吸気マニホルド酸素制御
【課題】内燃エンジンにおいて、エミッションを減少させると共にエンジン効率を向上させるために吸気マニホルド酸素を制御する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を有するエンジン（12）のための吸気マニホルド酸素を制御する方法は、エンジン内における燃焼のための理想過剰酸素比を定めるステップと、エンジンの吸気マニホルド（15）に送り出されるべき酸素の全質量流量を計算して理想過剰酸素比を維持するステップと、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、新気酸素の所望の質量流量とＥＧＲ酸素の質量流量の和が酸素の所望の全質量流量に等しくなるようＥＧＲ弁の再調節によって吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を制御するステップとを有する。
【解決手段】新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を有するエンジン（12）のための吸気マニホルド酸素を制御する方法は、エンジン内における燃焼のための理想過剰酸素比を定めるステップと、エンジンの吸気マニホルド（15）に送り出されるべき酸素の全質量流量を計算して理想過剰酸素比を維持するステップと、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、新気酸素の所望の質量流量とＥＧＲ酸素の質量流量の和が酸素の所望の全質量流量に等しくなるようＥＧＲ弁の再調節によって吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を制御するステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン、特に排気ガス再循環制御装置を備えたトラック用ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、北米で現在製造されている多くのトラックのパワープラント（動力源）である。
【０００３】
ディーゼルエンジンで生じる燃焼は、エミッションを最小限に抑えるために正確に制御されなければならない。エミッションレベルを決定する際の要因のうちの１つは、燃焼プロセス中における過剰酸素の存在である。排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、エンジンの排気ガスの一部分を再循環させてエンジンのシリンダ内に戻すプロセスであり、ＥＧＲは、ピーク燃焼温度を下げ、過剰酸素レベルを低下させると共にＮＯｘエミッションを減少させるために用いられている。
【０００４】
典型的には、ディーゼルエンジンは、単段又は二段ターボチャージャ（ターボ過給機）を装備している。二段ターボチャージャは、排気系統中に直列流れ関係をなしていて、ブーストを生じさせるよう吸気系統中に直列流れ関係をなした高圧及び低圧圧縮機を作動させる高圧及び低圧タービンを有しており、このような二段ターボチャージャは、ターボチャージャの一例である。単段ターボチャージャは、たった１つのタービン及びたった１つの圧縮機を有する。
【０００５】
米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書は、ターボチャージャ付きディーゼルエンジン用のエンジン制御システムを記載しており、実際のブーストが例えば急な加速又は急な減速中、ブースト制御方式により生じる所望のブースト設定値から逸脱すると、この制御方式は、ブーストの差をゼロにするようにする排気ガス再循環（ＥＧＲ）の即座調節を可能にする。
【０００６】
この米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書は、幾つかのパラメータに基づいて所望のＥＧＲ設定値を定めるＥＧＲ弁の制御方式を記載しており、このようなパラメータとしては、エンジン速度、指定エンジントルク及び吸気系統に流入する新気の質量流量が挙げられる。ＥＧＲ弁は、ＥＧＲ設定値に基づくデューティサイクル信号によって制御される。ＥＧＲ設定値の変化により、コントローラ、典型的には処理方式中の仮想コントローラとして具体化されたＰＩＤ（比例・積分・微分動作方式）コントローラによりデューティ信号のデューティサイクルが変化する。
【０００７】
ターボチャージャブーストの制御のための米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書の方式は、幾つかのパラメータに基づいて所望のブースト設定値を定め、このようなパラメータとしては、エンジン速度及び指定エンジントルクが挙げられる。ブースト設定値は、ターボチャージャを制御し、具体的には流路可変ターボチャージャ（variabe geometry turbocharger ：ＶＧＴ）のベーンの位置を制御する制御方式によって処理される。ベーン位置は、典型的には、ブースト設定値に基づくデューティサイクル信号が印加されるアクチュエータによって制御される。デューティサイクル信号は又、ブースト制御方式においてＰＩＤコントローラによって出力される場合がある。
【０００８】
米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書の開示内容によれば、種々の計算が行われる。適切且つ適当なアルゴリズムによって実行される一計算法は、エンジンシリンダを通る質量流量をもたらすよう実際のブーストを利用する。任意の適切且つ妥当な仕方で実施される別の計算法は、エンジン吸気系統に流入する新気の実際の質量流量をもたらす。次に、吸気系統に流入する新気と混ざり合う再循環排気ガスの質量流量をエンジンシリンダを通る計算された質量流量と吸気系統に流入する新気の実際の質量流量の差として計算する。
【０００９】
ＥＧＲ弁は、ＥＧＲ弁を通る質量流量に影響を及ぼす或る特定の一般的条件、例えば、弁入口と弁出口との間の排気ガス温度及び圧力差に関し、ＥＧＲ弁を通る質量流量とＥＧＲ弁の開度との間に相関関係が成り立つようモデル化されている。
【００１０】
急加速又は急減速中のブースト差をゼロにするため、制御システムは、ＥＧＲ弁を通る流量とＥＧＲ弁の開度との相関関係を利用して弁開時期の調節の仕方を定め、それによりブースト差をゼロにしようとする仕方でＥＧＲ弁を通る質量流量が調節されることになる。
【００１１】
米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書の制御システムは、所望のブースト設定値と実際のブーストの差をゼロにするようにする調節方向における再循環排気ガスの質量流量のフィードフォワード調節を実施する。このシステムは、エンジンシリンダを通る実際の質量流量を表わすデータとエンジンシリンダを通る予想質量流量を表わすデータとの差を表わすデータを処理して調節を行うためにＥＧＲ弁に印加されるフィードフォワード調節信号を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の方法は、過渡的状態の間、例えば車両の加速及び減速中に乱される場合のあるＥＧＲガスと新気の比を制御する。
【００１４】
本発明者は、実際には、ＥＧＲがほぼ０％から２１％までの可変量の酸素を含んでいることを認識している。エミッション減少をもたらすエンジンの改良に対する要求が厳しくなっている状態で、ＥＧＲが酸素を含んでいないという仮定に立った場合、エミッションをそれ以上減少させるには制限がある。
【００１５】
本発明者は、エミッションを減少させると共にエンジン効率を高めるために燃焼及び混合気（燃料と空気の混合物）をより厳密に制御するディーゼルエンジン用エンジン制御システムの必要性を認識している。本発明者は、ディーゼルエンジンにおける燃焼に利用される過剰酸素を正確にモニタすると共に正確に制御しようとする過剰酸素制御アルゴリズムの必要性を認識している。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、エミッションを最大限減少させるためにエンジン吸気系統内に送り出されるべきＥＧＲ及び新気の正確な量を計算すると共に制御するエンジン制御アルゴリズムを提供する。このアルゴリズムは、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に開示されている公知のＥＧＲ制御方式の改良手段としての役目を果たし、この米国特許出願公開を参照により援用し、その開示内容を本明細書の一部とする。
【００１７】
本発明のアルゴリズムによれば、新気からの酸素の質量流量は、新気の測定された質量流量から求められる。というのは、新気中の酸素の割合が既知だからである。ＥＧＲガスの質量流量は、ＥＧＲ弁位置及びこの弁前後の圧力降下によって求められる。変形例として、エンジンを通る空気の全質量流量と新気の質量流量の差の計算によってＥＧＲの質量流量を求めることができる。排気ガスＯ2センサによって測定でき又は酸素の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比（３．５１）の積との差として反復法でＥＧＲガスの酸素含有量を求めることができる。したがって、ＥＧＲガスの酸素質量流量を酸素フラクションとＥＧＲガスの質量流量の積として計算することができる。エンジンの吸気マニホルドに送り出される全酸素流量は、新気からの酸素の流量とＥＧＲガスからの酸素の流量の和である。
【００１８】
従来公知のＥＧＲ制御方式では、定常状態のエンジン作動中、ＥＧＲの量を定めるＥＧＲ弁の位置は、種々の要因によって、しかしながら主としてエンジン速度及び指示トルクによって制御される。
【００１９】
アクセルを踏み又は放すと、変化した量の燃料がエンジン内に送り込まれる。エミッションを減少させると共にエンジン効率を維持するため、エンジン制御装置は、空気質量流量を設定し、ＥＧＲ弁は、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に記載されている、制御装置内にプログラムされたあらかじめ設定された関係に従って調節される。しかしながら、この関係は、エンジン内における燃焼のために吸気マニホルド内に存在する過剰酸素を推定するためにＥＧＲガス中に存在する酸素の量を無視する。本発明の追加の又は補助的なアルゴリズムによれば、ＥＧＲガスの酸素含有量を求め、新気の質量流量の設定値を再設定して吸気マニホルド中への全酸素をエンジン制御装置にあらかじめプログラムされた値に従って最適値に維持する。
【００２０】
本発明のアルゴリズムは、既存のエンジン制御アルゴリズム、特にエンジン吸気マニホルド中に送り込まれるＥＧＲガスの量を制御するアルゴリズムとの協働が可能である。本発明のアルゴリズムは、出力として、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に記載されている既存のＥＧＲ制御アルゴリズムのための入力として用いられるエンジン制御装置のための新気の質量流量に関する設定値を提供する。
【００２１】
したがって、新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を有するエンジンのための本発明の方法は、
エンジン内における燃焼のための理想過剰酸素比Ｒを定めるステップと、
新気とＥＧＲガスの両方の全質量流量が所与である場合、吸気マニホルドに送り出されるべきＥＧＲガスの質量流量を定めると共にＥＧＲ弁を調節してＥＧＲガスのこの質量流量を通過させるステップと、
吸気マニホルドへの新気の質量流量を測定して新気の測定質量流量を定めるステップと、
エンジンの吸気マニホルドに送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して理想の過剰酸素比を維持するステップと、
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、
吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を計算して新気酸素の所望の質量流量とＥＧＲ酸素の質量流量の和が酸素の所望の全質量流量に等しくなるようにするステップと、
新気の調節された質量流量を計算して新気の所望の質量流量を供給するステップと、
ＥＧＲ弁を再調節してＥＧＲガスの質量流量の変化及び新気の調節された質量流量に向かう方向における新気の測定質量流量の変化を生じさせるステップとを有する。
【００２２】
理想過剰酸素比Ｒを定めるステップは、エンジンへの燃料の既知の送り出し量及び燃焼中に生じる酸素の質量と燃料の質量の好ましい比に基づいて実施される。ＥＧＲガスの質量流量を定めるステップは、エンジン速度及び指示トルクで決まる値のマップ又はルックアップテーブルに基づいて実施されるのが良い。
【００２３】
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を定めるステップは、ＥＧＲガスの質量流量中の酸素含有量を測定するステップと、ＥＧＲガスの質量流量を測定するステップとから成る。
【００２４】
変形例として、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップは、新気の質量流量とＥＧＲガスの質量流量の和に等しい吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、酸素の所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比（３．５１）の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、排気ガス中の酸素の質量流量を吸気マニホルド空気の全質量流量で除算することによって排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、Ｏ2のフラクションにＥＧＲガスの質量流量を乗算するステップとから成る。
【００２５】
また、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップは、エンジン速度、エンジン排気量、及び吸気マニホルド空気の密度から吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、センサに基づいて新気の質量流量を測定するステップと、吸気マニホルド空気の全質量流量から新気の質量流量を減算してＥＧＲガスの質量流量を求めるステップと、酸素の所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比（３．５１）の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、排気ガス中の酸素の質量流量を吸気マニホルド空気の全質量流量で除算することによって排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、Ｏ2のフラクションにＥＧＲガスの質量流量を乗算するステップとから成る。
【００２６】
新気の測定質量流量と新気の調節された設定質量流量の差をゼロにしようとする調節方向における再循環排気ガスの質量流量の調節のためにＥＧＲ弁を再調節するステップは、新気の調節質量流量に関する設定値信号がＥＧＲ弁を調節するための別の補助的アルゴリズムへの入力値であるよう生成される出力値であるという特徴を更に有する。
【００２７】
上記方法のステップは、迅速に繰り返し実施される。
【００２８】
本発明の原理は、追加の機械的装置を導入しないでエンジン制御方式に具体化でき、それにより、本発明の方式の具体化が費用効果の良いものになる。さらに、テールパイプ（尾管）に対する望ましい作用効果は、適用しうる法律及び規則に対する準拠に向けて意味のある寄与をなし得る。
【００２９】
本発明の多くの他の利点及び特徴は、本発明及びその実施形態に関する以下の詳細な説明、特許請求の範囲の記載及び添付の図面から容易に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】自動車エンジンシステムの概略全体図である。
【図２】本発明の方式の原理を示す略図である。
【図３】本発明の吸気マニホルド酸素制御装置の略図である。
【図４】本発明の方法のフローチャートである。
【図５】本発明の方式の結果を説明するのに有用なグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、多くの互いに異なる形態で実施できるが、開示内容が本発明の原理の例示として考えられ、本発明を図示の特定の実施形態に限定するものではないということを理解した上で、図面には本発明の特定の実施形態が示されており、これら実施形態について以下に詳細に説明する。
【００３２】
図１は、例示の内燃エンジンシステム１０を示しており、この内燃エンジンシステムは、燃焼が生じるシリンダを有するエンジン１２、給気をエンジン１２に流入させることができる吸気マニホルド１５を含む吸気系統１４及びシリンダ内の混合気の燃焼に起因して生じる排気ガスを流出させる排気系統１６を有する。ＥＧＲシステム１８が、排気ガスを排気系統１６から再循環させてこれを吸気系統１４に送ることができる。
【００３３】
エンジンシステム１０は、排気系統１６内に設けられ、吸気系統１４内に設けられた圧縮機２０Ｃを作動させるタービン２０Ｔを備えたターボチャージャ（ターボ過給機）２０を有するターボチャージャ付きディーゼルエンジンを表わしている。給気クーラ２２が、圧縮機２０Ｃの下流側に設けられている。
【００３４】
ＥＧＲシステム１８は、ＥＧＲクーラ２４を有し、排気ガスは、ＥＧＲ弁２６に達する前に、このＥＧＲクーラを通過し、ＥＧＲ弁は、ＥＧＲ弁の開度を設定するためにＥＧＲ弁の電気アクチュエータに印加されるデューティサイクル信号によって制御される。
【００３５】
エンジン制御方式３０が図２に示されている。この制御方式は、ターボチャージャ制御方式３２、基本ＥＧＲ制御方式３４及び本発明の追加の吸気マニホルド酸素制御方式３６を含む。
【００３６】
制御方式３２，３４は、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に記載されたデータを処理するためのアルゴリズムとしてエンジン制御システムの１つ又は２つ以上のプロセッサに具体化され、この米国特許出願公開を参照により援用し、その記載内容を本明細書の一部とする。変形例として、ターボチャージャ及び／又は基本ＥＧＲ制御方式は、米国特許第７，３５３，６４８号明細書、同第６，９７３，３８２号明細書又は同第６，４０１，７００号明細書に記載されている方式であっても良く、これら米国特許を全て参照により援用し、これらの記載内容を本明細書の一部とする。
【００３７】
制御方式は、ＥＧＲ弁２６を通る質量流量に影響を及ぼす或る特定の一般的条件、例えば、弁入口と弁出口との間の排気ガス温度及び圧力差に関し、ＥＧＲ弁を通る質量流量とＥＧＲ弁の開度との間に相関関係が成り立つようなＥＧＲ弁２６のモデル化を含むのが良い。このように、ＥＧＲ弁２６のパーセント開放位置により、ＥＧＲガス質量流量を測定することができる。この方式は、ＥＧＲ弁２６の開度を表わすパラメータに関するデータ値を含む別のマップ又はルックアップテーブルから成る。各データ値は、流れに対してＥＧＲ弁を閉じたときに可動要素が着座している受座に対する可動弁要素、例えば弁ピントルの特定の位置に対応している。可動要素が受座から遠ざかれば遠ざかるほど、弁はそれだけ一層大きく開く。
【００３８】
ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下を表わすパラメータも又、ＥＧＲガス質量流量に関するデータ値を生じさせるようこの制御方式の具体化において利用される。排気マニホルドのところに設けられた適当なセンサによって測定される排気ガス背圧（ＥＢＰ）と吸気マニホルド１５のところに設けられたＭＡＰセンサにより測定されるマニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）との差を用いると、ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下に近似させることができる。
【００３９】
この結果、制御システムのプロセッサのデータ格納装置に各々が圧力差及び質量流量差に関するそれぞれの対をなすデータ値と相関したＸEGRに関するデータ値を定めるデータを格納することができる。
【００４０】
図２に示されているように、一般的なターボチャージャ制御方式は、参照符号３２で示されている。タービン２０Ｔのベーンは、ベーン位置を設定するアクチュエータに印加されるデューティサイクル信号ＶＧＴ＿ＤＴＹによって位置決めされる。方式３２は、圧縮機２０ＣがパラメータＭＡＰ＿ＳＰ（Ｎ，ＴＱ）によって表わされる所望のブースト設定値に対応したブーストを生じさせるようベーンを位置決めしようとする。制御システムは、エンジン速度Ｎ及び指示エンジントルクＴＱを用いて方式３２による処理のためのマップからＭＡＰ＿ＳＰ（Ｎ，ＴＱ）に適したデータ値を選択する。方式３２は、実際のブーストに関するデータ値、即ち、パラメータＭＡＰを所望の設定値と比較して所望の設定値に対する実際のブーストの対応関係を固定するＶＧＴ＿ＤＴＹに関する値を生じさせるよう処理されるエラー信号を生じさせる閉ループコントローラを含む。
【００４１】
基本ＥＧＲ制御方式は、参照符号３４で示されている。ＥＧＲに関する所望の設定値は、パラメータＥＧＲ＿ＳＰによって表わされ、このパラメータは、ブースト設定値と同様、エンジン速度Ｎ及び指示エンジントルクＴＱで決まり、制御方式は、方式３４による処理のためのマップ又はルックアップテーブルからＥＧＲ＿ＳＰに適したデータ値を選択する。
【００４２】
指示エンジントルクは、Ｐ‐Ｖ（シリンダ圧力‐容積）線図内の面積に比例する。指示エンジントルクは、本質的には、エンジンにより生じ、車両を推進するクラッチのところのトルクに他の目的、例えばトルクコンバータ及びオルタネータや燃料ポンプのようなエンジンにより駆動される補助機器を作動させる目的及びエンジン回転摩擦に打ち勝つ目的で用いられるトルクを加えた合計としてのトルクに対応する有用なトルクである。
【００４３】
参照符号３６により指示された処理の一部分は、ＥＧＲ＿ＳＰを処理するだけでなく、エンジン燃料補給、パラメータＭfuel及び吸気系統１４に流入する新気の質量流量、即ちパラメータＭＡＦを表わすデータを処理する。ＭＡＦに関するデータ値は、任意の適切且つ妥当な仕方で、例えば、ＭＡＦセンサ６０（図３）出力を対応のデータ値に変換することにより計算される。
【００４４】
処理３６の結果は、代数的加算機能３８の一入力として用いられ、この代数的加算機能は、ＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４０への出力データＸEGRを提供し、このコントローラ４０は、別の代数的加算機能４２に対する入力を提供する。ＥＧＲ弁２６のアクチュエータに印加されるデューティサイクル信号ＥＧＲ＿ＤＴＹを設定するのは、加算機能４２の出力である。
【００４５】
方式３４は、パラメータＭengによって表わされる、エンジン１２を通る実際の質量流量に関するデータ値を生じさせる適切且つ妥当なアルゴリズム４４を有する。Ｍengに関するデータ値は、代数的加算機能４６に対する入力である。実際の質量流量は、ここではブースト（ＭＡＰ）、空気温度（ＭＡＴ）、容積効率（Ｖｏｌ ｅｆｆ）及びエンジン排気量（Ｄｉｓｐｌ）として示されている幾つかの変数の関数である。Ｍengに関するデータ値を生じさせるようアルゴリズム４４によって処理されるのは、上記パラメータに関するデータ値である。
【００４６】
方式３４は、ＭＡＰを除きアルゴリズム４４によって処理された同一の変数に基づく、エンジン１２を通る質量流量に関するデータ値を生じさせる適切且つ妥当なアルゴリズム４７を更に含む。ＭＡＰを用いないで、アルゴリズム４７は、所望のブースト設定値ＭＡＰ＿ＳＰ（Ｎ，ＴＱ）を用いる。アルゴリズム４７によって提供された結果は、パラメータＭeng*によって表わされる。Ｍeng*に関するデータ値は、代数的加算機能４８に対する入力である。
【００４７】
加算機能４８は、ＭengとＭeng*の差を計算する。この差は、パラメータΔＭENGによって表わされ、このパラメータは、ブースト結合アルゴリズム５０のための幾つかの入力のうちの１つである。このアルゴリズムは、加算機能４２によってＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４０によって提供されたＸEGRに関するデータ値から除算されるパラメータΔＸEGRに関するデータ値を生じさせる計算を実行する。
【００４８】
加算機能４６は、Ｍengに関するデータ値からＭＡＦ及びＭfuelに関するデータ値を減算することによりパラメータΔＭENGにより表わされるＥＧＲ弁２６を通る質量流量を計算する。ＭEGRに関するデータ値は、アルゴリズム５０に対する別の入力である。これも又、加算機能３８によって処理３６により計算されたデータ値から減算される。
【００４９】
アルゴリズム５０のための追加の入力は、ＥＧＲ弁前後の圧力差ΔＰ及び密度ρのパラメータである。
【００５０】
エンジンの定常作動及びほぼ定常作動中、ΔＭENG及びＭENGに関するデータ値相互間には差が殆どなく又は全くない。その結果、ブースト結合方式５０は、ΔＸEGRを介してＥＧＲの調節を殆ど行わず又は全く行わない。というのは、ΔＸEGRに関するデータ値は、僅かであり又はゼロであるからである。ＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４０に対するＥＧＲ質量流量エラー入力は、ＥＧＲ率を設定値ＥＧＲ＿ＳＰに向かって連続的に押しやるＥＧＲの閉ループ制御を提供する。
【００５１】
単にほぼ定常状態（例えば急加速及び急減速）よりも著しく非定常状態である非定常状態作動中、ΔＭENG及びＭEGRに関するデータ値相互間の差は、相当大きくなる。その結果、ブースト結合方式５０は、ΔＸEGRを介してＥＧＲの調節を行う。というのは、ΔＸEGRに関するデータ値は、今や相当大きくなっているからである。ＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４２は、依然として、ΔＸEGRによりＥＧＲの制御に対して閉ループ成分を提供するが、ΔＸEGRに提供される追加の成分は、ＥＧＲ＿ＤＴＹで迅速に反映される。というのは、これは、ＰＩＤコントローラの妥協策としての設計に固有のゆっくりとした応答によっては遅延されないからである。
【００５２】
エンジンシステム１０によって動力供給される自動車では、ドライバによるアクセルペダルの急な踏み込みにより、ＥＧＲ弁２６は、開かれた場合、閉鎖方向に迅速に作動され、それにより、ＥＧＲ弁を通る排気ガスの質量流量を迅速に減少させる。即座に得られる作用効果として、これに対応してエンジンシリンダ内に導入される排気ガスが減少する。エンジン燃料補給がエンジンを加速するよう迅速に増量されるので、ＥＧＲの量の迅速な減少に続いてシリンダ内燃焼プロセス及びターボチャージャ作動が容易に行われ、それにより、エンジンが加速しているときにブースト差がより迅速にゼロになる。
【００５３】
アクセルの解除に起因して生じる減速のような急減速により、所望のブースト設定値が迅速に低下する。制御方式により、ＥＧＲ弁２６はその開放方向に即座に作動され、ＥＧＲ弁を通る排気ガスの質量流量が迅速に増大し、その結果より多くの排気ガスがエンジンシリンダ内に導入されるようになる。ＥＧＲの量の迅速な増大により、減速中、ＮＯｘ生成を制限することができる。
【００５４】
上述の基本ＥＧＲ制御方式３４は、実質的に、米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に開示されている。
【００５５】
本発明は、特に過渡的状況の際、例えば加速又は減速中、理想的な燃焼をできるだけ厳密に維持するために燃焼中、過剰酸素比を正確に制御するための適切且つ妥当なアルゴリズム５８を含む吸気マニホルド酸素制御方式５６を追加する。
【００５６】
図３は、この追加の制御方式を詳細に示している。図３では、図２の基本ＥＧＲ制御方式３４は、単一のボックスにまとめられている。図３では、吸気系統１４は、新気が吸気マニホルド１５中に流れ、そしてエンジン１２のシリンダ内に流れることができるようにするものとして示されている。エンジン１２から出た排気ガスは、排気系統１６に流入する。エンジン１２からの排気ガスのうちの何割かは、排気ガス再循環システム１８に流入してクーラ２４及びＥＧＲ弁２６を介して吸気系統１４に送られる。排気ガスの残りは、排気系統１６内に送り込まれ、そして下流側に送られてタービン２０Ｔ（図１）内に入り、次に排気ガス処理装置（図示せず）に送り込まれ、そして車両テールパイプから送り出される。
【００５７】
ＭＡＦセンサ６０が吸気系統１４内で且つ吸気系統１４へのＥＧＲ入口の上流側に配置されている。ＭＡＦセンサは、吸気系統１４内への新気の実際の質量流量に対応した信号を出力する。
【００５８】
酸素センサ６２が排気系統１６内に設けられている。酸素センサは、排気ガスの酸素含有量に対応した信号をエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）に提供し、この信号は、公知のようにエンジン制御のために用いられる。本発明によれば、酸素信号は、方式５６で行われるＥＧＲガスの酸素含有量の計算のためにも用いられる。
【００５９】
ＥＧＲシステム１８中には入らないエンジン１２からの排気ガスは、酸素センサ６２の側を通る。本発明のアルゴリズム５８は、酸素センサ６２を用いて排気ガス中に存在する酸素の量を検出し、排気ガスは、ＥＧＲチャネル１８を通過する。
【００６０】
制御方式５６は、ＥＧＲ弁２６を通る質量流量に影響を及ぼす或る特定の一般的条件、例えば、弁入口と弁出口との間の排気ガス温度及び圧力差に関し、ＥＧＲ弁を通る質量流量とＥＧＲ弁の開度（ＥＧＲ％開度として定義される）との間に相関関係が成り立つようなＥＧＲ弁２６のモデル化を含むのが良い。このように、ＥＧＲ弁２６のパーセント開放位置により、ＥＧＲガス質量流量を測定することができる。この方式は、ＥＧＲ弁２６の開度を表わすパラメータに関するデータ値を含む別のマップ又はルックアップテーブルから成る。各データ値は、流れに対してＥＧＲ弁を閉じたときに可動要素が着座している受座に対する可動弁要素、例えば弁ピントルの特定の位置に対応している。可動要素が受座から遠ざかれば遠ざかるほど、弁はそれだけ一層大きく開く。
【００６１】
ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下を表わすパラメータも又、ＥＧＲガス質量流量に関するデータ値を生じさせるようこの制御方式の具体化において利用される。排気マニホルドのところに設けられた適当なセンサによって測定される排気ガス背圧（ＥＢＰ）と吸気マニホルド１５のところに設けられたＭＡＰセンサにより測定されるマニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）との差を用いると、ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下に近似させることができる。
【００６２】
ディーゼルエンジンでは、酸素の質量と燃料の質量の化学量論的比は、３．５１である。エンジン内で燃焼されるべき酸素の所望の量が既知であり且つＥＧＲチャネル１８内のガスのＥＧＲ酸素組成データ及び弁２６の設定値を用いると、本発明のアルゴリズム５８は、吸気マニホルド１５内に送り込まれるのに必要な新気の正確な量を計算する。次に、この方式５６は、基本ＥＧＲ制御方式３４によって利用されるＭＡＦ設定値を制御する。ＭＡＦ設定値を加算機能５９のところでセンサ６０からの測定ＭＡＦと比較し、差が方式３４へのエラー信号入力となる。
【００６３】
吸気マニホルド内への設定された全質量流量が所与であれば、ＭＡＦ設定値は、ＥＧＲ弁２６を制御することによりＥＧＲ質量流量を調節することによって維持される。
【００６４】
アルゴリズム５８は、以下の関係に基づいている。
【００６５】
過剰酸素比（Ｒ）
【００６６】
過剰酸素比は、燃焼に利用可能な実際の酸素量を理論酸素必要量で除算した値である。
Ｒ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ／ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｔｈｅｏｒｙ
Ｒ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ／３．５１（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）
【００６７】
理論燃焼のため、過剰酸素比（Ｒ）を特定して制御する。所与のブーストでは、吸気マニホルド酸素（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ）及びそれ故（Ｒ）をＥＧＲ弁の操作によって変化させることができる。ＭＡＦセンサ及び排気ガスＯ2センサは、フィードバックをもたらす。
【００６８】
ＥＧＲ Ｏ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）の計算
【００６９】
排気ガスの酸素含有量は、吸入空気の酸素含有量よりも少ない。というのは、幾分かのＯ2が燃焼によって消費されるからである。燃料比は、既知であり、従って、酸素消費量を推定することができる。
【００７０】
炭化水素燃料及び空気に関する釣り合いの取れた方程式は、次の通りである。即ち、Ｃ8Ｈ18＋１２ １／２Ｏ2＋４７Ｎ2→８ＣＯ2＋９Ｈ2Ｏ＋４７Ｎ2
【００７１】
化学量論的空気質量比は、次の通りである。即ち、Ａ／Ｆ＝［（１２ １／２＋４７）（２９）］／［８（１２）＋１８（１）］＝燃料１ポンド当たり空気１５．１ポンド（なお、１ポンド＝４５３．５９ｇ）
【００７２】
化学量論的Ｏ2質量比は、次の通りである。即ち、Ｏ2／Ｆ＝［（１２ １／２（３２）］／［９（１２）＋１８（１）］＝燃料１ポンド当たりＯ2３．５１ポンド
【００７３】
排気マニホルド酸素流量の計算は、次の通りである。即ち、ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ−［Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ（３．５１）］（この式において、ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎは、吸気マニホルド中のＯ2流量である。）
【００７４】
排気マニホルドＯ2フラクションは、次の通りである。即ち、Ｏ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ／排気ガス流量
【００７５】
ＥＧＲ Ｏ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）の測定
【００７６】
ＥＧＲガス中の酸素濃度は、排気管中の酸素濃度と同一である。ＥＧＲ中のＯ2フラクションを排気ガス中のＯ2センサによって測定するのが良い（パーセント酸素）。ＥＧＲ流量を計算するのが良い。
【００７７】
全エンジン流量＝（ＭＦＲ＿ＥＧＲ）＋（ＭＡＦ）
ＭＦＲ＿ＥＧＲ＝（全エンジン流量）−（ＭＡＦ）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ＝ＭＦＲ＿ＥＧＲ（測定された排気ガス中のＯ2パーセント）
【００７８】
吸気マニホルドＯ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ）の計算
【００７９】
吸気マニホルド流量は、新気流量とＥＧＲ流量の和である。
【００８０】
ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＋ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ
【００８１】
新気Ｏ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ）の計算
【００８２】
空気＝２１容量％Ｏ2
空気の分子量＝Ｏ2の２９分子量＝３２
質量Ｏ2＝０．２１（質量空気）（３２／２９）
質量流量Ｏ2＝０．２１（空気の質量流量）（３２／２９）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＝０．２３（ＭＡＦ）（この式において、ＭＡＦ＝新気のポンド／分）
【００８３】
Ｒ設定値を達成し、Ｒ＿ＳＰをＭＡＦ＿ＳＰに変換する手段
【００８４】
今日のＥＧＲ制御方式は、ＭＡＦ設定値を予想する。
全エンジン空気流量＝所望のＥＧＲ＋ＭＡＦ
ＭＡＦ設定値＝（全エンジン流量）−（所望ＥＧＲ）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ＝Ｒ＿ＳＰ（３．５１）（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＿ＳＰ＝（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ）−（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）
ＭＡＦ＿ＳＰ＝（ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＿ＳＰ）／０．２３
【００８５】
したがって、図４に示されているように、新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を備えたエンジンのための本発明の方法は、
吸気マニホルド中への瞬時全空気量が所与である（ステップ１００）と共に燃料比が所与である（ステップ１０４）場合、エンジン内における燃焼のために理想過剰酸素比Ｒ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ／（３．５１）（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）を定め（ステップ１０６）、
新気とＥＧＲガスの両方の全質量流量が所与である場合に吸気マニホルドに送り出されるべきＥＧＲガスの質量流量を定めてＥＧＲガスのこの質量流量を通過させ（ステップ１０８）、このステップにより、新気質量流量ＭＡＦも又設定し（ステップ１１０）、
ＭＡＦセンサ６０により吸気マニホルドへの新気質量流量ＭＡＦを測定して（ステップ１１２）新気酸素の測定質量流量を定め（ステップ１１３）、
エンジンの吸気マニホルドに送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して理想の過剰酸素比Ｒを維持し（ステップ１１４）、
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求め（ステップ１１６）、
吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の現在の所望の質量流量（ＭＡＦ＿ＳＰ）を計算して（ステップ１１８）新気酸素の現在の所望の質量流量（ＭＡＦ＿ＳＰ）とＥＧＲ酸素の質量流量の和（ステップ１１９）を、新気酸素の現在の所望の質量流量にＥＧＲ酸素の質量流量を加えた質量流量と酸素の所望の全質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ）との差を求める（ステップ１２０）ことにより酸素の所望の又は「設定値」全質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ）に制御し、エラー信号を発生させ（ステップ１２１）、このエラー信号が現在の所望の質量流量ＭＡＦ＿ＳＰを変化させ（ステップ１１８）、
方式５６及び該当する場合には基本ＥＧＲ方式３４を用い、ＥＧＲ弁を再調節してＭＦＲ＿ＥＧＲを増大させ又は減少させ、これとは逆に、ＭＡＦを増減し、新気の所望の質量流量（ＭＡＦ＿ＳＰ）に向かう方向に新気酸素の測定質量流量（ステップ１１３）を変化させる（ステップ１２６）。
【００８６】
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップ（ステップ１１６）は、ＥＧＲガスの質量流量（ＭＦＲ＿ＥＧＲ）を求めるステップ（ステップ１２８）及び次にＥＧＲガスの酸素含有量を求めるステップ（ステップ１３０）を含むのが良い。
【００８７】
第１の方法によれば、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップは、酸素センサ６２を用いてＥＧＲガスの質量流量中の酸素含有量を測定するステップ（ステップ１３０）及びＥＧＲ弁前後の圧力降下及びＥＧＲ弁百分率開放データ並びにマップ又はルックアップテーブルを用いてＥＧＲガスの質量流量を測定するステップ（ステップ１２８）を有するのが良い。
【００８８】
図４に示されているステップは、毎秒何回も迅速に繰り返される。
【００８９】
本発明の第２の方法は、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップが反復法によりＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を推定するステップを有するのが良いという点を除き、第１の方法と同一のステップを提供する。
【００９０】
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を推定するステップは、全エンジン質量流量を測定するステップと、排気ガス中の酸素含有量を推定するステップとから成るのが良い。全エンジン質量流量は、エンジン排気量、エンジンＲＰＭ及び吸気マニホルド圧力又はブースト及び容積効率並びに温度で決まる吸気マニホルド空気密度の関数である。これらパラメータをエンジンに設けられている適用可能なセンサを用いてエンジン制御モジュールで求め又は計算することができる。排気ガス流量は、実質的に、全エンジン質量流量に等しい。排気ガス中の酸素含有量は、次の公式、即ち、ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ−［（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）（３．５１）］及びＯ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ／排気ガス流量を用いて、吸気マニホルドに流入する全酸素から化学量論的燃焼によって消費される酸素を差し引いた結果を考慮することによって推定できる。ＥＧＲガスの質量流量を計算するには、ＥＧＲ弁前後の圧力降下及びＥＧＲ弁百分率開放データ並びにマップ又はルックアップテーブルを用いて或いは以下に説明する計算によって計算できる。
【００９１】
排気ガス中のＯ2含有量（Ｏ2＿Ｅｘｈ）にＥＧＲガスの質量流量（ＭＦＲ＿ＥＧＲ）を乗算してＥＧＲ Ｏ2の推定質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）を導き出す。この推定ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲを図４のステップ１１６で用いてＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈに加え、この場合、残りのステップは、同一のままである。
【００９２】
上述のステップを毎秒多くの回数迅速に繰り返す。推定Ｏ2含有量を方法ステップの多くの繰り返しによって是正する。
【００９３】
新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を備えたエンジンのための本発明の第３の方法は、ＥＧＲガスの質量流量を求めるステップを除き、第１又は第２の方法と同一のステップを提供するが、これらとは異なるステップが用いられる。異なるステップは、次のステップを含む。エンジン速度、エンジン排気量及び吸気マニホルド中への空気の密度を用いて、新気の質量流量とＥＧＲガスの質量流量の両方を含むエンジンを通る全空気質量流量を計算する。ＥＧＲガスの質量流量を測定する代わりに、吸気マニホルドに送られるべきＥＧＲガスの質量流量をエンジンを通る全空気質量流量とＭＡＦセンサによって測定された新気の質量流量の差として計算する。
【００９４】
エンジン速度、エンジン排気量及び吸気マニホルド中への空気の密度を用いるステップは、吸気マニホルド中への空気の密度が温度、圧力又はターボチャージャブースト及び容積効率の関数であるという特徴を更に有している。これらパラメータをセンサにより伝送すると共に／或いはエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）で計算するのが良い。
【００９５】
上述の方法は、実際の動的エンジンでは、エンジンを通る空気の全質量流量が一定ではないということを理解した上で単一の作動ポイントのみについて説明されている。エンジンを通る空気の全質量流量は、例えば、エンジンｒｐｍ及びターボチャージャブーストにつれて変化する。しかしながら、空気の全質量流量が変化すると、これら方式は、エンジンを通る空気の新たな全質量流量及び／又は新たな燃料比について迅速に変化する。これら方法のうちの任意のものの方法ステップを毎秒多数回にわたって迅速に繰り返す。
【００９６】
図５は、本発明の方式５６のモデル化された結果を示している。図４は、過渡的条件の発生及びエンジン内の過剰酸素比に対する影響を示している。先にほぼ時刻＝４９秒のところでは、車両アクセルを踏み込み、燃料質量流量は、２５ポンド／時から４０ポンド／時に増大する。上述したように、ＥＧＲ流量は、減少する。というのは、より多くのＯ2が燃焼プロセスによって消費されるからである。このためて、ＥＧＲガスにより提供されるＯ2は、減少する。方式５６によれば、ＭＡＦ＿ＳＰを増大させ、測定ＭＡＦは、燃料比の増大にマッチするよう増大し、又、ＭＡＦ＿ＳＰは、ＥＧＲガスにより提供されるＯ2の減少を補償するよう増大する。図４に示されているように、過剰酸素比は、新たな燃料流量比＝４０ポンド／時について理想的な燃焼過剰酸素比に関する設定値に収斂して戻る。
【００９７】
上述のことから、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変形例及び改造例を想到できることが観察されよう。理解されるべきこととして、本明細書において説明した特定の装置に関する制約が意図されておらず又は推定されるべきでない。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 内燃エンジンシステム
１２ エンジン
１４ 吸気系統
１５ 吸気マニホルド
１６ 排気系統
１８ ＥＧＲシステム
２０ ターボチャージャ（ターボ過給機）
２０Ｃ 圧縮機
２０Ｔ タービン
２２ 給気クーラ
２４ ＥＧＲクーラ
２６ ＥＧＲ弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン、特に排気ガス再循環制御装置を備えたトラック用ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、北米で現在製造されている多くのトラックのパワープラント（動力源）である。
【０００３】
ディーゼルエンジンで生じる燃焼は、エミッションを最小限に抑えるために正確に制御されなければならない。エミッションレベルを決定する際の要因のうちの１つは、燃焼プロセス中における過剰酸素の存在である。排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、エンジンの排気ガスの一部分を再循環させてエンジンのシリンダ内に戻すプロセスであり、ＥＧＲは、ピーク燃焼温度を下げ、過剰酸素レベルを低下させると共にＮＯｘエミッションを減少させるために用いられている。
【０００４】
典型的には、ディーゼルエンジンは、単段又は二段ターボチャージャ（ターボ過給機）を装備している。二段ターボチャージャは、排気系統中に直列流れ関係をなしていて、ブーストを生じさせるよう吸気系統中に直列流れ関係をなした高圧及び低圧圧縮機を作動させる高圧及び低圧タービンを有しており、このような二段ターボチャージャは、ターボチャージャの一例である。単段ターボチャージャは、たった１つのタービン及びたった１つの圧縮機を有する。
【０００５】
米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書は、ターボチャージャ付きディーゼルエンジン用のエンジン制御システムを記載しており、実際のブーストが例えば急な加速又は急な減速中、ブースト制御方式により生じる所望のブースト設定値から逸脱すると、この制御方式は、ブーストの差をゼロにするようにする排気ガス再循環（ＥＧＲ）の即座調節を可能にする。
【０００６】
この米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書は、幾つかのパラメータに基づいて所望のＥＧＲ設定値を定めるＥＧＲ弁の制御方式を記載しており、このようなパラメータとしては、エンジン速度、指定エンジントルク及び吸気系統に流入する新気の質量流量が挙げられる。ＥＧＲ弁は、ＥＧＲ設定値に基づくデューティサイクル信号によって制御される。ＥＧＲ設定値の変化により、コントローラ、典型的には処理方式中の仮想コントローラとして具体化されたＰＩＤ（比例・積分・微分動作方式）コントローラによりデューティ信号のデューティサイクルが変化する。
【０００７】
ターボチャージャブーストの制御のための米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書の方式は、幾つかのパラメータに基づいて所望のブースト設定値を定め、このようなパラメータとしては、エンジン速度及び指定エンジントルクが挙げられる。ブースト設定値は、ターボチャージャを制御し、具体的には流路可変ターボチャージャ（variabe geometry turbocharger ：ＶＧＴ）のベーンの位置を制御する制御方式によって処理される。ベーン位置は、典型的には、ブースト設定値に基づくデューティサイクル信号が印加されるアクチュエータによって制御される。デューティサイクル信号は又、ブースト制御方式においてＰＩＤコントローラによって出力される場合がある。
【０００８】
米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書の開示内容によれば、種々の計算が行われる。適切且つ適当なアルゴリズムによって実行される一計算法は、エンジンシリンダを通る質量流量をもたらすよう実際のブーストを利用する。任意の適切且つ妥当な仕方で実施される別の計算法は、エンジン吸気系統に流入する新気の実際の質量流量をもたらす。次に、吸気系統に流入する新気と混ざり合う再循環排気ガスの質量流量をエンジンシリンダを通る計算された質量流量と吸気系統に流入する新気の実際の質量流量の差として計算する。
【０００９】
ＥＧＲ弁は、ＥＧＲ弁を通る質量流量に影響を及ぼす或る特定の一般的条件、例えば、弁入口と弁出口との間の排気ガス温度及び圧力差に関し、ＥＧＲ弁を通る質量流量とＥＧＲ弁の開度との間に相関関係が成り立つようモデル化されている。
【００１０】
急加速又は急減速中のブースト差をゼロにするため、制御システムは、ＥＧＲ弁を通る流量とＥＧＲ弁の開度との相関関係を利用して弁開時期の調節の仕方を定め、それによりブースト差をゼロにしようとする仕方でＥＧＲ弁を通る質量流量が調節されることになる。
【００１１】
米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書の制御システムは、所望のブースト設定値と実際のブーストの差をゼロにするようにする調節方向における再循環排気ガスの質量流量のフィードフォワード調節を実施する。このシステムは、エンジンシリンダを通る実際の質量流量を表わすデータとエンジンシリンダを通る予想質量流量を表わすデータとの差を表わすデータを処理して調節を行うためにＥＧＲ弁に印加されるフィードフォワード調節信号を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の方法は、過渡的状態の間、例えば車両の加速及び減速中に乱される場合のあるＥＧＲガスと新気の比を制御する。
【００１４】
本発明者は、実際には、ＥＧＲがほぼ０％から２１％までの可変量の酸素を含んでいることを認識している。エミッション減少をもたらすエンジンの改良に対する要求が厳しくなっている状態で、ＥＧＲが酸素を含んでいないという仮定に立った場合、エミッションをそれ以上減少させるには制限がある。
【００１５】
本発明者は、エミッションを減少させると共にエンジン効率を高めるために燃焼及び混合気（燃料と空気の混合物）をより厳密に制御するディーゼルエンジン用エンジン制御システムの必要性を認識している。本発明者は、ディーゼルエンジンにおける燃焼に利用される過剰酸素を正確にモニタすると共に正確に制御しようとする過剰酸素制御アルゴリズムの必要性を認識している。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、エミッションを最大限減少させるためにエンジン吸気系統内に送り出されるべきＥＧＲ及び新気の正確な量を計算すると共に制御するエンジン制御アルゴリズムを提供する。このアルゴリズムは、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に開示されている公知のＥＧＲ制御方式の改良手段としての役目を果たし、この米国特許出願公開を参照により援用し、その開示内容を本明細書の一部とする。
【００１７】
本発明のアルゴリズムによれば、新気からの酸素の質量流量は、新気の測定された質量流量から求められる。というのは、新気中の酸素の割合が既知だからである。ＥＧＲガスの質量流量は、ＥＧＲ弁位置及びこの弁前後の圧力降下によって求められる。変形例として、エンジンを通る空気の全質量流量と新気の質量流量の差の計算によってＥＧＲの質量流量を求めることができる。排気ガスＯ2センサによって測定でき又は酸素の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比（３．５１）の積との差として反復法でＥＧＲガスの酸素含有量を求めることができる。したがって、ＥＧＲガスの酸素質量流量を酸素フラクションとＥＧＲガスの質量流量の積として計算することができる。エンジンの吸気マニホルドに送り出される全酸素流量は、新気からの酸素の流量とＥＧＲガスからの酸素の流量の和である。
【００１８】
従来公知のＥＧＲ制御方式では、定常状態のエンジン作動中、ＥＧＲの量を定めるＥＧＲ弁の位置は、種々の要因によって、しかしながら主としてエンジン速度及び指示トルクによって制御される。
【００１９】
アクセルを踏み又は放すと、変化した量の燃料がエンジン内に送り込まれる。エミッションを減少させると共にエンジン効率を維持するため、エンジン制御装置は、空気質量流量を設定し、ＥＧＲ弁は、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に記載されている、制御装置内にプログラムされたあらかじめ設定された関係に従って調節される。しかしながら、この関係は、エンジン内における燃焼のために吸気マニホルド内に存在する過剰酸素を推定するためにＥＧＲガス中に存在する酸素の量を無視する。本発明の追加の又は補助的なアルゴリズムによれば、ＥＧＲガスの酸素含有量を求め、新気の質量流量の設定値を再設定して吸気マニホルド中への全酸素をエンジン制御装置にあらかじめプログラムされた値に従って最適値に維持する。
【００２０】
本発明のアルゴリズムは、既存のエンジン制御アルゴリズム、特にエンジン吸気マニホルド中に送り込まれるＥＧＲガスの量を制御するアルゴリズムとの協働が可能である。本発明のアルゴリズムは、出力として、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に記載されている既存のＥＧＲ制御アルゴリズムのための入力として用いられるエンジン制御装置のための新気の質量流量に関する設定値を提供する。
【００２１】
したがって、新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を有するエンジンのための本発明の方法は、
エンジン内における燃焼のための理想過剰酸素比Ｒを定めるステップと、
新気とＥＧＲガスの両方の全質量流量が所与である場合、吸気マニホルドに送り出されるべきＥＧＲガスの質量流量を定めると共にＥＧＲ弁を調節してＥＧＲガスのこの質量流量を通過させるステップと、
吸気マニホルドへの新気の質量流量を測定して新気の測定質量流量を定めるステップと、
エンジンの吸気マニホルドに送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して理想の過剰酸素比を維持するステップと、
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、
吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を計算して新気酸素の所望の質量流量とＥＧＲ酸素の質量流量の和が酸素の所望の全質量流量に等しくなるようにするステップと、
新気の調節された質量流量を計算して新気の所望の質量流量を供給するステップと、
ＥＧＲ弁を再調節してＥＧＲガスの質量流量の変化及び新気の調節された質量流量に向かう方向における新気の測定質量流量の変化を生じさせるステップとを有する。
【００２２】
理想過剰酸素比Ｒを定めるステップは、エンジンへの燃料の既知の送り出し量及び燃焼中に生じる酸素の質量と燃料の質量の好ましい比に基づいて実施される。ＥＧＲガスの質量流量を定めるステップは、エンジン速度及び指示トルクで決まる値のマップ又はルックアップテーブルに基づいて実施されるのが良い。
【００２３】
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を定めるステップは、ＥＧＲガスの質量流量中の酸素含有量を測定するステップと、ＥＧＲガスの質量流量を測定するステップとから成る。
【００２４】
変形例として、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップは、新気の質量流量とＥＧＲガスの質量流量の和に等しい吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、酸素の所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比（３．５１）の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、排気ガス中の酸素の質量流量を吸気マニホルド空気の全質量流量で除算することによって排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、Ｏ2のフラクションにＥＧＲガスの質量流量を乗算するステップとから成る。
【００２５】
また、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップは、エンジン速度、エンジン排気量、及び吸気マニホルド空気の密度から吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、センサに基づいて新気の質量流量を測定するステップと、吸気マニホルド空気の全質量流量から新気の質量流量を減算してＥＧＲガスの質量流量を求めるステップと、酸素の所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比（３．５１）の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、排気ガス中の酸素の質量流量を吸気マニホルド空気の全質量流量で除算することによって排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、Ｏ2のフラクションにＥＧＲガスの質量流量を乗算するステップとから成る。
【００２６】
新気の測定質量流量と新気の調節された設定質量流量の差をゼロにしようとする調節方向における再循環排気ガスの質量流量の調節のためにＥＧＲ弁を再調節するステップは、新気の調節質量流量に関する設定値信号がＥＧＲ弁を調節するための別の補助的アルゴリズムへの入力値であるよう生成される出力値であるという特徴を更に有する。
【００２７】
上記方法のステップは、迅速に繰り返し実施される。
【００２８】
本発明の原理は、追加の機械的装置を導入しないでエンジン制御方式に具体化でき、それにより、本発明の方式の具体化が費用効果の良いものになる。さらに、テールパイプ（尾管）に対する望ましい作用効果は、適用しうる法律及び規則に対する準拠に向けて意味のある寄与をなし得る。
【００２９】
本発明の多くの他の利点及び特徴は、本発明及びその実施形態に関する以下の詳細な説明、特許請求の範囲の記載及び添付の図面から容易に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】自動車エンジンシステムの概略全体図である。
【図２】本発明の方式の原理を示す略図である。
【図３】本発明の吸気マニホルド酸素制御装置の略図である。
【図４】本発明の方法のフローチャートである。
【図５】本発明の方式の結果を説明するのに有用なグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、多くの互いに異なる形態で実施できるが、開示内容が本発明の原理の例示として考えられ、本発明を図示の特定の実施形態に限定するものではないということを理解した上で、図面には本発明の特定の実施形態が示されており、これら実施形態について以下に詳細に説明する。
【００３２】
図１は、例示の内燃エンジンシステム１０を示しており、この内燃エンジンシステムは、燃焼が生じるシリンダを有するエンジン１２、給気をエンジン１２に流入させることができる吸気マニホルド１５を含む吸気系統１４及びシリンダ内の混合気の燃焼に起因して生じる排気ガスを流出させる排気系統１６を有する。ＥＧＲシステム１８が、排気ガスを排気系統１６から再循環させてこれを吸気系統１４に送ることができる。
【００３３】
エンジンシステム１０は、排気系統１６内に設けられ、吸気系統１４内に設けられた圧縮機２０Ｃを作動させるタービン２０Ｔを備えたターボチャージャ（ターボ過給機）２０を有するターボチャージャ付きディーゼルエンジンを表わしている。給気クーラ２２が、圧縮機２０Ｃの下流側に設けられている。
【００３４】
ＥＧＲシステム１８は、ＥＧＲクーラ２４を有し、排気ガスは、ＥＧＲ弁２６に達する前に、このＥＧＲクーラを通過し、ＥＧＲ弁は、ＥＧＲ弁の開度を設定するためにＥＧＲ弁の電気アクチュエータに印加されるデューティサイクル信号によって制御される。
【００３５】
エンジン制御方式３０が図２に示されている。この制御方式は、ターボチャージャ制御方式３２、基本ＥＧＲ制御方式３４及び本発明の追加の吸気マニホルド酸素制御方式３６を含む。
【００３６】
制御方式３２，３４は、例えば米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に記載されたデータを処理するためのアルゴリズムとしてエンジン制御システムの１つ又は２つ以上のプロセッサに具体化され、この米国特許出願公開を参照により援用し、その記載内容を本明細書の一部とする。変形例として、ターボチャージャ及び／又は基本ＥＧＲ制御方式は、米国特許第７，３５３，６４８号明細書、同第６，９７３，３８２号明細書又は同第６，４０１，７００号明細書に記載されている方式であっても良く、これら米国特許を全て参照により援用し、これらの記載内容を本明細書の一部とする。
【００３７】
制御方式は、ＥＧＲ弁２６を通る質量流量に影響を及ぼす或る特定の一般的条件、例えば、弁入口と弁出口との間の排気ガス温度及び圧力差に関し、ＥＧＲ弁を通る質量流量とＥＧＲ弁の開度との間に相関関係が成り立つようなＥＧＲ弁２６のモデル化を含むのが良い。このように、ＥＧＲ弁２６のパーセント開放位置により、ＥＧＲガス質量流量を測定することができる。この方式は、ＥＧＲ弁２６の開度を表わすパラメータに関するデータ値を含む別のマップ又はルックアップテーブルから成る。各データ値は、流れに対してＥＧＲ弁を閉じたときに可動要素が着座している受座に対する可動弁要素、例えば弁ピントルの特定の位置に対応している。可動要素が受座から遠ざかれば遠ざかるほど、弁はそれだけ一層大きく開く。
【００３８】
ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下を表わすパラメータも又、ＥＧＲガス質量流量に関するデータ値を生じさせるようこの制御方式の具体化において利用される。排気マニホルドのところに設けられた適当なセンサによって測定される排気ガス背圧（ＥＢＰ）と吸気マニホルド１５のところに設けられたＭＡＰセンサにより測定されるマニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）との差を用いると、ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下に近似させることができる。
【００３９】
この結果、制御システムのプロセッサのデータ格納装置に各々が圧力差及び質量流量差に関するそれぞれの対をなすデータ値と相関したＸEGRに関するデータ値を定めるデータを格納することができる。
【００４０】
図２に示されているように、一般的なターボチャージャ制御方式は、参照符号３２で示されている。タービン２０Ｔのベーンは、ベーン位置を設定するアクチュエータに印加されるデューティサイクル信号ＶＧＴ＿ＤＴＹによって位置決めされる。方式３２は、圧縮機２０ＣがパラメータＭＡＰ＿ＳＰ（Ｎ，ＴＱ）によって表わされる所望のブースト設定値に対応したブーストを生じさせるようベーンを位置決めしようとする。制御システムは、エンジン速度Ｎ及び指示エンジントルクＴＱを用いて方式３２による処理のためのマップからＭＡＰ＿ＳＰ（Ｎ，ＴＱ）に適したデータ値を選択する。方式３２は、実際のブーストに関するデータ値、即ち、パラメータＭＡＰを所望の設定値と比較して所望の設定値に対する実際のブーストの対応関係を固定するＶＧＴ＿ＤＴＹに関する値を生じさせるよう処理されるエラー信号を生じさせる閉ループコントローラを含む。
【００４１】
基本ＥＧＲ制御方式は、参照符号３４で示されている。ＥＧＲに関する所望の設定値は、パラメータＥＧＲ＿ＳＰによって表わされ、このパラメータは、ブースト設定値と同様、エンジン速度Ｎ及び指示エンジントルクＴＱで決まり、制御方式は、方式３４による処理のためのマップ又はルックアップテーブルからＥＧＲ＿ＳＰに適したデータ値を選択する。
【００４２】
指示エンジントルクは、Ｐ‐Ｖ（シリンダ圧力‐容積）線図内の面積に比例する。指示エンジントルクは、本質的には、エンジンにより生じ、車両を推進するクラッチのところのトルクに他の目的、例えばトルクコンバータ及びオルタネータや燃料ポンプのようなエンジンにより駆動される補助機器を作動させる目的及びエンジン回転摩擦に打ち勝つ目的で用いられるトルクを加えた合計としてのトルクに対応する有用なトルクである。
【００４３】
参照符号３６により指示された処理の一部分は、ＥＧＲ＿ＳＰを処理するだけでなく、エンジン燃料補給、パラメータＭfuel及び吸気系統１４に流入する新気の質量流量、即ちパラメータＭＡＦを表わすデータを処理する。ＭＡＦに関するデータ値は、任意の適切且つ妥当な仕方で、例えば、ＭＡＦセンサ６０（図３）出力を対応のデータ値に変換することにより計算される。
【００４４】
処理３６の結果は、代数的加算機能３８の一入力として用いられ、この代数的加算機能は、ＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４０への出力データＸEGRを提供し、このコントローラ４０は、別の代数的加算機能４２に対する入力を提供する。ＥＧＲ弁２６のアクチュエータに印加されるデューティサイクル信号ＥＧＲ＿ＤＴＹを設定するのは、加算機能４２の出力である。
【００４５】
方式３４は、パラメータＭengによって表わされる、エンジン１２を通る実際の質量流量に関するデータ値を生じさせる適切且つ妥当なアルゴリズム４４を有する。Ｍengに関するデータ値は、代数的加算機能４６に対する入力である。実際の質量流量は、ここではブースト（ＭＡＰ）、空気温度（ＭＡＴ）、容積効率（Ｖｏｌ ｅｆｆ）及びエンジン排気量（Ｄｉｓｐｌ）として示されている幾つかの変数の関数である。Ｍengに関するデータ値を生じさせるようアルゴリズム４４によって処理されるのは、上記パラメータに関するデータ値である。
【００４６】
方式３４は、ＭＡＰを除きアルゴリズム４４によって処理された同一の変数に基づく、エンジン１２を通る質量流量に関するデータ値を生じさせる適切且つ妥当なアルゴリズム４７を更に含む。ＭＡＰを用いないで、アルゴリズム４７は、所望のブースト設定値ＭＡＰ＿ＳＰ（Ｎ，ＴＱ）を用いる。アルゴリズム４７によって提供された結果は、パラメータＭeng*によって表わされる。Ｍeng*に関するデータ値は、代数的加算機能４８に対する入力である。
【００４７】
加算機能４８は、ＭengとＭeng*の差を計算する。この差は、パラメータΔＭENGによって表わされ、このパラメータは、ブースト結合アルゴリズム５０のための幾つかの入力のうちの１つである。このアルゴリズムは、加算機能４２によってＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４０によって提供されたＸEGRに関するデータ値から除算されるパラメータΔＸEGRに関するデータ値を生じさせる計算を実行する。
【００４８】
加算機能４６は、Ｍengに関するデータ値からＭＡＦ及びＭfuelに関するデータ値を減算することによりパラメータΔＭENGにより表わされるＥＧＲ弁２６を通る質量流量を計算する。ＭEGRに関するデータ値は、アルゴリズム５０に対する別の入力である。これも又、加算機能３８によって処理３６により計算されたデータ値から減算される。
【００４９】
アルゴリズム５０のための追加の入力は、ＥＧＲ弁前後の圧力差ΔＰ及び密度ρのパラメータである。
【００５０】
エンジンの定常作動及びほぼ定常作動中、ΔＭENG及びＭENGに関するデータ値相互間には差が殆どなく又は全くない。その結果、ブースト結合方式５０は、ΔＸEGRを介してＥＧＲの調節を殆ど行わず又は全く行わない。というのは、ΔＸEGRに関するデータ値は、僅かであり又はゼロであるからである。ＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４０に対するＥＧＲ質量流量エラー入力は、ＥＧＲ率を設定値ＥＧＲ＿ＳＰに向かって連続的に押しやるＥＧＲの閉ループ制御を提供する。
【００５１】
単にほぼ定常状態（例えば急加速及び急減速）よりも著しく非定常状態である非定常状態作動中、ΔＭENG及びＭEGRに関するデータ値相互間の差は、相当大きくなる。その結果、ブースト結合方式５０は、ΔＸEGRを介してＥＧＲの調節を行う。というのは、ΔＸEGRに関するデータ値は、今や相当大きくなっているからである。ＥＧＲ ＰＩＤコントローラ４２は、依然として、ΔＸEGRによりＥＧＲの制御に対して閉ループ成分を提供するが、ΔＸEGRに提供される追加の成分は、ＥＧＲ＿ＤＴＹで迅速に反映される。というのは、これは、ＰＩＤコントローラの妥協策としての設計に固有のゆっくりとした応答によっては遅延されないからである。
【００５２】
エンジンシステム１０によって動力供給される自動車では、ドライバによるアクセルペダルの急な踏み込みにより、ＥＧＲ弁２６は、開かれた場合、閉鎖方向に迅速に作動され、それにより、ＥＧＲ弁を通る排気ガスの質量流量を迅速に減少させる。即座に得られる作用効果として、これに対応してエンジンシリンダ内に導入される排気ガスが減少する。エンジン燃料補給がエンジンを加速するよう迅速に増量されるので、ＥＧＲの量の迅速な減少に続いてシリンダ内燃焼プロセス及びターボチャージャ作動が容易に行われ、それにより、エンジンが加速しているときにブースト差がより迅速にゼロになる。
【００５３】
アクセルの解除に起因して生じる減速のような急減速により、所望のブースト設定値が迅速に低下する。制御方式により、ＥＧＲ弁２６はその開放方向に即座に作動され、ＥＧＲ弁を通る排気ガスの質量流量が迅速に増大し、その結果より多くの排気ガスがエンジンシリンダ内に導入されるようになる。ＥＧＲの量の迅速な増大により、減速中、ＮＯｘ生成を制限することができる。
【００５４】
上述の基本ＥＧＲ制御方式３４は、実質的に、米国特許出願公開第２００８／００７８１７６号明細書に開示されている。
【００５５】
本発明は、特に過渡的状況の際、例えば加速又は減速中、理想的な燃焼をできるだけ厳密に維持するために燃焼中、過剰酸素比を正確に制御するための適切且つ妥当なアルゴリズム５８を含む吸気マニホルド酸素制御方式５６を追加する。
【００５６】
図３は、この追加の制御方式を詳細に示している。図３では、図２の基本ＥＧＲ制御方式３４は、単一のボックスにまとめられている。図３では、吸気系統１４は、新気が吸気マニホルド１５中に流れ、そしてエンジン１２のシリンダ内に流れることができるようにするものとして示されている。エンジン１２から出た排気ガスは、排気系統１６に流入する。エンジン１２からの排気ガスのうちの何割かは、排気ガス再循環システム１８に流入してクーラ２４及びＥＧＲ弁２６を介して吸気系統１４に送られる。排気ガスの残りは、排気系統１６内に送り込まれ、そして下流側に送られてタービン２０Ｔ（図１）内に入り、次に排気ガス処理装置（図示せず）に送り込まれ、そして車両テールパイプから送り出される。
【００５７】
ＭＡＦセンサ６０が吸気系統１４内で且つ吸気系統１４へのＥＧＲ入口の上流側に配置されている。ＭＡＦセンサは、吸気系統１４内への新気の実際の質量流量に対応した信号を出力する。
【００５８】
酸素センサ６２が排気系統１６内に設けられている。酸素センサは、排気ガスの酸素含有量に対応した信号をエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）に提供し、この信号は、公知のようにエンジン制御のために用いられる。本発明によれば、酸素信号は、方式５６で行われるＥＧＲガスの酸素含有量の計算のためにも用いられる。
【００５９】
ＥＧＲシステム１８中には入らないエンジン１２からの排気ガスは、酸素センサ６２の側を通る。本発明のアルゴリズム５８は、酸素センサ６２を用いて排気ガス中に存在する酸素の量を検出し、排気ガスは、ＥＧＲチャネル１８を通過する。
【００６０】
制御方式５６は、ＥＧＲ弁２６を通る質量流量に影響を及ぼす或る特定の一般的条件、例えば、弁入口と弁出口との間の排気ガス温度及び圧力差に関し、ＥＧＲ弁を通る質量流量とＥＧＲ弁の開度（ＥＧＲ％開度として定義される）との間に相関関係が成り立つようなＥＧＲ弁２６のモデル化を含むのが良い。このように、ＥＧＲ弁２６のパーセント開放位置により、ＥＧＲガス質量流量を測定することができる。この方式は、ＥＧＲ弁２６の開度を表わすパラメータに関するデータ値を含む別のマップ又はルックアップテーブルから成る。各データ値は、流れに対してＥＧＲ弁を閉じたときに可動要素が着座している受座に対する可動弁要素、例えば弁ピントルの特定の位置に対応している。可動要素が受座から遠ざかれば遠ざかるほど、弁はそれだけ一層大きく開く。
【００６１】
ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下を表わすパラメータも又、ＥＧＲガス質量流量に関するデータ値を生じさせるようこの制御方式の具体化において利用される。排気マニホルドのところに設けられた適当なセンサによって測定される排気ガス背圧（ＥＢＰ）と吸気マニホルド１５のところに設けられたＭＡＰセンサにより測定されるマニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）との差を用いると、ＥＧＲ弁２６前後の圧力降下に近似させることができる。
【００６２】
ディーゼルエンジンでは、酸素の質量と燃料の質量の化学量論的比は、３．５１である。エンジン内で燃焼されるべき酸素の所望の量が既知であり且つＥＧＲチャネル１８内のガスのＥＧＲ酸素組成データ及び弁２６の設定値を用いると、本発明のアルゴリズム５８は、吸気マニホルド１５内に送り込まれるのに必要な新気の正確な量を計算する。次に、この方式５６は、基本ＥＧＲ制御方式３４によって利用されるＭＡＦ設定値を制御する。ＭＡＦ設定値を加算機能５９のところでセンサ６０からの測定ＭＡＦと比較し、差が方式３４へのエラー信号入力となる。
【００６３】
吸気マニホルド内への設定された全質量流量が所与であれば、ＭＡＦ設定値は、ＥＧＲ弁２６を制御することによりＥＧＲ質量流量を調節することによって維持される。
【００６４】
アルゴリズム５８は、以下の関係に基づいている。
【００６５】
過剰酸素比（Ｒ）
【００６６】
過剰酸素比は、燃焼に利用可能な実際の酸素量を理論酸素必要量で除算した値である。
Ｒ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ／ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｔｈｅｏｒｙ
Ｒ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ／３．５１（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）
【００６７】
理論燃焼のため、過剰酸素比（Ｒ）を特定して制御する。所与のブーストでは、吸気マニホルド酸素（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ）及びそれ故（Ｒ）をＥＧＲ弁の操作によって変化させることができる。ＭＡＦセンサ及び排気ガスＯ2センサは、フィードバックをもたらす。
【００６８】
ＥＧＲ Ｏ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）の計算
【００６９】
排気ガスの酸素含有量は、吸入空気の酸素含有量よりも少ない。というのは、幾分かのＯ2が燃焼によって消費されるからである。燃料比は、既知であり、従って、酸素消費量を推定することができる。
【００７０】
炭化水素燃料及び空気に関する釣り合いの取れた方程式は、次の通りである。即ち、Ｃ8Ｈ18＋１２ １／２Ｏ2＋４７Ｎ2→８ＣＯ2＋９Ｈ2Ｏ＋４７Ｎ2
【００７１】
化学量論的空気質量比は、次の通りである。即ち、Ａ／Ｆ＝［（１２ １／２＋４７）（２９）］／［８（１２）＋１８（１）］＝燃料１ポンド当たり空気１５．１ポンド（なお、１ポンド＝４５３．５９ｇ）
【００７２】
化学量論的Ｏ2質量比は、次の通りである。即ち、Ｏ2／Ｆ＝［（１２ １／２（３２）］／［９（１２）＋１８（１）］＝燃料１ポンド当たりＯ2３．５１ポンド
【００７３】
排気マニホルド酸素流量の計算は、次の通りである。即ち、ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ−［Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ（３．５１）］（この式において、ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎは、吸気マニホルド中のＯ2流量である。）
【００７４】
排気マニホルドＯ2フラクションは、次の通りである。即ち、Ｏ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ／排気ガス流量
【００７５】
ＥＧＲ Ｏ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）の測定
【００７６】
ＥＧＲガス中の酸素濃度は、排気管中の酸素濃度と同一である。ＥＧＲ中のＯ2フラクションを排気ガス中のＯ2センサによって測定するのが良い（パーセント酸素）。ＥＧＲ流量を計算するのが良い。
【００７７】
全エンジン流量＝（ＭＦＲ＿ＥＧＲ）＋（ＭＡＦ）
ＭＦＲ＿ＥＧＲ＝（全エンジン流量）−（ＭＡＦ）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ＝ＭＦＲ＿ＥＧＲ（測定された排気ガス中のＯ2パーセント）
【００７８】
吸気マニホルドＯ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ）の計算
【００７９】
吸気マニホルド流量は、新気流量とＥＧＲ流量の和である。
【００８０】
ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＋ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ
【００８１】
新気Ｏ2質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ）の計算
【００８２】
空気＝２１容量％Ｏ2
空気の分子量＝Ｏ2の２９分子量＝３２
質量Ｏ2＝０．２１（質量空気）（３２／２９）
質量流量Ｏ2＝０．２１（空気の質量流量）（３２／２９）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＝０．２３（ＭＡＦ）（この式において、ＭＡＦ＝新気のポンド／分）
【００８３】
Ｒ設定値を達成し、Ｒ＿ＳＰをＭＡＦ＿ＳＰに変換する手段
【００８４】
今日のＥＧＲ制御方式は、ＭＡＦ設定値を予想する。
全エンジン空気流量＝所望のＥＧＲ＋ＭＡＦ
ＭＡＦ設定値＝（全エンジン流量）−（所望ＥＧＲ）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ＝Ｒ＿ＳＰ（３．５１）（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）
ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＿ＳＰ＝（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ）−（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）
ＭＡＦ＿ＳＰ＝（ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈ＿ＳＰ）／０．２３
【００８５】
したがって、図４に示されているように、新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を備えたエンジンのための本発明の方法は、
吸気マニホルド中への瞬時全空気量が所与である（ステップ１００）と共に燃料比が所与である（ステップ１０４）場合、エンジン内における燃焼のために理想過剰酸素比Ｒ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ／（３．５１）（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）を定め（ステップ１０６）、
新気とＥＧＲガスの両方の全質量流量が所与である場合に吸気マニホルドに送り出されるべきＥＧＲガスの質量流量を定めてＥＧＲガスのこの質量流量を通過させ（ステップ１０８）、このステップにより、新気質量流量ＭＡＦも又設定し（ステップ１１０）、
ＭＡＦセンサ６０により吸気マニホルドへの新気質量流量ＭＡＦを測定して（ステップ１１２）新気酸素の測定質量流量を定め（ステップ１１３）、
エンジンの吸気マニホルドに送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して理想の過剰酸素比Ｒを維持し（ステップ１１４）、
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求め（ステップ１１６）、
吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の現在の所望の質量流量（ＭＡＦ＿ＳＰ）を計算して（ステップ１１８）新気酸素の現在の所望の質量流量（ＭＡＦ＿ＳＰ）とＥＧＲ酸素の質量流量の和（ステップ１１９）を、新気酸素の現在の所望の質量流量にＥＧＲ酸素の質量流量を加えた質量流量と酸素の所望の全質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ）との差を求める（ステップ１２０）ことにより酸素の所望の又は「設定値」全質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ＿ＳＰ）に制御し、エラー信号を発生させ（ステップ１２１）、このエラー信号が現在の所望の質量流量ＭＡＦ＿ＳＰを変化させ（ステップ１１８）、
方式５６及び該当する場合には基本ＥＧＲ方式３４を用い、ＥＧＲ弁を再調節してＭＦＲ＿ＥＧＲを増大させ又は減少させ、これとは逆に、ＭＡＦを増減し、新気の所望の質量流量（ＭＡＦ＿ＳＰ）に向かう方向に新気酸素の測定質量流量（ステップ１１３）を変化させる（ステップ１２６）。
【００８６】
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップ（ステップ１１６）は、ＥＧＲガスの質量流量（ＭＦＲ＿ＥＧＲ）を求めるステップ（ステップ１２８）及び次にＥＧＲガスの酸素含有量を求めるステップ（ステップ１３０）を含むのが良い。
【００８７】
第１の方法によれば、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップは、酸素センサ６２を用いてＥＧＲガスの質量流量中の酸素含有量を測定するステップ（ステップ１３０）及びＥＧＲ弁前後の圧力降下及びＥＧＲ弁百分率開放データ並びにマップ又はルックアップテーブルを用いてＥＧＲガスの質量流量を測定するステップ（ステップ１２８）を有するのが良い。
【００８８】
図４に示されているステップは、毎秒何回も迅速に繰り返される。
【００８９】
本発明の第２の方法は、ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップが反復法によりＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を推定するステップを有するのが良いという点を除き、第１の方法と同一のステップを提供する。
【００９０】
ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を推定するステップは、全エンジン質量流量を測定するステップと、排気ガス中の酸素含有量を推定するステップとから成るのが良い。全エンジン質量流量は、エンジン排気量、エンジンＲＰＭ及び吸気マニホルド圧力又はブースト及び容積効率並びに温度で決まる吸気マニホルド空気密度の関数である。これらパラメータをエンジンに設けられている適用可能なセンサを用いてエンジン制御モジュールで求め又は計算することができる。排気ガス流量は、実質的に、全エンジン質量流量に等しい。排気ガス中の酸素含有量は、次の公式、即ち、ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＩｎｔＭａｎ−［（Ｆｕｅｌ＿Ｒａｔｅ）（３．５１）］及びＯ2＿Ｅｘｈ＝ＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｅｘｈ／排気ガス流量を用いて、吸気マニホルドに流入する全酸素から化学量論的燃焼によって消費される酸素を差し引いた結果を考慮することによって推定できる。ＥＧＲガスの質量流量を計算するには、ＥＧＲ弁前後の圧力降下及びＥＧＲ弁百分率開放データ並びにマップ又はルックアップテーブルを用いて或いは以下に説明する計算によって計算できる。
【００９１】
排気ガス中のＯ2含有量（Ｏ2＿Ｅｘｈ）にＥＧＲガスの質量流量（ＭＦＲ＿ＥＧＲ）を乗算してＥＧＲ Ｏ2の推定質量流量（ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲ）を導き出す。この推定ＭＦＲ＿Ｏ2＿ＥＧＲを図４のステップ１１６で用いてＭＦＲ＿Ｏ2＿Ｆｒｅｓｈに加え、この場合、残りのステップは、同一のままである。
【００９２】
上述のステップを毎秒多くの回数迅速に繰り返す。推定Ｏ2含有量を方法ステップの多くの繰り返しによって是正する。
【００９３】
新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を備えたエンジンのための本発明の第３の方法は、ＥＧＲガスの質量流量を求めるステップを除き、第１又は第２の方法と同一のステップを提供するが、これらとは異なるステップが用いられる。異なるステップは、次のステップを含む。エンジン速度、エンジン排気量及び吸気マニホルド中への空気の密度を用いて、新気の質量流量とＥＧＲガスの質量流量の両方を含むエンジンを通る全空気質量流量を計算する。ＥＧＲガスの質量流量を測定する代わりに、吸気マニホルドに送られるべきＥＧＲガスの質量流量をエンジンを通る全空気質量流量とＭＡＦセンサによって測定された新気の質量流量の差として計算する。
【００９４】
エンジン速度、エンジン排気量及び吸気マニホルド中への空気の密度を用いるステップは、吸気マニホルド中への空気の密度が温度、圧力又はターボチャージャブースト及び容積効率の関数であるという特徴を更に有している。これらパラメータをセンサにより伝送すると共に／或いはエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）で計算するのが良い。
【００９５】
上述の方法は、実際の動的エンジンでは、エンジンを通る空気の全質量流量が一定ではないということを理解した上で単一の作動ポイントのみについて説明されている。エンジンを通る空気の全質量流量は、例えば、エンジンｒｐｍ及びターボチャージャブーストにつれて変化する。しかしながら、空気の全質量流量が変化すると、これら方式は、エンジンを通る空気の新たな全質量流量及び／又は新たな燃料比について迅速に変化する。これら方法のうちの任意のものの方法ステップを毎秒多数回にわたって迅速に繰り返す。
【００９６】
図５は、本発明の方式５６のモデル化された結果を示している。図４は、過渡的条件の発生及びエンジン内の過剰酸素比に対する影響を示している。先にほぼ時刻＝４９秒のところでは、車両アクセルを踏み込み、燃料質量流量は、２５ポンド／時から４０ポンド／時に増大する。上述したように、ＥＧＲ流量は、減少する。というのは、より多くのＯ2が燃焼プロセスによって消費されるからである。このためて、ＥＧＲガスにより提供されるＯ2は、減少する。方式５６によれば、ＭＡＦ＿ＳＰを増大させ、測定ＭＡＦは、燃料比の増大にマッチするよう増大し、又、ＭＡＦ＿ＳＰは、ＥＧＲガスにより提供されるＯ2の減少を補償するよう増大する。図４に示されているように、過剰酸素比は、新たな燃料流量比＝４０ポンド／時について理想的な燃焼過剰酸素比に関する設定値に収斂して戻る。
【００９７】
上述のことから、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変形例及び改造例を想到できることが観察されよう。理解されるべきこととして、本明細書において説明した特定の装置に関する制約が意図されておらず又は推定されるべきでない。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 内燃エンジンシステム
１２ エンジン
１４ 吸気系統
１５ 吸気マニホルド
１６ 排気系統
１８ ＥＧＲシステム
２０ ターボチャージャ（ターボ過給機）
２０Ｃ 圧縮機
２０Ｔ タービン
２２ 給気クーラ
２４ ＥＧＲクーラ
２６ ＥＧＲ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を有するエンジンを制御する方法であって、
前記エンジン内における燃焼のためのあらかじめ選択された過剰酸素比を定めるステップと、
新気とＥＧＲガスの両方の全質量流量が所与である場合、吸気マニホルドに送り出されるべきＥＧＲガスの質量流量を定めると共にＥＧＲ弁を調節してＥＧＲガスのこの質量流量を通過させるステップと、
前記吸気マニホルドへの新気の質量流量を測定して新気の測定質量流量を定めるステップと、
前記エンジンの前記吸気マニホルドに送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して理想の過剰酸素比を維持するステップと、
前記ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、
前記吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を計算して新気酸素の前記所望の質量流量とＥＧＲ酸素の前記質量流量の和が酸素の前記所望の全質量流量に等しくなるようにするステップと、
新気の調節された質量流量を計算して新気の前記所望の質量流量を供給するステップと、
前記ＥＧＲ弁を再調節してＥＧＲガスの前記質量流量の変化及び新気の前記調節された質量流量に向かう方向における新気の前記測定質量流量の変化を生じさせるステップとを、備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記理想過剰酸素比を定める前記ステップは、前記エンジンへの燃料の既知の送り出し量及び燃焼中に生じる酸素の質量と燃料の質量のあらかじめ設定された比に基づいて実施される、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
ＥＧＲガスの質量流量を定める前記ステップは、エンジン速度及び指示トルクで決まる値のマップに基づいて実施されるのが良い、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を定める前記ステップは、
ＥＧＲガスの前記質量流量中の酸素含有量を測定するステップと、
ＥＧＲガスの前記質量流量を測定するステップとから成る、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記酸素含有量を測定する前記ステップは、酸素センサを用いて実施される、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ＥＧＲ弁を再調節する前記ステップは、新気の前記調節質量流量に関する設定値信号が前記ＥＧＲ弁を調節するための別の補助的アルゴリズムへの入力値であるよう生成される出力値であるという特徴を更に有する、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ステップは、迅速に繰り返し実施される、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
新気の前記質量流量とＥＧＲガスの前記質量流量の和に等しい吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
エンジン速度、エンジン排気量、及び吸気マニホルド空気の密度から吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
センサに基づいて新気の質量流量を測定するステップと、
吸気マニホルド空気の前記全質量流量から新気の質量流量を減算してＥＧＲガスの質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ターボチャージャ付き内燃エンジンの排気系統から前記エンジンの吸気系統までの排気ガス再循環の制御を協調させる方法であって、
前記吸気系統に流入している新気の質量流量を表わすデータを作成するステップと、
エンジンシリンダを通る質量流量を表わすデータを計算し、前記エンジンシリンダを通る前記計算された質量流量を表わすデータと前記吸気系統に流入している新気の前記質量流量を表わすデータとの差を計算することによって前記吸気系統に流入している前記新気酸素と混合される再循環排気ガスの質量流量を表わすデータを計算するステップと、
ＥＧＲ弁を調節して再循環排気ガスの前記質量流量を通過させるステップと、
前記エンジン内における燃焼のための理想の過剰酸素比を定めるステップと、
前記吸気マニホルドへの新気の質量流量を測定するステップと、
前記エンジンの吸気系統に送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して前記理想過剰酸素比を維持するステップと、
再循環排気ガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、
前記吸気系統に送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を計算して新気酸素の前記所望の質量流量とＥＧＲ酸素の前記質量流量の和が酸素の前記所望の全質量流量に等しくなるようにするステップと、
新気の調節された設定質量流量を計算して前記所望の質量流量の新気を供給するステップと、
新気の前記測定質量流量と新気の前記調節された設定質量流量の差をゼロにしようとする調節方向における再循環排気ガスの前記質量流量の調節のために前記ＥＧＲ弁を再調節するステップと、を備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記理想過剰酸素比を定める前記ステップは、前記エンジンへの燃料の既知の送り出し量及び燃焼中に生じる酸素の質量と燃料の質量のあらかじめ設定された比に基づいて実施される、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
排気ガス再循環ガスの質量流量を定める前記ステップは、エンジン速度及び指示トルクで決まる値のマップに基づいて実施される、
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を定める前記ステップは、
ＥＧＲガスの前記質量流量中の酸素含有量を測定するステップと、
ＥＧＲガスの前記質量流量を測定するステップとから成る、
請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記酸素含有量を測定する前記ステップは、酸素センサを用いて実施される、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
新気の前記測定質量流量と新気の前記調節された設定質量流量の差をゼロにしようとする調節方向における再循環排気ガスの前記質量流量の調節のために前記ＥＧＲ弁を再調節する前記ステップは、前記ＥＧＲ弁を調節するための別の補助的アルゴリズムへの入力信号である新気設定値信号の質量流量を出力するステップを含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップは、迅速に繰り返し実施される、
請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
新気の前記質量流量とＥＧＲガスの前記質量流量の和に等しい吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
エンジン速度、エンジン排気量、及び吸気マニホルド空気の密度から吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
センサに基づいて新気の質量流量を測定するステップと、
吸気マニホルド空気の前記全質量流量から新気の質量流量を減算してＥＧＲガスの質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１０記載の方法。
【請求項１】
新気入口及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路を有するエンジンを制御する方法であって、
前記エンジン内における燃焼のためのあらかじめ選択された過剰酸素比を定めるステップと、
新気とＥＧＲガスの両方の全質量流量が所与である場合、吸気マニホルドに送り出されるべきＥＧＲガスの質量流量を定めると共にＥＧＲ弁を調節してＥＧＲガスのこの質量流量を通過させるステップと、
前記吸気マニホルドへの新気の質量流量を測定して新気の測定質量流量を定めるステップと、
前記エンジンの前記吸気マニホルドに送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して理想の過剰酸素比を維持するステップと、
前記ＥＧＲガスの質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、
前記吸気マニホルドに送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を計算して新気酸素の前記所望の質量流量とＥＧＲ酸素の前記質量流量の和が酸素の前記所望の全質量流量に等しくなるようにするステップと、
新気の調節された質量流量を計算して新気の前記所望の質量流量を供給するステップと、
前記ＥＧＲ弁を再調節してＥＧＲガスの前記質量流量の変化及び新気の前記調節された質量流量に向かう方向における新気の前記測定質量流量の変化を生じさせるステップとを、備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記理想過剰酸素比を定める前記ステップは、前記エンジンへの燃料の既知の送り出し量及び燃焼中に生じる酸素の質量と燃料の質量のあらかじめ設定された比に基づいて実施される、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
ＥＧＲガスの質量流量を定める前記ステップは、エンジン速度及び指示トルクで決まる値のマップに基づいて実施されるのが良い、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を定める前記ステップは、
ＥＧＲガスの前記質量流量中の酸素含有量を測定するステップと、
ＥＧＲガスの前記質量流量を測定するステップとから成る、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記酸素含有量を測定する前記ステップは、酸素センサを用いて実施される、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ＥＧＲ弁を再調節する前記ステップは、新気の前記調節質量流量に関する設定値信号が前記ＥＧＲ弁を調節するための別の補助的アルゴリズムへの入力値であるよう生成される出力値であるという特徴を更に有する、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ステップは、迅速に繰り返し実施される、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
新気の前記質量流量とＥＧＲガスの前記質量流量の和に等しい吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
エンジン速度、エンジン排気量、及び吸気マニホルド空気の密度から吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
センサに基づいて新気の質量流量を測定するステップと、
吸気マニホルド空気の前記全質量流量から新気の質量流量を減算してＥＧＲガスの質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ターボチャージャ付き内燃エンジンの排気系統から前記エンジンの吸気系統までの排気ガス再循環の制御を協調させる方法であって、
前記吸気系統に流入している新気の質量流量を表わすデータを作成するステップと、
エンジンシリンダを通る質量流量を表わすデータを計算し、前記エンジンシリンダを通る前記計算された質量流量を表わすデータと前記吸気系統に流入している新気の前記質量流量を表わすデータとの差を計算することによって前記吸気系統に流入している前記新気酸素と混合される再循環排気ガスの質量流量を表わすデータを計算するステップと、
ＥＧＲ弁を調節して再循環排気ガスの前記質量流量を通過させるステップと、
前記エンジン内における燃焼のための理想の過剰酸素比を定めるステップと、
前記吸気マニホルドへの新気の質量流量を測定するステップと、
前記エンジンの吸気系統に送り出されるべき酸素の所望の全質量流量を計算して前記理想過剰酸素比を維持するステップと、
再循環排気ガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求めるステップと、
前記吸気系統に送り出されるべき新気酸素の所望の質量流量を計算して新気酸素の前記所望の質量流量とＥＧＲ酸素の前記質量流量の和が酸素の前記所望の全質量流量に等しくなるようにするステップと、
新気の調節された設定質量流量を計算して前記所望の質量流量の新気を供給するステップと、
新気の前記測定質量流量と新気の前記調節された設定質量流量の差をゼロにしようとする調節方向における再循環排気ガスの前記質量流量の調節のために前記ＥＧＲ弁を再調節するステップと、を備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記理想過剰酸素比を定める前記ステップは、前記エンジンへの燃料の既知の送り出し量及び燃焼中に生じる酸素の質量と燃料の質量のあらかじめ設定された比に基づいて実施される、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
排気ガス再循環ガスの質量流量を定める前記ステップは、エンジン速度及び指示トルクで決まる値のマップに基づいて実施される、
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を定める前記ステップは、
ＥＧＲガスの前記質量流量中の酸素含有量を測定するステップと、
ＥＧＲガスの前記質量流量を測定するステップとから成る、
請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記酸素含有量を測定する前記ステップは、酸素センサを用いて実施される、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
新気の前記測定質量流量と新気の前記調節された設定質量流量の差をゼロにしようとする調節方向における再循環排気ガスの前記質量流量の調節のために前記ＥＧＲ弁を再調節する前記ステップは、前記ＥＧＲ弁を調節するための別の補助的アルゴリズムへの入力信号である新気設定値信号の質量流量を出力するステップを含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップは、迅速に繰り返し実施される、
請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
新気の前記質量流量とＥＧＲガスの前記質量流量の和に等しい吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
ＥＧＲガスの前記質量流量中のＥＧＲ酸素の質量流量を求める前記ステップは、
エンジン速度、エンジン排気量、及び吸気マニホルド空気の密度から吸気マニホルド空気の全質量流量を求めるステップと、
センサに基づいて新気の質量流量を測定するステップと、
吸気マニホルド空気の前記全質量流量から新気の質量流量を減算してＥＧＲガスの質量流量を求めるステップと、
酸素の前記所望の全質量流量と、燃料比と酸素質量と燃料質量の化学量論的比の積との差として排気ガス中の酸素の質量流量を求めるステップと、
排気ガス中の酸素の前記質量流量を吸気マニホルド空気の前記全質量流量で除算することによって前記排気ガス中のＯ2のフラクションを求めるステップと、
Ｏ2の前記フラクションにＥＧＲガスの前記質量流量を乗算するステップとから成る、
請求項１０記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−５２６９３（Ｐ２０１１−５２６９３Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２０８５０２（Ｐ２０１０−２０８５０２）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（５０１４０２９４７）インターナショナル エンジン インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (69)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８５０２（Ｐ２０１０−２０８５０２）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（５０１４０２９４７）インターナショナル エンジン インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (69)
【Ｆターム（参考）】
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