるトリム調整は同様に、又は代替的に、ＨＰ ＥＧＲ弁及び／又は吸気絞り弁パーセンテージ開放コマンドに対する調整として計算され得るとともにＨＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７４の後に加算され得る。従って、制御ブロック４０６及び関連ノードは開ループ制御ブロック７４とその下流側で通信することによっても弁及びスロットル開度について好適な設定値を調整し得るであろう。それ以外は、フロー８００はフロー４００と実質的に同様である。
【００５９】
ここで図９を参照すると、好ましい制御フロー４００の代わりに第２の制御フロー９００が使用され得る。この実施形態は図４の実施形態と多くの点で類似しているとともに、実施形態間で同じ数字は、図面のいくつかの図を通じて同様の、又は対応する要素をほぼ示す。加えて、前の実施形態の記載が参照により援用されるとともに、ここでは基本的に共通の主題は繰り返されないものとする。
【００６０】
第２の制御フロー９００において、閉ループ制御がＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値と同じ比率でＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ率に割り当てられ得る。換言すれば、ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ率は双方ともそれらの各ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に応じて閉ループ調整される。
【００６１】
制御戦略のこの変更を促進するため、閉ループ制御ブロック４０６はそのトリムコマンド４０６ｃを、フロー４００のように上流演算ノード４２６を介してＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２のみに出力することはない。むしろ、トリムコマンドはＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４の双方に出力される。この変更をさらに促進するため、比例演算ブロック９５０、９５２がそれぞれＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値及び総ＥＧＲ設定値４１８を受信する。演算ブロック９５０、９５２からの比例出力は乗算演算ブロック９５４、９５６で受信され、それらに対し閉ループトリムコマンド４０６ｃが比例割当てされる。乗算出力は下流演算ノード４２６、９２６でＬＰ及びＨＰ ＥＧＲ設定値と合計され、下流でＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４において入力される。好適なチェックが演算ブロック内で実施され、総ＥＧＲ率設定値が０のときに０で除算されることが回避され得るであろう。それ以外の点では、フロー９００はフロー４００及び／又は８００と実質的に同様である。
【００６２】
ここで図１０を参照すると、好ましい制御フロー４００に代わり第３の例示的制御フロー１０００が使用され得る。この実施形態は図４の実施形態と多くの点で類似しているとともに、実施形態間で同じ数字は、図面のいくつかの図を通じて同様の、又は対応する要素をほぼ示す。加えて、前の実施形態の記載が参照により援用されるとともに、ここでは基本的に共通の主題は繰り返されないものとする。
【００６３】
第３の制御フロー１０００において、閉ループ制御はＬＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７２とＨＰ ＥＧＲ開ループ制御ブロック７４との間を任意の所定の瞬間のエンジン動作条件に応じて交互に切り換えられ得る。換言すれば、ＨＰ又はＬＰ ＥＧＲ設定値のいずれも閉ループ制御により調整され得る。例えば、ＨＰ ＥＧＲが閉ループ制御されることにより、エンジンシステム温度が比較的高いとき、又は総ＥＧＲ率の急速な変更が必要とされるとき、又はターボチャージャ性能がそれほど重要ではないか、若しくは必要とされないときの、ターボチャージャでの凝縮が回避される。
【００６４】
制御戦略の変更を達成するため、閉ループ制御ブロック１００６は、フロー４００のように上流演算ノード４２６を介してＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２のみに出力を提供することはない。むしろ、制御ブロック１００６は出力をＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２及びＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４の双方に提供する。閉ループ制御ブロック１００６は設定値入力１００６ａを含むことでトップレベルエンジン制御モジュール６２から目標総ＥＧＲ率設定値４１８を受信し得るとともに、さらにプロセス変数入力１００６ｂを含むことで推定部ブロック４０４から実総ＥＧＲ率推定値を受信し得る。総ＥＧＲ率制御ブロック１００６はこれらの入力を処理し、次の代替的トリムコマンド、すなわち演算ノード４２６においてＬＰ ＥＧＲ設定値４２４と合計して下流でＬＰ ＥＧＲ制御ブロック７２において入力するためのＬＰ ＥＧＲトリムコマンド１００６ｃ、及び別の演算ノード１０２６においてＨＰ ＥＧＲ設定値４２０と合計して下流でＨＰ ＥＧＲ制御ブロック７４において入力するためのＨＰ ＥＧＲトリムコマンド１００６ｄを生成する。制御ブロック１００６が２つの出力１０００ｃと１０００ｄとの間を切り換えられることによって、ＬＰ ＥＧＲ率又はＨＰ ＥＧＲ率が閉ループ制御ブロック１００６により調整され、目標総ＥＧＲ率が達成され得る。それ以外の点では、フロー１０００はフロー４００及び／又は８００と実質的に同様である。
【００６５】
上記の様々な例示的実施形態の１つ又は複数が次の利点の１つ又は複数を含み得る。第一に、何よりまず排出ガス規制に適合し、及び次にエンジン燃費及び性能を最適化するとともにエンジンシステムを保護及び保守するような方法で、総目標ＥＧＲ率がＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ通路に割り当てられ得る。第二に、費用がかかり、エンジンシステムを複雑にし、故障モードを招く、個別の総ＥＧＲ、ＨＰ ＥＧＲ、又はＬＰ ＥＧＲ流量センサの使用が必要ない。第三に、１つの標準的閉ループ制御手段を使用して目標総ＥＧＲ率並びに個別のＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ流量を制御し得るため、現行のエンジン制御アーキテクチャにおける実用的且つ費用効果の高い実現が可能となる。第四に、単一の共通アクチュエータにより制御される複合型ＬＰ ＥＧＲ弁及び排気絞り弁が使用され得るとともに、同様に、単一の共通アクチュエータにより制御される複合型ＨＰ ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁もまた使用され得る。
【００６６】
上述される本発明の実施形態は本質的に単なる例示であり、従ってそれらの変形例は、本発明の精神及び範囲からの逸脱とは見なされないものとする。
【００６７】
本発明は、以下のような態様であっても良い。
（１）エンジン、前記エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、前記エンジンと下流で連通する排気サブシステムを備え、且つ排気絞り弁、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路を備え、且つＨＰ ＥＧＲ弁、及び前記ターボチャージャタービンの下流及び前記ターボチャージャコンプレッサの上流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備え、且つＬＰ ＥＧＲ弁を備えるターボチャージャ付きエンジンシステムにおいて排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御する方法であって、新気を前記吸気サブシステムに引き込むステップ、前記吸気サブシステムを通じて吸気ガスを前記エンジンに導入するステップ、前記排気サブシステムを通じて排気ガスを前記エンジンから排出するステップ、前記排気サブシステムから前記高圧又は低圧ＥＧＲ通路の少なくとも１つを通じて前記吸気サブシステムへと排気ガスを再循環させるステップ、総ＥＧＲ率の指標となる１つ又は複数の代替パラメータを感知するステップ、少なくとも１つのエンジンシステムモデルに対する入力としての前記感知された代替パラメータに応じて、且つＥＧＲ流量センサを使用せず、総ＥＧＲ率を推定するステップ、排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率を決定するステップ、目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定して前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で燃費基準を最適化するステップ、前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ設定値及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成するステップ、前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁並びに排気絞り弁開度を決定するステップ、前記推定された総ＥＧＲ率をプロセス変数入力として、及び前記目標総ＥＧＲ率を設定値入力として処理することにより前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整するステップ、及び前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁並びに排気絞り弁開度を前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁並びに排気絞り弁に適用するステップ、を含む方法。
（２）前記代替パラメータが、空気質量流量、Ｏ2、又はエンジンシステム温度の少なくとも１つを含む、（１）に記載の方法。
（３）前記総ＥＧＲ率を推定するステップが、前記エンジンシステムモデルを使用して数式的又は経験的に前記代替パラメータを前記総ＥＧＲ率と相関付けるステップを含み得る、（１）に記載の方法。
（４）前記エンジンシステムモデルが、ＥＧＲ率値を代替パラメータ値と相互参照するルックアップテーブル又はマップの少なくとも１つを含む、（３）に記載の方法。
（５）前記エンジンシステムモデルがエンジン速度及び吸気マニホルドの圧力及び温度に基づく、（４）に記載の方法。
（６）前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定するステップが、前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で、前記燃費基準より他のエンジンシステム基準の方を選んで優先するステップを含む、（１）に記載の方法。
（７）前記他のエンジンシステム基準がエンジンシステム性能を含む、（６）に記載の方法。
（８）前記他のエンジンシステム基準がエンジンシステム保護規格又は保守規格の少なくとも１つをさらに含む、（７）に記載の方法。
（９）前記ターボチャージャを閉ループ制御するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１０）前記ＬＰ ＥＧＲ弁が吸気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、（１）に記載の方法。
（１１）前記ＨＰ ＥＧＲ弁が排気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、（１）に記載の方法。
（１２）目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する前記ステップが、ターボチャージャ効率モデルを使用するステップを含む、（１）に記載の方法。
（１３）前記ＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１４）目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ開度を決定する前記ステップが、エンジン負荷、エンジン速度、及びターボチャージャ給気圧を入力として伴う開ループモデルを使用するステップを含む、（１）に記載の方法。
（１５）前記排気絞り弁が約０％ＥＧＲで実質的に閉鎖されているとともに徐々に開放されて約２０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放位置となる一方、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が約０％ＥＧＲから約２０％ＥＧＲまで実質的に閉鎖されたままであり、その後、前記排気絞り弁は総ＥＧＲが約７０％に達するまで実質的に１００％開放されたままであるとともに、前記ＬＰ ＥＧＲ弁は徐々に開放され約７０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放となり、その後、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が実質的に１００％開放されたまま保たれる一方、前記排気絞り弁が徐々に閉鎖され約１００％ＥＧＲで実質的に閉鎖されるように前記開度が適用される、（１４）に記載の方法。
（１６）前記ＨＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１７）前記ＨＰ及びＬＰ設定値の比率に従い前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１８）任意の所定の瞬間のエンジン動作条件に応じて前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値の一方又は他方を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、（１）に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン、前記エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、前記エンジンと下流で連通する排気サブシステム、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路、及び前記ターボチャージャタービンの下流及び前記ターボチャージャコンプレッサの上流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備えるターボチャージャ付きエンジンシステムにおける排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御する方法であって、
排気ガス基準に適合するよう目標総ＥＧＲ率を決定するステップ、及び
目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定して、前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準を最適化するステップ、
を含む方法。
【請求項２】
エンジン、前記エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、前記エンジンと下流で連通する排気サブシステム、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路を備え、且つＨＰ ＥＧＲ弁、及び前記ターボチャージャタービンの下流及び前記ターボチャージャコンプレッサの上流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備え、且つＬＰ ＥＧＲ弁を備えるターボチャージャ付きエンジンシステムにおける排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御する方法であって、
実際の総ＥＧＲ率の指標となる代替パラメータを感知するステップ、
少なくとも１つのエンジンシステムモデルに対する入力としての前記感知された代替パラメータに応じて、且つＥＧＲ流量センサを使用せず、実際の総ＥＧＲ率を推定するステップ、
排気ガス基準に適合するよう目標総ＥＧＲ率を決定するステップ、
目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定して、前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準を最適化するステップ、
前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成するステップ、
前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定するステップ、
閉ループ制御を使用して前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整するステップ、及び
前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁に適用するステップ、
を含む方法。
【請求項３】
前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定するステップにおける前記他のエンジンシステム基準は、燃費基準、又はエンジンシステム性能基準、又はエンジンシステム保護規格、又はエンジンシステム保守規格のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃費基準は、吸気又は排気スロットルの閉鎖の必要なしに前記総ＥＧＲ率の達成を可能にすること、又は最高燃費に最適な吸気空気温度を達成することのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記エンジンシステム性能基準は、トルク出力の増加を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記エンジンシステム保護規格は、ターボチャージャの過速の回避、又はコンプレッサ先端の過剰温度の回避、又はターボチャージャの凝縮液形成の低減のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記エンジンシステム保守規格は、排気温度を上昇させてディーゼル微粒子フィルタを再生すること、又はエンジン冷却のために吸気温度を低下させること、又は吸気空気温度を制御して吸気凝縮を低減させることのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成するステップ、
前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定するステップ、
閉ループ制御を使用して前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整するステップ、及び
前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を、前記ＨＰ 及びＬＰ ＥＧＲ通路のそれぞれの前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁のそれぞれに適用するステップ、
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記ターボチャージャを閉ループ制御するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＬＰ ＥＧＲ弁が吸気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＨＰ ＥＧＲ弁が排気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する前記ステップが、ターボチャージャ効率モデルを使用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定する前記ステップが、エンジン負荷、エンジン速度、及びターボチャージャ給気圧を入力として伴う開ループモデルを使用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記排気サブシステムの排気絞り弁が約０％ＥＧＲで実質的に閉鎖されているとともに徐々に開放されて約２０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放位置となる一方、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が約０％ＥＧＲから約２０％ＥＧＲまで実質的に閉鎖されたままであり、その後、前記排気絞り弁は総ＥＧＲが約７０％に達するまで実質的に１００％開放されたままであるとともに、前記ＬＰ ＥＧＲ弁は徐々に開放され約７０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放となり、その後、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が実質的に１００％開放されたまま保たれる一方、前記排気絞り弁が徐々に閉鎖され約１００％ＥＧＲで実質的に閉鎖されるように前記開度が適用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＨＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＨＰ及びＬＰ設定値の比率に従い前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
任意の所定の瞬間のエンジン動作条件に応じて前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値の一方又は他方を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
実際の総ＥＧＲ率の指標となる代替パラメータを感知するステップ、
少なくとも１つのエンジンシステムモデルに対する入力としての前記感知された代替パラメータに応じて、且つＥＧＲ流量センサを使用せず、実際の総ＥＧＲ率を推定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御するコントローラを含む製品であって、
前記コントローラは、
排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率及び少なくとも１つの他のエンジンシステム入力信号を含む入力信号を受信し、
他のエンジンシステムパラメータを目標総ＥＧＲ率の制約内で制御するために、目標高圧／低圧 ＥＧＲ比を決定し、
前記目標高圧／低圧 ＥＧＲ比に応じて、出力信号を送信するように構成されている、製品。
【請求項２１】
前記他のエンジンシステムパラメータが、燃費、エンジンシステム性能、エンジンシステム保護、又はエンジンシステム保守のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２２】
前記他のエンジンシステムパラメータが、吸気サブシステム温度制御又は排気サブシステム温度制御のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
排気サブシステム温度を上昇させてディーゼル微粒子フィルタを再生するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
吸気サブシステム温度が低下するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
吸気空気温度を制御して凝縮を避けるように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
ターボチャージャの過速を回避するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
運転者の車両加速要求に応えてトルク出力を増加するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
ＬＰ ＥＧＲの割合をより高くしてターボラグが低減するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
吸気又は排気弁の閉鎖の必要なしに総ＥＧＲ率の達成が可能なように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
吸気空気温度を最高燃費に最適化するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
排気ガスを低減するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
ＥＧＲ応答を改善するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を開ループ制御により決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
コンプレッサ先端の過剰温度が低減するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
前記コントローラは吸気制御モジュールを含み、前記吸気制御モジュールは、前記目標総ＥＧＲ率を受信するようにエンジン制御モジュールと連通するように構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの他のエンジンシステム入力信号は、ターボチャージャ給気圧又は吸気質量流量のうちの少なくとも１つを含み、前記出力信号は、ＨＰ ＥＧＲ設定値、ＬＰ ＥＧＲ設定値、又はターボチャージャ設定値のうちの少なくとも１つを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記コントローラはＨＰ ＥＧＲ制御モジュール及びＬＰ ＥＧＲ制御モジュールも含み、前記ＨＰ ＥＧＲ制御モジュール及びＬＰ ＥＧＲ制御モジュールは、前記吸気制御モジュールと連通して、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に基づいた前記出力信号を受信して処理し、アクチュエータコマンド信号を伝達する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記コントローラは、総ＥＧＲ率の指標となる少なくとも１つの感知された代替パラメータに応じて、総ＥＧＲ率を推定するようにも構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの感知された代替パラメータはシリンダ圧である、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記コントローラは、さらに、
前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ設定値及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成し、前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定し、
前記推定された総ＥＧＲ率をプロセス変数入力として、及び前記目標総ＥＧＲ率を設定値入力として処理することにより前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整し、及び
前記開度を前記出力信号として送信する、ように構成されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４０】
前記推定された総ＥＧＲ率は、総ＥＧＲ率の指標となる少なくとも１つの代替パラメータに応じたものであり、前記推定された総ＥＧＲ率は、前記推定された総ＥＧＲ率を生成するために、少なくとも１つのエンジンシステムモデルに入力される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの代替パラメータは、空気質量流量、Ｏ2、又はエンジンシステム温度のうちの少なくとも１つを含み、前記少なくとも１つのエンジンシステムモデルは、エンジン速度、吸気マニホルドの圧力、又は温度のうちの少なくとも１つに基づく、請求項４０に記載の方法。
【請求項１】
エンジン、前記エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、前記エンジンと下流で連通する排気サブシステム、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路、及び前記ターボチャージャタービンの下流及び前記ターボチャージャコンプレッサの上流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備えるターボチャージャ付きエンジンシステムにおける排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御する方法であって、
排気ガス基準に適合するよう目標総ＥＧＲ率を決定するステップ、及び
目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定して、前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準を最適化するステップ、
を含む方法。
【請求項２】
エンジン、前記エンジンと上流で連通する吸気サブシステム、前記エンジンと下流で連通する排気サブシステム、ターボチャージャタービンの上流及びターボチャージャコンプレッサの下流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の高圧ＥＧＲ通路を備え、且つＨＰ ＥＧＲ弁、及び前記ターボチャージャタービンの下流及び前記ターボチャージャコンプレッサの上流の前記排気サブシステムと吸気サブシステムとの間の低圧ＥＧＲ通路を備え、且つＬＰ ＥＧＲ弁を備えるターボチャージャ付きエンジンシステムにおける排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御する方法であって、
実際の総ＥＧＲ率の指標となる代替パラメータを感知するステップ、
少なくとも１つのエンジンシステムモデルに対する入力としての前記感知された代替パラメータに応じて、且つＥＧＲ流量センサを使用せず、実際の総ＥＧＲ率を推定するステップ、
排気ガス基準に適合するよう目標総ＥＧＲ率を決定するステップ、
目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定して、前記決定された目標総ＥＧＲ率の制約内で他のエンジンシステム基準を最適化するステップ、
前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成するステップ、
前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定するステップ、
閉ループ制御を使用して前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整するステップ、及び
前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁に適用するステップ、
を含む方法。
【請求項３】
前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定するステップにおける前記他のエンジンシステム基準は、燃費基準、又はエンジンシステム性能基準、又はエンジンシステム保護規格、又はエンジンシステム保守規格のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃費基準は、吸気又は排気スロットルの閉鎖の必要なしに前記総ＥＧＲ率の達成を可能にすること、又は最高燃費に最適な吸気空気温度を達成することのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記エンジンシステム性能基準は、トルク出力の増加を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記エンジンシステム保護規格は、ターボチャージャの過速の回避、又はコンプレッサ先端の過剰温度の回避、又はターボチャージャの凝縮液形成の低減のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記エンジンシステム保守規格は、排気温度を上昇させてディーゼル微粒子フィルタを再生すること、又はエンジン冷却のために吸気温度を低下させること、又は吸気空気温度を制御して吸気凝縮を低減させることのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成するステップ、
前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定するステップ、
閉ループ制御を使用して前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整するステップ、及び
前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を、前記ＨＰ 及びＬＰ ＥＧＲ通路のそれぞれの前記ＨＰ ＥＧＲ及びＬＰ ＥＧＲ弁のそれぞれに適用するステップ、
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記ターボチャージャを閉ループ制御するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＬＰ ＥＧＲ弁が吸気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＨＰ ＥＧＲ弁が排気絞り弁を含み、前記弁が共通アクチュエータにより動作する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する前記ステップが、ターボチャージャ効率モデルを使用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定する前記ステップが、エンジン負荷、エンジン速度、及びターボチャージャ給気圧を入力として伴う開ループモデルを使用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記排気サブシステムの排気絞り弁が約０％ＥＧＲで実質的に閉鎖されているとともに徐々に開放されて約２０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放位置となる一方、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が約０％ＥＧＲから約２０％ＥＧＲまで実質的に閉鎖されたままであり、その後、前記排気絞り弁は総ＥＧＲが約７０％に達するまで実質的に１００％開放されたままであるとともに、前記ＬＰ ＥＧＲ弁は徐々に開放され約７０％ＥＧＲで実質的に１００％の開放となり、その後、前記ＬＰ ＥＧＲ弁が実質的に１００％開放されたまま保たれる一方、前記排気絞り弁が徐々に閉鎖され約１００％ＥＧＲで実質的に閉鎖されるように前記開度が適用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＨＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＨＰ及びＬＰ設定値の比率に従い前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
任意の所定の瞬間のエンジン動作条件に応じて前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値の一方又は他方を閉ループ制御により調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
実際の総ＥＧＲ率の指標となる代替パラメータを感知するステップ、
少なくとも１つのエンジンシステムモデルに対する入力としての前記感知された代替パラメータに応じて、且つＥＧＲ流量センサを使用せず、実際の総ＥＧＲ率を推定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）を制御するコントローラを含む製品であって、
前記コントローラは、
排気ガス基準に適合する目標総ＥＧＲ率及び少なくとも１つの他のエンジンシステム入力信号を含む入力信号を受信し、
他のエンジンシステムパラメータを目標総ＥＧＲ率の制約内で制御するために、目標高圧／低圧 ＥＧＲ比を決定し、
前記目標高圧／低圧 ＥＧＲ比に応じて、出力信号を送信するように構成されている、製品。
【請求項２１】
前記他のエンジンシステムパラメータが、燃費、エンジンシステム性能、エンジンシステム保護、又はエンジンシステム保守のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２２】
前記他のエンジンシステムパラメータが、吸気サブシステム温度制御又は排気サブシステム温度制御のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
排気サブシステム温度を上昇させてディーゼル微粒子フィルタを再生するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
吸気サブシステム温度が低下するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
吸気空気温度を制御して凝縮を避けるように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
ターボチャージャの過速を回避するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
運転者の車両加速要求に応えてトルク出力を増加するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
ＬＰ ＥＧＲの割合をより高くしてターボラグが低減するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
吸気又は排気弁の閉鎖の必要なしに総ＥＧＲ率の達成が可能なように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
吸気空気温度を最高燃費に最適化するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
排気ガスを低減するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
ＥＧＲ応答を改善するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を開ループ制御により決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
コンプレッサ先端の過剰温度が低減するように、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比を決定する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
前記コントローラは吸気制御モジュールを含み、前記吸気制御モジュールは、前記目標総ＥＧＲ率を受信するようにエンジン制御モジュールと連通するように構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの他のエンジンシステム入力信号は、ターボチャージャ給気圧又は吸気質量流量のうちの少なくとも１つを含み、前記出力信号は、ＨＰ ＥＧＲ設定値、ＬＰ ＥＧＲ設定値、又はターボチャージャ設定値のうちの少なくとも１つを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記コントローラはＨＰ ＥＧＲ制御モジュール及びＬＰ ＥＧＲ制御モジュールも含み、前記ＨＰ ＥＧＲ制御モジュール及びＬＰ ＥＧＲ制御モジュールは、前記吸気制御モジュールと連通して、前記目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に基づいた前記出力信号を受信して処理し、アクチュエータコマンド信号を伝達する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記コントローラは、総ＥＧＲ率の指標となる少なくとも１つの感知された代替パラメータに応じて、総ＥＧＲ率を推定するようにも構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの感知された代替パラメータはシリンダ圧である、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記コントローラは、さらに、
前記決定された目標ＨＰ／ＬＰ ＥＧＲ比に従いＨＰ ＥＧＲ設定値及びＬＰ ＥＧＲ設定値を生成し、前記ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ設定値に対応する目標ＨＰ及びＬＰ ＥＧＲ弁開度を決定し、
前記推定された総ＥＧＲ率をプロセス変数入力として、及び前記目標総ＥＧＲ率を設定値入力として処理することにより前記設定値又は開度の少なくとも１つを調整し、及び
前記開度を前記出力信号として送信する、ように構成されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４０】
前記推定された総ＥＧＲ率は、総ＥＧＲ率の指標となる少なくとも１つの代替パラメータに応じたものであり、前記推定された総ＥＧＲ率は、前記推定された総ＥＧＲ率を生成するために、少なくとも１つのエンジンシステムモデルに入力される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの代替パラメータは、空気質量流量、Ｏ2、又はエンジンシステム温度のうちの少なくとも１つを含み、前記少なくとも１つのエンジンシステムモデルは、エンジン速度、吸気マニホルドの圧力、又は温度のうちの少なくとも１つに基づく、請求項４０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２２５３４８（Ｐ２０１２−２２５３４８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５８６３８（Ｐ２０１２−１５８６３８）
【出願日】平成２４年７月１７日（２０１２．７．１７）
【分割の表示】特願２００８−５４７６２８（Ｐ２００８−５４７６２８）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（５００１２４３７８）ボーグワーナー インコーポレーテッド (302)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１７日（２０１２．７．１７）
【分割の表示】特願２００８−５４７６２８（Ｐ２００８−５４７６２８）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（５００１２４３７８）ボーグワーナー インコーポレーテッド (302)
【Ｆターム（参考）】
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